Бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента и способ ее изготовления

Бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента и способ ее изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к бесшовной трубке или трубе из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента, подходящих для использования в нефтяных скважинах, газовых скважинах и т.п. для сырой нефти или природного газа. В частности, настоящее изобретение относится к бесшовной трубке или трубе из высокопрочной нержавеющей стали, которая имеет превосходную коррозионную стойкость к газообразному диоксиду углерода в чрезвычайно агрессивной коррозионной среде, содержащей газообразный диоксид углерода (СО₂) и ионы хлора (Cl^-) при высоких температурах, которая имеет превосходную стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (стойкость к SCC) при высоких температурах и превосходную стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением (стойкость SSC) при нормальной температуре, в средах, содержащих сероводород (H₂S), и которая подходит для использования в нефтяных скважинах. В связи с этим используемый далее термин «высокая прочность» относится к прочности по пределу текучести 110 кфунт/кв.дюйм, т.е. к прочности 758 МПа или более на основе передела текучести.

Уровень техники

В последние годы, из-за роста цен на нефть и прогнозируемого в ближайшем будущем истощения запасов нефти, скважины глубоко залегающей нефти, которую не добывали ранее, и нефтяные скважины, газовые скважины и т.п. в высококоррозионных средах, например в так называемых кислых средах, активно разрабатываются. В целом, такие нефтяные скважины и газовые скважины проходят на очень большие глубины, и их атмосфера представляет собой высококоррозионную среду, содержащую CO₂, Cl^- и также H₂S при высоких температурах. Трубные изделия нефтегазопромыслового сортамента, используемые в таких средах, должны содержать материалы, имеющие одновременно высокую прочность и высокую коррозионную стойкость (коррозионную стойкость к газообразному диоксиду углерода, стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением и стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением).

В нефтяных и газовых скважинах в средах, содержащих газообразный диоксид углерода (СО₂), ионы хлора (Cl^-) и т.п., во многих случаях применяют трубки или трубы из мартенситной нержавеющей стали, содержащей 13% Cr, в качестве трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента, используемых для разведочного бурения. В дополнение к этому, в последнее время получило распространение использование улучшенного варианта мартенситной нержавеющей стали с 13% Cr, в котором содержание С в составе компонентов мартенситной нержавеющей стали с 13% Cr понижено, и содержания Ni, Mo и т.п. повышены.

Например, в патентном документе 1 описан усовершенствованный вариант мартенситной нержавеющей стали с 13% Cr (стальной трубки или трубы), в котором улучшена коррозионная стойкость мартенситной нержавеющей стали с 13% Cr (стальной трубки или трубы). Нержавеющая сталь (стальная трубка или труба), описанная в патентном документе 1, является мартенситной нержавеющей сталью, имеющей превосходную коррозионную стойкость и превосходную стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением, при этом в составе мартенситной нержавеющей стали с содержанием Cr от 10% до 15% содержание С ограничено в диапазоне от 0,005% до 0,05%, Ni: 4,0% или более и Cu: от 0,5% до 3% добавляются вместе, дополнительно добавляется Mo от 1,0% до 3,0%, и Nieq доводится до - 10 или более, и микроструктура состоит из отпущенной мартенситной фазы, мартенситной фазы и остаточной аустенитной фазы, при этом общая доля отпущенной остаточной аустенитной фазы и мартенситной фазы составляет от 60% до 90%. Отмечается, что коррозионная стойкость и стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением соответственно улучшаются во влажной среде с газообразным диоксидом углерода и влажной среде с сероводородом.

Кроме того, в последнее время разрабатываются нефтяные скважины в коррозионных средах при более высоких температурах (высоких температурах до 200°С). Однако, существует проблема, заключающаяся в том, что необходимая коррозионная стойкость не может быть стабильно обеспечена в таких высокотемпературных коррозионных средах по технологии, описанной в патентном документе 1.

Поэтому трубчатые или трубные изделия нефтегазопромыслового сортамента, которые могут использоваться в таких высокотемпературных коррозионных средах и которые имеют превосходную коррозионную стойкость и превосходную стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением, являются желательными, и были предложены различные трубки или трубы из мартенситной нержавеющей стали.

Например, в патентном документе 2 описана трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали, которая имеет состав, содержащий в массовых процентах, С: от 0,005% до 0,05%, Si: от 0,05% до 0,5%, Μn: от 0,2% до 1,8%, Cr: от 15,5% до 18%, Ni: от 1,5% до 5%, Mo: от 1% до 3,5%, V: от 0,02% до 0,2%, N: от 0,01% до 0,15%, и О: 0,006% или менее, таким образом, что Cr, Ni, Mo, Cu, В и С удовлетворяют определенному относительному соотношению, и Cr, Mo, Si, С, Μn, Ni, Cu и N удовлетворяют определенному относительному соотношению, которая имеет микроструктуру, содержащую мартенситную фазу в качестве основной фазы, и от 10% до 60% ферритной фазы в объемном долевом содержании, или микроструктуру, дополнительно содержащую 30% или более аустенитной фазы, и которая имеет превосходную коррозионную стойкость. Отмечается, что при этом может быть стабильно получена стальная трубка или труба для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента с высокой прочностью, а также с высокой ударной вязкостью, имеющая достаточную коррозионную стойкость даже в высококоррозионных средах, содержащих СО₂ и Cl^-, при высоких температурах 200°С или выше.

Кроме того, в патентном документе 3 описана трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента, имеющая высокую ударную вязкость и превосходную коррозионную стойкость. По технологии, описанной в патентном документе 3, стальная трубка или труба имеет состав, содержащий в массовых процентах, С: 0,04% или менее, Si: 0,50% или менее, Μn: от 0,20% до 1,80%, Cr: от 15,5% до 17,5%, Ni: от 2,5% до 5,5%, V: 0,20% или менее, Mo: от 1,5% до 3,5%, W: от 0,50% до 3,0%, Al: 0,05% или менее, N: 0,15% или менее, и О: 0,006% или менее, таким образом, что Cr, Mo, W и С удовлетворяют определенному относительному соотношению, и Cr, Mo, W, Si, С, Μn, Cu, Ni и N удовлетворяют определенному относительному соотношению, и Mo и W также удовлетворяют определенному относительному соотношению, и имеет микроструктуру, содержащую мартенситную фазу в качестве основной фазы, и от 10% до 50% в объемном долевом содержании ферритной фазы. Отмечается, что при этом может быть стабильно получена высокопрочная стальная трубка или труба для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента, имеющая достаточную коррозионную стойкость даже в высококоррозионных средах, содержащих СО₂ и Cl^-, а также H₂S при высоких температурах.

Кроме того, в патентном документе 4 описана трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали, имеющей превосходную стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением и превосходную высокотемпературную коррозионную стойкость к газообразному диоксиду углерода. По технологии, описанной в патентном документе 4, стальная трубка или труба имеет состав, содержащий в массовых процентах, С: 0,05% или менее, Si: 1,0% или менее, Сr: от более 16% до 18% или менее, Mo: от более 2% до 3% или менее, Cu: от 1% до 3,5%, Ni: от 3% или более до менее 5%, и Al: от 0,001% до 0,1%, и содержащий Μn и N таким образом, чтобы удовлетворять определенному относительному соотношению в диапазоне Μn: 1% или менее и Ν: 0,05% или менее, и имеет микроструктуру, содержащую мартенситную фазу в качестве основной фазы, от 10% до 40% в объемном долевом содержании ферритной фазы, и 10% или менее в объемном долевом содержании остаточной аустенитной фазы. Отмечается, что при этом получают трубку или трубу из высокопрочной нержавеющей стали, также обладающую достаточной коррозионной стойкостью даже в средах с газообразным диоксидом углерода при высокой температуре 200°С, обладающую достаточной стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением даже при пониженной температуре окружающего газа, и обладающую превосходной коррозионной стойкостью.

Кроме того, в патентном документе 5 описана трубка или труба из нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента, имеющая состав, содержащий в массовых процентах, С: 0,05% или менее, Si: 0,5% или менее, Μn: от 0,01% до 0,5%, Р: 0,04% или менее, S: 0,01% или менее, Cr: от более 16,0% до 18,0% или менее, Ni: от более 4,0% до 5,6% или менее, Mo: от 1,6% до 4,0%, Cu: от 1,5% до 3,0%, Al: от 0,001% до 0,10%, и N: 0,050% или менее, таким образом, что Cr, Cu, Ni и Mo удовлетворяют определенному соотношению, и (С+Ν), Mn, Ni, Cu и (Cr+Mo) удовлетворяют определенному соотношению, имеющая микроструктуру, содержащую мартенситную фазу и от 10% до 40% в объемном долевом содержании ферритной фазы, при этом ферритная фаза имеет длину 50 мкм от поверхности в направлении толщины, и доля ферритной фазы, пересекающей множество отрезков виртуальных линий, выровненных в ряд с шагом 10 мкм в диапазоне 200 мкм, составляет более 85%, и имеющая предел текучести 758 МПа или более. Отмечается, что при этом получают трубку или трубу из нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента, обладающую превосходной коррозионной стойкостью в высокотемпературных средах и обладающую превосходной стойкостью к SCC при нормальной температуре.

Перечень ссылок

Патентные документы

[PTL 1]: Не прошедшая экспертизу опубликованная заявка на патент Японии №10-1755

[PTL 2]: Не прошедшая экспертизу опубликованная заявка на патент Японии №2005-336595

[PTL 3]: Не прошедшая экспертизу опубликованная заявка на патент Японии №2008-81793

[PTL 4]: Международная публикация WO 2010/050519

[PTL 5]: Международная публикация WO 2010/134498

Сущность изобретения

Техническая проблема, решаемая изобретением

Одновременно с недавними разработками нефтяных скважин, газовых скважин и т.п. в высококоррозионных средах, желательно, чтобы стальная трубка или труба для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента обладала высокой прочностью и высокой коррозионной стойкостью, где превосходная коррозионная стойкость к газообразному диоксиду углерода, превосходная стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (стойкость к SCC) и стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением (стойкость к SSC) одновременно обеспечиваются даже в условиях высококоррозионных сред, содержащих СО₂, Cl^-, а также H₂S при высоких температурах 200°С или выше. Тем не менее, существует проблема, заключающаяся в том, что стойкость к SSC в средах с высоким парциальным давлением H₂S пока еще не обеспечивается в достаточной степени даже технологиями, описанными в патентных документах 2-5.

Целью настоящего изобретения является решение этих проблем в существующем уровне техники и создание бесшовной трубки или трубы из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента, обладающей высокой прочностью и высокой коррозионной стойкостью, в которой превосходная коррозионная стойкость к газообразному диоксиду углерода, превосходная стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением и превосходная стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением обеспечиваются одновременно даже в описанных выше высококоррозионных средах, и предложение способа ее изготовления.

В связи с этим, используемый далее термин «высокая прочность» относится к случаю с пределом текучести 110 кфунт/кв.дюйм (758 МПа) или более. Кроме того, используемый далее термин «превосходная коррозионная стойкость к газообразному диоксиду углерода» относится к тому, что скорость коррозии составляет 0,125 мм/год или менее в случае, когда испытание проводится выдержкой образца в растворе для испытания: 20% масс. водном растворе NaCl (температура раствора: 200°С, давление газообразного СО₂ 30 атм., с выдержкой в автоклаве в течение периода выдержки 336 часов. Кроме того, используемый далее термин «превосходная стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением» относится к тому случаю, когда испытание осуществляется выдержкой образца в водном растворе, при этом уксусная кислота + ацетат Na добавляются в раствор для испытания: 20% масс. водный раствор NaCl (температура раствора: 100°С, давление газообразного СО₂ 30 атм. и H₂S 0,1 атм.) для приведения величины рН к 3,3, образец выдерживали в автоклаве в течение периода выдержки 720 часов, при этом прикладывали напряжение, составлявшее 100% предела текучести, и после завершения испытания растрескивание в образце не происходит. Кроме того, используемый далее термин «превосходная стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением» относится к тому случаю, когда испытание осуществляется выдержкой образца в водном растворе, при этом уксусная кислота + ацетат Na добавляются в раствор для испытания: 20% масс. водный раствор NaCl (температура раствора: 25°С, давление газообразного СО₂ 0,9 атм. и H₂S 0,1 атм.) для приведения величины рН к 3,5, образец выдерживается в автоклаве в течение периода выдержки 720 часов, при этом прикладывается напряжение, составляющее 90% предела текучести, и после завершения испытания образование трещин в образце не происходит.

Решение проблемы

Для достижения вышеописанной цели авторы настоящего изобретения интенсивно изучали различные факторы, влияющие на коррозионную стойкость трубки или трубы из нержавеющей стали с Cr-содержащим составом, имеющим повышенное содержание Cr 15,5% масс, или более, с точки зрения коррозионной стойкости в коррозионных средах, содержащих СО₂, Cl^-, а также H₂S при повышенных температурах до 200°С. В результате было обнаружено, что микроструктура определяется как мультифазная, в которой основной фазой (основным компонентом) была мартенситная фаза (отпущенная мартенситная фаза), и вторичной фазой была ферритная фаза, составляющая 10-60% в объемном долевом содержании, или ферритная фаза с дополнительным содержанием 30% или менее в объемном долевом содержании остаточной аустенитной фазы, и, таким образом, было возможно получить бесшовную трубку или трубу из высокопрочной нержавеющей стали, обладающую превосходной коррозионной стойкостью к газообразному диоксиду углерода в сочетании с превосходной стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением при высоких температурах в высокотемпературных коррозионных средах, содержащих СО₂, Cl^-, а также H₂S при высоких температурах до 200°С и, кроме этого, в средах, в которых напряжение близко к пределу текучести, в коррозионной атмосфере, содержащей СО₂, Cl^-, а также H₂S, и что было возможно получить микроструктуру, содержащую заданные количества Cu, Mo и W и, таким образом, получали бесшовную трубку или трубу из высокопрочной нержавеющей стали, обладающую превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением в средах с высокой концентрацией H₂S. В связи с этим, используемый далее термин «является основной фазой (основным компонентом)» относится к диапазону от 40% до 90% в объемном долевом содержании.

Согласно дальнейшим исследованиям авторов настоящего изобретения было обнаружено, что для того, чтобы микроструктура состава, содержащего 15,5% масс, или более Cr, была требуемой мультифазной микроструктурой, во-первых, было важно привести включение С, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu и N к соответствию следующей формуле (1)

(где С, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu и N представляют содержания каждого из элементов в массовых процентах).

В связи с этим, в левой части формулы (1) присутствует показатель, который указывает на тенденцию образования ферритной фазы и который был экспериментально определен авторами настоящего изобретения. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что регулировка количества и типов легирующих элементов таким образом, чтобы соответствовать формуле (1), была важна для создания требуемой мультифазной микроструктуры.

Кроме того, в соответствии с исследованиями авторов настоящего изобретения было установлено, что содержания Cu, Мо и W, регулируемые для соответствия следующей формуле (2)

(где Cu, Мо и W представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах),

входили в состав и, в результате этого, улучшалась стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением в средах с высокой концентрацией H₂S. В дополнение к этому, было установлено, что Cu, Мо, W, Cr и Ni, регулируемые для дополнительного соответствия следующей формуле (3)

(где Cu, Мо, W, Cr и Ni представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах),

входили в состав и, в связи с этим, происходило подавление избыточного образования остаточного аустенита и можно было обеспечить необходимую высокую прочность и стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением.

В этой связи, применительно к тому, что превосходная коррозионная стойкость к газообразному диоксиду углерода и, в дополнение к этому, превосходная стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением и вместе с этим превосходная стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением могут быть обеспечены с помощью предоставления возможности составу иметь высокое содержание Cr, составляющее 15,5% масс, или более, создания мультифазной микроструктуры, в которой основной фазой (основным компонентом) является мартенситная фаза, и вторичной фазой является ферритная фаза или ферритная фаза и входящая также в состав остаточная аустенитная фаза, и с помощью предоставления возможности составу дополнительно содержать заданные или более высокие количества Cu, Мо и W, определенные авторами настоящего изобретения как описано ниже.

Ферритная фаза является фазой, имеющей превосходную стойкость к питтинговой коррозии и, кроме этого, ферритная фаза выделяется в направлении прокатки, то есть, в осевом направлении трубки, в виде слоя. Следовательно, направление ламельной микроструктуры становится параллельным направлению напряжения под нагрузкой в испытании на сульфидное растрескивание под напряжением и в испытании на сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением, то есть растрескивание происходит таким образом, чтобы разделить ламельную микроструктуру. Поэтому продолжение образования трещин подавляется, и стойкость к SSC, а также стойкость к SCC улучшаются.

В то же время, превосходная коррозионная стойкость к газообразному диоксиду углерода может быть обеспечена с помощью понижения содержания С до 0,05% масс. или менее, и с помощью предоставления возможности составу содержать Cr 15,5% масс. или более, Ni 3,0% масс. или более и Мо 1,5% масс. или более.

Настоящее изобретение было сделано на основании описанных выше выводов и дополнительных исследований. Таким образом, суть настоящего изобретения состоит в следующем.

(1) Бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента, имеющая состав, содержащий в массовых процентах С: 0,05% или менее, Si: 0,5% или менее, Mn: от 0,15% до 1,0%, Р: 0,030% или менее, S: 0,005% или менее, Cr: от 15,5% до 17,5%, Ni: от 3,0% до 6,0%, Мо: от 1,5% до 5,0%, Cu: 4,0% или менее, W: от 0,1% до 2,5%, N: 0,15% или менее, и остальное состоит из Fe и случайных примесей, при этом корректировка состава осуществляется таким образом, что С, Si, Mn, Cr, Ni, Мо, Cu и N удовлетворяют следующей формуле (1),

(где С, Si, Mn, Cr, Ni, Мо, Cu и N представляют содержания каждого из элементов в массовых процентах),

Cu, Мо и W дополнительно удовлетворяют следующей формуле (2),

(где Cu, Мо и W представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах),

и Cu, Мо, W, Cr и Ni дополнительно удовлетворяют следующей формуле (3),

(где Cu, Мо, W, Cr и Ni представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах).

(2) Бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента, имеющая состав, содержащий в массовых процентах С: 0,05% или менее, Si: 0,5% или менее, Mn: от 0,15% до 1,0%, Р: 0,030% или менее, S: 0,005% или менее, Cr: от 15,5% до 17,5%, Ni: от 3,0% до 6,0%, Мо: от 1,5% до 5,0%, Cu: 3,5% или менее, W: 2,5% или менее, N: 0,15% или менее, и остальное состоит из Fe и случайных примесей, при этом корректировка состава осуществляется таким образом, что С, Si, Mn, Cr, Ni, Мо, Cu и N удовлетворяют следующей формуле (1),

(где С, Si, Mn, Cr, Ni, Мо, Cu и N представляют содержания каждого из элементов в массовых процентах),

Cu, Мо и W дополнительно удовлетворяют следующей формуле (2),

(где Cu, Мо и W представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах),

и Cu, Мо, W, Cr и Ni дополнительно удовлетворяют следующей формуле (4),

(где Cu, Мо, W, Cr и Ni представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах).

В качестве альтернативы, пункт (2) приводит к бесшовной трубке или трубе из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента по пункту (1), при этом в состав входят Cu в количестве 3,5% или менее и W в количестве 2,5% или менее, и Cu, Мо, W, Cr и Ni дополнительно удовлетворяют формуле (3), где значение правой части составляет 31.

(3) Бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента по пункту (1) или пункту (2), где состав дополнительно содержит V в количестве от 0,02% до 0,2% масс.

(4) Бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента по любому из пунктов (1)-(3), где состав дополнительно содержит Al в количестве 0,10% масс. или менее.

(5) Бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента по любому из пунктов (1)-(4), где состав дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из Nb: от 0,02% до 0,50% масс., Ti: от 0,02 до 0,16% масс., Zr: 0,50% масс или менее, и В: 0,0030% масс. или менее.

(6) Бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента по любому из пунктов (1)-(5), где состав дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из редкоземельных металлов (РЗМ): 0,005%) масс. или менее, Са: 0,005% масс. или менее, и Sn: 0,20% масс. или менее.

(7) Бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента по любому из пунктов (1)-(6), дополнительно имеющая микроструктуру, включающую в себя мартенситную фазу в качестве основной фазы, и от 10% до 60% в объемном долевом содержании ферритной фазы в качестве вторичной фазы.

(8) Бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента по пункту (7), где микроструктура дополнительно включает в себя 30% или менее в объемном долевом содержании остаточной аустенитной фазы.

(9) Способ изготовления бесшовной трубки или трубы из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента, включающий в себя стадии:

- нагревания бесшовной трубки или трубы из нержавеющей стали, имеющей состав, содержащий в массовых процентах С: 0,05% или менее, Si: 0,5% или менее, Mn: от 0,15% до 1,0%, Р: 0,030% или менее, S: 0,005% или менее, Cr: от 15,5% до 17,5%, Ni: от 3,0% до 6,0%, Мо: от 1,5% до 5,0%, Cu: 4,0% или менее, W: от 0,1% до 2,5%, N: 0,15% или менее, и остальное состоит из Fe и случайных примесей, при этом корректировка состава осуществляется таким образом, что С, Si, Mn, Cr, Ni, Мо, Cu и N удовлетворяют следующей формуле (1),

(где С, Si, Mn, Cr, Ni, Мо, Cu и N представляют содержания каждого из элементов в массовых процентах),

Cu, Мо и W дополнительно удовлетворяют следующей формуле (2),

(где Cu, Мо и W представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах),

и Cu, Мо, W, Cr и Ni дополнительно соответствуют следующей формуле (3),

(где Cu, Мо, W, Cr и Ni представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах),

до температуры нагрева 850°С или выше,

- осуществления операции закалки с охлаждением до температуры 50°С или ниже при скорости охлаждения, превышающей или равной скорости охлаждения воздухом, и

- осуществления операции отпуска с нагреванием до температуры, более низкой или равной температуре превращения A_C1 и охлаждением.

(10) Способ изготовления бесшовной трубки или трубы из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента, включающий в себя стадии:

- нагревания бесшовной трубки или трубы из нержавеющей стали, имеющей состав, содержащий в массовых процентах С: 0,05% или менее, Si: 0,5% или менее, Mn: от 0,15% до 1,0%, Р: 0,030% или менее, S: 0,005% или менее, Cr: от 15,5% до 17,5%, Ni: от 3,0% до 6,0%, Мо: от 1,5% до 5,0%, Cu: 3,5% или менее, W: 2,5% или менее, N: 0,15% или менее, и остальное состоит из Fe и случайных примесей, при этом корректировка состава осуществляется таким образом, что С, Si, Mn, Cr, Ni, Мо, Cu и N удовлетворяют следующей формуле (1),

(где С, Si, Mn, Cr, Ni, Мо, Cu и N представляют содержания каждого из элементов в массовых процентах),

Cu, Мо и W дополнительно удовлетворяют следующей формуле (2),

(где Сu, Мо и W представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах),

и Cu, Мо, W, Cr и Ni дополнительно удовлетворяют следующей формуле (4),

(где Cu, Мо, W, Cr и Ni представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах),

до температуры нагрева 850°С или выше,

- осуществления операции закалки с охлаждением до температуры 50°С или ниже при скорости охлаждения, превышающей или равной скорости охлаждения воздухом, и

- осуществления операции отпуска с нагреванием до температуры, более низкой или равной температуре превращения А_С1, и охлаждением.

(11) Способ изготовления бесшовной трубки или трубы из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента по пункту (9) или пункту (10), где состав дополнительно содержит V в количестве от 0,02% до 0,2% масс.

(12) Способ изготовления бесшовной трубки или трубы из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента по любому из пунктов (9)-(11), где состав дополнительно содержит Al в количестве 0,10% масс. или менее.

(13) Способ изготовления бесшовной трубки или трубы из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента по любому из пунктов (9)-(12), где состав дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из Nb: от 0,02% до 0,50% масс., Ti: от 0,02% до 0,16% масс., Zr: 0,50% масс. или менее, и В: 0,0030% масс. или менее.

(14) Способ изготовления бесшовной трубки или трубы из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента по любому из пунктов (9)-(13), где состав дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из РЗМ: 0,005% масс. или менее, Са: 0,005% масс. или менее, и Sn: 0,20% масс. или менее.

Полезные эффекты изобретения

В соответствии с настоящим изобретением бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали, имеющей состав, содержащий 15,5% масс. или более Cr, и обладающая превосходной коррозионной стойкостью в высококоррозионных средах, содержащих СО₂, Cl^-, а также H₂S при высоких температурах 200°С или выше, может быть получена относительно малозатратно, так что в промышленном масштабе полезные эффекты изобретения проявляются в значительной степени.

Описание вариантов осуществления

Бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента в соответствии с настоящим изобретением имеет состав, содержащий в массовых процентах С: 0,05% или менее, Si: 0,5% или менее, Μn: от 0,15% до 1,0%, Р: 0,030% или менее, S: 0,005% или менее, Cr: от 15,5% до 17,5%, Ni: от 3,0% до 6,0%, Mo: от 1,5% до 5,0%, Cu: 4,0% или менее, W: от 0,1% до 2,5%, N: 0,15% или менее, и остальное состоит из Fe и случайных примесей, при этом корректировка состава осуществляется таким образом, что С, Si, Mn, Cr, Ni, Мо, Cu и N удовлетворяют следующей формуле (1),

(где С, Si, Mn, Cr, Ni, Мо, Cu и N представляют содержания каждого из элементов в массовых процентах),

Cu, Мо и W дополнительно удовлетворяют следующей формуле (2),

(где Cu, Мо и W представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах),

и Cu, Мо, W, Cr и Ni дополнительно удовлетворяют следующей формуле (3),

(где Cu, Мо, W, Cr и Ni представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах).

Кроме того, бесшовная трубка или труба из высокопрочной нержавеющей стали для трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента в соответствии с настоящим изобретением имеет состав, содержащий в массовых процентах С: 0,05% или менее, Si: 0,5% или менее, Mn: от 0,15% до 1,0%, Р: 0,030% или менее, S: 0,005% или менее, Cr: от 15,5% до 17,5%, Ni: от 3,0% до 6,0%, Мо: от 1,5% до 5,0%, Cu: 3,5% или менее, W: 2,5% или менее, N: 0,15% или менее, и остальное состоит из Fe и случайных примесей, при этом корректировка состава осуществляется таким образом, что С, Si, Mn, Cr, Ni, Мо, Cu и N удовлетворяют следующей формуле (1),

(где С, Si, Mn, Cr, Ni, Мо, Cu и N представляют содержания каждого из элементов в массовых процентах),

Cu, Мо и W дополнительно удовлетворяют следующей формуле (2),

(где Cu, Мо и W представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах),

и Cu, Мо, W, Cr и Ni дополнительно удовлетворяют следующей формуле (4),

(где Cu, Мо, W, Cr и Ni представляют собой содержания каждого из элементов в массовых процентах).

Прежде всего, будут описаны основания для ограничения состава стальной трубки или трубы по настоящему изобретению. Далее «массовые проценты» для простоты обозначены как %, если не указано иное.

С: 0,05% или менее

Углерод является важным элементом для повышения прочности мартенситной нержавеющей стали. В настоящем изобретении, содержание 0,005% или более является желательным для обеспечения требуемой прочности. С другой стороны, если содержание превышает 0,05%, коррозионная стойкость к газообразному диоксиду углерода и стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением снижаются. Таким образом, содержание С ограничено 0,05% или менее. В связи с этим, содержание от 0,005% до 0,04% является предпочтительным.

Si: 0,5% или менее

Кремний является элементом, действующим в качестве раскисляющего агента, и содержание 0,1% или более является желательным для данной цели. С другой стороны, если содержание превышает 0,5%, обрабатываемость в горячем состоянии снижается. Таким образом, содержание Si ограничено 0,5% или менее. В связи с этим, содержание от 0,2% до 0,3% является предпочтительным.

Μn: от 0,15% до 1,0%

Марганец является элементом для повышения прочности стали. В настоящем изобретении необходимо, чтобы содержание составляло 0,15% или более для обеспечения требуемой прочности. С другой стороны, если содержание превышает 1,0%, ударная вязкость снижается. Таким образом, содержание Μn ограничено в пределах от 0,15% до 1,0%. В связи с этим, содержание от 0,2% до 0,5% является предпочтительным.

Р: 0,030% или менее

Фосфор ухудшает коррозионную стойкость, например коррозионную стойкость к газообразному диоксиду углерода, стойкость к питтинговой коррозии и стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением, и поэтому, предпочтительно приводится к минимуму в настоящем изобретении. Однако, содержание 0,030% или менее является допустимым. Следовательно, содержание Ρ ограничено 0,030% или менее. В связи с этим, содержание 0,020% или менее является предпочтительным.

S: 0,005% или менее

Сера является элементом, в значительной степени ухудшающим обрабатываемость в горячем состоянии и препятствующим стабильной работе процесса производства труб и, таким образом, предпочтительно приводится к минимуму. Тем не менее, в случае, когда содержание составляет 0,005% или менее, труба может быть получена с помощью обычного процесса. Следовательно, содержание S ограничено 0,005% или менее. В связи с этим, содержание 0,002% или менее является предпочтительным.

Cr: от 15,5% до 17,5%

Хром является элементом для образования защитной пленки и, тем самым, способствует улучшению коррозионной стойкости. В настоящем изобретении необходимо, чтобы содержание составляло 15,5% или более для обеспечения необходимой коррозионной стойкости. С другой стороны, если содержание превышает 17,5%, содержание ферритной фракции становится слишком высоким, и требуемая высокая прочность не может быть обеспечена. Следовательно, содержание Cr ограничено в пределах от 15,5% до 17,5%. В связи с этим, содержание от 15,8% до 16,8% является предпочтительным.

Ni: от 3,0% до 6,0%

Никель является элементом, который упрочняет защитную пленку и повышает коррозионную стойкость. Кроме того, Ni повышает прочность стали за счет упрочнения раствора. Такое эффекты становятся значительными, когда содержание составляет 3,0% или более. С другой стороны, если содержание превышает 6,0%, стабильность мартенситной фазы снижается и прочность уменьшается. Следовательно, содержание Ni ограничено в пределах от 3,0% до 6,0%. В связи с этим, содержание от 3,5% до 5,0% является предпочтительным.

Mo: от 1,5% до 5,0%

Молибден является элементом для повышения стойкости к питтинговой коррозии за счет Cl^- и низкого рН и повышения стойкости к сульфидному растрескиванию под напряжением и стойкости к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением. В связи с этим, содержание 1,5% или более является необходимым в настоящем изобретении. Если содержание составляет менее 1,5%, коррозионная стойкость в высококоррозионных средах оказывается несколько меньшей, чем достаточно. С другой стороны, Mo является дорогостоящим элементом, и высокое содержание свыше 5,0% вызывает резкий рост себестоимости продукции и, кроме этого, хи-фаза (χ-фаза) выделяется с понижением ударной вязкости и устойчивости к коррозии. Таким образом, содержание Mo ограничено в пределах от 1,5% до 5,0%. В связи с этим, содержание от 3,0% до 5,0% является предпочтительным.

Cu: 4,0% или менее

Медь является важным элементом для усиления защитной пленки, подавления проникновения водорода в сталь, и повышения стойкости к сульфидному растрескиванию под напряжением и стойкости к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением. Для достижения этих эффектов желательным является содержание 0,3% или более. С другой стороны, если содержание превышает 4,0%, происходит выделение CuS по границам зерен, и обрабатываемость в горячем состоянии снижается. Следовательно, содержание Cu ограничено 4,0% или менее. Содержание предпочтительно составляет 3,5% или менее, и еще более предпочтительно 2,0% или менее. С другой стороны, нижний предел содержания Cu предпочтительно равен 0,3%, более предпочтительно 0,5% и еще более предпочтительно 1,5%.

W: 2,5% или менее

Вольфрам является очень важным элементом, вносящим свой вклад в повышение прочности стали и, кроме этого, повышающим стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением и стойкость к сульфидному растрескиванию