一种奥氏体不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术适用于材料技术领域，提供了一种奥氏体不锈钢及其制备方法，其中，所述奥氏体不锈钢，包含以下重量百分比的合金元素：石墨烯0.01~0.02%；镍18~20%；铬17~20%；硅0.4~0.7%；钼4.5~5.5%；锰1.9~2%；余量为铁。相较比现有不锈钢材料，本发明专利技术所得奥氏体不锈钢所形成的不锈钢钝化膜的致密性显著增强、膜内载流子浓度显著下降、内外层钝化膜内的氧化钼含量显著增加，达到了能有效抑制氯离子所造成点蚀问题的节点浓度，且性价比高，适合应用于注氧环境下的油套管材料，解决目前油田急需的抗氧、抗氯离子腐蚀所用油套管钢的需求，为注氧提高采收率技术的推广提供强有力的保证。

An Austenitic Stainless Steel and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种奥氏体不锈钢及其制备方法
本专利技术属于材料
，尤其涉及一种奥氏体不锈钢及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着我国陆上油田进入开采相继进入中后期，单位油井的原油采出率逐年下降，这就使得油田原油产量逐年减少，油田原油产量的小到可以影响油气企业的经济效益，大到影响到我国经济的高速发展以及国家的能源安全战略。然而，利用注空气提高原油采收率可以显著提高原油的采收率，其原理是将高压空气注入油藏层，空气中的氧气会与烃类发生多种反应的氧化还原反应，使得油藏层中余油的饱和度会降低，油藏层的压力会升高，同时原油的粘度会发生降低，最终使得原油的采收率大大增加。然而，油藏层处的压力和温度都很高，采用注空气提高原油开采率技术后大量的氧气会在油藏层处聚集，氧气的引入会引起油套管钢的腐蚀，加之高温高压的环境以及井里的酸性气体，使得油套管钢的腐蚀会变得更加严重和复杂。采用注空气提高采收率的技术会对现役油套管钢造成非常严重的的腐蚀问题，传统的碳钢材料不适合应用在注氧工况，而13Cr、316L等不锈钢材料的实际应用情况表明，其在抗氧工况下仍然存在严重的腐蚀问题。如果使用等级更高的镍基合金作为油套管材料是可以防止氧腐蚀，但是成本将大大提高，油气企业难以承受。由此可见，现有不锈钢材料存在无法适用于注氧工况、无法抵抗氯离子、硫离子等阴离子的腐蚀作用或者成本高昂、油气企业难以负担的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种奥氏体不锈钢，旨在解决现有不锈钢材料存在无法适用于注氧工况、无法抵抗氯离子、硫离子等阴离子的腐蚀作用或者成本高昂、油气企业难以负担的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种奥氏体不锈钢，包含以下重量百分比的合金元素：石墨烯0.01~0.02%；镍18~20%；铬17~20%；硅0.4~0.7%；钼4.5~5.5%；锰1.9~2%；余量为铁。本专利技术实施例的另一目的在于一种奥氏体不锈钢的制备方法，包括：将石墨烯、镍、铬、硅、钼、锰以及铁按比例加入中频真空感应炉内进行熔炼，得到合金熔炼液；将所述合金熔炼液浇注到铸铁模具中成型，得到铸造锭；将所述铸造锭放置于电驴内加热至1150~1250℃，保温3.5~4.5小时后进行锻造处理，得到锻造合金；将所述锻造合金置于1000~1100℃下保温0.5~1.5小时进行去应力退火处理，即得。本专利技术实施例提供的奥氏体不锈钢，相较比现有不锈钢材料，其所形成的不锈钢钝化膜的致密性显著增强、膜内载流子浓度显著下降、内外层钝化膜内的氧化钼含量显著增加，达到了能有效抑制氯离子所造成点蚀问题的节点浓度，且性价比高，适合应用于注氧环境下的油套管材料，解决目前油田急需的抗氧、抗氯离子腐蚀所用油套管钢的需求，为注氧提高采收率技术的推广提供强有力的保证。附图说明图1为N80(a)、P110(b)、13Cr(c)、316L(d)和本专利技术实施例1所制得的奥氏体不锈钢（e）在25MPa、120℃、200000mg/L氯离子、200000mg/L矿化度地层水中腐蚀7天后试样表面的SEM形貌图；图2为N80、P110、13Cr、316L和本专利技术实施例1所制得的奥氏体不锈钢在25MPa、120℃、200000mg/L氯离子、200000mg/L矿化度地层水中腐蚀7天后的腐蚀失重量以及对应的腐蚀速率；图3为含有不同钼含量的实施例1制备的不锈钢在3.5%NaCl溶液中测得的动电位扫描曲线图；图4为含有不同钼含量的实施例2制备的不锈钢在3.5%NaCl溶液中测得的Nyquist曲线(a)和相位角-频率曲线（b）。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。不锈钢比碳钢具有更加优异的耐腐蚀性能，其原理在于不锈钢表面会自发形成一层致密性非常强的钝化膜，这层膜能有效地抑制腐蚀性很强的阴离子与基体的结合，从而达到减缓腐蚀发生的目的。因此，腐蚀减缓的效果与钝化膜的结构及其电化学性能密切相关，不锈钢和镍基合金钝化膜大都呈现双层结构，其中，内层是对腐蚀起关键作用的Cr3O3,外层是铁和镍的氧化物组成。在氯离子环境中，氯离子会与钝化膜中的氧空位形成通过Mott-SchottkyPair(莫特-肖特基)产生氧空缺/金属离了空缺对，生成的氧空缺又可以与膜/溶液界面其他氯离子继续反应，产生更多的金属离了空缺。由于该过程是自催化，多余金属离子空缺在金属基体/膜界面局部堆积，将金属基体与钝化膜隔离，阻止了钝化膜的继续生长。钝化膜最终只溶解而不再继续生长，由于局部钝化膜的完全溶解或局部张力使钝化膜产生穿透性破裂，导致点蚀的发生、发展。这是不锈钢经受不住氯离子侵蚀的理论所在。为了解决这一问题，在不锈钢中加入适量的钼元素可能有效地抑制氯离子造成的点蚀问题。以316L不锈钢为例，其钝化膜由内外两层组成。其中，内层是Cr3O3,外层是铁和镍的氧化物组成，氧化钼会分散在内外层中。氧化钼的出现有两个优点，其一是氧化钼可以使内外层膜中的载流子（或缺陷）浓度下降，从而使膜的完整性增强，进而使得钝化膜耐腐蚀性能增强；其二是氧化钼可以与氯离子结合使其处于钝化状态，造成氯离子对不锈钢钝化膜的点蚀作用显著降低，基于此，理论上316L是具有优异的耐氯离子腐蚀的能力。但是，在实际油田工况中316L不锈钢的耐腐蚀问题仍然十分突出。原因在于不锈钢中的钼含量过低，其钝化膜中出现的氧化钼的含量还不是很高，对氯离子的钝化作用还不是很明显，因此，在实际油田环境中其耐腐蚀性能不理想。基于此，本专利技术着重于研究一种耐氧、耐氯离子腐蚀性能优异的奥氏体不锈钢材料，以适用于注氧环境下的油套管材料。本专利技术实施例提供的奥氏体不锈钢以铁为基体，还添加了一定量的钼、镍和铬以及石墨烯作为碳元素进行添加，其中，钼含量不得低于4.5%，否则材料的抗氯离子点蚀能力将有所下降，该奥氏体不锈钢，相较比现有不锈钢材料，其所形成的不锈钢钝化膜的致密性显著增强、膜内载流子浓度显著下降、内外层钝化膜内的氧化钼含量显著增加，达到了能有效抑制氯离子所造成点蚀问题的节点浓度，且性价比高，适合应用于注氧环境下的油套管材料，解决目前油田急需的抗氧、抗氯离子腐蚀所用油套管钢的需求，为注氧提高采收率技术的推广提供强有力的保证。本专利技术实施例提供了一种奥氏体不锈钢，包含以下重量百分比的合金元素：石墨烯0.01~0.02%；镍18~20%；铬17~20%；硅0.4~0.7%；钼4.5~5.5%；锰1.9~2%；余量为铁。在本专利技术实施例中，钼元素的添加对所得奥氏体不锈钢材料的抗氯离子点蚀性能具有直接影响，其含量不得低于4.5%。作为本专利技术的一个优选实施例，奥氏体不锈钢，包含以下重量百分比的合金元素：石墨烯0.0147~0.018%；镍19~20%；铬18~19%；硅0.48~0.64%；钼4.5~4.95%；锰1.95~2%；余量为铁。作为本专利技术的另一个优选实施例，奥氏体不锈钢，包含以下重量百分比的合金元素：石墨烯0.015%；镍19.7%；铬18.6%；硅0.5%；钼4.5%；锰1.97%；余量为铁。本专利技术实施例还提供了一种奥氏体不锈钢的制备方法，包括：将石墨烯、镍、铬、硅、钼、锰以及铁按比例加入中频真本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种奥氏体不锈钢，其特征在于，包含以下重量百分比的合金元素：石墨烯0.01~0.02%；镍18~20%；铬17~20%；硅 0.4~0.7%；钼 4.5~5.5%；锰 1.9~2%；余量为铁。

【技术特征摘要】
1.一种奥氏体不锈钢，其特征在于，包含以下重量百分比的合金元素：石墨烯0.01~0.02%；镍18~20%；铬17~20%；硅0.4~0.7%；钼4.5~5.5%；锰1.9~2%；余量为铁。2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢，其特征在于，包含以下重量百分比的合金元素：石墨烯0.0147~0.018%；镍19~20%；铬18~19%；硅0.48~0.64%；钼4.5~4.95%；锰1.95~2%；余量为铁。3.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢，其特征在于，包含以下重量百分比的合金元素：石墨烯0.015%；镍19.7%；铬18.6%；硅0.5%；钼4.5%；锰1.97%；余量为铁。4.一种如权利要求1~3任意一项权利要求所述的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括：将石墨烯、镍、铬、硅、钼、锰以及铁按比例加入中频真空感应炉内进行熔炼，得到合金熔炼液；将所述合金熔炼液浇注到铸铁模具中成型，得到铸造锭；将所述铸造锭放置于电驴内加热至1150~1250℃，保温3.5~4.5小时后进行锻造处理，得到锻造合金；将所述锻造合金置于1000~1100℃下保温0.5~1.5小时进行去应力退火处理，即得。5.根据权利要求4所述的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，所述将石墨烯、镍、铬、硅、钼、锰以及铁按比例加入中频真空感应炉内进行熔炼，得到合金熔炼液的步骤，具体包括：将石墨烯、镍、铬、硅、钼、锰以及铁按比例加入中频真空感应炉内，升温至1600~1700℃熔炼110~130分钟，再降温至1400~1500℃并保持55~65分钟，得到熔炼液；将所述熔炼液升温至1600~1700℃继续熔炼40~50分钟后，加入除气剂进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雨，李清涼，袁兵，李党国，
申请(专利权)人：珠海国合融创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44