專利名稱：耐腐蝕性優(yōu)良的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸送油井或氣井生產(chǎn)的原油或天然氣的管線中使用的鋼管。特別涉及一種適合輸送含有二氧化碳?xì)怏w(CO2)、氯離子(Cl-)等非常嚴(yán)重腐蝕環(huán)境下的油井、氣井生產(chǎn)的原油或天然氣用的、具有優(yōu)良的耐腐蝕性和耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性的高強(qiáng)度不銹鋼管及其制造方法。另外，在本發(fā)明中所謂的“高強(qiáng)度不銹鋼管”，是指具有屈服強(qiáng)度413MPa(60ksi)以上強(qiáng)度的不銹鋼管。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，為了應(yīng)對(duì)原油價(jià)格的上漲和在不遠(yuǎn)的將來(lái)所預(yù)想的石油資源的枯竭，對(duì)于以往成本高的深層油田和一旦開(kāi)發(fā)就放棄的腐蝕性較強(qiáng)的酸化氣田等的開(kāi)發(fā)，正在世界范圍內(nèi)盛行。這樣的油田、氣田一般是非常深，并且其氣氛也是高溫狀態(tài)，而且為含有CO2、Cl-等嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境。因而，運(yùn)輸這樣的油田、氣田所生產(chǎn)的原油、天然氣所使用的管線管，要求鋼管的材質(zhì)具有較高的強(qiáng)度和韌性且具有優(yōu)良的耐腐蝕性。另外，海洋油田的開(kāi)發(fā)也已活躍起來(lái)，從降低鋪設(shè)管線成本的觀點(diǎn)考慮，要求所使用的鋼管也具備優(yōu)良的焊接性。
以往，作為管線管的材料，在從含有CO2、Cl-的環(huán)境下的焊接性的觀點(diǎn)考慮，使用碳鋼，通過(guò)添加抑制劑來(lái)進(jìn)行防腐蝕?？墒牵种苿┯性诟邷貭顟B(tài)下效果較差，而且能引起環(huán)境污染等的問(wèn)題，有抑制使用的動(dòng)向。另外，一部分管線管使用二相不銹鋼管?？墒牵嗖讳P鋼管盡管耐腐蝕性好，但合金元素量較多，熱加工性較差，只能用特殊的熱加工方法制造，存在其價(jià)格高的問(wèn)題。為此，其使用有受到限制的傾向。從這樣的問(wèn)題來(lái)看，更希望廉價(jià)的、焊接性和耐腐蝕性優(yōu)良的鋼管。
對(duì)于這樣的要求，例如在專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3中提出將改善了焊接性的11％Cr或12％Cr的馬氏體類不銹管作為管線管用。
專利文獻(xiàn)1記載的鋼管，是由于低碳化而抑制了焊接部的硬度上升的、焊接部的耐腐蝕性優(yōu)良的管線管用馬氏體類不銹鋼管。另外，專利文獻(xiàn)2記載的鋼管，是通過(guò)調(diào)整合金元素量，提高了耐腐蝕性的馬氏體類不銹鋼管。專利文獻(xiàn)3記載的鋼管，是使焊接性和耐腐蝕性同時(shí)滿足的管線管用馬氏體類不銹鋼管。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)平08-41599號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開(kāi)平09-228001號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開(kāi)平09-316611號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容然而，用專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3中所記載的技術(shù)制造的11％或12％Cr馬氏體類不銹鋼管，在硫化氫分壓高的環(huán)境下，存在發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋的情況，而且在含有CO2、Cl-等，超過(guò)150℃高溫的環(huán)境下，存在不能穩(wěn)定地顯示期望的耐腐蝕性的問(wèn)題。
本發(fā)明是基于以往的技術(shù)情況完成的。其目的在于提供一種管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管及其制造方法，該鋼管廉價(jià)，即使在含有CO2、Cl-等150℃以上高溫的嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境下，也顯示出優(yōu)良的耐CO2腐蝕性。并且，即使在高硫化氫的環(huán)境下，也顯示出優(yōu)良的耐硫化物應(yīng)力裂紋性，而且兼具優(yōu)良的低溫韌性和優(yōu)良的焊接性。
本發(fā)明者為完成上述課題，將代表性的馬氏體類不銹鋼管的12％Cr鋼的組成作為基底，對(duì)涉及在含有CO2、Cl-等的高溫腐蝕環(huán)境下的耐腐蝕性、高硫化氫環(huán)境下的耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性的各種因素的影響，進(jìn)行了反復(fù)專心的研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在12％Cr的馬氏體類不銹鋼管中，形成大量增加Cr，同時(shí)相比以往使C、N顯著降低，并且適量含有Cr、Ni、Mo或Cu的組成，而且使組織成為將馬氏體相作為基相，含有鐵素體相和殘余奧氏體相的組織，可以確保屈服強(qiáng)度為413Mpa(60ksi)以上的高強(qiáng)度、良好的熱加工性和在嚴(yán)酷的環(huán)境下的耐腐蝕性以及更加優(yōu)良的焊接性，直至完成了本發(fā)明。
首先，對(duì)本發(fā)明者所研究的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
在以往的制造馬氏體類不銹鋼無(wú)縫鋼管的方面，在生成鐵素體相，其組織不為馬氏體單相的情況下，由于其強(qiáng)度降低，熱加工性降低，一般認(rèn)為在鋼管的制造上有困難。
因此，本發(fā)明者對(duì)涉及熱加工性成分的影響，進(jìn)一步進(jìn)行了詳細(xì)的研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)整鋼管組成使其滿足下列(2)式，熱加工性明顯得到改善，可以防止熱加工時(shí)發(fā)生裂紋。
Cr+Mo+0.3Si-43.5C-Ni-0.3Cu-9N≥11.5 …(2)(其中，Cr、Ni、Mo、Cu、C、Si、Mn、N為各元素的含量(質(zhì)量％))將(2)式左邊的值、與熱加工時(shí)(即，制造無(wú)縫鋼管時(shí))在13％Cr類不銹鋼無(wú)縫鋼管的端面發(fā)生的裂紋長(zhǎng)度的關(guān)系表示在圖1。從圖1可以看出，(2)式左邊的值在8.0以下時(shí)，或者(2)式左邊的值在11.5以上、優(yōu)選12.0以上時(shí)，可以防止發(fā)生裂紋。(2)式左邊的值在8.0以下時(shí)，相當(dāng)于完全不產(chǎn)生鐵素體的區(qū)域，此區(qū)域是不生成鐵素體相的以往認(rèn)為提高熱加工性的區(qū)域。另一方面，隨著(2)式左邊值變大，生成的鐵素體的量增加，可是(2)式左邊的值在11.5以上的區(qū)域是較多生成鐵素體的區(qū)域。即，本發(fā)明者初次發(fā)現(xiàn)，調(diào)整組成以使(2)式左邊值為11.5以上，形成制管時(shí)鐵素體較多生成的組織，通過(guò)采用這種與以往完全不同的觀點(diǎn)，可以使熱加工性得到明顯改善。
熱加工時(shí)，在13％Cr類不銹鋼無(wú)縫鋼管的端面發(fā)生的裂紋長(zhǎng)度，用其與鐵素體量的關(guān)系整理表示在圖2中。從圖2看出，按照以往的觀點(diǎn)，鐵素體的量以體積百分比計(jì)為0％時(shí)不發(fā)生裂紋，但生成鐵素體同時(shí)發(fā)生裂紋。可是，進(jìn)一步增加生成鐵素體的量，使其體積率在10％以上，優(yōu)選生成15％以上的鐵素體相時(shí)，與以往的觀點(diǎn)不同，可以防止發(fā)生裂紋。即，調(diào)整其成分以滿足式(2)，生成適當(dāng)范圍的鐵素體相，形成鐵素體-馬氏體的二相組織，由此可以提高熱加工性，防止裂紋的發(fā)生。
可是，調(diào)整其成分滿足(2)式，當(dāng)其組織成為鐵素體-馬氏體的二相組織時(shí)，則擔(dān)心由于在熱處理中產(chǎn)生的元素分配使其耐腐蝕性劣化。當(dāng)成為二相組織時(shí)，C、Ni、Cu等的奧氏體生成元素?cái)U(kuò)散于馬氏體相中，Cr、Mo等的鐵素體生成元素?cái)U(kuò)散于鐵素體相中，熱處理后的最終產(chǎn)品中，作為結(jié)果，在各相之間發(fā)生成分的偏差。馬氏體相中對(duì)耐腐蝕性有效的Cr量降低，使耐腐蝕性劣化的C量增加，恐怕與均勻組織相比其異色性降低。
所以，本發(fā)明者就成分對(duì)耐腐蝕性的影響進(jìn)行了研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)整其成分以滿足下列(1)式，即使其組織成為鐵素體-馬氏體的二相組織，也可以確保其充分的耐腐蝕性。
Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C≥18.5 …(1)(其中，Cr、Ni、Mo、Cu、C為各元素的含量(質(zhì)量％))將(1)式左邊的值、與含有CO2和Cl-的200℃的高溫環(huán)境下的腐蝕速度的關(guān)系表示在圖3。從圖3可以看出，通過(guò)調(diào)整其成分滿足式(1)，即使使組織為鐵素體-馬氏體的二相組織，在含有CO2和Cl-的200℃的高溫環(huán)境下，也可以確保其充分的耐腐蝕性。
如從式(1)可知，為提高耐腐蝕性，增加Cr的含量是有效的?？墒牵珻r促進(jìn)鐵素體的生成。因此，為達(dá)到抑制生成鐵素體的目的，以往需要含有與Cr含量相適合的Ni量?？墒?，當(dāng)配合Cr元素的量而使Ni元素含量增加時(shí)，則奧氏體相穩(wěn)定化，存在不能確保管線管用鋼管所需要強(qiáng)度的問(wèn)題。
對(duì)于這種問(wèn)題，本發(fā)明者進(jìn)行了更進(jìn)一步的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在維持含有適當(dāng)量的鐵素體相的鐵素體-馬氏體的二相組織的狀態(tài)下，增加Cr含量，可以將奧氏體相的殘留量抑制得較低，可以確保作為管線管用鋼管的充分的強(qiáng)度。
本發(fā)明者將所得到的具有鐵素體-馬氏體二相組織的13％Cr類不銹鋼無(wú)縫鋼管的熱處理后的屈服強(qiáng)度YS和Cr含量的關(guān)系，表示于圖4。并且，在圖4中，也同時(shí)記錄了組織為馬氏體單相或馬氏體-奧氏體二相組織時(shí)熱處理后的YS和Cr含量的關(guān)系。由圖4得到最新發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使組織維持為包含適當(dāng)量的鐵素體相的鐵素體-馬氏體二相組織，增加Cr的含量，可以確保管線管用鋼管充分的強(qiáng)度。另一方面，使組織為馬氏體單相或馬氏體-奧氏體二相組織時(shí)，當(dāng)增加Cr含量時(shí)，YS則降低。
另外，管線管用鋼管，在鋪設(shè)管線管時(shí)實(shí)施圓周焊接。圓周焊接和管主體的熱處理不同，使用入熱小的部分加熱的方式，冷卻速度快，熱影響部明顯硬化。當(dāng)熱影響部硬化時(shí)，則與發(fā)生焊接裂紋相關(guān)。所以，成分對(duì)圓周焊接時(shí)發(fā)生焊接裂紋的影響，進(jìn)行了研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整鋼管的組成滿足下(3)式，C+N≤0.025……(3)可不發(fā)生焊接裂紋，確保優(yōu)良的焊接性。將(3)式左邊的值和Y形狹縫的焊接裂紋實(shí)驗(yàn)中的裂紋發(fā)生率的關(guān)系，表示在圖5中。從圖5發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使(3)式左邊的值成為0.025以下，可以防止焊接裂紋。裂紋的發(fā)生率從實(shí)施各5條Y形狹縫的焊接裂紋實(shí)驗(yàn)中，由裂紋個(gè)數(shù)/試驗(yàn)個(gè)數(shù)求得。
本發(fā)明是基于上述見(jiàn)解，進(jìn)行了專心研究而得到的。即，本發(fā)明的要點(diǎn)如下(1)耐腐蝕性優(yōu)良的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，其具有以質(zhì)量％計(jì)含有C0.001～0.015％ Si0.01～0.5％Mn0.1～1.8％P0.03％以下S0.005％以下Cr15～18％Ni0.5％以上且不足5.5％ Mo0.5～3.5％V0.02～0.2％N0.001～0.015％O0.006％以下以便滿足下列(1)、(2)和(3)式，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)的組成，Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C≥18.5…(1)Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≥11.5…(2)C+N≤0.025 …(3)其中，C、Ni、Mo、Cr、Si、Mn、Cu、N表示各元素的含量(質(zhì)量％)。
(2)如(1)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，除上述組成之外，還具有以質(zhì)量％計(jì)含有Al0.002～0.05％的組成。
(3)如(1)或(2)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Ni的含量為1.5～5.0％。
(4)如(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Mo的含量為1.0～3.5％。
(5)如(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Mo的含量為大于2％且不超過(guò)3.5％。
(6)如(1)～(5)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，除上述組成之外，還具有以質(zhì)量％計(jì)含有Cu3.5％以下的組成。
(7)如(6)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Cu的含量為0.5％～1.14％。
(8)如(1)～(7)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，除上述組成之外，還具有以質(zhì)量％計(jì)含有選自Nb0.2％以下、Ti0.3％以下、Zr0.2％以下、B0.01％以下和W3.0％以下中的1種或2種以上的組成。
(9)如(1)～(8)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，除上述組成之外，還具有以質(zhì)量％計(jì)含有Ca0.01％以下的組成。
(10)如(1)～(9)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，除上述組成之外，還具有以馬氏體相作為基相，以體積比計(jì)含有40％以下的殘留奧氏體相和10～60％的鐵素體相的組織。
(11)如(10)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，所述鐵素體相以體積比計(jì)為15～50％。
(12)如(10)或(11)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，所述殘留奧氏體相以體積比計(jì)為30％以下。
(13)耐腐蝕性優(yōu)良的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，將具有含有C0.001～0.015％ Si0.01～0.5％Mn0.1～1.8％ P0.03％以下S0.005％以下 Cr15～18％Ni0.5％以上且不足5.5％Mo0.5～3.5％V0.02～0.2％ N0.001～0.015％O0.006％以下以便滿足下列(1)、(2)和(3)式，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)的組成的鋼管原材料，制成規(guī)定尺寸的鋼管，將該鋼管再加熱到850℃以上的溫度，然后用空氣冷卻速度以上的冷卻速度冷卻至100℃以下，然后，實(shí)施加熱到700℃以下的溫度的淬火-回火處理，Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C≥18.5 …(1)Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≥11.5…(2)C+N≤0.025 …(3)其中，Cr、Ni、Mo、Cu、C、Si、Mn、N表示各元素的含量(質(zhì)量％)。
(14)如(13)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，對(duì)所述鋼管原材料進(jìn)行加熱，通過(guò)熱加工制管，制管后，用空氣冷卻速度以上的冷卻速度冷卻至室溫，制成規(guī)定尺寸的無(wú)縫鋼管，然后對(duì)該無(wú)縫鋼管實(shí)施所述淬火-回火處理。
(15)如(13)或(14)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，代替所述的淬火-回火處理，實(shí)施加熱至700℃以下的溫度的回火處理。
(16)如(13)～(15)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，除上述組成之處，具有以質(zhì)量％計(jì)含有Al0.002～0.05％的組成。
(17)如(13)～(16)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Ni的含量為1.5～5.0％。
(18)如(13～(17)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Mo的含量為1.0～3.5％。
(19)如(13)～(17)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Mo的含量為大于2％且不超過(guò)3.5％。
(20)如(13)～(19)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，除上述組成之外，以質(zhì)量％計(jì)還含有Cu3.5％以下。
(21)如(20)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Cu的含量為0.5％～1.14％。
(22)如(13)～(21)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，除上述組成之外，以質(zhì)量％計(jì)還含有選自Nb0.2％以下、Ti0.3％以下、Zr0.2％以下、W3％以下及B0.01％以下中的1種或2種以上。
(23)如(13)～(22)中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，除上述組成之外，以質(zhì)量％計(jì)還含有Ca0.01％以下。
(24)焊接構(gòu)造物，其是通過(guò)將(1)～(12)中任一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度不銹鋼管焊接接合而形成的。


圖1是表示鋼板組成對(duì)熱加工時(shí)發(fā)生的裂紋長(zhǎng)度的影響的圖表。
圖2是表示熱加工時(shí)發(fā)生的裂紋長(zhǎng)度和鐵素體量關(guān)系的圖表。
圖3是表示在含有CO2和Cl-的200℃的高溫環(huán)境下，鋼板組成對(duì)腐蝕速度的影響的圖表。
圖4是表示熱處理后的屈服強(qiáng)度YS和Cr含量關(guān)系的圖表。
圖5是表示(C+N)的量對(duì)Y形狹縫的焊接裂紋實(shí)驗(yàn)中的焊接裂紋發(fā)生率的影響的圖表。
具體實(shí)施例方式
首先，對(duì)限定本發(fā)明中的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管組成的限定根據(jù)進(jìn)行說(shuō)明。下面，組成中的質(zhì)量％只記作％。
C0.001～0.015％C是與馬氏體類不銹鋼強(qiáng)度相關(guān)的重要元素，本發(fā)明中需要使其含有0.001％以上，當(dāng)含量多時(shí)，容易引起所含Ni導(dǎo)致的回火時(shí)的靈敏化。為防止這種回火時(shí)的靈敏化，將C的上限設(shè)為0.015％。因而在本發(fā)明中限定C元素的量在0.001～0.015％的范圍。從耐腐蝕性、焊接性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選C元素盡可能得少，并且優(yōu)選0.002～0.01的范圍。
Si0.01～0.5％Si是起脫氧劑作用的元素，一般在鋼的制造過(guò)程中是必需的元素，必須含有0.01％以上，而含有超過(guò)0.5％則耐CO2腐蝕性降低，并且也使熱加工性降低。因此，限定Si在0.01～0.5％的范圍。
Mn0.1～1.8％Mn是使其強(qiáng)度增加的元素，在本發(fā)明中為確保所要求的強(qiáng)度，需要使其含有0.1％以上，但當(dāng)超過(guò)1.8％時(shí)，則使其韌性受到不良的影響。為此限定Mn在0.1～1.8％的范圍。而且優(yōu)選0.2～0.9％。
P0.03％以下P是使耐CO2腐蝕性、耐CO2應(yīng)力腐蝕裂紋性、耐點(diǎn)腐蝕性和耐硫化物腐蝕裂紋性一起劣化的元素。在本發(fā)明中希望其盡可能降低，而極端降低會(huì)導(dǎo)致制造成本上升。P選定為0.03％以下，此范圍是工業(yè)上比較廉價(jià)的且可能實(shí)施的范圍，而且不使耐CO2腐蝕性、耐CO2應(yīng)力腐蝕裂紋性、耐點(diǎn)腐蝕性和耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性一起劣化的范圍。另外優(yōu)選其在0.02％以下。
S0.005％以下S是在鋼管的制造過(guò)程中，使其熱加工性明顯劣化的元素，希望其盡可能得少，如果降低至0.005％以下則可以以常規(guī)工序制造鋼管，因此設(shè)定S的上限為0.005％。另外優(yōu)選0.003％以下。
Cr15～18％Cr是形成保護(hù)被膜、提高耐腐蝕性的元素，特別是有助于提高耐CO2腐蝕性、耐CO2應(yīng)力腐蝕裂紋性的有效元素。在本發(fā)明中，特別從提高嚴(yán)酷環(huán)境下的耐腐蝕性的觀點(diǎn)看，需要其含有15％以上。另一方面，當(dāng)其含量超過(guò)18％時(shí)，熱加工性劣化。因此，將Cr限定在15～18％的范圍。
Ni0.5％以上、不足5.5％Ni元素使高Cr鋼保護(hù)被膜堅(jiān)固，具有提高耐腐蝕性，同時(shí)使低C高Cr鋼的強(qiáng)度增加的作用。在本發(fā)明中，需要含有0.5％以上，但當(dāng)含有5.5％以上時(shí)，熱加工性降低，同時(shí)導(dǎo)致其強(qiáng)度降低。因此，將Ni限定在0.5％以上、不足5.5％的范圍內(nèi)。另外優(yōu)選1.5％～5.0％。
Mo0.5～3.5％Mo是增加對(duì)Cl-點(diǎn)腐蝕的抵抗性的元素，在本發(fā)明中需要含有0.5％以上。Mo不足0.5％時(shí)，高溫環(huán)境下的耐腐蝕性不充分。另一方面，其含量超過(guò)3.5％時(shí)，耐腐蝕性和熱加工性降低，同時(shí)制造成本增大。因此，將Mo限定在0.5～3.5％的范圍內(nèi)。且優(yōu)選1.0～3.5％，更優(yōu)選超過(guò)2％且在3.5％以下。
V0.02～0.2％V具有使強(qiáng)度增大，同時(shí)改善耐應(yīng)力腐蝕裂紋性的效果。這種效果在其含量為0.02％以上時(shí)較明顯，但當(dāng)超過(guò)0.2％時(shí)，韌性則劣化。因此，將V限定在0.02～0.2％的范圍內(nèi)。優(yōu)選0.02～0.08％。
N0.001～0.15％N是使焊接性明顯劣化的元素，優(yōu)選盡可能地減少。由于其過(guò)度降低，會(huì)導(dǎo)致制造成本的上升，所以設(shè)0.001％作為下限。其含有量超過(guò)0.015％時(shí)，有可能發(fā)生圓周焊接裂紋，所以在本發(fā)明中將0.015％作為N的上限。
O0.006％以下O在鋼中作為氧化物存在使各種特性受到較大的影響，因此其含量越低越好。當(dāng)O含量較多超過(guò)0.006％時(shí)，熱加工性、耐CO2應(yīng)力腐蝕裂紋性、耐點(diǎn)腐蝕性和耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性和韌性都明顯降低。因此，在本發(fā)明中將O限定在0.006％以下。
本發(fā)明中，在上述基本組成之外還可以含有Al0.002～0.05％。Al是具有很強(qiáng)的脫氧作用的元素，優(yōu)選含有0.002％以上，但其含量超過(guò)0.05％時(shí)，對(duì)韌性帶來(lái)不良影響。為此，優(yōu)選Al限定在0.002～0.05％的范圍。另外，更優(yōu)選0.03％以下。另外，在不添加Al時(shí)，其作為不可避免的雜質(zhì)允許含量不到0.002％程度。若把Al限制在不到0.002％程度，則具有低溫韌性、耐點(diǎn)腐蝕性得到明顯提高的優(yōu)點(diǎn)。
并且，本發(fā)明中在上述各組成之外還可以含有3.5％以下的Cu。Cu是使保護(hù)被膜堅(jiān)固，抑制氫進(jìn)入鋼中，提高耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性的元素。為得到這樣的效果，優(yōu)選使其含有0.5％以上。另一方面，含量超過(guò)3.5％時(shí)，導(dǎo)致CuS的晶界析出，熱加工性降低。因此，優(yōu)選將Cu限定在3.5％以下。且更優(yōu)選0.5～1.14％。
另外，本發(fā)明中在上述各種組成之外，還可以含有選自Nb0.2％以下，Ti0.3％以下，Zr0.2％以下，B0.01％以下，W3.0％以下中的1種或2種以上。
Nb、Ti、Zr、B、W都具有使強(qiáng)度增加的作用，可以根據(jù)需要選擇，含有1種或2種以上。
Nb是形成碳氮化物，增加強(qiáng)度，且有助于提高韌性的元素。為得到這樣的效果，優(yōu)選使其含有0.02％以上，而其含量超過(guò)0.2％時(shí)，使其韌性降低。因而，優(yōu)選將Nb元素的含量限定在0.2％以下。
Ti、Zr、B、W也都是在增加強(qiáng)度的同時(shí)，具有改善耐應(yīng)力腐蝕裂紋性作用的元素。這種效果在含有Ti0.02％以上，Zr0.02％以上，B0.0005％以上，W0.25％以上時(shí)顯著，但當(dāng)各元素分別超出以下含量Ti0.3％，Zr0.2％，B0.01％，W3.0％時(shí)，韌性劣化。因此，優(yōu)選限定為Ti0.3％以下，Zr0.2％以下，B0.01％以下，W3.0％以下。
并且，本發(fā)明中，在上述各組成之外還可以含有Ca0.01％以下。Ca作為CaS將S固定，具有使硫化物類夾雜物球化的作用，由此可使夾雜物周圍的基體的晶格變形減小，具有使夾雜物的氫捕集能降低效果，可以根據(jù)需要決定其含量。為得到這種效果，其含量?jī)?yōu)選0.0005％以上，但其含量超過(guò)0.01％時(shí)，導(dǎo)致CaO增加，耐CO2腐蝕性、耐點(diǎn)腐蝕性降低。因此，優(yōu)選Ca限定在0.01％以下的范圍。且更優(yōu)選0.0005～0.005％的范圍。
上述成分以外的余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明中，含有上述范圍的成分，且滿足下面(1)～(3)式。
Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C≥18.5 …(1)Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≥11.5…(2)C+N≤0.025 …(3)(其中，Cr、Ni、Mo、Cu、C、Si、Mn、N為各元素的含量(質(zhì)量％))另外，式中不含有的元素按零％計(jì)算。
Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C≥18.5 …(1)(1)式的左邊是評(píng)價(jià)耐腐蝕性的指數(shù)，(1)式左邊的值不足18.5時(shí)，在含有CO2、Cl-的高溫的嚴(yán)重的腐蝕性環(huán)境下，和在高硫化氫的環(huán)境下，未顯示出所期望的耐腐蝕性。因而，在本發(fā)明中，調(diào)整Cr、Ni、Mo、Cu、C的含量在上述范圍且使其滿足(1)式。并且，優(yōu)選(1)式左邊的值為20.0以上。
Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≥11.5 …(2)
(2)式的左邊是評(píng)價(jià)熱加工性的指數(shù)，在本發(fā)明中，調(diào)整Cr、Mo、Si、C、Ni、Mn、Cu、N的含量在上述范圍且使其滿足(2)式。(2)式左邊的值不足11.5時(shí)，鐵素體相不能充分析出，熱加工性不足，在無(wú)縫鋼管的制造上有困難。在本發(fā)明中，為使熱加工性得到提高，要明顯降低P、S、O的含量，但只是分別降低P、S、O的含量，在制造馬氏體類不銹鋼無(wú)縫鋼管方面不能確保充分的熱加工性。為了確保制造無(wú)縫鋼管所需要的充分的熱加工性，重要的是在明顯降低P、S、O的含量的基礎(chǔ)上，調(diào)整Cr、Mo、Si、C、Ni、Mn、Cu、N的含量，使其滿足(2)式。并且，從熱加工性提高的觀點(diǎn)看，(2)式左邊的值優(yōu)選為12.0以上。
C+N≤0.025………………………(3)(3)式的左邊是評(píng)價(jià)焊接性的指數(shù)，當(dāng)(3)式左邊的值超過(guò)0.025時(shí)，則較多地發(fā)生焊接裂紋。因而，本發(fā)明調(diào)整C、N使其滿足(3)式。
本發(fā)明的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，在上述組成之外，優(yōu)選具有如下所述的組織將馬氏體相作為基相，體積率計(jì)，含有在40％以下、更優(yōu)選30％以下的殘余奧氏體和10～60％、更優(yōu)選15～50％的鐵素體相。另外，本發(fā)明中所謂的馬氏體相也包括回火馬氏體相。通過(guò)將馬氏體相作為基相，可以制成高強(qiáng)度的不銹鋼管。并且，馬氏體相以體積率計(jì)優(yōu)選含有25％以上。并且，鐵素體相是使軟質(zhì)加工性提高的組織，本發(fā)明中，以體積率計(jì)優(yōu)選含有10％以上。另一方面，當(dāng)鐵素體相體積率超過(guò)60％時(shí)，難以確保所期望的高強(qiáng)度。所以，鐵素體相以體積率計(jì)優(yōu)選為10～60％。并且，更優(yōu)選15～50％。另外，殘余奧氏體相是提高韌性的組織，但當(dāng)其體積率超過(guò)40％時(shí)，則難以確保所期望的高強(qiáng)度。因此，殘余奧氏體相的體積率優(yōu)選在40％以下，且殘余奧氏體相的體積率更優(yōu)選在30％以下。
下面，對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，以無(wú)縫鋼管為例子進(jìn)行說(shuō)明。
首先，優(yōu)選對(duì)具有上述組成的鋼水，用轉(zhuǎn)爐、電爐、真空熔化爐等的通常公知的熔煉方法進(jìn)行熔煉，用連續(xù)鑄造法，鑄錠-開(kāi)坯軋鋼法等通常公知的方法，制成坯段等的鋼管原材料。然后，把這些鋼管原材料加熱，用通常的曼內(nèi)斯曼-芯棒自動(dòng)軋管方式或者用曼內(nèi)斯曼-芯棒無(wú)縫軋管方式的制造工序，通過(guò)熱加工制造鋼管，得到規(guī)定尺寸的無(wú)縫鋼管，制管后的無(wú)縫鋼管用空冷以上、優(yōu)選用800～500℃之間的平均冷卻速度為0.5℃/s以上的冷卻速度冷卻到室溫。
只要是上述本發(fā)明范圍內(nèi)的組成的無(wú)縫鋼管，通過(guò)熱加工后，用空冷以上，優(yōu)選用800～500℃之間的平均冷卻速度為0.5℃/s以上的冷卻速度冷卻到室溫，就可以形成以馬氏體相作為基相的組織。在熱加工(制管)后，用空冷以上，優(yōu)選用800～500℃之間的平均冷卻速度為0.5℃/s以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻的處理即可，在本發(fā)明中還優(yōu)選進(jìn)而施行淬火-回火處理。
淬火處理，優(yōu)選為如下所述的處理再加熱至850℃以上，保持其溫度10min以上之后，用空冷以上，優(yōu)選用800～500℃之間的平均冷卻速度為0.5℃/s的冷卻速度冷卻到100℃以下，優(yōu)選冷卻到室溫。淬火加熱溫度若不到850℃，其組織不能成為充分的馬氏體組織，其強(qiáng)度有降低的傾向。因而，淬火處理的再加熱溫度優(yōu)選限定在850℃以上的溫度。另外，再加熱后的冷卻速度，若不到空冷速度、在800～500℃之間平均不足0.5℃/s，其組織不能成為充分的馬氏體組織。為此，再加熱后的冷卻速度優(yōu)選設(shè)定空冷以上，800～500℃之間的平均冷卻速度為0.5℃/s以上的冷卻速度。
作為回火處理，優(yōu)選如下所述的處理實(shí)施淬火處理后，接著加熱至700℃以下的溫度。通過(guò)加熱至700℃以下、優(yōu)選400℃以上的溫度進(jìn)行回火，其組織形成含有回火馬氏體相、殘余奧氏體相、鐵素體相的組織，成為具有所期望的高強(qiáng)度和所期望的高韌性以及所期望優(yōu)良的耐腐蝕性的無(wú)縫鋼管。并且，優(yōu)選加熱至上述溫度并按所規(guī)定的時(shí)間保持后，用空冷以上的冷卻速度冷卻。
并且，代替上述的淬火-回火處理，可以只施行加熱至700℃以下、優(yōu)選400℃以上的溫度，進(jìn)行回火的回火處理。
至此，是以無(wú)縫鋼管為例進(jìn)行的說(shuō)明，本發(fā)明的鋼管并不限定于此。使用具有上述本發(fā)明范圍內(nèi)的組成的鋼管原材料，按照通常工序，也可以制造電焊鋼管、UOE鋼管作為管線管用鋼管。
另外，即使在電焊鋼管、UOE鋼管等的鋼管中，也優(yōu)選對(duì)制成管后的鋼管，施行上述淬火-回火處理?？梢院附咏雍媳景l(fā)明的高強(qiáng)度不銹鋼鋼管使其成為焊接結(jié)構(gòu)物。焊接結(jié)構(gòu)物例如有管線管、井管等。而且，在此所述的焊接結(jié)構(gòu)物中，不僅有本發(fā)明的高強(qiáng)度不銹鋼管之間的接合，另外也包括本發(fā)明的高強(qiáng)度不銹鋼管和其他種類的鋼管的接合。
下面是根據(jù)實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例實(shí)施例1將表1所示組成的鋼水脫氣后，鑄成100kgf的鋼錠作為鋼管原材料。接著用這些鋼管原材料，利用模型無(wú)縫軋機(jī)通過(guò)熱加工制管，制成鋼管后進(jìn)行空冷，制成外徑3.3in×壁厚0.5in的無(wú)縫鋼管。
對(duì)得到的無(wú)縫鋼管，在制管后空冷的狀態(tài)下，目測(cè)考察內(nèi)外表面有無(wú)裂紋的發(fā)生，評(píng)價(jià)熱加工性。鋼管前后端面存在長(zhǎng)5mm以上的裂紋時(shí)，規(guī)定為有裂紋，除此以外規(guī)定為無(wú)裂紋。
另外，對(duì)得到的無(wú)縫鋼管，在表2所示的條件下，淬火加熱保持后，淬火。再施行表2所示條件的回火處理。
從得到的無(wú)縫鋼管上采取組織觀察用試樣，將組織觀察用試樣通過(guò)KOH電解腐蝕，用掃描電子顯微鏡(400倍)50視野以上，對(duì)組織進(jìn)行攝像，使用圖像分析裝置計(jì)算鐵素體相的組織分率(體積％)。另外，殘余奧氏體相的組織分率，從得到的無(wú)縫鋼管上采取測(cè)定用試樣，采用X射線衍射法測(cè)定。通過(guò)X射線衍射測(cè)定γ的(220)面、α的(211)面的衍射X射線積分強(qiáng)度，用下式進(jìn)行換算。
γ(體積％)＝100/{1+(IαRγ/IγRα)}其中，Iαα的積分強(qiáng)度Iγγ的積分強(qiáng)度Rαα的結(jié)晶學(xué)理論計(jì)算值Rγγ的結(jié)晶學(xué)理論計(jì)算值另外，馬氏體相的組織分率作為這些相以外的余量計(jì)算出。
而且，從得到的無(wú)縫鋼管上，采取API弧形拉伸試樣，實(shí)施拉伸試驗(yàn)，求出拉伸特性(屈服強(qiáng)度YS、拉伸強(qiáng)度TS)。
另外，對(duì)得到的無(wú)縫鋼管，彼此抵接同類鋼管的端部，使用表4所示的焊接材料，在表4所示的焊接條件下制造焊接管的接縫。
對(duì)于得到的焊接管接縫，目測(cè)考察有無(wú)產(chǎn)生焊接裂紋。
進(jìn)一步，從得到的焊接管接縫上采取試樣，實(shí)施焊接部韌性試驗(yàn)、焊接部腐蝕試驗(yàn)、焊接部點(diǎn)腐蝕實(shí)驗(yàn)、焊接部硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法如下
(1)焊接部韌性實(shí)驗(yàn)從得到的焊接管接縫上，按照J(rèn)IS Z 2202的規(guī)定，采取將缺口位置作為焊接熱影響部的V形缺口試樣(厚度5mm)，按照J(rèn)IS Z 2242的規(guī)定實(shí)施夏比沖擊試驗(yàn)，求在-60℃時(shí)的吸收能vE-60(J)，評(píng)價(jià)焊接熱影響部的韌性。
(2)焊接部腐蝕試驗(yàn)從得到的焊接管接縫上，通過(guò)機(jī)械加工采取厚3mm×寬30mm×長(zhǎng)40mm的腐蝕試樣，其上含有焊接金屬、焊接熱影響部和母材部。腐蝕試驗(yàn)是在保持于高壓釜中的試驗(yàn)液20％的NaCl水溶液(液溫200℃、50大氣壓下的CO2氣體氣氛中)中，浸泡腐蝕試樣，浸泡期間為2周。對(duì)于腐蝕試驗(yàn)后的試樣，測(cè)定重量，根據(jù)腐蝕試驗(yàn)前后的重量的減少量，求出計(jì)算的腐蝕速度。
(3)焊接部的點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)從得到的焊接管接縫上，通過(guò)機(jī)械加工采取試樣，其上含有焊接金屬、焊接熱影響部和母材部。點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)是將試樣浸泡于40％的CaCl2(液溫70℃)溶液中，保持24小時(shí)。試驗(yàn)后，用倍率為10倍的放大鏡觀察點(diǎn)腐蝕有無(wú)。將無(wú)點(diǎn)腐蝕記作○，把有點(diǎn)腐蝕記作×，來(lái)評(píng)價(jià)。并且，把觀察到直徑在0.2mm以上的點(diǎn)腐蝕規(guī)定為有點(diǎn)腐蝕，除此之外規(guī)定為無(wú)點(diǎn)腐蝕。
(4)焊接部硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)從得到的焊接管接縫上，通過(guò)機(jī)械加工采取NACE-TM 0177Method A規(guī)定的定荷重型試樣，其上含有焊接金屬、焊接熱影響部和母材部。硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)，是將試樣保持在已保持在高壓釜中的試驗(yàn)液20％NaCl水溶液(pH4.0、H2S分壓0.005MPa)中，將附加應(yīng)力作為母材屈服應(yīng)力的90％、實(shí)施期間為72h。將有裂紋發(fā)生記作×，無(wú)裂紋發(fā)生記作○進(jìn)行評(píng)價(jià)。所得結(jié)果表示在表3中。
本發(fā)明例都未看到鋼管表面發(fā)生裂紋，是熱加工性優(yōu)良的鋼管，并且，形成的鋼管具有屈服強(qiáng)度YS在413MPa以上的高強(qiáng)度。另外，本發(fā)明例也均不發(fā)生焊接部裂紋，焊接性優(yōu)良，而且具有在-60℃時(shí)吸收能50J以上這樣優(yōu)良的焊接熱影響部韌性，并且包含母材部，在焊接部的腐蝕速度小，也不發(fā)生點(diǎn)腐蝕和硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋，在含CO2的200℃高溫的嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境下和高硫化氫環(huán)境下，顯示出充分的焊接部耐腐蝕性。
與此相反，本發(fā)明的范圍以外的比較例，其表面發(fā)生裂紋，熱加工性降低，或焊接部韌性降低，或焊接部發(fā)生裂紋，或母材或是焊接部的腐蝕速度增大、耐腐蝕性劣化，或母材或是焊接部發(fā)生點(diǎn)腐蝕、耐點(diǎn)腐蝕性劣化，或母材或是焊接部發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋、耐硫化物應(yīng)力裂紋性劣化。
實(shí)施例2將表5中所示組成的鋼水脫氣后，鑄成100kgf的鋼錠作為鋼管原材料。使用這些鋼管原材料，和實(shí)施例1相同，利用模型無(wú)縫軋機(jī)通過(guò)熱加工制管，制成鋼管后進(jìn)行空冷或水冷，作成外徑3.3in×壁厚0.5in的無(wú)縫鋼管。
對(duì)得到的無(wú)縫鋼管，在制管后空冷的狀態(tài)下，目測(cè)考察內(nèi)外表面有無(wú)裂紋的發(fā)生，評(píng)價(jià)熱加工性。將在管前后端面有長(zhǎng)度5mm以上的裂紋規(guī)定為有裂紋，除此之外規(guī)定為無(wú)裂紋。
另外，對(duì)得到的無(wú)縫鋼管，在表6所示的條件下淬火加熱保持之后，淬火。再施行表6所示的回火處理。并且，對(duì)鋼管的一部分不進(jìn)行淬火處理，只進(jìn)行回火處理。
與實(shí)施例1相同，從得到的無(wú)縫鋼管上，采取組織觀察用試樣、測(cè)定用試樣，計(jì)算鐵素體相的組織分率(體積％)、殘余奧氏體相的組織分率(體積％)、馬氏體相的組織分率(體積％)。
而且，從得到的無(wú)縫鋼管上，采取API弧形拉伸試樣，與實(shí)施例1相同，實(shí)施拉伸試驗(yàn)，求出拉伸特性(屈服強(qiáng)度YS、拉伸強(qiáng)度TS)。進(jìn)一步從得到的無(wú)縫鋼管上，采取V形缺口試樣(厚度5mm)，求出-40℃時(shí)的吸收能vE-40(J)。
另外，對(duì)得到的無(wú)縫鋼管，彼此抵接同類鋼管的端部，與實(shí)施例1相同，使用表4所示的焊接材料，在表4所示的焊接條件下進(jìn)行焊接制造焊接管接縫。
對(duì)于得到的焊接管接縫，目測(cè)考察焊接裂紋的有無(wú)。
進(jìn)一步，從得到的焊接管接縫上采取試樣，實(shí)施焊接部韌性試驗(yàn)、焊接部腐蝕試驗(yàn)、焊接部硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法如下(1)部韌性實(shí)驗(yàn)從得到的焊接管接縫上，按照J(rèn)IS Z 2202的規(guī)定，采取將缺口位置作為焊接熱影響部的V形缺口試樣(厚度5mm)，按照J(rèn)IS Z 2242的規(guī)定實(shí)施夏比沖擊試驗(yàn)，求-40℃時(shí)的吸收能vE-40(J)，評(píng)價(jià)焊接熱影響部的韌性。
(2)焊接部腐蝕試驗(yàn)從得到的焊接管接縫上，通過(guò)機(jī)械加工采取厚3mm×寬30mm×長(zhǎng)40mm的腐蝕試樣，其上含有焊接金屬、焊接熱影響部和母材。腐蝕試驗(yàn)與實(shí)施例1相同，在保持于高壓釜中的試驗(yàn)液20％的NaCl水溶液(液溫200℃、50大氣壓下的CO2氣體氣氛中)中，浸泡腐蝕試樣，浸泡期間為2周。對(duì)于腐蝕試驗(yàn)后的試樣，測(cè)定重量，根據(jù)腐蝕試驗(yàn)前后的試樣重量的減少量，求出計(jì)算的腐蝕速度。另外，對(duì)于試驗(yàn)后的試樣，用倍率為10倍的放大鏡，觀察試樣表面有無(wú)點(diǎn)腐蝕發(fā)生。并且，將觀察到直徑在0.2mm以上的點(diǎn)腐蝕規(guī)定為有點(diǎn)腐蝕，除此以外規(guī)定為無(wú)點(diǎn)腐蝕。
(3)焊接部硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)從得到的焊接管接縫上，通過(guò)機(jī)械加工，采取在NACE-TM0177Method A中規(guī)定的定荷重型試樣。硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)，與實(shí)施例1相同，將試樣保持在已保持在高壓釜中的試驗(yàn)液20％NaCl水溶液(PH4.0、H2S分壓0.005MPa)中，將附加應(yīng)力作為母材屈服應(yīng)力的90％，試驗(yàn)期間為72h。將有裂紋發(fā)生記作×，無(wú)裂紋發(fā)生記作○進(jìn)行評(píng)價(jià)。所得結(jié)果表示在表7中。
本發(fā)明例都未看出鋼管表面發(fā)生裂紋，是熱加工性優(yōu)良的鋼管，并且，形成的鋼管具有屈服強(qiáng)度YS在413MPa以上的高強(qiáng)度，而且具有-40℃時(shí)吸收能50J以上的高韌性。另外，本發(fā)明例均不發(fā)生焊接部裂紋，焊接性優(yōu)良，且具有-40℃時(shí)吸收能50J以上這樣優(yōu)良的焊接熱影響部韌性，并且包含母材部，在焊接部腐蝕速度也小，也不發(fā)生點(diǎn)腐蝕和硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋，在含有CO2的200℃的高溫嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境下和高硫化氫環(huán)境下，顯示出充分的耐腐蝕性。
與此相反，在本發(fā)明的范圍以外的比較例，其表面發(fā)生裂紋，熱加工性降低，或母材韌性降低，或發(fā)生焊接裂紋、焊接性降低，或焊接部韌性降低，或母材或是焊接部的腐蝕速度增大，或發(fā)生點(diǎn)腐蝕、耐腐蝕性劣化，或發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋、耐硫化物應(yīng)力裂紋性劣化。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性根據(jù)本發(fā)明，可以廉價(jià)且穩(wěn)定地制造具有屈服強(qiáng)度超過(guò)413MPa(60ksi)的高強(qiáng)度、在含有CO2、Cl-的高溫嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境下和在高硫化氫環(huán)境中具有充分的耐腐蝕性，低溫韌性和焊接性優(yōu)良的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，在產(chǎn)業(yè)上特別奏效。根據(jù)本發(fā)明，還具有可以廉價(jià)地構(gòu)成耐腐蝕性和韌性優(yōu)良的管線管等的焊接結(jié)構(gòu)物的效果。
表1

*)(1)式左邊值＝Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C**)(2)式左邊值＝Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N***)(3)式左邊值＝C+N
表2

表3

*)M馬氏體、γ殘余奧氏體、F鐵素體表4

表5

*)(1)式左邊值＝Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C**)(2)式左邊值＝Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N***)(3)式左邊值＝C+N
表6

*800～500℃之間的平均冷卻速度表7

*)M馬氏體、F鐵素體、γ殘余奧氏體
權(quán)利要求
1.耐腐蝕性優(yōu)良的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，其具有以質(zhì)量％計(jì)含有C0.001～0.015％ Si0.01～0.5％Mn0.1～1.8％ P0.03％以下S0.005％以下 Cr15～18％Ni0.5％以上且不足5.5％Mo0.5～3.5％V0.02～0.2％ N0.001～0.015％O0.006％以下以便滿足下列(1)、(2)和(3)式，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)的組成，Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C≥18.5 …(1)Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≥11.5…(2)C+N≤0.025 …(3)其中，C、Ni、Mo、Cr、Si、Mn、Cu、N表示各元素的含量(質(zhì)量％)。
2.如權(quán)利要求1所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，除上述組成之外，還具有以質(zhì)量％計(jì)含有Al0.002～0.05％的組成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Ni的含量為1.5～5.0％。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Mo的含量為1.0～3.5％。
5.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Mo的含量為大于2％且不超過(guò)3.5％。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，除上述組成之外，還具有以質(zhì)量％計(jì)含有Cu3.5％以下的組成。
7.如權(quán)利要求6所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Cu的含量為0.5％～1.14％。
8.如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，除上述組成之外，還具有以質(zhì)量％計(jì)含有選自Nb0.2％以下、Ti0.3％以下、Zr0.2％以下、B0.01％以下和W3.0％以下中的1種或2種以上的組成。
9.如權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，除上述組成之外，還具有以質(zhì)量％計(jì)含有Ca0.01％以下的組成。
10.如權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，除上述組成之外，還具有以馬氏體相作為基相，以體積比計(jì)含有40％以下的殘留奧氏體相和10～60％的鐵素體相的組織。
11.如權(quán)利要求10所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，所述鐵素體相以體積比計(jì)為15～50％。
12.如權(quán)利要求10或11所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，其特征在于，所述殘留奧氏體相以體積比計(jì)為30％以下。
13.耐腐蝕性優(yōu)良的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，將具有含有C0.001～0.015％ Si0.01～0.5％Mn0.1～1.8％ P0.03％以下S0.005％以下 Cr15～18％Ni0.5％以上且不足5.5％Mo0.5～3.5％V0.02～0.2％ N0.001～0.015％O0.006％以下以便滿足下列(1)、(2)和(3)式，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)的組成的鋼管原材料，制成規(guī)定尺寸的鋼管，將該鋼管再加熱到850℃以上的溫度，然后用空氣冷卻速度以上的冷卻速度冷卻至100℃以下，然后，實(shí)施加熱到700℃以下的溫度的淬火-回火處理，Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C≥18.5 …(1)Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≥11.5…(2)C+N≤0.025 …(3)其中，Cr、Ni、Mo、Cu、C、Si、Mn、N表示各元素的含量(質(zhì)量％)。
14.如權(quán)利要求13所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，對(duì)所述鋼管原材料進(jìn)行加熱，通過(guò)熱加工制管，制管后，用空氣冷卻速度以上的冷卻速度冷卻至室溫，制成規(guī)定尺寸的無(wú)縫鋼管，然后對(duì)該無(wú)縫鋼管實(shí)施所述淬火-回火處理。
15.如權(quán)利要求13或14所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，代替所述的淬火-回火處理，實(shí)施加熱至700℃以下的溫度的回火處理。
16.如權(quán)利要求13～15中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，除上述組成之處，具有以質(zhì)量％計(jì)含有Al0.002～0.05％的組成。
17.如權(quán)利要求13～16中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Ni的含量為1.5～5.0％。
18.如權(quán)利要求13～17中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Mo的含量為1.0～3.5％。
19.如權(quán)利要求13～17中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Mo的含量為大于2％且不超過(guò)3.5％。
20.如權(quán)利要求13～19中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，除上述組成之外，以質(zhì)量％計(jì)還含有Cu3.5％以下。
21.如權(quán)利要求20所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，所述Cu的含量為0.5％～1.14％。
22.如權(quán)利要求13～21中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，除上述組成之外，以質(zhì)量％計(jì)還含有選自Nb0.2％以下、Ti0.3％以下、Zr0.2％以下、W3％以下及B0.01％以下中的1種或2種以上。
23.如權(quán)利要求13～22中任一項(xiàng)所述的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管的制造方法，其特征在于，除上述組成之外，以質(zhì)量％計(jì)還含有Ca0.01％以下。
24.焊接構(gòu)造物，其是通過(guò)將權(quán)利要求1～12中任一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度不銹鋼管焊接接合而形成的。
全文摘要
提供一種耐腐蝕性優(yōu)良的管線管用高強(qiáng)度不銹鋼管，制品是其組成以質(zhì)量％計(jì)含有C0.001～0.015％、Si0.01～0.5％、Mn0.1～1.8％、P0.03％以下、S0.005％以下、Cr15.5～18％、Ni0.5％以上、不足5.5％、Mo0.5～3.5％、V0.02～0.2％、N0.001～0.015％、O0.006％以下，且滿足Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu－20C≥18.5，Cr+Mo+0.3Si－43.5C－0.4Mn－Ni－0.3Cu－9N≥11.5，C+N≤0.025的鋼管。優(yōu)選進(jìn)行淬火－回火處理。而且也可以含有Al0.002～0.05％以下。另外，可以含有選自Nb、Ti、Zr、B、W中的一種或兩種以上，及/或Cu及Ca。組織優(yōu)選含有馬氏體、鐵素體、殘余γ。
文檔編號(hào)C21D9/08GK1875121SQ20048003192
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者木村光男, 玉利孝德, 山崎義男, 望月亮輔 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社