管線管用無縫鋼管及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及管線管用無縫鋼管及其制造方法，尤其涉及表面硬度低的高強度管線 管用無縫鋼管及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，原油、天然氣等的油井和氣井（以下，將油井和氣井總稱為"油井"）的開采 條件變得嚴苛。油井的開采環(huán)境隨著開采深度增加而在其氣氛中變得含有C0 2、H2S、Cr等， 所開采的原油和天然氣也變得大量含有H2S。因此，對于運輸其的管線管性能的要求也變得 嚴格，具有耐硫化物性能的管線管用鋼管的需求增加。
[0003] 美國腐蝕工程師協(xié)會(NACE)的標準中，在H2S環(huán)境中使用的鋼從抗硫化物應力腐 蝕裂紋性（以下稱為"耐SSC性"）的觀點出發(fā)，規(guī)定了鋼的最高硬度，碳鋼的最高硬度為 250HV10以下。此外，為了進一步確保安全性，考慮焊接熱影響部中的硬化，也存在要求將鋼 的最高硬度設為230HV10以下的情況。因此，對于要求耐硫化物性能的鋼而言，改善用于抑 制硬度的技術成為重要的課題。需要說明的是，"HV10"意味著將試驗力設為98.07N(10kgf) 并實施維氏硬度試驗時的"硬度記號"。
[0004] 與進行控制乳制的uo鋼管的制造工序不同，制造高強度管線管的無縫鋼管時，為 了確保強度，通常實施淬火處理、然后進行回火處理。管線管用鋼那樣的低合金鋼中，通過 通常的淬火回火處理，會成為貝氏體主體的組織而不成為馬氏體，但冷卻速度的依賴性大， 因此存在表面與鋼壁中的組織不同的情況。因此，與冷卻速度慢的鋼壁中相比，存在冷卻速 度快的表面的硬度變高的傾向。其結果，對于鋼的強度，表面的最高硬度變高。強度越強且 鋼壁越厚則添加合金元素量越多，因此該傾向變得越顯著。
[0005] 專利文獻1中公開了壁厚為厚度30mm以上、具有X65級以上（屈服強度448MPa以上） 的高強度的無縫鋼管。此外，專利文獻2中公開了具有X70級以上的強度、耐氫致裂紋性優(yōu)異 的無縫鋼管。
[0006] 為了解決上述的最高硬度上升的問題，專利文獻3中提出了通過基于高頻電流的 感應加熱等局部加熱而僅使表面硬化層發(fā)生軟化的方法。此外，專利文獻4中提出了進行始 于奧氏體-鐵素體的2相區(qū)域的淬火回火處理的方法。進而，專利文獻5中提出了利用控制冷 卻在過程中停止冷卻，由鋼管內(nèi)表面?zhèn)鹊母邷夭康臒岫雇獗韺硬炕謴蜔幔缓笤俅问蛊?冷卻的方法。
[0007] 現(xiàn)有技術文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1:美國專利申請公開第2007/0089813號說明書 [0010] 專利文獻2:日本特開2004-143593號公報
[0011] 專利文獻3:日本特開昭63-143222號公報 [0012] 專利文獻4:日本特開平2-282427號公報 [0013] 專利文獻5:日本特開平2-243722號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 發(fā)明要解決的問題
[0015] 通常，管線管用無縫鋼管經(jīng)過淬火回火工序來制造。因此，經(jīng)過驟冷的鋼管表層部 的硬度必然比鋼管中央部的硬度高。然而，專利文獻1和2并未考慮表面硬度，存在難以穩(wěn)定 地使鋼管表層部的硬度為250HV10以下的問題。
[0016] 專利文獻3所公開的方法需要淬火時使用的冷卻設備、以及局部加熱后使用的冷 卻設備，在此基礎上熱處理溫度的控制也復雜。此外，專利文獻4所公開的方法從強度、韌性 以及耐腐蝕性的平衡的觀點出發(fā)存在未必得到良好組織的問題。專利文獻5所公開的方法 中存在難以確保生產(chǎn)率、熱處理溫度的控制難度、以及強度、韌性等的平衡的問題。
[0017] 本發(fā)明的目的在于解決上述的問題點，提供將表面硬度抑制為較低的、高強度且 高韌性的管線管用無縫鋼管及其制造方法。
[0018] 用于解決問題的方案
[0019] 本發(fā)明人等針對高強度且高韌性并將表面硬度抑制為較低的方法進行深入研究， 結果得到以下的見解。
[0020] 對于鋼管進行淬火回火處理，并在各個位置進行表面硬度的測定時可知：測定值 存在較大偏差。熱處理條件若保持恒定，則鋼管的表面硬度由化學成分和冷卻速度決定。對 于鋼管表面進行化學成分的分析，結果未確認到成分的偏析。因此，考慮表面硬度的偏差起 因于局部冷卻速度的偏差。
[0021] 所以，對于鋼管表面的冷卻速度的偏差的要素進行進一步研究。對于鋼管的表面 性狀進行詳細地觀察，結果可知在鋼管表面的氧化皮發(fā)生剝離的位置的硬度高、在氧化皮 密合的位置的硬度低。即，冷卻速度的偏差依賴于氧化皮在表面是否密合或剝離。因此，認 為若可以使鋼管表面的氧化皮均勻地密合，則可以抑制硬度的偏差、抑制最高硬度。
[0022] 發(fā)明人等對于使氧化皮的密合性提高的方法進行研究，結果發(fā)現(xiàn)，通過在鋼管母 材中含有規(guī)定量的Ni或者進一步含有Cu，從而可以在氧化皮中微細地分散以Ni或Cu為主體 的金屬顆粒、使氧化皮的密合性提高。
[0023] 對于氧化皮密合性與金屬顆粒分散狀態(tài)的關系進一步進行調查。其結果發(fā)現(xiàn)，為 了使氧化皮密合性提高，在氧化皮中只是使以Ni或Cu為主體的金屬顆粒分散是不充分的， 重要的是，使氧化皮充分成長，自母材與氧化皮的邊界起朝向氧化皮側在廣泛的范圍內(nèi)存 在金屬顆粒。
[0024] 通常，氧化皮的厚度較厚時，氧化皮密合性降低。然而，分散有以Ni或Cu為主體的 金屬顆粒的氧化皮即便較厚也顯示出良好的密合性。此外，較厚的氧化皮由于隔熱效果而 緩和鋼管表面部的冷卻速度，因此可以抑制表面硬度上升。
[0025] 伴隨表層部的冷卻速度降低，壁厚中央部的冷卻速度進一步降低，因此成為強度 不易上升的條件。然而，通過在鋼中含有Ni或者進一步含有Cu，從而保證淬火性，因此可以 維持高強度和高韌性。
[0026] 進而，淬火硬度依賴于碳量，因此通過將C含量抑制為較低，從而可以使硬度降低。 此外，為了抑制表面硬度，需要適宜地管理在回火時引起二次硬化的Mo、V以及Nb的含量。
[0027] 本發(fā)明是基于上述見解而完成的，以下述的管線管用無縫鋼管及其制造方法為主 匕 曰。
[0028] (1) -種管線管用無縫鋼管，其是化學組成以質量％計為
[0029] C:0.03 ~0.10%、
[0030] Si:0.50% 以下、
[0031] Μη:1·0 ~2.0%、
[0032] Ρ:0·050% 以下、
[0033] S:0.005% 以下、
[0034] Cr:0.05 ~1.0%、
[0035] Μο:0·01 ~0.30%、
[0036] Α1:0·001 ~0.10%、
[0037] Ν:0·01% 以下、
[0038] Ni:0.04 ~2.0%、
[0039] Ca:0.0005 ~0.0050%、
[0040] Cu:0~2.0%、
[0041 ] Ti:0 ~0.05%、
[0042] Nb:0~0.05%、
[0043] V:〇 ~0.10%、
[0044] 余量:Fe以及雜質，
[0045] 且滿足Cu+Ni :0.10%以上和M〇+V:0.30%以下的管線管用無縫鋼管，
[0046] 在該鋼管的表面形成的氧化皮中存在平均圓當量直徑為0.1~5μπι的以Ni或Cu為 主體的金屬顆粒，自該鋼管的母材與該氧化皮的邊界起至不存在該金屬顆粒的區(qū)域為止的 距離為20μηι以上。
[0047] (2)根據(jù)上述（1)所述的管線管用無縫鋼管，其中，所述化學組成以質量％計含有 選自如下元素中的1種以上：
[0048] Cu:0.01 ~2.0%、
[0049] Ti:0.003 ~0.05%、
[0050] Nb:0.01 ~0.05%、
[0051] V:〇.〇2 ~0.10%。
[0052] (3)根據(jù)上述(1)所述的管線管用無縫鋼管，其中，所述化學組成以質量％計為
[0053] C:0.03 ~0.10%、
[0054] Si:0.30% 以下、
[0055] Μη: 1.00 ~1.80%、
[0056] Ρ:0·020% 以下、
[0057] S:0.003% 以下、
[0058] Ti:0.001 ~0.015%、
[0059] Α1:0·001 ~0.050%、
[0060] Ni :0.04~0.30 %、
[0061 ] Cu:0~0.30%、
[0062] Cr :0.05 ~0.40 %、
[0063] Μο:0·02 ~0.15%、
[0064] V: 0.02 ~0.09%、
[0065] Ca:0.0005 ~0.0030 %、
[0066] Ν:0·008% 以下、
[0067] 余量為Fe以及雜質，
[0068] 且滿足Cu+Ni : 0 · 10~0 · 50 % 和Mo+V: 0 · 05~0 · 20 %。
[0069] (4)根據(jù)上述(3)所述的管線管用無縫鋼管，其中，距表面1mm的位置處的最高硬度 為230HV10以