S腐蚀套管钢及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钢的制造技术领域，具体涉及一种页岩气用80ksi抗H2S腐蚀套管 钢的制造方法，以及通过该制造方法得出的套管钢。
【背景技术】
[0002] 石油和天然气作为世界上的主要能源和优质化工原料，是当今社会经济发展中重 要的生产要素之一。石油套管是石油开采和生产用的钢铁管材，在我国石油工业中具有重 要地位。随着世界能源消费的不断攀升，大量具有严酷腐蚀环境和其他苛刻条件的油气田 相继投入开发，包括页岩气在内的非常规能源的开发越来越受到重视。
[0003] 目前，我国页岩气勘探开发还刚刚起步，主要集中在四川盆地及其周缘、鄂尔多斯 盆地、辽河东部凹陷等地，四川盆地页岩气在勘探开发过程发现有H 2S存在。页岩气开采技 术，主要包括水平钻井技术和多层压裂技术、清水压裂技术、重复压裂技术及同步压裂技 术，其开采特点决定在下油层套管阶段和完井压裂阶段对套管要产生弯曲应力、摩阻、热应 力；一般油套管在页岩气开采过程中在高温、高压环境、各种使用应力和H 2S气体的作用下， 会在受力远低于其本身屈服强度时突然发生脆断（这种现象称为H2S应力腐蚀），轻者造成 油套管柱或整口井报废，重者会造成井喷，使H 2S随油气一同外溢，造成整台钻机及周围生 态环境的巨大破坏。
[0004] 目前页岩气用80ksi抗H2S腐蚀套管钢的开发在国内尚属崭新领域，未见页岩气用 80ksi抗H 2S腐蚀套管钢及其制造方法的相关报道。开发出满足页岩气开采特殊用途的经济 型80ksi抗H2S腐蚀套管钢，使得产品性能满足页岩气开采的需要，对保证页岩气开釆的稳 定性和安全性，促进页岩气开采领域又好又快发展有重要的现实意义。
【发明内容】
[0005] 本发明克服了现有技术的不足，提供一种页岩气用80ksi抗H2S腐蚀套管钢的制造 方法。
[0006] 考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术 方案：
[0007] 一种页岩气用80ksi抗H2S腐蚀套管钢的制造方法，所述的套管钢的制造方法包括 以下步骤：
[0008] A、炼钢
[0009] 用生铁和普碳钢废钢为原料，在电弧炉中进行冶炼，得到含C 2 0.0 8 %、P < 0.010 %，温度为1620~1640°C的初炼钢水，然后倒炉出钢，出钢过程中加入2.0~3. Okg/t 钢CaAlSi脱氧剂和1.0~1.5kg/t钢A1块脱氧剂；
[0010] 将初炼钢水进行LF精炼，精炼后喂入Ca线，Ca的喂入量为0.08~0.10kg/t钢进行 钙处理，钙处理后进行VD真空脱气处理，然后在VD真空室中进行静吹处理，得到精炼钢水；
[0011]将精炼钢水浇铸成连铸圆坯，连铸浇注过程、大包浇注过程采用：吹Ar气和加密封 垫保护；
[0012] B、制管
[0013]将步骤A所得的连铸圆坯在环型加热炉中加热，加热段温度为1210~1270°C，均热 段温度为1240~1260°C，加热后进行穿孔、连乳、张力减径、冷却和矫直，得到热乳钢管；
[0014] C、热处理
[0015]将步骤B所得的热乳钢管，进行热处理，热处理采用喷淋和内轴流水冷淬火、空冷 回火、带温矫直的热处理工艺。
[0016] 为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：
[0017] 根据本发明的一个实施例，步骤A中所述的静吹处理为钢水在真空度<67Pa条件 下脱气处理15~20min后，在VD真空室盖上包盖的情况下进行静吹处理，静吹时间2 20分 钟，控制底吹Ar气流量20~30NL/min。
[0018] 更进一步的技术方案:步骤A中所述的精炼钢水在浇铸时，控制浇注中间包液面2 750mm，连浇中间包液面2 400mm。
[0019] 更进一步的技术方案:步骤C中所述的喷淋和内轴流水冷淬火的钢管装入方式按1 支/齿装入，步进周期为65~75秒，淬火温度为850~870°C，喷淋水量2 2000m3/h，喷淋时间 为30~40秒，内轴流水量2 700m3/h，流水时间为30~40秒。
[0020] 更进一步的技术方案:步骤C中所述的空冷回火的钢管的装入方式按1支/齿装入， 步进周期为65~75秒，回火温度为650~680°C。
[0021] 更进一步的技术方案:步骤C中所述的带温矫直，在入矫直机前的钢管温度2 400 V。
[0022] 本发明还提供了一种页岩气用80ksi抗H2S腐蚀的套管钢，所述的套管钢的化学成 分按重量百分比计为：c 0.25~0.29%、Si 0.20~0·35%、Μη 0.90~1.10%、Cr 0.95~ 1.15%，余量为Fe、残余元素和不可避免的杂质。
[0023] 进一步地:所述残余元素中Cu<0.20%、Ni <0.20%、Ti <0.04%，所述不可避免 的杂质中0.015%、S< 0.008%。
[0024] 更进一步地：所述套管钢在常温下的屈服强度为552~655MPa、抗拉强度2 655MPa，0°C横向10 X 10mm"V"型冲击功2 40J，延伸率2 19%，允许硬度变化Δ HRC < 3.0。 [0025]更进一步地:所述的套管钢按NACE TM0177-96标准方法A进行恒载荷试验:全尺寸 标准试样Φ 26.35m，试验应力为80 % Ysmin，试验溶液采用A溶液，试验周期720小时检测，试 样未发生腐蚀开裂。
[0026] 在本套管钢中C是最经济的强化元素，碳含量主要考虑钢管的强度和韧性的配合， 同时还要考虑水淬开裂问题;钢中碳含量的增加会提高钢在硫化物中的应力腐蚀破裂的敏 感性，所以把C含量限定在0.30 %以下。
[0027] 而Μη是一种易偏析的元素，研究锰在硫化物腐蚀开裂过程的作用十分重要。当偏 析区Mn、C含量一旦达到一定比例时，在钢材生产和设备焊接过程中，产生出马氏体/贝氏体 高强度、低韧性的显微组织，表现出很高的硬度，对设备抗SSCC是不利的。对于碳钢一般限 制猛含量小于1.3%。少量的Μη能将硫变为硫化物并以硫化物形式排出，同时钢在脱氧时， 使用少量的锰后，也会形成良好的脱氧组织而起积极作用。降低Μη含量有利于减少偏析和 MnS夹杂的形成，提高抗H2S应力腐蚀性能。
[0028] Cr是铁素体形成元素，也是提高耐腐蚀性的主要元素，其作用在于:Cr加入铁基固 溶体后使其电极电位提高，耐腐蚀能力随之提高;Cr还有钝化作用，加入Cr后合金表面在氧 化性介质作用下表面形成富Cr的氧化膜。因此足够的Cr含量可以保证钢表面形成保护膜并 促进保护膜的再生，也能形成足够多的弥散碳化物，对于减慢H 2S环境中的腐蚀速度极为有 利。
[0029] P、S被公认为有害元素，P易于在晶界偏聚，增加钢的脆性和降低抗H2S应力腐蚀性 能；S与Μη生成的长条状MnS夹杂是SSC和HCC最易形核处，加剧了 H2S腐蚀的敏感性。因此，P、 S含量应尽量低，0.015%、S< 0.008%。
[0030] 在套管钢的成分设计采用中碳Cr-Mn钢，不添加 Mo或Nb或V等一种或几种贵重合金 元素，既考虑生产的经济性，又保证了机械性能和优良的抗腐蚀性能的技术要求。
[0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：
[0032] 1、本发明通过合理的冶炼、乳制和热处理工艺保证钢管中非金属夹杂物数量较少 且形态较好、并获得良好的调质态组织，具有优良的机械性能和抗腐蚀性能，产品满足国内 外含H2s的页岩气油气田的需要。
[0033] 2、本发明的页岩气用80ksi抗H2S腐蚀套管钢成分设计经济合理，不添加 Mo或Nb或 V等一种或几种贵重合金元素，具有优良的力学性能和抗腐蚀性能，生产成本低，材料经济 效益好。
[0034] 3、本发明在冶炼工艺上通过电炉冶炼炉料结构，降低页岩气用80ksi抗H2S腐蚀套