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_3

文档序号:9816013阅读:来源:国知局
有Β的情况下,其量优选设定为0.01 %以下。更优选为0.001~0.004%的范围。
[0085] 本发明的高强度不锈钢管中,在上述组成的基础上,可以出于改善材质的目的而 进一步含有选自Ca、REM、Zr中的一种以上作为选择元素。
[0086] 0&:0.01%以下、1^]\1:0.01%以下、21:0.2%以下
[0087] Ca、REM和Zr均是有助于改善耐硫化物应力腐蚀开裂性的元素。高强度不锈钢管可 以根据需要选择地含有这些元素。为了得到这样的效果,优选含有Ca:0.001%以上、REM: 0.001%以上、2〇0.001%以上。但是,即使分别超过03 :0.01%、1^]\1:0.01%、21:0.2%而含 有,效果也会饱和,钢中的洁净度显著降低,韧性降低。因此,在含有这些元素的情况下,其 量优选设定为Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下、Zr:0.2%以下。
[0088] 2.关于制造方法
[0089] 以下,对本发明的制造方法进行说明。
[0090] 对本发明的高强度不锈钢管的制造方法、特别是其热处理方法进行说明。在本发 明中,制成具有上述成分组成的不锈钢管后,以空冷以上的冷却速度冷却至室温而制成起 始原材。作为起始原材的不锈钢管的制造方法没有特别限定,可以应用通常公知的无缝钢 管、电阻焊钢管的制造方法。例如,优选将上述成分组成的钢水通过转炉等常用的熔炼方法 进行熔炼,通过连铸法、铸锭-开坯乳制法等通常的方法制成钢坯(b i 11 et)等钢管原材。接 着,将这些钢管原材加热,使用作为通常公知的制管方法的、曼内斯曼芯棒乳管机方式 ((Mannesmann plug mill process)或者曼内斯曼芯棒式无缝管乳机方式(Mannesmann mandrel mill process)的制管工序(pipe production process)进行热制管,制成期望尺 寸的具有上述成分组成的不锈钢管。另外,也可以通过利用加压方式的热挤出制成无缝钢 管。另外,在电阻焊钢管的情况下,可以将通过通常公知的方法制造的钢管原材利用通常公 知的方法进行制管,制成电阻焊钢管。
[0091] 关于淬火处理
[0092]将作为起始原材的上述不锈钢管再加热至750°C以上并保持(保持时间(均热时 间)为20分钟)后,以空冷以上的冷却速度冷却至100°C以下。
[0093]关于再加热温度,需要使马氏体逆相变为奥氏体,因此设定为750°C以上。另外,出 于防止组织的粗大化这样的理由,再加热温度优选为1100°c以下。另外,从均热性的观点出 发,再加热保持的时间优选为5分钟以上,出于防止组织的粗大化这样的理由,优选为120分 钟以下。
[0094] 将再加热保持后的冷却速度设定为空冷以上是为了防止冷却过程中的碳氮化物、 金属间化合物的析出,从而使其发生马氏体相变。将冷却停止温度设定为l〇〇°C以下是为了 得到用于达到期望的强度所需的量的马氏体组织。
[0095] 本淬火状态下的金属组织呈现出阻碍韧性的X相以析出物的形式存在的马氏体 相-铁素体相这两相,可以存在30体积%以下的残余奥氏体(γ )。
[0096] 本发明中,反复进行淬火处理。即,本发明中,进行多次淬火处理。关于该多次进行 的淬火处理,与均为同一条件相比,优选淬火加热温度(淬火温度)的条件为两个水平以上。 这是因为,根据各淬火水平,平衡的铁素体百分率有所不同,因此,在各水平下接近平衡状 态时,引起铁素体的生成、或奥氏体的生成,生成的组织变得微细。第二次以后的任一淬火 处理的淬火温度均设定为X相、M 23C6 (M = Fe、Mo、Cr)消失的温度以上。第二次以后的优选淬 火温度为960~1060°C。例如,第二次以后的任一淬火中,再加热至960~1060°C并保持后, 以空冷以上的冷却速度冷却至l〇〇°C以下。通过第二次淬火,以马氏体-铁素体的两相组织 为基本,可以存在残余γ。需要说明的是,本处理相当于"在X相、M 23C6溶解的温度以上的温 度下进行的处理",因此,可以将本处理作为最终的淬火处理。
[0097]通过反复进行两次以上的淬火,韧性进一步提高。另外,出于X相、M23C6存在时会给 韧性、耐SSC性带来不利影响这样的理由,最终的淬火处理在X相、M23C6溶解的温度以上的温 度下进行。
[0098]为了得到韧性而进行回火处理。
[0099]通过进行回火处理,组织成为由回火马氏体相、铁素体相和少量(30%以下)的残 余奥氏体相构成的组织。其结果,形成具有期望的高强度并进一步具有高韧性、优良的耐腐 蚀性的高强度不锈钢管。回火温度超过A C1A而达到高温时,生成淬火状态的马氏体相,无 法确保期望的高强度以及高韧性、优良的耐腐蚀性,因此,将回火温度设定为700°C以下。另 外,从韧性、耐SSC性的观点出发,回火温度优选为500°C以上。
[0100]另外,进行回火处理的时机为反复进行两次以上的淬火处理后(即,最终的淬火处 理后)或各淬火处理后(即,以淬火处理、回火处理的顺序反复进行两次以上)。
[0101] 对通过以上的制造方法得到的高强度不锈钢管进行说明。
[0102] 3.高强度不锈钢管
[0103] 高强度不锈钢管具有与作为原料的钢原材相同的成分组成。因此,高强度不锈钢 管的成分组成可以通过钢原材的成分组成来进行调整。
[0104] 为了确保本发明的高强度不锈钢管的高强度,组织以马氏体和铁素体相这两两相 为主相。为了提高耐腐蚀性并且确保热加工性,组织设定为以马氏体和铁素体相这两相为 主相且含有10~60体积%的铁素体相的组织。这是因为,铁素体相低于10体积%时,热加工 性降低,超过60体积%时,强度降低。铁素体相的体积%可以优选设定为15~50体积%。作 为铁素体相以外的第二相,可以含有30体积%以下的残余奥氏体相。X相(chi phase)会给 韧性、耐SSC性(sulfide stress corrosion cracking resistance)带来不利影响,因此优 选尽可能地少。在本发明中,X相的量可以容许为1体积%以下。
[0105] 出于提高韧性的理由,马氏体的平均粒径优选为6.ομπι以下。需要说明的是,马氏 体的平均粒径的测定方法为如下方法:利用EBSD法,将具有15度以上的取向差的晶粒识别 为一个晶粒,以面积进行加权平均。
[0106] 上述组织优选具有铁素体-马氏体界面,出于提高韧性的理由,上述界面的Mo含量 优选为成分组成的Mo含量的3倍以上。
[0107] 另外,出于提高韧性的理由,上述界面的W含量优选为成分组成的W含量的3倍以 上。
[0108] 需要说明的是,铁素体-马氏体界面的Mo含量和W含量采用通过基于薄膜TEM观察 利用m)x对界面进行定量分析的方法测定时的值。
[0109] 具有上述的成分组成和组织的高强度不锈钢管具有下述特征。
[0110] 若为本发明的高强度不锈钢管,则能够使-10°c下的夏比吸收能为30J以上。需要 说明的是,夏比吸收能采用通过基于IS0148-1的方法测定的值。
[0111] 另外,若为本发明的高强度不锈钢管,则能够在下述耐硫化物应力开裂试验中具 有试验片在720小时以上不发生断裂的耐硫化物应力腐蚀开裂性。
[0112] (耐硫化物应力开裂试验)
[0113] 将从高强度不锈钢管上切下的平行部25.4mm X直径6.4mm的试验片浸渍到向20质 量% NaCl水溶液(液温:20°C,H2S: 0.1个大气压、C02:0.9个大气压的气氛)中添加乙酸+乙酸 Na而将pH调节至3.5的水溶液中,在负荷应力为屈服应力的90%的条件下进行耐硫化物应 力开裂试验。
[0114] 另外,若为本发明的高强度不锈钢管,则能够使厚度为19.1mm以上。
[0115] 通过上述热处理来改善韧性的理由认为如下。
[0116] (a)马氏体的微细化
[0117] 通过反复进行淬火处理,使马氏体组织向奥氏体组织的相变、再次向马氏体组织 的相变反复进行,因此,马氏体组织微细化,韧性提高。
[0118] (b)铁素体量的减少
[0119]在最终淬火以外的淬火温度比最终淬火温度低、淬火保持时间(均热时间)为长时 间时,铁素体百分率降低,最终淬火温度的淬火保持时间(均热时间)为短时间时,被保持在 铁素体百分率降低的状态下,因此,初性进一步提尚。
[0120] (c)马氏体相-铁素体相的界面的强化
[0121] 最终淬火之前的淬火处理温度为X相和M23C6的析出温度范围时,在马氏体相-铁素 体相的界面析出上述析出物。通过将最终淬火温度设定为X相消失的温度以上,上述析出物 发生溶解,但X相和M 23c6含有大量Mo、W。因此,在上述析出物溶解后的马氏体相-铁素体相的 界面,Mo和W浓度增高。由此认为,马氏体相-铁素体相的界面被强化,韧性提高。需要说明的 是,X相和M 23C6的析出温度可以通过实施平衡状态图计算或者在各种温度下实施淬火处理 并利用样品观察确认X相、M 23C6的有无来求出。
[0122] 实施例1
[0123] 将表1所示的成分组成的钢水利用转炉进行熔炼,通过连铸法铸造成钢坯(钢管原 材),利用曼内斯曼芯棒乳管机方式进行热乳,制成外径273mmX壁厚26.25mm的无缝钢管。 从所得到的无缝钢管上切下试验片原材,在表2-1所示的条件下进行淬火回火处理。
[0124]
[0125] 从这样实施了淬火回火处理的试验片原材上裁取组织观察用试验片。铁素体相的 组织百分率通过下述方法求出。将上述组织观察用试验片用盐酸苦味酸酒精溶液(Vilella 试剂)进行腐蚀,用扫描型电子显微镜(SEM)以1000倍拍摄组织,使用图像分析装置(image analysis device)测定,将所得到的面积率(area ratio) ( % )定义为铁素体相的体积率 (%)〇
[0126] 另外,残余奥氏体相组织的百分率使用X射线衍射法(X-ray diffraction method)来测定。从实施了淬火
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