[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有优异的抗CO₂和硫化物应力裂纹腐蚀以及良好的热加工性的马氏体不锈钢。

背景技术

近年来，已广泛地进行了气井的开发，以生产含大量CO₂的气体以及CO₂注射液。由于严重腐蚀，所以在这种环境中使用具有优异的抗CO₂腐蚀的13％Cr马氏体钢如AISI420。但当所处的温度升高并超过120℃时，这些耐蚀钢甚至也遭受严重的腐蚀。

在某些情况下，上述环境含有H₂S。上述耐蚀钢具有低的硫化物应力裂纹抗性。日本专利公开No.054063/1987和243740/1990提出了能减少这些问题的钢。然而，这些钢不能满意地用于温度大于150℃的腐蚀环境。为此原因，在本技术领域仍需要开发能在更高温度下使用的钢。

在日本专利No.15977/1984和日本专利公开174859/1985等中公开了具有改善的硫化物应力裂纹抗性和耐蚀性的钢。对于这些马氏体不锈钢来说，为了改善耐蚀性，加入的C和N量明显地降低，或者与较低含量的C一起加入百分之几的Mo。这造成了一个问题，即当加热该钢的钢锭时，在奥氏体基体中形成损害热加工性的δ铁素体相。因此，在严格的加工条件如用于无缝轧制下，会产生裂纹或裂缝，这不可避免地会降低产率，增大了成本。使用上述成分体系非常难以制造具有高耐蚀性的无缝管。

本发明人先前已开发了一种具有优异的抗CO₂腐蚀性，同时具有优异的硫化物应力裂纹抗性以及热加工性的马氏体不锈钢，并已申请了专利(日本专利公开No.263138/1993)。在这种钢中，通过下面技术实现了所期望的性能，即抗CO₂腐蚀性、硫化物裂纹抗性和热加工性：(1)通过降低C含量并添加必要量的Cr实现了抗CO₂腐蚀性；(2)通过调整组织实现了硫化物应力裂纹抗性；(3)通过降低P、S等含量以限制夹杂物的形成，同时调整C和N的加入量以及还加入Ni以调整该相的份数及形成具有不同形变抗性的不同相，实现了热加工性。

之后，本发明人又作了很多研究，结果，对日本专利公开No.263138/1993中公开的技术作出了成功的改进，以进一步改进硫化物应力裂纹抗性和热加工性，这是制造这类钢主要应用的油井管所必需的性能。

本发明的目的是通过调整特定的成分而提供一种马氏体不锈钢，该马氏体不锈钢具有在高于150℃高温下抗CO₂腐蚀性，并具有优异的硫化物应力裂纹抗性以及特别优异的热加工性。

发明内容

本发明的具有优异耐蚀性的马氏体不锈钢具有马氏体组织，并含有(重量)C：0.005-0.05％，Si≤0.50％，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；而C、N、Ni、Cu、Cr和Mo满足Ni(当量)：40C＋34N＋Ni＋0.3Cu-1.1Cr-1.8Mo≥-10.5的条件，还任选地含有选自Ti：0.005-0.1％，Zr：0.01-0.2％，Ca：0.001-0.02％和REM：0.003-0.4％中的至少一种元素，及平衡量的Fe。

附图简述

图1是表明合金化元素与CO₂的腐蚀速度的影响关系图；

图2是表明Mo与硫化物应力裂纹抗性的影响关系图；

图3是表明合金化元素与热加工区内铁素体相的影响关系图。

本发明最佳实施方式

通过本发明人进行大量实验的结果，本发明人发现(1)通过结合加入Cu和Ni可显著改善CO₂腐蚀性，(2)通过加入Mo可改善硫化物应力裂纹抗性，以及(3)通过降低S含量并且同时在轧制的加热温度下使钢的组织成为单相奥氏体，可保持热加工性。

基于这些发现作出了本发明。

现详述本发明。

图1是具有不同Cr、Mo和Cu含量的0.02％C-6％Ni钢的腐蚀速度图。在图1中，●表示具有6％Ni和1-4％Cu的钢的数据，而○表示具有6％Ni且不含Cu的钢的数据。该腐蚀速度(CR)以在40大气压CO₂气体平衡的180℃人造海水中每年的腐蚀深度表示。当CR小于0.1毫米/年，则该钢评定为具有满意的耐蚀性。