專利名稱：無(wú)縫鋼管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及強(qiáng)度及韌性優(yōu)良、且作為油井管適合的無(wú)縫鋼管的制造方法。
背景技術(shù)：
用于油井管的無(wú)縫鋼管要求強(qiáng)度、韌性等優(yōu)良，美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)規(guī)格的N80等級(jí)的油井管，規(guī)定拉伸強(qiáng)度為724MPa以上，屈服強(qiáng)度為552～758MPa。
要制造滿足該API規(guī)格的N80等級(jí)的規(guī)定的無(wú)縫鋼管，在制管后，一般進(jìn)行淬火、回火的熱處理從而高強(qiáng)度化。但是，為了進(jìn)行上述的熱處理，需要淬火用的加熱爐、回火用的保溫爐等設(shè)備，從而成本提高。
因此，提出了使用加工熱處理制管，制管后不實(shí)施熱處理只進(jìn)行空冷就具備高強(qiáng)度的油井用無(wú)縫鋼管，并也供于實(shí)用。例如，在特許文獻(xiàn)1中公示了如下方法，加熱均熱在900～1300℃后，用穿孔機(jī)穿孔，接著將用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)實(shí)施加工率30％以上的第一次熱加工(壁厚加工)的管坯以規(guī)定的冷卻速度冷卻至低于400℃，其后用再加熱爐加熱至Ac3以上的規(guī)定溫度范圍，用軋制機(jī)等實(shí)施加工率5％以上的第二次熱加工(縮徑或壁厚加工)之后空冷。
另外，在特許文獻(xiàn)2中公示了如下方法，用穿孔機(jī)及芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)進(jìn)行穿孔與熱加工后，以規(guī)定的冷卻速度急冷至350℃以下的溫度，隨后在再加熱到Ac1以下的規(guī)定范圍內(nèi)的溫度后，用軋制機(jī)以5％以上的截面收縮率進(jìn)行縮徑加工，之后進(jìn)行空冷，在特許文獻(xiàn)3中也提出向再加熱爐裝入前將管坯冷卻至相變溫度(Ac1)以下，進(jìn)行再加熱，用拉伸軋制機(jī)精加工至規(guī)定的尺寸的應(yīng)用了加工熱處理的制造方法。
這些方法因?yàn)榭梢允÷詿崽幚恚跃哂兄圃煨矢叩膬?yōu)點(diǎn)。但是，在拉伸軋制機(jī)的加工度都低時(shí)，不能滿足上述API規(guī)格規(guī)定的強(qiáng)度，或成為韌性低且非常脆的原材。
作為其解決的措施，在特許文獻(xiàn)4中提出如下方法，將用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)熱軋的原材冷卻到Ar1點(diǎn)以下的溫度后，用再加熱爐再加熱至Ac3相變點(diǎn)～Ac3相變點(diǎn)+50℃，從而使貝氏體或馬氏體主體的組織轉(zhuǎn)變成奧氏體組織，進(jìn)而，在軋制機(jī)軋制前均勻冷卻至700～780℃后，用軋制機(jī)縮徑軋制。根據(jù)該方法，可以得到滿足API規(guī)格的N80等級(jí)規(guī)定的高韌性、高強(qiáng)度的無(wú)縫鋼管。但是，因?yàn)樵谲堉茩C(jī)軋制前付加了上述的均一冷卻工序，所以有制造效率大大降低的缺點(diǎn)。
特許文獻(xiàn)1特開平2-254122號(hào)公報(bào)特許文獻(xiàn)2特開昭63-96215號(hào)公報(bào)特許文獻(xiàn)3特開平3-107421號(hào)公報(bào)特許文獻(xiàn)4特開平6-240357號(hào)公報(bào)如上所述，應(yīng)用了現(xiàn)有加工熱處理的無(wú)縫鋼管的制造方法中，將用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)熱軋的管坯冷卻至規(guī)定的溫度范圍后，裝入再加熱爐再加熱。但是，之后進(jìn)行軋制機(jī)的軋制中，其加工度低時(shí)存在不能得到滿足上述API規(guī)格規(guī)定的強(qiáng)度或韌性降低的問(wèn)題。為解決該問(wèn)題在軋制機(jī)軋制前增加均一冷卻的工序，制造效率大大降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這種情況而構(gòu)成的，其目的在于，提供一種無(wú)縫鋼管的制造方法，用加工熱處理高效地制造作為油井管的無(wú)縫鋼管，該無(wú)縫鋼管滿足API規(guī)格的N80等級(jí)的強(qiáng)度規(guī)定(拉伸強(qiáng)度724MPa以上、屈服強(qiáng)度552MPa～758MPa)，且韌性也優(yōu)異。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明者們重復(fù)探討了高效適用的加工熱處理。其結(jié)果是，判定在將由芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)熱軋后的管坯裝入再加熱爐前，需要相變成馬氏體、貝氏體、鐵素體、珠光體或它們的混合組織的任一種(優(yōu)選為馬氏體或貝氏體)，使組織細(xì)化，使熱軋后的管坯冷卻至Ar1相變點(diǎn)以下。應(yīng)用了現(xiàn)有的加工熱處理的無(wú)縫鋼管的制造中，由于用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)熱軋后通常再裝入再加熱爐，故產(chǎn)生所述的強(qiáng)度、韌性降低的問(wèn)題。該問(wèn)題用上述特許文獻(xiàn)1～3提案的方法也不能解決。
另外，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)匿摰幕瘜W(xué)成分(這時(shí)是碳當(dāng)量)與適當(dāng)?shù)牟捎美燔堉茩C(jī)得到的加工度(截面積加工度)之間有相關(guān)性。另外，如果在決定再加熱爐中的加熱溫度條件的基礎(chǔ)上，還考慮采用拉伸軋制機(jī)得到的加工度，則就判斷為不能合理地進(jìn)行加熱溫度上限的設(shè)定。
本發(fā)明基于這種的見解，其主旨是下述的無(wú)縫鋼管的制造方法。
即，一種無(wú)縫鋼管的制造方法，在加熱鋼坯，并用穿孔軋制機(jī)穿孔后，用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)以30％以上的截面積加工度實(shí)施熱軋加工成管坯，將該管坯冷卻至Ar1相變點(diǎn)以下，接著，用再加熱爐加熱至Ac3～(Ac3+30℃+采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度(％))的溫度范圍后，用拉伸軋制機(jī)以滿足下述(i)式的條件進(jìn)行加工，然后進(jìn)行空冷，其中，所述鋼坯以質(zhì)量％計(jì)含有C0.30～0.45％、Si0.50％以下、Mn1.0～2.0％、Cr0.2～1.0％、V0.02～0.20％、Nb0.005～0.050％及Al0.050％以下，余量是Fe及雜質(zhì)，作為雜質(zhì)的P為0.05％以下、S為0.005％以下、Cu為0.05％以下、N為0.030％以下、O(氧氣)為0.005％以下、H為0.0005％以下。
552＜2.04X+681.5Ceq＜758…(i)這里，X采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度“％”Ceq用下式表示的碳當(dāng)量“％”Ceq＝C+Mn/5+Si/7+(Cu+Cr)/9+Ni/22+V/2在表示上述碳當(dāng)量的式子中，C、Mn等各元素符號(hào)是指各元素的含量(質(zhì)量％)。
這里的“截面積加工度”是用加工前后的管坯的截面積的減少率表示的加工度。即，用{(加工前的截面積-加工后的截面積)/加工前的截面積}×100(％)求得的加工度。
在上述本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的制造方法中，鋼坯含有上述的化學(xué)成分，還可以以質(zhì)量％計(jì)含有C0.30～0.45％、Si0.50％以下、Mn1.0～2.0％、Cr0.2～1.0％、V0.02～0.20％、Nb0.005～0.050％及Al0.050％以下，還含有Ni0.10％以下、Mo0.10％以下及Ti0.05％以下中的一種或兩種以上，余量是Fe及雜質(zhì)，作為雜質(zhì)的P為0.05％以下、S為0.005％以下、Cu為0.05％以下、N為0.030％以下、O(氧)為0.005％以下、H為0.0005％以下。
根據(jù)本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的制造方法，可以使用加工熱處理高效率的制造滿足API規(guī)格的N80等級(jí)的強(qiáng)度規(guī)定(拉伸強(qiáng)度724MPa以上、屈服強(qiáng)度552MPa～758MPa)，且韌性也優(yōu)異的作為油井管的無(wú)縫鋼管。


圖1是說(shuō)明熱軋制造無(wú)縫鋼管的曼乃斯曼制管法的制造工序之一例的圖；圖2是表示鋼的碳當(dāng)量與采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度的關(guān)系的圖；圖3表示鋼坯的氫含量和氫裂紋發(fā)生的關(guān)系的圖。
符號(hào)說(shuō)明1圓形鋼坯2中空管坯3穿孔軋制機(jī)4芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)4r軋輥5再加熱爐6拉伸軋制機(jī)具體實(shí)施方式
下面，就本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的制造方法，包括如上限定構(gòu)成該鋼管的鋼的化學(xué)組成及制造條件的理由，進(jìn)行具體的說(shuō)明。
首先，敘述鋼中含有的各成分的作用效果與其含量的限定理由。另外，各成分的‘％’是指“質(zhì)量％”。
C0.30～0.45％C是用于提高用本發(fā)明的方法制造的無(wú)縫鋼管的強(qiáng)度的不可或缺的元素。C含量低于30％，就不能得到充分的強(qiáng)度。另外，若C含量超過(guò)45％，則韌性降低，擺錘沖擊試驗(yàn)的截面遷移溫度為0℃以上，因此有時(shí)成為實(shí)用上的問(wèn)題。在API規(guī)格的N80等級(jí)中沒有關(guān)于擺錘沖擊試驗(yàn)的規(guī)定，但是，實(shí)用上優(yōu)選截面遷移溫度為低于0℃。
Si0.50％以下因?yàn)镾i有脫氧作用，所以優(yōu)選少量添加。但是，因?yàn)檫^(guò)量添加韌性會(huì)惡化，所以將Si含量的上限設(shè)定為0.50％。即使少量的添加也是有效果的，因此，Si含量的下限沒有限定，但是，為得到明顯的效果，優(yōu)選含有0.05％以上。
Mn1.0～2.0％由于如上那樣規(guī)定提高鋼的強(qiáng)度的C含量的上限，因此，Mn是對(duì)用本發(fā)明的方法制造的無(wú)縫鋼管的高強(qiáng)度化起到非常大的作用的元素。Mn的含量低于1.0％時(shí)，不能得到規(guī)定的強(qiáng)度，另外，若含量超過(guò)2.0％，則韌性惡化。因此，Mn含量設(shè)定為1.0～2.0％。
Cr0.2～1.0％Cr是用于鋼的高強(qiáng)度化的必須添加的元素之一。Cr的含量低于0.2％時(shí)，不能得到規(guī)定的強(qiáng)度，若含量超過(guò)1.0％，則粗大的Cr碳化物大量產(chǎn)生，使韌性降低，因此，Cr的含量設(shè)定為0.2～1.0％。
V0.02～0.20％V是用于得到高強(qiáng)度、高屈服比(屈服點(diǎn)/拉伸強(qiáng)度)所必須的元素。用拉伸軋制機(jī)精加工時(shí)的截面積加工率越低晶粒越粗大化，屈服比下降，因此，添加V必然得到高強(qiáng)度、高屈服比。V的含量低于0.02％時(shí)，V的添加效果不能得到充分體現(xiàn)。另外，如果含量超過(guò)0.20％，則韌性下降。因此，V的含量設(shè)定為0.02～0.20％。
Nb0.005～0.050％Nb具有析出NbC，在用再加熱爐加熱時(shí)，通過(guò)釘扎效果有抑制晶粒粗大的作用。Nb的添加量低于0.005％時(shí)，其效果不能得到充分體現(xiàn)，含量超過(guò)0.050％時(shí)，韌性下降。因此，Nb的含量設(shè)定為0.005～0.050％。
Al0.050％以下Al有脫氫作用，所以可以在煉鋼階段使用。但是，過(guò)量含有時(shí)，韌性惡化，因此，Al的含量設(shè)定在0.050％以下。
用本發(fā)明的方法制造的無(wú)縫鋼管是含有上述的成分、余量是Fe及雜質(zhì)的鋼管。作為雜質(zhì)，規(guī)定P在0.05％以下、S在0.005％以下、Cu在0.05％以下、N在0.030％以下、O(氧)在0.005％以下、H在0.0005％以下，其理由如下。
P在晶界析出，使韌性極度惡化。優(yōu)選P越少越好，鋼水通常含有較多的P，是不可避免混入的元素。因此，將P含量的容許范圍的上限設(shè)定為0.05％。
S因?yàn)槠觯鬼g性極度惡化。優(yōu)選S越少越好，是與P同樣的不可避免混入的元素。因此，將S含量的容許范圍的上限設(shè)定為0.005％。
Cu含量多時(shí)熱加工性惡化，所以越少越好。因此，將Cu含量的上限設(shè)定為0.05％。
N從大氣侵入鋼水中。其含量超過(guò)0.030％時(shí)韌性惡化，因此將N含量的允許范圍的上限設(shè)定為0.030％。
O(氧)在熔煉時(shí)侵入鋼中，鋼中的夾雜物增多韌性惡化。因此，將O含量設(shè)定為0.005％以下。優(yōu)選為0.003％以下。
H在鋼坯階段存在于鋼中時(shí)，鋼坯引起氫裂紋，使鋼管的制造不能進(jìn)行。因此，H的含量在鋼坯階段必須為0.0005％以下(參照后述的圖3)。優(yōu)選為0.0002％以下。為滿足這種條件，只要進(jìn)行通過(guò)鋼坯的退火軟化等的氫含量的調(diào)整即可。
用本發(fā)明的方法制造的無(wú)縫鋼管不僅含有上述的成分(C、Si、Mn、Cr、V、Nb及Al)中，還可以含有Ni0.10％以下、Mo0.10％以下及Ti0.05％以下中的一種或兩種以上。之所以將這些成分的作用效果及含量限定在上述范圍，是因?yàn)橛腥缦吕碛伞?br> Ni0.10％以下Ni有提高鋼的韌性的作用效果，因此，只要根據(jù)需要添加即可。由于其是貴重的金屬元素，故大量的含有時(shí)制品成本增大，對(duì)經(jīng)濟(jì)不利，因此將Ni含量的上限設(shè)定為0.10％。即使少量添加也有效果，因此Ni含量的下限不限定，但是，為得到明顯的效果，優(yōu)選為含有0.03％以上。
Mo0.10％以下Mo是使碳當(dāng)量上升，對(duì)鋼的高強(qiáng)度化有用的元素，可以根據(jù)需要添加。由于與Ni同樣是貴重的金屬元素，因此將其含量的上限設(shè)定為0.10％。即使少量添加也有效果，因此Mo含量的下限不限定，但是，為得到明顯的效果，優(yōu)選為含有0.03％以上。
Ti0.05％以下Ti具有在為使加工性低的材料高強(qiáng)度化而提高碳當(dāng)量時(shí)，防止鋼坯的裂紋的作用，因此可以根據(jù)需要添加。特別在碳當(dāng)量0.80以上時(shí)，其效果顯著。但是，Ti添加過(guò)量鋼的韌性會(huì)降低，所以將Ti含量的上限設(shè)定為0.05％。即使少量添加也有效果，因此Ti含量的下限不限定，但是，為得到明顯的效果，優(yōu)選為含有0.02％以上。
下面敘述制造條件。
本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的制造方法在于，加熱具有上述化學(xué)組成的鋼坯，用穿孔軋制機(jī)穿孔后，用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)以30％以上的截面積加工度實(shí)施熱軋成為管坯，將該管坯冷卻至Ar1相變點(diǎn)以下，接著用再加熱爐加熱至Ac3～(Ac3+30℃+采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度(％))的溫度范圍，之后，用拉伸軋制機(jī)以滿足上述(i)式的條件進(jìn)行加工，接著進(jìn)行空冷。
首先在說(shuō)明這樣限定無(wú)縫鋼管的制造條件的理由之前，對(duì)作為無(wú)縫鋼管的一般的制造方法應(yīng)用的曼乃斯曼制管法進(jìn)行概述。
熱環(huán)境下制造無(wú)縫鋼管的曼乃斯曼制管法由以下工序構(gòu)成在中實(shí)的鋼坯的中心部開孔的穿孔工序、以該穿孔的中空管坯的壁厚加工為主要目的的延伸軋制工序、使管坯外徑減徑而精加工至目標(biāo)尺寸的定徑軋制工序。
通常，在穿孔工序中使用曼乃斯曼穿孔機(jī)、交叉型穿孔軋制機(jī)、壓力機(jī)穿孔軋制機(jī)等穿孔軋制機(jī)，在延伸軋制工序使用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)、芯棒式軋管機(jī)、阿塞爾軋管機(jī)等軋制機(jī)，另外，在定徑軋制工序中分別使用拉伸軋制機(jī)及定徑機(jī)等孔型軋制機(jī)。
圖1是說(shuō)明熱軋制造無(wú)縫鋼管的曼乃斯曼制管法的制造工序之一例的圖。該制管方法是將加熱到規(guī)定溫度的中實(shí)的圓形鋼坯1作為被軋制材，將該圓形鋼坯1輸送給穿孔軋制機(jī)3，將其軸心部穿孔制造中空管坯2。隨后，將制造的中空管坯2直接或根據(jù)需要通過(guò)與上述穿孔軋制機(jī)同一構(gòu)成的延伸軋機(jī)進(jìn)行擴(kuò)徑、薄壁化，之后，輸送給后續(xù)的芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)4的延伸軋制裝置進(jìn)行延伸軋制。
用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)4進(jìn)行延伸軋制時(shí)，中空管坯2通過(guò)裝入的芯桿4b和限制管坯外面的軋輥4r延伸，并同時(shí)冷卻。因此，通過(guò)了芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)4的中空管坯2隨后再次裝入再加熱爐5，進(jìn)行再加熱。之后，通過(guò)拉伸軋制機(jī)6進(jìn)行磨管、形狀修正及定徑，經(jīng)過(guò)上述精整工序制造成為制品的無(wú)縫鋼管。
在本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的制造方法中，首先，加熱具有上述化學(xué)組成的鋼坯，用穿孔軋制機(jī)穿孔而成為中空管坯。是使用圖1所示的穿孔軋制機(jī)3制造中空素管2的穿孔工序。
這時(shí)鋼坯的加熱溫度沒有特別的限定。優(yōu)選在通常進(jìn)行的1150～1250℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行加熱。加熱時(shí)間也只要適宜決定即可，使得在上述溫度范圍內(nèi)加熱到鋼坯的中心部。通常優(yōu)選2～4小時(shí)。另外，穿孔也可以使用上述的曼乃斯曼穿孔機(jī)之外的任一種穿孔軋制機(jī)。在本發(fā)明的實(shí)施例中使用了穿孔機(jī)。
之后，對(duì)該中空管坯用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)以30％以上的截面積加工度實(shí)施熱加工(下面也稱為“一次加工”)，得到管坯。即延伸軋制工序。
將截面積加工度設(shè)定為30％以上是為了使晶粒微細(xì)化，低于30％時(shí)，微細(xì)化不充分。
隨后將該管坯冷卻至Ar1相變點(diǎn)以下。這如上所述，是為了在將由芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)進(jìn)行的熱軋軋制后的管坯裝入再加熱爐之前，相變成馬氏體、貝氏體、鐵素體、珠光體或它們的混合組織的任一種而使組織細(xì)化。該情況下，向冷卻耗費(fèi)時(shí)間的鐵素體、珠光體的相變使制造效率降低，因此優(yōu)選向馬氏體或貝氏體的相變。
接著，將上述冷卻后的管坯用再加熱爐加熱至Ac3～(Ac3+30+采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度(％))的溫度范圍。
將再加熱溫度設(shè)定為Ac3相變點(diǎn)以上是為了向再加熱爐裝入之前冷卻至Ar1相變點(diǎn)以下，通過(guò)加熱至Ac3相變點(diǎn)以上而再一次逆相變?yōu)閵W氏體組織，使組織細(xì)化。
另一方面，將再加熱溫度的上限如上述的方式限定是為了防止奧氏體晶粒的粗大化。拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度低時(shí)，伴隨加工的晶粒的細(xì)化不充分，晶粒粗大，強(qiáng)度、韌性也降低。因此，越降低再加熱溫度，就越是需要進(jìn)一步阻止奧氏體晶粒粗大化。因此，在表示再加熱溫度上限的式中插入了“采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度(％)”。
即，在再加熱爐中制定加熱溫度條件時(shí)，不是單獨(dú)將根據(jù)鋼種確定的Ac3相變點(diǎn)作為基準(zhǔn)，而是將在Ac3相變點(diǎn)上增加將采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度(％)轉(zhuǎn)換的溫度(℃)的數(shù)值的溫度為基準(zhǔn)，因?yàn)橛衫燔堉茩C(jī)加工時(shí)的截面積加工度對(duì)晶粒微細(xì)化的影響反映到再加熱溫度上，所以可以更合理的設(shè)定再加熱溫度的上限。
然后，對(duì)再加熱的管坯用拉伸軋制機(jī)在滿足上述(i)式的條件下實(shí)施加工。圖1所示是通過(guò)拉伸軋制機(jī)6的的定徑軋制工序。
之所以作這樣的規(guī)定是因?yàn)?，如下所示，適當(dāng)?shù)匿摰幕瘜W(xué)組成(碳當(dāng)量Ceq)和適當(dāng)?shù)牟捎美燔堉茩C(jī)得到的截面積加工度(X)之間有相關(guān)性，通過(guò)在滿足(i)式的條件下實(shí)施加工，可以得到滿足該API規(guī)格的N80等級(jí)的強(qiáng)度規(guī)定。
圖2是表示鋼的碳當(dāng)量與采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度的關(guān)系的圖。將碳當(dāng)量(Ceq)和截面積加工度(X)作為兩軸，在后述的實(shí)施例中，對(duì)鋼的化學(xué)組成在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)的管坯，將碳當(dāng)量和截面積加工度的值制作成圖，○表示屈服強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度滿足API規(guī)格N80等級(jí)的強(qiáng)度規(guī)定的值，×表示規(guī)定以外的值。
同圖中的直線L和直線H表示上述的○和×的界限，靠近直線L上方、靠近直線H的下方的區(qū)域是滿足API規(guī)格的N80等級(jí)的強(qiáng)度規(guī)定的區(qū)域。
直線L從其傾斜度和在坐標(biāo)上的位置，可以表示為“552＝2.04X+681.5Ceq”，該直線L上方的區(qū)域可以表示為“552＜2.04X+681.5Ceq”。另外，直線H從同圖的其傾斜度和在坐標(biāo)上的位置可以表示為“2.04X+681.5Ceq＝758”，該直線H的下方的區(qū)域可以表示為“2.04X+681.5Ceq＜758”。
將該直線L上方的區(qū)域表示的“552＜2.04X+681.5Ceq”與直線H下方的區(qū)域表示的“2.04X+681.5Ceq＜758”結(jié)合為552＜2.04X+681.5Ceq＜758，即得到(i)式。滿足該(i)式的區(qū)域，是圖2中“本發(fā)明的規(guī)定范圍”表示的區(qū)域，是滿足API規(guī)格的N80等級(jí)的強(qiáng)度規(guī)定的區(qū)域。
這樣，上述(i)式是由多數(shù)制管試驗(yàn)中的碳當(dāng)量(Ceq)和采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度(X)、及此時(shí)得到的無(wú)縫鋼管的強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度)的關(guān)系導(dǎo)出的條件式。
另外，在包含直線L其下方，不滿足API規(guī)格的N80等級(jí)的強(qiáng)度規(guī)定(在圖2中表示為”強(qiáng)度不足”)，在包含直線H其上方的區(qū)域，是API規(guī)格的強(qiáng)度規(guī)定之外的(在圖2中表示為”過(guò)強(qiáng)度”)。
在實(shí)施上述的拉伸軋制機(jī)的加工后，進(jìn)行空冷。
根據(jù)以上所述的本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的制造方法，可以用加工熱處理高效率地制造滿足API規(guī)格的N80等級(jí)的強(qiáng)度規(guī)定(拉伸強(qiáng)度724MPa以上、屈服強(qiáng)度552MPa～758MPa)的油井管。而且，因?yàn)闃?gòu)成該無(wú)縫鋼管的鋼具有上述的化學(xué)組成，所以韌性也優(yōu)異。
實(shí)施例利用具備上述圖1所示的工序的無(wú)縫鋼管的制造設(shè)備(其中，在芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)4和再加熱爐5之間附設(shè)噴水器冷卻設(shè)備)，制造API規(guī)格的N80等級(jí)的油井管中主要尺寸的鋼管，評(píng)價(jià)規(guī)定為同規(guī)格的拉伸強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度。
首先，制作具有表1所示化學(xué)組成(兼記Ac3相變點(diǎn))的直徑225mm的鋼坯。將該管坯加熱至1200℃后，經(jīng)由穿孔機(jī)進(jìn)行穿孔。之后，用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)以30％以上的截面積加工度實(shí)施1次加工而制造直徑200mm的管坯，將該管坯通過(guò)噴水器冷卻冷卻至Ar1相變點(diǎn)以下的溫度范圍。隨后，用再加熱爐加熱至Ac3相變點(diǎn)～(Ac3+采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度(％))的溫度范圍后，用拉伸軋制機(jī)進(jìn)行2次加工(最終精加工)，之后進(jìn)行空冷，得到規(guī)定尺寸的無(wú)縫鋼管。
從用上述方法得到的各鋼管，基于API規(guī)格切出弧狀試驗(yàn)片(試驗(yàn)片形狀P2或P3)，通過(guò)拉伸試驗(yàn)機(jī)實(shí)施拉伸試驗(yàn)。
拉伸試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)，以API規(guī)格的N80等級(jí)的規(guī)定(屈服強(qiáng)度552MPa～758MPa、拉伸強(qiáng)度724MPa以上)為基準(zhǔn)，滿足該規(guī)定時(shí)，評(píng)價(jià)為”良好”。
另外，API規(guī)格的N80等級(jí)中沒有關(guān)于擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)的規(guī)定，但是考慮到制造使用上沒有問(wèn)題的鋼，在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)中，附加將在試驗(yàn)溫度0℃的延展性斷口率50％以上評(píng)價(jià)為“良好”的必要條件。
表2～表4表示試驗(yàn)結(jié)果。在表2～表4中，“管坯”欄的“外徑”、“壁厚”及“截面積加工度”是拉伸軋制機(jī)進(jìn)行2次加工后的外徑、壁厚及這時(shí)的截面積加工度。另外，“K”值是指，對(duì)“2.04X+681.5Ceq”的X(采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度)和Ceq(碳當(dāng)量)分別輸入數(shù)值算出的值。若該K值(即“2.04X+681.5Ceq”)大于552，則圖2中顯示直線L上方的區(qū)域，若K值小于758，則顯示直線H下方的區(qū)域。
另外，圖3是表示鋼坯的氫含量與氫裂紋發(fā)生的關(guān)系圖。參照該圖3，在本實(shí)施例中用于試驗(yàn)的鋼坯氫含量都在0.0004％以下，不會(huì)引起氫裂紋。
表1

(備注)*印表示由本發(fā)明規(guī)定的范圍以外。
表2

(備注)*印表示由本發(fā)明規(guī)定的范圍以外。下線表示API規(guī)格的N80等級(jí)的規(guī)定之外。
表3

(備注)*印表示由本發(fā)明規(guī)定的范圍以外。下線表示API規(guī)格的N80等級(jí)的規(guī)定之外。
表4

(備注)*印表示由本發(fā)明規(guī)定的范圍以外。下線表示API規(guī)格的N80等級(jí)的規(guī)定之外、或擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)的延展性斷口率不足50％。
在表2～表4中，試驗(yàn)No.1～60的管坯的化學(xué)組成在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)，將再加熱前的管坯溫度設(shè)為350℃、將再加熱溫度設(shè)為810℃時(shí)，在拉伸軋制機(jī)的加工度滿足本發(fā)明規(guī)定的上述(i)式的條件時(shí)(即K值超過(guò)552、低于758時(shí))，屈服強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度都在API規(guī)格的N80等級(jí)的規(guī)定(屈服強(qiáng)度552MPa～758MPa、拉伸強(qiáng)度724MPa以上)內(nèi)。另外，擺錘沖擊試驗(yàn)的延展性斷口率也很大超過(guò)50％，顯示了良好的韌性。
試驗(yàn)No.64～72是再加熱前的管坯溫度及再加熱溫度與上述同樣，分別設(shè)定為350℃、810℃，但鋼的化學(xué)組成在本發(fā)明規(guī)定的范圍之外的情況。這時(shí)，滿足上述(i)式條件時(shí)，屈服強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度進(jìn)入API規(guī)格的N80等級(jí)的規(guī)定內(nèi)，但是擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)的延展性斷口率低，存在韌性的問(wèn)題。
試驗(yàn)No.61～63是對(duì)于具有材質(zhì)編號(hào)H的化學(xué)組成的管坯，改變?cè)偌訜崆暗墓芘鳒囟燃霸偌訜釡囟鹊那闆r。將再加熱溫度設(shè)定為780℃(比Ac3相變點(diǎn)低的溫度)時(shí)(試驗(yàn)No.63)，即使以滿足上述(i)式條件的方式通過(guò)拉伸軋制機(jī)進(jìn)行2次加工，屈服強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度也在API規(guī)格的N80等級(jí)的規(guī)定之外。另外，再加熱前的管坯溫度為510℃比較高的時(shí)候(試驗(yàn)No.61)，即使?jié)M足上述(i)式的條件，屈服強(qiáng)度也在API規(guī)格的N80等級(jí)的規(guī)定之外。這認(rèn)為是由于，將管坯裝入再加熱爐之前進(jìn)行的向馬氏體、貝氏體等的相變不充分，不能使組織充分地細(xì)化。
工業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的制造方法，使用加工熱處理可以高效地制造滿足有關(guān)API規(guī)格的N80等級(jí)的強(qiáng)度的規(guī)定而且韌性也優(yōu)異的油井管。因此，本發(fā)明的制造方法，可以合理地應(yīng)用于油井用無(wú)縫鋼管的制造。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于，在加熱鋼坯，用穿孔軋制機(jī)穿孔后，用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)以30％以上的截面積加工度實(shí)施熱軋加工成管坯，將該管坯冷卻至Ar1相變點(diǎn)以下，接著，用再加熱爐加熱至Ac3～(Ac3+30℃+采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度％)的溫度范圍后，用拉伸軋制機(jī)以滿足下述(i)式的條件進(jìn)行加工，然后進(jìn)行空冷，其中，所述鋼坯以質(zhì)量％計(jì)含有C0.30～0.45％、Si0.50％以下、Mn1.0～2.0％、Cr0.2～1.0％、V0.02～0.20％、Nb0.005～0.050％及Al0.050％以下，余量是Fe及雜質(zhì)，作為雜質(zhì)的P為0.05％以下、S為0.005％以下、Cu為0.05％以下、N為0.030％以下、O為0.005％以下、H為0.0005％以下，552＜2.04X+681.5Ceq＜758…(i)這里，X采用拉伸軋制機(jī)得到的截面積加工度，其單位是％Ceq用下式表示的碳當(dāng)量，其單位是％Ceq＝C+Mn/5+Si/7+(Cu+Cr)/9+Ni/22+V/2。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于，鋼坯以質(zhì)量％計(jì)含有C0.30～0.45％、Si0.50％以下、Mn1.0～2.0％、Cr0.2～1.0％、V0.02～0.20％、Nb0.005～0.050％及Al0.050％以下，還含有Ni0.10％以下、Mo0.10％以下及Ti0.05％以下中一種或兩種以上，余量是Fe及雜質(zhì)，作為雜質(zhì)的P為0.05％以下、S為0.005％以下、Cu為0.05％以下、N為0.030％以下、O為0.005％以下、H為0.0005％以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高效率的制造作為油井管優(yōu)良的無(wú)縫鋼管的方法，滿足API規(guī)格的N80等級(jí)的強(qiáng)度規(guī)定，且韌性也優(yōu)良。在加熱以質(zhì)量％計(jì)含有C0.30～0.45％、Si0.50％以下、Mn1.0～2.0％、Cr0.2～1.0％、V0.02～0.20％、Nb0.005～0.050％及Al0.050％以下的鋼坯，并進(jìn)行穿孔，用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)以30％以上的截面積加工度實(shí)施熱軋加工后，將其冷卻至Ar
文檔編號(hào)B21B17/00GK101045978SQ20071008896
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者森伸行, 齋藤建一 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社