[发明专利]一种油气管线用高强韧超级马氏体不锈钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料领域，尤其涉及超级马氏体不锈钢。 

背景技术

石油和天然气属国家战略资源，特别是随着我国工业化进程的加快和人民生活水平的日益提高，相应的对能源的需求量也急剧增长，能源短缺已成为制约国家经济发展的主要因素之一。为了缓解我国日益严重的油气供需比矛盾及进一步拓展石油、天然气的开采区域，我国已将石油、天然气的重点开采区域从中东部向西部以及海洋领域转移。然而，该类区域的油气开采条件与以往的开采区域具有很大的差异，例如新疆多为深井和超深井(塔里木平均井深达5000多米)，井下开采环境较为恶劣且环境温度也逐渐升高。由于使用的套管在工作中不但要承受套管柱产生的拉力，还要承受地层蠕动等而产生的挫断力、射孔带来的开裂力等，因此深井和超深井条件下对所用材料的强度和韧性也提出了更高的要求。 

通常410或420马氏体不锈钢能满足一般油气井用套管和油管所要求的强度，却不能达到深井、超深井中所要求不低于759MPa的屈服强度，且韧性偏低，从而在管道作业循环中常出现破裂造成意外事故。为了解决上述问题，提出改进型的马氏体不锈钢，在机械强度、耐蚀性等方面有一定的提高，但是还不能取得令人满意的结果。如CN1255569C和CN1257994C中需要添加昂贵的钛、稀土元素、镍的含量也较高，因此成本相对较高。在CN1250761C中采用二次回火，增加了热处理工艺的复杂性。在CN101078088(200610046693.3)中采用淬火+低温回火，进行稳定化时效处理的工艺，但是需要长时间时效处理，增加了工 业化生产周期。随着AOD/VOD精炼技术的发展，钢中碳含量进一步降低(最低可降到0.01％)，合金成分进一步优化成为可能，再采取适当的热处理工艺，使钢的性能得到显著提高，因此本发明采用超级马氏体不锈钢的新型钢种可以替代传统的410或420马氏体不锈钢。 

出于生产安全方面的考虑，在深井、超深井中往往使用双相不锈钢，一些特殊部件甚至要求使用超级双相不锈钢。然而，超级马氏体不锈钢具有优异的综合力学性能，不会造成没有必要的性能浪费，而且更主要的是相对于双相不锈钢和其它耐蚀合金它更经济。因此，在石油天然气行业中推广使用超级马氏体不锈钢是可行的，进一步提高超级马氏体不锈钢的强韧性可以扩大其在深井、超深井中的应用。 

发明内容

考虑到现有技术的不完善，本发明的目的是提供一种油气管线用高强韧超级马氏体不锈钢及其制造方法，可以满足在深井、超深井中使用的管材线材所要求的强度和韧性。 

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 

一种油气管线用高强韧超级马氏体不锈钢及其制造方法，其特征在于，该超级马氏体不锈钢的化学成分(质量％)为：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及不可避免杂质组成。 

上述的超级马氏体不锈钢具有以下力学性能：屈服强度R_P0.2≥759MPa，抗拉强度R_m≥827MPa，延伸率A≥22％，硬度HRC≤30。 

具体各元素作用如下： 

(1)Cr的影响 

Cr是的主要合金元素，能够强化铁素体形成和缩小奥氏体相区，对耐蚀性起着决定作用。在C含量一定的条件下，随着Cr含量的增加，在热处理后会形成部分高温铁素体组织，这种铁素体的存在会影响钢的塑性，降低钢的强度并恶化钢的耐蚀性。在保证淬透性的基础上，Cr含量的提高使钢的耐腐蚀性能增强，当Cr与Mo配合使用时，其耐蚀性更好。因此Cr含量应当设置为10.0％～20.0％，优选范围应当为11.0％～17.0％。 

(2)Ni的影响 

Ni是钢中重要的合金元素。Ni可以扩大Fe-Cr二元合金奥氏体相区和奥氏体加铁素体双相区，使C含量较低的钢具有很好的淬火能力，并且由于Ni的存在，可使钢的Cr含量向高Cr方向移动，即钢中的Cr可以提高而不至形成单一的铁素体组织，提高了钢的耐蚀性，Ni的另一个作用是降低钢中δ-铁素体含量，效果明显。然而，过高的镍将使钢转变成奥氏体组织而失去淬透性。此外，Ni含量过多，冷却时会导致残余奥氏体的形成，从而得不到全马氏体组织，使时效后的强度降低。由于镍的价格较高导致生产成本升高。所以将Ni的含量设为3.0％～10.0％，更优选的是5.0％～8.0％。