腐蚀油井管的制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种CPE机组生产的150ksi以下钢级抗CO2腐蚀油井管的制备工艺，该工艺包含如下步骤：按照各组份和各组份的质量百分比配比通过转炉冶炼，并将转炉冶炼后的钢水进行连铸连轧成管坯；其中，它的组份和各组份的质量百分比如下：C:0.13%~0.23%；Si:0.11%~0.41%；Mn:0.8%~1.0%；Cr:5.0%~6.0%；Mo:0.05%~0.45%；Al:0.02%~0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100%。通过该工艺轧制出来的钢管，表面质量好，尺寸精度高，能有效提高管体的抗挤毁性能，并且也有利于提高钢管的抗CO2腐蚀性能，钢管力学性能达到150ksi以下，适合深井超深井开采使用。
【专利说明】CPE机组生产的150ksi以下钢级抗CO2腐蚀油井管的制备 工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种CPE机组生产的150ksi以下钢级抗CO2腐蚀油井管的制备工艺， 属于油井管用钢【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 目前，随着我国石油天然气开发力度的加大，采集油气的油井套管和油管面临着 高温高压、高含C02、Cl-等共存的强腐蚀环境，从而造成油气田多次发生井下油管断裂，集 气干线泄漏事故，致使许多油气田井都在投产一年左右由于此类问题而提前报废，造成巨 大损失，给人民群众的生命和财产安全造成了严重的危害，同时也威胁到了国家能源战略 安全。
[0003] 现有API 5CT规范中有L80-13Cr油套管产品，能生产的强度为80和95钢级，最 高服役温度一般为120°C，耐蚀性能小于0. 25mm/y。随着油井和气井的开发，井深也在不断 增加，井深超过5000米的富含CO2且超过API标准13Cr钢管服役条件的油气井不断增加， 急需耐更高服役温度（120-150°C )、耐蚀性能更好、强度更高的110钢级油套管。
[0004] 现有耐腐蚀用合金油套管用钢如日本专利昭61-207550、特开平4-224656、特 开平11-140594等，其为高Cr合金，也含有较高的镍和钥。主要通过增加合金含量特别 是Ni和Mo等贵金属合金，保证耐高温、CO 2、及微量H2S腐蚀性能。对于深井要求耐高温 120-150°C、耐CO2腐蚀而并不要求H 2S腐蚀的环境，高镍、钥合金的油套管成本过高。
[0005] 还有日本专利平4-88152,但其Cr元素的含量在14% -16%之间，属于15Cr马氏 体不锈钢范畴，应用环境和制造工艺均有较大区别，而且其强度级别< 100钢级。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种CPE机组生产的 150ksi以下抗CO 2腐蚀油井管的制备工艺，通过该工艺轧制出来的钢管，表面质量好，尺 寸精度高，特别是壁厚均匀度和椭圆度好，能有效提高管体的抗挤毁性能；其次，由于顶管 工艺属于大延伸纵轧，生产出来的钢管组织性能好，不易产生缺陷，也有利于提高钢管的抗 CO2腐蚀性能；采用调质热处理，钢管力学性能达到150ksi，适合深井超深井开采使用。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种CPE机组生产的150ksi以下 抗CO 2腐蚀油井管的制备工艺，该工艺包含如下步骤：
[0008] (1)按照各组份和各组份的质量百分比配比通过转炉冶炼，并将转炉冶炼后 的钢水进行连铸连轧成管坯；其中，它的组份和各组份的质量百分比如下：C:0. 13%? 0· 23% ;Si:0. 11%?0· 41% ;Μη:0· 8%?I. 0% ;Cr:5. 0%?6. 0% ;Μ〇:0· 05%?0· 45% ; Α1:0. 02%?0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100% ;
[0009] (2)管坯准备：对管坯进行扒皮后，再检验管坯表面并去除缺陷，再断料形成多个 分管坯，将分管坯进行冷定心；
[0010] (3)管坯加热：将断料后的分管坯首先进行预热，并保温一定时间；再将预热后的 分管坯进行加热，并保温一定时间；其中，第二次加热的加热温度控制在1200°C?1250°C ;
[0011] (4)穿孔：将加热后的分管坯进行穿孔处理，形成毛管，并控制穿孔后的毛管温度 为1200°C?1220°C，然后将毛管进行穿芯棒和缩口处理；
[0012] (5)顶管：进入顶管机组前保持毛管温度不低于1180°C，并均匀地喷上润滑剂，将 穿有芯棒的毛管通过顶管机组上连续布置并且孔型直径逐渐减少的辊模对毛管进行连续 延伸轧制，形成荒管；
[0013] (6)松脱棒：将带有芯棒的荒管经过松棒机和脱棒机处理后，芯棒脱出后的荒管 进行冷却，再在其杯底热锯切；
[0014] (7)再加热：再将经过步骤（6)处理后的荒管进入再加热炉进行再加热处理；其 中，再加热处理的环境温度为940°C?960°C ;
[0015] (8)减径：将再加热后的荒管通过高压水除磷后，经过微张力减径机组通过其上 连续布置并且减径孔型逐渐减少的减径辊模对荒管进行轧制，达到所需中间品尺寸外径的 钢管；
[0016] (9)冷却：再将钢管在冷床上冷却处理；
[0017] (10)冷轧：将经过步骤（9)冷却处理后的中间品钢管经过软化处理、检验修磨、酸 洗、再次检验修磨、润滑、磷化后，进行冷轧达到所需成品钢管尺寸；
[0018] (11)调质热处理：将成品钢管依次经过高温淬火和低温回火，达到相应的钢级性 能；其中，高温淬火的温度范围为860°c?950°C，低温回火的温度范围为540°C?640°C ;
[0019] (12)矫直：调质热处理之后的钢管通过温矫，矫直温度控制在不低于350°C，使钢 管直线度不高于I. 〇mm/m ;
[0020] (13)精整，成品入库。
[0021] 在所述的步骤（5)中，芯棒的温度控制在500°C?600°C。
[0022] 进一步为了提供其更良好的抗二氧化碳腐蚀性能，在步骤（1)中，它的组份中还 添加 Ni和Cu,其添加量分别为O < Ni < 0. 2% ;0< Cu < 0. 25%。
[0023] 进一步，Ni:0. 15%?0· 20%，Cu:0. 20%?0· 25%。
[0024] 进一步为了在保证其良好的韧性的前提下极大地提高钢的淬透性，在步骤（1) 中，它的组份中还添加 B，其添加量为0. 0005%?0. 002%。
[0025] 进一步，在步骤⑴中，它的组份中还添加 Ti、Nb、V，添加量分别为：0 < Ti 彡 0· 25% ;0 < Nb 彡 0· 22% ;0 < V 彡 0· 25%。
[0026] 采用了上述技术方案后，本发明的油井管成分中的Si是有效的脱氧剂，加入Si 对提高钢种的强度有益，但大量加入会降低韧性和耐蚀性，所以将其含量限制在〇. 11%? 0. 41 %范围内；Mn具有很强的脱氧能力，能大幅提1?钢种的强度和初性，但是过多的Mn也 会降低钢种的韧性，因此将其含量限制在〇. 8%?I. 0% ;Cr是对提高抗CO2蚀性能最为经 济和有效的元素，随着Cr含量的增加，钢种的抗CO2腐蚀性能成倍增加，为了达到一定的 抗CO 2腐蚀性并能同时控制材料的成本，将其含量限制在5. 0%?6. 0% ;Mo的添加可以提 高钢的强度和抗腐蚀性能，通过优化配比，将其含量控制在0.05%?0.45% ;A1的含量低 于0. 005%时不能达到脱氧效果，但含量过高时易导致夹杂物增多，降低韧性和加工性能， 因此将其含量控制在0. 02%?0. 04% ;另外，现有技术中具有抗CO2腐蚀性能的低合金钢 管产品多为55ksi、80ksi钢级，而达到IlOKSI钢级以上的油套管多为化学成分属于超级 13Cr、15Cr以及22Cr双相不锈钢等高合金范畴，而本发明中的油井管所开发的合金钢不仅 具有良好的抗CO2腐蚀性能，而且强度能达到150ksi钢级，材料的合金成本降低且制造工 艺简单，该工艺是穿孔+顶管+张减+冷轧+调质热处理的工艺流程，通过控制工艺过程中 的温度、变形量分配、变形道次，乳制出来的钢管，表面质量好，尺寸精度高，特别是壁厚均 匀度和椭圆度好，能有效提高管体的抗挤毁性能，油井管的强度可达l〇50MPa以上，0°冲 击韧性可达50J以上；其次，由于顶管工艺属于大延伸纵轧，生产出来的钢管组织性能好， 不易产生缺陷，也有利于提高钢管的抗CO 2腐蚀性能；采用调质热处理，钢管力学性能达到 150ksi钢级，适合深井超深井开采使用。
【具体实施方式】
[0027] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进 一步详细的说明。
[0028] 实施例一
[0029] 本实施例的钢管成品规格：φ' 73. 02X5. 51X9400-9650mm ;
[0030] 管坯规格：Φ 150 X 1390mm ;
[0031] 管坯材质：5Cr ;
[0032] CPE机组生产的抗CO2腐蚀油井管的制造工序的大体步骤为：管坯扒皮一管坯断 料、冷定心一分管述预热一环形炉加热一分管述穿孔一毛管穿芯棒、缩口 一顶管一松棒一 脱棒一热锯一再加热一高压水除磷一张力减径一冷床冷却一检验修磨一酸洗一再次检验 修磨一润滑、磷化一冷轧一调质热处理一矫直一精整一打包入库。
[0033] CPE机组生产的抗C02腐蚀油井管的制备工艺，该工艺具体步骤如下：
[0034] (1)按照各组份和各组份的质量百分比配比通过转炉冶炼，并将转炉冶炼后的钢 水进行连铸连轧成管坯；其中，它的组份和各组份的质量百分比如下：C:0. 14% ;Si:0. 3% ; Μη:0· 9% ;Cr:5. 37% ;Μ〇:0· 17% ;Α1:0· 029% ;Ni :0· 19% ;Cu :0· 24%，其余为 Fe 和不可 避免的杂质，总计100%。
[0035] (2)管坯准备：对管坯进行扒皮后，再次检验管坯表面并去除缺陷，再断料形成多 个分管述，将分管述进行冷定心；
[0036] (3)管坯加热：将断料后的分管坯首先进行预热，并保温一定时间；再将预热后的 分管坯进行加热，并保温一定时间，均热温度控制在1200°C?1250°C ;
[0037] (4)穿孔：将加热后的分管坯进行穿孔处理，形成毛管，毛管规格φ 152 X 18 X 3070mm，并控制芽孔后的毛管温度为1200 C?1220 C，顶头米用氧化顶头，顶头 规格cP 113_，然后将毛管进行穿芯棒和缩口，芯棒采用阶梯芯棒；
[0038] (5)顶管：进入顶管机组前保持毛管温度不低于1180°C，芯棒温度控制在50(TC? 600°C，并均匀地喷上润滑剂，将穿有芯棒的毛管通过顶管机组上连续布置并且孔型直径逐 渐减少的棍模对毛管进行连续延伸乳制，形成荒管；芯棒规格Φ 106. 2*16000mm，棍模采用 新A〇8+4 (8+4指8个工作机架+4个调整机架）的方式进行设计，孔型参数见下表，荒管规 格 φ 120. 3*7. 0。
[0039] 表1顶管Αο8+4孔型参数
【权利要求】
1. 一种CPE机组生产的150ksi以下钢级抗0)2腐蚀油井管的制备工艺，其特征在于该 工艺包含如下步骤： (1) 按照各组份和各组份的质量百分比配比通过转炉冶炼，并将转炉冶炼后的钢水 进行连铸连轧成管坯；其中，它的组份和各组份的质量百分比如下：C:0. 13%?0.23% ; Si:0. 11 % ?0? 41 % ;Mn:0. 8 % ?1. 0 % ;Cr:5. 0 % ?6. 0 % ;M〇:0. 05 % ?0? 45 % ; A1:0. 02%?0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100% ; (2) 管坯准备：对管坯进行扒皮后，再检验管坯表面并去除缺陷，再断料形成多个分管 述，将分管述进行冷定心； (3) 管坯加热：将断料后的分管坯首先进行预热，并保温一定时间；再将预热后的分管 坯进行加热，并保温一定时间；其中，第二次加热的加热温度控制在1200°C?1250°C ; (4) 穿孔：将加热后的分管坯进行穿孔处理，形成毛管，并控制穿孔后的毛管温度为 1200°C?1220°C，然后将毛管进行穿芯棒和缩口处理； (5) 顶管：进入顶管机组前保持毛管温度不低于1180°C，并均匀地喷上润滑剂，将穿有 芯棒的毛管通过顶管机组上连续布置并且孔型直径逐渐减少的辊模对毛管进行连续延伸 车L制，形成荒管； (6) 松脱棒：将带有芯棒的荒管经过松棒机和脱棒机处理后，芯棒脱出后的荒管进行 冷却，再在其杯底热锯切； (7) 再加热：再将经过步骤（6)处理后的荒管进入再加热炉进行再加热处理；其中，再 加热处理的环境温度为940°C?960°C ; (8) 减径：将再加热后的荒管通过高压水除磷后，经过微张力减径机组通过其上连续 布置并且减径孔型逐渐减少的减径辊模对荒管进行轧制，达到所需中间品尺寸外径的钢 管； (9) 冷却：再将钢管在冷床上冷却处理； (10) 冷轧：将经过步骤（9)冷却处理后的中间品钢管经过软化处理、检验修磨、酸洗、 再次检验修磨、润滑、磷化后，进行冷轧达到所需成品钢管尺寸； (11) 调质热处理：将成品钢管依次经过高温淬火和低温回火，达到相应的钢级；其中， 高温淬火的温度范围为860°C?950°C，低温回火的温度范围为540°C?640°C ; (12) 矫直：调质热处理之后的钢管通过温矫，矫直温度控制在不低于350°C，使钢管直 线度不高于1. 〇mm/m ; (13) 精整，成品入库。
2. 根据权利要求1所述的CPE机组生产的150ksi以下钢级抗C02腐蚀油井管的制备 工艺，其特征在于：在所述的步骤（5)中，芯棒的温度控制在500°C?600°C。
3. 根据权利要求1所述的CPE机组生产的150ksi以下钢级抗C02腐蚀油井管的 制备工艺，其特征在于：在步骤（1)中，它的组份中还添加Ni和Cu，其添加量分别为0 < Ni 彡 0? 2% ;0 < Cu 彡 0? 25%。
4. 根据权利要求3所述的CPE机组生产的150ksi以下钢级抗C02腐蚀油井管的制备 工艺，其特征在于：Ni:0. 15%?0? 20%，Cu:0. 20%?0? 25%。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的CPE机组生产的150ksi以下钢级抗C02腐蚀油 井管的制备工艺，其特征在于：在步骤（1)中，它的组份中还添加B，其添加量为0. 0005%? 0. 002%。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的CPE机组生产的150ksi以下钢级抗C02腐蚀 油井管的制备工艺，其特征在于：在步骤（1)中，它的组份中还添加Ti、Nb、V，添加量分别 为：0 < Ti 彡 0? 25% ;0 < Nb 彡 0? 22% ;0 < V 彡 0? 25%。
【文档编号】C21D8/10GK104388825SQ201410687981
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】李珺, 敬磊, 郭兴邦, 郭照生 申请人:江苏常宝钢管股份有限公司