一種復相沉淀強化型耐腐蝕不銹鋼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及不銹鋼領(lǐng)域，具體是一種復相沉淀強化型耐腐蝕不銹鋼。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，世界各國對各類資源需求量增大，能源緊缺的狀況日趨嚴 重。在此情況下，煤炭、石油、天然氣、頁巖氣、煤層氣等地下資源的探測、開采工作越來越 多，開發(fā)的地下資源礦井和油氣田涌現(xiàn)出很多高壓高溫和超高溫高壓環(huán)境的超深井。高壓 高溫和超高壓高溫井勘探開發(fā)的難度驟然增大，使鉆井出現(xiàn)的問題越來越多，主要涉及到 地下資源開采的設(shè)計、工具、工藝、設(shè)備、井控、儲層改造、安全及材質(zhì)選擇等一系列問題，其 中最關(guān)鍵的就是材料的選擇問題。
[0003] 高壓高溫和超高壓高溫井通常都含有C02、H2S、C廠等離子，含量最高的C0 2含量超 過超過10%，H2S超過6萬ppm，（31_離子超過10萬ppm，因此腐蝕就成為在含C0 2、H2S和 C廠的環(huán)境中使用的主要問題。目前國內(nèi)外用于含0)2、氏5和(：廠油井下采用的材料按照 環(huán)境的惡劣程度依次為Crl3型馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和鎳基合金。Crl3型馬氏體不 銹鋼使用溫度極限為150°C，即使是更高等級的HP13Cr馬氏體不銹鋼，使用溫度也僅能提 高20°C左右，同時在H 2S存在的環(huán)境下很容易產(chǎn)生點蝕和H2S應力腐蝕開裂（SSC)，同時在 高溫高C廠環(huán)境下容易出產(chǎn)生C廠的SSC，難以滿足現(xiàn)有苛刻腐蝕環(huán)境下的使用要求，多有 地下資源開采田井材料斷裂，集氣干線泄漏事故發(fā)生，致使許多田井在投產(chǎn)不到一年而提 前廢棄，不僅造成巨大經(jīng)濟損失，同時也威脅到國家能源戰(zhàn)略安全。為避免在如此苛刻的條 件下的腐蝕，必須選用抗C0 2、氏5和(：廠腐蝕和應力腐蝕開裂性能優(yōu)良的雙相不銹鋼和鎳 基合金，但其價格非常昂貴，同時需要通過冷加工強化才能達到目標強度，目前主要依賴進 口，使建設(shè)田井的投入成本過高。鑒于此，急需開發(fā)一種能夠替代進口、滿足深井使用環(huán)境 下的新型經(jīng)濟耐蝕材料，以滿足日益發(fā)展的地下資源開采行業(yè)的需求。在該背景下，研究開 發(fā)了一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、用于高濃度C0 2、H2S&C廠共存腐蝕環(huán)境下的深井用新型復 相沉淀強化型高強耐蝕不銹鋼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種價格低廉的能夠滿足現(xiàn)有苛刻腐蝕 環(huán)境下的使用的不銹鋼材料。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種復相沉淀強化型耐腐蝕不銹鋼，其成分中C 質(zhì)量百分比含量0.005~0. 05%，Si質(zhì)量百分比含量0.05~0.50%，Mn質(zhì)量百分比含量 0. 2~1. 0%，P質(zhì)量百分比含量<0. 04%，S質(zhì)量百分比含量<0. 005%，Cr質(zhì)量百分比含 量15. 00~19. 00%，Ni質(zhì)量百分比含量為2. 50~6. 00%，Cu質(zhì)量百分比含量為1. 50~ 3. 50%，Mo質(zhì)量百分比含量為1. 50~4. 00%，Nb質(zhì)量百分比含量為0. 01~0. 06%，V質(zhì)量百 分比含量為〇. 02~0. 20%，N質(zhì)量百分比含量為0. 01~0. 1%，同時按照質(zhì)量百分比含量要符 合以下式子 Cr + 1. 5Mo + 1. 75Nb + 0. 75ff - Ni - 30C - 0. 5Mn - 0. 3Cu ^ 17% (1) Cr + 0. 5Ni + 0. 7Mo + 0. 4Cu - 25C - 30P - 40S ^ 19% (2) 其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0006] 作為一種優(yōu)選方式：其成分中C質(zhì)量百分比含量0. 01~0. 02%，Si質(zhì)量百分比含量 0. 1~0. 3%，Mn質(zhì)量百分比含量0. 2~0. 6%，P質(zhì)量百分比含量< 0. 03%，S質(zhì)量百分比 含量< 〇. 〇〇3%，Cr質(zhì)量百分比含量16. 00~18. 00%，Ni質(zhì)量百分比含量為3. 50~5. 00%， Cu質(zhì)量百分比含量為2. 0~3. 0%，M〇質(zhì)量百分比含量為2. 00~3. 00%，Nb質(zhì)量百分比含 量為0. 02~0. 04%，V質(zhì)量百分比含量為0. 05~0. 15%，N質(zhì)量百分比含量為0. 02~0. 05%。
[0007] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明制備的不銹鋼在C02、H2S及C廠共存腐蝕環(huán)境下及 高溫高壓條件下具有優(yōu)良的強度及耐腐蝕性能。
【附圖說明】
[0008] 圖1是不同溫度下的回火硬化曲線圖； 圖2是彌散析出的第二相圖； 圖3是衍射分析圖； 圖4是鐵素體含量對鋼強度的影響圖； 圖5是高溫高壓環(huán)境下的腐蝕速度的關(guān)系圖； 圖6是拋光侵蝕后利用金相顯微鏡觀察微觀組織如圖（未熱處理）； 圖7是拋光侵蝕后利用金相顯微鏡觀察微觀組織如圖（熱處理后）。
【具體實施方式】[0009] 實施例1 預處理后的鐵水經(jīng)過頂?shù)讖秃洗缔D(zhuǎn)爐粗煉與真空氧氣脫碳爐脫碳及鋼包精煉爐精煉 后，鋼水的成分質(zhì)量百分數(shù)達到目標要求即出鋼，在鋼包精煉爐渣粘度為0. 1泊時出鋼，調(diào) 溫到澆注溫度1543°c，然后鋼包吊運至模注工序進行澆鑄，出鋼。
[0010] 鋼水的成分質(zhì)量百分數(shù)目標要求為：C質(zhì)量百分比含量0. 01~0. 02%，Si質(zhì)量百分 比含量0.1~0.3%，Mn質(zhì)量百分比含量0.2~0.6%，P質(zhì)量百分比含量<0.03%，S質(zhì)量 百分比含量< 〇. 003%，Cr質(zhì)量百分比含量16. 00~18. 00%，Ni質(zhì)量百分比含量為3. 50~ 5. 00%，Cu質(zhì)量百分比含量為2. 0~3. 0 %，Mo質(zhì)量百分比含量為2. 00~3. 00%，Nb質(zhì)量百分 比含量為〇. 02~0. 04%，V質(zhì)量百分比含量為0. 05~0. 15%，N質(zhì)量百分比含量為0. 02~0. 05%， 同時按照質(zhì)量百分比含量要符合以下式子 Cr + 1. 5Mo + 1. 75Nb + 0. 75ff - Ni - 30C - 0. 5Mn - 0. 3Cu ^ 17% (1) Cr + 0. 5Ni + 0. 7Mo + 0. 4Cu - 25C - 30P - 40S ^ 19% (2) 其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0011] 出鋼后檢測鋼的質(zhì)量百分比成份組成為：C 0.01%，Si 0. 2%，Mn 0. 3%，P 0. 015% , S 0. 001% , Cr 17. 20%, Ni 4. 3% , Cu 2. 4%, Mo 2. 6%, Nb, 0. 03%, V 0. 08% ，N 0. 02%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，滿足上面要求。
[0012] 在不同的溫度和時間下將淬火后的合金進行了回火處理，不同溫度下的回火硬化 曲線如圖1，表明回火后的硬度較回火前有顯著的提高。通過組織分析，觀察到大量彌散析 出的第二相如圖2,選取衍射分析如圖3,表明，該顆粒主要為e -Cu顆粒、NbC顆粒、VC顆 粒。
[0013] 圖4為鐵素體含量對發(fā)明鋼強度的影響，可以看出，為了保證合金的強度和熱加 工性能，鐵素體含量應控制在30%以下。當成分滿足式（1)時，可以保證熱處理后的組織為 馬氏體+鐵素體復相組織，同時鐵素體含量不超過30%。
[0014] 為了保證本發(fā)明鋼在C02、C廠、H2S的高溫環(huán)境下的腐蝕性能，必須滿足式（2)，式 (2)左邊的值與210°C含C02、Cl'、H2S的高溫高壓環(huán)境下的腐蝕速度的關(guān)系見圖5?？梢?看出，當成分滿足式（2)時，發(fā)明鋼的腐蝕性能優(yōu)良。
[0015] 拋光侵蝕后利用金相顯微鏡觀察微觀組織如圖6,將熱加工后的不銹鋼進行淬火 +回火處理：980°C加熱保溫30min后水冷，再在550°C加熱保溫4h空冷。在熱處理后的不 銹鋼上取樣，拋光侵蝕后利用金相顯微鏡觀察微觀組織如圖7。
[0016] 本實施例的主要性能與現(xiàn)有不銹鋼的對比見表1。
[0017] 表 1
通過表1可以看到，與傳統(tǒng)油田用馬氏體不銹鋼SUPER13Cr相比，試驗鋼抗拉強度和屈 服強度都高于對比鋼，在含有〇)2和ci -環(huán)境中的腐蝕速率遠小于對比鋼，其耐腐蝕性能非 常優(yōu)秀，適合用于高濃度C02、H2S及Cl^共存腐蝕環(huán)境下的深井。
[0018] 本發(fā)明在普通的Cr 13型系列鋼的基礎(chǔ)上，降低C含量、適當提高Cr、Ni含量，將基 體組織調(diào)整為馬氏體+鐵素體的復相組織；為了保證強度，參考沉淀硬化超高強馬氏體不 銹鋼的強化機理，通過添加Cu元素在回火過程中在馬氏體板條上彌散析出富Cu相起到沉 淀強化的作用；添加Mo以提高合金在C0 2、Cf、H2S環(huán)境中下的耐點蝕性能及耐應力腐蝕 性能；添加Nb、V抑制Cr的碳化物在晶界析出，起到沉淀強化作用，同時形成高密度的位錯 結(jié)，對位錯起到釘扎作用。
[0019] 這樣，將本發(fā)明鋼通過特殊的熱處理工藝處理之后，可以得到馬氏體+鐵素體+殘 余奧氏體復相組織，同時基體上彌散分布e富Cu相、NbC、VC強化相。此組織保證了本發(fā) 明鋼具有優(yōu)良的強度、韌性、耐蝕性。
【主權(quán)項】
1. 一種復相沉淀強化型耐腐蝕不銹鋼，其特征在于：其成分中C質(zhì)量百分比含量 0? 005~0. 05%，Si質(zhì)量百分比含量0? 05~0? 50%，Mn質(zhì)量百分比含量0? 2~L 0%，P質(zhì) 量百分比含量< 0. 04%，S質(zhì)量百分比含量< 0. 005%，Cr質(zhì)量百分比含量15. 00~19. 00%， Ni質(zhì)量百分比含量為2. 50~6. 00%，Cu質(zhì)量百分比含量為1. 50~3. 50%，Mo質(zhì)量百分比 含量為1.50~4.00%，他質(zhì)量百分比含量為0.01~0.06%，7質(zhì)量百分比含量為0.02~0.20%， N質(zhì)量百分比含量為0. 01~0. 1%，同時按照質(zhì)量百分比含量要符合以下式子 Cr + I. 5Mo + I. 75Nb + 0. 75ff - Ni - 30C - 0. 5Mn - 0. 3Cu ^ 17% (I) Cr + 0. 5Ni + 0. 7Mo + 0. 4Cu - 25C - 30P - 40S ^ 19% (2) 其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復相沉淀強化型耐腐蝕不銹鋼，其特征在于：其成分 中C質(zhì)量百分比含量0. 01~0. 02%，Si質(zhì)量百分比含量0. 1~0. 3%，Mn質(zhì)量百分比含量 0. 2~0. 6%，P質(zhì)量百分比含量< 0. 03%，S質(zhì)量百分比含量< 0. 003%，Cr質(zhì)量百分比含量 16. 00~18. 00%，Ni質(zhì)量百分比含量為3. 50~5. 00%，Cu質(zhì)量百分比含量為2. 0~3. 0%， Mo質(zhì)量百分比含量為2. 00~3. 00%，Nb質(zhì)量百分比含量為0. 02~0. 04%，V質(zhì)量百分比含量 為0. 05~0. 15%，N質(zhì)量百分比含量為0. 02~0. 05%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及不銹鋼領(lǐng)域，具體是一種復相沉淀強化型耐腐蝕不銹鋼。一種復相沉淀強化型耐腐蝕不銹鋼，其特征在于：對各物質(zhì)的含量進行了要求，并且要求滿足Cr＋1.5Mo＋1.75Nb＋0.75W－Ni－30C－0.5Mn－0.3Cu≤17%和，Cr＋0.5Ni＋0.7Mo＋0.4Cu－25C－30P－40S≥19%。本發(fā)明制備的不銹鋼在CO2、H2S及Cl－共存腐蝕環(huán)境下及高溫高壓條件下具有優(yōu)良的強度及耐腐蝕性能。
【IPC分類】C22C38/48
【公開號】CN105063506
【申請?zhí)枴緾N201510568382
【發(fā)明人】方旭東, 李陽, 夏焱, 李建民, 王志斌
【申請人】山西太鋼不銹鋼股份有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年9月9日