高酸性深井用Ｆｅ基奥氏体合金油套管，其化学成分质量百分比为：Ｃ≤０．０３％、Ｐ≤０．０３％、Ｓ≤０．０３％、Ｓｉ ０．０１～１．０％、Ｍｎ ０．０１～３．０％、Ｎｉ ２５～４０％、Ｃｒ ２０～３５％、Ｍｏ １～５％、Ｃｕ ０．１～１．５％、Ａｌ ０．０１～０．５％、Ｏ≤０．０１％、余量为Ｆｅ和不可避免杂质。通过对冶炼锻造完成获得坯料所进行的热挤压、１０５０～１１８０℃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Ｆｅ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，特别涉及一种高酸性深井用Fe基奥 氏体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、 HsS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(15(TC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；美国专利 4,400,211公开一种含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。美国专利4，168，188公开一种对于深井用油套管适 合的镍基合金，含有12 18。/。的Mo，合金成本过高，在油田实际应用中难 以推广。美国专利4,840,768公开的一种油井管件用铬一镍奥氏体合金中 含有1.5 2.75%的硅，在制造过程中难免引起o相和碳化物的析出，破坏 其耐腐蚀性能。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。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。另一方面，对于Fe-Ni 合金及Ni基合金，在热穿孔过程中，l)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Fe基奥氏体合 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。
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Fe基奥氏体合金油套管及 制造方法，符合深井使用的高强度、塑性和靭性等机械性能，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。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是，高酸性深井用Fe基奥氏体合金油套管，其化学成分质量百分比为 C 《0.03% P 《0.03% S 《0.03% Si 0.01-1.0% Mn 0.01 3.0% Ni 25 40%Cr 20 35% Mo 1 5% Cu 0.1 1.5% Al 0.01 0.5% O 《0.01%余量为Fe和不可避免杂质；通过对冶炼、锻造完成获得坯料进行的热挤压，经固溶处理和冷轧 后制造出Fe基奥氏体合金油套管。又，其成分含量可以分别优选为C《0.02%， P《0.015%， S《0.01%， Si《0.50%， Mn《1.0%， Ni 28 38%， Cr20 28%， Mo2.5 5%， Cu 0.6 1.2%， A10.01 0.2%， O《0.005%，以质量百分比计。本专利技术还包含有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%，以质量百分比计。本专利技术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%，以质量百分比计。在本专利技术中，C: 0.03%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0.03%以上时，这种破坏作用更加显著。因此，设计(3含量在0.03% 以下，更优的是在0.02%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0.015%以下，S的含量在0.01%以下。Si: 1.0%以下Si是有效的脱氧剂，但是过多的Si促进o相和碳化物的形成，o相 的特点是具有脆性，同时降低合金的持久强度和冲击韧性，会严重损坏合 金的机械性能，当o相大量存在时，会突然显著降低合金的韧塑性加工性能。另一方面，o相中Cr、 Mo元素富集，降低基体的耐蚀性能。碳化物易于在合金的晶界处析出，破坏合金的晶界强度和晶界耐蚀能力。另外， 碳化物存在时，相对于快速冲击而言晶界有一定程度的脆化，因而冲击韧性明显下降，使合金的综合力学性能恶化。因此，设计Si的含量在1.0。/。 以下，更优的是在0.50%以下。 Mn: 3.0%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3.0%以下，更优的是在1.0%以下。Ni:25 40%Ni具有极好的奥氏体基体稳定化元素，在Ni稳定的奧氏体基体中可 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25。/。以上。但是Ni的价格 昂贵，因此合金中Ni的含量过高会导致合金成本大幅度上升。因而，控 制Ni的含量在25 40%，更优的是28 38%。Cr: 20 35%Cr具有很好的抗局部腐蚀和均匀腐蚀能力，但是Cr的含量要在20% 以上才能达到上述效果。但是Cr的含量过高，超过35%时，合金就有析 出o相的危险，且降低合金的热加工性能，因此，设计Cr的含量为20 35%，更优的是20 28%。Mo: 1 5%Mo的添加有助于提高合金的耐局部腐蚀能力，特别是点蚀和缝隙腐 蚀。但是Mo的含量过高，降低合金的热加工性能，同时合金成本提高、 因此，设计Mo的含量为1 5%，更优的是2.5 5%。Cu: 0.1 1.5%Cu的添加有助于提高合金的耐单质S腐蚀的能力，但是Cu的含量超 过1.5%时，会降低合金的机械性能。因而，设计Cu的含量为0.1 1.5%， 本文档来自技高网...
【技术保护点】
高酸性深井用Ｆｅ基奥氏体合金油套管，其化学成分质量百分比为： Ｃ ≤０．０３％ Ｐ ≤０．０３％ Ｓ ≤０．０３％ Ｓｉ ０．０１～１．０％ Ｍｎ ０．０１～３．０％ Ｎｉ ２５～４０％ Ｃｒ ２０～３５％ Ｍｏ １～ ５％ Ｃｕ ０．１～１．５％ Ａｌ ０．０１～０．５％ Ｏ ≤０．０１％ 余量为Ｆｅ和不可避免杂质； 通过对冶炼、锻造完成获得坯料进行的热挤压，经固溶处理和冷轧后制造出Ｆｅ基奥氏体合金油套管。
【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]
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