專利名稱：抗二氧化碳腐蝕低合金鋼的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種低合金鋼，特別是抗二氧化碳腐蝕的55ksi鋼級油井管用低合金 鋼及其制造方法。
背景技術：
在油氣田發(fā)展過程中，CO2腐蝕是一個長期存在的重大問題。就材料防腐學角度而 言，針對高CO2、氯離子、產(chǎn)出水量、鐵離子含量、低PH值以及井中高壓和流體沖刷形成的強 腐蝕環(huán)境，要保證油田安全、高效地生產(chǎn)，使用價格昂貴的超級13Cr不銹鋼管材是最有效 的辦法。但是，我國多數(shù)油田為貧礦低滲透油田，且開采壽命較短，大多在10年以下，因此， 使用昂貴的高鉻不銹鋼油管經(jīng)濟性較差，油田無法接受，在這種情況下，大多數(shù)油田目前使 用的還是一般的普碳鋼管材，從而導致了油田多起嚴重的CO2腐蝕事故。隨著開采條件的變化，在很多2km以下淺井中CO2的含量不斷增加，因而目前采用 的一般碳鋼管在使用過程中常出現(xiàn)CO2腐蝕失效現(xiàn)象，造成的經(jīng)濟損失和為此采取的防護 措施已嚴重影響了油田經(jīng)濟效益。一般而言，在這些淺井中采用55ksi鋼級強度的油套管 即可。但是，到目前為止，市場上還不存在具有抗CO2腐蝕效果且生產(chǎn)工藝相對簡單的55ksi 鋼級經(jīng)濟型油套管產(chǎn)品?，F(xiàn)有技術的有關抗CO2腐蝕(或同時抗CO2和H2S腐蝕)用合金鋼的發(fā)明專利申 請很多。但是這些文獻所涉及的大多是SOksi及以上鋼級的中合金或超級13Cr、15Cr以 及22Cr雙相不銹鋼等高合金的化學成分及其制造方法。如中國專利申請CN1401809A、 CN1292429A、CN1487112A、EP995809A1、W09941422、JP2001059136、JP2000063994 等。美國專利US 6648991公開了一種以Cr、Mn為主要合金元素，配以適當Mo、V元素， 屬于超低碳及低合金鋼范圍。該文獻技術中合金采用熱軋后正火或調質工藝處理，所得油 套管強度可涵蓋55 125ksi鋼級以上。從強度角度，2km以下淺井一般使用55ksi鋼級油套管即可。目前這些淺井所采用 的普通J55碳鋼管在含有二氧化碳、氯離子等復合酸性腐蝕環(huán)境條件下因耐蝕性差，很容 易失效從而導致油田經(jīng)濟損失。目前市場上還不存在具有抗CO2腐蝕效果且生產(chǎn)工藝相對簡單的55ksi鋼級經(jīng)濟
型油套管產(chǎn)品。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種抗二氧化碳腐蝕的低合金鋼，特別是55ksi鋼級油井管 用低合金鋼。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的抗二氧化碳腐蝕用低合金鋼，其按重量百分比計的化 學成分為 C 0. 20 0. 35%, Si 0. 10 1. 0%，Mn 0. 20 1. 5%，Cr 0. 5 1. 5%，Al 0. 01 0. 10%，其余為Fe和不可避免的雜質，其中雜質元素的總量低于0. 05wt%。為了進一步提高抗二氧化碳腐蝕性，本發(fā)明鋼還可以加入Ni彡0.35%和Cu 彡 0. 35%。優(yōu)選地 Cu 0. 1 0. 35%, Ni 0. 1 0. 35%。本發(fā)明的抗二氧化碳腐蝕的低合金鋼強度為55鋼級，適合用于油井管。本發(fā)明的合金鋼選擇化學成分范圍的理由如下C是保證鋼管室溫強度和淬透性所必需的成分。碳含量低于0. 20%時淬透性和強 度不夠，高于0. 35%則韌性變壞。Si加入鋼中起到了脫氧和改善耐蝕性的作用。低于0. 10%含量效果不明顯。當 含量超過1.0%后，加工性和韌性惡化。Cr的加入使鋼的強度和抗CO2腐蝕性能提高。但是，Cr含量小于0. 5%時，鋼的淬 透性不夠，抗CO2腐蝕性能提高不明顯。高于1.5%，加工性變差，材料成本提高。Cr含量 一般控制在0. 5 1. 5%。Mn是改善鋼的強韌性必須的元素，小于0. 2%時作用較小。當Mn含量超過1. 5% 后，抗CO2腐蝕性下降。Al在鋼中起到了脫氧作用和細化晶粒的作用，另外還提高了表面膜層的穩(wěn)定性和 耐蝕性。當加入量低于0.01%時，效果不明顯，加入量超過0. 10%，力學性能變差。Cu、Ni是抗CO2腐蝕性能提高的元素之一，Cu和Ni在本發(fā)明中是選擇性添加元 素，少量Cu和Ni的加入可以進一步提高抗二氧化碳腐蝕性，但含量高于0. 35%后，熱加工 性變差。優(yōu)選地Cu為0. 1 0. 35%, Ni為0. 1 0. 35%。本發(fā)明的另一個目的是提供抗二氧化碳腐蝕的55鋼級油井管用低合金鋼的制造 方法。本發(fā)明的鋼種為強度55ksi鋼級(對應最小屈服強度為379Mpa)，化學成分上屬于 低合金范疇，且制造工藝簡單，經(jīng)常規(guī)的煉鋼、連鑄和熱軋后空冷即可獲得成品油井管，省 略掉了調質熱處理程序，節(jié)省了成本?，F(xiàn)有技術中具有抗CO2腐蝕性能的鋼管產(chǎn)品強度多為SOksi及以上鋼級，且化學 成分屬于中合金或超級13Cr、15Cr以及22Cr雙相不銹鋼等高合金范疇，制造過程中在熱軋 工序后往往需要通過高溫調質的熱處理方式來保證SOksi鋼級以上強度和抗二氧化碳腐 蝕性能，即在高于850°C以上溫度水淬或油淬后再在高于650°C溫度下高溫長時間回火達 到性能要求。采用本發(fā)明的方法制造的抗二氧化碳腐蝕的55ksi鋼級油井管用低合金鋼不僅 具有良好的抗二氧化碳腐蝕性能，是經(jīng)濟型油套管用鋼種，而且其制造過程相對簡單，可以 節(jié)約生產(chǎn)成本。


圖1是本發(fā)明的合金鋼和對比鋼進行高壓釜腐蝕試驗后的試驗表面形貌。其中， a為本發(fā)明鋼；b為普通J55。
具體實施例方式以下通過實施例較為詳細地介紹本發(fā)明的特點。表1是本發(fā)明實施例和對比例鋼的化學成分。其中，Al A6是本發(fā)明的合金鋼， Bl B2是對比鋼種，都是油田目前常用的J55鋼管。
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表2是試驗鋼的力學性能和腐蝕性能。表1 表 2 注試驗條件為 Na++K+ :19673mg/L, HCOf :85· 4mg/L, CF :31700· 8mg/L, SO42" 95. lmg/L，Ca2+ =1306. 6mg/L，Mg2+ =210. 2mg/L，PH = 6. 0，試驗溫度60°C，C02 分壓1. 5Mpa, 流速:1. Om/s。
通過表2的數(shù)據(jù)可以看出本發(fā)明的鋼具有一定的抗二氧化碳腐蝕性能。圖1是本 發(fā)明的合金鋼和對比鋼進行高壓釜腐蝕試驗后的試驗表面形貌。其中，a為本發(fā)明鋼；b為 普通J55。圖1也進一步印證了上述結果。本發(fā)明的合金鋼經(jīng)冶煉、鍛造、熱軋后空冷處理后，經(jīng)力學性能測試符合API 5CT 標準的55ksi鋼級性能要求(如表2所示)，力學性能測試按GB6397-86標準進行。在CO2 腐蝕較突出的某油田典型腐蝕環(huán)境中進行高壓釜腐蝕模擬對比試驗，試驗結果顯示，本發(fā) 明的合金鋼種的年腐蝕速率較油田目前使用的J55鋼管降低了 1倍以上，且局部腐蝕現(xiàn)象 得到較大程度緩解，同時噸鋼成本只增加約100元，具有良好的性價比。本發(fā)明的合金鋼由于其抗CO2腐蝕性能良好、價格便宜，用其制造出的油井管，可 廣泛應用于需要耐CO2腐蝕的淺井。以上通過具體實施例對本發(fā)明的特點進行了說明，但不僅僅限于這些實施例，在 不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以有更多變化的或改進的其他實施例，這些變化和改進 都屬于本發(fā)明的范圍。
權利要求
一種抗二氧化碳腐蝕用低合金鋼，其按重量百分比計的化學成分為C0.20～0.35％，Si0.10～1.0％，Mn0.20～1.5％，Cr0.5～1.5％，Ni≤0.35％，Cu≤0.35％，Al0.01～0.10％，其余為Fe和不可避免的雜質，其中雜質元素的總量低于0.05wt％。
2.如權利要求1所述的抗二氧化碳腐蝕用低合金鋼，其特征在于，所述的低合金鋼為 55ksi 級。
3.如權利要求1或2所述的抗二氧化碳腐蝕用低合金鋼，其特征在于，所述的低合金鋼 用于油井管。
4.抗二氧化碳腐蝕用低合金鋼的制造方法，包括如下步驟 冶煉一連鑄一熱軋空冷；其特征在于，空冷后不進行熱處理。
全文摘要
一種抗二氧化碳腐蝕用低合金鋼，其按重量百分比計的化學成分為C0.20～0.35％，Si0.10～1.0％，Mn0.20～1.5％，Cr0.5～1.5％，Ni≤0.35％，Cu≤0.35％，Al0.01～0.10％，其余為Fe和不可避免的雜質，其中雜質元素的總量低于0.05wt％。該合金鋼的制造過程在冶煉→連鑄→熱軋→空冷后不進行熱處理。該合金鋼制成的油井管強度為55ksi級，適合用于耐二氧化碳腐蝕的淺井。
文檔編號C22C33/04GK101928893SQ20091005366
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權日2009年6月23日
發(fā)明者孫元寧, 蔡海燕, 譚諄禮 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司