[發明專利]110ksi級高抗CO2腐蝕油套管及其制造方法

無效

• 申請號: 201110180682.5
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102851607A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 張忠鏵;劉俊江;張春霞
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/44
• 分類號: C22C38/44;C21D8/10;E21B17/00
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

技術領域

本發明涉及油套管用鋼及其制造方法，特別涉及110ksi級高抗CO₂腐蝕油套管及其制造方法。

背景技術

隨著我國石油天然氣開發力度的加大，采集油氣的油井套管和油管面臨著高溫高壓、高含CO₂、Cl^-等共存的強腐蝕環境，從而造成油氣田多次發生井下油管斷裂，集氣干線泄漏事故，致使許多油氣田井都在投產一年左右由于此類問題而提前報廢，造成巨大損失，給人民群眾的生命和財產安全造成了嚴重的危害，同時也威脅到了國家能源戰略安全。

現有API?5CT規范中有L80-13Cr油套管產品，能生產的強度為80和95鋼級，最高服役溫度一般為120℃，耐蝕性能小于0.25mm/y。隨著油井和氣井的開發，井深也在不斷增加，井深超過5000米的富含CO₂且超過API標準13Cr鋼管服役條件的油氣井不斷增加，急需耐更高服役溫度(120-150℃)、耐蝕性能更好、強度更高的110鋼級油套管。

現有耐腐蝕用合金油套管用鋼如日本專利昭61-207550、特開平4-224656、特開平11-140594等，其為高Cr合金，也含有較高的鎳和鉬。主要通過增加合金含量特別是Ni和Mo等貴金屬合金，保證耐高溫、CO₂、及微量H₂S腐蝕性能。對于深井要求耐高溫120-150℃、耐CO₂腐蝕而并不要求H₂S腐蝕的環境，高鎳、鉬合金的油套管成本過高。

還有日本專利平4-88152，但其Cr元素的含量在14％-16％之間，屬于15Cr馬氏體不銹鋼范疇，應用環境和制造工藝均有較大區別，而且其強度級別≤100鋼級。

另外，中國專利ZL?200610028252.0公開一種油套管鋼，其成分為：C：0.15％～0.25％、Si：0.2％～0.5％、Mn：0.20％～1.0％、Cr：12.0％～14.0％、Ni：0.5％～1.5％、Mo：0.2％～1.0％、Al：0.01％～0.1％、其余為Fe和不可避免雜質元素。該發明必須在高的管坯退火溫度和退火時間才能降低管坯硬度，已便于后續的剝皮。

發明內容

本發明的目的在于提供一種110ksi級高抗CO₂腐蝕油套管及其制造方法，特別是通過低碳和N的微合金化，主要解決高強度高碳13Cr馬氏體不銹鋼油套管鋼在生產過程韌性偏低的問題，其-10℃低溫沖擊韌性可達到40J以上。

為達到上述目的，本發明的技術方案為：

110ksi級高抗CO₂腐蝕油套管，其成分重量百分比為：C：0.05～0.14％、Si：0.2～0.5％、Mn：0.20～1.0％、Cr：12.0～14.0％、Ni：0.5～1.5％、Mo：0.2～1.0％、N：0.03～0.08％、其余為Fe和不可避免的雜質元素。

在本發明成分設計中：

C：是保證鋼管強度性能及腐蝕性能的必要元素。為保證必要的強度，碳含量不能過低，碳含量低于0.05％時強度不足；碳含量高于0.14％，材料的韌性變壞；

Cr：是提高耐蝕性和強度的主要合金元素。Cr含量小于12％時，耐蝕性不足，Cr含量大于14％時，材料的強度和硬度過高，導致材料的韌性下降。鉻過高也易導致高溫鐵素體形成，降低熱加工性能。

Ni：提高腐蝕性能和韌性，有利于高溫軋制，降低形成高溫δ鐵素體傾向。同時對降低冷脆轉變溫度有益。Ni加入量過低，效果不明顯，加入量過高則增加成本。

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0.2％，效果不明顯，高于1.0％，加工性能和塑性惡化。

Si：加入鋼中起到脫氧和改善耐蝕性的作用，低于0.2％，效果不明顯，大于0.5％，加工和韌性惡化。

Mn：改善鋼的強韌性的元素并時奧氏體區擴大元素，小于0.2％時作用不明顯，大于1％，將降低腐蝕性能。

N：在馬氏體不銹鋼中起到了擴大奧氏體區并強化基體等作用。當加入量低于0.03％時，效果不明顯，加入量超過0.08％，塑性變差。

N在鋼種通常作為有害元素進行嚴格控制，在本發明鋼成分中加入較高的N元素并降低C含量，進一步擴大了高溫奧氏體區的范圍，避免了鋼管在高溫熱加工及熱處理過程產生有害的δ脆性相，大幅度提高了產品的沖擊韌性。