[发明专利]一种抗二氧化碳腐蚀用低合金钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及低合金钢，特别是涉及80ksi钢级抗二氧化碳腐蚀油井管用低合金钢及其制造方法。

背景技术

CO₂腐蚀是油气田开发过程中长期存在的重大问题之一。针对中等及以上CO₂分压、高氯离子含量、低PH值以及井中高压和流体冲刷形成的强腐蚀环境，使用超级13Cr不锈钢管材是保证油田安全、高效生产的最有效办法。但是，对我国多数开采寿命较短的贫矿低渗透油田而言，采用高铬不锈钢油管经济性较差，为此，宝钢开发出了80ksi钢级以上调质处理的经济型3Cr系列抗CO₂腐蚀油套管产品。

如公开号为CN1401809A的中国专利申请公开了一种抗二氧化碳腐蚀的低合金钢及油套管，其组成为：C0.01～0.30％，Si：0.1～1.0％，Mn：0.1～2.0％，Cr：0.5～3.0％，Mo：0.01～1.0％，Cu：0.05～1.0％，Al：0.01～0.1％，Ce：0.01～0.25％，V：0.005～0.1％。其主要通过添加适当的Mo、Ni、W、Cr等元素，经调质或正火处理后获得优异的抗二氧化碳腐蚀性能，其最终组织类型为索氏体或者回火索氏体。

公开号为CN1487112A的中国专利申请公开了一种抗二氧化碳和抗硫化氢腐蚀用低合金钢，其主要特点在于通过加入3％以下的Cr和微量稀土元素Ce后通过调质热处理制造80～95ksi钢级的抗CO₂、H₂S腐蚀油管，最终组织类型为回火索氏体。

公开号为CN1292429A的中国专利申请公开了一种抗二氧化碳及海水腐蚀油套管用低合金钢，其采用低碳成分，通过添加适当的Mo、Cr、Cu等元素来提高合金的抗二氧化碳及海水腐蚀性能，经冶炼、锻造、轧制、热处理后强度可达到80ksi以上的钢级。

现有技术的油管产品多为适用于含中等或较高CO₂含量的油气井中，制造过程中在热轧工序后往往需要通过高温调质的热处理方式来保证抗二氧化碳腐蚀性能，即在高于870℃以上温度水淬或油淬后再在高于630℃温度下高温长时间回火达到性能要求，其简要的生产工艺流程为炼钢-连铸-轧管-调质热处理，最终的组织类型为回火索氏体。

随着开采条件的改变，国内外很多氯离子含量较低、原来不含CO₂的油气井中出现了微量CO₂，针对这种情况，采用目前油田常规的N80油套管已不能够满足抗CO₂腐蚀性能的要求，而采用目前国际国内市场上最为经济的抗CO₂腐蚀3Cr系列油管也难达到最佳性价比，为此，国内很多油田提出了能轻微抗CO₂腐蚀且性价比合适油管的需求。因此，有针对性的研究开发微抗CO₂腐蚀、热处理工艺更加简单、性价比更适合的经济型低合金油管具有很现实意义。需要开发一种性价比优异的抗二氧化碳腐蚀用80ksi钢级的低合金刚。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗二氧化碳腐蚀的低合金钢，特别是80ksi钢级抗二氧化碳腐蚀油井管用低合金钢。本发明的钢种组成以及生产工艺相对简单，而且与目前油田常规N80油管相比有较好的抗二氧化碳腐蚀性能，是一种经济型油管钢种。

为实现上述目的，本发明的抗二氧化碳腐蚀的低合金钢，其按重量百分比计的组成为：C：0.20～0.35％，Si：0.10～1.0％，Mn：0.20～1.5％，Cr：0.5～1.5％，V：0.02～0.1％，Al：0.01～0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质，杂质元素的总量低于0.05％。

本发明通过较为经济的钢种成分设计以及热轧空冷到室温后进行两相区正火处理得到性价比优异的80ksi钢级的抗二氧化碳腐蚀用低合金钢，该钢种特别适合用于油井管。

本发明的抗二氧化碳腐蚀的低合金钢的制造方法，是在按照常规方法在进行炼钢、连铸、热轧及空冷后，在820～870℃进行两相区正火。

本发明的钢经过炼钢、连铸及热轧和在820～870℃进行两相区正火后，其力学性能达到了80ksi钢级要求，最终金相组织类型以铁素体+珠光体+索氏体组织为主。模拟国内某油田的典型腐蚀环境进行高压釜抗CO₂腐蚀对比试验，试验结果表明，在相同条件下，与常规N80油田用管对比，本发明钢的年平均腐蚀速率降低了一倍。

本发明的低合金钢选择化学成分范围的原因如下：