用于水下采油树设备的低合金钢材料主要有AISI4130、AISI8630、F22（UNS K21590）或F22V（UNS K31835），这些材料通过调质热处理获得较高的综合力学性能，一般能达到API规范规定的60K钢级材料性能要求，并具有较好的低温冲击性能。其中，F22、F22V能达到K75甚至K85的性能要求。在较轻微的CO2环境下（CO2分压≤0.21MPa），材料有一定的抗腐蚀能力。由于碳含量不高（一般为0.35%以下），所以能作为承压件基体材料，采用热丝TIG焊接工艺在基体材料上堆焊耐腐蚀合金材料，用于制造适用于高H2S/CO2及Cl-腐蚀环境的水下设备。
用于水下采油树的不锈钢材料主要有马氏体不锈钢（如410SS、F6NM）、300系列奥氏体不锈钢（如316SS，316L）、沉淀硬化不锈钢（如17-4PH）以及双相不锈钢（如2205、2507）等。各类不锈钢材料特性如下：
（1）410SS不锈钢在CO2腐蚀环境下具有良好的抗腐蚀能力，在-18℃以下的温度环境下韧性较低，能满足API6A规范-18℃的低温冲击及PSL-3级别设备的性能要求。对密封表面有严格要求时，需要在表面堆焊Inconel-625合金。
注意：由于410SS为马氏体不锈钢，易受到海水的腐蚀，一般不用于直接与海水接触的部位。
（2）F6NM与410SS相比，具有更高的抗均匀腐蚀及点蚀能力和焊接性能，以及良好的低温冲击性能和高的淬透性，能满足API6A规范-46℃的低温冲击要求。其缺点是锻造工艺性不好，锻造时存在较高的变形抗力，容易出现锻造裂纹。对密封表面有严格要求时，可在表面堆焊Inconel-625合金。
（3）17-4PH是沉淀硬化马氏体不锈钢，具有高强度、硬度和抗腐蚀等特性，经过固溶时效热处理后，产品的力学性能更加完善，可以达到724MPa以上的屈服强度，能满足API6A规范-60℃的低温冲击要求，其抗腐蚀能力可达304不锈钢水平。根据NACEMR0175的规定，17-4PH用于阀杆及悬挂器材料时，只能用于H2S分压≤3.5kPa的使用环境。
（4）用于水下设备的双相不锈钢，主要有UNS 31803（2205）及UNS 32750（2507）。这两种不锈钢具有良好的抗腐蚀能力，可用于大多数的生产流体和80℃以上的氯化物应力腐蚀环境。UNS 31803及UNS 32750双相不锈钢具有抗氢致开裂（HIC）的能力，材料的最低设计温度可达-50℃。UNS 31803不锈钢具有良好的焊接性能，但UNS 32750的可焊性能较差。在实际应用中，大截面双相不锈钢零件应进行正确的固溶热处理，以获得符合要求的铁素体-奥氏体平衡相。双相不锈钢的抗点蚀当量（PREN）一般应大于40，反之，则只能用于制造薄壁零件。(www.xing528.com)
当水下设备的使用环境超过碳钢、13Cr不锈钢和双相不锈钢的抗腐蚀能力时，应选用各类镍基和/或铁镍基耐蚀合金作为与流体介质接触部件的材料。常用于水下设备的镍基与铁镍基合金材料主要有Inconel-625、Inconel-718、Inconel-725、Inconel-925以及MonelK-500合金。这类耐蚀合金具有优良的耐蚀性，可耐各种腐蚀流体介质，缺点是机械加工难度大、价格昂贵、在时效状态下焊接性能差。当用于密封面材料时，不需要堆焊其他耐腐蚀合金。一般情况下，主要用于制造符合API6A及API17D规范的HH级井口装置和采油树零部件。
例如，在H2S≥344.74Pa，CO2≥1.379MPa，Cl-≥20000mg/L的生产环境中，井口和采油树的材料应选择HH级别的耐蚀合金，HH级材料是API 6A规定的最高等级的抗腐蚀合金材料[13]。另外，对于油田设备抗硫化物应力开裂和应力腐蚀开裂的材料选择，NACE MR0175中也有相关规定。对于HH级别采油树本体，选用4130堆焊625合金，也能够起到良好的耐H2S/CO2腐蚀性能。美国石油学会还对井口采油树使用的Inconel 718合金有专门的要求，并特别编制API6 A718标准进行规范。对热处理后的金相图谱要进行对照，以控制材料的抗腐蚀能力，如图3所示。
“十二”五期间，宝鸡石油机械厂承担了国家863项目课题——水下采油树的开发，研制了ST5X2-10M型号水下卧式采油树，其主要零件材料明细见表8。
图3 热处理后的金相图谱对照图
表8 水下卧式采油树主要零件材料明细表（宝鸡石油机械厂提供）
（续）
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