CN103952634B

CN103952634B - 抗co2腐蚀无缝钢管及制造方法

Info

Publication number: CN103952634B
Application number: CN201410130811.3A
Authority: CN
Inventors: 陈坤; 崔邛; 宋令玺; 王西江
Original assignee: Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: CN103952634A

Abstract

本发明提供了一种抗CO₂腐蚀无缝钢管及其制造方法。所述方法包括以下步骤：冶炼钢水，形成成分按质量百分比计包括：C0.06～0.10%、Si0.10～0.30%、Mn0.30～0.50%、Cr1.0～2.0%、Mo0.01～0.20%、Nb0.01～0.05%、Al0.01～0.04%、以及余量的Fe和杂质的钢液，并控制冷裂纹系数Pcm≤0.24%，碳当量CEV≤0.65%；形成钢锭，并加热至1220～1250℃；锻轧，控制温度为850～950℃；在910～930℃正火热处理。本发明能够获得具有良好抗CO₂腐蚀性能和满足油气田管线钢要求的力学性能的无缝钢管，并具有良好的性价比。

Description

抗CO2腐蚀无缝钢管及制造方法

技术领域

本发明涉及油气田用无缝钢管技术领域，具体来讲，涉及一种能够适用于油气田使用的经济型抗CO₂腐蚀无缝钢管以及一种制造该经济型抗CO₂腐蚀无缝钢管的方法。

背景技术

目前，随着油气田开发年限的延长，综合含水的不断上升，油气田集输管线腐蚀正在进入高发期，在H₂S－CO₂－Cl-－O₂共存并以CO₂腐蚀为主导的环境条件下，伴随生产环境中溶解氧的加入，使原本恶劣的腐蚀环境体系更加复杂，腐蚀带来的直接损失和间接损失呈现逐年上升的趋势；因此，急需研究和开发抗CO₂腐蚀的油气田集输无缝管线管。

另外，伴随深层含CO₂油气层的开发日益增多，回注CO₂强化采油工艺的普遍推广，同时随着世界工业的不断发展，温室气体的不断增多，长距离、大口径的CO₂气相或超临界管道输送技术是将来发展的必然趋势。在当前CO₂减排大形势下，实现CO₂驱产出气的循环注入，一方面实现了资源的重复利用，减少了气源成本，另一方面减少了温室气体的排放，保护了环境，利于企业的可持续发展。

目前油气田在金属管线在材质的应用上主要以低碳钢管为主，应用现状呈现频繁穿孔，严重制约了油气田安全生产，增加了维修成本；油气跑冒滴漏造成了大量的油气损耗和较为严重环境污染，制约油气田开发效益最大化。普通碳钢管材不能抵抗CO₂腐蚀，而利用不锈钢或超马氏体不锈钢代替碳钢成本较高，因此开发具有一定抗CO2腐蚀能力同时兼具经济性指标的输油输气用钢已成为目前研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。

例如，本发明的一方面提供了一种适用于油气田使用的经济型抗CO₂腐蚀无缝钢管的生产方法。

本发明的另一方面提供了一种适用于油气田使用的经济型抗CO₂腐蚀无缝钢管。例如，本发明提供的经济型抗CO₂腐蚀无缝钢管能够广泛作为具有一定CO₂分压的油气田集输管线和回注CO₂强化采油输气管的线管。

本发明的一方面提供了一种抗CO₂腐蚀无缝钢管的制造方法。所述方法包括以下步骤：冶炼钢水，形成成分按质量百分比计包括：C0.06～0.10%、Si0.10～0.30%、Mn0.30～0.50%、Cr1.0～2.0%、Mo0.01～0.20%、Nb0.01～0.05%、Al0.01～0.04%、P≤0.020%、S≤0.020%、N≤0.010%、以及余量的Fe和微量不可避免的杂质的钢液，并且控制冷裂纹系数Pcm≤0.24%，碳当量CEV≤0.65%；将钢液形成钢锭，加热钢锭至1220～1250℃；对钢锭进行锻轧，控制锻轧温度为850～950℃；进行正火热处理，控制正火温度为910～930℃。

本发明的另一方面提供了一种抗CO₂腐蚀无缝钢管。所述抗CO₂腐蚀无缝钢管由上述的制造方法制得。所述抗CO₂腐蚀无缝钢管的成分按质量百分比计包括：C0.06～0.10%、Si0.10～0.30%、Mn0.30～0.50%、Cr1.0～2.0%、Mo0.01～0.20%、Nb0.01～0.05%、P≤0.020%、S≤0.020%、N≤0.010%和Al0.01～0.04%，Cu≤0.20%、Ni≤0.30%、V≤0.03%和Ti≤0.06%中的一种或两种以上，以及余量的Fe和微量不可避免的杂质。

与现有技术相比，本发明能够获得具有良好抗CO₂腐蚀性能和满足要求的力学性能的无缝钢管，例如，本发明的抗CO₂腐蚀无缝钢管的屈服强度≥245Mpa，抗拉强度≥425Mpa，屈强比≤0.90，且其抗CO₂腐蚀性能为：在CO₂分压为0.5Mpa、流速为0.8m/s的情况下，腐蚀速率≤0.10mm/a；本发明具有良好的性价比，例如，本发明的成本仅比油气田用普碳钢无缝管增加约20～30%。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的抗CO₂腐蚀无缝钢管及制造方法。

在本发明的一个示例性实施例中，抗CO₂腐蚀无缝钢管的制造方法包括以下步骤：冶炼钢水，形成成分按质量百分比计包括：C0.06～0.10%、Si0.10～0.30%、Mn0.30～0.50%、Cr1.0～2.0%、Mo0.01～0.20%、Nb0.01～0.05%、Al0.01～0.04%、P≤0.020%、S≤0.020%、N≤0.010%、以及余量的Fe和微量不可避免的杂质的钢液，并且控制冷裂纹系数Pcm≤0.24%，碳当量CEV≤0.65%；将钢液形成钢锭，加热钢锭至1220～1250℃；对钢锭进行锻轧，控制锻轧温度为850～950℃；进行正火热处理，控制正火温度为910～930℃。

在本发明的另一个示例性实施例中，钢液的成分在包括上述成分的基础上还可包括Cu≤0.20%、Ni≤0.30%、V≤0.03%和Ti≤0.06%中的一种或两种以上。

在本发明的另一个示例性实施例中，所述钢液的成分优选为C0.07～0.09%、Si0.18～0.24%、Mn0.35～0.44%、Cr1.3～1.8%、Mo0.08～0.15%、Nb0.02～0.04%、Al0.02～0.03%、以及余量的Fe和微量杂质，并且冷裂纹系数Pcm可以为0.20～0.22%，碳当量CEV可以为0.40～0.60%。加热步骤优选地将钢锭的温度加热为1230～1245℃。锻轧步骤包括锻造和轧制，并且锻造和轧制过程中优选地控制温度为880～920℃，以得到无缝钢管。优选地，正火温度可以控制为918～925℃。

在本发明的又一个示例性实施例中，所述抗CO₂腐蚀无缝钢管的制造方法可以通过以下方式来实现：

A、制坯：感应炉冶炼，将低碳废钢切割成50×80×100mm小块加入250Kg感应炉，通电熔化，并加入20Kg石灰和5Kg铝矾土，废钢和渣料全部熔化后，升温至1540～1560℃，加入相应的C、Si、Mn、Cr、Mo、Nb，将成份调整至设计范围（即，C0.06～0.10%、Si0.10～0.30%、Mn0.30～0.50%、Cr1.0～2.0%、Mo0.01～0.20%、Nb0.01～0.05%、P≤0.020%、S≤0.020%、N≤0.010%和Al0.01～0.04%，Cu≤0.20%、Ni≤0.30%、V≤0.03%和Ti≤0.06%中的一种或两种以上，以及余量的Fe，并且控制冷裂纹系数Pcm≤0.24%，碳当量CEV≤0.65%），升温至1565～1580℃，出钢，浇注成钢锭，钢锭清理。

B、制样：合格钢锭经加热炉加热，锻轧成10×40×70mm试样块。加热炉加热温度：1220～1250℃，锻轧温度：850～950℃。

C、热处理：正火热处理工艺，正火温度：910～930℃。

本发明的方法所制得的抗CO₂腐蚀无缝钢管的成分按质量百分比计包括：C0.06～0.10%、Si0.10～0.30%、Mn0.30～0.50%、Cr1.0～2.0%、Mo0.01～0.20%、Nb0.01～0.05%、P≤0.020%、S≤0.020%、N≤0.010%和Al0.01～0.04%，Cu≤0.20%、Ni≤0.30%、V≤0.03%和Ti≤0.06%中的一种或两种以上，以及余量的Fe和微量不可避免的杂质；同时，其冷裂纹系数Pcm≤0.24%，Pcm＝C＋Si/30+（Mn+Cr＋Cu）/20＋Ni/60+Mo/15+V/10+5B，碳当量CEV≤0.65%，CEV＝C＋Mn/6＋（Cr＋Mo＋V）/5＋（Ni＋Cu）/15。

本发明的抗CO₂腐蚀无缝钢管的力学性能为：屈服强度≥245Mpa，抗拉强度≥425Mpa，屈强比≤0.90；其抗CO₂腐蚀性能为：在CO₂分压为0.5Mpa、流速为0.8m/s的情况下，腐蚀速率≤0.10mm/a。

下面结合具体示例来描述本发明的示例性实施例。

（1）经感应炉冶炼后，浇注成钢锭。钢锭成分如表1中所示的钢锭。

表1化学成分

示例1：Pcm=0.18，CEV=0.41

示例2：Pcm=0.24，CEV=0.63

（2）制样

合格钢锭经加热炉加热，锻轧成10×40×70mm试样块。加热炉加热温度控制情况：示例1为1230±5℃，示例2为1240±5℃，锻轧温度控制情况为：示例1为880±5℃，示例2为920±5℃。

（3）热处理

采用正火热处理工艺，正火温度控制情况为：示例1为915±5℃，示例2为925±5℃。

表2示例1和示例2的无缝钢管的力学性能

经检测，示例1和示例2所制得的无缝钢管的性能如表2和表3所示。其中，表2示出了示例1和示例2的无缝钢管的力学性能情况。表3示出了示例1和示例2的无缝钢管的抗CO₂腐蚀检测结果。

表3示例1和示例2的无缝钢管的抗CO₂腐蚀检测结果

综上所示，本发明能够获得具有良好抗CO₂腐蚀性能和满足要求的力学性能的无缝钢管，例如，本发明的抗CO₂腐蚀无缝钢管的屈服强度≥245Mpa，抗拉强度≥425Mpa，屈强比≤0.90，且其抗CO₂腐蚀性能为：在CO₂分压为0.5Mpa、流速为0.8m/s的情况下，腐蚀速率≤0.10mm/a。此外，本发明能够在适当提高成本（比普碳钢增加约20～30%），获得一种经济型抗CO₂腐蚀的无缝钢管，并且其抗CO₂腐蚀能力比普通碳钢提高5～6倍，从而能够在输油输气管道方面大幅降低铺设成本，还可减少油气管的前期防腐和后期维护等费用。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims

1.一种抗CO₂腐蚀无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

冶炼钢水，形成成分按质量百分比计包括：C0.07～0.09％、Si0.18～0.24％、Mn0.35～0.44％、Cr1.3～1.8％、Mo0.08～0.15％、Nb0.02～0.04％、Al0.02～0.03％、P≤0.020％、S≤0.020％、N≤0.010％、以及余量的Fe和微量不可避免的杂质的钢液，并且控制冷裂纹系数Pcm≤0.24％，碳当量CEV≤0.65％；

将钢液形成钢锭，加热钢锭至1220～1250℃；

对钢锭进行锻轧，控制锻轧温度为850～950℃；

进行正火热处理，控制正火温度为910～930℃。

2.根据权利要求1所述的抗CO₂腐蚀无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述钢液的成分还包括Cu≤0.20％、Ni≤0.30％、V≤0.03％和Ti≤0.06％中的一种或两种以上。

3.根据权利要求1所述的抗CO₂腐蚀无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述加热步骤将钢锭的温度加热为1230～1245℃。

4.根据权利要求1所述的抗CO₂腐蚀无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述锻轧步骤控制温度为880～920℃。

5.根据权利要求1所述的抗CO₂腐蚀无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述正火温度控制为918～925℃。

6.根据权利要求1所述的抗CO₂腐蚀无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述冷裂纹系数Pcm为0.20～0.22％，所述碳当量CEV为0.40～0.60％。

7.一种抗CO₂腐蚀无缝钢管，其特征在于，所述抗CO₂腐蚀无缝钢管由如权利要求1至6中任意一项所述的制造方法制得。

8.根据权利要求7所述的抗CO₂腐蚀无缝钢管，其特征在于，所述抗CO₂腐蚀无缝钢管的成分按质量百分比计包括：C0.07～0.09％；Si0.18～0.24％；Mn0.35～0.44％；Cr1.3～1.8％；Mo0.08～0.15％；Nb0.02～0.04％；Al0.02～0.03％；P≤0.020％；S≤0.020％；N≤0.010％；Cu≤0.20％、Ni≤0.30％、V≤0.03％和Ti≤0.06％中的一种或两种以上；以及余量的Fe和微量不可避免的杂质。