耐二氧化碳气体腐蚀性及耐硫化物应力腐蚀破裂性优良的高强度马氏体不锈钢制造技术

一种耐二氧化碳气体腐蚀性及耐硫化物应力腐蚀破裂性优良的具有８６０ＭＰａ以上的０．２％耐力的高强度马氏体不锈钢，其特征是，以质量％表示，含有Ｃ：０．００５～０．０４％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．１～３．０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１０～１５％、Ｎｉ：４．０～８％、Ｍｏ：２．８～５．０％、Ａｌ：０．００１～０．１０％及Ｎ：０．０７％以下，剩余部分由Ｆｅ及杂质构成，并且满足下述的（１）式，金属组织主要由回火马氏体、回火时析出的碳化物及回火时微细析出的Ｌａｖｅｓ相或σ相等金属间化合物构成；　　　　Ｍｏ≥２．３－０．８９Ｓｉ＋３２．２Ｃ　　…（１）　　　　其中，（１）式中的各元素记号表示各个元素的含量（质量％）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适于在包含二氧化碳气体、硫化氢、氯离子等腐蚀性物质的苛刻的腐蚀环境中使用的钢材。更具体来说，涉及石油或天然气的生产设备用、脱二氧化碳除去设备用、地热发电设备用等的无缝钢管、电缝钢管、激光焊接钢管、螺旋焊接管等缝焊钢管等用的钢材或构成含有二氧化碳的液体用的罐的钢材，特别涉及石油或天然气井中所使用的油井管用的钢材。
技术介绍
从预想在不远的将来石油资源的枯竭化的观点出发，近年来，严酷的环境下的油井，即深层的油井、酸性气田等的开发正在积极地进行之中。所以，对于用于此种用途的油井用钢管，要求具有高强度，并且要求在耐腐蚀性及耐硫化物应力腐蚀破裂性方面优良。一直以来，作为油井管等的钢材，一般使用碳素钢或低合金钢，但是随着井的环境逐渐变得严酷，已经开始使用增加了合金量的钢。例如，在大量含有二氧化碳气体的油井用钢材中，使用以SUS420为代表的13Cr类马氏体不锈钢。但是，所述的SUS420钢虽然在对二氧化碳气体的耐腐蚀性方面优良，但是对于硫化氢的耐腐蚀性不佳，在同时含有二氧化碳气体和硫化氢时这样的环境下，容易产生硫化物应力腐蚀破裂(SSCC)。所以，提出了替代此种钢的各种各样的钢材。特许第2861024号公报、特开平5-287455号公报及特开平7-62499号公报中，公布有通过降低所述的SUS420的碳含量而提高了耐腐蚀性的钢。但是，这些公报中所记载的碳含量低的钢会有无法获得用于深井时所必需的强度，即860MPa以上耐力的情况。在特开2000-192196号公报中，作为高强度并且具有良好的耐硫化物应力破裂性的钢，公布有含有Co0.5～7％、Mo3.1～7％的马氏体单相组织的钢。同一公报中所记载的专利技术通过在所述的范围内含有Co，来抑制冷却时的残留奥氏体的生成，使组织成为马氏体单相。但是，由于Co为高价的元素，因此最好尽可能不使用。
技术实现思路
本专利技术是鉴于所述的实际情况而完成的，其目的在于，提供在深井用的油井管的使用中具有足够的强度，即具有耐力860MPa以上的高强度，并且即使在含有二氧化碳气体、硫化氢、氯离子或它们的2种以上的环境下也可以使用的、具有优良的耐二氧化碳气体腐蚀性及耐硫化物应力腐蚀破裂性的马氏体不锈钢。由此，本专利技术以下述(a)及(b)中记载的高强度油井管用马氏体不锈钢为主旨。而且，在以下的说明中，关于成分含量的％是指「质量％」。(a)一种耐二氧化碳气体腐蚀性及耐硫化物应力腐蚀破裂性优良的具有860MPa以上的0.2％耐力的高强度马氏体不锈钢，其特征是，以质量％表示，含有C0.005～0.04％、Si0.5％以下、Mn0.1～3.0％、P0.04％以下、S0.01％以下、Cr10～15％、Ni4.0～8％、Mo2.8～5.0％、Al0.001～0.10％及N0.07％以下，剩余部分由Fe及杂质构成，并且满足下述的(1)式，金属组织主要由回火马氏体、回火时析出的碳化物及回火时微细析出的Laves相或σ相等金属间化合物构成。其中，(1)式中的各元素记号分别表示各个元素的含量(质量％)。Mo≥2.3-0.89Si+32.2C…(1)另外，本专利技术的主旨还在于，除了所述(a)中记载的合金成分以外，含有从下述第1组、第2组及第3组的至少一组中选择的至少一种合金成分马氏体不锈钢。在该钢中也满足所述(1)式，且金属组织也如上所述。第1组…Ti0.005～0.25％，V0.005～0.25％，Nb0.005～0.25％及Zr0.005～0.25％第2组…Cu0.05～1％ 第3组…Ca0.0002～0.005％，Mg0.0002～0.005％，La0.0002～0.005％及Ce0.0002～0.005％(b)一种耐二氧化碳气体腐蚀性及耐硫化物应力腐蚀破裂性优良的具有860MPa以上的0.2％耐力的高强度马氏体不锈钢，其特征是，在将具有所述(a)的任意一项中规定的组成，并且满足所述的(1)式的钢在淬火温度880℃～1000℃下淬火后，将回火温度区域设为450～620℃，将回火温度设为T(℃)、回火时间设为t(小时)的情况下，通过实施(20+logt)(T+273)满足13500～17700的回火处理，金属组织主要由回火马氏体、回火时析出的碳化物及回火时微细析出的Laves相或σ相等金属间化合物构成。附图说明图1是表示实施例中所实验的各种钢的Mo含量和(1)式的右边即「2.3-0.89Si+32.2C」(IM值)的关系的图。图2是说明本专利技术中所规定的回火条件的图，表示在920℃下淬火后，使回火温度在400～650下变化而改变了(20+logt)(T+273)的值时的0.2％耐力和(20+logt)(T+273)的关系的图。具体实施例方式下面将对本专利技术中所规定的各元素的含量的限定理由进行说明。而且，各含量的％是指质量％。C0.005～0.04％C虽然是在提高钢的强度方面有效的元素，但是从耐腐蚀性的方面考虑，还是尽可能越少越好。但是，当小于0.005％时，由于耐力未达到860MPa以上，因此将其含量的下限设为0.005％。另一方面，当其含量超过0.04％时，回火后的硬度变得过高，硫化物应力腐蚀破裂性敏感性变高。所以，将C的含量设为0.005～0.04％。Si0.5％以下Si是作为脱氧剂必需的元素。钢中残留量也可以是杂质水平。但是，为了获得更大的脱氧效果，最好将其含量设为0.01％以上。另一方面，当其含量超过0.5％时，韧性降低，并且会使热加工性降低。所以，将Si的含量设为0.5％以下。Mn0.1～3.0％Mn是在提高热加工性方面有效的元素。为了获得该效果，有必要将其含量设为0.1％以上。另一方面，当其含量超过3.0％时，该效果饱和，导致成本上升。所以，将Mn的含量设为0.1～3.0％。P0.04％以下P是钢中所含的杂质，其含量尽可能越少越好。特别是，当其含量超过0.04％时，耐硫化物应力腐蚀破裂性显著降低。所以，将P的含量设为0.04％以下。S0.01％以下S也是钢中所含的杂质，其含量尽可能越少越好。特别是，当其含量超过0.01％时，热加工性、耐腐蚀性及韧性显著降低。所以，将S的含量设为0.01％以下。Cr10～15％Cr是在提高耐二氧化碳气体腐蚀性方面有效的元素。为了获得该效果，有必要将其含量设为10％以上。另一方面，在其含量超过15％的情况下，就难以使回火后的组织主要成为马氏体相。所以，将Cr的含量设为10～15％。Ni4.0～8％Ni是为了使回火后的组织主要成为马氏体相所必需的元素。但是，在其含量小于4.0％的情况下，回火后的组织中铁素体相较多地析出，回火后的组织无法主要成为马氏体相。另一方面，在其含量超过8％的情况下，回火后的组织主要成为奥氏体相。所以，将Ni的含量设为4～8％。更优选的是4～7％。Mo2.8～5.0％Mo是在使高强度材料的耐硫化物应力腐蚀破裂性提高方面有效的元素。为了获得该效果，有必要将其含量设为2.8％以上。但是，当其含量超过5.0％时，该效果饱和，导致成本上升。所以，将Mo的含量设为2.8～5.0％。Al0.001～0.10％Al是在熔炼过程中作为脱氧剂使用的元素。为了获得该效果，有必要将其含量设为0.001％以上。但是，当其含量超过0.10％时，夹杂物变多，耐腐蚀性受本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：高部秀树，植田昌克，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：