李琼玮 奚运涛 董晓焕 程碧海 李 慧

1．西安交通大学材料科学与工程学院 2．低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 3．中国石油长庆油田公司油气工艺研究院

20世纪70年代以来，传统13Cr马氏体不锈钢被广泛应用于油气工业中。据NACE（美国腐蚀工程师学会）技术委员会报告统计，1980—1993年传统13Cr油井管（如 API 5CT L80－13Cr，AISI 420）应用已超过240×104m。但随着油气需求的持续增长，越来越多的油气田面临更深、更高温度和更强酸性的井下环境，传统13Cr马氏体不锈钢材质有如下局限性［1－4］：①当Cl－含量大于等于6 000mg／L时，耐蚀性能依赖于pH和H2S分压；②当温度大于等于80℃后，每增加25℃，腐蚀速率就增加1倍。超过150℃会导致点蚀发生；③抗硫化物应力开裂能力有限。当 H2S－CO2－Cl－共存时，在pH2S为0．006 9MPa和 Cl－含量为10 000mg／L条件下，传统13Cr不锈钢不发生硫化物应力开裂（SSC）。在pH2S大于等于0．000 3MPa的H2S腐蚀环境中，会产生SSC敏感；④碳含量高（一般为0．2%），可焊性差。

在传统13Cr马氏体不锈钢的基础上大幅降低碳含量，并添加Ni、Mo等合金元素，形成有超级马氏体组织的超级13Cr不锈钢（某些厂家也称为改良13Cr不锈钢）。其化学成分和微观组织、机械和耐蚀能力方面都较传统13Cr油套管有大幅改进，特别是在高含CO2、低含H2S环境下，耐蚀性能更好，陆续被修订的ISO 15156和ISO 13680等标准认可［5］。在价格方面，超级13Cr不锈钢比更高等级的22Cr双相不锈钢更经济。以抗硫碳钢价格基数为1计算，传统13Cr、超级13Cr及双相不锈钢油套管的价格比约为3∶5∶12。

1993年起，超级13Cr油套管开始商业化生产。日本、德国V＆M公司和国内的上海宝山钢铁公司、天津钢管公司等均有批量生产超级13Cr的能力，并且在北海油田、北美和中国石化西南分公司高含CO2气田中得到了一定规模的应用。……