一种用于石油天然气输送的钛合金管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于石油天然气输送的钛合金管及其制备方法，该钛合金管按质量百分含量由以下组分组成：Al 0.1％‑2.4％；O 0.2％‑0.32％；Fe≤0.10％；C≤0.08％；N≤0.05％；H≤0.015％；余量为Ti。通过配料熔炼，锻造棒材，热穿孔，热轧制，热定径，热矫直，表面喷砂等工序制备。本发明专利技术制备得到的钛合金管具备在150℃下耐H

【技术实现步骤摘要】
一种用于石油天然气输送的钛合金管及其制备方法
本专利技术涉及材料加工
，具体涉及一种用于石油天然气输送的钛合金管及其制备方法。
技术介绍
在石油天然气的开发过程中，CO2、H2S等气体对油管的腐蚀已成为油田的主要腐蚀问题。随着石油、天然气需求的不断增长，油、气井的开采条件日趋恶化、复杂，一些H2S、CO2含量高的腐蚀环境严酷的油气田的相继开发，迫切需要钢管制造业开发与生产适应这类酸性服役条件下的新型石油天然气输送用管。采用含有高Ni、Cr、Mo等元素的合金材料是抗酸性腐蚀的理想材料，但因其成本较高，限制了在石油领域的广泛使用。我国大多数原油含蜡量都比较高，含蜡量超过10％的原油几乎占整个产出原油的90％。当进行原油输送时，由于压力和温度降低，蜡从原油中析出并凝结于管壁，便形成结蜡现象，使油管断面变小以致堵寨，尤其是稠油输送时，结蜡现象更严重，严重影响石油正常输送。输油管道的结蜡不仅会增加管道运行的能耗、影响管道的安全运行，而且还可能造成凝管事故，给输油管道的输送带来很大的安全隐患。油井生产实际表明，除了温度和压力外，输油管道管壁的粗糙度也是影响结蜡的重要因素，如管壁粗糙，蜡晶体容易粘附在上面形成结蜡，反之则不容易结蜡。目前常用的解决输油管道结蜡问题有以下几种主要方式：一是加热输送，这种加热输送方式工艺复杂，能耗高，投资巨大且安全性较差，油输送效率极低。二是在原油中添加降凝剂、阻凝剂，这种方式效果虽好，但是化学助剂的价格太高，常年注入导致原油输送成本的大幅提升，不适合大规模的推广使用。三是机械清蜡的方式，机械清蜡的方式虽然成本低，但是这种清除方式会对管道造成机械损伤，影响管道的使用寿命。因此，需要开发一种耐酸性的、防结蜡的新型石油天然气输送用管材。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种用于石油天然气输送的钛合金管及其制备方法，解决了现有石油天然气输送用管线钢管易腐蚀以及因管内壁结蜡而导致输油管堵塞的问题，延长了输送管线的使用寿命，降低了维修和停产带来的损失，是一种高强度、耐腐蚀、防结蜡的新型钛合金管，具有良好的应用前景。本专利技术制备得到的钛合金管强度为55ksi-80ksi，满足石油天然气输送中对管材强度的要求；合金组分以及含量的控制使其在150℃下耐H2S和CO2腐蚀，延长了使用寿命；通过组分调整和表面喷砂处理，使其内外壁表面粗糙度在3.2μm以下，具有防结蜡的功能。第一方面，本专利技术提供一种钛合金管，所述钛合金管按质量百分含量由以下组分组成：根据本专利技术，所述钛合金管中Al的含量为0.1％-2.4％，例如可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％或2.4％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。本专利技术中Al的添加能够使钛合金管保持较高的机械强度，当Al含量过高时，钛合金管的强度虽然随之升高，但是在熔炼过程中极易产生成分偏析，降低了钛合金管的加工性能；当Al含量过低时，钛合金管的强度不足，难以满足在石油天然气输送中的要求。根据本专利技术，所述钛合金管中O的含量为0.2％-0.32％，例如可以是0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％或0.32％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。本专利技术中O的添加能够使钛合金管保持较高的机械强度，同时使其具有良好的加工性能，当O含量过高时，钛合金管硬度和脆性增加，大大降低了其可加工性；当O含量过低时，钛合金管强度降低，同样不利于加工。本专利技术中Al、O以及Ti三者之间的协同作用使得制备的钛合金管获得了良好的耐H2S和CO2腐蚀的性能，当三种元素缺乏任意一种或含量不在上述范围内时，其耐腐蚀性能明显降低。本专利技术中所述钛合金管中的O是以TiO2的形式在配料时加入的。根据本专利技术，所述钛合金管中Fe的含量≤0.10％，例如可以是0.01％、0.03％、0.05％、0.07％、0.09％或0.10％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，所述钛合金管中C的含量≤0.08％，例如可以是0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％或0.08％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，所述钛合金管中N的含量≤0.05％，例如可以是0.01％、0.02％、0.03％、0.04％或0.05％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，所述钛合金管中H的含量≤0.015％，例如可以是0.003％、0.006％、0.009％、0.012％或0.015％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。本专利技术所述Fe、C、N和H为实际生产中不可避免带入的杂质元素，将其含量控制在所述范围之内并不会对最终制备得到的钛合金管的性能产生影响。本专利技术所述余量为钛是指除了所述Al、O以及杂质元素Fe、C、N和H外，所述钛合金管中的组分为钛。作为优选的技术方案，所述钛合金管按质量百分含量由以下组分组成：作为进一步优选的技术方案，所述钛合金管按质量百分含量由以下组分组成：根据本专利技术，所述钛合金管的屈服强度为380MPa-660MPa，例如可以是380MPa、400MPa、420MPa、450MPa、480MPa、500MPa、520MPa、550MPa、580MPa、600MPa、630MPa或660MPa，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，所述钛合金管的抗拉强度为500MPa-820MPa，例如可以是500MPa、520MPa、540MPa、560MPa、580MPa、600MPa、630MPa、650MPa、680MPa、700MPa、720MPa、750MPa、780MPa、800MPa或820MPa，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，所述钛合金管的伸长率为12％-25％，例如可以是12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。本专利技术制备的钛合金管的强度为55ksi-80ksi，同时具有良好的抗拉强度及伸长率，满足在石油天然气输送中对管道强度的要求。根据本专利技术，所述钛合金管的表面粗糙度为0.8μm-3.2μm，例如可以是0.8μm、1.0μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm、2.0μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛合金管，其特征在于，所述钛合金管按质量百分含量由以下组分组成：

【技术特征摘要】
1.一种钛合金管，其特征在于，所述钛合金管按质量百分含量由以下组分组成：2.如权利要求1所述的钛合金管，其特征在于，所述钛合金管按质量百分含量由以下组分组成：3.如权利要求1所述的钛合金管，其特征在于，所述钛合金管按质量百分含量由以下组分组成：4.如权利要求1-3任一项所述的钛合金管，其特征在于，所述钛合金管的屈服强度为380MPa-660MPa；优选地，所述钛合金管的抗拉强度为500MPa-820MPa；优选地，所述钛合金管的伸长率为12％-25％；优选地，所述钛合金管的表面粗糙度为0.8μm-3.2μm。5.如权利要求1-4任一项所述的钛合金管的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将Ti、Al和TiO2进行配料，配料后进行熔炼，得到合金铸锭；(2)将步骤(1)得到的合金铸锭进行锻造，将锻造后得到的棒材加工成光棒，对光棒进行加热，保温后进行穿孔，得到管坯；(3)将步骤(2)得到的的管坯传送至均热炉中加热，然后进行轧制，轧制后得到成型管；(4)将步骤(3)得到的成型管在均热炉中加热后进入定径机定外径，定径后进行退火处理；(5)将步骤(4)退火处理后的管材冷却后进行矫直，然后对管材的内外表面进行喷砂处理，得到钛合金成品管。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，按照权利要求1中所述Al、O和Ti的配比将Ti、Al和TiO2进行配料；优选地，步骤(2)所述对光棒加热的温度为800℃-980℃；优选地，步骤(2)所述穿孔的速度为15mm/s-30mm/s；优选地，步骤(3)所述在均热炉中加热的温度为750℃-860℃；优选地，步骤(3)所述在均热炉中加热的时间为15min-30min；优选地，步骤(3)所述轧制的速度为30mm/s-60mm/s。7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述在均热炉中加热的温度为750℃-860℃；优选地，步骤(4)所述在均热炉中加热的时...

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠世，郭淑君，张政伟，张桂艳，莫喜刚，于晓玲，
申请(专利权)人：中世钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51