一種110ksi級(jí)鈦合金油管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料和石油天然氣工業(yè)領(lǐng)域，尤其涉及一種IlOksi級(jí)鈦合金油管及其制備方法，該鈦合金油管具有良好的抗H2S、0)2和Cl -腐蝕性能。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界對(duì)油氣資源需求的日益增長(zhǎng)，促使油氣田的開發(fā)逐漸向縱深發(fā)展，一些深井、超深井，高壓高溫、超高壓高溫井亟待開發(fā)。由于高壓高溫、超高壓高溫井一般含有CO2, H2S和Cl—，苛刻的井底溫度、壓力及腐蝕工況條件迫切需要使用高強(qiáng)度的耐蝕石油管材。目前，鎳基合金管和G3合金管已經(jīng)在石油勘探和苛刻的油井上得到了廣泛應(yīng)用，但是隨著井深的不斷增加，鎳基合金管和G3合金管的自重亦顯太重且其在較高溫度含硫的酸性環(huán)境中腐蝕性能不能令人滿意。與之相比，鈦合金油管在滿足抗腐蝕性能和強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，由于其密度相對(duì)較小，更宜應(yīng)用于深井、超深井之中。因此，開發(fā)IlOksi鈦合金油管產(chǎn)品就成了亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種IlOksi級(jí)鈦合金油管及其制備方法，通過(guò)合理的成分設(shè)計(jì)并結(jié)合鈦合金的冶煉、鍛造、乳制、矯直和熱處理工藝生產(chǎn)出力學(xué)性能滿足API Spec5CT標(biāo)準(zhǔn)的IlOksi級(jí)鈦合金油管，該油管具有良好的抗H2S、0)2和Cl —腐蝕的性能。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種IlOksi級(jí)鈦合金油管，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(wt % )組成如下:A1:5.50-6.75，V:2.5-4.5，Nb:1.0-2.0，Zr:2.0-3.5，Sn:
0.01-1.0，Mo:1.8-2.2，F(xiàn)e:0.02-0.10，B:0.001-0.005，其余為 Ti 及不可避免的雜質(zhì)。
[0005]同時(shí)，本發(fā)明提供了一種IlOksi級(jí)鈦合金油管的制備方法，具體包括以下步驟:
[0006](I)冶煉及鍛造:按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)合金原料組成為:A1:5.50-6.75，V:2.5-4.5，Nb:1.0-2.0，Zr:2.0-3.5，Sn:0.01-1.0，Mo:1.8-2.2，F(xiàn)e:0.02-0.10，B:0.001-0.005，其余為Ti及不可避免的雜質(zhì)，采用真空自耗電弧爐熔煉，經(jīng)多次鍛造后制得鍛坯，然后將所述鍛坯進(jìn)行扒皮、定心、穿孔處理制得管坯；
[0007](2)擠壓及軋制:將所述管坯在感應(yīng)爐中加熱，溫度控制在880_1250°C之間，保溫
1.5-3小時(shí)，然后在玻璃粉上滾動(dòng)，再將其放置于3150噸擠壓機(jī)上一次擠壓成鈦合金毛管坯，再經(jīng)微氧化氣氛環(huán)形爐(爐內(nèi)殘氧含量< 3.5% )加熱和管坯高壓水除磷后，利用七機(jī)架兩輥斜軋機(jī)軋制成鈦合金無(wú)縫管；
[0008](3)熱處理及熱矯直:對(duì)軋制后的鈦合金無(wú)縫管進(jìn)行全管體特殊熱處理，使全管體獲得均勻一致的組織和性能，所述熱處理工藝為加熱至860-960°C之間，保溫45-90min后，利用傳送軌道將熱處理后的鈦合金管坯送至矯直機(jī)上，矯直終了溫度在480-550°C之間，最終空冷至室溫。
[0009](4)無(wú)損檢測(cè):對(duì)冷至室溫的鈦合金無(wú)縫管全長(zhǎng)進(jìn)行外觀及內(nèi)、外表面的超聲波探傷和禍流檢驗(yàn)，檢驗(yàn)等級(jí)參考API Spec 5CT標(biāo)準(zhǔn)中的L2級(jí)；
[0010](5)管端絲扣加工:將無(wú)損檢測(cè)合格的鈦合金無(wú)縫管截成長(zhǎng)度8.5-12.5m的管段，在每根鈦合金無(wú)縫管的兩端，用數(shù)控機(jī)床加工設(shè)計(jì)絲扣。
[0011]本發(fā)明的效果是該鈦合金油管的力學(xué)性能滿足API Spec 5CT標(biāo)準(zhǔn)對(duì)IlOksi產(chǎn)品的要求，屈服強(qiáng)度Rpa2:758-828MPa，抗拉強(qiáng)度:Rm:>862MPa，延伸率:A50:彡12%，沖擊功:AkV8 (O °C、橫向)40J，沖擊功:AkV8 (O °C、縱向):彡60J，可在溫度90 °C，總壓25MPa，H2S分壓2.5MPa, CO2分壓:5MPa，Cl -濃度:100000mg/L的苛刻腐蝕環(huán)境中使用，能夠滿足苛刻腐蝕環(huán)境的油田需求。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的鈦合金油管的制備方法做更具體地說(shuō)明本發(fā)明，但并不局限于對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0013]實(shí)施例1:
[0014]本實(shí)施例鈦合金油管化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:A1:5.50，V:3.0，Nb:1.2，Zr:2.5，Sn:0.35，Mo:2.0，F(xiàn)e:0.05，B:0.0012，O:0.08，N:0.02，C:0.06，其余為 Ti。
[0015](I)按照上述成分進(jìn)行配比，采用真空自耗電弧爐熔煉，經(jīng)6-10次鍛造后制成鍛還，后扒皮、定心，緩慢加熱至830°C保溫25min后，快速加熱至1050°C保溫3min后進(jìn)行慢穿孔，穿管規(guī)格為Φ 108mm。
[0016](2)將穿孔后空心管坯在感應(yīng)爐中進(jìn)行再加熱，溫度升至1050_1250°C之間，保溫2小時(shí)，然后在玻璃粉上滾動(dòng)，再將其放置于3150噸擠壓機(jī)上一次擠壓成鈦合金毛管坯，再經(jīng)微氧化氣氛環(huán)形爐(爐內(nèi)殘氧含量< 3.5% )加熱至960°C，并對(duì)管坯進(jìn)行高壓水除磷后，利用七機(jī)架兩輥斜軋機(jī)軋制成88.9X7.34mm鈦合金無(wú)縫管；
[0017](3)將軋制完成后的鈦合金無(wú)縫管加熱至880-920°C之間，保溫60min后，利用傳送軌道將熱處理后的鈦合金管坯送至矯直機(jī)上，矯直終了溫度在500-530°C之間，空冷至室溫;
[0018](4)采用超聲波探傷和渦流檢測(cè)對(duì)冷至室溫的全長(zhǎng)鈦合金無(wú)縫管進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)參考API Spec 5CT標(biāo)準(zhǔn)中的L2級(jí)；
[0019](5)將無(wú)損檢測(cè)合格的鈦合金無(wú)縫管截成長(zhǎng)度8.5-12.5m的管段，在每根鈦合金無(wú)縫管的兩端，用數(shù)控機(jī)床加工設(shè)計(jì)絲扣，生產(chǎn)出本發(fā)明的IlOksi級(jí)鈦合金油管。
[0020]經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例油管力學(xué)性能結(jié)果如下:屈服強(qiáng)度為780MPa，抗拉強(qiáng)度為905MPa，延伸率為18%，沖擊功:AkV8(0°C、橫向):50J，沖擊功:AkV8(0°C、縱向):70J，達(dá)到API Spec 5CT標(biāo)準(zhǔn)中的IlOksi鋼級(jí)油管性能要求。
[0021]按照標(biāo)準(zhǔn)NACE TM 0177的規(guī)定，采用A法A液進(jìn)行抗硫化氫應(yīng)力腐蝕(SSC)試驗(yàn)，在拉伸應(yīng)力80% σ P0 2,85% ο Ρα2和90% σ P(l 2載荷下720小時(shí)試驗(yàn)后均未發(fā)生開裂現(xiàn)象。
[0022]依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NACE TM 0284的規(guī)定，采用A溶液進(jìn)行氫致開裂(HIC)試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間為96小時(shí)，溶液溫度保持在90±5°C，均未發(fā)現(xiàn)試樣表面氫鼓泡現(xiàn)象。
[0023]在高溫高壓釜中進(jìn)行抗&5/0)2試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度90±5°C，總壓25MPa，H2S分壓2.5MPa, CO2分壓:5MPa，Cl -濃度:100000mg/L，試驗(yàn)時(shí)間為720小時(shí)，試樣腐蝕前后質(zhì)量未發(fā)生變化，試樣表面也未發(fā)現(xiàn)腐蝕或點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象。
[0024]以上腐蝕試驗(yàn)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)例鈦合金油管具有良好的抗C02、H2S應(yīng)力腐蝕性能，能夠滿足苛刻腐蝕環(huán)境的油田需求。
[0025]實(shí)施例2:
[0026]本實(shí)施例鈦合金油管化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:A1:6.50，V:3.5，Nb:1.6，Zr:2.5，Sn:0.35，Mo:2.0，F(xiàn)e:0.05，B:0.0035，O:0.07，N:0.03，C:0.08，其余為 Ti。
[0027](I)按照上述成分進(jìn)行配比，采用真空自耗電弧爐熔煉，經(jīng)6-10次鍛造后制成鍛還，后扒皮、定心，緩慢加熱至830°C保溫25min后，快速加熱至1050°C保溫3min后進(jìn)行慢穿孔，穿管規(guī)格為Φ 108mm。
[0028](2)將穿孔后空心管坯在感應(yīng)爐中進(jìn)行再加熱，溫度升至1050_1250°C之間，保溫2小時(shí)，然后在玻璃粉上滾動(dòng)，再將其放置于3150噸擠壓機(jī)上一次擠壓成鈦合金毛管坯，再經(jīng)微氧化氣氛環(huán)形爐(爐內(nèi)殘氧含量< 3.5% )加熱至960°C，并對(duì)管坯進(jìn)行高壓水除磷后，利用七機(jī)架兩輥斜軋機(jī)軋制成88.9X6.45mm鈦合金無(wú)縫管；
[0029](3)將軋制完成后的鈦合金無(wú)縫管加熱至880-920°C之間，保溫60min后，利用傳送軌道將熱處理后的鈦合金管坯送至矯直機(jī)上，矯直終了溫度在500-530°C之間，空冷至室溫，生產(chǎn)出本發(fā)明的IlOksi級(jí)鈦合金油管。
[0030](4)采用超聲波探傷和渦流檢測(cè)對(duì)冷至室溫的全長(zhǎng)鈦合金無(wú)縫管進(jìn)行檢