[實用新型]高防腐耐磨滲氮鋼油管

有效

• 申請號: 200920094077.4
• 申請日: 2009-07-27
• 公開（公告）號: CN201502793U
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 呂學民
• 申請（專利權）人: 梅河口市弘業無縫鋼管有限公司
• 主分類號: F16L9/02
• 分類號: F16L9/02;F16L58/08;F16L57/06;C23C8/58
• 代理公司: 長春市四環專利事務所 22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本實用新型涉及一種石油開采油管，特別涉及一種高防腐耐磨滲氮鋼油管。

背景技術

目前，油、氣田井下油管的腐蝕、偏磨、粘扣情況特別嚴重，是困擾油管使用壽命的三大難題，大部分油井采出液出現“三高一低”的現象，即礦化度高、硫酸鹽還原菌(SRB)含量高、CO₂含量高、PH值低，在這種腐蝕環境下，井下的油管、套管和抽油桿等很容易腐蝕，嚴重的會造成油套管腐蝕穿孔，抽油桿斷裂，必須進行作業更換，不僅增加了采油成本，也影響了油井生產。

為了增加油管的使用壽命，提高油管的耐腐蝕性，有些井下油管采用氮化防腐處理工藝解決上述問題，該工藝是將油管放入富氮的活性介質中加熱，使氮原子滲入鋼的表面，改變表面化學成分，形成一定厚度的Fe_2-3N，即ε相。該物質化學穩定性高，組織細密，硬度高，對多種腐蝕介質具有抗腐蝕作用。但是在氮化防腐處理過程中，表面的ε氮化物會形成一種易被腐蝕的疏松層，這種疏松層會降低氮化處理的腐蝕性。

發明內容

本實用新型的目的是為了克服現有氮化防腐油管表面有易被腐蝕的疏松層，降低氮化油管耐腐蝕性之不足，而提供一種高防腐耐磨滲氮鋼油管。

本實用新型是在油管的表面形成有復合氮化層，該復合氮化層是由γ’相(Fe₄N)、ε相(Fe_2-3N)、Fe₃C、Fe₃O₄化合物以及S、Al的相應化合物構成。

形成復合氮化層的工藝過程為：管坯→熱軋成品油管→熱處理基體強化→油管表面多元共滲(N、C、O、S、Al)→表面氧化處理→檢查(機械性能、探傷、腐蝕等)。

其中用作管坯的鋼材為可氮化合金鋼材料：如27SiMn鋼、CrMoAl類合金鋼、CrAl類合金鋼，使用上述類型鋼材熱軋的成品油管為無縫合金鋼管。

主要工序的工藝規范為：

熱處理基體強化：溫度為350-400℃，時間為20-40min。

油管表面多元共滲(N、C、O、S、Al)：溫度為520-580℃，時間為10-180min。

表面氧化處理：溫度為370-400℃，時間為15-20min。

復合氮化層的形成過程：

熱處理基體強化工序會在油管的表面形成很薄的氧化膜，這層氧化膜對多元共滲有促進作用，油管表面多元共滲工序是在鹽浴中進行的，包括分解、吸附、擴散三步。

第一步是分解，氰酸根在氮化鹽的工作溫度下，分解出活性的N原子和C原子。

第二部是吸附，活性的N原子和C原子向金屬表面吸附，金屬表面N的濃度逐漸升高，與金屬表面形成一定的濃度差，在一定的溫度下，正是這種濃度差使N原子和C原子向金屬內部擴散。

第三步是擴散，已經吸附在金屬表面的高濃度的N原子和C原子向金屬內部擴散，由于N的原子半徑僅為Fe原子半徑的一半，而C原子的半徑更小，所以N原子和C原子可以在鐵的點陣間隙中進行擴散。

多元共滲工序最終形成的滲層組織是：最表面為ε氮化物(Fe₃N或Fe_2-3N)；向內為ε氮化物+γ’相(Fe₄N)；再向內為擴散層，即含氮、碳的固溶體。

表面氧化處理工序：油管在進行多元共滲工序以后在氧化鹽浴中進行氧化處理，氧化處理后不但在油管的化合物層表面形成氧化膜，還有一部分氧以間隙式形式溶入化合物晶格中，使表面鈍化，改善了表面的耐蝕性和耐磨性，氧化膜為鐵的氧化物(Fe₃O₄)。

復合氮化層是在可氮化合金的基體上不斷滲入N、C、O、S形成的，表層的ε相并非純的鐵的氮碳化物，其中含有合金元素，也可以稱之為合金氮碳化物，這種合金氮碳化物比鐵的氮碳化物硬度高，特別在含鋁的合金鋼中，鋁的作用在于促進了氮沿晶界擴散，在過飽和過程中形成γ’相(Fe₄N)，增強了硬化作用。

本實用新型的有益效果：硬度高，比較耐磨，表面有一層氧化層，比較耐腐蝕。

附圖說明

圖1為本實用新型的剖面示意圖。

1、油管2、復合氮化層。

具體實施方式