110ksi級高抗CO₂腐蝕油套管及其製造方法

2023-07-19 23:53:21

專利名稱：110ksi級高抗CO2腐蝕油套管及其製造方法
技術領域：
本發明涉及油套管用鋼及其製造方法，特別涉及IlOksi級高抗CO2腐蝕油套管及其製造方法。
背景技術：
隨著我國石油天然氣開發力度的加大，採集油氣的油井套管和油管面臨著高溫高壓、高含co2、Cl-等共存的強腐蝕環境，從而造成油氣田多次發生井下油管斷裂，集氣幹線洩漏事故，致使許多油氣田井都在投產一年左右由於此類問題而提前報廢，造成巨大損失，給人民群眾的生命和財產安全造成了嚴重的危害，同時也威脅到了國家能源戰略安全。現有API 5CT規範中有L80-13Cr油套管產品，能生產的強度為80和95鋼級，最 高服役溫度一般為120°C，耐蝕性能小於O. 25mm/y。隨著油井和氣井的開發，井深也在不斷増加，井深超過5000米的富含CO2且超過API標準13Cr鋼管服役條件的油氣井不斷増加，急需耐更高服役溫度(120-150°C )、耐蝕性能更好、強度更高的110鋼級油套管。現有耐腐蝕用合金油套管用鋼如日本專利昭61-207550、特開平4-224656、特開平11-140594等，其為高Cr合金，也含有較高的鎳和鑰。主要通過增加合金含量特別是Ni和Mo等貴金屬合金，保證耐高溫、CO2、及微量H2S腐蝕性能。對於深井要求耐高溫120-150°C、耐CO2腐蝕而並不要求H2S腐蝕的環境，高鎳、鑰合金的油套管成本過高。還有日本專利平4-88152，但其Cr元素的含量在14% -16%之間，屬於15Cr馬氏體不鏽鋼範疇，應用環境和製造エ藝均有較大區別，而且其強度級別< 100鋼級。另外，中國專利ZL 200610028252. O公開ー種油套管鋼，其成分為C :0. 15% O. 25%、Si :0· 2% O. 5%、Mn :0· 20% I. 0%、Cr :12· 0% 14. 0%、Ni :0· 5% I. 5%、Mo :0. 2% 1.0%、A1 :0. 01% O. I %、其餘為Fe和不可避免雜質元素。該發明必須在高的管坯退火溫度和退火時間才能降低管坯硬度，已便於後續的剝皮。

發明內容
本發明的目的在於提供ー種IlOksi級高抗CO2腐蝕油套管及其製造方法，特別是通過低碳和N的微合金化，主要解決高強度高碳13Cr馬氏體不鏽鋼油套管鋼在生產過程韌性偏低的問題，其-10°C低溫衝擊韌性可達到40J以上。為達到上述目的，本發明的技術方案為IlOksi級高抗CO2腐蝕油套管，其成分重量百分比為C 0. 05 O. 14%, Si O. 2 O. 5%、Mn :0· 20 I. 0%、Cr :12· O 14. 0%、Ni :0· 5 I. 5%、Mo :0· 2 I. 0%、N :0. 03 O. 08%、其餘為Fe和不可避免的雜質元素。在本發明成分設計中C :是保證鋼管強度性能及腐蝕性能的必要元素。為保證必要的強度，碳含量不能過低，碳含量低於O. 05%時強度不足；碳含量高於O. 14%，材料的韌性變壞；Cr :是提高耐蝕性和強度的主要合金元素。Cr含量小於12%時，耐蝕性不足，Cr含量大於14%時，材料的強度和硬度過高，導致材料的韌性下降。鉻過高也易導致高溫鐵素體形成，降低熱加工性能。Ni :提高腐蝕性能和韌性，有利於高溫軋制，降低形成高溫8鐵素體傾向。同時對降低冷脆轉變溫度有益。Ni加入量過低，效果不明顯，加入量過高則增加成本。Mo的加入提高了耐蝕性特別是抗局部腐蝕性，還提高了材料的強度和淬透性。如加入量低於0. 2%，效果不明顯，高於I. 0%，加工性能和塑性惡化。S i :加入鋼中起到脫氧和改善耐蝕性的作用，低於0. 2 %，效果不明顯，大於0.5%，加工和韌性惡化。Mn:改善鋼的強韌性的元素並時奧氏體區擴大元素，小於0.2%時作用不明顯，大於I%，將降低腐蝕性能。 N :在馬氏體不鏽鋼中起到了擴大奧氏體區並強化基體等作用。當加入量低於
0.03 %時，效果不明顯，加入量超過0. 08 %，塑性變差。N在鋼種通常作為有害元素進行嚴格控制，在本發明鋼成分中加入較高的N元素並降低C含量，進一步擴大了高溫奧氏體區的範圍，避免了鋼管在高溫熱加工及熱處理過程產生有害的S脆性相，大幅度提高了產品的衝擊韌性。本發明的IlOksi級高抗CO2腐蝕油套管的製造方法，其包括如下步驟I)油套管用鋼化學成分重量百分比為C 0. 05 0. 14%, Si :0. 2 0. 5%、Mn :
0.20 I. 0%,Cr 12. 0 14. 0%,Ni :0. 5 I. 5%,Mo :0. 2 I. 0%,N :0. 03 0. 08%,其餘為Fe和不可避免的雜質元素；按上述成分配比通過電爐冶煉、連鑄成方坯；2)初軋開坯，採用溫錠入爐，入爐鋼錠表面溫度小於600°C ；3)初軋成圓坯，在軋後進行退火，退火溫度控制在550 650°C之間，退火時間在6小時以內，退火後的管還在1150°C 1250°C加熱保溫I. 5 2小時後經穿孔、熱軋成荒管；4)熱軋鋼管在900 1000°C溫度下進行水淬火後，在600 700°C進行回火，回火時間控制在I小時之內，油套管產品在-10°C低溫衝擊韌性可達到40J以上。本發明製造方法的主要特點在於電爐大方坯連鑄並經初軋開坯後，在特定的工藝制度下進行退火，可以製造IlOksi高鋼級、-10°C低溫衝擊韌性可達到40J以上的油套管，滿足了深井超深井油氣開採開發的需要。本發明的有益效果國外IlOKsi等高強度13Cr高抗二氧化碳、氯離子腐蝕油套管的主要成分是採取超低碳+高鎳鑰的成分體系，合金成本高，生產難度大。而本發明通過降低碳含量並進一步採取N微合金化強化手段，同時採取電爐大方坯連鑄的技術路徑，產品的韌性提高了一倍，而且成材率也大幅度提高，保證了產品的110鋼級強度以及120-150°C抗CO2及氯離子腐蝕要求。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明。實施例I油套管成分重量百分比為C0. 06%, Si 0. 4%, Mn 0.5%, Cr :12.0%, Ni O. 9%,Mo 0. 5%,N 0. 03%、其餘為Fe和不可避免的雜質元素。通過電爐冶煉連鑄成大方坯，初軋開坯採用溫錠入爐進行初軋，入爐鋼錠表面溫度小於600°C ;圓坯在軋後進行退火，退火溫度控制在570 640 V之間，退火時間控制在5小時以內，退火後的管坯在1170°C 1250°C加熱保溫I. 6小時後經穿孔、熱軋成荒管；熱軋鋼管在920 1000°C溫度下進行水淬火後，在680°C進行回火，回火時間控制在I小時之內，由此得到110鋼級油套管產品。實施例2油套管成分重量百分比為C0. 10%, Si 0. 5%, Mn :0. 2 %、Cr 13. I Ni O. 5%,Mo 0. 2%,N 0. 035%、其餘為Fe和 不可避免的雜質元素。通過電爐冶煉連鑄成大方坯，初軋開坯採用溫錠入爐進行初軋，入爐鋼錠表面溫度小於600°C ;圓坯在軋後進行退火，退火溫度控制在580 600 V之間，退火時間控制在6小時以內，退火後的管坯在1150°C 1230°C加熱保溫I. 8小時後經穿孔、熱軋成荒管；熱軋鋼管在900 980°C溫度下進行水淬火後，在650°C進行回火，回火時間控制在I小時之內，由此得到110鋼級油套管產品。其他實施例化學成分參見表I所示。對比例為中國專利200610028252. O。表I単位重量百分比
權利要求
1.IlOksi級高抗CO2腐蝕油套管，其成分重量百分比為C 0. 05 O. 14%,Si :0. 2 O. 5%,Mn 0. 20 I. 0%Xr :12. O 14. 0%,Ni :0. 5 I. 5%,Mo :0· 2 I. 0%,N :0. 03 O.08%、其餘為Fe和不可避免的雜質元素。
2.IlOksi級高抗CO2腐蝕油套管的製造方法，其包括如下步驟 1)油套管用鋼化學成分重量百分比為C0. 05 O. 14%、Si :0. 2 O. 5 %、Mn :O. 20 I. 0%,Cr 12. O 14. 0%,Ni :0. 5 I. 5%,Mo 0. 2 I. 0%,N :0. 03 O. 08%,其餘為Fe和不可避免的雜質元素；按上述成分配比通過電爐冶煉、連鑄成方坯； 2)初軋開坯，採用溫錠入爐，入爐鋼錠表面溫度小於600°C； 3)初軋成圓坯，在軋後進行退火，退火溫度控制在550 650°C之間，退火時間控制在.6小時以內，退火後的管還在1150°C 1250°C加熱保溫I. 5 2小時後經穿孔、熱軋成荒管； 4)熱軋鋼管在900 1000°C溫度下進行水淬火後，在600 700°C進行回火，回火時間控制在I小時之內。
全文摘要
110ksi級高抗CO2腐蝕油套管及其製造方法，其成分重量百分比為C0.05～0.14％、Si0.2～0.5％、Mn0.20～1.0％、Cr12.0～14.0％、Ni0.5～1.5％、Mo0.2～1.0％、N0.03～0.08％、其餘為Fe和不可避免的雜質元素。本發明通過低碳和N的微合金化，解決了現有高強度高碳13Cr馬氏體不鏽鋼油套管鋼在生產過程韌性偏低的問題。
文檔編號C21D8/10GK102851607SQ20111018068
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月29日 優先權日2011年6月29日
發明者張忠鏵, 劉俊江, 張春霞 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司