無縫鋼管制造用穿孔機頂頭用坯料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及采用曼內(nèi)斯曼（Mannesmann)法制造無縫鋼管時所使用的穿孔機頂頭 (piercer plug)(也有時僅稱為「頂頭」。），特別是涉及耐自發(fā)裂紋性以及被切削性優(yōu)異的 無縫鋼管制造用穿孔機頂頭用坯料及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，伴隨著石油鉆井環(huán)境變得嚴(yán)酷，作為油井管需求不銹鋼制和高合金鋼制 等的高級無縫鋼管?？墒牵貌讳P鋼等的變形阻力高的材料制造無縫鋼管時，其穿孔所使用 的穿孔機頂頭的頂端部承受較高的表面壓力，該頂端部熔損，短時間內(nèi)不得已進(jìn)行更換。
[0003] 因此，如專利文獻(xiàn)1所公示的那樣，以往的高級無縫鋼管的制造用穿孔機頂頭，通 過添加W、Mo,來提高高溫變形阻力，而且為了確保上述穿孔機頂頭表面的潤滑性，實施了生 成難剝離性的低熔點氧化皮層的表面被覆處理。專利文獻(xiàn)1所公開的穿孔機頂頭的制造方 法，如圖3所示，其特征在于，通過對由添加有W、Mo的高強度鋼材構(gòu)成且具有規(guī)定形狀的母 材進(jìn)行高溫氧化熱處理，在穿孔機頂頭的表面被覆規(guī)定的上述氧化皮層。
[0004] 另一方面，由于高級無縫鋼管的尺寸以及形狀的多樣化，穿孔機頂頭也配合其進(jìn) 行多樣化，并以庫存的形式保持多種類的頂頭，根據(jù)生產(chǎn)計劃來使用。
[0005] 為了與無縫鋼管的形狀的多樣化相適應(yīng)，希望穿孔機頂頭能夠容易地切削成各種 尺寸。
[0006] 另外，無縫鋼管的制造工廠也在推進(jìn)分散化和遠(yuǎn)地化，由于輸送時間增大等，因此 從確保庫存量的觀點出發(fā)，長期間地保管穿孔機頂頭的情況變多了。
[0007] 從以上的情況出發(fā)，希望穿孔機頂頭或穿孔機頂頭用坯料的被切削性優(yōu)異、且能 夠長期間保管?？墒?，如果不適當(dāng)?shù)卣{(diào)整穿孔機頂頭的硬度，則在保管中在穿孔機頂頭表面 會產(chǎn)生稱為"自發(fā)裂紋"的裂紋。已知特別是在冬季容易產(chǎn)生自發(fā)裂紋。產(chǎn)生了這種"自發(fā) 裂紋"的穿孔機頂頭不能夠在無縫鋼管的制造中使用。
[0008] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1日本專利第2683861號公報
[0011] 專利文獻(xiàn)2日本專利第2952382號公報
[0012] 專利文獻(xiàn)3日本特開2003-129184號公報
[0013] 專利文獻(xiàn)4PCT國際申請W02008-096708號公開公報
[0014] 專利文獻(xiàn)5日本特開昭63-69948號公報
[0015] 專利文獻(xiàn)6日本專利第4279350號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 專利文獻(xiàn)1公開了 ：向用于提高高溫變形阻力的規(guī)定的成分大量添加Mo和W中的 1種以上，抑制表面脫碳，在表面形成有內(nèi)部氧化型氧化皮層的穿孔機頂頭。
[0017]專利文獻(xiàn)2公開了：在3Ni_lCr鋼等的鋼制基體的表面形成氧化皮而使用的穿孔 機頂頭的制造方法中，從以往的砂型鑄造通過模具鑄造來制作上述鋼制基體。而且記載了 下述意旨：上述制造方法具有提尚上述鋼制基體的強度和氧化皮改性的效果。
[0018] 專利文獻(xiàn)3針對與專利文獻(xiàn)2同樣地在表面形成氧化皮而使用的穿孔機頂頭，公 開了具有提高基體的強度和氧化皮改性的效果的基體。
[0019] 專利文獻(xiàn)4針對與專利文獻(xiàn)2同樣地在基材的表面上形成氧化皮而使用的穿孔機 頂頭，公開了下述內(nèi)容：作為構(gòu)成氧化皮層的層，形成與上述基材絡(luò)合的網(wǎng)狀氧化皮層。專 利文獻(xiàn)4公開了下述意旨：通過氧化皮層的上述構(gòu)成可抑制氧化皮層的剝離和磨損，能夠 延長穿孔機頂頭的壽命。
[0020] 專利文獻(xiàn)5公開了下述意旨：通過采用與專利文獻(xiàn)4同樣的方法作為晶界氧化型 氧化皮層而生成氧化皮層，與基材的密著性好，能夠抑制氧化皮層的剝離和磨損，并延長穿 孔機頂頭的壽命。
[0021] 最近，如專利文獻(xiàn)6所公開的那樣，通過采用利用了噴鍍的被膜形成技術(shù)在穿孔 機頂頭的表面形成保護(hù)被膜，來謀求穿孔機頂頭的長壽命化。
[0022] 可是，在先技術(shù)文獻(xiàn)中，沒有提出以穿孔機頂頭用坯料的自發(fā)裂紋、被切削性為課 題的提案。
[0023] 因此，本發(fā)明的目的在于，提供采用曼內(nèi)斯曼法制造無縫鋼管時所使用的穿孔機 頂頭的坯料，該坯料抑制由長期保管所致的自發(fā)裂紋的發(fā)生，被切削性也優(yōu)異，而且具有所 希望的硬度，由此能夠?qū)崿F(xiàn)頂頭主體的長壽命化，解決這樣的采用現(xiàn)有技術(shù)所不能完成的 課題。
[0024] 本發(fā)明人為了解決上述課題而進(jìn)行了銳意研宄開發(fā)，結(jié)果得到以下的見解。
[0025] (a)為了穿孔機頂頭的長壽命化，需要確保某種程度的韌性，需要用于抗熱沖擊的 某種程度的硬度。于是，知道了如果形成為以回火馬氏體和/或貝氏體為主體的組織，頂頭 坯料的硬度為洛氏硬度C級（以下簡稱為"HRC"。）6以上（優(yōu)選為20以上），則能得到具 有適當(dāng)?shù)捻g性、強度的頂頭。
[0026] (b)已發(fā)現(xiàn)自發(fā)裂紋是穿孔機頂頭用坯料氫脆化的原因。已知在發(fā)生自發(fā)裂紋時， 在穿孔機頂頭的坯料中含有約7ppm以上的擴散氫，坯料的硬度超過了 HRC40。
[0027] (c)另外發(fā)現(xiàn)，為了抑制坯料的自發(fā)裂紋，使擴散氫的濃度為2ppm以下，且使坯料 的硬度為HRC40以下為好。另外也確認(rèn)到，由于硬度也下降，因此被切削性得到改善。而且 也確認(rèn)到，如果為HRC40以下，則作為頂頭坯料也充分具有韌性。
[0028] (d)本發(fā)明人對滿足上述的擴散氫濃度和HRC硬度的條件的熱處理條件反復(fù)進(jìn)行 了銳意研宄。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，最適的熱處理以下述處理為好：在澆鑄出穿孔機頂頭用坯料后， 在550~900°C、進(jìn)一步優(yōu)選在700~900°C的溫度范圍內(nèi)保持0. 5小時以上且不超過10 小時的時間、優(yōu)選保持〇. 5小時以上且不超過4小時的時間后，以5°C /分以下的冷卻速度 冷卻。
[0029] 進(jìn)而，本發(fā)明人對熱處理條件（特別是熱處理溫度和保持時間）與硬度的關(guān)系進(jìn) 行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)能夠用熱處理參數(shù)（P H)與碳當(dāng)量（C當(dāng)量）的關(guān)系調(diào)整頂頭坯料的硬度（HRC 硬度）。
[0030] (e)確認(rèn)到通過將上述熱處理的條件適當(dāng)化，能夠調(diào)整穿孔機頂頭用坯料的硬度， 另外能夠除去坯料中的擴散氫。
[0031] (f)以往在頂頭成形后進(jìn)行了氧化熱處理，因此成形前的頂頭坯料過硬，被切削性 差。可是，基于本發(fā)明的頂頭坯料，通過在成形前在規(guī)定的條件下實施熱處理，能夠?qū)⒂捕?適當(dāng)化，能夠使被切削性格外地提高。
[0032] 通過在澆鑄出穿孔機頂頭用坯料后，對坯料實施合適的熱處理，能夠在將頂頭坯 料調(diào)整成為HRC硬度6~40的同時，使成為自發(fā)裂紋的原因的擴散氫減少到規(guī)定值以下。
[0033] 本發(fā)明是以這些見解為基礎(chǔ)而完成的，其主旨如下。
[0034] (1)本發(fā)明的一方式涉及的無縫鋼管制造用穿孔機頂頭用坯料，
[0035] 成分以質(zhì)量％計含有
[0036] C:0.08 ~0.3%、
[0037] Si:0.1 ~1.0%、
[0038] Mn:0.2 ~1.5%、
[0039] Ni:0.2 ~2.0%，
[0040] 而且含有合計為1.5%~8%的W、Mo之中的1種或2種，
[0041] 余量為Fe以及雜質(zhì)，
[0042] 作為雜質(zhì)而含有的擴散氫為2ppm以下，
[0043] 具有HRC6以上40以下的硬度。
[0044] (2)根據(jù)上述（1)所述的無縫鋼管制造用穿孔機頂頭用坯料，以質(zhì)量％計，可以進(jìn) 一步含有
[0045] Cu:0.5% 以下、
[0046] Cr: 1.0 % 以下、
[0047] Nb: 1.0 % 以下、
[0048] V: 1.0 % 以下、
[0049] Ti:1.0% 以下、和
[0050] B:0.1% 以下
[0051] 之中的1種或2種以上。
[0052] (3)根據(jù)上述⑴或⑵所述的無縫鋼管制造用穿孔機頂頭用坯料，以質(zhì)量％計， 可以進(jìn)一步含有合計為〇. 5%以下的
[0053] Ca:0.5% 以下、
[0054] Mg:0.5% 以下、
[0055] REM:0.5% 以下
[0056] 之中的1種或2種以上。
[0057] (4)根據(jù)上述⑴~（3)的任一項所述的無縫鋼管制造用穿孔機頂頭用坯料，硬度 可以為HRC20以上40以下。
[0058] (5)根據(jù)上述⑴~⑷的任一項所述的無縫鋼管制造用穿孔機頂頭用坯料，可以 為鑄鋼制的坯料。
[0059] (6)本發(fā)明的一方式涉及的無縫鋼管制造用穿孔機頂頭用坯料的制造方法，具 有：
[0060] 鑄造穿孔機頂頭用坯料的工序，該坯料的成分以質(zhì)量％計含有
[0061]