專(zhuān)利名稱(chēng)：由高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用了斜輥式穿孔機(jī)的高Cr-高Ni基合金鋼鋼坯的穿孔軋制方法。

背景技術(shù)：
在制造無(wú)縫鋼管時(shí)，采用使用穿孔機(jī)對(duì)圓形截面的鑄坯進(jìn)行穿孔軋制的曼內(nèi)斯曼芯棒式無(wú)縫軋管法、曼內(nèi)斯曼自動(dòng)軋管法、曼內(nèi)斯曼阿塞爾(Assel mill)軋管法等方法。上述通過(guò)曼內(nèi)斯曼方式進(jìn)行的無(wú)縫管的制造方法是在利用斜輥式穿孔機(jī)對(duì)在加熱爐中加熱到規(guī)定溫度的鋼坯進(jìn)行穿孔軋制之后，使用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)、自動(dòng)管軋機(jī)等軋延機(jī)對(duì)所獲得的空心管坯進(jìn)行擴(kuò)管，減小壁厚，之后利用拉伸縮徑軋機(jī)、定徑機(jī)等減徑機(jī)縮小外徑，加工出成品的鋼管的方法。
對(duì)于無(wú)縫鋼管的制造方法公開(kāi)有各種發(fā)明。
例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了這樣的發(fā)明在用加熱爐加熱了含有9重量％以上的鉻的高Cr合金鋼的鋼坯后利用穿軋機(jī)進(jìn)行軋制穿孔而制造無(wú)縫鋼管用管坯時(shí)，在不會(huì)使上述管坯的金相組織中出現(xiàn)σ鐵素體的那樣的條件對(duì)鋼坯進(jìn)行軋制。在專(zhuān)利文獻(xiàn)1的實(shí)施例中，例示有利用12％Cr鋼制造無(wú)縫鋼管的例子。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了這樣的發(fā)明在對(duì)由以質(zhì)量％計(jì)含有C0.95～1.10％的高碳鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管進(jìn)行鋼坯加熱繼而進(jìn)行穿孔軋制時(shí)，將上述鋼坯加熱溫度設(shè)在1200℃以下，且將軸向平均應(yīng)變速度εAV設(shè)在2.0sec-1以下。在專(zhuān)利文獻(xiàn)2的實(shí)施例中，例示有利用相當(dāng)于SUJ-2的鋼制造無(wú)縫鋼管的例子。
近年來(lái)，油井管道、鍋爐管道等的使用環(huán)境變得更加嚴(yán)酷。因此，對(duì)所使用的無(wú)縫鋼管的特性的要求變得高度化。例如，對(duì)于在推進(jìn)了高深度化、高腐蝕性環(huán)境化的油井中使用的油井管道要求具有更高的強(qiáng)度、且具有更優(yōu)異的耐腐蝕性。另一方面，對(duì)于在核發(fā)電設(shè)備、化工設(shè)備等所用的管則要求具有在高溫的純水、含有Cl-的高溫水中的耐腐蝕性、特別是具有優(yōu)異的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性。因此，正在應(yīng)用由含有大量的Cr以及Ni、乃至Mo的高合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)平10-180312號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)2001-137913號(hào)公報(bào) 含有Mo的高Cr-高Ni基合金鋼的變形阻力大約是碳鋼的2.4倍左右，與13％Cr鋼、BBS鋼等相比其變形阻力也接近它們的2倍，所以穿孔軋制的加工性變差。因此，用于穿孔軋制的頂頭的壽命變短。另外，軋制扭矩增大，并且因加工發(fā)熱而導(dǎo)致的溫度上升也大幅增加。存在由于穿孔軋制時(shí)的溫度上升使壁厚內(nèi)部發(fā)生晶界熔化裂紋(熔化狀的內(nèi)表面斑痕)的問(wèn)題。
對(duì)于上述的問(wèn)題點(diǎn)，在以12％Cr鋼管為對(duì)象的專(zhuān)利文獻(xiàn)1以及以相當(dāng)于SUJ-2的鋼管為對(duì)象的專(zhuān)利文獻(xiàn)2中既沒(méi)有記載也沒(méi)有啟示，除此之外，沒(méi)有找到對(duì)由含有Mo的高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管所特有的問(wèn)題有所提及的文獻(xiàn)。另外，也沒(méi)有對(duì)為了解決上述那樣的無(wú)縫鋼管的問(wèn)題而根據(jù)輥圓周速度和壁厚加工度的關(guān)系決定適當(dāng)?shù)匿撆骷訜釡囟扔兴峒暗奈墨I(xiàn)。
因此，本發(fā)明人為了解決上述的在含有Mo的高Cr-高Ni基合金制無(wú)縫鋼管的制造過(guò)程中發(fā)生的熔化狀的內(nèi)表面斑痕的問(wèn)題，對(duì)加熱溫度以及輥圓周速度的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的研究，但只調(diào)整上述兩者的關(guān)系，并不能完全防止Mo熔化狀的內(nèi)表面斑痕的產(chǎn)生。另一方面，若降低軋制速度，雖然能夠抑制加工發(fā)熱，但存在軋制時(shí)間變長(zhǎng)、另外由于被軋制材料的變形阻力的增加而產(chǎn)生頂頭壽命極端縮短等問(wèn)題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠防止在由斜輥式穿孔機(jī)穿孔后的管坯內(nèi)表面產(chǎn)生熔化狀的內(nèi)表面斑痕、并能夠延長(zhǎng)頂頭的使用壽命的高Cr-高Ni基合金制無(wú)縫鋼管的制造方法。
本發(fā)明的主旨在于下述的高Cr-高Ni基合金制無(wú)縫鋼管的制造方法。
(1)一種高Cr-高Ni基合金制無(wú)縫鋼管的制造方法，其對(duì)由以質(zhì)量％計(jì)含有Mo+0.5W在1.5％以上的Mo以及W的1種以上、20～30％的Cr、30～50％的Ni的高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的被軋制原材料進(jìn)行斜軋穿孔而制造無(wú)縫鋼管，其特征在于，在滿(mǎn)足下述式(1)的條件下加熱被軋制原材料，之后以輥凹槽(roll gouge)圓周速度在2.28m/sec以上的條件進(jìn)行斜軋穿孔。
T≤1575-4.45×Vf-104.7×{-ln(th/r0)}…(1) 其中，(1)式中的符號(hào)的意思如下所述。
T被軋制原材料的加熱溫度(℃) Vf輥凹槽處的輥圓周速度(m/sec) r0進(jìn)入側(cè)原材料鋼坯的半徑(mm) th穿孔后的管坯壁厚(mm) (2)根據(jù)上述(1)所述的由高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管的制造方法，其中，被軋制原材料的加熱溫度在1180～1250℃的范圍內(nèi)。
(3)根據(jù)上述(1)或(2)所述的由高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管的制造方法，其中，以輥凹槽圓周速度為2.28m/sec～4.6m/sec的條件進(jìn)行斜軋穿孔。
(4)根據(jù)上述(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的由高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于，穿孔比在3以下。
(5)根據(jù)上述(1)～(4)中任一項(xiàng)所述的由高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于，被軋制原材料的長(zhǎng)度在7m以下。
(6)根據(jù)上述(1)～(5)中任一項(xiàng)所述的由高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于，被軋制原材料以質(zhì)量％計(jì)含有Mo10％以下以及W20％以下的一種以上、C0.04％以下、Si0.5％以下、Mn0.01～3.0％、P0.03％以下、S0.03％以下、Ni30～50％、Cr20～30％、Cu0.01～1.5％、Al0.20％以下、N0.0005～0.2％以及Ca0.01％以下，剩余部分由Fe以及雜質(zhì)構(gòu)成。
采用本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的制造方法，在進(jìn)行變形能力很差、且變形阻力非常大的含有Mo的高Cr-高Ni基合金鋼的斜軋穿孔時(shí)，能夠防止因晶界熔化而引起熔化狀的內(nèi)表面斑痕的產(chǎn)生，并能夠提高頂頭的使用壽命。



圖1是例示使用了錐形的輥的高Cr-高Ni基合金制無(wú)縫鋼管的制造裝置的圖。
圖2是例示使用了筒形的輥的高Cr-高Ni基合金制無(wú)縫鋼管的制造裝置的圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明 1、鋼坯；11、12、13、14、輥；2、頂頭；31、入口面；32、出口面；4、管坯；G、輥凹槽。

具體實(shí)施例方式 (a)關(guān)于被軋制原材料的化學(xué)組成 用于本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的制造方法的被軋制原材料含有20～30％的Cr、30～50％的Ni、Mo+0.5W在1.5％以上的Mo以及W的1種以上。
Cr20～30％ Cr是用于提高耐腐蝕性的元素，含有20％以上。在含量大于30％時(shí)，對(duì)熱加工性產(chǎn)生不良影響。因而，將Cr的含量設(shè)為20～30％。
Ni30～50％ Ni是有利于提高耐腐蝕性的元素，含有30％以上。另一方面，即使大于50％其效果也已經(jīng)飽和。因而，將Ni的含量設(shè)為30～50％。
Mo+0.5W1.5％以上 Mo以及W是具有改善耐點(diǎn)蝕性的作用的元素，可以添加任意一種或兩種都添加。但是，由于在其含量以(Mo+0.5W)計(jì)小于1.5％時(shí)不能獲得上述效果，因此將Mo+0.5W設(shè)在1.5％以上。Mo+0.5W的上限沒(méi)有特別限定，但即使大量增加其含量也不過(guò)是使其效果飽和。因而，Mo+0.5W最好在10％以下。
被軋制原材料除了含有上述合金元素之外、還可以含有下述合金元素。下面，說(shuō)明各元素的最佳含量的范圍和其限定理由。
C0.04％以下 C與Cr、Mo、Fe等形成碳化物，但在C量增加時(shí)，延展性值和韌性值下降。因此，最好將C的量限制在0.04％以下。
Si0.5％以下 為了防止σ相的生成、抑制延展性以及韌性的下降，最好盡量減少Si的含量。因而，最好將Si的含量限制在0.5％以下。
Mn0.01～3.0％ Mn有利于提高熱加工性。因此，最好含有0.01％以上的Mn，但由于有時(shí)使耐腐蝕性變差，因此最好在3.0％以下。因而，在含有Mn的情況下，將其含量設(shè)為0.01～3.0％較佳。特別是，在σ相的生成成為問(wèn)題的情況下，最好將Mn的含量設(shè)為0.01～1.0％。
P0.03％以下 P通常作為雜質(zhì)存在于鋼中，是對(duì)鋼的熱加工性等產(chǎn)生不良影響的元素。因此，最好將P的含量設(shè)在0.03％以下。
S0.03％以下 S也是作為雜質(zhì)存在于鋼中的，是對(duì)鋼的韌性等產(chǎn)生不良影響的元素。因此，最好將S的含量限制在0.03％以下。
Cu0.01～1.5％ Cu是有利于提高蠕變斷裂強(qiáng)度的元素，優(yōu)選含有0.01％以上。但是，在Cu含量大于1.5％時(shí)，有時(shí)使合金的延展性下降。因而，最好將Cu的含量限制為0.01～1.5％。
Al0.20％以下 Al作為脫氧材料是有效的，有助于生成σ相等金屬間化合物。因此，最好將Al的含量限制在0.20％以下。
N0.0005～0.2％ N是固溶強(qiáng)化元素，有助于實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化，并且抑制σ相等金屬間化合物的生成，從而有助于提高韌性。因此，優(yōu)選含有0.0005％以上的N。但是，在其含量大于0.2％時(shí)，耐點(diǎn)蝕性有可能變差。因此，最好將N的含量設(shè)為0.0005～0.2％。
Ca0.005％以下 Ca將阻礙熱加工性的S作為硫化物進(jìn)行固定，但在其含量過(guò)多的情況下，反而會(huì)使熱加工性下降，因此最好將Ca的含量限制在0.005％以下。
(b)關(guān)于斜軋穿孔的條件 1.加熱條件 在本發(fā)明的高Cr-高Ni基合金制無(wú)縫鋼管的制造方法中，以滿(mǎn)足下述式(1)的條件加熱被軋制原材料，之后以輥凹槽圓周速度在2.28m/sec以上的條件進(jìn)行斜軋穿孔。
T≤1575-4.45×Vf-104.7×{-ln(th/r0)}…(1) 其中，式(1)中的符號(hào)的意思如下所述。
T加熱溫度(℃) Vf輥凹槽處的輥圓周速度(m/sec) r0進(jìn)入側(cè)原材料鋼坯的半徑(mm) th穿孔后的管坯壁厚(mm) 這是根據(jù)斜軋穿孔時(shí)的壁厚加工對(duì)數(shù)應(yīng)變(-In(th/r0))以及輥圓周速度(Vf)的關(guān)系式導(dǎo)出加熱爐的設(shè)定溫度的公式。即，若滿(mǎn)足該式(1)，則能夠在加工度比較小的情況下增高加熱溫度，并且能夠提高穿孔速度，從而減小芯棒的負(fù)荷并提高效率，謀求縮短頂頭的接觸時(shí)間，提高頂頭的使用壽命。
斜軋穿孔前的加熱溫度特別是最好在1180～1250℃的范圍內(nèi)。即使在加熱溫度滿(mǎn)足上述式(1)的情況下，若斜軋穿孔前的加熱溫度小于1180℃，則變形阻力增大，所以有可能增大穿孔負(fù)荷。因此，斜軋穿孔設(shè)備的設(shè)備能力有可能受到限制。另一方面，在斜軋穿孔前的加熱溫度大于1250℃時(shí)，容易因晶界熔化而導(dǎo)致產(chǎn)生熔化狀的內(nèi)表面斑痕。
在降低輥凹槽圓周速度時(shí)，穿孔軋制的時(shí)間增加而使頂頭的使用壽命減短，并且效率變差。因而，將輥凹槽圓周速度設(shè)在2.28m/sec以上。輥凹槽圓周速度的上限沒(méi)有特別限制，但若過(guò)大，容易由于晶界熔化而導(dǎo)致產(chǎn)生熔化狀的內(nèi)表面斑痕。因而，最好將輥凹槽圓周速度設(shè)在4.6m/sec以下。
圖1以及圖2是例示用于實(shí)施本發(fā)明的高Cr-高Ni基合金制無(wú)縫鋼管的制造方法的裝置的示意圖，圖1表示的是在使用了錐形輥的情況下的例子，圖2表示的是使用了筒形輥的例子。如圖1以及圖2所示，鋼坯1從圖的左方向右方前進(jìn)，被咬入旋轉(zhuǎn)著的輥11、12(在圖2中為輥13、14)中，并且被頂頭2穿孔而成為管坯4。
在此，輥凹槽是指一對(duì)輥間隔變成最小的位置。例如，在圖1所示的錐形輥11、12的情況下，連結(jié)入口面31和出口面32相交的點(diǎn)的位置G就是輥凹槽，在圖2所示的筒形輥的情況下，輥直徑變成最大的位置G就是輥凹槽。
上述斜軋穿孔后的管坯的長(zhǎng)度最好在7m以下。這是因?yàn)?，頂頭的使用壽命與被軋制材料的變形阻力以及穿孔時(shí)間有密切關(guān)系，在穿孔長(zhǎng)度變長(zhǎng)時(shí)，頂頭的負(fù)荷變大，頂頭在斜軋穿孔中途熔損而發(fā)生頂頭堵塞等軋制不良，即使能夠進(jìn)行斜軋穿孔，頂頭前端部也會(huì)磨損、頂頭主體也會(huì)受到損傷，有可能變成不能在下次軋制時(shí)使用的狀態(tài)。
實(shí)施例1 為了確認(rèn)本發(fā)明的效果，制作由高Cr-Ni基合金構(gòu)成的直徑225mmφ、長(zhǎng)2～4m的鋼坯，該高Cr-Ni基合金以質(zhì)量％計(jì)含有C0.019％、Cr26.0％、Ni32.3％、Mo3.2％以及P0.028％、剩余部分由Fe以及雜質(zhì)構(gòu)成，將該鋼坯加熱到1180～1260℃，之后以1.5～3.0的穿孔比、2.28～5.31m/s的輥凹槽圓周速度進(jìn)行了斜軋穿孔的實(shí)驗(yàn)。表1表示對(duì)利用各種制造方法制成的鋼管的內(nèi)表面的熔化斑痕進(jìn)行了評(píng)價(jià)的結(jié)果。
表1 表1 <熔化裂紋評(píng)價(jià)> 無(wú)熔化裂紋○、有熔化裂紋× 如表1所示，在滿(mǎn)足式(1)的關(guān)系的No.1～4、7～10、13～16、19～22、25～27、31、32、37以及38的例子中，都沒(méi)有產(chǎn)生熔化裂紋，但是在沒(méi)有滿(mǎn)足式(1)的其他例子中，產(chǎn)生了熔化裂紋。
實(shí)施例2 另外，制作由高Cr-Ni基合金構(gòu)成的直徑225mmφ、長(zhǎng)5～10m的鋼坯，該高Cr-Ni基合金以質(zhì)量％計(jì)含有C0.019％、Cr26.0％、Ni32.3％、Mo3.2％以及P0.028％、剩余部分由Fe以及雜質(zhì)構(gòu)成，將該鋼坯加熱到1210℃，之后以1.7～2.3的穿孔比、3.5m/s的輥凹槽圓周速度進(jìn)行斜軋穿孔的實(shí)驗(yàn)。調(diào)查了對(duì)各種管坯長(zhǎng)度的鋼坯進(jìn)行了軋制時(shí)在頂頭的前端部產(chǎn)生熔損、變成不能在下次的軋制中使用的狀態(tài)為止的循環(huán)次數(shù)。如下所示，在管坯長(zhǎng)度大于7m時(shí)，頂頭的使用壽命極端縮短。
管坯長(zhǎng)度循環(huán)次數(shù) 5m 4次 6m 4次 7m 3次 8m 1次 9m 0次 10m 0次 工業(yè)實(shí)用性 采用本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的制造方法，在進(jìn)行變形能力很差、且變形阻力非常大的含有Mo的高Cr-高Ni基合金鋼的斜軋穿孔時(shí)，能夠防止因晶界熔化而導(dǎo)致產(chǎn)生熔化狀的內(nèi)表面斑痕，并且能夠提高頂頭的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種高Cr-高Ni基合金制無(wú)縫鋼管的制造方法，其對(duì)由以質(zhì)量％計(jì)含有20～30％的Cr、30～50％的Ni、Mo+0.5W在1.5％以上的Mo以及W的1種以上的高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的被軋制原材料進(jìn)行斜軋穿孔而制造無(wú)縫鋼管，其特征在于，
以滿(mǎn)足下述式(1)的條件加熱被軋制原材料，之后以輥凹槽圓周速度在2.28m/sec以上的條件進(jìn)行斜軋穿孔；
T≤1575-4.45×Vf-104.7×{-ln(th/r0)}…(1)
其中，(1)式中的符號(hào)的意思如下所述
T被軋制原材料的加熱溫度(℃)
Vf輥凹槽上的輥圓周速度(m/sec)
r0進(jìn)入側(cè)原材料鋼坯的半徑(mm)
th穿孔后的管坯壁厚(mm)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于，
被軋制原材料的加熱溫度在1180～1250℃的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的由高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于，
以輥凹槽圓周速度在2.28m/sec以上且在4.6m/sec以下的條件進(jìn)行斜軋穿孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的由高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于，
穿孔比在3以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的由高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于，
被軋制原材料的長(zhǎng)度在7m以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任意一項(xiàng)所述的由高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于，
被軋制原材料以質(zhì)量％計(jì)含有Mo10％以下以及W20％以下的一種以上、C0.04％以下、Si0.5％以下、Mn0.01～3.0％、P0.03％以下、S0.03％以下、Ni30～50％、Cr20～30％、Cu0.01～1.5％、Al0.20％以下、N0.0005～0.2％以及Ca0.01％以下，剩余部分由Fe以及雜質(zhì)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種由高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的無(wú)縫鋼管的制造方法。其中，在對(duì)由以質(zhì)量％計(jì)含有Mo+0.5W在1.5％以上的Mo以及W的1種以上、20～30％的Cr、30～50％的Ni的高Cr-高Ni基合金鋼構(gòu)成的被軋制原材料進(jìn)行斜軋穿孔時(shí)，以滿(mǎn)足下述式(1)的條件加熱被軋制原材料，之后以輥凹槽圓周速度在2.3m/sec以上的條件進(jìn)行斜軋穿孔。從而能夠防止產(chǎn)生熔化狀的內(nèi)表面斑痕，并且能夠提高頂頭的使用壽命。T≤1575-4.45×Vf-104.7×{-ln(th/r0)}…(1)其中，T表示加熱溫度(℃)、Vf表示輥凹槽上的輥圓周速度(m/sec)、r0表示進(jìn)入側(cè)原材料鋼坯的半徑(mm)、th表示穿孔后的管坯壁厚(mm)。
文檔編號(hào)C21D8/10GK101605616SQ20078004752
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者平瀨直也, 山川富夫, 下田一宗 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社