專利名稱：：耐高溫隔熱油管用鋼、隔熱油管及其制造方法
技術領域：
：本發明涉及一種耐高溫隔熱油管用鋼、用這種鋼制成的隔熱油管及其制造方法。
背景技術：
：隨著石油開采工業的不斷發展和石油消耗量的不斷增加，開采稠油已成為國內外許多石油公司的主要產量來源。目前，我國稠油年產量達1500萬噸以上，稠油開采通常有蒸汽吞吐和蒸汽驅兩種開采方式。蒸汽吞吐是指在本井中完成注蒸汽、燜井和開井生產三個過程的稠油開采方法。但是蒸汽吞吐通常只能采出井點周圍油層中有限區域內的原油，而且蒸汽吞吐的原油采收率一般只有1020%。蒸汽驅是指通過適當井網由注氣井連續注汽，在注入井周圍形成蒸汽帶，注入的蒸汽將地下原油加熱并驅到周圍生產井后產出。蒸汽驅一般持續5年或更長時間，蒸汽驅階段的原油采收率一般可達2030%。而且，根據整個稠油的油藏量可有計劃地實施蒸汽吞吐向蒸汽驅轉換，從而巧妙地避開蒸汽吞吐的低效期，保持稠油油藏的穩產。九十年代以前，我國稠油開采主要以蒸汽吞吐井為主，但是，目前國內油田采用蒸汽吞吐開采技術進行稠油開采已普遍進入高輪次，而采用稠油蒸汽驅井開采方式，可以有效地提升稠油油田進入高輪次開采階段后的采收率，對提高稠油產量有突出效果。但是隨著稠油開采方式由蒸汽吞吐井向蒸汽驅井的轉變，對油管也提出了更高的要求，目前國內使用的油管25Mn2、25CrMo因其碳當量較低，合金元素含量少，加之沒有適宜的焊材和焊接工藝，故高溫性能差，容易變形，不能在蒸汽驅井溫度為350°C、氣壓為20Mpa的條件下長期使用。國外，未見報道采用稠油蒸汽驅井開采方式，因此至今未檢索到有關蒸汽驅隔熱油管的材質及其生產制造和焊接技術工藝的報道。寶鋼曾于2005年申請過一項蒸汽隔熱油管用鋼的專利，具體成份為碳0.050.20%，硅O.100.6%，錳O.101.0%，鉻0.51.0%，鉬0.101.0%，鎢0.11.0%，同時還包括含有鋁、鈮、釩、等元素中的一種或一種以上，含量為0.100.05%。該專利申請中涉及的鋼材成份相對復雜，制造成本較高，而且也沒有涉及油管的焊接制造方法。發明概述本發明的第一個目的在于提供一種耐高溫隔熱油管用鋼。本發明的第二個目的在于提供用這種鋼制成的耐高溫隔熱油管。本發明的第三個目的在于提供這種耐高溫隔熱油管的制造方法。本發明提供的耐高溫隔熱油管用鋼為低合金鋼，其所含元素的重量百分比含量為C0.050-20%，Si0.010.6%，Mn0.101.0%，p^0.015%，s^).015%，w0.101.0%，Cr0.101.0%，Mo0.101.0%，余量為鐵元素。本發明的耐高溫隔熱油管以上述耐高溫隔熱油管用低合金鋼為材質，其所含元素的重量百分比含量為C0.050.20%，Si0.010.6%，Mn0.101.0%，P^).015%，SS0.015%，W0.101.0%,Cr0.101.0%，Mo0.101.0%，余量為鐵元素；所述隔熱油管包括內管和外管，所述內管的端部擴口后與外管端部焊接相連，所述內管和外管之間有一層隔熱層。本發明提供的耐高溫隔熱油管制造方法包括冶煉、澆注、軋制、熱處理、擴口及內管和外管端部的焊接工序，其中所述內管和外管端部的焊接工藝包括采用上披焊，焊接層數為4層，焊接工藝參數為焊接電流200400A，焊接電壓2030V，焊接速度300600mm/min，氣流量10201/min，在保護氣體下焊接；采用低碳低合金鋼為焊絲；焊接的預、后熱處理為焊前預熱溫度20040(TC，焊后回火溫度600750°C。發明詳述本發明的第一個方面提供一種耐高溫隔熱油管用鋼，這種耐高溫隔熱油管用鋼為低合金鋼，其所含元素的重量百分比含量為C0.050.20%，Si0.010.6%，Mn0.101.0%，P^).015%，S^0.015%，W0.101.0%，Cr0.101.0%，Mo0.101.0%，余量為鐵元素。各化學成份含量范圍的選擇原理如下C是保證鋼管室溫強度和淬透性所必需的成份,但當碳含量低于O.05%時淬透性和強度不夠，高于O.20%則韌性變壞，焊接性變差。Mo的加入提高了材料的室溫、高溫強度和淬透性。如加入量低于O.10%，效果不明顯，高于1.0%，加工性能、焊接性能惡化。Si加入鋼中起到了脫氧的作用。低于O.1%含量效果不明顯。當含量超過0.6%后，加工性和韌性惡化。Cr為碳化物形成元素，可以提高鋼的室溫、高溫強度和淬透性，但是，Cr含量小于O.1%時，效果不明顯，超過1.0%時成本增加并且會降低鋼的韌性，焊接性能也變差。Mn為奧氏體形成元素，可以提高鋼的淬透性，含量小于O.1%時作用不明顯，含量大于1.0%時，組織偏析傾向加重，影響熱軋組織的均勻性。W為碳化物形成元素，可以明顯提高鋼在高溫下的瞬時和持久強度和淬透性，但是，W含量小于O.1%時，效果不明顯，超過1.0%時會大大降低鋼的韌性，焊接性能也變差。在一個優選實施方式中，本發明的耐高溫隔熱油管用鋼其主要元素的重量百分比含量為C0.080.15%，Si0.150.35%，Mn0.40.8%，W0.10.2%，Cr0.50.8%，Mo0.20.4%。雜質元素的總量低于0.05%。本發明的第二個方面提供一種耐高溫隔熱油管，這種耐高溫隔熱油管以上述耐高溫隔熱油管用低合金鋼為材質，其所含元素的重量百分比含量為C0.050-20%，Si0.010.6%，Mn0.101.0%，P^O.015%,S^O.015%,W0.101.0%，Cr0.101.0%，Mo0.101.0%，余量為鐵元素；所述隔熱油管包括內管和外管，所述內管的端部擴口后與外管端部焊接相連，所述內管和外管之間有一層隔熱層。在一個優選實施方式中，本發明的耐高溫隔熱油管以上述耐高溫隔熱油管用低合金鋼為材質，其中主要元素的重量百分比含量為C0.080.15%，Si0.150.35%，Mn0.40.8%，W0.10.2%，Cr0.50.8%，Mo0.20.4%。雜質元素的總量低于0.05%。在一個優選實施方式中，本發明的耐高溫隔熱油管所包括的內管的規格為①73mmX5.5mm，外管的規格為O114.3X6.35mm。在一個更優選的實施方式中，本發明的耐高溫隔熱油管所包括的內管和外管之間的隔熱層為真空隔熱層。本發明的第三個方面提供一種耐高溫隔熱油管的制造方法，包括冶煉、澆注、軋制、熱處理、擴口及內管和外管端部的焊接工序，其中所述內管和外管端部的焊接工藝包括采用上披焊，焊接層數為4層，焊接工藝參數為焊接電流200400A，悍接電壓2030V，焊接速度300600mm/min，氣流量10201/min，在保護氣體下焊接；采用低碳低合金鋼為焊絲；焊接的預、后熱處理為焊前預熱溫度20040(TC，焊后回火溫度600750°C本發明的耐高溫隔熱油管制造方法中，焊接工藝參數最佳控制范圍為焊接電流250300A，焊接電壓2325V，焊接速度400500mm/min，氣流量12171/min。在一個優選實施方式中，焊接過程所采用的保護氣體為C02和Ar混合氣體。在一個優選實施方式中，焊絲所采用的低碳低合金鋼為H08CrMnSiMoA，該低碳低合金鋼的主要化學成份為碳O.040.05%,硅0.20.3%，錳1.01.2%，鉻O.91.1%，鉬O.50.8%，硫《0.015%，磷《0.015%。在一個優選實施方式中，焊接的最佳預后熱處理為焊前預熱溫度280300。C，焊后回火溫度650。700°C。在一個優選實施方式中，冶煉釆用電弧爐冶煉及LF+VOD爐外精煉；軋制采用熱軋，管坯的加熱溫度為12001300°C，開軋溫度為11501250°C，終軋溫度為》850°C，軋制成的內管和外管在850950。C范圍水淬后再經600750。C溫度回火；擴口是對內管端部感應加熱至115(TC后進行擴口。在一個更優選的實施方式中，采用如下生產工藝先經150噸電弧爐冶煉及LF+VOD爐外精煉，然后經連鑄和熱軋制造成規格為073mraX5.5mm的內管及規格為0114.3X6.35mm的外管，在熱軋過程中，管坯的加熱溫度為12001300°C，開軋溫度為11501250。C，終軋溫度為^85(TC;軋制成的內管和外管在850950。C范圍水淬后再經60075(TC等不同溫度回火成適當鋼級后，再對內管端部感應加熱至115(TC后進行擴口，隨后將內管和外管端部按所述的焊接工藝焊接相連成新型隔熱油管。采用上述技術方案，具有下列效果本發明所用鋼種屬低合金鋼范疇，與原有鋼種25Mri2相比，在降低碳含量的基礎上復合加入了少量的Cr、Mo、W等元素；與原有鋼種25CrMo相比，在降低碳含量的基礎上復合加入了W元素。因此，本發明所用鋼種，明顯提高了25040(TC溫度下的高溫強度，抗蠕變性能。另外，本發明所用鋼種的焊接制造方法在國內外沒有相關技術的報道，通過采用該焊接制造方法的新型焊材和焊接工藝，保證了焊接力學性能。通過合適的冶煉、爐外精煉、連鑄、軋制、熱處理工藝及專門研制的焊接工藝制造成的上述低合金鋼的隔熱油管的35(TC的高溫性能與一般常規的油管產品相比.*高溫強度明顯提高，穩態蠕變速度(5°/。小時)明顯降低，油管焊接性能良好，滿足用戶要求。在石油開采工業中，一般要求開采稠油的油管拉伸屈服強度cj,5(MPa)不能低于美國石油協會標準API5CT規定的拉伸屈服強度o。.5(Mpa)為552Ma的要求，原有鋼材25CrMo及25Mn2的o。.5(Mpa)在35(TC下的高溫拉伸屈服強度明顯低于API5CT規定的552Mpa的要求，25Mn2的最低拉伸屈服強度o。.s(Mpa)僅為440Mpa。而本發明所用鋼種35(TC的高溫拉伸屈服強度o。.5(Mpa)為585720Mpa之間明顯大于API5CT規定的o0.2(Mpa)為552Mpa的要求。綜合上述，原有鋼種25CrMo及25Mri2不能用于蒸汽驅的高溫條件下，而本發明所用鋼種制造成的隔熱油管具有優良的高溫性能完全可以成功地在溫度為350°C，氣壓為20Mpa的蒸汽驅條件下使用。附圖的簡要說明圖1為內外管端部焊接的剖視示意圖。具體實施方式下面用實施例對本發明作進一步闡述，但這些實施例絕非對本發明有任何限制。本領域技術人員在本說明書的啟示下對本發明實施中所作的任何變動都將落在權利要求書的范圍內。表1列出了用于蒸汽驅稠油開采的本發明新型隔熱油管所用鋼種實際冶煉的5個鋼號AtA"用于吞吐稠油開采的美國成品油管所用鋼種25Mri2、日本成品油管所用鋼種25CrMo、國內成品油管所用鋼種25Mnz及25CrMo的化學成份標準控制范圍。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本實施例的隔熱油管用鋼種坯料經150噸電弧爐冶煉、LF+VOD爐外精煉、連鑄而成的，該連鑄坯經熱軋制成073mmX5.5ram及(D114.3mmX6.35的內外管，管坯加熱溫度和開軋溫度分別在12001300。C和115(rC125(rC之間，終軋溫度85(rC以上。鋼管在85095(TC范圍水淬后再經60075(TC等不同溫度回火成適當鋼級后先對內管端部感應加熱至115(TC后進行擴口，隨后將其和外管進行焊接。焊接的技術方案為采用上坡焊、材料的厚度為內管的壁厚5.5mm，焊接層數為4層，如圖1所示，l為第一層焊接，2為第二層焊接，3為第三層焊接，4為第四層悍接，5為外管，6為內管，7為真空隔熱層，8為第一、二、三層焊接的焊縫，9為第四層悍接的悍縫。焊接工藝參數的控制見表2。表2蒸汽驅隔熱油管焊接工藝規范<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>蒸汽驅隔熱油管工作在溫度為35(TC，氣壓為20Mpa環境中，因此，在制定焊接工藝時，選擇既要保證焊接接頭的高溫熱強性又要防止焊接時發生冷震的焊絲是焊接工藝規范制定的原則，經過對國內外多種焊絲成份，性能等方面進行比較分析，最終選定了表2所示的H08CrMn2SiMoSA低碳低合金鋼焊絲，該焊絲的主要化學成份見表3所示。表3恥8CrMn2SiMoA焊絲的主要化學成份(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表3所示H08CrMn,SiMoA焊絲極低的含碳量主要是為了改善鋼材的焊接性，低的含碳量可以提高鋼材的抗冷震性以及低溫韌性，從而改善材料的焊接性；而高的Mn、Cr、Mo合金元素含量則保證了焊接接頭的高溫熱強性。因此，極低的含碳量、高的合金元素含量既保證了焊縫性能與母材匹配，具有必要的高溫熱強性，同時又改善了鋼材的焊接性。蒸汽驅隔熱油管合金元素含量很高，淬硬性和冷裂傾向嚴重，為了防止冷裂紋及近縫區硬化現象，制定合理的預熱溫度和焊后回火溫度是非常重要的。通過一系列試驗確定本發明蒸汽驅隔熱油管所用鋼的最佳預后熱處理為焊接前的預熱溫度為280300，焊后回火溫度為65070(TC。表4所示為本發明蒸汽驅隔熱油管所用鋼實際冶煉鋼號A,A5的80鋼級與原蒸汽吞吐隔熱油管所用鋼25Mn2及25CrMo的力學性能對比。從表4所列的數據中可以看出本發明蒸汽驅隔熱油管所用鋼的80鋼級35(TC的高溫性能與原蒸汽吞吐隔熱油管相比高溫強度明顯提高，蠕變速率明顯降低，這是因為本發明蒸汽驅隔熱油管所用鋼復合加入少量Cr、W、Mo元素的緣故，這些合金元素會明顯提高，250°C-40(TC溫度下的高溫強度和抗蠕變性能。從表4還看出鋼號A,A5的35(TC高溫強度Ob為695732Mpa，高溫屈服強度o。.s為585720Mpa全部達到API5CT(美國石油協會標準)規定的35(TC下Oh》689Mpa，o。.^552Mpa的要求。尤其35(TC下鋼號AiA5的屈服強度全部達到API5CT(美國石油協會標準)的要求從而保證本發明的隔熱油管能成功地在蒸汽驅溫度為35(TC，氣壓為20Mpa的條件下使用，而原蒸汽吞吐隔熱油管25Mn2及25CrMo的35(TC高溫屈服強度o。.5(Mpa)均低于552Mpa，其中25Mri2的0.5(Mpa)只有440Mpa，所以25Mn2及25CrMo不能使用在蒸汽驅溫度為35(TC氣壓為20Mpa的高溫條件下。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表5所示為本發明所用鋼焊縫接頭高溫拉伸性能的試驗結果，表6所示為焊縫接頭彎曲試驗結果，表7所示為焊縫接頭室溫沖擊試驗結果。從表達5看出焊縫接頭高溫拉伸的試驗結果，斷裂位置在母材。從表6看出焊縫接頭彎曲180度的試驗結果無裂紋，符合要求，從表7看出焊縫接頭室溫沖擊性能超過30J完全滿足用戶要求。這說明采用上述焊接工藝后本發明的隔熱油管的焊接部份的性能完全能使用在蒸汽驅溫度為35(TC，氣壓為20Mpa的高溫條件，滿足用戶要求。表5焊縫接頭高溫拉伸試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表6焊縫接頭彎曲試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表7焊縫接頭室溫沖擊試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>權利要求1.一種耐高溫隔熱油管用鋼，其特征在于為低合金鋼，其所含元素的重量百分比含量為C0.05～0.20％，Si0.01～0.6％，Mn0.10～1.0％，P≤0.015％，S≤0.015％，W0.10～1.0％，Cr0.10～1.0％，Mo0.10～1.0％，余量為鐵元素。2.如權利要求1所述的耐高溫隔熱油管用鋼，其中主要元素的重量百分比含量為C0.080.15%,Si0.150.35%，Mn0.40.8%，W0.10.2%，Cr0.50.8%，Mo0.20.4%，雜質元素的總量低于0.05%。3.—種耐高溫隔熱油管，其特征在于以權利要求1或2所述耐高溫隔熱油管用鋼為材質；所述隔熱油管包括內管和外管，所述內管的端部擴口后與外管端部焊接相連，所述內管和外管之間有一層隔熱層。4.如權利要求3所述的隔熱油管，其中所述內管的規格為073mmX5.5mm，所述外管的規格為OU4.3X6.35mm。5.如權利要求3所述的隔熱油管，其中所述內管和外管之間的隔熱層為真空隔熱層。6.權利要求3所述隔熱油管的制造方法，包括冶煉、澆注、軋制、熱處理、擴口及內管和外管端部的焊接工序，其特征在于，所述內管和外管端部的焊接工藝包括采用上披焊，焊接層數為4層，焊接工藝參數為焊接電流200400A,焊接電壓2030V，焊接速度300600鵬/min，氣流量10201/min，在保護氣體下焊接；采用低碳低合金鋼為焊絲；焊接的預、后熱處理為焊前預熱溫度200400。C，焊后回火溫度600750。C。7.如權利要求6所述的制造方法，其中焊接電流為250300A，焊接電壓為2325V，焊接速度為400500隨/min,氣流量為12171/rain。8.如權利要求6所述的制造方法，其中所述保護氣體為C02和Ar混合氣體。9.如權利要求6所述的制造方法，其中所述焊絲采用的低碳低合金鋼為H08CrMnSiMoA，該低碳低合金鋼的主要化學成份為碳0.040.05%，硅0.20.3%，錳1.01.2%，鉻0.91.1%,鉬0.50.8%，硫《0.015%，磷《0.015%。10.如權利要求6所述的制造方法，其中焊接采用的預、后熱處理為焊前預熱溫度280300°C，焊后回火溫度650700°C。11.如權利要求6所述的制造方法，其中所述冶煉采用電弧爐冶煉及LF+VOD爐外精煉；所述軋制采用熱軋，管坯的加熱溫度為12001300°C，開軋溫度為U50125(TC，終軋溫度為》85(TC，軋制成的內管和外管在85095(TC范圍水淬后再經60075(TC溫度回火；所述擴口是對內管端部感應加熱至115(TC后進行擴口。全文摘要一種耐高溫隔熱油管用鋼，其化學成份為C0.05～0.20％，Si0.01～0.6％，Mn0.10～1.0％，P≤0.015％，S≤0.015％，W0.10～1.0％，Cr0.10～1.0％，Mo0.10～1.0％，余量為鐵元素；以該鋼種為材質的耐高溫隔熱油管；以及該油管的制造方法，包括冶煉、澆注、軋制、熱處理、擴口及內管和外管端部的焊接工序，所述焊接工序采用合適的焊接參數、預、后熱處理及合適的焊絲。本發明所用鋼種制成的隔熱油管具有優良的高溫性能，可成功地在溫度為350℃、氣壓為20MPa的蒸汽驅的高溫條件下使用。文檔編號C22C38/22GK101270445SQ200710038389公開日2008年9月24日申請日期2007年3月23日優先權日2007年3月23日發明者孫元寧,張忠鏵,蔡海燕申請人:寶山鋼鐵股份有限公司