高酸性深井用Ni基合金油套管及制造方法技术

高酸性深井用Ｎｉ基合金油套管，其成分质量百分比为：Ｃ≤０．０２％、Ｐ≤０．０３％、Ｓ≤０．０３％、Ｓｉ≤０．５％、Ｍｎ≤１．０％、Ｎｉ　４０～６０％、Ｃｒ　２０～３０％、Ｍｏ　１～１０％、Ｗ　１～５％、Ｃｏ　０～５％、Ｃｕ　０．１～３．０％、Ａｌ　０．０１～０．５％、Ｏ≤０．０１％、Ｔｉ≤１．５％、其余为Ｆｅ和不可避免杂质。本发明专利技术通过控制Ａｌ和Ｏ的含量，有效保证了合金的热挤压加工性能和耐蚀性能。通过对冶炼锻造完成获得坯料所进行的热挤压、１０５０～１１５０℃固溶处理和冷轧后制造出９０ｋｓｉ～１４０ｋｓｉ钢级，满足高酸性油田、气田不同井深要求的Ｎｉ基合金油套管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油套管及制造方法，特别涉及一种用于高酸性深井抗应力 腐蚀开裂的高强度Ni基合金油套管及制造方法。
技术介绍
随着能源危机日益严重，越来越多的酸性深油、气井被开采。酸性 深井井深甚至可以达到6000到10000米，井下温度最高可达320°C，井 下气体压力最高达到100MPa以上，H2S、C02分压高，H2S含量高达40%， 并且开采过程中有单质硫析出并且有浓度很高的氯离子盐溶液(可达 150,000ppm以上)。为了满足这类高温、高压、高C02、 H2S分压以及高 矿化度油井、气井的开发开采需求，必须采用高合金不锈钢和镍基合金油 套管。美国专利4，400，209公开的是一种含W和Co的镍基合金，但是由于 Mo含量较低，可应用的温度较低(150°C以下)，镍(25 60%)、铬(22.5 40%)含量过高，同时添加一定量的Co造成合金成本高。美国专利4,400,210公开的一种含0 15%W的镍基合金，专利 4,400,211公开的一种含0 24%W的镍基合金这两种合金成本高，且热加 工变形抗力大，在实际生产中存在很大的困难。另外上述三种合金C含量控制在0.1%以下，难以避免碳化物的形成， 对耐蚀性能不利。且上述专利只提出了抗腐蚀油套管用高合金不锈钢和镍 基合金的成分要求，未涉及制造方法。美国专利4，168，188公开的一种对于深井用油套管适合的镍基合金， 含有12 18Q/。的Mo，合金成本过高，在油田实际应用中难以推广。且上 述专利中未涉及对Al和O含量的限制。Al作为一种有效的脱氧剂，在合 金冶炼过程中起到至关重要的作用，但是过多的Al也会破坏合金的韧性 和热加工性。氧含量是控制合金中氧化物夹杂水平的主要元素，而合金中 的氧化物含量过多会对合金的力学性能、热加工性能和耐蚀性能起到不良作用。美国专利4,358,51 1公开的一种油井管件用镍一铬一钼合金中，不含 W、 Co等耐蚀合金元素。合金中含有0.1 0.6%的Al，但对Si、 Mn、 S、 P、 O等影响合金析出相和纯净度的元素未加限制。另外，该专利中对这 种合金是通过长时间时效热处理强化获得高强度。时效处理难免引起Y ， 相和碳化物的析出，破坏其耐腐蚀性能。该专利也未涉及制造方法。表1<table>table see original document page 5</column></row><table>美国专利4,421,571公开了一种提高应力腐蚀开裂抗力的油套管制造 方法，热加工的温度范围为800 1000°C，在这个温度范围内加工坯料容 易发生表面开裂和破碎。该专利中对A1、 O含量也未作要求。中国专利200580022104.1、 200580022164.3公开了采用曼内斯曼穿轧 机制造Fe-Ni合金及Ni基合金管坯的成分要求及制造方法。为了使钢坯能 够通过穿轧机制造管坯，需要控制P、 S和C在很低的含量以下，因此对 冶炼原料和冶炼工艺的要求高，生产成本大大提高。上两个专利中对A1、 O含量也未作要求。另一方面，对于Fe-Ni合金及Ni基合金，在热穿孔过程中1)由于高合金坯料的高温强度高，因此顶头寿命极低；2)由于穿 孔加工的管坯壁厚均匀性以及直度方面都比较差，因此管坯能够进入到 下一工序的合格品比率极低，难以实现工业规模的产量。中国专利02144942.2公开了一种采用挤压装置制造高温合金管坯的 加工方法，该加工方法并不涉及对耐腐蚀提出很高要求的Ni基合金和Ni 基合金油套管管坯。油套管的产业化用量需求远远大于高温合金管，因此 尽管采用上述方法可以提高高温合金管坯的生产效率，但加热温度在 1040 114(TC之间，使得挤压速率无法满足油套管的产业化需求。因此，需要提供一种Ni基合金油套管及制造方法，具有符合深井使 用的高强度、塑性和韧性等机械性能，同时能够在强酸性环境下使用具有 良好的耐腐蚀性能。另外，为满足油气田工业的需求，具有合金成本合理， 制造工序效率高的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种高酸性深井用的高强度耐腐蚀Ni基合金 油套管及制造方法，可以有效控制氧化物夹杂水平，保证合金热挤压加工 性能。这种成分设计配合制造工艺可以保证合金的热加工性能、耐腐蚀性 能及机械性能，满足高酸性深井用Ni基合金油套管的需要。 为达到上述目的，本专利技术的技术方案是， 高酸性深井用Ni基合金油套管，其成分质量百分比为c《0.02%p《0.03%s《0.03%Si《0,5%Mn《1.0%Ni40 60%Cr20 30%Mo1 10%W1 5%Co0 5%Cu 0.1 3.0% Al 0.01 0.5% O 《0.01%其余为Fe和不可避免杂质；通过热挤压工艺、经固溶处理及冷轧， 完成Ni基合金油套管的制造。 又，其成分含量可以分别优选为C《0.015°/。，P《0.010%， S《0.008%， O《0.005%， Si《0.2%， Mn《0.7%， Ni 45 55%、 Cr20 26%, Mo 2.5 10%， W0.5 3%， Cu0.5 2.0%、 Al 0.01 0.20/0， Co 0 3.0%， Ti《1.0%， 以质量百分比计。本专利技术高酸性深井用Ni基合金油套管还包含有Nb、 Ta、 V、 Ti中的 一种或一种以上，其总量不大于0.5%，优选《0.3%。另外，本专利技术高酸性深井用Ni基合金油套管还可以包含有Ca、 Mg、 Ce、 La中的一种或一种以上，其总量不大于0.5%，优选《0.3%。在本专利技术中，C: 0.02%以下C含量过高时，易形成以M23C6为主的碳化物在晶界析出，降低晶界铬含量，因此合金耐腐蚀性能明显下降，且合金的塑性和韧性降低。当c含量大于0.02。/。以上时，这种破坏作用更加显著。因此，设计C含量在0.02 /。 以下，更优的是在0.015%以下。P: 0.03%以下、S: 0.03%以下P、 S均为伴生的杂质元素。P、 S对合金的热加工性能、纯净度产生 有害影响，并且P、 S含量分别在0.03%以上时，对合金的耐腐蚀性能产 生明显的破坏作用。因而，设计P、 S的含量分别在0.03%以下，更优的 是P的含量在0.010%以下，S的含量在0.008%以下。O: 0.01%以下o是杂质元素，在合金初熔过程可有效的降低合金中c含量，但是在进一步精炼过程需脱氧以降低氧化物夹杂对合金机械性能和耐腐蚀性能的有害影响。氧含量在0.01%以上时所形成的氧化夹杂物量对合金产生明 显的破坏作用。因此，设计0含量在0.01%以下，更优的是在0.005%以下。 Si: 0.5%以下Si的含量在0.5%以下，更 优的是在0.2%以下。 Mn: 1.0%以下Mn也是有效的脱氧剂，而且具有脱S的作用。但是过多的Mn也会 促进o相和碳化物的形成，从而破坏合金的机械性能和耐腐蚀性。因此， 设计Mn的含量在1.0%以下，更优的是在0.7%以下。Ni: 40 60%Ni具有极好的奥氏体基体稳定化元素，在Ni稳定的奥氏体基体中可 以溶解大量的Cr、 Mo等具有耐腐蚀作用的元素，且Ni本身具有极佳的耐 腐蚀作用，为了达到这种效果，Ni的含量要在40%以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
高酸性深井用Ｎｉ基合金油套管，其成分质量百分比为：　Ｃ　≤０．０２％　Ｐ　≤０．０３％　Ｓ　≤０．０３％　Ｓｉ　≤０．５％　Ｍｎ　≤１．０％　Ｎｉ　４０～６０％　Ｃｒ　２０～３０％　Ｍｏ　１～１０％　Ｗ　１～５％　 Ｃｏ　０～５％　Ｃｕ　０．１～３．０％　Ａｌ　０．０１～０．５％　Ｏ　≤０．０１％　Ｔｉ　≤１．５％　其余为Ｆｅ和不可避免杂质；　通过热挤压工艺、经固溶处理及冷轧，完成Ｎｉ基合金油套管的制造。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠铧，邵卫东，张春霞，蔡海燕，孙元宁，谢伟，童潮山，梁锋，
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]