[发明专利]一种韧性优良的高强度不锈钢管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁基合金钢管及其制造方法，尤其涉及一种不锈钢管及其制造方法。

背景技术

在含CO₂的油气开采环境中，通常使用抗CO₂腐蚀性能优良的13Cr系列马氏体不锈钢管，该不锈钢管的钢级从80～110不等。随着石油天然气开采向着地质复杂的区域不断发展，油气井深度不断增加，开采石油天然气所用的管材也面临着具有更大强度，适应更高温度（150℃以上）和更苛刻腐蚀环境（高CO₂分压、Cl^-共存）的要求，在这样的条件下，常用的13Cr系列马氏体不锈钢已经远远不能满足上述要求。可以通过进一步提高合金含量来增加钢材的耐蚀性，例如现有技术中的奥氏体-铁素体双相不锈钢（Cr含量22%以上），镍基合金钢等，但是前述产品除了添加含量过高的合金元素会引起成本问题之外，还需要经过热挤压、冷轧/冷拔等特殊工序才能获得较高的强度，这样也就带来了制造困难和工序复杂的问题。

提高马氏体不锈钢的合金含量可以增加钢材的耐蚀性能，但是合金含量提高到一定程度后，钢材则无法得到单一的马氏体组织；一般当Cr含量超过16%时，为了能采用常规淬火工艺而获得马氏体组织，Ni含量则不能太高，否则Ms点会降低到室温以下而导致无法淬火形成马氏体。一般在这样的条件下，钢材的微观组织中会不可避免地出现δ-铁素体，δ-铁素体对钢材的强度、韧性均会产生不利影响，尤其对钢材的韧性影响更为严重。

一般说来，越高强度的钢材对表面缺陷越为敏感。随着油井管钢级的增高，材料的屈服强度逐渐增大，材料的硬度也相应变高而韧性却逐渐下降，材料对表面缺陷的敏感反应程度变大，加之生产过程中总会导致钢材存在不可避免的微小缺陷，这些缺陷就成为了高钢级油井管潜在的危险点。例如，柯深-1井中150钢级套管因冲击韧性差而导致失效弃井,造成直接经济损失上亿元，该150钢级套管的韧性较低，大约为20J左右。对于高强度的钢管,高韧性可以确保管体在高应力场中抵抗裂纹失稳扩展,对微细缺陷具有包容能力,从而具有更高的安全可靠性。因此，在高强度油井管的设计中也需要考虑韧性指标，对于高强度油井管而言，其韧性指标（夏比V型全尺寸冲击吸收功参考指标）为其屈服强度的1/10。

公告号为CN1816639A，公告日为2006年8月9日，名称为“马氏体不锈钢”的中国专利文献涉及了一种比超级13Cr钢具有更优越的抗硫化物应力腐蚀裂化性且具有相当于双相不锈钢的强度和耐腐蚀性的马氏体不锈钢，其化学组成质量百分含量为：C:0.001-0.1%，Si:0.05～1.0%，Mn:0.05～2.0%，Cr:11～18%，Ni:1.5～10%，sol.Al:0.001～0.1%，Cu:0～5%，Mo的固溶量为:3.5～7%，而且满足下式(1)，必要时含有从下述A～C组至少之一组中选择的1种或2种以上的元素，其余部分为Fe和如果存在则处于未固溶状态的Mo及杂质，(1)式：Ni-bal.=30(C+N)+0.5(Mn+Cu)+Ni+8.2-1.1(Cr+Mo+1.5Si)≥-4.5，A组：W:0.2～5%；B组：V:0.001～0.50%，Nb:0.001～0.50%，Ti:0.001～0.50%及Zr:0.001～0.50%；C组：Ca:0.0005～0.05%，Mg:0.0005～0.05%，REM:0.0005～0.05%及B:0.0001～0.01%。

公告号为CN1836056A，公告日为2006年9月20日，名称为“耐腐蚀性优良的油井用高强度不锈钢管及其制造方法”的中国专利文献公开了一种耐腐蚀性优良的高强度油井用不锈钢管，其化学组份的质量百分含量为：C:0.005～0.05%，Si:0.05～0.5%，Mn:0.2～1.8%，Cr:15.5～18%，Ni:1.5～5%，Mo:1～3.5%，V:0.02～0.2%，N:0.01～0.15%，且满足Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C≥19.5及Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≥11.5(其中Cr、Ni、Mo、Cu、C、Si、Mn、N为各元素的质量含量[%])，余量由Fe和不可避免的杂质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种韧性优良的高强度不锈钢管，通过控制钢管中合金元素的添加量，特别是控制沉淀强化元素满足一定的约束条件，使得不锈钢管具有较高的强度，优良的韧性，同时还具备良好的在高温环境下抗CO₂、Cl^-的腐蚀性能。