CN104846279B - 一种中合金油井管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中合金油井管及其制备方法，经以下步骤制成：冶炼连铸包括铁水→铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→圆坯连铸；轧制工艺包括圆坯→锯切→加热→穿孔→轧管→张力减径→冷却→切头尾→矫直→检查→中间库；热处理工艺包括淬火‑高温回火；淬火温度为900℃±10℃，保温60～70分钟；回火温度为690℃±10℃，保温90～100分钟，制得中合金油井管化学成分质量百分比为：C 0.10～0.14％；Si 0.25～0.35％；Mn 0.40～0.60％；Cr 4.5～5.5％；Mo 0.45～0.50％；P≤0.010％；S≤0.006％；其余为Fe。

Description

一种中合金油井管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种开采石油或天然气的油井管，特别是一种Cr含量在4.5％～5.5％的中合金低碳油井管制造方法，该油井管具有较好的强韧性指标和较高的抗二氧化碳腐蚀能力，可以满足含湿二氧化碳气体的贫油低渗透油气田使用。

背景技术

地层中的CO₂会对油管、套管以及输送管线等设备造成严重腐蚀，是威胁油气田安全生产的重要因素之一。我国无论陆地还是海洋油田都发生过由于CO₂腐蚀导致的油井停产、报废事故，经济损失巨大、人员安全受到严重威胁。针对CO₂腐蚀，工程技术人员致力于研究控制CO₂腐蚀的方法，并提出三种基本方案，即添加缓蚀剂、使用防腐内涂层以及使用耐蚀合金。其中耐蚀合金主要有13Cr马氏体不锈钢、超级13Cr马氏体不锈钢以及22Cr双相不锈钢。耐蚀合金虽然具有优异的抗CO₂腐蚀性能，但是价格昂贵，投资成本很高，特别是对于一些CO₂含量不是太高或开采周期较短的油井，如果选用耐蚀合金则显得保守。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度高韧性中合金低碳钢无缝油井管及其生产方法，以解决普碳钢在湿二氧化碳环境下产生腐蚀失效，同时解决耐蚀合金钢高的制造成本，来满足含二氧化碳腐蚀气体的贫油低渗透油气田的使用要求。

为达上述目的，本发明一种中合金油井管，所述油井管化学成分质量百分比为：C0.10～0.14％；Si 0.25～0.35％；Mn 0.40～0.60％；Cr 4.5～5.5％；Mo 0.45～0.50％；P≤0.010％；S≤0.006％；其余为Fe。

一种制备所述中合金油井管的方法，包括以下步骤：

冶炼连铸：铁水→铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→圆坯连铸；转炉采用脱硫铁水冶炼，真空度目标值≤0.06KPa，深真空时间15～18min，过冷度ΔT≤30℃；

轧制工艺：圆坯→锯切→加热→穿孔→轧管→张力减径→冷却→切头尾→矫直→检查→中间库；圆坯穿孔时温度为1200～1240℃；轧管时温度为1160～1800℃；定张减时温度为850～880℃

热处理工艺：淬火-高温回火；淬火温度为900℃±10℃，保温60～70分钟；回火温度为690℃±10℃，保温90～100分钟。

Cr固溶于基体，再腐蚀环境下富集于基体表面，形成结构致密的腐蚀产物膜。降低碳含量，可提高材料抗腐蚀能力。硅能显著提高钢的屈服点和抗拉强度，硅和钼、铬等结合，有提高抗腐蚀性的作用，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，但锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力。磷最大的害处是偏析严重，增加回火脆性，显著降低钢的塑性和韧性，致使钢在冷加工或受较大载荷的外力时容易脆裂。硫使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹及微裂纹，裂纹及微裂纹的存在使得腐蚀介质富集形成浓差电池而降低材质的耐腐蚀性。钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性、热强性能、抗回火性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除残余应力，提高性能。

本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：

1、本发明提供了高强度高韧性中合金低碳抗二氧化碳腐蚀油管的制备工艺及方法，合理的化学成分、冶炼连铸工艺、轧制工艺及热处理工艺使得材料具有较高的抗腐蚀性能、合理的高强度高韧性匹配、生产工艺可实施性；

2、本发明提供的高强度高韧性抗二氧化碳腐蚀油管的制备工艺及方法，生产效率高成本低，经济效益好，具有良好的推广价值。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明一实施例中合金油井管的腐蚀产物膜微观形貌。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

钢材的冶炼连铸生产工艺为：铁水→铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→圆坯连铸；

转炉采用脱硫铁水冶炼，真空度目标值≤0.06KPa，深真空时间15～18min，过冷度ΔT≤30℃。各实例主要化学成分如表1所示。

表1各实例主要化学成分(质量百分数/％)

轧制工艺：圆坯→锯切→加热→穿孔→轧管→张力减径→冷却→切头尾→矫直→检查→中间库。其圆坯穿孔时温度为1200～1240℃；轧管时温度为1160～1800℃；定张减时温度为850～880℃。应用Ф180mm机组轧制规格为Φ191mm×14mm的无缝钢管。

热处理工艺为：淬火+高温回火，淬火温度为900℃±10℃，保温60～70分钟；回火温度为690℃±10℃，保温90～100分钟。热处理后金相组织检验结果如表2所示，热处理后的力学性能如表3所示。

表2各实例金相组织

表3各实例力学性能

从表2可以发现，各实例夹杂物细小,晶粒为超细晶粒，可达到9.5级以上。从表3可以看出，各实例具有良好强度、较高的韧性，用其制备的80钢级无缝钢管，具有很好的高强性和高韧性。

高温高压釜中进行抗腐蚀性能检验，模拟溶液为塔里木油井环境，pH为6，含水率70％，实验周期为168h，实验温度为120℃，二氧化碳分压为3.0MPa，流速为2.0m/s。平均腐蚀速率为1.01mm/a,微观形貌见图1。从微观腐蚀产物膜形貌可以看出，腐蚀产物膜颗粒细小均匀，与基体结合紧密

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种中合金油井管，其特征在于所述油井管化学成分质量百分比为：C 0.10～0.14％；Si 0.25～0.35％；Mn 0.40～0.60％；Cr 4.5～5.5％；Mo 0.45～0.50％；P≤0.010％；S≤0.006％；其余为Fe；

其制备方法包括以下步骤：

冶炼连铸：铁水→铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→圆坯连铸；转炉采用脱硫铁水冶炼，真空度目标值≤0.06KPa，深真空时间15～18min，过冷度ΔT≤30℃；

轧制工艺：圆坯→锯切→加热→穿孔→轧管→张力减径→冷却→切头尾→矫直→检查→中间库；圆坯穿孔时温度为1200～1240℃；轧管时温度为1160～1800℃；定张减时温度为850～880℃

热处理工艺：淬火-高温回火；淬火温度为900℃±10℃，保温60～70分钟；回火温度为690℃±10℃，保温90～100分钟。

2.一种制备如权利要求1所述中合金油井管的方法，其特征在于包括以下步骤：

冶炼连铸：铁水→铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→圆坯连铸；转炉采用脱硫铁水冶炼，真空度目标值≤0.06KPa，深真空时间15～18min，过冷度ΔT≤30℃；

轧制工艺：圆坯→锯切→加热→穿孔→轧管→张力减径→冷却→切头尾→矫直→检查→中间库；圆坯穿孔时温度为1200～1240℃；轧管时温度为1160～1800℃；定张减时温度为850～880℃

热处理工艺：淬火-高温回火；淬火温度为900℃±10℃，保温60～70分钟；回火温度为690℃±10℃，保温90～100分钟。