一种高合金耐腐蚀油套管材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高合金耐腐蚀油套管材料及其制备方法，所述油套管材料的成分重量百分比为：0.18％≤C≤0.22％、0.25％≤Si≤0.40％、0.4％≤Mn≤0.6％、12.2％≤Cr≤13.2％、0.06％≤V≤0.12％、0.03％≤N≤0.05％、H≤0.0002％、T.O≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明专利技术通过经济型的化学成分设计和关键制备工艺参数的控制，得到的高合金耐腐蚀油套管材料具有良好的耐CO

【技术实现步骤摘要】
一种高合金耐腐蚀油套管材料及其制备方法
本专利技术涉及油套管材料制造
，尤其涉及一种高合金耐腐蚀油套管材料及其制备方法。
技术介绍
据国际权威机构预测，从2000-2030年，世界石油的需求量年均增长1.6％，2030年将达到57.69亿吨；天然气的需求量年均增长2.4％，2030年将达到42.03亿吨油当量。随着石油和天然气需求量的快速增长，我国油气田钻采正向西南部和海上转移，许多油田的油气都是含有二氧化碳和硫化氢腐蚀介质共存的重度腐蚀油气，如川东地区的油气田中，油气中的H2S含量达15％-18％，CO2含量高达10％。目前腐蚀问题是制约我国石油工业安全、稳定、高效化生产和储运的主要障碍。我国石油与石化行业由于腐蚀造成的损失约占石油工业产值的6％左右，由于腐蚀造成的油气管失效的比例可达70％。油气开采与储运过程中因腐蚀导致的原油、天然气的泄露还会造成环境污染，大规模的泄露还会导致产生非常严重的灾难性后果。API-13Cr马氏体不锈钢(API5CTL80-13Cr)管被美国石油学会列为适用于湿性二氧化碳环境下使用的代表性油井管，其具有比较优良的耐二氧化碳腐蚀性能。然而，API-13Cr不锈钢管在温度高于100℃或CO2含量比较高时，其耐腐蚀性会急剧下降，并且不具有抗硫化物应力腐蚀能力。超级13Cr马氏体不锈钢是在传统的API-13Cr不锈钢的基础上通过大幅度降低C含量，并添加Ni、Mo和Cu等合金元素而开发的改良型13Cr不锈钢。相对于传统API-13Cr不锈钢，超级13Cr不锈钢中含碳量更低，合金元素含量更高，并增加了适量的Ni和Mo等元素，因此耐CO2、H2S和Cl-的腐蚀性能更好，可以在更加恶劣的油气井环境中应用。但是，超级13Cr不锈钢的合金含量高、成本高、制备难度较大。因此，研发一种制造工艺简单、生产成本低，抗CO2腐蚀性能优异同时具有较好的抗硫化物应力腐蚀的高合金耐腐蚀油套管材料对于含腐蚀性气体的油气田的开发具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对现有产品存在的问题，本专利技术提供一种经济型的高合金耐腐蚀油套管材料及其制备方法，并且同时具有优良的抗CO2腐蚀和抗硫化物应力腐蚀性能。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供的技术方案是：一种高合金耐腐蚀油套管材料，其成分重量百分比为：0.18％≤C≤0.22％、0.25％≤Si≤0.40％、0.4％≤Mn≤0.6％、12.2％≤Cr≤13.2％、0.06％≤V≤0.12％、0.03％≤N≤0.05％、H≤0.0002％、T.O≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。相对于现有技术，本专利技术在传统2Cr13马氏体不锈钢化学成分的基础上，通过选择性加入V和N进行合金化，精准控制VN的析出来细化晶粒、强化组织，使得高合金耐腐蚀油套管材料的韧性、强度和抗腐蚀综合性能俱佳的前提下，显著降低了合金化的成本。本专利技术的高合金耐腐蚀油套管材料的力学性能满足APISpec5CT标准对110KSI钢级产品的要求，屈服强度为762-832MPa，抗拉强度为932-997MPa，断后伸长率为15.6-17.2％，0℃横向全尺寸夏氏冲击功为62-83J，可在温度100℃，总压30MPa，CO2分压1MPa，Cl-浓度：17495mg/L，Na++K+浓度：11350mg/L，HCO3-1312mg/L、SO42-1663mg/L的苛刻腐蚀环境中使用，能够满足苛刻腐蚀环境的油田需求，市场前景广阔。本专利技术还提供了一种高合金耐腐蚀油套管材料，其成分重量百分比为：0.18％≤C≤0.22％、0.25％≤Si≤0.40％、0.4％≤Mn≤0.6％、12.2％≤Cr≤13.2％、0.06％≤V≤0.12％、0.03％≤N≤0.05％、0.01％≤Ce≤0.05％、H≤0.0002％、T.O≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。相对于上述未加入Ce元素的高合金耐腐蚀油套管材料，加入Ce元素后，组织更加均匀细小、晶界得到净化和强化，进一步提高了制备的高合金耐腐蚀油套管材料的韧性和耐腐蚀性能，适合制备力学性能优异的高合金耐腐蚀油套管材料。本专利技术上述成分中T.O表示材料中的全氧含量。化学成分主要是基于以下思想进行设计：C会促进基体碳化物的析出，含碳量高可以增加不锈钢中马氏体组织的含量，提高强度；但是，当马氏体不锈钢的C含量过高时，在含有CO2等腐蚀环境下不锈钢的耐腐蚀性将显著恶化。因此，将C含量选定为0.18％-0.22％。Si是有效的脱氧剂，但添加量过大时会降低钢的热加工性能和韧性，因此，将Si含量选定为0.25％-0.40％。Mn能有效提高钢种的强度和韧性，但是Mn含量过高，易与钢中S亲合，形成MnS夹杂，对强度、韧性和抗硫化物应力腐蚀开裂性能不利。综合考虑Mn对钢强度和抗腐蚀能力的影响，将Mn的含量设计为0.40％-0.60％。Cr可以在钢管表面形成氧化膜，是确保在含有CO2、Cl-等的苛刻腐蚀环境下的耐腐蚀性必需的重要元素，但是，铁素体含量增大，热加工性能急剧恶化，同时强度降低，因此，将Cr含量选定为12.2％-13.2％。N可以与V和C形成碳氮化物，通过碳氮化物析出的钉扎作用细化晶粒，进而提高强度和耐腐蚀性能，但是，N含量过高会降低韧性和耐腐蚀性，本申请控制V、N含量，并通过加入Ce净化晶界，不但降低了N对钢韧性的影响，还进一步提高了钢的韧性和耐腐蚀性。因此，综合考虑，将V的含量选定为0.06％-0.12％，将N含量控制为0.03％-0.05％，将Ce含量控制为0.01％-0.05％。本专利技术还提供了上述高合金耐腐蚀油套管材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将炼钢原料经电弧炉熔炼、钢包精炼、真空脱气、连续浇铸后，得连铸圆坯；将所述连铸圆坯经退火处理后，进行车削处理，然后在连铸圆坯的中心钻通孔，得管坯；其中，连铸圆坯的化学成分与所述高合金耐腐蚀油套管材料的化学成分相同；步骤二、将所述管坯经环形炉加热、穿孔后制成毛管，毛管经轧制后得到荒管，荒管经微张力减径、步进式冷床冷却后，得到轧制态钢管；步骤三、将所述轧制态钢管经热处理，得高合金耐腐蚀油套管材料。现有技术中13Cr不锈钢油套管均采用“两火成材”的工艺进行制管，即通过将钢水制成连铸坯或模铸锭后，通过轧制或锻造将其制成圆棒，然后将圆棒通过环形炉加热、轧制得到轧制态钢管，制造工艺复杂，且生产成本较高。本专利技术中将中心钻有通孔的管坯直接进行加热、轧制得到轧制态钢管，实现了“一火成材”，简化了生产工艺，降低了生产成本，同时解决了钢管表面质量差的问题，提高了成材率。本专利技术通过严格控制材料中各化学组分的含量以及制备过程的工艺参数，成功制备了综合性能优异且成本较低的高合金耐腐蚀油套管材料。可选的，本专利技术中所述炼钢原料包括合金和废钢，其中废钢占炼钢原料总量的85-89wt％。优选的，热处理工序中，将轧制态钢管在高温加热炉中加热至980-1020℃并保温后，空冷，然后将钢管在低温加热炉中加热至650-72本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高合金耐腐蚀油套管材料，其特征在于，其成分重量百分比为：0.18％≤C≤0.22％、0.25％≤Si≤0.40％、0.4％≤Mn≤0.6％、12.2％≤Cr≤13.2％、0.06％≤V≤0.12％、0.03％≤N≤0.05％、H≤0.0002％、T.O≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高合金耐腐蚀油套管材料，其特征在于，其成分重量百分比为：0.18％≤C≤0.22％、0.25％≤Si≤0.40％、0.4％≤Mn≤0.6％、12.2％≤Cr≤13.2％、0.06％≤V≤0.12％、0.03％≤N≤0.05％、H≤0.0002％、T.O≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。


2.一种高合金耐腐蚀油套管材料，其特征在于，其成分重量百分比为：0.18％≤C≤0.22％、0.25％≤Si≤0.40％、0.4％≤Mn≤0.6％、12.2％≤Cr≤13.2％、0.06％≤V≤0.12％、0.03％＜N≤0.05％、0.01％≤Ce≤0.05％、H≤0.0002％、T.O≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。


3.一种权利要求1或2所述的高合金耐腐蚀油套管材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将炼钢原料经电弧炉熔炼、钢包精炼、真空脱气、连续浇铸后，得连铸圆坯；将所述连铸圆坯经退火处理后，进行车削处理，然后在连铸圆坯的中心钻通孔，得管坯；
步骤二、将所述管坯经环形炉加热、穿孔后制成毛管，毛管经轧制后得到荒管，荒管经微张力减径、步进式冷床冷却后，得到轧制态钢管；
步骤三、将所述轧制态钢管经热处理，得高合金耐腐蚀油套管材料。


4.如权利要求3所述的高合金耐腐蚀油套管材料的制备方法，其特征在于，热处理工序中，将轧制态钢管在高温加热炉中加热至980-1020℃并保温后，空冷，然后将钢管在低温加热炉中加热至650-720℃并保温后，空冷。

【专利技术属性】
技术研发人员：邓叙燕，
申请(专利权)人：达力普石油专用管有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13