CN103131952B - 含稀土抗co2经济型套管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含稀土抗CO2经济型套管材料，所述套管材料的成分的质量百分含量为：C？0.08～0.15，Si？0.15～0.35，Mn？0.4～0.6，Cr？2.8～3.2，Mo？0.35～0.45，P≤0.01；S≤0.006，Ti？0.01～0.02，V？0.04～0.06，Al？0.015～0.025，RE加入量≤0.02，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％。本发明还公开了一种含稀土抗CO2经济型套管的制备方法。本发明具有独特的生产工艺，生产效率高、成本低、生产工艺节能环保，所生产的套管具有很好的耐压强度和耐腐蚀性，经济效益好，适合于大规模生产，有良好的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶金材料技术，具体地说，涉及一种含稀土抗CO2经济型套管的制备方法，可以制备具有较好的耐压强度和耐腐蚀性的含稀土抗CO2经济型套管。
背景技术
CO2腐蚀是世界石油工业中普遍存在的腐蚀类型，也是困扰我国石油工业发展的一个极为突出的问题。由于石油中的CO2溶于水形成碳酸溶液，碳酸虽是弱酸，但是在相同的pH值下，其腐蚀性比盐酸还要强。这不仅给石油开采带来巨大的经济损失，同时也造成一定的环境污染。国内外的研究表明，由于CO2腐蚀性极强，采用含有高Cr、Ni、Mo等合金元素的13Cr、22Cr等高Cr不锈钢管被认为是抗CO2腐蚀的理想选材。但是上述材料由于含有大量的Cr、Ni、Mo等价格昂贵的元素，大大增加了钢管的制造成本，从而限制了它在油气田的广泛使用。特别对于我国的石油钻探行业来讲，多数油田是贫油低渗透油田，使用价格昂贵的不锈钢油套管，一次性投资太大，经济性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含稀土抗CO2经济型套管材料，具有较好的耐压强度和耐腐蚀性。
本发明的技术方案如下：
一种含稀土抗CO2经济型套管材料，所述套管材料的成分的质量百分含量为：C0.08～0.15，Si0.15～0.35，Mn0.4～0.6，Cr2.8～3.2，Mo0.35～0.45，P≤0.01，S≤0.006，Ti0.01～0.02，V0.04～0.06，Al0.015～0.025，RE加入量≤0.02，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％。
进一步，所述套管材料的成分的质量百分含量为：C为0.135，Si为0.281，Mn为0.484，Cr为2.85，Mo为0.411，P为0.010，S为0.006，Ti为0.013，V为0.045，Al为0.020，RE为0.002，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；或者，C为0.136，Si为0.290，Mn为0.445，Cr为2.94，Mo为0.424，P为0.008，S为0.004，Ti为0.015，V为0.048，Al为0.021，RE为0.004，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；或者，C为0.135，Si为0.287，Mn为0.488，Cr为2.97，Mo为0.418，P为0.008，S为0.005，Ti为0.013，V为0.051，Al为0.019，RE为0.003，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；或者，C为0.08，Si为0.35，Mn为0.6，Cr为3.2，Mo为0.45，P为0.005，S为0.004，Ti为0.01，V为0.04，Al为0.015，RE为0.02，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；或者，C为0.15，Si为0.15，Mn为0.4，Cr为2.8，Mo为0.35，P为0.005，S为0.005，Ti为0.02，V为0.06，Al为0.025，RE为0.01，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％。
进一步：RE包括La和Ce。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种含稀土抗CO2经济型套管的制备方法，生产效率高、成本低，节能环保，可以制备具有较好的耐压强度和耐腐蚀性的含稀土抗CO2经济型套管。
本发明的技术方案如下：
一种含稀土抗CO2经济型套管的制备方法，包括：炼钢生产过程、无缝钢管的轧制过程和轧态无缝钢管热处理过程；生产得到的含稀土抗CO2经济型套管材料的成分的质量百分含量为：C0.08～0.15，Si0.15～0.35，Mn0.4～0.6，Cr2.8～3.2，Mo0.35～0.45，P≤0.01；S≤0.006，Ti0.01～0.02，V0.04～0.06，Al0.015～0.025，RE加入量≤0.02，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；其中，RE包括La和Ce。
进一步，所述炼钢生产过程包括：铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD脱气和圆坯连铸。
进一步：所述转炉冶炼采用100吨顶底复吹转炉，采用脱硫铁水，硅铁、锰铁合金采用脱氧合金化，单渣工艺，终渣碱度按3.0控制，转炉终点成分控制碳不小于0.03％，磷不大于0.01％，转炉钢水温度控制在1600℃以上，出钢过程加入白灰块100～300kg；所述LF精炼采用单精炼生产，全过程按精炼正常吹氩，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、钢水升温及成分调整；所述VD脱气的真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13min，真空后喂硅钙线150米，然后进行软吹，软吹时间大于12min；所述圆坯连铸采用电磁搅拌方式，过冷度ΔT≤30℃，拉速控制在0.0m/min，恒定拉速，冷却采用缓冷方式。
进一步，所述无缝钢管的轧制过程包括：圆坯锯切、加热、穿孔、轧管、张力减径、取样、冷却、切头尾、矫直、检查、包装、过磅和入库；所述圆坯穿孔时温度为1250～1280℃；轧管时温度为1180～1220℃；定张减时温度为820～860℃。
进一步，所述轧态无缝钢管热处理过程中，在880～950℃淬火，保温30～50分钟，然后在620～650℃回火，保温60～80分钟后出炉空冷到室温。
进一步，生产得到的含稀土抗CO2经济型套管的成分的质量百分含量为：C为0.135，Si为0.281，Mn为0.484，Cr为2.85，Mo为0.411，P为0.010，S为0.006，Ti为0.013，V为0.045，Al为0.020，RE为0.002，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；或者，C为0.136，Si为0.290，Mn为0.445，Cr为2.94，Mo为0.424，P为0.008，S为0.004，Ti为0.015，V为0.048，Al为0.021，RE为0.004，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；或者，C为0.135，Si为0.287，Mn为0.488，Cr为2.97，Mo为0.418，P为0.008，S为0.005，Ti为0.013，V为0.051，Al为0.019，RE为0.003，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；或者，C为0.08，Si为0.35，Mn为0.6，Cr为3.2，Mo为0.45，P为0.005，S为0.004，Ti为0.01，V为0.04，Al为0.015，RE为0.02，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；或者，C为0.15，Si为0.15，Mn为0.4，Cr为2.8，Mo为0.35，P为0.005，S为0.005，Ti为0.02，V为0.06，Al为0.025，RE为0.01，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％。
本发明的技术效果如下：
本发明提供了一种含稀土抗CO2经济型套管材料，V、Ti、Al元素，可以细化晶粒，改善钢的力学性能，同时Al还能提高耐蚀性，使钢具有很好的耐压强度和耐腐蚀性，RE元素，可以脱气脱硫并改变夹杂物形貌从而改善钢的机械性能，用其制备的含稀土抗CO2经济型套管具有很好的强度、韧性及高温力学性能。本发明含稀土抗CO2经济型套管具有独特的生产工艺，生产效率高、成本低、生产工艺节能环保，所生产的套管具有很好的耐压强度和耐腐蚀性，经济效益好，适合于大规模生产，有良好的推广价值。
具体实施方式
本发明结合国内各油气田CO2腐蚀的特性和现状，在管材失效分析的基础上，通过实验室的成分、工艺、力学性能和腐蚀性能研究，生产出抗CO2腐蚀性能良好、价格便宜的经济型低Cr耐蚀钢种。
本发明采用包钢自有矿石为原料，该矿石中含有稀土元素。该稀土元素包括La和Ce。
本发明的目的是通过如下措施来实现的：
本发明是利用稀土加入钢中，一方面改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，另一方面具有脱气、脱硫的特性，从而冶炼出具有良好强度、韧性及耐腐蚀性能的钢材，并制备出抗CO2经济型套管。
钢材的炼钢生产过程为：
钢材冶炼连铸工艺流程为铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸。其中冶炼采用100吨顶底复吹转炉，采用脱硫铁水，硅铁、锰铁等合金采用脱氧合金化，单渣工艺，终渣碱度按3.0控制，转炉终点成分控制碳不小于0.03％，磷不大于0.01％，转炉钢水温度控制在1600℃以上，出钢过程加入白灰块100～300kg。LF精炼采用单精炼生产，全过程按精炼正常吹氩，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、钢水升温及成分调整。VD真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13min，真空后喂硅钙线150米，之后进行软吹，软吹时间大于12分钟。连铸采用电磁搅拌方式，过冷度ΔT≤30℃，拉速控制在0.0m/min恒定拉速，冷却采用缓冷方式。
LF炉(LADLEFURNACE)即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。VD型钢包精炼炉是在真空下吹氧、脱碳、真空除气、真空下合金成分微调，主要用于精炼超低碳钢和电工纯铁等；VD型钢包精炼炉可对钢水进行一般的真空脱气处理及真空下合金成分微调。
经检测，各样品的成分的质量百分含量如表1所示。
表1各样品成分(质量百分数/％)
无缝钢管的轧制过程为：圆坯→锯切→加热→穿孔→轧管→张力减径→取样→冷却→切头尾→矫直→检查→包装→过磅→入库。其圆坯穿孔时温度为1250～1280℃；轧管时温度为1180～1220℃；定张减时温度为820～860℃。
轧态无缝钢管热处理过程为：在880～950℃淬火，保温30～50分钟，然后在620～650℃回火，保温60～80分钟后出炉空冷到室温。该材料性能要达到设计要求，必须进行调质处理，即为淬火+回火热处理工艺，中合金材料淬火温度一般为奥氏体化温度以上50～100℃，回火温度不能超过共析温度。
热处理后的套管的金相组织检验结果如表2所示。
表2各样品金相组织
注：表中S为回火索氏体
从表2可以看出，各样品的套管的杂物细小、分布均匀，组织结构适宜，晶粒细小。
轧制和热处理工艺对该材料化学成分影响不太明显，因此经上述过程生产的含稀土抗CO2经济型套管，其材料的质量百分化学成分：C0.08～0.15，Si0.15～0.35，Mn0.4～0.6，Cr2.8～3.2，Mo0.35～0.45，P≤0.01；S≤0.006，Ti0.01～0.02，V0.04～0.06，Al0.015～0.025，RE加入量≤0.02，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；RE包括La和Ce。该套管的成分中的主要合金元素Cr，使钢具有较好的抗腐蚀能力；Mo能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能；Ti，是钢中强脱氧剂，它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力，从而改善钢的力学性能；V，可细化组织晶粒，提高强度和韧性；Al，可细化晶粒，提高冲击韧性，Al还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，Al与Cr、Si合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力；RE，一方面改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，另一方面具有脱气、脱硫的特性，从而制备出具有良好强度、韧性及耐腐蚀性的套管。
热处理后的套管的力学性能如表3所示。
表3各样品力学性能
从表3可以看出，各样品的套管的材料具有良好强度、韧性及力学性能，用其制备的套管，具有很好的耐压强度和耐腐蚀性。各项性能满足苛刻条件下抗CO2经济型套管的要求。
Claims (2)
1.一种含稀土抗CO2经济型套管的制备方法，其特征在于，包括：炼钢生产过程、无缝钢管的轧制过程和轧态无缝钢管热处理过程；所述炼钢生产过程包括：铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD脱气和圆坯连铸；所述转炉冶炼采用100吨顶底复吹转炉，采用脱硫铁水，硅铁、锰铁合金采用脱氧合金化，单渣工艺，终渣碱度按3.0控制，转炉终点成分控制碳不小于0.03％，磷不大于0.01％，转炉钢水温度控制在1600℃以上，出钢过程加入白灰块100～300kg；所述LF精炼采用单精炼生产，全过程按精炼正常吹氩，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、钢水升温及成分调整；所述VD脱气的真空度≤0.10kPa，深真空时间≥13min，过冷度ΔT≤30℃；所述无缝钢管的轧制过程包括：圆坯锯切、加热、穿孔、轧管、张力减径、取样、冷却、切头尾、矫直、检查、包装、过磅和入库；所述圆坯穿孔时温度为1250～1280℃；轧管时温度为1180～1220℃；定张减时温度为820～860℃；所述轧态无缝钢管热处理过程中，在880～950℃淬火，保温30～50分钟，然后在620～650℃回火，保温60～80分钟后出炉空冷到室温；生产得到的含稀土抗CO2经济型套管材料的成分的质量百分含量为：C0.08～0.15，Si0.15～0.35，Mn0.4～0.6，Cr2.8～3.2，Mo0.35～0.45，P≤0.01；S≤0.006，Ti0.01～0.02，V0.04～0.06，Al0.015～0.025，RE加入量为0.002≤RE≤0.02，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；其中，RE为La和Ce。
2.如权利要求1所述的含稀土抗CO2经济型套管的制备方法，其特征在于，生产得到的含稀土抗CO2经济型套管的成分的质量百分含量为：C为0.135，Si为0.281，Mn为0.484，Cr为2.85，Mo为0.411，P为0.010，S为0.006，Ti为0.013，V为0.045，Al为0.020，RE为0.002，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；或者，C为0.136，Si为0.290，Mn为0.445，Cr为2.94，Mo为0.424，P为0.008，S为0.004，Ti为0.015，V为0.048，Al为0.021，RE为0.004，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；或者，C为0.135，Si为0.287，Mn为0.488，Cr为2.97，Mo为0.418，P为0.008，S为0.005，Ti为0.013，V为0.051，Al为0.019，RE为0.003，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；或者，C为0.08，Si为0.35，Mn为0.6，Cr为3.2，Mo为0.45，P为0.005，S为0.004，Ti为0.01，V为0.04，Al为0.015，RE为0.02，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％；或者，C为0.15，Si为0.15，Mn为0.4，Cr为2.8，Mo为0.35，P为0.005，S为0.005，Ti为0.02，V为0.06，Al为0.025，RE为0.01，其余为Fe，各成分质量分数共计为100％。
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