專利名稱：油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管(martensitic stainless steel seamless tube for Oil Country Tubular Goods)，特別是，涉及兼具屈服強(qiáng)度(yield strength) YS為95ksi (655MPa)以上的高強(qiáng)度和優(yōu)良的低溫韌性(low-temperature toughness)的油井管用無縫鋼管(seamless steel tube for 0CTG)及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，從原油價(jià)格(oil price)的高漲、預(yù)想不遠(yuǎn)的將來石油資源的枯竭 (exhaustion of petroleum)的觀點(diǎn)出發(fā)，以往不曾關(guān)注的深度深的油田(oil well), 含有二氧化碳(carbon dioxide gas)、氯離子(chlorine ion)等的嚴(yán)重腐蝕環(huán)境 (corrosion environment)的油田或氣田(gas field)、以及高寒地區(qū)(cold district)或 海底(seabed)等鉆井環(huán)境(drilling environment)嚴(yán)酷的油田等的開發(fā)逐漸盛行。這 種環(huán)境下使用的油井用鋼管，要求具有高強(qiáng)度，并且具有兼具優(yōu)良的耐腐蝕性(corrosion resistance)和優(yōu)良的韌性的材質(zhì)。一直以來，在含有二氧化碳CO2、氯離子Cl—等的環(huán)境的油田、氣田中，作為用于采 掘的油井管，多使用13% Cr馬氏體系不銹鋼管。例如，日本特開2002-363708號(hào)公報(bào)中提出的馬氏體系不銹鋼，其含有C :0. 01 0.1%、Cr :9 15%、N :0. 以下，盡管因C含量較高而具有高強(qiáng)度，但也具有高的韌 性，適于油井管等。在日本特開2002-363708號(hào)公報(bào)記載的技術(shù)中，通過使原奧氏體晶界 (prior austenite grain boundary)中存在的碳化物量降低至0. 5體積％以下，使碳化物 的最大短徑長(zhǎng)度(maximum minor axis of carbide)為IOnm 200nm，使碳化物中的平 均Cr濃度與平均!^e濃度的比為0. 4以下，抑制M23C6型碳化物的析出(precipitation)， 使M3C型碳化物積極地析出，能夠大幅改善韌性。為了將這種碳化物的結(jié)構(gòu)和組成調(diào)整 至所要求的范圍，在日本特開2002-363708號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)中，在熱加工后進(jìn)行空 冷(放冷)，或者在固溶處理(solution treatment)后進(jìn)行空冷(air cooling)(放冷 (standing to cool))，或者在固溶處理后進(jìn)行空冷(放冷)、并在450°C以下的低溫下進(jìn)行 回火(tempering)。但是，在使用日本特開2002-363708號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)，在450°C以下的低溫下 進(jìn)行了回火的情況下，由于回火處理后的矯直(straightening)在低溫下進(jìn)行，因此，在矯 直時(shí)加工應(yīng)變(processing strain)被導(dǎo)入，存在鋼管特性、特別是屈服強(qiáng)度YS的偏差增 大的問題。本發(fā)明解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，其目的在于，提供兼具屈服強(qiáng)度YS為^ksi 級(jí)(655MI^ 758MPa)以上的高強(qiáng)度和優(yōu)良的低溫韌性的油井管用無縫鋼管及其穩(wěn)定的 制造方法。另外，這里所說的“優(yōu)良的低溫韌性”是指夏比沖擊試驗(yàn)的斷裂轉(zhuǎn)變溫度vTrs 為-40°C以下的情況。

發(fā)明內(nèi)容
S卩，本發(fā)明的主旨如下。(1) 一種油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，兼具屈服強(qiáng)度為95ksi以上的高 強(qiáng)度和夏比沖擊試驗(yàn)(Charpy impact test)的斷裂轉(zhuǎn)變溫度(fracture transition temperature) vTrs為_40°C以下的優(yōu)良的低溫韌性，其具有如下組成，以質(zhì)量％計(jì)，含有 C 0. 020% 以下、Cr 10 14%、Ni 以下、Nb :0. 03 0. 2%,N :0. 05% 以下，余量由！^e 及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，以及，以Nb換算計(jì)析出Nb量為0. 020%以上的組織。(2) 一種油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，兼具屈服強(qiáng)度YS為95ksi以上的高 強(qiáng)度和夏比沖擊試驗(yàn)的斷裂轉(zhuǎn)變溫度vTrs為-40°C以下的優(yōu)良的低溫韌性，其具有如下 組成，以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. 020%以下、Si :1. 0%以下、Mn :0. 1 2. 0%、P:0. 020%以下、 S 0. 010% 以下、Al 0. 10% 以下、Cr 10 14%,Ni 以下、Nb :0. 03 0. 2%,N :0. 05% 以下，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，以及，以Nb換算計(jì)析出Nb量為0. 020%以上的組
幺口
/Ν ο(3)如⑴或⑵所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，其中，形成以與C、 Al、N的關(guān)系滿足下述(1)式的方式含有上述Nb的組成。C-31/4Nb+7/6N"9/4Al 彡-0. 30 ... (1)(在此，C、Nb、N、Al為各元素的質(zhì)量％含量)另外，在(1)中，以Al =0質(zhì)量％的方式進(jìn)行處理。(4)如(1) (3)中任一項(xiàng)所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，其中，形成 在上述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自Cu :2.0%以下、Mo :2.0%以下中的1種或2 種的組成。(5)如(1) (4)中任一項(xiàng)所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，其中，形成 在上述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自V :0. 20%以下、Ti 0. 10%以下、B 0. 005% 以下中的1種或2種以上的組成。(6) 一種兼具高強(qiáng)度和優(yōu)良的低溫韌性的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管 的制造方法，其對(duì)不銹鋼無縫鋼管實(shí)施如下處理淬火處理(quenching)，將不銹鋼無縫 鋼管加熱至Ac3相變點(diǎn)(transformation temperature)以上的淬火溫度(quenching temperature)之后，以空冷以上的冷卻速度(cooling rate)由該淬火溫度冷卻至100°C以 下的溫度范圍；和回火處理(tempering)，在上述淬火處理后，加熱至550°C以上且Ac1相變 點(diǎn)以下的回火溫度(tempering temperature)，并進(jìn)行冷卻，上述不銹鋼無縫鋼管具有如下 組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C 0. 020%以下、Cr 10 14%、Ni 以下、Nb :0. 03 0. 2%, N 0. 05%以下，余量由!^e及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。(7) 一種兼具高強(qiáng)度和優(yōu)良的低溫韌性的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管的制 造方法，其對(duì)不銹鋼無縫鋼管實(shí)施如下處理淬火處理，將不銹鋼無縫鋼管加熱至Ac3相變 點(diǎn)以上的淬火溫度之后，以空冷以上的冷卻速度由該淬火溫度冷卻至100°C以下的溫度范 圍；和回火處理，在上述淬火處理后，加熱至550°C以上且Ac1相變點(diǎn)以下的回火溫度，并進(jìn) 行冷卻，上述不銹鋼無縫鋼管具有如下組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. 020%以下、Si 1.0% 以下、Mn :0. 1 2. 0%、P 0. 020% 以下、S :0. 010% 以下、Al :0. 10% 以下、Cr 10 14%、 Ni 以下、Nb 0. 03 0. 2%,N:0. 05%以下，余量由！^e及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
(8)如(6)或(7)所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管的制造方法，其中，形 成以與C、Al、N的關(guān)系滿足下述(1)式的方式含有上述Nb的組成。C-31/4Nb+7/6N-9/4Al ≤-0. 30... (1)(在此，C、Nb、N、Al為各元素的質(zhì)量％含量)另外，在(6)中，以Al =0質(zhì)量％的方式進(jìn)行處理。(9)如(6) (8)中任一項(xiàng)所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管的制造方法， 其中，形成在上述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自Cu :2.0%以下、Mo :2.0%以下中 的1種或2種的組成。(10)如(6) (9)中任一項(xiàng)所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管的制造方 法，其中，形成在上述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自V :0. 20%以下、Ti 0. 10%以 下、B :0. 005%以下中的1種或2種以上的組成。(11)如(6) (10)中任一項(xiàng)所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管的 制造方法，其中，在上述回火處理后的冷卻中，在450°C以上的溫度范圍進(jìn)行矯直處理 (straightening)0(12) 一種油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，其通過(11)所述的制造方法得到， 其中，上述矯直處理所引起的屈服強(qiáng)度增加量AYS為15MPa以下。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠容易且穩(wěn)定地制造可進(jìn)行熱矯直(hot straightening)、并且即 使進(jìn)行矯直處理屈服強(qiáng)度的增加也少的、兼具屈服強(qiáng)度YS為％ksi級(jí)(655MPa 758MPa) 以上的高強(qiáng)度和斷裂轉(zhuǎn)變溫度vTrs為-40°C以下的優(yōu)良的低溫韌性的油井管用無縫鋼管， 在產(chǎn)業(yè)上發(fā)揮了顯著的效果。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明人為了實(shí)現(xiàn)上述目的，對(duì)成分組成、熱處理?xiàng)l件(heat treatment condition)給韌性伴隨13Cr馬氏體系不銹鋼管的高強(qiáng)度化的變化帶來的影響進(jìn)行了專心 研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將C含量限制在0. 020 %以下，使Cr含量為耐腐蝕性不變差的約 10 % 14% Cr的范圍，以及具有3 %以下的比較低的Ni含量，在此基礎(chǔ)上形成含有0. 03 % 以上的較大量的Nb的成分系，能夠防止由M23C6S Cr系碳化物的晶界析出(grain boundary precipitation)引起的韌性的變差。此外，由此得到如下見解即使在淬火處理后，在 5500C以上的高溫下實(shí)施回火處理，也能夠形成確保屈服強(qiáng)度YS為^ksi級(jí)(655MPa 758MPa)以上的高強(qiáng)度、并且具有vTrs為_40°C以下的高韌性的鋼管，而且能夠使矯直溫度 為450°C以上的高溫，特別是使矯直處理后的屈服強(qiáng)度YS的增加降至15MPa以下。本發(fā)明基于上述見解，進(jìn)一步反復(fù)研究而完成。首先，對(duì)本發(fā)明的油井管用無縫鋼管的組成的限定理由進(jìn)行說明。另外，以下只要 沒有特別說明則將質(zhì)量％簡(jiǎn)記為％。本發(fā)明的油井管用無縫鋼管為馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，其以含有C :0. 020%以 下、Cr 10 14%、Ni 以下、Nb :0. 03 0. 2%,N 0. 05%以下，余量由！^e及不可避免 的雜質(zhì)構(gòu)成的組成為基本組成，也可以形成含有C 0. 020%以下、Si 1. 0%以下、Mn :0. 1 2. 0%,P :0. 020% 以下、S 0. 010% 以下、Al :0. 10% 以下、Cr 10 14%、Ni 以下、Nb 0. 03 0. 2%、N :0. 05%以下，余量由！^及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成。C :0.020% 以下C是與馬氏體系不銹鋼的強(qiáng)度有關(guān)的重要的元素，為了確保所要求的高強(qiáng)度，優(yōu)選 含有0. 003%以上，但含量超過0. 020%時(shí)，韌性及耐腐蝕性容易降低。因此，在本發(fā)明中， 將C限定為0. 020%以下。另外，從穩(wěn)定確保強(qiáng)度和韌性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使C在0. 003 0.015%的范圍內(nèi)。Cr: 10 14%Cr是形成保護(hù)覆膜而使耐腐蝕性提高的元素，特別是能有效地有助于耐二氧化碳 腐蝕性(O)2 Corrosion Resistance)、耐二氧化碳應(yīng)力腐蝕開裂性(CO2 Stress Corrosion Cracking)的提高的元素。如果含有10%以上的Cr，則能夠確保作為油井管用所必需的耐 腐蝕性，因此在本發(fā)明中，將10%作為Cr含量的下限。另一方面，大量含有而超過14%時(shí)， 鐵素體的生成變得容易，為了穩(wěn)定確保馬氏體相或防止熱加工性的降低，需要添加大量昂 貴的奧氏體生成元素，從而在經(jīng)濟(jì)方面變得不利。因此，將Cr限定在10 14%的范圍內(nèi)。 另外，從確保更穩(wěn)定的組織、熱加工性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為10. 5 11. 5%。Ni:3% 以下Ni是具有強(qiáng)固保護(hù)覆膜的作用，是提高耐二氧化碳腐蝕性等耐腐蝕性的元素。為 了得到這種效果，優(yōu)選含有0. 1 %以上，但含量超過3 %時(shí)，只會(huì)導(dǎo)致制造成本的高漲。因 此，將Ni限定在3%以下的范圍內(nèi)。另外，優(yōu)選為1.5 2.5%。N :0.05% 以下N是顯著提高耐點(diǎn)蝕性的元素，在含有0.003%以上時(shí)這種效果變得顯著。另一方 面，含量超過0.05%時(shí)，形成各種氮化物而使韌性降低。因此，將N限定在0.05%以下。另 外，優(yōu)選為0. 01 0. 02%。Nb :0.03 0.2%Nb是本發(fā)明的重要元素。Nb是形成碳化物、并通過Nb碳化物引起的析出強(qiáng)化使 鋼的強(qiáng)度增加的元素。此外，在本發(fā)明中，Nb具有防止M23C6型的Cr碳化物的晶界析出、而 使韌性提高的重要作用。為了得到這種效果，需要含有0. 03%以上的Nb，更優(yōu)選含有超過 0.03%的Nb。而且，從進(jìn)一步提高強(qiáng)度和韌性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為0.06%以上。另一方面， 如果含有超過0.2%的Nb，則韌性降低。因此，將Nb限定在0.03 0.2%的范圍內(nèi)。另夕卜， 優(yōu)選為0. 03 0. 15%，更優(yōu)選為0. 06 0. 15%。上述成分為基本成分，但在本發(fā)明中，優(yōu)選以在這些基本成分的基礎(chǔ)上，還含有 Si 1. 0% 以下、Mn 0. 1 2. 0%,P :0. 020% 以下、S :0. 010% 以下、Al :0. 10% 以下的組成 作為基本組成。Si :1.0% 以下Si是在通常的煉鋼過程中作為脫氧劑來發(fā)揮作用的元素，在該發(fā)明中，優(yōu)選含有 0. 1 %以上，如果含量超過1.0%，則韌性降低，而且冷加工性也降低。因此，將Si限定在 1.0%以下。另外，優(yōu)選為0. 1 0.3%。Mn :0.1 2.0%Mn是使強(qiáng)度增加的元素，在本發(fā)明中，為了確保作為油井管用鋼管所必需的強(qiáng)度， 優(yōu)選含有0. 以上，但如果超過2.0%，則給韌性帶來不良影響。因此，將Mn限定在0. 1 2.0%的范圍內(nèi)。另外，優(yōu)選為0.5 1.5%。P :0.020% 以下P是使耐二氧化碳腐蝕性等耐腐蝕性變差的元素，在本發(fā)明中，優(yōu)選盡可能地降低 其含量，但極端降低會(huì)導(dǎo)致制造成本上升。作為可在工業(yè)上比較廉價(jià)地實(shí)施并且不使耐二 氧化碳腐蝕性等耐腐蝕性變差的范圍，將P限定在0. 020%以下。另外，優(yōu)選為0. 015%以 下。S :0.010% 以下S是在管制造過程中使熱加工性顯著變差的元素，優(yōu)選盡可能地減少其含量，但由 于只要降低至0. 010%以下就能夠以通常的工序制造管，因此將S限定在0. 010%以下。另 外，優(yōu)選為0. 003%以下。Al :0.10% 以下Al是具有強(qiáng)脫氧作用的元素，為了得到這種效果，優(yōu)選含有0. 001 %以上，但如果 含量超過0. 10%，則給韌性帶來不良影響。因此，將Al限定在0. 10%以下。另外，優(yōu)選為 0. 05%以下。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選在上述含量范圍內(nèi)、并且以與C、Al、N含量的關(guān)系滿足下 述⑴式的方式含有Nb。C-31/4Nb+7/6N-9/4Al 彡-0. 30... (1)(在此，C、Nb、N、Al各元素的含量(質(zhì)量％ ))另外，在(1)式中，在Al的添加量為不可避免的雜質(zhì)水平的情況下，以Al = 0質(zhì) 量％的方式進(jìn)行計(jì)算。在Nb含量不滿足上述(1)式的情況下，不能兼具所要求的高強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度為 95ksi以上)和高韌性(夏比沖擊試驗(yàn)的斷裂轉(zhuǎn)變溫度vTrs為-40°C以下)。在本發(fā)明中，可以在上述基本成分的基礎(chǔ)上，還含有以下所示的A組、B組中的1種 或2種。A組選自Cu :2. 0%以下、Mo :2. 0%以下中的1種或2種。B組選自V 0. 20%以下、Ti 0. 10%以下、B :0. 005%以下中的1種或2種以上。A組選自Cu :2. 0%以下、Mo :2. 0%以下中的1種或2種Cu、Mo均是具有使耐腐蝕性提高的作用的元素，可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇性地含有。Cu是具有強(qiáng)固保護(hù)覆膜而使耐點(diǎn)食性提高的作用的元素，為了得到這種效果，優(yōu) 選含有0. 2%以上。另一方面，含量超過2. 0%時(shí)，Cu或Cu化合物的一部分析出，使韌性降 低。因此，在含有Cu的情況下，優(yōu)選將Cu限定在2.0%以下。另外，更優(yōu)選為0.2 1.0%。另外，Mo是具有使對(duì)Cl—引起的點(diǎn)蝕的抵抗性增加的作用的元素，為了得到這種效 果，優(yōu)選含有0. 2%以上。另一方面，如果含量超過2. 0%，則強(qiáng)度降低，并且材料成本高漲。 因此，優(yōu)選將Mo限定在2.0%以下。另外，更優(yōu)選為0.2 1.0%。B組選自V :0. 20%以下、Ti :0. 10%以下、B :0. 005%以下中的1種或2種以上V、Ti、B均為使強(qiáng)度增加的元素，可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇性地含有1種或2種以上。為了得到這種效果，優(yōu)選含有V 0. 02%以上、Ti 0. 02%以上、B :0. 0015%以上。 另一方面，如果含有V:超過0.20%、Ti 超過0. 10%、B 超過0.005%，則韌性降低。因此， 在含有時(shí)，優(yōu)選限定為V :0. 20%以下、Ti 0. 10%以下、B :0. 005%以下。另外，更優(yōu)選為V:0. 02 0. 10%,Ti 0. 02 0. 05%,B :0. 0015 0. 0040%。上述成分之外的余量為!^e及不可避免的雜質(zhì)。另外，作為不可避免的雜質(zhì)，可以 允許0 :0. 010%以下。然后，對(duì)本發(fā)明的油井管用無縫鋼管的組織進(jìn)行說明。本發(fā)明的油井管用無縫鋼管以回火馬氏體相(tempered martensite phase)作為 主體，具有析出Nb分散的組織。另外，作為回火馬氏體相(tempered martensite phase) 以外的組織，可以含有δ鐵素體(delta ferrite)、奧氏體(austenite)各5體積％以下。 而且，從加工性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使δ鐵素體為2體積％以下。此外，從強(qiáng)度穩(wěn)定性的觀點(diǎn) 出發(fā)，優(yōu)選使奧氏體為2體積％以下。由此，制成具有所要求的強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度為95ksi以 上)和高韌性(夏比沖擊試驗(yàn)的斷裂轉(zhuǎn)變溫度vTrs為-40°C以下)、而且還兼具作為油井 管充分的耐腐蝕性的鋼管。析出Nb量以Nb換算為0.020質(zhì)量％以上。如果析出Nb量小 于0. 020質(zhì)量％，則無法抑制給韌性帶來不良影響的M23C6型Cr系碳化物的晶界析出，韌性 降低。另外，析出Nb量以Nb換算優(yōu)選為0.025質(zhì)量％以上。在本發(fā)明的油井管用無縫鋼 管中，不含有M3C型的Cr系碳化物。另外，析出Nb量如下得到對(duì)通過電解提取法(electrolytic extraction method)電解提取得到的電解殘?jiān)M(jìn)行化學(xué)分析，求出電解殘?jiān)兴腘b量，作為試樣 中含有的析出Nb量。另外，在此，析出Nb主要由Nb碳化物或Nb碳氮化物(carbonitride)構(gòu)成。析出 Nb為平均粒徑為3nm 15nm的球形形狀的析出物。然后，對(duì)本發(fā)明的油井管用無縫鋼管的制造方法進(jìn)行說明。以具有上述組成的不 銹鋼無縫鋼管作為原始材料，實(shí)施淬火處理(quenching)和回火處理(tempering)。進(jìn)而， 可以根據(jù)需要實(shí)施用于矯直鋼管形狀的不良的矯直處理。在本發(fā)明中，具有上述組成的原始材料的制造方法不需要特別限定，優(yōu)選通 過轉(zhuǎn)爐(steel converter)、電爐(electric furnace)、真空融角軍爐(vacuum melting furnace)等通常公知的熔煉方法將具有上述組成的鋼水熔煉，并通過連鑄法(continuous casting)、鑄錠(ingot casting)-開坯軋制(blooming method)法等通常的方法制 成鋼坯(billet)等鋼管材料。然后，優(yōu)選加熱這些鋼管材料，使用普通的曼內(nèi)斯曼芯 棒軋管機(jī)方式(Marmesmarm-plug mill method)或曼內(nèi)斯曼芯棒式無縫軋管機(jī)方式 (Mannesmann-mandrel mill method)的制造工序進(jìn)行熱加工來制造管，制成所要求尺寸的 無縫鋼管，作為原始材料。另外，也可以通過利用沖壓方式(press method)的熱擠壓(hot extruding)制造無縫鋼管。此外，制造管后，優(yōu)選通過空冷以上的冷卻速度(cooling rate) 將無縫鋼管冷卻至室溫(room temperature)。首先，對(duì)原始材料(無縫鋼管)實(shí)施淬火處理。本發(fā)明的淬火處理如下進(jìn)行再加熱至Ac3相變點(diǎn)以上的淬火溫度后，以空冷以上 的冷卻速度由該淬火溫度冷卻至100°c以下的溫度范圍。由此，能夠形成微細(xì)的馬氏體組織 (martensitic structure)。淬火加熱溫度如果低于Ac3相變點(diǎn)，則不能加熱至奧氏體單相 區(qū)(austenite single phase region)，無法通過之后的冷卻形成充分的馬氏體組織，因此 無法確保所要求的強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度95ksi以上)。因此，將淬火處理的加熱溫度限定為Ac3 相變點(diǎn)以上。另外，優(yōu)選為1000°C以下。
此外，以空冷或空冷以上的冷卻速度，進(jìn)行從淬火加熱溫度開始的冷卻，直至 100°C以下的溫度范圍。由于本發(fā)明的原始材料的淬透性高，因此如果以空冷水平的冷卻速 度冷卻至100°C以下的溫度范圍，則能夠得到充分的淬火組織(馬氏體組織)。此外，從均 熱(homogeneous heating)的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使淬火溫度的保持時(shí)間為10分鐘以上。然后，對(duì)實(shí)施了淬火處理的無縫鋼管實(shí)施回火處理。在本發(fā)明中，回火處理在確保優(yōu)良的低溫韌性方面是重要的處理。本發(fā)明中的 回火處理優(yōu)選如下進(jìn)行加熱至550°C以上且優(yōu)選々(^相變點(diǎn)以下的回火溫度(tempering temperature)，優(yōu)選保持30分鐘以上，然后，優(yōu)選以空冷以上的冷卻速度，優(yōu)選冷卻至室 溫。由此，制成兼具YS為95ksi以上的高強(qiáng)度和vTrs為-40°C以下的優(yōu)良的低溫韌性的無 縫鋼管。如果使矯直處理的溫度為回火溫度以上則組織發(fā)生變化，因此，如果回火溫度低于 5500C，則無法使矯直處理的溫度降低至回火溫度以下。因此，如后所述，容易產(chǎn)生屈服強(qiáng)度 YS的偏差。另一方面，如果回火溫度高于Ac1相變點(diǎn)則奧氏體相生成，冷卻時(shí)相變?yōu)榇慊瘃R 氏體(quenced martensite)。由于淬火馬氏體具有多的可動(dòng)位錯(cuò)(mobile dislocation), 因此如果淬火馬氏體析出，則屈服強(qiáng)度YS降低。此外，從得到充分的馬氏體的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu) 選以空冷或空冷以上的冷卻速度進(jìn)行從回火開始的冷卻。此外，在本發(fā)明中，可以根據(jù)需要，在回火處理后實(shí)施用于矯直鋼管形狀的不良 的矯直處理。矯直處理優(yōu)選在450°C以上的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。如果矯直處理的溫度低于 450°C，則矯直處理時(shí)鋼管上局部地產(chǎn)生加工應(yīng)變，容易產(chǎn)生機(jī)械特性、特別是屈服強(qiáng)度YS 的偏差。因此，在進(jìn)行矯直處理的情況下，在450°C以上的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。另外，本發(fā)明的優(yōu)選的屈服強(qiáng)度YS的偏差(AYS)為15MPa以下。由上述制造方法制造的無縫鋼管，具有上述組成和組織，成為兼具屈服強(qiáng)度為 95ksi以上(655MPa以上)的高強(qiáng)度和夏比沖擊試驗(yàn)的斷裂轉(zhuǎn)變溫度vTrs為-40°C以下的 優(yōu)良的低溫韌性、以及作為油井管充分的耐腐蝕性的馬氏體系不銹鋼無縫鋼管。實(shí)施例將表1所示組成的鋼水脫氣后，通過連鑄法鑄造成鋼坯(大小207πιπιΦ)，制成鋼 管材料。加熱這些鋼管材料，使用曼內(nèi)斯曼方式的制造工序進(jìn)行熱加工來制造管，然后進(jìn)行 空冷，制成無縫鋼管(外徑177. 8mmΦ X壁厚12. 65mm)。從所得的無縫鋼管上裁取試驗(yàn)材料(鋼管)，在表2及表3所示條件下對(duì)該試驗(yàn)材 料(鋼管)實(shí)施淬火處理和回火處理，或進(jìn)一步實(shí)施矯直處理。從實(shí)施了淬火處理和回火處理、或者進(jìn)一步實(shí)施了矯直處理的試驗(yàn)材料(鋼管) 上裁取電解提取用試驗(yàn)片。使用裁取的電解提取用試驗(yàn)片，使用電解提取法，求出所得的電 解殘?jiān)泻械腘b量，將其作為試樣中含有的析出Nb量。此外，從實(shí)施了淬火處理和回火處理、或者進(jìn)一步實(shí)施了矯直處理的試驗(yàn)材料 (鋼管)上裁取API 弧狀拉伸試驗(yàn)片(strip specimen specified by API standard 5CT)， 實(shí)施拉伸試驗(yàn)，求出拉伸特性(屈服強(qiáng)度YS、拉伸強(qiáng)度TS)。另外，對(duì)于實(shí)施了矯直處理的 試驗(yàn)材料(鋼管)，求出由矯直處理引起的YS的增加量AYS。除了矯直處理外，對(duì)在相同 條件下制造的未進(jìn)行矯直處理的鋼管同樣地實(shí)施拉伸試驗(yàn)，求出拉伸特性(屈服強(qiáng)度YS、 拉伸強(qiáng)度TS)，通過下式算出由矯直處理引起的YS的增加量AYS。AYS=(進(jìn)行矯直處理的鋼管的YS)-(未進(jìn)行矯直處理的鋼管的YS)
此外，根據(jù)JIS Z 2242的規(guī)定，從實(shí)施了淬火處理和回火處理、或者進(jìn)一步實(shí)施了 矯直處理的試驗(yàn)材料(鋼管)上裁取V型缺口試驗(yàn)片(IOmm厚)，實(shí)施夏比沖擊試驗(yàn)，求出 斷裂轉(zhuǎn)變溫度vTrs，對(duì)韌性進(jìn)行評(píng)價(jià)。此外，通過機(jī)械加工由試驗(yàn)材料制作厚3mmX寬30mmX長(zhǎng)40mm的腐蝕試驗(yàn)片，實(shí)
施腐蝕試驗(yàn)。腐蝕試驗(yàn)如下實(shí)施將腐蝕試驗(yàn)片浸漬在保持于高壓滅菌器(autoclave)中的試 驗(yàn)液20%NaCl水溶液(液溫80°C、30個(gè)氣壓的CO2氣氛)中，使浸漬時(shí)間為1周(168小 時(shí))。對(duì)腐蝕試驗(yàn)后的試驗(yàn)片的重量進(jìn)行測(cè)定，由腐蝕試驗(yàn)前后的重量差算出腐蝕速度。將所得的結(jié)果示于表4和表5。本發(fā)明例(鋼管No. 4 13、18 23、四及30)均為如下馬氏體系不銹鋼無縫鋼 管作為油井管，具有充分的耐腐蝕性，而且兼具YS為95ksi以上(655MPa以上)的高強(qiáng)度 和vTrs為-40°C以下的優(yōu)良的低溫韌性，可進(jìn)行450°C以上的熱矯直，并且即使實(shí)施矯直處 理屈服強(qiáng)度的增加量、平均YS的差A(yù)YS仍然小(15MPa以下)。另一方面，偏離本發(fā)明的范 圍的比較例(鋼管No. 1 3、14 17、24 觀)，強(qiáng)度不足(YS小于95ksi)、或者低溫韌性 降低(vTrs高于-40°C )，無法確保所要求的高強(qiáng)度、高韌性，而且矯直處理后的屈服強(qiáng)度的 增加量(AYS超過15MPa)增大。
權(quán)利要求
1.一種油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，兼具屈服強(qiáng)度為95ksi以上的高強(qiáng)度和夏 比沖擊試驗(yàn)的斷裂轉(zhuǎn)變溫度vTrs為-40°C以下的優(yōu)良的低溫韌性，其具有如下組成，以質(zhì)量％計(jì)，含有C 0. 020%以下、Cr 10 14%、Ni 以下、Nb :0. 03 0. 2%、N :0. 05%以下，余量由狗及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，以及以Nb換算計(jì)析出Nb量為0. 020%以上的組織。
2.一種油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，兼具屈服強(qiáng)度YS為95ksi以上的高強(qiáng)度和 夏比沖擊試驗(yàn)的斷裂轉(zhuǎn)變溫度vTrs為-40°C以下的優(yōu)良的低溫韌性，其具有如下組成，以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. 020%以下、Si :1.0%以下、Mn :0. 1 2.0%、P: 0. 020% 以下、S 0. 010% 以下、Al 0. 10% 以下、Cr 10 14%、Ni 以下、Nb :0. 03 0. 2%、N :0. 05%以下，余量由！^及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，以及以Nb換算計(jì)析出Nb量為0. 020%以上的組織。
3.如權(quán)利要求1或2所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，其中，形成以與C、A1、 N的關(guān)系滿足下述(1)式的方式含有所述Nb的組成，C-31/4Nb+7/6N-9/4Al 彡-0. 30... (1)在此，C、Nb、N、Al為各元素的質(zhì)量％含量。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，其中，形成 在所述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自Cu :2.0%以下、Mo :2.0%以下中的1種或2 種的組成。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，其中，形成在 所述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自V :0. 20%以下、Ti 0. 10%以下、B :0. 005%以 下中的1種或2種以上的組成。
6.一種油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管的制造方法，其對(duì)不銹鋼無縫鋼管實(shí)施如下 處理淬火處理，將不銹鋼無縫鋼管加熱至Ac3相變點(diǎn)以上的淬火溫度之后，以空冷以上的冷 卻速度由該淬火溫度冷卻至100°C以下的溫度范圍；和回火處理，在所述淬火處理后，加熱至550°C以上且Ac1相變點(diǎn)以下的回火溫度，并進(jìn)行 冷卻，所述不銹鋼無縫鋼管具有如下組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C 0. 020%以下、Cr 10 14%, Ni 以下、Nb :0. 03 0. 2%、N :0. 05%以下，余量由!^e及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
7.一種油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管的制造方法，其對(duì)不銹鋼無縫鋼管實(shí)施如下 處理淬火處理，將不銹鋼無縫鋼管加熱至Ac3相變點(diǎn)以上的淬火溫度之后，以空冷以上的冷 卻速度由該淬火溫度冷卻至100°C以下的溫度范圍；和回火處理，在所述淬火處理后，加熱至550°C以上且Ac1相變點(diǎn)以下的回火溫度，并進(jìn)行 冷卻，所述不銹鋼無縫鋼管具有如下組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. 020%以下、Si :1.0%以 下、Mn 0. 1 2. 0%,P :0. 020% 以下、S :0. 010% 以下、Al :0. 10% 以下、Cr 10 14%,Ni 3%以下、Nb 0. 03 0.2%、N :0. 05%以下，余量由！^e及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求6或7所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管的制造方法，其中，形成以與C、Al、N的關(guān)系滿足下述(1)式的方式含有所述Nb的組成，C-31/4Nb+7/6N-9/4Al ≤-0. 30... (1)在此，C、Nb、N、Al為各元素的質(zhì)量％含量。
9.如權(quán)利要求6 8中任一項(xiàng)所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管的制造方法， 其中，形成在所述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自Cu :2.0%以下、Mo :2.0%以下中 的1種或2種的組成。
10.如權(quán)利要求6 9中任一項(xiàng)所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管的制造方法， 其中，形成在所述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自V 0. 10%以下、Ti 0. 10%以下、 B 0. 005%以下中的1種或2種以上的組成。
11.如權(quán)利要求6 10中任一項(xiàng)所述的油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管的制造方 法，其中，在所述回火處理后的冷卻中，在450°C以上的溫度范圍進(jìn)行矯直處理。
12.—種油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管，其通過權(quán)利要求11所述的制造方法得 到，其中，所述矯直處理所引起的屈服強(qiáng)度增加量AYS為15MPa以下。
全文摘要
油井管用馬氏體系不銹鋼無縫鋼管及其制造方法，所述馬氏體系不銹鋼無縫鋼管具有析出Nb量達(dá)到0.020％以上的回火馬氏體組織，屈服強(qiáng)度YS為95ksi級(jí)(665～758MPa)級(jí)的高強(qiáng)度和vTrs-40℃以下的優(yōu)良的低溫韌性，且可以進(jìn)行熱矯直處理，其通過對(duì)不銹鋼無縫鋼管實(shí)施如下處理而得到淬火處理，將不銹鋼無縫鋼管加熱至Ac3相變點(diǎn)以上的淬火溫度之后，以空冷以上的冷卻速度冷卻至100℃以下的溫度范圍；和回火處理，在所述淬火處理后，加熱至550℃以上的回火溫度，并進(jìn)行冷卻，所述不銹鋼無縫鋼管具有如下組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.020％以下、Cr10～14％、Ni3％以下、N0.05％以下，還含有Nb0.03～0.2％，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
文檔編號(hào)C22C38/58GK102144041SQ20088013100
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月4日
發(fā)明者宮田由紀(jì)夫, 木村光男, 江口健一郎 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社