一种耐微生物腐蚀油井管用不锈钢及其制造方法技术

技术编号:20155511 阅读:15 留言:0更新日期:2019-01-19 00:07
本发明专利技术的目的在于提供一种具有耐微生物腐蚀性能的油井管用不锈钢及其制造方法,以实现从材料自身角度降低发生微生物腐蚀的风险。按重量百分比计,该钢的化学成分如下:C:≤0.03;Si:0.1~0.3%;Mn:≤0.5%;Cr:12.0~14.0%;Ni:4.0~6.0;Mo:1.5~2.5%;Cu:1.0‑2.0%;Ga:0.1‑0.8%;Ce:0.1‑0.2%;S≤0.02;P≤0.03%;余量为Fe及不可避免的杂质。本发明专利技术在传统油井管用超级马氏体不锈钢成分基础上复合添加适量Cu、Ga和稀土元素Ce,在三者协同作用下,发明专利技术钢可获得较好的强韧性和优良抗硫化氢应力腐蚀开裂性能,同时该钢还具备优异的耐微生物腐蚀性能,可应用于油井管用钢的生产。

【技术实现步骤摘要】
一种耐微生物腐蚀油井管用不锈钢及其制造方法
本专利技术涉及一种油井管用不锈钢及其制造方法,尤其涉及一种具有耐微生物腐蚀性能的油井管用不锈钢及其制造方法。
技术介绍
微生物是引发和加速金属腐蚀的一个重要因素,因微生物腐蚀造成的损失约占金属总腐蚀的20%。有报道显示,油井用13Cr超级马氏体不锈钢中的75%的腐蚀和地埋管线用X65级以上管线钢中的50%的故障来自微生物腐蚀。在油田注水系统中,硫酸盐还原菌(SRB)、铁细菌、腐生菌及其它微生物的生长、代谢、繁殖,可引起钻采设备、注水管线及其它金属材料的严重腐蚀,并堵塞管道,损害油层,引起注水量、石油产量、油气质量下降,也为原油加工带来严重困难。目前,国内对油井管的微生物腐蚀防护还未引起重视,大部分集中在CO2腐蚀、H2S引起的应力腐蚀和Cl-引起的局部腐蚀防护研究。而已经服役或现有的油井管用不锈钢无论是在化学成分上,还是在生产工艺上,均没有考虑到材料自身具有耐微生物腐蚀的性能。因此,研发抑制或减缓油井管用不锈钢微生物腐蚀新材料无疑具有重要的科学意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术在传统油井管用马氏体不锈钢成分基础上,复合添加适量Cu、Ga和稀土元素Ce,在满足油井管用马氏体不锈钢其他性能前提下,赋予其耐微生物腐蚀性能。本专利技术的技术方案是:一种具有耐微生物腐蚀油井管用不锈钢,其特征在于:按重量百分比计,该钢的化学成分如下:C:≤0.03;Si:0.1~0.3%;Mn:≤0.5%;Cr:12.0~14.0%;Ni:4.0~6.0;Mo:1.5~2.5%;Cu:1.0-2.0%;Ga:0.1-0.8%;Ce:0.1-0.2%;S≤0.02;P≤0.03%;余量为Fe及不可避免的杂质。该钢的化学成分还满足:Cu+Ga+Ce≥2%(1)其中,式(1)中各元素符号代入对应的元素含量(重量%)式(1)的约束条件使得该钢获得更优良的耐微生物腐蚀性能。所述耐微生物腐蚀油井管用不锈钢化学成分还含有一种或一种以上的Nb、V、Ti、Al、B,每一种的重量百分比≤0.1%。在本专利技术的耐微生物腐蚀油井管用不锈钢的成分设计中,铜(Cu)、镓(Ga)、铈(Ce)是钢中最重要的合金化元素,三者的复合加入能够起到扬长避短的作用。Cu是奥氏体形成元素,在马氏体中的固溶度极小,加入适量的Cu在一定温度范围内时效可在马氏体基体中析出纳米富铜相粒子,这种纳米富铜相粒子可起到强化、抗菌性和有利氢陷阱的作用,从而可使该钢的强度、耐微生物腐蚀性能和抗应力腐蚀开裂性能大幅提升。但过量的Cu会造成钢的热加工性能恶化,使得该钢在热加工过程中容易开裂。因此,本专利技术中Cu的加入含量为1.0-2.0%。Ga是铁素体形成元素,微量Ga在低碳钢中通常以置换式固溶体存在于铁素体中。它类似于Cu,不存在于氧化物、氮化物及硫化物等夹杂中,也不形成碳、氮化物。同时,微量Ga对低碳钢具有强化效应,而且它能在一定程度上细化钢的组织和阻碍磷(P)向晶界偏聚,从而明显提高钢的低温冲击韧性。另外,Ga还可增加钢中的点缺陷,起到氢陷阱作用,使得低碳钢的氢致脆性的敏感性降低。Ga原子还可在晶界区富集,减少了原子半径较Ga大的砷、锑、铋、锡等有害元素在晶界区落位,有净化晶界的作用,起到改善钢的韧性效果。总之,镓在钢中是一种有益元素。本专利技术中,Ga能够抑制细菌的正常增殖活动。本专利技术中添加的Ga含量为0.1-0.8%。稀土Ce能提高钢的耐蚀性,净化钢液,优化晶界,减少腐蚀源,还能起到变质作用,促进形核,细化晶粒,从而提高钢的强韧性能。同时稀土Ce加入钢中具有捕氢作用,抑制钢的氢脆发生。稀土Ce是低毒物质,具有抗菌性能,也是一种理想的抗菌剂,早期用于结核病的防治。本专利技术中添加稀土Ce和抗菌元素Cu和Ga产生协同效应,可以获得更优异的耐微生物腐蚀性能。本专利技术中稀土Ce的含量为0.1-0.2%。本专利技术还提供了上述具有耐微生物腐蚀油井管用不锈钢的制造方法,该不锈钢可采用真空感应炉冶炼获得,也可采用电炉+炉外精练方式获得,还可以采用高炉+电炉+炉外精练方式获得;无论采用哪种方式冶炼,Ga元素需在冶炼后期加入,搅拌均匀后立即浇注出钢。本专利技术浇注的钢锭在奥氏体单相区加热锻造,初锻温度范围为1100-1200℃,终锻温度不低于900℃;钢锭的第1次锻打变形量<10%,总的锻造比>6;锻后空冷到400~600℃温度时放入热处理炉中保温,400~600℃下保温20~120分钟;或者本专利技术浇注的钢锭在1200±50℃热处理炉中均匀化处理4小时,然后进行热机械控制轧制(TMCP),初轧温度为1100-1200℃,终轧温度为≥800℃;第一次轧制变形量<10%,热轧累积压下量达到90%以上,轧后空冷;终止冷却温度为400~600℃,然后将板材放进400~600℃热处理炉中保温,保温时间为20~120分钟。优选地:本专利技术浇注的钢锭在奥氏体单相区加热锻造,初锻温度范围为1100-1150℃,终锻温度不低于900℃;钢锭的第1次锻打变形量<10%,总的锻造比>6;锻后空冷到550℃温度时放入热处理炉中保温,550℃下保温60分钟;或者本专利技术浇注的钢锭在1200热处理炉中均匀化处理4小时,然后进行热机械控制轧制(TMCP),初轧温度为1100-1150℃,终轧温度为≥800℃;第一次轧制变形量<10%,热轧累积压下量达到90%以上,轧后空冷;终止冷却温度为550℃,然后将板材放进550℃热处理炉中保温,保温时间为60分钟。按照以上成分和制造方法获得的油井管用不锈钢具有优异的强韧性能、抗应力腐蚀开裂性能和耐微生物腐蚀性能,可应用于油井管用钢的生产。本专利技术的有益效果是:本专利技术在传统油井管用超级马氏体不锈钢成分基础上复合添加适量Cu、Ga和稀土元素Ce,在三者协同作用下,专利技术钢可获得较好的强韧性和优良抗应力腐蚀开裂性能,同时,该钢还具备优异的耐微生物腐蚀作用。具体实施方式下面将通过不同实施例和对比例的比较来描述本专利技术,这些实施例仅用于解释的目的,本专利技术并不局限于这些实施例中。表1为实施例和对比例中各种钢的化学成分。具体的制备的步骤为:各实施例和对比例采用25kg真空感应炉冶炼,钢锭在奥氏体单相区加热锻造,初锻温度范围为1100-1150℃,终锻温度不低于900℃;实施例钢锭的第1次锻打变形量<10%,总的锻造比>6。各种实施例和对比例钢经过锻造后空冷到550℃温度时放入550℃热处理炉中保温,保温时间为60分钟。表1实施例和对比例管线钢成分表(重量百分比,%)表2列出了实施例和对比例钢的力学性能。表2实施例和对比例的力学性能冲击试样为全尺寸:10mm×10mm×55mm,测试温度为室温。硫化氢应力腐蚀试验参照NACETM0177标准中的方法A,利用恒载荷法评价实施例和对比例的抗硫化氢引起的应力腐蚀开裂性能。实施例及对比例的抗应力腐蚀开裂性能见表3。表3抗氢致开裂参数对实施例和对比例不锈钢与在石油采出水中分离出来的硫酸盐还原菌(SRB)接菌在模拟液中共培养14天后的点蚀性能进行了评估。微生物腐蚀导致的点蚀是目前世界上公认的微生物腐蚀对材料的最大危害,而点蚀深度被认为是定量评价材料耐微生物腐蚀性能的重要指标,因此通过激光共聚焦显微镜检测了腐蚀后样品表面由硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐微生物腐蚀油井管用不锈钢,其特征在于,按重量百分比计,该钢的化学成分如下:C:≤0.03;Si:0.1~0.3%;Mn:≤0.5%;Cr:12.0~14.0%;Ni:4.0~6.0;Mo:1.5~2.5%;Cu:1.0‑2.0%;Ga:0.1‑0.8%;Ce:0.1‑0.2%;S≤0.02;P≤0.03%;余量为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种耐微生物腐蚀油井管用不锈钢,其特征在于,按重量百分比计,该钢的化学成分如下:C:≤0.03;Si:0.1~0.3%;Mn:≤0.5%;Cr:12.0~14.0%;Ni:4.0~6.0;Mo:1.5~2.5%;Cu:1.0-2.0%;Ga:0.1-0.8%;Ce:0.1-0.2%;S≤0.02;P≤0.03%;余量为Fe及不可避免的杂质。2.按照权利要求1所述耐微生物腐蚀油井管用不锈钢,其特征在于,按重量百分比计,该钢的化学成分满足:Cu+Ga+Ce≥2%(1)其中,式(1)中各元素符号代入对应的元素含量。3.按照权利要求1所述耐微生物腐蚀油井管用不锈钢,其特征在于,该钢还含有Nb、V、Ti、Al、B之一种或多种,每一种的重量百分比≤0.1%。4.一种权利要求1所述耐微生物腐蚀油井管用不锈钢的制造方法,其特征在于:所述不锈钢采用真空感应炉冶炼获得,或采用电炉+炉外精练方式获得,或采用高炉+电炉+炉外精练方式获得;无论采用哪种方式冶炼,Ga元素需在冶炼后期加入,搅拌均匀后立即浇注出钢。5.按照权利要求4所述耐微生物腐蚀油井管用不锈钢的制造方法,其特征在于:(1)浇注的钢锭在奥氏体单相区加热锻造,初锻温度范围为1100-1200℃,终锻温度不低于9...

【专利技术属性】
技术研发人员:史显波杨春光杨柯
申请(专利权)人:中国科学院金属研究所
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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