CN107557661A - 一种经济型具有耐腐蚀性能j55无缝管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种经济型具有耐腐蚀性能J55无缝管及其制造方法，该无缝管成分按重量百分比计如下：C：0.28％～0.33％、Si：0.15％～0.40％、Mn：1.30％～1.50％、Cr：0.20％～0.40％、Cu：0.15％～0.25％、Ti：0.01％～0.03％、P：≤0.018％、S：≤0.010％，其余为铁及不可避免杂质。制造方法：经转炉冶炼、炉外精炼、真空处理、连铸、连轧得到管坯，管坯经过环形炉加热到1200℃～1260℃，MPM连轧，穿孔后温度1160～1200℃，定径温度720℃～750℃。本发明产品组织均匀，力学性能良好；产品制造工艺易于实现且经济。

Description

一种经济型具有耐腐蚀性能J55无缝管及其制造方法
技术领域
本发明属于耐腐蚀材料及无缝钢管领域，尤其涉及具有抗CO2性能的无缝管。
背景技术
随着我国各大油气田的不断开发，面临的问题和条件也日益变得严峻、苛刻起来，特别是CO2腐蚀问题尤为严重，不仅严重影响了油气的产量，还会造成严重的经济损失。国内外研究表明，CO2腐蚀性极强，采用含有高合金元素的13Cr、22Cr等不锈钢管被认为是抗CO2腐蚀的理想选材，目前也有3Cr钢应用的报道。但含有大量昂贵的元素，极大地增加了钢管的制造成本，从而限制了它们在油气田的广泛应用，而J55钢级油管一般应用于浅井，若加入大量价格昂贵的耐腐蚀合金，不仅投资成本较高，而且对其焊接性能有一定的影响。因此，研究经济型低Cr油管钢，对于降低腐蚀危害，控制开发成本，意义特别重大。
《110ksi级高抗CO2腐蚀油套管及其制造方法》(CN102851607A)，该专利通过低碳和氮的微合金化，主要解决了油套管在生产过程中低韧性的问题，但其为高Cr马氏体不锈钢。
发明“含稀土抗CO2经济型套管材料及其制备方法”(CN103131952A)，该专利通过加入稀土元素制造经济型套管，生产过程增加热处理工艺，提高了生产成本，不足之处在于其强度较低。
《高强度高韧性抗CO2腐蚀套管及其制备方法》(CN103820714A)，公开了一种抗CO2腐蚀套管及其制备方法，化学成分为C：0.159％～0.166％、Si：0.241％～0.248％、Mn：0.427～0.574％、Cr 2.92％～3.1％、Mo 0.373％～0.417％、Ti 0.013％～0.18％、V0.050％～0.052％、Al 0.018％～0.022％，P：≤0.015％、S：≤0.011％，其具有高强度高韧性特点，但其添加了Cr、Mo、Ti、V等多种合金元素，成本较高，且其未提供腐蚀试验条件及数据结果。
《抗CO2腐蚀无缝钢管及制造方法》(CN103952634A),该专利通过添加Cr、Mo、Nb、Cu、Ni等合金元素，采用锻压方法，并采用正火热处理，成本较高，其屈服强度为245MPa以上。
《经济型55Ksi钢级抗CO2腐蚀油井管及其制造方法》(CN102199729A),该专利主要添加了2.5～4.5％的合金元素Cr及适量的Al，通过热轧获得55Ksi钢级以上的强度。
本发明提出了一种经济型具有耐腐蚀性能的无缝管及其制造方法，其生产成本较低，在化学成分和生产工艺上与上述专利均有很大差别，其具有良好的抗CO2腐蚀性能，力学性能表现良好，金相组织为铁素体+珠光体。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种具有耐腐蚀性能的J55无缝管及其制造方法，本发明的无缝管具有优良的抗CO2腐蚀性能，且力学性能良好，低屈强比，高延伸率等特点，具有良好的经济性和耐腐蚀性能，可以广泛应用于CO2腐蚀环境下油气井的使用。
本发明的目的是这样实现的：
本发明者们从合金元素筛选与配比、钢质洁净度控制、工艺优化与参数选择、组织优化等几个方面进行了大量而系统的试验研究，最终确定了可满足本发明目的合金元素配比及制造工艺。
一种经济型具有耐腐蚀性能J55无缝管，该无缝管的成分按重量百分比计如下：C：0.28％～0.33％、Si：0.15％～0.40％、Mn：1.30％～1.50％、Cr：0.20％～0.40％、Cu：0.15％～0.25％、Ti：0.01％～0.03％、P：≤0.018％、S：≤0.010％，其余为铁及不可避免的杂质元素。
本发明成分设计理由如下：
C是碳化物形成元素，可以提高钢的强度，为保证其必要的强度C含量不宜过低，过高韧性又随之变坏，因此本专利选择0.28％～0.33％的C含量。
Si是有效的脱氧元素，含量过低会缺乏脱氧效果，过高又会降低钢的韧性，因此，选择0.15％～0.40％作为Si的合金含量范围。
Mn是奥氏体形成元素，用于提高钢的强度，可以弥补因碳含量降低而损失的屈服强度，Mn在提高强度的同时，还可以提高钢的韧性，本发明中将Mn控制在1.30％～1.50％。
Cr在含CO2介质中腐蚀产物为Cr(OH)3，它是非晶态，会使腐蚀产物膜更加致密、牢固、稳定，能够显著降低材料的均匀及局部腐蚀速率，本发明中将Cr控制在Cr：0.20％～0.40％。
Cu元素的添加可以有效改善合金的耐CO2腐蚀性，使合金自腐蚀电位升高，腐蚀倾向降低，Cu能提高材料的抗大气腐蚀性能，避免钢管在下井前点腐蚀发生，也使Cr的抗腐蚀能力增强，而且其经济性好，本发明中将Cu控制在0.15％～0.25％。
Ti可以阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒，形成碳化物，同时提高钢的强度和韧性，但当含量超过一定量时其强化效果便不明显，因此，选择Ti的含量范围为0.01％～0.03％。
P为杂质元素，其促进中心偏析，显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的韧脆转变温度，同时还会恶化钢的焊接性能，应尽量降低其含量，要求P含量不超过0.018％。
S为杂质元素，易形成硫化物，对抗腐蚀性能影响较大，当S≤0.012％时，腐蚀性明显降低，要求S含量不超过0.010％。
一种经济型具有耐腐蚀性能J55无缝管的制造方法，经转炉冶炼、炉外精炼(LF)、真空处理(VD)、连铸、连轧得到管坯，得到的管坯经过环形炉加热到1200℃～1260℃，采用MPM连轧，穿孔后温度1160～1200℃，定径温度控制在720℃～750℃。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过降低C含量，添加适当Cr合金，控制硫磷含量，采用连轧方法，改善其抗CO2腐蚀性能，可满足J55级别的油管力学性能要求。
(2)本发明的产品组织均匀，力学性能良好。
(3)本发明产品的制造工艺易于实现且经济，产品性能的均匀性、稳定性好。
附图说明
图1为本发明实施例1钢高压釜腐蚀试验后试样表面形貌照片。
图2为普通J55钢高压釜腐蚀试验后试样表面形貌照片。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，转炉冶炼、炉外精炼(LF)、真空处理(VD)、连铸、连轧得到管坯，加热，MPM连轧，穿孔，定径。本发明实施例及对比例钢的成分见表1。本发明实施例及对比例的主要MPM连轧参数见表2。本发明实施例及对比例的力学性能及腐蚀性能见表3。
表1本发明实施例及对比例钢的成分(wt％)
C Si Mn P S Cr Cu Ti
实施例1 0.28 0.15 1.30 0.011 0.006 0.20 0.15 0.01
实施例2 0.29 0.20 1.35 0.012 0.007 0.32 0.17 0.02
实施例3 0.31 0.35 1.40 0.009 0.004 0.35 0.22 0.02
实施例4 0.33 0.40 1.50 0.006 0.005 0.40 0.25 0.03
对比例1 0.37 0.25 1.50 0.020 0.004 / / 0.02
注：余量为铁及不可避免杂质
表2本发明实施例及对比例的主要MPM连轧参数
穿孔脱管温度/℃ 定径温度/℃
实施例1 1160 720
实施例2 1180 730
实施例3 1190 740
实施例4 1200 750
对比例1 1200 750
表3本发明实施例及对比例的力学性能及腐蚀性能
序号 Rt0.5/MPa Rm/MPa A50mm/％ 腐蚀速率
实施例1 510 710 28.5 1.5270
实施例2 500 705 28.5 1.5130
实施例3 495 705 29.0 1.5090
实施例4 505 700 27.5 1.5150
对比例1 535 710 23.5 1.7954
备注：高压釜腐蚀试验条件为：CO2分压2.0MPa，介质3.5％NaCl mg/L，温度100℃，流速1.0m/s，试验时间168h。
本发明表面轻微点蚀，可见本发明的钢种力学性能稳定，抗CO2腐蚀性能优良，对比例则表面腐蚀严重。

Claims (2)

1.一种经济型具有耐腐蚀性能J55无缝管，其特征在于，该无缝管的成分按重量百分比计如下：C：0.28％～0.33％、Si：0.15％～0.40％、Mn：1.30％～1.50％、Cr：0.20％～0.40％、Cu：0.15％～0.25％、Ti：0.01％～0.03％、P：≤0.018％、S：≤0.010％，其余为铁及不可避免的杂质元素。
2.一种权利要求1所述的经济型具有耐腐蚀性能J55无缝管的制造方法，其特征在于：经转炉冶炼、炉外精炼、真空处理、连铸、连轧得到管坯，得到的管坯经过环形炉加热到1200℃～1260℃，采用MPM连轧，穿孔后温度1160～1200℃，定径温度控制在720℃～750℃。
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