[發明專利]一種油氣管線用高強韌超級馬氏體不銹鋼及其制備方法

無效

• 申請號: 201010505086.5
• 申請日: 2010-10-12
• 公開（公告）號: CN101956146A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 鄒德寧;陳治毓;韓英;王鐸;喬圓圓;王鴻波
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C22C38/48
• 分類號: C22C38/48;C22C38/58;C21D8/10
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技術領域

本發明涉及金屬材料領域，尤其涉及超級馬氏體不銹鋼。?

背景技術

石油和天然氣屬國家戰略資源，特別是隨著我國工業化進程的加快和人民生活水平的日益提高，相應的對能源的需求量也急劇增長，能源短缺已成為制約國家經濟發展的主要因素之一。為了緩解我國日益嚴重的油氣供需比矛盾及進一步拓展石油、天然氣的開采區域，我國已將石油、天然氣的重點開采區域從中東部向西部以及海洋領域轉移。然而，該類區域的油氣開采條件與以往的開采區域具有很大的差異，例如新疆多為深井和超深井(塔里木平均井深達5000多米)，井下開采環境較為惡劣且環境溫度也逐漸升高。由于使用的套管在工作中不但要承受套管柱產生的拉力，還要承受地層蠕動等而產生的挫斷力、射孔帶來的開裂力等，因此深井和超深井條件下對所用材料的強度和韌性也提出了更高的要求。?

通常410或420馬氏體不銹鋼能滿足一般油氣井用套管和油管所要求的強度，卻不能達到深井、超深井中所要求不低于759MPa的屈服強度，且韌性偏低，從而在管道作業循環中常出現破裂造成意外事故。為了解決上述問題，提出改進型的馬氏體不銹鋼，在機械強度、耐蝕性等方面有一定的提高，但是還不能取得令人滿意的結果。如CN1255569C和CN1257994C中需要添加昂貴的鈦、稀土元素、鎳的含量也較高，因此成本相對較高。在CN1250761C中采用二次回火，增加了熱處理工藝的復雜性。在CN101078088(200610046693.3)中采用淬火+低溫回火，進行穩定化時效處理的工藝，但是需要長時間時效處理，增加了工?業化生產周期。隨著AOD/VOD精煉技術的發展，鋼中碳含量進一步降低(最低可降到0.01％)，合金成分進一步優化成為可能，再采取適當的熱處理工藝，使鋼的性能得到顯著提高，因此本發明采用超級馬氏體不銹鋼的新型鋼種可以替代傳統的410或420馬氏體不銹鋼。?

出于生產安全方面的考慮，在深井、超深井中往往使用雙相不銹鋼，一些特殊部件甚至要求使用超級雙相不銹鋼。然而，超級馬氏體不銹鋼具有優異的綜合力學性能，不會造成沒有必要的性能浪費，而且更主要的是相對于雙相不銹鋼和其它耐蝕合金它更經濟。因此，在石油天然氣行業中推廣使用超級馬氏體不銹鋼是可行的，進一步提高超級馬氏體不銹鋼的強韌性可以擴大其在深井、超深井中的應用。?

發明內容

考慮到現有技術的不完善，本發明的目的是提供一種油氣管線用高強韌超級馬氏體不銹鋼及其制造方法，可以滿足在深井、超深井中使用的管材線材所要求的強度和韌性。?

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：?

一種油氣管線用高強韌超級馬氏體不銹鋼及其制造方法，其特征在于，該超級馬氏體不銹鋼的化學成分(質量％)為：C：0.01～0.03％、Si：0.5％～1％、Mn：0.2％～2.0％、Cr：11.0％～17.0％、Ni：5.0％～8.0％、Mo：0.5％～3.5％、P：≤0.015％、S：≤0.035％、N：0.02％～0.08％、Nb：0.02％～0.5％、W：＜0.1％、剩余部分由Fe及不可避免雜質組成。?

上述的超級馬氏體不銹鋼具有以下力學性能：屈服強度R_P0.2≥759MPa，抗拉強度R_m≥827MPa，延伸率A≥22％，硬度HRC≤30。?

具體各元素作用如下：?

(1)Cr的影響?

Cr是的主要合金元素，能夠強化鐵素體形成和縮小奧氏體相區，對耐蝕性起著決定作用。在C含量一定的條件下，隨著Cr含量的增加，在熱處理后會形成部分高溫鐵素體組織，這種鐵素體的存在會影響鋼的塑性，降低鋼的強度并惡化鋼的耐蝕性。在保證淬透性的基礎上，Cr含量的提高使鋼的耐腐蝕性能增強，當Cr與Mo配合使用時，其耐蝕性更好。因此Cr含量應當設置為10.0％～20.0％，優選范圍應當為11.0％～17.0％。?

(2)Ni的影響?

Ni是鋼中重要的合金元素。Ni可以擴大Fe-Cr二元合金奧氏體相區和奧氏體加鐵素體雙相區，使C含量較低的鋼具有很好的淬火能力，并且由于Ni的存在，可使鋼的Cr含量向高Cr方向移動，即鋼中的Cr可以提高而不至形成單一的鐵素體組織，提高了鋼的耐蝕性，Ni的另一個作用是降低鋼中δ-鐵素體含量，效果明顯。然而，過高的鎳將使鋼轉變成奧氏體組織而失去淬透性。此外，Ni含量過多，冷卻時會導致殘余奧氏體的形成，從而得不到全馬氏體組織，使時效后的強度降低。由于鎳的價格較高導致生產成本升高。所以將Ni的含量設為3.0％～10.0％，更優選的是5.0％～8.0％。?