專利名稱：：高防腐耐磨滲氮鋼油管的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種石油開采油管，特別涉及一種高防腐耐磨滲氮鋼油管。
背景技術：
：目前，油、氣田井下油管的腐蝕、偏磨、粘扣情況特別嚴重，是困擾油管使用壽命的三大難題，大部分油井采出液出現(xiàn)"三高一低"的現(xiàn)象，即礦化度高、硫酸鹽還原菌(SRB)含量高、co2含量高、ra值低，在這種腐蝕環(huán)境下，井下的油管、套管和抽油桿等很容易腐蝕，嚴重的會造成油套管腐蝕穿孔，抽油桿斷裂，必須進行作業(yè)更換，不僅增加了采油成本，也影響了油井生產。為了增加油管的使用壽命，提高油管的耐腐蝕性，有些井下油管采用氮化防腐處理工藝解決上述問題，該工藝是將油管放入富氮的活性介質中加熱，使氮原子滲入鋼的表面，改變表面化學成分，形成一定厚度的F^—W，即e相。該物質化學穩(wěn)定性高，組織細密，硬度高，對多種腐蝕介質具有抗腐蝕作用。但是在氮化防腐處理過程中，表面的e氮化物會形成一種易被腐蝕的疏松層，這種疏松層會降低氮化處理的腐蝕性。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有氮化防腐油管表面有易被腐蝕的疏松層，降低氮化油管耐腐蝕性之不足，而提供一種高防腐耐磨滲氮鋼油管。本實用新型是在油管的表面形成有復合氮化層，該復合氮化層是由Y'相(Fe4N)、e相(Fe2—3N)、Fe^、FeA化合物以及S、Al的相應化合物構成。形成復合氮化層的工藝過程為管坯一熱軋成品油管一熱處理基體強化一油管表面多元共滲(N、C、0、S、A1)—表面氧化處理一檢查(機械性能、探傷、腐蝕等)。其中用作管坯的鋼材為可氮化合金鋼材料如27SiMn鋼、CrMoAl類合金鋼、CrAl類合金鋼，使用上述類型鋼材熱軋的成品油管為無縫合金鋼管。主要工序的工藝規(guī)范為熱處理基體強化溫度為350-400°C，時間為20-40min。油管表面多元共滲(N、C、0、S、A1):溫度為520-580。C，時間為10-180min。表面氧化處理溫度為370-400°C，時間為15-20min。復合氮化層的形成過程熱處理基體強化工序會在油管的表面形成很薄的氧化膜，這層氧化膜對多元共滲有促進作用，油管表面多元共滲工序是在鹽浴中進行的，包括分解、吸附、擴散三步。第一步是分解，氰酸根在氮化鹽的工作溫度下，分解出活性的N原子和C原子。第二部是吸附，活性的N原子和C原子向金屬表面吸附，金屬表面N的濃度逐漸升高，與金屬表面形成一定的濃度差，在一定的溫度下，正是這種濃度差使N原子和C原子向金屬內部擴散。第三步是擴散，已經吸附在金屬表面的高濃度的N原子和C原子向金屬內部擴散，由于N的原子半徑僅為Fe原子半徑的一半，而C原子的半徑更小，所以N原子和C原子可以在鐵的點陣間隙中進行擴散。多元共滲工序最終形成的滲層組織是最表面為e氮化物(Fe3N或Fe2—3N);向內為e氮化物+Y'相(Fe4N);再向內為擴散層，即含氮、碳的固溶體。表面氧化處理工序油管在進行多元共滲工序以后在氧化鹽浴中進行氧化處理，氧化處理后不但在油管的化合物層表面形成氧化膜，還有一部分氧以間隙式形式溶入化合物晶格中，使表面鈍化，改善了表面的耐蝕性和耐磨性，氧化膜為鐵的氧化物(Fe304)。復合氮化層是在可氮化合金的基體上不斷滲入N、C、0、S形成的，表層的e相并非純的鐵的氮碳化物，其中含有合金元素，也可以稱之為合金氮碳化物，這種合金氮碳化物比鐵的氮碳化物硬度高，特別在含鋁的合金鋼中，鋁的作用在于促進了氮沿晶界擴散，在過飽和過程中形成Y'相(F^N)，增強了硬化作用。本實用新型的有益效果硬度高，比較耐磨，表面有一層氧化層，比較耐腐蝕。圖1為本實用新型的剖面示意圖。1、油管2、復合氮化層。具體實施方式請參閱圖1所示，油管1外表面和內表面為復合氮化層2，復合氮化層2為Y'相(Fe4N)、e相(Fe2—3N)、Fe3C化合物層結構以及C、N、0、S、Al的相應化合物組織，油管1的材質為可氮化合金鋼，如CrMoAl合金鋼，作為油管1的CrMoAl合金鋼管為無縫鋼管，復合氮化層2的形成過程如下熱處理基體強化工序會在CrMoAl合金油管的表面形成很薄的氧化膜，這一層氧化膜對多元共滲有促進作用，CrMoAl合金油管表面多元共滲工序是在鹽浴中進行的，包括分解、吸附、擴散三步。第一步是分解，氰酸根在氮化鹽的工作溫度下，分解出活性的N原子和C原子。第二部是吸附，活性的N原子和C原子向金屬表面吸附，金屬表面N的濃度逐漸升高，與CrMoAl合金油管表面形成一定的濃度差，在一定的溫度下，正是這種濃度差使N原子和C原子向金屬內部擴散。第三步是擴散，已經吸附在CrMoAl合金油管表面的高濃度的N原子和C原子向金屬內部擴散，由于N的原子半徑僅為Fe原子半徑的一半，而C原子的半徑更小，所以N原子和C原子可以在鐵的點陣間隙中進行擴散。多元共滲工序最終形成的滲層組織是最表面為e氮化物(Fe3N或Fe2—3N);向內為e氮化物+Y'相(Fe4N);再向內為擴散層，即含氮、碳的固溶體。表面氧化處理工序CrMoAl合金油管在進行多元共滲工序以后在氧化鹽浴中進行氧化處理，氧化處理后不但在CrMoAl合金鋼管的化合物層表面形成氧化膜，還有一部分氧以間隙式形式溶入化合物晶格中，使表面鈍化，改善了表面的耐蝕性和耐磨性，氧化膜為鐵的氧化物(Fe304)。復合氮化層2是在CrMoAl合金油管上不斷滲入N、C、0、S形成的，表層的e相并非純的鐵的氮碳化物，其中含有合金元素，也可以稱之為合金氮碳化物，這種合金氮碳化物比鐵的氮碳化物硬度高，特別在CrMoAl合金油管中，鋁的作用在于促進了氮沿晶界擴散，在過飽和過程中形成Y'相(F^N)，增強了硬化作用。多元共滲處理的高防腐耐磨CrMoAl合金油管，其耐腐蝕性與耐磨性能遠超L180(13Cr)油管，對比如下機械性能試驗對比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>[0034]耐腐蝕性能試驗對比[0035]<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>對比試驗表明，多元共滲處理高防腐耐磨CrMoAl合金油管機械性能高于L180(13Cr)油管，達到APISPEC5CTP110標準，耐腐蝕性能遠高于L180(13Cr)油管，是L180(13Cr)油管的3倍，耐磨性是L180(13Cr)油管的50倍，多元共滲處理高防腐耐磨CrMoAl合金油管具有極高的性價比，成本低于L180(13Cr)，是替代L180(13Cr)油管用于惡劣井下環(huán)境的理想高防腐耐磨P110油管。權利要求一種高防腐耐磨滲氮鋼油管，油管的材質為可氮化合金鋼，其特征在于油管的表面形成有復合氮化層。2.根據(jù)權利要求1所述的高防腐耐磨滲氮鋼油管，其特征在于所述可氮化合金鋼的材質類型為27SiMn鋼或CrMoAl類合金鋼或CrAl類合金鋼。3.根據(jù)權利要求1所述的高防腐耐磨滲氮鋼油管，其特征在于所述油管為無縫合金鋼管。專利摘要本實用新型公開了一種高防腐耐磨滲氮鋼油管，是在油管的表面形成有復合氮化層，復合氮化層是由Fe4N、Fe2-3N、Fe3C、Fe3O4化合物以及S、Al的相應化合物構成，用作管坯的鋼材為可氮化合金鋼材料，本實用新型的表層硬度高，比較耐磨，表面有一層氧化層，比較耐腐蝕。文檔編號F16L9/02GK201502793SQ20092009407公開日2010年6月9日申請日期2009年7月27日優(yōu)先權日2009年7月27日發(fā)明者呂學民申請人:梅河口市弘業(yè)無縫鋼管有限公司