一种抗硫化氢腐蚀用中低强度油套管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种抗硫化氢腐蚀用中低强度油套管及其制造方法，成分重量％Ｃ　０．２６～０．３２％，Ｓｉ　０．１０～０．４０％，Ｍｎ　０．８０～１．５０％，Ｐ≤０．０１５％，Ｓ≤０．００５％，Ｍｏ≤０．２０％，Ｃｒ≤０．３０％，Ｃｕ≤０．３０％，Ｎｉ≤０．３０％，Ａｌ≤０．０２０％，其余为铁。是用铁水和废钢，经冶炼、炉外精炼和真空脱气，弧形连铸成管坯，再热轧成光管，之后正火处理管加工制成。本发明专利技术有良好理化性能，指标达到或超过ＡＰＩ标准，抗硫化氢应力门槛值达８０％ＳＭＹＳ，抗氢致开裂性能的裂纹敏感率、裂纹长度率、裂纹宽度率值分别为０．００５％、２．８％、０．０９％，可以使用于含硫化氢的油气田中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油井管及其生产方法，特别涉及一种屈服强度在379MPa 552MPa (55ksi 80ksi)的抗硫化氢腐蚀用中低强度油套管及其制造方法。
技术介绍
碳钢或低合金钢暴露于含H2S的环境介质中，因腐蚀而产生的氢侵入钢中， 会引起氢致开裂(HIC)，在钢的表面可看到氢鼓泡(HB)，而在应力作用下还 会发生硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)，含硫油气田开发面临的主要问题就是H2S 腐蚀问题。在我国，含硫油气田主要分布在四川、华北和新疆，其中，尤其以 川东地区最严重，由于氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂会引起油套管(油管和 套管)早期失效甚至导致灾难性事故发生，因此开发生产抗H2S的油套管自然 成为研究的重要课题。钢在H2S介质中的腐蚀破坏现象40多年前就已被发现，各国学者为此进行 了大量的研究工作。己普遍认为H2S不仅对钢材具有很强的腐蚀性，而且H2S 本身还是一种很强的渗氢介质，H2S腐蚀破裂是由氢引起的。含H2S酸性油气田 油套管腐蚀破坏类型主要有三种形式均匀腐蚀或(和)点蚀、硫化物应力开 裂(SSC)、氢诱发裂纹(HIC)和氢鼓泡(HB)。导致钢基体开裂的过程至今也无一致的认识。但普遍认为，钢中氢的含量 一般是很小的，有试验表明通常只有百万分之几。因此，萌生裂纹的部位必须 是有足够富集氢的能量。实际工程上使用的油套管钢中都存在着缺陷，这些缺 陷与氢的结合能强，可将氢捕捉陷住，使之难以扩散，便成为氢的富集区，通 常把这些缺陷称为陷井。分子态的H2S大量生成原子氢向这些陷阱积聚，富集 在陷井的氢一旦结合成氢分子，积累的氢气压力很高，造成应力集中，于是促 使钢脆化，局部区域发生塑性变形，并萌生裂纹最后导致开裂，此类断裂属于 硫化物应力腐蚀开裂(SSCC) 。 SSCC属于低应力破裂，发生SSCC时的应力值 通常远低于钢材的抗拉强度，其具有脆性机制特征的断口形貌。穿晶和沿晶破坏均可观察到， 一般高强度钢多为沿晶破裂。影响油套管抗硫化氢腐蚀材料因素主要有材料的硬度、材料的显微组织 和材料的化学成分。油套管的硬度(强度)是油套管硫化氢应力腐蚀(ssc)现场失效的重要变量，是控制油套管发生硫化物应力腐蚀的重要指标。油套管硬度越高，开裂所需的时间越短，说明ssc敏感性越高。通过大量的试验发现强度对抗硫化氢应力腐蚀的影响，当屈服强度Rt《700MPa时随Rt增加，抗硫化氢应力腐蚀门槛 值oC增加，但是，当Rt〉700MPa时抗硫化氢应力腐蚀门槛值oC急剧下降。 实际表现为当材料的屈服强度低于应力腐蚀门槛值时，不发生应力腐蚀；屈 服强度高于应力腐蚀门槛值时，材料会在远低于材料屈服强度的条件下发生应 力腐蚀开裂。因此，在NACE MR0175标准中，规定的所有抗SSC材料均有硬度 要求。例如，要保证碳钢和低合金钢不发生SSC，就必须控制其硬度小于或等 于HRC22。油套管的显微组织直接影响着钢材的抗SSC性能。对碳钢和低合金 钢，当其强度相似时，不同显微组织对SSC敏感性由小到大的排列顺序为铁 素体中均匀分布的球状碳化物、完全淬火+回火组织、正火+回火组织、正火组 织、贝氏体及马氏体组织。淬火后高温回火获得的均匀分布的细小球状碳化物 组织是抗SSC最理想的组织，而贝氏体及马氏体组织对SSC最敏感，其他介于 这两者间的组织，对SSC敏感性将随钢材的强度而变化。钢的化学成分对其抗ssc的影响一般认为在碳钢和低合金钢中，镍、锰、硫、磷为有害元素。氢致开裂(HIC)是金属材料在含硫化氢介质的作用下，由电化学腐蚀过程中 析出的氢进入金属材料内部产生阶梯型裂纹，这些裂纹的生长发育最终使金属 材料开裂。大量的实践证明，当材料中存在带状组织时HIC敏感性增高。为避 免带状组织产生就要要控制锰、磷含量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。 采用本专利技术的生产方法生产的油套管能够保证379Mpa 552Mpa屈服强度范围 内在热轧态同时具有优良的抗硫化氢应力腐蚀和抗氢致开裂性能。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是抗硫化氢腐蚀用中低强度油 套管，该套管成分以重量％计为C0.26 0. 32%， Si 0. 10 0. 40%， Mn 0. 80 1. 50%， P《0. 015%， S《0. 005%， Mo《0. 20%， Cr《0. 30%， Cu《0. 30%， Ni《0. 30%， Al《0.020%，其余为铁，以及一些不可避免杂质。本油套管抗氢致开裂性能的 裂纹敏感率CSR、裂纹长度率CLR和裂纹宽度率CTR的平均值分别可达到 0.005%、 2. 8%和0.09%。本抗硫化氢腐蚀用中低强度油套管是采用如下方法实现的，包括步骤首 先将原料铁水和废钢进行炼钢制成圆管坯，然后将圆管坯经过热轧轧管制成光 管，最后将光管经过热处理和管加工制成成品，其中炼钢步骤包括冶炼、炉外 精炼和真空脱气、以及弧形连铸后制成圆管坯。并且炼钢为采用氧气转炉或电 炉冶炼，采用LF炉+VOD炉进行精炼并同时喂丝，采用ACC连铸制成圆管坯；轧管为首先采用环形加热炉将圆管坯加热，然后采用两辊锥形辊穿孔、轧管机轧制和14架定径机减径，并经过矫直和锯切精整工序，最后经无损探伤得光管； 热处理和管加工为将光管热处理后通过管端车丝、接箍拧接、整管水压试验，最后制成成品油套管。 在实际生产中，可以采用(1) 炼钢采用40t氧气转炉(或30t电炉)冶炼，然后采用LF炉(钢 包熔炼炉)+￥00炉(真空脱气)精炼+喂丝，之后采用ACC连铸(弧形连续铸 钢)制成圆管坯；(2) 轧管先采用环形加热炉圆管坯加热，然后用两辊锥形辊穿孔 +ACCU-ROLL精密轧管机轧制+14架定径机减径，之后通过矫直和锯切精整工序， 最后无损探伤成为用于生产油套管无缝光管；(3) 热处理和管加工将光管热处理后通过管端车丝、接箍拧接、整管水 压试验，最后制成成品的油套管。并且热处理采用正火处理，正火温度》88(TC。采用本专利技术方法生产的具有上述成分的抗硫化氢腐蚀用中低强度油套管具 有良好的理化性能、使用性能、抗硫化氢应力腐蚀和抗氢致开裂性能，其抗硫化氢应力腐蚀门槛值达到80%SMYS (名义最小屈服强度)，抗氢致开裂性能的三 个评价指标，裂纹敏感率(CSR)、裂纹长度率(CLR)、裂纹宽度率(CTR)分别 小于2%、 15%、 5%。三者平均值分别可达0. 005%、 2.8%和0. 09%。在目前屈服 强度在379 552MPa (55ksi 80ksi)油套管的抗硫化氢应力腐蚀门槛值和抗 氢致开裂性能指标在本行业同类产品中具有独创性。 具体实施例方式本专利技术是基于以下技术思想得出来的由于该钢级的屈服强度较低，在这 样的强度下达到对应的硫化氢应力腐蚀门槛值主要取决于钢中S元素的含量，控制S的含量就能够提高抗硫化物应力腐蚀的能力从而达到门槛值，此外钢中的珠光体带状组织对氢诱发开裂(HIC)敏感极为不利，这是由于偏析的珠光 体条带处于铁素体相界面上，因此是良好的输氢通道，钢材经轧制后位错密度 增高，能加速氢原子在位错通道中的扩散，促进了氢诱发裂纹沿偏析带的扩展， 一旦存在氢诱发裂纹的形核，裂纹尖端的塑性区就会有滑移带产生，由于滑移 带与珠光体的交界处有大量的位错产生，并伴以高密度的氢气团本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗硫化氢腐蚀用中低强度油套管，其特征在于，管成分以重量％计为：Ｃ０．２６～０．３２％，Ｓｉ０．１０～０．４０％，Ｍｎ０．８０～１．５０％，Ｐ≤０．０１５％，Ｓ≤０．００５％，Ｍｏ≤０．２０％，Ｃｒ≤０．３０％，Ｃｕ≤０．３０％，Ｎｉ≤０．３０％，Ａｌ≤０．０２０％，其余为铁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张云三，国焕然，黎新春，徐天兵，王洪兵，梁永强，于海超，
申请(专利权)人：山东墨龙石油机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：37[]