[發(fā)明專利]抗二氧化碳腐蝕低合金鋼

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910053666.2
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101928893A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚諄禮;蔡海燕;孫元寧
• 申請（專利權(quán)）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/42
• 分類號: C22C38/42;C22C38/40;C22C38/20;C22C38/18;E21B17/00;C21D8/10;C22C33/04;B22D11/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 樓仙英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低合金鋼，特別是抗二氧化碳腐蝕的55ksi鋼級油井管用低合金鋼及其制造方法。

背景技術(shù)

在油氣田發(fā)展過程中，CO₂腐蝕是一個長期存在的重大問題。就材料防腐學(xué)角度而言，針對高CO₂、氯離子、產(chǎn)出水量、鐵離子含量、低PH值以及井中高壓和流體沖刷形成的強腐蝕環(huán)境，要保證油田安全、高效地生產(chǎn)，使用價格昂貴的超級13Cr不銹鋼管材是最有效的辦法。但是，我國多數(shù)油田為貧礦低滲透油田，且開采壽命較短，大多在10年以下，因此，使用昂貴的高鉻不銹鋼油管經(jīng)濟性較差，油田無法接受，在這種情況下，大多數(shù)油田目前使用的還是一般的普碳鋼管材，從而導(dǎo)致了油田多起嚴(yán)重的CO₂腐蝕事故。

隨著開采條件的變化，在很多2km以下淺井中CO₂的含量不斷增加，因而目前采用的一般碳鋼管在使用過程中常出現(xiàn)CO₂腐蝕失效現(xiàn)象，造成的經(jīng)濟損失和為此采取的防護措施已嚴(yán)重影響了油田經(jīng)濟效益。一般而言，在這些淺井中采用55ksi鋼級強度的油套管即可。但是，到目前為止，市場上還不存在具有抗CO₂腐蝕效果且生產(chǎn)工藝相對簡單的55ksi鋼級經(jīng)濟型油套管產(chǎn)品。

現(xiàn)有技術(shù)的有關(guān)抗CO₂腐蝕(或同時抗CO₂和H₂S腐蝕)用合金鋼的發(fā)明專利申請很多。但是這些文獻所涉及的大多是80ksi及以上鋼級的中合金或超級13Cr、15Cr以及22Cr雙相不銹鋼等高合金的化學(xué)成分及其制造方法。如中國專利申請CN1401809A、CN1292429A、CN1487112A、EP995809A1、WO9941422、JP2001059136、JP2000063994等。

美國專利US?6648991公開了一種以Cr、Mn為主要合金元素，配以適當(dāng)Mo、V元素，屬于超低碳及低合金鋼范圍。該文獻技術(shù)中合金采用熱軋后正火或調(diào)質(zhì)工藝處理，所得油套管強度可涵蓋55～125ksi鋼級以上。

從強度角度，2km以下淺井一般使用55ksi鋼級油套管即可。目前這些淺井所采用的普通J55碳鋼管在含有二氧化碳、氯離子等復(fù)合酸性腐蝕環(huán)境條件下因耐蝕性差，很容易失效從而導(dǎo)致油田經(jīng)濟損失。

目前市場上還不存在具有抗CO₂腐蝕效果且生產(chǎn)工藝相對簡單的55ksi鋼級經(jīng)濟型油套管產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種抗二氧化碳腐蝕的低合金鋼，特別是55ksi鋼級油井管用低合金鋼。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的抗二氧化碳腐蝕用低合金鋼，其按重量百分比計的化學(xué)成分為C：0.20～0.35％，Si：0.10～1.0％，Mn：0.20～1.5％，Cr：0.5～1.5％，Al：0.01～0.10％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)元素的總量低于0.05wt％。

為了進一步提高抗二氧化碳腐蝕性，本發(fā)明鋼還可以加入Ni≤0.35％和Cu≤0.35％。優(yōu)選地Cu：0.1～0.35％，Ni：0.1～0.35％。

本發(fā)明的抗二氧化碳腐蝕的低合金鋼強度為55鋼級，適合用于油井管。

本發(fā)明的合金鋼選擇化學(xué)成分范圍的理由如下：

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。

Si加入鋼中起到了脫氧和改善耐蝕性的作用。低于0.10％含量效果不明顯。當(dāng)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CO₂腐蝕性能提高。但是，Cr含量小于0.5％時，鋼的淬透性不夠，抗CO₂腐蝕性能提高不明顯。高于1.5％，加工性變差，材料成本提高。Cr含量一般控制在0.5～1.5％。

Mn是改善鋼的強韌性必須的元素，小于0.2％時作用較小。當(dāng)Mn含量超過1.5％后，抗CO₂腐蝕性下降。

Al在鋼中起到了脫氧作用和細(xì)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(dāng)加入量低于0.01％時，效果不明顯，加入量超過0.10％，力學(xué)性能變差。

Cu、Ni是抗CO₂腐蝕性能提高的元素之一，Cu和Ni在本發(fā)明中是選擇性添加元素，少量Cu和Ni的加入可以進一步提高抗二氧化碳腐蝕性，但含量高于0.35％后，熱加工性變差。優(yōu)選地Cu為0.1～0.35％，Ni為0.1～0.35％。