油井用耐腐蚀超马氏体不锈钢管坯及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种油井用耐腐蚀超马氏体不锈钢管坯，其包括下述成分，以质量百分数计：C：0.005～0.03％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12～13％，Ni：4.2～4.7％，Mo：0.6～0.8％，V：0.06～0.1％，W：0.1～0.3％，余量为Fe及其它杂质。上述管坯耐CO2及氯离子腐蚀。本发明专利技术还公开了一种上述油井用耐腐蚀超马氏体不锈钢管坯的制造方法，其包括下述按顺序实施的步骤：冶炼、浇铸以及管坯热加工，其中，冶炼包括顶底复吹转炉粗炼、真空氧气脱碳炉脱碳及钢包精炼炉精炼，浇铸温度1530±10℃，管坯热加工加热温度为1250～1300℃。本发明专利技术的油井用耐腐蚀超马氏体不锈钢管坯在CO2、Cl－共存腐蚀环境及高温高压条件下具有优异的强度及耐腐蚀性能。

Corrosion resistant super martensitic stainless steel tube billet for oil well and its manufacturing method

The invention discloses a corrosion-resistant ultra-martensitic stainless steel tube blank for oil wells, which comprises the following components: C: 0.005-0.03%, Si: 0.15-0.35%, Mn: 0.3-0.5%, P < 0.015%, S < 0.002%, Cr: 12-13%, Ni: 4.2-4.7%, Mo: 0.6-0.8%, V: 0.06-0.1%, W: 0.1%. To 0.3%, the allowance is Fe and other impurities. The tube billets are resistant to CO2 and chloride ion corrosion. The invention also discloses a manufacturing method of the corrosion-resistant ultra-martensitic stainless steel tube blank for oil wells, which comprises the following sequential steps: smelting, casting and hot-working of the tube blank, wherein the smelting includes top-bottom combined blowing converter roughing, vacuum oxygen decarbonization furnace decarbonization and ladle refining, and the casting temperature is 1530 + 10. The heating temperature of tube billet is 1250~1300 C. The corrosion-resistant ultra-martensitic stainless steel tube blank for oil well has excellent strength and corrosion resistance under CO2, Cl-coexisting corrosion environment and high temperature and high pressure conditions.

【技术实现步骤摘要】
油井用耐腐蚀超马氏体不锈钢管坯及其制造方法
本专利技术涉及不锈钢领域，尤其涉及一种油井用耐腐蚀超马氏体不锈钢管坯及其制造方法。
技术介绍
能源行业在我国国民经济中占有重要的地位，而在我国石油工业用钢总量中，油井管占了40％以上，每年用于油井管的投资占了石油工业总投资的1/5。油井管在石油工业中占有很重要的位置，是石油工业的基础。油套管是技术含量和附加值最高的产品，同时也是高风险产品，在井下一旦出现质量问题会造成巨大的经济损失，严重时将导致井毁人亡。随着石油工业的发展，油井管的需求量与日剧增。近年来，全世界每年钻井约10万口左右，在产油井超过60万口，年需油井管1000多万吨。根据我国统计数据，每钻进一米，约需油井管62kg，其中套管48kg、油管10kg、钻杆3kg、钻铤0.5kg。石油管在石油工业中的地位，不仅表现在用量大、投资大，更主要的是它的质量、性能与石油工业发展的关系重大。油井管服役条件恶劣，例如油管柱和套管柱通常要承受几百、甚至上千个大气压的内外压，几百吨的拉伸裁荷，还有高温及严酷的腐蚀介质的作用。我国每年仅钻杆断裂掉井事故就达1000起左右，据钻具承包商协会统计，每起钻杆断裂掉井事故直接的平均损失就是10.6万美元。钻杆和套管的损坏有时会导致油井报废。我国西部一口油井的成本都是几千万甚至上亿元人民币。套管的寿命就决定了油田的寿命。由此可见，油套管的使用寿命、安全性、经济性对石油工业有着重要的作用。油井管在石油工业中，具有举足轻重的地位，用量大，消耗高，其质量、性能对石油工业的发展影响重大。因为全世界石油供应的严峻形势和石油价格居高不下的利益刺激，导致一些严酷腐蚀环境的油气田以及其他苛刻条件的油气田相继投入开发，这使得对一些特殊用途油井管的需求量急剧增加。我国在油气开采过程中，CO2通常作为天然气的组成之一存在于油气中或是伴随其出现。目前，由于注CO2强化开采工艺(EOR)广泛用于深层含CO2气藏的开发以及原油增产技术的研究中，使得原油的采出系统中也伴随有大量CO2。近年来，在油气的开采过程中，经常会发生井下管柱CO2腐蚀导致的掉井事故，不仅给油气田开发带来了重大的经济损失，同时也造成一定的环境污染。CO2腐蚀已经成为一个全球性的不容忽视的问题。同时，在四川、新疆、云南等西部地区发现了高储量的气田、油田，这些油田的开采，遇到了CO2、H2S、Cl-离子共存的难题，含量最高的CO2超过10％，H2S超过6万ppm，Cl-离子超过10万ppm，因此腐蚀就成为在含CO2、H2S和Cl-的环境中使用的主要问题。为了确保油气井的安全，必须使用高合金钢和不锈钢管。目前国内外用于含CO2、H2S和Cl－油井下采用材料，按照环境的恶劣程度依次为Cr13型马氏体不锈钢、双相不锈钢和镍基合金。这样一口油气井投资少则几千万，多则上亿元，其中成本所占比例最大的无疑是开采原油和天然气用的套管、油管。为此，就需要使用大量的抗高温以及在含CO2、和少量H2S、Cl-的更为恶劣的环境下具备抗腐蚀性能、制造成本低的不锈钢管材。普通13Cr钢管在100℃以下的环境中具有良好的耐蚀性。但当环境温度超过100℃时会出现全面腐蚀，在CO2分压高的环境下腐蚀更为严重。另外，在高Cl-质量浓度环境下有时会发生点腐蚀。中国专利文献CN101397637B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％。该专利技术用钢经过电炉炼钢、模铸、锻造开坯、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。但是该材料中过高的Mo、Nb、Cu等强化降低了材料的可加工性能，加之Ni含量过高，导致成本偏高，C含量偏高也降低了材料抗CO2腐蚀性能。中国专利文献CN102144041B公开了一种油井管用马氏体系不锈钢无缝钢管及其制造方法，所述马氏体系不锈钢无缝钢管具有析出Nb量达到0.020％以上的回火马氏体组织，所述不锈钢无缝钢管具有如下组成：以质量％计，含有C：0.020％以下、Cr：10～14％、Ni：3％以下、N：0.05％以下，还含有Nb：0.03～0.2％，余量由Fe及不可避免的杂质构成。该材料Cr含量范围过宽，低C和低Ni含量导致奥氏体组织稳定性差，热加工后容易形成高温铁素体，使耐蚀性能减弱，韧性恶化。鉴于此，本领域需要开发一种耐CO2及氯离子腐蚀的油井用经济型超马氏体不锈钢。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种耐CO2、氯离子腐蚀及高温高压油井用经济型超马氏体不锈钢，其成本低于双相不锈钢和镍基合金，使用寿命比普通13Cr马氏体不锈钢提高2至3倍。在此强调，除非另有说明，本文所用术语与本领域中各种科技术语的通常含义、各种技术词典、教科书等中定义的专业术语的含义一致。例如，在本文中，高温高压井一般是以普通橡胶密封性能来界定的，指井底温度高于150℃、压力高于70MPa的井。在本文中，深井一般是指井深超过4500m或15000ft的井。超马氏体不锈钢一般是指在传统马氏体不锈钢的基础上，通过降低碳含量(最高0.07％)、增加镍(3.5％～6.5％)的含量，基体金属显微组织为回火马氏体的不锈钢。为了实现上述目的，本专利技术改善了现有技术中的马氏体不锈钢的成分，本专利技术超马氏体不锈钢的成分设计思路如下：在12.5Cr基础上保持超低C含量，以确保耐腐蚀性能；添加一定量的Ni确保奥氏体稳定性，并提高耐CO2应力腐蚀性能；添加少量Mo提高抗点蚀性能；添加W和V形成碳化物提高强度。最终形成合金体系：0.01C—12.5Cr—4.5Ni—1Mo—0.08V—0.05W。因此，一方面，根据本专利技术一实施方式，提供一种油井用耐腐蚀超马氏体不锈钢管坯，其包括下述成分，以质量百分数计：C：0.005～0.03％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12～13％，Ni：4.2～4.7％，Mo：0.6～0.8％，V：0.06～0.1％，W：0.1～0.3％，余量为Fe及其它杂质。进一步地，所述管坯可耐CO2及氯离子腐蚀。另一方面，根据本专利技术一实施方式，提供一种油井用耐腐蚀超马氏体不锈钢管坯的制造方法，其包括下述按顺序实施的步骤：冶炼、浇铸以及管坯热加工，其中，在所述冶炼步骤中，预处理后的铁水经过粗炼、脱碳及精炼后，钢水的成分质量百分数达到下述比例即可出钢：C：0.005～0.03％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12～13％，Ni：4.2～4.7％，Mo：0.6～0.8％，V：0.06～0.1％，W：0.1～0.3％，然后，将钢水浇铸成钢锭或连铸坯。进一步地，在所述冶炼步骤中，预处理后的铁水分别通过顶底复吹转炉(K-OBM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油井用耐腐蚀超马氏体不锈钢管坯，其特征在于，包括下述成分，以质量百分数计：C：0.005～0.03％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12～13％，Ni：4.2～4.7％，Mo：0.6～0.8％，V：0.06～0.1％，W：0.1～0.3％，余量为Fe及其它杂质。

【技术特征摘要】
1.一种油井用耐腐蚀超马氏体不锈钢管坯，其特征在于，包括下述成分，以质量百分数计：C：0.005～0.03％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12～13％，Ni：4.2～4.7％，Mo：0.6～0.8％，V：0.06～0.1％，W：0.1～0.3％，余量为Fe及其它杂质。2.如权利要求1所述的油井用耐腐蚀超马氏体不锈钢管坯，其特征在于，所述管坯耐CO2及氯离子腐蚀。3.一种如权利要求1或2所述的油井用耐腐蚀超马氏体不锈钢管坯的制造方法，其特征在于，包括下述按顺序实施的步骤：冶炼、浇铸以及管坯热加工，其中，在所述冶炼步骤中，预处理后的铁水经过粗炼、脱碳及精炼后，钢水的成分质量百分数达到下述比例即可出钢：C：0.005～0.03％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12～13％，Ni：4.2～4.7％，Mo：0.6～0.8％，V：0.06～0.1％，W：0.1～0.3％，然后，将钢水浇铸成钢锭或连铸坯。4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述冶炼步骤中，预处理后的铁水分别通过顶底复吹转炉粗炼、真空氧气脱碳炉脱碳及钢包精炼炉精炼；在顶底复吹转炉粗炼时，底吹全程供N2还原，并达到真空氧气脱碳炉脱碳对N的要求；在真空氧气脱碳炉脱碳时，真空度≤106....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐芳泓，方旭东，李阳，夏焱，赵建伟，
申请(专利权)人：太原钢铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14