高钢级高抗二氧化碳、氯离子腐蚀油套管用钢及制造方法技术

本发明专利技术涉及一种油套管用钢及其制造方法，特别涉及一种１１０ｋｓｉ高钢级抗高温（１２０－１５０℃）、高抗ＣＯ↓［２］、氯离子腐蚀条件下的油井管用钢及其制造方法。主要解决超低碳１３Ｃｒ高合金油套管用钢含有较高的Ｎｉ和Ｍｏ等贵金属合金，成本很高以及冶炼难度大的技术问题。高钢级高抗二氧化碳、氯离子腐蚀油套管用钢，按重量百分比，其化学成分配比为：Ｃ：０．１５～０．２５％，Ｓｉ：０．２～０．５％，Ｍｎ：０．２０～１．０％，Ｃｒ：１２．０～１４．０％，Ｎｉ：０．５～１．５％，Ｍｏ：０．２～１．０％，Ａｌ：０．０１～０．１％，其余为Ｆｅ和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于０．５％。本发明专利技术的冶炼、轧制、制管和后处理可以采用常规耐蚀油套管的制备工艺。本发明专利技术获得的油套管用钢可适用于高温高压、高含ＣＯ↓［２］、Ｃｌ↑［－］等共存的油田井下强腐蚀环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种油套管用钢及其制造方法，特别涉及一种110ksi高 钢级抗高温(120-15(TC)、高抗C02、氯离子腐蚀条件下的油井管用钢及制造方 法。
技术介绍
随着我国石油天然气开发力度的加大，采集油气的油井套管和油管面 临着高温高压、高含0)2、 C1—等共存的强腐蚀环境，从而造成油气田多次发生井 下油管断裂，集气干线泄漏事故，致使许多油气田井都在投产一年左右由于此类 问题而提前报废，造成巨大损失，给人民群众的生命和财产安全造成了严重的危 害，同时也威胁到了国家能源战略安全。现有API5CT规范中有L80-13Cr油套管产品，能生产的强度为80和95钢级， 最高服役温度一般为12(TC，耐蚀性能小于0. 25mm/y。随着油井和气井的开发， 井深也在不断增加，井深超过5000米的富含C02且超过API标准13Cr钢管服役 条件的油气井不断增加，急需耐更高服役温度(120-150'C)、耐蚀性能更好、强 度更高的IIO钢级油套管。为满足高的强度和高耐蚀性要求，国外各大钢管厂纷 纷研制出非标的110钢级13Cr不锈钢油套管，如川崎的K0-HP1-13Crl10、住友 的低碳SM13CR 110等，其成熟产品的化学成分及性能如表1所示。 表l川崎和住友110钢级油套管化学成分<table>table see original document page 3</column></row><table>API标准检索到耐腐蚀用合金油套管用钢的专利技术专利7项，见表2。检索专利主要针 对要求抗C02腐蚀及抗C02和微量H2S腐蚀用油套管，所述合金设计中一项 (11-140594)未涉及强度要求， 一项强度要求超过110钢级(2003-105441， 95 125Kpsi， -40，30J以上)，但未说明使用环境， 一项强度为80钢级，其它4项强度要求也均不超过110钢级。上述川崎和住友公司的非标13Cr均含有较高的 镍和钼及较低的碳，专利中提到的高Cr合金部分专利如昭61-207550、特开平 4-224656、特幵平11-140594等也含有较高的镍和钼。主要通过增加合金含量特 别是Ni和Mo等贵金属合金，保证耐高温、C02、及微量H2S腐蚀性能。对于深井 要求耐高温120-150°C、耐0)2腐蚀而并不要求H2S腐蚀的环境，高镍、钼合金 的油套管成本过高。本专利技术通过在API标准L80-13Cr油套管成分基础上，只添 加少量镍和钼即可达到IIO钢级强度要求，同时满足耐120-15CTC C02及氯离子 腐蚀要求。表2已有主要专利的合金设计(wt%)<table>table see original document page 4</column></row><table>
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种110ksi高钢级高抗C02腐蚀油套管钢的 成分及其制造方法。主要解决超低碳13Cr高合金油套管用钢含有较高的Ni和Mo等贵金属合金，成本很高以及冶炼难度大的技术问题。本专利技术的技术方案为高钢级高抗二氧化碳、氯离子腐蚀油套管用钢，按重量百分比，其化学成分配比为C: 0. 15 0.25% Si: 0.2 0.5%Mn: 0.20 1.0% Cr: 12.0 14.0%Ni: 0.5 1.5% Mo: 0.2 1.0%Al:0.01 0. 1%其余为Fe和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于0. 5%。本专利技术钢种通过转炉(或电炉)炼钢、模铸后(在高于125(TC温度下均匀化 退火)并初轧开坯后在650 75(TC去应力退火以防止管坯开裂，管坯经穿孔制 管、热轧、热处理、水压检验后并进行整体调质热处理和管端加工，经过管体检验合格就可制成合格的油套管产品。本专利技术的高合金钢化学成分设计的选择原因如下C:是保证钢管强度性能及腐蚀性能的必要元素。为保证必要的强度，碳含 量不能过低，碳含量低于O. 15%时强度不足；碳含量高于0.25%，导致组织中因 碳与铬形成碳化物而降低晶界铬含量，降低抗腐蚀性能。同时，碳含量过高，材 料的硬度高，韧性变坏，而且耐蚀性将受到影响，需要适当限制碳含量。Cr:是提高耐蚀性和强度的主要合金元素。Cr含量小于12%时，耐蚀性不足， Cr含量大于14W时，材料的强度和硬度过高，导致材料的韧性下降。铬过高也易 导致高温铁素体形成，降低热加工性能。Ni:提高腐蚀性能和韧性，有利于高温轧制，降低形成高温S铁素体倾向。 同时对降低冷脆转变温度有益。Ni加入量过低，效果不明显，加入量过高则增 加成本。Mo的加入提高了耐蚀性特别是抗局部腐蚀性，还提高了材料的强度和淬透 性。如加入量低于0.2%，效果不明显，高于1.0%，加工性能和塑性恶化。Si:加入钢中起到脱氧和改善耐蚀性的作用，低于0.2%，效果不明显，大于 0.5%，加工和韧性恶化。Mn:改善钢的强韧性的元素并时奥氏体区扩大元素，小于0. 2%时作用不明显， 大于1%，将降低腐蚀性能。Al:在钢中起到了脱氧作用和细化晶粒的作用，另外还提高了表面膜层的稳 定性和耐蚀性。当加入量低于0.01%时，效果不明显，加入量超过O. 10%，力学 性能变差。本专利技术的有益效果国外高强度耐二氧化碳、氯离子腐蚀油套管主要合金设 计为在API L80-13Cr基础上通过改变某些合金组成如低碳、镍、钼复合添加等 方法获得110钢级的耐二氧化碳腐蚀油套管。本专利技术以API L80-13Cr油套管合 金设计为基础，通过添加少量镍、钼合金元素，不仅可以获得强度等级达到110 钢级的油井管，而且，由于镍、钼复合添加后，提高了钢的回火温度，明显改善 了钢的低温冲击韧性。合金设计中通过控制一定的碳含量、添加铬、镍、钼等元 素并经过适当的热处理之后，获得温度120-15(TC条件下耐C02和氯离子腐蚀的 强度达到IIO钢级的油套管，较目前使用的低碳镍、钼系列IIO钢级油套管材料 可以节省3-4%的镍1-2%的钼和适量的铜和钒，大大降低了合金成本。此外，本 专利技术钢种走转炉产线，大大节约了生产成本。 具体实施例方式表3所示为实验钢种的化学成分，其中1-5为本专利技术钢种，6-8为对比钢种，为 目前油田普遍使用的油套管合金。表3本专利技术钢和现有合金钢的化学成分，wt%<table>table see original document page 6</column></row><table>表4为本专利技术钢和对比钢的力学性能和抗二氧化碳、氯离子腐蚀性能。腐蚀 实验采用高压釜，腐蚀实验分别在12(TC和150'C温度下，二氧化碳分压2. 5MPa 并加入3.5MNaCl，介质流速设定为2m/S，实验时间为168小时，测定腐蚀失重并转换成腐蚀速率，单位mm/a。表4本专利技术钢和对比钢的力学性能和抗二氧化碳、氯离子腐蚀性能<table>table see original document page 7</column></row><table>从表4的结果可以看出，本专利技术的高合金不锈钢油套管用钢耐高温本文档来自技高网...

【技术保护点】
高钢级高抗二氧化碳、氯离子腐蚀油套管用钢，按重量百分比，其化学成分配比为：Ｃ：０．１５～０．２５％Ｓｉ：０．２～０．５％Ｍｎ：０．２０～１．０％Ｃｒ：１２．０～１４．０％Ｎｉ：０．５～１．５％Ｍｏ：０．２ ～１．０％Ａｌ：０．０１～０．１％其余为Ｆｅ和不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠铧，唐豪清，郭金宝，徐文亮，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]