油井用高强度不锈钢无缝钢管及其制造方法_4

文档序号:8908850阅读:来源:国知局
明人新求出的。 (3) 式的左边值超过34. 5而增大时,残余奥氏体变得过量,不能确保期望的高强度。此外, 耐硫化物应力开裂性、耐硫化物应力腐蚀开裂性降低。因此,在本发明中,以满足(3)式的 方式进行调节而含有Cu、Mo、W、Cr、Ni。需要说明的是,(3)式的左边值优选设定为32. 5以 下。更优选为31以下。
[0128] 上述成分以外的余量由Fe和不可避免的杂质构成。作为不可避免的杂质,0(氧): 0.01%以下是可以允许的。
[0129] 上述成分为基本成分,本发明中,在基本成分的基础上,可以进一步含有下述 (A)~(D)组中的一组以上作为选择元素。
[0130] ⑷组:以质量%计,V:0? 02~0? 20%
[0131] (B)组:以质量%计,A1 :0? 10%以下
[0132] (C)组:以质量%计,选自Nb:0? 02 ~0? 50%、Ti:0? 02 ~0? 16%、Zr:0? 50% 以 下、B:0. 0030%以下中的一种或两种以上
[0133] (D)组:以质量%计,选自REM:0? 005%以下、Ca:0? 005%以下、Sn:0? 20%以下中 的一种或两种以上
[0134] ⑷组:V:0.20%以下
[0135]V是通过析出强化使钢的强度提高的元素。为了得到这样的效果,优选含有 0.02%以上。另一方面,超过0.20%的含有会使韧性降低。因此,V优选限定为0.20%以 下的范围。另外,更优选为0.04~0.08%。
[0136] (B)组:A1 :0? 10% 以下
[0137]A1是作为脱氧剂发挥作用的元素。为了得到这样的效果,优选含有0.01%以上。 另一方面,超过0. 10%而大量含有时,氧化物量变得过多,对韧性产生不良影响。因此,在含 有的情况下,A1优选限定为0. 10%以下的范围。另外,更优选为0. 02~0. 06%。
[0138] (C)组:选自Nb:0? 02 ~0? 50%、Ti:0? 02 ~0? 16%、Zr:0? 50% 以下、B:0? 0030% 以下中的一种或两种以上
[0139]Nb、Ti、Zr、B均是有助于强度增加的元素,可以根据需要选择含有。
[0140]Nb有助于上述的强度增加,并且也进一步有助于韧性提高。为了确保这样的效果, 优选含有0.02%以上。另一方面,含量超过0.50%时,韧性降低。因此,在含有的情况下, Nb优选限定为0. 02~0. 50%的范围。
[0141]Ti有助于上述强度增加,并且也进一步有助于耐硫化物应力开裂性的改善。为了 得到这样的效果,优选含有0.02%以上。另一方面,含量超过0. 16%时,会生成粗大的析出 物,韧性及耐硫化物应力腐蚀开裂性降低。因此,在含有的情况下,Ti优选限定为0.02~ 0. 16%的范围。
[0142]Zr有助于上述强度增加,并且也进一步有助于耐硫化物应力腐蚀开裂性的改善。 为了得到这样的效果,优选含有0.02%以上。另一方面,含量超过0.50%时,韧性降低。因 此,在含有的情况下,Zr优选限定为0. 50%以下。
[0143] B有助于上述强度增加,并且也进一步有助于热加工性的改善。为了得到这样的效 果,优选含有0.0005%以上。另一方面,含量超过0.0030%时,韧性、热加工性降低。因此, 在含有的情况下,B优选限定为0. 0030%以下。
[0144] (D)组:选自REM:0? 005%以下、Ca:0? 005%以下、Sn:0? 20%以下中的一种或两 种以上
[0145]REM、Ca、Sn均是有助于改善耐硫化物应力腐蚀开裂性的元素,可以根据需要选择 含有。为了确保这样的效果,优选含有REM:0. 001%以上、Ca:0. 001%以上、Sn:0. 05%以 上。另一方面,即使分别超过REM:0. 005%、Ca:0. 005%、Sn:0. 20%而含有,效果也饱和, 无法期待与含量匹配的效果,在经济上变得不利。因此,在含有的情况下,优选分别限定为 REM:0? 005% 以下、Ca:0? 005% 以下、Sn:0? 20% 以下。
[0146] 接着,对本发明的油井用高强度不锈钢无缝钢管的组织限定的理由进行说明。
[0147] 本发明的油井用高强度不锈钢无缝钢管优选具有上述组成,进一步具有以马氏体 相(回火马氏体相)作为基相、第二相包含以体积率计为10~60%的铁素体相的复合组 织。或者,优选具有上述组成,进一步具有以马氏体相(回火马氏体相)作为基相、第二相 包含以体积率计为10~60 %的铁素体相以及以体积率计为30 %以下的残余奥氏体相的复 合组织。
[0148] 对于本发明的无缝管而言,为了确保期望的高强度,优选使基相为马氏体相(回 火马氏体相)。
[0149] 并且,本发明中,为了确保期望的耐腐蚀性(耐二氧化碳腐蚀性以及耐硫化物应 力开裂性(耐SSC性)、耐硫化物应力腐蚀开裂性(耐SCC性)),优选至少析出以体积率计 为10~60%的铁素体相作为第二相,形成以体积率计为40~90%的马氏体相(回火马氏 体相)与铁素体相的双相组织。由此,在管轴方向上形成层状组织,开裂的发展得到抑制。 铁素体相低于10%时,有时无法形成上述层状组织,无法得到期望的耐腐蚀性提高。另一方 面,铁素体相超过60%而大量析出时,有时不能确保期望的高强度。因此,作为第二相的铁 素体相优选以体积率计为10~60%的范围。另外,优选为20~50%。
[0150] 另外,作为第二相,除铁素体相以外,还可以析出以体积率计为30%以下的残余奥 氏体相。通过残余奥氏体相的存在,延展性及韧性提高。这样的效果在以体积率计优选为 5 %以上且30 %以下时可以确保。残余奥氏体相以体积率计超过30 %而变得大量时,有时 不能确保期望的高强度。
[0151] 需要说明的是,在此所述的基相是指以体积率计为40~90%。
[0152] 接着,对本发明的油井用高强度不锈钢无缝钢管的优选的制造方法进行说明。
[0153] 本发明中,以具有上述组成的不锈钢无缝钢管作为起始原材。作为起始原材的不 锈钢无缝钢管的制造方法无需特别限定,通常公知的无缝管的制造方法均可以应用。
[0154] 优选将上述组成的钢水通过转炉(steelconverter)等常用的恪炼方法(melting practice)进行恪炼,通过连铸法(continuouscasting)、铸锭(ingotcasting)-开还乳 制法(bloomingmethod)等通常的方法制成钢还(billet)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-p1ug millmethod)或者曼内斯曼芯棒式无缝管乳机方式(Mannesmann-mandrelmillmethod) 的制管工序进行热制管,制成期望尺寸的具有上述组成的无缝钢管。
[0155] 制管后,优选将无缝钢管以空冷以上的冷却速度冷却至室温。由此,能够使钢管组 织确保为以马氏体相作为基相的组织。另外,也可以通过利用加压方式(pressmethod)的 热挤出(hotextruding)制成无缝钢管。
[0156] 在制管后的以空冷以上的冷却速度(coolingrate)冷却至室温的冷却之后,在本 发明中,进一步实施在加热至850°C以上的加热温度后以空冷以上的冷却速度冷却至50°C 以下的温度的淬火处理。由此,能够制成以马氏体相作为基相且含有适当量的铁素体相的 组织的无缝钢管。
[0157] 淬火处理的加热温度低于850°C时,不能确保期望的高强度。需要说明的是,从 防止组织的粗大化的观点出发,淬火处理的加热温度优选设定为1150°C以下。更优选为 900~1100°C的范围。
[0158] 通过实施以空冷以上的冷却速度冷却至50°C以下的温度的淬火处理,能够使马氏 体相析出,能够得到期望的高强度。
[0159] 接着,对实施淬火处理后的无缝钢管实施加热至Acl相变点以下的回火温度再进 行冷却(放冷)的回火处理。通过实施加热至Acl相变点以下的回火温度再进行冷却的回 火处理,使组织成为包含回火马氏体相、铁素体相、进一步包含残余奥氏体相(残余Y相) 的组织。由此,形成具有期望的高强度、以及高韧性、优良的耐腐蚀性的高强度不锈钢无缝 钢管。回火温度超过Acl相变点而达到高温时,生成保持淬火状态的马氏体,无法确保期望 的高强度、以及高韧性、优良的耐腐蚀性。另外,回火温度更优选设定为700°C以下且优选为 550°C以上。
[0160] 以下,基于实施例进一步对本发明进行说明。
[0161] 实施例
[0162] 利用转炉将表1-1、表1-2所示的组成的钢水熔炼,通过连铸法铸造成钢坯(钢管 原材),通过使用模型无缝乳机的热加工进行制管,制成外径83. 8_X壁厚12. 7mm的无缝 钢管。另外,制管后,进行了空冷。
[0163] 从所得到的无缝钢管上切下试验片原材,实施在表2-1、表2-2所示的条件下加热 后进行冷却的淬火处理。然后,进一步实施在表2-1、表2-2所示的条件下加热再进行空冷 的回火处理。
[0164] 从这样实施了淬火-回火处理的试验片原材裁取组织观察用试验片,将组织观察 用试验片用盐酸苦味酸酒精溶液(Vilellareagent)(苦味酸lg、盐酸5ml、乙醇100ml)进 行腐蚀,用扫描型电子显微镜(1000倍)拍摄组织,使用图像分析装置(imageanalyzation equipment),计算铁素体相的组织百分率(体积% )。
[0165] 另外,残余奥氏体相组织百分率使用X射线衍射法(X-raydiffractionmethod) 来测定。从实施了淬火-回火处理的试验片原材裁取测定用试验片,通过X射线衍射测定 y的(220)面、a的(211)面的衍射X射线积分强度(X-raydiffractionintegrated intensity),使用下式进行换算。
[0166]y(体积率)=l〇〇/(l+(IaRy/IyRa))
[0167] 在此,la:a的积分强度
[0168]Ra:a的晶体学理论计算值
[0169]Iy:丫的积分强度
[0170]Ry:y的晶体学理论计算值
[0171] 需要说明的是,马氏体相的百分率以这些相以外的余量进行计算。
[0172] 另外,从实施了淬火-回火处理的试验片原材裁取API弧状拉伸试验片(strip specimenspecifiedbyAPIstandard5CT),基于API的规定,实施拉伸试验,求出拉伸特 性(屈服强度YS、拉伸强度TS)。
[0173] 另外,基于JISZ2242的规定,从实施了淬火-回火处理的试验片原材裁取V形 缺口(V-notch)试验片(10mm厚),实施夏比冲击试验(Charpyimpacttest),求出-10°C 下的吸收能(absorbedenergy),评价韧性。
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