专利名称：抗二氧化碳腐蚀低合金钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低合金钢，特别是抗二氧化碳腐蚀的55ksi钢级油井管用低合金 钢及其制造方法。
背景技术：
在油气田发展过程中，CO2腐蚀是一个长期存在的重大问题。就材料防腐学角度而 言，针对高CO2、氯离子、产出水量、铁离子含量、低PH值以及井中高压和流体冲刷形成的强 腐蚀环境，要保证油田安全、高效地生产，使用价格昂贵的超级13Cr不锈钢管材是最有效 的办法。但是，我国多数油田为贫矿低渗透油田，且开采寿命较短，大多在10年以下，因此， 使用昂贵的高铬不锈钢油管经济性较差，油田无法接受，在这种情况下，大多数油田目前使 用的还是一般的普碳钢管材，从而导致了油田多起严重的CO2腐蚀事故。随着开采条件的变化，在很多2km以下浅井中CO2的含量不断增加，因而目前采用 的一般碳钢管在使用过程中常出现CO2腐蚀失效现象，造成的经济损失和为此采取的防护 措施已严重影响了油田经济效益。一般而言，在这些浅井中采用55ksi钢级强度的油套管 即可。但是，到目前为止，市场上还不存在具有抗CO2腐蚀效果且生产工艺相对简单的55ksi 钢级经济型油套管产品。现有技术的有关抗CO2腐蚀(或同时抗CO2和H2S腐蚀)用合金钢的发明专利申 请很多。但是这些文献所涉及的大多是SOksi及以上钢级的中合金或超级13Cr、15Cr以 及22Cr双相不锈钢等高合金的化学成分及其制造方法。如中国专利申请CN1401809A、 CN1292429A、CN1487112A、EP995809A1、W09941422、JP2001059136、JP2000063994 等。美国专利US 6648991公开了一种以Cr、Mn为主要合金元素，配以适当Mo、V元素， 属于超低碳及低合金钢范围。该文献技术中合金采用热轧后正火或调质工艺处理，所得油 套管强度可涵盖55 125ksi钢级以上。从强度角度，2km以下浅井一般使用55ksi钢级油套管即可。目前这些浅井所采用 的普通J55碳钢管在含有二氧化碳、氯离子等复合酸性腐蚀环境条件下因耐蚀性差，很容 易失效从而导致油田经济损失。目前市场上还不存在具有抗CO2腐蚀效果且生产工艺相对简单的55ksi钢级经济
型油套管产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗二氧化碳腐蚀的低合金钢，特别是55ksi钢级油井管 用低合金钢。为实现上述目的，本发明的抗二氧化碳腐蚀用低合金钢，其按重量百分比计的化 学成分为 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%，其余为Fe和不可避免的杂质，其中杂质元素的总量低于0. 05wt%。为了进一步提高抗二氧化碳腐蚀性，本发明钢还可以加入Ni彡0.35%和Cu 彡 0. 35%。优选地 Cu 0. 1 0. 35%, Ni 0. 1 0. 35%。本发明的抗二氧化碳腐蚀的低合金钢强度为55钢级，适合用于油井管。本发明的合金钢选择化学成分范围的理由如下C是保证钢管室温强度和淬透性所必需的成分。碳含量低于0. 20%时淬透性和强 度不够，高于0. 35%则韧性变坏。Si加入钢中起到了脱氧和改善耐蚀性的作用。低于0. 10%含量效果不明显。当 含量超过1.0%后，加工性和韧性恶化。Cr的加入使钢的强度和抗CO2腐蚀性能提高。但是，Cr含量小于0. 5%时，钢的淬 透性不够，抗CO2腐蚀性能提高不明显。高于1.5%，加工性变差，材料成本提高。Cr含量 一般控制在0. 5 1. 5%。Mn是改善钢的强韧性必须的元素，小于0. 2%时作用较小。当Mn含量超过1. 5% 后，抗CO2腐蚀性下降。Al在钢中起到了脱氧作用和细化晶粒的作用，另外还提高了表面膜层的稳定性和 耐蚀性。当加入量低于0.01%时，效果不明显，加入量超过0. 10%，力学性能变差。Cu、Ni是抗CO2腐蚀性能提高的元素之一，Cu和Ni在本发明中是选择性添加元 素，少量Cu和Ni的加入可以进一步提高抗二氧化碳腐蚀性，但含量高于0. 35%后，热加工 性变差。优选地Cu为0. 1 0. 35%, Ni为0. 1 0. 35%。本发明的另一个目的是提供抗二氧化碳腐蚀的55钢级油井管用低合金钢的制造 方法。本发明的钢种为强度55ksi钢级(对应最小屈服强度为379Mpa)，化学成分上属于 低合金范畴，且制造工艺简单，经常规的炼钢、连铸和热轧后空冷即可获得成品油井管，省 略掉了调质热处理程序，节省了成本。现有技术中具有抗CO2腐蚀性能的钢管产品强度多为SOksi及以上钢级，且化学 成分属于中合金或超级13Cr、15Cr以及22Cr双相不锈钢等高合金范畴，制造过程中在热轧 工序后往往需要通过高温调质的热处理方式来保证SOksi钢级以上强度和抗二氧化碳腐 蚀性能，即在高于850°C以上温度水淬或油淬后再在高于650°C温度下高温长时间回火达 到性能要求。采用本发明的方法制造的抗二氧化碳腐蚀的55ksi钢级油井管用低合金钢不仅 具有良好的抗二氧化碳腐蚀性能，是经济型油套管用钢种，而且其制造过程相对简单，可以 节约生产成本。
图1是本发明的合金钢和对比钢进行高压釜腐蚀试验后的试验表面形貌。其中， a为本发明钢；b为普通J55。
具体实施例方式以下通过实施例较为详细地介绍本发明的特点。表1是本发明实施例和对比例钢的化学成分。其中，Al A6是本发明的合金钢， Bl B2是对比钢种，都是油田目前常用的J55钢管。
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表2是试验钢的力学性能和腐蚀性能。表1 表 2 注试验条件为 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，试验温度60°C，C02 分压1. 5Mpa, 流速:1. Om/s。
通过表2的数据可以看出本发明的钢具有一定的抗二氧化碳腐蚀性能。图1是本 发明的合金钢和对比钢进行高压釜腐蚀试验后的试验表面形貌。其中，a为本发明钢；b为 普通J55。图1也进一步印证了上述结果。本发明的合金钢经冶炼、锻造、热轧后空冷处理后，经力学性能测试符合API 5CT 标准的55ksi钢级性能要求(如表2所示)，力学性能测试按GB6397-86标准进行。在CO2 腐蚀较突出的某油田典型腐蚀环境中进行高压釜腐蚀模拟对比试验，试验结果显示，本发 明的合金钢种的年腐蚀速率较油田目前使用的J55钢管降低了 1倍以上，且局部腐蚀现象 得到较大程度缓解，同时吨钢成本只增加约100元，具有良好的性价比。本发明的合金钢由于其抗CO2腐蚀性能良好、价格便宜，用其制造出的油井管，可 广泛应用于需要耐CO2腐蚀的浅井。以上通过具体实施例对本发明的特点进行了说明，但不仅仅限于这些实施例，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以有更多变化的或改进的其他实施例，这些变化和改进 都属于本发明的范围。
权利要求
一种抗二氧化碳腐蚀用低合金钢，其按重量百分比计的化学成分为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％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中杂质元素的总量低于0.05wt％。
2.如权利要求1所述的抗二氧化碳腐蚀用低合金钢，其特征在于，所述的低合金钢为 55ksi 级。
3.如权利要求1或2所述的抗二氧化碳腐蚀用低合金钢，其特征在于，所述的低合金钢 用于油井管。
4.抗二氧化碳腐蚀用低合金钢的制造方法，包括如下步骤 冶炼一连铸一热轧空冷；其特征在于，空冷后不进行热处理。
全文摘要
一种抗二氧化碳腐蚀用低合金钢，其按重量百分比计的化学成分为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％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中杂质元素的总量低于0.05wt％。该合金钢的制造过程在冶炼→连铸→热轧→空冷后不进行热处理。该合金钢制成的油井管强度为55ksi级，适合用于耐二氧化碳腐蚀的浅井。
文档编号C22C33/04GK101928893SQ20091005366
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月23日 优先权日2009年6月23日
发明者孙元宁, 蔡海燕, 谭谆礼 申请人:宝山钢铁股份有限公司