高强度不锈钢管的制造方法及高强度不锈钢管的制作方法

文档序号:9816013阅读:466来源:国知局
高强度不锈钢管的制造方法及高强度不锈钢管的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及作为以马氏体(martensite)和铁素体(ferrite)这两相为主相的钢的 17%Cr的高强度不锈钢管(17%Cr high-strength stainless steel seamless tube or pipe for Oil Country Tubular Goods)的制造方法及通过该制造方法制造的高强度不锈 钢管。在此,高强度是指屈服强度为758MPa以上。
【背景技术】
[0002] 近年来,为了应对原油价格(oil price)的高涨、在不久的将来可预料到的石油资 源的枯竭(exhaustion of petroleum),正在世界范围内积极地对以往未被探明的深层油 田、暂且被放弃开发的腐蚀性强的酸性气田(sour gas field)等进行开发。这样的油田、气 田通常深度极深,并且其气氛形成高温且包含co2、cr等的严苛的腐蚀环境。因此,作为这样 的油田、气田的开采中使用的油井用钢管(Oil Country Tubular Goods),要求高强度并且 兼具耐腐蚀性的钢管,近年来,正在开发应用于这种严苛环境的作为以马氏体和铁素体这 两相为主相的钢的17%Cr不锈钢管。
[0003] 另外,近年来,在寒冷地区的油田开发也变得活跃,除了要求高强度,还要求具有 优良的低温韧性。因此,强烈期望热加工性优良、廉价且具有优良的耐C0 2腐蚀性和高韧性 的油井用高强度钢管。
[0004] 例如,在专利文献1中公开了"一种油井用高强度马氏体系不锈钢无缝钢管,其具 有以质量%计含有C: 0.01 %以下、Si :0.5%以下、Μη: 0.1~2.0 %、P :0.03%以下、S: 0.005% 以下、Cr:超过 15.5%且17.5% 以下、Ni:2.5~5.5%、Mo: 1.8~3.5%、Cu:0.3~ 3.5%、V:0.20%以下、A1:0.05%以下、N:0.06%以下的组成,实施了淬火回火处理,具有屈 服强度为655~862MPa的强度和屈服比为0.90以上的拉伸特性的耐二氧化碳腐蚀性和耐硫 化物应力腐蚀开裂性优良,所述油井用高强度马氏体系不锈钢无缝钢管中,其金属组织以 体积率计含有15%以上的铁素体相或者进一步含有25%以下的残余奥氏体相,余量由回火 马氏体相构成"。
[0005] 在专利文献2中公开了"一种耐腐蚀性优良的油井用高强度不锈钢管,具有以质 量% 计含有 C:0.005~0.05%、Si:0.05~0.5%、Mn:0.2~1.8%、P:0.03%WT、S:0.005% 以下、Cr:15.5~18%、Μ :1·5~5%、Μο:1~3·5%、ν:0·02~0·2%、Ν:0·01~0·15%、0: 0 · 006% 以下且满足Cr+0 · 65Μ+0 · 6Μ〇+0 · 55CU-20C 2 19 · 5和0+]?〇+0.351-43.5(:-〇.4]\111-Ni-0.3Cu-9N 2 11.5、余量由Fe和不可避免的杂质构成的组成,优选实施淬火-回火处理,从 而优选具有以马氏体相作为基相,含有10~60体积%的铁素体相或者进一步含有30体积% 以下的奥氏体相的组织,所述钢管具有YS超过654MPa的高强度,并且即使在含有C0 2、Cr等 的直至230°C的高温的严苛腐蚀环境下也显示出优良的耐C02腐蚀性"。
[0006] 在专利文献3中公开了"一种廉价的油井用高强度不锈钢管,具有以质量%计含有 (::0.04%以下、51 :0.50%以下、]?11:0.20~1.80%、?:0.03%以下、5 :0.005%以下、0:15.5 ~17.5%、Ni:2.5~5.5%、V:0.20% 以下、Mo: 1.5~3.5%、W:0.50~3.0%、A1:0.05% 以 下川:0.15%以下、0:0.006%以下且同时满足下述三个公式(0+3.21〇+2.61-100 23.4、 Cr+Mo+O · 5W+0 · 3Si-43 · 5C-0 · 4Mn-0 · 3Cu-Ni-9N 2 11 · 5和2 · 2 < Mo+0 · 8W < 4 · 5)的组成,优选 实施淬火-回火处理,从而优选具有以马氏体相作为基相,含有10~50体积%的铁素体相的 组织,所述钢管具有YS超过654MPa的高强度,且在含有C0 2、C1-等的170°C以上的严苛的高 温腐蚀环境下显示出优良的耐C02腐蚀性,即使在进一步存在H 2S的环境下也显示出优良的 耐SSC性,并且具有高韧性"。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1:日本特开2012-149317号公报
[0010] 专利文献2:日本特开2005-336595号公报
[0011] 专利文献3:日本特开2008-81793号公报

【发明内容】

[0012]发明所要解决的问题
[0013] 专利文献1~3记载的不锈钢管的金属组织均为马氏体相+铁素体相+残余奥氏体 相的组织(residual austenite),铁素体相的体积百分率为10~50%、或60%。对于这样的 马氏体相+铁素体相的二相系钢种而言,从高温至低温都存在铁素体相,无法期待由相变 (phase transformation)引起的铁素体相的细粒化(grain ref ining)。对于这样的钢种, 通过基于热乳的材料的压下(塑性加工(plastic forming))来进行组织的细粒化,由此确 保韧性,这是以往的解决办法。
[0014] 专利文献1~3的实施例中,关于外径3.3英寸(83.8mm) X壁厚0.5英寸(12.7mm)的 无缝钢管的热处理,均仅描述了进行淬火(quenching)和回火(tempering)各一次的情况, 并没有记载具体的乳制方法。可认为这些专利文献记载的发明的情况下的钢管的韧性通过 确保热乳中的压下率(rolling reduction)而实现铁素体相的细粒化来确保。
[0015] 另一方面,即使是无缝钢管,厚壁钢管(heavy wall pipe)(主要为管厚1英寸以上 的钢管)也无法确保基于热乳的压下率,因此,在组织中存在粗大的铁素体相,由此,存在材 料的韧性劣化这样的问题。
[0016] 本发明是为了解决上述问题而完成的,其目的在于提供使用以马氏体相和铁素体 相这两相为主相的17%Cr钢作为起始原材且韧性优良的高强度不锈钢管的制造方法。
[0017] 用于解决问题的方法
[0018] 17%Cr钢是强度和耐腐蚀性优良的材料。其组织以马氏体相和铁素体相作为主 相,并且该铁素体相是在高温下生成的S铁素体(delta ferrite)。因此,难以通过热处理来 进行铁素体相的微细化,在热乳中的累积压下率(cumulative rolling reduction ratio) 小的情况下,在乳制后,粗大的铁素体相呈网眼状存在,存在低温韧性(low-temperature toughness)劣化这样的问题。
[0019]因此,发明人为了解决该韧性的问题而进行了深入研究,发现即使是作为以马氏 体相和铁素体相这两相为主相的钢的17 % Cr钢,也能够通过进行多次热处理来改良组织, 从而能够提尚初性。
[0020]本发明是基于上述见解并进一步进行研究而完成的,本发明的主旨如下所述。
[0021] (1)-种高强度不锈钢管的制造方法,其特征在于,将成分组成以质量%计含有C: 0.005~0.05%、Si:0.05~1·0%、Μη:0·2~1·8%、Ρ:0·03% 以下、S:0.005% 以下、Cr:14~ 20%、附:1.5~10%、]?〇:1~5%、¥:0.5%以下川 :0.15%以下、0:0.01%以下、厶1:0.002~ 0.1%且余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢原材制成预定尺寸的钢管,对该钢管反复进 行两次以上的再加热至750°C以上的温度后以空冷以上的冷却速度冷却至100°C以下的淬 火处理,并且,在上述淬火处理中,最终的淬火处理在X相和M 23C6的析出温度以上的温度下 进行,接着在700°C以下的温度下实施回火处理。
[0022] (2)-种高强度不锈钢管的制造方法,其特征在于,将成分组成以质量%计含有C: 0.005~0.05%、Si:0.05~1·0%、Μη:0·2~1·8%、Ρ:0·03% 以下、S:0.005% 以下、Cr:14~ 20%、附:1.5~10%、]?〇:1~5%、¥:0.5%以下川 :0.15%以下、0:0.01%以下、厶1:0.002~ 0.1 %且余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢原材制成预定尺寸的钢管,对该钢管反复实 施两次以上的再加热至750°C以上的温度后以空冷以上的冷却速度冷却至100°C以下的淬 火处理以及接着在700°C以下的温度下进行回火的回火处理,并且,在上述淬火处理中,最 终的淬火处理在X相和M 23C6的析出温度以上的温度下进行。
[0023] (3)如(1)或(2)所述的高强度不锈钢管的制造方法,其特征在于,在上述淬火处理 中,反复进行两次以上的淬火处理时,将淬火加热温度设定为两个水平以上。
[0024] (4)如(1)至(3)中任一项所述的高强度不锈钢管的制造方法,其特征在于,上述钢 原材中进一步以质量%计含有选自Cu:3.5%以下、W:3%以下中的一种以上。
[0025] (5)如(1)至(4)中任一项所述的高强度不锈钢管的制造方法,其特征在于,上述钢 原材中进一步以质量%计含有选自Nb:0.5%以下、Ti:0.3%以下、B:0.01%以下中的一种 以上。
[0026] (6)如(1)至(5)中任一项所述的高强度不锈钢管的制造方法,其特征在于,上述钢 原材中进一步以质量%计含有选自Ca:0.01 %以下、REM:0.01 %以下、Zr:0.2%以下中的一 种以上。
[0027] (7)-种高强度不锈钢管,其特征在于,通过(1)至(6)中任一项所述的制造方法制 造而得到。
[0028] (8) -种高强度不锈钢管,其特征在于,
[0029]成分组成以质量%计含
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