专利名称：高强度不锈钢管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高强度不锈钢管，其用于传输装置用、机械结构用、建筑用、装饰用等，特别适合于要求强度和耐蚀性的用途。
背景技术：
不锈钢材的耐蚀性优异，而且强度、加工性、接合部特性等也良好，因而从高耐蚀性和高强度的方面出发，由这样的不锈钢材形成的不锈钢管被用于各种用途。此外，近年来，还要求低成本化，因而对于所使用的高强度不锈钢管，要求不含有昂贵的元素而能够提高耐蚀性和强度。另外，有一种不锈钢材，以质量％计，以12% Cr马氏体系不锈钢材作为基础，在增加Cr的含量的同时，降低C、N的含量，此外，形成含有合适的量的Cr、Ni、Mo、Cu的组成，以马氏体相为基础相，制成由铁素体相和残留奥氏体相形成的复相组织，从而提高了强度、热加工性、耐蚀性和焊接性(例如，参见专利文献1。)。另外，有一种高强度不锈钢管，以质量％计，将N的含量降低至0.015%以下，焊接马氏体系不锈钢材而制成不锈钢管后，在920 1100°C奥氏体化，通过进行水冷以上的冷却速度下的冷却、回火处理、空气冷却以上的冷却速度下的冷却而生成了马氏体。该高强度不锈钢管即使在二氧化碳环境下也具有充分的耐蚀性，此外冲击韧性和焊接性优异(例如，参见专利文献2。)。此外，关于金属组织，通过向奥氏体母相导入适量的铁素体相，形成以体积％计含有5 40%的铁素体相的奥氏体主体的2相组织，从而提高了加工性和耐蚀性(例如，参见专利文献3。)。另外，通过在铁素体系不锈钢材中复合并适量含有Mo和V，提高了耐蚀性，此外， 通过规定热压延条件和冷压延条件，抑制了含有Mo所造成的加工性的降低(例如，参见专利文献4。)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2005-336599号公报(第2-7页、
图1)专利文献2 日本特开平4-268018号公报(第2、3页)专利文献3 日本特开2004-225075号公报(第2、3页、图1)专利文献4 日本特开2002-363712号公报(第2、3页、图1)
发明内容
发明要解决的课题但是，专利文献1的不锈钢材的拉伸强度为689MI^以下，希望进一步提高强度，此外由于含有比较昂贵的元素Mo，因而具有成本高的问题。另外，专利文献2的不锈钢材虽然耐蚀性、冲击韧性良好，但希望进一步提高强度，此外由于含有比较昂贵的元素Co，因而具有成本高的问题。专利文献3和专利文献4的不锈钢材在最终退火后的状态下制管，制管后未实施热处理而进行使用，因而虽然加工性良好，但具有无法得到高强度的问题。本发明是鉴于这样的问题而作出的，提供一种强度和耐蚀性良好、能够廉价地进行制造的高强度不锈钢管。用于解决课题的方案方案1所述的发明是一种高强度不锈钢管，其以下述不锈钢材作为母材，所述不锈钢材以质量％计含有C :0. 04 0. 12%, Ni :0(无添加) 5. 0%、Cr :12. 0 17. 0%, N :0(无添加) 0. 10%、Si :0· 2 2. 0%、Mn :2· 0% 以下、Cu :0(无添加) 2. 0%、P 0. 06%以下、S :0. 006%以下，余部由Fe和不可避免的杂质构成，母相由铁素体相的单相组织、马氏体相的单相组织、铁素体相和马氏体相的复相组织的任一种组织构成，所述高强度不锈钢管是通过将该母材的端部作为接合部进行熔融焊接，从而制管而得到的，所述母相在晶界和晶粒内均勻地析出碳化物，且固溶C量被调整为0. 03%以下，所述接合部具有熔融焊接所产生的熔融组织。方案2所述的发明为，在方案1所述的高强度不锈钢管中，母相和接合部的析出的碳化物通过制管后的热处理而固溶。方案3所述的发明为，在方案2所述的高强度不锈钢管中，热处理后的母相和接合部由马氏体相的单相组织或马氏体相和铁素体相的复相组织构成。发明的效果根据方案1所述的发明，由于规定了成分组成，并且不锈钢材的母相由铁素体相的单相组织、马氏体相的单相组织、铁素体相和马氏体相的复相组织的任一种组织构成，因而在制管后，母相成为含有马氏体相的组织，能够提高强度。另外，由于仅利用通常的不锈钢材中使用的元素来构成成分组成，因而能够廉价地制造。不锈钢材中，碳化物在母相的晶界和晶粒内均勻地析出，从而方案1所述的发明能够防止碳化物在晶界局部地析出而韧性降低所导致的制管时的加工性的降低。另外，晶界处的碳化物的局部析出会引起固溶Cr量减少、耐蚀性降低，方案1所述的发明能够防止这种情况。通过将母相的固溶C量调整为0.03质量％以下，从而能够防止强度过高所导致的制管时的加工负荷的增大和表面的加工缺陷的产生。另外，因固溶C量的增加而析出的碳化物增加，由于形成该析出的碳化物而固溶Cr量减少、耐蚀性降低，方案1所述的发明能够防止这种情况。根据方案2所述的发明，在母相和接合部析出的碳化物通过制管后的热处理而在母相和接合部固溶，因而能够提高制管后的母相和接合部的强度和耐蚀性。需要说明的是， 热处理前的制管时，碳化物为析出的状态，因而能够易于制管。根据方案3所述的发明，制管、并热处理后的母相和接合部由于为马氏体相的单相组织或马氏体相和铁素体相的复相组织，从而能够提高母相和接合部的强度。需要说明的是，马氏体相和铁素体相的复相组织的情况下，马氏体相的体积比例越高，则强度越高。
具体实施例方式以下，对本发明中的实施方式进行详细说明。对作为该实施方式的高强度不锈钢管的母材的不锈钢材的各元素、和各元素的含量进行说明。需要说明的是，只要不特别声明，则各元素的含量为质量％。[C :0· 04 0. 12% ]C是提高强度的元素，特别是，对于通过制管后的热处理而在母相和接合部固溶从而提高强度而言，是重要的元素。作为构成高强度不锈钢管的母材的不锈钢，为了得到有效的强度，需要含有0. 04%以上。但是，随着C的含量的增加，与C形成碳化物的Cr的量也增加。因此固溶Cr量减少，耐蚀性降低。此外，若C的含量超过0.12%，则碳化物过多，延展性和韧性也降低，制管时的加工性变差。因此，使C的含量为0. 04 0. 12%。[Ni :0 5.0%]Ni是通过置换一部分的C和N，从而能够防止C和N的过量含有所导致的耐蚀性降低的元素。但是，若Ni的含量超过5.0%，则由于残留奥氏体量的增加而使强度降低。因此，Ni的含量的上限为5. 0%。需要说明的是，通过调整作为铁素体生成元素的Cr的含量和作为奥氏体生成元素的C、N的含量，能够以铁素体相的单相组织、马氏体相的单相组织、 铁素体相和马氏体相的复相组织的任一种组织构成不锈钢材的母相，因而不一定含有Ni。[Cr :12. 0 17. 0% ]Cr是提高母相和接合部的耐蚀性的元素，为了得到作为构成高强度不锈钢管的母材的不锈钢的有效的耐蚀性，需要含有12. 0%以上。但是，若Cr的含量超过17. 0%，则通过制管后的热处理难以得到马氏体相。另外，即使通过含有奥氏体生成元素来实现成分调整， 也会因残留奥氏体的增加而导致母相和接合部的强度降低。因此，使Cr的含量为12.0 17. 0%。[N :0 0.10%]N与C同样地是提高强度的元素，特别是，通过制管后的热处理而使其固溶至母相，能够提高强度。另外，由于能够用N置换一部分的C，因而能够防止含有大量的C所引起的延展性和韧性的降低。但是，若N的含量超过0. 10%，则由于残留奥氏体的增加而使强度降低。因此，N的含量的上限为0.10%。需要说明的是，可以不必含有N。[Si :0· 2 2. 0% ]Si是通过固溶强化而提高母相的强度的元素。为了得到作为构成高强度不锈钢管的母材的不锈钢的有效的强度，需要含有0.2%以上。但是，若Si的含量超过3.0%，则固溶强化作用饱和，同时促进了 δ铁素体相的形成，导致延展性和韧性降低。因此，使Si的含量为0. 2 2. 0%。[Mn :2. 0% 以下]Mn抑制高温区域中的β铁素体相的生成。另外，具有以MnS的方式补充S，从而提高制造性的作用。但是，含有大量的Mn会增多退火后的残留奥氏体量，导致强度降低。因此，Mn的含量的上限为2. 0%。需要说明的是，Mn的含量优选为0. 1 1. 2%。[Cu :0 2.0%]Cu是可以抑制高温区域中的β铁素体相的生成、同时对于耐蚀性的提高有效的元素。但是，若Cu的含量超过2.0%，则在母相或焊接部生成残留奥氏体或β铁素体，导致强度降低。因此，Cu的含量的上限为2.0%。需要说明的是，可以不必含有Cu。[P :0.06% 以下]P是导致耐蚀性降低的元素。因此，P的含量越少越优选，但若极端地降低P的含量，则制造成本高涨，因此作为实质上不产生不良影响的范围，使P的含量的上限为 0. 06%。[S :0.006% 以下]S是在热压延时在晶界偏析而使热加工性降低并引起热加工裂纹和表面粗糙等的元素，同时该元素在中间退火后的冷压延中导致切边(耳切Λ)的发生。另外，若存在大量的MnS，则对耐蚀性产生不良影响。因此，S的含量越少越优选，但若极端地降低S的含量， 则制造成本高涨，因此作为实质上不产生不良影响的范围，使S的含量的上限为0. 006%。另外，根据需要除了上述元素之外，还可以含有3. 0%以下的Mo、0. 01%以下的B、 0. 5% 以下的 Nb、Ti、V。[Mo :3. 0% 以下]Mo是提高耐蚀性的元素。但是，若Mo的含量超过3.0%，则会导致热加工性降低。 另外，由于是比较昂贵的元素，因而若大量含有则会导致成本升高。因此，Mo的含量的上限为 3. 0%。[B :0.01% 以下]B是形成微细的析出物从而抑制晶粒粗大化的元素，同时该元素提高热压延温度区域中的铁素体相和奥氏体相之间的晶界处的结合力，改善热加工性。但是，若B的含量超过0.01%，则会引起低熔点硼化物的形成，导致热加工性变差。因此，B的含量的上限为 0. 01%。[Nb、Ti、V :0. 5% 以下]Nb、Ti、V是使晶粒微细化、进而分别生成析出物从而提高强度的元素。但是，若 Nb,Ti,V的各含量超过0. 5%，则由于金属间化合物的生成而导致韧性降低。因此，Nb、Ti、 V的各含量的上限分别为0.5%。除上述元素以外的余部由!^e和不可避免的杂质构成，通过这样调整成分组成，形成母相由铁素体相的单相组织、马氏体相的单相组织、铁素体相和马氏体相的复相组织的任一种组织构成的不锈钢材。不锈钢材通过在制管前实施2次热处理，从而均勻地在母相的晶界和晶粒内析出碳化物，且固溶C量被调整为0. 03质量％以下。需要说明的是，碳化物是指C与1种以上的其他元素结合而形成的物质，也包括C、 N和其他元素结合而成的碳氮化物。另外，碳化物在晶界和晶粒内均勻地析出的状态是指，在使用透射型电子显微镜以10万倍观察的Ium见方的视野中，不同观察场所的碳化物面积率的偏差为80%以下的状态。需要说明的是，在晶界或晶粒内碳化物相连地析出的状态除外。对于不锈钢材，首先以材料温度600 850°C、均热时间0 M小时实施第一次的热处理，从而约全部量的固溶C以碳化物的形式析出。此处，与晶粒内相比，碳化物更容易在晶界析出，第1次热处理后碳化物优先在晶界析出。碳化物优先在晶界析出的状态下，韧性降低，加工性变差。另外，由于析出的碳化物中含有C和Cr结合而形成的碳化铬，因而碳化物优先在晶界局部析出，由于碳化物局部形成，固溶Cr量减少，Cr贫化层形成。需要说明的是，Cr贫化层是指这样的区域由于例如碳化铬的形成等，与母相的 Cr量相比，Cr量低2质量％以上的区域，由于耐蚀性会降低，因而优选不形成Cr贫化层。此外，消除氧化皮后，以压延率20%以上进行冷压延，导入冷应变(冷同f )。然后，以材料温度计使与第1次热处理温度的温度差在50°C以内，以均热时间0 1小时实施第2次热处理。通过该第2次热处理，碳化物均勻地在母相的晶界和晶粒内析出ο另外，通过第2次热处理，母相的固溶C量被调整为0.03质量％以下。固溶C量越多则不锈钢材的强度越高，若固溶C量超过0. 03质量％，则强度变得过高，制管时的加工负荷增大，同时加工性变差，容易生成表面缺陷。此外，在制管时的冷却过程中，接合部的固溶C形成碳化物而析出，因而若固溶C量超过0. 03质量％，则形成作为碳化物之一的碳化铬的Cr的量过度增加，容易形成Cr贫化层。因此，固溶C量的上限为0. 03质量％。这样，在不锈钢材中，从韧性、耐蚀性和制管时的加工性的方面出发，碳化物在母相的晶界和晶粒内均勻地析出，固溶C量需要被调整为0. 03质量％以下，此外优选为不存在Cr贫化层的状态。需要说明的是，关于构成高强度不锈钢管的母材的不锈钢材，只要是碳化物在母相的晶界和晶粒内均勻地析出、且母相的固溶C量被调整为0.03质量％以下的状态，则不限定于实施第一次的热处理、冷压延和第2次的热处理，例如也可以实施不同条件的热处理等。另外，将这样的母材的端部作为接合部，通过例如TIG焊接、MIG焊接、高频焊接等熔融焊接来进行焊接，从而制管。制管后的接合部通过熔融焊接而形成了与母相不同的熔融组织。对于制管后的不锈钢管，以材料温度950 1100°C、均热时间0 1小时实施热处理，在母相和接合部析出的碳化物固溶，母相和接合部形成碳化物固溶的状态。这样，在母相和接合部析出的碳化物通过制管后的热处理而被固溶到母相和接合部，从而能够提高高强度不锈钢管的母相和接合部的强度和耐蚀性，因而优选。需要说明的是，将析出的碳化物在母相和接合部固溶的方法不限定于上述的热处理，例如可以是不同条件的热处理等。将制管前的母相由铁素体相的单相组织、马氏体相的单相组织、铁素体相和马氏体相的复相组织的任一种组织构成的不锈钢材制管，并进行热处理，从而形成不锈钢管的母相和接合部含有马氏体相的组织。这样，若构成热处理后的母相和接合部的组织为马氏体相的单相组织或马氏体相和铁素体相的复相组织，则母相和接合部的强度良好，因而优选。为马氏体相和铁素体相的复相组织的情况下，马氏体相的体积比例越高，则强度越高，优选马氏体相的体积比例为30体积％以上。需要说明的是，略微含有残留奥氏体量虽然不会对高强度不锈钢管的强度带来很大的不良影响，但优选奥氏体相的体积比例为20体积％以下。接下来，对上述实施方式的作用和效果进行说明。
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在制造高强度不锈钢管时，以规定的成分组成，将母相由铁素体相的单相组织、马氏体相的单相组织、铁素体相和马氏体相的复相组织的任一种组织构成的不锈钢材作为母材。对于这样的母材，作为第一次的热处理，以材料温度600 850°C、均热时间0 24小时实施热处理，消除氧化皮后，以冷压延率20%以上实施冷压延，导入冷应变。此外， 作为第2次的热处理，以与第1次热处理温度的材料温度差在50°C以内的温度、以均热时间 0 1小时实施热处理，从而碳化物在母相的晶界和晶粒内被均勻地析出，母相的固溶C量被调整为0. 03质量％以下。此外，将母材的端部作为接合部，通过例如TIG焊接、MIG焊接、高频焊接等熔融焊接进行制管，在接合部形成与母相不同的熔融组织。并且，在制管后，以材料温度950 1100°C、均热时间0 1小时实施热处理，从而
在母相和接合部析出的碳化物在母相和接合部固溶，形成高强度不锈钢管。通过由铁素体相的单相组织、马氏体相的单相组织、铁素体相和马氏体相的复相组织构成不锈钢材的母相，从而在制管后，母相和接合部形成含有马氏体相的组织，因此能够提高母相和接合部的强度。此处，例如若不锈钢材的母相中含有奥氏体相，则制管后奥氏体相容易残留，若该奥氏体相大量残留，则难以提高强度。通过对不锈钢材进行2次热处理，在母相的晶界和晶粒内均勻地析出碳化物，由此能够防止碳化物优先在晶界局部析出、母相的韧性降低所产生的制管时加工性降低。另外，通过2次热处理，母相的固溶C量被调整为0. 03质量％以下，从而能够防止这种情况因固溶C量增多而不锈钢材的强度过高、加工性变差导致制管时的加工负荷的增大和不锈钢材表面的加工缺陷的产生。另外，能够防止这种情况固溶C量的增加导致析出的碳化物增加，因形成析出的碳化物而固溶Cr量减少，耐蚀性降低。此外，通过碳化物在母相的晶界和晶粒内均勻地析出，母相的固溶C量被调整为 0. 03质量％以下，从而能够防止碳化物优先在晶界局部析出所引起的Cr贫化层的形成、和制管时的冷却工序中碳化物局部地在接合部析出所引起的Cr贫化层的形成。通过防止Cr贫化层的形成，能够防止耐蚀性的降低，防止母相的生锈，能够防止有可能损害表面品质。接合部通过熔融焊接而形成熔融组织，从而能够将接合部彼此之间可靠地接合， 能够可靠地制管。在母相和接合部，析出后的碳化物通过制管后的热处理而被固溶，因而制管后为C 在母相和接合部固溶的状态，能够提高母相和接合部的强度和耐蚀性。另外，热处理前的制管时，为碳化物未在母相和接合部固溶的状态，因而加工性良好，容易制管。此外，通过制管后的热处理，碳化物在母相和接合部固溶，因而能够抑制母相和接合部的硬度的偏差，能够提高加工所产生的尺寸精度。制管并热处理后的母相和接合部通过由马氏体相的单相组织或马氏体相和铁素体相的复相组织构成，由此能够提高母相和接合部的强度。需要说明的是，这样形成的高强度不锈钢管不使用昂贵的元素，能够以通常的不锈钢材中使用的元素构成成分组成，此外，不进行特别的处理，能够以通常的不锈钢管的制造工序中使用的处理进行制造，因此能够廉价地制造。实施例1表1示出了作为本实施例、比较例以及现有例的不锈钢材的成分组成。钢种编号A C是以规定的成分组成形成的不锈钢材，是本实施例。另外，钢种编号D是与规定的成分组成相比C含量少的比较例。此外，钢种编号E是现有例的SUS430LX， 钢种编号F是现有例的SUS304。[表 1]
权利要求
1.一种高强度不锈钢管，其特征在于，其以下述不锈钢材作为母材，所述不锈钢材以质量％计含有 C 0. 04 0. 12%, Ni :0(无添加) 5. 0%、Cr :12. 0 17. 0%、N :0(无添加) 0. 10%,Si 0. 2 2· 0%,Μη :2. 0% 以下、Cu :0(无添加) 2. 0%,P :0. 06% 以下、 S 0. 006%以下，余部由Fe和不可避免的杂质构成，母相由铁素体相的单相组织、马氏体相的单相组织、铁素体相和马氏体相的复相组织的任一种组织构成，所述高强度不锈钢管是通过将该母材的端部作为接合部进行熔融焊接，从而制管而得到的，碳化物在所述母相的晶界和晶粒内均勻地析出，且固溶C量被调整为0. 03%以下，所述接合部具有熔融焊接所产生的熔融组织。
2.如权利要求1所述的高强度不锈钢管，其特征在于，母相和接合部的析出的碳化物通过制管后的热处理而固溶。
3.如权利要求2所述的高强度不锈钢管，其特征在于，热处理后的母相和接合部由马氏体相的单相组织或马氏体相和铁素体相的复相组织构成。
全文摘要
本发明提供一种强度和耐蚀性良好、能够廉价地进行制造的高强度不锈钢管。其以具有下述成分组成的不锈钢材作为母材，所述成分组成以质量％计含有C0.04～0.12％、Ni0(无添加)～5.0％、Cr12.0～17.0％、N0(无添加)～0.10％、Si0.2～2.0％、Mn2.0％以下、Cu0(无添加)～2.0％、P0.06％以下、S0.006％以下，余部由Fe和不可避免的杂质构成。另外，母相由铁素体相或马氏体相的单相组织、铁素体相和马氏体相的复相组织的任一种组织构成。将该母材的端部作为接合部进行熔融焊接，从而制管。母相在晶界和晶粒内均匀地析出碳化物，固溶C量为0.03质量％以下。
文档编号C21D9/46GK102257172SQ20098015063
公开日2011年11月23日 申请日期2009年5月7日 优先权日2009年5月7日
发明者矶崎诚一, 秀嶋保利, 藤本广, 铃木聪 申请人:日新制钢株式会社