近年来，随着海洋油气开发由浅水区向深水区、由常规温和环境向极地高寒环境发展，推动海洋石油装备不断升级换代，从而促进石油装备材料性能进一步优化升级。石油装备由于工况条件恶劣，通常需要承受复杂的交变载荷作用力以及苛刻的腐蚀环境介质，因此对于石油装备材料的安全可靠性、使用寿命要求很高。为此，中信泰富特钢集团旗下大冶特殊钢有限公司（简称：大冶特钢）通过不断技术创新，逐步实现了石油用棒材的国产化与高端化。

历经多年在棒材技术研发方面的探索研究，大冶特钢通过采取超纯净冶炼技术、高均匀性热处理技术等措施，在石油用棒材工艺技术和产品质量方面取得了一系列突破。本文将介绍大冶特钢几个典型石油用棒材品种的创新研发案例。

1.1 抗腐蚀4130M 125ksi棒材

随着易开发油气资源越来越少，目前石油开采逐渐向深海以及含H₂S等强腐蚀介质环境条件更加苛刻的油气田发展，对高钢级、抗腐蚀系列的油气用钢需求量越来越大。国内外广泛使用的4130M 80ksi和4130M 95ksi钢材强度较低，在含有H₂S腐蚀环境的超深井中使用此钢级钢棒其承载力不够，因此需要提高钢材强度，同时能抗H₂S腐蚀。对于4130M 125ksi抗腐蚀用棒材，国外石油行业正处于试验阶段，国内尚无厂家进行研究，主要原因是该品种的超纯净度冶炼工艺和高均匀性热处理技术不够成熟。

大冶特钢深入开展了4130M 125ksi棒材的工艺技术研究，形成了一套独有的高强度抗腐蚀材料设计、生产、测试评价体系。抗腐蚀4130M 125ksi棒材产品创新点如下：

1）超纯净度冶炼技术：钢中P≤0.010%，S≤0.005%，实现控制钢中夹杂物之和不大于2.0级；

2）独特的高精度轧制技术：可生产低倍长宽比≤1.20的棒材，实现钢材内部组织的一致性；

3）高均匀性棒材热处理技术：直径60-135mm的抗腐蚀棒材，棒材距表面25.4mm部位内四象限环状洛氏硬度差≤3HRC。

1.2 耐低温L7棒材

随着资源开采由浅海向深海区域、极地高寒区域发展，海洋工程用螺栓的服役环境越来越严苛，对材料的要求也越来越高。深海螺栓在海油工程中承担着重要的衔接任务，主要用于衔接海洋平台井上及井下各个结构部件。由于海洋环境的特殊性，要求螺栓不仅具有高强度、优异的低温韧性以及良好的焊接性能，还需要低屈强比和高均匀延伸率来保证钢结构的安全性和可靠性。

大冶特钢致力于L7系列产品的工艺技术研究，形成了一套独有的耐低温冲击材料设计、生产、测试评价体系。耐低温L7棒材产品创新点如下：

1）开发了高纯净度冶炼技术，实现控制钢中夹杂物之和不大于2.5级，最大颗粒不超过10μm；

2）高均匀性热处理技术：直径20-88.9mm的中碳（0.38%-0.43%）L7棒材全横截面硬度波动在15HBW以内；

3）超低温冲击控制技术：-101℃环境下，在保证抗拉强度≥900MPa的条件下，V型冲击功达到27J以上；

4）低屈强比控制技术：在保证抗拉强度≥900MPa的条件下，屈强比R_p0.2/R_m控制在≤0.90。

1.3 高强高韧4330V棒材

4330V棒材，作为一种深井钻具用关键材料，长期被国外垄断。为响应国家对于关键材料自主研发的号召，大冶特钢通过对4330V大规格棒材的研发，实现了产品自主生产，替代进口。产品先后通过斯伦贝谢、国民油井华高（NOV）、贝克休斯及安百拓等国际知名用户的认可，实现了批量生产。

目前，大冶特钢已成为国内覆盖面最广的高端油气用棒材生产基地，产品实物质量水平处于国内领先、国际先进水平，进一步加快了我国油气用钢的国产化进程，通过一系列的技术难题攻关，解决了制约我国深井钻具等高端油气装备发展的瓶颈问题。高强高韧性4330V棒材产品创新点如下：

1）开发了高纯净钢精炼控制技术、真空处理技术和浇注控制技术等，实现了P、S及气体等元素的精准控制，达到国外先进水平，P≤0.010%，S≤0.005%，氧含量≤8ppm，氢含量≤2ppm；

2）开发了屈服强度110ksi-170ksi不同钢级的4330V棒材，可达到规格≤304.8mm全横截面淬透；

3）开发了大规格棒材高均匀性热处理技术，横截面四象限硬度波动在10HBW以内，综合性能达到国际先进水平。

大冶特钢采用步进式炉生产高韧性、耐腐蚀石油用棒材，通过该项热处理控制技术的推广使用，不仅提升了钢铁材料的技术含量和附加值，同时也降低了下游用户的使用成本，减少了材料浪费，提升了材料使用效率，从根本上改变了钢铁行业的产业链结构。目前大冶特钢石油用棒材获得授权发明专利8项，发表相关学术论文数篇，发布国家标准2项，获得科技进步奖2项，引领了材料转型升级。

通过科技成果转化，大冶特钢高端石油用钢实现国产化，不仅降低了材料的进口成本，同时通过产品出口满足了全球能源行业对高端石油用钢差异化的需求，增强了我国能源用钢的国际市场竞争力。

大冶特钢石油用棒材，广泛应用于我国乃至世界范围内众多知名油服公司，对全球能源行业重点项目建设发挥了十分关键的基础材料支撑作用。

3.1 耐腐蚀油气钻具钢

多年来，国内外持续对含H₂S的腐蚀问题做了诸多研究，对其腐蚀机理和规律有了一定认识，腐蚀控制方法也逐渐成熟，形成了NACE MR0175、ISO 15156、SY/T 0599等标准与规范。钢材的硬度与耐腐蚀性密切相关，为保证材料的耐蚀性，其硬度要保持在较低水平，根据NACE MR0175/ISO 15156规范要求，钢材硬度≤22HRC时适用于H₂S腐蚀环境下使用。

但由于硬度≤22HRC的钢材其强度较低，在含有H₂S腐蚀环境的超深井中使用此钢级钢棒材其承载力不够，因此需提高强度，同时能耐H₂S腐蚀。目前国际上普遍采用13Cr不锈钢，但成本较高、使用效果不理想，为此，国外石油行业提出采用125SS钢代替13Cr用于H₂S腐蚀环境。

大冶特钢设计生产了125SS耐腐蚀石油用棒材，用于制作深井钻具。大冶特钢在生产中通过不断研究摸索，形成了一套耐腐蚀石油用棒材微合金化成分设计预判技术、超纯净度冶炼技术、独特的高精度轧制技术以及高均匀性棒材热处理技术的创新成果。由此研制出的高钢级抗H₂S腐蚀石油用棒材，已通过哈里伯顿等世界知名油服公司认证认可，具有良好的综合性能，见表1。

3.2 高强高韧深井钻具钢

作为一种高强高韧性深井钻具钢的关键材料，4330V被广泛应用于斯伦贝谢、NOV、中石油等国内外知名油服厂商。但目前国内尚无生产135ksi钢级直径12英寸及以上的棒材。国内对该材料的需求主要以进口为主。

大冶特钢通过自主研发，设计生产了110ksi-170ksi不同钢级的4330V深井钻具钢，其中4330V 135ksi钢级直径12英寸以上的深井钻具用棒材制造工艺技术处于世界领先水平。大冶特钢独立设计生产的4330V 170ksi钢级直径12英寸棒材产品，不仅通过NOV等知名企业测试，同时，大冶特钢重新设计的4330V化学成分已纳入其全球适用采购规范。

大冶特钢设计生产的4330V 135ksi深井钻具钢，生产中通过反复试验研究，通过从成分设计、冶炼工艺到锻制成型工艺、热处理工艺的研究，形成了一整套高纯净钢的精炼控制技术、真空处理技术、浇注控制技术、高精度锻制成型技术及大规格棒材高均匀性热处理技术的创新成果。由此开发的棒材产品性能满足了斯伦贝谢等油服公司要求，在满足屈服强度不低于135ksi的条件下，常温冲击功≥81J，具体性能指标见表2。

3.3 油井管坯成功应用于万米科探井

近年来，为缓解我国天然气能源紧张的局面，中国石油陆续开展万米科学钻探的探索研究，随着科学钻探深度的不断加深，地层可钻性差、高温、高压、高地应力、易斜井、钻杆强度不足等问题越发明显，因此万米科探井是世界上最为艰难的科学工程之一。

深地川科1井是由中国石油西南油气田主导实施的全球首口地质条件最复杂、钻井难度最高的万米科探井，其地面海拔717m，设计井深10520m，井底最高温度达到224℃，最高压力达到138MPa。其地质结构为二元结构，在地底结构中沉积了海相地层，之上沉积了陆相地层，井深超过万米，开钻难度极大。

中信泰富特钢作为战略供应商，积极参与国家重大工程项目。针对深地川科1井项目，大冶特钢充分发挥技术优势，开发出能够满足超深井耐腐蚀和长寿命使用需求的油井管坯，顺利完成交付并投入使用，为万米科学钻探工程的建设作出重要贡献。

随着石油装备逐渐向大型化、规模化、数字化以及环境友好型的方向发展，绿色能源材料的应用将会快速发展。大冶特钢将重点瞄准高强度高韧性耐腐蚀深海钻井、完井工具用钢，重点关注行业的新工艺、新技术及发展方向，加快产品和技术装备转型升级，培育一批具有行业影响力的科研产品，逐步提升企业在国内国际市场的竞争力，在石油用钢领域继续引领行业发展。（彭峰）