CN117758156A - 一种耐腐蚀油套管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种耐腐蚀油套管及其制备方法，涉及石油管材制造技术领域，耐腐蚀油套管包括以下质量百分含量的化学成分：C 0.2％～0.3％、Si0.15％～0.4％、Mn 0.3％～0.7％、Cr 1.9％～2.1％、Mo 0.25％～0.45％、Ni 0％～0.25％、Cu 0％～0.25％、V 0％～0.08％、Ti 0.01％～0.03％、Re 0.001％～0.0025％、Al 0.012％～0.02％、Ca 0.012％～0.02％、P≤0.015％、S≤0.005％、N≤0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。该油套管Cr含量较低，成本较低，耐腐蚀性能好。
Description
技术领域
本发明涉及石油管材制造技术领域，尤其涉及一种耐腐蚀油套管及其制备方法。
背景技术
油气资源中含H2S和CO2的油气占有较大比重，钢铁材料在含H2S和CO2环境中，在腐蚀介质和工作应力的协同作用下，很容易发生CO2腐蚀和硫化物应力腐蚀破坏，这往往导致严重后果。
油套管在CO2腐蚀环境中，往往会发生非均匀腐蚀，导致承载能力下降，甚至腐蚀穿孔泄漏。对于含CO2油气的腐蚀环境，最有效的措施是提高钢中Cr元素的含量。当Cr含量超过12.5％时，耐蚀性能显著提高，但制造成本也成倍增加。近年来，Cr含量为3％～5％的经济型油套管得到了应用，并取得了一定的应用实效，但其制备成本仍然较高。另一方面，材料强度越高，产生硫化物应力腐蚀破坏的概率越大。随着深井、超深井、高酸性油气田的开发，不但对油套管的强度和韧性有较高要求，而且对油套管的抗H2S腐蚀、特别是抗H2S应力腐蚀性能有较高要求。而材料的强度与韧性和抗H2S应力腐蚀性能往往表现为此消彼长的现象，这就使得高强度抗H2S应力腐蚀油套管的制造十分困难。
因此，亟需开发一种Cr含量较低、成本较低、强度较高的耐H2S和CO2腐蚀的油套管。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐腐蚀油套管及其制备方法，旨在解决现有耐腐蚀油套管中的Cr含量较高、成分较高的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明的第一方面，提供一种耐腐蚀油套管，其中，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.2％～0.3％、Si 0.15％～0.4％、Mn 0.3％～0.7％、Cr 1.9％～2.1％、Mo0.25％～0.45％、Ni 0％～0.25％、Cu 0％～0.25％、V 0％～0.08％、Ti 0.01％～0.03％、Re 0.001％～0.0025％、Al 0.012％～0.02％、Ca 0.012％～0.02％、P 0％～0.015％、S0％～0.005％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
可选地，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.2％～0.25％、Si 0.15％～0.32％、Mn 0.3％～0.68％、Cr 1.9％～2.06％、Mo0.25％～0.35％、Ti 0.01％～0.02％、Re 0.001％～0.002％、Al 0.013％～0.016％、Ca0.012％～0.017％、P 0％～0.012％、S 0％～0.004％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
可选地，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.2％～0.22％、Si 0.15％～0.24％、Mn 0.3％～0.47％、Cr 1.9％～1.99％、Mo0.25％～0.3％、Ti 0.01％～0.02％、Re 0.001％～0.002％、Al 0.013％～0.016％、Ca0.012％～0.017％、P 0％～0.012％、S 0％～0.004％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
可选地，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.23％～0.25％、Si 0.29％～0.32％、Mn 0.51％～0.68％、Cr 2.03％～2.06％、Mo 0.32％～0.35％、Ti 0.016％～0.019％、Re 0.0013％～0.0019％、Al 0.013％～0.015％、Ca 0.013％～0.015％、P 0％～0.012％、S 0％～0.003％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
可选地，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.25％～0.3％、Si 0.31％～0.4％、Mn 0.46％～0.7％、Cr 1.95％～2.1％、Mo0.36％～0.45％、Ni 0.15％～0.25％、Cu 0.15％～0.25％、V 0.03％～0.08％、Ti0.021％～0.03％、Re 0.0016％～0.0025％、Al 0.012％～0.02％、Ca 0.015％～0.02％、P0％～0.012％、S 0％～0.002％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
可选地，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.25％～0.27％、Si 0.31％～0.36％、Mn 0.46％～0.49％、Cr 1.95％～1.99％、Mo 0.36％～0.39％、Ni 0.15％～0.19％、Cu 0.15％～0.21％、V 0.03％～0.05％、Ti0.021％～0.023％、Re 0.0016％～0.0025％、Al 0.012％～0.017％、Ca0.015％～0.019％、P 0％～0.012％、S 0％～0.002％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
可选地，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.28％～0.3％、Si 0.35％～0.4％、Mn 0.55％～0.7％、Cr 2.01％～2.1％、Mo0.4％～0.45％、Ni 0.21％～0.25％、Cu 0.22％～0.25％、V 0.06％～0.08％、Ti 0.023％～0.03％、Re 0.002％～0.0023％、Al 0.017％～0.02％、Ca 0.016％～0.02％、P 0％～0.011％、S 0％～0.001％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的第二方面，提供一种耐腐蚀油套管的制备方法，其中，包括步骤：
根据本发明如上所述的耐腐蚀油套管的化学成分进行配料、冶炼、连铸后，得到连铸坯；
对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧后，得到管坯；
对所述管坯进行调质热处理、热矫直和热定径后，得到所述耐腐蚀油套管。
可选地，所述对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧后，得到管坯的步骤具体包括：
将所述连铸坯在1150～1250℃的温度下加热90～120min，然后在1145～1200℃的温度下进行热穿孔，在880～1150℃的温度下热连轧，冷却后，得到管坯。
可选地，对所述管坯进行调质热处理、热矫直和热定径后，得到所述耐腐蚀油套管的步骤具体包括：
控制终轧温度为880～930℃，进行内外喷水淬火，冷却后，在640～700℃的温度下回火90～120min后水冷；在570～650℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷，得到所述耐腐蚀油套管；或，
控制终轧温度为880～930℃，进行内外喷水淬火，冷却后，在640～700℃的温度下回火90～120min后水冷；重新加热至880～930℃，保温60～90min，内外喷水淬火，冷却后，在610～650℃的温度下回火90～120min后水冷；在570～650℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷，得到所述耐腐蚀油套管。
有益效果：本发明提供的耐腐蚀油套管的Cr含量较低为2％左右，成本较低，耐CO2和H2S腐蚀性能好，韧性好，屈服强度高，屈服强度级别可分别达到80ksi、95ksi、110ksi、125ksi钢级要求。具体地，本发明提供的耐腐蚀油套管的室温屈服强度大于552～862MPa，抗拉强度大于655～931MPa，总延伸率大于等于14％，0℃夏比V型缺口冲击韧性大于等于90J；NACE TM 0177A法720小时硫化氢应力腐蚀试验不产生裂纹或断裂；在PCO2≤0.2MPa、Cl-≤25g/L、温度≤170℃条件下，均匀腐蚀速率小于0.125mm/a，可满足含H2S、低含CO2油气田开发对经济型耐腐蚀油套管的需求。
具体实施方式
本发明提供一种耐腐蚀油套管及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
近年来，Cr含量为3％～5％的经济型油套管得到了应用，并取得了一定的应用实效，但其制备成本仍然较高，有通过合金成分的优化设计进一步降低成本的可能。进一步地，材料强度越高，产生硫化物应力腐蚀破坏的概率越大。随着深井、超深井、高酸性油气田的开发，不但对油套管的强度和韧性有较高要求，而且对油套管的抗H2S腐蚀、特别是抗H2S应力腐蚀性能有较高要求。而材料的强度与韧性和抗H2S应力腐蚀性能往往表现为此长彼消的现象，这就使得高强度抗H2S应力腐蚀油套管的制造十分困难。基于此，本发明实施例提供一种耐腐蚀油套管，其中，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.2％～0.3％、Si 0.15％～0.4％、Mn 0.3％～0.7％、Cr 1.9％～2.1％、Mo0.25％～0.45％、Ni 0％～0.25％、Cu 0％～0.25％、V 0％～0.08％、Ti 0.01％～0.03％、Re 0.001％～0.0025％、Al 0.012％～0.02％、Ca 0.012％～0.02％、P 0％～0.015％、S0％～0.005％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明实施例在成分设计方面，综合考虑油套管的强度、塑韧性、耐腐蚀性等多重要求，采用中低C含量，加Cr、Mo，可加入V、Ti微合金化，可加入少量Ni和Cu，加入稀土(Re)元素，控制钢中P、S、O、H、N等杂质和有害气体元素，采用Al、Si全脱氧的镇静钢，并对钢液进行Ca处理，本发明通过对耐腐蚀油套管的化学成分及含量进行设计，使得各元素之间产生协同作用，最终使得耐腐蚀油套管的成本低、强度高、韧性好(韧性是钢铁材料安全服役的保障)且具有耐腐蚀性能，即本发明在保证了油套管具有较高强度、塑韧性和低成本的前提下，获得了较高耐腐蚀性。所述耐腐蚀油套管的屈服强度级别可分别达到80ksi、95ksi、110ksi、125ksi钢级要求，室温屈服强度大于552～862MPa，抗拉强度大于655～931MPa，总延伸率大于等于14％，0℃夏比V型缺口冲击韧性大于等于90J；按照NACE TM 0177A法在溶液A中加载85％屈服强度应力水平(普通抗硫S)和95％屈服强度应力水平(超级抗硫SS)720小时试验不产生裂纹或断裂；在PCO2≤0.2MPa、Cl-≤25g/L、温度≤170℃条件下(即在CO2压强小于等于0.2MPa，Cl-含量小于等于25g/L，温度小于等于170℃的环境条件下)，均匀腐蚀速率小于0.125mm/a(毫米/年)，可满足含H2S、低CO2含量油气开发对经济型耐腐蚀油套管的需求。
其中，C是最主要的强化元素，含量过低不利于提高强度，含量过高对塑韧性和耐腐蚀性能不利。综合考虑，C的含量宜控制在0.2％～0.3％范围内。
Si是钢中常存元素，同时也是脱氧剂，Si的含量宜控制在0.15％～0.4％范围内。
Mn主要用于提高钢的淬透性，从而提高钢的强度，但其偏析倾向较大，且与S易形成MnS夹杂，对钢的塑韧性和耐蚀性不利，必须严格控制。Mn的含量宜控制在0.3％～0.7％范围内。
Cr主要用于提高钢的淬透性，从而提高钢的强度和回火稳定性，同时可提高钢的耐腐蚀性能，但含量过高会显著增加成本。综合考虑，Cr的含量宜控制在1.9％～2.1％范围内。
Mo主要用于提高钢的淬透性，从而提高钢的强度和回火稳定性，同时可提高钢的耐腐蚀性能，但含量过高会显著增加成本。综合考虑，Mo的含量宜控制在0.25％～0.45％范围内。本实施例中所述含量的Cr、Mo元素合理匹配，有利于得到良好的耐腐蚀性能。
Cu主要用于提高钢的耐腐蚀性能，同时可提高钢的淬透性和强度，但含量过高会引起Cu脆。综合考虑，Cu的含量宜控制0％～0.25％范围内。
Ni主要用于改善由于Cu的加入可能产生的热脆性，同时可提高钢的淬透性，从而提高钢的强度和塑韧性。综合考虑，Ni的含量宜控制0％～0.25％范围内。
V加入到钢中与钢中的C、N形成VC、VN，具有阻碍奥氏体晶粒长大、细化晶粒的作用，提高强度和韧性，但含量过高，会增加成本，且会形成过多的V的碳氮化物进而导致脆性增大。综合考虑，V的含量宜控制V 0％～0.08％范围内。
Ti加入到钢中与钢中的C、N形成TiC、TiN，具有阻碍奥氏体晶粒长大、细化晶粒的作用，提高强度和韧性，但含量过高，会增加成本，且会形成过多的Ti的碳氮化物进而导致脆性增大。综合考虑，Ti的含量宜控制在0.01％～0.03％范围内。
Ca可以改善夹杂物的性质和形态，从而提高钢的塑韧性和耐腐蚀性能。为确保夹杂物控形变性效果，需控制Ca/S＞2。综合考虑，Ca的含量宜控制在0.012％～0.02％范围内。
Re具有净化钢液、细化晶粒、变质夹杂、合金化多重作用。综合考虑，Re的含量宜控制在0.001％～0.0025％范围内。
Al是重要的脱氧剂，与氧形成氧化物起到脱氧作用，与氮形成氮化物可以起到部分消除N对塑韧性的不利作用，同时起到细化晶粒、提高强度和塑韧性的作用，为确保脱氧控N效果，需控制Al/N＞2。综合考虑，Al的含量宜控制在0.012％～0.02％范围内。
P为有害元素，主要影响钢的塑韧性和耐腐蚀性能。P的含量宜控制在0％～0.015％范围内。
S为有害元素，主要影响钢的塑韧性和耐腐蚀性能。S的含量宜控制在0％～0.005％范围内。
O、H和N为有害元素，主要影响钢的塑韧性和耐腐蚀性能。宜控制O+H+N≤0.008％，即O、H和N的总含量小于等于0.008％，其中N含量控制在0％～0.005％范围内。
在一些实施方式中，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.2％～0.25％、Si 0.15％～0.32％、Mn 0.3％～0.68％、Cr 1.9％～2.06％、Mo0.25％～0.35％、Ti 0.01％～0.02％、Re 0.001％～0.002％、Al 0.013％～0.016％、Ca0.012％～0.017％、P 0％～0.012％、S 0％～0.004％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施方式中，所述耐腐蚀油套管可分别达到80ksi和95ksi钢级，其室温屈服强度为609～719MPa，抗拉强度为708～817MPa，总延伸率为26％～31％，0℃夏比V型缺口冲击韧性为111～126J，在PCO2≤0.2MPa、Cl-≤25g/L、温度≤170℃条件下，均匀腐蚀速率小于0.125mm/a，按照NACE TM 0177A法在溶液A中加载85％屈服强度应力水平和95％屈服强度应力水平720小时试验不产生裂纹或断裂，可满足含H2S、低含CO2油气田开发对经济型耐腐蚀油套管的需求。
在一些实施方式中，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.2％～0.22％、Si 0.15％～0.24％、Mn 0.3％～0.47％、Cr 1.9％～1.99％、Mo0.25％～0.3％、Ti 0.01％～0.02％、Re 0.001％～0.002％、Al 0.013％～0.016％、Ca0.012％～0.017％、P 0％～0.012％、S 0％～0.004％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施方式中，所述耐腐蚀油套管可达到80ksi钢级，屈服强度为609～616MPa，抗拉强度为708～716MPa，伸长率为30％～31％，0℃夏比V型缺口冲击韧性为121～126J，在PCO2≤0.2MPa、Cl-≤25g/L、温度≤170℃条件下，均匀腐蚀速率小于0.125mm/a，按照NACETM 0177A法在溶液A中加载85％屈服强度应力水平和95％屈服强度应力水平720小时试验不产生裂纹或断裂，可满足含H2S、低含CO2油气田开发对经济型耐腐蚀油套管的需求。
在一些实施方式中，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.23％～0.25％、Si 0.29％～0.32％、Mn 0.51％～0.68％、Cr 2.03％～2.06％、Mo 0.32％～0.35％、Ti 0.016％～0.019％、Re 0.0013％～0.0019％、Al 0.013％～0.015％、Ca 0.013％～0.015％、P 0％～0.012％、S 0％～0.003％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施方式中，所述耐腐蚀油套管可达到95ksi钢级，屈服强度为711～719MPa，抗拉强度为808～817MPa，伸长率为26％～27％，0℃夏比V型缺口冲击韧性为111～116J，在PCO2≤0.2MPa、Cl-≤25g/L、温度≤170℃条件下，均匀腐蚀速率小于0.125mm/a，按照NACETM 0177A法在溶液A中加载85％屈服强度应力水平和95％屈服强度应力水平720小时试验不产生裂纹或断裂，可满足含H2S、低含CO2油气田开发对经济型耐腐蚀油套管的需求。
在一些实施方式中，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.25％～0.3％、Si 0.31％～0.4％、Mn 0.46％～0.7％、Cr 1.95％～2.1％、Mo0.36％～0.45％、Ni 0.15％～0.25％、Cu 0.15％～0.25％、V 0.03％～0.08％、Ti0.021％～0.03％、Re 0.0016％～0.0025％、Al 0.012％～0.02％、Ca 0.015％～0.02％、P0％～0.012％、S 0％～0.002％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施方式中，所述耐腐蚀油套管可分别达到110ksi、125ksi钢级，屈服强度为818～927MPa，抗拉强度为909～1008MPa，伸长率为21％～24％，0℃夏比V型缺口冲击韧性为91～109J，在PCO2≤0.2MPa、Cl-≤25g/L、温度≤170℃条件下，均匀腐蚀速率小于0.125mm/a，按照NACE TM 0177A法在溶液A中加载85％屈服强度应力水平720小时试验不产生裂纹或断裂，可满足含H2S、低含CO2油气田开发对经济型耐腐蚀油套管的需求。
在一些实施方式中，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.25％～0.27％、Si 0.31％～0.36％、Mn 0.46％～0.49％、Cr 1.95％～1.99％、Mo 0.36％～0.39％、Ni 0.15％～0.19％、Cu 0.15％～0.21％、V 0.03％～0.05％、Ti0.021％～0.023％、Re 0.0016％～0.0025％、Al 0.012％～0.017％、Ca0.015％～0.019％、P 0％～0.012％、S 0％～0.002％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施方式中，所述耐腐蚀油套管可达到110ksi钢级，屈服强度为818～826MPa，抗拉强度为909～918MPa，伸长率为23％～24％，0℃夏比V型缺口冲击韧性为104～109J，在PCO2≤0.2MPa、Cl-≤25g/L、温度≤170℃条件下，均匀腐蚀速率小于0.125mm/a，按照NACETM 0177A法在溶液A中加载85％屈服强度应力水平和95％屈服强度应力水平720小时试验不产生裂纹或断裂，可满足含H2S、低含CO2油气田开发对经济型耐腐蚀油套管的需求。
在一些实施方式中，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.28％～0.3％、Si 0.35％～0.4％、Mn 0.55％～0.7％、Cr 2.01％～2.1％、Mo0.4％～0.45％、Ni 0.21％～0.25％、Cu 0.22％～0.25％、V 0.06％～0.08％、Ti 0.023％～0.03％、Re 0.002％～0.0023％、Al 0.017％～0.02％、Ca 0.016％～0.02％、P 0％～0.011％、S 0％～0.001％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施方式中，所述耐腐蚀油套管可达到125ksi钢级，屈服强度为920～927MPa，抗拉强度为1000～1008MPa，伸长率为21％～22％，0℃夏比V型缺口冲击韧性为91～95J，在PCO2≤0.2MPa、Cl-≤25g/L、温度≤170℃条件下，均匀腐蚀速率小于0.125mm/a，按照NACETM 0177A法在溶液A中加载85％屈服强度应力水平720小时试验不产生裂纹或断裂，可满足含H2S、低含CO2油气田开发对经济型耐腐蚀油套管的需求。
油套管优异的综合性能除了需要化学成分及比例含量的合理设计外，制造工艺也同样影响着油套管最终的性能。不同的化学成分设计需要使用不同的制造工艺才能使得油套管发挥出最佳的性能。本发明针对上述比例含量的化学成分开发与之匹配的制造工艺，主要是通过炼钢(包括炉外精炼、真空脱气)、连铸、热穿孔、奥氏体区的热连轧、控轧控冷、调质热处理、热矫直和热定径等工艺，使材料获得细小均匀的回火索氏体显微组织结构，来实现油套管耐CO2和H2S腐蚀性能与强度、塑韧性的合理匹配。具体地，本发明实施例还提供一种耐腐蚀油套管的制备方法，包括步骤步骤：
S1、根据本发明实施例如上所述的耐腐蚀油套管的化学成分进行配料、冶炼、连铸后，得到连铸坯；
S2、对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧后，得到管坯；
S3、对所述管坯进行调质热处理、热矫直和热定径后，得到所述耐腐蚀油套管。
本发明实施例的化学成分及制造工艺配合使用，兼有经济性、提高强度、改善韧性、提高CO2和H2S耐腐蚀性能的效果。
本发明的制备方法针对上述化学成分的油套管，得到预期的组织结构和性能，充分发挥了油套管的性能，成本较低，且制程中的工艺参数容易控制，得到的油套管性能稳定。
步骤S1中，在一些实施方式中，进行冶炼、连铸后，得到连铸坯的步骤具体包括：
将配料得到的原料依次经过氧吹转炉冶炼、喂稀土丝、炉外精炼、真空脱气和喂Si-Ca丝对夹杂物进行变性处理后，得到钢液；
将所述钢液浇铸成棒状连铸坯。
步骤S2中，在一些实施方式中，所述对所述连铸坯进行穿孔、热连轧后，得到管坯的步骤具体包括：
将所述连铸坯在1150～1250℃的温度下加热90～120min，然后在1145～1200℃的温度下进行热穿孔，在880～1150℃的温度下热连轧(控制热连轧变形量为70～80％)，冷却后，得到管坯。
根据不同钢级油管和套管性能要求的不同，可采用两种方式进行热处理，步骤S3中，在一些实施方式中，对所述管坯进行调质热处理、热矫直和热定径，得到所述耐腐蚀油套管的步骤具体包括：
对于80ksi和95ksi钢级的油套管：控制终轧温度为880～930℃，进行内外喷水淬火(冷却速度为15～50℃/s)，在640～700℃的温度下回火90～120min后水冷(回火后水冷以避免可能存在的回火脆性)；在570～650℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷，得到所述耐腐蚀油套管；
对于110ksi和125ksi钢级的油套管：控制终轧温度为880～930℃，进行内外喷水淬火(冷却速度为15～50℃/s)，在640～700℃的温度下回火90～120min后水冷；重新加热至880～930℃，保温60～90min，内外喷水淬火(冷却速度为15～50℃/s)，在610～650℃的温度下回火90～120min后水冷；在570～650℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷，得到所述耐腐蚀油套管。
本实施方式中，通过热连轧变形量、轧制温度(特别是终轧温度)、冷却速度的精确控制，得到良好的强韧化效果；利用轧制余热直接淬火，减少了一次再加热过程，可进一步降低生产成本(强度较高的油套管一般采用两次调质(淬火+回火)热处理，生产成本较高)。通过热矫直和热定径，使钢管的几何尺寸符合要求，并有效控制油管和套管的残余应力，改善耐腐蚀性能。
耐腐蚀油套管的制备方法还包括在管坯的端部加工API(美国石油学会)标准螺纹或特殊螺纹，并对螺纹进行磁粉检测的步骤。
下面通过具体的实施例进行详细说明。
以下实施例中耐腐蚀油管和套管采用的化学成分如表1所示。
表1、耐腐蚀油管和套管的化学成分
注：表1各实施例中，耐腐蚀油管和套管的化学成分还包括N、H、O及Fe和不可避免的杂质，其中，N含量均为0.005％，N、H、O的总含量均为0.008％，Fe和不可避免的杂质为余量。
实施例1
本实施例提供一种耐腐蚀油管和套管的制备方法，包括如下步骤：
炼钢：根据上表1所示的实施例1的耐腐蚀油管和套管的化学成分进行配料，然后依次经过氧吹转炉炼钢，喂稀土(Re)丝，炉外精炼，真空脱气和喂Si-Ca丝对钢中的夹杂物进行变性处理后，得到钢液。
连铸：将钢液浇铸成棒状连铸坯，连铸过程中采用电磁搅拌和轻压下技术以控制连铸坯中的偏析。
热穿孔和热连轧：将连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉温度为1190±15℃、加热时间为120min，然后在1170±15℃的温度下进行热穿孔，然后进行热连轧，始轧温度为1150℃，终轧温度为880℃，控制热连轧变形量为70％，得到管坯；
调质热处理、热矫直和热定径：控制终轧温度为880℃，然后对管坯进行内外喷水淬火(冷却速度为15℃/s)；之后在690±10℃的温度下回火90min，回火后水冷；然后在640±10℃的温度下进行热矫直和热定径，之后水冷后，对油管和套管进行无损检测；在管端加工API标准螺纹，并对螺纹进行磁粉检测，分别得到油管和套管。
实施例2
本实施例提供一种耐腐蚀油管和套管的制备方法，与实施例1的区别仅在于：根据上表1所示的实施例2的耐腐蚀油管和套管的化学成分进行配料。
实施例3
本实施例提供一种耐腐蚀油管和套管的制备方法，与实施例1的区别仅在于：根据上表1所示的实施例3的耐腐蚀油管和套管的化学成分进行配料。
实施例4
本实施例提供一种耐腐蚀油管和套管的制备方法，包括如下步骤：
炼钢：根据上表1所示的实施例4的耐腐蚀油管和套管的化学成分进行配料，然后依次经过氧吹转炉炼钢，喂稀土(Re)丝，炉外精炼，真空脱气和喂Si-Ca丝对钢中的夹杂物进行变性处理后，得到钢液。
连铸：将钢液浇铸成棒状连铸坯，连铸过程中采用电磁搅拌和轻压下技术以控制连铸坯中的偏析。
热穿孔和热连轧：将连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉温度为1200±15℃、加热时间为120min，然后在1180±15℃的温度下进行热穿孔，然后进行热连轧，始轧温度为1150℃，终轧温度为900℃，控制热连轧变形量为70％，得到管坯；
调质热处理、热矫直和热定径：控制终轧温度为900℃，然后对管坯进行内外喷水淬火(冷却速度为15℃/s)；之后在670±10℃的温度下回火100min，回火后水冷；然后在620±10℃的温度下进行热矫直和热定径，之后水冷后，对油管和套管进行无损检测；在管端加工API标准螺纹，并对螺纹进行磁粉检测，分别得到油管和套管。
实施例5
本实施例提供一种耐腐蚀油管和套管的制备方法，与实施例4的区别仅在于：根据上表1所示的实施例5的耐腐蚀油管和套管的化学成分进行配料。
实施例6
本实施例提供一种耐腐蚀油管和套管的制备方法，与实施例4的区别仅在于：根据上表1所示的实施例6的耐腐蚀油管和套管的化学成分进行配料。
实施例7
本实施例提供一种耐腐蚀油管和套管的制备方法，包括如下步骤：
炼钢：根据上表1所示的实施例7的耐腐蚀油管和套管的化学成分进行配料，然后依次经过氧吹转炉炼钢，喂稀土(Re)丝，炉外精炼，真空脱气和喂Si-Ca丝对钢中的夹杂物进行变性处理后，得到钢液。
连铸：将钢液浇铸成棒状连铸坯，连铸过程中采用电磁搅拌和轻压下技术以控制连铸坯中的偏析。
热穿孔和热连轧：将连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉温度为1210±15℃、加热时间为120min，然后在1180±15℃的温度下进行热穿孔，然后进行热连轧，始轧温度为1130℃，终轧温度为900℃，控制热连轧变形量为70％，得到管坯；
调质热处理、热矫直和热定径：控制终轧温度为900℃，然后对管坯进行内外喷水淬火(冷却速度为15℃/s)；之后在650±10℃的温度下回火110min，回火后水冷；然后再进行一次调质热处理即重新加热至900±10℃，保温时间60min，内外喷水淬火，然后在640±10℃的温度下回火，回火时间为90min，回火后水冷；在600±10℃的温度下进行热矫直和热定径，之后水冷后，对油管和套管进行无损检测；在管端加工API标准螺纹，并对螺纹进行磁粉检测，分别得到油管和套管。
实施例8
本实施例提供一种耐腐蚀油管和套管的制备方法，与实施例7的区别仅在于：根据上表1所示的实施例8的耐腐蚀油管和套管的化学成分进行配料。
实施例9
本实施例提供一种耐腐蚀油管和套管的制备方法，与实施例7的区别仅在于：根据上表1所示的实施例9的耐腐蚀油管和套管的化学成分进行配料。
实施例10
本实施例提供一种耐腐蚀油管和套管的制备方法，包括如下步骤：
炼钢：根据上表1所示的实施例10的耐腐蚀油管和套管的化学成分进行配料，然后依次经过氧吹转炉炼钢，喂稀土(Re)丝，炉外精炼，真空脱气和喂Si-Ca丝对钢中的夹杂物进行变性处理，得到钢液。
连铸：将钢液浇铸成棒状连铸坯，连铸过程中采用电磁搅拌和轻压下技术以控制连铸棒坯中的偏析。
热穿孔和热连轧：将连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉温度为1170±15℃、加热时间为120min，然后在1160±15℃的温度下进行热穿孔，然后进行热连轧，始轧温度为1110℃，终轧温度为900℃，控制热连轧变形量为70％，得到管坯；
调质热处理、热矫直和热定径：控制终轧温度900℃，然后对管坯进行内外喷水淬火(冷却速度为15℃/s)；之后在650±10℃的温度下回火时间120min，回火后水冷；然后再进行一次调质热处理即重新加热至900±10℃，保温时间90min，内外喷水淬火，然后在620±10℃的温度下回火，回火时间为120min，回火后水冷；在580±10℃的温度下进行热矫直和热定径，之后水冷后，对油管和套管进行无损检测；在管端加工API标准螺纹，并对螺纹进行磁粉检测，分别得到油管和套管。
实施例11
本实施例提供一种耐腐蚀油管和套管的制备方法，与实施例10的区别仅在于：根据上表1所示的实施例11的耐腐蚀油管和套管的化学成分进行配料。
实施例12
本实施例提供一种耐腐蚀油管和套管的制备方法，与实施例10的区别仅在于：根据上表1所示的实施例12的耐腐蚀油管和套管的化学成分进行配料。
对实施例1-12中的耐腐蚀油管和套管进行屈服强度测试、抗拉强度测试、伸长率测试、0℃夏比V型缺口冲击韧性测试，均匀腐蚀速率测试及NACE TM 0177A法720小时硫化氢应力腐蚀试验，结果如下表2所示。
表2、实施例1-12中耐腐蚀油管和套管的性能结果
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其中，2Cr80S中2Cr表示Cr的含量在2％左右水平，80表示屈服强度为80ksi钢级，S表示普通抗硫，2Cr80SS中2Cr表示Cr的含量在2％左右水平，80表示屈服强度为80ksi钢级，SS表示超级抗硫。其他类似写法的含义依此类推。
由以上结果可知，各实施例中，80ksi钢级耐腐蚀油管和套管(2Cr80S，2Cr80SS)屈服强度为609～616MPa，抗拉强度为708～716MPa，伸长率为30％～31％，0℃夏比V型缺口冲击韧性为121～126J。
95ksi钢级耐腐蚀油管和套管(2Cr95S，2Cr95SS)屈服强度为711～719MPa，抗拉强度为808～817MPa，伸长率为26％～27％，0℃夏比V型缺口冲击韧性为111～116J。
110ksi钢级耐腐蚀油管和套管(2Cr110S，2Cr110SS)屈服强度为818～826MPa，抗拉强度为909～918MPa，伸长率为23％～24％，0℃夏比V型缺口冲击韧性为104～109J。
125ksi钢级耐腐蚀油管和套管(2Cr125S)屈服强度为920～927MPa，抗拉强度为1000～1008MPa，伸长率为21％～22％，0℃夏比V型缺口冲击韧性为91～95J。
以上实施例1-12中所有耐腐蚀油管和套管在PCO2≤0.2MPa、Cl-≤25g/L、温度≤170℃条件下，均匀腐蚀速率＜0.125mm/a。
以上实施例1-9中所有耐腐蚀油管和套管按照NACE TM 0177A法在溶液A中加载85％屈服强度应力水平(普通抗硫S)和95％屈服强度应力水平(超级抗硫SS)720小时试验不产生裂纹或断裂。以上实施例10-12中所有耐腐蚀油管和套管按照NACE TM 0177A法在溶液A中加载85％屈服强度应力水平(普通抗硫S)720小时试验不产生裂纹或断裂。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种耐腐蚀油套管，其特征在于，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.2％～0.3％、Si 0.15％～0.4％、Mn 0.3％～0.7％、Cr 1.9％～2.1％、Mo 0.25％～0.45％、Ni 0％～0.25％、Cu 0％～0.25％、V 0％～0.08％、Ti 0.01％～0.03％、Re0.001％～0.0025％、Al 0.012％～0.02％、Ca 0.012％～0.02％、P 0％～0.015％、S 0％～0.005％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀油套管，其特征在于，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.2％～0.25％、Si 0.15％～0.32％、Mn 0.3％～0.68％、Cr 1.9％～2.06％、Mo0.25％～0.35％、Ti 0.01％～0.02％、Re 0.001％～0.002％、Al 0.013％～0.016％、Ca0.012％～0.017％、P 0％～0.012％、S 0％～0.004％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的耐腐蚀油套管，其特征在于，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.2％～0.22％、Si 0.15％～0.24％、Mn 0.3％～0.47％、Cr 1.9％～1.99％、Mo0.25％～0.3％、Ti 0.01％～0.02％、Re 0.001％～0.002％、Al 0.013％～0.016％、Ca0.012％～0.017％、P 0％～0.012％、S 0％～0.004％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的耐腐蚀油套管，其特征在于，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.23％～0.25％、Si 0.29％～0.32％、Mn 0.51％～0.68％、Cr 2.03％～2.06％、Mo0.32％～0.35％、Ti 0.016％～0.019％、Re 0.0013％～0.0019％、Al 0.013％～0.015％、Ca 0.013％～0.015％、P 0％～0.012％、S 0％～0.003％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的耐腐蚀油套管，其特征在于，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.25％～0.3％、Si 0.31％～0.4％、Mn 0.46％～0.7％、Cr 1.95％～2.1％、Mo0.36％～0.45％、Ni 0.15％～0.25％、Cu 0.15％～0.25％、V 0.03％～0.08％、Ti0.021％～0.03％、Re 0.0016％～0.0025％、Al 0.012％～0.02％、Ca 0.015％～0.02％、P0％～0.012％、S 0％～0.002％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求5所述的耐腐蚀油套管，其特征在于，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.25％～0.27％、Si 0.31％～0.36％、Mn 0.46％～0.49％、Cr 1.95％～1.99％、Mo0.36％～0.39％、Ni 0.15％～0.19％、Cu 0.15％～0.21％、V 0.03％～0.05％、Ti0.021％～0.023％、Re 0.0016％～0.0025％、Al 0.012％～0.017％、Ca 0.015％～0.019％、P 0％～0.012％、S 0％～0.002％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
7.根据权利要求5所述的耐腐蚀油套管，其特征在于，按质量百分含量计，所述耐腐蚀油套管包括以下化学成分：
C 0.28％～0.3％、Si 0.35％～0.4％、Mn 0.55％～0.7％、Cr 2.01％～2.1％、Mo0.4％～0.45％、Ni 0.21％～0.25％、Cu 0.22％～0.25％、V 0.06％～0.08％、Ti 0.023％～0.03％、Re 0.002％～0.0023％、Al 0.017％～0.02％、Ca 0.016％～0.02％、P 0％～0.011％、S 0％～0.001％、N 0％～0.005％、O+H+N≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
8.一种耐腐蚀油套管的制备方法，其特征在于，包括步骤：
根据权利要求1-7任一项所述的耐腐蚀油套管的化学成分进行配料、冶炼、连铸后，得到连铸坯；
对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧后，得到管坯；
对所述管坯进行调质热处理、热矫直和热定径后，得到所述耐腐蚀油套管。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧后，得到管坯的步骤具体包括：
将所述连铸坯在1150～1250℃的温度下加热90～120min，然后在1145～1200℃的温度下进行热穿孔，在880～1150℃的温度下热连轧，冷却后，得到管坯。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，对所述管坯进行调质热处理、热矫直和热定径后，得到所述耐腐蚀油套管的步骤具体包括：
控制终轧温度为880～930℃，进行内外喷水淬火，冷却后，在640～700℃的温度下回火90～120min后水冷；在570～650℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷，得到所述耐腐蚀油套管；或，
控制终轧温度为880～930℃，进行内外喷水淬火，冷却后，在640～700℃的温度下回火90～120min后水冷；重新加热至880～930℃，保温60～90min，内外喷水淬火，冷却后，在610～650℃的温度下回火90～120min后水冷；在570～650℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷，得到所述耐腐蚀油套管。
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