[发明专利]一种铁镍铬合金油套管及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及油套管，特别是涉及一种铁镍铬合金油套管及制造方法。这种油套管具有单一的奥氏体组织，其中金属间化合物、碳化物和氮化物等析出相的数量≤1％，具有高力学性能和良好的抗应力腐蚀能，可用于高酸性油气田的开采开发。

背景技术

随着能源需求的不断增加，可开采油气资源的不断减少，油气资源的开采不得不转向深井、超深井以及强腐蚀性井。这类油气井的特点就是高温、高压、高CO₂、H₂S分压、含有单质硫以及高矿化度。为了满足这类油气井的开采开发需求，越来越多的超高合金油套管产品被开发出来，特别是镍基合金油套管。

美国专利US4400211、US4168188及中国专利CN1977060A、CN1977058A等公开了几种对于深井用油套管适合的镍基合金。这些合金可以用于高温、高压、高CO₂、H₂S分压以及高矿化度油气井用油套管的生产，但其中Ni含量在30％以上，合金成本较高，造成油田开采成本过高。

美国专利US4840768公开了一种可以用作油井管件的铁镍铬合金，具有较好的抗腐蚀性能，但是该专利公开的成分中C含量高，易形成碳化物，Si含量高，促进有害相的析出，在合金金相组织的控制方面难度较大。

发明内容

为了克服现有镍铬铁合金油套管的不足，本发明的一个目的是提供一种铁镍铬合金油套管用钢。这种钢具有单一的奥氏体组织，其中铁素体相、σ相(金属间化合物)、碳化物和氮化物等析出相的总量少于1％，具有高力学性能和良好的抗应力腐蚀能，可用于高酸性油气田的开采开发。

本发明的铁镍铬合金油套管适用于含有H₂S、CO₂、高浓度卤素离子的油气井开采。

为了实现上述目的，本发明的铁镍铬合金油套管，以重量百分比计的化学成分为：C≤0.03％，P：≤0.015％，S：≤0.01％，Si≤0.5％，Mn：0.5-2.0％，Ni：27-29％，Cr：26-28％，Mo：3-4％，Cu：1.5-3％，Al：0.1-0.3％，N：0.001-0.10％，Nb：0.001-0.02％，V：0.001-0.02％，该合金具有一个22.8至30.8的G值，G的定义为：G＝30N+Ni+Cu-2(Cr-26)-5(Mo-3)-7Si-3Al。

优选地，C：0.003-0.03％，更优选为0.003-0.028％。

优选地，Si：0.01-0.5％，更优选为0.1-0.45％。

优选地，Mn：0.51-1.9％，更优选为0.52-1.85％。

优选地，Ni：27.01-28.9％。

优选地，Cr：26.01-27.8％。

优选地，Mo：3.01-3.9％。

优选地，Cu：1.51-2.99％。

优选地，Al：0.1-0.25％，更优选为0.11-0.2％。

优选地，N：0.011-0.09％，或N：0.001-0.01％。

优选地，Nb：0.002-0.019％。

优选地，V：0.001-0.019％。

除非另有指明，本发明中的含量均为重量百分比含量。

本发明的上述油套管用钢，组织为单一奥氏体，其中金属间化合物、碳化物和氮化物等析出相的数量≤1％。

本发明的另一个目的是提供上述镍铬铁合金油套管用钢得到的油套管，其钢级为90-125ksi。

本发明的又一个目的是提供上述镍铬铁合金油套管的制造方法。该方法，包括：

电弧炉或氩氧脱碳炉冶炼；

浇铸成钢锭后，再经过电渣重熔及锻造后获得热挤压锭坯；

热挤压锭坯的预加热温度在950-1180℃，锭坯保温时间为每厘米锭坯厚度保温1-5分钟；

将挤压出的管坯料浸入水中冷却至50℃以下；

管坯料在1050-1150℃进行固溶处理，管坯料的保温时间为每毫米壁厚保温1-5分钟经固溶处理后的合金金相组织中金属间化合物、碳化物和氮化物的总数量不超过1％。

优选地，将挤压出的管坯料浸入水中冷却至50℃以下且在1分钟内冷却至100℃以下。

优选地，还包括最后冷轧变形，截面减小变形量控制在25-45％之间。

采用上述成分和制造方法可以生产屈服强度为90ksi钢级以上的酸性深井用的铁镍铬合金高强度耐腐蚀油套管。与现有技术相比，本发明具有如下优点：