一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管，其特征在于：它的化學元素及其質(zhì)量百分含量如下：C：0.09%～0.19%；Si：0.23%～0.38%；Mn：0.9%～1.7%；B：0.0015%～0.0025%；Nb：0.01%～0.07%；P:≤0.012%；S:≤0.007%；其余為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的抗拉強度高，焊接性能好，抗鹽水和酸性環(huán)境腐蝕性能優(yōu)良、抗低溫沖擊性能好，抗低溫沖擊性能在-70℃條件下達到100焦耳，具備高韌性特點；通過熱軋加調(diào)質(zhì)熱處理的方式使其強度達到80ksi以上的強度級別。
【專利說明】一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管，屬于無縫管線管【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，隨著世界經(jīng)濟的復蘇和發(fā)展中國家經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模的不斷擴大，特別是中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，目前世界能源和輸送進入極度緊張的狀況，世界各能源消耗大國和石油、天然氣輸出國紛紛進行新的可行性研究報告和新管道鋪設計劃。預計在今后的10~15年，全球總能源消耗將比現(xiàn)在增加60%左右，其中天然氣消耗將翻番。
[0003]天然氣排放的CO2較少，故能源使用的現(xiàn)行趨勢是從石油向天然氣的穩(wěn)步過渡，與石油的輸送不同，氣體輸送進程中采用高壓操作，可提高生產(chǎn)和輸送的效率，導致市場對高壓輸氣管線的需求量不斷增加，同時對管線管提出了更高強度的要求。另外為提高氣井生產(chǎn)效率，要求油井管口徑更大，管壁更薄，通過提高管線鋼強度即可達到減薄管壁的目的。
[0004]但管線鋼級的發(fā)展，僅靠強度的提高是不夠的，因為管道所用區(qū)域地質(zhì)條件極其復雜惡劣，需要應對諸如抵制斷層、地震、滑坡(地層移動)，冰原、凍土 (周期性融沉、凍脹)以及沿海洋流(腐蝕、沖刷、洋流運動)等不利環(huán)境因素；這就對管線管的韌性、變形能力、焊接性、低溫韌性和耐腐蝕性這類鋼管綜合性能提出了更高的要求。從設計理念上對基于應力設計(以管道運行中所承受的環(huán)向內(nèi)應力為設計依據(jù)，不考慮管道的縱向應力及應變，即不考慮管道運行過程中發(fā)生地質(zhì)以及外力引起的運動)的傳統(tǒng)油氣輸送管線管設計理念提出了挑戰(zhàn)；轉而向“基于應變的設計方法”，即為符合上述服役環(huán)境而考慮適應大的塑性應變能力，以保障管線的安全性和完整性。海洋鉆井平臺將采集到的石油和天然氣(包括可燃冰)由無縫管線管輸送至進行脫水、脫硫、凈化處理的裝置(平臺)，工作在高溫或高壓(^ 14MPa)環(huán)境中，管內(nèi)承受油氣腐蝕以及油水混輸、油水交替輸送所帶來的腐蝕，管外同時承受著海水、海洋大氣和海底土壤帶來的腐蝕。由于服役環(huán)境非常惡劣，安全系數(shù)、可靠性、耐久性要求高，焊接管線管在此環(huán)境下易失效報廢，故通常需采用口徑小、管壁厚的無縫鋼管。近年來，油氣田的開發(fā)逐步由淺水向深水(> 300m)，甚至超深水(> 1500m)領域延伸，深海無縫管線管服役的海洋環(huán)境則更加惡劣:深水海底為高靜壓、低溫環(huán)境(可燃冰的低溫環(huán)境可達到-70°C左右)，同時面臨很多的不確定性，如風浪、表層洋流、底流、海冰、海嘯以及風暴潮等。對管材內(nèi)在質(zhì)量的穩(wěn)定性、特別是對碳當量的控制及管端加工精度有更高的技術要求，除抗硫化氫腐蝕、抗海水、海域環(huán)境的腐蝕外，還要滿足_70°C的低溫沖擊。常用的X52鋼級無縫管線管在此環(huán)境中容易在內(nèi)外腐蝕、低溫沖擊和外力作用下，在管線管的材料缺陷和焊縫缺陷處產(chǎn)生應力集中而失效報廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的 技術問題是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管，它的抗拉強度高，焊接性能好，抗鹽水和酸性環(huán)境腐蝕性能優(yōu)良、抗低溫沖擊性能好，抗低溫沖擊性能在_70°C條件下達到100焦耳，具備高韌性特點，通過熱軋加調(diào)質(zhì)熱處理的方式使其強度能夠達到SOksi以上的強度級別。
[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是:一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管，它的化學元素及其質(zhì)量百分含量如下:
[0007]C:0.09% ~0.19% ；
[0008]Si:0.23% ~0.38% ；
[0009]Mn:0.9% ~1.7% ；
[0010]B:0.0015% ~0.0025% ;
[0011]Nb:0.01% ~0.07% ;
[0012]P: ^ 0.012% ；
[0013]S: ^ 0.007% ；
[0014]其余為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0015]進一步，該海洋油氣開采用含硼無縫管線管還具有Mo:0.15wt%~ 0.5wt%、Ni:
0.15wt% ~0.25wt%> Cr:0.15wt% ~0.25wt%> Cu:0.lwt% ~0.4wt%> Ti ^ 0.10wt%>V ^ 0.10wt%> Al:0.01wt% ~0.04wt% 的其中至少一種。
[0016]進一步，其中，Mo:0.2wt% ~0.3wt%。
[0017]進一步，其中，Nb:0.02wt% ~0.06wt%。
[0018]采用了上述技術方案后，碳(C):作為鋼中最經(jīng)濟、最基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化對提高鋼的強度有明顯作用，但是提高碳含量對鋼的延性、韌性和焊接性有負面影響，本發(fā)明將碳含量進行有效的控制，提升了鋼的韌性和可焊性，依照焊接標準，當含碳量在0.10%~0.12%以下區(qū)域時，為易焊區(qū)，當含碳量大于0.10%~0.12%，且碳當量CE< 0.49%的區(qū)域為可焊區(qū)，當碳當量0.49%≤CE < 0.69%的區(qū)域為較難焊區(qū)，必須通過合適的熱處理工藝進行焊接。本發(fā)明將碳含量控制在0.09%~0.19% ;錳化11):通過固溶強化提高鋼的強度，是補償因C含量降低而引起強度損失的最主要且最經(jīng)濟的強化元素；錳還可以擴大Y相區(qū)，并可降低鋼的Υ-α相變溫度，有助于獲得更加細小的相變產(chǎn)物，藉此提高鋼的韌性、降低韌脆轉變溫度，本發(fā)明采取錳含量控制在0.9%~1.7%的設計，考慮到C-Mn元素的匹配，當碳含量每減少0.01%時，Mn最大含量允許增加0.05%，但最大不超過1.7%的設計；鈮(他):是現(xiàn)代微合金化管線管中最主要的元素之一，對晶粒細化的作用十分明顯，通過熱軋過程中NbC應變誘導析出阻礙形變奧氏體的回復和再結晶，經(jīng)控制軋制和控制冷卻使張減階段非再結晶區(qū)軋制的形變奧氏體組織在相變時轉變?yōu)榧毿〉南嘧儺a(chǎn)物，藉此使鋼具有高強度和高韌性，本發(fā)明Nb含量為0.01%~0.07%,目標中值0.05% ;鑰(Mo):主要用來擴大Y相區(qū)，推遲Y-α相變時先析出鐵素體，促進針狀鐵素體形成的主要元素，對控制相變組織起重要作用，在一定的冷速和溫度控制下，添加0.15wt%~0.5wt%的Mo就能獲得明顯的針狀鐵素體組織；同時因相變向低溫方向轉變，可使組織進一步細化，通過組織的相變強化來提高鋼的強度；另外因為Mo是大原子半徑元素，少量加入可以有效增加鋼的抗局部腐蝕和抗氯離子腐蝕性，在含H2S條件下，還可提高鋼的抗H2S腐蝕能力，本發(fā)明的Mo設計選取0.15%~0.5%;銅(Cu):主要通過固溶強化來提高鋼的強度，同時添加一定比例的Cu可改善鋼的耐蝕性能，可有效提高鋼耐硫酸露點腐蝕的能力；但是Cu的添加量過大，會導致鋼在1050°C~1150°C這一溫度范圍內(nèi)發(fā)生還原析出并附著在晶界上，導致鋼的熱脆性發(fā)生，本項目Cu設計選取0.1%~0.4%，依據(jù)試驗后鋼種的耐蝕能力，可適當提高，但不可超過0.4%wt ;鎳(附):作為提高鋼材低溫韌性最有效的元素，調(diào)質(zhì)5%鎳鋼可用到-162°c，含鎳9%可用到-196°C，但是過量添加鎳一方面不經(jīng)濟，另一方面會損害鋼管焊接等工藝性能，同時過量添加Ni會導致穿孔時粘頂頭等生產(chǎn)質(zhì)量控制問題；添加元素Ni還可用來改善因添加Cu以后在鋼中易引起的熱脆性，一般和Cu的比例按照I~2倍添加；在大壁厚管線管中還可補償因壁厚增加而引起的強度下降，本發(fā)明Ni設計選取0.15%~0.25% ;鉻(&):能提高鋼的熱力學穩(wěn)定性，阻滯電化學腐蝕的陽極過程，能在一定程度上提高管線鋼抗CO2腐蝕，本發(fā)明的Cr設計選取0.15%~0.25% ;另外，釩(V):具有較高的析出強化作用和較弱的晶粒細化作用，在Nb、V、Ti三種微合金元屬復合使用時，V主要是通過在鐵素體中以VC析出強化來提高鋼的強度，本發(fā)明V設計選取≤0.10wt%,目標中值0.06%;鈦(Ti):是強的固N元素，Ti/N的化學計量比為3.42，利用0.02%左右的Ti就可固定鋼中60ppm以下的N，在鋼坯連鑄時可形成細小的高溫穩(wěn)定的TiN析出相，這種細小的TiN粒子可有效阻礙再加熱時的奧氏體晶粒長大，有助于提高Nb在奧氏體中的固溶度，同時對改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性具有明顯的作用，本發(fā)明Ti設計選取< 0.10wt%，硼(B):能夠提高鋼的淬透性，本發(fā)明設計選取0.0015%~0.0025%，綜上所述，只要確保在無縫管線管中各化學元素的質(zhì)量百分含量，就能提高其抗拉強度，提高其焊接性，提高其抗鹽水和酸性環(huán)境腐蝕性能，并且抗低溫沖擊性能好，抗低溫沖擊性能在-70度條件下達到100焦耳，具備高韌性的特點，通過熱軋加調(diào)質(zhì)熱處理的方式使其強度能夠達到SOksi以上的強度級別。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0020]實施 例一
[0021]一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管，它的化學元素及其質(zhì)量百分含量如下:
[0022]C:0.09% ；
[0023]Si:0.23% ；
[0024]Mn:1.6%;
[0025]Mo:0.15% ；
[0026]Ni:0.15% ；
[0027]B:0.0015% ；
[0028]Cr:0.2% ；
[0029]Nb:0.06% ；
[0030]P:0.012%;
[0031]S:0.003%;
[0032]Cu:0.25%;
[0033]V:0.015% ；
[0034]Al:0.04% ；
[0035]其余為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0036]一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管的制造方法，該方法的步驟如下:
[0037]a)采用廢鋼、生鐵和配料經(jīng)過冶煉和鑄造后得到管坯，并在此過程中確保該海洋油氣開采用含硼無縫管線管的化學元素滿足上述的質(zhì)量百分含量要求:廢鋼、生鐵和配料首先在電爐里初煉，接著經(jīng)過LF精煉，再進行喂鈣處理，然后VD真空處理，緊接著弧形連鑄，再經(jīng)過管坯冷卻和精整后得到管坯；
[0038]b)接著對管坯加熱處理；其中加熱溫度為AC3+50°C ；
[0039]c)再進行軋制:采用無縫鋼管軋制工藝將管坯軋制成無縫管；軋制設備采用CPE機組軋制；
[0040]d)最后經(jīng)過熱處理再檢測后得到該海洋油氣開采用含硼無縫管線管，熱處理方式為淬火+回火，淬火溫度為890°C左右，回火溫度為590°C。
[0041]其中b)、c)和d)的具體流程為:環(huán)形爐加熱一三輥斜軋穿孔一頂管一切頭尾一再加熱一聞壓水除憐一張減一冷床冷卻一排鋸切定尺一矯直一熱處理一理化檢驗一矯直一探傷一包裝入庫。
[0042]實施例二
[0043]一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管，它的化學元素及其質(zhì)量百分含量如下:
[0044]C:0.13% ；
[0045]Si:0.35% ；
[0046]Mn:1.2%;
[0047]Mo:0.25% ；
[0048]Ni:0.2% ；
[0049]B:0.0025% ；
[0050]Cr:0.23% ；
[0051]Nb:0.04%;
[0052]P:0.01%;
[0053]S:0.005%;
[0054]Cu:0.35%;
[0055]Al:0.03%
[0056]其余為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0057]—種海洋油氣開采用含硼無縫管線管的制造方法，該方法的步驟如下:
[0058]a)采用廢鋼、生鐵和配料經(jīng)過冶煉和鑄造后得到管坯，并在此過程中確保該海洋油氣開采用含硼無縫管線管的化學元素的滿足上述的質(zhì)量百分含量要求:廢鋼、生鐵和配料首先在電爐里初煉，接著經(jīng)過LF精煉，再進行喂鈣處理，然后VD真空處理，緊接著弧形連鑄，再經(jīng)過管坯冷卻和精整后得到管坯；
[0059]b)接著對管坯加熱處理；其中加熱溫度為AC3的溫度；
[0060]c)再進行軋制:采用無縫鋼管軋制工藝將管坯軋制成無縫管；軋制設備采用CPE機組軋制；
[0061]d)最后經(jīng)過熱處理再檢測后得到該海洋油氣開采用含硼無縫管線管，熱處理方式為淬火+回火；淬火溫度為840°C左右，回火溫度為530°C左右。
[0062]其中b)、c)和d)的具體流程為:環(huán)形爐加熱一三輥斜軋穿孔一頂管一切頭尾一再加熱一聞壓水除憐一張減一冷床冷卻一排鋸切定尺一矯直一熱處理一理化檢驗一矯直一探傷一包裝入庫。[0063]實施例三
[0064]—種海洋油氣開采用含硼無縫管線管，它的化學元素及其質(zhì)量百分含量如下:
[0065]C:0.15% ；
[0066]Si:0.3% ；
[0067]Mn: 1% ；
[0068]Mo:0.4% ；
[0069]Ni:0.2% ；
[0070]B:0.002% ；
[0071]Cr:0.15%;
[0072]Nb:0.02% ；
[0073]P:0.01%;
[0074]S:0.006%;
[0075]Cu:0.4%; [0076]Al:0.04% ；
[0077]其余為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0078]—種海洋油氣開采用含硼無縫管線管的制造方法，該方法的步驟如下:
[0079]a)采用廢鋼、生鐵和配料經(jīng)過冶煉和鑄造后得到管坯，并在此過程中確保該海洋油氣開采用含硼無縫管線管的化學元素的滿足上述的質(zhì)量百分含量要求:廢鋼、生鐵和配料首先在電爐里初煉，接著經(jīng)過LF精煉，再進行喂鈣處理，然后VD真空處理，緊接著弧形連鑄，再經(jīng)過管坯冷卻和精整后得到管坯；
[0080]b)接著對管坯加熱處理；其中加熱溫度為AC3+100°C ；
[0081]c)再進行軋制:采用無縫鋼管軋制工藝將管坯軋制成無縫管；軋制設備采用CPE機組軋制；
[0082]d)最后經(jīng)過熱處理再檢測后得到該海洋油氣開采用含硼無縫管線管，熱處理方式為淬火+回火。淬火溫度為950°C左右，回火溫度為640°C左右。
[0083]其中b)、c)和d)的具體流程為:環(huán)形爐加熱一三輥斜軋穿孔一頂管一切頭尾一再加熱一聞壓水除憐一張減一冷床冷卻一排鋸切定尺一矯直一熱處理一理化檢驗一矯直一探傷一包裝入庫。
[0084]實施例四
[0085]一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管，它的化學元素及其質(zhì)量百分含量如下:
[0086]C:0.15% ；
[0087]Si:0.35% ；
[0088]Mn:1.7%;
[0089]B:0.0023% ；
[0090]Nb:0.07% ；
[0091]P:0.01%;
[0092]S:0.005%;
[0093]其余為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0094]上述四個實施例中的海洋油氣開采用含硼無縫管線管的性能參數(shù)表如下:[0095]
【權利要求】
1.一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管，其特征在于:它的化學元素及其質(zhì)量百分含量如下:
C:0.09% ~0.19% ；
S1:0.23% ~0.38% ；
Mn:0.9% ~1.7% ；
B:0.0015% ~0.0025% ；
Nb:0.01% ~0.07% ；
P:≤ 0.012% ；
S:≤ 0.007% ； 其余為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管，其特征在于:還具有Mo:0.15wt% ~0.5wt%> N1:0.15wt% ~0.25wt%> Cr:0.15wt% ~0.25wt%> Cu:0.lwt% ~.0.4wt%、Ti ≤0.10wt%、V ≤ 0.10wt%、Al:0.01wt% ~0.04wt% 的其中至少一種。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管，其特征在于:其中，Mo:0.2wt% ~0.3wt%0
4.根據(jù)權利要求1所述的一種海洋油氣開采用含硼無縫管線管，其特征在于:其中，Nb:0.02wt% ~0.06wt%o
【文檔編號】C22C38/16GK103805844SQ201410077475
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權日:2014年3月5日
【發(fā)明者】許才斌, 鄭臻, 高建昌, 於寶祥, 汪勇, 李珺, 張勁松, 王燕萍 申請人:江蘇常寶鋼管股份有限公司