專利名稱：3Cr油井管及其生產方法
技術領域：
一種3Cr油井管及其生產方法，涉及酸性油氣田用3Cr油井管及其制造方法，屬于冶金技術領域。
背景技術：
含酸性油氣田鉆探開發(fā)的鉆井、完井、采油、采氣等領域所使用的耐酸高抗H2S+抗(X)2腐蝕的油套管，主要使用的都是經濟型高抗抗(X)2耐腐蝕油管或套管。 如我國的長慶、四川、塔里木等油氣田，天然氣中都含有不同程度的壓3和CO2，所使用的油套管均要求既抗H2S又要抗(X)2腐蝕。由于現場工況大多數油氣井中的H2S和(X)2含量及其分壓不高，不足以選用價格昂貴(10倍以上)的鎳基合金油井管或鎳鉻合金油井管，完全可以采用經濟型抗抗(X)2 3Cr油井管，并且在模擬工況條件(H2S和(X)2共存的高溫高壓腐蝕環(huán)境)下具有良好的耐腐蝕性能。中國專利201010231451. 8涉及3Cr無縫鋼管及其制造方法，化學成分按重量百分比計:C :0. 0. 2%,Si 0. 0. 5%,Mn 0. 3%~ 0. 8%,Cr 2%~ 4%,Mo 0. 3%~
0.6%,Ti 0. 0024% 0. 024%,Al :0.01% 0. 004%,P :0 0. 03%,S :0 0. 03%，余量為狗及不可避免雜質；提供一種淬透性高、晶粒細化的無縫鋼管。專利00125882. 6涉及一種抗CO2及海水腐蝕油套管用低合金鋼按重量百分比計，其化學成分配比為C :0. 01%
1.0%、Si :0. 1. 0%、Mn :0. 2. 0%、Cr :0. 5% 5. 0%,Mo :0. 01% 1. 0%、Cu 0.005% 0.25%，稀土 0. 005% 0.25% ；其余為!^e和不可避免的雜質。該油套管鋼材為低碳合金鋼，成本較低，能為油田所接受。綜合來看，國內外文獻所涉及的3Cr無縫鋼管的力學性能不是很理想，且成本較
尚ο

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種經濟型高淬透性、高晶粒度的3Cr油井管及其生產方法。本發(fā)明的技術方案一種3Cr油井管，所述3Cr油井管的化學成分按重量百分比計，C 0. 0. 2%,Si 0. 0. 4%,Mn :0. 4% 0. 8%,S 小于等于 0. 005%,P 小于等于 0. 015%,Cr 2. 5% 3· 5%、Mo :0· 0. 3%、V :0. 001% 0· 01%、、A1 :0. 004% 0. 01%,B 0. 001% 0. 008%、稀土元素0. 005% 0. 2%，余量為!^e及不可避免的雜質。所述稀土元素包括，銪0. 002% 0. 08%，鉍0. 001% 0. 08%及鈷:0. 002% 0. 04%三種，單位為以3Cr油井管的所有化學成分總量為100%的重量百分比。所述的3Cr油井管的生產方法，步驟為原料選擇、冶煉、連鑄、連軋，連軋后進行再加熱及張力定徑在800 850°C進行熱軋，通過微張力減徑機進行定徑，使鋼坯外徑改變量為士 10% 士30%，然后在300 500°C進行二次定徑，使外徑改變量為士5%，并在 300 500°C用溫矯直機進行溫矯直。
再加熱及張力定徑后，進行調質熱處理采用淬火+高溫回火熱處理工藝，淬火溫度850 870°C，淬火介質水，保溫時間20 40min ；回火溫度為590 660°C，保溫時間為 60 180min。電爐煉鋼的原材料要求鐵水P ^ 0. 090 S ^ 0. 005 % ；電爐終點控制 C彡0. 05%,P彡0. 015%;電爐出鋼溫度控制在1620 1660°C，電爐出鋼脫氧合金化時Al 球(球狀顆粒的Al)加入量2. 5 3. 5kg/t，LF精煉結束Ca-Si絲喂入量0. 4 0. 6公斤/ 噸，VD真空處理在真空度彡671 下保持10分鐘，靜吹時間彡5min ；澆鑄出罐溫度1580 1595°C。LF爐(LADLE FURNACE)即鋼包精煉爐，是鋼鐵生產中主要的爐外精煉設備。LF爐一般指鋼鐵行業(yè)中的精煉爐。實際就是電弧爐的一種特殊形式。進行全保護澆鑄二冷采用弱冷方式澆注，鑄坯采用緩冷(坑冷)，入坑溫度彡500°C，鑄坯出坑溫度彡100°C。熱軋利用環(huán)形爐，出爐管溫度1200 1350°C。C在珠光體+鐵素體鋼中，以滲碳體形式提高珠光體含量，提高強度，降低韌性，降低硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)；在調質鋼中，低C(板條、位錯)馬氏體的回火組織對強韌性有益，對SSCC有益，高C孿晶馬氏體及回火組織對韌性有害，SSCC有害；基體組織中固溶C增多，應力6提高，沖擊韌性值Akv下降，SSCC降低；本發(fā)明中控制碳元素的含量為 0. 0. 2 %，在淬透能力方面對綜合機械性能和SSCC有益；Si為有效脫氧元素，出于脫氧的目的，Si彡0. 05%即可；Si同時具有抗回火軟化效果；Si ^ 0. 5%會促進析出作為軟化相的鐵素體，SSCC下降。本發(fā)明中控制硅含量為 0. 0. 4%。Mn易與鋼中S親合，形成MnS夾雜，對強韌性和SSCC下降；Mn含量太高，則會與 P、s等雜質一起在晶界處偏析，使鋼的韌性和SSCC下降；C-Mn系低合金鋼，降C量增Mn量， 嚴格控制Mn/C重量比及S含量，重量比Mn/C ^ 3, S ^ 0. 005 %，可以改善綜合機械性能； Mn(% ) = 0. 5+12S(% )+0. 0086/C(% )；本發(fā)明中控制 Mn 的含量為 0· 4% 0· 8%，在調質鋼中Mn擴大淬透性，并使相變溫度降低(A1/A3點降低)，易形成殘余奧氏體向馬氏體轉變，提高綜合機械性能。Cr是擴大淬透性元素；Cr是碳化物形成元素，Cr7C3是經濟型抗(X)2鋼中的主要碳化物，Cr23C6是馬氏體不銹鋼中的主要碳化物；在淬火高溫回火的調質鋼中，Cr可以改善鋼的耐腐蝕性能，保證綜合機械性能，增強SSCC ；Cr-Mo的有效配合，提高淬透性，在淬火+高溫回火狀態(tài)，可保證鋼種在較高的強度下具有良好的綜合機械性能，增強SSCC ； Cr+Mo彡1. 5%可有效提高淬透性，但Cr+Mo彡3. 0%會促進生成粗大碳化物M23C6，降低 SSCC。本發(fā)明控制Cr的含量為2. 5% 3. 5%。改善了鋼的耐腐蝕性能，保證綜合機械性能，使SSCC增強。Mo與Cr相似，也是擴大淬透性元素，在連續(xù)冷卻過程中Mo還推遲奧氏體向貝氏體轉變，增強SSCC ；Mo與C有較強的親和力，是碳化物形成元素，減少固溶的C含量，增強 SSCC ；在淬火高溫回火的調質鋼中，Mo與C形成的合金碳化物質點析出，起到二次硬化作用，保證基體α中碳(間隙相化合物)充分析出，特別是Mo2C/MoC金屬間隙相碳化物硬度高(Hv = 1480)，不僅高于一般滲碳體Hv = 950 1050)硬度，而且高于M6C型碳化物的Hv= 1100，保證在610°C以上溫度回火具有較高的強度和硬度(HRC<^)，增強SSCC ；Mo與V促進生成微細碳化物MC，可提高回火溫度，為此Mo彡0. 5 %，優(yōu)選含量0. 7 % 以上；本發(fā)明控制Mo的含量為0. 0. 3%,Cr-Mo的有效配合，在淬火+高溫回火狀態(tài)， 可保證鋼種在較高的強度下具有良好的綜合機械性能，增強SSCC。￥、11^1、8均屬于微合金化元素，其中￥、11、8又屬強碳化物形成元素，它們與碳 /氮形成的金屬間隙相化和物質點硬度高(如VC Hv = 2010，TiC Hv = 2850)，并通過提高淬透性，細化晶粒，增強SSCC ；在調質態(tài)Cr-M0鋼中，V與Mo促進生成微細碳化物MC，可提高回火溫度，為此V彡0. 05% 0. 25%，提高含量效果飽和；本發(fā)明中V 0. 001 0. 01%、 Al 0. 01 0. 004%,B 0. 001 0. 008%。S、P元素提高鋼的開裂敏感性，SSCC降低；P易在晶界處偏析，SSCC降低；S在鋼中以MnS、FeS夾雜物的形態(tài)存在，誘發(fā)應力腐蝕開裂敏感性，是裂紋萌生和擴展的路徑， SSCC降低；S與P—樣，會在晶界處偏析，SSCC降低。本發(fā)明中嚴格控制S、P的含量，S 彡 0. 005%,P 彡 0. 015%。稀土元素加入適量的稀土元素能有效的出去氧、硫、磷、氫、氮等氣體，以及與雜質鉛、砷等形成熔點較高的化合物，從而有效的降低雜質元素對鋼質量的影響，改善了夾雜物數量和尺寸，明顯改善鋼的韌性和高溫持久強度，改善鋼的鑄態(tài)組織及熱加工性能。稀土的添加改變了合金氧化過程的擴散動力學，對金屬陽離子的向外擴散起了抑制作用，促進了陰離子向內傳輸，改變了氧化膜的形成和生長機制，生成致密切與圖層本體有很強粘附力的保護性氧化膜，是合金抗氧化能力等到增強。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明方法中再加熱及張力定徑采用的二次定徑、熱矯直去除應力的處理技術，解決了抗S和(X)2油套管處在硫化氫應力腐蝕敏感區(qū)時抗硫化氫應力腐蝕門檻值低，腐蝕速率快、易局部穿透腐蝕的技術難題。


圖1-1為實施例1產品金相組織100倍放大圖。圖1-2為實施例1產品金相組織500倍放大圖。圖2實施例1產品掃描電鏡示意圖。圖3-1為實施例2產品金相組織200倍放大圖。圖3-2為實施例1產品金相組織500倍放大圖。
具體實施例方式實施例1按API 5CT標準Pl 10鋼級生產規(guī)格為139. 7X9. 17mm 3Cr無縫鋼管，鋼種材料采用2Cr3Mo，化學成分見表1，按重量百分比計，余量為狗及不可避免雜質。表1-1 2Cr3Mo化學成分
權利要求
1.一種3Cr油井管，其特征在于，所述3Cr油井管的化學成分按重量百分比計，C 0. 0. 2%、Si 0. 0. 4%、Mn :0. 4% 0. 8%、S 小于等于 0. 005%, P 小于等于 0. 015%、Cr :2· 5% 3· 5%、Mo :0· 0. 3%、V 0. 001% 0. 01%、、Al 0. 004% 0. 01%,B 0. 001% 0. 008%、稀土元素0. 005% 0. 2%，余量為!^e及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述3Cr油井管，其特征在于所述稀土元素包括，銪0.002 % 0. 08%，鉍0. 001% 0. 08%及鈷0. 002% 0. 04%，單位為重量百分比。
3.權利要求1所述3Cr油井管的生產方法，步驟包括原料選擇、冶煉、連鑄、連軋，其特征在于，連軋后進行再加熱及張力定徑在800 850°C進行熱軋，通過微張力減徑機進行定徑，使鋼坯外徑改變量為士 10% 士30%，然后在300 500°C進行二次定徑，使外徑改變量為士5%，并在300 500°C用溫矯直機進行溫矯直。
4.根據權利要求3所述3Cr油井管的生產方法，其特征是在加熱及張力定徑后，進行調質熱處理采用淬火+高溫回火熱處理工藝，淬火溫度850 870°C，淬火介質為水，保溫時間20 40min ；回火溫度為590 660°C，保溫時間為60 180min。
5.根據權利要求3所述3Cr油井管的生產方法，其特征在于冶煉電爐煉鋼的原材料要求鐵水P彡0. 090%、S彡0. 005%，電爐終點控制C彡0. 05%、P彡0. 015%，電爐出鋼溫度控制在1620 1660°C，電爐出鋼脫氧合金化時Al球加入量2. 5 3. 5kg/t, LF精煉結束Ca-Si絲喂入量0. 4 0. 6kg/t,VD真空處理在真空度彡67Pa下保持10分鐘，靜吹時間彡5min ；澆鑄出罐溫度1580 1595°C。
6.根據權利要求3所述3Cr油井管的生產方法，其特征在于連鑄時采用全保護澆鑄 二冷采用弱冷方式澆注，鑄坯采用坑冷，入坑溫度> 500°C，鑄坯出坑溫度< 100°C。
全文摘要
一種3Cr油井管及其生產方法，涉及酸性油氣田用3Cr油井管及其制造方法，屬于冶金技術領域。本發(fā)明3Cr油井管含有C、Si、Mn、S、P、Cr、Mo、V、Mo、Al、B和稀土元素，余量為Fe及不可避免雜質。所述的3Cr油井管的生產方法，步驟為原料精選、冶煉、連鑄、連軋、再加熱及張力定徑和調質熱處理。本發(fā)明方法中再加熱及張力定徑采用的二次定徑、熱矯直去除應力的處理技術，解決了抗S和CO2油套管處在硫化氫應力腐蝕敏感區(qū)時抗硫化氫應力腐蝕門檻值低，腐蝕速率快、易局部穿透腐蝕的技術難題。
文檔編號C22C38/32GK102268602SQ20111019751
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權日2011年7月14日
發(fā)明者張毅, 李晶, 高連新 申請人:無錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司