抗二氧化碳及海水腐蚀油套管用低合金钢 本发明涉及一种油套管用合金钢，特别是一种在含有二氧化碳、氯离子、硫化氢等复合酸性腐蚀环境条件下使用的油套管用抗腐蚀低合金钢。
目前大部分油田用油套管普遍存在严重的CO2腐蚀问题。每年因CO2腐蚀所产生的事故给油田带来经济损失高达亿元以上。从材料防腐学角度看，在高CO2含量、氯离子、产出水量、铁离子含量、低pH值以及井中高温、高压和流体冲刷形成的强腐蚀环境，要保证油套管安全、高效地生产，最有效的办法是采用价格昂贵的13Cr以上的高铬不锈钢管材。但对于众多属于贫矿低渗透油田，油井的开采寿命大多在10年以下，使用价格昂贵的高铬不锈钢管，油田无法接受，经济性较差。此外，高铬不锈钢在这种高氯离子的环境中仍然存在较为严重的局部腐蚀。因此，许多油田目前只好使用一般的普碳钢管材，从而导致油田多起严重的CO2腐蚀事故。
欧洲专利EP995809提供一种用于制造油套管用合金钢，其化学成份按重量百分比计配比为：0．10～0．30％C，0．10～1．0％Si，0．10～3．0％Mn，2．0～9．0％Cr，0．01～0．10Al或者0．05～0．5％Cu，P≤0．03％，S≤0．01％，其余为Fe和不可避免的杂质。该专利主要通过加入较多含量的Cr和适量的Cu和Al，以提高材料的抗CO2和海水腐蚀性能，尤其是克服了特定介质条件下的局部腐蚀现象。但是该专利中，Cr的加入量较高，属于中合金钢范畴，成本相应较高。此外，该专利认为只有加入超过3％Cr，材料的局部腐蚀才能消除。
本发明的目的在于提供一种抗二氧化碳及海水腐蚀油套管用低合金钢，其抗CO2及海水腐蚀性能好，成本适中，具有较大经济效益。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种抗二氧化碳及海水腐蚀油套管用低合金钢，其特征在于按重量百分比计，化学成份配比为：
C：0．01～0．20％， Si：0．10～1．0％，
Mn：0．10～2．0％， Cr：0．5～5．0％，
Mo：0．01～1．0％， Cu：0．05～2．0％，
稀土：0．005～0．25％；
其余为Fe和不可避免的杂质。
上述的化学成份，还可含有：按重量计
W：0．01～0．5％， Ni：0．05～1．0％，
Al：0．005～0．1％。
本发明设计地化学成份，其各成份作用机理如下：
C是保证钢管室温强度和淬透性所必需成份，但当要求提高抗CO2和Cl-腐蚀性能时，应限制碳含量。碳含量低于0．01％，淬透性和强度不够，高于0．20％，韧性变坏，腐蚀性变差。
Si加入钢中起到了脱氧和改善耐蚀性的作用。低于0．01％含量，效果不明显，超过1．0％含量，加工性和韧性恶化。
Mn是改善钢的强韧性必须的元素，小于0．1％时作用较小；当超过2％时，抗CO2腐蚀性下降。
Cr的加入使钢的强度和抗CO2、Cl-腐蚀性能提高。但是，Cr含量小于0．5％时，耐蚀性提高不明显；高于5．0％时，加工性变差，材料成本提高。
Mo的加入，提高耐蚀性，特别是抗局部腐蚀性，加入量低于0．01％，效果不明显；高于1．0％，加工性能和塑性恶化。
Cu是抗CO2腐蚀性能提高的主要元素之一，加入量低于0．05％，效果不明显；高于2％，热加工性变差。
加入稀土作为表面改性元素，改善了表面腐蚀膜的组成和结构，从而提高了钢材的抗CO2腐蚀性能。加入量低于0．005％，效果不明显；超过0．25％，会恶化其力学性能。
W与Mo复合加入，一方面提高了耐蚀性，特别是抗局部腐蚀性，此外，两种元素的加入，提高了材料的强度和淬透性，加入量低于0．01％，效果不明显；高于0．5％，加工性能和塑性恶化。
Ni的加入改善了材料的热加工性能和抗腐蚀性能。加入量低于0．05％，效果不明显，超过1．0％，加工性能变差。
Al在钢中起到了脱氧作用，另外还提高了腐蚀表面膜层的稳定性和耐蚀性。当加入量低于0．01％时，效果不明显；超过0．10％，力学性能变差。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和显著优点：(1)本发明中合金含量尤其是Cr含量有大幅度降低，属低碳低合金钢范畴，合金成本较低，能为油田所接受。(2)本发明特别通过Mo、W、稀土元素的微合金化后，钢的耐蚀性得到大幅度提高，在Cl-含量超过10％的复合CO2腐蚀介质情况下，也没有局部腐蚀发生。
实施例：
表1本发明钢、常规钢和比较钢的化学成份，wt％C Si Mn Cr W Mo Cu Ni稀土 Al本发明钢 A1 0.03 0.25 1.55 0.89 0.05 0.25 0.50 0.18 0.005 A2 0.03 0.20 1.60 1.00 0.05 0.24 0.48 0.12 0.005 A3 0.07 0.22 1.25 1.05 0.03 0.26 0.33 0.20 0.015 0.06 A4 0.06 0.20 1.45 1.32 0.05 0.21 0.39 0.22 0.010 0.08 A5 0.03 0.25 1.55 0.84 0.05 0.25 0.50 0.18 0.008 0.05 A6 0.05 0.28 1.35 0.86 0.04 0.26 0.42 0.15 0.009 0.007对照钢 B1 0.42 0.25 1.61 0.05 0.18 0.49 0.04 B2 0.24 0.27 0.73 0.97 0.29 0.02 0.04 0.09Ti 0.005B B3 0.14 0.25 1.10 4.82 0.033 B4 0.13 0.22 0.99 8.55 0.46 0.035
表1表示试验钢的化学成份，其中A1-A6为本发明钢，B1-B2为对照钢(已有技术)。从表可以看出，对照钢中没有稀土、钨。
表1中的试验钢经炼、锻造、轧制、热处理后得到的强度、延伸率、硬度值见表2所示。可以看出，本发明钢在油田含CO2、Cl-环境和人工海水下的腐蚀性能明显优于对照钢。
表2试验钢的力学性能和腐蚀性能钢号σb Mpa σ0.5 Mpaδ50.8％HRC油田CO2、Cl-环境下人工海水腐蚀局部腐蚀腐蚀速度局部腐蚀腐蚀速度A1 807 636 19.4 22.0 ○ 3.3mm/y ○ 0.08mm/yA2 815 608 21.2 21.8 ○ 2.5mm/y ○ 0.07mm/yA3 821 614 22.2 22.6 ○ 1.9mm/y ○ 0.06mm/yA4 803 651 20.5 23.9 ○ 1.4mm/y ○ 0.03mm/yA5 802 645 19.5 23.5 ○ 1.8mm/y ○ 0.06mm/yA6 799 636 20.6 20.7 ○ 1.4mm/y ○ 0.05mm/yB1 789 602 19.2 22.3 × 30mm/y × 1.20mm/yB2 841 634 18.6 24.6 × 21mm/y × 1.05mm/yB3 805 607 21.5 20.5 × 8mm/y ○ 0.25mm/yB4 812 651 19.2 21.4 × 6mm/y ○ 0.15mm/y
注：油田试验条件为Na++K+：17183mg／L，HCO3-:122.04mg/L,Cl-:]]>336876mg／L，SO42-:]]>1440．9mg／L，Fe2+：100mg／L，Fe3+：30mg／L，Ca2+：1603mg／L，Mg2+：641．5mg／L，PH=6．0，试验温度：110℃，CO2分压：2．0Mpa，流速：1．5m／s。
○：表明没有局部腐蚀；×：表明有局部腐蚀