專利名稱：：13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氫腐蝕油套管用鋼及其制造方法
技術領域：
：本發明涉及一種超級13Cr不銹鋼油套管用鋼及其制造方法，特別是含有高濕潤二氧化碳、氯離子、微量硫化氫等復合酸性腐蝕環境條件下的油氣井油套管用鋼的化學成分。
背景技術：
：現有API5CT規范中13Cr不銹鋼油套管鋼種只有2Crl3—個，產品鋼級最高為95ksi，最高服役溫度為120°C。此外，該產品抗硫化氫應力腐蝕開裂性能差，不適合硫化氫腐蝕環境。隨著石油天然氣開采條件不斷惡化，井深超過5000米、腐蝕氣氛同時富含C02和硫化氫、而且強度超過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(d5(TC)、耐蝕性能更好(二氧化碳和微量硫化氫)、強度更高的油套管，如110鋼級油套管。為滿足高強度和高耐蝕性要求，國外各大鋼管廠紛紛研制出耐高溫高二氧化碳和微量硫化氫腐蝕的非標110-13Cr不銹鋼油套管，如川崎的K0-HP2-13Crl10，住友的低碳SM13CRM-110等，其化學成分如表1所示。表1川崎和住友超級13Cr油套管的化學成分<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>日本專利特開平4-224656適用于100-150°C，強度要求90-100鋼級，0.007Mpa硫化氫不開裂;昭61-207550、平4-88152專利中鋼級最高只能到100Ksi，此外，碳含量較高，H2S性能較差；而特開平11-140594專利中復合加入了Al、N、Ti等元素，冶煉過程容易形成A1N、TiN等對H2S應力腐蝕開裂有影響的脆性夾雜物。上述專利主要針對要求抗C02和微量H2S腐蝕用油套管，其化學成分如表2所示。表2日本專利中油套管用鋼的化學成分(wt%)專利號(鋼級)CSiCrMMoCuAlNNbFe昭61-207550(IOOKsi)0.03/020《1.0《1.012/1405/6.005/40《0.006特開平4-224656(90-100Ksi)0.02/0.05動3030/1212/143.0/5.00.5/1.50.01/0.050.03/0.08特開平11-140594沃)幼05動3《10/144.0/7.01.0/3.01/20.06/03《0,080.005/o扁平4-88152(《100Ksi)0.08筋《1.0《2.014/1605/3,00.1/1.00.03/0,100.05/030
發明內容本發明的目的在于提供一種13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氫腐蝕油套管用鋼及其制造方法。本發明是這樣實現的一種13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氫腐蝕油套管用鋼，按重量百分比計，其化學成分配比為C:0.01~0.05%，Si:，Mn:0.20~1.00%，Cr:12~14%，Mo:1.0~3.00/0，Ni:4.06.00/0，Cu:1.0~2.0%，Nb:0.02~0.10%，其余為Fe和不可避免的雜質元素，雜質元素總量低于0.05%。本發明油套管用鋼的特點是通過復合加入少量Cu和微量Nb元素，不僅成分相對簡單，而且保證了強度級別達到110鋼級，同時在150-18(TC下保證了鋼的抗二氧化碳、硫化氫及氯離子等腐蝕性能。本發明油套管用鋼化學成分設計的選擇原因如下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0.01%時淬透性和強度不足；碳含量超過0.05%，組織中因碳與鉻形成碳化物而降低晶界鉻含量，降低抗腐蝕性能。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，降低材料的韌性。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，同時對降低冷脆轉變溫度有益。Ni加入量小于4%，抗硫性能效果不明顯，加入量超過6%，成本增加過高。Mo:是耐點蝕和耐硫化物應力腐蝕性能所必要的元素。低于1.0%效果不明顯，超過3%成本增加且極易導致高溫5鐵素體形成，高溫形變性能惡化。Nb:作為微合金化元素可以提高鋼回火穩定性，低于0.02%時效果不明顯，超過O.1%時加工性能變差。Cu:在C02介質中形成保護膜，提高耐蝕性能。小于1%，銅量過低效果不明顯，超過2%，易出現晶界析出，惡化加工性能。Si:加入鋼中起到脫氧和改善耐蝕性的作用，但高于0.5%,加工和韌性惡化。Mn:改善鋼的強韌性的元素，小于0.2%時作用不明顯，大于1%，將降低腐蝕性能。一種13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氫腐蝕油套管用鋼的制造方法，包括如下步驟1)油套管用鋼化學成分配比按重量百分比計為C:0.01~0.05%，Si:，Mn:0.20~1,00%，Cr:12~14%，Mo:1.0~3.00/0，Ni:4.0~6.00/0，Cu:1.0~2.0%，Nb:0.02~0.10%，其余為Fe和不可避免的雜質元素，雜質元素總量低于0.05%;2)將上述成分配比的油套管用鋼通過電爐冶煉煉鋼澆鑄成鑄錠，鍛造前采用溫錠入爐，入爐鋼錠表面溫度小于60(TC;3)鍛造圓坯在鍛后進行退火，退火溫度控制在650800'C之間，退火后的管坯在115CTC125(TC加熱保溫1.52小時后經穿孔、熱軋成荒管；4)熱軋鋼管在9001000"C溫度下進行水淬火后，分別在600700'C和55060(TC進行兩次回火，回火時間均控制在1小時之內。本發明制造方法的主要特點在于熱軋管經過兩次回火后明顯改善了鋼的組織，極大地提高了產品的抗腐蝕性能。具體實施方式表3所示為本發明油套管用鋼和現有油套管用鋼的化學成分，按重量百分比計，其中卜7為本發明鋼種，8-IO為目前油田普遍使用的不銹鋼油套管用鋼的對比鋼種。表3本發明油套管用鋼和現有油套管用鋼的化學成分，wt%<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>按表3所示的化學成分將鋼號1_7的鋼種通過電爐冶煉煉鋼澆鑄成鑄錠，鍛造前采用溫錠入爐，入爐鋼錠表面溫度小于60(TC;鍛造圓坯在鍛后進行退火，退火溫度控制在650800'C之間，退火后的管坯在115(TC1250'C加熱保溫1.52小時后經穿孔、熱軋成荒管；熱軋鋼管在900100(TC溫度下進行水淬火后，分別在60070(TC和55060(TC進行兩次回火，回火時間均控制在1小時之內，由此得到110鋼級油套管產品。本發明實施例中鋼號17的本發明鋼及鋼號810的對照鋼的力學性能和抗二氧化碳、微量硫化氫(小于0.01MPa)及氯離子腐蝕性能比較，參見表4。其中，腐蝕性能以180'C條件下二氧化碳分壓2.5MPa并加入3.5%NaCl，介質流速設定為2m/S，實驗時間為168小時，測定腐蝕失重并轉換成腐蝕速率，單位mm/a。抗硫化氫實驗利用現有高抗硫恒載荷實驗方法(室溫20'C，硫化氫分壓0.01Mpa)，作為微量硫化氫的加速實驗，比較本發明鋼與現油田使用的IIO鋼級耐二氧化碳、微量硫化氫(小于0.OlMPa)及氯離子腐蝕的油套管用鋼發生斷裂時間是否相當，比照其在微量硫化氫腐蝕環境中的抗腐蝕性能。表4本發明鋼和對照鋼的力學性能和抗二氧化碳、氯離子、硫化氫腐蝕性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表4的結果可以看出，本發明的油套管用鋼耐高溫、二氧化碳、硫化氫及氯離子腐蝕性能與現油田使用的低碳的鉻、鉬高合金不銹鋼油套管用鋼的強度和耐腐蝕性能相當。本發明用鋼經過電爐煉鋼、模鑄、鍛造開坯、軋制制管及合理的熱處理工藝之后，可以獲得力學性能滿足110鋼級的非API耐蝕油套管。通過銅、鈮合金化，可以明顯提高材料的抗硫化氫應力腐蝕開裂性能。權利要求1、一種13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氫腐蝕油套管用鋼，其特征是按重量百分比計，其化學成分配比為C0.01～0.05％，Si≤0.5％，Mn0.20～1.00％，Cr12～14％，Mo1.0～3.0％，Ni4.0～6.0％，Cu1.0～2.0％，Nb0.02～0.10％，其余為Fe和不可避免的雜質元素，雜質元素總量低于0.05％。2、一種13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氫腐蝕油套管用鋼的制造方法，其特征是包括如下步驟1)油套管用鋼化學成分配比按重量百分比計為C:0.01~0.05%，Si:幼.5%,Mn:0.20~1.00%，Cr:12~14%，Mo:1.0~3.0%，Ni:4.0~6.0%，Cu:1.0~2.0%，Nb:0.02~0.10%,其余為Fe和不可避免的雜質元素，雜質元素總量低于0.05%;2)將上述成分配比的油套管用鋼通過電爐冶煉煉鋼澆鑄成鑄錠，鍛造前采用溫錠入爐，入爐鋼錠表面溫度小于60(TC;3)鍛造圓坯在鍛后進行退火，退火溫度控制在650800。C之間，退火后的管坯在115(TC125(TC加熱保溫1.52小時后經穿孔、熱軋成荒管；4)熱軋鋼管在900100(TC溫度下進行水淬火后，分別在60070(TC和55060(TC進行兩次回火，回火時間均控制在1小時之內。全文摘要本發明公開了一種13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氫腐蝕油套管用鋼及其制造方法，油套管用鋼化學成分配比按重量百分比計為C0.01～0.05％，Si≤0.5％，Mn0.20～1.00％，Cr12～14％，Mo1.0～3.0％，Ni4.0～6.0％，Cu1.0～2.0％，Nb0.02～0.10％，其余為Fe和不可避免的雜質元素，雜質元素總量低于0.05％。本發明用鋼經過電爐煉鋼、模鑄、煅造開坯、軋制制管及合理的熱處理工藝之后，可以獲得力學性能滿足110鋼級的非API耐蝕油套管。通過銅、鈮合金化，可以明顯提高材料的抗硫化氫應力腐蝕開裂性能。文檔編號C21D1/18GK101397637SQ20071004662公開日2009年4月1日申請日期2007年9月29日優先權日2007年9月29日發明者唐豪清,張忠鏵,徐文亮申請人:寶山鋼鐵股份有限公司