[发明专利]油井用马氏体系不锈钢管

说明书

技术领域

本发明涉及马氏体系不锈钢管，具体涉及在湿润二氧化碳环境中使用的油井用马氏体系不锈钢管。

背景技术

从油井、气井中产出的石油、天然气中含有二氧化碳、硫化氢等腐蚀性气体。在这样的湿润二氧化碳环境中，使用具有较高耐腐蚀性的马氏体系不锈钢管作为油井管。具体地讲，大多使用以API13Cr钢为代表的13Cr不锈钢管。13Cr不锈钢管通过含有13％左右的Cr而具有耐二氧化碳腐蚀性，通过含有0.2％左右的C而具有马氏体组织。

近年来，油井、气井在向深井化发展。要求在湿润二氧化碳环境的深井中使用的油井管具有655MPa以上的高强度及高韧性。并且，由于在80～150℃这样高温的湿润二氧化碳环境中有可能产生活性溶解型的应力腐蚀裂纹(Active PathCorrosion type SCC：以下称为SCC)，所以要求油井管具有较高的耐SCC性。

在高温湿润二氧化碳环境的深井中使用13Cr不锈钢管存在以下几点问题。

(1)由于C含量高，因此若将强度提高到655MPa以上则无法获得必要的韧性。

(2)13Cr不锈钢管在制造工序中要实施淬火及回火，如图1所示，会在回火后的组织中形成Cr碳化物50。并且，会在Cr碳化物50的周边及晶界上形成Cr含量低的区域、即Cr缺乏区域60。Cr缺乏区域60会提高SCC敏感性。因此，具有Cr缺乏区域60的13Cr不锈钢管无法获得在高温湿润二氧化碳环境的深井中使用所必需的耐SCC性。

因此，作为即使在高温湿润二氧化碳环境的深井中也能够使用的马氏体系不锈钢管，已开发出了超13Cr马氏体系不锈钢管。超13Cr马氏体系不锈钢管通过不仅添加Mo、Cu等合金元素在表面上形成钝态保护膜，而且还使C含量为0.1％以下，从而具有高于13Cr不锈钢管的耐SCC性。由于C含量低，因此若适当地设定回火条件，则如图2所示，在回火后的组织中几乎不析出Cr碳化物，其结果是几乎不产生Cr缺乏区域。

另外，可用奥氏体形成元素Ni替代奥氏体形成元素C，通过大量含有Ni，即使C含量低也能将组织维持为马氏体。因此，超13Cr马氏体系不锈钢管具有在高温湿润二氧化碳环境中使用所需的高强度及高韧性。

但是，在以往的超13Cr马氏体系不锈钢管中，为了获得期望的强度，要实施淬火及回火，但近年来，以降低制造成本为目的而省略了轧制后回火的超13Cr马氏体系不锈钢管(以下称免回火马氏体系不锈钢管)正在研发中。在日本特开2003-183781号公报、日本特开2003-193203号公报、日本特开2003-129190号公报中公开了免回火马氏体系不锈钢。根据这些文献，即使省略回火也能获得期望的强度及韧性。

但是，经本发明人调查得知，免回火马氏体系不锈钢管的耐SCC性低于以往的超13Cr马氏体系不锈钢管的耐SCC性。这是因为：如图3所示，虽然在比距免回火马氏体系不锈钢管的表面100μm左右深度的区域更靠内的部位未产生Cr缺乏区域，但是会在距免回火马氏体系不锈钢管的表面100μm左右深度的区域中产生Cr缺乏区域60。

这样的表面下方的Cr缺乏区域60形成于热加工之后。具体来讲，由于在轧制后形成轧制氧化皮时表面下方的Cr被轧制氧化皮吸收而形成Cr缺乏区域60，或者在轧制时由于用作润滑剂的石墨而在表面下方形成Cr碳化物50、并在Cr碳化物50的周围等处形成Cr缺乏区域60。以往的超13Cr马氏体系不锈钢管由于在轧制后实施回火，因此，通过Cr在回火中扩散会消除表面下方的Cr缺乏区域60，但对于免回火马氏体系不锈钢管而言，由于不实施回火，所以在表面下方残留有许多Cr缺乏区域。

在日本特开2003-193204号公报中，公开了具有高耐SCC性的免回火马氏体系不锈钢。但是，在该公报中的耐SCC性评价试验中使用的是平滑试样、即表面经过研磨的试样。也就是说，未使用含有表面下方的Cr缺乏区域的试样评价耐SCC性。本发明人基于上述公报所公开的条件，用含有表面下方的Cr缺乏区域的试样实施了SCC试验，结果发现含有Cr缺乏区域的试样的耐SCC性低于平滑试样的耐SCC性。

所以，若将在表面下方含有许多Cr缺乏区域的免回火马氏体系不锈钢管用于高温湿润二氧化碳环境的深井中，则可能会产生SCC。

作为除去表面下方的Cr缺乏区域的方法，可以考虑实施喷丸及/或酸洗。但是，实施这些处理就会增加制造成本。另外，即使实施这些处理，因处理条件不同也可能存在残留表面下方的Cr缺乏区域的情况。

发明内容