[发明专利]油井管用不锈钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种不锈钢，更详细地讲是涉及一种在气井、油井等中使用的油井管用不锈钢。

背景技术

从油井、气井产出的石油、天然气含有二氧化碳、硫化氢这样的腐蚀性的伴生气体。因此，对于石油、天然气的产出所使用的油井管要求优良的耐腐蚀性。

以往，作为油井管用的钢材采用碳素钢、低合金钢，随着所利用的油井、气井的腐蚀环境严苛化，采用Cr含有量为13％左右的SUS420马氏体系不锈钢(13％Cr系钢)、向13％Cr系钢中添加Ni而成的改良13％Cr系钢等耐腐蚀性优良的不锈钢。

但是，近来，深层的油井、气井被进一步开发，在深层的油井、气井中使用的油井管要求较高的强度。并且，深层的油井、气井为150℃以上的高温且为含有硫化氢、二氧化碳的高温氯化物水溶液环境，因此，要求比以往的油井管更加优良的耐腐蚀性。在该含有硫化氢、二氧化碳的高温氯化物水溶液环境中，一般考虑使用具有比以往的不锈钢更加优良的耐腐蚀性及高强度的二相不锈钢。但是，由于二相不锈钢的合金元素含有量较大，因此，存在制造成本较高这样的问题。

因此，在日本特开2005-336595号公报(以下称作专利文献1)、日本特开2006-16637号公报(以下称作专利文献2)及日本特开2007-332442号公报(以下称作专利文献3)中提出了一种与二相不锈钢相比合金元素的含有量较少、具有较高强度、而且即使在含有二氧化碳的高温氯化物水溶液环境中也具有较高的耐腐蚀性的不锈钢管。这些专利文献中公开的不锈钢管均通过使Cr含有量高于以往的13％Cr系钢来提高耐腐蚀性。

具体地讲，在专利文献1中，使不锈钢管的Cr含有量比以往的13％Cr系钢的Cr含有量多，为15.5～18％。另外，通过使Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≥11.5，来使钢组织为铁素体相和马氏体相这样的二相组织，从而提高了油井管的热加工性。二相组织存在降低耐腐蚀性的可能性，但通过以Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C≥19.5的方式含有用于提高耐腐蚀性的Ni、Mo、Cu，能防止油井管的耐腐蚀性降低。

同样，在专利文献2中，也使不锈钢的Cr含有量为15.5～18％，并且含有用于提高耐腐蚀性的Ni。在该文献中公开的不锈钢的化学组成与专利文献1类似，但Mo并不是必需的元素，而是用于抑制成本的合金设计。并且，Cu也是任意选择的元素。

专利文献3中公开的不锈钢通过含有14～18％的Cr、且含有Ni、Mo、Cu而具有较高的耐腐蚀性。并且，由于钢组织含有马氏体相和体积百分比3～15％的奥氏体相，因此其韧性升高。

实际上，在上述专利文献1～3中公开的不锈钢中，是通过含有比以往的13％Cr系钢中含有的Cr多的Cr、而且含有Ni、Mo、Cu等合金元素，来降低在高温腐蚀环境下的腐蚀速度。例如，在专利文献1的实施例中，使用100大气压的CO₂气体环境下的230℃的20重量％的NaCl水溶液来调查腐蚀速度(mm/yr)，证明腐蚀速度的降低(参照专利文献1中的表2)。

但是，通过本发明人的调查可明确，若在含有二氧化碳的高温氯化物水溶液环境中使用Cr含有量较高的不锈钢，虽然腐蚀速度降低，但却易于产生应力腐蚀裂纹(SCC)。

13％Cr钢等所代表的以往的不锈钢，在高温氯化物水溶液环境下的腐蚀速度过高。因此，虽然发生整面腐蚀，但不会产生局部的裂纹、即SCC。另一方面，在与以往的不锈钢相比增加了Cr含有量的情况下，如上述专利文献1～3所示，腐蚀速度降低。腐蚀速度降低的原因在于，在不锈钢的表面形成了钝化膜。但是，在高温环境下，钝化膜局部减弱而被破坏。一般认为由于在破坏的部分易于发生溶解，因此由该溶解导致产生SCC。

因而，对于在含有二氧化碳的高温氯化物水溶液环境下使用的不锈钢，不仅需要降低腐蚀速度，还需要提高耐SCC性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在含有二氧化碳的150℃以上的高温氯化物水溶液环境下具有优良的耐腐蚀性的油井管用不锈钢。更具体地讲，是提供一种在含有二氧化碳的高温氯化物水溶液环境下腐蚀速度较小、且耐SCC性优良的油井管用不锈钢。

本发明人认为，为了降低在含有二氧化碳的150℃以上的高温氯化物水溶液环境下的腐蚀速度，需要在钢中含有以质量％计16％以上的Cr和若干量的Mo。但是，由于Cr、Mo是铁素体形成元素，因此，若含有16％以上的Cr和若干量的Mo，则钢组织的大部分成为铁素体相，无法获得高强度。