[發(fā)明專利]110ksi級高抗CO2腐蝕油套管及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110180682.5
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102851607A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張忠鏵;劉俊江;張春霞
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)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(shù)

隨著我國石油天然氣開發(fā)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(qiáng)腐蝕環(huán)境，從而造成油氣田多次發(fā)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(chǎn)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(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的危害，同時也威脅到了國家能源戰(zhàn)略安全。

現(xiàn)有API?5CT規(guī)范中有L80-13Cr油套管產(chǎn)品，能生產(chǎn)的強(qiáng)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(fā)，井深也在不斷增加，井深超過5000米的富含CO₂且超過API標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度更高的110鋼級油套管。

現(xiàn)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(huán)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(yīng)用環(huán)境和制造工藝均有較大區(qū)別，而且其強(qiáng)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(zhì)元素。該發(fā)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(xù)的剝皮。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)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(qiáng)度高碳13Cr馬氏體不銹鋼油套管鋼在生產(chǎn)過程韌性偏低的問題，其-10℃低溫沖擊韌性可達(dá)到40J以上。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)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(zhì)元素。

在本發(fā)明成分設(shè)計中：

C：是保證鋼管強(qiáng)度性能及腐蝕性能的必要元素。為保證必要的強(qiáng)度，碳含量不能過低，碳含量低于0.05％時強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度和硬度過高，導(dǎo)致材料的韌性下降。鉻過高也易導(dǎo)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(zhuǎn)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(qiáng)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(qiáng)韌性的元素并時奧氏體區(qū)擴(kuò)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(kuò)大奧氏體區(qū)并強(qiáng)化基體等作用。當(dāng)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(jìn)行嚴(yán)格控制，在本發(fā)明鋼成分中加入較高的N元素并降低C含量，進(jìn)一步擴(kuò)大了高溫奧氏體區(qū)的范圍，避免了鋼管在高溫?zé)峒庸ぜ盁崽幚磉^程產(chǎn)生有害的δ脆性相，大幅度提高了產(chǎn)品的沖擊韌性。