一种抗硫化氢腐蚀用中高强度油套管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种抗硫化氢腐蚀用中高强度油套管及其制造方法，管成分以重量％计为：Ｃ　０．２０～０．２７％，Ｓｉ≤０．４０％，Ｍｎ　０．８０～１．５０％，Ｐ≤０．０１５％，Ｓ≤０．００５％，Ｍｏ　０．３０～０．７５％，Ｃｒ　０．９５～１．４０％，Ｃｕ≤０．３０％，Ｎｉ≤０．３０％，Ａｌ≤０．０２％，其余为铁。是采用铁水和废钢经冶炼、炉外精炼和真空脱气、以及弧形连铸后制成圆管坯，圆管坯经热轧轧管制成光管，光管经过调质热处理和管加工制成成品。本发明专利技术生产的抗硫化氢腐蚀用中高强度油套管，具有良好的理化性能、使用性能、抗硫化氢应力腐蚀性能，其抗硫化氢应力腐蚀门槛值达到９０％ＳＭＹＳ以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油井管及其制造方法，特别涉及一种屈服强度低于758MPa (110ksi )抗硫化氢腐蚀用中高强度油套管及其制造方法。
技术介绍
碳钢或低合金钢暴露于含H2S的环境介质中，因腐蚀而产生的氢侵入钢中， 在应力作用下会发生硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)，含硫油气田开发面临的主 要问题就是H2S腐蚀问题。在我国，含硫油气田主要分布在四川、华北和新疆， 其中，尤其以川东地区最严重，由于氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂会引起油 套管(油管和套管)早期失效甚至导致灾难性事故发生，因此开发生产抗H2S的 油套管自然成为研究的重要课题。钢在H2S介质中的腐蚀破坏现象40多年前就已被发现，各国学者为此进行 了大量的研究工作。已普遍认为H2S不仅对钢材具有很强的腐蚀性，而且H2S 本身还是一种很强的渗氢介质，H2S腐蚀破裂是由氢引起的。含H2S酸性油气田 油套管腐蚀破坏类型主要有三种形式均匀腐蚀或(和)点蚀、硫化物应力开 裂(SSC)、氢诱发裂纹(HIC)和氢鼓泡(HB)。导致钢基体开裂的过程至今也无一致的认识。但普遍认为，钢中氢的含量 一般是很小的，有试验表明通常只有百万分之几。因此，萌生裂纹的部位必须 是有足够富集氢的能量。实际工程上使用的油套管钢中都存在着缺陷，这些缺 陷与氢的结合能强，可将氢捕捉陷住，使之难以扩散，便成为氢的富集区，通 常把这些缺陷称为陷井。分子态的H2S大量生成原子氢向这些陷阱积聚，富集 在陷井的氢一旦结合成氢分子，积累的氢气压力很高，造成应力集中，于是促 使钢脆化，局部区域发生塑性变形，并萌生裂纹最后导致开裂，此类断裂属于硫化物应力腐蚀开裂(sscc) 。 sscc属于低应力破裂，发生sscc时的应力值通常远低于钢材的抗拉强度，其具有脆性机制特征的断口形貌。穿晶和沿晶破坏均可观察到， 一般高强度钢多为沿晶破裂。影响油套管抗硫化氢应力腐蚀材料因素主要有材料的硬度、材料的显微 组织和材料的化学成分。钢管的硬度(强度)是钢管硫化氢应力腐蚀(ssc)现场失效的重要变量，是控制钢管发生硫化物应力腐蚀的重要指标。钢管硬度越高，开裂所需的时间越短，说明ssc敏感性越高。通过大量的试验发现强度对抗硫化氢应力腐蚀的 影响，当屈服强度Rt《700MPa时随Rt增加，抗硫化氢应力腐蚀门槛值o C增 加，但是，当Rt〉700MPa时抗硫化氢应力腐蚀门槛值oC急剧下降。实际表现 为当材料的屈服强度低于应力腐蚀门槛值时，不发生应力腐蚀；屈服强度高 于应力腐蚀门槛值时，材料会在远低于材料屈服强度的条件下发生应力腐蚀开 裂。因此，在NACE MR0175标准中，规定的所有抗SSC材料均有硬度要求。钢 管的显微组织直接影响着钢材的抗SSC性能。对碳钢和低合金钢，当其强度相 似时，不同显微组织对SSC敏感性由小到大的排列顺序为铁素体中均匀分布 的球状碳化物、完全淬火+回火组织(回火索氏体)、正火+回火组织、止火组 织、贝氏体及马氏体组织。淬火后高温回火获得的均匀分布的细小球状碳化物 组织是抗SSC最理想的组织，而贝氏体及马氏体组织对SSC最敏感，其他介于 这两者间的组织，对SSC敏感性将随钢材的强度而变化。钢的化学成分对其抗ssc的影响一般认为在碳钢和低合金钢中，镍、锰、硫、磷为有害元素。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，在其能保证在低于758Mpa (110ksi)屈服强度范围内油套管在淬火+回火状态时 具有抗硫化氢应力腐蚀性能。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是一种抗硫化氢腐蚀用中高强度油套 管，其重量百分比为C 0. 20 0. 27%， Si《0. 40 %， Mn 0. 80 1. 50%, P《0. 015%， S《0.005%, Mo 0. 30 0.75%， CrO. 95 1. 40% ， Cu《0.30%， Ni《0. 30%， A1《0. 02%,其余为铁，以及一些不可避免的微量杂质。管的抗硫化氢应力腐蚀门槛值可达90%SMYS。本抗硫化氢腐蚀用中高强度油套管制造方法包括首先将原料铁水和废钢进 行炼钢制成圆管坯，也可以采用海绵铁和废钢进行炼钢制成圆管坯，然后将圆 管坯经过热轧轧管制成光管，最后将光管经过调质热处理和管加工制成成品， 而炼钢包括有步骤冶炼、炉外精炼和真空脱气、以及弧形连铸后制成圆管坯。 其中炼钢为采用氧气转炉或电炉冶炼，采用LF炉和VOD炉进行精炼和真空脱气 并喂丝，采用ACC连铸制成圆管坯；轧管为首先采用环形加热炉将圆管坯加热， 然后采用两辊锥形辊穿 L、轧管机轧制和14架定径机减径，并经过矫直和锯切 精整工序，最后经无损探伤得到用于生产油套管的光管；调质热处理和管加工为将光管调质热处理后通过管端车丝、接箍拧接和整管水压试验，最后制成成品油套管。其中调质热处理工艺采用820 94(TC淬火+600 72(TC回火。 实际生产中可采用(1) 炼钢 采用40t氧气转炉炼钢(或30t电炉)冶炼，然后LF炉(钢 包熔炼炉)+VOD炉(真空脱气)精炼并喂丝，之后经ACC连铸(弧形连续铸 钢)成待用圆管坯；(2) 轧管先采用环形加热炉将管坯加热，再用两辊锥形辊穿孔 +ACCU-ROLL精密轧管机轧制+14架定径机减径，并通过矫直和锯切精整工序， 最后无损探伤成为无缝钢管——用于生产油套管的光管。(3) 调质热处理和管加工光管调质热处理后通过管端车丝、接箍拧接、 整管水压试验，最后制成成品管。采用本专利技术的方法生产具有上述成分的抗硫化氢腐蚀用中高强度油套管， 具有良好的理化性能、使用性能、抗硫化氢应力腐蚀性能，其抗硫化氢应力腐 蚀门槛值达到90%SMYS以上(名义最小屈服强度)。 具体实施例方式本专利技术是基于以下技术思想得出对于金属材料本身而言，影响其耐腐蚀 的因素在下几个方面，(1)、金属本身的化学稳定性，(2)合金成分的影响，(3)金属的纯净度的影响，(4)金相组织的影响，(5)金属表面状态的影响。 为提高本专利技术油套管的硫化氢应力腐蚀性能，钢中的合金成分、钢的纯 净度、金相组织和钢管内外表面质量特别重要。大量研究表明，钢的纯净度对其耐蚀性影响是很大的，特别应该降低钢 中P、 S含量，控制P、 S的含量就能够提高抗硫化物应力腐蚀的能力从而达到 门槛值。伴随着连铸技术和炉外精炼技术的发展，开发了一系列提高钢纯净度 的新工艺、新方法，使得大幅度提高钢的纯净度成为可能。钢的化学成分及热处理决定了合金的组织，而后者的变化又影响耐蚀性能。 一般说来，正火组织比退火组织的耐腐蚀性要好。铁素体一珠光体组织比马氏 体一贝氏体组织(淬火一回火)明显地不易遭受局部腐蚀。 一般来讲，钢的强度 越高，冲击韧度越差，对H2S应力腐蚀就越敏感。通过对试验钢抗H2S腐蚀滞 后破裂性能试验认为，影响抗H2S滞后破裂性能的因素，首先是金相显微组织 状态，其次是合金成分。实践证明经过完全淬火+高温回火后的显微组织为弥 散分布在铁素体基体上的微细碳化物，这种组织抗H2S滞后破裂性能最佳。这 是因为马氏体中碳化物析出起始于自回火，另一些碳化物在原始奥氏体晶体上 析出，所以分布比较均匀，该组织最接近热力学平衡状态，从而更能改善抗 H2S腐蚀破裂性能。钢中加入Mo等元素能够在保持一定强度的前提下提高回火 温度，因而对抗H2S腐蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗硫化氢腐蚀用中高强度油套管，其特征在于管成分以重量％计为：Ｃ０．２０～０．２７％，Ｓｉ≤０．４０％，Ｍｎ０．８０～１．５０％，Ｐ≤０．０１５％，Ｓ≤０．００５％，Ｍｏ０．３０～０．７５％，Ｃｒ０．９５～１．４０％，Ｃｕ≤０．３０％，Ｎｉ≤０．３０％，Ａｌ≤０．０２％，其余为铁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张云三，国焕然，黎新春，徐天兵，王洪兵，梁永强，于海超，
申请(专利权)人：山东墨龙石油机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]