CN102191433A

CN102191433A - 用于油田介质运输的无缝管

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Publication number: CN102191433A
Application number: CN2010106102316A
Authority: CN
Inventors: 安德烈·弗拉季斯拉沃维奇·约费; 谢尔盖·亚历山德洛维奇·克尼亚济金; 塔玛拉·维克托罗娜·捷佳于瓦; 埃琳娜·亚力山德罗芙娜·特里夫诺夫; 沙米利·圣乌洛维奇·法兹洛夫; 阿尔卡季·维克托罗维奇·马尔采夫; 米哈伊尔·弗拉基米罗维奇·扎哈罗夫; 伊琳娜·塞尔格叶夫娜·西比利亚科夫
Original assignee: VOSTOK-ASIA Ltd
Current assignee: VOSTOK-ASIA Ltd
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-09-21

Abstract

用于油田介质运输的无缝管被设计用作运输含有CO₂和H₂S的腐蚀性液体和气体的管线结构。所述无缝管由包含下列构成比例(质量百分比)的钢制成：0.05～0.15的碳、0.35～0.45的锰、0.17～0.25的硅、0.80～1.20的铬、0.12～0.24的钒、0.02～0.03的铝、剩余质量百分比的铁和不可避免的杂质，其中其从奥氏体区开始经历淬火并高温回火，且其特征在于具有下列机械特性：极限强度O’_B不小于530MPa，屈服强度O’_T不小于430MPa，在-60℃的测试温度下的冲击韧性不小于170J/cm²。所述无缝管还可由进一步包含0.002～0.010的质量百分比的稀土金属的钢制成，且具有在各种气候条件下，对油气产品管线的可靠性操作而言所必需的强度特性和耐腐蚀性的结合。而且，管材制造库是多样化的，用于设计用来运输腐蚀性油田介质的管线结构。

Description

用于油田介质运输的无缝管

技术领域

本发明要求保护的技术方案涉及管线领域，具体地涉及金属管，该金属管用于被设计用来运输含有CO₂和H₂S的腐蚀性液体和气体，特别是石油、石油产品、油层水等的管线结构。

背景技术

公知的用于石油和油气产品管线的焊接管，由热轧板制成，而该热轧板由具有下列构成比例的低碳钢制成：0.03～0.11质量百分比的碳、0.90～1.80质量百分比的锰、0.06～0.60质量百分比的硅、0.005～0.30质量百分比的铬、0.02～0.12质量百分比的钒、0.010～0.055质量百分比的铝、0.005～0.30质量百分比的镍、0.03～0.10质量百分比的铌、0.010～0.040质量百分比的钛以及剩余质量百分比的铁和不可避免的杂质(参见俄国专利RU2180691，IPC国际分类号：C21D9/08)，或由具有下列构成比例的钢制成：0.02～0.11质量百分比的碳、0.10～1.80质量百分比的锰、0.06～0.60质量百分比的硅、0.005～0.30质量百分比的铬、0.01～0.12质量百分比的钒、0.01～0.05质量百分比的铝、0.005～1.0质量百分比的镍、0.02～0.10质量百分比的铌、0.01～0.04质量百分比的钛、0.001～0.5质量百分比的钼以及剩余质量百分比的铁和不可避免的杂质(参见俄国专利RU2252972，IPC国际分类号：F16L9/02)。众所周知，焊接管的可靠性低于无缝管，而且上述管材对于硫化物应力腐蚀开裂(SSC)的耐腐蚀性不足，且其不能抵挡二氧化碳腐蚀和微生物腐蚀。

根据基本特征，最接近本发明提出的技术方案的现有技术是用于运输腐蚀性介质的管线结构的由下述钢材料制成无缝管，该钢材料具有增强的耐腐蚀性，且其具有不大于2点的条花的钢结构，并包含下列构成比例(质量百分比)的成分：0.07～0.30的碳、0.35～1.50的锰、0.15～0.70的硅、0.05～1.00的铬、0.05～0.50的镍、0.05～0.50的铜、0.01～0.05的铝、不小于0.010的硫、不小于0.020的磷、0.0008～0.0020的钙以及剩余质量百分比的铁和不可避免的包含氧的杂质。所制造的管材经过标准化处理(参见俄国专利RU2243284，IPC国际分类号：C22C38/42)。这些管材对实际的腐蚀性油田介质不具有必要的耐寒冷特性以及耐腐蚀性，且其具有低强度特性。

发明内容

本发明旨在提供一种技术方案，该技术方案确保了在各种气候条件下，对油气产品管线的可靠性操作而言是所需的强度特性和耐腐蚀性的结合，以及使用于设计用来运输腐蚀性油田介质的管线结构的可用管材制造库多样化。

本文提出的技术决策的主旨是由具有增强的耐腐蚀性和经过热处理的钢材制成的用于运输油田介质的无缝管，与现有技术相反，该无缝管由包含下列构成比例(质量百分比)的低碳钢制造：

碳0.05～0.15

锰0.35～0.45

硅0.17～0.25

铬0.80～1.20

钒0.12～0.24

铝0.02～0.03，

剩余质量百分比的铁和不可避免的杂质.

其中其从奥氏体区开始经历淬火并高温回火，且其特征在于具有下列机械特性：极限强度O’_B不小于530MPa，屈服强度O’_T不小于430MPa，在-60℃的测试温度下的冲击韧性不小于170J/cm²。所述管材也可由进一步包含0.002～0.010的质量百分比的稀土金属的钢制成。

上述技术方案提供的技术效果如下。与现有技术相比，降低了碳含量，且在钢中引入钒，从而确保增强了管材对于硫化物应力腐蚀开裂(SSC)的抵抗性，因为在金属中均匀地分布了分散的碳化钒微粒，这种微粒用作原子氢的微阱。给定量的钒的存在由于增加了钢的体结构的精细度而加固了铁素体。而且，钒对钢的微和亚结构产生稳定化影响，显著地减缓在冷却时的奥氏体转变过程并降低铁素体再结晶速度。因为所使用钢的平衡的化学组成，所以在从奥氏体区开始淬火(890～950℃)的过程中形成铁素体-贝氏体结构。而随后进行的高温回火致使铁素体-贝氏体结构分解，从而形成微小晶粒的均匀的铁素体-碳化物混合物，其有助于增强延展性和耐寒冷特性。过高的淬火温度会导致奥氏体晶粒生长并对管材的强度特性和塑性特性产生不利影响。低于880℃的淬火会导致具有大量过量铁素体和贝氏体的钢结构的形成，而这类微结构类型的回火会导致管材较低的强度特性。

高于700℃的回火会影响结构中的碳化物成分，即可能发生诸如Me₃C和Me₇C₃的粗粒碳化物颗粒的分离，其中一部分铁原子被铬原子取代。碳化物相的改变将降低对于硫化物应力腐蚀开裂(SSC)的耐腐蚀性，特别是含CO₂的介质，这是因为铁固溶体中铬含量的下降。所述回火温度过高也会导致体积膨胀，其中发生了铁素体再结晶现象，且因此劣化了管材金属的强度特性。

进一步将能够与硫和氮键合，从而分别形成硫氧化物和氮化物的稀土金属与钢组分合金化，对于管材抵抗硫化物和微生物腐蚀有积极作用。

所进行的研究的数据证实可以获得上述技术效果(参见第4、5、6样本)并反映在下表中：表1列举了要被处理和分析的钢样本的示例化学成分，表2显示了在不同热处理条件下的机械特性，表3列举了腐蚀特性。

应当注意，钢管的特性是利用根据API Spec 5L(ISO 3183)PSL2(例如ASTM和NACE标准等)的现有技术中应用于钢管的常规方法，以及俄国国家标准GOST 9454-78等来测量的。

本领域技术人员可以得到有关测试方法的信息，且因此不在本说明书中说明。

表1中，Pcm，％值与根据下列等式测量的C等效值有关：

Pcm，％＝C+(Mn+Cu+Cr)/20+Si/30+Ni/60+Mo/15+V/10+5B，其中C、Mn、Cu、Cr、Si、Ni、Mo和V与要被检测的钢管样本中的各个元素的质量％的含量有关。

表1

表2

表3

Claims

1.用于运输油田介质的无缝管，其由具有增强的耐腐蚀性的钢制成并经过热处理，其特征在于：所述无缝管由低碳钢制成，所述低碳钢包含下列构成比例(质量百分比)的成分：

碳0.05～0.15

锰0.35～0.45

硅0.17～0.25

铬0.80～1.20

钒0.12～0.24

铝0.02～0.03，

剩余质量百分比的铁和不可避免的杂质，

其中所述无缝管从奥氏体区开始经历淬火并高温回火，且其特征在于具有下列机械特性：极限强度O’_B不小于530MPa，屈服强度O’_T不小于430MPa，在-60℃的测试温度下的冲击韧性不小于170J/cm²。

2.根据权利要求1所述的无缝管，其特征在于：所述无缝管由进一步包含0.002～0.010的质量百分比的稀土金属的钢制成。