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CN107904487A - 一种多元铬钼耐二氧化碳腐蚀油井管及其制造方法 - Google Patents

一种多元铬钼耐二氧化碳腐蚀油井管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种多元铬钼耐二氧化碳腐蚀油井管及其制造方法，属于耐蚀油井管技术领域。该钢板以重量百分比计的化学成分为：C 0.07～0.09％、Si 0.15～0.20％、Mn0.40～0.70％、Cu 0.15～0.25％、Ni 0.30～0.40％、Cr8.90～9.30％、Mo0.10％～0.30％、V 0.03～0.05％、Sn 0.10～0.20％、Sb 0.05～0.08％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。优点在于，经济、实用、耐蚀性能好。

Description

一种多元铬钼耐二氧化碳腐蚀油井管及其制造方法
技术领域
本发明属于耐蚀油井管技术领域，尤其涉及一种多元铬钼耐二氧化碳腐蚀油井管及其制造方法。
背景技术
我国大部分油气田为低渗透油藏，传统水驱采油方式会造成注不进水、采不出油的现象。二氧化碳驱油新技术可使采收率提高15-20％。近年来，随着深层油气井的不断开发以及二氧化碳驱强化采油技术的广泛应用，油气井采出液中含有气体不断增多。二氧化碳常作为石油伴生气或天然气的组分之一存在于油气中，同时，原油增产技术中注二氧化碳强化开采工艺(EOR)也把二氧化碳带入原油的钻采集输系统。一般来说，干燥的二氧化碳对钢铁没有腐蚀，但其在潮湿的环境下或溶于水后对钢铁有极强的腐蚀性。在溶于水后，在相同的浓度下，其总酸度比盐酸更高，它对钢铁的腐蚀比强酸还要严重。二氧化碳腐蚀可能让管道的实际使用寿命大大缩短，造成早期腐蚀失效，使管道表面出现坑蚀穿孔等严重腐蚀破坏现象。目前，美国国家腐蚀工程师协会、法国ELF等国外多家研究机构都在从事耐CO2腐蚀金属管道的研究，而我国在CO2驱腐蚀防护研究方面也展开了一些工作。
专利公开号为CN 104862607 A的中国专利公开了一种耐二氧化碳腐蚀管线钢及其制备方法。其特点是采用低碳C≤0.05％，4％-7％Cr，在30℃，二氧化碳分压1.0MPa，Cl-浓度4400mg/L，液相流速1m/s的条件下，该管线钢腐蚀速率在0.06mm/a以下。
专利公开号为CN 1292429A的中国专利公开了一种抗二氧化碳及海上腐蚀油套管用低合金钢。其中Cr含量为0.5-5.0％。抗二氧化碳及海上腐蚀性能好，成本适中，具有较大的经济效益。
专利公开号为CN 103789649 A的中国专利公开了一种抗二氧化碳腐蚀的石油钻杆及其生产方法。其中Cr含量为4.0-6.0％。经该方法制造的石油钻杆，一个显著特点是强度高、韧性好、抗腐蚀能力，尤其是抗CO2腐蚀能力强，可以满足含CO2腐蚀气体的油井或天然气井使用。
专利公开号为CN 101413089A的中国专利公开了一种低CO2环境用高强度低铬抗腐蚀石油专用管。其中Cr含量为2.0-4.0％。是一种节约型且寿命周期成本低的耐腐蚀材料，可广泛应用于低二氧化碳低硫化氢产量低产出油气田中。
L80-13Cr马氏体不锈钢管，是湿润CO2环境下使用的油井管的代表产品，采用美国石油协会(API)标准的产品，L80-13Cr已列入APISpec5CT(套管和油管规范)，因为其优良的耐CO2腐蚀性，成本相对不高，是应用较为广泛的油田用耐腐蚀材料。L80-13Cr马氏体目前存在的问题是价格相对较高，而且在NaCl+CO2腐蚀介质中应用会出现点蚀现象。目前在温度60-90℃、二氧化碳分压低于2MPa油气田也大量采用L80-13Cr马氏体油井管。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多元铬钼耐二氧化碳腐蚀油井管及其制造方法，解决了L80-13Cr马氏体目前存在的问题是价格相对较高，而且在NaCl+CO2腐蚀介质中应用会出现点蚀现象等问题。应用于温度60-90℃、二氧化碳分压低于2MPa油气田中。耐蚀性接近于L80-13Cr马氏体不锈钢，但具有相对较低的成本，并且在温度60-90℃、二氧化碳分压低于2MPa油气田中服役不出现点蚀现象。
本发明的油井管钢板以重量百分比计的化学成分为：C 0.07～0.09％、Si 0.15～0.20％、Mn0.40～0.70％、Cu 0.15～0.25％、Ni 0.30～0.40％、Cr8.90～9.30％、Mo0.10％～0.30％、V 0.03～0.05％、Sn 0.10～0.20％、Sb 0.05～0.08％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
以下对本发明中所含组分的作用及用量选择作具体说明：
C：碳是碳钢和低合金钢最重要的添加元素之一。由于Cr是强碳化物形成元素，容易与基体中的碳形成Cr23C6、Cr7C3等金属间化合物。如果基体中的碳含量较高的话，会消耗基体中的Cr合金元素的量，降低合金化的效果，使得材料抗二氧化碳腐蚀能力降低。因此本发明中C的含量控制在0.07-0.10％。
Si：是炼钢中的脱氧剂，有固溶强化作用，本发明中Si的含量控制在0.10～0.30％。
Mn：是钢中有效的固溶强化元素。Mn易与钢中S亲合，形成MnS夹杂，使强韧性下降；Mn含量太高，则会与P、S等杂质一起在晶界处偏析，使钢的韧性下降。本发明中Mn的含量控制在0.40～0.70％。
Cu：铜是最为有效的提高耐蚀性的元素之一，但是钢中铜含量过高会造成铸坯开裂，因此铜的含量控制在0.15～0.25％。
Cr：Cr是碳化物形成元素，Cr23C6是马氏体不锈钢中的主要碳化物；在淬火高温回火的调质钢中，Cr可以改善钢的耐腐蚀性能，保证综合机械性能，本发明中Cr含量控制在8.90～9.30％。
Ni：Ni的加入改善了材料的热加工性能和耐蚀性，加入量低于0.05％时效果不明显。本发明的Ni含量控制在0.30～0.40％。
Mo：Mo与Cr相似，也是扩大淬透性元素，在连续冷却过程中Mo还推迟奥氏体向贝氏体转变；Mo与C有较强的亲和力，是碳化物形成元素，减少固溶的C含量，增强抗SSCC能力；在淬火高温回火的调质钢中，Mo与C形成的合金碳化物质点析出，起到二次硬化作用，保证基体α中碳(间隙相化合物)充分析出。本发明控制Mo的含量为0.1％～0.3％，Cr-Mo的有效配合，在淬火+高温回火状态，可保证钢种在较高的强度下具有良好的综合机械性能。
Sn：可以提高钢耐氯离子腐蚀能力，但是含量过高会损害钢的韧性，本发明中Sn含量控制在0.10～0.20％。
Sb：在耐硫酸露点腐蚀钢中为主要的耐蚀元素，含量过高会损害钢的韧性，Sb与Sn协同作用可以显著提高钢的耐蚀性能，本发明中Sn含量控制在0.05～0.08％。
S：严重恶化钢的耐蚀性能，其含量控制在≤0.01％。
P：属于钢中杂质，不利于焊接性和韧性，含量控制在≤0.01％。
V：V能够细化晶粒，形成碳化物，能显著提高钢的强度，但含量达到过高时，会显著降低韧性指标。其含量控制在0.03～0.05％。
本发明的制造方法采取控制轧制和控制冷却，并加以适当热处理工艺。钢坯经1250℃加热，保温2小时。轧制开轧温度为1050℃，终轧温度880℃，累积压下率85％，空冷至室温。将钢板加热到950℃～980℃保温60分钟后淬火；将淬火后的钢板加热到620℃～640℃保温60分钟出炉空冷至室温，得到兼具优良耐蚀及力学性能的管线钢钢板。
利用晶粒细化与微合金元素的析出使钢材具有了良好的综合力学性能，其屈服强度大于560MPa，抗拉强度大于650MPa，延伸率大于20％，室温冲击功大于180J，-20℃DWTT均值为100％。
本发明的优点在于，经济、实用、耐蚀性能好。
附图说明
图1为本发明钢的金相组织图，为回火马氏体组织。
具体实施方法
下面结合具体实施实例对本发明的多元铬钼耐二氧化碳腐蚀油井管进一步说明：
实施例1：
表1为本发明钢和对比钢的化学成分。
按上述成分冶炼、铸造成钢坯。钢坯经1250℃加热，保温2小时。轧制开轧温度为1050℃，终轧温度880℃，累积压下率85％，空冷至室温。将钢板加热到950℃～980℃保温60分钟后淬火；将淬火后的钢板加热到620℃～640℃保温60分钟出炉空冷至室温，得到兼具优良耐蚀及力学性能的管线钢钢板。
表2为本发明钢和对比钢在模拟油田采出水介质中的抗二氧化碳腐蚀试验。试验结果表面，在温度90℃，流速1.2m/s，CO2分压2MPa，氯离子浓度26000mg/L的试验条件下，本发明钢的均匀腐蚀速度与L80-13Cr一致，耐点蚀性能优于L80-13Cr钢。。
屈服强度Rp0.2为580MPa，抗拉强度Rm为 660MPa，延伸率为29％，室温冲击功为190J，-20℃DWTT均值为100％，具有良好的机械性能。
表1本发明钢和对比钢L80-13Cr的化学成分
编号 C S P Si Cu Cr Ni Mn V Sn Sb Mo
本发明 0.085 0.004 0.006 0.17 0.15 9.13 0.41 0.40 0.035 0.022 0.065 0.23
L80-13Cr 0.200 0.003 0.013 0.21 0.02 12.97 0.09 0.38 0.074 - - -
表2本发明钢和对比钢的二氧化碳加速腐蚀速率

Claims (2)

1.一种多元铬钼耐二氧化碳腐蚀油井管，其特征在于，以重量百分比计的化学成分为：C 0.07～0.09％、Si 0.15～0.20％、Mn0.40～0.70％、Cu 0.15～0.25％、Ni 0.30～0.40％、Cr8.90～9.30％、Mo0.10％～0.30％、V 0.03～0.05％、Sn 0.10～0.20％、Sb 0.05～0.08％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述多元铬钼耐二氧化碳腐蚀油井管的制备方法，其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数如下：
钢坯经1250℃加热，保温2小时，轧制开轧温度为1050℃，终轧温度880℃，累积压下率85％，空冷至室温；将钢板加热到950℃～980℃保温60分钟后淬火；将淬火后的钢板加热到620℃～640℃保温60分钟出炉空冷至室温，得到兼具优良耐蚀及力学性能的管线钢钢板；
利用晶粒细化与微合金元素的析出使钢材具有了良好的综合力学性能，其屈服强度大于560MPa，抗拉强度大于650MPa，延伸率大于20％，室温冲击功大于180J，‐20℃DWTT均值为100％。
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