一种苛刻腐蚀环境油/气输送用钛合金无缝管

1.本发明属于钛合金无缝管技术领域，具体的说，是涉及一种用于输送含高腐蚀性物质的油或气的钛合金无缝管。


背景技术：

2.钛和钛合金管具有高比强度、低密度(同体积接近钢重量一半)、抗腐蚀及优良的抗疲劳性能，因此被广泛应用于大型民航客机、军用飞机、航天火箭、舰船、兵器装备、电力、石油化工、海水淡化等领域。在石油天然气开采过程中，从井底开采出来的油或气中均含有不同浓度的h2s、co2、cl-、单质s等高腐蚀性物质。输送此种油气资源通常需要采用高抗腐蚀的镍基合金复合管，才能保证油气从井口到炼化厂输送的安全。但是，镍基合金复合管存在一系列加工方面的问题有待解决：生产周期长、成本高；无法成型管件，只能采用镍基堆焊，导致效率低、周期长、成本高；施工过程对人员、设备要求高；现场施工时焊接组对精度要求高；对管端椭圆度、外径、基层和覆层精度要求高；基层和覆层之间过渡层焊接工艺要求严格，容易出现腐蚀穿孔导致泄漏，且基本无法修复等等。基于以上问题，国内乃至国外一直寻找具有更高性价比的替代产品应用于苛刻腐蚀环境油或气的输送。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种苛刻腐蚀环境油/气输送用钛合金无缝管，该钛合金无缝管能够替代镍基合金复合管用于输送含高浓度h2s、co2、cl-、单质s等高腐蚀性物质的油或气。因管线采用单一钛合金材料，可以避免堆焊带来的效率低、生产周期长的问题；同时现场组对简单，施工效率高；避免了复合管的过渡层，大幅提高管线焊缝安全性；另外，钛合金强度较高、腐蚀性能优良，管材可以更薄，降低成本的同时增加管道流量。
4.为了解决目前镍基合金复合管在输送含高腐蚀性物质油或气的问题，满足油田对输送含高腐蚀性物质油或气管线安全性的要求，本发明通过以下的技术方案予以实现：
5.本发明提供了一种苛刻腐蚀环境油/气输送用钛合金无缝管，该钛合金无缝管按照组成元素的重量配比为包括al：4.0～5.0％，sn：1.0～2.0％，fe：≤0.25％，c：≤0.05％，n：≤0.04％，h：≤0.012％，o：≤0.18％，其余为钛。
6.进一步地，该钛合金无缝管能够达到api 5l标准中x80强度级别。
7.本发明的苛刻腐蚀环境油/气输送用钛合金无缝管的制造流程为：海绵钛+中间合金真空自耗炉冶炼
→
钛合金铸锭
→
锻造圆坯
→
圆坯加热
→
穿孔
→
轧制(冷轧/热轧)
→
退火热处理
→
矫直
→
探伤
→
水压
→
坡口加工。
8.本发明的苛刻腐蚀环境油/气输送用钛合金无缝管，其配方中al的重量百分比控制在4.0～5.0％，能够起到兼顾材料强度、提高再结晶温度，减少氢脆敏感性的作用；铝主要起固溶强化作用，每添加1％al，室温抗拉强度增加50mpa。铝改善抗氧化性，并且铝比钛更轻，能减小合金密度，并显著提高再结晶温度。铝还能够提高氢在α-ti中的溶解度，减少由氢化物引起氢脆的敏感性；其配方中sn的重量百分比控制在1.0～2.0％，能够进一步提
高材料强度、避免al元素增加带来的劣性，减少氢脆敏感性；锡属中性元素，在α-ti和β-ti中均有较大溶解度，起补充强化作用。
9.本发明的有益效果是：
10.本发明通过在钛中添加al和sn来提高钛合金的强度，同时具有高的冲击韧性，使用该钛合金制造的无缝管性能能够达到api 5l标准中x80强度级别和更强的腐蚀性能，即屈服强度555～705mpa，抗拉强度625～825mpa，断后伸长率≥12％；0℃纵向全尺寸夏比v型冲击功≥40j；hic试验在nace tm 0284的a溶液(5％质量分数的nacl+0.5％质量分数ch3cooh+饱和h2s气体)中进行96h，裂纹敏感率csr＝0，裂纹长度率clr＝0，裂纹厚度率ctr＝0；ssc标准试验在nace tm 0177的a溶液(5％质量分数的nacl+0.5％质量分数ch3cooh+饱和h2s气体)中试样四点弯曲加载应力555mpa(名义屈服强度的100％)进行720h，试样无断裂，受拉面无裂纹；ssc高腐蚀环境模拟试验在溶液(cl-含量110000mg/l；h2s气体6mpa，co2气体10mpa；气体速度为4m/s；单质s 4g/l；温度180℃)试样四点弯曲加载应力555mpa(名义屈服强度的100％)进行720h，试样无断裂，受拉面无裂纹。
11.另外，钛资源丰富，具有高比强度，相同强度等级重量更轻，同规格单重为镍基合金的56％；优异的耐腐蚀及抗应力腐蚀开裂性能，优于g3合金；不怕铁污染，便于组织生产运输及操作。
具体实施方式
12.下列实施例旨在说明而非限定本发明。在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均为按重量计。
13.实施例1：使用该钛合金生产φ219.1
×
12.7mm规格无缝管
14.1.1钛合金成分(其余为ti)
15.alsnfecnho4.0％1.0％0.18％0.04％0.03％0.009％0.15％
16.1.2管子力学性能
17.(1)拉伸
18.试样屈服强度rt0.5(mpa)抗拉强度rm(mpa)断后伸长率a％157565016259068015
19.(2)冲击
[0020][0021]
1.3管子腐蚀性能
[0022]
(1)hic
[0023]
hic试验在nace tm 0284的a溶液(5％质量分数的nacl+0.5％质量分数ch3cooh+饱和h2s气体)中进行96h，裂纹敏感率csr＝0，裂纹长度率clr＝0，裂纹厚度率ctr＝0。
[0024]
(2)ssc
[0025]
ssc试验在nace tm 0177的a溶液(5％质量分数的nacl+0.5％质量分数ch3cooh+饱和h2s气体)中试样四点弯曲加载应力555mpa(名义屈服强度的100％)进行720h，试样无断裂，受拉面无裂纹。
[0026]
ssc高腐蚀环境模拟试验在溶液(cl-含量110000mg/l；h2s气体6mpa，co2气体10mpa；气体速度为4m/s；单质s 4g/l；温度180℃)试样四点弯曲加载应力555mpa(名义屈服强度的100％)进行720h，试样无断裂，受拉面无裂纹。
[0027]
实施例2：使用该钛合金生产φ323.9
×
12.7mm规格无缝管
[0028]
2.1钛合金成分(其余为ti)
[0029]
alsnfecnho4.51.50.160.030.030.0080.14
[0030]
2.2管子力学性能
[0031]
(1)拉伸
[0032]
试样屈服强度rt0.5(mpa)抗拉强度rm(mpa)断后伸长率a％161075014258070015
[0033]
(2)冲击
[0034][0035]
2.3管子腐蚀性能
[0036]
(1)hic
[0037]
hic试验在nace tm 0284的a溶液(5％质量分数的nacl+0.5％质量分数ch3cooh+饱和h2s气体)中进行96h，裂纹敏感率csr＝0，裂纹长度率clr＝0，裂纹厚度率ctr＝0。
[0038]
(2)ssc
[0039]
ssc试验在nace tm 0177的a溶液(5％质量分数的nacl+0.5％质量分数ch3cooh+饱和h2s气体)中试样四点弯曲加载应力555mpa(名义屈服强度的100％)进行720h，试样无断裂，受拉面无裂纹。
[0040]
ssc高腐蚀环境模拟试验在溶液(cl-含量110000mg/l；h2s气体6mpa，co2气体10mpa；气体速度为4m/s；单质s 4g/l；温度180℃)试样四点弯曲加载应力555mpa(名义屈服强度的100％)进行720h，试样无断裂，受拉面无裂纹。
[0041]
实施例3：使用该钛合金生产φ406.4
×
12.7mm规格无缝管
[0042]
3.1钛合金成分(其余为ti)
[0043]
alsnfecnho5.02.00.190.030.020.0100.17
[0044]
3.2管子力学性能
[0045]
(1)拉伸
[0046]
试样屈服强度rt0.5(mpa)抗拉强度rm(mpa)断后伸长率a％164578513262577014
[0047]
(2)冲击
[0048][0049]
3.3管子腐蚀性能
[0050]
(1)hic
[0051]
hic试验在nace tm 0284的a溶液(5％质量分数的nacl+0.5％质量分数ch3cooh+饱和h2s气体)中进行96h，裂纹敏感率csr＝0，裂纹长度率clr＝0，裂纹厚度率ctr＝0。
[0052]
(2)ssc
[0053]
ssc试验在nace tm 0177的a溶液(5％质量分数的nacl+0.5％质量分数ch3cooh+饱和h2s气体)中试样四点弯曲加载应力555mpa(名义屈服强度的100％)进行720h，试样无断裂，受拉面无裂纹。
[0054]
ssc高腐蚀环境模拟试验在溶液(cl-含量110000mg/l；h2s气体6mpa，co2气体10mpa；气体速度为4m/s；单质s 4g/l；温度180℃)试样四点弯曲加载应力555mpa(名义屈服强度的100％)进行720h，试样无断裂，受拉面无裂纹。
[0055]
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。