人们对于石油资源减少的关注日益增强，目前正在开采的油井和气井的温度和压力达到了空前的高度，开采出的液体一般都含有二氧化碳，这样就造成了更多的腐蚀。因此，要在去除腐蚀性物质和水之前输送液体时，防止流线和收集线的管道被二氧化碳腐蚀就变得极为重要。此外，这些液体通常含有微量的，因此还需要防止氯化物应力蚀裂。在这样的腐蚀环境下，对于以碳钢为管线材料，传统防腐蚀方法是向液体中注入防锈剂，用防锈剂来防止腐蚀。然而，这样做生产成本增加，尤其是近海的管线，因此防锈剂较少使用，特别是考虑到寿命周期成本。不采用防锈剂的另一个原因是担心因泄漏事故造成污染。因此，需要一种不需要使用防锈剂而又经济的材料。现有的管线用耐蚀合金，包括双相不锈钢，但缺点是材料成本高。与此相比，马氏体不锈钢通常的焊接性较差，并且需要预热和较长时间的焊后热处理。因此，考虑到管道铺设效率，马氏体不锈钢很少用于管线。然而，马氏体不锈钢具有适当的耐二氧化碳腐蚀性，而且比双相不锈钢便宜。

　　

　　为此，采取大量的炼钢技术措施，如降低碳和氮的含量、控制和添加合金元素以改善马氏体不锈钢的焊接性，开发出具有良好的焊接性和耐蚀性的管线用马氏体不锈钢无缝管。

　　

　　1开发的进程

　　

　　1.1目标特性

　　

　　开发的目标如下：

　　

　　（1）焊接性：焊接不需要预热；

　　

　　（2）热影响区最大硬度：HV350或者更低；

　　

　　（3）耐二氧化碳腐蚀性：耐5％NaCl，二氧化碳分压为3.0MPa，150℃的腐蚀环境；

　　

　　（4）耐硫化物应力蚀裂性（SSC）：耐5％NaCl，0.001MPaH2S，pH4.0；

　　

　　（5）强度：X80级（550MPa或屈服强度更高）；

　　

　　（6）低温韧性：100J或在-40℃下有更高的夏氏冲击韧性吸收能。

　　

　　1.2化学成分设计

　　

　　钢管的化学成分设计要考虑合金元素对马氏体不锈钢的焊接性、耐蚀性、热加工性和其他特性的影响。尤其是焊接性的研究根据用于二氧化碳环境的石油管的KO－13Cr(0.20C－13Cr－0.03N)的化学成分，同时在基体材料中保持同等的耐蚀性。根据表1关于化学成分对热加工性和其他特性的影响的研究结果，这种钢的化学成分最终确定为12Cr－5Ni－2Mo－0.01N，0.015C或更低。

　　

　　1.2.1焊接性

　　

　　由于马氏体不锈钢在焊接时存在产生焊接裂纹的倾向，在实际应用中要进行预热以防止产生裂纹。焊接裂纹是由溶解到焊接金属和焊接热影响区中的氢以及热影响区马氏体相变诱发的硬化和残余应力引起的。因此，在材料方面防止焊接裂纹的有效手段是降低碳和氮的含量以抑制因马氏体相变诱发的硬化。表1所示为低C＋N马氏体不锈钢的Y形坡口焊抗裂试验结果。抗裂试验用钢含碳或氮0.03％，同时将钢中的碳和氮都将低到0.01％，不进行抗裂试验，在30℃下预热。结果说明如果碳和氮的含量降低到0.01％，不经预热进行焊接是可能的。现有的炼钢技术可以将碳和氮的含量降低到如此低的水平。

　　

　　表1 低C＋N马氏体不锈钢的Y形坡口焊抗裂试验结果