專利名稱：馬氏體系不銹鋼管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種馬氏體系不銹鋼管及其制造方法，詳細(xì)地說，涉及一種韌性以及熱加工性優(yōu)異的13Cr系的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管及其制造方法。
背景技術(shù)：
在含有二氧化碳的油井、氣井環(huán)境下使用13Cr系的馬氏體系不銹鋼管，在API(美國石油協(xié)會(huì))也得到標(biāo)準(zhǔn)化。但是，基于API標(biāo)準(zhǔn)的13Cr系的油井管(以下稱為“API-13Cr油井管”)韌性低。特別是，在通常的API-13Cr油井管的情況下，因?yàn)槿绻鋸?qiáng)度變高則韌性的下降變得顯著，所以目前為止幾乎沒有把API-13Cr油井管大量作為屈服強(qiáng)度(以下稱為“YS”)為95～120ksi(656～827MPa)的95ksi級(jí)的油井管或其以上強(qiáng)度級(jí)別的高強(qiáng)度油井管進(jìn)行使用的先例，大多作為85ksi級(jí)(YS85～100ksi(552～689MPa))以下的油井管進(jìn)行使用。
因此，在現(xiàn)狀中，在含有二氧化碳的油井、氣井的環(huán)境下，要求95ksi級(jí)以上的高強(qiáng)度13Cr油井管時(shí)，使用添加了Ni、Mo等元素的所謂以“super13Cr”為原材料的高價(jià)的油井管，以確保其韌性。
但是，上述的以“super13Cr”為原材料的油井管，在具有良好的韌性之外，在含有二氧化碳以及微量的硫化氫的環(huán)境下的耐蝕性也很優(yōu)異。因此，在只要確保耐二氧化碳腐蝕性和高強(qiáng)度以及良好的韌性即可的情況下，即，在沒有必要確保耐硫化物裂紋性的情況下，作為油井管的原材料，非常希望使用與“super13Cr”相比更低價(jià)的材料。
還有，在海上的油井和氣井中，從生產(chǎn)·運(yùn)輸成本的觀點(diǎn)出發(fā)，為了盡量減少質(zhì)量，需要一種在全體的強(qiáng)度相同的條件下通過薄壁化而能夠達(dá)到輕量化的高強(qiáng)度鋼管，此外，從經(jīng)濟(jì)性的角度也希望一種能夠取代以“super13Cr”為原材料的油井管的、低成本的高強(qiáng)度13Cr油井管。
但是，現(xiàn)狀為，通常的API-13Cr油井管，雖然原材料的成本低，但如上所述因?yàn)轫g性差，所以不能夠作為高強(qiáng)度油井管進(jìn)行實(shí)用化。
因此，在專利文獻(xiàn)1以及專利文獻(xiàn)2中提出了，在API-13Cr油井管中，通過降低P的含量至低于0.010質(zhì)量％而提高韌性的技術(shù)。
專利文獻(xiàn)1特開平11-310822號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2001-323339號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種由廉價(jià)的成分體系構(gòu)成的耐二氧化碳腐蝕性用的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管，根據(jù)該高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管，不進(jìn)行如“super13Cr”那樣的大量添加高價(jià)的Ni和Mo，也能夠確保高強(qiáng)度以及良好的韌性，并且其熱加工性優(yōu)異。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種降低矯直機(jī)的矯正處理的影響，穩(wěn)定并且可靠地制造韌性優(yōu)異并且熱加工性也優(yōu)異的、廉價(jià)成分體系的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管的方法。
上述的專利文獻(xiàn)以及專利文獻(xiàn)2所提出的技術(shù)，有必要分別將P的含量降低為低于0.008質(zhì)量％和0.008質(zhì)量％以下，但在現(xiàn)有的精煉技術(shù)中，為了將13Cr系的馬氏體系不銹鋼中的P的含量，在工業(yè)的大量生產(chǎn)規(guī)模中穩(wěn)定并且可靠地降低到0.008質(zhì)量％以下，只有增加脫P(yáng)的次數(shù)的方法，從而成本大幅度提高。而且，即增加脫P(yáng)的次數(shù)，也很難將P的含量可靠地控制在0.008質(zhì)量％以下。因此，希望開發(fā)出一種不需要進(jìn)行高成本的低P化，而且可以不進(jìn)行高價(jià)的Ni和Mo的大量添加的廉價(jià)馬氏體系不銹鋼管。
本發(fā)明者們，為了滿足這樣的期望，對(duì)馬氏體系不銹鋼管、尤其是13Cr系的馬氏體系不銹鋼管的化學(xué)成分對(duì)熱加工性、韌性、回火溫度、矯直機(jī)的矯正處理的影響進(jìn)行了各種討論，其結(jié)果，得出如下(a)～(c)的認(rèn)識(shí)。
(a)在化學(xué)成分中，特別是通過對(duì)C、Mn、N以及Al的含量的控制，能夠提高馬氏體系不銹鋼管的熱加工性以及韌性。
(b)在上述元素中、如果特別是把Al含量降低至特定的區(qū)域，可以使在晶界析出的碳化物、尤其是M23C6型碳化物變得極少，從而大幅提高韌性。
(c)微量添加Nb、Mo以及V時(shí)可以提高回火溫度，所以即使回火后繼而進(jìn)行矯直機(jī)的矯正處理時(shí)，也能確保超過510℃的高溫，能夠抑制矯直機(jī)對(duì)加工的影響。
本發(fā)明，基于上述認(rèn)識(shí)而完成。
本發(fā)明的特征在于下述(1)以及(2)所示的馬氏體系不銹鋼管和(3)以及(4)所示的馬氏體系不銹鋼管的制造方法。
(1)一種韌性以及熱加工性優(yōu)異的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.18～0.22％、Si0.1～0.5％、Mn0.40～1.00％、P0.011～0.018％、S0.003％以下、Cr11.50～13.50％、Ni0.5％以下、Al0.0005～0.003％、N0.012～0.040％、Cu0.25％以下、Ti0.05％以下、V0.02～0.18％、Mo0～0.05％、Nb0～0.009％、B0.0010％以下以及Ca0.0050％以下，剩余部由Fe以及雜質(zhì)構(gòu)成，且該高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管具有650MPa以上的屈服強(qiáng)度、以及使用V型槽口試驗(yàn)片在0℃進(jìn)行的擺錘沖擊試驗(yàn)的沖擊值超過70J/cm2的韌性。
(2)一種韌性以及熱加工性優(yōu)異的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.18～0.21％、Si0.1～0.5％、Mn0.40～0.70％、P0.011～0.018％、S0.003％以下、Cr11.50～13.50％、Ni0.5％以下、Al0.0005～0.003％、N0.012～0.032％、Cu0.25％以下、Ti0.05％以下、V0.04～0.18％、Mo0～0.05％、Nb0.002～0.009％、B0.0010％以下以及Ca0.0050％以下，剩余部由Fe以及雜質(zhì)構(gòu)成，并且下述(A)式所表示的fn的值滿足0～80，且該高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管具有750MPa以上的屈服強(qiáng)度以及使用V型槽口試驗(yàn)片在0℃進(jìn)行的擺錘沖擊試驗(yàn)的沖擊值超過50J/cm2的韌性。
fn＝50Mo+500(V-0.04)+5000Nb(A)這里，(A)式中的元素符號(hào)表示其元素的以質(zhì)量％表示的鋼中含量。
(3)根據(jù)上述(1)記載的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管的制造方法，其特征在于，以具有上述(1)中所記載的化學(xué)成分的馬氏體系不銹鋼為原材料進(jìn)行制管，將自然冷卻或空氣冷卻至常溫的鋼管在930～980℃的溫度區(qū)域的溫度T1下加熱5～30分鐘后，以1～40℃/秒的冷卻速度從溫度T1冷卻到600～350℃的溫度區(qū)域的溫度T2，接著，分別以低于1℃/秒以及5～40℃/秒的冷卻速度從溫度T2冷卻到300～150℃的溫度區(qū)域的溫度T3以及從低于溫度T3的溫度區(qū)域冷卻到常溫，進(jìn)而，在610～750℃下進(jìn)行回火后，接著進(jìn)行彎曲矯正處理，并使矯直機(jī)的出口溫度在510℃以上。
(4)根據(jù)上述(2)記載的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管的制造方法，其特征在于，以具有上述(2)中所記載的化學(xué)成分的馬氏體系不銹鋼為原材料進(jìn)行制管，將自然冷卻或空氣冷卻至常溫的鋼管在930～980℃的溫度區(qū)域的溫度T1下加熱5～30分鐘后，以1～40℃/秒的冷卻速度從溫度T1冷卻到600～350℃的溫度區(qū)域的溫度T2，接著，分別以低于1℃/秒以及5～40℃/秒的冷卻速度從溫度T2冷卻到300～150℃的溫度區(qū)域的溫度T3以及從低于溫度T3的溫度區(qū)域冷卻到常溫，進(jìn)而，在610～750℃下進(jìn)行回火后，接著進(jìn)行彎曲矯正處理，并使矯直機(jī)的出口溫度在510℃以上。
以下，將上述(1)和(2)中記載的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管所涉及的發(fā)明、以及(3)和(4)的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管的制造方法所涉發(fā)明，分別稱為“(1)的發(fā)明”～“(4)的發(fā)明”，總稱為“本發(fā)明”。
本發(fā)明的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管，即使在YS為650MPa以上的高強(qiáng)度下，也具有良好的韌性，熱加工性優(yōu)異，所以能夠在不含硫化氫的含有二氧化碳的油井、氣井的環(huán)境下進(jìn)行使用。此外，不需大量添加Ni、Mo等高價(jià)元素，還有，不需將P的含量控制到低于0.010質(zhì)量％的低值，所以其成本低。根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠很容易地進(jìn)行制造此高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管。
具體實(shí)施例方式
以下，對(duì)本發(fā)明的各要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說明。還有，化學(xué)成分的含量的“％”為“質(zhì)量％”的意思。
(A)化學(xué)成分
CC，是為了確保熱處理后的所需強(qiáng)度，即為確保YS為650a以上的強(qiáng)度而所必要的元素，但是由于在制管的狀態(tài)下帶來固溶強(qiáng)化，因此為了防止制管的沖擊裂紋，其含量有必要控制在0.22％以下。此外，C是使奧氏體穩(wěn)定化的元素，如果過少則生成δ-鐵素體，制管后生成內(nèi)部缺陷，特別是如果C的含量低于0.18％，則δ-鐵素體所致的內(nèi)部缺陷顯著發(fā)生。
因此，在(1)的發(fā)明中，C的含量設(shè)定為0.18～0.22％。還有，在YS為750MPa以上的高強(qiáng)度的情況下，因?yàn)镃含量多則韌性下降，特別是如果C的含量超過0.21％，則韌性大幅度下降，所以在(2)的發(fā)明中，使C的含量為0.18～0.21％。
SiSi，作為鋼的脫氧劑被利用。Si的含量如果低于0.1％，則不能得到上述效果，此外，如果超過0.5％，則使韌性惡化。因此，Si的含量設(shè)定為0.1～0.5％。
MnMn，是有效地提高強(qiáng)度的元素。還有，與Si同樣，具有脫氧的作用，此外，將鋼中的S作為MnS進(jìn)行固定而具有改善熱加工性的作用。但是，如果Mn的含量低于0.40％，則不能得到這些效果。此外，Mn在熱處理后形成粗大的碳化物使韌性下降。特別是如果Mn的含量超過1.00％，則韌性大幅度下降。
因此，在(1)的發(fā)明中，使Mn的含量為0.40～1.00％。還有，在YS為750MPa以上的高強(qiáng)度的情況下，因?yàn)镸n的含量如果超過0.70％則韌性有時(shí)顯著下降，所以在(2)的發(fā)明中，Mn的含量設(shè)定為0.40～0.70％。
PP是雜質(zhì)之一，由于如果其含量高，則熱處理后的鋼管(即，成品)的韌性下降，所以含量的上限有必要定為0.018％。還有，P的含量越低越好，但是過量的低P化處理會(huì)導(dǎo)致制造成本的增加。在本發(fā)明中，通過使上述的C以及Mn和后述的Al和N等的其他元素的含量最佳化，即使在通常的脫P(yáng)處理很容易達(dá)到的0.011％的情況下，也能夠確保高韌性。因此，P的含量設(shè)定為0.011～0.018％。
SS是使熱加工性下降的雜質(zhì)，而且，如果過量含有會(huì)導(dǎo)致韌性下降。特別是，如果其含量超過0.003％，則熱加工性和韌性會(huì)顯著下降。因此，S的含量定為0.003％以下。還有，S的含量越低越好，但是從制造成本的角度出發(fā)，其下限定為0.0005％左右為佳。
CrCr，是提高鋼的耐蝕性的基本成分。特別是，其含量在11.50％以上時(shí)具有顯著提高CO2環(huán)境下的耐蝕性的作用。另外，Cr是形成鐵素體的元素，如果其含量超過13.50％則高溫加工時(shí)鐵素體易生成，有損熱加工性，也增加原料成本。因此，Cr的含量設(shè)定為11.50～13.50％。
NiNi，是使奧氏體穩(wěn)定化的元素，改善鋼的熱加工性，但也是高價(jià)的元素，由于會(huì)提高原料成本，所以其含量設(shè)定為0.5％以下。還有，Ni含量的下限可以為0.03％左右。
Al根據(jù)本發(fā)明者們的討論首次明確表明，如果將Al的含量降低至極微量的0.003％以下的區(qū)域，則可以顯著地改善韌性。其詳細(xì)的原因還不明了，但與Al的含量超過0.003％時(shí)，在晶界M23C6型粗大的碳化物大范圍生成的情況相比，Al的含量在0.003％以下時(shí)，在晶界基本沒有M23C6型粗大的碳化物，所以認(rèn)為，通過抑制Al含量為極微量，降低sol.Al(酸的可溶性Al)或以AlN存在的量，由此可以得到抑制碳化物的生成的效果。
還有，Al具有作為鋼的脫氧劑的作用，但其含量多時(shí)鋼的凈度下降，還有，連續(xù)鑄造時(shí)浸漬噴嘴發(fā)生堵塞。因此，在由Si以及Mn能夠確保充分的脫氧作用的本發(fā)明中，希望降低Al的含量，為了改善韌性，其含量也有必要設(shè)定為0.003％以下。另外，為了完全地除去Al，有必要利用煉鋼處理時(shí)使氧化物浮上等方法完全除去，成為成品率惡化等的成本上升的原因，特別是，Al的含量控制為低于0.0005％時(shí)的成本上升十分顯著。因此，Al的含量設(shè)定為0.0005～0.003％。
N
N，是使奧氏體穩(wěn)定化的元素，具有改善鋼的熱加工性的作用。但是，如果其含量低于0.012％，則不容易得到上述效果。另外，如果超過0.040％以過量含有，則會(huì)引起制管狀態(tài)的韌性下降和加工硬化，導(dǎo)致熱處理后的鋼管的韌性下降。
因此，在(1)的發(fā)明中，N的含量設(shè)定為0.012～0.040％。還有，YS為750MPa以上的高強(qiáng)度的情況下，如果N含量多則韌性大幅下降，特別是如果N的含量超過0.032％則韌性的下降變得極大，所以在(2)的發(fā)明中，N的含量設(shè)定為0.012～0.032％。
CuCu是使奧氏體穩(wěn)定化的元素，改善熱加工性。為了可靠地得到此效果，Cu的含量在0.01％以上為佳。但是，因?yàn)镃u是低熔點(diǎn)材料，如果過量含有則相反會(huì)導(dǎo)致熱加工性下降。特別是，如果其含量超過0.25％，則熱加工性顯著下降。因此，Cu的含量設(shè)定為0.25％以下。
TiTi，與N形成氮化物，使固溶N量減少，具有提高制管狀態(tài)的韌性的作用。為了可靠地得到此效果，使Ti含量為0.01％以上為佳。但是，如果大量含有Ti，則熱處理后會(huì)形成碳化物及/或氮化物，硬度上升，由此，導(dǎo)致韌性下降。特別是，其含量超過0.05％時(shí)，熱處理后的鋼管的韌性顯著下降。因此，Ti的含量設(shè)定為0.05％以下。
VV，與N形成氮化物，使固溶N量減少，具有提高制管狀態(tài)的韌性的作用。還有，由于熱處理后形成微細(xì)的碳化物，使“YS/硬度”比上升，所以即使是同強(qiáng)度級(jí)別的鋼管也可以降低其硬度，是對(duì)提高韌性有效的元素。此外，通過微量添加可以提高回火溫度，可以進(jìn)行610℃以上的高溫的回火，回火后接著進(jìn)行矯直機(jī)的矯正處理時(shí)，也可以確保超過510℃的高溫，從而能夠抑制由矯直機(jī)的矯正處理產(chǎn)生的加工的影響。為了得到這樣的效果，V的含量有必要在0.02％以上。另外，如果過量添加V，則熱處理后會(huì)形成碳化物及/或氮化物，使硬度上升，由此，導(dǎo)致韌性下降。特別是，其含量超過0.18％時(shí)，熱處理后的鋼管的韌性下降變得顯著，導(dǎo)致原料成本上升。
因此，在(1)的發(fā)明中，V的含量設(shè)定為0.02～0.18％。還有，為了通過高溫的回火而穩(wěn)定并且可靠地確保YS為750MPa以上的高強(qiáng)度，V的含量在0.04％以上為佳。因此，在(2)的發(fā)明中，使V的含量為0.04％～0.18％。還有，在(2)的發(fā)明中，V的含量一定要滿足使如上述(A)式所表示的fn值為0～80。對(duì)此在后面進(jìn)行說明。
MoMo的添加為任意。如果添加Mo，則Mo與C形成碳化物，具有提高鋼的強(qiáng)度的作用，還有，抑制P的晶界偏析具有改善韌性的作用。此外，由于通過微量添加提高回火溫度，可以在610℃以上的高溫進(jìn)行回火，因而即使在回火后接著進(jìn)行矯直機(jī)的矯正處理時(shí)，也可以確保超過510℃的高溫，從而能夠抑制由矯直機(jī)的矯正處理產(chǎn)生的加工的影響。為了可靠地得到這樣的效果，Mo的含量設(shè)定為0.01％以上為佳。但是，如果Mo的含量超過0.05％，則為得到所定的強(qiáng)度的回火溫度過高，使燃料成本增加，并且因?yàn)镸o自身也是高價(jià)的元素，所以導(dǎo)致原料成本增加。因此，Mo的含量設(shè)定為0～0.05％。還有，在(2)的發(fā)明中，Mo的含量一定要滿足使如上述(A)式所表示的fn值為0～80。對(duì)此在后面進(jìn)行說明。
NbNb的添加為任意。如果添加Nb，則Nb與C形成NbC，提高鋼的強(qiáng)度并且細(xì)化晶粒，具有提高韌性的作用。此外，由于通過微量添加提高回火溫度，可以在610℃以上的高溫下進(jìn)行回火，因而即使在回火后接著進(jìn)行矯直機(jī)的矯正處理時(shí)，也可以確保超過510℃的高溫，從而能夠抑制由矯直機(jī)的矯正處理產(chǎn)生的加工的影響。為了可靠地得到這樣的效果，Nb的含量在0.001％以上為佳。但是，如果大量添加Nb，特別是，如果其含量超過0.009％，則由于硬度上升，使韌性下降，并且為了得到所定的強(qiáng)度的回火溫度過高，因而使燃料成本增加，還有可能形成奧氏體，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。
因此，在(1)的發(fā)明中，使Nb的含量為0～0.009％。還有，為了通過高溫的回火而穩(wěn)定并且可靠地確保YS為750MPa以上的高強(qiáng)度，使Nb的含量在0.002％以上為佳。因此，在(2)的發(fā)明中，使Nb的含量為0.002～0.009％。還有，在(2)的發(fā)明中，Nb的含量一定要滿足使如上述(A)式所表示的fn值為0～80。對(duì)此在后面進(jìn)行說明。
還有，上述的V以及Mo也能夠得到與Nb基本相同的使回火溫度高溫化的效果，但是V以及Mo是高價(jià)元素，由于成本高，所以從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)希望通過Nb得到回火溫度的高溫化。
BB，通過細(xì)化晶粒以及抑制P的晶界偏析，具有改善熱加工性和改善韌性的作用。為了可靠地得到這種效果，B的含量在0.0001％以上為佳。但是，如果過量添加B，則相反會(huì)降低韌性，特別是，如果B的含量超過0.0010％，則韌性下降變大。因此，B的含量設(shè)定為0.0010％以下。
CaCa，與S結(jié)合具有防止S的晶界析出所致的熱加工性下降的作用。為了可靠地得到這種效果，使Ca的含量在0.0002％以上為佳。但是，如果過量添加Ca，則發(fā)紋發(fā)生，特別是，如果Ca的含量超過0.0050％，則發(fā)紋的發(fā)生變得顯著。因此，Ca的含量設(shè)定為0.0050％以下。此外，Ca的含量設(shè)定為0.0010％以下。
(A)式所表示的fn的值具有本發(fā)明的化學(xué)組成的鋼管得回火溫度，特別是，由于Nb、V以及Mo的添加而大幅度進(jìn)行變化。鋼管的回火如果能夠在610℃以上的高溫進(jìn)行，則此回火后接著進(jìn)行矯直機(jī)的矯正處理時(shí)，也可以確保超過510℃的高溫，從而能夠抑制由矯直機(jī)的矯正處理產(chǎn)生的加工的影響。另外，為了通過610℃以上的高溫回火而穩(wěn)定并且可靠地確保YS為750MPa以上的高強(qiáng)度，上述(A)式所表示的fn的值有必要控制為0～80的范圍。
即，fn的值低于0時(shí)，例如即使含有上述量的V、Mo以及Nb，也不能夠穩(wěn)定并且可靠地確保YS為750MPa以上的高強(qiáng)度。另外，fn的值超過80時(shí)，為了得到所定的強(qiáng)度的回火溫度過高，不僅會(huì)增加燃料成本，而且由于形成了奧氏體相反會(huì)降低強(qiáng)度。
因此，在(2)的發(fā)明中，(A)式所表示的fn的值規(guī)定為0～80。
(B)機(jī)械性質(zhì)如上所述，強(qiáng)度級(jí)別高時(shí)，通常的API-13Cr油井管的韌性低。因此，(1)的發(fā)明規(guī)定了具備YS為650MPa以上的高強(qiáng)度、和使用V型槽口試驗(yàn)片在0℃進(jìn)行的擺錘沖擊試驗(yàn)的沖擊值超過70J/cm2的韌性的馬氏體系不銹鋼管。還有，(2)的發(fā)明規(guī)定了具備YS為750MPa以上的高強(qiáng)度、和使用V型槽口試驗(yàn)片在0℃進(jìn)行的擺錘沖擊試驗(yàn)的沖擊值超過50J/cm2的韌性的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管。
還有，一般強(qiáng)度越高韌性越低。因此，在(1)的發(fā)明中能夠確保0℃的擺錘沖擊試驗(yàn)的沖擊值超過70J/cm2的韌性的YS的上限為758MPa左右。還有，在(2)的發(fā)明中能夠確保0℃的擺錘沖擊試驗(yàn)的沖擊值超過50J/cm2的韌性的YS的上限為827MPa左右。
(C)制造條件(C-1)制管后自然冷卻或空氣冷卻至常溫的鋼管的加熱對(duì)于以具有上述(1)的發(fā)明或(2)的發(fā)明的化學(xué)組成的馬氏體系不銹鋼管為原材料進(jìn)行制管后自然冷卻或空氣冷卻至常溫的鋼管，最好在930～980℃的溫度區(qū)域的溫度T1中加熱5～30分鐘的后進(jìn)行淬火，使其組織為馬氏體。
溫度T1低于930℃時(shí)，有時(shí)奧氏體化不完全，另外，超過980℃時(shí)，表面的氧化皮性狀惡化，還有，晶粒粗大化，有時(shí)會(huì)降低淬火狀態(tài)的鋼管以及回火后進(jìn)行了矯正處理的鋼管(即，成品)的韌性。
還有，溫度T1為930～980℃的溫度區(qū)域時(shí)，在溫度T1的加熱時(shí)間低于5分鐘時(shí)，碳化物的固溶不充分成為強(qiáng)度偏差的原因，另外，如果超過30分鐘，則晶粒粗大化，韌性降低。
因此，在(3)的發(fā)明以及(4)的發(fā)明中分別規(guī)定對(duì)于以具有上述(1)的發(fā)明和(2)的發(fā)明的化學(xué)組成的馬氏體系不銹鋼管為原材料進(jìn)行制管后自然冷卻或空氣冷卻至常溫的鋼管，首先在930～980℃的溫度區(qū)域的溫度T1中進(jìn)行5～30分鐘的加熱。
(C-2)在溫度T1進(jìn)行加熱處理后的冷卻將在上述(C-1)中所述的條件下奧氏體化的鋼管進(jìn)行淬火形成馬氏體組織時(shí)，為了抑制由粗大的碳化物析出所致的韌性下降，最好進(jìn)行急冷處理，但是馬氏體系不銹鋼管易生成燒裂。
因此，在防止粗大的碳化物的析出之外為了防止燒裂，最好以1～40℃/秒的冷卻速度從溫度T1冷卻到600～350℃的溫度區(qū)域的溫度T2，接著以低于1℃/秒的冷卻速度從溫度T2冷卻到300～150℃的溫度區(qū)域的溫度T3，并且以5～40℃/秒的冷卻速度從低于溫度T3的溫度區(qū)域冷卻到常溫。
溫度T2超過600℃時(shí)，則接著的以低于1℃/秒的冷卻速度從溫度T2冷卻到溫度T3的冷卻時(shí)間變長，降低生產(chǎn)性，溫度T2低于350℃時(shí)，被稱作“燒裂危險(xiǎn)區(qū)域”的冷卻速度1～40℃/秒過快，有可能會(huì)發(fā)生燒裂。
因?yàn)槿绻麥囟萒3超過300℃，則在Ms點(diǎn)以上，所以接下的以5～40℃/秒的冷卻速度從低于溫度T3的溫度區(qū)域冷卻到常溫時(shí)，有時(shí)會(huì)有燒裂發(fā)生，還有，在溫度T3小于150℃時(shí)，以低于1℃/秒的冷卻速度從溫度T2冷卻到溫度T3的冷卻時(shí)間變長，生產(chǎn)性降低。
因此，在(3)的發(fā)明以及(4)的發(fā)明中，任一個(gè)均規(guī)定為，以1～40℃/秒的冷卻速度從溫度T1冷卻到600～350℃的溫度區(qū)域的溫度T2，接著，分別以低于1℃/秒和5～40℃/秒的冷卻速度從溫度T2冷卻到300～150℃的溫度區(qū)域的溫度T3以及從低于溫度T3的溫度區(qū)域冷卻到常溫。
還有，以1～40℃/秒的冷卻速度從溫度T1冷卻到溫度T2時(shí)的冷卻條件，例如能夠通過噴水器水冷等來實(shí)現(xiàn)。還有，以低于1℃/秒的冷卻速度從溫度T2冷卻到溫度T3時(shí)的冷卻條件，例如能夠通過停止上述噴水器水冷等，進(jìn)行自然冷卻或空氣冷卻來實(shí)現(xiàn)。還有，以5～40℃/秒的冷卻速度從低于溫度T3的溫度冷卻到常溫時(shí)的冷卻條件，例如能夠通過噴水器水冷或把鋼管浸漬在水中來實(shí)現(xiàn)。
(C-3)回火對(duì)上述(C-2)中經(jīng)冷卻的鋼管，最好在610～750℃進(jìn)行回火。
這是因?yàn)?，?dāng)回火溫度超過750℃時(shí)，不能夠得到Y(jié)S為650MPa以上的所希望的強(qiáng)度，另外，回火溫度低于610℃時(shí)，回火后繼而進(jìn)行矯直機(jī)的矯正處理時(shí)，如果鋼管是小徑薄壁的尺寸，則矯直機(jī)的出口溫度低于510℃，有時(shí)不能夠抑制矯直機(jī)對(duì)加工的影響。
因此，在(3)的發(fā)明以及(4)的發(fā)明中，任一個(gè)均定為，冷卻后在610～750℃進(jìn)行回火。
(C-4)矯直機(jī)的矯正處理回火后最好在矯直機(jī)的出口溫度為510℃以上的條件下對(duì)鋼管進(jìn)行彎曲矯正處理。
這是因?yàn)?，?dāng)矯直機(jī)的出口溫度低于510℃時(shí)，有時(shí)不能夠抑制矯直機(jī)對(duì)加工的影響。
因此，在(3)的發(fā)明以及(4)的發(fā)明中均規(guī)定在回火后，使矯直機(jī)的出口溫度在510℃以上的條件下進(jìn)行彎曲矯正處理。
還有，為了抑制矯直機(jī)對(duì)加工的影響，對(duì)矯直機(jī)的出口溫度而言，只要低于750℃則越高越好。
還有，如果進(jìn)行回火后繼而用矯直機(jī)進(jìn)行矯正處理，能夠省略為了鋼管的再加熱的熱處理，因此回火后繼而進(jìn)行矯直機(jī)的矯正處理為極佳。還有，為了進(jìn)行回火后繼而進(jìn)行矯直機(jī)的矯正處理，最好升高回火溫度，確保矯直機(jī)的出口溫度。還有，進(jìn)行回火后繼而用矯直機(jī)進(jìn)行矯正處理時(shí)，為了確保矯直機(jī)的出口溫度，可以在回火爐和矯直機(jī)之間設(shè)置保溫裝置。
以下，根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
實(shí)施例從具有表1所示化學(xué)組成的各兩塊鋼坯通過通常的方法，制作成外徑為114.3mm、壁厚為8.56mm的鋼管各兩根。還有，制管后自然冷卻至常溫。
表1的鋼1～4，是化學(xué)組成在本發(fā)明規(guī)定的范圍之外的鋼。另外，鋼5～17是化學(xué)組成在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)的鋼。
表1

對(duì)上述的制造后經(jīng)自然冷卻的各鋼管，以表2所示條件進(jìn)行加熱、冷卻以及回火處理，此外，進(jìn)行了回火后繼而用矯直機(jī)進(jìn)行了矯正處理。
將這樣得到的各鋼管的長度方向中央部用帶鋸機(jī)切斷后，取出標(biāo)距為50.8mm、寬度為25.4mm的弧狀拉伸試驗(yàn)片、以及試驗(yàn)片的最長邊為鋼管的長度方向的2mm的V型槽口的小尺寸(subsize)的擺錘沖擊試驗(yàn)片(7.5mm×10mm×55mm)，進(jìn)行了常溫下的抗拉試驗(yàn)和0℃的擺錘沖擊試驗(yàn)。
表3中表示的是抗拉特性以及擺錘沖擊特性。
表2

表3

從表3可知，試驗(yàn)編號(hào)5～17以及試驗(yàn)編號(hào)22～34的本發(fā)明的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管，即使在YS為650MPa以上的高強(qiáng)度下還具有良好的韌性，熱加工性優(yōu)異。
還有，從表2以及表3可知，根據(jù)本方法，能夠制造出YS為650MPa以上的高強(qiáng)度下具有良好的韌性的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管。
根據(jù)本發(fā)明，能夠低成本地提供一種YS為650MPa以上的高強(qiáng)度下具有良好的韌性的、熱加工性優(yōu)異的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管及其制造方法。
權(quán)利要求
1.一種韌性以及熱加工性優(yōu)異的高強(qiáng)度的馬氏體系不銹鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.18～0.22％、Si0.1～0.5％、Mn0.40～1.00％、P0.011～0.018％、S0.003％以下、Cr11.50～13.50％、Ni0.5％以下、Al0.0005～0.003％、N0.012～0.040％、Cu0.25％以下、Ti0.05％以下、V0.02～0.18％、Mo0～0.05％、Nb0～0.009％、B0.0010％以下以及Ca0.0050％以下，剩余部分由Fe以及雜質(zhì)構(gòu)成，其具有650MPa以上的屈服強(qiáng)度以及使用V型槽口試驗(yàn)片在0℃進(jìn)行的擺錘沖擊試驗(yàn)的沖擊值超過70J/cm2的韌性。
2.一種韌性以及熱加工性優(yōu)異的高強(qiáng)度的馬氏體系不銹鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.18～0.21％、Si0.1～0.5％、Mn0.40～0.70％、P0.011～0.018％、S0.003％以下、Cr11.50～13.50％、Ni0.5％以下、Al0.0005～0.003％、N0.012～0.032％、Cu0.25％以下、Ti0.05％以下、V0.04～0.18％、Mo0～0.05％、Nb0.002～0.009％、B0.0010％以下以及Ca0.0050％以下，剩余部分由Fe以及雜質(zhì)構(gòu)成，并且下述(A)式所表示的fn的值滿足0～80，具有750MPa以上的屈服強(qiáng)度以及使用V型槽口試驗(yàn)片在0℃進(jìn)行的擺錘沖擊試驗(yàn)的沖擊值超過50J/cm2的韌性。fn＝50Mo+500(V-0.04)+5000Nb(A)這里，(A)式中的元素符號(hào)表示其元素的以質(zhì)量％表示的鋼中含量。
3.一種高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管的制造方法，其特征在于，以具有權(quán)利要求1中所記載的化學(xué)成分的馬氏體系不銹鋼為原材料進(jìn)行制管，將自然冷卻或空氣冷卻至常溫的鋼管在930～980℃的溫度區(qū)域的溫度T1下加熱5～30分鐘后，以1～40℃/秒的冷卻速度從溫度T1冷卻到600～350℃的溫度區(qū)域的溫度T2，接著，以低于1℃/秒的冷卻速度從溫度T2冷卻到300～150℃的溫度區(qū)域的溫度T3，并且以5～40℃/秒的冷卻速度從低于溫度T3的溫度區(qū)域冷卻到常溫，進(jìn)而在610～750℃下進(jìn)行回火后，進(jìn)行彎曲矯正處理，并使矯直機(jī)的出口溫度在510℃以上。
4.一種高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管的制造方法，其特征在于，以具有權(quán)利要求2中所記載的化學(xué)成分的馬氏體系不銹鋼為原材料進(jìn)行制管，將自然冷卻或空氣冷卻至常溫的鋼管在930～980℃的溫度區(qū)域的溫度T1下加熱5～30分鐘后，以1～40℃/秒的冷卻速度從溫度T1冷卻到600～350℃的溫度區(qū)域的溫度T2，接著，以低于1℃/秒的冷卻速度從溫度T2冷卻到300～150℃的溫度區(qū)域的溫度T3，并且以5～40℃/秒的冷卻速度從低于溫度T3的溫度區(qū)域冷卻到常溫，進(jìn)而在610～750℃下進(jìn)行回火后，進(jìn)行彎曲矯正處理，并使矯直機(jī)的出口溫度在510℃以上。
全文摘要
一種韌性以及熱加工性優(yōu)異的高強(qiáng)度的馬氏體系不銹鋼管，含有特定量的C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Al、N、Cu、Ti、V、Mo、Nb、B以及Ca，剩余部分由Fe以及雜質(zhì)構(gòu)成，在屈服強(qiáng)度為650MPa以上的高強(qiáng)度下具有良好韌性，熱加工性優(yōu)異。因此，能夠作為在不含有硫化氫而含有二氧化碳的油井、氣井環(huán)境下進(jìn)行使用的耐二氧化碳腐蝕性用的高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管進(jìn)行使用。此高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼管，不需大量添加高價(jià)的Ni、Mo等元素，而且，不需控制P的含量為低于0.010質(zhì)量％的低值，是一種廉價(jià)的馬氏體系不銹鋼管。
文檔編號(hào)C21D9/08GK1782115SQ200510127199
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月26日
發(fā)明者谷田睦, 森伸行, 中村圭一 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社