一种耐腐蚀铁基奥氏体油井管及其制造方法技术

一种耐腐蚀铁基奥氏体油井管及其制造方法。油井管的主要化学成分为：0＜C≤0.03%，0＜Si≤1.00%，0＜Mn≤2.50%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr20.0%～28.0%，Ni20.0%～38.0%，Mo3.0%～5.0%，Cu0.50%～2.00%。制造方法包括Ⅰ、冶炼；Ⅱ、浇注钢坯；Ⅲ、电渣重熔；Ⅳ、均质化退火；Ⅴ、坯料锻造；Ⅵ、管坯准备；Ⅶ、热挤压中， 经管坯预热、工频感应炉加热、管坯扩孔、二次感应加热与挤压成无缝钢管；Ⅷ、固溶；Ⅸ、冷拔中进行变形强化方式，控制断面收缩率在20～40%，制成油井管。本发明专利技术制成油井管的壁厚在15mm～40mm，屈服强度在760MPa以上，抗拉强度793MPa以上，冲击功100J以上，耐腐蚀性好，满足最严格慢应变试验要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铁基奥氏体油井管及其制造方法，主要涉及一种高强度、耐腐蚀的铁基奥氏体无缝钢管及其制造方法。
技术介绍
随油气开采环境的日趋恶劣，“三高”(高温、高压、高腐蚀)油气井也逐渐增多，国内部分地区的油气井深度已经超过7000米，井下的温度在150°C以上，同时存在高浓度的H2S及CO2气体，且H2S气体的分压已经达到8MPa以上。针对此种井下条件，必须采用铁基、镍基耐蚀合金才能满足使用要求。铁基奥氏体耐蚀合金的组织为奥氏体，且由于耐蚀合金元素的加入，奥氏体区间变宽，常温及高温状态下，冷、热加工及热处理过程中无明显的相变过程，因此无法通过相变进行强化，只有通过其它强化方式达到提升强度的目的。常规的强化方式有两种:合金强化及变形强化。合金强化是在不影响合金成分体系的情况下，加入或提高部分不影响合金性能的元素，比如C、N等元素。这些元素存在奥氏体晶格的间隙间，阻碍合金的变形过程，达到强化目的。变形强化的主要方式是冷作强化。对于合金管材而言，冷轧、冷拔、矫直是强化的三种方式。通过变形，管材内部形成大量位错团，阻碍滑移变形，达到强化目的。通常情况下，鉴于合金元素的添加难度大，影响最终的组织形态，变形强化是Fe基耐蚀合金管的主要强化方式。对于油井管而言，通常要求屈服强度在760MPa以上，抗拉强度在793MPa以上，延伸率通常在11%以上，耐酸性环境的应力腐蚀(SCC)和高浓度的硫化氢应力腐蚀(SSC)。然而，油井管的规格多，对于壁厚较大的Fe基耐蚀合金油井管(壁厚一般在15mm以上)，常规的冷加工强化无法满足强化的要求(表面变形，心部不变形)，如果加大冷变形量，又无法实现工业生产。因此。大规格、高强度的耐蚀合金管一直以来是钢管界的生产难题。
技术实现思路
为了克服现有耐腐蚀铁基奥氏体油井管的上述不足，本专利技术提供一种耐腐蚀铁基奥氏体油井管，本耐腐蚀铁基奥氏体油井管的壁厚在15mm?40mm，屈服强度在760MPa以上，抗拉强度793MPa以上，延伸率20%以上，冲击功100J以上，在浓度37%的NaCl溶液中，耐0.6MPa的H2S和1.1MPa的C02应力腐蚀(SCC)和硫化氢应力腐蚀(SSC)，并满足最严格慢应变试验要求(SSRT)。本专利技术的另一个目的是提供一种该油井管的制造方法。本耐腐蚀铁基奥氏体油井管的化学成分(重量百分比)为:O < C 彡 0.03%， O < Si 彡 1.00%， O < Mn 彡 2.50%， P 彡 0.03%， S 彡 0.03%，Cr 20.0% ?28.0%， Ni 20.0% ?38.0%， Mo 3.0% ?5.0%，Cu 0.50% ?2.00%， 其余为铁及微量其杂质元素。上述的耐腐蚀铁基奥氏体油井管，其特征是还含有N，N的含量为0.05%?0.30%，即它的化学成分百分数(重量)为: O < C 彡 0.03%， O < Si 彡 1.00%， O < Mn 彡 2.50%， P 彡 0.03%， S 彡 0.03%，Cr 20.0% ?28.0%， Ni 20.0% ?38.0%， Mo 3.0% ?5.0%，Cu 0.50% ?2.00%，N 0.05% ?0.30%， 其余为铁及微量其杂质元素。本专利技术所述的耐腐蚀铁基奥氏体油井管的壁厚在15mm?40mm ;并且强度高，经热挤压、固溶与冷拔，屈服强度在760MPa以上，抗拉强度793MPa以上，延伸率20%以上，冲击功100J以上。本专利技术所述的耐腐蚀铁基奥氏体油井管有较好的耐腐蚀性，它在浓度37%的NaCl溶液中，耐0.6MPa的H2S和1.1MPa的C02应力腐蚀(SCC)和硫化氢应力腐蚀(SSC)，满足最严格慢应变试验要求(SSRT )。本油井管的制造方法的主要步骤如下: 预处理铁水一转炉或电炉一AOD或VOD —连铸或模铸一电渣重熔一均质化退火一开坯—乳制或锻造一管还准备(钻孔、倒角)一热挤压一固溶一冷拔(乳)一矫直一切头一探伤一称重一喷标一包装。本耐腐蚀铁基奥氏体油井管的制造方法包括下述依次的步骤: 1、冶炼 预处理后的铁水经过转炉或电炉冶炼与AOD或VOD精炼后，钢水化学成分百分数(重量)达到下述要求即可出钢: O < C 彡 0.03%， O < Si 彡 1.00%， O < Mn 彡 2.50%， P 彡 0.03%， S 彡 0.03%，Cr 20.0% ?28.0%， Ni 20.0% ?38.0%， Mo 3.0% ?5.0%，Cu 0.50% ?2.00%， 其余为铁及微量其杂质元素。I1、浇注钢坯 将上述钢水连铸或模铸成钢坯。II1、电渣重熔 采用氩气保护电澄重恪炉及锭型，重恪后在2min内入水冷却。IV、均质化退火 退火温度控制在1150?1250 °C，退火时间20?40h。V、坯料锻造 a加热 将钢坯加热，均热温度为1100-1200°C，加热时间根据钢坯厚度计算，取l-2min/mm，均热时间为30-60min，确保钢坯烧透、均匀。b轧制或锻造实心管坯 轧制或锻造实心管坯时，开轧或开锻的温度为1100?1200°C，最低终轧或终锻温度为1000—1060 °C。锻造完成后2min内入水冷却。V1、管坯准备 管坯准备包括锯切、深钻孔、倒角三个工序。锯切是根据钢管的尺寸要求进行切分；深钻孔是将切分后的管坯进行中心钻孔，孔径通常为40-100mm ;倒角是将钻孔后的管坯进行两端倒棱，避免尖锐的棱部影响后续生产。VE、热挤压 先进行管坯预热，通常预热温度为600-1000°C，预热时间为管坯直径X (l-2)min。预热后进入工频感应炉加热，加热的温度为1100-1150°C，保温时间为l_5min，感应加热后温度差在20°C以内。然后管坯进行扩孔，扩孔的尺寸随成品钢管的尺寸而定，扩孔前在管坯内外表面进行玻璃粉润滑； 扩孔后再进行工频感应加热，加热温度较扩孔温度要高，为热挤压做准备，二次感应加热的温度为1150-1200°C之间； 二次感应加热完毕，管坯进行内外表面玻璃粉润滑后送至挤压机挤压筒内进行挤压，选取与成品尺寸相适应的工模具(包括挤压针、挤压模、挤压垫等)，挤压速度通常为100-300mm/s，挤压制成无缝钢管；挤压完毕空冷至室温。麗、固溶 固溶的温度为1150?1200°C，保温时间依据钢管壁厚而定，通常为壁厚X (2-3)分钟，固溶后30秒内快速入水冷却。固溶的目的是消除合金元素造成的金属间相，避免影响后续的苛刻环境服役。IX、冷拔(乳) 本耐腐蚀铁基奥氏体油井管，固溶后的强度与要求的高强度差距较大。为保证高强度，必须进行冷作强化，冷作强化是奥氏体钢强化的主要方式。对于合金管材而言，冷轧、冷拔、矫直是强化的三种方式。通过变形，管材内部形成大量位错团，阻碍滑移变形，达到强化目的。固溶冷却后的无缝钢管，进行冷轧、冷拔、矫直最少一种变形强化方式，控制断面收缩率在20?40%，制成油井管。X矫直与切头 冷加工完后，执行精整工序。矫直保证钢管直线度，切头保证钢管断面斜度满足标准要求。标准执行ISO 13680-2010《石油和天然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐腐蚀铁基奥氏体油井管，它的化学成分（重量百分比）为：0＜C≤0.03%，　　0＜Si≤1.00%，　　0＜Mn≤2.50%，　　P≤0.03%，S≤0.03%，　Cr 　20.0%～28.0%，　　Ni 　20.0%～38.0%，Mo 　3.0%～5.0%，　Cu 　0.50%～2.00%，其余为铁及微量其杂质元素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：聂飞，康喜唐，侯楠，李鹏，刘宇，付俊生，梁祥祥，张琳，张晓，
申请(专利权)人：山西太钢不锈钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14