專利名稱：馬氏體系不銹鋼管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抑制延遲破壞所造成的裂紋的產(chǎn)生、并且防止內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生的油井管用等的馬氏體系不銹鋼管的制造方法。
背景技術(shù)：
含有13質(zhì)量％左右的鉻(Cr)的API規(guī)格13％Cr等的馬氏體系不銹鋼管，要求80ksi(552MPa)以上的屈服強度，并且還要求熱加工性，因此通常含有0.2質(zhì)量％左右的C。由于如此使Cr含量和C含量多，因此熱制管的狀態(tài)下形成高硬度的馬氏體組織，其韌性低。因此，若通過現(xiàn)有的鋼成分組成和制造方法制造，則在制管后直到進行熱處理期間，由于沖擊載荷和靜載荷而有可能造成受到加工的部分(以下，記為“被沖擊加工部”)因延遲破壞而產(chǎn)生裂紋。因此，在鋼管的搬運和保管時，在限制鋼管的堆積高度的對策之外，還必須縮短制管后直到進行熱處理的待機時間。
如上述鋼管的搬運和保管上的制約，由于堆積高度的限制而需要寬闊的放置場地，另外，為了在制管后限制時間內(nèi)進行熱處理，而產(chǎn)生需要調(diào)整從制管到熱處理的工序等在鋼管制造工序全過程中產(chǎn)生很多障礙。
在專利文獻1中，公開了通過規(guī)定有效固溶碳量、有效固溶氮量、Cr當量和S含量，而不易產(chǎn)生被沖擊加工部的延遲破壞，防止產(chǎn)生內(nèi)表面缺陷的馬氏體系不銹鋼無縫鋼管及其制造方法。但是，即使在同文獻所公開的技術(shù)中，也依然需要縮短制管后直到進行熱處理的時間。特別是若熱制管后到熱處理經(jīng)過一周以上，則產(chǎn)生擱置裂紋的問題仍未解決。
專利文獻1特開2004-43935號公報(權(quán)利要求范圍，段落 ～ )

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題而進行，其課題在于，提供一種即使將C含量為0.2質(zhì)量％左右的馬氏體系不銹鋼管在熱制管后到熱處理放置一周以上也不會產(chǎn)生延遲破壞所引起的擱置裂紋，且能夠防止產(chǎn)生內(nèi)表面瑕疵的鋼管的制造方法。
本發(fā)明者為了解決上述課題，對用于防止被沖擊加工部的延遲破壞造成的裂紋的產(chǎn)生、且抑制內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生的鋼坯的鋼成分組成的范圍，和經(jīng)穿孔軋制的管坯的均熱溫度和終軋的截面加工度的適當條件進行了研究，獲得了下述的(a)～(c)的見解，從而完成了本發(fā)明。
(a)為了防止馬氏體系不銹鋼管的制管后的固溶強化產(chǎn)生的被沖擊加工部的延遲破壞，而需要以質(zhì)量％計將C含量設(shè)于0.22％以下，另外將N含量設(shè)于0.05％以下。為了抑制δ鐵素體造成的制管后的內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生，而需要將C含量設(shè)于0.15％以上，另外，為了改善熱加工性防止內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生，而需要設(shè)作為奧氏體穩(wěn)定化元素的N含量為0.01％以上。Mn含量在確保鋼的強度、脫氧作用和熱加工性的方面需要設(shè)為0.10～1.00質(zhì)量％。
(b)進若，作為鋼成分如果以質(zhì)量％計還含有從V0.200％以下、Nb0.200％以下、Ti0.200％以下和B0.0100％以下中選擇的一種以上，則能夠進一步發(fā)揮被沖擊加工部的延遲破壞防止效果，所以優(yōu)選。
(c)為了防止被沖擊加工部的延遲破壞造成的裂紋的產(chǎn)生、且抑制內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生，需要將對具有上述(a)和(b)鋼成分組成的鋼坯進行穿孔軋制而得到的管坯的均熱時的再加熱溫度T(℃)和終軋的截面加工度R(％)調(diào)整為滿足由下述(1)式表示的關(guān)系，T＞44.4×ln(R)+821 …… (1)本發(fā)明基于上述認識而完成，其要旨在于下述(1)～(4)所示的馬氏體系不銹鋼管的制造方法。
(1)一種馬氏體系不銹鋼管的制造方法，其特征在于，將鋼坯進行穿孔軋制，再進行延伸軋制而形成管坯，將該管坯均熱，使其終軋前的均熱的再加熱溫度T(℃)和終軋的截面加工度R(％)滿足由下述(1)式表示的關(guān)系，之后進行終軋，所述鋼坯以質(zhì)量％計，含有C0.15～0.22％、Si0.1～1.0％、Mn0.10～1.00％、Cr12.00～14.00％、N0.01～0.05％、P0.020％以下和S0.010％以下，余量是Fe和雜質(zhì)，T＞44.4×ln(R)+821 …(1)(2)根據(jù)所述(1)中記載的馬氏體系不銹鋼管的制造方法，所述鋼坯以質(zhì)量％計還可以含有V0.200％以下、Nb0.200％以下、Ti0.200％以下和B0.0100％以下中的一種以上替代Fe的一部分。
(3)根據(jù)所述(1)或(2)中記載的馬氏體系不銹鋼管的制造方法，所述鋼坯以質(zhì)量％計還可以含有Ni0.5％以下和Cu0.25％以下中的一種以上替代Fe的一部分。
(4)根據(jù)所述(1)～(3)中任一項記載的馬氏體系不銹鋼管的制造方法，所述鋼坯以質(zhì)量％計還可以含有Al0.1％以下和Ca0.0050％以下中的一種以上替代Fe的一部分。
無縫鋼管的熱制造方法包括在實心鋼坯的中心部開孔的穿孔軋制工序；以穿孔軋制所得到的管坯的壁厚加工為主要目的的延伸軋制工序；減小管坯外徑形成目標尺寸的定徑軋制工序。
圖1是說明熱制造無縫鋼管的曼內(nèi)斯曼式(Mannesmann)制管法的制造工序的一例的圖。該制管方法是將加熱到規(guī)定溫度的實心鋼坯1送給穿孔軋制機3進行穿孔軋制，制造管坯2。接著，將管坯2送給后續(xù)的芯棒式無縫管軋機(延伸軋制機)4進行延伸軋制。由芯棒式無縫管軋機4進行延伸軋制時，管坯2在由插入的芯棒4b和限制管坯外表面的軋輥4r延伸軋制的同時被冷卻。為此，管坯2接著被裝入再加熱爐5以規(guī)定的再加熱溫度均熱。之后，管坯2被送到張力減徑機(stretch reducer)6，通過軋輥6r經(jīng)定徑、修正形狀、磨管等的終軋而成為制品。
在本發(fā)明中，“終軋”是指基于張力減徑機和定徑機等進行的定徑軋制。
另外，所謂“終軋的截面加工度R(％)”是指由下述(2)式算出的值。
R(％)＝{(Sin-Sout)/Sin}×100 …… (2)在此，Sin表示終軋前的鋼管的截面積，另外，Sout表示終軋后的鋼管的截面積。
在以下的說明中，將關(guān)于成分含量的“質(zhì)量％”的標記簡記為“％”。
(發(fā)明效果)
根據(jù)本發(fā)明的鋼管的制造方法，通過使鋼坯的鋼成分組成和經(jīng)穿孔軋制的管坯的均熱溫度和終軋的截面加工度的關(guān)系最佳化，能夠防止13％Cr等的馬氏體系不銹鋼管的被沖擊加工部的延遲破壞引起的裂紋的產(chǎn)生，并且能夠抑制內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生。因此，本發(fā)明不受鋼管的搬運和保管以及從制管到熱處理的工序上的制約，可用作制造油井管用等的馬氏體系不銹鋼管的方法。


圖1是說明熱制造無縫鋼管的曼內(nèi)斯曼式制管法的制造工序的一例的圖。
圖2是表示涉及鋼管的內(nèi)表面瑕疵和延遲破壞引起的裂紋的評價的截面加工度和再加熱溫度的影響的圖。
圖中1-實心鋼坯，2-管坯，3-穿孔軋制機，4-芯棒式無縫管軋機，4b-芯棒，4r-軋輥，5-再加熱爐，6-張力減徑機，6r-軋輥。
具體實施例方式
本發(fā)明如上所述是一種馬氏體系不銹鋼管的制造方法，其對鋼坯進行穿孔軋制，再進行延伸軋制而形成管坯，將該管坯進行均熱，使其終軋前的均熱的再加熱溫度T(℃)和終軋的截面加工度R(％)滿足由所述(1)式表示的關(guān)系，之后進行終軋，所述鋼坯以質(zhì)量％計，含有C0.15～0.22％、Si0.1～1.0％、Mn0.10～1.00％、Cr12.00～14.00％、N0.01～0.05％、P0.020％以下和S0.010％以下，余量是Fe和雜質(zhì)。以下，對本發(fā)明的方法進行更詳細的說明。
(1)鋼管的化學(xué)成分組成對將本發(fā)明的馬氏體系不銹鋼管的化學(xué)成分組成如上述進行限定的理由及其優(yōu)選范圍進行說明。
CC是與N一起給制管后的鋼管，即通過熱軋制管的狀態(tài)下未實施熱處理的鋼管帶來固溶強化的元素。為了防止固溶強化帶來的被沖擊加工部的延遲破壞，其含量需要在0.22％以下。但是，若C含量過低，則不能確保熱處理后適當?shù)膹姸取Ａ硗猓珻是奧氏體生成元素，因此若C含量過低，則因δ鐵素體的生成，造成制管后產(chǎn)生中層瑕疵(中被れ疵)。根據(jù)上述理由，C含量需要在0.15％以上。此外，優(yōu)選C含量的范圍為0.18％～0.21％。
SiSi是具有鋼的脫氧作用的元素。為了得到其效果，Si含量需要在0.1％以上。另一方面，若含量超過1.0％，則韌性劣化。根據(jù)上述理由，Si含量的適當范圍為0.1～1.0％。在優(yōu)先確保韌性的情況下，優(yōu)選其含量為0.75％以下。更優(yōu)選的含量范圍為0.20～0.35％。
MnMn具有提高鋼的強度的作用，另外，與Si同樣是具有脫氧作用的元素。此外，還具有將鋼中的S作為MnS而固定，改善熱加工性的作用。為了得到這些效果需要含有0.10％以上。但是，若其含量超過1.00％，則韌性劣化。根據(jù)上述理由，Mn含量的適當范圍是0.10～1.00％。
CrCr是具有提高鋼的耐蝕性的作用的基本成分。特別是，通過設(shè)Cr含量在12.00％以上，能夠改善耐孔蝕性和耐間隙腐蝕性，并且能夠顯著地提高CO2環(huán)境下的耐蝕性。另一方面，由于Cr是鐵素體形成元素，所以若其含量超過14.00％，則高溫下加工時容易生成δ鐵素體，有損熱加工性。另外，Cr添加過量還會導(dǎo)致制造成本上升。根據(jù)上述理由，Cr含量的適當范圍為12.00～14.00％。含有率更優(yōu)選的范圍是12.40～13.10％。
NN是奧氏體穩(wěn)定化元素，具有改善鋼的熱加工性防止產(chǎn)生內(nèi)表面瑕疵的作用。為了得到該效果，需要含有0.01％以上。但是，若其含量超過0.05％，則會引起被沖擊加工部的延遲破壞。因此，N含量的適當范圍為0.01～0.05％。其含量更優(yōu)選為0.02～0.035％。
PP是鋼中的雜質(zhì)元素。其含量多時會降低熱處理后的制品的韌性，因此，其含量的容許上限值為0.020％以下。P含量優(yōu)選盡量少。
SS是其含量多時會降低鋼的熱加工性的雜質(zhì)元素，因此，含量的容許上限值為0.010％。S含量越少越好，進一步優(yōu)選為0.003％以下。
V、Ti、Nb以及B中的一種以上這些元素可有可無，若含有則能夠發(fā)揮防止被沖擊加工部的延遲破壞的效果。為此，優(yōu)選含有這些元素中的一種以上，其含量若為V、Ti以及Nb則優(yōu)選0.005％以上，另外，若為B則優(yōu)選0.0005％以上。另一方面，這些元素的含量過多時，造成熱處理后的氮化物的生成引起的硬度上升，從而導(dǎo)致耐蝕性的劣化和韌性的下降，另外，還引起強度的變動。因此，對于V、Ti以及Nb，優(yōu)選它們的含量各0.200％以下，另外，對于B，優(yōu)選為0.0100％以下。
Ni以及Cu中的一種以上這些元素可有可無，如果含有一種以上，則具有改善鋼的熱加工性和耐蝕性的作用。
NiNi是奧氏體穩(wěn)定化元素，因此，含有時具有改善鋼的熱加工性的作用。為了得到其效果，優(yōu)選含有0.001％以上。另一方面，含量過多時耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性下降。因此，其含量優(yōu)選為0.5％以下。
CuCu是提高鋼的耐蝕性的元素，還是奧氏體穩(wěn)定化元素，因此，含有時具有改善鋼的熱加工性的作用。為了得到其效果，優(yōu)選含有0.001％以上。另一方面，Cu是低熔點金屬，過量含有時，相反會降低熱加工性。因此，其含量優(yōu)選為0.25％以下。
Al以及Ca中的一種以上這些元素可有可無，如果含有一種以上，則會發(fā)揮防止產(chǎn)生鋼管的外層瑕疵(外被れ疵)和防止熱加工性的降低的效果。
AlAl含有時作為鋼的脫氧劑有效地發(fā)揮作用，另外，還具有防止產(chǎn)生鋼管的外層瑕疵的作用。為了得到該效果，優(yōu)選含有0.001％以上。另一方面，含量過多時，鋼的清潔度下降，另外，在連續(xù)鑄造時產(chǎn)生浸漬噴嘴的堵塞。因此，Al含量優(yōu)選為0.1％以下。
CaCa含有時具有與鋼中的S結(jié)合防止S的晶界偏析造成的熱加工性下降的作用。為了得到其效果，優(yōu)選含有0.0001％以上。另一方面，過量含有Ca時，成為產(chǎn)生基材瑕疵(地疵)的原因，因此，其含量優(yōu)選為0.0050％以下。
(2)均熱的再加熱溫度和終軋的截面加工度的關(guān)系對具有上述的適當范圍的鋼成分組成的外徑190mm的鋼坯進行穿孔軋制后，進行延伸軋制，形成管坯，將該管坯通過各種再加熱溫度T(℃)均熱后，變化截面加工度R(％)進行終軋，然后進行了調(diào)查制管后的鋼管的延遲破壞造成的裂紋的產(chǎn)生狀況和內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生狀況的基礎(chǔ)試驗。在一部分的基礎(chǔ)試驗中，還使用鋼中的N含量或Mn含量在適當范圍之外的鋼坯進行了試驗。
還有，在穿孔軋制中，使用具有錐型軋輥的雙軋輥型傾斜軋制機，軋輥的傾斜角為12～15°，交叉角為10°。
表1中表示了鋼坯的鋼成分組成、鋼管的制造條件以及試驗結(jié)果。
表1

(注)*表示在本發(fā)明的范圍之外。
同表中，截面加工度R(％)意味著終軋的截面加工度，表示基于下述(2)式的算出值。
R(％)＝{(Sin-Sout)/Sin}×100 …… (2)其中，Sin表示終軋前的鋼管的截面積，另外，Sout表示終軋后的鋼管的截面積。
另外，試驗結(jié)果基于下述評價基準進行評價，評價結(jié)果在同表中的評價欄中表示。
內(nèi)表面瑕疵的評價制造長度10～12.5m的50根以上的鋼管，通過目視及超聲波試驗(UST)調(diào)查了內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生狀況。內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生率為3％以下時評價為○，另外，內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生率超過3％時評價為×。
裂紋的評價從制管后的鋼管采取長度250mm的落錘試驗用試驗片，使前端曲率半徑為90mm質(zhì)量為150kg的重錘從0.2m的高度落到該試驗片上(即，施加294J的沖擊載荷)，由此使其產(chǎn)生變形，通過目視和UST調(diào)查了裂紋的有無。一周后未產(chǎn)生裂紋的情況評價為○，三天后未產(chǎn)生裂紋的情況評價為△，而且，三天后產(chǎn)生裂紋的情況評價為×。
綜合評價在上述的內(nèi)表面瑕疵的評價結(jié)果和裂紋的評價結(jié)果中，將低的評價結(jié)果作為綜合評價結(jié)果。
此外，在上述表1所示的試驗結(jié)果中，在鋼中的N及Mn含有率滿足技術(shù)方案1規(guī)定的適當范圍的試驗中，對截面加工度以及再加熱溫度給內(nèi)表面瑕疵以及裂紋的綜合評價帶來的影響進行了整理。
圖2是表示截面加工度和再加熱溫度對鋼管的內(nèi)表面瑕疵以及延遲破壞造成的裂紋的綜合評價的影響的圖。
根據(jù)表1以及圖2所示的結(jié)果，綜合評價為○評價時、和△評價或×評價時的邊界線，作為終軋的截面加工度R(％)和均熱的再加熱溫度T(℃)的關(guān)系式而求得，從而的得到了下述(3)式。
T＝44.4×Ln(R)+821 …… (3)根據(jù)上述(3)式的關(guān)系可知，為了防止被沖擊加工部的延遲破壞造成的裂紋產(chǎn)生，并且抑制內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生，需要調(diào)整穿孔軋制而得到的管坯均熱時的再加熱溫度T(℃)以及終軋的截面加工度R(％)滿足所述(1)式表示的關(guān)系。
另外，在鋼中N含量在適當范圍之外的試驗編號A31以及A35和Mn含量在適當范圍之外的試驗編號A36以及A40中，產(chǎn)生內(nèi)表面瑕疵或裂紋，綜合評價為△評價或×評價。
實施例為了確認本發(fā)明的馬氏體系不銹鋼管的制造方法的效果，進行下述鋼管制造試驗，對其結(jié)果進行了評價。
與所述基礎(chǔ)試驗同樣，對具有各種鋼成分組成的外徑190mm的鋼坯進行穿孔軋制而制造管坯，將該管坯通過各種再加熱溫度T(℃)均熱后，使截面加工度R(％)變化并進行終軋，然后調(diào)查了制管后的鋼管的延遲破壞造成的裂紋的產(chǎn)生狀況以及內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生狀況。
另外，在穿孔軋制中，使用具有錐型軋輥的雙軋輥型傾斜軋制機，軋輥的傾斜角為12～15°，交叉角為10°。
表2以及表3中示出了鋼坯的鋼成分組成、鋼管的制造條件以及試驗結(jié)果。
表2


(注)*表示在本發(fā)明的范圍之外。
表3


(注)*表示在本發(fā)明的范圍之外。
還有，試驗結(jié)果是以與所述基礎(chǔ)試驗中所使用的評價基準相同的基準進行的評價。
試驗編號B1～B4、B9、B10、B14、B15、B19、B20、B24、B25、B29、B30、B34、B35、B39以及B40分別是滿足本發(fā)明的范圍的本發(fā)明例。另外，試驗編號B5～B8是鋼成分中的N含量或Mn含量不滿足本發(fā)明的范圍的比較例，試驗編號B11～B13、B16～B18、B21～B23、B26～B28、B31～B33以及B36～B38分別是截面加工度R和再加熱溫度T的關(guān)系不滿足所述(1)式的關(guān)系的比較例。
在滿足本發(fā)明的范圍的上述本發(fā)明例中，均未產(chǎn)生制管后的延遲破壞造成的裂紋、以及內(nèi)表面瑕疵，得到了良好品質(zhì)的鋼管。特別是，含有V、Ti、Nb以及B中的一種以上、或Ni以及Cu中的一種以上、或Al以及Ca中的一種以上的本發(fā)明例的試驗編號B9、B10、B14、B15、B19、B20、B24、B25、B29、B30、B34、B35、B39以及B40分別具有更優(yōu)異的耐延遲破壞性能、熱加工性等。
與此相對，在鋼成分中的N含量或Mn含量不滿足本發(fā)明的范圍的比較例的試驗編號B5～B8中，確認到熱加工性降低導(dǎo)致的內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生、耐延遲破壞性的降低導(dǎo)致的裂紋的產(chǎn)生以及韌性減低導(dǎo)致的裂紋的產(chǎn)生，成為品質(zhì)差的鋼管。另外，截面加工度R和再加熱溫度T不滿足所述(1)式的關(guān)系的比較例的試驗編號B11～B13、B16～B18、B21～B23、B26～B28、B31～B33以及B36～B38分別產(chǎn)生延遲破壞導(dǎo)致的裂紋和內(nèi)表面瑕疵，是性能差的鋼管。
(工業(yè)上的可利用性)根據(jù)本發(fā)明的鋼管的制造方法，通過使鋼坯的鋼成分組成、以及穿孔軋制后的管坯的均熱溫度和終軋的截面加工度的關(guān)系最佳化，能夠防止13％Cr等的馬氏體系不銹鋼管的被沖擊加工部的延遲破壞引起的裂紋的產(chǎn)生，并且能夠抑制內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生。因此，本發(fā)明的方法不受鋼管的搬運和保管以及從制管到熱處理的工序上的制約，作為能夠制造高品質(zhì)的鋼管的工藝，能夠廣泛應(yīng)用于油井管用等的馬氏體系不銹鋼管的制造領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種馬氏體系不銹鋼管的制造方法，其特征在于，將鋼坯進行穿孔軋制，再進行延伸軋制而形成管坯，將該管坯進行均熱，使其終軋前的均熱的再加熱溫度T(℃)和終軋的截面加工度R(％)滿足下述(1)式所表示的關(guān)系，之后進行終軋，所述鋼坯以質(zhì)量％計，含有C0.15～0.22％、Si0.1～1.0％、Mn0.10～1.00％、Cr12.00～14.00％、N0.01～0.05％、P0.020％以下和S0.010％以下，余量是Fe和雜質(zhì)，T＞44.4×ln(R)+821 ……(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬氏體系不銹鋼管的制造方法，其特征在于，所述鋼坯以質(zhì)量％計含有V0.200％以下、Nb0.200％以下、Ti0.200％以下和B0.0100％以下中的一種以上替代Fe的一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的馬氏體系不銹鋼管的制造方法，其特征在于，所述鋼坯以質(zhì)量％計還含有Ni0.5％以下和Cu0.25％以下中的一種以上替代Fe的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的馬氏體系不銹鋼管的制造方法，其特征在于，所述鋼坯以質(zhì)量％計還含有Al0.1％以下和Ca0.0050％以下中的一種以上替代Fe的一部分。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠避免產(chǎn)生馬氏體系不銹鋼管的被沖擊加工部的延遲破壞引起的裂紋，并且抑制內(nèi)表面瑕疵的產(chǎn)生的鋼管的制造方法。該方法是將鋼坯進行穿孔軋制，再進行延伸軋制而形成管坯，將該管坯均熱，使其終軋前的均熱的再加熱溫度T(℃)和終軋的截面加工度R(％)滿足由下述(1)式表示的關(guān)系，之后進行終軋，所述鋼坯以質(zhì)量％計，含有C0.15～0.22％、Si0.1～1.0％、Mn0.10～1.00％、Cr12.00～14.00％、N0.01～0.05％、P0.020％以下和S0.010％以下，余量是Fe和雜質(zhì)，T＞44.4×ln(R)+821……(1)。
文檔編號B21B37/74GK101041882SQ20071008890
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者稻毛孝光 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社