CN113046651A - 一种耐蚀x65ms钢级连续管及其制造方法 - Google Patents

一种耐蚀x65ms钢级连续管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于连续管技术领域，具体涉及一种耐蚀X65MS钢级连续管及其制造方法。所述耐蚀X65MS钢级连续管的板材成分按照质量百分比为：C：0.03～0.06％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.40～0.60％，P：≤0.006％，S：≤0.009％，Ni：0.10～0.20％，Cr：0.30～0.60％，Cu：0.20～0.40％，Mo：≤0.050％，Nb：≤0.10％，Ti：≤0.015％，N：≤0.0050％，Al：≤0.050％，B：≤0.00050％，Ca：0.0020～0.0040％，余量为Fe及不可避免杂质。X65MS钢级连续管的成功开发，可以在一定程度上解决酸性环境中碳钢连续管易发生腐蚀失效的问题。

Description

一种耐蚀X65MS钢级连续管及其制造方法
技术领域
本发明属于连续管技术领域，具体涉及一种耐蚀X65MS钢级连续管及其制造方法。
背景技术
连续管由于其成本低、占地面积小、使用方便、安全系数高、作业周期快、可带压作业等一系列优点而被广泛应用于油气田修井、钻井、完井、测井、射孔、压裂、钻磨桥塞等领域，在油气田勘探与开发中发挥着越来越重要的作用。
近几年，随着我国能源战略持续推进，深层油气资源占比日益增大，深井、超深井以及含H2S、CO2油气井越来越多，连续管的服役环境越来越恶劣，导致连续管失效事故越来越多发。采用经济型输送管用X65MS原料制造成连续管产品，不仅可以大幅度的降低成本，还可以有效防止连续管在酸性环境中发生局部腐蚀、穿孔、开裂等失效事故的发生，为保障油气资源安全、高效的开采提供装备利器。
中国专利申请号为201310470450.2的文献，公开了“一种抗SSCC应力腐蚀优良的X65MS/X70MS螺旋埋弧焊管及其制造方法”，该产品主要采用低应力成型、耐蚀焊丝和焊剂焊接、热输入线能量控制等技术获得高强度、高韧性、抗SSCC应力腐蚀优良的X65MS/X70MS钢级螺旋埋弧焊管，制造的管材管径为Φ508mm。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐蚀X65MS钢级连续管及其制造方法，所述连续管采用低成本的酸性腐蚀环境用X65MS卷板制成，不仅具有良好的力学性能，还具有优异的耐酸性介质腐蚀性能。
本发明的实现过程如下：
一种耐蚀X65MS钢级连续管，所述连续管的板材成分按照质量百分比为：C：0.03～0.06％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.40～0.60％，P：≤0.006％，S：≤0.009％，Ni：0.10～0.20％，Cr：0.30～0.60％，Cu：0.20～0.40％，Mo：≤0.050％，Nb：≤0.10％，Ti：≤0.015％，N：≤0.0050％，Al：≤0.050％，B：≤0.00050％，Ca：0.0020～0.0040％，余量为Fe及不可避免杂质。
上述耐蚀X65MS钢级连续管的制造方法，包括如下步骤：
(1)按照质量百分比如下的板材成分：C：0.03～0.06％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.40～0.60％，P：≤0.006％，S：≤0.009％，Ni：0.10～0.20％，Cr：0.30～0.60％，Cu：0.20～0.40％，Mo：≤0.050％，Nb：≤0.10％，Ti：≤0.015％，N：≤0.0050％，Al：≤0.050％，B：≤0.00050％，Ca：0.0020～0.0040％，余量为Fe及不可避免杂质，进行原料混合形成铁水，并轧制耐蚀钢板，酸洗，检测，并最终卷曲成X65MS卷板；
(2)根据工况要求，通过纵剪机组将X65MS卷板剪成不同宽度的钢带；
(3)将前后两条钢带的端头对接后焊接成工况所需的长度；
(4)将对接好的钢带采用排辊成型方法控制钢带成型；
(5)采用高频感应焊接方法将已成型的钢带进行纵向对缝焊接在一起，制成连续管，焊接过程中采用气体保护，以防止焊接过程中带入氧化物；
(6)对连续管进行焊缝热处理；
(7)对连续管进行整管热处理；
(8)对焊接成型的连续管进行无损检测，并对连续管进行定径；
(9)对连续管外表面进行防腐处理，并卷曲到卷筒上封装。
进一步，步骤(2)中，钢带的宽度为80～300mm。
进一步，步骤(3)中，焊接采用填丝焊，所选焊丝成分及力学性能与母材相同；将前后两条钢带的端头采用45°斜焊方式进行焊接，钢带对接完成后对斜焊缝进行加热、碾压处理，其中碾压力为5吨。
进一步，步骤(5)，高频感应焊接方法中，高频感应焊的焊接速度20～25m/min，保护气体为氩气或者氮气；连续管的外径为Φ25.4～Φ88.9mm，壁厚为1.91～6.35mm。
进一步，步骤(6)中，所述焊缝热处理的具体过程为将连续管焊缝迅速加热到900～930℃，然后进行空冷，空冷至380～420℃后进行水冷，水冷速度15～30℃/s。
进一步，步骤(7)中，所述整管热处理的具体过程为将连续管快速加热到400～750℃，然后进行空冷，空冷至300～350℃后进行水冷，水冷速度15～30℃/s。
进一步，步骤(8)中，无损检测包括100％全管体漏磁检测和100％焊缝涡流检测，探头覆盖率120％。
进一步，步骤(9)中，所述防腐处理是采用涂油处理连续管外表面，防止连续管表面被氧化。
本发明的积极效果：
(1)本发明一种耐蚀X65MS钢级连续管的制造方法的技术中，与制造普通碳钢连续管相比，其以耐蚀的X65MS热轧卷板为原料，钢带对接采用专用焊丝，并对对接焊缝进行无损检测，保证连续管斜焊缝处质量完好。加强了成型过程中残余应力控制和焊接工艺参数控制，采用特殊热处理及冷却方式对焊缝及全管体进行热处理，保证管材焊缝及热影响区的组织与母材趋于一致。X65MS钢级连续管的成功开发，可以在一定程度上解决酸性环境中碳钢连续管易发生腐蚀失效的问题。
(2)采用超低C成分设计，避免C含量过高对管材的韧性、塑性、焊接性等有不利影响，同时，碳含量的增加，将促进带状珠光体组织的形成，显著降低抗HIC和SCC性能。采用低Mn成分设计，主要是因为Mn易与钢中S亲合，形成MnS夹杂，而且锰易与P、S等杂质一起在晶界偏聚，降低钢的韧性及抗HIC、SCC性能。
(3)添加一定量的Cu和Ni，严格控制P、S杂质元素含量，并通过Ca处理使条状硫化物夹杂转化为球状，以降低材料中非金属夹杂、元素偏析、带状组织等内部缺陷，提高了其在酸性环境中的耐蚀能力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例所述耐蚀X65MS钢级连续管，所述连续管的板材成分见表1。
上述耐蚀X65MS钢级连续管的制造方法，包括如下步骤：
(1)按照板材成分的质量百分比(表1)进行原料混合形成铁水并深脱硫至0.009％以下，转炉顶底复合吹炼、添加微合金元素(镍铬铜等)、LF炉精炼、RH炉真空脱气、板坯连铸、铸坯缓冷、再将板坯加热至1250℃±10℃、在1100℃±10℃进行粗轧制、在850℃±10℃精轧制至工况要求的厚度，再以60～70℃/s的冷却速度冷却至550～600℃后进行卷曲，待完全冷却后进行酸洗，最后卷取成X65MS卷板。
(2)根据工况要求，通过纵剪机组将X65MS卷板剪成宽度为120.2mm的钢带；也可以根据工况需求，将钢带剪成宽度为80～300mm之间任意值即可。
(3)根据连续管长度要求，将前后两条钢带的端头对接，钢带对接采用等离子焊接，所用焊丝为专用焊丝，焊丝成分如表2所示，焊后对对接焊缝进行热处理及碾压；所选焊丝成分及力学性能与母材相同；将前后两条钢带的端头采用45°斜焊方式进行焊接，钢带对接完成后对斜焊缝进行加热、碾压处理，其中碾压力为5吨；
(4)将对接好的钢带采用排辊成型方法控制接长后的钢带成型；
(5)采用高频感应焊接方法将已成型的钢带进行纵向对缝焊接在一起，制成连续管，焊接过程中采用N2或氩气保护，精准控制焊接速度、焊机功率、焊接电流等参数，确保焊缝光滑过渡，无氧化物、夹杂物及焊接缺陷。高频感应焊接方法中，高频感应焊的焊接速度20～25m/min，保护气体为氩气或者氮气；连续管的外径为Φ25.4～Φ88.9mm，壁厚为1.91～6.35mm；
(6)对连续管进行焊缝热处理：将连续管焊缝迅速加热到925℃，然后进行空冷，空冷至400℃后进行水冷，水冷速度20℃/s；
(7)对连续管进行整管热处理：将连续管迅速加热到720℃，然后进行空冷，空冷至320℃后进行水冷，水冷速度20℃/s；
(8)对焊接成型的连续管进行无损检测，并对连续管进行定径；无损检测包括100％全管体漏磁检测和100％焊缝涡流检测，探头覆盖率120％；
(9)对连续管外表面进行防腐处理，并卷曲到卷筒上封装，所述防腐处理是采用涂油处理连续管外表面，防止连续管表面被氧化。
通过焊缝及全管体热处理，可以去除一部分成型、焊接过程中产生的残余应力，优化焊缝及热影响区组织，使得组织与母材趋于一致。
制造的耐蚀X65MS连续管力学性能见表3，耐蚀性能见表4～7。
表1X65MS卷板化学成分(质量百分比％)
Figure BDA0002965733580000041
Figure BDA0002965733580000051
表2焊丝成分(％)
C Mn Si S P Mo Ni
0.042 0.92 0.13 0.006 0.009 0.16 0.5
表3X65MS连续管力学性能
Figure BDA0002965733580000052
表4两种材质连续管模拟工况腐蚀试验结果对比
Figure BDA0002965733580000053
表5腐蚀工况
Figure BDA0002965733580000054
Figure BDA0002965733580000061
表6HIC试验结果
Figure BDA0002965733580000062
表7不同加载力SSCC试验结果
Figure BDA0002965733580000063
表1为X65MS卷板化学成分，采用超低C、低Mn、低S、P，添加Ni、Cr、Cu、等微合金元素来改善耐蚀钢的其他性能。超低C成分设计，避免C含量过高对管材的韧性、塑性、焊接性等有不利影响，同时，碳含量的增加，将促进带状珠光体组织的形成，显著降低抗HIC和SCC性能。采用低Mn成分设计，主要是因为Mn易与钢中S亲合，形成MnS夹杂，而且锰易与P、S等杂质一起在晶界偏聚，降低钢的韧性及抗HIC、SCC性能。表2为钢带对接焊丝成分体系。
表3为耐蚀X65MS连续管的力学性能参数。由表3可知，X65MS卷板制管后强度提升较大，可达到CT90钢级连续管。表4为耐蚀X65MS连续管模拟工况腐蚀试验结果，在高矿化度以及含有少量CO2的工况条件下，X65MS连续管的耐蚀性能远优于国产CT70连续管。由表6～7可知，该工艺条件下生产的耐蚀X65MS连续管母材及焊缝对HIC均不敏感。SSCC试验中，当加载应力水平为名义屈服强度的90％时，母材及焊缝试样均未发生开裂或断裂，远超过APISpec 5L规定的加载72％σs应力水平，HFW焊管不应发生开裂或断裂的要求。
本发明除上述实施例1提到的参数外，其余参数可在“所述连续管的板材成分按照质量百分比为：C：0.03～0.06％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.40～0.60％，P：≤0.006％，S：≤0.009％，Ni：0.10～0.20％，Cr：0.30～0.60％，Cu：0.20～0.40％，Mo：≤0.050％，Nb：≤0.10％，Ti：≤0.015％，N：≤0.0050％，Al：≤0.050％，B：≤0.00050％，Ca：0.0020～0.0040％，余量为Fe及不可避免杂质。”区间内选择。步骤(5)，高频感应焊接方法中，高频感应焊的焊接速度20～25m/min，保护气体为氩气或者氮气；连续管的外径为Φ25.4～Φ88.9mm，壁厚为1.91～6.35mm。步骤(6)中，所述焊缝热处理的具体过程为将连续管焊缝迅速加热到900～930℃，然后进行空冷，空冷至380～420℃后进行水冷，水冷速度15～30℃/s。步骤(7)中，所述整管热处理的具体过程为将连续管快速加热到400～750℃，然后进行空冷，空冷至300～350℃后进行水冷，水冷速度15～30℃/s。步骤(5)-(7)可以在上述区间内选择，制造的连续管能实现本发明所述的积极效果。
排辊成型方法具体为W弯曲成型方法，它是采用双半径偏心的方式通过平辊、立辊交替布置产生椭圆效应对提高钢管的形位公差等级克服钢带回弹、扭曲等不利因素，提高成品管质量起很大的作用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作出的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单推演或替换，都应该视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种耐蚀X65MS钢级连续管，其特征在于，所述连续管的板材成分按照质量百分比为：C：0.03～0.06％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.40～0.60％，P：≤0.006％，S：≤0.009％，Ni：0.10～0.20％，Cr：0.30～0.60％，Cu：0.20～0.40％，Mo：≤0.050％，Nb：≤0.10％，Ti：≤0.015％，N：≤0.0050％，Al：≤0.050％，B：≤0.00050％，Ca：0.0020～0.0040％，余量为Fe及不可避免杂质。
2.权利要求1所述耐蚀X65MS钢级连续管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照质量百分比如下的板材成分：C：0.03～0.06％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.40～0.60％，P：≤0.006％，S：≤0.009％，Ni：0.10～0.20％，Cr：0.30～0.60％，Cu：0.20～0.40％，Mo：≤0.050％，Nb：≤0.10％，Ti：≤0.015％，N：≤0.0050％，Al：≤0.050％，B：≤0.00050％，Ca：0.0020～0.0040％，余量为Fe及不可避免杂质，进行原料混合形成铁水，并轧制耐蚀钢板，酸洗，检测，并最终卷曲成X65MS卷板；
(2)根据工况要求，通过纵剪机组将X65MS卷板剪成不同宽度的钢带；
(3)将前后两条钢带的端头对接后焊接成工况所需的长度；
(4)将对接好的钢带采用排辊成型方法控制钢带成型；
(5)采用高频感应焊接方法将已成型的钢带进行纵向对缝焊接在一起，制成连续管，焊接过程中采用气体保护，以防止焊接过程中带入氧化物；
(6)对连续管进行焊缝热处理；
(7)对连续管进行整管热处理；
(8)对焊接成型的连续管进行无损检测，并对连续管进行定径；
(9)对连续管外表面进行防腐处理，并卷曲到卷筒上封装。
3.根据权利要求2所述耐蚀X65MS钢级连续管的制造方法，其特征在于：步骤(2)中，钢带的宽度为80～300mm。
4.根据权利要求2所述耐蚀X65MS钢级连续管的制造方法，其特征在于：步骤(3)中，焊接采用填丝焊，所选焊丝成分及力学性能与母材相同；将前后两条钢带的端头采用45°斜焊方式进行焊接，钢带对接完成后对斜焊缝进行加热、碾压处理，其中碾压力为5吨。
5.根据权利要求2所述耐蚀X65MS钢级连续管的制造方法，其特征在于：步骤(5)，高频感应焊接方法中，高频感应焊的焊接速度20～25m/min，保护气体为氩气或者氮气；连续管的外径为Φ25.4～Φ88.9mm，壁厚为1.91～6.35mm。
6.根据权利要求2所述耐蚀X65MS钢级连续管的制造方法，其特征在于：步骤(6)中，所述焊缝热处理的具体过程为将连续管焊缝迅速加热到900～930℃，然后进行空冷，空冷至380～420℃后进行水冷，水冷速度15～30℃/s。
7.根据权利要求2所述耐蚀X65MS钢级连续管的制造方法，其特征在于：步骤(7)中，所述整管热处理的具体过程为将连续管快速加热到400～750℃，然后进行空冷，空冷至300～350℃后进行水冷，水冷速度15～30℃/s。
8.根据权利要求2所述耐蚀X65MS钢级连续管的制造方法，其特征在于：步骤(8)中，无损检测包括100％全管体漏磁检测和100％焊缝涡流检测，探头覆盖率120％。
9.根据权利要求2所述耐蚀X65MS钢级连续管的制造方法，其特征在于：步骤(9)中，所述防腐处理是采用涂油处理连续管外表面，防止连续管表面被氧化。
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