耐蚀性好的油井用高强度高Cr钢管的开发
2006-01-20 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
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 HP13Cr钢管的开发
1．1开发思路
13Cr钢管在100℃以下的环境中具有良好的耐蚀性。但是，在超过100℃的环境下，会出现全面腐蚀，在Co2分压高的环境下则变得不耐用。另外，在高Cl-环境下有时会发生点腐蚀。因此，作为替代13Cr钢在高温高Co2的苛刻环境下使用的油井管，不仅开发了HP13Cr-1，而且还开发了能提高耐Co2腐蚀性和耐硫化氢腐蚀性的HP13Cr-2钢管。开发目标如下。(1)耐Co2腐蚀性：能在150℃下使用；(2)耐SSC性：当H2S为0.01MPa、pH4.5时，不会发生SSC；(3)能采用曼内斯曼斜轧穿孔钢管轧制法进行生产。
为提高耐Co2腐蚀性，有效的办法是添加合金元素。在湿Co2环境下，为提高耐全面腐蚀性，有效的办法是降低C量或增加Cr和Ni的添加量。另外，为提高耐点腐蚀性，有效的办法是添加Mo。因此，作为新成分的设计想法，为提高耐全面腐蚀性，决定减少C量，添加Ni，为提高耐点腐蚀性，添加Mo。
另一方面，关13Cr系钢管的耐硫化氢腐蚀问题，研究表明SSC发生机理基本上是因氢脆性产生的。但是，由于其裂纹是从点腐蚀处开始发生并传播的，因此为提高耐SSC性，有两点很重要。一是减少侵入钢中的氢量；二是提高耐点腐蚀性。尤其是，一旦发生点腐蚀，占腐蚀内的pH会下降，会促进氢的侵入。因此，为提高耐硫化氢腐蚀性，有效的办法是再增加Mo的添加量。
但是，对于13Cr系钢管，如果铁素体生成元素量增加，在高温区域中三角形铁素体相会在奥氏体相中析出。这种三角形铁素体相的析出会使钢管的热加工性下降，导致耐蚀性变差。C和Ni是奥氏体的生成元素，Mo是铁素体的生成元素。减少C量，添加Mo会促进三角形铁素体相的生成，因此应在考虑相平衡后再决定Ni的添加量。
1. 2 实验方法
作为试验用材料，使用了以13Cr钢为基础，减少c量，添加Mo的小型钢坯。先把钢坯轧制成12mm厚，在1000℃下保持40min，经空冷淬火处理后，通过回火处理可获得规定的强度。
通过裂隙腐蚀试验和U形弯曲SSC试验，对耐Co2腐蚀性进行了评价。裂隙腐蚀试验方法是，把从试验用材料的板厚中间部切出的3mm厚×25mm宽×50mm长的试样用聚四氟乙烯夹具夹住，开一道裂隙，然后将其浸渍在高压釜中。根据腐蚀减少量换算的全面腐蚀速度(mm／y)对耐Co2腐蚀性进行了评价。U形弯曲SSC试验方法是，从试验用材料的板厚中间部切出2mm厚×10mm宽×75mm长的试样，经U形弯曲后，将其浸渍在高压釜中。两种试验条件都使用20％NaCl水溶液，Co2分压设定为3.0MPa。试验温度150℃，试验时间168h。用API-13Cr钢管作为试验对比材料。
SSC试验是按照NACE-TM0177-90的A方法规定的定载荷试验进行的。试验用溶液是通过添加CH3COONa，把5％NaCl+0.5％CH3COOH溶液调整为pH2.8-4.5后使用。一面把0.1MPa的1％～25％H2S+CO2平衡后的混合气体吹人试验用溶液中，一面把试样浸渍在24℃的溶液中30天，并施加应力负荷。负荷应力设定为100％SMYS(额定最小屈服强度)。
为调查环境因素和合金元素对氢侵入的影响，进行了氢渗透试验。把试样夹在装有模拟腐蚀环境试验液的传感器和氢渗透速度测定用传感器之间，并把由环境侧侵入的氢作为阳极电流进行测定。
关于氢渗透速度的测定，与SSC试验一样，通过添加CH3COONa，把5％NaCl+0.5％CH3COOH溶液调整为pH2.8～4.5后，一面把0.1Mpa的1％～10％H2S+CO2平衡后的混合气体吹入该溶液中，一面进行测定。试样的厚度为1mm，氢渗透测定部分的面积为7cm2。
1．3 耐CO2腐蚀性的改善
API-13Cr钢管的腐蚀速度在lmm／v以上，而本文试验用钢的腐蚀速度都在0.05mm／y以下，具有良好的耐CO2腐蚀性。即使c量在0.01％～0.03％之间变化，对耐CO2腐蚀性也没有影响。另外，没有添加Mo的钢腐蚀速度为0.05mm／y，比添加1％Mo的钢大，但比API-13Cr钢管低的很多，因此可以认为减少C量，添加Ni能有效提高耐CO2腐蚀性。
在SSC试验中，在无添加Mo的钢和0.75％Mo钢中能看到SSC。另一方面，1％Mo钢没有发生SSC，它与C和Ni添加量无关。由此可知，为确保耐SSC性，必须添加1％的Mo。另外，即使在API-13Cr钢管中也没有发生SSC。可以认为这是出现了全面腐蚀形态的缘故。
降低C的试验用钢由于碳化物量比API-13Cr钢管低，基一质中能有效防止腐蚀的Cr量多，因此能抑制腐蚀的阳极反应。由此可以认为降低C量有助于提高耐CO2腐蚀性。
在以上耐蚀性试验结果的基础上，通过从钢管热加工性方面来考虑Ni的平衡，结果开发出了耐CO2腐蚀性好的油井用钢管——HPl3Cr一1(0.025C一13Cr一4Ni一1Mo)。
1．4 耐SSC性的改善
马氏体系不锈钢的SSC是因点腐蚀而产生的，并通过氢脆性而传播。因此，为提高耐SSC性，有效的办法是改善耐点腐蚀性和抑制氢向钢中的侵入。添加Mo能有效提高耐点腐蚀性。当Mo的添加量由1％增加到2％时，可以提高耐点腐蚀性。在pH3.0的条件下，几乎看不到耐SSC性得到提高的效果，但在pH3.2以上的条件下，添加Mo的效果就显现出来了。
对pH3.5、H2S为0.01MPa条件下的氢渗透速度进行了测定。结果表明，1％Mo钢的氢渗透速度随时间的增加而提高。可以认为这是一种钝态皮膜受到破坏的现象。另一方面，2％Mo钢的氢渗透速度在18μA左右时最大，其后减小。可以认为这是因为增加Mo的添加量后有促进再钝态化的效果。
pH4.0的氢渗透速度比pH3.5大幅度下降。当pH4.5时，看不到氢的渗透。这表明在pH4.5时，钝态皮膜会变得稳定，不会发生腐蚀，没有氢从钢表面侵入。添加Mo的效果是，Mo不仅可以提高耐点腐蚀性，抑制因SSC而产生的点腐蚀，而且能减少氢在钢中的侵入量。尤其是，在发生点腐蚀的情况下，由于点腐蚀内的pH低，会促进氢的侵入，因此为提高耐硫化氢腐蚀性，必须添加Mo。
根据以上结果，开发了耐CO2腐蚀性和耐硫化氢腐蚀性好的HPl3Cr-2钢管(0.025C一13Cr一5Ni一2Mo)。
2 UHPl5Cr钢管的开发
2．1 开发思路
与普通13Cr钢管相比，HP13Cr钢管在高温下的耐CO2腐蚀性更好。但是，其可使用温度在160℃左右。另一方面，随着油井深度的不断增加，对高强度、耐高温钢管的要求不断提高。因此，作为进一步提高HP13Cr耐蚀性的高强度钢管，开发了UHPl5Cr钢管。开发目标如下。(1)YS≥861MPa(125ksi)；(2)可使用临界温度：200℃(CO2为10MPa)；(3)可使用硫化氢临界分压：0.01MPa(pH4.5)；(4)能采用曼内斯曼斜轧穿孔钢管轧制法进行生产。
提高耐蚀性的有效办法是增加Cr、Ni、Mo和Cu等合金元素添加量。尤其是，Cr是提高耐CO2腐蚀性最有效的元素，但它会促进铁素体的生成。因此，在HP13Cr的基础上再考虑热加工性，对Ni的平衡进行控制，同时在考虑到硫化氢腐蚀性后研究了合金元素添加量。
2．2 实验方法
作为试验用材料，使用以HPl3Cr钢为基础，改变Cr、Ni、Mo和Cu添加量的小型钢坯。对板状浸渍试样的耐CO2腐蚀性进行了评价。把从试验用材料的板厚中间部切出的3mm厚×25mm宽×50mm长试样浸渍在高压釜中，根据腐蚀减少量换算的全面腐蚀速度(mm／y)对耐CO2腐蚀性进行了评价。
2．3 耐蚀性
在200℃的CO2环境下，增加Cr、Ni、Mo和Cu添加量有助于改善耐蚀性，尤其是在高CO2环境下，增加Cr的添加量对提高耐蚀性的效果最明显。在200℃、CO2分压为10MPa的环境下，为把腐蚀速度抑制在0.127mm／y以下，必须确保Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu在20.5以上。
另一方面，Cu是形成铁素体的强有力元素，因此为防止三角形铁素体相的析出，必须增加Ni的添加量。尤其是，为确保耐点腐蚀性和耐SSC性，必须添加2％的Mo。因此，考虑到钢管的耐蚀性、热加工性和强度，确定UHP15Cr的成分系为0.03C一15Cr一6Ni一2Mo一1Cu。
2．4 实际钢管的生产结果
采用无缝轧制法生产了外径88.9mm、壁厚6.45mm和外径114.3mm、壁厚6.88mm的耐CO2腐蚀性好的HP13Cr-1钢管、耐硫化氢腐蚀性好的HPl3Cr-2钢管和高强度且高温耐蚀性好的UHPl5Cr钢管，并对其特性进行了调查。作为比较钢管，使用了壁厚和外径与HPl3Cr相同的13 Cr钢管。将HPl3Cr钢管的强度调整到YS为95ksi(650MPa)，UHP15Cr钢管的强度调整到YS为125ksi(861MPa)。
将UHPl5Cr钢管的高温拉伸试验结果和25Cr双相不锈钢钢管的试验结果进行了对比。在200℃时，25Cr双相不锈钢钢管的YS比常温低大约150MPa，而UHPl 5Cr钢管的YS比常温低大约50MPa，两者的差距扩大至100MPa。由于双相不锈钢钢管在冷拔后确保了高的强度，因此在高温下位错开放，强度会下降。另一方面，UHP15Cr钢管是通过控制组织和析出物来确保强度，因此即使在高温下强度的下降也较小。
对HPl3Cr-1、HPl3Cr-2和UHPl5Cr钢管进行了CO2腐蚀试验。可使用的腐蚀速度判定标准为0.125mm／y。可使用范围受CO2分压和温度的影响。例如，API-13Cr钢管在CO2为3MPa条件下，可使用的临界温度为100℃，而HPl3Cr为160℃，UHPl5Cr为200℃。
随着pH的升高，硫化氢临界浓度也会升高。对于HPl3Cr来说，在pH3.0条件下，即使H2S分压为0.001MPa，也会发生SSC，但在pH4.0条件下，没有发生SSC的硫化氢临界分压为0.01MPa。对于UHPl5Cr来说，尽管强度高达125ksi，也具有良好的耐SSC性，pH4.5条件下的硫化氢临界分压为0.01 MPa。
根据UHP15Cr钢管在SSC试验后的截面照片可知，SSC是因点腐蚀而产生的，并通过氢脆性而传播。UHPl5Cr钢管具有良好的耐SSC性是因为增加Cr的添加量后提高了耐点腐蚀性所致。
3 结束语
(1)开发的耐CO2腐蚀性好的HPl3Cr钢管，与API-13Cr钢管相比，HPl3Cr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℃。HPl3Cr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量增加；(c)通过添加在高温和高c分压下离子化趋势小的Ni，可以抑制腐蚀反应。
(2)开发了HPl3Cr-2钢管，它不仅耐CO2腐蚀性好，而且耐硫化氢腐蚀性也好。HPl3Cr-2钢管通过添加2％Mo后耐硫化氢腐蚀性比HPl3Cr-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)开发了UHPl5Cr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，UHPl5Cr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。
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 HP13Cr钢管的开发
1．1开发思路
13Cr钢管在100℃以下的环境中具有良好的耐蚀性。但是，在超过100℃的环境下，会出现全面腐蚀，在Co2分压高的环境下则变得不耐用。另外，在高Cl-环境下有时会发生点腐蚀。因此，作为替代13Cr钢在高温高Co2的苛刻环境下使用的油井管，不仅开发了HP13Cr-1，而且还开发了能提高耐Co2腐蚀性和耐硫化氢腐蚀性的HP13Cr-2钢管。开发目标如下。(1)耐Co2腐蚀性：能在150℃下使用；(2)耐SSC性：当H2S为0.01MPa、pH4.5时，不会发生SSC；(3)能采用曼内斯曼斜轧穿孔钢管轧制法进行生产。
为提高耐Co2腐蚀性，有效的办法是添加合金元素。在湿Co2环境下，为提高耐全面腐蚀性，有效的办法是降低C量或增加Cr和Ni的添加量。另外，为提高耐点腐蚀性，有效的办法是添加Mo。因此，作为新成分的设计想法，为提高耐全面腐蚀性，决定减少C量，添加Ni，为提高耐点腐蚀性，添加Mo。
另一方面，关13Cr系钢管的耐硫化氢腐蚀问题，研究表明SSC发生机理基本上是因氢脆性产生的。但是，由于其裂纹是从点腐蚀处开始发生并传播的，因此为提高耐SSC性，有两点很重要。一是减少侵入钢中的氢量；二是提高耐点腐蚀性。尤其是，一旦发生点腐蚀，占腐蚀内的pH会下降，会促进氢的侵入。因此，为提高耐硫化氢腐蚀性，有效的办法是再增加Mo的添加量。
但是，对于13Cr系钢管，如果铁素体生成元素量增加，在高温区域中三角形铁素体相会在奥氏体相中析出。这种三角形铁素体相的析出会使钢管的热加工性下降，导致耐蚀性变差。C和Ni是奥氏体的生成元素，Mo是铁素体的生成元素。减少C量，添加Mo会促进三角形铁素体相的生成，因此应在考虑相平衡后再决定Ni的添加量。
1. 2 实验方法
作为试验用材料，使用了以13Cr钢为基础，减少c量，添加Mo的小型钢坯。先把钢坯轧制成12mm厚，在1000℃下保持40min，经空冷淬火处理后，通过回火处理可获得规定的强度。
通过裂隙腐蚀试验和U形弯曲SSC试验，对耐Co2腐蚀性进行了评价。裂隙腐蚀试验方法是，把从试验用材料的板厚中间部切出的3mm厚×25mm宽×50mm长的试样用聚四氟乙烯夹具夹住，开一道裂隙，然后将其浸渍在高压釜中。根据腐蚀减少量换算的全面腐蚀速度(mm／y)对耐Co2腐蚀性进行了评价。U形弯曲SSC试验方法是，从试验用材料的板厚中间部切出2mm厚×10mm宽×75mm长的试样，经U形弯曲后，将其浸渍在高压釜中。两种试验条件都使用20％NaCl水溶液，Co2分压设定为3.0MPa。试验温度150℃，试验时间168h。用API-13Cr钢管作为试验对比材料。
SSC试验是按照NACE-TM0177-90的A方法规定的定载荷试验进行的。试验用溶液是通过添加CH3COONa，把5％NaCl+0.5％CH3COOH溶液调整为pH2.8-4.5后使用。一面把0.1MPa的1％～25％H2S+CO2平衡后的混合气体吹人试验用溶液中，一面把试样浸渍在24℃的溶液中30天，并施加应力负荷。负荷应力设定为100％SMYS(额定最小屈服强度)。
为调查环境因素和合金元素对氢侵入的影响，进行了氢渗透试验。把试样夹在装有模拟腐蚀环境试验液的传感器和氢渗透速度测定用传感器之间，并把由环境侧侵入的氢作为阳极电流进行测定。
关于氢渗透速度的测定，与SSC试验一样，通过添加CH3COONa，把5％NaCl+0.5％CH3COOH溶液调整为pH2.8～4.5后，一面把0.1Mpa的1％～10％H2S+CO2平衡后的混合气体吹入该溶液中，一面进行测定。试样的厚度为1mm，氢渗透测定部分的面积为7cm2。
1．3 耐CO2腐蚀性的改善
API-13Cr钢管的腐蚀速度在lmm／v以上，而本文试验用钢的腐蚀速度都在0.05mm／y以下，具有良好的耐CO2腐蚀性。即使c量在0.01％～0.03％之间变化，对耐CO2腐蚀性也没有影响。另外，没有添加Mo的钢腐蚀速度为0.05mm／y，比添加1％Mo的钢大，但比API-13Cr钢管低的很多，因此可以认为减少C量，添加Ni能有效提高耐CO2腐蚀性。
在SSC试验中，在无添加Mo的钢和0.75％Mo钢中能看到SSC。另一方面，1％Mo钢没有发生SSC，它与C和Ni添加量无关。由此可知，为确保耐SSC性，必须添加1％的Mo。另外，即使在API-13Cr钢管中也没有发生SSC。可以认为这是出现了全面腐蚀形态的缘故。
降低C的试验用钢由于碳化物量比API-13Cr钢管低，基一质中能有效防止腐蚀的Cr量多，因此能抑制腐蚀的阳极反应。由此可以认为降低C量有助于提高耐CO2腐蚀性。
在以上耐蚀性试验结果的基础上，通过从钢管热加工性方面来考虑Ni的平衡，结果开发出了耐CO2腐蚀性好的油井用钢管——HPl3Cr一1(0.025C一13Cr一4Ni一1Mo)。
1．4 耐SSC性的改善
马氏体系不锈钢的SSC是因点腐蚀而产生的，并通过氢脆性而传播。因此，为提高耐SSC性，有效的办法是改善耐点腐蚀性和抑制氢向钢中的侵入。添加Mo能有效提高耐点腐蚀性。当Mo的添加量由1％增加到2％时，可以提高耐点腐蚀性。在pH3.0的条件下，几乎看不到耐SSC性得到提高的效果，但在pH3.2以上的条件下，添加Mo的效果就显现出来了。
对pH3.5、H2S为0.01MPa条件下的氢渗透速度进行了测定。结果表明，1％Mo钢的氢渗透速度随时间的增加而提高。可以认为这是一种钝态皮膜受到破坏的现象。另一方面，2％Mo钢的氢渗透速度在18μA左右时最大，其后减小。可以认为这是因为增加Mo的添加量后有促进再钝态化的效果。
pH4.0的氢渗透速度比pH3.5大幅度下降。当pH4.5时，看不到氢的渗透。这表明在pH4.5时，钝态皮膜会变得稳定，不会发生腐蚀，没有氢从钢表面侵入。添加Mo的效果是，Mo不仅可以提高耐点腐蚀性，抑制因SSC而产生的点腐蚀，而且能减少氢在钢中的侵入量。尤其是，在发生点腐蚀的情况下，由于点腐蚀内的pH低，会促进氢的侵入，因此为提高耐硫化氢腐蚀性，必须添加Mo。
根据以上结果，开发了耐CO2腐蚀性和耐硫化氢腐蚀性好的HPl3Cr-2钢管(0.025C一13Cr一5Ni一2Mo)。
2 UHPl5Cr钢管的开发
2．1 开发思路
与普通13Cr钢管相比，HP13Cr钢管在高温下的耐CO2腐蚀性更好。但是，其可使用温度在160℃左右。另一方面，随着油井深度的不断增加，对高强度、耐高温钢管的要求不断提高。因此，作为进一步提高HP13Cr耐蚀性的高强度钢管，开发了UHPl5Cr钢管。开发目标如下。(1)YS≥861MPa(125ksi)；(2)可使用临界温度：200℃(CO2为10MPa)；(3)可使用硫化氢临界分压：0.01MPa(pH4.5)；(4)能采用曼内斯曼斜轧穿孔钢管轧制法进行生产。
提高耐蚀性的有效办法是增加Cr、Ni、Mo和Cu等合金元素添加量。尤其是，Cr是提高耐CO2腐蚀性最有效的元素，但它会促进铁素体的生成。因此，在HP13Cr的基础上再考虑热加工性，对Ni的平衡进行控制，同时在考虑到硫化氢腐蚀性后研究了合金元素添加量。
2．2 实验方法
作为试验用材料，使用以HPl3Cr钢为基础，改变Cr、Ni、Mo和Cu添加量的小型钢坯。对板状浸渍试样的耐CO2腐蚀性进行了评价。把从试验用材料的板厚中间部切出的3mm厚×25mm宽×50mm长试样浸渍在高压釜中，根据腐蚀减少量换算的全面腐蚀速度(mm／y)对耐CO2腐蚀性进行了评价。
2．3 耐蚀性
在200℃的CO2环境下，增加Cr、Ni、Mo和Cu添加量有助于改善耐蚀性，尤其是在高CO2环境下，增加Cr的添加量对提高耐蚀性的效果最明显。在200℃、CO2分压为10MPa的环境下，为把腐蚀速度抑制在0.127mm／y以下，必须确保Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu在20.5以上。
另一方面，Cu是形成铁素体的强有力元素，因此为防止三角形铁素体相的析出，必须增加Ni的添加量。尤其是，为确保耐点腐蚀性和耐SSC性，必须添加2％的Mo。因此，考虑到钢管的耐蚀性、热加工性和强度，确定UHP15Cr的成分系为0.03C一15Cr一6Ni一2Mo一1Cu。
2．4 实际钢管的生产结果
采用无缝轧制法生产了外径88.9mm、壁厚6.45mm和外径114.3mm、壁厚6.88mm的耐CO2腐蚀性好的HP13Cr-1钢管、耐硫化氢腐蚀性好的HPl3Cr-2钢管和高强度且高温耐蚀性好的UHPl5Cr钢管，并对其特性进行了调查。作为比较钢管，使用了壁厚和外径与HPl3Cr相同的13 Cr钢管。将HPl3Cr钢管的强度调整到YS为95ksi(650MPa)，UHP15Cr钢管的强度调整到YS为125ksi(861MPa)。
将UHPl5Cr钢管的高温拉伸试验结果和25Cr双相不锈钢钢管的试验结果进行了对比。在200℃时，25Cr双相不锈钢钢管的YS比常温低大约150MPa，而UHPl 5Cr钢管的YS比常温低大约50MPa，两者的差距扩大至100MPa。由于双相不锈钢钢管在冷拔后确保了高的强度，因此在高温下位错开放，强度会下降。另一方面，UHP15Cr钢管是通过控制组织和析出物来确保强度，因此即使在高温下强度的下降也较小。
对HPl3Cr-1、HPl3Cr-2和UHPl5Cr钢管进行了CO2腐蚀试验。可使用的腐蚀速度判定标准为0.125mm／y。可使用范围受CO2分压和温度的影响。例如，API-13Cr钢管在CO2为3MPa条件下，可使用的临界温度为100℃，而HPl3Cr为160℃，UHPl5Cr为200℃。
随着pH的升高，硫化氢临界浓度也会升高。对于HPl3Cr来说，在pH3.0条件下，即使H2S分压为0.001MPa，也会发生SSC，但在pH4.0条件下，没有发生SSC的硫化氢临界分压为0.01MPa。对于UHPl5Cr来说，尽管强度高达125ksi，也具有良好的耐SSC性，pH4.5条件下的硫化氢临界分压为0.01 MPa。
根据UHP15Cr钢管在SSC试验后的截面照片可知，SSC是因点腐蚀而产生的，并通过氢脆性而传播。UHPl5Cr钢管具有良好的耐SSC性是因为增加Cr的添加量后提高了耐点腐蚀性所致。
3 结束语
(1)开发的耐CO2腐蚀性好的HPl3Cr钢管，与API-13Cr钢管相比，HPl3Cr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℃。HPl3Cr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量增加；(c)通过添加在高温和高c分压下离子化趋势小的Ni，可以抑制腐蚀反应。
(2)开发了HPl3Cr-2钢管，它不仅耐CO2腐蚀性好，而且耐硫化氢腐蚀性也好。HPl3Cr-2钢管通过添加2％Mo后耐硫化氢腐蚀性比HPl3Cr-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)开发了UHPl5Cr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，UHPl5Cr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。
