酸性油气油井套管常用的28合金及固溶冷作硬化分析

由于能源供应短缺日益严峻，近年来，油气开采重点正逐渐转向海洋、深海和腐蚀介质含量高的油气资源。我国西南地区普光和罗家寨，美国德克萨斯Murray Franklin、密西西比Black Josephine及法国Lacq气田等都是典型的酸性油气田。

我国油气资源中，大部分含有CO2和H2S。其中，部分油井气仅含CO2或仅含H2S，而更多的油井气同时含有CO2和H2S，某些甚至还含有较高的氯离子（Cl-）。

一般而言，井深越深，温度越高，压力也越大。在以上腐蚀工况各介质因素的共同作用下，油气工程用材从勘探开采到集输各环节，都会遭受严重的应力腐蚀、氢脆、电化学失重等破坏，轻则造成材料的穿孔和破裂，重则引发泄漏、井喷等严重的安全事故。

普通的碳钢、低合金钢乃至13Cr、22Cr等钢已无法满足开采需求，因此有大量的高Cr、Ni、Mo含量的镍合金材料应用到油套管中。UNS N08028镍合金就是其中一个重点产品，因满足高酸性油气田的特殊抗腐蚀性需求，常被应用于油井套管中，在酸性油气开采中得到了广泛应用。

UNS N08028（W.Nr.1.4563），常被叫做28合金。

28合金是一种添加钼和铜的镍铁铬合金。它对还原酸和氧化酸、应力腐蚀开裂和局部腐蚀（如点蚀和缝隙腐蚀）具有优异的抵抗力。这种合金特别耐硫酸和磷酸，用于油气井管道、化工加工、污染控制设备、核燃料后处理、制酸、酸洗设备。国内牌号为：0Cr27Ni31Mo3Cu。对应材料成分如下：

28与31合金对比

28合金的德标牌号为1.4563，和“特钢100秒”（公号ID：tegang100）介绍过的31合金（1.4562）是一对“亲兄弟”。

具体详见《德国专家一直推荐的31合金，究竟好在哪里？》

但28合金油井管加工存在较高技术难题，以下节选国内对28合金管轧制穿管方面的研究：

由于N08028合金中的Cr和Mo元素含量高，易形成金属间化合物σ相，严重影响材料的耐H2S应力腐蚀能力。

作为单一奥氏体合金，固溶态N08028合金的强度指标无法满足国际标准和用户的使用要求（屈服强度要求760MPa以上），只有通过冷作硬化工艺形成高密度的晶体缺陷来起到强化作用。冷作硬化后各力学指标的变化规律对材料冷加工工艺的制定具有指导作用，因此需要通过冷变形试验来开展规律性的研究。

试验材料采用AOD精炼模铸，电渣重熔后经过均质化处理，轧制开坯至500mm×500mm方锭，轧制温度控制在1100～1200℃；然后径锻成Φ400mm管坯，径锻温度与轧制温度一致；径锻后入水冷却；之后在1200～1220℃热挤压成Φ219mm×14mm管材。

沿径向在原料外表面及中心取样，分析其组织形貌。挤压后观察挤压态管材的组织形貌；然后在敞开式火焰炉中固溶处理，采用1050℃、1100℃、1150℃、1200℃温度固溶，保温时间为20min、30min、40min，水冷。分析析出相的含量及形态，确定最佳的固溶热处理制度。

按照最佳固溶热处理制度处理后，进行冷作硬化工艺研究，研究不同形变量与力学性能之间的关系，确立应力-应变方程，为工业生产提供理论依据。

研究结果表明：

（1）N08028合金油井管的化学成分决定着该材质存在明显的析出倾向，冶炼浇注及锻造冷却过程无法避免析出相析出。

（2）挤压过程可溶解管坯中的大尺寸析出相，但会产生弥散的二次析出相。研究了不同的固溶热处理工艺对二次析出相的溶解规律，其试验表明：在温度达到1200℃时，保温时间达到20min后，二次析出相可以完全溶解。

（3）冷作硬化可提高固溶处理后N08028合金油井管的力学性能。

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