专利名称：：高合金管的制造方法
技术领域：
：本发明涉及常温延展性优异的高合金管的制造方法。更加详细地说，涉及一种能够通过热加工来制管，并且在制管后为了获得更高强度而进行冷加工时具有充分的延展性的高合金管的制造方法。
背景技术：
：在深井、过于苛刻的腐蚀环境的油井、气井(以下只称为"油井"。)中，作为油井管使用高Cr-高Ni合金构成的高合金管。而且，为了在比以往更过于苛刻的环境下使用，特别要求110~140ksi等级(最低屈服强度757.3~963.8MPa)的高强度且具有耐腐蚀性的高强度高合金管。而且，因为高强度高合金管作为油井管被使用在施加有弯曲、拉伸的力这样的环境下的情况下有时发生弯曲、断裂等，所以不仅要求具有强度，而且也要求具有高延展性。例如，在IS013680"石油和天然气工业一用作套管、油管和接箍的防腐合金无缝钢管一交货技术条件，，中，屈月l强度为110ksi(757.3MPa)等级、125ksi(860.5MPa)等级、140ksi(963.8MPa)等级的延伸率分另'J被规定为11%以上、10%以上、9%以上。这样，要求一种能够使用于更加过于苛刻的环境下，具有更高的延伸率的高合金管。而且，从制造面上来考虑，使用高合金的钢坯，通过玻璃润滑剂高速挤压法等挤压制管法或曼内斯曼制管法等热加工来制造高合金管。此时，也要求优异的热加工性。在专利文献1和专利文献2中，公开了如下的奥氏体系不锈3钢，即，为了防止在对通过连续铸造而制造的高合金钢铸坯进行热轧制时的粒界裂紋，通过使S量和O量为以与Ca量、Ce量的关系式所规定的范围内来改善热加工性。但是，考虑到改善通过最终的冷加工使高Cr-高Ni合金为高强度时的延展性的材料设计仍没有被研究出。另一方面，在专利文献36中，7>开了如下的方法，即，在对高Cr-高Ni合金实施热加工和固溶处理后，通过以1060%的壁厚缩小率进行冷加工，从而获得高强度的高合金油井管。而且，专利文献7公开了如下的经过冷加工的奥氏体合金，即，通过以特定的关系分别含有La、Al、Ca、O而控制夹杂物的形状，在硫化氢环境下的耐腐蚀性优异。在此的冷加工是为了增加强度而进行的，但是从耐腐蚀性的观点出发，进行30%以下的减少壁厚的加工。而且，在专利文献8中，公开有通过调整Cu和Mo的含量而改善了在硫化氢环境下的耐SCC性的高Cr-高Ni合金，记载有优选在热加工后通过进一步进行加工度为30%以下的冷加工而调整强度。曰本净争开日召59—182956号7>才艮曰本对争开日召60—149748号7>才艮曰本净争开日召58—6927号7>才艮曰本净争开日召58—9922号7>净艮曰本斗争开日召58—11735号7>才艮美国专利4421571号说明书曰本斗争开日召63—274743号7>才艮曰本净争开平ll_302801号7>才艮可是，高强度的材料必然延展性降低，因此，像油井管那样被使用在施加有弯曲、拉伸的力的环境的情况下，有时会发专利文献1专利文献2专利文献3专利文献4专利文献5专利文献6专利文献7专利文献8生弯曲、断裂等。可是，在上述专利文献中均没有任何关于如何改善延展性的启发。
发明内容本发明是鉴于这样的状况而作出的，其目的在于，提供一种能够通过热加工来制管，并且即使在制管后为了获得更高强度而进行冷加工后也具有充分的延展性且耐腐蚀性优异的高合金管的制造方法。本发明人为了解决上述的课题，对热加工性和冷加工后的延展性进行了各种研究和实验，其结果，获得了如下的(a)~(e)所示的见解。(a)在深井和过于苛刻的腐蚀环境下被使用于油井的高合金管要求耐腐蚀性。若使高合金管的基本的化学组成为(20~30%)Cr-(22~40%)Ni-(0.01~4%)Mo,贝'j从耐腐蚀性的观点来看需要降低C含量。(b)若直接降低C含量，则会引起强度不足。因此，优选积极地含有N，通过由N带来的固溶强化:^某求强度提高。(c)若增大N含量，则热加工性降低，热制管时产生的缺陷可能会造成产品的缺陷。可是，如下面的(1)式所示可知，通过将N含量和O含量的积规定为规定值以下，能由热加工制官。NxO《0.001......(1)其中，式中的N和O分别表示元素的含量(质量％)。另外，N含量和O含量的积的上限值优选是0.0007,更优选是0.0005。(d)由热加工所形成的高合金管坯通过之后的冷加工被进一步高强度化，但是若为高N材料，则实施有固溶热处理的管坯能够获得高强度。因此，在形成了高合金管坯之后，不需过度地提高进行冷加工时的加工度(截面缩小率)，即使低加工度也能确保希望的强度。这样，通过设为高N材料，能避免由高加工度造成的常温延展性(拉伸试验中的延伸量)的降低。(e)本发明人基于上述的见解，为了获得常温延展性优异的高合金管，详细地调查了固溶热处理后的最终的冷加工的加工度和N含量的关系。其结果判明，合金成分和加工度影响强度和常温延展性(延伸率)，越提高特定的合金元素的含量、或越提高冷加工度，则强度越上升、常温延展性越降低。因此发现为了获得确保作为目标的高强度且高的常温延展性(延伸率)的高合金管，在将N含量规定为大于0.05%且小于等于0.30%的基础上，着眼于对强度影响大的C含量和N含量的和即(C+N)的量和加工度，以截面缩小率表示的加工度Rd(%)只要不大于370x(C+N)即可。此外，发现了为了获得目标强度而必要的加工度，以截面缩小率表示的加工度Rd(%)需要为15以上。即，发现了通过以下面的(2)式所表示的加工度进行冷加工，能获得高强度且常温延展性优异的高合金管。15《Rd(%)<370x(C+N)......(2)其中，式中的C和N分别表示元素的含量(质量％),而且，Rd表示以截面缩小率表示的加工度(％)。另外，优选上限是325x(C+N),更优选上限是280x(C+N)。本发明是在这样的新的见解的基础上完成的，其要旨如下面的(1)和(2)所示。以下，分别说明本发明(1)和本发明(2)。有时将本发明(1)和(2)总称为本发明。(1)一种高合金管的制造方法，其是通过热加工形成如下的高合金管坯后，通过冷加工制造高合金管的方法，该高合金管坯以质量％计，含有C:0.03%以下、Si:1.0%以下、Mn:0.05~1.5%，P:0.03%以下、S:0.03%以下、Ni:大于22%且小于等于40%、Cr:20~30%、Mo:大于等于0.01%且小于4.0%、Cu:0~4.0%、Al:0.001~0.30%、N:大于0.05%且小于等于0.30%、0:0.010%以下，剩余部分是Fe和杂质，并且，具有N含量和O含量的积满足下述(1)式的化学组成，其特征在于，在以截面缩小率表示的加工度Rd满足下述(2)式的条件下在最终的冷加工工序中进行冷加工。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中，式中的N、O和C分别表示元素的含量(质量％),而且，Rd表示以截面缩小率表示的加工度(％)。(2)上述(1)的高合金管的制造方法，其特征在于，在高合金管坯的化学组成中，替换Fe的一部分，以质量％计，含有Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下和稀土元素0.2%以下这3者中的1种或2种以上。采用本发明，提供一种能够通过热加工来制管，并且即使在制管后为了获得更高强度而进行冷加工后也具有充分的延展性且耐腐蚀性优异的高合金管的制造方法。具体实施例方式接着，说明在本发明的高合金管的制造方法中所使用的高合金钢的化学组成的限定理由。另外，各元素的含量的"％"表示"质量％"。C:0.03%以下若C的含量大于0.03。/。，则在结晶粒界形成Cr炭化物，粒界的应力腐蚀裂紋敏感性增大。因此，使其上限是0.03%。优选上限是0.02%。Si:1.0%以下Si是作为合金的脱氧剂有效的元素，能根据需要含有。可是，若其含量大于1.0%,则热加工性降低，所以Si含量是l.O%以下。优选是0.5%以下。Mn:0.05~1.5%Mn与上述的Si相同，是作为合金的脱氧剂有效的元素，其效果能够在含量为0.05%以上获得。但是，若其含量大于1.5%，则热加工性降低。因此，Mn含量是0.05~1.5%。优选范围是0.5~0.75%。P:0.03%以下P是被作为杂质而含有的，但是若其含量大于0.03%,则在硫化氢环境下的应力腐蚀裂紋敏感性增大。因此，其上限是0.03%以下。优选上限是0.025%。S:0.03%以下S与上述的P相同，是被作为杂质而含有的，但是若其含量大于0.03%，则热加工性显著降低。因此，其上限是0.03%。优选上限是0.005%。Ni:大于22%且小于等于40%Ni具有提高耐硫化氢腐蚀性的作用。但是，若其含量为22%以下，则因为在合金的外表面无法充分地生成Ni硫化物保护膜，所以无法获得含有Ni的效果。另一方面，即使含有大于40%，其效果也会饱和，造成合金的价格上升，从而损害经济性。因此，Ni含量为大于22Q/。且小于等于40。/。。优选范围是25~37%,更优选是27%以上且小于35%。Cr:20~30%8Cr是在与Ni共存的条件下对提高以耐应力腐蚀裂紋性为代表的耐硫化氢腐蚀性有效的成分。但是，若其含量小于20%,则无法获得其效果。另一方面，若其含量大于30%,则其效果饱和，从热加工性的观点来看也是不好的。因此，Cr含量是2030%。优选范围是22~28%。Mo:大于等于O.Ol%且小于4.0%Mo在与Ni和Cr共存的条件下具有改善耐应力腐蚀裂紋性'的作用。但是，若其含量小于0.01%，则其效果不充分。另一方面，若其含量为4.0%以上，则其效果饱和，过度的含有使热加工性降低。因此，Mo含量是大于等于0.01%且小于4.0%。优选范围是0.05%以上且小于3.4%,更优选范围是O.l~3.0%。另外，为了获得更加优异的耐应力腐蚀裂紋性，优选下限为1.5%。更优选下限是2.0%。Cu:0~4.0%(也可以不添加)Cu具有显著提高在硫化氢环境下的耐硫化氢腐蚀性的作用，能根据需要而含有。在想获得该效果的情况下，优选含有0.1%以上。但是，若含量大于4.0%，则其效果饱和，相反地热加工性降低。因此，在含有Cu的情况下，4.0%为上限。Cu含量优选范围是0.23.5%。更加优选是0.5~2.0%。Al:0.001-0.30%Al是作为合金的脱氧剂有效的元素。为了不生成对热加工性有害的Si、Mn的氧化物，为了固定氧，需要为0.001%以上。但是，若其含量大于0.30%，则热加工性降低。因此，Al含量为O.OOl~0.30%。优选范围是O.Ol~0.20%。更优选0.01~0.10%。N:大于0.05%且小于等于0.30%N是本发明中重要的元素。本发明的高合金从耐腐蚀性的观点来看需要降低C含量。因此，积极地含有N，不使耐腐蚀性变差地通过固溶强化来谋求高强度化。此外，以高N材料实施有固溶热处理的管坯能够获得高强度。因此，不需过度地提高进行进一步冷加工时的加工度(截面缩小率)，即4吏低加工度也能确保希望的强度，因此，能抑制由高加工度造成的延展性降低。为了获得其效果，需要含有大于0.05%。另一方面，若大于0.30%，则热加工性降低。因此，N含量为大于0.05%且小于等于0.30%。优选范围是0.06-0.22%。0:0.010%以下O作为杂质而被含有，但是若其含量大于0.010%，则热加工性变差。因此，0含量为0.010%以下。Nx():O.OOl以下在本发明中，N的含量为大于0.05%且小于等于0.30%地大量含有，因此，热加工性容易变差。因此，需要使N含量(％)和O含量(％)的积为0.001以下。本发明的高合金钢除了上述的合金元素之外，还可以进一步含有Ca、Mg和稀土元素(REM)这3者中的l种或2种以上。也可以含有Ca、Mg和稀土元素(REM)的理由和此时的含量如下所述。Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下和稀土元素0.2%以下这3者中的l种或2种以上能够根据需要含有这些成分。若含有这些成分则具有提高热加工性的效果。可是，若Ca或Mg大于0.01M,或者REM中的^壬一种元素大于0.2%，则生成粗大的氧化物，相反地造成热加工性的降低。因此，在含有的情况下，使它们的上限为，Ca和Mg为0.01。/c)，而且REM为0.2。/c)。另外，为了确实地显示该热加工性的提高效果，优选含有Ca和Mg为0.0005。/。以上，而且REM为0.001%以上。另外，所谓REM是指镧系元素的15种元素加上Y和Sc的共17种元素。本发明的高合金管含有上述的必要元素或更进一步含有上述的任意元素，剩余部分由Fe和杂质构成，能利用通常商业生产所使用的制造设备和制造方法来制造。例如，能利用电炉、Ar-02混合气体底吹脱碳炉(AOD炉)和真空脱碳炉(VOD炉)等熔炼合金。纟皮熔炼的熔融金属既可以铸造成钢锭(ingot)，也可以通过连续铸造法铸造成棒状的钢坯(billet)等。能够使用这些钢坯，通过玻璃润滑剂高速挤压法等挤压制管法或曼内斯曼制管法等热加工来制造高合金管。而且，能够使热加工后的管在固溶热处理后通过冷轧、冷拔等冷加工成为具有希望强度的产品管。实施例1用电炉熔融具有表l所示的化学组成的合金，对成分进行大致调整而调整成目标的化学组成后，使用AOD炉通过脱碳和脱硫处理的方法来进行熔炼。将获得的熔融金属铸造成重量为1500kg、直径为500mm的钢锭。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>对表l所示的化学组成的各钢锭实施了以下的处理。首先，将钢4定加热到1250°C，以1200°C进行热4艮造从而成形直径为150mm的棒状。为了从这个成形材来评价热加工性，按照JISG0567,采集了平行部直径为10mm、平行部长度为100mm的圆棒状样本。然后，将样本加热到900。C并保持10分钟，实施应变速度0.3%/min的高温拉伸试验，求得了缩径率。其结果也一并表示在表l中。而且，将上述的成形材切断为长度1000mm，乂人而获得了挤压制管用钢坯。接着，用该钢坯通过玻璃润滑剂高速挤压法的热挤压制管法成形为冷加工用管坯。对所获得的冷加工用管坯进行软化热处理后，在拉拔加工的过程中进行l次或多次拉拔，之后，在1100。C保持0.5小时后，在水冷的条件下实施了固溶热处理。之后，进一步利用使用了顶头和模的拉拔法实施最终的冷加工，获得了具有作为目标的管的强度等级的高合金管。表2表示各试验No的最终冷加工前后的尺寸和冷加工度(截面缩小率)、以及管的目标强度等级(最低屈服强度)。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>从所获得的高合金管采集弧状的拉伸样本进行拉伸试验，求得了屈服强度(0.2%耐力)YS、断裂强度TS和延伸率EL。其结果也一并表示于表l。本发明例的试验No.l~26的管具有目标强度等级，也具有比ISO所规定的最低延伸率的值足够高的延伸率。而且，高温拉伸试验中的缩径率也是足够高的值，热加工性也优异。另一方面，因为比较例的试验No.27和28的管不满足(2)式，所以强度高但延伸率不够。此外，因为比较例的试验No.29的管不满足(l)式，所以热加工性差。产业上的可利用性采用本发明，能够通过热加工来制管，并且能够制造在制管后为了获得更高强度而进行冷加工时具有充分的延展性且耐腐蚀性优异的高合金管。权利要求1.一种高合金管的制造方法，其是通过热加工形成如下的高合金管坯后，通过冷加工制造高合金管的方法，该高合金管坯的化学组成为以质量％计，含有C0.03％以下、Si1.0％以下、Mn0.05～1.5％，P0.03％以下、S0.03％以下、Ni大于22％且小于等于40％、Cr20～30％、Mo大于等于0.01％且小于4.0％、Cu0～4.0％、Al0.001～0.30％、N大于0.05％且小于等于0.30％、O0.010％以下，剩余部分是Fe和杂质，并且，N含量和O含量的积满足下述(1)式，其特征在于，在以截面缩小率表示的加工度Rd满足下述(2)式的条件下在最终的冷加工工序中进行冷加工，N×O≤0.001......(1)15≤Rd(％)≤370×(C+N)......(2)其中，式中的N、O和C分别表示元素的含量，以质量％计；而且，Rd表示以截面缩小率表示的加工度，以％表示。2.根据权利要求l所述的高合金管的制造方法，其特征在于，在高合金管坯的化学组成中，替换Fe的一部分，以质量％计，含有Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下和稀土元素0.2%以下这3者中的1种或2种以上。全文摘要本发明涉及高合金管的制造方法，能够通过热加工来制管，并且在制管后为了获得更高强度而进行冷加工时具有充分的延展性且耐腐蚀性优异的高合金管的制造方法。该高合金管的制造方法，其是通过热加工形成如下的高合金管坯后，通过冷加工制造高合金管的方法，该高合金管坯的化学组成为以质量％计，含有C0.03％以下、Si1.0％以下、Mn0.05～1.5％，P0.03％以下、S0.03％以下、Ni大于22％且小于等于40％、Cr20～30％、Mo大于等于0.01％且小于4.0％、Cu0～4.0％、Al0.001～0.30％、N大于0.05％且小于等于0.30％、O0.010％以下，剩余部分是Fe和杂质，并且，N含量和O含量的积满足下述(1)式，其特征在于，在以截面缩小率表示的加工度Rd满足下述(2)式的条件下在最终的冷加工工序中进行冷加工。该高合金管坯也可以含有Ca、Mg和稀土元素。N×O≤0.001……(1)；15≤Rd(％)≤370×(C+N)……(2)，其中，式中的N、O和C分别表示元素的含量(质量％)，而且，Rd表示以截面缩小率表示的加工度(％)。文档编号C21D8/10GK101688263SQ20088002249公开日2010年3月31日申请日期2008年6月26日优先权日2007年7月2日发明者五十岚正晃,天谷尚,木村繁充,相良雅之,诹访部均申请人:住友金属工业株式会社