油井管用高強(qiáng)度不銹鋼無(wú)縫管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供壁厚大于25.4mm的厚壁且為110ksi(758MPa)以上、vE-10為40J以上、在高溫腐蝕環(huán)境下的耐腐蝕性優(yōu)良的油井管用不銹鋼無(wú)縫鋼管。對(duì)鋼原材進(jìn)行加熱，實(shí)施熱軋而制成無(wú)縫鋼管，所述鋼原材具有如下組成：以質(zhì)量％計(jì)，含有C：0.005～0.06％、Si：0.05～0.5％、Mn：0.2～1.8％、Cr：15.5～18.0％、Ni：1.5～5.0％、V：0.02～0.2％、Al：0.002～0.05％、N：0.01～0.15％、O：0.006％以下，并且以滿足Cr+0.65Ni+0.60Mo+0.30W+0.55Cu-20C≥19.5、Cr+Mo+0.50W+0.30Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≥11.5的方式含有選自Mo：1.0～3.5％、W：3.0％以下、Cu：3.5％以下中的1種以上。此時(shí)，熱軋為在1100～900℃溫度范圍內(nèi)的總軋制率為30％以上的熱軋。在熱軋結(jié)束后，以空冷以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻，進(jìn)一步實(shí)施淬火回火處理。
【專利說(shuō)明】油井管用高強(qiáng)度不誘鋼無(wú)縫管及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油井用無(wú)縫鋼管beamlesssteel1:ubeforOilCountryTubular Goods),特別涉及兼具優(yōu)良的低溫初性（low-temperaturetou曲ness)和優(yōu)良的耐腐蝕性 (corrosionresistance)的高強(qiáng)度不鎊鋼無(wú)縫管。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年，為了應(yīng)對(duì)原油價(jià)格的高漲、在不遠(yuǎn)的將來(lái)可預(yù)料到的石油資源的枯竭 (exhaustionofpetroleum),在世界范圍內(nèi)一直在積極地開(kāi)發(fā)尚未被探明的深層油田 (de巧oilwell)、暫且被放棄開(kāi)發(fā)的腐蝕性強(qiáng)的酸性氣田（sourgasfield)等。對(duì)于該樣 的油田、氣田而言，通常深度深，并且形成其氣氛也為高溫且含有C〇2、C廠等的嚴(yán)苛的腐蝕 環(huán)境（corrosionenviro皿ent)。因此，作為該種油田、氣田的開(kāi)采中使用的油井用鋼管，要 求強(qiáng)度高而且耐腐蝕性優(yōu)良的鋼管。
[0003] 在含有C〇2、等的嚴(yán)苛的腐蝕環(huán)境下的油田、氣田中，W往一直使用13%化馬 氏體系不鎊鋼管作為油井用鋼管。但是，通常的13%Cr馬氏體系不鎊鋼存在在含有大量 且超過(guò)IOOC的高溫環(huán)境下不耐用的問(wèn)題。
[0004] 因此，在該種高溫的腐蝕環(huán)境下，一直使用雙相不鎊鋼管（化Plexstainless tube)。但是，雙相不鎊鋼管存在合金元素量多、熱加工性差、只能通過(guò)特殊的熱加工法來(lái)制 造并且價(jià)格昂貴該樣的問(wèn)題。
[0005] 針對(duì)該種問(wèn)題，例如，在專利文獻(xiàn)1中記載了一種耐腐蝕性優(yōu)良的油井用高強(qiáng)度不 鎊鋼管的制造方法，其中，將鋼管原材通過(guò)熱加工制成預(yù)定尺寸的鋼管，制管后，W空冷W 上的冷卻速度冷卻至室溫，對(duì)該鋼管實(shí)施如下的渾火-回火處理（quenching-tempering): 再加熱至85(TCW上的溫度后，W空冷W上的冷卻速度冷卻至IOOCW下，接著加熱至 70(TCW下的溫度，所述鋼管原材具有如下組成；W質(zhì)量％計(jì)含有C:0.005?0.05%、Si: 0. 05 ?0. 5%、Mn;0. 2 ?1. 8%、Cr;15. 5 ?18%、Ni:1. 5 ?5%、Mo;1 ?3. 5%、V;0. 02 ? 0.2%、N:0.01?0.15%、0:0.006%W下，并且滿足下述（1)式和下述（2)式，
[0006]Cr+0. 65Ni+0. 60MO+0. 30W+0. 55CU-20C> 19. 5…（1)
[0007](在此，Cr、Ni、Mo、W、Cu、C為各元素的含量（質(zhì)量％ ))
[0008]Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3CU-9N> 11. 5…（2)
[0009] (在此，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的含量（質(zhì)量％))。
[0010] 根據(jù)專利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)，能夠穩(wěn)定地制造即使在13% &馬氏體系不鎊鋼所 無(wú)法耐受的、含有更高濃度的〇)2、C廠等且達(dá)到更高溫度的約20(TC的嚴(yán)苛腐蝕環(huán)境下也具 有充分的耐腐蝕性、并且強(qiáng)度高的油井用不鎊鋼管。
[0011] 另外，在專利文獻(xiàn)2中記載了一種不鎊鋼管的制造方法，其中，對(duì)鋼逐進(jìn)行熱加工 而制成鋼管，接著實(shí)施渾火回火處理，所述鋼逐W質(zhì)量％計(jì)含有C:0.001?0.05%、Si: 0. 05 ?1%、Mn;2%W下、Cr;16 ?18%、Ni;3. 5 ?7%、Mo;大于 2%且為 4%W下、Cu: 1. 5 ?4%、稀±元素；0.OOl?0. 3%、sol.Al;0.OOl?0. 1%、Ca;0.OOOl?0. 3%、N: 0. 05%W下、O;0. 05%W下，或者進(jìn)一步含有選自由Ti;0. 5%W下、Zr;0. 5%W下、Hf: 0. 5%W下、V;0. 5%W下組成的組中的1種或2種W上。根據(jù)專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)，能 夠制造即使在達(dá)到約23CTC的高溫的嚴(yán)苛腐蝕環(huán)境下也具有充分的耐腐蝕性、并且強(qiáng)度高 的油井用不鎊鋼管。
[0012] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [001引專利文獻(xiàn)
[0014] 專利文獻(xiàn)1 ;日本特開(kāi)2005-336595號(hào)公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)2 ;日本專利第4577457號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 發(fā)明所要解決的問(wèn)題
[0017] 最近，對(duì)深度深的油井、氣井進(jìn)行開(kāi)采的情況增加，為了防止來(lái)自地層的壓力導(dǎo)致 油井管被壓壞，要求厚壁的油井管。專利文獻(xiàn)2記載的技術(shù)中，存在如下問(wèn)題；在壁厚大于 25. 4mm的厚壁的情況下，初性降低，不能兼具所期望的高初性和高強(qiáng)度。
[0018] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供具有壁厚大于25. 4mm的厚壁 且兼具屈服強(qiáng)度為IWksi(758MPa)級(jí)W上的高強(qiáng)度和試驗(yàn)溫度-IOC下夏比沖擊試驗(yàn) 煙ia巧yimpacttest)的吸收能vE_i。為40JW上的高初性、而且具有優(yōu)良的耐腐蝕性的油 井管用高強(qiáng)度不鎊鋼無(wú)縫管及其制造方法。另外，在此所述的"優(yōu)良的耐腐蝕性"是指即使 在23CTCW上的高溫且含有0)2、C廠的腐蝕環(huán)境下也顯示出優(yōu)良的耐(?腐蝕性的情況。
[0019] 用于解決問(wèn)題的方法
[0020] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人首先對(duì)影響初性的各種因素進(jìn)行了深入研究。結(jié)果 想到，為了提高厚壁不鎊鋼管的初性，首先需要使組織微細(xì)化。為了提高耐腐蝕性，對(duì)于使 組成含有16?18%的化、約2%?約6%的Ni的不鎊鋼而言，在凝固時(shí)鐵素體結(jié)晶化，冷 卻至室溫時(shí)，一部分還相變?yōu)閵W氏體。但是，由于殘留而未完全消失，因此，即使通過(guò)之后的 熱處理，也幾乎不能使結(jié)晶粒徑微細(xì)化。因此，本發(fā)明人想到，采用各相間、鐵素體與奧氏體 (馬氏體）間的間隔GSI值（GrainSizeIndex)作為組織的微細(xì)化的指數(shù)。并且發(fā)現(xiàn)，通 過(guò)減小GSI值，即，通過(guò)使各相間的間隔變窄，組成為含有16?18%的化、約2%?約6% 的Ni的不鎊鋼管的初性提高。
[0021] 而且，本發(fā)明人通過(guò)進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)施包含穿孔社制的熱加工時(shí)，通過(guò)實(shí) 施預(yù)定溫度范圍內(nèi)的社制率為一定W上的熱加工，各相間的間隔GSI變窄，初性顯著提高。
[0022] 首先，對(duì)作為本發(fā)明的基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。
[0023]將組成W質(zhì)量 ％ 計(jì)含有 0. 026 %C-0. 20 %Si-O. 24 %Mn-O.Ol%P-0.OOl% S-16. 7%Cr-4. 11 %Ni-O. 027%V-2. 13%Mo-I. 06%W-0. 51 %Cu-O. 02%Al-O. 051 %N且 余量由化及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的鋼原材（鋼逐，billet)加熱至各種加熱溫度。進(jìn)而，對(duì) 利用穿孔機(jī)（piercermill)、延伸社機(jī)（elongatormill)、芯棒社管機(jī)（plugmill)等的 熱社的社制溫度、社制率進(jìn)行各種變化，制成外徑297mm4X壁厚26?34mm的無(wú)縫鋼管， 然后，空冷至室溫。從所得到的鋼管上裁取組織觀察用試驗(yàn)片，進(jìn)行研磨，利用維列拉蝕刻 液（Vilella'Sreagent)進(jìn)行腐蝕，用光學(xué)顯微鏡（倍率；400倍）觀察組織。通過(guò)對(duì)所得 到的組織照片進(jìn)行圖像分析，測(cè)定GSI值作為組織的微細(xì)化的指數(shù)。關(guān)于GSI值，使用所得 到的組織照片，在壁厚方向上測(cè)定每單位長(zhǎng)度的鐵素體-馬氏體晶界的數(shù)量（條/mm),由此 求出GSI值。另外，從所得到的鋼管上沿管長(zhǎng)度方向裁取夏比沖擊試驗(yàn)片（IOmm厚），在試 驗(yàn)溫度-IOC下測(cè)定吸收能vE_i。(J)。將所得到的結(jié)果利用vE_i。與GSI值的關(guān)系進(jìn)行整理 并示于圖1中。
[0024]由圖1可知，為了確保vE_i。為40JW上，需要進(jìn)行使GSI為120W上的組織的微細(xì) 化。另外，本發(fā)明人在其他實(shí)驗(yàn)中確認(rèn)到，通過(guò)在1100?90(TC下實(shí)施合計(jì)社制量為30% W上的熱社，能夠?qū)崿F(xiàn)使GSI為120W上的組織的微細(xì)化。對(duì)于加熱至通常的加熱溫度 (1100?125CTC)的包含穿孔社制的熱社而言，1100?90(TC的溫度范圍相當(dāng)于利用延伸 社機(jī)、芯棒社管機(jī)的社制或利用芯棒式無(wú)縫社管機(jī)的社制。即發(fā)現(xiàn)，為了提高無(wú)縫鋼管的低 溫初性，即，為了進(jìn)行組織的微細(xì)化，關(guān)鍵是使利用延伸社機(jī)、芯棒社管機(jī)等的社制成為合 計(jì)社制量為30%W上的低溫且強(qiáng)壓下的社制。
[00巧]本發(fā)明是基于上述見(jiàn)解并進(jìn)一步加W研究而完成的。目P，本發(fā)明的主旨如下所述。
[0026] (1) 一種壁厚大于25. 4mm的油井用高強(qiáng)度不鎊鋼無(wú)縫管的制造方法，其為對(duì)鋼管 原材進(jìn)行加熱、實(shí)施包含穿孔社制的熱社而制成無(wú)縫鋼管并進(jìn)一步將該無(wú)縫鋼管W空冷W 上的冷卻速度冷卻至室溫的無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于，
[0027] 上述鋼管原材具有如下組成；W質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.005?0.06%、Si:0.05? 0. 5%、Mn;0. 2 ?1. 8%、P;0. 03%W下、S;0. 005%W下、Cr;15. 5 ?18. 0%、Ni:1. 5 ? 5. 0%、V;0. 02 ?0. 2%、Al;0. 002 ?0. 05%、N;0.Ol?0. 15%、0 ;0. 006%W下，并且W 滿足下述（1)式及下述（2)式的方式含有選自Mo;1. 0?3. 5%、W;3. 0%W下、Cu;3. 5% W下中的1種或2種W上，余量由化及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
[0028] 上述包含穿孔社制的熱社為在1100?90(TC溫度范圍內(nèi)的總社制率為30%W上 的社制，在該社制后冷卻至上述室溫，然后進(jìn)一步實(shí)施渾火回火處理或回火處理，
[0029]Cr+0. 65Ni+0. 60MO+0. 30W+0. 55CU-20C>19. 5…（1)，
[0030] (在此，&、化、]?〇、胖、〇1、(：為各元素的含量（質(zhì)量％))
[0031]Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3CU-9N>11. 5…（2)
[0032] (在此，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的含量（質(zhì)量％))。
[0033] (2)如（I)所述的油井用高強(qiáng)度不鎊鋼無(wú)縫管的制造方法，其特征在于，在上述組 成的基礎(chǔ)上，W質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有選自Nb;0. 2%W下、Ti;0. 3%W下、Zr;0. 2%W下、 B;0. 01%W下中的1種或2種W上。
[0034] (3)如（1)或（2)所述的油井用高強(qiáng)度不鎊鋼無(wú)縫管的制造方法，其特征在于，在 上述組成的基礎(chǔ)上，W質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有化；〇. 01%W下。
[00巧](4) 一種壁厚大于25. 4mm的油井用高強(qiáng)度不鎊鋼無(wú)縫管，其特征在于，
[0036] 具有如下組成：W質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.005?0.06%、Si:0.05?0.5%、Mn: 0. 2 ?1. 8%、P;0. 03%W下、S;0. 005%W下、Cr;15. 5 ?18. 0%、Ni;1. 5 ?5. 0%、V: 0. 02 ?0. 2%、Al;0. 002 ?0. 05%、N;0.Ol?0. 15%、0 ;0. 006%W下，并且W滿足下述 (1)式及下述（2)式的方式含有選自Mo;1.0?3. 5%、W:3.0%W下、Cu:3.5%W下中的1 種或2種W上，余量由化及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
[0037] 具有如下組織；W馬氏體相為主相，第二相W體積率計(jì)包含10?60%的鐵素體相 和0?10%的奧氏體相，并且W沿壁厚方向劃出的線段的每單位長(zhǎng)度內(nèi)存在的鐵素體-馬 氏體晶界的數(shù)量定義的GSI值在壁厚中也部為120W上，
[003引并且兼具優(yōu)良的低溫初性和優(yōu)良的耐腐蝕性，
[0039]Cr+0. 65Ni+0. 60MO+0. 30W+0. 55CU-20C>19. 5…（1)
[0040](在此，&、化、1〇、胖、〇1、(：為各元素的含量（質(zhì)量％))
[0041]Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3CU-9N>11. 5…（2)
[0042] (在此，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的含量（質(zhì)量％))。
[0043] (5)如（4)所述的油井用高強(qiáng)度不鎊鋼無(wú)縫管，其特征在于，在上述組成的基礎(chǔ) 上，W質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有選自Nb;0. 2%W下、Ti;0. 3%W下、Zr;0. 2%W下、B:0.01% W下中的1種或2種W上。
[0044] (6)如（4)或（5)所述的油井用高強(qiáng)度不鎊鋼無(wú)縫管，其特征在于，在上述組成的 基礎(chǔ)上，W質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有化；〇. 01%W下。
[004引發(fā)明效果
[0046] 根據(jù)本發(fā)明，能夠容易且廉價(jià)地制造兼具屈服強(qiáng)度為IWksi(758MPa)級(jí)W上的 高強(qiáng)度和夏比沖擊試驗(yàn)的吸收能vE_i。為40J W上的高初性、而且具有優(yōu)良的耐腐蝕性的壁 厚大于25.4mm的厚壁高強(qiáng)度不鎊鋼無(wú)縫管，在產(chǎn)業(yè)上發(fā)揮顯著的效果。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0047] 圖1是表示夏比沖擊試驗(yàn)的吸收能vE_i。與GSI的關(guān)系的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0048] 首先，對(duì)本發(fā)明的油井用高強(qiáng)度不鎊鋼無(wú)縫管的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明中，對(duì) 鋼管原材進(jìn)行加熱，實(shí)施包含穿孔社制的熱社而制成無(wú)縫鋼管。
[0049] 本發(fā)明中使用的鋼管原材的組成限定理由如下所述。W下，只要沒(méi)有特別說(shuō)明，貝U 組成中的質(zhì)量％僅W%表示。
[0050] 本發(fā)明中使用的鋼管原材具有如下組成；含有C:0.005?0.06%、Si:0.05? 0. 5%、Mn;0. 2 ?1. 8%、P;0. 03%W下、S;0. 005%W下、Cr;15. 5 ?18. 0%、Ni:1. 5 ? 5. 0%、V;0. 02 ?0. 2%、Al;0. 002 ?0. 05%、N;0.Ol?0. 15%、0 ;0. 006%W下，并且W 滿足下述（1)式及下述（2)式的方式含有選自Mo;1.0?3. 5%、W:3.0%W下、Cu:3.5% W下中的1種或2種W上，余量由化及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
[0051]Cr+0. 65Ni+0. 60MO+0. 30W+0. 55CU-20C>19. 5…（1)
[00閲（在此，化、Ni、Mo、W、Cu、C為各元素的含量（質(zhì)量％ ))
[0053]Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3CU-9N>11. 5…（2)
[0054] (在此，C;r、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的含量（質(zhì)量％))。
[00巧]C;0. 005 ?0. 06%
[0056]C是與馬氏體系不鎊鋼鋼的強(qiáng)度增加有關(guān)的元素。本發(fā)明中，需要含有0. 005% W上。另一方面，大于0.06%而過(guò)量含有時(shí)，耐腐蝕性顯著降低。因此，C限定為0.005? 0.06%的范圍。另外，優(yōu)選為0.01?0.04%。
[0057]Si:0.05 ?0.5%
[0058]Si是作為脫氧劑發(fā)揮作用的元素，在本發(fā)明中含有0.05%W上。但是，含量大于 0. 5%時(shí)，耐(?腐蝕性降低，而且熱加工性也降低。因此，Si限定為0. 05?0. 5%的范圍。 另外，優(yōu)選為0. 1?0.4%。
[0059]Mn;0. 2?1.8%
[0060] Mn是增加強(qiáng)度的元素，為了確保本發(fā)明中所期望的高強(qiáng)度而含有0.2%W上。另 一方面，含量大于1.8%時(shí)，對(duì)初性帶來(lái)不良影響。因此，Mn限定為0.2?1.8%的范圍。另 夕F，優(yōu)選為0.2?0.8%。
[0061]P:0.03 %W下
[0062]P是降低耐腐蝕性的元素，本發(fā)明中期望盡可能地降低。但是，如果是作為能夠相 對(duì)廉價(jià)地實(shí)施且不會(huì)降低耐腐蝕性的范圍的0.03%W下的程度，則可W容許。因此，P限定 為0. 03%W下。另外，極度的降低會(huì)導(dǎo)致制造成本的高漲，優(yōu)選為0. 005%W上。
[0063]S:0.005 %W下
[0064]S是顯著降低熱加工性的元素，期望盡可能地降低。但是，如果為0. 005%W下，貝U能夠通過(guò)通常工序進(jìn)行管制造，因而可W容許。因此，S限定為0.005%W下。另外，極度的 降低會(huì)導(dǎo)致制造成本的高漲，因此優(yōu)選為0. 0005%W上。
[00巧]Cr;15. 5 ?18. 0 %
[0066]化是形成保護(hù)膜而提高耐腐蝕性的元素，尤其是有助于提高耐(?腐蝕性。本發(fā)明 中，從提高高溫下的耐腐蝕性的觀點(diǎn)出發(fā)，需要含有15. 5%W上。另一方面，含量大于18% 時(shí)，會(huì)使熱加工性降低，并且強(qiáng)度降低。因此，化限定為15. 5?18.0%的范圍。另外，優(yōu)選 為16. 0?17. 5%，更優(yōu)選為16. 5?17. 0%。
[0067]Ni; 1.5?5.0%
[0068]Ni是具有使保護(hù)被膜牢固、提高耐腐蝕性的作用并且發(fā)生固溶而增加鋼的強(qiáng)度的 元素。該種效果在含有1.5%W上時(shí)變得顯著。另一方面，含量大于5.0%時(shí)，馬氏體相的 穩(wěn)定性降低，強(qiáng)度降低。因此，Ni限定為1.5?5.0%的范圍。另外，優(yōu)選為3.0?4. 5%。
[0069]V:0.02?0.2%
[0070]V通過(guò)析出強(qiáng)化而有助于增加強(qiáng)度，并且具有改善耐應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性的作用。為了 得到該種效果，需要含有〇.〇2%W上。另一方面，含量大于0.2%時(shí)，初性降低。因此，V限 定為0. 02?0. 2%的范圍。另外，優(yōu)選為0. 03?0. 08%。
[0071]Al;0. 002?0. 05%
[0072]Al是作為脫氧劑發(fā)揮作用的元素，為了得到該種效果，需要含有0.002%W上。另 一方面，大于0.05%而過(guò)量含有時(shí)，氧化鉛類夾雜物增加，延展性、初性降低。因此，Al限定 為0. 002?0. 05%的范圍。另外，優(yōu)選為0.Ol?0. 04%。
[0073]N:0.01?0.15%
[0074]N是顯著提高抗點(diǎn)蝕性的元素，本發(fā)明中需要含有0.01 %W上。另一方面，大于 0. 15%而過(guò)量含有時(shí)，形成各種氮化物而使初性降低。因此，N限定為0.Ol?0. 15%的范 圍。另外，優(yōu)選為0.02?0.08%。
[00巧]0:0.006%W下
[0076] 0在鋼中主要W氧化物的形式存在，對(duì)延展性、初性等帶來(lái)不良影響。因此，期望 盡可能地降低。尤其是在增多而大于0. 006%時(shí)，會(huì)使熱加工性、初性、耐腐蝕性顯著降低。 因此，0限定為0. 006%W下。
[0077] 選自Mo;I. 0 ?3. 5%、W;3. 0%W下、Cu;3. 5%W下中的I種或 2 種W上
[0078] Mo、W、化均為提高耐腐蝕性的元素，選擇含有1種或2種W上。
[0079] Mo是增加對(duì)C廠所導(dǎo)致的點(diǎn)蝕的耐性、有助于提高耐腐蝕性的元素，需要含有 1.0%W上。另一方面，含量大于3.5%時(shí)，強(qiáng)度降低，并且初性也降低，材料成本高漲。因 此，在含有時(shí)，Mo限定為1.0?3. 5%的范圍。另外，優(yōu)選為1.5?3.0%。
[0080] W與Mo同樣地是有助于提高耐腐蝕性的元素，優(yōu)選含有0. 5%W上。但是，含量大 于3.0%時(shí)，初性降低，材料成本高漲。因此，在含有時(shí)，W限定為3.0%W下的范圍。另外， 優(yōu)選為0. 5?2. 5%。
[0081]Cu具有使保護(hù)被膜牢固、抑制氨侵入鋼中的作用，有助于提高耐腐蝕性。為了得到 該種效果，優(yōu)選含有〇.5%W上。但是，大于3.5%而過(guò)量含有時(shí)，會(huì)導(dǎo)致熱加工性降低。因 此，在含有時(shí)，化限定為3. 5%W下。另外，優(yōu)選為0. 5?2. 5%。
[0082] W上述范圍且W滿足下述（1)式和下述（2)式的方式含有上述成分，
[0083] Cr+0. 65Ni+0. 60MO+0. 30W+0. 55CU-20C> 19. 5…（1)
[0084] (在此，Cr、Ni、Mo、W、Cu、C為各元素的含量（質(zhì)量％ ))
[0085] Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3CU-9N> 11. 5…（2)
[0086] (在此，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的含量（質(zhì)量％))。
[0087] 另外，在計(jì)算（I)式、（2)式的左側(cè)值時(shí)，在各式中記載的元素中未含有的元素W 零進(jìn)行計(jì)算。
[0088] 通過(guò)^滿足（1)式的方式調(diào)節(jié)&、化、1〇、￥、化、0各含量，在高溫（達(dá)到230°〇 且含有0)2、C廠的腐蝕環(huán)境下的耐腐蝕性（耐(?腐蝕性）顯著提高。另外，從高溫耐腐蝕 性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使（1)式的左側(cè)值為20. 0W上。
[0089] 通過(guò)W滿足（2)式的方式調(diào)節(jié)Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N各含量，熱加工性提 高，能夠確保用于制造馬氏體系不鎊鋼管所需要的熱加工性。另外，優(yōu)選使（2)式的左側(cè)值 為12. 5W上。
[0090] 上述組成為基本組成，在該些基本組成W外可W進(jìn)一步含有選自Nb;0. 2%W下、 Ti;0. 3%W下、Zr;0. 2%W下、B;0. 01%W下中的 1 種或 2 種W上、和 / 或Ca;0. 01%W下。
[0091] 選自Nb;0. 2%W下、Ti;0. 3%W下、Zr;0. 2%W下、B:0.01%W下中的 1 種或 2 種W上
[0092] Nb、Ti、Zr、B均為增加鋼強(qiáng)度并且改善耐應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性的元素，根據(jù)需要選擇 含有1種或2種W上。為了得到該種效果，優(yōu)選含有Nb:0.02%W上、Ti:0.04%W上、Zr; 0. 02%W上、B;0. 001%W上。另一方面，含量分別大于Nb;0. 2%、Ti;0. 3%、Zr;0. 2%、 6;0.01%時(shí)，初性降低。因此，優(yōu)選分別限定為佩；0.2%^下、1'1;0.3%^下、21';0.2%^ 下、B;0.Ol%W下。
[0093] Ca:0.01 %W下
[0094] 化是使硫化物類夾雜物球形化、有助于硫化物的形態(tài)控制（mcxrphologycontrol 化nction)的元素，可W根據(jù)需要含有。通過(guò)使硫化物類夾雜物球形化，具有使夾雜物周圍 的基質(zhì)的晶格應(yīng)變減小而使夾雜物的氨捕獲能力降低的效果。為了得到該種效果，優(yōu)選含 有0. 0005%W上。另一方面，含量大于0.Ol%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致氧化物類夾雜物的增加，耐腐蝕性 降低。因此，在含有時(shí)，化優(yōu)選限定為0.01 %W下。
[0095] 上述成分W外的余量為化及不可避免的雜質(zhì)。作為不可避免的雜質(zhì)，可W容許0: 0. 010%W下。
[0096] 本發(fā)明中，對(duì)鋼管原材的制造方法沒(méi)有特別限定。但是，優(yōu)選使用轉(zhuǎn)爐（steel converter)等常用的烙煉方法，通過(guò)連鑄（continuouscasting)法等常用的鑄造方法將 具有預(yù)定組成的鋼水制成鋼逐等鑄片。另外，除了連鑄法W外，當(dāng)然也可W通過(guò)鑄錠（ingot casting)-開(kāi)逐社制化looming)法制成鋼逐等鋼片。
[0097] 本發(fā)明中，對(duì)具有上述組成的鋼原材進(jìn)行加熱，實(shí)施通常的曼內(nèi)斯曼芯棒 社管機(jī)方式（Mannesmann-plugmillmethod)或曼內(nèi)斯曼芯棒式無(wú)縫社管機(jī)方式 (Mannesmann-man化elmillmethod)的包含穿孔社制（piercingrolling)的熱社，進(jìn)而W 空冷W上的冷卻速度冷卻至室溫，制成無(wú)縫鋼管。另外，使無(wú)縫鋼管的壁厚大于25. 4mm。為 了確保該種壁厚的無(wú)縫鋼管，當(dāng)然要將作為初始原材料的鋼原材的尺寸調(diào)節(jié)至適當(dāng)范圍。 [009引鋼原材的加熱溫度：1100?130(TC
[0099] 鋼原材的加熱溫度低于Iiocrc時(shí)，加熱溫度過(guò)低而變形阻力增高，對(duì)社制機(jī)的負(fù) 荷過(guò)大而難W進(jìn)行熱社。另一方面，超過(guò)130(TC而達(dá)到高溫時(shí)，結(jié)晶粗大化而使初性降低， 并且氧化皮損失量增加，成品率降低。因此，鋼原材的加熱溫度優(yōu)選為1100?130(TC。更 優(yōu)選為1200?1280°C。
[0100] 對(duì)加熱至上述加熱溫度的鋼原材實(shí)施包含穿孔社制的熱社。作為熱社，可W應(yīng)用 依次經(jīng)由實(shí)施穿孔社制的穿孔機(jī)（piercermill)、接下來(lái)的延伸社機(jī)（elongatormill)、 芯棒社管機(jī)（plugmill)、均整機(jī)（realermill)或者進(jìn)一步的定徑機(jī)（sizingmill)的通 常的曼內(nèi)斯曼芯棒社管機(jī)方式的熱社、或者依次經(jīng)由實(shí)施穿孔社制的穿孔機(jī)、接下來(lái)的芯 棒式無(wú)縫社管機(jī)(man化elmill)、減徑機(jī)（re化cermill)的通常的曼內(nèi)斯曼芯棒式無(wú)縫社 管機(jī)方式的熱社中的任意一種。
[0101] 本發(fā)明中，上述的包含穿孔社制的熱社是在1100?900°c溫度范圍內(nèi)的總社制率 為30%W上的社制。通過(guò)將該溫度范圍內(nèi)的社制率限定為適當(dāng)范圍，能夠?qū)㈣F素體-奧氏 體（馬氏體）的晶界的間隔調(diào)節(jié)得較窄，能夠?qū)崿F(xiàn)組織的微細(xì)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)初性的提高。即 使在1100?90(TC的范圍W外的溫度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)社制率，如果該1100?90(TC范圍內(nèi)的社 制率偏離上述的適當(dāng)范圍，則也無(wú)法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述的組織的微細(xì)化。該溫度范圍的社制 率小于30%時(shí)，難W進(jìn)行本發(fā)明所述的組織微細(xì)化，即，難W使壁厚方向上的每單位長(zhǎng)度的 鐵素體-奧氏體（馬氏體）的晶界數(shù)量GSI為120W上。因此，將1100?900°C范圍內(nèi)的 社制率調(diào)節(jié)至30%W上。由此，能夠使鐵素體-奧氏體（馬氏體）的晶界的間隔為預(yù)定值 W下，對(duì)于厚壁鋼管而言也能夠?qū)崿F(xiàn)組織的微細(xì)化，能夠?qū)崿F(xiàn)初性的提高。另外，該溫度范 圍內(nèi)的社制率的上限沒(méi)有特別限定。
[010引另外，對(duì)于1100?90(TC的溫度范圍W外的社制而言，只要能夠制造預(yù)定尺寸形 狀的無(wú)縫鋼管即可，無(wú)需特別限定。
[0103] 接著，將實(shí)施上述熱社而制成的無(wú)縫鋼管W空冷W上的冷卻速度冷卻至室溫。如 果是本發(fā)明的組成范圍的鋼管，則通過(guò)W空冷W上的冷卻速度進(jìn)行冷卻，能夠形成W馬氏 體相為主相的組織。
[0104] 接著，對(duì)制管后并冷卻后的無(wú)縫鋼管實(shí)施包含渾火-回火處理的熱處理。
[0105] 渾火處理中，加熱至85(TCW上且IOOCTCW下的渾火加熱溫度后，進(jìn)行水冷。渾火 加熱溫度低于85(TC時(shí)，向馬氏體的相變不充分，不能確保所期望的高強(qiáng)度。另外，有可能 生成金屬間化合物，使初性、耐腐蝕性降低。另一方面，在超過(guò)IOOOC的高溫時(shí)，所生成的 馬氏體的比例增高，強(qiáng)度變得過(guò)高。因此，渾火加熱溫度優(yōu)選限定為850?IOOCTC的范圍。 渾火加熱的保持時(shí)間沒(méi)有特別限定。但是，從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為10?30分鐘。另 夕F，更優(yōu)選的加熱溫度為920?980°C。
[0106] 在渾火處理后，進(jìn)一步實(shí)施回火處理。回火處理中，加熱至400?70(TC的回火溫 度后，W空冷W上的冷卻速度進(jìn)行冷卻?；鼗饻囟鹊陀?0(TC時(shí)，不能得到充分的回火效果。 另一方面，在超過(guò)70(TC的高溫時(shí)，容易析出金屬間化合物，初性、耐腐蝕性降低。因此，回火 溫度優(yōu)選限定為400?70(TC的范圍的溫度。另外，回火加熱的保持時(shí)間沒(méi)有特別限定。但 是，從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為20?60分鐘。另外，更優(yōu)選的回火溫度為550?65(TC。
[0107] 另外，也可W對(duì)保持制管狀態(tài)的鋼管僅實(shí)施上述回火處理而不實(shí)施渾火處理。
[0108] 通過(guò)上述制造方法得到的無(wú)縫鋼管為上述組成的、壁厚大于25. 4mm的厚壁的油 井用高強(qiáng)度不鎊鋼無(wú)縫管，其具有如下組織：W馬氏體相為主相，第二相W體積率計(jì)包含 10?60%的鐵素體相和0?10%的奧氏體相，并且W沿壁厚方向劃出的線段的每單位長(zhǎng)度 內(nèi)存在的鐵素體-馬氏體晶界的數(shù)量定義的GSI值在壁厚中也部為120W上。
[0109] 本發(fā)明中，為了確保所期望的高強(qiáng)度，形成W馬氏體相為主相、W體積率為10? 60%的鐵素體相、0?10%的奧氏體相為第二相的組織。
[0110] 鐵素體相的體積率小于10%時(shí)，熱加工性降低。另一方面，鐵素體相增多而大于 60%時(shí)，強(qiáng)度及初性降低。另外，作為鐵素體相W外的第二相，可W考慮10%W下的奧氏體 相，但從確保強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選盡可能地少，包含0%在內(nèi)。奧氏體相增多而大于10% 時(shí)，不能確保所期望的高強(qiáng)度。
[0111] 本發(fā)明鋼管具有如下組織；包含上述的馬氏體相和鐵素體相，或者進(jìn)一步包含殘 余奧氏體相，并且W沿壁厚方向劃出的線段的每單位長(zhǎng)度內(nèi)存在的鐵素體-馬氏體晶界的 數(shù)量定義的GSI值在壁厚中也部為120W上。GSI值小于120時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)組織的微細(xì)化， 不能穩(wěn)定地確保所期望的初性。
[om] 另外，GSI值（條/mm)是利用維列拉蝕刻液進(jìn)行腐蝕，使用利用光學(xué)顯微鏡（倍 率；100?1000倍）觀察得到的組織照片，在壁厚方向上測(cè)定鐵素體-馬氏體晶界的數(shù)量 (條/mm)而得到的值。
[0113]W下，基于實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0114] 實(shí)施例
[0115] 將表1所示組成的鋼水用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行烙煉后，利用連鑄法制成鋼逐（直徑260mm: 鋼原材）。將所得到的鋼原材加熱至表2所示的溫度后，W使1100?90(TC溫度范圍內(nèi)的 社制率達(dá)到表2所示條件的方式實(shí)施依次經(jīng)由穿孔機(jī)、延伸社機(jī)、芯棒社管機(jī)、均整機(jī)或進(jìn) 一步經(jīng)由定徑機(jī)的通常的曼內(nèi)斯曼芯棒社管機(jī)方式的熱社，制成無(wú)縫鋼管（外徑168. 3? 297mmX壁厚26?34mm)。另外，熱社結(jié)束后，在表2所不的條件下進(jìn)打冷卻。進(jìn)一步在 表2所示的條件下對(duì)所得到的無(wú)縫鋼管實(shí)施渾火-回火處理。
[0116] 從所得到的鋼管上裁取試驗(yàn)片，考察組織觀察、拉伸特性、初性、耐腐蝕性。考察方 法如下所述。
[0117] (1)組織觀察
[0118] 從所得到的鋼管的壁厚中央部裁取組織觀察用試驗(yàn)片，對(duì)壁厚方向截面進(jìn)行研 磨，利用維列拉蝕刻液進(jìn)行腐蝕，利用光學(xué)顯微鏡（opticalmicroscope)(倍率；100? 1000倍）觀察組織。由所得到的組織照片判定組織的種類，使用圖像分析算出鐵素體相的 比率（體積率）。
[0119] 另外，奧氏體（Y)相使用X射線衍射法狂-laydifTractionmethod)進(jìn)行測(cè)定。 測(cè)定Y的（220)面、鐵素體相（a)的（211)面的衍射X射線積分強(qiáng)度，使用下式進(jìn)行換算。
[0120] Y(體積率）=100/{l+(IaRy/lyRa)}
[0121] 在此，Ia;a的積分強(qiáng)度、
[0122] Iy:Y的積分強(qiáng)度、
[0123] Ra:a的晶體學(xué)的理論計(jì)算值
[0124] Ry:Y的晶體學(xué)的理論計(jì)算值
[0125] 另外，馬氏體相的比率W該些相W外的余量的形式算出。
[0126] 另外，對(duì)于組織觀察用試驗(yàn)片，使用維列拉蝕刻液進(jìn)行腐蝕，利用光學(xué)顯微鏡（倍 率；400倍）進(jìn)行觀察。根據(jù)所得到的組織照片，在壁厚方向上測(cè)定鐵素體-馬氏體晶界的 數(shù)量（條/mm),算出GSI值。
[0127] (2)拉伸特性
[0128] 依照API標(biāo)準(zhǔn)，W使拉伸方向?yàn)楣茌S方向的方式從所得到的鋼管的壁厚中央部 裁取API弧狀拉伸試驗(yàn)片（stripspecimenspecifiedbyAPIstandard,標(biāo)點(diǎn)間距gage length50. 8mm)。依照API標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施拉伸試驗(yàn)，測(cè)定拉伸特性（屈服強(qiáng)度YS、拉伸強(qiáng)度TS、 伸長(zhǎng)率El)。
[0129] (3)初性
[0130] 依照ISO標(biāo)準(zhǔn)，W使圓周方向?yàn)樵囼?yàn)片長(zhǎng)度方向的方式從所得到的鋼管的壁厚中 央部裁取V形缺口試驗(yàn)片（10mm厚），在試驗(yàn)溫度；-l(TC下實(shí)施夏比沖擊試驗(yàn)，測(cè)定吸收能 vE_i"a)。另外，試驗(yàn)片數(shù)各取3片，求出它們的算術(shù)平均值，作為各鋼管的值。
[0131] (4)耐腐蝕性
[0132] 從所得到的鋼管的壁厚中央部裁取腐蝕試驗(yàn)片（尺寸；3mm厚X25mm寬X50mm 長(zhǎng)），供于腐蝕試驗(yàn)。
[0133] 關(guān)于腐蝕試驗(yàn)，將腐蝕試驗(yàn)片浸潰于保持在高壓蓋中的20%化Cl水溶液（液溫： 23CTC、W3.OMPa的C〇2氣體進(jìn)行飽和）中，使浸潰期間為14天，從而實(shí)施腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn) 后，測(cè)定重量，由試驗(yàn)片的減重進(jìn)行計(jì)算而求出腐蝕速度。另外，利用倍率為50倍的放大鏡 觀察試驗(yàn)后的腐蝕試驗(yàn)片，觀察有無(wú)點(diǎn)蝕。將觀察到直徑為0. 2mmW上的點(diǎn)蝕的情況記作 有點(diǎn)蝕。
[0134] 所得到的結(jié)果示于表3中。
[0135]

【權(quán)利要求】
1. 一種壁厚大于25. 4mm的油井用高強(qiáng)度不銹鋼無(wú)縫管的制造方法，其為對(duì)鋼管原材 進(jìn)行加熱、實(shí)施包含穿孔軋制的熱軋而制成無(wú)縫鋼管并進(jìn)一步將該無(wú)縫鋼管以空冷以上的 冷卻速度冷卻至室溫的無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于， 所述鋼管原材具有如下組成：以質(zhì)量％計(jì)，含有C 005?0. 06%、Si 05?0. 5%、 Mn:0? 2 ?1.8%、P:0? 03% 以下、S:0? 005% 以下、Cr:15. 5 ?18. 0%、Ni:1. 5 ?5. 0%、V: 0? 02 ?0? 2%、A1 :0? 002 ?0? 05%、N:0? 01 ?0? 15%、0 :0? 006% 以下，并且以滿足下述 (1)式及下述⑵式的方式含有選自Mo:1. 0?3. 5%、W:3. 0%以下、Cu:3. 5%以下中的1 種或2種以上,余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成， 所述包含穿孔軋制的熱軋為在1100?900°C溫度范圍內(nèi)的總軋制率為30%以上的軋 制，在該軋制后冷卻至所述室溫，然后進(jìn)一步實(shí)施淬火回火處理或回火處理， Cr+0. 65Ni+0.6OM0+O. 30W+0. 55CU-20C彡 19. 5…（1)， Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3Cu-9N彡 11. 5…（2)， 在此，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的質(zhì)量％含量。
2. 如權(quán)利要求1所述的油井用高強(qiáng)度不銹鋼無(wú)縫管的制造方法，其特征在于，在所述 組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有選自Nb:0.2%以下、Ti:0. 3%以下、Zr:0.2%以 下、B:0.01%以下中的1種或2種以上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的油井用高強(qiáng)度不銹鋼無(wú)縫管的制造方法，其特征在于，在所 述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有Ca:0.01%以下。
4. 一種壁厚大于25. 4mm的油井用高強(qiáng)度不銹鋼無(wú)縫管，其特征在于， 具有如下組成：以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0? 005?0? 06%、Si:0? 05?0? 5%、Mn:0? 2? 1.8%、P:0? 03% 以下、S:0? 005% 以下、Cr:15. 5 ?18. 0%、Ni:1. 5 ?5. 0%、V:0? 02 ? 0? 2%、A1 :0? 002?0? 05%、N:0? 01?0? 15%、0 :0? 006%以下，并且以滿足下述⑴式及 下述⑵式的方式含有選自Mo:1. 0?3. 5%、W:3. 0%以下、Cu:3. 5%以下中的1種或2種 以上，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成， 具有如下組織：以馬氏體相為主相，第二相以體積率計(jì)包含10?60 %的鐵素體相和0?10%的奧氏體相，并且以沿壁厚方向劃出的線段的每單位長(zhǎng)度內(nèi)存在的鐵素體-馬氏 體晶界的數(shù)量定義的GSI值在壁厚中心部為120以上， 并且兼具優(yōu)良的低溫韌性和優(yōu)良的耐腐蝕性， Cr+0. 65Ni+0.6OM0+O. 30W+0. 55CU-20C彡 19. 5…（1)， Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3Cu-9N彡 11. 5…（2)， 在此，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的質(zhì)量％含量。
5. 如權(quán)利要求4所述的油井用高強(qiáng)度不銹鋼無(wú)縫管，其特征在于，在所述組成的基礎(chǔ) 上，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有選自Nb:0.2%以下、Ti:0. 3%以下、Zr:0.2%以下、B:0.01% 以下中的1種或2種以上。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的油井用高強(qiáng)度不銹鋼無(wú)縫管，其特征在于，在所述組成的基 礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有0&:0.01%以下。
【文檔編號(hào)】C22C38/00GK104379774SQ201380028317
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】宮田由紀(jì)夫, 石黑康英, 石川和俊, 中橋哲 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社