专利名称：焊接热影响部的耐晶间应力腐蚀开裂性优异的线管用含Cr钢管的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合作为用于输送在油井(oil well)或气井(gas well)生产的原油或天然气的管道(pipe line)的线管用钢管(steel pipe for linepipe)的含Cr钢管(Crcontaining steel pipe),尤其涉及在极其严酷的腐蚀环境(corrosion environment)下的耐腐蚀性(corrosion resistance)和焊接热影响部(welded heat affected zone)的耐晶丨日」应カ腐蚀开裂性^resistance to intergranular stress corrosion cracking orresistance to IGSCC)的改善。
背景技术：
近年,从原油价格的高涨(skyrocketing crude oil prices)以及不久将来石油 资源(oil resources)可能会枯竭这样的观点出发,正在积极开发以往不曾关注过的深度(depth)的深层油田(deep layer oil well)气田或暂时放弃开发的腐蚀性强的油田、气田等。这样的油田、气田通常深度深，并且其气氛为高温，含有ニ氧化碳(carbon dioxidegas) CO2、氯离子(chloride ion) Cr等的严酷的腐蚀环境。另外，海底(bottom of theocean)之类的钻井环境(drilling environment)严酷的油田、气田的开发也渐多。作为输送在这样的油田、气田生产的原油、天然气的管线要求使用高强度(high-strength)、高韧性(high-toughness)且耐腐蚀性优异的钢管,而且从降低管道的铺设成本(laying cost)这样的观点出发，还要求使用具备优异的焊接性(weldability)的钢管。针对这样的要求，例如专利文献I中记载有ー种适合作为线管用的马氏体系不锈钢钢管(martensitic stainless steel pipe),其不实施焊接后热处理(post weld heattreatment)就能够防止在焊接热影响部产生晶间应力腐蚀开裂(intergranular stresscorrosion cracking)(简称为IGSCC),焊接热影响部的耐晶间应カ腐蚀开裂性优异。专利文献I中记载的马氏体系不锈钢钢管具有以下组成以质量％计含有C :低于0. 0100%、N :低于 0. 0100%、Cr 10 14%、Ni 3 8%、Si :0. 05 I. 0%, Mn :0. I 2. 0%、P :0. 03% 以下、S :0. 010%以下、Al :0. 001 0. 10%，还含有选自Cu 4%以下、Co 4%以下、Mo 4%以下、W 4%以下中的I种或2种以上以及选自Ti :0. 15%以下、Nb :0. 10%以下、V :0. 10%以下、Zr :0. 10%以下、Hf :0. 20%以下、Ta :0. 20%以下中的I种或2种以上，并且满足Csol低于0. 0050%。在专利文献I记载的技术中，通过使对Cr碳化物(carbide)的形成有效发挥作用的有效固溶 C 量(effective content of dissolved carbon :Csol)Csol 低于 0. 0050%,从而防止在原奥氏体晶界(prior-austenite grain boundaries)形成Cr碳化物，防止属于焊接热影响部晶间应力腐蚀开裂的起因的Cr缺陷层(Cr depleted zones)的形成,能够不实施焊接后热处理就抑制在焊接热影响部产生晶间应力腐蚀开裂。另外，专利文献2中记载了耐腐蚀性优异的线管用高强度不锈钢钢管。专利文献2中记载的高强度不锈钢钢管具有以下组成以质量％计含有C :0. 001 0. 015%、N 0. 001 0. 015%,Cr 15 18%、Ni :0. 5% 以上且低于 5. 5%、Mo :0. 5 3. 5%、V :0. 02 0. 2% 以及 Si 0. 01 0. 5%、Mn 0. I I. 8%、P :0. 03% 以下、S :0. 005% 以下、N :0. 001 0. 015%、0 :0. 006%以下，并且同时满足 Cr+0. 65Ni+0. 6M0+O. 55Cu_20C 彡 18. 5、Cr+Mo+0. 3Si_43. 5C-0. 4Mn_Ni-0. 3Cu-9N^ 11. 5以及C+N彡0. 025。在专利文献2记载的技术中，含有适量的铁素体相，维持铁素体-马氏体双相组织(dual phase microstructure)的同时将Cr含量调整为较高的15 18%而含有，由此可形成热加工性(hot workability)和低温韧性(low temperaturetoughness)优异的具有作为线管用的充分強度的、即使在含有ニ氧化碳、氯离子的200°C的高温腐蚀环境下也具有优异的耐腐蚀性的钢管。专利文献I :日本特开 2005-336601 号公报(W02005/073419A1)专利文献2 日本特开2005-336599号公报
发明内容
然而，在严酷的腐蚀性环境下，即使根据专利文献I中记载的技木，也存在无法完
全抑制在焊接热影响部产生晶间应力腐蚀开裂的问题，现状是进行焊接后热处理来防止在焊接热影响部产生晶间应力腐蚀开裂。另外，根据专利文献2记载的技术制造的钢管完全没有考虑耐晶间应力腐蚀开裂性，提高Cr含量，从耐晶间应カ腐蚀开裂性这ー观点出发，与Cr含量低的专利文献I中记载的钢管相比进ー步下降，存在无法完全抑制在焊接热影响部产生晶间应カ腐蚀开裂这ー问题。本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，提供所希望的高强度、韧性、耐腐蚀性以及耐硫化物应カ腐蚀开裂性(resistance to sulfide stress cracking)优异且焊接热影响部的耐晶间应カ腐蚀开裂性优异的线管用含Cr钢管。本发明目的钢管是X65 X80级钢管(屈服強度(YS)为448-651MPa的钢管)。另外，此处“韧性优异”是指在夏比冲击试验(Charpy impact test)中的-40°C下的吸收能量(absorbed energy)E_40 (J)为 50J以上的情况。另外，“耐腐蚀性优异”是指在使3. OMPa的ニ氧化碳饱和的150°C下200g/IiterNaCl水溶液中的腐蚀速度(mm/year)(以下,简称为mm/y)为0. 10mm/y以下的情况。应予说明，这里所指的“钢管”也包含无缝钢管(seamless steel pipe)、焊接钢管(weldedsteel pipe)。本发明人等为了达到上述目的，对含16 17%的Cr的铁素体-马氏体系不锈钢钢管的、含有ニ氧化碳、氯离子的腐蚀环境下的影响焊接热影响部的耐晶间应カ腐蚀开裂性的各种因素进行了深入研究。其结果发现，在这样的铁素体-马氏体系不锈钢中，晶间应力腐蚀开裂由下述原因引起在焊接时的加热循环(heating cycle)中在该热影响部上形成粗大的铁素体晶粒，在其后的冷却循环(coo I ing cy c I e )中,在该粗大的铁素体晶粒的晶界析出Cr碳化物，伴随其在其晶界上形成Cr缺陷层所致。进而，本发明人等想到在这种钢中，在Cr碳化物在粗大的铁素体晶粒的晶界析出之前，至少从晶界产生铁素体(ferrite) ( a )—奥氏体(austenite) ( y )相变,使绝大多数的晶界能够被奥氏体所占据,贝U可阻止Cr碳化物向晶界析出，能够抑制Cr缺陷层的形成，防止晶间应力腐蚀开裂的产生。而且，进一歩研究的结果发现，为了在Cr碳化物在晶界析出之前从晶界产生a — y相变，需要优化组成范围以使组成范围满足下式(I);11. 5 ^ Cr+Mo+0. 4W+0. 3Si_43. 5C-0. 4Mn-Ni_0. 3Cu_9N く 13. 3... (I)。
根据本发明人等的研究，新发现通过制成使{Cr+Mo+0. 4W+0. 3Si_43. 5C_0. 4Mn_Ni-0. 3Cu-9N}成为13.3以下的组成，能使碳化物难以在晶界(Cr碳化物)析出，因此也难以发生Cr缺陷层的形成，能够防止晶间应力腐蚀开裂。这是因为如果{Cr+Mo+0. 4W+0. 3Si_43. 5c-o. 4Mn-Ni-0. 3Cu_9N}成为13. 3以下，则成为铁素体形成元素的比例低的组成，这种情况下，在管道铺设时的环缝焊接(girth welding)中，加热时虽然在曝露于超过熔点(meltingpoint)附近的1200°C那样的高温下的区域形成粗大的铁素体相単相组织，但冷却时产生a — Y相变，从晶界或粒内产生Y相。在这样的情况下，由于Y与a相相比，碳化物的溶度积(solubility product)大,在晶界难以析出碳化物(Cr碳化物)，因此也难以发生Cr缺陷层的形成，能够防止晶间应力腐蚀开裂。并且，在其后的冷却中，Y相的大部分或全部将相变为马氏体相，这无需多说。另ー方面，成为{Cr+Mo+0.4W+0. 3Si_43. 5C-0. 4Mn-Ni_0. 3Cu_9N}为超过 13. 3 这样的铁素体形成元素的比例高的组成时，由于形成的粗大的铁素体相単相组织在其后的冷却中，不产生a — y相变，直接达到室温，所以在晶界析出Cr碳化物，形成Cr缺陷层，变得易产生晶间应カ腐蚀开裂。 接下来，对作为本发明基础的实验结果进行说明。从改变各成分含量的各种钢管中采取大小为厚度4mmX宽度15mmX长度115mm的试验片素材,对素材中央部赋予图I所示条件的焊接热循环。并且，从赋予焊接热循环后的试验片中采取组织观察用试验片，进行研磨、腐蚀，观察赋予焊接热循环后的组织，測定在原a晶界中的相变生成物(马氏体相和/或奥氏体相)的有无和被相变生成物(马氏体相和/或奥氏体相)所占的原a晶界的长度，计算相对于原a晶界全长的占据率。进而，从得到的赋予完焊接热循环的试验片素材的中央部切出厚度2mmX宽度15mmX长度75mm的试验片，实施U弯曲应カ腐蚀开裂试验。如图2所示，U弯曲应カ腐蚀开裂试验是将试验片以内半径8. Omm弯曲成U字型，浸溃于腐蚀液中的试验。使用的腐蚀液为液温100°C、CO2压カ0. IMPa, pH :2. 0的50g/l NaCl溶液。应予说明，试验时间为168h。试验后，用100倍的光学显微镜观察试验片截面，调查有无裂纹，有裂纹时记为▲、无裂纹时记为〇，将原a晶界占据率与{Cr+Mo+0. 4W+0. 3Si_43. 5C-0. 4Mn-Ni_0. 3Cu_9N}的关系示于 3。图 3 中，式(I)的{Cr+Mo+0. 4W+0. 3Si_43. 5C-0. 4Mn_N ト 0. 3Cu_9N}超过13. 3时，相对于原铁素体晶界全长的被马氏体相和/或奥氏体相所占据的长度的比例为低于50%，表示产生了晶间应力腐蚀开裂。本发明是基于上述见解进一歩深入研究而完成的。S卩，本发明的主g如下所述。(I) 一种焊接热影响部的耐晶间应カ腐蚀开裂性优异的线管用含Cr钢管，其特征在于，具有以下组成以质量％计，以满足下述式(I)的方式含有C :0. 001 0.015%、Si 0. 05 0. 50%、Mn :0. 10 2. 0%、P :0. 020% 以下、S :0. 010% 以下、Al :0. 001 0. 10%、Cr 15. 0 18. 0%、Ni 2. 0 6. 0%、Mo :1. 5 3. 5%, V :0. 001 0. 20%,N :0. 015% 以下，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，式(I)11. 5 ^ Cr+Mo+0. 4W+0. 3Si_43. 5C-0. 4Mn-Ni_0. 3Cu_9N く 13. 3... (I)(其中，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N:各元素的含量(质量 ％))，
并且，在焊接时加热到铁素体单相温度区域并被冷却的焊接热影响部成为以下组织以相对于原铁素体晶界全长的比率计，原铁素体晶界的50%以上被马氏体相和/或奥氏体相占据。(2)如(I)所述的线管用含Cr钢管，其特征在于，具有以下组成在上述组成的基础上以质量％计还含有选自Cu :0. 01 3. 5%、W :0. 01 3. 5%中的I种或2种。(3)如(I)或(2)所述的线管用含Cr钢管，其特征在于，具有以下组成在上述组成的基础上以质量％计还含有选自Ti :0. 01 0. 20%,Nb :0. 01 0. 20%,Zr :0. 01 0. 20%中的I种或2种以上。(4)如(I) (3)中任一项所述的线管用含Cr钢管，其特征在于，具有以下组成在上述组成的基础上以质量％计还含有选自Ca :0. 0005 0. 0100%,REM :0. 0005 0. 0100%中的I种或2种。根据本发明，能无需进行焊接后热处理，够价廉地制造焊接热影响部的耐晶间应力腐蚀开裂性优异的线管用含Cr钢管，在产业上起到显著的效果。另外，根据本发明，也有以下效果能够对管道等钢管构造物不进行焊接后热处理地进行施工，能够缩短施工时间等，显著降低施工成本。
图I是模式性表示实施例使用的焊接模拟热循环(simulated welding thermalcycle)的说明图。图2是模式性表示实施例使用的U弯曲应カ腐蚀开裂试验用试验片(testspecimen for U-bend test)的弯曲状况的说明图。图3是表示相对于原铁素体晶界全长的被马氏体相和/或奥氏体相所占据的长度的比例与式(I)的关系以及有无产生晶间应力腐蚀开裂(简称为IGSCC)的图。
具体实施例方式首先，对本发明钢管的组成限定理由进行说明。以下，只要没有特别说明，质量％仅以％表示。C :0. 001 0. 015%C是有助于增加強度的元素，在本发明中需要含有0.001%以上。另ー方面，如果超过0. 015%而大量含有，则使焊接热影响部的韧性变差。如果大量含有，则特别是难以防止焊接热影响部的晶间应力腐蚀开裂。因此，C限定为0.001 0. 015%的范围。并且，优选为0. 002 0. 010%。Si :0. 05 0. 50%Si是作为脱酸剂(deoxidizing agent)发挥作用的同时固溶而增加强度的元素，在本发明中需要含有0.05%以上。但是，如果超过0.50%而大量含有，则使母材、焊接热影响部的韧性降低。因此，Si限定在0.05 0.50%的范围。并且，优选为0. 10 0.40%。Mn :0. 10 2. 0%Mn是固溶而有助于增加钢的强度同时生成奥氏体的元素，抑制铁素体生成，提高母材、焊接热影响部的韧性。这样的效果需要含有0. 10%以上，但如果超过2. 0%地含有，则效果饱和，无法期待与含量相符的效果。因此，Mn限定在0.10 2.0%的范围。并且，优选为 0. 20 0. 90%oP :0. 020% 以下P是使耐ニ氧化碳腐蚀性(C02corrosion resistance)、耐硫化物应カ腐蚀开裂性等耐腐蚀性变差的元素，在本发明中优选尽可能減少，但极端的减少会导致制造成本的上升。作为能够在エ业上低价实施且不使耐腐蚀性变差的范围，将P限定为0.020%以下。并且，优选为0. 015%以下。S :0. 010% 以下S是在钢管制造过程中使热加工性显著变差的元素，优选尽可能少，如果降低到0. 010%以下，则能够进行通常エ序的钢管制造，所以S限定为0. 010%以下。并且，优选为0. 004% 以下。
Al :0. 001 0. 10%Al是具有強大的脱酸作用的元素，为了得到这样的效果，需要含有0. 001%以上，但如果超过0. 10%地含有，则对韧性带来不良影响。因此，Al限定为0. 10%以下。并且，优选为0. 05%以下。Cr :15. 0 18. 0%Cr是形成保护被膜(protective surface film),提高耐ニ氧化碳腐蚀性、耐硫化物应カ腐蚀开裂性等耐腐蚀性的元素。在本发明中特别是出于提高严酷的腐蚀环境下的耐腐蚀性的目的，需要含有15. 0%以上。另ー方面，如果超过18. 0%地含有，则热加工性降低。因此，Cr限定为15. 0 18. 0%的范围。Ni :2. 0 6. 0%Ni具有使保护被膜牢固的作用，是提高耐ニ氧化碳腐蚀性、耐硫化物应カ腐蚀开裂性等的耐腐蚀性的同时还有助于增加強度的元素。为了得到这样的效果，需要含有2. 0%以上，但如果超过6.0%地含有，则降低热加工性，并且导致強度的降低。因此，Ni限定为
2.0 6. 0%的范围。并且，优选为3. 0 5. 0%。Mo : I. 5 3. 5%Mo具有增强对因Cr(氯离子)引起的点蚀(pitting corrosion)的抵抗性的作用，是对耐腐蚀性提高具有有效作用的元素。为了得到这样的效果，需要含有I. 5%以上。另ー方面，如果含有超过3. 5%，则热加工性降低，并且使制造成本高涨。因此，Mo限定为I. 5
3.5%的范围。并且，优选为I. 8 3. 0%。V :0. 001 0. 20%V是有助于强度的増加的同时具有提高耐应カ腐蚀开裂性作用的元素。含有0.001%以上时，这样的效果显著，但如果超过0.20%地含有，则降低韧性。因此，V限定为0. 001 0. 20%的范围。并且，优选为0. 010 0. 10%。N :0. 015% 以下N具有提高耐点蚀性(pitting corrosion resistance)的作用，但也是具有显著降低焊接性作用的元素，在本发明中优选尽可能少，但极端的减少将会导致制造成本上升。作为能够在エ业上低价实施且不使耐腐蚀性变差的范围，将0. 015%作为上限。上述成分是基本成分，在基本组成的基础上还可以根据需要作为选择元素选择含有选自Cu 0. 01 3. 5%、W 0. 01 3. 5%中的I种或2种和/或选自Ti :0. 01 0. 20%,Nb 0. 01 0. 20%,Zr :0. 01 0. 20%中的I种或2种以上和/或选自Ca :0. 0005 0. 0100%、REM :0. 0005 0. 0100%中选择的I种或2种。选自Cu :0. 01 3. 5%、W :0. 01 3. 5% 中的 I 种或 2 种Cu、W均是提高耐ニ氧化碳腐蚀性的元素，可以根据需要选择含有。Cu是提高耐ニ氧化碳腐蚀性并且还有助于增加強度的元素。为了得到这样的效果，优选含有0. 01%以上，但如果含有超过3. 5%，则效果饱和，无法期待与含量相符的效果，在经济上不利。因此，含有时，优选将Cu限定为0. 01 3. 5%的范围。并且，更优选为0. 30 2. 0%。W是提高耐ニ氧化碳腐蚀性并且提高耐应カ腐蚀开裂性、耐硫化物应カ腐蚀开裂性以及耐点蚀性的元素。为了得到这样的效果，优选含有0. 01%以上，但如果超过3. 5%地含有，则效果饱和，无法期待与含量相符的效果，在经济上不利。因此，含有的情况下，优选 将W限定为0. 01 3. 5%的范围。并且，更优选为0. 30 2. 0%。选自Ti :0. 01 0. 20%、Nb :0. 01 0. 20%、Zr :0. 01 0. 20% 中的 I 种或 2 种以
上与Cr相比，Ti、Nb、Zr均是形成碳化物趋势强的元素，具有抑制冷却时在晶界析出Cr碳化物的作用，可以根据需要选择含有I种或2种以上。为了得到这样的效果，优选分别含有Ti :0. 01%以上、Nb :0. 01%以上、Zr :0. 01%以上，但如果分别超过Ti :0. 20%、Nb 0. 20%、Zr :0. 20%地含有，则焊接性、韧性降低。因此，含有时，优选分别限定为Ti :0. 01 0. 20%、Nb :0. 01 0. 20%、Zr :0. 01 0. 20% 的范围。并且，更优选为 Ti :0. 02 0. 10%、Nb :0. 02 0. 10%、Zr :0. 02 0. 10%。选自Ca :0. 0005 0. 0100%、REM :0. 0005 0. 0100% 中的 I 种或 2 种Ca、REM均是介由夹杂物(inclusion)的形态控制(morphologycontrol)而提高热加工性、连续铸造时的制造稳定性的元素，可以根据需要选择含有。为了得到这样的效果，优选分别含有Ca :0. 0005%以上、REM :0. 0005%以上，但如果分别超过Ca :0. 0100%,REM 0. 0100%地含有，则导致夹杂物量的增加，降低钢的清洁度(cIeanness)。因此，含时，优选分别限定为Ca :0. 0005 0. 0100%、REM :0. 0005 0. 0100%的范围。并且，更优选为Ca 0. 0010% 0. 0030%、REM :0. 0010 0. 0050%。在本发明中，以上述成分的范围且满足以下式(I)的方式来调整各成分的含量。11. 5 ^ Cr+Mo+0. 4W+0. 3Si_43. 5C-0. 4Mn_Nト0. 3Cu_9N く 13. 3... (I)(其中，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N :各元素的含量(质量 %))式(I)的中值{Cr+Mo+0.4W+0. 3Si_43. 5C-0. 4Mn-Ni_0. 3Cu_9N}是评价热加工性及耐晶间应カ腐蚀开裂性的指数，在本发明中，以满足式(I)的11. 5 13. 3的范围的方式在上述范围内调整各元素的含量。如果式(I)的中值低于11. 5，则热加工性不足，无法确保无缝钢管的制造所需要的充分的热加工性，难以进行无缝钢管的制造。另ー方面，如果式(I)的中值大幅超过13. 3，则如上所述，耐晶间应カ腐蚀开裂性降低。由于这样的情况，将各元素的含量以在上述范围内且满足式(I)的方式进行调整。上述成分以外的剰余部分由Fe和不可避免的杂质构成。作为不可避免的杂质，可以允许0 :0. 010%以下。
本发明钢管具有上述组成，并且具有将马氏体相作为基体相(bas印hase)，以体积率计10 50%的铁素体相和体积率计30%以下的奥氏体相构成的组织。应予说明，马氏体相中也包含回火马氏体相(tempered martensite phase)。为了确保所希望的强度,优选以体积率计含有25%以上的马氏体相。另外，铁素体相是软质的提高加工性(workability)的组织，从提高加工性这一观点出发，优选以体积率计含有10%以上。另一方面，如果超过50%地含有，则变得无法确保所希望的高强度(X65，YS 448MPa以上)。另外，奥氏体相为提高韧性的组织，但如果超过30%则难以确保强度。应予说明，奥氏体相有如下情况在淬火处理时没有全部相变为马氏体相，一部分残留的情况，以及，在回火处理时马氏体相、铁素体相的一部分逆相变(r e V e r s etransformation)而稳定化,冷却后作为奥氏体相残留的情况。应予说明，在具有上述组成和上述组织的本发明钢管中，形成有焊接部时，由于在本申请发明钢的组成范围内，在1300°C以上时成为铁素体单相温度区域，所以优选焊接时加热到1300°C以上的铁素体单相温度区域且被冷却的焊接热影响部成为如下组织以相对于原铁素体晶界(prior-ferrite grain boundaries)全长的比率计,原铁素体晶界的 50%以上被马氏体相和/或奥氏体相占据。由此，能够避免Cr碳化物在粗大的原铁素体粒的晶界上析出，抑制晶间应力腐蚀开裂的产生，改善焊接热影响部的耐晶间应力腐蚀开裂性。接着，以无缝钢管作为例子对本发明钢管优选的制造方法进行说明。首先，优选用转炉(converter)、电炉(electricfurnace)、真空溶炼炉(vacuummelting furnace)等常用的熔炼方法对具有上述组成的钢水(molten steel)进行熔炼,用连续铸造法(continuous casting method)、铸淀-开还车匕制法(slabing mill method forrolling an ingot)等常用的方法制成钢还(billet)等钢素材。接着,加热这些钢素材,使用通常的满乃斯曼心棒轧管方式(Mannesmann-plug mill method)或满乃斯曼心轴轧管方式(Mannesmann-mandrel mill method)的制造工序进行热乳(hot rolling)、造管形成所希望的尺寸的无缝钢管。优选对造管后的无缝钢管实施以空冷(air-cooling rate)以上，优选在800 500°C的平均0. 5°C /s以上的冷却速度冷却至室温的加速冷却(acceleratedcooling)。由此，只要是具有本发明组成范围内的组成的钢管，就能够成为将上述那样的马氏体相作为基底的组织。如果冷却速度低于0. 5°C /s，则无法成为将上述那样的马氏体相作为基底的组织。此处，将马氏体相作为基底的组织意是指马氏体相是体积率最大的组织或具有与体积率最大的其它组织的体积率大致相等的体积率。应予说明，可以代替上述轧制后的加速冷却，进行再加热、淬火处理(quenching)以及回火处理(tempering)。作为淬火处理，优选再加热到800°C以上，在该温度保持IOmin以上后以空冷以上或在800 500°C的平均0. 50C /s以上的冷却速度冷却至100°C以下的处理。再加热温度如果低于800°C，则无法确保成为所希望的将马氏体相作为基底的组织。作为回火处理，优选在淬火处理后加热到500°C 700°C，更优选为580°C 680°C的温度，保持规定时间后进行空冷处理。由此，能够兼备所希望的高强度、所希望的高韧性以及所希望的优异的耐腐蚀性。至此，以无缝钢管为例进行了说明，但本发明并不限定于此。也可以使用具有上述组成的钢管素材(钢板)，以通常的工序制造电阻焊钢管、UOE钢管，形成线管用钢管。应予说明，对于电阻焊钢管、UOE钢管而言，也优选对钢管素材(钢板)或钢管实施上述淬火-回火处理，制成具有上述组织的钢管。另外，可以焊接接合上述本发明钢管形成焊接构造物(钢管构造物)。应予说明，本发明钢管的焊接接合也包含将本发明钢管与其它种类钢管焊接接合的情况。在焊接接合本发明钢管而成的这些焊接构造物中，优选焊接时加热到1300°C以上的铁素体单相温度区域并被冷却的焊接热影响部具有以相对于原铁素体晶界全长的比率计原铁素体晶界的50%以上被马氏体相和/或奥氏体相占据的组织的焊接热影响部。由此，抑制晶间应力腐蚀开裂，不进行焊接后热处理就改善焊接热影响部的耐晶间应力腐蚀开裂性。以下，基于实施例进一步说明本发明。实施例将表I所示的组成的钢水用真空熔炼炉(vacuum melting furnace)熔炼、脱气后，铸造成IOOkgf钢块,利用热锻(hot forging)制成规定尺寸的钢管素材。加热这些钢管素， 通过使用模型无缝轧机(model seamless mill)(小型实验用无缝轧机)的热加工进行造管，制成无缝钢管(夕卜径65mm Φ X壁厚5. 5mm)。在造管后冷却的原样状态下，目视调查得到的无缝钢管是否发生了内外表面的开裂，评价热加工性。应予说明，在管长度方向端面能看到长度5mm以上的裂纹时评价为“有裂纹”，记为X、除此之外评价为“无裂纹”，记为〇。接着，从得到的无缝钢管中采取试件(钢管)，以表2所示的条件对该试件(钢管)实施淬火处理、回火处理。从实施了淬火处理和回火处理的试件(钢管)中采取试验片，实施组织观察(microstructure observation)、拉伸试验(tensile test)、冲击试验(impact test)、腐蚀试验(coirosion test)、硫化物应力腐蚀开裂试验以及U弯曲应力腐蚀开裂试验。试验方法如下所述。( I)组织观察从得到的试件(钢管)中采取组织观察用试验片。将组织观察用试验片研磨、腐蚀后，使用光学显微镜(optical microscope)(倍率(magnification ratio) :1000 倍)进行观察、拍摄、鉴定组织，利用图像解析装置(image analyzer)求得母材(base metal)中的各相的组织分率。应予说明，Y量使用X射线衍射法(X-ray diffraction method)进行测定。(2)拉伸试验以管轴方向成为拉伸方向的方式从得到的试件(钢管)中采取API弧状拉伸试验片(Arc-shaped pieces for a tensile test specified in the API standards),实施拉伸试验，求得拉伸特性(屈服强度YS、拉伸强度TS)，评价母材强度。(3)冲击试验根据JIS Z 2242的规定，从得到的试件(钢管)中采取V缺口试验片(5. Omm厚)，实施夏比冲击试验(Charpy impact test),求得在_40°C下的吸收能量vE_4(l (J),评价母材韧性。(4)腐蚀试验利用机械加工，从得到的试件(钢管)中采取厚度3mmX宽度25mmX长度50mm的腐蚀试验片，实施腐蚀试验，评价耐腐蚀性(耐二氧化碳腐蚀性、耐点蚀性)。腐蚀试验是将使3. OMPa的二氧化碳饱和了的150°C的200g/liter NaCl水溶液保持于高压爸(autoclave)中，将腐蚀试验片浸溃于该水溶液中，保持30天。腐蚀试验结束后测定试验片的重量，由腐蚀试验前后的重量变化(重量减)来计算腐蚀速度。另外，在腐蚀试验后，对腐蚀试验片利用10倍的放大镜(Iaupe)观察试验片表面有无点蚀产生。产生点蚀时评价为X、未产生时评价为〇。(5)硫化物应力腐蚀开裂(SSC)试验从得到的试件(钢管)中采取4点弯曲试验片(four-point bending test)(大小厚度 4mmX 宽度 15_X 长度 115mm),实施根据 EFC(European Federation of Corrosion)No. 17的4点弯曲试验，评价耐硫化物应力腐蚀开裂性。使用的试验液为50g/literNaCl+NaHC03液(pH :4. 5)，边流通10vol%H2S+90vol%C02混合气体边进行试验，调查有无断裂。应予说明，将附加应力设为母材的YS (屈服强度)，试验时间设为720小时(以下，简称为h)。将断裂的试验片评价为X、未断裂的试验片评价为〇。(6) U弯曲应力腐蚀开裂试验从得到的试件(钢管)中采取大小厚度4mmX宽度15mmX长度115mm的试验片素材，在素材中央部赋予图I所示条件的焊接热循环。并且，从赋予了图I所示条件的焊接热循环后的试验片中采取组织观察用试验片，进行研磨、腐蚀，观察赋予焊接热循环后的组织。调查有无从原α晶界的相变生成物(马氏体相和/或奥氏体相)，测定原α晶界被相变生成物(马氏体相和/或奥氏体相)占据的原α晶界的长度，计算相对于原α晶界全长的占据率。进而，从得到的赋予完焊接热循环后的试验片素材的中央部切出厚度2mmX宽度15mmX长度75mm的试验片，实施U弯曲应力腐蚀开裂试验。U弯曲应力腐蚀开裂试验是将试验片以内半径8. Omm弯曲成U字型浸溃在腐蚀液中而进行试验的。使用的腐蚀液是液温100°C、C02压0. IMPa,pH :2. O 的 50g/literNaCl 液。应予说明，试验时间为168h。试验后，用100倍的光学显微镜观察试验片截面，调查有无开裂，评价耐晶间应力腐蚀开裂性。有开裂时记为X、没有开裂时记为〇。将得到的结果示于表3。本发明例均成为了如下的钢管热加工性优异，具有YS 448MPa (65ksi)以上的高强度、vE-40 50J以上的高韧性以及腐蚀速度0. 12mm/y以下的高耐腐蚀性，还未产生硫化物应力腐蚀开裂，在加热到1300°C以上的焊接热影响部中，也未产生晶间应力腐蚀开裂，焊接热影响部的耐晶间应力腐蚀开裂性优异。在本发明的范围以外的比较例中，热加工性降低或韧性降低或耐腐蚀性降低或耐硫化物应力开裂性降低，或者焊接热影响部的耐晶间应力腐蚀开裂性降低。另外，使用日本特开2005-336599号公报(专利文献2)的实施例所公开的发明钢No. F、G、M、N以及O (钢No. U、V、W、X以及Y)制造的钢管(钢管No. 27 31)，如表I所示，各元素的组成范围满足本申请发明的范围，但本申请发明中规定的式(I)全部超过13.3，所以如表3所示，相对于原铁素体晶界全长的、被马氏体相和/或奥氏体相占据的长度的比例(原α晶界的占据率(％))全部低于50%，全部发生了晶间应力腐蚀开裂。
该焊接热影响部的耐晶间应力腐蚀开裂性的效果，从日本特开2005-336599号公
报(专利文献2)完全无法预料到。
权利要求
1.一种线管用含Cr钢管，其特征在于， 具有以下组成以质量％计，以满足下述式(I)的方式含有 C :0. 001 O. 015%、Si :0. 05 O. 50%、 Mn 0. 10 2. 0%、P 0. 020% 以下、 S :0. 010% 以下、Al :0. 001 O. 10%、 Cr :15. O 18. 0%、Ni :2. O 6. 0%、 Mo :1. 5 3.5%、V :0. 001 O. 20%、N 0. 015% 以下， 剩余部分为Fe和不可避免的杂质，11.5 ^ Cr+Mo+0. 4W+0. 3Si_43. 5C-0. 4Mn-Ni_0. 3Cu_9N ( 13. 3... (I) 式(I)中，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N表示各元素的含量,单位为质量% ； 并且，焊接时加热到铁素体单相温度区域并被冷却的焊接热影响部成为以下组织以相对于原铁素体晶界全长的比率计，原铁素体晶界的50%以上被马氏体相和/或奥氏体相占据。
2.根据权利要求I所述的线管用含Cr钢管，其中，具有以下组成在所述组成的基础上以质量％计还含有选自Cu :0. 01 3. 5%、W :0. 01 3. 5%中的I种或2种。
3.根据权利要求I或2所述的线管用含Cr钢管，其中，具有以下组成在所述组成的基础上以质量％计还含有选自Ti :0. 01 O. 20%、Nb :0. 01 O. 20%、Zr :0. 01 O. 20%中的I种或2种以上。
4.根据权利要求I 3中任一项所述的线管用含Cr钢管，其中，具有以下组成在所述组成的基础上以质量％计还含有选自Ca :0. 0005 O. 0100%,REM :0. 0005 O. 0100%中的I种或2种。
全文摘要
本发明提供一种线管用含Cr钢管，其X65～X80级的高强度与韧性、耐腐蚀性、耐硫化物应力腐蚀开裂性优异且焊接热影响部的耐晶间应力腐蚀开裂性也优异。具体而言，具有以下组成以质量%计，以满足Cr+Mo+0.4W+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N11.5～13.3的方式含有C0.001～0.015%、Si0.05～0.50%、Mn0.10～2.0%、Al0.001～0.10%、Cr15.0～18.0%、Ni2.0～6.0%、Mo1.5～3.5%、V0.001～0.20%、N0.015%以下。由此，在焊接时加热到1300℃以上的铁素体单相温度区域并被冷却的焊接热影响部成为以相对于全长的比率计，原铁素体晶界的50%以上被马氏体相和/或奥氏体相占据的组织，从而抑制Cr碳化物的缺陷层的形成，成为显著提高了焊接热影响部的耐晶间应力腐蚀开裂性的钢管。无需进行焊接后热处理，具有大幅度缩短焊接钢管构造物的施工期限这样的效果。
文档编号C22C38/58GK102859019SQ20118001957
公开日2013年1月2日 申请日期2011年4月15日 优先权日2010年4月19日
发明者宫田由纪夫, 木村光男 申请人:杰富意钢铁株式会社