[发明专利]一种马氏体不锈钢油套管及其制造方法

说明书

一种马氏体不锈钢油套管及其制造方法，其成分重量百分比为：C 0.15～0.22％、Si 0.1～1.0％、Mn 0.10～1.0％、P≤0.02％、S≤0.01％、Cr 11.0～13.5％、N≤0.02％、V：0.03～0.1％、Al：0.01～0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质，且满足1.90≤Cr:30(C+N)≤2.25。本发明通过控制最后一次热加工的温度和变形量，控制冷速，使变形过程的晶格畸变的能量保留，使马氏体相变核增加，相变后的晶粒得到细化，并在Ms点和Mf点之间进行缓冷处理，使部分奥氏体得到保留提高韧性；并在冷却后通过一次短时高温回火提高回火效率和一次低温回火获得高韧性低硬度的不锈钢油套管，氧化层厚度明显小于淬火和回火的调质管，提高内表氧化皮去除效率；并提高产品的冲击韧性降低硬度，从而提高耐腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及油套管及制造方法，具体地说，涉及一种降低表面氧化层厚度并具有低硬度高韧性的马氏体不锈钢油套管及其制造方法。

背景技术

API 5CT标准中有一类2Cr13马氏体不锈钢油套管，主要用于含CO₂和少量H₂S油气资源的开采开发。为了保证产品的耐腐蚀性能，通常高等级(PSL-2)的要求中涉及对内表氧化皮的去除。另外，对于马氏体不锈钢来说，降低硬度提高韧性对于提高耐腐蚀性能也具有有益的作用。

一般来讲，2Cr13马氏体不锈钢油套管的生产工艺是在制管后自由冷却，然后再进行加热到AC3奥氏体区域以上的温度淬火和AC1以下温度的回火热处理使性能达到L80钢级的要求。2Cr13的AC3在860-890℃之间，为使充分的奥氏体化，一般淬火加热温度都在900℃以上，使得晶粒粗大、氧化皮的厚度增加，从而造成了韧性不高、硬度较高、氧化皮去除难度大等问题。

中国专利201310148137.7中为提高低温冲击韧性采用了退火+正火+淬火+回火的复杂的热处理工艺。但是该工艺的正火和淬火温度高、保温时间长，工件的表面氧化情况必然严重，因此氧化皮的去除难度很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种马氏体不锈钢油套管及其制造方法，可以降低2Cr13的氧化层厚度，提高内表氧化皮去除效率；并提高产品的冲击韧性降低硬度，从而提高耐腐蚀性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

2Cr13钢种中Cr含量较高，热加工后采用高温淬火加回火的热处理工艺后，表面形成的氧化层中Cr含量较高，氧化皮致密，去除难度大。马氏体不锈钢的产品特点是在空冷条件下可以发生马氏体相变，形成马氏体。众所周知，直接回火也可以对性能进行调整，并降低氧化层的厚度。但如果采用自由热加工及热加工后自由冷却的方式配合直接回火的方式则性能稳定性较差，难以满足API标准中L80的要求。

本发明针对2Cr13，通过控制最后一次热加工的温度和变形量，在随后的冷却过程中控制冷速，使变形过程的晶格畸变的能量保留，使马氏体相变核增加，相变后的晶粒得到细化，并在Ms点和Mf点之间进行缓冷处理，使部分奥氏体得到保留提高韧性。并在冷却后通过一次短时高温回火提高回火效率和一次低温回火获得高韧性低硬度的不锈钢油套管，并且氧化层的厚度明显小于淬火和回火的调质管。

另外，δ铁素体是马氏体不锈钢中常见的不良组织，成分控制不当会导致δ铁素体产生。δ铁素体的存在降低马氏体不锈钢的耐腐蚀性能和冲击韧性，并提高硬度。本发明通过控制钢的化学成分，减少δ铁素体的析出。

根据上述设计原理，本发明的一种马氏体不锈钢油套管，其成分重量百分比为：C：0.15～0.22％、Si：0.1～1.0％、Mn：0.10～1.0％、P≤0.02％、S≤0.01％、Cr：11.0～13.5％、N≤0.02％、V：0.03～0.1％、Al：0.01～0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，并且满足1.90≤Cr:30(C+N)≤2.25。

在本发明马氏体不锈钢油套管的成分设计中：