专利名称：马氏体不锈钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有优良韧性的马氏体不锈钢，特别是用于油井管等的无缝钢管用马氏体不锈钢。
背景技术：
主要用作油井管的API-13Cr等马氏体不锈钢，要求屈服强度在80ksi(552MPa)以上。为了满足该强度要求，通常在组分设计时使C的含量为约0.2％。在此与组分含量(除晶粒边界析出的Cr碳氮化合物的量以外)相关的「％」均表示「质量％」。这样的高C，Cr含有量和高强度降低了制品的韧性。因此，13Cr马氏体不锈钢的高韧性化成了重要的技术课题，迄今为止，提出了各种各样的提高韧性的方法。
发明内容
本发明的目的是提供含有大约0.2％C的高韧性的马氏体不锈钢。
如在下文将详细描述，本发明者通过将钢的多数组分的含量限定在各自的合理范围以内，并且限定晶粒边界析出的碳氮化合物的量，来达到了上述目的。
图1是表示实施例的萃取复型照片的图。
图2是表示比较例的萃取复型照片的图。
具体实施例方式
本发明者考虑到马氏体不锈钢的韧性依赖于晶粒边界析出的碳氮化合物的量，进行了实验，其结果确认了下述事实。
(1)Al的添加量显著地影响钢管制品的韧性。
(2)晶粒边界析出的大量Cr等的碳氮化合物使韧性降低。
(3)通过限制Al的添加量可以抑制晶粒边界的碳氮化合物的析出。
下面详细说明本发明的马氏体不锈钢的各个条件。
1.说明上述的本发明马氏体不锈钢的化学组分的限定理由。
C在本制造方法中，为了得到适度的强度、屈服比、硬度，有必要限定C含量的范围。C含量不满0.15％时钢达不到规定的强度。C含量超过0.21％时钢的强度过高，难以调节屈服比、硬度，因此，限定为0.15～0.21％。
Si作为钢的脱氧剂使用。脱氧的方法有Si脱氧和Al脱氧两种方法。使用Al脱氧法时，钢中残存的Al量多，由于后述理由使韧性降低。因此，为了控制Al的含量有必要积极地利用Si进行脱氧。Si含量不满0.05％时没有此效果，而超过1.00％时韧性劣化。考虑到韧性，Si含量优选0.75％以下。更优选0.20～0.35％。
Mn具有提高钢强度的效果的元素。另外与Si相同具有脱氧作用。并且，以MnS的形式固定钢中的S改善热加工性。含量不满0.3％时没有效果，而超过1.00％时韧性劣化。
Cr提高钢的耐腐蚀性的基本组分。特别是，10.5％以上时改善点腐蚀以及裂缝腐蚀的耐腐蚀性，同时显著提高CO2环境下的耐腐蚀性。另一方面，Cr是铁素体的形成元素，其含量超过14.00％时在高温加工时易形成δ铁素体，降低热加工性。另外，过度添加Cr增加制造成本。因此，Cr含量的合理范围是10.5～14.00％，更优选范围是12.40～13.10％。
P钢中存在的一种杂质，高含量时，热处理后制品的韧性降低。因此，其允许上限值是0.050％，含量越少越好。
S降低热加工性的杂质，含量越少越好。其允许上限值是0.010％，更优选0.005％以下。
N是奥氏体稳定化元素，改善钢的热加工性。因此，其上限定为0.1％，优选0.035％以下。
Al是本发明最重要的组分，其添加量的控制非常重要。Al超过0.010％时，碳氮化合物过量析出，韧性下降。因此，Al含量定为0.010％以下。此外，为了减少Al的含量，制钢时优选使用Si脱氧法，因为Al脱氧法中需要添加Al。
V、Ti、Nb这些元素与C、N结合生成碳化物、氮化物，提高钢的强度。因此根据需要添加这些元素。过量添加这些元素会增加成本，因此，V含量定为0～0.50％，Ti含量定为0～0.050％，Nb含量定为0～0.020％。另外，本说明书中的含量「0」表示没有积极地添加该元素时候的情况。
此外，也可以含有Ni、Mo、Cu、Ca、B等。
Cr碳氮化合物的量5％以下若晶粒边界析出粗大的Cr碳氮化合物，晶粒边界的结合力变弱使耐冲击性能降低。并且，由于碳氮化合物最先从晶粒边界析出，为了提高韧性必须降低碳氮化合物本身的析出量。因此，晶粒边界析出的Cr碳氮化合物的量限定为5％以下。
晶粒边界析出的Cr碳氮化合物的量，根据5000倍的钢的萃取复型(extraction replica)照片中Cr碳氮化合物所占的面积比例来定义。
实施例制造了含有表1所述实施例的组分的无缝钢管。首先，加热钢坯到1200℃以上用穿孔机进行穿孔。将由此得到的钢管在再加热炉中加热到规定温度，接着用芯棒式无缝管轧机/缩径机进行最终精轧得到规定尺寸(外径177.8mm，壁厚10.36mm)。此后，将此钢管以2℃/秒空冷到常温，接着进行热处理。热处理条件如下。淬火960℃×10分钟，以5℃/sec以下的冷却速度进行空气冷却。淬火之后，调整回火温度使强度满足APIL80等级(屈服点应力是552～656MPa)进行回火。
从上述方法制造的钢管中切出API 5CT规格的试片，对弧状试片测定拉伸强度、屈服强度、平均硬度，并进行夏比冲击试验(形状2mm V凹口10×7.5mm)。
另外，制作萃取复型后，用透射电子显微镜观察晶粒边界析出的碳氮化合物，拍摄5000倍照片，求出Cr碳氮化合物的占有面积率。
比较例以上述实施例的步骤制造了含有表1所示的比较例的组分的无缝钢管，并对其进行了与上述实施例相同的试验。
本发明的效果如表1所示的试验结果可知，本发明的13Cr马氏体无缝钢具有优良的韧性，使用这种钢的无缝钢管可用于现在需求不断增加的耐腐蚀性油井管等。
表1实施例
(☆表中的YS表示屈服强度、TS表示拉伸强度、EL表示伸长率。上述化学组分还包括余量的Fe和杂质*表示本发明范围之外。
权利要求
1.一种马氏体不锈钢，其特征在于，含有以质量％为基准，C0.15～0.21％、Si0.05～1.00％、Mn0.3～1.00％、Cr10.5～14.00％、Al0.010％以下、P0.050％以下、S0.010％以下、Ti0～0.050％、V0～0.50％、Nb0～0.020％、N0.1％以下、余量铁和杂质，并且，晶粒边界析出的Cr碳氮化合物的量在5％以下。
全文摘要
本发明涉及具有优良韧性的、能用于油井管等的无缝钢管用马氏体不锈钢。本发明的马氏体不锈钢，其特征在于，含有以质量％为基准，C0.15～0.21％、Si0.05～1.00％、Mn0.3～1.00％、Cr10.5～14.00％、Al0.010％以下、P0.050％以下、S0.010％以下、Ti0～0.050％、V0～0.50％、Nb0～0.020％、N0.1％以下、余量铁和杂质，并且，晶粒边界析出的Cr碳氮化合物的量在5％以下。
文档编号E21B17/00GK1891846SQ20051008078
公开日2007年1月10日 申请日期2005年7月5日 优先权日2005年7月5日
发明者森伸行, 中村圭一 申请人:住友金属工业株式会社