一种高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管及其制备方法技术

本发明专利技术属于陆地及海洋油气井用管材技术领域，具体地涉及一种高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管，该连续油管为铁素体和奥氏体双相不锈钢连续油管，其金相组织中铁素体含量为35％‑55％，该连续油管合金元素含量较高，可以满足高压、高CO2、H2S腐蚀环境的应用。本发明专利技术制备的产品强度高、疲劳寿命好，其弯曲疲劳寿命可达常规CT90连管的3‑5倍。

【技术实现步骤摘要】
一种高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管及其制备方法
本专利技术属于陆地及海洋油气井用管材
，涉及一种高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管及其制备方法。
技术介绍
连续油管不同于常规螺纹连接的油管，其是一种缠绕在滚筒上，可连续下井或起出的单根长达数千米的无接头油管。连续油管技术是当前国际上较为先进的技术，由于其作业成本低、简单省时、安全可靠等优越性能，而被广泛应用于冲砂、洗井、测井、完井、钻井等多个领域。随着油气田的不断开发，含CO2、H2S、Cl-油井不断增多，连续油管的作业工况日益恶化。而现有的低碳低合金钢连续油管无论其为何种组织类型，因合金元素含量低、抗腐蚀性能较差，难以在高CO2、H2S的强腐蚀环境中应用。现有技术中，发现关于16Cr不锈钢连续油管的报道。其合金元素含量相对较低(Cr含量在17.0％以下、Ni含量最高仅为3.0％)，是往钢中加入Mn来替代贵重金属元素Ni而发展起来的一种铬-锰系低成本奥氏体不锈钢材料。因此，一般将其应用在耐蚀性要求不高的环境中，在高CO2、H2S的强腐蚀井况下，相对常规连续油管并无明显优势。另外，有专利公布了一种双相不锈钢连续油管的制造方法，其采用激光焊接双相不锈钢。该技术的缺点在于焊接效率极低(焊接速度约1.5m/min),对长达数千米的连续油管来讲，需要连续焊接长达数日，在生产效率、焊接质量稳定性等方面存在很大问题；其次，由于焊接机功率的限制，激光焊接多用于焊接薄壁管、毛细管，而难以进行厚壁、大管径高强度、高疲劳寿命连续油管的制造。高频感应焊接技术通过感应电流加热钢带边缘，并通过焊接挤压辊挤压形成焊缝，其焊接速度快、热输入小，经过挤压后氧化物夹杂被排出，可以得到良好的焊接质量。高频感应焊接技术由于其稳定可靠的焊缝质量、较高的生产效率，在常规低碳合金钢连管制造中已有长达数十年的良好应用历史。然而因技术难度较高，至今未发现高频感应焊接高合金双相不锈钢的公开报道。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述技术问题的不足，提供了一种高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管及其制备方法，生产效率高、疲劳寿命好、耐腐蚀性能强，通过对高频感应焊管工艺进行优化，实现了高合金双相不锈钢的焊接。解决上述技术问题的技术方案如下：一种高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管，所述的连续油管为双相不锈钢连续油管，所述的双相不锈钢连续油管为铁素体和奥氏体双相不锈钢，其金相组织中铁素体含量为35％-55％，通过合理的化学成分配比及热处理工艺控制，将奥氏体不锈钢的优良韧性、焊接性及耐腐蚀性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，而兼有奥氏体钢和铁素体钢的优点，其同时具备较高的强度、疲劳寿命及优异的抗二氧化碳、硫化氢及氯化物应力腐蚀能力。所述的双相不锈钢连续油管的合金元素，按照质量分数计，包括以下组成与组分：C≤0.03％、Mn≤2.5％、P≤0.03％、S≤0.005％、Si≤1.0％、Cr22.0％-30.0％、Mo1.5％-5.0％、Ni4.5％-8.0％、N0.14％-0.40％、Fe余量。上述双相不锈钢材料为铁素体+奥氏体两相组织，其中铁素体含量应控制在35％-55％的范围内，以获得良好的焊接工艺性和耐腐蚀性。进一步地说，所述的连续油管的原材料为经过热轧和固溶处理后的酸洗状态的钢卷，所述的钢卷在热轧之前先通过EAF交流电弧炉冶炼，再经过AOD氩氧脱碳或VOD真空电弧炉精炼，有效控制P、S等杂质元素的含量。该高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管的制备方法，包括以下步骤：(1)选择热轧、固溶处理后的酸洗状态的钢卷，所述的钢卷先通过EAF交流电弧炉冶炼，再经过AOD氩氧脱碳或VOD真空电弧炉精炼，有效控制P、S等杂质元素的含量；然后纵剪、铣边，获得与连管外径相应的钢带宽度，并保证钢带边缘平整、光滑，钢带镰刀弯不得高于0.5mm/m；(2)钢带对接：根据连续油管长度要求(一般长达数千米)，通过钢带对焊的方式将钢带接长，钢带对焊需在惰性气体保护下，采用等离子焊或氩弧焊(TIG/MIG)进行焊接，焊接过程需填充Ni含量高于母材的焊丝，防止焊缝奥氏体含量减少或形成单一的铁素体组织而影响其抗腐蚀性能，所述的惰性气体为氩气或氮气；由于所述不锈钢材料合金元素含量较高，焊缝处容易产生氧化物夹杂，而影响焊缝的焊接质量。本方法对常规高频感应焊接工艺进行优化，采用惰性气体(氩气或氮气)对焊缝进行保护，惰性气体保护需要充分覆盖钢带边缘受热区(如图2中L所示)，配合焊接挤压辊的挤压，可完全避免焊缝夹杂物的产生。(3)钢带卷曲成型经过钢带对接，达到制管要求的总长度，然后将数千米的钢带转移到制管机组，钢带连续通过成型机组逐渐弯曲成型；考虑所述双相不锈钢材料成分及其性能，可选择工具钢轧辊、高速钢轧辊或铜辊等，以获得良好的连续油管表面质量。(4)高频感应焊接根据连续油管材料的电磁感应特性，控制感应线圈与连管之间的间隙t≤9mm(如图2中所示)，焊接V型口角度α在5°-8°之间(如图2中所示)，并控制辊间隙，保证焊接过程中V型口的稳定，焊机功率100-360KW，焊接速度15-50m/min，连续完成高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管的焊接；(5)高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管的焊缝固溶处理高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管焊接成型后，通过感应加热设备将焊缝加热到1050-1150℃，保温1-10min后迅速入水进行快速冷却，以改善焊缝组织性能(6)高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管的定径处理经过定径机组获得所需要的外径尺寸，定径完成后，高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管经过热处理系统，整管加热到1080-1150℃，保温1-10min后迅速进入冷却水系统进行快速冷却后得到产品。进一步地说，钢带对焊完成后，将其加热到1020-1120℃，保温1-10min后，迅速喷水进行冷却。以进一步的优化焊缝组织，提升抗腐蚀性能。本专利技术的有益效果是：本专利技术制备了一种高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管，可获得最小屈服强度552Mpa、最小抗拉强度758Mpa、最小塑性延伸率25％、最大硬度30HRC的高频感应焊高合金双相不锈钢连续油管。该连续油管合金元素含量较高，可以满足高压、高CO2、H2S腐蚀环境的应用。采用高频感应焊接，焊接效率高，生产速度可达常规激光焊接的10倍以上。本专利技术对高频焊接工艺进行创新和优化，首次实现了高合金双相不锈钢连续油管的焊接。通过两次固溶处理，可以保证整个管体获得优异的组织，焊缝、热影响区、母材的铁素体含量均控制在35％-55％之间，使连续油管具备良好的抗均匀腐蚀、缝隙腐蚀及氯化物应力腐蚀能力。本专利技术制备的产品强度高、疲劳寿命好，其弯曲疲劳寿命可达常规CT90连管的3-5倍。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管的制备方法流程示意图；图2为本专利技术产品高频感应焊线圈及V型口控制示意图；具体实施方式实施例1：一种高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管，连续油管为双相不锈钢连续油管，双相不锈钢连续油管为铁素体和奥氏体双相不锈钢，双相不锈钢连续油管的合金元素，按照质量分数计，包括以下组成与组分：C0.012％、Mn1.1％、P0.013％、S0.002％、Si0.55％、Cr22.5％、Mo3.2％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管，其特征在于，所述的连续油管为双相不锈钢连续油管，所述的双相不锈钢连续油管为铁素体和奥氏体双相不锈钢，其金相组织中铁素体含量为35％‑55％，所述的双相不锈钢连续油管的合金元素，按照质量分数计，包括以下组成与组分：C≤0.03％、Mn≤2.5％、P≤0.03％、S≤0.005％、Si≤1.0％、Cr 22.0％‑30.0％、Mo 1.5％‑5.0％、Ni 4.5％‑8.0％、N 0.14％‑0.40％、Fe余量。

【技术特征摘要】
1.一种高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管，其特征在于，所述的连续油管为双相不锈钢连续油管，所述的双相不锈钢连续油管为铁素体和奥氏体双相不锈钢，其金相组织中铁素体含量为35％-55％，所述的双相不锈钢连续油管的合金元素，按照质量分数计，包括以下组成与组分：C≤0.03％、Mn≤2.5％、P≤0.03％、S≤0.005％、Si≤1.0％、Cr22.0％-30.0％、Mo1.5％-5.0％、Ni4.5％-8.0％、N0.14％-0.40％、Fe余量。2.根据权利要求1所述的高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管，其特征在于，所述的连续油管的原材料为经过热轧和固溶处理后的酸洗状态的钢卷，所述的钢卷在热轧之前先通过EAF交流电弧炉冶炼，再经过AOD氩氧脱碳或VOD真空电弧炉精炼，有效控制P、S等杂质元素的含量。3.根据权利要求1或2所述的高频感应焊高合金耐腐蚀连续油管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选择热轧、固溶处理后的酸洗状态的钢卷，所述的钢卷先通过EAF交流电弧炉冶炼，再经过AOD氩氧脱碳或VOD真空电弧炉精炼，有效控制P、S等杂质元素的含量；然后纵剪、铣边，获得与连管外径相应的钢带宽度，并保证钢带边缘平整、光滑，钢带镰刀弯不得高于0.5mm/m；(2)钢带对接：根据连续油管长度要求，通过钢带对焊的方式将钢带接长，钢带对焊需在惰性气体保护下，采用等离子焊或氩弧焊(TIG/MIG...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈化顺，蔡孝井，林旭，任成军，王泰，徐常富，
申请(专利权)人：杰森能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37