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金帝:酸性油氣油井套管常用的28合金及固溶冷作硬化分析
來源:聊城金帝鋼管有限公司 發布時間: 2019/4/16 14:36:34
本頁關鍵詞:合金無縫管

由于能源供應短缺日益嚴峻,近年來,油氣開采重點正逐漸轉向海洋、深海和腐蝕介質含量高的油氣資源。我國西南地區普光和羅家寨,美國德克薩斯Murray Franklin、密西西比Black Josephine及法國Lacq氣田等都是典型的酸性油氣田。

我國油氣資源中,大部分含有CO2和H2S。其中,部分油井氣僅含CO2或僅含H2S,而更多的油井氣同時含有CO2和H2S,某些甚至還含有較高的氯離子(Cl-)。

一般而言,井深越深,溫度越高,壓力也越大。在以上腐蝕工況各介質因素的共同作用下,油氣工程用材從勘探開采到集輸各環節,都會遭受嚴重的應力腐蝕、氫脆、電化學失重等破壞,輕則造成材料的穿孔和破裂,重則引發泄漏、井噴等嚴重的安全事故。

普通的碳鋼、低合金鋼乃至13Cr、22Cr等鋼已無法滿足開采需求,因此有大量的高Cr、Ni、Mo含量的鎳合金材料應用到油套管中。UNS N08028鎳合金就是其中一個重點產品,因滿足高酸性油氣田的特殊抗腐蝕性需求,常被應用于油井套管中,在酸性油氣開采中得到了廣泛應用。

UNS N08028(W.Nr.1.4563),常被叫做28合金。

PS:因鎳含量較低,已經不再歸屬鎳基合金,但叫鎳合金沒有問題。

28合金的德標牌號為1.4563,和“特鋼100秒”(公號ID:tegang100)介紹過的31合金(1.4562)是一對“親兄弟”。31合金介紹,詳見《德國專家一直推薦的31合金,究竟好在哪里?》

但28合金油井管加工存在較高技術難題,以下節選國內對28合金管軋制穿管方面的研究:

由于N08028合金中的Cr和Mo元素含量高,易形成金屬間化合物σ相,嚴重影響材料的耐H2S應力腐蝕能力。

作為單一奧氏體合金,固溶態N08028合金的強度指標無法滿足國際標準和用戶的使用要求(屈服強度要求760MPa以上),只有通過冷作硬化工藝形成高密度的晶體缺陷來起到強化作用。冷作硬化后各力學指標的變化規律對材料冷加工工藝的制定具有指導作用,因此需要通過冷變形試驗來開展規律性的研究。

試驗材料采用AOD精煉模鑄,電渣重熔后經過均質化處理,軋制開坯至500mm×500mm方錠,軋制溫度控制在1100~1200℃;然后徑鍛成Φ400mm管坯,徑鍛溫度與軋制溫度一致;徑鍛后入水冷卻;之后在1200~1220℃熱擠壓成Φ219mm×14mm管材。

沿徑向在原料外表面及中心取樣,分析其組織形貌。擠壓后觀察擠壓態管材的組織形貌;然后在敞開式火焰爐中固溶處理,采用1050℃、1100℃、1150℃、1200℃溫度固溶,保溫時間為20min、30min、40min,水冷。分析析出相的含量及形態,確定最佳的固溶熱處理制度。聊城金帝鋼管有限公司
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