CN110004356A - 一种含稀土低碳高合金抗腐蚀油套管钢及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含稀土低碳高合金抗腐蚀油套管钢，包括如下质量百分的化学成分：C 0.08～0.12％；Si 0.15～0.28％；Mn 0.40～0.60％；Cr 1.8～2.2％；Mo 0.35～0.45％；P≤0.02％；S≤0.015％；V 0.05～0.07％；Al 0.015‑0.025％；RE 0.01‑0.02％。还公布了其制备工艺。本发明提供了高强度高韧性抗H2S/CO2腐蚀油套管用钢化学成分设计方法，合理的化学成分使得材料具有较高的抗硫化氢腐蚀性能、高强度高韧性的匹配。

Description

一种含稀土低碳高合金抗腐蚀油套管钢及其制备工艺
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及涉及一种含稀土低碳高合金80psi抗H2S/CO2腐蚀油井管的制备工艺。
背景技术
H2S/CO2腐蚀是世界石油天然气工业中常见的腐蚀类型，也是目前腐蚀与防护领域中重要的研究课题。随着对CO2腐蚀和H2S腐蚀逐渐深入的研究和工程上腐蚀问题的逐步解决CO2和H2S共存条件下的腐蚀已显得相当突出，相应的腐蚀材料研究提上日程。针对H2S/CO2腐蚀所采取的防护措施主要有采用耐蚀材料、加注缓蚀剂和采用防腐涂覆层。但是,由于缓蚀剂长期投资很高,涂覆层使用过程中存在破损造成局部腐蚀的隐患等问题,最安全的防护措施仍是使用耐蚀材料，所以13Cr和超级13Cr被广泛应用于腐蚀控制,而13Cr的使用一次性投资太大,产量较低的油气田使用起来存在经济效益和投资比太低等缺陷,并且13Cr材料在含H2S腐蚀介质中的抗SSC性能还存在很大不足之处。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种含稀土低碳高合金抗腐蚀油套管钢及其制备工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种含稀土低碳高合金抗腐蚀油套管钢，包括如下质量百分的化学成分：C 0.08～0.12％；Si 0.15～0.28％；Mn 0.40～0.60％；Cr 1.8～2.2％；Mo 0.35～0.45％；P≤0.02％；S≤0.015％；V 0.05～0.07％；Al 0.015-0.025％；RE 0.01-0.02％；其余为Fe既不可避免的杂志，质量分数共计为100％。
进一步的，包括如下质量百分的化学成分：C 0.12％；Si 0.249％；Mn 0.511％；Cr1.85％；Mo 0.0.392％；P 0.015％；S 0.010％；V 0.05％；Al 0.020％；RE 0.017％；其余为Fe既不可避免的杂志，质量分数共计为100％。
进一步的，包括如下质量百分的化学成分：C 0.102％；Si 0.252％；Mn 0.514％；Cr 1.92％；Mo 0.376％；P 0.015％；S 0.009％；V 0.05％；Al 0.024％；RE 0.017％；其余为Fe既不可避免的杂志，质量分数共计为100％。
进一步的，包括如下质量百分的化学成分：C 0.08％；Si 0.15％；Mn 0.40％；Cr1.80％；Mo 0.35％；V 0.05％；Al 0.015％；RE 0.010％；其余为Fe既不可避免的杂志，质量分数共计为100％。
进一步的，包括如下质量百分的化学成分：C 0.12％；Si 0.25％；Mn 0.60％；Cr2.2％；Mo 0.45％；P 0.02％；S 0.015％；V 0.07％；Al 0.025％；RE 0.02％；其余为Fe既不可避免的杂志，质量分数共计为100％。
一种含稀土低碳高合金抗腐蚀油套管钢的制备工艺，炼钢生产工艺为：
炼钢生产工艺为：电炉冶炼→合金加入→稀土处理→坯料浇注；其中电炉冶炼采用20钢+纯铁，钢水熔化后加入合金，出炉前1min加入稀土。
根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于，轧制工艺为：坯料→加热→轧制→缓冷，其坯料轧制开始温度为1200～1250℃，终轧温度为930℃以上；热处理工艺为：淬火+回火，淬火温度为1030℃±10℃，保温70～80分钟，回火温度为740℃±10℃，保温90～100分钟。
本发明的钢种成分通过对脆化晶界元素S、P含量的严格控制，添加有效捕氢元素Mo，来保证油井管良好的SCC性能；通过控制钢中C和Mn化学成分，来提高钢抗CO2的耐蚀性；通过加入一定含量的Cr来增强抗腐蚀能力，提高钢种淬透性；V可细化组织晶粒，提高强度和韧性的同事保证热强性；Al可细化晶粒，提高冲击韧性，铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明提供了高强度高韧性抗H2S/CO2腐蚀油套管用钢化学成分设计方法，合理的化学成分使得材料具有较高的抗硫化氢腐蚀性能、高强度高韧性的匹配。本发明提供的高强度高韧性抗H2S/CO2腐蚀油套管用钢化学成分设计方法，品质良好,节能环保，且预期经济效益量好，具有良好的推广价值。
具体实施方式
材料的制造工艺为：电炉冶炼→合金加入→稀土处理→坯料浇注,各实施例化学成分如表1所示。
表1各实施例成分(质量百分数/％)
表2五害元素及气体含量(ppm)
轧制工艺为：坯料→加热→轧制→缓冷。其圆坯轧制开始温度为1200～1250℃；终轧温度为930℃以上。
热处理工艺为：淬火+回火，淬火温度为1030℃±10℃，保温70～80分钟；回火温度为740℃±10℃，保温90～100分钟。
热处理后金相组织检验结果如表3所示，热处理后的力学性能如表4所示。
表3各实施例金相组织
表4各实施例力学性能
从表3可以发现，各实施例夹杂物细小、分布均匀，组织结构适宜，晶粒为超细晶粒，可达到9级。从4可以看出，各实施例具有良好强度、较高的韧性，用其制备的材料，具有很好的高强性和高韧性。按照NACE Standard TM0177-2005标准推荐的NACE溶液，将清洗过的试样放在注入实验液且密封的腐蚀容器内，通惰性气体净化实验容器后小心加载，通入H2S气体并至其饱和，记录实验开始时间，经过NACE溶液连续720小时浸泡、在放大10倍下检查试样，未出现腐蚀开裂现象，说明材质抗H2S应力腐蚀开裂的能力达到标准要求。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，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做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 (7)

1.一种含稀土低碳高合金抗腐蚀油套管钢，其特征在于，包括如下质量百分的化学成分：C 0.08～0.12％；Si 0.15～0.28％；Mn 0.40～0.60％；Cr 1.8～2.2％；Mo 0.35～0.45％；P≤0.02％；S≤0.015％；V 0.05～0.07％；Al 0.015-0.025％；RE 0.01-0.02％；其余为Fe既不可避免的杂志，质量分数共计为100％。
2.根据权利要求1所述的含稀土低碳高合金抗腐蚀油套管钢，其特征在于，包括如下质量百分的化学成分：C 0.12％；Si 0.249％；Mn 0.511％；Cr 1.85％；Mo 0.0.392％；P0.015％；S 0.010％；V 0.05％；Al 0.020％；RE 0.017％；其余为Fe既不可避免的杂志，质量分数共计为100％。
3.根据权利要求1所述的含稀土低碳高合金抗腐蚀油套管钢，其特征在于，包括如下质量百分的化学成分：C 0.102％；Si 0.252％；Mn 0.514％；Cr 1.92％；Mo 0.376％；P0.015％；S 0.009％；V 0.05％；Al 0.024％；RE 0.017％；其余为Fe既不可避免的杂志，质量分数共计为100％。
4.根据权利要求1所述的含稀土低碳高合金抗腐蚀油套管钢，其特征在于，包括如下质量百分的化学成分：C 0.08％；Si 0.15％；Mn 0.40％；Cr 1.80％；Mo 0.35％；V 0.05％；Al0.015％；RE 0.010％；其余为Fe既不可避免的杂志，质量分数共计为100％。
5.根据权利要求1所述的含稀土低碳高合金抗腐蚀油套管钢，其特征在于，包括如下质量百分的化学成分：C 0.12％；Si 0.25％；Mn 0.60％；Cr 2.2％；Mo 0.45％；P 0.02％；S0.015％；V 0.07％；Al 0.025％；RE 0.02％；其余为Fe既不可避免的杂志，质量分数共计为100％。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的含稀土低碳高合金抗腐蚀油套管钢的制备工艺，其特征在于，炼钢生产工艺为：
炼钢生产工艺为：电炉冶炼→合金加入→稀土处理→坯料浇注；其中电炉冶炼采用20钢+纯铁，钢水熔化后加入合金，出炉前1min加入稀土。
7.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于，轧制工艺为：坯料→加热→轧制→缓冷，其坯料轧制开始温度为1200～1250℃，终轧温度为930℃以上；热处理工艺为：淬火+回火，淬火温度为1030℃±10℃，保温70～80分钟，回火温度为740℃±10℃，保温90～100分钟。
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