專利名稱：馬氏體不銹鋼無(wú)縫管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種馬氏體不銹鋼無(wú)縫管如用于油井的鋼管，所述無(wú)縫管可確保不會(huì)發(fā)生由滯后斷裂產(chǎn)生的裂紋。本發(fā)明也涉及一種用于制備沒有任何內(nèi)表面缺陷如內(nèi)部疤痕產(chǎn)生的馬氏體不銹鋼管的方法。
背景技術(shù)：
用作油井導(dǎo)管的馬氏體不銹鋼管如API-13％Cr通常包括約0.2％含量的碳，該導(dǎo)管需要80ksi(552MPa)或更高的高屈服強(qiáng)度以及熱加工性。由于高C和Cr含量，在軋制后的不銹鋼管具有非常高的硬度，因而韌性降低。因此，軋制后的傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼管會(huì)具有由在熱處理之前進(jìn)行沖擊負(fù)載或靜態(tài)負(fù)載加工的“沖擊加工的部分”中的滯后斷裂所產(chǎn)生的裂紋。因此，在運(yùn)輸或儲(chǔ)存過程中，必須限制在“支架”內(nèi)的板跺高度和/或進(jìn)入鋼管支架的落差。而且，必需縮短在熱軋之后熱處理之前的空閑時(shí)間。
在運(yùn)輸或儲(chǔ)存過程中的上述限制會(huì)導(dǎo)致各種缺陷，如大的堆料場(chǎng)，因?yàn)榘宥甯叨群?或管落差的限制，由沒有過度負(fù)載沖擊的不銹鋼管的小心處理導(dǎo)致的工作效率降低，為了在限定的工作周期內(nèi)完成熱處理而使從熱軋到熱處理的限定時(shí)間安排減少。
日本專利未審查申請(qǐng)H8-120415公開了一種具有限定N含量的馬氏體不銹鋼。在該專利說明書中，只描述在熱處理后的韌性改善。然而，既沒有描述軋制后的不銹鋼管在沖擊加工部分中的N含量與滯后斷裂的關(guān)系，也沒有描述由于N含量增加導(dǎo)致的不良熱加工性而抑制如內(nèi)部疤痕那樣的內(nèi)表面缺陷的措施。制造一種對(duì)抑制內(nèi)部疤痕沒有任何措施的無(wú)縫鋼管是不實(shí)用的。
日本專利未審查申請(qǐng)H6-306551公開了一個(gè)發(fā)明，其中，限制氫含量以通過焊接具有低碳含量的馬氏體不銹鋼管而改善在熱作用區(qū)域的韌性。此外，日本專利未審查申請(qǐng)H5-255734描述了一個(gè)對(duì)具有低碳含量的馬氏體不銹鋼管進(jìn)行脫氫以防止滯后斷裂的發(fā)明。這些發(fā)明涉及具有低碳含量的馬氏體不銹鋼。然而，沒有給出關(guān)于在含約0.2％這么高C的軋制后馬氏體不銹鋼管在沖擊加工部分中氫含量與滯后斷裂之間關(guān)系的描述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一目的是提供一種含C約0.2％的馬氏體不銹鋼鋼管，所述鋼管抑制在軋制后熱處理之前的沖擊加工部分的滯后斷裂，而且不產(chǎn)生內(nèi)部疤痕。
本發(fā)明第二個(gè)目的是提供一種用于制造沒有產(chǎn)生內(nèi)部疤痕的馬氏體不銹鋼管的方法，所述鋼管抑制在軋制后熱處理之前的沖擊加工部分的滯后斷裂。
本發(fā)明人通過除在鋼中適宜地規(guī)定各種元素的含量外，還限制C(碳)、H(氫)、N(氮)和S(硫)含量的關(guān)系而達(dá)到第一個(gè)目的。
而且，本發(fā)明通過規(guī)定軋制鋼管的條件而達(dá)到第二個(gè)目的。
本發(fā)明的特征在于下面的馬氏體不銹鋼(A)和下面的用于制造馬氏體不銹鋼的方法(B)。在本說明書中，“％”是指關(guān)于每種元素含量的“質(zhì)量％”。此外，“軋制后鋼管”表示通過熱軋形成而且還沒有進(jìn)行熱處理的鋼管。
(A)一種馬氏體不銹鋼無(wú)縫管，其特征在于，由下面組成按質(zhì)量％計(jì)，C0.15～0.22％，Si0.1～1.0％，Mn0.10～1.00％，Cr12.00～14.00％，P0.020％或以下，S0.010％或以下，N0.05％或以下，O(氧)0.0060％或以下，Al0～0.1％，Ni0～0.5％，Cu0～0.25％，Ca0～0.0050％和選自下面所提及那些的至少一組的至少一種成合金元素(如果含有兩種或多種這些成合金元素，則總共為0.005～0.200質(zhì)量％)，以及余量Fe和雜質(zhì)第一組分別為0.005～0.200質(zhì)量％的V、Nb和Ti，
第二組0.0005～0.0100質(zhì)量％的B，并且其特征還在于，滿足下面的不等式(1)、(2)、(4)和(5)或下面的不等式(1)、(3)、(4)和(5)C*+10N*≤0.45， (1)H1≤-0.003(C*+10N*)+0.0016， (2)H2≤-0.0018(C*+10N*)+0.00096， (3)Cr*≤9.0， (4)S≤0.088N*+0.00056， (5)其中C*為下面等式(6)限定的有效溶質(zhì)碳含量(質(zhì)量％)，N*為等式(7)限定的有效溶質(zhì)氮含量(質(zhì)量％)，而Cr*為等式(8)限定的Cr當(dāng)量，不等式(2)的H1為在軋制后鋼管中的殘余氫量(質(zhì)量％)，而不等式(3)的H2為熱處理后鋼管中的殘余氫量(質(zhì)量％)，而每個(gè)等式或不等式中的元素符號(hào)為對(duì)應(yīng)元素的含量(質(zhì)量％)C*＝C-[12{(Cr/52)×(6/23)}/10]， (6)N*＝N-[14{(V/51)+(Nb/93)}/10]-[14{(Ti/48)+(B/11)+(Al/27)}/2]，(7)Cr*＝Cr+4Si-(22C+0.5Mn+1.5Ni+30N)(8)。
此外，優(yōu)選這樣的鋼管，其具有0.18～0.21％的C含量，0.20～0.35％的Si含量，12.40～13.10％的Cr含量，0.003％或以下的S含量以及0.035％或以下的N含量。
(B)一種用于制造馬氏體不銹鋼無(wú)縫管的方法，其特征在于，在滿足下面不等式(9)的條件下，采用傾斜軋輥型穿軋機(jī)穿軋不銹鋼。
所述不銹鋼無(wú)縫管由下面組成按質(zhì)量％計(jì)，C0.15～0.22％，Si0.1～1.0％，Mn0.10～1.00％，Cr12.00～14.00％，P0.020％或以下，S0.010％或以下，N0.05％或以下，O(氧)0.0060％或以下，Al0～0.1％，Ni0～0.5％，Cu0～0.25％，Ca0～0.0050％和選自下面所提及那些的至少一組的至少一種成合金元素(如果含有兩種或多種這些成合金元素，則總共為0.005～0.200質(zhì)量％)，以及余量Fe和雜質(zhì)第一組分別為0.005～0.200質(zhì)量％的V、Nb和Ti，第二組0.0005～0.0100質(zhì)量％的B，
并且也滿足下面所有的不等式(1)、(4)和(5)C*+10N*≤0.45， (1)Cr*≤9.0， (4)S≤0.088N*+0.00056， (5)Cr*＜0.00009(C.A.+F.A.)3-0.0035(C.A.+F.A.)2+0.0567(C.A.+F.A.)+8.0024(9)其中C*為下面等式(6)限定的有效溶質(zhì)碳含量(質(zhì)量％)，N*為等式(7)限定的有效溶質(zhì)氮含量(質(zhì)量％)，而Cr*為等式(8)限定的Cr當(dāng)量，在不等式(9)中的C.A.(≥0°)和F.A.分別表示交叉角(toe angle)和喂入角(feed angle)，而每個(gè)等式或不等式中的元素符號(hào)為對(duì)應(yīng)元素的含量(質(zhì)量％)C*＝C-[12{(Cr/52)×(6/23)}/10]， (6)N*＝N-[14{(V/51)+(Nb/93)}/10]-[14{(Ti/48)+(B/11)+(Al/27)}/2]，(7)Cr*＝Cr+4Si-(22C+0.5Mn+1.5Ni+30N)(8)。
此外，優(yōu)選這樣的不銹鋼管，其中具有0.18～0.21％的C含量，0.20～0.35％的Si含量，12.40～13.10％的Cr含量，0.003％或以下的S含量以及0.035％或以下的N含量，并優(yōu)選用于制造馬氏體不銹鋼無(wú)縫管的方法包括穿軋后的下面步驟(10)和(11)(10)在920℃或更高的溫度均熱處理無(wú)縫管，(11)進(jìn)行熱軋。
附圖簡(jiǎn)述

圖1示出由滯后斷裂產(chǎn)生的裂紋和兩個(gè)參數(shù)有效溶質(zhì)碳含量(C*)和有效溶質(zhì)氮含量(N*)之間的關(guān)系圖。
圖2示出在軋制后鋼管中殘余氫量(H1)與熱處理后鋼管中殘余氫量(H2)之間的關(guān)系圖。
圖3示出由滯后斷裂產(chǎn)生的裂紋和兩個(gè)參數(shù)“C*+10N*”以及軋制后鋼管中殘余氫量(H1)之間的關(guān)系圖。
圖4示出了由滯后斷裂產(chǎn)生的裂紋和兩個(gè)參數(shù)“C*+10N*”以及熱處理后鋼管中殘余氫量(H2)之間的關(guān)系圖。
圖5為在有效溶質(zhì)氮含量(N*)和硫含量的相互關(guān)系中的內(nèi)部疤痕的出現(xiàn)圖。
圖6為在“交叉角(C.A.)+喂入角(F.A.)”和Cr當(dāng)量(Cr*)的相互關(guān)系中的內(nèi)部疤痕和外部缺陷的出現(xiàn)圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明人認(rèn)為在馬氏體不銹鋼中沖擊加工部分的滯后裂紋取決于溶質(zhì)C(碳)、溶質(zhì)N(氮)和溶質(zhì)H(氫)，它們都是間隙元素。下面的很多實(shí)驗(yàn)和下面的事實(shí)(a)到(d)都被確認(rèn)(a)在軋制后鋼管的沖擊加工部分中的滯后斷裂靈敏性取決于溶質(zhì)C和溶質(zhì)N的量，特別是溶質(zhì)N的量。
(b)溶質(zhì)C的量強(qiáng)烈影響熱處理后的機(jī)械強(qiáng)度，而溶質(zhì)N的量影響較小。然而，對(duì)于軋制后鋼管的沖擊加工部分而言，N使抗滯后斷裂性顯著減小。
(c)當(dāng)為提高對(duì)于軋制后鋼管的沖擊加工部分的抗滯后斷裂性而降低N含量時(shí)，奧氏體結(jié)構(gòu)在高溫變得不穩(wěn)定，在制造鋼管的過程中由于不良的熱加工性而導(dǎo)致大量的內(nèi)部疤痕。因此，必須抑制疤痕。
(d)為解決該問題，為最小化材料中的工作消耗(work strain)量，根據(jù)奧氏體生成元素以及鐵素體生成元素的含量，規(guī)定穿軋機(jī)的穿孔角(交叉角)和喂入角。因此，該過程可以防止內(nèi)部疤痕。
下面將詳細(xì)解釋根據(jù)本發(fā)明的各種條件，如鋼管的化學(xué)組成以及制造方法。
1.鋼管的化學(xué)組成本發(fā)明的馬氏體不銹鋼管的化學(xué)組成確定如下CC和N一起可提供軋制后鋼管的固溶體硬化。為了通過固溶體硬化而抑制沖擊加工部分的滯后斷裂，C含量應(yīng)為0.22％或以下，并優(yōu)選為0.21％或以下。然而，這樣的減少C含量使在熱處理后難于獲得目的機(jī)械強(qiáng)度。而且，C含量的過度減少導(dǎo)致制造成鋼管后產(chǎn)生疤痕，這是由于δ鐵素體的緣故，因?yàn)镃是奧氏體生成元素。因此，C含量應(yīng)該為0.15％或以上，并且有效溶質(zhì)C的含量應(yīng)該滿足上述不等式(1)。其原因以后解釋。優(yōu)選C含量為0.18％或以上。
SiSi在鋼制造過程中作為除氧劑加入。低于0.1％的含量不能對(duì)除氧產(chǎn)生作用，而高于1.0％則導(dǎo)致低韌性。因此，含量應(yīng)該為0.1～1.0％。優(yōu)選的含量為0.75％或以下以獲得高韌性。更優(yōu)選的含量為0.20～0.35％。
MnMn是對(duì)于提高鋼機(jī)械強(qiáng)度有效的元素，而且在鋼制造過程中作為除氧劑加入。此外，它通過形成MnS而固定鋼中的S，并賦予好的熱加工性。低于0.10％的含量對(duì)于熱加工性沒有作用，而超過1.00％則導(dǎo)致低韌性。因此，含量應(yīng)該為0.1～1.0％。優(yōu)選Mn含量為0.7％或以下。
CrCr是用于改善鋼的耐腐蝕性的基本元素。具體而言，高于12.00％的含量可改善蝕斑的耐腐蝕性，而且還極大地提高在CO2環(huán)境下的耐腐蝕性。另一方面，由于Cr是鐵素體生成元素，因此高于14.00％的Cr含量易于在高溫過程中產(chǎn)生δ鐵素體，導(dǎo)致熱加工性降低。而且，過量的Cr含量導(dǎo)致高的生產(chǎn)成本。因此，含量應(yīng)該為12.00％～14.00％，更優(yōu)選12.40％～13.10％。
PP是包含在鋼中的雜質(zhì)。過量的P含量導(dǎo)致熱處理后產(chǎn)品的低韌性。P含量可允許的上限應(yīng)該為0.020％。優(yōu)選P含量最小化至盡可能地少。
S因?yàn)镾是降低熱加工性的雜質(zhì)，因此S含量應(yīng)該最小化。S含量的可允許上限為0.010％。該S含量應(yīng)該滿足上述不等式(5)。優(yōu)選S含量為0.003％或以下。
NN是改善鋼的熱加工性的奧氏體穩(wěn)定化元素。然而，N引起軋制后鋼管的沖擊加工部分的滯后斷裂。因此，N含量的上限應(yīng)當(dāng)為0.05％。由降低N含量導(dǎo)致的熱加工性的降低由其它元素補(bǔ)償，所以N含量應(yīng)該最小化。優(yōu)選N含量為0.035％或以下。
O(氧)
如果在鋼制造過程中沒有完全去除氧，則在鋼坯表面的裂紋或條痕數(shù)量增加，而且在熱軋鋼中產(chǎn)生外部疤痕。因此，O含量應(yīng)該最小化到0.0060％或以下。
V、Ti、Nb和B這些元素與N結(jié)合形成氮化物。如果N含量降低，則選自這些元素的多于一種元素的包含物使溶質(zhì)N的溶解度數(shù)量降低。然而，過量的N含量通過在熱處理后形成的氮化物而導(dǎo)致非常高的硬度，并且導(dǎo)致耐腐蝕性和韌性的降低。因此，V、Ti或Nb含量應(yīng)該分別為0.005～0.200％，而B含量應(yīng)該為0.0005～0.0100％。如果包括兩種或多種這些成合金元素，則這些元素的總含量應(yīng)該為0.005～0.20％。
Al、Ni、Cu和Ca如果需要可以包括這些元素。對(duì)于這些元素之一的含量中的“0”數(shù)值表示該元素不是故意地被加入到鋼中。
AlAl可以在鋼制造過程中去除氧時(shí)可以，而且能有效抑制在鋼管中的外部疤痕。然而，過量的Al含量引起鋼的清潔度下降，也引起連續(xù)鑄造過程中的浸沒噴嘴的堵塞。因此，優(yōu)選Al含量為0～0.1％。
NiNi是奧氏體穩(wěn)定化元素，并改善鋼鐵的熱加工性。然而，過量的Ni含量引起耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性能下降。因此，優(yōu)選Ni含量為0～0.5％。
CuCu有效改善耐腐蝕性能，而且是改善鋼熱加工性的奧氏體穩(wěn)定化元素。然而，Cu具有低熔點(diǎn)，而且過量的Cu含量引起熱加工性降低。因此，優(yōu)選Cu含量為0～0.25％。
CaCa與鋼中的S結(jié)合并防止硫在晶界中偏析，這可以導(dǎo)致熱加工性的降低。然而，過量Ca含量引起大條痕。因此，優(yōu)選Ca含量為0～0.0050％。
2.關(guān)于不等式(1)～(5)首先，描述不等式(1)。為了抑制在沖擊加工部分的裂紋，必須改善抗滯后斷裂性。間隙元素如C和N提高了鋼的機(jī)械強(qiáng)度，但使沖擊加工部分的抗滯后斷裂性變差。在軋制后鋼管中，存在通過定徑機(jī)或張力減徑機(jī)熱軋導(dǎo)致的殘余應(yīng)力，這可以更多地降低抗滯后斷裂性。
本發(fā)明人研究了C和N對(duì)于軋制后API-13％Cr鋼管的沖擊加工部分的滯后斷裂的影響。在滯后斷裂測(cè)試中，沖擊負(fù)載施加于鋼管，沖擊負(fù)載的條件將在“實(shí)施例”中描述。結(jié)果在圖1和表1～4中示出，其中使用了有效溶質(zhì)碳(C*)和有效溶質(zhì)氮(N*)。使用C*和N*的原因在下面描述。
一些C原子與Cr原子結(jié)合形成碳化物。作為間隙元素的C的含量可以通過從總的C含量減去碳化物中C含量而獲得。因此，有效溶質(zhì)碳含量(C*)由等式(6)限定。
相似地，一些N原子與V、Nb、Ti、B和Al原子結(jié)合形成氮化物。作為間歇元素的N的含量可以通過從總的N含量中減去氮化物中N含量而獲得。因此，有效溶質(zhì)氮含量(N*)通過等式(7)限定。在等式(7)中，對(duì)于Nb和V氮化物，系數(shù)為1/10，這是因?yàn)楦臀龀鰷囟鹊木壒?，而?duì)于Ti、B和Al氮化物，系數(shù)為1/2，這由于更高的析出溫度的緣故。
C和N都是鋼中的間隙元素。如果它們的含量相同，它們對(duì)于機(jī)械強(qiáng)度和硬度的影響大致相同。然而，在API-L80等級(jí)中規(guī)定的13％Cr馬氏體不銹鋼無(wú)縫管中C含量限制在0.18～0.21％之內(nèi)，所述鋼管用于油井。相反，如果N含量只用“0.1％或更低”限制，那么N含量具有寬的選擇性。通常，N含量為0.01～0.05％，這低于C含量的十分之一。因此，通過有效溶質(zhì)碳含量(C*)和10倍的有效溶質(zhì)氮含量(N*)之間的關(guān)系，來研究鋼的性能。
如圖1中所示，在沖擊加工部分的滯后斷裂(裂紋)隨著C*和N*兩者的含量降低而降低。上述不等式(1)通過對(duì)結(jié)果采用線性內(nèi)插法而確定。
間歇元素如C和N影響加工硬化，這由于當(dāng)鋼管進(jìn)行沖擊加工時(shí)的冷加工所導(dǎo)致的。具體而言，N提供位錯(cuò)固定(pining)，以提高加工硬化。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)“C*+10N*”的量限制為0.45或更低時(shí)，顯著抑制了由于氫導(dǎo)到的加工硬化和滯后斷裂。
沖擊加工部分的延遲斷裂是受氫含量和部分硬化的影響。必須降低有效溶質(zhì)碳含量(C*)和有效溶質(zhì)氮含量(N*)，并由此降低硬度，以抑制裂紋產(chǎn)生。當(dāng)鋼是通過由于處理沖擊而冷加工而加工硬化時(shí)，即使初始硬度低也產(chǎn)生氫裂紋。因此，在鋼管中殘余氫的含量應(yīng)該降低，以防止氫裂紋。
在軋制后鋼管中的殘余氫量與熱處理鋼管后的殘余氫量不同。在13％Cr鋼中，在軋制后鋼管中的殘余氫量與熱處理鋼管后的殘余氫量之間存在相互關(guān)系，這因?yàn)闊崽幚頊囟葹榛旧瞎潭ǖ?。淬火溫度?20～980℃，且回火溫度為650～750℃。
圖2示出了在下面實(shí)施例中使用的13％Cr鋼管中的H1(軋制后)和H2(熱處理后)之間的殘余氫量的關(guān)系圖。例如，在由“a”標(biāo)識(shí)的○符號(hào)的點(diǎn)上，軋制后鋼管的殘余氫量(H1)約為3ppm，而熱處理后的殘余氫量(H2)為約2ppm。
上述不等式(2)限制了“C*+10N*”和H1之間的關(guān)系，而上述不等式(3)限制了“C*+10N*”與H2之間的關(guān)系。如上所述，C*和N*的增加量引起強(qiáng)度增加以及韌性降低，然后由于在沖擊加工部分的氫而增加了滯后斷裂的靈敏性。結(jié)果，為了抑制滯后斷裂，必須考慮C*和N*的含量與殘余氫量的總關(guān)系。
圖3示出了通過以下得到的結(jié)果研究C含量為0.19％的13％Cr馬氏體不銹鋼的軋制后鋼管的沖擊加工部分的滯后斷裂靈敏度，并且將結(jié)果繪制在“C*+10N*”和H1的相互關(guān)系上。圖4示出了類似的研究結(jié)果并繪制了“C*+10N*”和熱處理后H2的相互關(guān)系。這些結(jié)果是在下面的實(shí)施例中獲得的。
從圖3和圖4的圖示中，可以認(rèn)識(shí)到如果上述不等式(1)和下面不等式(2)和(3)都滿足，則在沖擊加工部分的滯后斷裂(裂紋)不再產(chǎn)生，其中H1是軋制后鋼管中的殘余氫量，而H2是熱處理后的殘余氫量H1≤-0.003(C*+10N*)+0.0016， (2)H2≤-0.0018(C*+10N*)+0.00096，(3)另一方面，下面的不等式(4)和(5)表示對(duì)于抑制被稱為內(nèi)部疤痕的內(nèi)表面缺陷有效的Cr和S含量的范圍。滿足上述不等式(2)和(3)可以抑制在軋制后鋼管和熱處理后的沖擊加工部分中的滯后斷裂。不過，在鋼管的制造過程中仍有可能產(chǎn)生內(nèi)部疤痕。
內(nèi)部疤痕的產(chǎn)生是采用穿軋機(jī)在穿軋過程中周向剪切變形導(dǎo)致的。在鋼坯中，剪切應(yīng)力引起在具有不同形變阻力的那部分有裂紋，這是由于鐵素體/奧氏體晶界、硫的析出和包含物。這些裂紋在軋制的過程中變形并且導(dǎo)致內(nèi)部疤痕。
為抑制在鐵素體/奧氏體晶界中的裂紋，δ-鐵素體的含量應(yīng)該最小化。δ-鐵素體的含量取決于Cr當(dāng)量(Cr*)，實(shí)際上Cr*的增加引起鐵素體的增加。Cr*可以由下面的等式(8)表示，所述的等式(8)表示形成鐵素體的元素和形成奧氏體的元素的線性關(guān)系Cr*＝Cr+4Si-(22C+0.5Mn+1.5Ni+30N)(8)正如等式(8)中可以看出，N對(duì)Cr*作出了很大貢獻(xiàn)。當(dāng)N含量降低以改善軋制后鋼管的韌性時(shí)，Cr當(dāng)量增加且鐵素體量增加，這導(dǎo)致內(nèi)部疤痕。由于這些情況，因此滿足下面的不等式(4)抑制鐵素體和內(nèi)部疤痕Cr*≤9.0 (4)硫析出部分也成為產(chǎn)生裂紋的原因。為了抑制這種析出，因此需要將硫含量最小化。為此，S含量應(yīng)該為0.010％或以下，優(yōu)選S含量為0.003％或以下。為減少在鋼制造過程中鋼中的包含物、大條痕以及S含量，優(yōu)選氧(O)含量為0.0060％或以下。
當(dāng)為滿足不等式(1)而降低N*以抑制裂紋時(shí)，等式(8)表示的Cr*增加。這引起導(dǎo)致熱加工性下降的鐵素體相的增加。為了恢復(fù)熱加工性，S含量應(yīng)該降低。
圖5示出了在橫坐標(biāo)N*和縱坐標(biāo)S含量的關(guān)系中，低于2％(用符號(hào)○表示)或不低于2％(由符號(hào)×表示)的內(nèi)部疤痕的出現(xiàn)圖。該圖導(dǎo)致由下面的不等式(5)限制S含量抑制內(nèi)部疤痕的認(rèn)可。從無(wú)中斷加工的工作效率考慮，標(biāo)準(zhǔn)線判定為2％的內(nèi)部疤痕產(chǎn)生S≤0.088N*+0.00056， (5)3.關(guān)于制造方法在制造本發(fā)明無(wú)縫鋼管的方法中，具有上面提及的化學(xué)組成并滿足不等式(1)、(4)和(5)的鋼在不等式(9)所限制的條件下在橫軋輥型穿軋機(jī)的幫助下進(jìn)行穿軋。
為了在穿軋過程中抑制內(nèi)部疤痕，重要的是考慮被軋制鋼的熱加工性而選擇合適的軋制條件。
各種因素都影響產(chǎn)生內(nèi)部疤痕。在這些因素中，穿軋機(jī)中的主軋輥的喂入角和交叉角起著必不可少的作用。通常，增加喂入角和交叉角減少在穿軋過程中的附加剪切變形，而且即使鋼具有差的熱加工性，也可以在沒有產(chǎn)生裂紋的條件下軋制鋼。
然而，喂入角和交叉角不可能總是容易增加。為獲得使這些角增加，需要替換主電動(dòng)機(jī)，甚至需要替換軋機(jī)。如果鋼在軋制過程中具有合適的熱加工性，可以選擇相對(duì)較小的喂入角和交叉角。從制造的經(jīng)濟(jì)角度考慮，在軋制過程中關(guān)于熱加工性的指數(shù)和抑制內(nèi)部疤痕的指數(shù)即附加剪切變形之間的關(guān)系，可以導(dǎo)致可能最佳的鋼材料設(shè)計(jì)的制備條件以及穿軋條件。
本發(fā)明人研究了在過去研究喂入角和交叉角對(duì)于附加剪切變形的影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步研究了Cr*和“C.A.(交叉角)+F.A.(喂入角)”之和之間的關(guān)系。結(jié)果，在喂入角和交叉角對(duì)于附加剪切應(yīng)力有相同程度貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了Cr*和“C.A.+F.A.”之間的確定的相互關(guān)系。
圖6示出了在橫坐標(biāo)“C.A.+F.A.”和縱坐標(biāo)Cr*的相互關(guān)系中，低于2％(用○表示)或不低于2％(用符號(hào)●表示)的內(nèi)部疤痕和外部缺陷的出現(xiàn)圖。該圖導(dǎo)致認(rèn)為無(wú)論內(nèi)部疤痕和外部缺陷是低于2％(用○表示)或不低于2％(用符號(hào)●表示)的界線都可由三次曲線表示。滿足下面的不等式(9)的條件導(dǎo)致內(nèi)部疤痕產(chǎn)生受到抑制。
Cr*＜0.00009(C.A.+F.A.)3-0.0035(C.A.+F.A.)2+0.0567(C.A.+F.A.)+8.0024(9)不等式(9)的右邊通過插入所得數(shù)據(jù)確定，而且表示上述邊界。
本發(fā)明的制造方法可以包括在使用拉力減徑機(jī)的精加工軋制之前的再加熱過程。在該情況下，優(yōu)選在再加熱過程中的均熱處理保持在920℃或以上。在再加熱過程中，降低均熱處理溫度引起軋制后鋼在垂直于軋制方向的T方向韌性降低，原因在于在加工過程中形成的平紋(flat grain)的不完全重結(jié)晶。此外，富集C和N的區(qū)域在Nb和/或V的碳化物/氮化物周圍產(chǎn)生，這由于碳化物和/或氮化物的不完全固溶體或擴(kuò)散。于是，在該區(qū)域產(chǎn)生硬化和脆性，這導(dǎo)致滯后斷裂。優(yōu)選在再加熱過程中的均熱處理溫度的下限為920℃，或更優(yōu)選1000℃，而優(yōu)選均熱處理溫度的上限為約1100℃。
實(shí)施例由43種具有表1和表2所示的化學(xué)組成的鋼中制備外徑為60.3mm且厚度為4.83mm的無(wú)縫管。然后，對(duì)這些鋼管進(jìn)行下而的測(cè)試。
(1)滯后斷裂測(cè)試長(zhǎng)度為250mm的落錘試樣由軋制后鋼管制備。150kg重量和尖端90mm曲率的重量測(cè)試部件從0.2m高度下落到試樣上，試樣在沖擊負(fù)載(294J)下變形。一周后，檢測(cè)每個(gè)試樣是否產(chǎn)生裂紋。通過肉眼，并且也通過超聲測(cè)試(UST)進(jìn)行裂紋檢查。所得結(jié)果列在表3和表4中。
圖1示出了所產(chǎn)生的裂紋與有效溶質(zhì)碳含量(C*)和有效溶質(zhì)氮含量(N*)之間的關(guān)系圖。如該圖中所示，直線“a”表示產(chǎn)生裂紋的邊界。直線“a”可以由“C*+10N*”＝0.45”表示。因此，沒有滯后斷裂產(chǎn)生的條件由“C*+10N*”≤0.45”表示。
(2)殘余氫量的測(cè)定(H1和H2)軋制后鋼管的殘余氫量以及相同鋼管在熱處理后的殘余氫量使用在JISZ2614中規(guī)定的分析方法測(cè)定。在熱處理中，試樣在950℃水淬，然后在700℃水淬。測(cè)試結(jié)果列在表3和表4中。
圖2是表示試樣的H1和H2之間的關(guān)系圖。可以確定存在可以由“H2＝0.6H1”近似地表示的線性關(guān)系。
(3)滯后斷裂和三個(gè)參數(shù)C*、N*和殘余氫量之間的關(guān)系在表3和表4中列出的對(duì)于是否產(chǎn)生滯后斷裂的數(shù)據(jù)，對(duì)于軋制后鋼管在線圖3和熱處理后的鋼管在線圖4分別表示，圖中橫坐標(biāo)表示“C*+10N*”，而縱坐標(biāo)表示殘余氫量。是否產(chǎn)生裂紋邊界的直線分別由下面的等式(2)-1和(3)-1表示。因此，不產(chǎn)生滯后斷裂的條件滿足上述的不等式(2)或(3)。而且，即使?jié)M足不等式(2)和(3)，當(dāng)“C*+10N*”高于0.45時(shí)也有可能發(fā)生滯后斷裂。于是，應(yīng)該滿足上面的不等式(1)。
H1＝-0.003(C*+10N*)+0.0016 (2)-1H2＝-0.0018(C*+10N*)+0.00096(3)-1。
表1

表2

表3

表4

(4)內(nèi)部疤痕檢測(cè)通過選擇在表1和2中的具有各種有效溶質(zhì)N和硫的含量的幾種鋼，在“C.A.+F.A.”＝9的條件下制備出500根鋼管，并檢測(cè)內(nèi)部疤痕是否產(chǎn)生。結(jié)果在圖5中示出。傾線表示內(nèi)部疤痕產(chǎn)生是低于還是高于2％的邊界。它可以通過下面等式(5)-1表示。因此，內(nèi)部疤痕可以通過滿足上面的不等式(5)而受到抑制。
S＝0.088N*+0.00056 (5)-1通過選擇表1和2中的幾種鋼，在下面的條件下從鋼坯制備出50根鋼管，其具有在表5中所列的不同Cr當(dāng)量(Cr*)，然后檢測(cè)確定是否產(chǎn)生內(nèi)部疤痕(1)鋼坯的加熱溫度1200～1250℃(2)插塞頂端的鋼坯直徑的減少率5.0～8.0％(3)C.A.+F.A.10、17、21和30表5示出了內(nèi)部疤痕產(chǎn)生和兩個(gè)參數(shù)Cr*和“C.A.+F.A.”之間關(guān)系。在表5和圖6中，○符號(hào)表示內(nèi)部疤痕和外部疤痕都低于2％，而符號(hào)●表示內(nèi)部疤痕和外部疤痕都高于2％。
圖6是在表5中使用參數(shù)“C.A.+F.A.”和Cr*的結(jié)果線圖。該圖中的三次曲線由下面的等式(9)-1表示。因此，抑制內(nèi)部疤痕產(chǎn)生的條件是滿足上述的不等式(9)。
Cr*＝0.00009(C.A.+F.A.)3-0.0035(C.A.+F.A.)2+0.0567(C.A.+F.A.)+8.0024(9)-1
表5

工業(yè)適用性當(dāng)本發(fā)明的13％Cr馬氏體無(wú)縫鋼管在制造成管后的處理過程中進(jìn)行沖擊冷加工時(shí)，它可以防止滯后斷裂。該鋼管具有優(yōu)異的耐腐蝕性，并尤其適用于油井。根據(jù)本發(fā)明的制造方法，可以制造出沒有內(nèi)部疤痕產(chǎn)生的13％Cr馬氏體無(wú)縫鋼管。
權(quán)利要求
1.一種用于制造馬氏體不銹鋼無(wú)縫管的方法，其特征在于，在滿足下面不等式(9)的條件下，采用傾斜軋輥型穿軋機(jī)穿軋不銹鋼，所述不銹鋼無(wú)縫管由下面組成按質(zhì)量％計(jì)，C0.15～0.22％，Si0.1～1.0％，Mn0.10～1.00％，Cr12.00～14.00％，P0.020％或以下，S0.010％或以下，N0.05％或以下，00.0060％或以下，Al0～0.1％，Ni0～0.5％，Cu0～0.25％，Ca0～0.0050％和選自下面所提及的至少一組的至少一種成合金元素，其中如果含有兩種或多種這些成合金元素，則總共為0.005～0.200質(zhì)量％，以及余量Fe和雜質(zhì)第一組分別為0.005～0.200質(zhì)量％的V、Nb和Ti，第二組0.0005～0.0100質(zhì)量％的B，并且其也滿足下面所有的不等式(1)、(4)和(5)C*+10N*≤0.45， (1)Cr*≤9.0， (4)S≤0.088N*+0.00056， (5)Cr*＜0.00009(C.A.+F.A.)3-0.0035(C.A.+F.A.)2+0.0567(C.A.+F.A.)+8.0024(9)其中C*為下面等式(6)限定的按質(zhì)量％計(jì)的有效溶質(zhì)碳含量，N*為等式(7)限定的按質(zhì)量％計(jì)的有效溶質(zhì)氮含量，而Cr*為等式(8)限定的Cr當(dāng)量，在不等式(9)中的C.A.和F.A.分別表示交叉角和喂入角，其中C.A.≥0°，而每個(gè)等式或不等式中的元素符號(hào)為對(duì)應(yīng)元素按質(zhì)量％計(jì)的含量C*＝C-[12{(Cr/52)×(6/23)}/10]， (6)N*＝N-[14{(V/51)+(Nb/93)}/10]-[14{(Ti/48)+(B/11)+(Al/27)}/2]， (7)Cr*＝Cr+4Si-(22C+0.5Mn+1.5Ni+30N) (8)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于制造馬氏體不銹鋼無(wú)縫管的方法，其中C含量為0.18～0.21質(zhì)量％，Si含量為0.20～0.35質(zhì)量％，Cr含量為12.40～13.10質(zhì)量％，S含量為0.003質(zhì)量％或以下以及N含量為0.035質(zhì)量％或以下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于制造馬氏體不銹鋼無(wú)縫管的方法，其特征在于，該方法還包含穿軋后的下面步驟(10)和(11)(10)在920℃或更高的溫度均熱處理無(wú)縫管，(11)進(jìn)行熱軋。
全文摘要
本發(fā)明提供一種馬氏體不銹鋼無(wú)縫管以及制造該無(wú)縫鋼管的方法，所述無(wú)縫管沒有內(nèi)表面缺陷并可抑制在沖擊加工部分中的滯后斷裂產(chǎn)生。一種馬氏體不銹鋼無(wú)縫管，其特征在于，由下面組成C0.15～0.22％，Si0.1～1.0％，Mn0.10～1.00％，Cr12.00～14.00％，P0.020％或以下，S0.010％或以下，N0.05％或以下，O(氧)0.0060％或以下，選自0.005～0.200％的V、Nb和Ti和0.0005～0.0100％的B中的至少一種成合金元素，以及余量Fe和雜質(zhì)，滿足下面的不等式(1)、(2)、(4)和(5)或下面的不等式(1)、(3)、(4)和(5)C
文檔編號(hào)C22C38/24GK101070579SQ20071010993
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2003年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月15日
發(fā)明者木谷茂, 谷田睦 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社