作为在湿二氧化碳(CO2)环境下使用的具有代表性的油井用钢管,有13%Cr系马氏体不锈钢钢管(API-13Cr),它采用的是美国石油协会(API)制定的标准。由于13%Cr钢管具有良好的耐CO2腐蚀性,因此其需求量正逐年增加。
但是,当油井温度超过100℃时,API-13Cr钢管的耐蚀性会变差,由于CO2分压的影响而变得不耐用。近年来,随着深油井开发的增多,处于高温、高CO2分压、高Cl-浓度等腐蚀性严重环境中的油井不断增加,因此在许多情况下使用13%Cr钢管时,钢管的耐CO2腐蚀性差。另外,由于还开发了许多含H2S的油井,因此因H2S而产生的腐蚀裂纹(硫化物应力裂纹:SSC)也成为一个问题。由于API-13Cr钢管的耐SSC性差,因此在含H2S环境下的油井使用了22Cr系双相不锈钢钢管或等级更高的高合金钢管。但是,由于22Cr系双相不锈钢等一般具有很高的耐蚀性,而且冷拔时必须使油井管释放出必要的强度,因此使用这种钢管会使成本大幅度升高。基于此因,迫切希望开发出耐蚀性比API-13Cr钢管高,而且成本比双相不锈钢低的新型油井用钢管。
为满足上述要求,JFE钢公司开发了耐CO2腐蚀性、耐SSC性高的新型马氏体系不锈钢钢管----HP13Cr和UHP15Cr钢管。
(1)与API-13Cr钢管相比,开发的HP13Cr钢管的耐CO2腐蚀性好,即使在高CO2分压下,可使用的温度也高达160℃。HP13Cr钢管具有良好耐CO2腐蚀性是由于以下原因所致:(a)通过降低C量可以减少Cr碳化物;(b)由于Cr碳化物的减少,因此有助于防止腐蚀的Cr量会增加;(c)通过添加在高温和高CO2分压下离子化趋势小的Ni,可以抑制腐蚀反应。
(2)开发的HP13Cr-2钢管,它不仅耐CO2腐蚀性好,而且耐硫化氢腐蚀性也好。HP13Cr-2钢管通过添加2%Mo后耐硫化氢腐蚀性比HP13Cr-1好。增加Mo的添加量,可以提高耐点腐蚀性,尤其是可以减少氢向钢中的侵入量,这与提高耐硫化氢腐蚀性有关。
(3)开发的UHP15Cr钢管,它不仅强度高,而且即使在200℃高温下也具有良好的耐CO2腐蚀性。另外,UHP15Cr钢管在高温下屈服强度(YS)的下降比双相不锈钢小,即使在200℃高温下也具有高的强度。(青山)