一种高强度双相不锈钢管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度双相不锈钢管，其微观组织为马氏体+铁素体，其化学元素质量百分含量为：C≤0.05%，Si：0.05～0.80%，Mn：0.05～0.60%，Al：0.001～0.100%，Mo：1.5～3.5%，Cr：16～20%，Ni：3～6%，N：0.01～0.05%，Nb+V+Ti≤0.3%，且满足E%>-5，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明专利技术还公开了该高强度双相不锈钢管的制造方法，其包括：1)冶炼和铸造；2)制得管坯；3)将管坯退火后再加热；4)制得荒管；5)淬火；6)回火。本发明专利技术的高强度双相不锈钢管及其制造方法具备的优点为：1)强度达到110ksi及以上；2)良好的耐腐蚀性能；3）生产成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钢管及其制造方法，尤其涉及一种不锈钢管及其制造方法。
技术介绍
在含有CO2的石油、天然气开采环境中，一般采用抗CO2腐蚀性能优良的13%Cr系列马氏体不锈钢管。随着石油和天然气的开采向着复杂地质区域不断延伸，油气井深度不断增加，油气开采所使用的管材面临着更高的强度，压力和温度要求，以及更苛刻的腐蚀环境(高CO2分压和Cr共存的情况下)，在这种环境下，13%Cr系列马氏体不锈钢管已经不能满足目前日益严苛的服役条件，需要采用强度更高，耐腐蚀性更好的双相不锈钢产品。传统的双相不锈钢的微观组织由奥氏体-铁素体两相组成，为了得到这样的组织，不锈钢的Cr通常含量在22wt%以上，而Ni含量在5 10wt%，同时为了获得需要的高强度，此类不锈钢另外还需要经过冷加工、固溶退火等特殊工序，因此其生产制造成本较高，不利于其广泛应用。公开号为CN101220443A，公开日为2008年7月16日，名称为“舰用不锈钢无缝钢管及其生产工艺”的中国专利文献公开了一种不锈钢无缝钢管的制造方法。该舰用不锈钢无缝钢管生产方法的步骤包括:A.圆钢准备；B.加热；C.热轧穿孔；D.切头；E.酸洗；F.修磨；G.润滑；H.冷轧加工；1.脱脂J.固溶热处理；K.矫直；L.切管;Μ.酸洗以及N.成品检验。公开号为JP2002241838A，公开日为2002年8月28日，名称为“一种高强度双相不锈钢管的制造方法”的日本专利文献公开了一种制造双相不锈钢管的方法。该双相不锈钢管中的各项元素包括C、N、S1、Mn、N1、Co、或Mo元素均调整在一定范围之内，PI彡35%其中PI=10C+16N+Si+l.2Mn+Ni+Co+Cr+3Mo ;钢管需经过截面减少率彡10%的冷加工，同时还需进行急冷热处理，热处理升 温速度还需满足:20彡R彡220 (1)，且60-20G彡R彡260-20G(2)，其中 G=T(D-T)/D, T 为厚度(mm)，D 为外径(_)。公开号为US2011290377A，公开日为2011年12月I日，名称为“一种生产双相不锈钢管的方法”的美国专利文献公开了一种制造最低屈服强度为758.3 965.2MPa的双相不锈钢管的方法。该双相不锈钢管的各化学元素的质量百分比为:C: ( 0.03%, S1: ( 1%，Mn: 0.1 4%，Cr: 20 35%，N1: 3 10%，Mo: O 6%，W: O 6%，Cu: O 3%，N: 0.15 0.60%,余量为Fe和不可避免的杂质,通过实施热加工或实施固溶热处理而制成冷加工用管还,通过冷轧而制造出双相不锈钢钢管，在最终的冷轧工序中的加工度Rd: 10 80%且Rd=exp，式中的 Rd 和 MYS 分别是指以断面收缩率计的加工度(%)和目标屈服强度(MPa)。以上专利文献中的双相不锈钢均为奥氏体+铁素体双相不锈钢，并且为得到需要的高强度，还必须经过冷加工工序
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种高强度双相不锈钢管，该钢板具有较高的强度以及优良的耐腐蚀性能,且合金成本较低。为达到上述专利技术目的之一，本专利技术提供了一种高强度双相不锈钢管，其微观组织为马氏体+铁素体，其化学元素质量百分含量为:C:彡 0.05%，S1:0.05 0.80%,Mn:0.05 0.60%,Al:0.001 0.100%,Mo: 1.5 3.5%,Cr: 16 20%，N1:3 6%，N:0.01 0.05%，Nb+V+Ti ^ 0.3%,且满足14.5 (%Nb) +28 (%Ti) +26.5 (%V)-104 (%C+%N) >_5，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本技术方案中，其 他不可避免的杂质主要为P、S、O元素。本专利技术所述的高强度双相不锈钢管中各化学元素的设计原理如下:C:当C含量>0.05%时，在冷却过程中合金中的碳化物析出，严重影响钢材料在高温环境下的抗CO2性能，因此，在本专利技术的技术方案中需要将C含量设定在0.05wt%以下才能保证钢管的抗腐蚀性能。本技术方案中没有限定C元素的下限是因为希望C元素含量在(0.05%的范围内尽量低,但C元素不可能含量为O。Si =Si是由脱氧剂带入钢中的元素。当其含量超过0.8%时，在钢中铁素体相的周围容易出现金属间化合物等有害相，因而，需要将Si的质量百分含量限制在0.05 0.80%之间。Mn:Mn也是由脱氧剂带入钢中的元素。当钢中的Mn的质量百分含量超过0.6%时，会降低钢材的韧性，故需要将Mn的质量百分含量限制在0.05 0.60%之间。Al:A1是钢脱氧所必需的元素。但是当Al含量超过0.100%时，则会增加钢中的铁素体含量从而降低钢材料的强度。因此，需要将Al的质量百分含量限制在0.001 0.100%的范围之间。Mo:Mo是抗点蚀最有效的元素。为了保证钢材在含有大量Cr环境下的抗点蚀能力，需要在钢材中添加不少于1.5%的Mo元素，但是如果Mo含量超过3.5%，则会存在着以金属间化合物形式析出的风险，这会影响钢材的抗腐蚀性能。故而，本专利技术的技术方案中的Mo的质量百分含量应控制为1.5 3.5%。Cr:Cr是不锈钢中最重要的抗腐蚀元素。为了保证不锈钢在150°C以上的温度环境中仍具有较高的抗CO2的腐蚀性能，Cr含量必须> 16%，但是若Cr含量> 20%，合金中铁素体的含量会大幅度地增加，无法保证不锈钢管能够达到所需要的高强度。所以在本技术方案中需要将Cr含量限制在16 20wt%之间。Ni:Ni是改善高温下钢材抗腐蚀性能的元素。Ni的含量需要保持在3%以上,但是本技术方案中Cr元素含量较高，若Ni含量> 6%，则会使得Ms点降低到以通常的淬火处理无法得到马氏体组织的情况，从而也无法令钢材获得所需要的高强度。因此，需要将Ni含量限制在3 6%之间。N:在钢中加入N元素可以有效地提升钢的强度和硬度，本专利技术需要添加0.01%以上的N，然而当N含量> 0.05%时，则会存在着钢材韧性急剧降低的情况，因此，在本专利技术中将N含量设计为0.01 0.05%。在本专利技术的技术方案中，当Cr、Ni以及Mo的质量百分含量被控制在上述相应范围时，由于在本专利技术的高强度双相不锈钢管中存在铁素体，而铁素体相属于软相，如需令双相不锈钢管得到IlOksi以上的高强度，则必须要添加Nb、V、Ti等元素中的一种或任意几种对铁素体进行强化，且所添加元素的质量百分含量既需要满足Nb+V+Ti ( 0.3%，还需要满足E%=14.5 (%Nb) +28 (%Ti) +26.5 (%V)-104 (%C+N) >_5，其中将 E%S义为有效强化指数。控制 Nb、V和Ti三种元素的总含量彡0.3%，是由于当这三种元素的总含量> 0.3%时，钢材中会生成粗大的碳氮化物从而降低钢的韧性。专利技术人通过实验验证，满足上述约束条件可以使得钢材的屈服强度达到758Mpa (IlOksi)以上。进一步地，在上述高强度双相不锈钢管中还含有Cu ( 3wt%。Cu是改善钢材耐大气腐蚀和耐硫化物应力腐蚀的元素，在需要加强钢材耐大气腐蚀和耐硫化物应力腐蚀时，可以加入一定量的Cu元素，但是在本技术方案中，当Cu含量超过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度双相不锈钢管，其特征在于，其微观组织为马氏体+铁素体，其化学元素质量百分含量为：C：≤0.05%，Si：0.05～0.80%，Mn：0.05～0.60%，Al：0.001～0.100%，Mo：1.5～3.5%，Cr：16～20%，Ni：3～6%，N：0.01～0.05%，Nb+V+Ti≤0.3%，且满足14.5(%Nb)+28(%Ti)+26.5(%V)?104(%C+%N)>?5，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀恒，张忠铧，尹珂，张春霞，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，上海宝钢商贸有限公司，
类型：发明
国别省市：