[发明专利]一种抗硫化氢应力腐蚀直缝焊接石油套管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种低合金石油天然气石油套管，具体涉及一种抗硫化氢应力腐蚀直缝焊接石油套管及其制造方法。

背景技术

在我国油气资源中，一部分油气井中存在着H₂S气体，套管在使用应力和H₂S气体溶液共同作用下容易发生应力腐蚀失效，而且难以预测。为此，国内外相继开发了抗H₂S腐蚀的油管和套管产品，有效减少了因抗H₂S应力腐蚀造成的严重破坏。

目前国内开发的耐腐蚀石油套管大部分基于无缝钢管，其存在着偏心、圆度误差相对较大、壁厚不均匀、管内壁质量不佳等一系列问题，而直缝阻焊钢管以其品质优良而在越来越多的领域取代无缝管。焊缝质量和性能是阻碍直缝电阻焊接套管应用于石油管材领域的障。与传统直缝焊管生产及焊缝处理方式相比，“高频电阻焊成型+热张力减径+全管体调质热处理”等组合工艺作为国内最近出现的新式生产油套管的生产方式，将直缝电阻焊管焊缝处理融入热机械高温轧制，使焊缝质量和性能得到优化并提高，可满足石油管材领域应用要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种抗硫化氢应力腐蚀直缝焊接石油套管及其制造方法，适用于含有一定成份硫化氢油气井的管柱设计。本发明的抗硫化氢应力腐蚀直缝焊接石油套管产品屈服强度为630-680MPa,抗拉强度为740-800MPa,屈强比≤0.90，延伸率≥22％，晶粒度≥9，硬度化变量≤3HRC，残余应力≤80MPa，焊缝和母材的抗硫化氢腐蚀性能按NACE TM 0177-2005标准采用A法在A溶液中加载90％名义屈服强度载荷下试样经过720小时不开裂，具有强韧性匹配好，残余应力小，抗H₂S应力腐蚀开裂性能，可满足具有一定H₂S应力腐蚀要求的油气田开采需求。

为实现上述要求，本发明的抗硫化氢应力腐蚀石油套管用热轧卷板化学成分为C:0.08-0.15％；Si：0.15-0.30％；Mn：0.5-1.0％；P：≤0.010％；S：≤0.005％；Cr：0.40-0.65％；Ni：≤0.25％；Mo：0.30-0.50％；Nb≤0.02％；V：0.05-0.1％；Zr:0.0005-0.01％；Al：0.005-0.01％；Ca0.001-0.003％；B:0.0005-0.001％；RE：0.001-0.005％；余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明中设计合金成分选取说明：

C:碳是主要固溶强化元素，可与多种合金形成强化相，提高钢的强度。但当碳含量太低时钢管强度不够；过高时容易降低钢的韧性、抗硫化氢应力腐蚀性能和导致硬度偏高。因该产品采用热轧卷板HFW成型，要充分考虑到焊接性能和焊缝质量，同时有利于焊接的强化元素及后续热处理工艺可弥补强度不足。为实现本发明的目的将C含量控制在较低的范围，既可发挥强化作用，又不降低焊接、韧性和腐蚀等性能，因而C设计范围为0.08％-0.15％。

Mn:锰可显著提高钢的淬透性，提高钢的强度。但当含量多时容易在晶界偏聚，最终形成带状组织，降低钢的耐硫化氢应力腐蚀性能；为达到发明的目的，设计范围为0.5-1.0％。

P、S：硫、磷含量越低对钢的耐硫化氢应力腐蚀越有利，因此，限定P：≤0.010，S：≤0.005,以保证钢实现抗耐硫化氢应力腐蚀性能指标。

Si:硅主要起脱氧作用，含量多时对韧性和耐应力腐蚀性能不利，故含量越低越好，将其限定在0.15-0.30％。

Cr:铬提高淬透性，改善钢的强韧性，提高钢的耐腐蚀性能。但含量多时容易在HFW焊接中产生夹杂物、灰斑等缺陷，显著降低焊缝耐硫化氢应力腐蚀性能。因此控制铬含量在0.4％-0.65％之间。

Ni:镍可以扩大淬透性，使Ac点降低。当含量≤0.25％时，提高抗硫化氢应力腐蚀性能，提高综合机械性能和抗氧化腐蚀、点蚀性能。但其价格高，增加成本。本发明控制其含量≤0.25％。

Mo:钼提高淬透性，提高钢的回火稳定性，抑制回火脆性，细化晶粒和耐点蚀作用明显。强碳化物形成元素，其弥散的Mo₂C是氢的强陷阱，可减少扩散宣积氢量。但含量高时，因价格昂贵而成本增加明显，并且容易在晶界形成粗大的碳化物，降低硫化氢应力腐蚀性能。因此，本发明将其含量控制在0.3-0.5％之间。

Nb:铌能够形成C、N化物，细化晶粒，在奥氏体化时形成细晶粒组织和幼小碳化物，提高钢的强韧性和抗硫化氢腐蚀性能；但价格高，添加过多增加成本，可选择添加，因而本发明控制其含量在≤0.02％。