[实用新型]高防腐耐磨渗氮钢油管

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种石油开采油管，特别涉及一种高防腐耐磨渗氮钢油管。

背景技术

目前，油、气田井下油管的腐蚀、偏磨、粘扣情况特别严重，是困扰油管使用寿命的三大难题，大部分油井采出液出现“三高一低”的现象，即矿化度高、硫酸盐还原菌(SRB)含量高、CO₂含量高、PH值低，在这种腐蚀环境下，井下的油管、套管和抽油杆等很容易腐蚀，严重的会造成油套管腐蚀穿孔，抽油杆断裂，必须进行作业更换，不仅增加了采油成本，也影响了油井生产。

为了增加油管的使用寿命，提高油管的耐腐蚀性，有些井下油管采用氮化防腐处理工艺解决上述问题，该工艺是将油管放入富氮的活性介质中加热，使氮原子渗入钢的表面，改变表面化学成分，形成一定厚度的Fe_2-3N，即ε相。该物质化学稳定性高，组织细密，硬度高，对多种腐蚀介质具有抗腐蚀作用。但是在氮化防腐处理过程中，表面的ε氮化物会形成一种易被腐蚀的疏松层，这种疏松层会降低氮化处理的腐蚀性。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有氮化防腐油管表面有易被腐蚀的疏松层，降低氮化油管耐腐蚀性之不足，而提供一种高防腐耐磨渗氮钢油管。

本实用新型是在油管的表面形成有复合氮化层，该复合氮化层是由γ’相(Fe₄N)、ε相(Fe_2-3N)、Fe₃C、Fe₃O₄化合物以及S、Al的相应化合物构成。

形成复合氮化层的工艺过程为：管坯→热轧成品油管→热处理基体强化→油管表面多元共渗(N、C、O、S、Al)→表面氧化处理→检查(机械性能、探伤、腐蚀等)。

其中用作管坯的钢材为可氮化合金钢材料：如27SiMn钢、CrMoAl类合金钢、CrAl类合金钢，使用上述类型钢材热轧的成品油管为无缝合金钢管。

主要工序的工艺规范为：

热处理基体强化：温度为350-400℃，时间为20-40min。

油管表面多元共渗(N、C、O、S、Al)：温度为520-580℃，时间为10-180min。

表面氧化处理：温度为370-400℃，时间为15-20min。

复合氮化层的形成过程：

热处理基体强化工序会在油管的表面形成很薄的氧化膜，这层氧化膜对多元共渗有促进作用，油管表面多元共渗工序是在盐浴中进行的，包括分解、吸附、扩散三步。

第一步是分解，氰酸根在氮化盐的工作温度下，分解出活性的N原子和C原子。

第二部是吸附，活性的N原子和C原子向金属表面吸附，金属表面N的浓度逐渐升高，与金属表面形成一定的浓度差，在一定的温度下，正是这种浓度差使N原子和C原子向金属内部扩散。

第三步是扩散，已经吸附在金属表面的高浓度的N原子和C原子向金属内部扩散，由于N的原子半径仅为Fe原子半径的一半，而C原子的半径更小，所以N原子和C原子可以在铁的点阵间隙中进行扩散。

多元共渗工序最终形成的渗层组织是：最表面为ε氮化物(Fe₃N或Fe_2-3N)；向内为ε氮化物+γ’相(Fe₄N)；再向内为扩散层，即含氮、碳的固溶体。

表面氧化处理工序：油管在进行多元共渗工序以后在氧化盐浴中进行氧化处理，氧化处理后不但在油管的化合物层表面形成氧化膜，还有一部分氧以间隙式形式溶入化合物晶格中，使表面钝化，改善了表面的耐蚀性和耐磨性，氧化膜为铁的氧化物(Fe₃O₄)。

复合氮化层是在可氮化合金的基体上不断渗入N、C、O、S形成的，表层的ε相并非纯的铁的氮碳化物，其中含有合金元素，也可以称之为合金氮碳化物，这种合金氮碳化物比铁的氮碳化物硬度高，特别在含铝的合金钢中，铝的作用在于促进了氮沿晶界扩散，在过饱和过程中形成γ’相(Fe₄N)，增强了硬化作用。

本实用新型的有益效果：硬度高，比较耐磨，表面有一层氧化层，比较耐腐蚀。

附图说明

图1为本实用新型的剖面示意图。

1、油管2、复合氮化层。

具体实施方式