馬氏體?鐵素體不銹鋼、制成品和使用其的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及具有高耐腐蝕性的馬氏體?鐵素體不銹鋼，其包含如下化學(xué)組成：C：0.005?0.030％；Si：0.10?0.40％；Mn：0.20?0.80％；P：最多0.020％；S：最多0.005％；Cr：13?15％；Ni：4.0?6.0％；Mo：2.0?4.5％；V：0.01?0.10％；Nb：0.01?0.50％；N：0.001?0.070％；Al：0.001?0.060％；Ti：0.001?0.050％；Cu：0.01?1.50％；O：最多0.005％(所有均以重量％計(jì))，剩余部分是可接受水平的來(lái)自工業(yè)加工的不可避免的雜質(zhì)和Fe。此外，本發(fā)明專利技術(shù)的馬氏體?鐵素體不銹鋼具有介于3.2和6.2之間的局部腐蝕參數(shù)(LCP)，所述LCP通過(guò)以下等式限定：LCP＝0.500·％Cr+1.287·％Mo+1.308·％N?5.984。本發(fā)明專利技術(shù)還涉及包含本發(fā)明專利技術(shù)的馬氏體?鐵素體不銹鋼的制成品；生產(chǎn)鍛制件或軋制件或棒的方法；由本發(fā)明專利技術(shù)的這種馬氏體?鐵素體不銹鋼生產(chǎn)無(wú)縫管的方法，其中本發(fā)明專利技術(shù)的方法在確定步驟中具有遵循以下等式的加熱溫度：T

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】馬氏體-鐵素體不銹鋼、制成品和使用其的方法
本專利技術(shù)涉及制造鋼產(chǎn)品(其中例如，油管和套管)中使用的馬氏體-鐵素體不銹鋼，以應(yīng)用于油氣工業(yè)，其中需要高機(jī)械強(qiáng)度(流動(dòng)極限通常高于655MPa(95ksi))和韌度，以及優(yōu)異的耐腐蝕性。
技術(shù)介紹
隨著新油田(尤其是在厚鹽層下方的那些)的發(fā)現(xiàn)，油井和天然氣井的環(huán)境促使操作條件超越已有的知識(shí)。通常在低于5MPa(50bar)范圍內(nèi)的CO2壓強(qiáng)很容易被超過(guò)，能夠達(dá)到遠(yuǎn)高于20MPa(200bar)的值。這些新的操作條件，加上其它污染物例如硫化氫(H2S)、不同的碳酸氫鹽含量和較低的pH值使得井的腐蝕條件的嚴(yán)重程度遠(yuǎn)高于實(shí)際預(yù)測(cè)模型中報(bào)告和使用的典型值。預(yù)測(cè)模型通常基于統(tǒng)計(jì)學(xué)、實(shí)地觀察和化學(xué)組成，其中化學(xué)組成用抗點(diǎn)蝕性當(dāng)量數(shù)(PREN)來(lái)表示，PREN通過(guò)等式PREN＝％Cr+3.3％Mo+16％N來(lái)計(jì)算。基于應(yīng)用(設(shè)備或組件)、材料組(包含制造工藝和PREN)，最后基于環(huán)境參數(shù)(例如溫度、H2S分壓、Cl-含量和pH)，NACEMR0175和ISO15156標(biāo)準(zhǔn)為選擇耐腐蝕合金(CRA)提供了指導(dǎo)。過(guò)去，13Cr馬氏體不銹鋼(0.2％C和13％Cr)經(jīng)常被選擇應(yīng)用于含高水平CO2的井中。之后，隨著H2S含量的增加，研發(fā)了含低C含量、約13％Cr并添加了Ni和Mo的超馬氏體不銹鋼類且其應(yīng)用增加。超馬氏體不銹鋼具有全馬氏體微觀結(jié)構(gòu)，通過(guò)淬火和回火硬化，提供介于95ksi和140ksi之間的流動(dòng)極限。專利US5,496,421和US5,944,921是這類CRA的該發(fā)展階段的良好實(shí)例。US5,496,421提出了這樣的馬氏體不銹鋼，在馬氏體基體中展示出極細(xì)分散的銅沉淀物。通過(guò)這種沉淀，流動(dòng)極限得到改善且韌度未變差。然而，對(duì)于通過(guò)內(nèi)斯曼制管法構(gòu)造無(wú)縫管所需的高溫，熱延性大幅降低。US5,944,921提出了超馬氏體不銹鋼，其展示出高機(jī)械性能和耐腐蝕性以及高于19的PREN。上文提出的鋼展示出全馬氏體(martensitic)微觀結(jié)構(gòu)，是通常接受的不可避免的殘留量的δ鐵素體(ferrite)和殘留奧氏體(austenite)。然而，值得注意的是，最近的油儲(chǔ)備含有大量H2S，這使得硫化物應(yīng)力腐蝕裂痕(SSC)出現(xiàn)在所應(yīng)用的鋼中。由于這種破壞機(jī)理，超馬氏體不銹鋼(Super13Cr)的應(yīng)用目前達(dá)到了其極限，且根據(jù)現(xiàn)有知識(shí)和模型，雙聯(lián)不銹鋼(duplexstainlesssteel)和超雙聯(lián)不銹鋼(superduplexstainlesssteel)的使用是不可避免的。雙聯(lián)不銹鋼展示出奧氏體-鐵素體結(jié)構(gòu)和對(duì)于這種應(yīng)用期望的耐腐蝕性。然而，它不能通過(guò)常規(guī)的淬火和回火熱處理進(jìn)行硬化。為了達(dá)到較高的機(jī)械性質(zhì)，這種鋼必須被冷加工，從而增加了復(fù)雜度和加工成本。此外，雙聯(lián)不銹鋼和超雙聯(lián)不銹鋼展示出非常復(fù)雜的加工和大量合金元素。由于這些原因，與超馬氏體不銹鋼相比時(shí)，這類鋼的成本要高得多。為了克服這些困難，一些研究者提議改變超馬氏體不銹鋼以改善其耐腐蝕性并，因此，擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域，如例如，文件US7,662,244、US7,361,236、US8,157,930、US2008/0213120、US7,767,039和US2009/0162239。值得強(qiáng)調(diào)的是，超馬氏體不銹鋼的微觀結(jié)構(gòu)是具有殘留量的δ鐵素體和殘留奧氏體的唯一馬氏體。另一個(gè)重點(diǎn)是，這些鋼無(wú)一是被研發(fā)用于在具有極低pH和CO2含量的環(huán)境。這些鋼展示出的耐腐蝕性與超馬氏體不銹鋼Super13Cr的耐腐蝕性相當(dāng)相似，因此，其應(yīng)用領(lǐng)域與現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)超馬氏體不銹鋼的應(yīng)用領(lǐng)域差別不大。以這種方式，即使其成分有改變，超馬氏體不銹鋼種類也在含較高二氧化碳(CO2)分壓和低pH，以及少量硫化氫(H2S)和較高氯(Cl-)濃度的油氣田中明顯展示出耐腐蝕性有限。為了研發(fā)具有更好耐腐蝕性的鋼，并因此避免選擇雙聯(lián)不銹鋼，最近已提出了馬氏體-鐵素體不銹鋼。由于合適量的馬氏體，這種新型不銹鋼展示出良好的機(jī)械阻力而無(wú)需任何冷加工過(guò)程，而這正是雙聯(lián)不銹鋼所必需的。在這種馬氏體-鐵素體不銹鋼中，在冷卻至室溫期間，硬化機(jī)理基于源自相變的微觀結(jié)構(gòu)特征。所采用的硬化機(jī)理通常是馬氏體轉(zhuǎn)變以及碳化物和氮化物沉淀。馬氏體轉(zhuǎn)變基本上取決于室溫下奧氏體的穩(wěn)定性，以及因此其化學(xué)組成。設(shè)計(jì)為具有馬氏體-鐵素體微觀結(jié)構(gòu)的這類不銹鋼有，例如，文件US7,767,037、US7,862,666、US2011/0014083、US201I/0226378和US2012/0031530。US7,767,037提出了用于油井管的鋼，所述油井管具有至少654Mpa的流動(dòng)極限和對(duì)具有高CO2壓強(qiáng)和高達(dá)230℃的溫度的環(huán)境的耐腐蝕性。所述鋼含有15.5-18.0％的Cr并展示出被稱為“裂紋長(zhǎng)度(cracklength)”的參數(shù)，該參數(shù)基于化學(xué)組成，其衡量熱延性。根據(jù)作者所述，當(dāng)該參數(shù)高于11.5時(shí)，能夠獲得良好的熱延性。“裂紋長(zhǎng)度”參數(shù)與鐵素體的量密切相關(guān)。這表示，當(dāng)當(dāng)該參數(shù)高于11.5時(shí)，鐵素體的量高于10％且材料恢復(fù)至具有良好的熱延性。作者還展示了通過(guò)化學(xué)組成評(píng)估均勻腐蝕速率的參數(shù)。用于評(píng)估腐蝕速率的試驗(yàn)是在具有5MPaCO2、230℃和20％NaCl的高壓釜中的浸漬試驗(yàn)。在該試驗(yàn)之后，對(duì)樣品進(jìn)行稱重并計(jì)算腐蝕速率，從而允許腐蝕速率和腐蝕參數(shù)之間的相關(guān)。根據(jù)作者所述，當(dāng)該腐蝕參數(shù)高于18.5時(shí)，能夠獲得良好的耐腐蝕性(小于0.5mm/年)。然后基于這兩個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)合金。沒有對(duì)這種材料的硫化物應(yīng)力開裂(SSC)耐性進(jìn)行研究。US7,862,666提出了用于管的具有高機(jī)械強(qiáng)度和高耐腐蝕性的不銹鋼。這種不銹鋼含有15-18％的Cr(以重量％計(jì))，并展示出馬氏體作為主要相，10％-60％的鐵素體和30％或更少的奧氏體相。這種鋼與US7,767,037所示的鋼類似，但一旦它針對(duì)管應(yīng)用，便將間隙元素限制為C+N≤0，025以改善可焊接性。此處使用與US7,767,037所示相同的參數(shù)，例如“裂紋長(zhǎng)度”和腐蝕參數(shù)。此外，還研究了焊接節(jié)點(diǎn)的耐腐蝕性，其中通過(guò)在高壓釜中將樣品浸入20％NaCl(溫度為200℃，CO2氣壓低于50ATM)中持續(xù)2周來(lái)評(píng)估均勻腐蝕和局部腐蝕。試驗(yàn)之后，通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行稱重來(lái)計(jì)算腐蝕速率并觀察點(diǎn)蝕發(fā)生。還通過(guò)NACE-TM0177方法A，其中使用20％NaCl水溶液、pH＝4.0且H2S分壓＝0.005MPa，對(duì)焊接節(jié)點(diǎn)的硫化物應(yīng)力開裂(SSC)耐性進(jìn)行評(píng)估。應(yīng)用基材的流動(dòng)極限的90％持續(xù)720小時(shí)來(lái)進(jìn)行該試驗(yàn)。一旦研發(fā)出適合管的鋼，高于413MPa(60ksi)的流動(dòng)極限被視為高值。然而，對(duì)于油井和氣井應(yīng)用，高于655MPa(95ksi)的流動(dòng)極限是期望的。US2011/0014083提出了用于含Cl-水溶液以及高CO2分壓和高溫的環(huán)境中的油井和氣井應(yīng)用的新不銹鋼。這種不銹鋼含有16-18％(以重量計(jì))的Cr。根據(jù)作者所述，稀土金屬(例如Nd、Y、Ce、La等)在以0，001-0，3％范圍內(nèi)的量加入鋼時(shí)，能夠改善SSC耐性。其還使用Cu以改善SSC耐性。Mo的量?jī)?yōu)選地高于2％(以改善抗點(diǎn)蝕性)但低于4％(以避免過(guò)多鐵素體形成和因此低機(jī)械強(qiáng)度)。所提出的鋼旨在用于高于654MP本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
馬氏體?鐵素體不銹鋼，其特征在于其包含馬氏體?鐵素體微觀結(jié)構(gòu)，和如下化學(xué)組成：C的范圍為0.005?0.030％；Si的范圍為0.10?0.40％；Mn的范圍為0.20?0.80％；P的范圍為最多0.020％；S的范圍為最多0.005％；Cr的范圍為13?15％；Ni的范圍為4.0?6.0％；Mo的范圍為2.0?4.5％；V的范圍為0.01?0.10％；Nb的范圍為0.01?0.50％；N的范圍為0.001?0.070％；Al的范圍為0.001?0.060％；Ti的范圍為0.001?0.050％；Cu的范圍為0.01?1.50％；O的范圍為最多0.005％(以重量％計(jì))，其中剩余部分是可接受水平的來(lái)自工業(yè)加工的不可避免的雜質(zhì)和Fe；并具有介于3.2和6.2之間的局部腐蝕參數(shù)(LCP)，所述LCP通過(guò)以下等式限定：LCP＝0.500·％Cr+1.287·％Mo+1.308?％N?5.984.。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2014.02.28 BR BR102014005015-91.馬氏體-鐵素體不銹鋼，其特征在于其包含馬氏體-鐵素體微觀結(jié)構(gòu)，和如下化學(xué)組成：C的范圍為0.005-0.030％；Si的范圍為0.10-0.40％；Mn的范圍為0.20-0.80％；P的范圍為最多0.020％；S的范圍為最多0.005％；Cr的范圍為13-15％；Ni的范圍為4.0-6.0％；Mo的范圍為2.0-4.5％；V的范圍為0.01-0.10％；Nb的范圍為0.01-0.50％；N的范圍為0.001-0.070％；Al的范圍為0.001-0.060％；Ti的范圍為0.001-0.050％；Cu的范圍為0.01-1.50％；O的范圍為最多0.005％(以重量％計(jì))，其中剩余部分是可接受水平的來(lái)自工業(yè)加工的不可避免的雜質(zhì)和Fe；并具有介于3.2和6.2之間的局部腐蝕參數(shù)(LCP)，所述LCP通過(guò)以下等式限定：LCP＝0.500·％Cr+1.287·％Mo+1.308-％N-5.984.。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬氏體-鐵素體不銹鋼，其特征在于其包含含量為0.005-0.015％的C。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2之一所述的馬氏體-鐵素體不銹鋼，其特征在于其包含含量為13.5-14.5％的Cr。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的馬氏體-鐵素體不銹鋼，其特征在于其包含含量為4.5-5.5％的Ni。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的馬氏體-鐵素體不銹鋼，其特征在于其包含含量為3.0-4.0％的Mo。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的馬氏體-鐵素體不銹鋼，其特征在于其包含含量為0.03-0.20％的Nb和含量為0.006-0.020％的N。7.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的馬氏體-鐵素體不銹鋼，其特征在于其包含含量為0.20-0.50％的Nb和含量為0.020-0.050％的N。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的馬氏體-鐵素體不銹鋼，其特征在于其包含含量為0.8-1.2％的Cu。9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4和8之一所述的馬氏體-鐵素體不銹鋼，其特征在于其包含含量為13.5-14.5％的Cr；含量為3.0-4.0％的Mo；含量為0.03-0.20％的Nb和含量為0.006-0.020％的N。10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4和8之一所述的馬氏體-鐵素體不銹鋼，其特征在于其包含含量為13.5-14.5％的Cr；含量為3.0-4.0％的Mo；含量為0.20-0.50％的Nb和含量為0.020-0.050％的N。11.根據(jù)權(quán)利要求1-10之一所述的馬氏體-鐵素體不...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：里卡多·諾拉斯科·德·卡瓦略，馬塞洛·阿爾梅達(dá)·庫(kù)尼亞·費(fèi)雷拉，馬里利亞·門多卡·德·利馬，拉斐爾·阿涅利·梅斯基塔，亞歷山大·貝勒加德·法里納，羅德里戈·愷撒·納西門托·利貝托，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：搲陸瑞客巴西鋼管股份公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：巴西,BR