一種含稀土耐硫化氫腐蝕高抗擠毀石油套管及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及黑色金屬冶煉及金屬壓力加工領(lǐng)域，具體涉及一種含稀土耐硫化氫腐 蝕高抗擠毀石油套管及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 處于巖鹽層、泥巖層、膏巖層等高地層壓力狀況下的油井，經(jīng)常會(huì)發(fā)生套管被擠毀 的失效事故。同時(shí)，原油中所含的硫化氫氣體也會(huì)對(duì)套管造成強(qiáng)烈的腐蝕性破壞，這兩種破 壞形式均給油田生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，為適應(yīng)這種特殊地質(zhì)工況條件對(duì)石油套管的苛 刻要求，特開發(fā)一種含稀土耐硫化氫腐蝕高抗擠毀石油套管。
[0003] 專利【申請(qǐng)?zhí)枴?01310111616. 1 "一種耐蝕高抗擠毀石油套管及其生產(chǎn)方法"，其存 在以下問題和缺點(diǎn)：由于鋼中含有貴重元素Ni、V、Nb、Ti和B，生產(chǎn)成本相對(duì)較高、生產(chǎn)工藝 相對(duì)復(fù)雜、生產(chǎn)難度相對(duì)較大；
[0004] 專利【申請(qǐng)?zhí)枴?00710037599. 6 "高抗擠毀和耐硫化氫腐蝕低合金石油套管及其生 產(chǎn)方法"，其存在以下問題和缺點(diǎn)：由于鋼中含有貴重元素Ni、Cu、V和Nb，且貴重元素Mo含 量相對(duì)較高，生產(chǎn)成本相對(duì)較高、生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜、生產(chǎn)難度相對(duì)較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)成本相對(duì)較低、強(qiáng)韌性能匹配相對(duì)較高、組織均勻 細(xì)小、殘余應(yīng)力相對(duì)較低、耐硫化氫應(yīng)力腐蝕性能高、受擠壓而不易毀損的含稀土耐硫化氫 腐蝕高抗擠毀石油套管及其生產(chǎn)方法。
[0006] 為達(dá)以上目的，本發(fā)明一種含稀土耐硫化氫腐蝕高抗擠毀石油套管，所述石油套 管化學(xué)成分按重量百分比含量分別為：C0. 12-0. 20%;Si0. 10-0. 30%;Mn1. 20-1. 50% ; P彡 0? 015%;S彡 0? 005%;Cr1. 20-1. 50%;Mo0? 20-0. 40% ;A1 0? 01-0. 03% ;稀土元素 RE0.0005-0. 0100%;Cu< 0. 10%;余量為基體Fe;其中稀土元素RE組分為：67%的Ce和 33 %的La制成。
[0007] 其中所述含稀土耐硫化氫腐蝕高抗擠毀石油套管，其包括以下重量份的組分制備 而成：
[0008] 高爐鐵水：90份；
[0009] 廢鋼：10 份；
[0010] 預(yù)脫氧合金：3. 5-4. 5份；
[0011] 鋁鐵合金：〇? 03-0. 10 份；
[0012] 白灰塊：0.2份；
[0013] 鑰鐵合金：0? 36-0. 72 份；
[0014] 稀土絲：0.02 份；
[0015] 硅鈣線：0.06份；
[0016] 其中所述稀土絲由稀土元素RE組分為67%的Ce和33%的La制成。
[0017] 其中所述預(yù)脫氧合金選自硅錳合金、錳鐵合金和鉻鐵合金兩種或兩種以上任意比 例的混合物。
[0018] -種生產(chǎn)所述含稀土耐硫化氫腐蝕高抗擠毀石油套管的方法，包括如下步驟：
[0019] (1)高爐鐵水預(yù)處理：將所述高爐鐵水中S含量降低到重量百分比0.010%以下；
[0020] (2)頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉：將所述處理后的高爐鐵水和所述廢鋼加入頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐 冶煉，出鋼過程中采用所述預(yù)脫氧合金進(jìn)行預(yù)脫氧合金化，終脫氧采用鋁鐵合金進(jìn)行有鋁 脫氧工藝，出鋼過程進(jìn)行擋渣或扒渣，出鋼過程中合金加完以后加入所述白灰塊；
[0021](3)LF爐精煉：將步驟（2)冶煉后的鋼水加入LF爐精煉，精煉時(shí)吹氬氣，采用從低 級(jí)數(shù)到高級(jí)數(shù)逐漸提高升溫速度的方式將溫度從1530°C升至1620°C;采用造白渣操作并加 入所述鑰鐵合金；最后保持底部軟吹氬氣，加入所述稀土絲；
[0022] (4)VD真空處理：真空處理的真空度彡0?lOKPa，深真空時(shí)間彡13分鐘后，喂入所 述硅鈣絲，喂絲后進(jìn)行10-15分鐘軟吹氬氣；
[0023] (5)圓坯連鑄：采用低拉速的恒速控制和電磁攪拌工藝并控制鋼水過熱度彡30°C 進(jìn)行圓坯連鑄：鑄坯出二次冷卻區(qū)域后進(jìn)行矯直，然后切割為圓管坯；
[0024] (6)之后進(jìn)行管坯加熱、穿孔、連軋管、定徑、冷卻、鋸切、熱處理、矯直、探傷、車絲 扣，其中熱處理工藝為 ：890±10°C保溫30~50min進(jìn)行水淬，680±20°C保溫60~80min 進(jìn)行空冷；回火后執(zhí)行帶溫矯直，矯直溫度> 500°C;然后對(duì)鋼管逐支進(jìn)行探傷檢測(cè)，合格者 在兩端進(jìn)行車絲扣加工。
[0025] 鋼種成分設(shè)計(jì)依據(jù)如下：
[0026] C是提高強(qiáng)度和淬透性最有效的元素之一，但為防止淬火變形及開裂，考慮套管耐 硫化氫腐蝕性能和沖擊性能的要求，盡量提高M(jìn)n/C比，C含量控制在0. 12~0. 20%之間；
[0027] Si有脫氧的作用，但含量超過0. 30%時(shí)不利于抗硫化氫腐蝕，因此Si含量控制在 0? 10 ~0? 30%之間；
[0028] Mn有固溶強(qiáng)化的作用，可擴(kuò)大奧氏體區(qū)、降低奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變溫度，進(jìn)而細(xì) 化鐵素體晶粒、提高鋼的強(qiáng)韌性，并可補(bǔ)償?shù)吞妓斐傻膹?qiáng)度損失，但Mn含量過高會(huì)產(chǎn)生 偏析，容易產(chǎn)生對(duì)HIC裂紋敏感的MnS夾雜物，因此，將Mn含量控制在1. 20~1. 50%之間；
[0029] Cr能提高鋼的強(qiáng)度和淬透性，并能在鋼表面形成一層鈍化膜，具有抗硫化氫腐 蝕和抗氧化能力，同時(shí)Cr可提高耐二氧化碳腐蝕，并能抑制S的吸附，因此添加1. 20~ 1. 50%的Cr;
[0030] Mo能增加淬透性、并能提高回火穩(wěn)定性，同時(shí)還能在表面形成致密的鈍化膜，具有 抗硫化氫腐蝕的能力，并可改善點(diǎn)腐蝕，因此加入0. 20~0. 40%的Mo;
[0031] P會(huì)造成微觀偏析，容易導(dǎo)致淬火馬氏體形成顯微裂紋，成為氫的聚集源，因此，將 P含量控制在0.015%以下；
[0032] S含量的增加會(huì)顯著增加HIC的敏感性，為了達(dá)到理想的抗硫化氫腐蝕效果，鋼中 S含量應(yīng)控制在0. 005%以下；
[0033] A1具有良好的脫氧能力，并可細(xì)化奧氏體晶粒，提_鋼的耐腐蝕能力，將A1含量 控制在0.01~0.03%之間；
[0034] 加入RE元素能夠起到凈化鋼液、改善非金屬夾雜物形態(tài)、減少點(diǎn)腐蝕和強(qiáng)化晶界 等作用，從而取得提高鋼材的沖擊韌性和抗硫化氫腐蝕性能的效果。
[0035] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明取得了如下技術(shù)效果：
[0036] ①由于本產(chǎn)品基本不含有貴重元素附、(：11、￥、他、11和8，且貴重元素此含量也相 對(duì)較低，因此生產(chǎn)成本相對(duì)較低、生產(chǎn)難度相對(duì)較??；
[0037] ②由于在500°C以上進(jìn)行帶溫矯直，鋼管的殘余應(yīng)力較低，殘余應(yīng)力：彡50MPa(采 用環(huán)切法）；
[0038] ③由于"含稀土元素的獨(dú)特成分設(shè)計(jì)"結(jié)合成