[發明專利]一種改善疲勞性能的耐硫化氫腐蝕油管及其生產方法

有效

• 申請號: 201710990554.4
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107723598B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 何石磊;畢宗岳;苑清英;李遠征;張鵬;梁航;周新義;王濤;張峰;韋奉;彭春明;李超;黃曉江;候永利;蘆琳
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;寶雞石油鋼管有限責任公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/12;C22C38/06;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/26;C21D1/18;C21D8/10;B23P15/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種改善疲勞性能的耐硫化氫腐蝕油管及其生產方法，油管化學成分的重量百分配比為C：0.12?0.25％；Si：0.15?0.30％；Mn：≤0.25％；P：≤0.008％；S：≤0.005％；Cr：≤0.5％；Mo：0.2?0.5％；Nb：0.02?0.05％；V：0.08?0.25％；Al：0.005?0.01％；Ca：0.001?0.003％；RE:0.0001?0.0002％；余量為Fe和不可避免的雜質。本發明的產品晶粒細小、強韌性匹配好，在3.5％NaCl水溶液腐蝕環境中，載荷比R＝0.1，循環周次為1×105進行疲勞試驗，疲勞強度σ0.1≥200Mpa。

技術領域:

本發明涉及到一種低合金石油油管用鋼及其生產方法，具體涉及一種改善疲勞性能的耐硫化氫腐蝕油管及其生產方法。

背景技術：

在石油天然氣資源開采中，油井管柱服役的條件越來越苛刻。例如大部分油氣田存在著H₂S、CO₂等氣體和介質，普遍存在嚴重的H₂S、CO₂等腐蝕問題，其中常見的有應力腐蝕、腐蝕疲勞等失效形式。油管管柱作為油氣層與地面之間的通道，在油氣田生產或壓裂過程中受到內外壓差(上下沖程載荷變化)、拉-拉、彎曲等多種交變載荷作用。在腐蝕介質和交變載荷共同作用工況下服役，抗疲勞性能會顯著降低；并且在相同的應力損傷下，疲勞壽命相比大氣環境下的疲勞壽命往往要縮短為幾分之一，極易發生腐蝕疲勞斷裂失效，這種低應力條件下的破壞方式具有很強的危險性和不可預測性，嚴重影響油田的經濟效益和生產安全。因此，油管在腐蝕服役工況下的疲勞斷裂研究已成為一個不容忽視的問題。

2007年4月16日公布的申請號為200710061695.4中涉及一種抗粘扣直縫焊石油油管用熱軋板帶鋼及其生產方法，但該專利解決直縫焊石油油管粘扣問題，并未考慮油管服役過程中腐蝕性能和疲勞失效問題。2007年4月16日公布的公布號為CN1948538中涉及抗硫化氫應力腐蝕的石油鋼管及其制造方法，該專利采用無縫管生產工藝生產耐腐蝕油管，未考慮油管的疲勞性能。2015年2月18日公布的專利號為CN104357756A，名稱為一種抗硫化氫應力腐蝕直縫焊接石油套管及其制造方法，該專利通過成分設計采用直縫焊管的生產工藝制備耐腐蝕油管，保證了油管的抗硫化氫應力腐蝕性能，但是該專利沒有記載油管在腐蝕服役工況下的疲勞斷裂性能。

本發明開發的一種改善疲勞性能的耐H₂S腐蝕性能油管，通過成分設計結合合理的生產方法，不僅可保證油管腐蝕性能優異，同時改善了油管的抗疲勞性能。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種改善疲勞性能的耐硫化氫腐蝕油管及其生產方法，本發明的油管產品在3.5％NaCl水溶液腐蝕環境中，載荷比R＝0.1，循環周次為1×10⁵進行疲勞試驗，油管的疲勞強度σ_0.1≥200Mpa，適用于H₂S腐蝕工況中對油管疲勞服役壽命具有一定要求的油氣井。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種改善疲勞性能的耐硫化氫腐蝕油管，所述油管用熱軋卷板的化學成分為C:0.12-0.25％；Si：0.15-0.30％；Mn：≤0.25％；P：≤0.008％；S：≤0.005％；Cr：≤0.5％；Mo：0.2-0.5％；Nb：0.02-0.05％；V：0.08-0.25％；Al：0.005-0.01％；Ca：0.001-0.003％；RE:0.0001-0.0002％；余量為Fe和不可避免的雜質。

本發明中設計合金成分選取說明：

C：碳是主要固溶強化元素，可與多種合金形成強化相，可提高鋼的強度；但該發明采用熱軋卷板生產，要充分考慮焊接性能和焊縫質量，同時有利于后續熱處理工藝可彌補強度不足。為實現本發明的目的，既要發揮強化作用，又不降低焊接和腐蝕等性能，因而C設計范圍為0.12％-0.25％。