CN103361558A

CN103361558A - 一种含稀土耐湿h2s腐蚀的t95钢级油井管及其生产方法

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Publication number: CN103361558A
Application number: CN2013101679886A
Authority: CN
Inventors: 丰小冬; 贺景春; 乔爱云; 王秀; 石晓霞; 马爱清
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: CN103361558B

Abstract

一种含稀土耐湿H₂S腐蚀的T95钢级油井管及其生产方法，属于冶金及成型技术领域，原料为(Wt％)高炉铁水90％、优质废钢10％，管坯化学成分及含量(Wt％)为：C0.15-0.20；Si 0.10-0.30；Mn 0.80-1.10；P≤0.015；S≤0.005；Cr 0.90-1.20；Mo 0.30-0.50；V 0.05-0.10；Ti 0.01-0.03；Al 0.01-0.04；RE 0.0005-0.0100，Cu＜0.10，余为Fe和无法检测的微量元素；其工艺流程为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→切割→管坯加热→穿孔→连轧→定径→冷却→锯切→热处理→矫直→探伤→螺纹加工；其力学性能为：屈服强度为680～750MPa，抗拉强度为800～890MPa，屈强比≤0.90，延伸率≥21％，横向冲击值≥100J/cm²(0℃)，剪切比为100％，晶粒度≥8.0级，硬度≤23.0HRC，硬度差≤3.0HRC，残余应力≤30MPa。本发明的产品具有强韧性匹配高、晶粒细小、耐湿H₂S腐蚀性能好的特点。

Description

一种含稀土耐湿H2S腐蚀的T95钢级油井管及其生产方法

一、所属技术领域：

本发明属于黑色金属冶炼及金属压力加工领域，涉及一种含稀土耐湿H₂S腐蚀T95钢级油井管及其生产方法。

二、背景技术：

我国油气资源中有一部分存在水和H₂S气体，这对开采油气管道带来严重的腐蚀问题，而且难以预测。湿硫化氢腐蚀主要有应力腐蚀(SSC)和氢致开裂(HIC)两种破坏型式。这两种破坏型式在石油天然气开采行业中均产生过严重的事故，而耐湿H₂S腐蚀与高钢级相互矛盾。为此，国内外相继开发了抗湿H₂S腐蚀的高钢级油井管，这些油井管的应用有效的减轻或防止了湿硫化氢腐蚀对其产生的破坏。

经检索，中国发明专利“抗硫化氢应力腐蚀油井管及其生产方法”(专利申请号：ZL200510123085.3)，其存在以下问题和缺点：

1.由于其C元素(重量％≥0.24％)含量相对偏高，这会使油井管的韧性和抗腐蚀性变差；

2.热处理温度范围太宽(回火温度在500℃以上)，这将导致油井管的力学性能会有较大波动，可操作性不强。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种残余应力低、强韧性能匹配高、晶粒细小、耐湿H₂S应力腐蚀性能好的含稀土的T95钢级油井管及其生产方法。

本发明的目的是这样实现的：

将重量百分比90％的高炉铁水与10％的优质废钢作为原料。

以下述工艺流程进行生产：首先对上述高炉铁水进行预处理，然后与上述优质废钢一同加入顶底复吹转炉进行冶炼，再将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼，精炼完成后进入VD工位进行真空脱气处理，再进行圆坯连铸，并将连铸坯切割成管坯，然后对连铸管坯进行加热，对加热好的管坯进行穿孔和连轧使其成为连轧管，对轧管进行定径后送入冷床冷却，然后实施锯切，对切好的钢管进行热处理，然后进行矫直，最后经探伤检测，合格者经螺纹加工后即为耐湿H₂S腐蚀的油井管成品。

其工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→切割→管坯加热→穿孔→连轧→定径→冷却→锯切→热处理→矫直→探伤→螺纹加工。

连铸圆管坯的生产过程如下所述：

1、将高炉铁水经预处理，使得铁水中的含S量(重量百分比)降低到0.010％以下。

2、将预处理后的铁水兑入顶底复吹转炉，加入(重量百分比)10％优质废钢，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标，出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块。

3、在LF炉进行精练：精炼全过程按要求正常吹Ar，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作。

4、LF炉精炼结束后保持底部软吹Ar，按预定加入量喂入稀土丝。

5、进行VD真空处理：真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟。

6、喂入定长硅钙丝，喂丝后进行8-10分钟吹Ar；将经过VD真空处理后的钢水进行圆坯连铸，采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺；控制钢水过热度；铸坯经过矫直后，火焰切割为圆管坯。

对管坯进行化学成分化验，管坯的化学成分应符合下述要求(重量百分比％)：C0.15-0.20；Si 0.10-0.30；Mn 0.80-1.10；P≤0.015；S≤0.005；Cr 0.90-1.20；Mo 0.30-0.50；V 0.05-0.10；Ti 0.01-0.03；Al 0.01-0.04；稀土元素RE 0.0005-0.0100；Cu＜0.10；余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素。

所述稀土元素RE为Ce、La的混合稀土金属，它们的重量百分比分别为：Ce 67％、La 33％。

加入稀土元素能够起到改善非金属夹杂物形态、强化晶界等作用，从而取得提高耐腐蚀性能和冲击韧性的效果。

将成分化验合格及硫印不大于2.0级的连铸圆管坯进行制管，制管过程如下：

将管坯放入加热炉进行加热，连续检查并控制好加热炉预热段、加热段、均热段等各段的温度，各段温度的控制范围见表1；

表1环形加热炉各段温度控制(℃)

用微机对加热炉各段温度进行自动控制并自动记录。

热工具在使用前必须测量，轧前必须检查、处理辊道，避免划伤管壁。

将加热好的管坯经穿孔轧机穿孔后，再在相应的轧管机组进行轧制，再经定径、冷却、锯切，成为用户所需规格的无缝钢管。轧制时每批至少进行一次热取样，检查几何尺寸；对合格钢管进行热处理，要严格控制淬火加热炉的炉温、加热稳定性和冷却水流量，保证淬火质量；严格控制回火加热炉的炉温以及回火稳定性。

热处理制度为：870～920℃保温30～50min后进行水淬，640～690℃保温60～80min后进行空冷；回火后执行带温矫直，矫直温度≥500℃。

然后对钢管逐支进行探伤检测和水压试验，合格者在两端进行螺纹加工。

经过上述工艺过程，可以生产出本发明所述的“含稀土耐湿H₂S腐蚀的T95钢级油井管”。

发明的有益效果：

①由于以高炉铁水为原料，杂质元素含量相对较低；

②由于在500℃以上进行带温矫直，钢管的残余应力较低，残余应力：≤30MPa(采用环切法)；

③由于“含稀土元素的独特成分设计+调质处理工艺”结合成熟生产工艺，使得钢管的各项性能优异，具体性能指标如下：

屈服强度：680～750MPa；抗拉强度：800～890MPa；屈强比：≤0.90；延伸率：≥21％；横向冲击值：a_KV≥100J/cm²(0℃)；剪切比：100％；晶粒度：≥8.0级；硬度：≤23.0HRC；硬度差：≤3.0HRC。

④抗HIC性能

按照NACE Standard TM0284-2003标准A方法，经过H₂S饱和的A溶液连续浸泡、96小时试样表面未出现裂纹。

⑤抗SSC性能

按照NACE Standard TM0177-2005标准A方法，采用光滑拉伸试样法，试验恒定应力为0.8R_t0.5(524MPa)，经过H₂S饱和的A溶液连续浸泡、720小时试样未出现开裂。

本发明针对背景技术中存在的问题，通过“独特的化学成分设计和以高炉铁水为原料的独特生产工艺”等技术措施，很好地解决了上述问题，取得了显著的进步。

四、具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

按重量百分比原料为：高炉铁水90％，优质废钢10％。

生产工艺流程顺序为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→切割→管坯加热→穿孔→连轧→定径→冷却→锯切→热处理→矫直→探伤→螺纹加工。

具体生产工艺流程简述如下：

将90吨高炉铁水用“金属镁粉”作脱硫脱氧预处理，使铁水中的含S量降低到 (重量百分比)0.010％以下；

将所述的90吨预处理铁水兑入100吨级的顶底复吹转炉中，再加入10吨优质废钢，然后采用单渣工艺进行冶炼，终渣碱度按3.0控制，出钢时采用硅锰、锰铁和铬铁进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣，挡渣失败必须扒渣，出钢过程中合金加完以后加入200kg白灰块。

将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼：精炼时按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热升温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作，钼铁、钒铁和钛铁合金在中后期加入。

当LF炉精炼结束后要保持底部软吹Ar，按预定的加入量喂入一定长度的稀土丝。

然后对精炼好的钢水再进行VD真空处理：深真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟；再喂入一定长度的硅钙线，喂丝后保持8～10分钟软吹Ar。

将经过VD真空处理后的钢水大包吊上钢包回转台进行5机5流圆坯连铸，连铸时采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺；钢水过热度ΔT≤30℃；铸坯出二次冷却区域后进行矫直，然后用火焰切割为圆管坯。

对管坯取样进行化、检验，其化学成分化验结果(重量百分比含量)如下：

C 0.17；Si 0.19；Mn 0.95；P 0.013；S 0.003；Cr 1.05；Mo 0.41；V 0.08；Ti 0.015；Al 0.027；RE 0.0012；Cu 0.009；余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素；所述稀土元素RE为：67％的Ce+33％的La构成的混合稀土金属，其化学成分及其含量合格。

硫印：均不超过1.0级，低倍检验合格。

将化、检验合格的管坯进行制管，制管过程如下：

为了使管坯具有良好的轧制性能，要连续检测并控制加热炉的预热段、加热段、均热段温度，保证加热透彻均匀而不过热。

用微机对加热炉各段温度进行自动控制并自动记录。

将加热好的管坯在Φ180mmMPM轧管机组上轧制成规格为ф177.8mm×9.19mm的无缝钢管，每批进行一次热取样，检查几何尺寸；之后进行热处理：严格控制淬火加热炉的炉温、加热稳定性和冷却水流量，保证淬火质量；严格控制回火加热炉的炉温以及回火稳定性。

热处理制度为：890±10℃保温35min后出炉进行水淬，660±20℃保温65min后出炉进行空冷。钢管的矫直温度为517℃，采用环切法测量钢管的残余应力为27MPa。

经过上述工艺生产及无损探伤和水压试验过程，合格者在两端进行螺纹加工、即成为本发明所述的“含稀土耐湿H₂S腐蚀T95钢级油井管”的成品。用其制取试样进行力学性能检验。

经过检验，实施例1所产T95钢级油井管的力学性能检测值见表2，SSC性能、HIC性能、组织及晶粒度检验结果见表3。

表2钢管力学性能检测结果

表3SSC性能、HIC性能、组织及晶粒度检验结果

实施例2：

实施例2的原料配比、生产工艺流程等及其它工艺指标与实施例1均相同，所不同的是其管坯的化学成分含量、热处理制度和钢管规格(规格为ф194.46mm×16.00mm)，化学成分检测结果(重量％)见表4：

表4管坯的化学成分检测结果(重量％)

热处理制度为：890±10℃保温45min后出炉进行水淬，660±20℃保温75min后出炉进行空冷。钢管的矫直温度为525℃，采用环切法测量钢管的残余应力为23MPa。

无缝钢管的力学性能检测结果见表5，SSC性能、HIC性能、组织及晶粒度检验结果见表6。

表5钢管力学性能检测结果

表6SSC性能、HIC性能、组织及晶粒度检验结果

Claims

1.一种含稀土耐湿H₂S腐蚀的T95钢级油井管，其特征是原料由重量百分比为90％的高炉铁水和10％的优质废钢组成，其化学成分按重量百分比分别为：C0.15-0.20；Si 0.10-0.30；Mn 0.80-1.10；P≤0.015；S≤0.005；Cr 0.90-1.20；Mo 0.30-0.50；V 0.05-0.10；Ti 0.01-0.03；Al 0.01-0.04；稀土元素RE0.0005-0.0100；Cu＜0.10，余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素；产品的力学性能：屈服强度680～750MPa、残余应力≤30MPa、横向冲击值≥100J/cm²(0℃)，晶粒度≥8.0级；SSC性能：恒定应力为0.8Rt_0.5＝524MPa，经过H₂S饱和的A溶液连续浸泡、720小时试样不开裂；HIC性能：CSR＝0，CLR＝0，CTR＝0。

2.根据权利要求1所述的一种含稀土耐湿H₂S腐蚀T95钢级油井管，其特征在于RE为Ce与La的混合稀土金属，其重量百分比为：Ce67％、La33％。

3.一种如权利要求1所述特征的含稀土耐湿H₂S腐蚀的T95钢级油井管的生产方法，其特征在于生产工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→切割→管坯加热→穿孔→连轧→定径→冷却→锯切→热处理→矫直→探伤→螺纹加工。

4.根据权利要求3所述的一种含稀土耐湿H₂S腐蚀的T95钢级油井管的生产方法，其特征在于将高炉铁水经预处理，使铁水中S含量降低到重量百分比0.010％以下；将预处理后的铁水和优质废钢分别按设计比例加入顶底复吹转炉，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标；出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块。

5.根据权利要求3所述的一种含稀土耐湿H₂S腐蚀的T95钢级油井管的生产方法，其特征在于在LF炉进行精练；精炼全过程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热升温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作。

6.根据权利要求3或5所述的一种含稀土耐湿H₂S腐蚀的T95钢级油井管的生产方法，其特征在于LF炉精炼结束后保持底部软吹Ar，按预定加入量喂入稀土丝。

7.根据权利要求3所述的一种含稀土耐湿H₂S腐蚀的T95钢级油井管的生产方法，其特征在于进行VD真空处理的真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟。

8.根据权利要求3或7所述的一种含稀土耐湿H₂S腐蚀的T95钢级油井管的生产方法，其特征在于VD真空处理时喂入定长硅钙丝，喂丝后进行8～10分钟吹Ar。

9.根据权利要求3所述的一种含稀土耐湿H₂S腐蚀的T95钢级油井管的生产方法，其特征在于进行圆坯连铸时，采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺并控制钢水过热度≤30℃；铸坯出二次冷却区域后进行矫直，然后切割为圆管坯。

10.根据权利要求3所述的一种含稀土耐湿H₂S腐蚀的T95钢级油井管的生产方法，其特征在于采用调质处理工艺：870～920℃保温30～50min后进行水淬，640～690℃保温60～80min后进行空冷；回火后执行带温矫直，矫直温度≥500℃。