[發明專利]一種韌性優良的高強度不銹鋼管及其制造方法

在審

• 申請號: 201310247268.0
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN103320707A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 劉耀恒;張春霞;張忠鏵
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/44
• 分類號: C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48;C22C38/50;C21D8/10
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所 31228
• 代理人: 楊丹莉

技術領域

本發明涉及一種鐵基合金鋼管及其制造方法，尤其涉及一種不銹鋼管及其制造方法。

背景技術

在含CO₂的油氣開采環境中，通常使用抗CO₂腐蝕性能優良的13Cr系列馬氏體不銹鋼管，該不銹鋼管的鋼級從80～110不等。隨著石油天然氣開采向著地質復雜的區域不斷發展，油氣井深度不斷增加，開采石油天然氣所用的管材也面臨著具有更大強度，適應更高溫度（150℃以上）和更苛刻腐蝕環境（高CO₂分壓、Cl^-共存）的要求，在這樣的條件下，常用的13Cr系列馬氏體不銹鋼已經遠遠不能滿足上述要求。可以通過進一步提高合金含量來增加鋼材的耐蝕性，例如現有技術中的奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼（Cr含量22%以上），鎳基合金鋼等，但是前述產品除了添加含量過高的合金元素會引起成本問題之外，還需要經過熱擠壓、冷軋/冷拔等特殊工序才能獲得較高的強度，這樣也就帶來了制造困難和工序復雜的問題。

提高馬氏體不銹鋼的合金含量可以增加鋼材的耐蝕性能，但是合金含量提高到一定程度后，鋼材則無法得到單一的馬氏體組織；一般當Cr含量超過16%時，為了能采用常規淬火工藝而獲得馬氏體組織，Ni含量則不能太高，否則Ms點會降低到室溫以下而導致無法淬火形成馬氏體。一般在這樣的條件下，鋼材的微觀組織中會不可避免地出現δ-鐵素體，δ-鐵素體對鋼材的強度、韌性均會產生不利影響，尤其對鋼材的韌性影響更為嚴重。

一般說來，越高強度的鋼材對表面缺陷越為敏感。隨著油井管鋼級的增高，材料的屈服強度逐漸增大，材料的硬度也相應變高而韌性卻逐漸下降，材料對表面缺陷的敏感反應程度變大，加之生產過程中總會導致鋼材存在不可避免的微小缺陷，這些缺陷就成為了高鋼級油井管潛在的危險點。例如，柯深-1井中150鋼級套管因沖擊韌性差而導致失效棄井,造成直接經濟損失上億元，該150鋼級套管的韌性較低，大約為20J左右。對于高強度的鋼管,高韌性可以確保管體在高應力場中抵抗裂紋失穩擴展,對微細缺陷具有包容能力,從而具有更高的安全可靠性。因此，在高強度油井管的設計中也需要考慮韌性指標，對于高強度油井管而言，其韌性指標（夏比V型全尺寸沖擊吸收功參考指標）為其屈服強度的1/10。

公告號為CN1816639A，公告日為2006年8月9日，名稱為“馬氏體不銹鋼”的中國專利文獻涉及了一種比超級13Cr鋼具有更優越的抗硫化物應力腐蝕裂化性且具有相當于雙相不銹鋼的強度和耐腐蝕性的馬氏體不銹鋼，其化學組成質量百分含量為：C:0.001-0.1%，Si:0.05～1.0%，Mn:0.05～2.0%，Cr:11～18%，Ni:1.5～10%，sol.Al:0.001～0.1%，Cu:0～5%，Mo的固溶量為:3.5～7%，而且滿足下式(1)，必要時含有從下述A～C組至少之一組中選擇的1種或2種以上的元素，其余部分為Fe和如果存在則處于未固溶狀態的Mo及雜質，(1)式：Ni-bal.=30(C+N)+0.5(Mn+Cu)+Ni+8.2-1.1(Cr+Mo+1.5Si)≥-4.5，A組：W:0.2～5%；B組：V:0.001～0.50%，Nb:0.001～0.50%，Ti:0.001～0.50%及Zr:0.001～0.50%；C組：Ca:0.0005～0.05%，Mg:0.0005～0.05%，REM:0.0005～0.05%及B:0.0001～0.01%。

公告號為CN1836056A，公告日為2006年9月20日，名稱為“耐腐蝕性優良的油井用高強度不銹鋼管及其制造方法”的中國專利文獻公開了一種耐腐蝕性優良的高強度油井用不銹鋼管，其化學組份的質量百分含量為：C:0.005～0.05%，Si:0.05～0.5%，Mn:0.2～1.8%，Cr:15.5～18%，Ni:1.5～5%，Mo:1～3.5%，V:0.02～0.2%，N:0.01～0.15%，且滿足Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C≥19.5及Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≥11.5(其中Cr、Ni、Mo、Cu、C、Si、Mn、N為各元素的質量含量[%])，余量由Fe和不可避免的雜質。

發明內容

本發明的目的在于提供一種韌性優良的高強度不銹鋼管，通過控制鋼管中合金元素的添加量，特別是控制沉淀強化元素滿足一定的約束條件，使得不銹鋼管具有較高的強度，優良的韌性，同時還具備良好的在高溫環境下抗CO₂、Cl^-的腐蝕性能。