[发明专利]一种耐沟槽腐蚀膨胀管用钢及焊接膨胀套管制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料和石油天然气工业领域，尤其涉及一种耐沟槽腐蚀膨胀管用钢及焊接膨胀套管制备方法。

背景技术

随着原油的不断开采，老油田的开发已经到了晚期，而新油田的开发主要集中在地质条件更加复杂的地区，勘探开发难度日益增大，膨胀管技术得到了广泛应用。膨胀管是一种在井下发生永久径向塑性变形的金属钢管，它必须具有优良的塑性变形能力，且膨胀变形后管材的力学性能、尺寸精度等符合API5CT或相关标准要求。应用膨胀管技术可降低工作难度，增加下井套管层数，改变现有的油气井井深结构，给现有的油气井井深结构带来革命性的影响，并带来重大技术经济效益。

膨胀管分为无缝膨胀管和焊接膨胀管两种类型。相对于无缝膨胀套管而言，焊接膨胀套管的显著特点之一是壁厚尺寸精度高，二是内壁无穿孔过程造成的螺旋状划痕，因此它一直受到市场的青睐。

当前，焊接膨胀管主要是在常温下利用电阻法对管坯接合部进行局部加热、焊接制造而成。该方法将使得焊缝部位与母材部位具有不同的金属组织，导致沟槽腐蚀的发生。综合分析当前国内的焊接膨胀管技术之后，不难发现，当今生产焊缝性能良好的焊接膨胀管材料存在以下问题：

首先，材料中的合金成分较高，导致管材用钢材料的碳当量偏高，不利于管材的焊接。例如，中国专利CN102465234A公开了一种低合金N80钢级实体可膨胀管材料的制备方法，其材料中使用了0.2-1％的稀有金属Y(钇)；中国专利CN101812638A公开的一种膨胀管及其制备方法中，加入了1.0-5.0％的贵金属Ni。大量合金元素的使用，提高了材料碳当量，对管材的焊接及其工业生产带来了问题。

其次，制造工艺复杂，不利于大规模工业生产。例如，中国专利CN102534166A公开了一种高扩径性能的J55钢级ERW膨胀管的制备方法，采用了三次热处理才能使ERW膨胀管具有较高的整体扩径性能；中国专利CN102534369A公开的一种石油天然气开采用N80钢级膨胀管的制备方法，其需要经过淬火和后续的亚温回火-淬火-配分处理共两套工序的热处理工艺，才能使焊接膨胀管具有理想的性能。复杂的热处理工艺虽然能够减小母材和焊缝区域的微观组织差异，但是不利于大规模工业化生产、生产效率较低。

本发明是在一种中低碳钢中添加钙、铜和Ce/La混合稀土，经过焊缝在线正火处理和整管两相区淬火+回火处理后，实现直缝电阻焊接膨胀套管的强塑性要求，并大幅降低直缝电阻焊接膨胀套管的沟槽腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐沟槽腐蚀膨胀管用钢及焊接膨胀套管制备方法，通过合理的成分设计获得一种耐沟槽腐蚀膨胀套管用钢，并结合钢管的成型焊接工艺和焊缝、整管热处理工艺使得管材具有良好的可膨胀性能，该钢管经膨胀变形后具有高的强度、良好的韧性和低的焊缝沟槽腐蚀敏感性。

本发明提供的耐沟槽腐蚀膨胀管用钢及焊接膨胀套管的化学成分(按质量百分数)为C：0.10-0.30％，Si：0.10-0.35％，Mn：0.25-1.0％，S<0.005％，P<0.02％，Cu：0.20-0.50％，Ca：0.001-0.005％，Ce/La混合稀土：0.01-0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质；也可以在此基础上添加化学元素Ni：0-1.0％，Mo：0-0.6％，Nb：0-0.05％，V：0-0.05％，Ti：0-0.05％中的一种或几种。

本发明提供的焊接膨胀套管采用以下方法制造，具体包括以下步骤：

(1)冶炼及凝固：转炉或电炉炼钢获得钢水，钢水经炉外精炼后，再经过Ca处理，连铸成板坯；

(2)控制轧制和控制冷却：板坯经1150-1280℃加热后轧成板带，板带的终轧温度大于830℃，轧后板带经加速冷却的方法冷却至680℃以下卷取成钢卷；

(3)HFW制管：钢卷经拆卷、纵剪、铣边、FFX成型、HFW焊接及焊缝热处理制成规定尺寸的有缝焊管，并对焊缝的内外毛刺进行修整，内毛刺刮槽深度和外毛刺余高均≤0.25mm；

(4)焊缝热处理：采用中频感应加热对焊缝进行在线正火热处理，感应加热温度处于880-980℃范围内；

(5)整管热处理：采用燃气炉将HFW毛坯管加热至两相区Ac1以上0-60℃范围，保温0.5-3小时，然后随炉冷或空冷到室温。