專利名稱：：無縫鋼管的制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及包括穿孔軋制工序的無縫鋼管的制造方法，更詳細地說，涉及用穿孔軋制法制造不產生內表面缺陷的無縫鋼管的方法。
背景技術：
：受到原油、天然氣等能源的需求增長的影響，油井和氣井的開發(fā)正蓬勃發(fā)展。近年來，與油井和氣井都從陸地向海底轉移，油井內和氣井內環(huán)境當然隨著油井和氣井的存在環(huán)境而嚴酷化?？紤]到用于大量輸送的作業(yè)性和包括深海中的耐壓性的鋪設環(huán)境，從油井和氣井輸送原油和天然氣的管線，有進行朝大直徑化和厚壁化發(fā)展的設計的傾向。而且，從鋼材特性方面考慮，當然要求強度、特別是低溫時的韌性，此外，從鋪設性方面考慮，要求焊接性。為了確保上述的特性中的焊接性，有效的是降低c含有率，據(jù)此，把其他合金元素組合起來謀求強度的最佳化。此外，為了確保韌性，通過降低P、S等雜質元素，而且，通過添加Ca等來控制夾雜物的形態(tài)，調整鋼成分組成和鋼組織。另一方面，作為其制造工序，往往采用通過連續(xù)鑄造制造鋼坯并對該鋼坯進行穿孔軋制的工序。在上述連續(xù)鑄造中，因為從鑄件的外周部向其中心部進行凝固，故在鑄件的中心部附近容易產生中心疏松、軸心部裂紋、中心偏析等缺陷。此外，因為為了如上述那樣確保焊接性而使C含有率降低，所以更加擴大了由凝固初期的S鐵素體相向v奧氏體相的相變導致的體積收縮引起的裂紋。通過選取鋼坯斷面樣品進行調查、測定，可以更容易^巴握鋼坯的軸心部裂紋量。此外，在軸心部裂紋大的情況下，因為容易在作為制品的鋼管的內表面上產生缺陷，所以報告了許多通過抑制鋼坯的軸心部裂紋而在鋼管的內表面上不產生缺陷的方法。例如，在日本特開2002-327234號公報中公開了如下的圓鋼坯及其制管方法使基于鋼成分組成計算出的從液相向5鐵素體的相變溫度、與從5鐵素體向y奧氏體的相變溫度的溫度差(DF)(以下還稱為"鐵素體溫度范圍(DF)")為150。C以下，由此抑制在鋼坯中央部處產生疏松等缺陷，即使在進行連續(xù)鑄造的狀態(tài)下進行穿孔軋制也可以廉價地制造內表面缺陷少的無縫鋼官。但是，為了完全滿足從用戶所要求的種種機械特性值，例的鑄件來制管。進而，也有時必須在連續(xù)鑄造的狀態(tài)下對具有中心疏松的圓鋼坯進4亍穿孔軋制。如上所述，為了在即使是鐵素體溫度范圍(DF)超過150。C而具有較高成分組成的鑄件，也不產生穿孔軋制引起的內表面缺陷，制造品質良好的無縫鋼管，還存在必須解決的問題。
發(fā)明內容本發(fā)明是鑒于上述問題而作出的，其課題在于提供一種如下的無縫鋼管的制造方法即使是鐵素體溫度范圍超過150。C而具有較高成分組成的鑄件，也不會因穿孔軋制而在管內表面產生缺陷，可以廉價地制造品質良好的無縫鋼管。為了解決上述課題，本發(fā)明人根據(jù)以往的問題，對如下的進行了研究，得到下述(a)(e)的見解，并完成了本發(fā)明，上述無縫鋼管的制造方法是通過適當組合鋼坯的鑄造條件和穿孔軋制條件，可以預先防止穿孔不良、防止產生內表面缺陷，并且可以提高制造成品率。(a)從鋼坯接觸于軋輥至達到穿孔頂頭之前，鋼坯受到的回轉鍛造次數(shù)(在使用二輥型穿軋機時為鋼坯的旋轉量的2倍)越多，則鋼坯達到穿孔頂頭為止的變形越大，越容易在管內表面產生缺陷(內表面斑痕缺陷)。(b)從鋼坯接觸于軋輥起到到達穿孔頂頭之前，鋼坯的旋轉量越少，則雖然能抑制內表面產生斑痕缺陷，但是相反，有可能產生由鋼坯向軋輥的咬入性降低引起的咬入不良的問題。(c)在鋼坯的軸心部裂紋率大的情況下，由于存在對鋼坯穿孔軋制用的足夠的起點，所以即使把穿軋機中的回轉鍛造次數(shù)設定得少，鋼坯的咬入性也良好。相反，如果把回轉鍛造次^:設定得多，則容易產生內表面斑痕缺陷。(d)在鋼坯的軸心部裂紋率小的情況下，因為不存在對鋼坯穿孔軋制用的足夠的起點，故如果把回轉鍛造次數(shù)設定得少，則鋼坯的咬入性容易惡化。相反，即使把回轉鍛造次數(shù)設定得多，也不容易產生內表面斑痕缺陷。(e)考慮到上述(a)(d),如果求出確保向穿軋機的咬入性且不產生內表面斑痕缺陷地制造無縫鋼管用的、回轉鍛造次數(shù)(N),與鋼坯的軸心部裂紋率(r/R)(鋼坯的軸心部裂紋長度r(m)除以鋼坯的直徑R(m)所得的值)的關系的適當范圍，則成為同時滿足下述式(1)(3)的范圍。0$r/R￡0.13(1)r/R^-0.13N+0.13(2)r/R￡-0.065N+0.39(3)本發(fā)明是基于上述見解而完成的，其要旨在于下述(1)~(3)中所示的無縫鋼管的制造方法。(l)一種降低內表面缺陷的無縫鋼管的制造方法，該制造方法為包括穿孔軋制工序的無縫鋼管的制造方法，其特征在于，設鋼坯的直徑為R(m)、鋼坯的軸心部裂紋長度為r(m)、鋼坯在從上述鋼坯接觸于軋輥至到達穿孔頂頭為止的期間的旋轉量的2倍為N時，同時滿足下述式(1)(3)所表示的關系地進行穿孔軋制。0$r/RS0.13(1)r/R2-0.13N+0.13(2)r/R￡—0.065N+0.39(3)造方法，其特征在于，以質量％計，上述無縫鋼管含有C:0.02~0.15%、Si:0.050.4%、Mn:0.3~2.0%、以及作為雜質的P:0.03。/。以下和S:0.03%以下，還含有Cu:0.050.4%、Cr:0.05~0.6%、Ni:0.05~0.8%以及Mo:0.030.5%中的一種以上元素，其余由Fe和雜質組成。(3)根據(jù)上述(l)或(2)中所述的無縫鋼管的制造方法，其特與鋼坯直徑R之比(r/R),此外，通過下述式(5)推定鋼坯在從上述鋼坯接觸于軋輥至到達穿孔頂頭為止的期間的^走轉量的2倍、即N。r/R={(8+W)x(DFxVcxR2)-(16/R)}/1000(4)N=2xL/(Vs/EL)xBrps(5)式中，W表示鋼坯的鑄造時的比水量(L/kg-鋼)，Vc表示鋼坯的鑄造速度(m/min),DF表示鐵素體溫度范圍(。C),L表示從鋼坯接觸于軋輥的位置到穿孔頂頭的前端的距離(m)，Vs表圖l是表示鑄造的鋼坯的軸心部裂紋率與穿孔軋制時的鋼坯的回轉鍛造次數(shù)的關系的適當范圍的圖。具體實施方式如前所述，本發(fā)明的方法是如下的無縫鋼管的制造方法將根據(jù)鋼坯的直徑和鋼坯的軸心部裂紋長度所求出的軸'《、部裂紋率(r/R)、與鋼坯從4妻觸于軋輥至到達穿孔頂頭為止的期間受到的回轉鍛造次數(shù)N,調整至同時滿足由上述式(1)(3)所表示的關系的范圍內。下面，更詳細地說明本發(fā)明的無縫鋼管的制造方法。l)鋼坯的軸心部裂紋率如前所述，由鋼坯的軸心部裂紋長度(r)除以鋼坯的直徑(R)而得到的值(r/R)來定義鋼坯的軸心部裂紋率。在此，在鋼坯的軸心部存在多個軸心部裂紋時，用其中的最大裂紋長度作為軸心部裂紋長度。部裂紋長度除以鋼坯的直徑來求出軸心部裂紋率，但方便的是，進行操作預測后使用通過連續(xù)鑄造的作業(yè)條件描述的推算式。本發(fā)明人從多個鋼坯取樣調查鋼坯的鑄造條件與軸心部裂紋率的關系，發(fā)現(xiàn)軸心部裂紋率(r/R)可以通過下述式(4)來表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中，r/R表示軸心部裂紋率(-)，r表示鋼坯的軸心部裂紋長度(m),R表示鋼坯的直徑(m),W表示鋼坯的鑄造時的比水量(L/kg-鋼)，Vc表示鋼坯的鑄造速度(m/min),而且，DF表示鐵素體溫度范圍(。C)。另外，如前所述，鐵素體溫度范圍(DF),是指從液相向5鐵素體的相變溫度與從6鐵素體向y奧氏體的相變溫度的溫度差，例^口，可以^口曰本凈爭開2002—327234號7>才艮中/>開的那才羊使用下述式(6)(8)來計算。DF=TL「TSy(6)TL5=100000/(55.25+2.35C+0.37Si+0.16Mn+1.01P+1.15S+0.18Cu+0.04Cr+0.13Ni+0.12Mo)(7)T=100000/(60.06-4.51C+3.84Si-0.19Mn+0.98P+0.25S-1.49Cu+l.OlCr-1.34Ni+0.55Mo)(8)在此，上述式(7)和(8)中的元素符號表示鋼中的各元素的含有率(質量％)。采用上述式(4)和(6)(8),得知為了降低軸心部裂紋率(r/R),在不妨礙鑄造作業(yè)或不產生鋼坯外表面缺陷的范圍內，采用使鑄造時的比水量降低、或者降低鑄造速度等方式而選擇操作諸參數(shù)是有效的。此外，在鐵素體溫度范圍以外的不損及鋼品質的范圍內通過使C、Mn、Cu和Ni這樣的鋼成分的含有率上升，使鐵素體溫度范圍縮小也是有效的。2)回轉鍛造次數(shù)如前所述，回轉鍛造次數(shù)(N)是鋼坯從鋼坯接觸于軋輥至到達穿孔頂頭之前受到的回轉鍛造次數(shù)，在使用鋼坯的周圍備有兩個傾斜輥的兩輥型穿軋機的情況下，為鋼坯的旋轉量的2倍。雖然也可以使用每次實測的值，但是根據(jù)下述式(5)來推算是很實用的。N=2xL/(Vs/EL)xBrps(5)式中，N是回轉鍛造次數(shù)(次)，L是從鋼坯接觸于軋輥的位置到穿孔頂頭前端的距離(m),Vs是穿孔管殼的縱長方向行進速度(mZs)(-輥的圓周速度xsin(8)x")，0是軋輥的傾斜角(。)，77是平均穿孔效率(-)，EL是穿孔比(-)，而且，Brps是鋼坯的轉速(轉/s)。根據(jù)上述式(5)得知為了減少回轉鍛造次數(shù)(N)，減小從鋼坯接觸于軋輥的位置至穿孔頂頭前端的距離、或者加大軋輥的傾斜角等方法是有效的。3)回轉鍛造次數(shù)與軸心部裂紋率的關系的適當范圍涉及內表面缺陷的產生和鋼坯向穿軋機的咬入性的回轉鍛造次數(shù)和軸心部裂紋率的效果如上述(a)(d)的見解中所述。基于上述考慮，通過后述鑄造試驗和穿孔軋制試驗，求出確保向穿軋機的咬入性、且不產生內表面斑痕缺陷而制造無縫鋼管用的、回轉鍛造次數(shù)與鋼坯的軸心部裂紋率的關系的適當范圍。圖l是表示基于后述鑄造試驗和穿孔軋制試驗的結果，調整鑄造引起的鋼坯的軸心部裂紋率與穿孔軋制時的鋼坯的回轉鍛造次數(shù)的關系的適當范圍的圖。在該圖中，直線AB表示由r/R=0.13所表示的直線，直線AD表示由r/R:-0.13N+0.13所表示的直線，而且，直線BC表示由r/R:-0.065N+0.39所表示的直線。采用該圖的結果，在不滿足上述式(1)的關系或上述式(3)的關系的條件的情況下，雖然未產生基于向穿軋機的咬入不良等的穿孔軋制不良，但是如圖中B標記所示，在管中產生了內表面斑痕缺陷。此外，在為不滿足上述式(2)的關系的條件的情況下，如圖中x標記所示，產生穿孔軋制不良。與此相反，在為全部滿足由上述式(D(3)所表示的關系的條件的情況下，如圖中O標記所示，不會產生穿孔軋制的不良和管的內表面斑痕缺陷，可以得到良好的制品。4)鋼成分組成的最佳范圍下面說明本發(fā)明的鋼成分組成的較佳范圍及其理由。C:0.02~0.15%C是出于確保無縫鋼管的強度的目的而含有的元素。其含有率不足0.02%時難以確保必要的強度。另一方面，如果含有率高得超過0.15%,則在焊接施工時容易產生裂紋。根據(jù)上述理由，C含有率最好是在0.020.15。/o的范圍內。此外，C含有率的更佳的范圍是0.03~0.10%。Si:0.050.4%Si是除了具有熔鋼的脫氧作用外還具有提高強度的作用的元素，為了得到該效果，最好是為0.05以上的含有率。但是，如果其含有率高得超過0.4%則夾雜物量增加，鋼的純度降低，而且有可能使韌性降低。因而，Si含有率最好在0.050.4。/o的范圍內。Mn:0.32.0%Mn是具有脫氧作用，并且具有不使鋼的韌性變差而使強度提高的作用的元素，為了得到該效果，最好含有0.3%以上。但是，如果其含有率高得超過2.0%則夾雜物量增加，有可能降低鋼的純度。才艮據(jù)上述理由，Mn含有率最好在0.32.0o/o的范圍內。此外，Mn含有率的更佳范圍是0.51.80/0。P:0.030%以下P是鋼中的雜質元素，因為在晶界處偏析而造成韌性降低，并且給熱加工性帶來不良影響，故其含有率最好為0.030%以下。此外，P含有率越低越好。S:0.030%以下S也是鋼中的雜質元素，因為在晶界處偏析而造成韌性降低，并且給熱加工性帶來不良影響，故其含有率最好為0.030%以下。此外，s含有率越低越好。Cu:0.05~0.4%Cu是具有提高鋼的強度的作用的元素。雖然可以含有也可以不含有，但是通過含有0.05%以上，可以得到該效果。但是，如果其含有率高得超過0.4%，則進行曼內斯曼穿孔時的管的外表面缺陷的產生增加。根據(jù)上述理由，含有Cu的情況的含有率的范圍為0.050.4%。Cr:0.05~0.6%Cr是具有提高鋼的強度的作用的元素。雖然可以含有也可以不含有，但是通過使含有率為0.05%以上，可以得到該效果。但是，因為Cr還提高鋼的淬透性，所以如果其含有率高得超過0.6%則產生焊接施工時的裂紋。根據(jù)上述理由，含有Cr的情況的含有率的范圍為0.050.6%。Ni:0.05~0.8%Ni是具有提高鋼的強度的效果的元素。雖然可以含有也可以不含有，但是通過使含有率為0.05%以上，可以得到該效果。但是，如果其含有率高得超過0.8%,則鋼的熱加工性惡化，此外，成本也上升。根據(jù)上述理由，含有Ni的情況的含有率的范圍為0.05~0.8%。Mo:0.030.5%Mo是具有提高鋼的強度的作用的元素。雖然可以含有也可以不含有，但是通過含有0.03%以上，可以得到該效果。但是，因為Mo還具有提高鋼的淬透性的作用，所以如果其含有率高得超過0.5%則產生焊接施工時的裂紋。根據(jù)上述理由，含有Mo的情況的含有率的范圍為0.030.5%。實施例為了確認本發(fā)明的無縫鋼管的制造方法的效果，進行下述試驗而評價其結果。用具有表l中所示的化學成分組成和鐵素體溫度范圍的供試鋼，通過表2中所示的鑄造條件進行連續(xù)鑄造，制造出圓鋼坯。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>，(注)*標記表示超出本發(fā)明所規(guī)定的范圍的情況。綜合評價的基準::沒有穿孔軋制不良，也不產生內面斑痕缺陷。:雖然沒有穿孔軋制不良，但是產生內面斑痕缺陷。x:產生穿孔軋制不良。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>驗結果的評價同樣，區(qū)別開來用o標記評價不產生穿孔軋制不良也不產生內表面斑痕缺陷的情況，用醒評價在管中產生內表面斑痕缺陷的情況，而且，用X標記評價產生穿孔軋制不良的情況。此外，如下述那樣判定是否產生內表面斑痕缺陷。即，通過目測檢查管內表面，把每根鋼坯4全測到1處以上的斑痕缺陷的情況判定成"產生斑痕缺陷"，把檢測到l處以下的情況，判定成"不產生斑痕缺陷"。此外，關于是否產生穿孔軋制不良，把未咬入穿軋機而穿孔軋制失敗的情況判定成"產生穿孔軋制不良"，把這種情況以外的情況判定成"不產生穿孔軋制不良"。試驗編號l、2、4、6、8、9、1113和1618是針對滿足本發(fā)明范圍的本發(fā)明例的試驗，試驗編號3、5、7、10、14、15和19是針對不滿足本發(fā)明范圍的比較例的試驗。在試驗編號l、2、4、6、8、9、1113和1618中，每個試驗中都不產生穿孔軋制不良和管的內表面斑痕缺陷，可以在較高的成品率下制造內表面品質良好的無縫鋼管。在上述本發(fā)明例中，全都含有Cu、Cr、Ni和Mo中的一種以上元素，得到具有抗拉強度為531MPa以上的高強度無縫鋼管。與此相反，鋼坯的軸心部裂紋率大，不滿足上述式(l)的關系的試驗編號7和15，雖然為產生穿孔軋制不良，但是產生管的內表面斑痕缺陷，內表面品質不良。此夕卜，對于鋼坯的軸心部裂紋率的值，回轉鍛造次數(shù)多，不滿足上述式(3)的關系的試驗編號5、10、14和19也是雖然不產生穿孔軋制不良，但是產生管的內表面斑痕缺陷，內表面品質不良。而且，在對于鋼坯的軸心部裂紋率的值而回轉鍛造次數(shù)少、不滿足上述式(2)的關系的試驗編號3中，產生由鋼坯向穿軋機的咬入不良引起的穿孔軋制不良。產業(yè)可利用性采用本發(fā)明的無縫鋼管的制造方法，使依存于鋼坯的鑄造條件的鋼坯軸心部裂紋的大小和穿孔軋制過程中的穿孔軋制條件的組合適當化，由此，可以防止產生鋼坯的穿孔軋制不良和產生管的內表面缺陷，大幅度地提高管制品的制造生產率。因而，本發(fā)明是可以廣泛地應用于從鋼坯的連續(xù)鑄造條件和鋼坯的穿孔軋制條件這兩方面要求最佳制造條件的無縫鋼管制造領域的技術。權利要求1.一種無縫鋼管的制造方法，該制造方法是包括穿孔軋制工序的無縫鋼管的制造方法，其特征在于，在設鋼坯的直徑為R(m)、鋼坯的軸心部裂紋長度為r(m)、上述鋼坯從鋼坯接觸于軋輥至到達穿孔頂頭為止的期間的旋轉量的2倍為N時，同時滿足下述式(1)～(3)所表示的關系地進行穿孔軋制，0≤r/R≤0.13(1)r/R≥-0.13N+0.13(2)r/R≤-0.065N+0.39(3)。2.根據(jù)權利要求l所述的無縫鋼管的制造方法，其特征在于，以質量％計，上述無縫鋼管含有C:0.02~0.15%、Si:0.05-0.4%、Mn:0.32.0%、以及作為雜質的P:0.03%以下和S:0.03%以下，并且含有Cu:0.05~0.4%、Cr:0.05~0.6%、Ni:0.050.8。/。以及Mo:0.03~0.5%中的一種以上元素，其余由Fe和雜質組成。3.根據(jù)權利要求l或2所述的無縫鋼管的制造方法，其特征在于，通過下述式(4)推定上述鋼坯的軸心部裂紋長度r與鋼坯直于軋輥至到達穿孔頂頭為止的期間的旋轉量的2倍、即N,r/R={(8+W)x(DFxVcxR2)—(16/R)}/1000(4)N=2xL/(Vs/EL)xBrps(5)式中，W表示鋼坯的鑄造時的比水量(L/kg-鋼)，Vc表示鋼坯的鑄造速度(m/min),DF表示鐵素體溫度范圍(。C),L表示從鋼坯接觸于軋輥的位置到穿孔頂頭的前端的距離(m)，Vs表示穿孔管殼的縱長方向的行進速度(m/S),EL表示穿孔比(-)，而且，Brps表示鋼坯的轉速(轉/s)。全文摘要一種同時減少內表面缺陷的無縫鋼管的制造方法，該制造方法是包括穿孔軋制工序的無縫鋼管的制造方法，其中，在設鋼坯直徑為R(m)、鋼坯的軸心部裂紋長度為r(m)、在上述鋼坯從鋼坯接觸于軋輥至達到穿孔頂頭為止的期間的旋轉量的2倍為N時，同時滿足下述式(1)～(3)的關系地進行穿孔軋制。0≤r/R≤0.13…(1)，r/R≥-0.13N+0.13…(2)，r/R≤-0.065N+0.39…(3)，由此，即使使用鐵素體溫度范圍寬的鑄件，也可以不產生鋼管的穿孔軋制不良和內表面缺陷而廉價地制造高品質無縫鋼管。文檔編號B21B19/00GK101151108SQ20068001022公開日2008年3月26日申請日期2006年3月30日優(yōu)先權日2005年3月31日發(fā)明者村尾暢俊,筱木健一申請人:住友金屬工業(yè)株式會社