人們對(duì)于石油資源減少的關(guān)注日益增強(qiáng)，目前正在開采的油井和氣井的溫度和壓力達(dá)到了空前的高度，開采出的液體一般都含有二氧化碳，這樣就造成了更多的腐蝕。因此，要在去除腐蝕性物質(zhì)和水之前輸送液體時(shí)，防止流線和收集線的管道被二氧化碳腐蝕就變得極為重要。此外，這些液體通常含有微量的，因此還需要防止氯化物應(yīng)力蝕裂。在這樣的腐蝕環(huán)境下，對(duì)于以碳鋼為管線材料，傳統(tǒng)防腐蝕方法是向液體中注入防銹劑，用防銹劑來(lái)防止腐蝕。然而，這樣做生產(chǎn)成本增加，尤其是近海的管線，因此防銹劑較少使用，特別是考慮到壽命周期成本。不采用防銹劑的另一個(gè)原因是擔(dān)心因泄漏事故造成污染。因此，需要一種不需要使用防銹劑而又經(jīng)濟(jì)的材料?，F(xiàn)有的管線用耐蝕合金，包括雙相不銹鋼，但缺點(diǎn)是材料成本高。與此相比，馬氏體不銹鋼通常的焊接性較差，并且需要預(yù)熱和較長(zhǎng)時(shí)間的焊后熱處理。因此，考慮到管道鋪設(shè)效率，馬氏體不銹鋼很少用于管線。然而，馬氏體不銹鋼具有適當(dāng)?shù)哪投趸几g性，而且比雙相不銹鋼便宜。

　　

　　為此，采取大量的煉鋼技術(shù)措施，如降低碳和氮的含量、控制和添加合金元素以改善馬氏體不銹鋼的焊接性，開發(fā)出具有良好的焊接性和耐蝕性的管線用馬氏體不銹鋼無(wú)縫管。

　　

　　1開發(fā)的進(jìn)程

　　

　　1.1目標(biāo)特性

　　

　　開發(fā)的目標(biāo)如下：

　　

　　（1）焊接性：焊接不需要預(yù)熱；

　　

　?。?）熱影響區(qū)最大硬度：HV350或者更低；

　　

　?。?）耐二氧化碳腐蝕性：耐5％NaCl，二氧化碳分壓為3.0MPa，150℃的腐蝕環(huán)境；

　　

　　（4）耐硫化物應(yīng)力蝕裂性（SSC）：耐5％NaCl，0.001MPaH2S，pH4.0；

　　

　?。?）強(qiáng)度：X80級(jí)（550MPa或屈服強(qiáng)度更高）；

　　

　?。?）低溫韌性：100J或在-40℃下有更高的夏氏沖擊韌性吸收能。

　　

　　1.2化學(xué)成分設(shè)計(jì)

　　

　　鋼管的化學(xué)成分設(shè)計(jì)要考慮合金元素對(duì)馬氏體不銹鋼的焊接性、耐蝕性、熱加工性和其他特性的影響。尤其是焊接性的研究根據(jù)用于二氧化碳環(huán)境的石油管的KO－13Cr(0.20C－13Cr－0.03N)的化學(xué)成分，同時(shí)在基體材料中保持同等的耐蝕性。根據(jù)表1關(guān)于化學(xué)成分對(duì)熱加工性和其他特性的影響的研究結(jié)果，這種鋼的化學(xué)成分最終確定為12Cr－5Ni－2Mo－0.01N，0.015C或更低。

　　

　　1.2.1焊接性

　　

　　由于馬氏體不銹鋼在焊接時(shí)存在產(chǎn)生焊接裂紋的傾向，在實(shí)際應(yīng)用中要進(jìn)行預(yù)熱以防止產(chǎn)生裂紋。焊接裂紋是由溶解到焊接金屬和焊接熱影響區(qū)中的氫以及熱影響區(qū)馬氏體相變誘發(fā)的硬化和殘余應(yīng)力引起的。因此，在材料方面防止焊接裂紋的有效手段是降低碳和氮的含量以抑制因馬氏體相變誘發(fā)的硬化。表1所示為低C＋N馬氏體不銹鋼的Y形坡口焊抗裂試驗(yàn)結(jié)果?？沽言囼?yàn)用鋼含碳或氮0.03％，同時(shí)將鋼中的碳和氮都將低到0.01％，不進(jìn)行抗裂試驗(yàn)，在30℃下預(yù)熱。結(jié)果說(shuō)明如果碳和氮的含量降低到0.01％，不經(jīng)預(yù)熱進(jìn)行焊接是可能的?，F(xiàn)有的煉鋼技術(shù)可以將碳和氮的含量降低到如此低的水平。

　　

　　表1 低C＋N馬氏體不銹鋼的Y形坡口焊抗裂試驗(yàn)結(jié)果