Composition-Structure-Properties and Process Comprehensive Control Technology of 125ksi Super Martensitic Oil Well Pipe Material

Zhao Jiqing; Wan Wuxia; Li Zaoyu; Du Liqing

doi:10.20057/j.1003-8620.2023-00262

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Composition-Structure-Properties and Process Comprehensive Control Technology of 125ksi Super Martensitic Oil Well Pipe Material

Product Research and Development | 更新时间：2025-05-09

- Composition-Structure-Properties and Process Comprehensive Control Technology of 125ksi Super Martensitic Oil Well Pipe Material
- Special Steel Vol. 45, Issue 5, Pages: 40-46(2024)
- 作者机构：
  
  1.钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院，北京 100081
  2.大冶特殊钢有限公司，黄石 435001
  3.内蒙古科技大学材料与冶金学院，包头 014010
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2023-00262
  CLC： TG142.7
- Received：26 December 2023，
  
  Published：30 September 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
赵吉庆,万五霞,李造宇等.125ksi超级马氏体油管成分-组织-性能-工艺综合控制技术[J].特殊钢,2024,45(05):40-46.

Zhao Jiqing,Wan Wuxia,Li Zaoyu,et al.Composition-Structure-Properties and Process Comprehensive Control Technology of 125ksi Super Martensitic Oil Well Pipe Material[J].Special Steel,2024,45(05):40-46.
赵吉庆,万五霞,李造宇等.125ksi超级马氏体油管成分-组织-性能-工艺综合控制技术[J].特殊钢,2024,45(05):40-46. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2023-00262.

Zhao Jiqing,Wan Wuxia,Li Zaoyu,et al.Composition-Structure-Properties and Process Comprehensive Control Technology of 125ksi Super Martensitic Oil Well Pipe Material[J].Special Steel,2024,45(05):40-46. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2023-00262.

摘要

125ksi钢级15Cr超级马氏体不锈钢具有优良的高强度、高韧性匹配与耐CO

腐蚀性能，是深度＞7 000 m深井油井管的候选材料。从成分设计、生产工艺、组织调控等方面，论述了15Cr超级马氏体不锈钢油管的高强高韧综合控制技术。成分控制方面，采用无δ铁素体成分设计，

［Cr］取15%，

［Ni］取6.5%~7%，

［C］取0.01%~0.03%，

［Cu］取1.25%~1.5%，Cr、Ni元素合理匹配是降低δ铁素体含量的主要因素，C、Cu含量的合理匹配是获得高强高韧力学性能的关键因素。冶炼工艺方面，研究了电弧炉钢杂质元素的影响，结果表明，V、N、Al杂质元素会增加15Cr钢的硬度，将回火温度提高至550~575 ℃，能够降低硬度保证韧性。热加工成型方面，通过热变形试验，获得了15Cr钢的动态再结晶规律，制定了无缝管热穿孔成型变形温度1 100~1 150 ℃，能够获得细小的再结晶晶粒。组织性能调控方面，通过热处理工艺研究，确定了正火温度采用950~980 ℃，即能保证晶粒尺寸不明显长大，又能获得高强度与高韧性的匹配。

Abstract

The 125ksi grade 15Cr super martensite stainless steel exhibits excellent high strength and high toughness matching， and corrosion resistance to CO

， which making it a promising material for oil well pipes exceeding a de

pth of 7 000 m. This paper comprehensively discusses the control technology for achieving high strength and high toughness in 15Cr super martensite stainless steel tubing through composition design， production process optimization， and microstructure regulation. In terms of composition control， a δ ferrite-free composition design is employed with a chromium content （

［Cr］） of 15%， nickel content （

［Ni］） ranging from 6.5% to 7%， carbon content （

［C］） between 0.01% and 0.03%， and copper content （

［Cu］） varying from 1.25% to 1.5%. The appropriate combination of chromium and nickel elements plays a crucial role in reducing the δ ferrite content， while the optimal balance between carbon and copper contents is key to obtaining superior mechanical properties characterized by high strength and high toughness. Regarding the smelting process， this study investigates the influence of impurity elements on electric furnace steel. The results show that vanadium （V）， nitrogen （N）， and aluminum （Al） impurities increase the hardness of the 15Cr steel alloy.and raise the tempering temperature to 550 ℃-575 ℃， which can reduce the hardness and ensure the toughness. Concerning hot processing and molding techniques， the dynamic recrystallization behavior are obtained through hot deformation tests conducted on the15Cr steel alloy. The optimum hot perforation deformation temperature for seamless pipe manufacturing falls within 1 100°C to 1 150°C as it facilitates grain refinement via fine recrystallized grains formation. Microstructure regulation involves determining an appropriate normalizing temperature during heat treatment processes. The research results suggest that normalizing at temperatures ranging from 950°C to 980°C helps maintain grain size without significantly grown， while the match of high strength and high toughness can be obtained.

关键词

Keywords

references

冯耀荣，李鹤林，韩礼红，等 . 我国油井管国产化技术进展及展望［J］. 石油科学通报， 2022 ， 7 （ 2 ）： 229 - 241 .

张忠铧 . 我国油井管产业的发展及思考（上）［J］. 钢管， 2022 ， 51 （ 5 ）： 1 - 7 .

张忠铧 . 我国油井管产业的发展及思考（下）［J］. 钢管， 2022 ， 51 （ 6 ）： 6 - 14 .

高　杰，郭克星 . 油井管材料腐蚀研究现状［J］. 特种设备安全技术， 2023 （ 6 ）： 33 - 35 .

李效华，丁　然，高志明，等 . 抗CO 2 腐蚀马氏体不锈钢无缝管的研究进展［J］. 钢管， 2023 ， 52 （ 1 ）： 8 - 20 .

徐　婷，方　伟，陈俊峰，等 . 中国油井管技术助力国际标准化新发展［J］. 中国标准化， 2022 （ 1 ）： 150 - 154+163 .

毕宗岳，王　桐，苑清英，等 . 新型高钢级超深井用油套管强韧性研究［J］. 热加工工艺， 2022 ， 51 （ 6 ）： 69 - 73+78 .

高建忠 . 我国石油管材国产化回顾与思考［J］. 石油管材与仪器， 2021 ， 7 （ 2 ）： 1 - 8+14 .

刘亚旭，李鹤林，杜　伟，等 . 石油管及装备材料科技工作的进展与展望［J］. 石油管材与仪器， 2021 ， 7 （ 1 ）： 1 - 5 .

方　伟，张　华，许晓锋，等 . 石油管材标准体系现状及建设规划［J］. 石油管材与仪器， 2021 ， 7 （ 1 ）： 88 - 93 .

张　银，王林珠，李军旗，等 . 国内外油井管钢中非金属夹杂物的对比分析［J］. 钢铁， 2021 ， 56 （ 2 ）： 69 - 75+104 .

陈　辉，喻异双，吴彬彬，等 . 超高强韧油井管合金设计与高强韧机制［J］. 钢铁， 2019 ， 54 （ 12 ）： 96 - 103 .

李鹤林，韩礼红 . 刍议我国油井管产业的发展方向（续）［J］. 焊管， 2009 ， 32 （ 5 ）： 11 - 14 .

李鹤林，张亚平，韩礼红 . 油井管发展动向及高性能油井管国产化（上）［J］. 钢管， 2007 ， 36 （ 6 ）： 1 - 6 .

李鹤林，韩礼红，张文利 . 高性能油井管的需求与发展［J］. 钢管， 2009 ， 38 （ 1 ）： 1 - 9 .

张国信，熊建新，龚宏等 . 石油石化金属材料应用与发展［M］. 北京：中国石化出版社， 2018 .

邢　娜，何立波，黄　宝，等 . 非API 13Cr系马氏体不锈钢油套管的发展现状［J］. 特殊钢， 2012 ， 33 （ 3 ）： 22 - 25 .

邢　娜，何立波，黄　宝，等 . 国外非API高耐蚀油套管品种开发现状［J］. 世界钢铁， 2012 ， 12 （ 4 ）： 42 - 49+65 .

LUO H ， YU Q ， DONG C ， et al . Influence of the aging time on the microstructure and electrochemical behaviour of a 15-5PH ultra-high strength stainless steel ［J］. Corrosion Science： The Journal on Environmental Degradation of Materials and its Control ， 2018 ，139（Jul.）： 185 - 196 .

Jang Y W ， Hong J H ， Kim J G . Effects of copper on the corrosion properties of low-alloy steel in an acid-chloride environment ［J］. Metals and Materials International ， 2009 ， 15 （ 4 ）： 623 - 629 .

李素芹，李士琦，熊国宏，等 . 钢中残余有害元素对油井管质量的影响［J］. 特殊钢， 2003 ， 24 （ 4 ）： 31 - 33 .

Views

下载量

CSCD

CNKI被引量

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Composition Design and Heat Treatment Welding Process Analysis of High‑manganese Austenitic Cryogenic Steel

Related Author

Xu Hao

Liu Jianhua

Liu Hongbo

Liu Yin

Li Min

He Yang

Chen Sihan

Li Jihang

Related Institution

National Engineering Research Center for Advanced Rolling and Intelligent Manufacturing， University of Science and Technology Beijing

Material Technology Research Institute, HBIS Group

School of Rare Earth Industry， Inner Mongolia University of Science & Technology

School of Metallurgy， Northeastern University

⁰