海洋石油装备材料的应用现状及发展建议（上）.pdf

2 0 1 5年第 1卷第 5期 石油管材与仪器 P ETR0LEUM TUBULAR GooDS S TRU]MENTS 综 述 海洋石油装备材料的应用现状及发展建议 上 杜伟李鹤林 中国石油集团石油管工程技术研究院陕西西安7 1 0 0 7 7 摘 要 海洋石油装备材料品种繁多， 几乎涉 L ． r - 程材料的各个领域。文章分析 了海洋服役条件对海洋石油装备材料的特殊要 求， 讨论了海洋石油装备材料的应用现状， 最后给出了我国海洋石油装备材料的发展建议。 关 键 词 海洋石油装备材料； 低合金钢； 不锈钢； 耐蚀合金 ； 有色金属； 非金属材料 中图法分类号 T E 9 5 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 6 0 0 7 7 2 0 1 5 0 5 0 0 0 1 0 7 App l i c a t i o n S t a t u s a n d De v e l o p me n t S ug g e s t i o n s o n Off s h o r e Oi l E q u i p me n t Ma t e r i a l s P a r t I DU W e i ， LI He l i n C N P C T u b u l a r G o o d s R e s e a r c h I n s t i t u t e ， a r t ， S h a a n x i 7 1 0 0 7 7 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e o ff s h o r e o i l e q u i p me n t ma t e ri a l s i n c l u d e a w i d e r a n g e o f t y p e s ，wh i c h i n v o l v e almo s t all fi e l d s o f e n g i n e e r i n g ma t e ri a l s ．I n t h i s a r t i c l e t h e s p e c i a l r e q u i r e me n t s o f s e r v i c e c o n d i t i o n s o n o ff s h o r e o i l e q u i p me n t ma t e r i als i s a n a l y z e d，an d t h e a p p l i c a t i o n s t a t u s i s d i s c u s s e d ． I n t h e l a s t ，t h e d e v e l o p me n t s u g g e s t i o n s i s g i v e n ． Ke y wo r do ff s h o r e o i l e q u i p me n t ma t e ri als ，l o wa l l o y s t e e l ，s t a i n l e s s s t e e l ，c o r r o s i o nr e s i s t a n t a l l o y s ，No nf e r r o u s me t a l ，n o nme t a l l i c ma t e ri al 0 引 言 2 1 世纪是海洋的世纪， 海洋在国家经济发展及维护 国家主权的地位更加突出。2 1 世纪以来 ， 世界新增油气 储量和产量已主要来 自于海洋。预计到 2 0 1 5年末， 海洋 油气产量占全球总产量的比例将分别达到3 9 ％和 3 4 ％。 我国海洋油气资源储量巨大， 而海上石油资源探明程度 约为1 2 ． 3 ％ 世界平均约为7 3 ． 0 ％ ， 天然气资源探明程 度约为1 0 ． 9 ％ 世界平均约为 6 0 ． 5 ％ ， 探明率远低于世 界平均水平， 因此我国海洋油气资源勘探开采潜力 巨大 。 海洋环境条件恶劣， 没有高性能材料作为保障， 海 洋油气开发将受到很大制约 。近年来 ， 我国海洋石油装 备材料虽已取得长足进步， 但与国际先进水平和我国发 展需求相 比， 仍然存在诸多差距和不足。首先， 对于海 洋石油装备关键及核心材料 ， 我国尚不能完全 自给。例 如海洋 自升式平 台用大厚度 厚度超过 1 5 0 m l n 齿条 钢， 低温环境用高强度 F级平台钢， 水下井 E l 和采油树 用超级双相不锈钢、 铁镍基合金、 镍基合金等 ， 在性能稳 定性及批量供货能力等方面还与国外存在差距。其次， 我国海洋石油装备材料应用研究基础薄弱 ， 无法对材料 的合理选用提供技术支持。主要体现在 1 材料基础数 据匮乏 ， 如缺乏相关的材料标准体系； 2 材料服役条件 环境和载荷 研究不足， 如材料在海洋环境下的腐蚀数 据掌握还不全面， 限制了国产材料在设计 中的选用。再 次， 装备上下游企业沟通及合作不通畅， 造成装备领域 与材料制造环节的脱节 ， 导致材料单位无法根据装备需 求研究开发新产品， 装备企业舍近求远采购国外高价材 料， 而对国内已开发的成熟材料不闻不问。鉴于 以上原 因， 导致我国海洋石油装备材料的研发及应用无法满足 工程需求， 已成为制约海洋石油装备发展的主要瓶颈。 因此， 发展高性能海洋石油装备材料对于海洋油气资源 的高效开发利用有着重要的战略意义。 第一作者简介 杜伟 ， 男， 1 9 8 2年生 ， 工程师， 2 0 0 8年毕业 于北 京科 技大学， 现主要从事石油 管的工程应用与应用基础研究。E ． m a i l d u wO 0 2 c n p c ． c o m． c n 2 0 1 5年第 1卷 第 5期 杜伟等 海洋石油装备材料的应用现状及发展建议 上 ． 3． 用钢等工程结构钢， 以及钻机 井架及底座外 、 水下井 口头、 采油树、 防喷器、 管汇等设备零件用调质钢、 低碳 马氏体钢、 渗碳钢、 渗氮钢等机械制造用钢。 2 ． 1 ． 1工程 结构 钢 1 平台用钢 平台用钢开始于 1 9世纪末 ， 初期在浅海水域使用栈 桥作为平台， 采用栈桥用钢。1 9 4 7年， 钢质导管架平 台 首次出现于墨西哥湾。此后海洋平台得到了迅速发展。 现有的平台用钢是 由船板钢或压力容器用钢移植而来， 主要参考 A B S 、 B V、 C C S 、 D N V、 G L、 L R、 K R、 N K、 R L N A等 九大船级社规范。中国船级社 C C S 材料与焊接规范规 定了一般强度、 高强度以及高强度淬火回火钢等三类强 度级别钢种， 每一强度级别又按照韧性要求不同， 细分 为多个质量级别 A、 B或 F 、 D、 E 。除船级社规范外 ， 平 台用钢 还常采用 E N 1 0 2 2 5 、 G B ／ T 7 1 2 、 Y B ／ T 4 2 8 3 、 A P I S p e c 2 H、 A P I S p e c 2 W 、 AP I S p e c 2 Y 以及 A S T M A 5 1 4 ／ A 5 1 7等标准。目前， 平台用钢的最高强度级别达到 6 9 0 MP a ， 最低冲击试验温度为 一 6 0 ℃ F级 。为保证钢 材性能， 对这类钢的内在质量要求较高， 既要求钢 中含 有较低的有害元素和气体、 夹杂物数量， 又要求钢材具 有良好的表面质量。 2 井架与底座用钢 井架及底座是钻机的重要组成部分。井架及底座 最早采用 A 3或 1 6 M n工、 槽、 角钢， 致使井架及底座比较 笨重。目前井架及底座用钢主要选用低合金高强度钢。 这类钢在 G B 1 5 9 1 1 9 8 8标准中称为低合金结构钢， 在 1 9 9 4年标准 G B 1 5 9 1 1 9 9 4 中改称为低合金高强度结 构钢。现行的 G B ／ T 1 5 9 1标准 中包 括 了 Q 3 4 5 、 Q 3 9 O 、 Q 4 2 O 、 Q 4 6 0 、 Q 5 o o 、 Q 5 5 o 、 Q 6 2 o和 Q 6 9 O等八个强度级别。 钢材可 以热轧 、 控轧、 正火、 正火轧制或正火加回火、 热 机械轧制 T M C P 或热机械轧制加回火状态交货。通过 添加 Mn 、 S i 、 V、 N b和 T i 等合金元素， 低合金高强度结构 钢在提高强度的同时 ， 保证 了良好的塑性和韧性， 以及 较好的可焊性 和冷 加工性能。另外 ， Y B ／ T 4 2 7 4中的 S M 4 9 0 Y B 、 S M 4 9 0 B、 S M 4 O O B等热轧 H型钢也被用于制 作钻机井架及底座。随着超深水钻井的开发， 井架及底 座用钢向高强轻量化发展， Q 4 2 0 、 Q 4 6 0等高级别钢种将 大量使用。高强度钢种 的使用， 可大幅度减轻结构 自 重 ， 明显提高井架及底座的承载能力。 3 管线钢 管线钢主要采用 A P I S P E C 5 L 、 I S O 3 1 8 3标准 ， 对于 海底管道用管线钢同时也执行 D N VO SF 1 0 1标准。 由于早期 油气管道管径小、 压力低以及冶金技术 的限 制 ， 直至2 0世纪 4 0年代末管道用钢一直采用 C 、 M n 、 S i 型的普通碳素钢， 典型化学成分为 0 ． 1 ％ ～0 ． 2 5 ％C， 0 ． 4 0 ％ ～ 0 ． 7 ％M n ， 0 ． 1 ％ ～ 0 ． 5 ％S i ， 以及 s 、 P和其他残 存元素。随着管道工程对钢管要求的提高， 管线钢开始 采用低合金高强度钢。与普通碳素钢一样， 普通低合金 高强度钢主要在热轧或正火状态使用。随着管道输送 压力和钢管管径的增加， 1 9 6 71 9 7 0年期间 A P I 5 L X和 5 L S 增加了 X 5 6 、 X 6 0和 X 6 5钢级 ， 从此管线钢进入了微 合金化和控轧生产阶段。管线钢成为了国内外微合金 化技术应用的典型代表。目前 ， 管线钢的最高强度级别 为 X 1 2 0 。冶金技术 、 T MC P技术 以及超快冷技术 的进 步 ， 使现代管线钢具备了优异的综合力学性能， 见表 1 ， X 9 0 、 X l 0 0 及 X 1 2 0高钢级管线钢均具有优异的强韧性 匹配 ， 其中 X 1 2 0 管线钢屈服强度超过 8 4 0 MP a ， 一 3 O c c 冲击功大于 2 5 0 J 。管线钢生产几乎应用了冶金领域近 2 0多年来的主要新工艺 、 新技术和新设备， T M C P工艺生 产的管线钢及钢管在海洋石油装备中的应用也越来越广泛。 表 1 典型高 强度 管线钢管的力学性能 目前 ， 国外海底管道 中应用 的最高级别管线钢为 X 7 0 ， 钢管壁厚最大为4 1 ． 0 m m。我国海底管道建设中普 遍应用的是 X 6 5管线 钢， 钢管最大壁 厚为 3 1 ． 8 m m。 2 0 1 2年完工的南海一荔湾输气管道工程项 目代表了国 石油管材与仪器 P E T R OL E U M T U B U L A R GOOD S I N S T R U ME N T S 2 0 1 5年 1 O月 内海底管道建设的最高水平， 开创了我国 1 5 0 0 m lT l 作业 水深的管道工程记录。为适应海底管道的安装要求和 服役环境 ， 与陆地管线钢相 比， 海底管线钢的合金设计 更为严格 ， 其特点为 1 低的碳含量； 2 低的碳当量； 3 低的 S , P含量。另外， 海底管线钢在性能和其他方 面的主要特征还包括 1 高 的形变强化指数和均匀伸 长率； 2 低的屈强比； 3 优 良的纵向拉伸性能； 4 低 的铸坯中心偏析 ， 良好的厚度方 向的均匀性， 低 的断1 3 分离和层状撕裂的几率； 5 严格的尺寸偏差和精度控 制； 6 良好的焊接性。 管线钢除主要用于陆地和海底油气输送管道外， 也 是当前隔水管的主流材质， 主要采用 X 6 5一 X 8 0钢级 ， 其 特点是刚性好 ， 抗海流、 海浪等外载能力强。隔水管主 管性能要求主要参考 A P I S p e c 5 L 管线管规范 、 D N V O S F 1 0 1 海底 管线系统 、 D N VO SF 2 0 1 动态立 管 、 A P I S p e c 1 6 F 海洋钻井隔水管设备规范 、 A P I R P 1 6 Q { 海洋钻井隔水管系统设计、 选择、 操作和维护的推 荐做法 、 I S O 1 3 6 2 8 7 ／ A P I R P 1 7 G 石油和天然气工业 水下才有系统的设计与操作 第 7部分 完井修井隔水管 系统 等标准。为了抵御超深水域恶劣的环境载荷， 隔 水管通常采用具有较高疲劳特性 的钢， 现行一般选用 X 8 0钢级直缝埋弧焊管， 并且正在向更高强度级别的 x 1 0 0和 X1 2 0钢级发展。根据 A P I 5 L和 D N VO S F 1 0 1 ， 深海钻井隔水管的主要材料A P I 5 L X 8 0 钢管需满 7 0 5 MP a ； 最小抗拉强度 6 2 5 MP a ； 最大抗 拉强度 8 2 5 MP a ； 屈强 比最大值 0 ． 9 3 ； 延伸率最小值 2 1 ％； 0 ℃下 C T O D最小值 0 ． 2 0 m m。 钢悬链线立管 S C R 具有结构简单， 造价低 ， 适用水 深较大等优点， 广泛应用于深水和超深水的海洋油气开 发中。与钻井隔水管相同， S C R也主要采用 A P I 管线钢， 包括 X 5 2 、 X 6 0 、 X 6 5以及 X 7 0等级别 ， 主要采用无缝管和 直缝埋弧焊管。 2 ． 1 ． 2机械 制造 用钢 1 调质钢 在海洋石油钻采装备中众多零部件均采用了调质 钢。例如 在海洋钻机中， 天车轴、 井架轴、 绞车轴 、 变速 箱轴、 水龙头中心管、 顶驱螺栓等用 4 0 C r N i Mo A， 泥浆泵 液缸 用 3 0 C r N i 2 M o V A， 井 架 滑 轮轴、 顶 驱 悬 挂 套 用 4 5 C r N i Mo V A， 转盘转动销用 4 2 C r M o A等均属于调质钢。 国内钻机用钢最初主要仿制前苏联材料， 在此基础上经 过多年发展 ， 目前 已形成相对完整 的国产钻机用钢体 系。我国新研制的海洋钻机也基本采用 了国内牌号。 而深水油气钻采用防喷器、 井 13头、 采油树和阀门等装 备， 因其结构及控制系统复杂， 生产技术难度很大， 其生 产技术被美国少数几家公司垄断。因此 ， 这些产品主要 执行美国材料标准， 常用的调质钢牌号包括 A I S I 4 1 3 0 、 AI S I 41 4 0、AI S I 4 3 3 0 、AI S I 4 3 40 AI S I 8 6 3 0 AI S I F 2 2 U N S K 2 1 5 9 0 或A I S I F 2 2 V U N S K 3 1 8 3 5 等。水下钻 足以下性能指标 最小屈服强度 5 5 5 MP a ； 最大屈服强度 采装备用典型调质钢的主要化学成分见表 2 。 表 2 水下钻采装备用典型调质钢的化学成分 w t ％ 除上述锻钢件外， 铸钢如 Z G 3 5 C r M o A、 Z G 2 3 0 4 5 0 、 Z G 4 0 C r N i Mo A、 Z G 2 7 C r N i 2 M o A等也常通过调质处理， 以 保证材料具有 良好的力学性能。Z G 3 5 C r Mo A主要用作 绞车轮毂、 顶驱支座、 底座滑轮等； Z G 2 3 0 4 5 0主要用作 绞车轴承 座； Z G 4 0 C r N i M o A主要用 作泥 浆泵十字 头； Z G 2 7 C r N i 2 Mo A主要用于顶驱的上盖、 壳体等。 2 低碳马氏体钢 低碳合金钢经淬火 低温回火获得强韧性好的低 碳马氏体， 其代替中碳合金调质钢， 可提高零件的承载能 力 ， 减轻产品自重。典型案例为 2 0世纪 6 0年代宝鸡石 油机械 厂与大冶钢 厂和西安 交通大 学合作， 研 发 了 2 0 S i Mn 2 M o V A代替 3 5 C r M o 制造吊环、 吊卡， 大幅度降低 了产品自重， 显著提高了零件寿命 ] 。当时， 国产旧吊 环、 吊卡根据苏联图纸要求 ， 采用 3 5钢正火或3 5 C r M o 钢 调质制造， 材料强度水平很低， 致使 吊环、 吊卡极 为笨 重， 钻井工 人劳动 强度很大。宝鸡 石油机 械厂采 用 2 0 1 5年第 1卷 第 5期 杜伟等 海洋石油装备材料的应用现状及发展建议 上 2 0 S i M n 2 Mo V A钢生产吊环和吊卡， 吊环 自重仅为苏联产 品的二分之一到三分之一， 而且 比美 国吊环也轻得多 ， 其疲劳寿命是美国 B J 公司同类产品的 1 ． 5倍。吊卡的 自重也只有仿苏产品的二分之一。新型吊环 、 吊卡与老 式吊环、 吊卡的外形尺寸对 比如图 3所示。宝鸡石油机 械厂用 2 0 S i Mn 2 M o V A 淬 火低温 回火 代替 P C r N i 3 Mo 淬火中温回火 ， 使射孔器的寿命成倍提高 ， 并且节约 材料费 3 0 ％。 a 吊环 对 比 F为新 型 吊环 b 吊卡对 比 左为 新型 吊卡 图 3 吊环 、 吊卡对 比 3 渗碳钢和氮化钢 不少机械零件要求表面有高的疲劳强度和耐磨性， 这就需要进行表面化学热处理。渗碳钢和氮化钢是为 适用于渗碳热处理和氮化热处理的需要而发展起来 的 钢种。渗碳 、 渗氮 、 碳氮共渗可提高硬度、 耐磨性及疲劳 强度， 渗硼、 渗铬可提高耐磨和耐腐蚀性。在海洋石油 钻采装备零件中最常用的是渗碳、 渗氮和碳氮共渗。 海洋石油钻采装备零件涉及 的渗碳钢包括顶驱齿 轮和齿轮轴用 2 0 C r 2 N i 4 E 、 传 动装 置齿轮用 2 0 C r M n T i 钢、 泥浆泵阀体和阀座用 2 0 C r Mn M o钢等； 典型的氮化钢 包括变速箱锥齿轮用4 2 C r Mo A、 转盘轴用4 0 C r N i Mo A、 变 速箱齿轮用3 5 C r M o A等； 碳氮共渗钢包括顶驱牙板、 滚 轮用 2 0 C r Mn T i ， 防喷器卡瓦用 2 0 C r M n T i 等。 2 ． 2 低 温 用钢 通常将各种液化石油气 、 液氨、 液氧、 液氮等生产 、 储存容器和低温环境服役的输送管道及管件， 称为低温 容器 ， 制造低温容器所用的钢以及在低温环境服役的其 他装备用钢统称为低温钢。目前 ， 国内外对低温用钢的 温度界限还没有一个统一的规定。根据 G B 1 5 0 固定式 压力容器 ， 我国低温压力容器定义为 一 2 0 C以下温度 服役的容器。 目前， 低温钢大致可分为 四类 低碳铝镇静钢、 低温 高强度钢、 镍系低温钢和奥 氏体不锈钢 ， 常用低温钢的 类型和使用温度范围见表 3 。 海洋石油装备中主要 的低温钢有低碳铝镇静钢、 低 温高强度钢和镍系低温钢， 主要应用于海底低温环境、 极地或冬季严寒海域、 L N G船储罐系统等。在水深超过 1 0 0 0 m的海底 ， 温度常年维持在 O C附近 ， 要求装备材 料须具有良好的低温韧性。另外， 在北极和冬季寒冷海 区服役温度极低 ， 尤其是北极海区最冷月平均气温达到 一 4 0 c ， 此环境下使用的平台构件、 管系、 阀门等装备需 采用 E级 满足 一 4 0 c c冲击要求 甚至是 F级别 满足 一 6 0 ℃冲击要求 的钢材。L N G 液化天然气 液化温度低 达 一1 6 3 o C左右 ， L N G船储罐材料一般采用 9 ％N i 钢。 9 ％N i 钢低温下具有良好的强韧性， 且合金含量少、 价格 便宜 ， 已逐步取代 N i c r 不锈钢 ， 成为 一1 9 6 ℃级低温设 备和容器的最重要的结构材料， 广泛用于 L N G储罐。 表 3 常见低温钢 的类 型和 使用温度范围 低温钢种类 温度使用范围／ ℃ ≥ 一4 0 ≥ 一4 5 ≥ 一5 O ≥ 一7 0 ≥ 一7 0 ≥ 一1 oo ≥ 一1 2 O ≥一1 9 6 1 低碳铝镇静钢 这类钢是 以碳 一锰为主要元素 的低温钢。为提高低温韧性 ， 通过降低钢中的碳含量， 提高 M n ／ C比， 降低 P、 S等有害元素， 加入适量铝以固定 钢中的氮， 细化 晶粒， 提高钢 的低温韧性， 改善时效性 能。美 国的 A S T M A 2 0 2 、 日本 的 S L A A 2 3 5也 属于此 类钢。 2 低温高强度钢这类钢以碳 一锰为基， 加入少量 的镍铬提高钢的低温韧性， 加入少量钼、 铌提高钢的强 度 ， 尽量减少钢中的碳含量 ， 以提高钢的韧性， 改善焊接 性能， 通过调质处理获得良好的综合性能。它不但具有 高强度 ， 而且具有较好的低温韧性， 因此它是一种强韧 性兼备的材料 ， 广泛用于制造具有较大压力的低温压力 容器。我 国在 1 9 8 5～1 9 9 0年研制的 D G 5 0 0 ． 0 9 ％ 一 0． 1 5 ％ C、 1 ． 0 0％ ～1 ． 4 ％ Mn、 ≤ 0． 6 0 ％ Ni 、 ≤ 0． 3 0 ％ Cr 、 ≤0． 3 0％ Mo 、≤ 0． 0 6 ％ V， or ≥ 4 9 0 MP a、 o r b 61 0 7 5 5 M P a ， 一 4 6 ℃时 C V Ni4 7 J 、 日本的 NT U F 5 0和 R I V E R A C E 6 0 L属此类钢。 3 镍系低温钢 这类钢是以镍为主要合金元素的 低温用钢。1 9 3 2年， 美国发明了可在 一4 6 ℃低温下使用 的2 ． 5 ％N i 钢 ， 随后相继开发了 3 ． 5 ％N i 、 5 ％N i 、 9 ％N i 等镍系低温钢。根据不同的使用温度确定了不同的镍 含量， 形成了2 ． 5 ％N i 、 3 ． 5 ％N i 、 5 ％N i 、 9 ％N i 等镍系低 温钢。随着钢中镍含量的增加， 钢的低温韧性提高， 韧 脆转变温度降低， 它主要用于制造 一 4 0 C～一1 9 6 C下使 用的低温设备。镍系低温钢的化学成分和主要力学性 能要求见表4 、 5 。 号雪 一 ～ 一 1 5 O 石油 管材 与仪器 6P E T R OL E U M T U B U L AR GOO D S I N S T RU MEN T S 2 0 1 5年 1 O月 表 5 镍系低温钢的力学性能要求 2 ．3 不锈钢 我国不锈钢的牌号标准为 G B ／ T 2 0 8 7 8 ， 海洋石油装 备中主要采用马氏体不锈钢、 奥 氏体不锈钢、 双相不锈 钢和沉淀硬化不锈钢。 海洋石油装备常用的几种典型不锈钢 的牌号及化 学成分见表6 ， 与其他 国家或组织不锈钢牌号的对照见 表 7 。 表6 海洋石油装备典型不锈钢的典型牌号及化学成分 1 马氏体不锈钢基体为马氏体组织， 有磁性， 通 过热处理可调整其力学性能的不锈钢。此类钢碳含量 为0 ． 1 ％ ～1 ． 0 ％， 铬含量为 1 2 ％ ～1 8 ％ ， 淬透性好 ， 空冷 可得到马氏体。在氧化性介质 如大气、 水蒸气、 海水、 氧化性酸 中有较好的耐蚀性 ， 而在非氧化性介质 如盐 酸、 碱溶液等 中耐蚀性很低。海洋石油装备常用的马 氏体不锈钢是4 1 0 、 4 1 0 S S ， 在 c O 腐蚀环境下具有 良好的 抗腐蚀能力。F 6 N M与 4 1 0 、 4 1 0 S S相 比， 具有更高的抗 腐蚀能力， 钼含量的增加改善了抗点蚀能力。 2 奥氏体不锈钢 基体以面心立方晶体结构的奥 氏体组织为主， 无磁性 ， 主要通过冷加工使其强化的不 锈钢。奥氏体不锈钢含有较低的碳 0 ． 1 2 ％ ， 含有较 高的铬 1 7 ％ ～ 2 5 ％ 和较高的镍 8 ％ ～2 9 ％ ， 由于镍 的加入 ， 扩大了奥氏体区域， 使钢在室温下得到单相奥氏 体组织 ， 而 C r 提高使钢的耐蚀性比马氏体不锈钢更佳。 奥氏体不锈钢不仅具有高的耐蚀性， 还有高的塑性、 低 温韧性 、 加工硬化能力与良好的焊接性能。此类钢的典 型钢 种 为 1 88型 奥 氏体， 如 0 C r l 8 N i 9 、 1 C r l 8 N i 9 、 1 C r l 8 N i 9 T i 等。海洋石油装备常用 的奥氏体不锈钢是 3 0 4 0 C r l 8 N i 9 和 3 1 6 L o 0 C r l 7 N i 1 4 M o 2 。 3 奥氏体 一 铁素体双相不锈钢是在奥氏体不锈 钢的基础上， 调整 C r 、 N i 含量， 并适 当加人 Mn 、 M o 、 W、 C u 、 N等元素而形成双相组织 其中较少相的含量一般 大于 1 5 ％ ， 兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特性。 这类钢具有较好的耐蚀性， 还有较高的抗应力腐蚀能 力、 抗晶间腐蚀能力及 良好的焊接性能。与铁素体不锈 2 0 1 5年第 l卷 第 5期 杜伟等 海洋石油装备材料的应用现状及发展建议 上 7 钢相比， 它的韧性高、 韧脆转变温度低、 耐晶间腐蚀和焊 接性能显著提高。与奥氏体不锈钢相 比， 其强度水平 高， 此外耐晶间腐蚀 、 耐应力腐蚀、 耐腐蚀疲劳性能显著 提高。海洋 石油 装备 常用 的双相 不锈 钢 有 2 2 0 5和 2 5 0 7 ， 用于 C O 腐蚀环境， 同时还有高含量 c 1 一 和／ 或少 量 H 2 S 。 4 沉淀硬化型不锈钢 是在 1 8 8型奥氏体不锈钢 基础上降低了镍的含量， 并加入适量 A l 、 C u 、 Mo 、 P元素， 以便在热处理过程 中析出金属 间化合物 ， 实现沉淀硬 化。这类钢的基体为奥氏体或马氏体组织， 可区分为马 氏体、 半奥氏体和奥氏体沉淀硬化不锈钢 3种主要类型。 在沉淀硬化不锈钢中， 主要沉淀硬化相包括富铜相 一 ￡ 相， 具有 C s C 1 结构的 N i A 1 金属间化合物、 M 2 3 C 6 、 x相、 L a v e s 相、 ‘ 等， 时效相的类型与存在与否和合金成分、 热处理条件等相关。此类钢具有高强度、 足够的韧性和 适宜的耐蚀性 ， 主要用作高强度 、 高硬度而又耐腐蚀的 零件。海洋石油装备常用的沉淀硬化型不锈钢是 1 7 4 P H， 具有高的强度、 硬度和耐腐蚀性能。经 固溶和时效 后屈服强度大于 7 2 4 MP a ， 能满足 A P I 规范 一6 0 ％低温 冲击要求， 耐蚀性能达到 3 0 4不锈钢的水平。 在海洋石油装备中， 马氏体不锈钢和双相不锈钢可 用于水下井 口、 采油树、 阀门等与井下高腐蚀性流体接 触的承压件 ； 奥氏体不锈钢和双相不锈钢可用于运送含 一 定腐蚀介质的管线和泵阀等； 沉淀硬化不锈钢一般用 于制造耐腐蚀性要求高， 同时又要求高强度的零部件， 如水下采油树阀杆、 间隔套、 圆柱销等。具体不锈钢的 选材需根据井下流体 H S ／ C O 分压和 c l 一 含量确定。 待续 收稿 日期 2 0 1 5 0 7 0 8 编辑 屈忆欣 本刊加入 中国学术期刊 光盘版 在 C N K I 中国知 网及其 系列数据库的声 明 为扩大本刊及作者知识信 息交流渠道 ， 加 强知识信 息推 广力度 ， 本刊 已许可 中 国学术期 刊 光 盘版 电子 杂 志社 在 C N K I 中国知 网及其 系列数据库 产品 中， 以数字化方式复制 、 汇编 、 发行、 信息 网络传播 本刊全文 。该著 作权使 用费 及相关稿酬， 本刊均用作为作者文章发表、 出版、 推广交流 含信息网络 以及赠送样刊之用途， 即不再另行向作者支 付 。凡作者向本刊提 交文章发表之行 为即视 为 同意我社上述声明 。 石 油管材 与仪 器 编辑部