專利名稱：：高合金管的制造方法
技術領域：
：本發明涉及常溫延展性優異的高合金管的制造方法。更加詳細地說，涉及一種能夠通過熱加工來制管，并且在制管后為了獲得更高強度而進行冷加工時具有充分的延展性的高合金管的制造方法。
背景技術：
：在深井、過于苛刻的腐蝕環境的油井、氣井(以下只稱為"油井"。)中，作為油井管使用高Cr-高Ni合金構成的高合金管。而且，為了在比以往更過于苛刻的環境下使用，特別要求110~140ksi等級(最低屈服強度757.3~963.8MPa)的高強度且具有耐腐蝕性的高強度高合金管。而且，因為高強度高合金管作為油井管被使用在施加有彎曲、拉伸的力這樣的環境下的情況下有時發生彎曲、斷裂等，所以不僅要求具有強度，而且也要求具有高延展性。例如，在IS013680"石油和天然氣工業一用作套管、油管和接箍的防腐合金無縫鋼管一交貨技術條件，，中，屈月l強度為110ksi(757.3MPa)等級、125ksi(860.5MPa)等級、140ksi(963.8MPa)等級的延伸率分另'J被規定為11%以上、10%以上、9%以上。這樣，要求一種能夠使用于更加過于苛刻的環境下，具有更高的延伸率的高合金管。而且，從制造面上來考慮，使用高合金的鋼坯，通過玻璃潤滑劑高速擠壓法等擠壓制管法或曼內斯曼制管法等熱加工來制造高合金管。此時，也要求優異的熱加工性。在專利文獻1和專利文獻2中，公開了如下的奧氏體系不銹3鋼，即，為了防止在對通過連續鑄造而制造的高合金鋼鑄坯進行熱軋制時的粒界裂紋，通過使S量和O量為以與Ca量、Ce量的關系式所規定的范圍內來改善熱加工性。但是，考慮到改善通過最終的冷加工使高Cr-高Ni合金為高強度時的延展性的材料設計仍沒有被研究出。另一方面，在專利文獻36中，7>開了如下的方法，即，在對高Cr-高Ni合金實施熱加工和固溶處理后，通過以1060%的壁厚縮小率進行冷加工，從而獲得高強度的高合金油井管。而且，專利文獻7公開了如下的經過冷加工的奧氏體合金，即，通過以特定的關系分別含有La、Al、Ca、O而控制夾雜物的形狀，在硫化氫環境下的耐腐蝕性優異。在此的冷加工是為了增加強度而進行的，但是從耐腐蝕性的觀點出發，進行30%以下的減少壁厚的加工。而且，在專利文獻8中，公開有通過調整Cu和Mo的含量而改善了在硫化氫環境下的耐SCC性的高Cr-高Ni合金，記載有優選在熱加工后通過進一步進行加工度為30%以下的冷加工而調整強度。曰本凈爭開日召59—182956號7>才艮曰本對爭開日召60—149748號7>才艮曰本凈爭開日召58—6927號7>才艮曰本凈爭開日召58—9922號7>凈艮曰本斗爭開日召58—11735號7>才艮美國專利4421571號說明書曰本斗爭開日召63—274743號7>才艮曰本凈爭開平ll_302801號7>才艮可是，高強度的材料必然延展性降低，因此，像油井管那樣被使用在施加有彎曲、拉伸的力的環境的情況下，有時會發專利文獻1專利文獻2專利文獻3專利文獻4專利文獻5專利文獻6專利文獻7專利文獻8生彎曲、斷裂等。可是，在上述專利文獻中均沒有任何關于如何改善延展性的啟發。
發明內容本發明是鑒于這樣的狀況而作出的，其目的在于，提供一種能夠通過熱加工來制管，并且即使在制管后為了獲得更高強度而進行冷加工后也具有充分的延展性且耐腐蝕性優異的高合金管的制造方法。本發明人為了解決上述的課題，對熱加工性和冷加工后的延展性進行了各種研究和實驗，其結果，獲得了如下的(a)~(e)所示的見解。(a)在深井和過于苛刻的腐蝕環境下被使用于油井的高合金管要求耐腐蝕性。若使高合金管的基本的化學組成為(20~30%)Cr-(22~40%)Ni-(0.01~4%)Mo,貝'j從耐腐蝕性的觀點來看需要降低C含量。(b)若直接降低C含量，則會引起強度不足。因此，優選積極地含有N，通過由N帶來的固溶強化:^某求強度提高。(c)若增大N含量，則熱加工性降低，熱制管時產生的缺陷可能會造成產品的缺陷。可是，如下面的(1)式所示可知，通過將N含量和O含量的積規定為規定值以下，能由熱加工制官。NxO《0.001......(1)其中，式中的N和O分別表示元素的含量(質量％)。另外，N含量和O含量的積的上限值優選是0.0007,更優選是0.0005。(d)由熱加工所形成的高合金管坯通過之后的冷加工被進一步高強度化，但是若為高N材料，則實施有固溶熱處理的管坯能夠獲得高強度。因此，在形成了高合金管坯之后，不需過度地提高進行冷加工時的加工度(截面縮小率)，即使低加工度也能確保希望的強度。這樣，通過設為高N材料，能避免由高加工度造成的常溫延展性(拉伸試驗中的延伸量)的降低。(e)本發明人基于上述的見解，為了獲得常溫延展性優異的高合金管，詳細地調查了固溶熱處理后的最終的冷加工的加工度和N含量的關系。其結果判明，合金成分和加工度影響強度和常溫延展性(延伸率)，越提高特定的合金元素的含量、或越提高冷加工度，則強度越上升、常溫延展性越降低。因此發現為了獲得確保作為目標的高強度且高的常溫延展性(延伸率)的高合金管，在將N含量規定為大于0.05%且小于等于0.30%的基礎上，著眼于對強度影響大的C含量和N含量的和即(C+N)的量和加工度，以截面縮小率表示的加工度Rd(%)只要不大于370x(C+N)即可。此外，發現了為了獲得目標強度而必要的加工度，以截面縮小率表示的加工度Rd(%)需要為15以上。即，發現了通過以下面的(2)式所表示的加工度進行冷加工，能獲得高強度且常溫延展性優異的高合金管。15《Rd(%)<370x(C+N)......(2)其中，式中的C和N分別表示元素的含量(質量％),而且，Rd表示以截面縮小率表示的加工度(％)。另外，優選上限是325x(C+N),更優選上限是280x(C+N)。本發明是在這樣的新的見解的基礎上完成的，其要旨如下面的(1)和(2)所示。以下，分別說明本發明(1)和本發明(2)。有時將本發明(1)和(2)總稱為本發明。(1)一種高合金管的制造方法，其是通過熱加工形成如下的高合金管坯后，通過冷加工制造高合金管的方法，該高合金管坯以質量％計，含有C:0.03%以下、Si:1.0%以下、Mn:0.05~1.5%，P:0.03%以下、S:0.03%以下、Ni:大于22%且小于等于40%、Cr:20~30%、Mo:大于等于0.01%且小于4.0%、Cu:0~4.0%、Al:0.001~0.30%、N:大于0.05%且小于等于0.30%、0:0.010%以下，剩余部分是Fe和雜質，并且，具有N含量和O含量的積滿足下述(1)式的化學組成，其特征在于，在以截面縮小率表示的加工度Rd滿足下述(2)式的條件下在最終的冷加工工序中進行冷加工。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中，式中的N、O和C分別表示元素的含量(質量％),而且，Rd表示以截面縮小率表示的加工度(％)。(2)上述(1)的高合金管的制造方法，其特征在于，在高合金管坯的化學組成中，替換Fe的一部分，以質量％計，含有Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下和稀土元素0.2%以下這3者中的1種或2種以上。采用本發明，提供一種能夠通過熱加工來制管，并且即使在制管后為了獲得更高強度而進行冷加工后也具有充分的延展性且耐腐蝕性優異的高合金管的制造方法。具體實施例方式接著，說明在本發明的高合金管的制造方法中所使用的高合金鋼的化學組成的限定理由。另外，各元素的含量的"％"表示"質量％"。C:0.03%以下若C的含量大于0.03。/。，則在結晶粒界形成Cr炭化物，粒界的應力腐蝕裂紋敏感性增大。因此，使其上限是0.03%。優選上限是0.02%。Si:1.0%以下Si是作為合金的脫氧劑有效的元素，能根據需要含有。可是，若其含量大于1.0%,則熱加工性降低，所以Si含量是l.O%以下。優選是0.5%以下。Mn:0.05~1.5%Mn與上述的Si相同，是作為合金的脫氧劑有效的元素，其效果能夠在含量為0.05%以上獲得。但是，若其含量大于1.5%，則熱加工性降低。因此，Mn含量是0.05~1.5%。優選范圍是0.5~0.75%。P:0.03%以下P是被作為雜質而含有的，但是若其含量大于0.03%,則在硫化氫環境下的應力腐蝕裂紋敏感性增大。因此，其上限是0.03%以下。優選上限是0.025%。S:0.03%以下S與上述的P相同，是被作為雜質而含有的，但是若其含量大于0.03%，則熱加工性顯著降低。因此，其上限是0.03%。優選上限是0.005%。Ni:大于22%且小于等于40%Ni具有提高耐硫化氫腐蝕性的作用。但是，若其含量為22%以下，則因為在合金的外表面無法充分地生成Ni硫化物保護膜，所以無法獲得含有Ni的效果。另一方面，即使含有大于40%，其效果也會飽和，造成合金的價格上升，從而損害經濟性。因此，Ni含量為大于22Q/。且小于等于40。/。。優選范圍是25~37%,更優選是27%以上且小于35%。Cr:20~30%8Cr是在與Ni共存的條件下對提高以耐應力腐蝕裂紋性為代表的耐硫化氫腐蝕性有效的成分。但是，若其含量小于20%,則無法獲得其效果。另一方面，若其含量大于30%,則其效果飽和，從熱加工性的觀點來看也是不好的。因此，Cr含量是2030%。優選范圍是22~28%。Mo:大于等于O.Ol%且小于4.0%Mo在與Ni和Cr共存的條件下具有改善耐應力腐蝕裂紋性'的作用。但是，若其含量小于0.01%，則其效果不充分。另一方面，若其含量為4.0%以上，則其效果飽和，過度的含有使熱加工性降低。因此，Mo含量是大于等于0.01%且小于4.0%。優選范圍是0.05%以上且小于3.4%,更優選范圍是O.l~3.0%。另外，為了獲得更加優異的耐應力腐蝕裂紋性，優選下限為1.5%。更優選下限是2.0%。Cu:0~4.0%(也可以不添加)Cu具有顯著提高在硫化氫環境下的耐硫化氫腐蝕性的作用，能根據需要而含有。在想獲得該效果的情況下，優選含有0.1%以上。但是，若含量大于4.0%，則其效果飽和，相反地熱加工性降低。因此，在含有Cu的情況下，4.0%為上限。Cu含量優選范圍是0.23.5%。更加優選是0.5~2.0%。Al:0.001-0.30%Al是作為合金的脫氧劑有效的元素。為了不生成對熱加工性有害的Si、Mn的氧化物，為了固定氧，需要為0.001%以上。但是，若其含量大于0.30%，則熱加工性降低。因此，Al含量為O.OOl~0.30%。優選范圍是O.Ol~0.20%。更優選0.01~0.10%。N:大于0.05%且小于等于0.30%N是本發明中重要的元素。本發明的高合金從耐腐蝕性的觀點來看需要降低C含量。因此，積極地含有N，不使耐腐蝕性變差地通過固溶強化來謀求高強度化。此外，以高N材料實施有固溶熱處理的管坯能夠獲得高強度。因此，不需過度地提高進行進一步冷加工時的加工度(截面縮小率)，即4吏低加工度也能確保希望的強度，因此，能抑制由高加工度造成的延展性降低。為了獲得其效果，需要含有大于0.05%。另一方面，若大于0.30%，則熱加工性降低。因此，N含量為大于0.05%且小于等于0.30%。優選范圍是0.06-0.22%。0:0.010%以下O作為雜質而被含有，但是若其含量大于0.010%，則熱加工性變差。因此，0含量為0.010%以下。Nx():O.OOl以下在本發明中，N的含量為大于0.05%且小于等于0.30%地大量含有，因此，熱加工性容易變差。因此，需要使N含量(％)和O含量(％)的積為0.001以下。本發明的高合金鋼除了上述的合金元素之外，還可以進一步含有Ca、Mg和稀土元素(REM)這3者中的l種或2種以上。也可以含有Ca、Mg和稀土元素(REM)的理由和此時的含量如下所述。Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下和稀土元素0.2%以下這3者中的l種或2種以上能夠根據需要含有這些成分。若含有這些成分則具有提高熱加工性的效果。可是，若Ca或Mg大于0.01M,或者REM中的^壬一種元素大于0.2%，則生成粗大的氧化物，相反地造成熱加工性的降低。因此，在含有的情況下，使它們的上限為，Ca和Mg為0.01。/c)，而且REM為0.2。/c)。另外，為了確實地顯示該熱加工性的提高效果，優選含有Ca和Mg為0.0005。/。以上，而且REM為0.001%以上。另外，所謂REM是指鑭系元素的15種元素加上Y和Sc的共17種元素。本發明的高合金管含有上述的必要元素或更進一步含有上述的任意元素，剩余部分由Fe和雜質構成，能利用通常商業生產所使用的制造設備和制造方法來制造。例如，能利用電爐、Ar-02混合氣體底吹脫碳爐(AOD爐)和真空脫碳爐(VOD爐)等熔煉合金。纟皮熔煉的熔融金屬既可以鑄造成鋼錠(ingot)，也可以通過連續鑄造法鑄造成棒狀的鋼坯(billet)等。能夠使用這些鋼坯，通過玻璃潤滑劑高速擠壓法等擠壓制管法或曼內斯曼制管法等熱加工來制造高合金管。而且，能夠使熱加工后的管在固溶熱處理后通過冷軋、冷拔等冷加工成為具有希望強度的產品管。實施例1用電爐熔融具有表l所示的化學組成的合金，對成分進行大致調整而調整成目標的化學組成后，使用AOD爐通過脫碳和脫硫處理的方法來進行熔煉。將獲得的熔融金屬鑄造成重量為1500kg、直徑為500mm的鋼錠。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>對表l所示的化學組成的各鋼錠實施了以下的處理。首先，將鋼4定加熱到1250°C，以1200°C進行熱4艮造從而成形直徑為150mm的棒狀。為了從這個成形材來評價熱加工性，按照JISG0567,采集了平行部直徑為10mm、平行部長度為100mm的圓棒狀樣本。然后，將樣本加熱到900。C并保持10分鐘，實施應變速度0.3%/min的高溫拉伸試驗，求得了縮徑率。其結果也一并表示在表l中。而且，將上述的成形材切斷為長度1000mm，乂人而獲得了擠壓制管用鋼坯。接著，用該鋼坯通過玻璃潤滑劑高速擠壓法的熱擠壓制管法成形為冷加工用管坯。對所獲得的冷加工用管坯進行軟化熱處理后，在拉拔加工的過程中進行l次或多次拉拔，之后，在1100。C保持0.5小時后，在水冷的條件下實施了固溶熱處理。之后，進一步利用使用了頂頭和模的拉拔法實施最終的冷加工，獲得了具有作為目標的管的強度等級的高合金管。表2表示各試驗No的最終冷加工前后的尺寸和冷加工度(截面縮小率)、以及管的目標強度等級(最低屈服強度)。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>從所獲得的高合金管采集弧狀的拉伸樣本進行拉伸試驗，求得了屈服強度(0.2%耐力)YS、斷裂強度TS和延伸率EL。其結果也一并表示于表l。本發明例的試驗No.l~26的管具有目標強度等級，也具有比ISO所規定的最低延伸率的值足夠高的延伸率。而且，高溫拉伸試驗中的縮徑率也是足夠高的值，熱加工性也優異。另一方面，因為比較例的試驗No.27和28的管不滿足(2)式，所以強度高但延伸率不夠。此外，因為比較例的試驗No.29的管不滿足(l)式，所以熱加工性差。產業上的可利用性采用本發明，能夠通過熱加工來制管，并且能夠制造在制管后為了獲得更高強度而進行冷加工時具有充分的延展性且耐腐蝕性優異的高合金管。權利要求1.一種高合金管的制造方法，其是通過熱加工形成如下的高合金管坯后，通過冷加工制造高合金管的方法，該高合金管坯的化學組成為以質量％計，含有C0.03％以下、Si1.0％以下、Mn0.05～1.5％，P0.03％以下、S0.03％以下、Ni大于22％且小于等于40％、Cr20～30％、Mo大于等于0.01％且小于4.0％、Cu0～4.0％、Al0.001～0.30％、N大于0.05％且小于等于0.30％、O0.010％以下，剩余部分是Fe和雜質，并且，N含量和O含量的積滿足下述(1)式，其特征在于，在以截面縮小率表示的加工度Rd滿足下述(2)式的條件下在最終的冷加工工序中進行冷加工，N×O≤0.001......(1)15≤Rd(％)≤370×(C+N)......(2)其中，式中的N、O和C分別表示元素的含量，以質量％計；而且，Rd表示以截面縮小率表示的加工度，以％表示。2.根據權利要求l所述的高合金管的制造方法，其特征在于，在高合金管坯的化學組成中，替換Fe的一部分，以質量％計，含有Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下和稀土元素0.2%以下這3者中的1種或2種以上。全文摘要本發明涉及高合金管的制造方法，能夠通過熱加工來制管，并且在制管后為了獲得更高強度而進行冷加工時具有充分的延展性且耐腐蝕性優異的高合金管的制造方法。該高合金管的制造方法，其是通過熱加工形成如下的高合金管坯后，通過冷加工制造高合金管的方法，該高合金管坯的化學組成為以質量％計，含有C0.03％以下、Si1.0％以下、Mn0.05～1.5％，P0.03％以下、S0.03％以下、Ni大于22％且小于等于40％、Cr20～30％、Mo大于等于0.01％且小于4.0％、Cu0～4.0％、Al0.001～0.30％、N大于0.05％且小于等于0.30％、O0.010％以下，剩余部分是Fe和雜質，并且，N含量和O含量的積滿足下述(1)式，其特征在于，在以截面縮小率表示的加工度Rd滿足下述(2)式的條件下在最終的冷加工工序中進行冷加工。該高合金管坯也可以含有Ca、Mg和稀土元素。N×O≤0.001……(1)；15≤Rd(％)≤370×(C+N)……(2)，其中，式中的N、O和C分別表示元素的含量(質量％)，而且，Rd表示以截面縮小率表示的加工度(％)。文檔編號C21D8/10GK101688263SQ20088002249公開日2010年3月31日申請日期2008年6月26日優先權日2007年7月2日發明者五十嵐正晃,天谷尚,木村繁充,相良雅之,諏訪部均申請人:住友金屬工業株式會社