一种耐Cl^-点蚀的超级马氏体不锈钢及其热处理制度的制作方法

专利名称：一种耐Cl^-点蚀的超级马氏体不锈钢及其热处理制度的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐Cl—点蚀的超级马氏体不锈钢，属于钢铁材料技术领域。
背景技术：
能源问题是世界各国关心和瞩目的重要问题之一。石油是世界第一大能源被称为“现代工业社会的血液”，石油是各国发展的必备资源，我国已将石油重点开采的中心从中东部向西部及海洋领域转移，环境对材料的要求也越来越高,材料要满足高强韧性之外,还要有较好的耐蚀性能。自从STAT0IL 公司在北海地区位于Gullfaks的卫星城及Asgard油田应用超级马氏体不锈钢取得成功以来，超马氏体不锈钢已开始代替碳钢、双相不锈钢以及复合钢用作输送具有腐蚀性的石油及天然气的管道。而对其在含二氧化碳，或者含硫化氢腐蚀介质的环境下的应用也越来越广泛。超级马氏体不锈钢是一系列超低碳马氏体不锈钢的统称，其初始概念源于20世纪50年代初的瑞士，当时为改善水轮发电机叶轮的焊接性能，将钢中的碳含量降至O. 07%以下，为获得相变的可能性，加入一定量的镍，从而形成了一系列的新合金。此类合金即为超级马氏体钢的雏形，亦称可焊马氏体或软马氏体不锈钢。与传统的马氏体不锈钢(lCrl3.2Crl3, lCrl7Ni2)相比，它们的强度水平高，塑韧性良好，焊接性能得到极大改善。超级马氏体不锈钢强度比双相不锈钢高得多，同时超级马氏体不锈钢比双相不锈钢更经济，这是因为1)在重量相等、耐腐蚀性相当的前提下，采用SMSS比采用双相不锈钢成本降低大约25 % ；2) SMSS的抗拉强度约为双相不锈钢2倍，所以用SMSS制作的零部件(如支管、弯头和输送管)的壁厚可以减薄，成本降低10 % 15 %。总计下来，与双相不锈钢比较，SMSS总成本降低35 % 40 %。因此在石油天然气领域推广使用超级马氏体不锈钢是可行的。进一步提高超级马氏体不锈钢的强韧性和耐蚀性可以扩大其应用领域。

发明内容
本发明主要目的是提供一种具有良好耐点蚀性能的超级马氏体不锈钢，制得的管材强韧性和耐点蚀性可以满足在深井、超深井中的使用要求，特别是近海、海上油气管线和油气套管用材。本发明的技术方案是制备的耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢耐点蚀性能温度为20°C下含2. 12wt%Cr饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位:_0· 027 O. 220mV(VSCE,相对于饱和甘汞电极)；温度20°C下含5 wt %Cr饱和0)2的似(1溶液中的点蚀电位-0. 186 O. 150mV ;温度20°C下含10%wtCl_饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位-0. 219 O. 008mV。所述耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢点蚀的过程中，在有Cl—存在的情况下，钝化膜的成分为Fe和Cr的氧化物，没有腐蚀产物；在只含CO2不含Cl—的溶液中，钝化膜的成分为Fe和Cr的氧化物，钝化膜表面有一层FeCO3腐蚀产物。本发明的耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢具体包括如下热处理制度
(I)淬火工艺将超级马氏体不锈钢加热至温度950 1050°C，保温O. 5h后，淬火冷却至常温；
(2)回火工艺将步骤(I)中淬火后的钢在温度550 750°C下加热，保温2h后，空气条件下冷却至常温，得到耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢。所述超级马氏体不锈钢的化学成分为C O. 01 O. 03wt%、Mn ^ O. 4 wt%、Si< O. 3 wt%、Cr 11 15 wt%、Ni 5 7 wt%、Mo+l/2ff (Mo 与 W 的重量比为 2:1) 2
2.5 wt%、Cu O 3 wt%、其余为铁，力学性能为硬度HRC 20 32、延伸率彡15%、抗拉强度≥ 800MPa。所述淬火工艺采用的油为工业煤油。本发明的原理是超级马氏体不锈钢主要用于油气开采和近海、海底油气输送管线用钢，一直以来，国内外都注重于超级马氏体不锈钢合金成份调整研究，并且作为长期的研究工作，主要集中于降低成本，提高耐腐蚀性能。目前超级马氏体不锈钢主要为Fe-Cr-Ni系，添加0-2. 5%的Mo，和少量的Ti、Nb、V和Cu，对于服役环境较为苛刻区域(含高Cl_浓度和H2S), ASTM标准中建议采用含Mo不小于2%的高级别超级马氏体不锈钢，本专利中采用W代替部分Mo，由于W和Mo具有协同效应达到提高耐蚀性能、强塑性的目的。本发明的有益效果耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢经上述制度热处理后，与同级别超级马氏体不锈钢相比其抗拉强度增加6 10%，塑性保持不变。本专利所述超级马氏体不锈钢可用于海上、深海和近海油气输送管线和油气井套管用钢，由于强度增强，耐Cl-点蚀性能提高，可生产大直径管线。
具体实施例方式 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不限于以下所述范围。实施例I :
本实施例采用的超级马氏体不锈钢的化学成分为c :0. 019wt%、Mn :0. 40wt%、Si O. 16wt%、Cr :11. 69wt%、Ni :5wt%、Mo+l/2W :2 wt%，剩余部分为 Fe。力学性能为硬度HRC 20、延伸率15%、抗拉强度800MPa。本实施例耐Cl—点蚀的超级马氏体不锈钢的热处理制度
Cl)淬火工艺将超级马氏体不锈钢加热至温度950°c，保温O. 5h后，工业煤油至常
温；
(2)回火工艺将步骤(I)中淬火后的钢在温度750°C下加热，保温2h后，空气条件下冷却至常温，得到耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢。制得的耐CF点蚀的超级马氏体不锈钢的的点蚀性能耐CF腐蚀的超级马氏体不锈钢耐点蚀性能温度为20°C下含2. 12wt%Cl_饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位O. 103mV ;温度20°C下含5 wt %CF饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位-0. 143mV ;温度20°C下含10%wtCr饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位-0. 219mV。耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢点蚀的过程中，在有Cl—存在的情况下，钝化膜的成分为Fe和Cr的氧化物，没有腐蚀产物；在只含CO2不含Cl—的溶液中，钝化膜的成分为Fe和Cr的氧化物，钝化膜表面有一层FeCO3腐蚀产物。实施例2:
本实施例采用的超级马氏体不锈钢的化学成分为C :0. 01wt%、Mn :0. 38wt%、Si O. 17wt%, Cr 11 wt%, Ni 6wt%, Mo+l/2ff 2. 17wt%, Cu I. 39wt%，剩余部分为 Fe。力学性能为硬度HRC 28、延伸率18%、抗拉强度820MPa。本实施例耐Cl—点蚀的超级马氏体不锈钢的热处理制度
Cl)淬火工艺将超级马氏体不锈钢加热至温度100(TC，保温O. 5h后，工业煤油至常
温；
(2)回火工艺将步骤(I)中淬火后的钢在温度550°C下加热，保温2h后，空气条件下冷却至常温，得到耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢。制得的耐CF点蚀的超级马氏体不锈钢的的点蚀性能耐CF腐蚀的超级马氏体不锈钢耐点蚀性能温度为20°C下含2. 12wt%CF饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电 位-0. 027mV ;温度20°C下含5 wt %CF饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位O. 150mV ;温度20°C下含10%wtCr饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位-0. 183mV。耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢点蚀的过程中，在有Cl—存在的情况下，钝化膜的成分为Fe和Cr的氧化物，没有腐蚀产物；在只含CO2不含Cl—的溶液中，钝化膜的成分为Fe和Cr的氧化物，钝化膜表面有一层FeCO3腐蚀产物。实施例3
本实施例采用的超级马氏体不锈钢的化学成分为c :0. 03wt%、Mn 0. 40wt%、Si O. 18wt%、Cr :15wt%、Ni :7wt%、Mo :2. 5wt%，剩余部分为Fe。力学性能为硬度HRC 32、延伸率15%、抗拉强度800MPa。本实施例耐Cl—点蚀的超级马氏体不锈钢的热处理制度
Cl)淬火工艺将超级马氏体不锈钢加热至温度1050°C，保温O. 5h后，工业煤油至常
温；
(2)回火工艺将步骤(I)中淬火后的钢在温度600°C下加热，保温2h后，空气条件下冷却至常温，得到耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢。制得的耐Cl—点蚀的超级马氏体不锈钢的的点蚀性能耐CF腐蚀的超级马氏体不锈钢耐点蚀性能温度为20°C下含2. 12wt%Cl_饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位O. 220mV ;温度20°C下含5 wt %CF饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位-0. 186mV ;温度20°C下含10%wtCr饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位O. 008mV。耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢点蚀的过程中，在有Cl—存在的情况下，钝化膜的成分为Fe和Cr的氧化物，没有腐蚀产物；在只含CO2不含Cl—的溶液中，钝化膜的成分为Fe和Cr的氧化物，钝化膜表面有一层FeCO3腐蚀产物。
权利要求
1.一种耐Cl-点蚀的超级马氏体不锈钢，其特征在于耐Cl-腐蚀的超级马氏体不锈钢耐点蚀性能温度为20°C下含2. 12wt%cr饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位-0. 027 0.220mV ;温度20°C下含5 wt %C1_饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位:-0. 186 0. 150mV ；温度20°C下含10%wtcr饱和CO2的NaCl溶液中的点蚀电位-0. 219 0. 008mV。
2.根据权利要求I所述的耐Cl—点蚀的超级马氏体不锈钢，其特征在于所述耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢点蚀的过程中，在有Cl—存在的情况下，钝化膜的成分为Fe和Cr的氧化物，没有腐蚀产物；在只含CO2不含Cl—的溶液中，钝化膜的成分为Fe和Cr的氧化物，钝化膜表面有一层FeCO3腐蚀产物。
3.根据权利要求I所述的耐Cl—点蚀的超级马氏体不锈钢，其特征在于热处理制度包括如下步骤 (1)淬火工艺将超级马氏体不锈钢加热至温度950 1050°C，保温0.5h后，淬火冷却至常温； (2)回火工艺将步骤(I)中淬火后的钢在温度550 750°C下加热，保温2h后，空气条件下冷却至常温，得到耐Cl—腐蚀的超级马氏体不锈钢。
4.根据权利要求I或3所述的耐Cl—点蚀的超级马氏体不锈钢的热处理制度，其特征在于所述超级马氏体不锈钢的化学成分为C 0. 01 0. 03wt%、Mn ^ 0. 4 wt%、Si < 0. 3wt%, Cr 11 15 wt%, Ni 5 7 wt%、Mo+l/2W 2 2. 5 wt%、Cu 0 3 wt%、其余为铁。
5.根据权利要求3所述的耐Cl—点蚀的超级马氏体不锈钢的热处理制度，其特征在于 所述淬火工艺采用的油为工业煤油。
全文摘要
本发明涉及一种耐Cl-点蚀的超级马氏体不锈钢及其热处理制度，属于钢铁材料技术领域。该超级马氏体不锈钢的化学成分为C0.01%~0.03%、Mn<0.4%、Si<0.3%、Cr11%~15%、Ni5%~7%、Mo+1/2W2%~2.5%、Cu0~3%、剩余部分由Fe和不可避免的杂质组成。先采用淬火工艺，再进行回火工艺，最终制得耐Cl-点蚀的超级马氏体不锈钢。此材料可以作为深井深海石油开采、水力发电和石油天然气输送设备材料。
文档编号C22C38/44GK102703829SQ20121015344
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者业冬, 姜雯, 李俊, 李智东, 李绍宏, 苏杰, 赵昆渝, 雍岐龙 申请人:昆明理工大学