CN114921723A - 一种非开挖钻杆用耐腐蚀钢材及其制备方法和用途 - Google Patents

一种非开挖钻杆用耐腐蚀钢材及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种非开挖钻杆用耐腐蚀钢材及其制备方法和用途，所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材以质量百分含量计包括：C 0.2‑0.25％，Si 0.2‑0.35％，Mn1.15‑1.25％，Cr 3‑3.5％，Mo 0.15‑0.2％，余量为铁及不可避免的杂质。本发明提供的非开挖钻杆用耐腐蚀钢材控制合金元素配比，控制材料中Cr元素含量为3.0％‑3.5％并与特定的Mo元素和Mn元素相配合，不仅成本低廉，而且可满足在含有CO2或H2S等具有腐蚀性工况中使用，避免并延缓产品过早的疲劳失效，提高产品使用过程中的寿命，具有在耐腐蚀性良好的情况下同时还具有良好力学性能的优点。

Description

一种非开挖钻杆用耐腐蚀钢材及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及耐腐蚀钢材领域，具体涉及一种非开挖钻杆用耐腐蚀钢材及其制备方法和用途，尤其涉及一种高强度高韧性耐腐蚀非开挖钻杆。
背景技术
非开挖技术是指以最少的开挖量或不开挖的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的一种施工新技术，已被联合国环境保护署认定为环境友好的施工新技术。而非开挖钻杆却起着举足轻重的作用，任何部位的失效都会造成严重的后果，甚至使整个施工工程半途而废，由此可见非开挖钻杆的安全可靠性就成为一个十分突出的问题。
非开挖钻杆失效主要为管体断裂或螺纹处失效等，主要原因钻杆在地下内外充满钻井液的狭长井眼里使用，承受着压、弯、扭、液力等全方位的载荷，当钻井时弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力载荷大于钻杆所承受的力时，极容易产生疲劳微裂纹或划痕，特别是在含CO2或H2S等具有一定腐蚀性工况下，就会加速微裂纹或划痕的扩展，从而导致钻杆在使用的过程中寿命缩短或过早的疲劳失效。
如CN113789474A公开了一种经济型非开挖钻杆用无缝钢管，成分按重量百分比规定如下C：0.27％-0.35％、Si：0.26％-0.42％、Mn：1.10％-1.30％、Cr：0.55％-0.75％、Mo：0.07％-0.15％、Al：0.020％-0.045％、P：≤0.015％、S：≤0.010％，其余为铁和不可避免杂质。通过合理控制C含量，添加Cr、Mo合金，控制硫磷含量，采用连轧方法，淬火+回火的热处理方法，改善其冲击性能和拉伸性能，冲击韧性≥90J，屈服强度≥950MPa，抗拉强度≥1000MPa，且可大大降低产品成本。
CN110306189A公开了一种耐腐蚀涂层强化钻杆，包括：钻杆基体；设置在所述钻杆基体表面的Ni-Al层；设置在所述Ni-Al层表面的Fe基非晶合金涂层；所述Fe基非晶合金涂层的成分为：Cr：13.0-15.0wt％；Mo：25.0-27.0wt％；B：1.0-2.0wt％；Y：3.0-5.0wt％；C：3.0-5.0wt％；余量为Fe。采用上述Fe基非晶合金涂层，非晶合金涂层没有普通合金所具有的晶界位错等缺陷，Cr元素具有很好的抗点蚀性，使整体材料耐腐蚀性好。
然而，目前所用的非开挖钻杆存在性能不匹配的问题，如力学性能优异但抗腐蚀性能较低，而当抗腐蚀性能优异时力学性能表现较差，导致在特定环境下非开挖钻杆存在使用效果不佳的问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种耐腐蚀钢材及其制备方法和用途，通过对钢材的组成进行设计，解决了目前非开挖钻杆在特定环境使用时存在性能不匹配的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种非开挖钻杆用耐腐蚀钢材，所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材以质量百分含量计包括：C 0.2-0.25％，Si 0.2-0.35％，Mn1.15-1.25％，Cr 3-3.5％，Mo 0.15-0.2％，余量为铁及不可避免的杂质。
本发明提供的非开挖钻杆用耐腐蚀钢材控制合金元素配比，控制材料中Cr元素含量为3.0％-3.5％并与特定的Mo元素和Mn元素相配合，不仅成本低廉，而且可满足在含有CO2或H2S等具有腐蚀性工况中使用，避免并延缓产品过早的疲劳失效，提高产品使用过程中的寿命，具有在耐腐蚀性良好的情况下同时还具有良好力学性能的优点。
本发明中，所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材中C以质量百分含量计为0.2-0.25％，例如可以是0.2％、0.202％、0.204％、0.206％、0.208％、0.21％、0.212％、0.214％、0.216％、0.218％、0.22％、0.222％、0.224％、0.226％、0.228％、0.23％、0.232％、0.234％、0.236％、0.238％、0.24％、0.242％、0.244％、0.246％、0.248％或0.25％等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。本发明所针对的方案中当碳含量超过0.25％时，会降低该钢在CO2或H2S环境中的耐腐蚀性，因此控制碳元素的含量为0.20-0.25％，保证在淬透能力方面对综合机械性能和抗CO2或H2S都有益。
本发明中，所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材中Si以质量百分含量计为0.2-0.35％，例如可以是0.2％、0.205％、0.21％、0.215％、0.22％、0.225％、0.23％、0.235％、0.24％、0.245％、0.25％、0.255％、0.26％、0.265％、0.27％、0.275％、0.28％、0.285％、0.29％、0.295％、0.3％、0.305％、0.31％、0.315％、0.32％、0.325％、0.33％、0.335％、0.34％、0.345％或0.35％等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。本发明中Si与Cr、Mo等元素结合时，可有效提高抗腐蚀和抗氧化性的作用，但加入大量的硅会降低本发明中钢的韧性，所以将其含量控制在0.20-0.35％范围内。
本发明中，所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材中Mn以质量百分含量计为1.15-1.25％，例如可以是1.15％、1.155％、1.16％、1.165％、1.17％、1.175％、1.18％、1.185％、1.19％、1.195％、1.2％、1.205％、1.21％、1.215％、1.22％、1.225％、1.23％、1.235％、1.24％、1.245％或1.25％等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。本发明中过高的Mn含量则会降低钢的韧性及腐蚀性，因此优选的控制范围在1.15-1.25％之间。
本发明中，所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材中Cr以质量百分含量计为3-3.5％，例如可以是3％、3.02％、3.04％、3.06％、3.08％、3.1％、3.12％、3.14％、3.16％、3.18％、3.2％、3.22％、3.24％、3.26％、3.28％、3.3％、3.32％、3.34％、3.36％、3.38％、3.4％、3.42％、3.44％、3.46％、3.48％或3.5％等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。本发明中，Cr元素是提高钢耐CO2或H2S腐蚀能力的必要成分，在淬火高温回火的调质钢中可以改善钢的耐腐蚀性能，保证综合机械性能，增强耐腐蚀能力；Cr-Mo元素的有效配合，在淬火+高温回火状态下可保证钢拥有高强度、高韧性的同时，具有良好的耐腐蚀性能，所以Cr的含量优选的控制范围在3.0-3.5％。
本发明中，所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材中Mo以质量百分含量计为0.15-0.2％，例如可以是0.15％、0.152％、0.154％、0.156％、0.158％、0.16％、0.162％、0.164％、0.166％、0.168％、0.17％、0.172％、0.174％、0.176％、0.178％、0.18％、0.182％、0.184％、0.186％、0.188％、0.19％、0.192％、0.194％、0.196％、0.198％或0.2％等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。本发明中控制Mo的含量为0.15-0.20％，确保Cr-Mo的有效配合，在淬火+高温回火状态，可保证钢种在较高的强度下具有良好的综合机械性能，增强耐腐蚀能力。
本发明中，P、S为危害元素，为提高韧性及耐蚀性，要尽量降低其含量，但考虑到炼钢的成本，为得到良好的抗腐蚀性能磷和硫含量可控制为：P≤0.010％，S≤0.010％。
作为本发明优选的技术方案，所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材中还包含有≤0.2％的V，例如可以是0.2％、0.19％、0.18％、0.17％、0.16％、0.15％、0.14％、0.13％、0.12％、0.11％、0.1％、0.09％、0.08％、0.07％、0.06％、0.05％、0.04％、0.03％、0.02％或0.01％等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。本发明中，V元素的引入可以进一步细化组织晶粒，本方案中加≤0.2％的钒时，可细化组织晶粒并提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，可提高在高温高压下抗氢腐蚀能力。
第二方面，本发明提供了如第一方面所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材的制备方法，所述制备方法包括依次进行的配料、冶炼和浇铸，得到所述耐腐蚀钢材。
作为本发明优选的技术方案，所述冶炼采用电炉冶炼。
优选地，所述冶炼中物料入炉前炼炉的温度≥500℃，例如可以是500℃、520℃、540℃、560℃、580℃、600℃、620℃、640℃、660℃、680℃、700℃、720℃、740℃、760℃、780℃或800℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述冶炼中炼炉的温度为1250-1300℃，例如可以是1250℃、1252℃、1254℃、1256℃、1258℃、1260℃、1262℃、1264℃、1266℃、1268℃、1270℃、1272℃、1274℃、1276℃、1278℃、1280℃、1282℃、1284℃、1286℃、1288℃、1290℃、1292℃、1294℃、1296℃、1298℃或1300℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
第三方面，本发明提供了一种耐腐蚀非开挖钻杆，所述耐腐蚀非开挖钻杆采用如第一方面所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材进行制备得到，包括如下过程：
依据配方进行配料，之后依次进行冶炼、浇注、锻造、热轧、管端加厚和热处理。
本发明中，所述耐腐蚀非开挖钻杆制备过程中进行锻造时连冒口一起锻造，锻后对冒口进行切除，确保锻坯上无裂纹、气泡、缩孔等缺陷。
作为本发明优选的技术方案，所述冶炼采用电炉冶炼。
优选地，所述冶炼中物料入炉前炼炉的温度≥500℃，例如可以是500℃、520℃、540℃、560℃、580℃、600℃、620℃、640℃、660℃、680℃、700℃、720℃、740℃、760℃、780℃或800℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述冶炼中炼炉的温度为1250-1300℃，例如可以是1250℃、1252℃、1254℃、1256℃、1258℃、1260℃、1262℃、1264℃、1266℃、1268℃、1270℃、1272℃、1274℃、1276℃、1278℃、1280℃、1282℃、1284℃、1286℃、1288℃、1290℃、1292℃、1294℃、1296℃、1298℃或1300℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述锻造的始锻温度为1100-1200℃，例如可以是1100℃、1102℃、1104℃、1106℃、1108℃、1110℃、1112℃、1114℃、1116℃、1118℃、1120℃、1122℃、1124℃、1126℃、1128℃、1130℃、1132℃、1134℃、1136℃、1138℃、1140℃、1142℃、1144℃、1146℃、1148℃、1150℃、1152℃、1154℃、1156℃、1158℃、1160℃、1162℃、1164℃、1166℃、1168℃、1170℃、1172℃、1174℃、1176℃、1178℃、1180℃、1182℃、1184℃、1186℃、1188℃、1190℃、1192℃、1194℃、1196℃、1198℃或1200℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述锻造的终锻温度＞950℃，例如可以是952℃、954℃、956℃、958℃、960℃、962℃、964℃、966℃、968℃、970℃、972℃、974℃、976℃、978℃、980℃、982℃、984℃、986℃、988℃、990℃、992℃、994℃、996℃、998℃或1000℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述热轧前进行在1200-1250℃下保温110-120min。
本发明中，所述热轧前保温的温度为1200-1250℃，例如可以是1200℃、1202℃、1204℃、1206℃、1208℃、1210℃、1212℃、1214℃、1216℃、1218℃、1220℃、1222℃、1224℃、1226℃、1228℃、1230℃、1232℃、1234℃、1236℃、1238℃、1240℃、1242℃、1244℃、1246℃、1248℃或1250℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明中，所述热轧前的保温时间为110-120min，例如可以是110min、110.2min、110.4min、110.6min、110.8min、111min、111.2min、111.4min、111.6min、111.8min、112min、112.2min、112.4min、112.6min、112.8min、113min、113.2min、113.4min、113.6min、113.8min、114min、114.2min、114.4min、114.6min、114.8min、115min、115.2min、115.4min、115.6min、115.8min、116min、116.2min、116.4min、116.6min、116.8min、117min、117.2min、117.4min、117.6min、117.8min、118min、118.2min、118.4min、118.6min、118.8min、119min、119.2min、119.4min、119.6min、119.8min或120min等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述热轧的终轧温度为900-950℃，例如可以是900℃、902℃、904℃、906℃、908℃、910℃、912℃、914℃、916℃、918℃、920℃、922℃、924℃、926℃、928℃、930℃、932℃、934℃、936℃、938℃、940℃、942℃、944℃、946℃、948℃或950℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明中，终轧中的温度过高则会析出有害的相，温度过低则会变形、抗力大，增加轧制的负荷，易形成表面缺陷。
作为本发明优选的技术方案，所述管端加厚中进行加热。
优选地，所述加热的方式为中频加热。
优选地，所述加热的温度为1100-1250℃，例如可以是1100℃、1105℃、1110℃、1115℃、1120℃、1125℃、1130℃、1135℃、1140℃、1145℃、1150℃、1155℃、1160℃、1165℃、1170℃、1175℃、1180℃、1185℃、1190℃、1195℃、1200℃、1205℃、1210℃、1215℃、1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃、1245℃或1250℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。加热温度过低时易产生折叠裂纹，加热温度过高工件容易产生过热或过烧，从而影响产品质量。
优选地，所述加热的时间为50-60s，例如可以是50s、50.2s、50.4s、50.6s、50.8s、51s、51.2s、51.4s、51.6s、51.8s、52s、52.2s、52.4s、52.6s、52.8s、53s、53.2s、53.4s、53.6s、53.8s、54s、54.2s、54.4s、54.6s、54.8s、55s、55.2s、55.4s、55.6s、55.8s、56s、56.2s、56.4s、56.6s、56.8s、57s、57.2s、57.4s、57.6s、57.8s、58s、58.2s、58.4s、58.6s、58.8s、59s、59.2s、59.4s、59.6s、59.8s或60s等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述热处理包括依次进行的第一热处理和第二热处理。
优选地，所述第一热处理的温度为870-890℃，例如可以是870℃、871℃、872℃、873℃、874℃、875℃、876℃、877℃、878℃、879℃、880℃、881℃、882℃、883℃、884℃、885℃、886℃、887℃、888℃、889℃或890℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一热处理的保温时间为70-80min，例如可以是70min、70.2min、70.4min、70.6min、70.8min、71min、71.2min、71.4min、71.6min、71.8min、72min、72.2min、72.4min、72.6min、72.8min、73min、73.2min、73.4min、73.6min、73.8min、74min、74.2min、74.4min、74.6min、74.8min、75min、75.2min、75.4min、75.6min、75.8min、76min、76.2min、76.4min、76.6min、76.8min、77min、77.2min、77.4min、77.6min、77.8min、78min、78.2min、78.4min、78.6min、78.8min、79min、79.2min、79.4min、79.6min、79.8min或80min等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二热处理的温度为610-630℃，例如可以是610℃、611℃、612℃、613℃、614℃、615℃、616℃、617℃、618℃、619℃、620℃、621℃、622℃、623℃、624℃、625℃、626℃、627℃、628℃、629℃或630℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二热处理的时间为110-130min，例如可以是110min、111min、112min、113min、114min、115min、116min、117min、118min、119min、120min、121min、122min、123min、124min、125min、126min、127min、128min、129min或130min等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明中，特定的热处理工艺配合Cr、Mo及Mn合金元素，通过特定的热处理制度使这些元素更加均匀化，从而减少成品的成分偏析，并形成细小、均匀的回火索氏体组织，达到所需要的力学性能。
本发明中，热处理后还可进行点矫直，这是因为非开挖钻杆经过整体连续辊道矫直会产生约100MPa的残余应力，而这种残余应力会使得钻杆在使用过程中容易发生失效，为避免或降低这种残余应力热处理后进行局部点矫直。
作为本发明优选的技术方案，所述耐腐蚀非开挖钻杆采用如第一方面述耐腐蚀钢材进行制备得到，包括如下过程：
依据配方进行配料，之后依次进行冶炼、浇注、锻造、热轧、管端加厚和热处理；
所述冶炼采用电炉冶炼；所述冶炼中物料入炉前炼炉的温度≥500℃；所述冶炼中炼炉的温度为1250-1300℃；
所述锻造的始锻温度为1100-1200℃；所述锻造的终锻温度＞950℃；所述热轧前进行在1200-1250℃下保温110-120min；所述热轧的终轧温度为900-950℃；
所述管端加厚中进行加热；所述加热的方式为中频加热；所述加热的温度为1100-1250℃；所述加热的时间为50-60s；
所述热处理包括依次进行的第一热处理和第二热处理；所述第一热处理的温度为870-890℃；所述第一热处理的保温时间为70-80min；所述第二热处理的温度为610-630℃；所述第二热处理的时间为110-130min。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的非开挖钻杆，不仅解决了整体型非开挖钻杆接头与管体热处理后力学性能所存在差异性的问题；而且在确保高强度高韧性的同时具有较强的耐腐蚀能力，满足含有一定量的CO2或H2S等具有腐蚀性工况中使用，尽量避免了产品在使用的过程中极易产生过早的疲劳失效。
(2)采用本发明提供的钢材制备为非开挖钻杆后，接头与管体的机械性能差异性完全可以解决，同时也显著的降低了制备钻杆的成本，如与非开挖钻杆常规材料26CrMo-2或27CrMoV等材质相比，可节省150-200元/吨的原材料成本。所得钻杆接头的力学性能为：抗拉强度为≥1130MPa，屈服强度为≥1020MPa，伸长率为≥17％，冲击功为≥102J，硬度为≥36HRC；所得钻杆管体的力学性能为：抗拉强度≥1070MPa，屈服强度≥1010MPa，伸长率≥18％，冲击功≥58J，硬度为≥36HRC。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种非开挖钻杆用耐腐蚀钢材，所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材以质量百分含量计包括：C 0.22％，Si 0.28％，Mn 1.2％，Cr 3.2％，Mo 0.17％，余量为铁及不可避免的杂质。
实施例2
本实施例提供一种非开挖钻杆用耐腐蚀钢材，所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材以质量百分含量计包括：C 0.2％，Si 0.35％，Mn 1.25％，Cr 3.5％，Mo 0.2％，余量为铁及不可避免的杂质。
实施例3
本实施例提供一种非开挖钻杆用耐腐蚀钢材，所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材以质量百分含量计包括：C 0.25％，Si 0.2％，Mn 1.15％，Cr 3％，Mo 0.15％，V 0.1％，余量为铁及不可避免的杂质。
实施例4
本实施例提供一种耐腐蚀非开挖钻杆，所述耐腐蚀非开挖钻杆采用实施例1所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材进行制备得到，包括如下过程：
依据配方进行配料，之后依次进行冶炼、浇注、锻造、热轧、管端加厚和热处理；
所述冶炼采用电炉冶炼；所述冶炼中物料入炉前炼炉的温度为500℃；所述冶炼中炼炉的温度为1275℃；
所述锻造的始锻温度为1150℃；所述锻造的终锻温度为980℃；所述热轧前进行在1220℃下保温115min；所述热轧的终轧温度为920℃；
所述管端加厚中进行加热；所述加热的方式为中频加热；所述加热的温度为1170℃；所述加热的时间为55s；
所述热处理包括依次进行的第一热处理和第二热处理；所述第一热处理的温度为880℃；所述第一热处理的保温时间为75min；所述第二热处理的温度为620℃；所述第二热处理的时间为120min。
所得钻杆的性能详见表1。
实施例5
本实施例提供一种耐腐蚀非开挖钻杆，所述耐腐蚀非开挖钻杆采用实施例2所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材进行制备得到，包括如下过程：
依据配方进行配料，之后依次进行冶炼、浇注、锻造、热轧、管端加厚和热处理；
所述冶炼采用电炉冶炼；所述冶炼中物料入炉前炼炉的温度为600℃；所述冶炼中炼炉的温度为1250℃；
所述锻造的始锻温度为1200℃；所述锻造的终锻温度为980℃；所述热轧前进行在1250℃下保温110min；所述热轧的终轧温度为950℃；
所述管端加厚中进行加热；所述加热的方式为中频加热；所述加热的温度为1100℃；所述加热的时间为50s；
所述热处理包括依次进行的第一热处理和第二热处理；所述第一热处理的温度为870℃；所述第一热处理的保温时间为70min；所述第二热处理的温度为610℃；所述第二热处理的时间为130min。
所得钻杆的性能详见表1。
实施例6
本实施例提供一种耐腐蚀非开挖钻杆，所述耐腐蚀非开挖钻杆采用实施例3所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材进行制备得到，包括如下过程：
依据配方进行配料，之后依次进行冶炼、浇注、锻造、热轧、管端加厚和热处理；
所述冶炼采用电炉冶炼；所述冶炼中物料入炉前炼炉的温度为700℃；所述冶炼中炼炉的温度为1300℃；
所述锻造的始锻温度为1100℃；所述锻造的终锻温度为960℃；所述热轧前进行在1200℃下保温120min；所述热轧的终轧温度为900℃；
所述管端加厚中进行加热；所述加热的方式为中频加热；所述加热的温度为1100℃；所述加热的时间为60s；
所述热处理包括依次进行的第一热处理和第二热处理；所述第一热处理的温度为890℃；所述第一热处理的保温时间为80min；所述第二热处理的温度为630℃；所述第二热处理的时间为110min。
所得钻杆的性能详见表1。
实施例7
与实施例4的区别仅在于钢材中Cr的含量为1.2％，所得钻杆的性能详见表1。
实施例8
与实施例4的区别仅在于钢材中Cr的含量为5％，所得钻杆的性能详见表1。
实施例9
与实施例4的区别仅在于钢材中Mo的含量为0.1％，所得钻杆的性能详见表1。
实施例10
与实施例4的区别仅在于钢材中Mo的含量为0.3％，所得钻杆的性能详见表1。
实施例11
与实施例4的区别仅在于钢材中Mn的含量为1％，所得钻杆的性能详见表1。
实施例12
与实施例4的区别仅在于钢材中Mn的含量为1.6％，所得钻杆的性能详见表1。
实施例13
与实施例4的区别仅在于钢材中C的含量为0.3％，所得钻杆的性能详见表1。
实施例14
与实施例4的区别仅在于第一热处理的温度为900℃，所得钻杆的性能详见表1。
实施例15
与实施例4的区别仅在于第一热处理的温度为850℃，所得钻杆的性能详见表1。
实施例16
与实施例4的区别仅在于第二热处理的温度为650℃，所得钻杆的性能详见表1。
实施例17
与实施例4的区别仅在于第二热处理的温度为600℃，所得钻杆的性能详见表1。
实施例18
与实施例4的区别仅在于第一热处理的温度为900℃且第二热处理的温度为500℃，所得钻杆的性能详见表1。
表1
Figure BDA0003654199880000151
Figure BDA0003654199880000161
上述实施例中抗腐蚀试验为将试验浸入模拟腐蚀介质中，温度为150±5℃，CO2压力为3.5bar和15％NaCl的水溶液，试验周期为72小时；然后再通过微观和宏观进行观察，如有点蚀则使用200倍的金相显微镜聚焦的方法测量点蚀坑深度，其中，对于点腐蚀将观察到点蚀深度为0.5mm以上的情况判断为发生点腐蚀，除此之外判断为没有点腐蚀。
上表中，略有指钢材出现小范围点蚀，有指出现大范围点蚀。
上述实施例中力学性能依据API Spec 5DP钻杆产品规范(第一版)进行测试。
通过上述实施例的结果可知，本发明中针对非开挖钻杆设计的钢材在不引入其他元素的前提下需要严苛控制钢材中Cr、Mo及Mn的含量方可保证所得非开挖钻杆具备预期的高强度高腐蚀的性能以解决目前非开挖钻杆存在的性能不一致的问题，同时可以达到APISpec 5DP标准规定的规格。这是因为非开挖(整体型)钻杆两端接头与管体壁厚的落差较大，两端接头部位过厚导致热处理中析出较多的铁素体从而无法达到较高的强度；此外，当基体耐腐蚀合金元素Cr的含量降低如为0.95～1.20％，合金中的铁素体的性能会显著降低，致使该产品在使用的过程中极易产生过早的疲劳失效。
声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种非开挖钻杆用耐腐蚀钢材，其特征在于，所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材以质量百分含量计包括：C 0.2-0.25％，Si 0.2-0.35％，Mn 1.15-1.25％，Cr 3-3.5％，Mo 0.15-0.2％，余量为铁及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材，其特征在于，所述耐腐蚀钢材中还包含有≤0.2％的V。
3.如权利要求1或2所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括依次进行的配料、冶炼和浇铸，得到所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材。
4.如权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述冶炼采用电炉冶炼；
优选地，所述冶炼中物料入炉前炼炉的温度≥500℃；
优选地，所述冶炼中炼炉的温度为1250-1300℃。
5.一种耐腐蚀非开挖钻杆，其特征在于，所述耐腐蚀非开挖钻杆采用如权利要求1或2所述耐腐蚀钢材进行制备得到，包括如下过程：
依据配方进行配料，之后依次进行冶炼、浇注、锻造、热轧、管端加厚和热处理。
6.如权利要求5所述耐腐蚀非开挖钻杆，其特征在于，所述冶炼采用电炉冶炼；
优选地，所述冶炼中物料入炉前炼炉的温度≥500℃；
优选地，所述冶炼中炼炉的温度为1250-1300℃。
7.如权利要求5或6所述耐腐蚀非开挖钻杆，其特征在于，所述锻造的始锻温度为1100-1200℃；
优选地，所述锻造的终锻温度＞950℃；
优选地，所述热轧前进行在1200-1250℃下保温110-120min；
优选地，所述热轧的终轧温度为900-950℃。
8.如权利要求5-7任一项所述耐腐蚀非开挖钻杆，其特征在于，所述管端加厚中进行加热；
优选地，所述加热的方式为中频加热；
优选地，所述加热的温度为1100-1250℃；
优选地，所述加热的时间为50-60s。
9.如权利要求5-8任一项所述耐腐蚀非开挖钻杆，其特征在于，所述热处理包括依次进行的第一热处理和第二热处理；
优选地，所述第一热处理的温度为870-890℃；
优选地，所述第一热处理的保温时间为70-80min；
优选地，所述第二热处理的温度为610-630℃；
优选地，所述第二热处理的时间为110-130min。
10.如权利要求5-9任一项所述耐腐蚀非开挖钻杆，其特征在于，所述耐腐蚀非开挖钻杆采用如权利要求1或2所述非开挖钻杆用耐腐蚀钢材进行制备得到，包括如下过程：
依据配方进行配料，之后依次进行冶炼、浇注、锻造、热轧、管端加厚和热处理；
所述冶炼采用电炉冶炼；所述冶炼中物料入炉前炼炉的温度≥500℃；所述冶炼中炼炉的温度为1250-1300℃；
所述锻造的始锻温度为1100-1200℃；所述锻造的终锻温度＞950℃；所述热轧前进行在1200-1250℃下保温110-120min；所述热轧的终轧温度为900-950℃；
所述管端加厚中进行加热；所述加热的方式为中频加热；所述加热的温度为1100-1250℃；所述加热的时间为50-60s；
所述热处理包括依次进行的第一热处理和第二热处理；所述第一热处理的温度为870-890℃；所述第一热处理的保温时间为70-80min；所述第二热处理的温度为610-630℃；所述第二热处理的时间为110-130min。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101397637A (zh) * 2007-09-29 2009-04-01 宝山钢铁股份有限公司 13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氢腐蚀油套管用钢及其制造方法
WO2017022374A1 (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 新日鐵住金株式会社 ステンレス鋼及び油井用ステンレス鋼材
CN106437543A (zh) * 2016-11-30 2017-02-22 无锡双马钻探工具有限公司 一种高韧性非开挖定向钻杆
CN107619994A (zh) * 2017-04-27 2018-01-23 中国石油大学(北京) 一种抗co2/h2s及硫酸盐还原菌腐蚀的无缝管线管及其制造方法
CN109136483A (zh) * 2018-10-18 2019-01-04 无锡双马钻探工具有限公司 一种非开挖整体钻杆用无缝钢管及其制备方法
US20190226039A1 (en) * 2016-10-17 2019-07-25 Jfe Steel Corporation High-strength seamless steel pipe for oil country tubular goods, and method for producing the same
CN113802070A (zh) * 2020-06-16 2021-12-17 宝山钢铁股份有限公司 一种抗二氧化碳及硫酸盐还原菌腐蚀的油套管及其制造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101397637A (zh) * 2007-09-29 2009-04-01 宝山钢铁股份有限公司 13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氢腐蚀油套管用钢及其制造方法
WO2017022374A1 (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 新日鐵住金株式会社 ステンレス鋼及び油井用ステンレス鋼材
US20190226039A1 (en) * 2016-10-17 2019-07-25 Jfe Steel Corporation High-strength seamless steel pipe for oil country tubular goods, and method for producing the same
CN106437543A (zh) * 2016-11-30 2017-02-22 无锡双马钻探工具有限公司 一种高韧性非开挖定向钻杆
CN107619994A (zh) * 2017-04-27 2018-01-23 中国石油大学(北京) 一种抗co2/h2s及硫酸盐还原菌腐蚀的无缝管线管及其制造方法
CN109136483A (zh) * 2018-10-18 2019-01-04 无锡双马钻探工具有限公司 一种非开挖整体钻杆用无缝钢管及其制备方法
CN113802070A (zh) * 2020-06-16 2021-12-17 宝山钢铁股份有限公司 一种抗二氧化碳及硫酸盐还原菌腐蚀的油套管及其制造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘宗茂等: "提高20CrMo钢钻杆使用寿命的研究", 《热加工工艺》 *

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