[发明专利]一种阀体用马氏体不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种马氏体不锈钢，特别是涉及一种经济型油田阀体用马氏体不锈钢及其制造方法，尤其是涉及油田阀体用大规格、高韧性、耐腐蚀钢的马氏体不锈钢及其制造方法。

背景技术

油田闸阀是闸板在阀杆的带动下，沿阀座密封面作相对运动而达到开闭目的的阀门。近年来，随着世界石油工业的飞速发展，井口闸阀作为石油钻采装备中的重要装置也得到了迅速的发展，而石油工业也对油田阀体用钢材料提出了更高的要求。按美国石油协会(API)标准的要求，对设计温度低于-29℃(-20F)的所有碳钢和低合金钢阀门承压部件应按ISO 148或ASTM A370进行V形缺口摆锤式冲击试验。而部分国外用户要求对阀体材料的内件用13％铬钢进行-29℃(-20F)的低温冲击实验，且冲击功(AKv)必须达到27J以上。

按材料划分，阀体材料一般包括铸铁、结构钢、不锈钢、铝合金、铜合金、镍基合金、钛合金、塑料和陶瓷等。耐腐蚀的不锈钢，是目前用途较为广泛的阀体用钢。

目前，油田阀体用不锈钢主要分为二类：(1)铬不锈钢(Ni含量小于5％)，(2)镍不锈钢(Ni含量大或等于5％)。

(1)铬不锈钢(典型钢种为410、420、431等)，该类材料制造成本较低(低Ni或不含Ni)，能满足普通的油田作业需要；但是，其低温冲击韧性较差(存在室温塑性差、回火稳定性差等缺点。该钢种极易发生540-580℃的高温回火脆性，其特征是晶界脆化。)，仅为15-20J(其中，410的-29℃冲击AKv仅为10-15J，431的-29℃冲击AKv仅为15-20J)，不能满足低温石油作业的需要。

(2)镍不锈钢(典型钢种为304、316、321等)，低温冲击较好(-29℃冲击AKv可以达到100J以上)，能满足低温石油作业的需要；但是，钢中Ni含量高达5.0％-20.0％(Ni是贵金属元素)，极大的增加了钢材的成本，抑制了该类材料的普及应用。

CN1138880A公开了具有良好焊接性和耐蚀性的马氏体不锈钢及其制造方法，其化学成分为C：0.005-0.035％，Si：0.50％以下，Mn：0.1-1.0％，P：0.03％以下，S：0.005％以下，Mo：1.0-3.0％，Cu：1.0-4.0％，Ni：1.5-5.0％，Al：0.06％以下，N：0.01％以下，以及满足13＞Cr+1.6Mo≥8的Cr，且C+N≤0.03，40C+34N+Ni+0.3Cu-1.1Cr≥～10，或者进一步还含有Ti：0.05-0.1％，Zr：0.01-0.2％，Ca：0.001-0.02％，REM：0.003-0.4％中的一种以上，余量基本上是Fe，呈现回火马氏体组织。该钢要求低碳、高镍、高钼，此外还加铜，因此成本较高。

CN1159213A公开了具有优异热加工性和硫化物应力裂纹抗性的马氏体不锈钢，其化学成分为C：0.005-0.05％，Si≤0.5％，Mn：0.1-1.0％，P≤0.03％，S≤0.005％，Mo：1.0-3.0％，Cu：1.0-4.0％，Ni：5-8％，和Al≤0.06％，Cr和Mo满足Cr+1.6Mo≥13的条件，还任选地含有至少一种选自Ti、Zr、Ca和REM的元素，以及平衡含量的Fe。该钢要求低碳、高镍、高钼，此外还加铜，因此成本较高。

综上所述，设计一种经济型(低成本)的高性能(-29℃冲击AKv大于27J)的油田阀体马氏体不锈钢，满足低温石油采钻作业要求(美国API标准的认证要求：-29℃冲击AKv大于27J)，是钢铁制造商的技术追求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济型的高韧性油田阀体用马氏体不锈钢。

为实现上述目的，本发明的经济型高韧性油田阀体马氏体不锈钢，其化学元素成分(重量％)是：碳：0.10-0.15％，硅：0-0.5％，锰：0.5-1.0％，镍：0.25-0.50％，铬：10.00-13.00％，钼：0.01-0.5％，Cu≤0.20％，硫≤0.03％，磷≤0.03％，氮：0.01-0.20％，氢≤0.00016％，氧≤0.0035％，稀土：0.01-0.10％，余为Fe和不可避免杂质。

优选地，稀土是铈和镧中的一种或两种。

优选地，碳：0.12-0.15％。

优选地，硅：0.20-0.45％。

优选地，锰：0.5-0.8％。

优选地，镍：0.25-0.42％。

优选地，硫≤0.01％。

优选地，铬：11-12.5％。