[发明专利]超低碳马氏体不锈钢无缝管及其制造方法

说明书

本发明公开了一种超低碳马氏体不锈钢无缝管，其由超低碳马氏体不锈钢制成，超低碳马氏体不锈钢包括下述成分，以质量百分数计：C≤0.03％，Si为0.1～0.5％，Mn为0.2～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr为12.2～13.2％，Ni为5.2～5.7％，Mo为1.9～2.1％，Cu为0.1～1.6％，余量为Fe及其它杂质。上述无缝管可适用于油气田。本发明还提供了一种上述无缝管的制造方法，包括步骤：冶炼、管坯热加工、钢管热加工和热处理，其中，管坯热加工的加热温度为1200～1280℃，挤压法制管的加热温度为1150～1250℃，穿孔冷轧法制管的加热温度为1200～1280℃，热处理制度为：900～1050℃淬火和550～680℃回火。本发明制造的无缝管在CO₂、Cl^－共存腐蚀环境及高温高压条件下具有优异的强度及耐腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及不锈钢领域，尤其涉及一种适用于油气田的超低碳马氏体不锈钢无缝管及其制造方法。

背景技术

随着全球经济的发展，世界各国对油气资源的需求不断增长，促使开发的油气田越来越深，涌现出很多超深超高压井。高压高温和超高压高温井勘探开发的难度骤然增大，使钻井出现的问题越来越多，主要涉及到油井的设计、工具、工艺、设备、井控、储层改造、安全及材质选择等一系列问题，其中最关键的就是材料的选择问题。

高压高温和超高压高温井通常都含有CO₂、H₂S、Cl^－离子等，含量最高的CO₂含量超过10％，H₂S超过6万ppm，Cl^－离子超过10万ppm，因此腐蚀就成为在含CO₂、H₂S和Cl^－的环境中使用的主要问题。目前国内外用于含CO₂、H₂S和Cl^－油井下采用材料，按照环境的恶劣程度依次为Cr13型马氏体不锈钢、双相不锈钢和镍基合金。Cr13型马氏体不锈钢使用温度极限为150℃，难以满足现有苛刻腐蚀环境下的使用要求，多有井下油管断裂，集气干线泄漏事故发生，致使许多油气田井在投产不到一年而提前废弃，不仅造成巨大经济损失，同时也威胁到国家能源战略安全。为避免油井管在如此苛刻的条件下的腐蚀，必须选用抗CO₂、H₂S和Cl^－腐蚀和应力腐蚀开裂性能优良的双相不锈钢和镍基合金，但其价格非常昂贵，且主要依赖进口，使建设油井的投入成本过高。

中国专利文献CN100368579C提供一种马氏体不锈钢，通过添加2.8～5.0％的Mo，形成回火马氏体、回火时析出的碳化物及回火时微细析出的Laves相或σ相等金属间化合物的混合组织，提高强度和耐蚀性。但是，该发明钢种的高Mo含量会降低韧性，并且Laves相或σ相在使用过程中会恶化组织，且成本过高。

中国专利文献CN100453685C提供了一种高Cr系不锈钢无缝油井管及其生产方法，其中C含量为0.02～0.25％，Cr含量为12～14％，Ni含量为3.0～6.0％，此外还同时添加了Mo、Cu、Nb、Cu、Al、Ti、V等元素来提高强度。但是该发明C含量过高，在CO₂及Cl^－共存环境下的耐蚀性能不够，同时合金元素种类过多，热处理过程组织变化规律过于复杂，给调质处理带来困难。

鉴于此，本领域需要开发一种满足深井油气田使用环境下的新型的经济耐蚀材料，以满足日益发展的油气行业的需求。

发明内容