随着海洋油气开采规模的不断扩大，一些油气田介质的腐蚀性对油气输送管道所用材料的性能提出了更高的要求。由于传统的低碳钢管道材料的强度、韧性、耐蚀性已不能满足高标准的要求，所以具有良好性能的低碳马氏体不锈钢无缝管逐渐开始应用于海底管道。

此种新型管道用马氏体不锈钢其主要化学成分为0.01C-12Cr-5Ni-2Mo-0.01N，具有优良的力学性能和耐蚀性，故称超级马氏体不锈钢，是一种高寿命周期低成本的经济型材料。基于这种新材料的技术优点和经济性，中海油在南海某项目上使用此种材料，来应对油气田富含CO2而带来的腐蚀性。然而在我国，有关超级马氏体不锈钢的研究基本属于空白状态，所以开发低碳马氏体不锈钢海管的焊接工艺具有重要的工程价值。

超级马氏体不锈钢特点

（1） 超级马氏体不锈钢的化学成分及微观组织?传统的马氏体不锈钢含wCr通常为13%和17%左右，且含C量较高，缺乏足够的延展性，而且焊接性差。为了克服上述不足，通过降低含碳量（最高碳含量为0.01%），增加镍含量（3.5%~4.5%），开发出了一系列新的合金。这类合金综合力学性能提高，耐腐蚀性良好，形成了新的超级马氏体不锈钢系列，成为不锈钢中耀眼的一个系列，受到人们广泛的关注。超级马氏体不锈钢的化学成分如表1所示。此种钢经过调质处理，其微观组织主要是低碳回火马氏体，微观金相如图1所示。

（2）超级马氏体不锈钢的力学性能  超级马氏体不锈钢的力学性能优异（见表2），强度级别为X80级，最小屈服强度可达550MPa，抗拉强度可达700MPa，-40℃下的夏比冲击韧性可达200J。

（3）超级马氏体不锈钢的抗CO2应力腐蚀性能?由于此种不锈钢具有超低的碳含量，所以改善了其耐CO2腐蚀性。在各种温度及介质浓度下的CO2应力腐蚀性能如表3所示。所用标准为ASTM G39的4点弯腐蚀试验。由表3可见，此种超马氏体不锈钢的耐CO2应力腐蚀性能优异。

（4）热处理对各项性能的影响  与传统马氏体不锈钢类似，超级马氏体的焊接接头受焊接参数影响较大，通常都需要进行焊后热处理。焊后热处理对焊接接头的改善主要包括：降低热影响区硬度，提高焊接接头耐腐蚀性能。

综上所述，超级马氏体不锈钢具有良好的综合性能，高强度、高低温韧性、耐各种环境的腐蚀，是优等的不锈钢种类。但在焊接时，其焊接方法和参数如何选择，其焊接接头部位能与母材性能相匹配是我们主要关注及研究的方向。

焊接工艺的设计

（1）焊接工艺的开发?结合超级马氏体不锈钢的材质特点和使用环境的要求，我们开发了一套性能匹配性好，免除焊后热处理的有效焊接工艺。设计目标是焊缝强度达到母材相同水平，-10℃韧性达到45J以上，焊接接头硬度在320HV10以下，焊缝具有0℃下0.2mm以上的CTOD值并且耐CO2应力腐蚀、耐氢脆性能良好。

本次焊接工艺开发所使用的材料是由日本JFE公司生产的最新型号的低碳马氏体不锈钢无缝管，规格为φ324mm×19mm×300mm，化学成分如表4所示。

开发的焊接工艺包括一套钨极氩弧焊和一套焊条电弧焊焊接工艺，接头形式为V形坡口、环焊缝。所用焊材为瑞典Sandvik公司的双相钢焊材，其熔敷金属主要化学成分为22%Cr、5%Ni、3.2%Mo，焊接参数如表5所示。焊接工艺的要点在于控制热输入不能过高，层间温度要合适，根焊道保护充分，冷却速度不能过高或过低，冷却条件决定焊缝的微观组织。

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