[发明专利]一种耐腐蚀铁基奥氏体油井管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁基奥氏体油井管及其制造方法，主要涉及一种高强度、耐腐蚀的铁基奥氏体无缝钢管及其制造方法。

背景技术

随油气开采环境的日趋恶劣，“三高”（高温、高压、高腐蚀）油气井也逐渐增多，国内部分地区的油气井深度已经超过7000米，井下的温度在150℃以上，同时存在高浓度的H₂S及CO₂气体，且H₂S气体的分压已经达到8MPa以上。针对此种井下条件，必须采用铁基、镍基耐蚀合金才能满足使用要求。

铁基奥氏体耐蚀合金的组织为奥氏体，且由于耐蚀合金元素的加入，奥氏体区间变宽，常温及高温状态下，冷、热加工及热处理过程中无明显的相变过程，因此无法通过相变进行强化，只有通过其它强化方式达到提升强度的目的。

常规的强化方式有两种：合金强化及变形强化。

合金强化是在不影响合金成分体系的情况下，加入或提高部分不影响合金性能的元素，比如C、N等元素。这些元素存在奥氏体晶格的间隙间，阻碍合金的变形过程，达到强化目的。

变形强化的主要方式是冷作强化。对于合金管材而言，冷轧、冷拔、矫直是强化的三种方式。通过变形，管材内部形成大量位错团，阻碍滑移变形，达到强化目的。

通常情况下，鉴于合金元素的添加难度大，影响最终的组织形态，变形强化是Fe基耐蚀合金管的主要强化方式。 

对于油井管而言，通常要求屈服强度在760MPa以上，抗拉强度在793MPa以上，延伸率通常在11%以上，耐酸性环境的应力腐蚀（SCC）和高浓度的硫化氢应力腐蚀（SSC）。

然而，油井管的规格多，对于壁厚较大的Fe基耐蚀合金油井管（壁厚一般在15mm以上），常规的冷加工强化无法满足强化的要求（表面变形，心部不变形），如果加大冷变形量，又无法实现工业生产。因此。大规格、高强度的耐蚀合金管一直以来是钢管界的生产难题。

发明内容

为了克服现有耐腐蚀铁基奥氏体油井管的上述不足，本发明提供一种耐腐蚀铁基奥氏体油井管，本耐腐蚀铁基奥氏体油井管的壁厚在15mm～40mm，屈服强度在760MPa以上，抗拉强度793MPa以上，延伸率20%以上，冲击功100J以上，在浓度37%的NaCl溶液中，耐0.6MPa的H2S和1.1MPa的CO2应力腐蚀（SCC）和硫化氢应力腐蚀（SSC），并满足最严格慢应变试验要求（SSRT）。

本发明的另一个目的是提供一种该油井管的制造方法。

本耐腐蚀铁基奥氏体油井管的化学成分（重量百分比）为：

0＜C≤0.03%，　　0＜Si≤1.00%，　　0＜Mn≤2.50%，　　P≤0.03%，

S≤0.03%，　Cr 　20.0%～28.0%，　　Ni 　20.0%～38.0%，

Mo 　3.0%～5.0%，　Cu 　0.50%～2.00%，

其余为铁及微量其杂质元素。

上述的耐腐蚀铁基奥氏体油井管，其特征是还含有N ，N的含量为　0.05%～0.30%，即它的化学成分百分数（重量）为：

0＜C≤0.03%，　　0＜Si≤1.00%，　　0＜Mn≤2.50%，　　P≤0.03%，

S≤0.03%，　Cr 　20.0%～28.0%，　　Ni 　20.0%～38.0%，

Mo 　3.0%～5.0%，　Cu 　0.50%～2.00%， N 　0.05%～0.30%，

其余为铁及微量其杂质元素。

本发明所述的耐腐蚀铁基奥氏体油井管的壁厚在15mm～40mm；并且强度高，经热挤压、固溶与冷拔，屈服强度在760MPa以上，抗拉强度793MPa以上，延伸率20%以上，冲击功100J以上。

本发明所述的耐腐蚀铁基奥氏体油井管有较好的耐腐蚀性，它在浓度37%的NaCl溶液中，耐0.6MPa的H2S和1.1MPa的CO2应力腐蚀（SCC）和硫化氢应力腐蚀（SSC），满足最严格慢应变试验要求（SSRT）。

本油井管的制造方法的主要步骤如下：

预处理铁水→转炉或电炉→AOD或VOD→连铸或模铸→电渣重熔→均质化退火→开坯→轧制或锻造→管坯准备（钻孔、倒角）→热挤压→固溶→冷拔（轧）→矫直→切头→探伤→称重→喷标→包装。

本耐腐蚀铁基奥氏体油井管的制造方法包括下述依次的步骤：

Ⅰ、冶炼

预处理后的铁水经过转炉或电炉冶炼与AOD或VOD精炼后，钢水化学成分百分数（重量）达到下述要求即可出钢：