一种抗H2S腐蚀的油套管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种抗H2S腐蚀的油套管，其除了Fe以及不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.20～0.30％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.2％～0.6％，Cr：0.50～0.90％，Mo：0.30～0.70％，V：0.01～0.05％，Nb：0.01～0.05％，0＜S≤0.005％，0＜Al≤0.05％，RE：0.005～0.02％；其中[RE]/[S]满足：2.0～5.5。此外，本发明专利技术还公开了上述抗H2S腐蚀的油套管的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼、精炼、VD炉真空处理和连铸，以得到管坯；(2)加热、穿孔、连轧、定径、冷却；(3)淬火+回火调质热处理：(4)矫直。(4)矫直。

【技术实现步骤摘要】
一种抗H2S腐蚀的油套管及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种钢材及其制造方法，尤其涉及一种油套管及其制造方法。

技术介绍

[0002]据统计，全球约1/3的油气田为含硫气田，我国60％的油田均含有H2S，如长庆、华北、新疆、江汉、西南等油田的油气层中都含有H2S。其中以西南地区几个油田为最，由于四川盆地地质条件复杂，油气埋藏深，多在4000～6000m，目前已钻井最深达7175m，而且天然气含H2S比例极高。
[0003]随着油气钻采深度的不断增加，目前我国西北、西南等地区已需要用到110ksi钢级抗硫材料，部分区块甚至需要使用125ksi钢级材料。
[0004]研究表明，抗硫管的应力腐蚀性能与其晶粒度、基体相、夹杂物和带状组织等密切相关。为保证油套管具有高强度和耐硫化氢应力腐蚀性能，110ksi及以上钢级高强度抗硫管需要添加更多的Cr-Mo合金元素，和大量添加Nb、V、Ti、B等细化晶粒的微合金化合金。
[0005]在现有技术公开的无缝管中，基本都通过稀土合金化来提升钢的强度、低温冲击韧性乃至耐腐蚀性能。
[0006]例如：公开号为CN102251180A，公开日为2011年11月23日，名称为“一种含稀土超高强度抗挤毁石油套管及其生产方法”的中国专利文献公开了一种含稀土超高强度抗挤毁石油套管及其生产方法，其在常规Cr-Mo钢中加入0.0005-0.010％RE，可达到强度≥140000PSI，冲击功从33J提升至80J以上，晶粒度从6级提升至8级以上。
[0007]又例如：公开号为CN102534388A，公开日为2012年7月4日，名称为“一种含稀土抗H2S腐蚀石油套管及其生产方法”的中国专利文献公开了一种含稀土抗H2S腐蚀石油套管及其生产方法，其通过在常规Cr-Mo钢中冶炼过程中，VD工序加入0.03％以下的稀土可使90ksi钢级抗硫管的门槛应力值从80％提升至90％，晶粒度达到8级。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的之一在于提供一种抗H2S腐蚀的油套管，本专利技术在控制低合金成本的前提下，通过合理的化学元素成分设计，可以获得具有高强度和优良的抗H2S应力腐蚀性能的油套管。该抗H2S腐蚀的油套管屈服强度≥758Mpa，0℃下的冲击功≥180J，抗H2S应力腐蚀性能满足K
1SCC
值≥30MPa*m
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，其可以有效应用于适合含硫化氢的石油天然气的开采工程中，具有十分重要的现实意义。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种抗H2S腐蚀的油套管，其除了Fe以及不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
[0010]C：0.20～0.30％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.2％～0.6％，Cr：0.50～0.90％，Mo：0.30～0.70％，V：0.01～0.05％，Nb：0.01～0.05％，0＜S≤0.005％，0＜Al≤0.05％，RE：0.005～0.02％；
[0011]其中[RE]/[S]满足：2.0～5.5。
[0012]进一步地，在本专利技术所述的抗H2S腐蚀的油套管中，其各元素质量百分含量为：
[0013]C：0.20～0.30％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.2％～0.6％，Cr：0.50～0.90％，Mo：0.30～0.70％，V：0.01～0.05％，Nb：0.01～0.05％，0＜S≤0.005％，0＜Al≤0.05％，RE：0.005～0.02％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。
[0014]在本专利技术所述的技术方案中，本专利技术所述的抗H2S腐蚀的油套管是基于Cr-Mo-V成分体系，通过添加稀土来实现钢的夹杂物变性、晶粒细化、固溶强化等作用，其能够以较低的合金成本获得细晶、高强度、高韧性的高强高韧油井管产品，同时还拥有优良的抗H2S应力腐蚀性能。
[0015]具体来说，在本专利技术所述的抗H2S腐蚀的油套管中，其各化学元素的设计原理如下所述：
[0016]C：在本专利技术所述的抗H2S腐蚀的油套管中，C是保证强度及淬透性的重要元素。钢中C元素含量较低时，不仅钢材的强度难以保证，而且也难以避免先共析铁素体的析出，会影响钢材的抗硫性能。而当钢中C元素含量过高时，则容易出现淬火裂纹，同时还会增大晶界粗大碳化物M
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C6的析出倾向，从而影响抗硫性能。因此，考虑到本技术方案中C元素对抗H2S腐蚀的油套管性能的影响，在本专利技术所述的抗H2S腐蚀的油套管中，将C元素的质量百分比控制在0.20～0.30％之间。
[0017]当然，在一些优选的实施方式中，为了得到更好的实施效果，进一步提升抗硫性能，可以将C元素的质量百分比控制在0.20～0.28％之间。
[0018]Si：在本专利技术所述的抗H2S腐蚀的油套管中，Si是钢中由脱氧剂而带入的元素，其含量超过0.5％时，会显著增加钢的冷脆倾向，因此应限制Si含量在0.5％以下。此外，为了保证脱氧效果，需要保持钢中Si元素含量在0.1％以上。基于此，在本专利技术所述的抗H2S腐蚀的油套管中，将Si元素的质量百分比控制在0.1～0.5％之间。
[0019]当然，在一些优选的实施方式中，为了得到更好的实施效果，可以将Si元素的质量百分比控制在0.2～0.4％之间。
[0020]Mn：在本专利技术所述的抗H2S腐蚀的油套管中，Mn也是由脱氧剂带入元素，Mn具有扩大奥氏体相区，增加淬透性，细化晶粒等有益效果。但需要注意的是，Mn在凝固时容易发生偏析，从而导致最终产品中出现明显带状组织，带状组织与基体间的硬度、析出相有明显差异，会影响钢的抗硫性能。因此需要限制钢中Mn元素含量在0.6％以下，此外为了保证脱氧效果，又需要保持钢中Mn元素含量在0.2％以上。基于此，在本专利技术所述的抗H2S腐蚀的油套管中，将Mn元素的质量百分比控制在0.2％～0.6％之间。
[0021]当然，在一些优选的实施方式中，为了得到更好的实施效果，进一步减少Mn偏析，可以将Mn元素的质量百分比控制在0.2％～0.4％之间。
[0022]Cr：在本专利技术所述的抗H2S腐蚀的油套管中，Cr是提高强度和淬透性的元素，其可以有效提高钢材的抗腐蚀性能。但需要注意的是，钢中Cr元素含量不宜过高，过高的Cr含量会导致回火时在晶界析出粗大的Cr
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C6碳化物，不利于抗硫化氢应力腐蚀性能。基于此，在本专利技术所述的抗H2S腐蚀的油套管中，将Cr元素的质量百分比控制在0.50～0.90％之间。
[0023]当然，在一些优选的实施方式中，为了获得更好的实施效果，进一步减少大尺寸碳化铬的析出量，可以将Cr元素的质量百分比控制在0.50～0.75％之间。
[0024]Mo：在本专利技术所述的抗H2S腐蚀的油套管中，Mo是提高强度和淬透性的元素，其可
以提高材料的抗腐蚀性能。Mo的碳化物在高温回火时析出提高了回火抗力，因此要保证强度和高温回火就必须加入足量的Mo，但Mo是贵重元素，其会显著增加成本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗H2S腐蚀的油套管，其特征在于，其除了Fe以及不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.20～0.30％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.2％～0.6％，Cr：0.50～0.90％，Mo：0.30～0.70％，V：0.01～0.05％，Nb：0.01～0.05％，0＜S≤0.005％，0＜Al≤0.05％，RE：0.005～0.02％；其中[RE]/[S]满足：2.0～5.5。2.如权利要求1所述的抗H2S腐蚀的油套管，其特征在于，其各元素质量百分含量为：C：0.20～0.30％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.2％～0.6％，Cr：0.50～0.90％，Mo：0.30～0.70％，V：0.01～0.05％，Nb：0.01～0.05％，0＜S≤0.005％，0＜Al≤0.05％，RE：0.005～0.02％；余量为Fe和不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的抗H2S腐蚀的油套管，其特征在于，在不可避免的杂质中：P≤0.015％；O≤0.01％。4.如权利要求1或2所述的抗H2S腐蚀的油套管，其特征在于，其各化学元素含量进一步满足下述各项的至少其中之一：C：0.20～0.28％，Si：0.2～0.4％，Mn：0.2％～0.4％，Cr：0.50～0.75％，Mo：0.40～0.60％，0＜S≤0.003％，0＜Al≤0.03％，RE：0.005～0.015％。5.如权利要求1或2所述的抗H2S腐蚀的油套管，其特征在于，其微观组织为回火...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗明，张忠铧，刘耀恒，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：