專利名稱：：110Ksi鋼級抗硫化氫和二氧化碳腐蝕油套管用低合金鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種低合金鋼，尤其涉及110Ksi(110鋼級)抗硫化氫和二氧化碳腐蝕油井管用的低合金鋼。
背景技術(shù)：
：長期以來，C02和H2S腐蝕是制約油氣田發(fā)展的一個重大問題。目前，國內(nèi)外許多油氣田存在C02、H2S、C1—等氣體和介質(zhì)對油井管的單獨腐蝕或綜合腐蝕，在這種腐蝕環(huán)境中，多數(shù)油田使用的還是一般碳鋼管或單純的抗硫油井管，從而導致油田發(fā)生多起因。2和H2S腐蝕所產(chǎn)生的嚴重腐蝕事故，每年給油田帶來的經(jīng)濟損失達億元以上，嚴重影響了油田的經(jīng)濟效益。從材料防腐學角度而言，在高C02和H2S含量、氯離子、產(chǎn)出水量、鐵離子含量、低ra值以及井中高溫、高壓和流體沖刷形成的強腐蝕環(huán)境中，要保證油田安全、高效地生產(chǎn)，最有效的辦法是使用價格昂貴的超級13Cr不銹鋼管材。但是，我國多數(shù)油田屬貧礦低滲透油田，油井的開采壽命不長，若使用價格昂貴的高鉻不銹鋼等油管，一次性投資大，經(jīng)濟性較差。此外，高Cr不銹鋼在這種高氯離子的環(huán)境中仍然存在較嚴重的C02局部腐蝕。因此，大多數(shù)油田目前只好使用一般的普碳鋼管材和低合金抗硫管，從而導致了油田多起嚴重的C02和H2S腐蝕事故。近年來，隨著海上油田的開發(fā)、深井和超深井的開采，以及開采條件的不斷惡化，高鋼級抗C02、H2S腐蝕油套管的需求量不斷增加。因此，各油氣田迫切需要"經(jīng)濟型"的抗腐蝕油套管，以滿足自身生產(chǎn)的需要，抗腐蝕經(jīng)濟型油套管的研制在國際上已成為一種發(fā)展趨勢。日本專利JP2001059136中發(fā)明人主要通過加入較多含量的Cr和適量的B并通過調(diào)質(zhì)熱處理后，合金鋼材料的抗H2S應力腐蝕開裂性能3滿足NACETM0177—96方法中規(guī)定的N80鋼級的要求；但是該鋼因沒有加入Mo、Cu、Nb等強化和耐局部腐蝕元素，鋼的強度低、抗C02局部腐蝕性能較差。日本專利JP2000063994中合金鋼的Cr含量較高，因Cr加入量過高后鋼的強度明顯降低，該鋼種只能生產(chǎn)95Ksi以下的鋼級產(chǎn)品。中國專利02137308.6中通過加入3%左右Cr和微量稀土元素Ce后可以制造8095鋼級抗C02、H2S腐蝕油套管用合金鋼，但是該專利中因沒有復合加入Nb、V等微合金化元素，鋼強度低，無法制造110Ksi鋼級產(chǎn)品。上述專利產(chǎn)品均因強度低，導致熱處理回火溫度不高，抗硫化氫應力腐蝕開裂性能較差，應力加載時只能按80%名義屈服強度加載，因此產(chǎn)品不能用于高含硫化氫腐蝕環(huán)境的油氣井。現(xiàn)有專利合金鋼的化學成分和產(chǎn)品鋼級見表1所示。表1現(xiàn)有專利合金鋼的化學成分和產(chǎn)品鋼級wt%專利號(鋼級)CSiCrMMoCuAlBCeNbVJP2001059136(80鋼級)0.08/0300.10/1.0aio/3.01.0/9.00.01/050.01/0.100廁/0.0Q2JP2000063994(80鋼級)動3《0.60303.0/9.00.01/0.50.1/1.00.1/1.0《0.005O.讓/0,0020.01/02002137308.6(80-95鋼級)0.01/0300.1/1.00.1/2.005/3.00.01/1.00.05/1.00.01/ai0,01/0250.005/0.1現(xiàn)有P110鋼級常規(guī)油套管用合金鋼在含有二氧化碳、氯離子、硫化氫等復合酸性腐蝕環(huán)境條件下耐蝕性很差，經(jīng)常給油田帶來以co2或H2S為主的腐蝕事故。而C110等低合金抗硫油管又不具有抗C02腐蝕性能，而且其抗ssc性能一般，在高硫化氫分壓井礦下無法滿足使用要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種110Ksi鋼級抗硫化氫和二氧化碳腐蝕油套管用低合金鋼。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種110Ksi鋼級抗硫化氫和二氧化碳腐蝕油套管用低合金鋼，按重量百分比計，其化學成分配比為C:0.200.35，Si:0.101.0，4Mm0.101.2，Cr:1.02.5，Mo:0.11.0，Nb:0.010.1，V:0.010.1，Al:0.010.10，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)元素的總量低于0.05。本發(fā)明的合金鋼經(jīng)煉鋼、軋管后在850-95(TC水淬或油淬后，再在650-710。C高溫長時間回火，其力學性能達到了110Ksi鋼級的要求，而且其抗硫性能按照NACE0177-2005A法標準在加載80%、90%名義屈服強度下經(jīng)過720小時不斷裂，抗C02腐蝕性能比常規(guī)產(chǎn)品提高2倍以上。本發(fā)明的合金鋼選擇化學成分范圍的原因如下C是保證鋼管室溫強度和淬透性所必需的成分。碳含量低于0.20%時淬透性和強度不夠，高于0.35%則韌性變壞。Mo的加入提高了耐蝕性特別是抗局部腐蝕性，還提高了材料的強度和淬透性。如加入量低于O.1%，效果不明顯，高于1.0%，加工性能和塑性惡化。Si加入鋼中起到了脫氧和改善耐蝕性的作用。含量低于0.10%時，效果不明顯。當含量超過1.0%后，加工性和韌性惡化。Cr的加入使鋼的強度和抗C02、H2S腐蝕性能提高。但是，Cr含量小于1.0%時，鋼的淬透性不夠，抗C02腐蝕性能提高不明顯。高于2.5%，強度會降低，加工性變差，材料成本提高。本發(fā)明中Cr含量控制在1.02.5%。Mn是改善鋼的強韌性必須的元素，小于O.1%時作用較小。當Mn含量超過1.2%后，抗C02腐蝕性下降。Al在鋼中起到了脫氧作用和細化晶粒的作用，另外還提高了表面膜層的穩(wěn)定性和耐蝕性。當加入量低于0.01%時，效果不明顯，加入量超過0.10%，力學性能變差。V、Nb的加入提高了耐蝕性特別是抗局部腐蝕性，還細化了晶粒、提高了材料的強度和淬透性。但是加入量低于0.01%時，效果不明顯，超過0.2%時由于析出物粗化而使性能惡化。本發(fā)明中選擇了V的含量為O.010.1%，Nb的含量為0.010.1%，。本發(fā)明的低合金鋼中加入Cr后，其調(diào)質(zhì)熱處理后的強度隨著Cr加入量的增加而不斷提高，當Cr加入量達約2%后強度達到極大值，隨后強度反而會因Cr加入量的提高而下降。此外，在合金鋼中復合加入Nb、V微合金化元素后可以明顯細化鋼的晶粒，從而提高鋼的強度。本發(fā)明正是利用這一規(guī)律使得本發(fā)明的鋼種在生產(chǎn)110Ksi高鋼級產(chǎn)品時回火溫度可以明顯提髙，從而明顯改善了鋼的抗硫化氫應力腐蝕開裂性能，尤其是在加載90%名義屈服強度下經(jīng)過720小時后沒有發(fā)生斷裂。此外，因鋼的淬透性明顯提高，本發(fā)明的合金鋼可以制造25mm以上壁厚油套管產(chǎn)品。不僅如此，鋼中因復合加入適量的Cr、Mo，抗C02腐蝕性能得到了保證。因此，本發(fā)明的合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，在力學性能達到API110鋼級要求的同時，具有優(yōu)異的抗H2S和C02腐蝕性能，是成本適中的"經(jīng)濟型"高強度油井管用鋼。具體實施例方式表2表示試驗鋼的化學成分(按重量百分比計)，A1-A6為本發(fā)明的合金鋼，Bl-B4為對照鋼，其中B1、B2分別為油田目前常用的P110普通和C110抗硫鋼管，而B3、B4分別為對比專利合金鋼的成分。如表3所示，本發(fā)明的合金鋼經(jīng)冶煉、鍛造、軋制、合適的熱處理并經(jīng)力學性能測試符合P110鋼級的API5CT的性能要求后，力學性能的測試按GB6397—86標準進行。在C02腐蝕較為突出的江漢油田的典型腐蝕環(huán)境中進行高壓釜腐蝕模擬對比試驗，試驗結(jié)果顯示，本發(fā)明的合金鋼種的年腐蝕速率較油田目前使用的P110和C110等鋼管降低了2倍以上，而且局部腐蝕現(xiàn)象得以消除。此外，本發(fā)明合金鋼的抗H2S應力腐蝕開裂性能在加載110Ksi鋼級90%名義屈服強度下按照NACETM0177—2005方法A試驗720小時沒有發(fā)生斷裂，完全達到高抗硫的要求。本發(fā)明的合金鋼由于其抗C02和H2S腐蝕性能良好、價格便宜，可廣泛用于油井管等需要耐腐蝕的場合。6表2本發(fā)明的合金鋼和現(xiàn)有合金鋼的化學成分，wt%類別鋼號CSiMnCrMoCuNiVNbAl組織Al0.290.250.602.000.100.010.100.06索氏體本A20.300.280.561.960.180.050.070.08索氏體發(fā)A30.201.01.22.500.820.080.030.06索氏體明A40.250.290.452.011.00.030.060.01索氏體鋼A50.350.320.102.100.400.020.050.05索氏體A60.210.100.601.000.500.100.010.10索氏體對Bl0.320.250.801.00.4索氏體B20.290.250.500.80.600.100.100.060.030.017索氏體昭"、、鋼B30.180.320.464.60.500.200.200.140.003索氏體B40.130.271.114.960.290扁B0.05索氏體7表3試驗鋼的力學性能、腐蝕性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注試驗條件為Na++K+:17183.69mg/L，HC03—:122.04mg/L，Cl—:33687mg/L，S042—:1440.9mg/L，F(xiàn)e2+:100mg/L，F(xiàn)e3+:30mg/L，Ca2+:1603.2mg/L，Mg2+:641.5mg/L，PH=6.0，試驗溫度ll(TC，C02分壓2.0Mpa，流速1.5m/s。O:表明沒有局部腐蝕；X:表明有局部腐蝕權(quán)利要求1.一種110Ksi鋼級抗硫化氫和二氧化碳腐蝕油套管用低合金鋼，其特征是按重量百分比計，其化學成分配比為C0.20～0.35，Si0.10～1.0，Mn0.10～1.2，Cr1.0～2.5，Mo0.1～1.0，Nb0.01～0.1，V0.01～0.1，Al0.01～0.10，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)元素的總量低于0.05。全文摘要本發(fā)明涉及一種低合金鋼，一種110Ksi鋼級抗硫化氫和二氧化碳腐蝕油套管用低合金鋼，按重量百分比計，其化學成分配比為C0.20～0.35，Si0.10～1.0，Mn0.10～1.2，Cr1.0～2.5，Mo0.1～1.0，Nb0.01～0.1，V0.01～0.1，Al0.01～0.10，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)元素的總量低于0.05。本發(fā)明的合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，在力學性能達到API110鋼級要求的同時，具有優(yōu)異的抗H₂S和CO₂腐蝕性能，是成本適中的“經(jīng)濟型”高強度油井管用鋼。文檔編號C22C38/26GK101487100SQ20081003277公開日2009年7月22日申請日期2008年1月17日優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日發(fā)明者張忠鏵,蔡海燕,譚諄禮申請人:寶山鋼鐵股份有限公司