專利名稱：耐硫化物應力裂紋性優(yōu)異的油井用無縫鋼管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及耐硫化物應力裂紋性優(yōu)異的油井用無縫鋼管及其制造方法。更詳細地說，是涉及通過使用特定的成分系的鋼進行淬火回火而制造的具有高屈服比，而且耐硫化物應力裂紋性優(yōu)異的油井用無縫鋼管。
背景技術：
還有，在本說明書的“油井”包括“氣井”，所說的“油井用”是“油井用及/或氣井用”的意思。
與熔接管比較可靠性高的無縫鋼管，大多被使用在嚴酷的油井環(huán)境和高溫環(huán)境下，一般要求高強度化、韌性提高和耐酸性的提高。特別是，據(jù)此而開發(fā)的油井，因為高深度的井成為主流，所以需要現(xiàn)有以上的鋼管的高強度化，另外，因為使用環(huán)境是嚴酷的腐蝕環(huán)境，所以就要求兼具耐應力腐蝕裂紋性的油井用無縫鋼管。
鋼材強度提高隨之硬度變高。即，因為位錯密度上升，所以進入鋼材的氫量增加，對于應力而脆弱化。因此，相對于在大量含有硫化氫的環(huán)境下使用的鋼材的高強度化，一般是耐硫化物應力裂紋性變差。特別是“屈服強度/抗拉強度”的比(以下稱屈服比)低的鋼材，若制造希望的屈服強度的構件，則抗拉強度和硬度容易變高，耐硫化物應力裂紋性顯著降低。因此，使鋼材的強度上升時，為了確保低硬度而提高屈服比很重要。
為了提高鋼的屈服比，優(yōu)選使鋼材形成均一的回火馬氏體組織，不過僅此并不充分。作為用于以回火馬氏體組織進一步提高屈服比的一個方法，還可列舉舊奧氏體粒的細微化。然而，在奧氏體粒的細微化中，需要離線熱處理的淬火，生產(chǎn)效率降低，使用的能量也增加，因此對成本合理化、生產(chǎn)效率的提高和節(jié)能這些對制造者來說不可或缺的今日不利。
專利文獻1和2中，記載有抑制結晶晶粒的M23C6型的碳化物的析出，而使耐硫化物應力裂紋性提高。另外，在專利文獻3中，公開有基于結晶粒細微化的耐硫化物應力裂紋性的改善，但是這些對策中均有上述那樣的難點。
專利文獻1特開2001-73086號公報專利文獻2特開2000-17389號公報專利文獻3特開平9-111343號公報發(fā)明內容本發(fā)明鑒于上述的現(xiàn)狀而形成，其目的在于，獲得一種油井用無縫鋼管，其是由能夠實現(xiàn)節(jié)能的有效的方法制造的鋼管，具有高強度，且屈服比高，耐硫化物應力裂紋性也優(yōu)異。
本發(fā)明的宗旨，在于下述(1)所示的油井用無縫鋼管和(2)所示的油井用無縫鋼管的制造方法。還有，以下關于成分含量的％，意思是質量％。
(1)一種油井用無縫鋼管，其特征在于，含有C0.1～0.20％、Si0.05～1.0％、Mn0.05～1.0％、Cr0.05～1.5％、Mo0.05～1.0％、Al0.10％以下、Ti0.002～0.05％、B0.0003～0.005％，再根據(jù)需要含有從下述的第一組和第二組的一方或雙方中選擇的一種以上的成分，并且，由下述的式(1)求得的A的值為0.43以上，余量由Fe和雜質構成，雜質中的P為0.025％以下，S為0.010％以下，N為0.007％以下。
第一組V0.03～0.2％和Nb0.002～0.04％第二組Ca0.0003～0.005％、Mg0.0003～0.005％和REM0.0003～0.005％A＝C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)……(1)其中，式(1)中的C、Mn、Cr和Mo表示各個的元素的質量％。
(2)一種油井用無縫鋼管的制造方法，其特征在于，對具有上述(1)記載的化學組成，并且，由上述的式(1)求得的A的值為0.43以上的鋼坯進行熱穿孔，延伸軋制后，將最終軋制溫度作為800～1100℃而制管，將得到的鋼管在線在從Ar3相變點到1000℃的溫度區(qū)域進行同時加熱(concurrent heating)，從Ar3相變點以上的溫度淬火，接著以比起Ar3相變點要低的溫度回火。
還有，為了進一步提高上述(1)記載的油井用無縫鋼管的耐硫化物應力裂紋性，優(yōu)選將其抗拉強度設為931MPa(135ksi)以下。
另外，在上述(2)記載的油井用無縫鋼管的制造方法中，為了更進一步得到均一的組織，在線對鋼管進行同時加熱的溫度優(yōu)選為從Ar3相變點到1000℃的溫度區(qū)域。


圖1是表示C含量對實施了淬火回火處理的鋼板的屈服強度(YS)、和屈服比(YR)的關系的影響的圖。
具體實施例方式
首先闡述作為本發(fā)明的基礎的認識。
對于進行了淬火回火的鋼材的屈服比C含量的影響最大。C含量下降，一般屈服比會變高。但是，僅簡單地使C量降低只是淬火性降低，而得不到均一的淬火組織，屈服比不會充分地變高。因此通過降低C量而降低的淬火性，重要的是通過Mn、Cr和Mo的添加而使之提高。
如果將所述的式(1)的A值設為0.43以上，則以通常的鋼管的淬火設備就能夠得到均一的淬火組織。本發(fā)明者們確認到如果式(1)的A值為0.43以上，則從末端淬透性試驗(Jominy test)的淬火端(以下稱淬透端)到10mm的位置的硬度，超過對應于馬氏體率90％的硬度，能夠確保良好的淬火性。還有，如果A值為0.45以上則為優(yōu)選，如果是0.47以上則更為優(yōu)選。
此外本發(fā)明者們還調查了合金元素對進行了淬火回火的鋼材的屈服比和耐硫化物應力裂紋性帶來的影響。其調查結果如下。
首選，將具有表1所示的化學成分的鋼，分別采用150kg的真空熔煉爐熔煉。熱鍛得到的鋼塊，成為厚50mm×寬80mm×長160mm的鑄錠材。另外，從剩下的鋼塊提取末端淬透性試驗片，以1100℃奧氏體化后，實施末端淬透性試驗，調查各鋼的淬火性。表1的A～G的各鋼材的舊奧氏體粒度，為五號左右比較粗的晶粒。
在表1一起表示從A～G的鋼的末端淬透性試驗的淬透端10mm位置的洛式硬度C(JHRC10)、和對應于A～G的各鋼的C量的馬氏體率90％的洛式硬度C預測值。還有，從末端淬透性試驗中的淬透端10mm位置相當于冷卻速度約20℃/秒。另外，C量和馬氏體率90％的洛式硬度C預測值，由下述的非專利文獻1所示的“(C％×58)+27”給出。
非專利文獻1J.M.Hodge and M.A.Orehoski“relationship betweenhardnenability and percentage martensite in some low alloy steels”，Trans.AIME，167(1964)，pp.627-642
表1


式(1)的A值為0.43以上的A～E的鋼，JHRC10超過對應于馬氏體率90％洛氏硬度C，能夠確保良好的淬火性。另一方面，式(1)的A值比0.43小的F鋼、和未添加B(硼)的G鋼，JHRC10低于相當于馬氏體率90％的洛氏硬度C，淬火性不足。
接著對鑄錠材以1250℃實施2小時均熱的加熱處理，直接搬送到熱軋機，將最終軋制溫度設為950℃以上熱軋到厚度16mm。接下來在表面溫度不比Ar3相變點低的狀態(tài)下，將各熱軋材搬送到加熱爐，以950℃使其在爐中10分鐘之后，將其裝入攪拌水槽進行水淬火。
將進行了上述的水淬火這樣的各板材切割成適當?shù)拈L度，以各種的溫度實施均熱30分鐘的回火處理，得到淬火回火材。從如此得到的熱扎-熱處理板材的長方向采取圓棒拉伸試驗片，實施拉伸試驗。
圖1是表示對A～E的鋼的回火溫度進行各種變化而使強度變化的板材的屈服強度(YS)和屈服比(YR，單位％)的關系的圖。YS的單位由ksi表示。1MPa＝0.145ksi。還有，表2表示回火溫度和抗拉性質的具體的數(shù)據(jù)。
表2


由圖1及表2可知，盡管作為舊奧氏體粒度是5號左右的比較粗的晶粒，但是，C為0.20％以下的A～C鋼，與C為0.25％以上的D～E鋼相比，屈服比變大在2％以上。如此可知，在淬火回火鋼材中，通過使C含量降低，并且，確保淬火性而成為均一的淬火組織，由此能夠在廣闊的強度范圍得到高屈服比的材質。另一方面可知，在C為0.20％以下、淬火性也不足的F～G鋼中，無法取得提高屈服比的效果。
接下來在本發(fā)明中，說明如前述這樣特定油井用無縫鋼管的素材鋼的化學組成的理由。
CC是對廉價地提高鋼的強度有效的元素。但是，其含量低于0.1％時，為了得到希望的強度而不得不選擇低溫回火，耐硫化物應力裂紋性降低，或者為了確保淬火性，而產(chǎn)生大量添加昂貴的元素的需要。另外，若超過0.20％，則屈服比降低，若想得到希望的屈服強度就要提高硬度，從而耐硫化物應力裂紋性降低。因此C含量為0.1～0.20％。還有，C含量的優(yōu)選范圍是0.12～0.18％，更優(yōu)選的范圍是0.14～0.18％。
SiSi除了具有脫氧作用，還是提高鋼的淬火性而使強度提高的元素，需要0.05％以上的含量。但是，若其含量超過1.0％，則耐硫化物應力裂紋性降低。因此，Si的適當含量為0.05～1.0％。還有，Si含量的優(yōu)選范圍是0.1～0.6％。
MnMn除了具有脫氧作用，還是提高鋼的淬火性而使強度提高的元素，需要0.05％以上的含量。但是，若其含量超過1.0％，則耐硫化物應力裂紋性降低。因此，Mn的含量為0.05～1.0％。
PP是鋼的雜質，造成由晶界偏析引起的韌性降低，特別是若其含量超過0.025％，則耐硫化物應力裂紋性的降低顯著。因此，P的含量需要抑制在0.025％以下。還有，優(yōu)選P的含量為0.020％以下，如果在0.015％以下則更為優(yōu)選。
SS也是雜質，若其含量超過0.010％，則耐硫化物應力裂紋性的劣化變大。因此，使S的含量在0.010％以下。還有，優(yōu)選S的含量為0.005％以下。
CrCr是對于提高鋼的淬火性有效的元素，為了使該效果發(fā)揮，需要使之含有0.05％以上。但是，若其含量起過1.5％，則招致耐硫化物應力裂紋性的降低。因此，將Cr的含量作為0.05～1.5％。Cr含量的優(yōu)選范圍是0.2～1.0％，更優(yōu)選范圍是0.4～0.8％。
MoMo是對提高鋼的淬火性以確保高強度，并且提高耐硫化物應力裂紋性有效的元素。為了取得這些效果，需要Mo有0.05％以上的含量。但是，若Mo的含量超過1.0％，則在舊奧氏體晶界形成粗大的碳化物，耐硫化物應力裂紋性降低。因此，Mo的含量需要為0.05～1.0％。Mo含量的優(yōu)選范圍是0.1～0.8％。
AlAl具有脫氧作用，是對提高鋼的韌性和加工性有效的元素。但是，若其含量超過0.10％，則基材裂紋的發(fā)生顯著。因此，將Al的含量作為0.10％以下。還有，因為Al含量也可以處于雜質水平，所以其下限沒有特別規(guī)定，但是優(yōu)選為0.005％以上。Al含量的優(yōu)選范圍是0.005～0.05％。還有，本發(fā)明所說的Al含量，是指酸可溶Al(所謂“sol.Al”)的含量。
BB的淬火性提高作用即使其處于雜質水平的含量也能夠獲得，不過，為了更為顯著地取得該效果，其需要為0.0003％以上的含量。但是，若B的含量超過0.005％，則韌性降低。因此，使B的含量為0.0003～0.005％。B含量的優(yōu)選范圍是0.0003～0.003％。
TiTi將鋼中的N作為氮化物固定，在淬火時使B以固溶狀態(tài)存在，使淬火性提高效果得以發(fā)揮。為了取得這樣的Ti的作用，其需要為0.002％以上的含量。但是，若Ti的含量成為0.05％以上，則將會作為粗大的氮化物存在，使耐硫化物應力裂紋性降低。因此，將Ti的含量作為0.002～0.05％。還有，優(yōu)選的含量為0.005～0.025％。
NN不可避免地存在于鋼中，與Al、Ti或Nb結合而形成氮化物。若N大量地存在，則不僅導致AlN、TiN的粗大化，而且與B一起形成氮化物，使淬火性顯著降低。因此，作為雜質元素的N的含量為0.007％以下。還有，優(yōu)選N的含量為0.005％以下。
根據(jù)式(1)計算的A值的限定如所述A值由下面的(1)式定義。還有，式(1)中的C、Mn、Cr和Mo是各個的元素的質量％。
A＝C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)……(1)在本發(fā)明中，其目標是通過限定C來提高屈服比，使耐硫化物應力裂紋性提高。因此，如果不隨著C含量的調整而調整Mn、Cr、Mo的含量，將破壞淬火性，反而耐硫化物應力裂紋性降低。因此，從確保淬火性的意義上說，必須要使C、Mn、Cr和Mo的含量，特別以式(1)的A值成為0.43以上的方式進行規(guī)定。還有，如果A值為0.45以上則為優(yōu)選，更優(yōu)選0.47以上。
以下，說明根據(jù)需要而使之含有的第一組和第二組的任意成分。
第一組是V和Nb。V在回火時作為細微的碳化物析出，有提高強度的效果。發(fā)揮這樣的效果需要使之含有0.03％以上，但是若超過0.2％，則韌性降低。因此，優(yōu)選添加時的V的含量為0.03～0.2％。V的含量的更優(yōu)選的范圍是0.05～0.15％。
Nb在高溫區(qū)域形成碳氮化物，在防止結晶粒的粗大化，從而使耐硫化物應力裂紋性提高方面有效。如果含量為0.002％以上，則可發(fā)揮此效果，但是若超過0.04％，則碳氮化物變得過于粗大，反到使耐硫化物應力裂紋性降低。因此，優(yōu)選添加時的Nb的含量為0.002～0.04％。Nb含量的更優(yōu)選的范圍是0.002～0.02％。
第二組是Ca、Mg和REM。這些元素也可以不添加，但是如果添加，則與鋼中的S反應而形成硫化物，由此改善夾雜物的形態(tài)，所以具有提高鋼的耐硫化物應力裂紋性的效果。要取得該效果，可以從Ca、Mg和REM(稀土族元素，即，Ce、Ra、Y等)之中選擇一種或兩種以上添加。但是，當任一種元素其含量低于0.0003％時，上述的效果無法取得。另一方面，若任一種元素其含量超過0.005％，則鋼中的夾雜物量增加，鋼的純凈度降低，耐硫化物應力裂紋性降低。因此，優(yōu)選添加時的這些元素的含量，其任一種元素均為0.0003～0.005％。還有，本發(fā)明中所說的REM的含量，是指稀土族元素的合計含量還有，如已闡述，一般在大量含有硫化氫的環(huán)境下使用的鋼材，若其強度變高，則耐硫化物應力裂紋性變差。但是，由具有上述的化學組成的鋼所構成的油井用無縫鋼管的情況，如果抗拉強度(TS)為931MPa(135ksi)以下，則能夠維護良好的耐硫化物應力裂紋性。因此，優(yōu)選油井用無縫鋼管的抗拉強度為931MPa(135ksi)以下。更優(yōu)選抗拉強度的上限為897MPa(130ksi)。
接下來，闡述本發(fā)明的油井用無縫鋼管的制造方法。
本發(fā)明的油井用無縫鋼管，主要的組織是回火馬氏體，舊奧氏體結晶粒度即使是JIS G 0551(1998)規(guī)定的粒度號7號以下的比較粗的組織，其屈服比也高，耐硫化物應力裂紋性優(yōu)異。因此，如果以具有上述的化學組成的鋼的鋼塊作為原材，則鋼管制造方法的選擇的自由度高。
例如，將通過曼內斯曼式芯棒式無縫管軋機(Mannesmann mandrelmill)制管法穿孔、延伸軋制而形成的鋼管，以維持在Ar3相變點以上的溫度的狀態(tài)，供給到設于精軋機的后段的熱處理設備中進行淬火處理，之后，即使通過例如以600～750℃通過回火處理而制造，選擇節(jié)能型的在線制管-熱處理工序，也能夠制造屈服比高的鋼管，以希望的高強度獲得高耐硫化物應力裂紋性的油井用無縫鋼管。
另外，將熱精加工成形的鋼管冷卻到室溫后，以淬火爐再加熱，在900～1000℃的溫度范圍均熱，進行水淬火，之后以600～750℃進行回火處理，如果選擇據(jù)此而制造的離線制管-熱處理工序，與舊奧氏體粒徑的細粒效果相結合，能夠制造具有更高屈服比的鋼管，以更高強度得到高耐硫化物應力裂紋性的油井用無縫鋼管。
然而，以下闡述的制造方法最優(yōu)選。其理由是由于，因為從制管到淬火之間管被保持在高溫，所以容易將V和Mo這樣的元素保持在固溶狀態(tài)之下，在對于耐硫化物應力裂紋性的提高有利的高溫回火中，這些元素作為細微碳化物析出，有助于鋼管高強度化。
本發(fā)明的油井用無縫鋼管的制造方法，在延伸軋制的最終軋制溫度、和軋制結束后的熱處理方面具有特征。以下分別加以說明。
(1)延伸軋制的最終軋制溫度此溫度為800～1100℃。若比800℃低則鋼管的變形阻抗變得過大，產(chǎn)生工具磨損的問題。另一方面，若比1100℃高，則結晶粒變得過于粗大，耐硫化物應力裂紋性劣化。還有，比延伸軋制靠前的穿孔工序，可以是通常的方法，例如“曼內斯曼(Mannesmann)穿孔法。
(2)同時加熱處理結束了延伸軋制的鋼管，通過在線，即裝入設于一系列的鋼管制造線內的同時加熱爐中，在從Ar3相變點到1000℃的溫度區(qū)域進行同時加熱。該同時加熱的目的在于，消除鋼管的長方向的溫度的偏差，使組織均一化。
若同時加熱的溫度比Ar3相變點低，則鐵素體開始生成，從而得不到均一的淬火組織。另一方面，若比1000℃高，則結晶粒成長被促進，引起由粗?；瘜е碌哪土蚧飸α鸭y性的劣化。同時加熱的時間為管的整體壁厚達到均一的溫度所需要的時間。大概可以是5～10分鐘。延伸軋制的最終軋制溫度處于從Ar3相變點到1000℃的溫度區(qū)域時，同時加熱工序也可以省略，但是，為了減小管的長方向和壁厚方向的溫度偏差，優(yōu)選進行同時加熱。
還有，在線對鋼管進行同時加熱的溫度，如果為從Ar3相變點到1000℃，就能夠得到更均一的組織。因此，在線同時加熱鋼管鋼的溫度，優(yōu)選從Ar3相變點到1000℃的溫度區(qū)域。
(3)淬火處理經(jīng)上述的工序而將處于從Ar3相變點到1000℃的溫度區(qū)域的鋼管淬火。淬火以管的整體壁厚變成馬氏體組織這樣充分的冷卻速度來進行。通?？梢允撬?。回火以比Ar1相變點低的溫度進行。優(yōu)選為600～700℃?；鼗饡r間可以根據(jù)管的壁肉，大概是20～60分鐘。
根據(jù)以上，能夠得到由回火馬氏體構成的性質優(yōu)異的油井用無縫鋼管。
實施例以下，通過實施例更詳細地說明本發(fā)明。
制作由表3所示的28種的鋼種構成的外徑225mm的坯料，將其加熱到1250℃后，通過曼內斯曼-芯棒式無縫(Mannesmann mandrel)制管法，成形為外徑244.5mm×壁厚13.8mm的無縫鋼管。
表3


成形后的無縫鋼管，裝入構成設于精軋機(延伸軋制機)的后段的熱處理設備的同時加熱爐，該爐內溫度為950℃，使之在爐內5分鐘，均一地進行同時加熱后，進行水淬火。
水淬火后的無縫鋼管，裝入回火爐，以650～720℃之間的溫度實施20分鐘均熱的回火處理，使屈服強度調整為大致110ksi(758Mpa)這樣的強度，最終成為制品鋼管，油井用無縫鋼管。還有，水淬火狀態(tài)的鋼管的舊奧氏體結晶粒度，在No.1～28的鋼中，以JIS G 0551(1998)所規(guī)定的粒度編號計，為7號以下。
接著，從制品鋼管提取各種試驗片實施下述的試驗，調查油井用無縫鋼管的性能。另外，調查各鋼的淬火性。
1.淬火性從制管軋制前的坯料提取末端淬透試驗片，以1100℃奧氏體化后，進行末端淬透性試驗。淬火性的評價，比較從末端淬透端10mm的位置的洛氏硬度C(JHRC10)、和作為各鋼對應于馬氏體率90％的洛式硬度C的預測值的“(C％×58)+27”的值，JHRC10的方面顯示出高的值時，淬火性為“良好”，JHRC10的值在“(C％×58)+27”的值以下時，淬火性為“不良”。
2.拉伸試驗從鋼管的長方向，提取API規(guī)格的5TC所規(guī)定的弧狀抗拉試驗片，實施抗拉試驗，測定屈服強度YS(ksi)和抗拉強度TS(ksi)、以及屈服比YR(％)。
3.耐腐蝕試驗從鋼管的長方向，提取NACE的TM0177-96所規(guī)定的A法試驗片，硫化氫的分壓作為101325Pa(1atm)，用硫化氫在飽和的25℃的0.5％醋酸+5％食鹽水環(huán)境中，實施NACE的A法試驗，測定極限負荷應力(試驗720小時而未斷裂的量大應力。通過與各鋼管的實際的屈服強度的比表示)。如果極限負荷應力是YS的90％以上，則耐硫化物應力裂紋性為良好。
表4表示以上的調查結果。還有，表4的“淬火性”一欄，由比較了JHRC10和“(C％×58)+27”的值的結果的“良好”或“不良”表示。
表4


由表4可知，具有由本發(fā)明規(guī)定的化學組成的No.1～23的鋼，淬火性良好，且屈服比高，耐硫化物應力裂紋性良好。
另一方面，脫離本發(fā)明規(guī)定的成分范圍的No.24～38的鋼，耐硫化物應力裂紋性均差。No.24的鋼，因為Mo含量脫離本發(fā)明規(guī)定的范圍，所以淬火性不足，得不到均一的淬火回火組織，就是說得不到均一的回火馬氏體組織，屈服比低，耐硫化物應力裂紋性也不良。
No.25的鋼，C、Mn、Cr和Mo各自單獨的含量都在本發(fā)明規(guī)定的范圍內，但式(1)的A值比0.43低，因為不滿足本發(fā)明規(guī)定的條件，所以淬火性不足，得不到均一的淬火回火組織，就是說得不到均一的回火馬氏體組織，屈服比低，耐硫化物應力裂紋性也差。
No.26的鋼，淬火性良好，屈服比高，但是Cr的含量比本發(fā)明的規(guī)定高，耐硫化物應力裂紋性不良。
No.27的鋼，雖然式(1)的A值滿足本發(fā)明規(guī)定的條件，但是Mo單獨的含量比本發(fā)明規(guī)定的下限值低，因此淬火性不足，屈服比低，耐硫化物應力裂紋性也差。
No.28的鋼，雖然淬火性高，但是C的含量比本發(fā)明的規(guī)定高，因此屈服比低，耐硫化物應力裂紋性差。
制作由表5所示的3種的鋼種構成的外徑225mm的坯料，將其加熱到1250℃后，通過曼內斯曼-芯棒式無縫(Mannesmann mandrel)制管法，成形為外徑244.5mm×壁厚13.8mm的無縫鋼管。還有，表5中的No.29～31的鋼，全是具有本發(fā)明規(guī)定的化學組成的鋼。
表5


成形后的無縫鋼管，裝入構成設于精軋機(延伸軋制機)的后段的熱處理設備的同時加熱爐，該爐內溫度為950℃，使之在爐內5分鐘，均一地進行同時加熱后，進行水淬火。
水淬火后的無縫鋼管，切割成兩段后，分別裝入650～720℃之間的溫度回火爐，實施30分鐘均熱的回火處理，調整強度使抗拉強度為大致125～135ksi(862～931MPa)，最終成為制品鋼管，油井用無縫鋼管。還有，水淬火狀態(tài)的鋼管的舊奧氏體結晶粒度，在No.29～31的鋼中，以JISG 0551(1998)所規(guī)定的粒度編號計為7號以下。
接著，從制品鋼管提取各種試驗片實施下述的試驗，調查油井用無縫鋼管的性能。另外，調查各鋼的淬火性。
1.淬火性從制管軋制前的坯料提取末端淬透試驗片，以1100℃奧氏體化后，進行末端淬透性試驗。淬火性的評價，比較從末端淬透端10mm的位置的洛氏硬度C(JHRC10)、和作為各鋼對應于馬氏體率90％的洛式硬度C的預測值的“(C％×58)+27”的值，JHRC10的方面顯示出高的值時，淬火性為“良好”，JHRC10的值在“(C％×58)+27”的值以下時，淬火性為“不良”。
2.拉伸試驗從鋼管的長方向，提取API規(guī)格的5TC所規(guī)定的弧狀抗拉試驗片，實施抗拉試驗，測定屈服強度YS(ksi)和抗拉強度TS(dsi)、以及屈服比YR(％)。
3.耐腐蝕試驗從鋼管的長方向，采取NACE的TM0177-96所規(guī)定的A法試驗片，硫化氫的分壓作為101325Pa(1atm)，以硫化氫在飽和的25℃的0.5％醋酸+5％食鹽水環(huán)境中，實施NACE的A法試驗，測定極限負荷應力(試驗720小時而未斷裂的最大應力。通過與各鋼管的實際的屈服強度的比表示)。如果極限負荷應力是YS的90％以上，則耐硫化物應力裂紋性為良好。
表6表示以上的調查結果。還有，表6的“淬火性”一欄，由比較了JHRC10和“(C％×58)+27”的值的結果的“良好”或“不良”表示。
表6


由表6可知，具有本發(fā)明規(guī)定的化學組成的No.29～31的鋼，淬火性良好，且屈服比高，耐硫化物應力裂紋性良好。
然后，其中抗拉強度為130ksi(897Mpa)以下的編號29-2、30-2、31-1及31-2的情況，耐硫化物應力裂紋性更佳。
工業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的油井用無縫鋼管，即使是舊奧氏體結晶粒度由JIS G 0551(1998)規(guī)定的粒度號計為7號以下的比較粗的淬火回火組織，即回火馬氏體組織，因為具有高屈服比，所以其仍是高強度，而且耐硫化物應力裂紋性優(yōu)異的鋼管。
本發(fā)明的油井用無縫鋼管，由于不需要用于細粒化的再熱處理，所以可以采用生產(chǎn)效率高的在線制管-熱處理工序而以低成本制造。
權利要求
1.一種油井用無縫鋼管，其特征在于，以質量％計，含有C0.1～0.20％、Si0.05～1.0％、Mn0.05～1.0％、Cr0.05～1.5％、Mo0.05～1.0％、Al0.10％以下、Ti0.002～0.05％和B0.0003～0.005％，并且，由下述的式(1)求得的A的值為0.43以上，余量由Fe和雜質構成，雜質中的P為0.025％以下，S為0.010％以下，N為0.007％以下，A＝C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)……(1)其中，式(1)中的C、Mn、Cr和Mo表示各個的元素的質量％。
2.一種油井用無縫鋼管，其特征在于，以質量％計，含有C0.1～0.20％、Si0.05～1.0％、Mn0.05～1.0％、Cr0.05～1.5％、Mo0.05～1.0％、Al0.10％以下、Ti0.002～0.05％、B0.0003～0.005％，還含有V0.03～0.2％和Nb0.002～0.04％中的一種或兩種，并且，由下述的式(1)求得的A的值為0.43以上，余量由Fe和雜質構成，雜質中的P為0.025％以下，S為0.010％以下，N為0.007％以下，A＝C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)……(1)其中，式(1)中的C、Mn、Cr和Mo表示各個的元素的質量％。
3.一種油井用無縫鋼管，其特征在于，以質量％計，含有C0.1～0.20％、Si0.05～1.0％、Mn0.05～1.0％、Cr0.05～1.5％、Mo0.05～1.0％、Al0.10％以下、Ti0.002～0.05％、B0.0003～0.005％，還含有Ca0.0003～0.005％、Mg0.0003～0.005％和REM0.0003～0.005％中的一種或兩種以上，并且，由下述的式(1)求得的A的值為0.43以上，余量由Fe和雜質構成，雜質中的P為0.025％以下，S為0.010％以下，N為0.007％以下，A＝C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)……(1)其中，式(1)中的C、Mn、Cr和Mo表示各個的元素的質量％。
4.一種油井用無縫鋼管，其特征在于，以質量％計，含有C0.1～0.20％、Si0.05～1.0％、Mn0.05～1.0％、Cr0.05～1.5％、Mo0.05～1.0％、Al0.10％以下、Ti0.002～0.05％、B0.0003～0.005％，還含有V0.03～0.2％和Nb0.002～0.04％中的一種或兩種，此外還含有Ca0.0003～0.005％、Mg0.0003～0.005％和REM0.0003～0.005％中的一種或兩種以上，并且，由下述的式(1)求得的A的值為0.43以上，余量由Fe和雜質構成，雜質中的P為0.025％以下，S為0.010％以下，N為0.007％以下，A＝C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)……(1)其中，式(1)中的C、Mn、Cr和Mo表示各個的元素的質量％。
5.根據(jù)權利要求1～4中任一項所述的油進用無縫鋼管，其特征在于，抗拉強度為931MPa以下。
6.一種油井用無縫鋼管的制造方法，其特征在于，將具有權利要求1至4中任一項所述的化學組成、并且由下述的式(1)求得的A的值為0.43以上的鋼坯在熱條件下進行穿孔，延伸軋制后，將最終軋制溫度作為800～1100℃進行制管，將得到的鋼管在線以從Ar3相變點到1000℃的溫度區(qū)域進行同時加熱，從Ar3相變點以上的溫度進行淬火，接著以比Ar3相變點低的溫度回火，A＝C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)……(1)其中，式(1)中的C、Mn、Cr和Mo表示各個的元素的質量％。
7.根據(jù)權利要求6所述的油井用無縫鋼管的制造方法，其特征在于，在線對鋼管進行同時加熱的溫度是從Ar3相變點至1000℃的溫度區(qū)域。
全文摘要
一種耐硫化物應力裂紋性優(yōu)異的高強度油井用無縫鋼管，含有C0.1～0.20％、Si0.05～1.0％、Mn0.05～1.0％、Cr0.05～1.5％、Mo0.05～1.0％、Al0.10％以下、Ti0.002～0.05％、B0.0003～0.005％，并且，C(％)+(Mn(％)/6)+(Cr(％)/5)+(Mo(％)/3)的值為0.43以上，余量由Fe和雜質構成，雜質中的P為0.025％以下，S為0.010％以下，N為0.007％以下。該油井用無縫鋼管也可以包含特定量的V和Nb的一種以上，及/或特定量的Ca、Mg和REM的一種以上。該油井用無縫鋼管，由于不需要用于細粒化的再熱處理，所以可以采用生產(chǎn)效率高的在線制管－熱處理工序而以低成本制造。
文檔編號C21D8/10GK1914343SQ200580003248
公開日2007年2月14日 申請日期2005年1月28日 優(yōu)先權日2004年1月30日
發(fā)明者荒井勇次, 大村朋彥, 中村圭一 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社