一种油井用马氏体不锈钢无缝管制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及马氏体不锈钢领域，具体是一种油井用马氏体不锈钢无缝管制造方 法。
【背景技术】
[0002] 随着全球经济的发展，世界各国对油气资源的需求不断增长，促使开发的油气田 越来越深，涌现出很多超深超高压井。高压高温和超高压高温井勘探开发的难度骤然增大， 使钻井出现的问题越来越多，主要涉及到油井的设计、工具、工艺、设备、井控、储层改造、安 全及材质选择等一系列问题，其中最关键的就是材料的选择问题。
[0003] 高压高温和超高压高温井通常都含有C02、H2S、C厂等离子，含量最高的C0 2含量超 过超过10%，H2S超过6万ppm，（31_离子超过10万ppm，因此腐蚀就成为在含C0 2、H2S和 C厂的环境中使用的主要问题。目前国内外用于含0)2、氏5和(：厂油井下采用材料按照环 境的恶劣程度依次为Crl3型马氏体不锈钢、双相不锈钢和镍基合金。Crl3型马氏体不锈 钢使用温度极限为150°C，即使是更高等级的HP13Cr马氏体不锈钢，使用温度也仅能提高 20°C左右，同时在H 2S存在的环境下很容易产生点蚀和H2S应力腐蚀开裂（SSC)，同时在高温 高C厂环境下容易出产生C厂SSC，难以满足现有苛刻腐蚀环境下的使用要求，多有井下油 管断裂，集气干线泄漏事故发生，致使许多油气田井在投产不到一年而提前废弃，不仅造成 巨大经济损失，同时也威胁到国家能源战略安全。为避免油井管在如此苛刻的条件下的腐 蚀，必须选用抗C0 2、H2S和C厂腐蚀和应力腐蚀开裂性能优良的双相不锈钢和镍基合金，但 其价格非常昂贵，且主要依赖进口，使建设油井的投入成本过高。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是：如何克服【背景技术】中的不足，提供一种能够满足 深井油气田使用环境下经济耐蚀的一种油井用马氏体不锈钢无缝管制造方法。
[0005] 本发明说采用的技术方案是：一种油井用马氏体不锈钢无缝管制造方法，按照 如下步骤进行步骤一、冶炼马氏体钢锭，钢锭中按照质量百分比：〇. 005%兰C兰0.05%， 0.05% ^ Si ^ 0.50%, 0.2% ^ Mn ^ 1.0%, P ^ 0.04%, S ^ 0. 005%, 15% ^ Cr ^ 19%, 2. 50% ^ Ni ^ 6. 00%, 1. 50% ^ Cu ^ 3. 50%, 1. 50% ^ Mo ^ 4. 00%,0. 01% ^ Nb ^ 0. 06%, 〇? 02%兰V兰0? 20%，0? 01%兰N兰0? 10%，其余为Fe及不可避免的杂质； 步骤二、加工成管坯，将钢锭在1200~1280°C保温炉中预热后用初乳机开坯成初乳 坯，在1000~1250°C温度下用径锻机经过多个道次锻造成所棒材，锻造变形量为20-30%， 剥皮锯切成管坯； 步骤三、采用挤压法或穿孔热乳法制成钢管； 步骤四、将钢管进行淬火处理即将钢管加热至850~1050°C的温度保温10~30min，以快 于空冷的冷却速度冷却至室温，将淬火后的钢管接着进行回火热处理即加热至450~650°C 温度保温1~4小时，以空冷以上的速度冷却至室温。
[0006] 作为一种优选方式：步骤一中钢锭中按照质量百分比：0. 01%兰C兰0.02%， 0. 1% ^ Si ^ 0.3%, 0.2% ^ Mn ^ 0.6%, P ^ 0.03%, S ^ 0. 003%, 16% ^ Cr ^ 18%, 3. 50% ^ Ni ^ 5. 00%, 2. 0% ^ Cu ^ 3. 0%, 2. 0% ^ Mo ^ 3. 0%, 0. 02% ^ Nb ^ 0. 04%, 〇? 05%兰V兰0? 15%，0? 02%兰N兰0? 05%，其余为Fe及不可避免的杂质。
[0007] 作为一种优选方式：步骤三中的挤压法是指：将管坯采用深孔钻机加工中心通 孔，在其中一端面平头倒角加工喇叭口，喇叭口角度为33. 5±5° ;将管坯进行预热，加热炉 温为950°C ±20°C，加热时间按管还壁厚设定为4~8min/cm，保温时间按管还壁厚设定为 1. 0~1. 5min/cm ;加入到1150~1200 °C用穿孔机进行扩孔，将管还内孔扩至大于成品管 内径的尺寸，扩孔速率为200~220mm/s，加热到1180~1250°C挤压机挤压成目标尺寸的 钢管，挤压速率控制在100~120mm/s，采用玻璃粉润滑，挤压后入水进行冷却。
[0008] 作为一种优选方式：步骤三中的穿孔热乳法是指：将管坯两端打定心空，定心孔 外径为40~80mm，深度为5~10mm。要求定心孔偏心< 0? 3mm，圆角光滑过渡；将管还进行加 热，加热温度为1200~1280°C，加热时间按管坯壁厚设定为4~8min/cm，保温时间按管坯壁 厚设定为1. 〇~1. 5min/cm ;将加热后的管还送至穿孔机生产成毛管，乳辑距为70~120mm， 顶头前伸量为50~70mm，送进角为10~15° ;将热穿孔后的毛管热送至热乳机组进行热乳成 荒管，热乳变形量为50~60%，终乳温度控制在900°C以上；将热乳后的荒管热送至张减径机 组定径至最终尺寸，水冷或空冷至室温。
[0009] 本发明的有益效果是：本发明提供一种用于高浓度C02、H2S及C厂共存腐蚀环境 下的高温高压和超高温超高压深井用一种油井用马氏体不锈钢无缝管制造方法，其成本低 于双相不锈钢和镍基合金，在C0 2、H2S&C厂共存腐蚀环境下的耐腐蚀性能达到国外同类产 品水平，使用寿命比原有Cr 13型材料提高2至3倍。
【具体实施方式】
[0010] 下面就本发明的马氏体不锈钢成分机理进行说明。
[0011] C是奥氏体形成元素，提高C含量可以减少奥氏体形成元素Ni的含量，从而降 低成本，同时C元素可以提高合金强度，因此C含量应在0. 005%以上。然而C含量提高 会促进基体碳化物的析出，当马氏体不锈钢的C含量超过0. 05%时，在含有C02、H2S等腐蚀 环境下耐腐蚀性将显著恶化，同时C含量增高Ni导致的回火敏化程度，。因此，将C含量规 定为0.005~0.05%。另外，从降低Ni含量的角度考虑，C含量在0.01 %以上比较适宜， 优选的范围是0. 01~0. 02 %。
[0012] Si在炼钢时作为脱氧剂而添加，但添加量过大时会降低合金的热加工性能和韧 性，为此限定Si含量为0~0. 5%，优选含量为0. 1~0. 3%。
[0013] Mn是形成奥氏体的元素，可以在冶炼过程中起到脱氧、脱硫的作用，同时提高强度 和热加工性。若含量过少，无法起到效果，若添加量过大，会影响到不锈钢的韧性，同时高温 下的耐蚀性能降低。因此，本不锈钢中Mn的含量范围为0. 2~1. 0%，优选含量为0. 2~0. 6%。
[0014] P是杂质，会降低不锈钢在〇)2环境中的耐腐蚀性和耐应力腐蚀性能。因而，P含 有量为0.04%以下。优选含量为0.03%以下。
[0015] S对管坯和钢管制造过程中的的热加工性能非常不利，因而S元素含量限定为 0. 005%以下，优选含量为0. 003以下。
[0016] Cr可以在表面形成氧化膜，是确保在含有C02、C厂、H2S等的严酷的腐蚀环境下 的耐腐蚀性和耐应力腐蚀开裂性所必需的重要元素，达到耐高温腐蚀的效果，Cr的含量必 须在15. 00%以上，但是当Cr含量超过19%以后，铁素体含量增大，热加工性能急剧恶化，同 时强度降低。因此，将Cr的含量规定为13. 00~19. 00%，优选的范围是16. 00~18. 00%。
[0017] Ni是典型的提高耐全面腐蚀性的奥氏体形成元素，可以提高保护膜的稳定性，提 高在C02、C厂、H2S环境中的耐腐蚀性能和耐应力腐蚀性能，添加量在2. 5%以上时才会起到 上述效果，含量过高时会提高残余奥氏体含量，降低合金强度，同时提高制造成本。因此，本 发明中，Ni的含量为2. 50%~6.00%，优选含量为3. 50%~5. 00%。
[0018] Cu可以在回火过程中弥散析出富Cu相起到沉淀强化的作用，可以提高强度，挺尸 还可以降低马氏体不锈钢的腐蚀速度。然而Cu含量过高会显著降低合金的热加工性。因 此本发明中的Cu含量为1. 50~3. 50 %，优选含量为2. 00~3. 00 %。
[0019] Mo是一种铁素体形成元素，在含有足够Cr的前提下，添加适量Mo可以提高本马氏 体不锈钢的抗点蚀性能及耐应力腐蚀性能，含量在1.5%以下时起不到上述作用，但Mo元素 的含量超过4. 0%时，会降低强度同时增加成本。综合考虑，本发明中Mo的含量为1. 50~ 4. 00%，优选含量为2. 00~3. 00%。
[0020] Nb和V是强碳化物形成元素，可以抑制Cr的碳化物在晶界析出，起到沉淀强 化作用，同时形成