[發(fā)明專利]一種含氮奧氏體合金

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910194430.0
• 申請日: 2009-08-21
• 公開（公告）號: CN101994052A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張春霞;張忠鏵
• 申請（專利權(quán)）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;C21C5/52;C21C7/068;C22B9/18;C21D8/10;E21B17/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 鄭立柱;章承繼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種奧氏體合金，特別是涉及一種含氮奧氏體合金，其具有高強度和抗腐蝕性能，特別適合用于制造酸性深井用抗應(yīng)力腐蝕開裂的油套管。

背景技術(shù)

隨著能源需求的不斷增加，可開采油氣資源的不斷減少，油氣資源的開采不得不轉(zhuǎn)向深井、超深井以及強腐蝕性井。這類油氣井的特點就是高溫、高壓、高CO₂、H₂S分壓以及高礦化度。為了滿足這類油氣井的開采開發(fā)需求，越來越多的超高合金油套管產(chǎn)品被開發(fā)出來，特別是鐵-鎳基合金以及鎳基合金油套管。

美國專利US4400211、US4168188、US4840768及中國專利申請CN200580022104.1、CN200580022164.3等公開了幾種對于深井用油套管適合的鐵-鎳基或者鎳基合金。這些合金可以用于高溫、高壓、高CO₂、H₂S分壓以及高礦化度油氣井用油套管的生產(chǎn)，但其中Ni含量基本在30％以上，合金成本較高，造成油田開采成本過高。

通過在鋼鐵合金中添加氮，可以擴大合金的奧氏體區(qū)，如申請?zhí)枮?2132853.6的中國專利申請公開了一種超純高氮奧氏體不銹鋼及其制造方法，其成分為Cr：17～19％，Mn：12～16％，Mo：2～3％，Cu：0.5～1.5％，Ni：≤0.2％，N：0.4～0.6％，C：＜0.05％，Si：≤0.5％，S：≤0.009％，P：≤0.009％；又如申請?zhí)枮?8117555.4的中國專利申請公開了一種鎳含量極低的奧氏體不銹鋼，其成分為C：＜0.15，Si：0.1％＜Si＜1％，Mn：5％＜Mn＜9％，Ni：0.1％＜Ni＜2％，Cr：13％＜Cr＜19％，Cu：1％Cu＜4％，N：0.1％＜N＜0.4％，B：5×10^-4％＜B＜50×10^-4％，P：＜0.05％，S：＜0.01％，但這些專利文獻中含氮的奧氏體合金通常是用作一般醫(yī)療器械或民用產(chǎn)品之中，這些加氮奧氏體不銹鋼無法滿足酸性油氣田的耐腐蝕性要求。

因此，需要提供一種能夠在酸性油氣井的環(huán)境下使用，而且高強度、耐蝕性能良好的油套管，既滿足上述性能要求，其合金成本又不會太高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于制造油套管產(chǎn)品的含氮奧氏體合金，該合金能滿足高含硫化氫、二氧化碳及氯離子等酸性深井對高強度和耐腐蝕的油套管需求。

本發(fā)明涉及一種適用于高含硫化氫、二氧化碳及氯離子等酸性深井用的強度在95～125鋼級，特別是110鋼級的油套管用含氮奧氏體合金的化學(xué)成分。合金的化學(xué)成分設(shè)計如下：

C≤0.03％，P≤0.015％，S≤0.01％，Si≤0.5％，Mn：0.5～4.0％，Ni：25～27％，Cr：24～26％，Mo：3～4％，N：0.1～0.3％，Cu：0.1～1.5％，Al：0.1～0.3％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明Fe基奧氏體合金的化學(xué)成分的選擇理由如下：

C：盡管C具有擴大合金奧氏體區(qū)的作用，但C含量過高時，易形成以M23C6為主的碳化物在晶界析出，降低晶界鉻含量，因此合金耐腐蝕性能明顯下降，且合金的塑性和韌性降低。因此，設(shè)計C含量在0.03％以下，優(yōu)選在0.02％以下。

P、S：均為伴生的雜質(zhì)元素。P、S對合金的熱加工性能、純凈度產(chǎn)生有害影響，為保證本合金的耐蝕性能，高純鋼的要求是必須的。因而，設(shè)計P的含量在0.015％以下，S的含量在0.01％以下。

Si：是有效的脫氧劑，但是過多的Si促進σ相和碳化物的形成，從而破壞合金的機械性能和耐腐蝕性。因此，設(shè)計Si的含量在0.5％以下。

Mn：也是有效的脫氧劑，而且具有脫S的作用。但是過多的Mn也會促進σ相和碳化物的形成，從而破壞合金的機械性能和耐腐蝕性。另外Mn含量超過4％以上，會降低合金的鍛造性能，因此，設(shè)計Mn的含量在0.5～4.0％。

Ni：具有極好的奧氏體基體穩(wěn)定化元素，在Ni穩(wěn)定的奧氏體基體中可以溶解大量的Cr、Mo等具有耐腐蝕作用的元素，且Ni本身具有極佳的耐腐蝕作用，為了達到這種效果，Ni的含量要在25％以上。但是Ni的價格昂貴，因此合金中Ni的含量過高會導(dǎo)致合金成本大幅度上升。因而，控制Ni的含量在25～27％。

Cr：具有很好的抗局部腐蝕和均勻腐蝕能力，但是Cr的含量要在20％以上才能達到上述效果。但是Cr的含量過高，合金就有析出σ相的危險，且降低合金的熱加工性能，因此，設(shè)計Cr的含量為24～26％。