專利名稱：馬氏體不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有優(yōu)良韌性的馬氏體不銹鋼，特別是用于油井管等的無縫鋼管用馬氏體不銹鋼。
背景技術(shù)：
主要用作油井管的API-13Cr等馬氏體不銹鋼，要求屈服強(qiáng)度在80ksi(552MPa)以上。為了滿足該強(qiáng)度要求，通常在組分設(shè)計(jì)時(shí)使C的含量為約0.2％。在此與組分含量(除晶粒邊界析出的Cr碳氮化合物的量以外)相關(guān)的「％」均表示「質(zhì)量％」。這樣的高C，Cr含有量和高強(qiáng)度降低了制品的韌性。因此，13Cr馬氏體不銹鋼的高韌性化成了重要的技術(shù)課題，迄今為止，提出了各種各樣的提高韌性的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供含有大約0.2％C的高韌性的馬氏體不銹鋼。
如在下文將詳細(xì)描述，本發(fā)明者通過將鋼的多數(shù)組分的含量限定在各自的合理范圍以內(nèi)，并且限定晶粒邊界析出的碳氮化合物的量，來達(dá)到了上述目的。


圖1是表示實(shí)施例的萃取復(fù)型照片的圖。
圖2是表示比較例的萃取復(fù)型照片的圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明者考慮到馬氏體不銹鋼的韌性依賴于晶粒邊界析出的碳氮化合物的量，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果確認(rèn)了下述事實(shí)。
(1)Al的添加量顯著地影響鋼管制品的韌性。
(2)晶粒邊界析出的大量Cr等的碳氮化合物使韌性降低。
(3)通過限制Al的添加量可以抑制晶粒邊界的碳氮化合物的析出。
下面詳細(xì)說明本發(fā)明的馬氏體不銹鋼的各個(gè)條件。
1.說明上述的本發(fā)明馬氏體不銹鋼的化學(xué)組分的限定理由。
C在本制造方法中，為了得到適度的強(qiáng)度、屈服比、硬度，有必要限定C含量的范圍。C含量不滿0.15％時(shí)鋼達(dá)不到規(guī)定的強(qiáng)度。C含量超過0.21％時(shí)鋼的強(qiáng)度過高，難以調(diào)節(jié)屈服比、硬度，因此，限定為0.15～0.21％。
Si作為鋼的脫氧劑使用。脫氧的方法有Si脫氧和Al脫氧兩種方法。使用Al脫氧法時(shí)，鋼中殘存的Al量多，由于后述理由使韌性降低。因此，為了控制Al的含量有必要積極地利用Si進(jìn)行脫氧。Si含量不滿0.05％時(shí)沒有此效果，而超過1.00％時(shí)韌性劣化。考慮到韌性，Si含量優(yōu)選0.75％以下。更優(yōu)選0.20～0.35％。
Mn具有提高鋼強(qiáng)度的效果的元素。另外與Si相同具有脫氧作用。并且，以MnS的形式固定鋼中的S改善熱加工性。含量不滿0.3％時(shí)沒有效果，而超過1.00％時(shí)韌性劣化。
Cr提高鋼的耐腐蝕性的基本組分。特別是，10.5％以上時(shí)改善點(diǎn)腐蝕以及裂縫腐蝕的耐腐蝕性，同時(shí)顯著提高CO2環(huán)境下的耐腐蝕性。另一方面，Cr是鐵素體的形成元素，其含量超過14.00％時(shí)在高溫加工時(shí)易形成δ鐵素體，降低熱加工性。另外，過度添加Cr增加制造成本。因此，Cr含量的合理范圍是10.5～14.00％，更優(yōu)選范圍是12.40～13.10％。
P鋼中存在的一種雜質(zhì)，高含量時(shí)，熱處理后制品的韌性降低。因此，其允許上限值是0.050％，含量越少越好。
S降低熱加工性的雜質(zhì)，含量越少越好。其允許上限值是0.010％，更優(yōu)選0.005％以下。
N是奧氏體穩(wěn)定化元素，改善鋼的熱加工性。因此，其上限定為0.1％，優(yōu)選0.035％以下。
Al是本發(fā)明最重要的組分，其添加量的控制非常重要。Al超過0.010％時(shí)，碳氮化合物過量析出，韌性下降。因此，Al含量定為0.010％以下。此外，為了減少Al的含量，制鋼時(shí)優(yōu)選使用Si脫氧法，因?yàn)锳l脫氧法中需要添加Al。
V、Ti、Nb這些元素與C、N結(jié)合生成碳化物、氮化物，提高鋼的強(qiáng)度。因此根據(jù)需要添加這些元素。過量添加這些元素會增加成本，因此，V含量定為0～0.50％，Ti含量定為0～0.050％，Nb含量定為0～0.020％。另外，本說明書中的含量「0」表示沒有積極地添加該元素時(shí)候的情況。
此外，也可以含有Ni、Mo、Cu、Ca、B等。
Cr碳氮化合物的量5％以下若晶粒邊界析出粗大的Cr碳氮化合物，晶粒邊界的結(jié)合力變?nèi)跏鼓蜎_擊性能降低。并且，由于碳氮化合物最先從晶粒邊界析出，為了提高韌性必須降低碳氮化合物本身的析出量。因此，晶粒邊界析出的Cr碳氮化合物的量限定為5％以下。
晶粒邊界析出的Cr碳氮化合物的量，根據(jù)5000倍的鋼的萃取復(fù)型(extraction replica)照片中Cr碳氮化合物所占的面積比例來定義。
實(shí)施例制造了含有表1所述實(shí)施例的組分的無縫鋼管。首先，加熱鋼坯到1200℃以上用穿孔機(jī)進(jìn)行穿孔。將由此得到的鋼管在再加熱爐中加熱到規(guī)定溫度，接著用芯棒式無縫管軋機(jī)/縮徑機(jī)進(jìn)行最終精軋得到規(guī)定尺寸(外徑177.8mm，壁厚10.36mm)。此后，將此鋼管以2℃/秒空冷到常溫，接著進(jìn)行熱處理。熱處理?xiàng)l件如下。淬火960℃×10分鐘，以5℃/sec以下的冷卻速度進(jìn)行空氣冷卻。淬火之后，調(diào)整回火溫度使強(qiáng)度滿足APIL80等級(屈服點(diǎn)應(yīng)力是552～656MPa)進(jìn)行回火。
從上述方法制造的鋼管中切出API 5CT規(guī)格的試片，對弧狀試片測定拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、平均硬度，并進(jìn)行夏比沖擊試驗(yàn)(形狀2mm V凹口10×7.5mm)。
另外，制作萃取復(fù)型后，用透射電子顯微鏡觀察晶粒邊界析出的碳氮化合物，拍攝5000倍照片，求出Cr碳氮化合物的占有面積率。
比較例以上述實(shí)施例的步驟制造了含有表1所示的比較例的組分的無縫鋼管，并對其進(jìn)行了與上述實(shí)施例相同的試驗(yàn)。
本發(fā)明的效果如表1所示的試驗(yàn)結(jié)果可知，本發(fā)明的13Cr馬氏體無縫鋼具有優(yōu)良的韌性，使用這種鋼的無縫鋼管可用于現(xiàn)在需求不斷增加的耐腐蝕性油井管等。
表1實(shí)施例

(☆表中的YS表示屈服強(qiáng)度、TS表示拉伸強(qiáng)度、EL表示伸長率。上述化學(xué)組分還包括余量的Fe和雜質(zhì)*表示本發(fā)明范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種馬氏體不銹鋼，其特征在于，含有以質(zhì)量％為基準(zhǔn)，C0.15～0.21％、Si0.05～1.00％、Mn0.3～1.00％、Cr10.5～14.00％、Al0.010％以下、P0.050％以下、S0.010％以下、Ti0～0.050％、V0～0.50％、Nb0～0.020％、N0.1％以下、余量鐵和雜質(zhì)，并且，晶粒邊界析出的Cr碳氮化合物的量在5％以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有優(yōu)良韌性的、能用于油井管等的無縫鋼管用馬氏體不銹鋼。本發(fā)明的馬氏體不銹鋼，其特征在于，含有以質(zhì)量％為基準(zhǔn)，C0.15～0.21％、Si0.05～1.00％、Mn0.3～1.00％、Cr10.5～14.00％、Al0.010％以下、P0.050％以下、S0.010％以下、Ti0～0.050％、V0～0.50％、Nb0～0.020％、N0.1％以下、余量鐵和雜質(zhì)，并且，晶粒邊界析出的Cr碳氮化合物的量在5％以下。
文檔編號E21B17/00GK1891846SQ20051008078
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者森伸行, 中村圭一 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社