本发明专利技术公开了一种１３Ｃｒ高抗二氧化碳和微量硫化氢腐蚀油套管用钢及其制造方法，油套管用钢化学成分配比按重量百分比计为：Ｃ：０．０１～０．０５％，Ｓｉ：≤０．５％，Ｍｎ：０．２０～１．００％，Ｃｒ：１２～１４％，Ｍｏ：１．０～３．０％，Ｎｉ：４．０～６．０％，Ｃｕ：１．０～２．０％，Ｎｂ：０．０２～０．１０％，其余为Ｆｅ和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于０．０５％。本发明专利技术用钢经过电炉炼钢、模铸、煅造开坯、轧制制管及合理的热处理工艺之后，可以获得力学性能满足１１０钢级的非ＡＰＩ耐蚀油套管。通过铜、铌合金化，可以明显提高材料的抗硫化氢应力腐蚀开裂性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超级13Cr不锈钢油套管用钢及其制造方法，特别 是含有高湿润二氧化碳、氯离子、微量硫化氢等复合酸性腐蚀环境条 件下的油气井油套管用钢的化学成分。
技术介绍
现有API 5CT规范中13Cr不锈钢油套管钢种只有2Crl3 —个，产 品钢级最高为95ksi，最高服役温度为120°C。此外，该产品抗硫化氢 应力腐蚀开裂性能差，不适合硫化氢腐蚀环境。随着石油天然气开采 条件不断恶化，井深超过5000米、腐蚀气氛同时富含C02和硫化氢、 而且强度超过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(d5(TC)、耐蚀性能更好(二氧化碳和微量硫化氢)、 强度更高的油套管，如110钢级油套管。为满足高强度和高耐蚀性要 求，国外各大钢管厂纷纷研制出耐高温高二氧化碳和微量硫化氢腐蚀 的非标110-13Cr不锈钢油套管，如川崎的K0-HP2-13Crl10，住友的低 碳SM13CRM-110等，其化学成分如表1所示。表1川崎和住友超级13Cr油套管的化学成分<table>table see original document page 3</column></row><table>日本专利特开平4-224656适用于100-150°C，强度要求90-100 钢级，0. 007Mpa硫化氢不开裂;昭61-207550、平4-88152专利中钢 级最高只能到100Ksi，此外，碳含量较高，H2S性能较差；而特开平 11-140594专利中复合加入了 Al、 N、 Ti等元素，冶炼过程容易形成A1N、 TiN等对H2S应力腐蚀开裂有影响的脆性夹杂物。上述专利主要 针对要求抗C02和微量H2S腐蚀用油套管，其化学成分如表2所示。表2日本专利中油套管用钢的化学成分(wt%)专利号(钢级)CSiCrMMoCuAlNNbFe昭61-207550 (IOOKsi)0.03 /020《1.0《 1.012 /1405 /6.005 /40《 0.006特开平 4-224656 (90-100Ksi)0.02 /0.05动3030/ 1212 /143.0 /5.00.5 /1.50.01 /0.050.03 /0.08特开平 11-140594 沃)幼05动3《10 /144.0 /7.01.0 /3.01 /20.06 /03《 0,080.005 / o扁平4-88152 (《100Ksi)0.08 筋《1.0《 2.014 /1605 /3,00.1 /1.00.03 /0,100.05 /030
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氢腐蚀 油套管用钢及其制造方法。本专利技术是这样实现的 一种13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氢腐蚀 油套管用钢，按重量百分比计，其化学成分配比为C: 0.01~0.05% ， Si:，Mn: 0.20~1.00% ，Cr: 12~14% ，Mo: 1.0~3.00/0 ， Ni: 4.0 6.00/0 ，Cu: 1.0~2.0% ， Nb: 0.02~0.10% ，其余为Fe和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于0. 05%。本专利技术油套管用钢的特点是通过复合加入少量Cu和微量Nb元素， 不仅成分相对简单，而且保证了强度级别达到110钢级，同时在 150-18(TC下保证了钢的抗二氧化碳、硫化氢及氯离子等腐蚀性能。本专利技术油套管用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0.01%时淬透性和强度不足；碳含量超过0.05%，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。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14%时，材料的强度和硬度过高，降低材料 的韧性。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，同时对降低冷脆转变温度有益。Ni加 入量小于4%，抗硫性能效果不明显，加入量超过6%，成本增加过高。Mo:是耐点蚀和耐硫化物应力腐蚀性能所必要的元素。低于1.0% 效果不明显，超过3%成本增加且极易导致高温5铁素体形成，高温形 变性能恶化。Nb:作为微合金化元素可以提高钢回火稳定性，低于0.02%时效果 不明显，超过O. 1%时加工性能变差。Cu:在C02介质中形成保护膜，提高耐蚀性能。小于1%，铜量过低 效果不明显，超过2%，易出现晶界析出，恶化加工性能。Si:加入钢中起到脱氧和改善耐蚀性的作用，但高于0.5%,加工和 韧性恶化。Mn:改善钢的强韧性的元素，小于0.2%时作用不明显，大于1%， 将降低腐蚀性能。一种13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氢腐蚀油套管用钢的制造方 法，包括如下步骤1) 油套管用钢化学成分配比按重量百分比计为C: 0.01~0.05% ，Si:， Mn: 0.20~1,00% ， Cr: 12~14% ， Mo: 1.0~3.00/0 ， Ni: 4.0~6.00/0 ， Cu: 1.0~2.0% ， Nb: 0.02~0.10% ，其余为Fe和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于0. 05%;2) 将上述成分配比的油套管用钢通过电炉冶炼炼钢浇铸成铸锭， 锻造前采用温锭入炉，入炉钢锭表面温度小于60(TC;3) 锻造圆坯在锻后进行退火，退火温度控制在650 800'C之间， 退火后的管坯在115CTC 125(TC加热保温1. 5 2小时后经穿孔、热轧 成荒管；4) 热轧钢管在900 1000"C温度下进行水淬火后，分别在600 700'C和550 60(TC进行两次回火，回火时间均控制在1小时之内。本专利技术制造方法的主要特点在于热轧管经过两次回火后明显改善了钢的组织，极大地提高了产品的抗腐蚀性能。具体实施方式表3所示为本专利技术油套管用钢和现有油套管用钢的化学成分，按 重量百分比计，其中卜7为本专利技术钢种，8-IO为目前油田普遍使用的 不锈钢油套管用钢的对比钢种。表3本专利技术油套管用钢和现有油套管用钢的化学成分，wt%<table>table see original document page 6</column></row><table>按表3所示的化学成分将钢号1_7的钢种通过电炉冶炼炼钢浇铸 成铸锭，锻造前采用温锭入炉，入炉钢锭表面温度小于60(TC;锻造圆 坯在锻后进行退火，退火温度控制在650 800'C之间，退火后的管坯 在115(TC 1250'C加热保温1.5 2小时后经穿孔、热轧成荒管；热轧 钢管在900 100(TC温度下进行水淬火后，分别在600 70(TC和550 60(TC进行两次回火，回火时间均控制在1小时之内，由此得到110钢 级油套管产品。本专利技术实施例中钢号1 7的本专利技术钢及钢号8 10的对照钢的力 学性能和抗二氧化碳、微量硫化氢(小于0.01MPa)及氯离子腐蚀性能 比较，参见表4。其中，腐蚀性能以180'C条件下二氧化碳分压2.5MPa并加入3.5% NaCl，介质流速设定为2m/S，实验时间为168小时，测 定腐蚀失本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种１３Ｃｒ高抗二氧化碳和微量硫化氢腐蚀油套管用钢，其特征是：按重量百分比计，其化学成分配比为： Ｃ：０．０１～０．０５％， Ｓｉ：≤０．５％， Ｍｎ：０．２０～１．００％， Ｃｒ：１２～１４％， Ｍｏ：１．０～３．０％， Ｎｉ：４．０～６．０％， Ｃｕ：１．０～２．０％， Ｎｂ：０．０２～０．１０％， 其余为Ｆｅ和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于０．０５％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张忠铧，唐豪清，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]
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