人們對于石油資源減少的關注日益增強，目前正在開采的油井和氣井的溫度和壓力達到了空前的高度，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和水之前輸送液體時，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力蝕裂。在這樣的腐蝕環境下，對于以碳鋼為管線材料，傳統防腐蝕方法是向液體中注入防銹劑，用防銹劑來防止腐蝕。然而，這樣做生產成本增加，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原因是擔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濟的材料。現有的管線用耐蝕合金，包括雙相不銹鋼，但缺點是材料成本高。與此相比，馬氏體不銹鋼通常的焊接性較差，并且需要預熱和較長時間的焊后熱處理。因此，考慮到管道鋪設效率，馬氏體不銹鋼很少用于管線。然而，馬氏體不銹鋼具有適當的耐二氧化碳腐蝕性，而且比雙相不銹鋼便宜。

　　

　　為此，采取大量的煉鋼技術措施，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，開發出具有良好的焊接性和耐蝕性的管線用馬氏體不銹鋼無縫管。

　　

　　1開發的進程

　　

　　1.1目標特性

　　

　　開發的目標如下：

　　

　　（1）焊接性：焊接不需要預熱；

　　

　　（2）熱影響區最大硬度：HV350或者更低；

　　

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

　　

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

　　

　　（5）強度：X80級（550MPa或屈服強度更高）；

　　

　　（6）低溫韌性：100J或在-40℃下有更高的夏氏沖擊韌性吸收能。

　　

　　1.2化學成分設計

　　

　　鋼管的化學成分設計要考慮合金元素對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用于二氧化碳環境的石油管的KO－13Cr(0.20C－13Cr－0.03N)的化學成分，同時在基體材料中保持同等的耐蝕性。根據表1關于化學成分對熱加工性和其他特性的影響的研究結果，這種鋼的化學成分最終確定為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存在產生焊接裂紋的傾向，在實際應用中要進行預熱以防止產生裂紋。焊接裂紋是由溶解到焊接金屬和焊接熱影響區中的氫以及熱影響區馬氏體相變誘發的硬化和殘余應力引起的。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形坡口焊抗裂試驗結果。抗裂試驗用鋼含碳或氮0.03％，同時將鋼中的碳和氮都將低到0.01％，不進行抗裂試驗，在30℃下預熱。結果說明如果碳和氮的含量降低到0.01％，不經預熱進行焊接是可能的。現有的煉鋼技術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形坡口焊抗裂試驗結果