[发明专利]一种改善疲劳性能的耐硫化氢腐蚀油管及其生产方法

说明书

本发明公开了一种改善疲劳性能的耐硫化氢腐蚀油管及其生产方法，油管化学成分的重量百分配比为C：0.12‑0.25％；Si：0.15‑0.30％；Mn：≤0.25％；P：≤0.008％；S：≤0.005％；Cr：≤0.5％；Mo：0.2‑0.5％；Nb：0.02‑0.05％；V：0.08‑0.25％；Al：0.005‑0.01％；Ca：0.001‑0.003％；RE:0.0001‑0.0002％；余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的产品晶粒细小、强韧性匹配好，在3.5％NaCl水溶液腐蚀环境中，载荷比R＝0.1，循环周次为1×105进行疲劳试验，疲劳强度σ0.1≥200Mpa。

技术领域:

本发明涉及到一种低合金石油油管用钢及其生产方法，具体涉及一种改善疲劳性能的耐硫化氢腐蚀油管及其生产方法。

背景技术：

在石油天然气资源开采中，油井管柱服役的条件越来越苛刻。例如大部分油气田存在着H₂S、CO₂等气体和介质，普遍存在严重的H₂S、CO₂等腐蚀问题，其中常见的有应力腐蚀、腐蚀疲劳等失效形式。油管管柱作为油气层与地面之间的通道，在油气田生产或压裂过程中受到内外压差(上下冲程载荷变化)、拉-拉、弯曲等多种交变载荷作用。在腐蚀介质和交变载荷共同作用工况下服役，抗疲劳性能会显著降低；并且在相同的应力损伤下，疲劳寿命相比大气环境下的疲劳寿命往往要缩短为几分之一，极易发生腐蚀疲劳断裂失效，这种低应力条件下的破坏方式具有很强的危险性和不可预测性，严重影响油田的经济效益和生产安全。因此，油管在腐蚀服役工况下的疲劳断裂研究已成为一个不容忽视的问题。

2007年4月16日公布的申请号为200710061695.4中涉及一种抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢及其生产方法，但该专利解决直缝焊石油油管粘扣问题，并未考虑油管服役过程中腐蚀性能和疲劳失效问题。2007年4月16日公布的公布号为CN1948538中涉及抗硫化氢应力腐蚀的石油钢管及其制造方法，该专利采用无缝管生产工艺生产耐腐蚀油管，未考虑油管的疲劳性能。2015年2月18日公布的专利号为CN104357756A，名称为一种抗硫化氢应力腐蚀直缝焊接石油套管及其制造方法，该专利通过成分设计采用直缝焊管的生产工艺制备耐腐蚀油管，保证了油管的抗硫化氢应力腐蚀性能，但是该专利没有记载油管在腐蚀服役工况下的疲劳断裂性能。

本发明开发的一种改善疲劳性能的耐H₂S腐蚀性能油管，通过成分设计结合合理的生产方法，不仅可保证油管腐蚀性能优异，同时改善了油管的抗疲劳性能。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种改善疲劳性能的耐硫化氢腐蚀油管及其生产方法，本发明的油管产品在3.5％NaCl水溶液腐蚀环境中，载荷比R＝0.1，循环周次为1×10⁵进行疲劳试验，油管的疲劳强度σ_0.1≥200Mpa，适用于H₂S腐蚀工况中对油管疲劳服役寿命具有一定要求的油气井。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种改善疲劳性能的耐硫化氢腐蚀油管，所述油管用热轧卷板的化学成分为C:0.12-0.25％；Si：0.15-0.30％；Mn：≤0.25％；P：≤0.008％；S：≤0.005％；Cr：≤0.5％；Mo：0.2-0.5％；Nb：0.02-0.05％；V：0.08-0.25％；Al：0.005-0.01％；Ca：0.001-0.003％；RE:0.0001-0.0002％；余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明中设计合金成分选取说明：

C：碳是主要固溶强化元素，可与多种合金形成强化相，可提高钢的强度；但该发明采用热轧卷板生产，要充分考虑焊接性能和焊缝质量，同时有利于后续热处理工艺可弥补强度不足。为实现本发明的目的，既要发挥强化作用，又不降低焊接和腐蚀等性能，因而C设计范围为0.12％-0.25％。