CN109483084A - 一种用于酸性环境输送管道焊接材料及焊接方法 - Google Patents

一种用于酸性环境输送管道焊接材料及焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于酸性环境输送管道的焊接材料和焊接方法。其中，所述焊接材料可包括按照质量百分比计的如下成分：0.05～0.07％C、0.23～0.37％Si、≤1.35％Mn、≤0.008％S、≤0.02％P、≤1％Ni、0.24～0.42％Cu、0.34～0.66％Cr、0.06～0.11％Nb、0.15～0.18％Ti、≤0.21％Ni、0.002～0.005％Mo、0.007～0.012％B，余量为铁。所述焊接方法可包括采用上述的焊接材料进行焊接。本发明的有益效果可包括更好的满足石油天然气酸性气田的开发和管道建设要求，提高了管道焊缝的耐腐蚀性能；减少了维护、维修的成本。

Description

一种用于酸性环境输送管道焊接材料及焊接方法
技术领域
本发明涉及石油天然气领域，特别地，涉及一种酸用于酸性环境输送管道焊接材料及焊接方法。
背景技术
目前，随着能源需求的不断提高，对越来越多的酸性油气田也进行了开发和建设，需要很好的解决酸性油气田管道输送的安全和使用要求。
酸性环境对用于石油天然气酸性环境碳钢管道的焊接材料并没有统一的焊材技术要求，仅有对焊缝性能的测试要求。常规的碳钢焊接材料也是按照国家标准进行生产，并不专门针对酸性环境进行要求。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够提高焊缝耐腐蚀性能的用于酸性环境输送管道的焊接材料。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种用于酸性环境输送管道的焊接材料。
所述焊接材料可包括按照质量百分比计的如下成分：
0.05～0.07％C、0.23～0.37％Si、≤1.35％Mn、≤0.008％S、≤0.02％P、≤1％Ni、0.24～0.42％Cu、0.34～0.66％Cr、0.06～0.11％Nb、0.15～0.18％Ti、≤0.21％Ni、0.002～0.005％Mo、0.007～0.012％B，余量为铁。
根据本发明的一个示例性实施例，所述输送管道可包括按照质量百分数计的如下成分：0.17％～0.20％C、0.46～0.52％Si、1.66～1.75％Mn、0.007～0.014％P、0.002～0.005％S、0.072～0.08％Nb、0.052～0.06％Nb、0.02～0.03％Ti，余量可为铁。
根据本发明的一个示例性实施例，所述输送管道可包括按照质量百分数计的如下成分：≤0.03％C、22～23％Cr、3～3.5％Mo、≤2％Mn、≤1％Si、≤0.030％P、≤0.02％S、4.5～6.5％Ni、0.14～0.20％N，余量可为铁。
根据本发明的一个示例性实施例，所述焊接材料的σb＝420～520MPa，σS＝330～442MPa。
根据本发明的一个示例性实施例，所述输送管道可包括长度为几千米至几十千米的管线。
根据本发明的一个示例性实施例，所述输送管道能够输送H2S的质量分数≥5％原料天然气。原料天然气中可含CO2，也可不含有CO2。
根据本发明的一个示例性实施例，原料天然气中H2S的质量分数可为11.5～12.5％，CO2的质量分数为9.6～10.5％。
根据本发明的一个示例性实施例，所述焊接材料包括焊条或焊丝，焊丝可包括埋弧焊焊丝。
根据本发明的一个示例性实施例，在所述焊接材料中，Mn的质量分数可为0.9～1.30％，S的质量分数可为0.004～0.007％，P的质量分数可为0.007～0.016％，、Ni的质量分数可为0.6～0.9％。
根据本发明的一个示例性实施例，所述焊接材料的σb＝450～505MPa，σS＝345～412MPa。
本发明另一方面提供了一种焊接方法，所述方法包括采用上述的焊接材料进行焊接。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：更好的满足石油天然气酸性气田的开发和管道建设要求，提高了管道焊缝的耐腐蚀性能；减少了维护、维修的成本。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例详细地描述本发明的用于酸性环境碳钢管焊接材料和焊接方法。
在石油天然气田开发中，油气田有害介质特别是H2S等，对井下套管和油气装置管道等危害很大。而焊接材料对天然气管道的耐腐蚀性能影响很大。
本发明主要从满足酸性环境焊缝抗腐蚀性能和理化性能的要求出发，对影响腐蚀的化学成分和力学性能进行研究，提出了材料的成分控制和力学性能的控制要求。
本发明一方面提供了一种用于酸性环境碳钢管焊接材料。
在本发明的一个示例性实施例中，所述焊接材料可包括按照质量百分比计的如下成分：
≤1.35％Mn、≤0.008％S、≤0.02％P、≤1％Ni、0.05～0.07％C、0.23～0.37％Si、0.24～0.42％Cu、0.34～0.66％Cr、0.06～0.11％Nb、0.15～0.18％Ti、≤0.21％Ni、0.002～0.005％Mo、0.007～0.012％B，余量为铁。
控制在上述范围的Mo元素能够提高焊缝强度；通过控制上述的S、P，能够改善焊缝金属的开裂问题，降低偏析；控制在上述范围的Ni元素能够实现晶粒细化、固溶强化。
焊接材料通过以上作用相互配合元素能够提高焊缝金属的强度，提高其耐腐蚀的能力。
进一步地，Mn的质量分数可为0.9～1.30％，S的质量分数可为0.004～0.007％，P的质量分数可为0.007～0.016％，、Ni的质量分数可为0.6～0.9％。
所述焊接材料的力学性能可包括：抗拉强度σb＝420～520MPa，屈服强度σS＝330～442MPa。进一步地，σb＝450～505MPa，σS＝345～412MPa。
力学性能控制在上述的范围的焊接材料能够与输送管道相匹配，有助于增强焊缝的耐腐蚀性能和力学性能。
焊接材料的化学成分和力学性能控制在上述范围，能够解决焊接材料焊接后焊缝性能强度高，硬度高，导致不利于耐腐蚀的问题；同时，也能够解决现有焊接材料焊接后焊缝中不利于抗腐蚀的化学元素含量高的问题。
焊接材料可包括焊条或焊丝，例如氩弧焊焊丝等。
在本实施例中，本发明的输送管道可包括由碳钢管组成的长距离输送管道。所述长距离输送管道可包括几千米至几十千米的长输管线，所述长距离输送管道可由数十甚至上百个短管道焊接组成。
碳钢管的长度可≥1m，例如5m。碳钢管可包括按照质量百分数计的如下成分：≤0.03％C、22～23％Cr、3～3.5％Mo、≤2％Mn、≤1％Si、≤0.030％P、≤0.02％S、4.5～6.5％Ni、0.14～0.20％N，余量为铁。
在本实施例中，本发明的输送管道还可采用耐蚀材料构成的管道，其可包括重量分数为40～60％的铁素体和60～40％的奥氏体。
输送管道可按照质量百分数计的如下成分：≤0.03％C、22～23％Cr、3～3.5％Mo、≤2％Mn、≤1％Si、≤0.030％P、≤0.02％S、4.5～6.5％Ni、0.14～0.20％N，余量为铁。
由于双相(铁素体和奥氏体)不锈钢的优异特性，其可以应用到石油天然气输送管道中，以解决耐腐蚀的问题。
在本实施例中，所述输送管道能够输送H2S浓度≥5％(质量分数)、含或不含CO2的天然气。进一步地，所述天然气中H2S的质量分数可为11.5～12.5％，CO2的质量分数为9.6～10.5％。
本发明另一方面提供了一种焊接方法，所述方法包括采用上述的焊接材料进行焊接。
综上所述，本发明的用于酸性环境输送管道的焊接材料和焊接方法具有以下优点：
更好的满足石油天然气酸性气田的开发和管道建设要求，提高了管道使用寿命，减少了维护、维修的成本。通过对酸性环境碳钢管焊接材料的成分和力学性能的指标控制，酸性气田管道运行的抗腐蚀效果得到了提升，管道因腐蚀泄露的几率减少，减少了维护维修的成本。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种用于酸性环境输送管道的焊接材料，其特征在于，所述焊接材料包括按照质量百分比计的如下成分：
0.05～0.07％C、0.23～0.37％Si、≤1.35％Mn、≤0.008％S、≤0.02％P、≤1％Ni、0.24～0.42％Cu、0.34～0.66％Cr、0.06～0.11％Nb、0.15～0.18％Ti、≤0.21％Ni、0.002～0.005％Mo、0.007～0.012％B，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的用于酸性环境输送管道的焊接材料，其特征在于，所述输送管道包括按照质量百分数计的如下成分：
0.17％～0.20％C、0.46～0.52％Si、1.66～1.75％Mn、0.007～0.014％P、0.002～0.005％S、0.072～0.08％Nb、0.052～0.06％Nb、0.02～0.03％Ti，余量为铁。
3.根据权利要求1所述的用于酸性环境输送管道的焊接材料，其特征在于，所述焊接材料的σb＝420～520MPa，σS＝330～442MPa。
4.根据权利要求1所述的用于酸性环境输送管道的焊接材料，其特征在于，所述输送管道包括长度为≥1m的管线。
5.根据权利要求4所述的用于酸性环境输送管道的焊接材料，其特征在于，所述输送管道能够输送H2S质量分数≥5％的原料天然气。
6.根据权利要求5所述的用于酸性环境输送管道的焊接材料，其特征在于，所述原料天然气中H2S的质量分数可为11.5～12.5％，CO2的质量分数为9.6～10.5％。
7.根据权利要求1所述的用于酸性环境输送管道的焊接材料，其特征在于，所述焊接材料包括焊条或焊丝。
8.根据权利要求1所述的用于酸性环境输送管道的焊接材料，其特征在于，在所述焊接材料中，Mn的质量分数为0.9～1.30％，S的质量分数为0.004～0.007％，P的质量分数为0.007～0.016％，Ni的质量分数为0.6～0.9％。
9.根据权利要求1所述的用于酸性环境输送管道的焊接材料，其特征在于，所述焊接材料的σb＝450～505MPa，σS＝345～412MPa。
10.一种酸性环境碳钢管的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括采用权利要求1至9中任意一项所述的焊接材料进行焊接。
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