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制造技术

一种能够产生回火马氏体组织的马氏体不锈钢，该钢含有（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，还任选地含有至少一种选自Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃａ和ＲＥＭ的元素，以及平衡含量的Ｆｅ。本发明专利技术提供了一种具有优异的抗ＣＯ↓［２］腐蚀性和硫化物应力裂纹腐蚀抗性以及良好热加工性的马氏体不锈钢。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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
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。本专利技术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，本专利技术人又作了很多研究，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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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)C0.005-0.05％，Si≤0.50％，Mn0.1-1.0％，P≤0.03％，S≤0.005％，Mo1.0-3.0％，Cu1.0-4.0％，Ni5-8％，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Ti0.005-0.1％，Zr0.01-0.2％，Ca0.001-0.02％和REM0.003-0.4％中的至少一种元素，及平衡量的Fe。附图简述附图说明图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。本专利技术最佳实施方式通过本专利技术人进行大量实验的结果，本专利技术人发现(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专利技术。现详述本专利技术。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。如图1所示，Mo对腐蚀速度(CR)的作用比Cr对腐蚀速度(CR)的作用大1.6倍。含Cu钢的CR与一种Cr＋1.6Mo含量比该含Cu钢大6％的钢的CR相同。应注意的是，Cr和Mo是典型的铁素体形成元素，含有大量的这些元素会导致铁素体相的形成。为了使不含Cu的钢(○)具有相应于Cr＋1.6Mo＝13％的含Cu钢(●)的CR，该不含Cu的钢中的Cr＋1.6Mo＝19％是必须的。这种含量的Cr和Mo含量不能提供马氏体组织。另一方面，在含Cr＋1.6Mo＝13％和大于1％Cu的钢中，加入奥氏体形成元素可使组织成为马氏体组织，而Cu本身就是奥氏体形成元素，从相稳定性来讲这也是优点。因此，已发现对于欲得到高强度的马氏体不锈钢，如果不加入Cu，就不可能于180℃达到CR＜0.1毫米/年。然后，检测了在可发生硫化物应力裂纹(SSC)的环境条件(H2S分压和pH)下Mo加入量的影响，结果示于图2中。在图2中，○和●均表示Mo＝0％的钢，而△和▲均表示Mo＝1％的钢。对于○和△表示的钢不发生SSC，而对于●和▲表示的钢发生SSC。在相同条件下，即变化H2S分压和pH，对两个试样即其中一个含0％Mo，而另一个含1％Mo进行试验。在图2中，点划线表示含0％Mo钢发生SSC和不发生SSC的边界，而实线表示含1％Mo钢发生SSC和不发生SSC的边界。由图2可看出，含有Mo的钢甚至在高H2S分压和低pH的严酷条件下都不发生SSC。公知的是在轧制温度下钢由单相奥氏体组织组成时具有良好的热加工性。特别地，在产生大的剪切变形的加工时，例如无缝轧制，甚至存在少量的铁素体都会引起在铁素体中的应变集中，从而导致产生裂纹。图3表明了各元素对1250℃下铁素体份数的作用。已发现，Ni含量小于5％时，如果Ni(当量)＝40C＋34N＋Ni＋0.3Cu-1.1Cr-1.8Mo大于-10.5，则会抑制铁素体的形成。当Ni小于5％时，最小的Ni(当量)为约-10.0。此外，将Mo含量不同的0.02％C-12.6％Cr-1.6％Cu-5.8％Ni钢淬火、回火，并在变化pH和H2S分压的环境中进行恒定载荷的硫化物应力裂纹试验。该应力是屈服强度的80％和90％，试验时间为720小时。从表1可看出，当Mo含量从1.5％增加到2.0％时，可以明显改善硫化物应力裂纹抗性，特别是在高H2S分压下的硫化物应力裂纹抗性。表1 F裂纹发生， NF裂纹未发生为了提供满意的硫化物应力裂纹抗性，添加的Mo量必须不小于2.0％。如此大的Mo加入量增加了形成铁素体的倾向，结果损害了热加工性。Ni的加入量不小于5％则扩展了满意的Ni(当量)所需的范围。当Ni含量低时，上述范围变窄，并且同时所需的最小Ni(当量)值变为-10.0。出于上述原因，已发现，当钢含有不小于1％Cu和不小于13％Cr＋1.6Mo并且存在的Mo满足Ni(当量)≥-10.5时，该钢是马氏体钢，该钢甚至在150℃以上温度可满意地耐CO2腐蚀，并具有优异的硫化物应力裂纹抗性及良好的热加工性。现在说明限制本专利技术不锈钢所含元素的作用和原因。CC是形成碳化铬或导致损害耐蚀性的元素。然而它具高的形成奥氏体的能力，提供抑制在热加工区内形成铁素体相的作用。当C的加入量小于0.005本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种马氏体不锈钢，该钢具有优异的热加工性和硫化物裂纹抗性，能够产生回火马氏体组织，该钢含有（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，以及Ｃ、Ｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ和Ｍｏ满足４０Ｃ＋３４Ｎ＋Ｎｉ＋０．３Ｃｕ－１．１Ｃｒ－１．８Ｍｏ≥－１０．５的条件，平衡含量为Ｆｅ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朝日均，原卓也，川上哲，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]