专利名称：：在矿井内被扩径的扩径用油井管及扩径用油井管所使用的双相不锈钢的制作方法
技术领域：
：本发明涉及油井管和双相不锈钢，更详细地说，涉及在矿井内被扩径的扩径用油井管和该扩径用油井管所使用的双相不锈钢。
背景技术：
：在对生产石油和气体用的井(油井和气井)进行挖掘时，一般将称为套管(casing)的多个油井管插入由钻杆(drillpipe)所挖掘的矿井内，来防止矿井壁的倒塌。以往的井的建筑方法如下所述。开始，利用钻杆挖掘矿井到规定距离时，插入第1套管。接着，进一步挖掘矿井规定的距离时，插入外径小于第1套管内径的第2套管。这样，以往的建筑方法中，随着矿井变深所插入的套管的外径逐渐减小。因此，油井变得越深，矿井的上部(地表附近部分)所使用的套管的内径越大。其结果，挖掘面积增大，挖掘费用也增加。用于减小挖掘面积来降低挖掘费用的新的建筑方法被日本特表7—567610号公报和国际公开的第WO98/00626号小册子公开。这些文献所公开的方法如下所述。首先，将具有外径小于已配设在矿井内的套管C1、C2内径ID1的套管C3插入矿井内。接着，对插入的套管C3进行扩径，如图l所示，使套管C3的内径与先配设的套管C1、C2的内径ID1相等。在该方法中，在矿井内对套管进行扩径，因此即使所建筑的油井深，也不需要增加挖掘面积。因此，能降低挖掘面积。并且，不需要使用4大直径的套管，也能降低钢管使用量。上述这样在矿井内被扩径的油井管要求在扩径时管进行均匀地变形的性能(下面称为扩径性)。为了得到优异的扩径性，要求在加工时不产生缩径地变形的性能，即，要求可通过拉伸试验评价的高均匀延伸率。特别是，如图l所示，在成为上下排列的套管彼此重复部分的钟状部(bellpart)10上，扩径率最高。若考虑钟状部的扩径率，优选扩径用油井管的均匀延伸率超过20%。在日本特开2005—146414号7>报中/>开了扩径用无缝油井管。在该文献所公开的油井管的组织由铁素体相和低温相变相(贝氏体、马氏体、贝氏体铁素体等)构成，由此显示出优异的扩径性。但是，在实施例所示的试验片的均匀延伸率均为20%以下(参照曰本净争开2005—146414号/>净艮的表2—1,口表2一2内的u—El)。因此，上述的钟状部有可能不均匀地变形。
发明内容本发明的目的在于提供一种具有优异的扩径性的扩径用油井管。具体来说，提供一种均匀延伸率超过20%的扩径用油井管。本发明人为了达到上述目的，开始对各式各样钢种的均匀延伸率进行了调查。结果发现，相对于碳素钢和马氏体系不锈钢的均匀延伸率，具有规定的化学成分的双相不锈钢的均匀延伸率显著增大。进一步研究的结果，本发明人发现了为了制造均匀延伸率超过20%的扩径用油井管，必须满足以下事项。(1)双相不锈钢中的奥氏体率为40~90%。在此，奥氏体率通过以下的方法测量。从扩径用油井管的任意处采集试样。对采集的试样机械研磨之后，将研磨的试样在30mol。/。KOH溶液中电解蚀刻。使用25栅格的目镜用400倍的光学显微镜观察被蚀刻的试样表面，按照ASTME562的计点法(pointcount)来测量奥氏体率。(2)调整屈服强度处于276MPa655MPa的范围。在此所谓的屈服强度是基于ASTM标准的0.2M耐力。只要使扩径用油井管在保持固溶的状态下，其屈服强度处于上述范围。在此，所谓"保持固溶的状态"是指实施了固溶处理之后，未实施其他热处理以及除了冷^斧直之外的其他冷加工的状态。本发明是基于上述见解而做成的。本发明的主旨如下所述。本发明的扩径用油井管在矿井内被扩径。本发明的扩径用油井管由双相不锈钢组成，该双相不锈钢包括奥氏体率为40~90%的组织和如下化学成分，该化学成分以质量°/。计，含有C:0.005~0.03%、Si:0.1~1.0%、Mn:0.2~2.0%、P:0.04Q/o以下、S:0.015o/。以下、Cr:18.0~27.0%、Ni:4.0~9.0%、Al:0.040%以下、N:0.05~0.40%，剩余部分由Fe和杂质组成。本发明的扩径用油井管具有276MPa655MPa的屈服强度，具有大于20%的均勻延伸率。在此所谓的均匀延伸率是指拉伸试验的最大负荷点的变形(%)。在此所谓的奥氏体率是指奥氏体面积率。双相不If钢还可以含有Cu:2.0%以下。双相不If钢还可以含有从由Mo:4.0%以下和\￥:5.0%以下组成的群中所选择的1种或2种。双相不锈钢还可以含有从由Ti:0.8。/。以下、V:1.5。/o以下和Nb:1.5。/。以下组成的群所选择的l种或2种以上。双相不锈钢还可以含有从由B:0.02。/。以下、Ca:0.02o/o以下和Mg:0.020/。以下组成的群所选4,的l种或2种以上。本申请发明的双相不锈钢用于上述扩径用油井管。图l是用于说明生产石油和气体的井的新的建筑方法的示意图。具体实施例方式下面对本发明的实施方式进4于详细i兌明。本发明的实施方式的扩径用油井管由具有以下化学成分和金属组织的双相不锈钢组成。以后关于元素的％是指质量％。l.化学成分C:0.005~0.03%c使奥氏体相稳定。为了有效地得到该效果，c含有量为0.005%以上。另一方面，C含有量超过O.03%时，炭化物易于对斤出，晶界耐腐蚀性(grainboundarycorrosingresistance)恶化。因此，C含有量为0.0050.03%。Si:O.l~1.0%Si使钢脱氧。为了有效地得到该效果，Si含有量为0.1。/o以上。另一方面，Si含有量超过l.0%时，促进金属间化合物的生成，其结果，降低热加工性。因此，Si含有量为O.l~1.0%。Mn:0.2~2.0%Mn使钢脱氧和脱硫，其结果，提高热加工性。Mn还增大N的固溶度。为了有效地得到该效果，Mn含有量为0.2Q/。以上。另一方面，Mn含有量超过2.0。/。时，耐腐蚀性恶化。因此，Mn含有量为0.2~2.0%。P:0.04%"下P是杂质，P促进中心偏析，使抗硫化物应力开裂性(sulfidestresscrackingresistance)恶化。因此，优选尽可能降低P含有量。因此，P含有量为0.04。/。以下。S:0.015Q/q以下s是杂质。s降低热加工性。因此优选s含有量低。因此，s含有量为0.015%以下。Cr:18.0~27.0%Cr提高抗二氧化碳腐蚀性能。作为双相不锈钢而为了得到充分的抗二氧化碳腐蚀性能，Cr含有量为18.0%以上。另一方面，Cr含有量超过27.0。/。时，促进金属间化合物的生成，其结果，降低热加工性。因此，Cr含有量18.0~27.0%。较好的Cr含有量为20.0~26.0%。Ni:4.0~9.0%Ni使奥氏体相稳定。若Ni含有量过少，钢中的铁素体就过多而得不到双相不锈钢的特性。铁素体相的N固溶度小，因此铁素体量的增加导致氮化物的析出，其结果，耐腐蚀性恶化。另一方面，Ni含有量过多时，钢中的铁素体变得过少，得不到双相不锈钢的特性。并且，含有过量Ni会导致a相的析出。因此，Ni含有量为4.0~9.0%,较好的Ni含有量为5.08.0%。八1:0.040%以下Al作为脱氧剂是有效的。但是，Al含有量超过0.040。/。时，钢中的夹杂物增加，其结果，韧性和耐腐蚀性恶化。因此，Al含有量为0.040%以下。N:0.05~0.40%N使奥氏体相稳定。N还提高双相不锈钢的热稳定性和耐腐蚀性。为了使钢中的铁素体相和奥氏体相的比例合适，N含有量为0.05%以上。另一方面，N含有量超过0.40。/。时，就产生因发生通气孔(blowhole)而导致的缺陷。钢的韧性和耐腐蚀性恶化。因此，N含有量为0.05~0.40%。较好的N含有量为0.1~0.35%。另外，发明本的双相不锈钢的剩余部分由Fe和杂质构成。本实施方式的扩径油井管用的双相不锈钢还根据需要，含有Cu以替代一部分Fe。Cu:2.0Q/q以下Cu是选择元素。Cu提高钢的耐腐蚀性。不过，含有过量Cu会降低热加工性。因此，Cu含有量为2.0。/。以下。另外，为了有效地得到上述效果，优选Cu含有量为0.2。/。以上。但即使Cu含有量不足0.2。/。，也可以一定程度地得到上述效果。本实施方式的扩径油井管用双相不锈钢还可以根据需要，含有从由Mo和W组成的群中所选择的l种或2种以替代一部分Fe。Mo:4.0。/c)以下W:5.0%以下Mo和W都是选择元素。这些元素提高耐腐蚀性和耐裂隙腐蚀性。不过，若含有过量Mo和/或W,则a相易于析出，导致钢的脆化。因此，Mo含有量为4.0。/Q以下，W含有量为5.0Q/o以下。为了有效地得到上述效果，优选Mo含有量为2.0。/Q以上，优选W含有量为0.1。/。以上。但是，Mo含有量、W含有量即使不足上述下限值，也可一定程度得到上述效果。本实施方式的扩径油井管用双相不锈钢还根据需要，含有从由Ti、V和Nb组成的群所选择的1种或2种以上以替代一部分Fe。Ti:0.8。/Q以下V:1.5M以下Nb:1.5y。以下Ti、V、Nb都是选择元素。这些元素提高钢的强度。不过，9若含有过量这些元素，热加工性会降低。因此，Ti含有量为0.80/0以下、V含有量为1.5。/。以下、Nb含有量为1.5%以下。为了更有效地得到上述效果，优选Ti含有量为0.iy。以上。优选Nb含有量为0.05%以上。Nb含有量为0.05。/。以上。但是，Ti、V、Nb含有量即使不足上述下限值，也可一定程度得到上述效果。本实施方式的扩径油井管用双相不锈钢还根据需要，含有从由B、Ca和Mg组成的群所选择的l种或2种以上以替代一部分Fe。B:0.02。/q以下Ca:0.02m以下Mg:0.02q/q以下B、Ca和Mg都是选择元素。这些元素提高热加工性。不过，若含有过量这些元素，钢的耐腐蚀性会降低。因此，B含有量、Ca含有量和Mg含有量分别为0.02。/。以下。为了更有效地得到上述效果，较好的B含有量、Ca含有量和Mg含有量分别为0.0002%以上。但是，B、Ca、Mg含有量即使不足上述下限值，也可一定程度地得到上述效果。2.金属组织构成本发明的扩径用油井管的双相不锈钢具有由铁素体相和奥氏体相这双相组成的金属组织。认为软的相即奥氏体有助于均匀延伸率的提高。钢中的奥氏体率为4090%。在此，奥氏体率为面积率。通过以下方法测量。从扩径用油井管的任意处采集试样。对所采集的试样机械研磨之后，将所研磨的试样在30mol。/。KOH溶液中进行电解蚀刻。蚀刻的试样表面用25栅格的目镜通过400倍的光学显微镜观察，利用基于ASTME562的计点法测量奥氏体率。奥氏体率若不足40%,均匀延伸率就低于20%以下。另一方面，奥氏体率超过90%时，钢的耐腐蚀性恶化。因此，奥氏体率为40~90%。较好的奥氏体率为4070%,更好的奥氏体率为45~65%。3.制造方法
技术领域：
：本发明的扩径用油井管通过以下的制造方法制造。熔炼上述化学成分的钢，制造钢坯。对所制造的钢坯进行热加工而形成扩径用油井管。作为热加工，例如实施了满乃斯曼法。作为热加工既可以实施热纟齐压，也可以实施热每i。所制造扩径用油井管既可以是无缝管也可以是焊接管。对已进行了热加工的扩径用油井管实施固溶处理。此时，固溶处理温度为1000°C~200CTC。若固溶处理温度不足IOOO°C，a相析出而钢脆化。由于cr相的析出，屈服强度上升，超过了655MPa,因此均匀延伸率为20%以下。另一方面，固溶处理温度超过1200。C时，奥氏体率显著降低，不足40%。较好的固溶处理温度为IOO(TC~1175°C,更好的固溶处理温度为IOO(TC~115CTC。本发明的扩径用油井管保持固溶的状态(所谓保持固溶材料)。也就是说，实施了固溶处理之后，不实施其他的热处理和除冷矫直之外的其他冷加工(冷拉伸和皮尔格轧制)，就可作为产品使用。这样，本发明的扩径用油井管保持固溶的状态，因此可使其屈服强度处于276MPa655MPa(40ksi95ksi)的范围内。由此，认为均匀延伸率超过20%,即使在矿井内也具有优异的扩径性。另外，屈服强度超过655MPa时，均匀延伸率为20%以下。扩径用油井管需要一定程度的强度，因此其屈服强度为276MPa以上。另外，在固溶处理后，实施冷加工的情况下，屈服强度超ii过655MPa。因此，均匀延伸率不足20%。实施例1熔炼具有表l所示的化学成分的多个钢，制造钢坯。对所制造的钢坯进行热锻和热轧制，形成具有厚度30mm、宽度120mm、长度300mm的多个试验用钢板。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表l中的"组织"栏表示各试验编号的钢种。"D"表示双相不锈钢，"C"表示碳素钢。"M"表示马氏体系不锈钢。参照表l,试验编号l~11和21~23为双相不锈钢。编号12~14为碳素钢，试-验编号15~20为马氏体系不《秀钢。对试验编号1~23的钢板实施了表1中的"热处理"栏记载的热处理和冷加工。具体来说，对试-验编号l~11的钢板在1050°C~1150。C的温度范围实施了固溶处理(表l中的"热处理，，栏显示为"固溶")。各钢板的固溶处理温度显示在表l"固溶温度"栏。试-验编号l~ll的钢板在固溶处理后不进行其他的热处理和冷拉伸等冷加工，形成了所谓的保持固溶材料。只于i式马全编号1220的4冈泽反以92(TC实施-净火，在550~730。C的温度范围实施回火(表l中的"热处理"栏显示为"QT")。对试验编号21的钢板以不足1000。C的温度实施了固溶处理，对试验编号22的钢才反以超过1200。C的温度实施了固溶处理。试验编号21和22的钢板为保持固溶材料。对试验编号23的钢板，以1085°C的温度实施固溶处理之后，实施了冷拉伸。奥氏体率的测量试验编号l~11和21~23的由双相不4秀钢组成的钢板在热处理后求出奥氏体率。具体来说，从这些钢板分别采集试验片。对采集的试验片进行机械研磨，将研磨后的试验片在30moP/。KOH溶液中进行了电解蚀刻。蚀刻后的试样表面用25栅格的目镜，通过400倍的光学显微镜观察了16个视场。在观察的各视场中求出了奥氏体率(％)。奥氏体率通过基于ASTME562计点法求出。在各视场求出的奥氏体率(％)的平均值显示为表l中的"y量"栏。拉伸试验沿着各钢板l~23的长度方向采集外径6.35mm、平行部长度25.4mm的圆棒试验片，在常温下实施了拉伸试验。将拉伸试验所得到的屈服强度(MPa)显示在表l中的"YS"栏，将拉伸强度(MPa)显示在表l中的"TS"栏，均匀延伸率(％)显示在表l中"均匀延伸率，，栏。基于ASTM标准的2。/。耐力为屈服强度(YS)。拉伸试验的最大负荷点的试验片的变形为均匀延伸率(％)。试验结果参照表l，试验编号l~ll的钢板的化学成分、金属组织和屈服强度处于本发明的范围内，因此均匀延伸率都超过20%。另一方面，试验编号12~20的钢板不是双相不锈钢，因此均匀延伸率都为20%以下。试验编号21的钢板为双相不锈钢，其化学成分处于本发明的范围内，但固溶处理温度不足100(TC。因此，屈服强度超过本发明范围的上限，均匀延伸率为20%以下。认为固溶处理温度低，因此a相析出，屈服强度上升。试验编号22的钢板的固溶处理温度超过1200'C,因此，奥氏体率不足40%，均匀延伸率为20%以下。试验编号23的钢板不是保持固溶材料，在固溶处理后进行了冷加工，因此屈服强度超过本发明范围的上限，均勻延伸率为20%以下。以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式只不过是用于实施本发明的例示。因此，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可对上述实施方式进行适当地变形来实施。工业实用性本发明的扩径用油井管和双相不锈钢，可作为油井管利用，特别是可用作在矿井内被扩径的油井管。权利要求1.一种扩径用油井管，在矿井内被扩径，其特征在于，该扩径用油井管由双相不锈钢组成，该双相不锈钢包括奥氏体率为40～90％的组织和如下化学成分，该化学成分以质量％计，含有C0.005～0.03％、Si0.1～1.0％、Mn0.2～2.0％、P0.04％以下、S0.015％以下、Cr18.0～27.0％、Ni4.0～9.0％、Al0.040％以下、N0.05～0.40％，剩余部分由Fe和杂质组成，该扩径用油井管具有276MPa～655MPa的屈服强度，具有大于20％的均匀延伸率。2.根据权利要求l所述的扩径用油井管，其特征在于，上述双相不^f钢还含有Cu:2.0。/。以下。3.根据权利要求1或2所述的扩径用油井管，其特征在于，上述双相不锈钢还含有从由Mo:4.0%以下和\￥:5.0%以下组成的群中所选4奪的l种或2种。4.根据权利要求13中任一项所述的扩径用油井管，其特征在于，上述双相不锈钢还含有从由Ti:0.8。/。以下、V:1.5。/。以下和Nb:1.5%以下组成的群所选择的l种或2种以上。5.根据权利要求14中任一项所述的扩径用油井管，其特征在于，上述双相不锈钢还含有从由B:0.02。/。以下、Ca:0.02%以下和Mg:0.02%以下组成的群所选的1种或2种以上。6.—种扩径用油井管所使用的双相不锈钢，是在矿井中被扩径的扩径用油井管所使用的双相不锈钢，其特征在于，该双相不锈钢以质量％计，含有C:0.0050.03%、Si:0.1~1.0%、Mn:0.2~2.0%、P:0.04%以下、8:0.015%以下、Cr:18.0~27.0%、Ni:4.0~9.0%、Al:0.040。/。以下、N:0.05~0.40%,剩余部分由Fe和杂质组成，奥氏体率为4090。/。，该双相不锈钢具有276MPa655MPa的屈服强度，具有大于20%的均匀延伸率。7.根据权利要求6所述的双相不锈钢，其特征在于，上述双相不锈钢还含有Cu:2.0。/。以下。8.根据权利要求6或7所述的双相不锈钢，其特征在于，上述双相不锈钢还含有从由Mo:4.0%以下和\￥:5.0%以下组成的群中所选才奪的l种或2种。9.根据权利要求68中任一项所述的双相不锈钢，其特征在于，上述双相不锈钢还含有从由Ti:0.8。/。以下、V:1.5。/o以下和Nb:1.5%以下组成的群所选#^的1种或2种以上。10.根据权利要求69中任一项所述的双相不锈钢，其特征在于，上述双相不锈钢还含有从由B:0.02Q/。以下、Ca:0.02%以下和Mg:0.02%以下组成的群所选4奪的l种或2种以上。全文摘要本发明提供一种扩径用油井管和双相不锈钢。该扩径用油井管由双相不锈钢组成，该双相不锈钢包括奥氏体率为40～90％的组织和化学成分，该化学成分以质量％计，含有C0.005～0.03％、Si0.1～1.0％、Mn0.2～2.0％、P0.04％以下、S0.015％以下、Cr18.0～27.0％、Ni4.0～9.0％、Al0.040％以下、N0.05～0.40％，剩余部分由Fe和杂质组成。本发明的扩径用油井管具有276MPa～655MPa的屈服强度，具有大于20％的均匀延伸率。因此，本发明的扩径用油井管具有优异的扩径性。文档编号C22C38/00GK101541997SQ200880000129公开日2009年9月23日申请日期2008年3月14日优先权日2007年3月26日发明者大江太郎,植田昌克,近藤邦夫,高部秀树申请人:住友金属工业株式会社