一種油井用馬氏體不銹鋼無縫管制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及馬氏體不銹鋼領域，具體是一種油井用馬氏體不銹鋼無縫管制造方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著全球經濟的發展，世界各國對油氣資源的需求不斷增長，促使開發的油氣田 越來越深，涌現出很多超深超高壓井。高壓高溫和超高壓高溫井勘探開發的難度驟然增大， 使鉆井出現的問題越來越多，主要涉及到油井的設計、工具、工藝、設備、井控、儲層改造、安 全及材質選擇等一系列問題，其中最關鍵的就是材料的選擇問題。
[0003] 高壓高溫和超高壓高溫井通常都含有C02、H2S、C廠等離子，含量最高的C0 2含量超 過超過10%，H2S超過6萬ppm，（31_離子超過10萬ppm，因此腐蝕就成為在含C0 2、H2S和 C廠的環境中使用的主要問題。目前國內外用于含0)2、氏5和(：廠油井下采用材料按照環 境的惡劣程度依次為Crl3型馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和鎳基合金。Crl3型馬氏體不銹 鋼使用溫度極限為150°C，即使是更高等級的HP13Cr馬氏體不銹鋼，使用溫度也僅能提高 20°C左右，同時在H 2S存在的環境下很容易產生點蝕和H2S應力腐蝕開裂（SSC)，同時在高溫 高C廠環境下容易出產生C廠SSC，難以滿足現有苛刻腐蝕環境下的使用要求，多有井下油 管斷裂，集氣干線泄漏事故發生，致使許多油氣田井在投產不到一年而提前廢棄，不僅造成 巨大經濟損失，同時也威脅到國家能源戰略安全。為避免油井管在如此苛刻的條件下的腐 蝕，必須選用抗C0 2、H2S和C廠腐蝕和應力腐蝕開裂性能優良的雙相不銹鋼和鎳基合金，但 其價格非常昂貴，且主要依賴進口，使建設油井的投入成本過高。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是：如何克服【背景技術】中的不足，提供一種能夠滿足 深井油氣田使用環境下經濟耐蝕的一種油井用馬氏體不銹鋼無縫管制造方法。
[0005] 本發明說采用的技術方案是：一種油井用馬氏體不銹鋼無縫管制造方法，按照 如下步驟進行步驟一、冶煉馬氏體鋼錠，鋼錠中按照質量百分比：〇. 005%蘭C蘭0.05%， 0.05% ^ Si ^ 0.50%, 0.2% ^ Mn ^ 1.0%, P ^ 0.04%, S ^ 0. 005%, 15% ^ Cr ^ 19%, 2. 50% ^ Ni ^ 6. 00%, 1. 50% ^ Cu ^ 3. 50%, 1. 50% ^ Mo ^ 4. 00%,0. 01% ^ Nb ^ 0. 06%, 〇? 02%蘭V蘭0? 20%，0? 01%蘭N蘭0? 10%，其余為Fe及不可避免的雜質； 步驟二、加工成管坯，將鋼錠在1200~1280°C保溫爐中預熱后用初乳機開坯成初乳 坯，在1000~1250°C溫度下用徑鍛機經過多個道次鍛造成所棒材，鍛造變形量為20-30%， 剝皮鋸切成管坯； 步驟三、采用擠壓法或穿孔熱乳法制成鋼管； 步驟四、將鋼管進行淬火處理即將鋼管加熱至850~1050°C的溫度保溫10~30min，以快 于空冷的冷卻速度冷卻至室溫，將淬火后的鋼管接著進行回火熱處理即加熱至450~650°C 溫度保溫1~4小時，以空冷以上的速度冷卻至室溫。
[0006] 作為一種優選方式：步驟一中鋼錠中按照質量百分比：0. 01%蘭C蘭0.02%， 0. 1% ^ Si ^ 0.3%, 0.2% ^ Mn ^ 0.6%, P ^ 0.03%, S ^ 0. 003%, 16% ^ Cr ^ 18%, 3. 50% ^ Ni ^ 5. 00%, 2. 0% ^ Cu ^ 3. 0%, 2. 0% ^ Mo ^ 3. 0%, 0. 02% ^ Nb ^ 0. 04%, 〇? 05%蘭V蘭0? 15%，0? 02%蘭N蘭0? 05%，其余為Fe及不可避免的雜質。
[0007] 作為一種優選方式：步驟三中的擠壓法是指：將管坯采用深孔鉆機加工中心通 孔，在其中一端面平頭倒角加工喇叭口，喇叭口角度為33. 5±5° ;將管坯進行預熱，加熱爐 溫為950°C ±20°C，加熱時間按管還壁厚設定為4~8min/cm，保溫時間按管還壁厚設定為 1. 0~1. 5min/cm ;加入到1150~1200 °C用穿孔機進行擴孔，將管還內孔擴至大于成品管 內徑的尺寸，擴孔速率為200~220mm/s，加熱到1180~1250°C擠壓機擠壓成目標尺寸的 鋼管，擠壓速率控制在100~120mm/s，采用玻璃粉潤滑，擠壓后入水進行冷卻。
[0008] 作為一種優選方式：步驟三中的穿孔熱乳法是指：將管坯兩端打定心空，定心孔 外徑為40~80mm，深度為5~10mm。要求定心孔偏心< 0? 3mm，圓角光滑過渡；將管還進行加 熱，加熱溫度為1200~1280°C，加熱時間按管坯壁厚設定為4~8min/cm，保溫時間按管坯壁 厚設定為1. 〇~1. 5min/cm ;將加熱后的管還送至穿孔機生產成毛管，乳輯距為70~120mm， 頂頭前伸量為50~70mm，送進角為10~15° ;將熱穿孔后的毛管熱送至熱乳機組進行熱乳成 荒管，熱乳變形量為50~60%，終乳溫度控制在900°C以上；將熱乳后的荒管熱送至張減徑機 組定徑至最終尺寸，水冷或空冷至室溫。
[0009] 本發明的有益效果是：本發明提供一種用于高濃度C02、H2S及C廠共存腐蝕環境 下的高溫高壓和超高溫超高壓深井用一種油井用馬氏體不銹鋼無縫管制造方法，其成本低 于雙相不銹鋼和鎳基合金，在C0 2、H2S&C廠共存腐蝕環境下的耐腐蝕性能達到國外同類產 品水平，使用壽命比原有Cr 13型材料提高2至3倍。
【具體實施方式】
[0010] 下面就本發明的馬氏體不銹鋼成分機理進行說明。
[0011] C是奧氏體形成元素，提高C含量可以減少奧氏體形成元素Ni的含量，從而降 低成本，同時C元素可以提高合金強度，因此C含量應在0. 005%以上。然而C含量提高 會促進基體碳化物的析出，當馬氏體不銹鋼的C含量超過0. 05%時，在含有C02、H2S等腐蝕 環境下耐腐蝕性將顯著惡化，同時C含量增高Ni導致的回火敏化程度，。因此，將C含量規 定為0.005~0.05%。另外，從降低Ni含量的角度考慮，C含量在0.01 %以上比較適宜， 優選的范圍是0. 01~0. 02 %。
[0012] Si在煉鋼時作為脫氧劑而添加，但添加量過大時會降低合金的熱加工性能和韌 性，為此限定Si含量為0~0. 5%，優選含量為0. 1~0. 3%。
[0013] Mn是形成奧氏體的元素，可以在冶煉過程中起到脫氧、脫硫的作用，同時提高強度 和熱加工性。若含量過少，無法起到效果，若添加量過大，會影響到不銹鋼的韌性，同時高溫 下的耐蝕性能降低。因此，本不銹鋼中Mn的含量范圍為0. 2~1. 0%，優選含量為0. 2~0. 6%。
[0014] P是雜質，會降低不銹鋼在〇)2環境中的耐腐蝕性和耐應力腐蝕性能。因而，P含 有量為0.04%以下。優選含量為0.03%以下。
[0015] S對管坯和鋼管制造過程中的的熱加工性能非常不利，因而S元素含量限定為 0. 005%以下，優選含量為0. 003以下。
[0016] Cr可以在表面形成氧化膜，是確保在含有C02、C廠、H2S等的嚴酷的腐蝕環境下 的耐腐蝕性和耐應力腐蝕開裂性所必需的重要元素，達到耐高溫腐蝕的效果，Cr的含量必 須在15. 00%以上，但是當Cr含量超過19%以后，鐵素體含量增大，熱加工性能急劇惡化，同 時強度降低。因此，將Cr的含量規定為13. 00~19. 00%，優選的范圍是16. 00~18. 00%。
[0017] Ni是典型的提高耐全面腐蝕性的奧氏體形成元素，可以提高保護膜的穩定性，提 高在C02、C廠、H2S環境中的耐腐蝕性能和耐應力腐蝕性能，添加量在2. 5%以上時才會起到 上述效果，含量過高時會提高殘余奧氏體含量，降低合金強度，同時提高制造成本。因此，本 發明中，Ni的含量為2. 50%~6.00%，優選含量為3. 50%~5. 00%。
[0018] Cu可以在回火過程中彌散析出富Cu相起到沉淀強化的作用，可以提高強度，挺尸 還可以降低馬氏體不銹鋼的腐蝕速度。然而Cu含量過高會顯著降低合金的熱加工性。因 此本發明中的Cu含量為1. 50~3. 50 %，優選含量為2. 00~3. 00 %。
[0019] Mo是一種鐵素體形成元素，在含有足夠Cr的前提下，添加適量Mo可以提高本馬氏 體不銹鋼的抗點蝕性能及耐應力腐蝕性能，含量在1.5%以下時起不到上述作用，但Mo元素 的含量超過4. 0%時，會降低強度同時增加成本。綜合考慮，本發明中Mo的含量為1. 50~ 4. 00%，優選含量為2. 00~3. 00%。
[0020] Nb和V是強碳化物形成元素，可以抑制Cr的碳化物在晶界析出，起到沉淀強 化作用，同時形成