專利名稱：一種油套管用含銅鐵鎳鉻合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種鐵鎳鉻合金，特別是涉及具有高強(qiáng)度和抗腐蝕性能的含銅的鐵鎳鉻合金，其特別適合用于制造含有單質(zhì)硫的酸性井用抗應(yīng)カ腐蝕開裂的油套管。
背景技術(shù)：
隨著能源需求的不斷増加，可開采油氣資源的不斷減少，油氣資源的開采不得不轉(zhuǎn)向深井、超深井以及強(qiáng)腐蝕性井。這類油氣井的特點(diǎn)就是高溫、高壓、高C02、H2S分壓、含有單質(zhì)硫以及高礦化度。為了滿足這類油氣井的開采開發(fā)需求，越來越多的超高合金油套管產(chǎn)品被開發(fā)出來，特別是鐵-鎳基合金以及鎳基合金油套管。US440021UUS4168188 及 CN1977060A、CN1977058A 等公開了幾種對(duì)于深井用油套
管適合的鎳基合金。這些合金可以用于高溫、高壓、高C02、H2S分壓以及高礦化度油氣井用油套管的生產(chǎn)，但其中Ni含量在30%以上，合金成本較高，造成油田開采成本過高。US4840768公開了ー種可以用作油井管件的鐵鎳鉻合金，具有較好的抗腐蝕性能，但是無法滿足單質(zhì)硫存在的情況下抗腐蝕性能的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供一種用于制造油套管產(chǎn)品的添加適量銅的鐵鎳鉻合金，同時(shí)配合適當(dāng)?shù)蔫€，并滿足含有單質(zhì)硫的高含硫化氫、ニ氧化碳及氯離子等酸性油氣井的耐腐蝕性能要求，同時(shí)合金對(duì)高強(qiáng)度和耐腐蝕的油套管需求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具有高強(qiáng)度和抗腐蝕性能的奧氏體合金，含有25-27 %(重量)的Ni和24-26% (重量)的Cr，為使合金特別適合用于制造具有單質(zhì)硫的酸性深井用抗應(yīng)カ腐蝕開裂的油套管，在合金中加入高達(dá)5% (重量)的Cu，4% (重量)的Mo以及2% (重量)的Mn。合金的化學(xué)成分設(shè)計(jì)如下C彡0. 03%，P彡0. 015%，S彡0. 01%，Si彡0. 5%，Mn :0. 5-2. 0%, Ni :25-27%, Cr :24-26%, Mo 3-4%, Cu 3-5%, V :0. 001-0. 2%，其余基本
由Fe組成。本發(fā)明的Fe基奧氏體合金化學(xué)成分設(shè)計(jì)理由如下C :盡管C具有擴(kuò)大合金奧氏體區(qū)的作用，但C含量過高吋，易形成以M23C6為主的碳化物在晶界析出，降低晶界鉻含量，因此合金耐腐蝕性能明顯下降，且合金的塑性和韌性降低。因此，設(shè)計(jì)C含量在0.03%以下。p、s :均為伴生的雜質(zhì)元素。p、s對(duì)合金的熱加工性能、純凈度產(chǎn)生有害影響，為保證本合金的耐蝕性能，高純鋼的要求是必須的。因而，設(shè)計(jì)P的含量在0. 015%以下，S的含量在0.01%以下。為保證合金的韌性，優(yōu)選的S的含量在0.005%以下。Si :是有效的脫氧劑，但是過多的Si促進(jìn)O相和碳化物的形成，從而破壞合金的機(jī)械性能和耐腐蝕性。因此，設(shè)計(jì)Si的含量在0. 5%以下。Mn :也是有效的脫氧劑,而且具有脫S的作用。但是過多的Mn也會(huì)促進(jìn)o相和碳化物的形成，從而破壞合金的機(jī)械性能和耐腐蝕性。另外Mn含量超過2%以上，會(huì)降低合金的鍛造性能，因此，設(shè)計(jì)Mn的含量在0. 5-2. 0%。Ni :具有極好的奧氏體基體穩(wěn)定化元素，在Ni穩(wěn)定的奧氏體基體中可以溶解大量的Cr、Mo等具有耐腐蝕作用的元素，且Ni本身具有極佳的耐腐蝕作用，為了達(dá)到這種效果，Ni的含量要在25%以上。但是Ni的價(jià)格昂貴，因此合金中Ni的含量過高會(huì)導(dǎo)致合金成本大幅度上升。因而，控制Ni的含量在25-27%。Cr :具有很好的抗局部腐蝕和均勻腐蝕能力，但是Cr的含量要在20%以上才能達(dá)到上述效果。但是Cr的含量過高，合金就有析出O相的危險(xiǎn)，且降低合金的熱加工性能，因此，設(shè)計(jì)Cr的含量為24-26%。
Mo :有助于提高合金的耐局部腐蝕能力，特別是Cl離子存在的條件下，Mo的加入有助于提高合金的抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕能力。但是Mo的含量過高，降低合金的熱加工性能，同時(shí)合金成本提高、因此，設(shè)計(jì)Mo的含量為3-4%。Cu :添加后有助于提高合金的耐單質(zhì)S腐蝕的能力，Mo與Cu的配合使用，會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用提高合金的抗腐蝕能力。為使合金在單質(zhì)硫、co2、h2s、ci離子共同存在條件下具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，設(shè)計(jì)Cu的含量為3-5%。V V的添加可以使C形成彌散的碳化物，提高合金的耐腐蝕性能，同時(shí)提高合金的強(qiáng)度。為使V達(dá)到上述目的，設(shè)計(jì)V的含量為0. 001-0. 2%。Al :是有效的脫氧劑，但是Al的含量過多時(shí)，破壞合金的韌性和熱加工性。因而，設(shè)計(jì)Al的含量在0. 1-0. 3%。本發(fā)明的另ー個(gè)目的是提供上述奧氏體合金鋼的制造方法。將上述成分配比的合金通過電弧爐、氬氧脫碳爐冶煉澆鑄成鋼錠后，再經(jīng)過電渣重熔及鍛造后獲得熱擠壓錠坯。熱擠壓錠坯的預(yù)加熱溫度在850-1100°C，錠坯保溫時(shí)間為每厘米錠坯厚度保溫1-5分鐘。擠壓出的管坯料將浸入水中，冷卻至50°C以下，且在I分鐘內(nèi)冷卻至100°C以下。在1000-1120°C進(jìn)行固溶處理，按照每毫米管坯厚度保溫1-5分鐘處理，然后將管坯浸入水中，在I分鐘內(nèi)冷卻至100°C以下。最后冷軋變形，截面減小變形量根據(jù)鋼級(jí)要求控制在25-45%之間，可獲得90-125ksi鋼級(jí)的油套管。其中鍛造溫度為900-1050°C，鍛壓率為3 I。采用本發(fā)明的上述合金和エ藝路線可以生產(chǎn)不同鋼級(jí)的含單質(zhì)硫的酸性井用鐵鎳鉻合金耐腐蝕油套管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用的合金成分設(shè)計(jì)與原有技術(shù)相比，通過Cu、Mo的配合加入及協(xié)同作用可以提高合金抗單質(zhì)硫腐蝕能力，合金在酸性油氣井的腐蝕性氣氛下具有很高的耐點(diǎn)蝕能力和抗應(yīng)カ腐蝕開裂能力，可與高Ni-Cr-Mo合金相媲美。低C、P、S含量高純凈鋼設(shè)計(jì)，提高合金的塑性和韌性。通過加入適量的Cu擴(kuò)大了 Fe-Ni-Cr合金的奧氏體區(qū)，降低了合金形成鐵素體相的危險(xiǎn)，使合金具有単一的奧氏體組織，提高合金的耐蝕性能。采用本發(fā)明的制造方法，由于采用快速冷卻，避免O相的析出，提高了油套管的耐蝕性能；獲得的奧氏體合金油套管機(jī)械性能可以通過冷軋控制其強(qiáng)度即鋼級(jí)，滿足油田、氣田不同井深的要求。表I是本發(fā)明油套管用鐵鎳鉻合金與現(xiàn)有技術(shù)油套管用合金的成分対比。
表I
權(quán)利要求
1.一種奧氏體合金，其重量百分比化學(xué)成分為C< O. 03%，P≤O. 015%，S≤O. 01%，Si ≤ O. 5 %, Mn 0. 5-2. O %, Ni :25-27 %，Cr 24-26 %, Mo 3-4 %, Cu 3-5 %, Al O. 1-0. 3%, V 0. 001-0. 2%，其余基本由 Fe 組成。
2.如權(quán)利要求I所述的奧氏體合金，其特征在于，C:0.015-0. 030%, Si :0. 19-0. 45
3.如權(quán)利要求I或2所述的奧氏體合金的制造方法，包括 電弧爐或氬氧脫碳爐冶煉； 澆鑄成鋼錠后，再經(jīng)過電渣重熔及鍛造后獲得熱擠壓錠坯； 熱擠壓錠坯的預(yù)加熱溫度在850-1100°C，錠坯保溫時(shí)間為每厘米錠坯厚度保溫1-5分鐘。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，鍛造溫度為900-1050°C。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，鍛造的減薄率為3 I。
6.如權(quán)利要求I或2所述奧氏體合金油套管的制造方法，包括 電弧爐或氬氧脫碳爐冶煉； 澆鑄成鋼錠后，再經(jīng)過電渣重熔及鍛造后獲得熱擠壓錠坯； 熱擠壓錠坯的預(yù)加熱溫度在850-1100°C，錠坯保溫時(shí)間為每厘米錠坯厚度保溫1-5分鐘； 將擠壓出的管坯料浸入水中，冷卻至50°C以下，且在I分鐘內(nèi)冷卻至100°C以下； 在1000-1120°C進(jìn)行固溶處理，每毫米管坯厚度保溫1-5分鐘； 然后將管坯浸入水中，在I分鐘內(nèi)冷卻至100°C以下； 最后冷軋變形，截面減小變形量根據(jù)鋼級(jí)要求控制在25-45%之間。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，鍛造溫度為900-1050°C。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，鍛造的減薄率為3 I。
9.如權(quán)利要求3-5任一所述的方法制造的奧氏體合金油套管，其為90-125ksi鋼級(jí)。
10.如權(quán)利要求9所述的奧氏體合金油套管的耐酸性油氣井環(huán)境下的點(diǎn)蝕速率為O. 18mm/a 以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種奧氏體合金，其重量百分比化學(xué)成分為C≤0.03％，P≤0.015％，S≤0.01％，Si≤0.5％，Mn0.5-2.0％，Ni25-27％，Cr24-26％，Mo3-4％，Cu3-5％，Al0.1-0.3％，V0.001-0.2％，其余基本由Fe組成。其油套管的制造方法包括電弧爐或氬氧脫碳爐冶煉；澆鑄成鋼錠后，再經(jīng)過電渣重熔及鍛造后獲得熱擠壓錠坯；熱擠壓錠坯的預(yù)加熱溫度在850-1100℃，錠坯保溫時(shí)間為每厘米錠坯厚度保溫1-5分鐘；將擠壓出的管坯料浸入水中，冷卻至50℃以下，且在1分鐘內(nèi)冷卻至100℃以下；在1000-1120℃進(jìn)行固溶處理，每毫米管坯厚度保溫1-5分鐘；然后將管坯浸入水中，在1分鐘內(nèi)冷卻至100℃以下；最后冷軋變形，截面減小變形量根據(jù)鋼級(jí)要求控制在25-45％之間。該合金具有優(yōu)異的抗點(diǎn)蝕性和抗應(yīng)力腐蝕性。
文檔編號(hào)C22C38/46GK102650023SQ20111004394
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者張忠鏵, 張春霞 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司