油井管用高強度不鏽鋼無縫管及其製造方法

2023-07-05 04:53:16 1

油井管用高強度不鏽鋼無縫管及其製造方法
【專利摘要】本發明提供壁厚大於25.4mm的厚壁且為110ksi(758MPa)以上、vE-10為40J以上、在高溫腐蝕環境下的耐腐蝕性優良的油井管用不鏽鋼無縫鋼管。對鋼原材進行加熱，實施熱軋而製成無縫鋼管，所述鋼原材具有如下組成：以質量％計，含有C：0.005～0.06％、Si：0.05～0.5％、Mn：0.2～1.8％、Cr：15.5～18.0％、Ni：1.5～5.0％、V：0.02～0.2％、Al：0.002～0.05％、N：0.01～0.15％、O：0.006％以下，並且以滿足Cr+0.65Ni+0.60Mo+0.30W+0.55Cu-20C≥19.5、Cr+Mo+0.50W+0.30Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≥11.5的方式含有選自Mo：1.0～3.5％、W：3.0％以下、Cu：3.5％以下中的1種以上。此時，熱軋為在1100～900℃溫度範圍內的總軋制率為30％以上的熱軋。在熱軋結束後，以空冷以上的冷卻速度進行冷卻，進一步實施淬火回火處理。
【專利說明】油井管用高強度不誘鋼無縫管及其製造方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及油井用無縫鋼管beamlesssteel1:ubeforOilCountryTubular Goods),特別涉及兼具優良的低溫初性（low-temperaturetou曲ness)和優良的耐腐蝕性 (corrosionresistance)的高強度不鎊鋼無縫管。

【背景技術】
[0002] 近年，為了應對原油價格的高漲、在不遠的將來可預料到的石油資源的枯竭 (exhaustionofpetroleum),在世界範圍內一直在積極地開發尚未被探明的深層油田 (de巧oilwell)、暫且被放棄開發的腐蝕性強的酸性氣田（sourgasfield)等。對於該樣 的油田、氣田而言，通常深度深，並且形成其氣氛也為高溫且含有C〇2、C廠等的嚴苛的腐蝕 環境（corrosionenviro皿ent)。因此，作為該種油田、氣田的開採中使用的油井用鋼管，要 求強度高而且耐腐蝕性優良的鋼管。
[0003] 在含有C〇2、等的嚴苛的腐蝕環境下的油田、氣田中，W往一直使用13%化馬 氏體系不鎊鋼管作為油井用鋼管。但是，通常的13%Cr馬氏體系不鎊鋼存在在含有大量 且超過IOOC的高溫環境下不耐用的問題。
[0004] 因此，在該種高溫的腐蝕環境下，一直使用雙相不鎊鋼管（化Plexstainless tube)。但是，雙相不鎊鋼管存在合金元素量多、熱加工性差、只能通過特殊的熱加工法來制 造並且價格昂貴該樣的問題。
[0005] 針對該種問題，例如，在專利文獻1中記載了一種耐腐蝕性優良的油井用高強度不 鎊鋼管的製造方法，其中，將鋼管原材通過熱加工製成預定尺寸的鋼管，制管後，W空冷W 上的冷卻速度冷卻至室溫，對該鋼管實施如下的渾火-回火處理（quenching-tempering): 再加熱至85(TCW上的溫度後，W空冷W上的冷卻速度冷卻至IOOCW下，接著加熱至 70(TCW下的溫度，所述鋼管原材具有如下組成；W質量％計含有C:0.005?0.05%、Si: 0. 05 ?0. 5%、Mn;0. 2 ?1. 8%、Cr;15. 5 ?18%、Ni:1. 5 ?5%、Mo;1 ?3. 5%、V;0. 02 ? 0.2%、N:0.01?0.15%、0:0.006%W下，並且滿足下述（1)式和下述（2)式，
[0006]Cr+0. 65Ni+0. 60MO+0. 30W+0. 55CU-20C> 19. 5…（1)
[0007](在此，Cr、Ni、Mo、W、Cu、C為各元素的含量（質量％ ))
[0008]Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3CU-9N> 11. 5…（2)
[0009] (在此，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的含量（質量％))。
[0010] 根據專利文獻I所記載的技術，能夠穩定地製造即使在13% &馬氏體系不鎊鋼所 無法耐受的、含有更高濃度的〇)2、C廠等且達到更高溫度的約20(TC的嚴苛腐蝕環境下也具 有充分的耐腐蝕性、並且強度高的油井用不鎊鋼管。
[0011] 另外，在專利文獻2中記載了一種不鎊鋼管的製造方法，其中，對鋼逐進行熱加工 而製成鋼管，接著實施渾火回火處理，所述鋼逐W質量％計含有C:0.001?0.05%、Si: 0. 05 ?1%、Mn;2%W下、Cr;16 ?18%、Ni;3. 5 ?7%、Mo;大於 2%且為 4%W下、Cu: 1. 5 ?4%、稀±元素；0.OOl?0. 3%、sol.Al;0.OOl?0. 1%、Ca;0.OOOl?0. 3%、N: 0. 05%W下、O;0. 05%W下，或者進一步含有選自由Ti;0. 5%W下、Zr;0. 5%W下、Hf: 0. 5%W下、V;0. 5%W下組成的組中的1種或2種W上。根據專利文獻2所記載的技術，能 夠製造即使在達到約23CTC的高溫的嚴苛腐蝕環境下也具有充分的耐腐蝕性、並且強度高 的油井用不鎊鋼管。
[0012] 現有技術文獻 [001引專利文獻
[0014] 專利文獻1 ;日本特開2005-336595號公報
[0015] 專利文獻2 ;日本專利第4577457號公報


【發明內容】

[0016] 發明所要解決的問題
[0017] 最近，對深度深的油井、氣井進行開採的情況增加，為了防止來自地層的壓力導致 油井管被壓壞，要求厚壁的油井管。專利文獻2記載的技術中，存在如下問題；在壁厚大於 25. 4mm的厚壁的情況下，初性降低，不能兼具所期望的高初性和高強度。
[0018] 本發明的目的在於解決上述現有技術的問題，提供具有壁厚大於25. 4mm的厚壁 且兼具屈服強度為IWksi(758MPa)級W上的高強度和試驗溫度-IOC下夏比衝擊試驗 煙ia巧yimpacttest)的吸收能vE_i。為40JW上的高初性、而且具有優良的耐腐蝕性的油 井管用高強度不鎊鋼無縫管及其製造方法。另外，在此所述的"優良的耐腐蝕性"是指即使 在23CTCW上的高溫且含有0)2、C廠的腐蝕環境下也顯示出優良的耐(?腐蝕性的情況。
[0019] 用於解決問題的方法
[0020] 為了實現上述目的，本發明人首先對影響初性的各種因素進行了深入研究。結果 想到，為了提高厚壁不鎊鋼管的初性，首先需要使組織微細化。為了提高耐腐蝕性，對於使 組成含有16?18%的化、約2%?約6%的Ni的不鎊鋼而言，在凝固時鐵素體結晶化，冷 卻至室溫時，一部分還相變為奧氏體。但是，由於殘留而未完全消失，因此，即使通過之後的 熱處理，也幾乎不能使結晶粒徑微細化。因此，本發明人想到，採用各相間、鐵素體與奧氏體 (馬氏體）間的間隔GSI值（GrainSizeIndex)作為組織的微細化的指數。並且發現，通 過減小GSI值，即，通過使各相間的間隔變窄，組成為含有16?18%的化、約2%?約6% 的Ni的不鎊鋼管的初性提高。
[0021] 而且，本發明人通過進一步的研究發現，在實施包含穿孔社制的熱加工時，通過實 施預定溫度範圍內的社制率為一定W上的熱加工，各相間的間隔GSI變窄，初性顯著提高。
[0022] 首先，對作為本發明的基礎的實驗結果進行說明。
[0023]將組成W質量 ％ 計含有 0. 026 %C-0. 20 %Si-O. 24 %Mn-O.Ol%P-0.OOl% S-16. 7%Cr-4. 11 %Ni-O. 027%V-2. 13%Mo-I. 06%W-0. 51 %Cu-O. 02%Al-O. 051 %N且 餘量由化及不可避免的雜質構成的鋼原材（鋼逐，billet)加熱至各種加熱溫度。進而，對 利用穿孔機（piercermill)、延伸社機（elongatormill)、芯棒社管機（plugmill)等的 熱社的社制溫度、社制率進行各種變化，製成外徑297mm4X壁厚26?34mm的無縫鋼管， 然後，空冷至室溫。從所得到的鋼管上裁取組織觀察用試驗片，進行研磨，利用維列拉蝕刻 液（Vilella'Sreagent)進行腐蝕，用光學顯微鏡（倍率；400倍）觀察組織。通過對所得 到的組織照片進行圖像分析，測定GSI值作為組織的微細化的指數。關於GSI值，使用所得 到的組織照片，在壁厚方向上測定每單位長度的鐵素體-馬氏體晶界的數量（條/mm),由此 求出GSI值。另外，從所得到的鋼管上沿管長度方向裁取夏比衝擊試驗片（IOmm厚），在試 驗溫度-IOC下測定吸收能vE_i。(J)。將所得到的結果利用vE_i。與GSI值的關係進行整理 並示於圖1中。
[0024]由圖1可知，為了確保vE_i。為40JW上，需要進行使GSI為120W上的組織的微細 化。另外，本發明人在其他實驗中確認到，通過在1100?90(TC下實施合計社制量為30% W上的熱社，能夠實現使GSI為120W上的組織的微細化。對於加熱至通常的加熱溫度 (1100?125CTC)的包含穿孔社制的熱社而言，1100?90(TC的溫度範圍相當於利用延伸 社機、芯棒社管機的社制或利用芯棒式無縫社管機的社制。即發現，為了提高無縫鋼管的低 溫初性，即，為了進行組織的微細化，關鍵是使利用延伸社機、芯棒社管機等的社製成為合 計社制量為30%W上的低溫且強壓下的社制。
[00巧]本發明是基於上述見解並進一步加W研究而完成的。目P，本發明的主旨如下所述。
[0026] (1) 一種壁厚大於25. 4mm的油井用高強度不鎊鋼無縫管的製造方法，其為對鋼管 原材進行加熱、實施包含穿孔社制的熱社而製成無縫鋼管並進一步將該無縫鋼管W空冷W 上的冷卻速度冷卻至室溫的無縫鋼管的製造方法，其特徵在於，
[0027] 上述鋼管原材具有如下組成；W質量％計，含有C:0.005?0.06%、Si:0.05? 0. 5%、Mn;0. 2 ?1. 8%、P;0. 03%W下、S;0. 005%W下、Cr;15. 5 ?18. 0%、Ni:1. 5 ? 5. 0%、V;0. 02 ?0. 2%、Al;0. 002 ?0. 05%、N;0.Ol?0. 15%、0 ;0. 006%W下，並且W 滿足下述（1)式及下述（2)式的方式含有選自Mo;1. 0?3. 5%、W;3. 0%W下、Cu;3. 5% W下中的1種或2種W上，餘量由化及不可避免的雜質構成，
[0028] 上述包含穿孔社制的熱社為在1100?90(TC溫度範圍內的總社制率為30%W上 的社制，在該社制後冷卻至上述室溫，然後進一步實施渾火回火處理或回火處理，
[0029]Cr+0. 65Ni+0. 60MO+0. 30W+0. 55CU-20C>19. 5…（1)，
[0030] (在此，&、化、]?〇、胖、〇1、(：為各元素的含量（質量％))
[0031]Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3CU-9N>11. 5…（2)
[0032] (在此，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的含量（質量％))。
[0033] (2)如（I)所述的油井用高強度不鎊鋼無縫管的製造方法，其特徵在於，在上述組 成的基礎上，W質量％計，進一步含有選自Nb;0. 2%W下、Ti;0. 3%W下、Zr;0. 2%W下、 B;0. 01%W下中的1種或2種W上。
[0034] (3)如（1)或（2)所述的油井用高強度不鎊鋼無縫管的製造方法，其特徵在於，在 上述組成的基礎上，W質量％計，進一步含有化；〇. 01%W下。
[00巧](4) 一種壁厚大於25. 4mm的油井用高強度不鎊鋼無縫管，其特徵在於，
[0036] 具有如下組成：W質量％計，含有C:0.005?0.06%、Si:0.05?0.5%、Mn: 0. 2 ?1. 8%、P;0. 03%W下、S;0. 005%W下、Cr;15. 5 ?18. 0%、Ni;1. 5 ?5. 0%、V: 0. 02 ?0. 2%、Al;0. 002 ?0. 05%、N;0.Ol?0. 15%、0 ;0. 006%W下，並且W滿足下述 (1)式及下述（2)式的方式含有選自Mo;1.0?3. 5%、W:3.0%W下、Cu:3.5%W下中的1 種或2種W上，餘量由化及不可避免的雜質構成，
[0037] 具有如下組織；W馬氏體相為主相，第二相W體積率計包含10?60%的鐵素體相 和0?10%的奧氏體相，並且W沿壁厚方向劃出的線段的每單位長度內存在的鐵素體-馬 氏體晶界的數量定義的GSI值在壁厚中也部為120W上，
[003引並且兼具優良的低溫初性和優良的耐腐蝕性，
[0039]Cr+0. 65Ni+0. 60MO+0. 30W+0. 55CU-20C>19. 5…（1)
[0040](在此，&、化、1〇、胖、〇1、(：為各元素的含量（質量％))
[0041]Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3CU-9N>11. 5…（2)
[0042] (在此，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的含量（質量％))。
[0043] (5)如（4)所述的油井用高強度不鎊鋼無縫管，其特徵在於，在上述組成的基礎 上，W質量％計，進一步含有選自Nb;0. 2%W下、Ti;0. 3%W下、Zr;0. 2%W下、B:0.01% W下中的1種或2種W上。
[0044] (6)如（4)或（5)所述的油井用高強度不鎊鋼無縫管，其特徵在於，在上述組成的 基礎上，W質量％計，進一步含有化；〇. 01%W下。
[004引發明效果
[0046] 根據本發明，能夠容易且廉價地製造兼具屈服強度為IWksi(758MPa)級W上的 高強度和夏比衝擊試驗的吸收能vE_i。為40J W上的高初性、而且具有優良的耐腐蝕性的壁 厚大於25.4mm的厚壁高強度不鎊鋼無縫管，在產業上發揮顯著的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047] 圖1是表示夏比衝擊試驗的吸收能vE_i。與GSI的關係的圖。

【具體實施方式】
[0048] 首先，對本發明的油井用高強度不鎊鋼無縫管的製造方法進行說明。本發明中，對 鋼管原材進行加熱，實施包含穿孔社制的熱社而製成無縫鋼管。
[0049] 本發明中使用的鋼管原材的組成限定理由如下所述。W下，只要沒有特別說明，貝U 組成中的質量％僅W%表示。
[0050] 本發明中使用的鋼管原材具有如下組成；含有C:0.005?0.06%、Si:0.05? 0. 5%、Mn;0. 2 ?1. 8%、P;0. 03%W下、S;0. 005%W下、Cr;15. 5 ?18. 0%、Ni:1. 5 ? 5. 0%、V;0. 02 ?0. 2%、Al;0. 002 ?0. 05%、N;0.Ol?0. 15%、0 ;0. 006%W下，並且W 滿足下述（1)式及下述（2)式的方式含有選自Mo;1.0?3. 5%、W:3.0%W下、Cu:3.5% W下中的1種或2種W上，餘量由化及不可避免的雜質構成，
[0051]Cr+0. 65Ni+0. 60MO+0. 30W+0. 55CU-20C>19. 5…（1)
[00閲（在此，化、Ni、Mo、W、Cu、C為各元素的含量（質量％ ))
[0053]Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3CU-9N>11. 5…（2)
[0054] (在此，C;r、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的含量（質量％))。
[00巧]C;0. 005 ?0. 06%
[0056]C是與馬氏體系不鎊鋼鋼的強度增加有關的元素。本發明中，需要含有0. 005% W上。另一方面，大於0.06%而過量含有時，耐腐蝕性顯著降低。因此，C限定為0.005? 0.06%的範圍。另外，優選為0.01?0.04%。
[0057]Si:0.05 ?0.5%
[0058]Si是作為脫氧劑發揮作用的元素，在本發明中含有0.05%W上。但是，含量大於 0. 5%時，耐(?腐蝕性降低，而且熱加工性也降低。因此，Si限定為0. 05?0. 5%的範圍。 另外，優選為0. 1?0.4%。
[0059]Mn;0. 2?1.8%
[0060] Mn是增加強度的元素，為了確保本發明中所期望的高強度而含有0.2%W上。另 一方面，含量大於1.8%時，對初性帶來不良影響。因此，Mn限定為0.2?1.8%的範圍。另 夕F，優選為0.2?0.8%。
[0061]P:0.03 %W下
[0062]P是降低耐腐蝕性的元素，本發明中期望儘可能地降低。但是，如果是作為能夠相 對廉價地實施且不會降低耐腐蝕性的範圍的0.03%W下的程度，則可W容許。因此，P限定 為0. 03%W下。另外，極度的降低會導致製造成本的高漲，優選為0. 005%W上。
[0063]S:0.005 %W下
[0064]S是顯著降低熱加工性的元素，期望儘可能地降低。但是，如果為0. 005%W下，貝U能夠通過通常工序進行管制造，因而可W容許。因此，S限定為0.005%W下。另外，極度的 降低會導致製造成本的高漲，因此優選為0. 0005%W上。
[00巧]Cr;15. 5 ?18. 0 %
[0066]化是形成保護膜而提高耐腐蝕性的元素，尤其是有助於提高耐(?腐蝕性。本發明 中，從提高高溫下的耐腐蝕性的觀點出發，需要含有15. 5%W上。另一方面，含量大於18% 時，會使熱加工性降低，並且強度降低。因此，化限定為15. 5?18.0%的範圍。另外，優選 為16. 0?17. 5%，更優選為16. 5?17. 0%。
[0067]Ni; 1.5?5.0%
[0068]Ni是具有使保護被膜牢固、提高耐腐蝕性的作用並且發生固溶而增加鋼的強度的 元素。該種效果在含有1.5%W上時變得顯著。另一方面，含量大於5.0%時，馬氏體相的 穩定性降低，強度降低。因此，Ni限定為1.5?5.0%的範圍。另外，優選為3.0?4. 5%。
[0069]V:0.02?0.2%
[0070]V通過析出強化而有助於增加強度，並且具有改善耐應力腐蝕開裂性的作用。為了 得到該種效果，需要含有〇.〇2%W上。另一方面，含量大於0.2%時，初性降低。因此，V限 定為0. 02?0. 2%的範圍。另外，優選為0. 03?0. 08%。
[0071]Al;0. 002?0. 05%
[0072]Al是作為脫氧劑發揮作用的元素，為了得到該種效果，需要含有0.002%W上。另 一方面，大於0.05%而過量含有時，氧化鉛類夾雜物增加，延展性、初性降低。因此，Al限定 為0. 002?0. 05%的範圍。另外，優選為0.Ol?0. 04%。
[0073]N:0.01?0.15%
[0074]N是顯著提高抗點蝕性的元素，本發明中需要含有0.01 %W上。另一方面，大於 0. 15%而過量含有時，形成各種氮化物而使初性降低。因此，N限定為0.Ol?0. 15%的範 圍。另外，優選為0.02?0.08%。
[00巧]0:0.006%W下
[0076] 0在鋼中主要W氧化物的形式存在，對延展性、初性等帶來不良影響。因此，期望 儘可能地降低。尤其是在增多而大於0. 006%時，會使熱加工性、初性、耐腐蝕性顯著降低。 因此，0限定為0. 006%W下。
[0077] 選自Mo;I. 0 ?3. 5%、W;3. 0%W下、Cu;3. 5%W下中的I種或 2 種W上
[0078] Mo、W、化均為提高耐腐蝕性的元素，選擇含有1種或2種W上。
[0079] Mo是增加對C廠所導致的點蝕的耐性、有助於提高耐腐蝕性的元素，需要含有 1.0%W上。另一方面，含量大於3.5%時，強度降低，並且初性也降低，材料成本高漲。因 此，在含有時，Mo限定為1.0?3. 5%的範圍。另外，優選為1.5?3.0%。
[0080] W與Mo同樣地是有助於提高耐腐蝕性的元素，優選含有0. 5%W上。但是，含量大 於3.0%時，初性降低，材料成本高漲。因此，在含有時，W限定為3.0%W下的範圍。另外， 優選為0. 5?2. 5%。
[0081]Cu具有使保護被膜牢固、抑制氨侵入鋼中的作用，有助於提高耐腐蝕性。為了得到 該種效果，優選含有〇.5%W上。但是，大於3.5%而過量含有時，會導致熱加工性降低。因 此，在含有時，化限定為3. 5%W下。另外，優選為0. 5?2. 5%。
[0082] W上述範圍且W滿足下述（1)式和下述（2)式的方式含有上述成分，
[0083] Cr+0. 65Ni+0. 60MO+0. 30W+0. 55CU-20C> 19. 5…（1)
[0084] (在此，Cr、Ni、Mo、W、Cu、C為各元素的含量（質量％ ))
[0085] Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3CU-9N> 11. 5…（2)
[0086] (在此，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的含量（質量％))。
[0087] 另外，在計算（I)式、（2)式的左側值時，在各式中記載的元素中未含有的元素W 零進行計算。
[0088] 通過^滿足（1)式的方式調節&、化、1〇、￥、化、0各含量，在高溫（達到230°〇 且含有0)2、C廠的腐蝕環境下的耐腐蝕性（耐(?腐蝕性）顯著提高。另外，從高溫耐腐蝕 性的觀點出發，優選使（1)式的左側值為20. 0W上。
[0089] 通過W滿足（2)式的方式調節Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N各含量，熱加工性提 高，能夠確保用於製造馬氏體系不鎊鋼管所需要的熱加工性。另外，優選使（2)式的左側值 為12. 5W上。
[0090] 上述組成為基本組成，在該些基本組成W外可W進一步含有選自Nb;0. 2%W下、 Ti;0. 3%W下、Zr;0. 2%W下、B;0. 01%W下中的 1 種或 2 種W上、和 / 或Ca;0. 01%W下。
[0091] 選自Nb;0. 2%W下、Ti;0. 3%W下、Zr;0. 2%W下、B:0.01%W下中的 1 種或 2 種W上
[0092] Nb、Ti、Zr、B均為增加鋼強度並且改善耐應力腐蝕開裂性的元素，根據需要選擇 含有1種或2種W上。為了得到該種效果，優選含有Nb:0.02%W上、Ti:0.04%W上、Zr; 0. 02%W上、B;0. 001%W上。另一方面，含量分別大於Nb;0. 2%、Ti;0. 3%、Zr;0. 2%、 6;0.01%時，初性降低。因此，優選分別限定為佩；0.2%^下、1'1;0.3%^下、21';0.2%^ 下、B;0.Ol%W下。
[0093] Ca:0.01 %W下
[0094] 化是使硫化物類夾雜物球形化、有助於硫化物的形態控制（mcxrphologycontrol 化nction)的元素，可W根據需要含有。通過使硫化物類夾雜物球形化，具有使夾雜物周圍 的基質的晶格應變減小而使夾雜物的氨捕獲能力降低的效果。為了得到該種效果，優選含 有0. 0005%W上。另一方面，含量大於0.Ol%時，會導致氧化物類夾雜物的增加，耐腐蝕性 降低。因此，在含有時，化優選限定為0.01 %W下。
[0095] 上述成分W外的餘量為化及不可避免的雜質。作為不可避免的雜質，可W容許0: 0. 010%W下。
[0096] 本發明中，對鋼管原材的製造方法沒有特別限定。但是，優選使用轉爐（steel converter)等常用的烙煉方法，通過連鑄（continuouscasting)法等常用的鑄造方法將 具有預定組成的鋼水製成鋼逐等鑄片。另外，除了連鑄法W外，當然也可W通過鑄錠（ingot casting)-開逐社制化looming)法製成鋼逐等鋼片。
[0097] 本發明中，對具有上述組成的鋼原材進行加熱，實施通常的曼內斯曼芯棒 社管機方式（Mannesmann-plugmillmethod)或曼內斯曼芯棒式無縫社管機方式 (Mannesmann-man化elmillmethod)的包含穿孔社制（piercingrolling)的熱社，進而W 空冷W上的冷卻速度冷卻至室溫，製成無縫鋼管。另外，使無縫鋼管的壁厚大於25. 4mm。為 了確保該種壁厚的無縫鋼管，當然要將作為初始原材料的鋼原材的尺寸調節至適當範圍。 [009引鋼原材的加熱溫度：1100?130(TC
[0099] 鋼原材的加熱溫度低於Iiocrc時，加熱溫度過低而變形阻力增高，對社制機的負 荷過大而難W進行熱社。另一方面，超過130(TC而達到高溫時，結晶粗大化而使初性降低， 並且氧化皮損失量增加，成品率降低。因此，鋼原材的加熱溫度優選為1100?130(TC。更 優選為1200?1280°C。
[0100] 對加熱至上述加熱溫度的鋼原材實施包含穿孔社制的熱社。作為熱社，可W應用 依次經由實施穿孔社制的穿孔機（piercermill)、接下來的延伸社機（elongatormill)、 芯棒社管機（plugmill)、均整機（realermill)或者進一步的定徑機（sizingmill)的通 常的曼內斯曼芯棒社管機方式的熱社、或者依次經由實施穿孔社制的穿孔機、接下來的芯 棒式無縫社管機(man化elmill)、減徑機（re化cermill)的通常的曼內斯曼芯棒式無縫社 管機方式的熱社中的任意一種。
[0101] 本發明中，上述的包含穿孔社制的熱社是在1100?900°c溫度範圍內的總社制率 為30%W上的社制。通過將該溫度範圍內的社制率限定為適當範圍，能夠將鐵素體-奧氏 體（馬氏體）的晶界的間隔調節得較窄，能夠實現組織的微細化，進而實現初性的提高。即 使在1100?90(TC的範圍W外的溫度範圍內調節社制率，如果該1100?90(TC範圍內的社 制率偏離上述的適當範圍，則也無法實現本發明所述的組織的微細化。該溫度範圍的社制 率小於30%時，難W進行本發明所述的組織微細化，即，難W使壁厚方向上的每單位長度的 鐵素體-奧氏體（馬氏體）的晶界數量GSI為120W上。因此，將1100?900°C範圍內的 社制率調節至30%W上。由此，能夠使鐵素體-奧氏體（馬氏體）的晶界的間隔為預定值 W下，對於厚壁鋼管而言也能夠實現組織的微細化，能夠實現初性的提高。另外，該溫度範 圍內的社制率的上限沒有特別限定。
[010引另外，對於1100?90(TC的溫度範圍W外的社制而言，只要能夠製造預定尺寸形 狀的無縫鋼管即可，無需特別限定。
[0103] 接著，將實施上述熱社而製成的無縫鋼管W空冷W上的冷卻速度冷卻至室溫。如 果是本發明的組成範圍的鋼管，則通過W空冷W上的冷卻速度進行冷卻，能夠形成W馬氏 體相為主相的組織。
[0104] 接著，對制管後並冷卻後的無縫鋼管實施包含渾火-回火處理的熱處理。
[0105] 渾火處理中，加熱至85(TCW上且IOOCTCW下的渾火加熱溫度後，進行水冷。渾火 加熱溫度低於85(TC時，向馬氏體的相變不充分，不能確保所期望的高強度。另外，有可能 生成金屬間化合物，使初性、耐腐蝕性降低。另一方面，在超過IOOOC的高溫時，所生成的 馬氏體的比例增高，強度變得過高。因此，渾火加熱溫度優選限定為850?IOOCTC的範圍。 渾火加熱的保持時間沒有特別限定。但是，從生產率的觀點出發，優選為10?30分鐘。另 夕F，更優選的加熱溫度為920?980°C。
[0106] 在渾火處理後，進一步實施回火處理。回火處理中，加熱至400?70(TC的回火溫 度後，W空冷W上的冷卻速度進行冷卻。回火溫度低於40(TC時，不能得到充分的回火效果。 另一方面，在超過70(TC的高溫時，容易析出金屬間化合物，初性、耐腐蝕性降低。因此，回火 溫度優選限定為400?70(TC的範圍的溫度。另外，回火加熱的保持時間沒有特別限定。但 是，從生產率的觀點出發，優選為20?60分鐘。另外，更優選的回火溫度為550?65(TC。
[0107] 另外，也可W對保持制管狀態的鋼管僅實施上述回火處理而不實施渾火處理。
[0108] 通過上述製造方法得到的無縫鋼管為上述組成的、壁厚大於25. 4mm的厚壁的油 井用高強度不鎊鋼無縫管，其具有如下組織：W馬氏體相為主相，第二相W體積率計包含 10?60%的鐵素體相和0?10%的奧氏體相，並且W沿壁厚方向劃出的線段的每單位長度 內存在的鐵素體-馬氏體晶界的數量定義的GSI值在壁厚中也部為120W上。
[0109] 本發明中，為了確保所期望的高強度，形成W馬氏體相為主相、W體積率為10? 60%的鐵素體相、0?10%的奧氏體相為第二相的組織。
[0110] 鐵素體相的體積率小於10%時，熱加工性降低。另一方面，鐵素體相增多而大於 60%時，強度及初性降低。另外，作為鐵素體相W外的第二相，可W考慮10%W下的奧氏體 相，但從確保強度的觀點出發，優選儘可能地少，包含0%在內。奧氏體相增多而大於10% 時，不能確保所期望的高強度。
[0111] 本發明鋼管具有如下組織；包含上述的馬氏體相和鐵素體相，或者進一步包含殘 餘奧氏體相，並且W沿壁厚方向劃出的線段的每單位長度內存在的鐵素體-馬氏體晶界的 數量定義的GSI值在壁厚中也部為120W上。GSI值小於120時，不能實現組織的微細化， 不能穩定地確保所期望的初性。
[om] 另外，GSI值（條/mm)是利用維列拉蝕刻液進行腐蝕，使用利用光學顯微鏡（倍 率；100?1000倍）觀察得到的組織照片，在壁厚方向上測定鐵素體-馬氏體晶界的數量 (條/mm)而得到的值。
[0113]W下，基於實施例進一步說明本發明。
[0114] 實施例
[0115] 將表1所示組成的鋼水用轉爐進行烙煉後，利用連鑄法製成鋼逐（直徑260mm: 鋼原材）。將所得到的鋼原材加熱至表2所示的溫度後，W使1100?90(TC溫度範圍內的 社制率達到表2所示條件的方式實施依次經由穿孔機、延伸社機、芯棒社管機、均整機或進 一步經由定徑機的通常的曼內斯曼芯棒社管機方式的熱社，製成無縫鋼管（外徑168. 3? 297mmX壁厚26?34mm)。另外，熱社結束後，在表2所不的條件下進打冷卻。進一步在 表2所示的條件下對所得到的無縫鋼管實施渾火-回火處理。
[0116] 從所得到的鋼管上裁取試驗片，考察組織觀察、拉伸特性、初性、耐腐蝕性。考察方 法如下所述。
[0117] (1)組織觀察
[0118] 從所得到的鋼管的壁厚中央部裁取組織觀察用試驗片，對壁厚方向截面進行研 磨，利用維列拉蝕刻液進行腐蝕，利用光學顯微鏡（opticalmicroscope)(倍率；100? 1000倍）觀察組織。由所得到的組織照片判定組織的種類，使用圖像分析算出鐵素體相的 比率（體積率）。
[0119] 另外，奧氏體（Y)相使用X射線衍射法狂-laydifTractionmethod)進行測定。 測定Y的（220)面、鐵素體相（a)的（211)面的衍射X射線積分強度，使用下式進行換算。
[0120] Y(體積率）=100/{l+(IaRy/lyRa)}
[0121] 在此，Ia;a的積分強度、
[0122] Iy:Y的積分強度、
[0123] Ra:a的晶體學的理論計算值
[0124] Ry:Y的晶體學的理論計算值
[0125] 另外，馬氏體相的比率W該些相W外的餘量的形式算出。
[0126] 另外，對於組織觀察用試驗片，使用維列拉蝕刻液進行腐蝕，利用光學顯微鏡（倍 率；400倍）進行觀察。根據所得到的組織照片，在壁厚方向上測定鐵素體-馬氏體晶界的 數量（條/mm),算出GSI值。
[0127] (2)拉伸特性
[0128] 依照API標準，W使拉伸方向為管軸方向的方式從所得到的鋼管的壁厚中央部 裁取API弧狀拉伸試驗片（stripspecimenspecifiedbyAPIstandard,標點間距gage length50. 8mm)。依照API標準實施拉伸試驗，測定拉伸特性（屈服強度YS、拉伸強度TS、 伸長率El)。
[0129] (3)初性
[0130] 依照ISO標準，W使圓周方向為試驗片長度方向的方式從所得到的鋼管的壁厚中 央部裁取V形缺口試驗片（10mm厚），在試驗溫度；-l(TC下實施夏比衝擊試驗，測定吸收能 vE_i"a)。另外，試驗片數各取3片，求出它們的算術平均值，作為各鋼管的值。
[0131] (4)耐腐蝕性
[0132] 從所得到的鋼管的壁厚中央部裁取腐蝕試驗片（尺寸；3mm厚X25mm寬X50mm 長），供於腐蝕試驗。
[0133] 關於腐蝕試驗，將腐蝕試驗片浸潰於保持在高壓蓋中的20%化Cl水溶液（液溫： 23CTC、W3.OMPa的C〇2氣體進行飽和）中，使浸潰期間為14天，從而實施腐蝕試驗。試驗 後，測定重量，由試驗片的減重進行計算而求出腐蝕速度。另外，利用倍率為50倍的放大鏡 觀察試驗後的腐蝕試驗片，觀察有無點蝕。將觀察到直徑為0. 2mmW上的點蝕的情況記作 有點蝕。
[0134] 所得到的結果示於表3中。
[0135]

【權利要求】
1. 一種壁厚大於25. 4mm的油井用高強度不鏽鋼無縫管的製造方法，其為對鋼管原材 進行加熱、實施包含穿孔軋制的熱軋而製成無縫鋼管並進一步將該無縫鋼管以空冷以上的 冷卻速度冷卻至室溫的無縫鋼管的製造方法，其特徵在於， 所述鋼管原材具有如下組成：以質量％計，含有C 005?0. 06%、Si 05?0. 5%、 Mn:0? 2 ?1.8%、P:0? 03% 以下、S:0? 005% 以下、Cr:15. 5 ?18. 0%、Ni:1. 5 ?5. 0%、V: 0? 02 ?0? 2%、A1 :0? 002 ?0? 05%、N:0? 01 ?0? 15%、0 :0? 006% 以下，並且以滿足下述 (1)式及下述⑵式的方式含有選自Mo:1. 0?3. 5%、W:3. 0%以下、Cu:3. 5%以下中的1 種或2種以上,餘量由Fe及不可避免的雜質構成， 所述包含穿孔軋制的熱軋為在1100?900°C溫度範圍內的總軋制率為30%以上的軋 制，在該軋制後冷卻至所述室溫，然後進一步實施淬火回火處理或回火處理， Cr+0. 65Ni+0.6OM0+O. 30W+0. 55CU-20C彡 19. 5…（1)， Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3Cu-9N彡 11. 5…（2)， 在此，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的質量％含量。
2. 如權利要求1所述的油井用高強度不鏽鋼無縫管的製造方法，其特徵在於，在所述 組成的基礎上，以質量％計，進一步含有選自Nb:0.2%以下、Ti:0. 3%以下、Zr:0.2%以 下、B:0.01%以下中的1種或2種以上。
3. 如權利要求1或2所述的油井用高強度不鏽鋼無縫管的製造方法，其特徵在於，在所 述組成的基礎上，以質量％計，進一步含有Ca:0.01%以下。
4. 一種壁厚大於25. 4mm的油井用高強度不鏽鋼無縫管，其特徵在於， 具有如下組成：以質量％計，含有C:0? 005?0? 06%、Si:0? 05?0? 5%、Mn:0? 2? 1.8%、P:0? 03% 以下、S:0? 005% 以下、Cr:15. 5 ?18. 0%、Ni:1. 5 ?5. 0%、V:0? 02 ? 0? 2%、A1 :0? 002?0? 05%、N:0? 01?0? 15%、0 :0? 006%以下，並且以滿足下述⑴式及 下述⑵式的方式含有選自Mo:1. 0?3. 5%、W:3. 0%以下、Cu:3. 5%以下中的1種或2種 以上，餘量由Fe及不可避免的雜質構成， 具有如下組織：以馬氏體相為主相，第二相以體積率計包含10?60 %的鐵素體相和0?10%的奧氏體相，並且以沿壁厚方向劃出的線段的每單位長度內存在的鐵素體-馬氏 體晶界的數量定義的GSI值在壁厚中心部為120以上， 並且兼具優良的低溫韌性和優良的耐腐蝕性， Cr+0. 65Ni+0.6OM0+O. 30W+0. 55CU-20C彡 19. 5…（1)， Cr+Mo+0. 50W+0. 30Si-43. 5C-0. 4Mn-Ni-0. 3Cu-9N彡 11. 5…（2)， 在此，Cr、Mo、W、Si、C、Mn、Ni、Cu、N為各元素的質量％含量。
5. 如權利要求4所述的油井用高強度不鏽鋼無縫管，其特徵在於，在所述組成的基礎 上，以質量％計，進一步含有選自Nb:0.2%以下、Ti:0. 3%以下、Zr:0.2%以下、B:0.01% 以下中的1種或2種以上。
6. 如權利要求4或5所述的油井用高強度不鏽鋼無縫管，其特徵在於，在所述組成的基 礎上，以質量％計，進一步含有0&:0.01%以下。
【文檔編號】C22C38/00GK104379774SQ201380028317
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年5月30日 優先權日:2012年5月31日
【發明者】宮田由紀夫, 石黑康英, 石川和俊, 中橋哲 申請人:傑富意鋼鐵株式會社