奧氏體系合金管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供即便負(fù)載根據(jù)使用環(huán)境而不同的應(yīng)力分布也能夠耐用的奧氏體系合金管?；诒景l(fā)明的奧氏體系合金管在管軸方向具有689.1MPa以上的拉伸屈服強(qiáng)度YSLT。拉伸屈服強(qiáng)度YSLT、管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度YSLC、合金管管圓周方向的拉伸屈服強(qiáng)度YSCT及管圓周方向的壓縮屈服強(qiáng)度YSCC滿足式(1)～式(4)。0.90≤YSLC/YSLT≤1.11?(1)--0.90≤YSCC/YSCT≤1.11?(2)--0.90≤YSCC/YSLT≤1.11?(3)--0.90≤YSCT/YSLT≤1.11?(4)。
【專利說明】奧氏體系合金管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合金管及其制造方法，進(jìn)一步詳細(xì)而言，涉及奧氏體系合金管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在油井、氣井(在本說明書中，將油井及氣井統(tǒng)稱為“油井”)中使用油井管。油井具有腐蝕環(huán)境。因此，油井管需要耐腐蝕性。以奧氏體系不銹鋼為代表的奧氏體系合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性。因此，奧氏體系合金管被用于油井管。
[0003]油井管的種類中具有套管和管道。套管被插入到坑井中。套管和坑壁之間被水泥填充，套管被固定在坑內(nèi)。管道被插入到套管內(nèi)，流通油、氣之類的生產(chǎn)流體。
[0004]油井管需要耐腐蝕性同時也需要高強(qiáng)度。油井管的強(qiáng)度等級通常用管軸方向的拉伸屈服強(qiáng)度來定義。油井管的需求者根據(jù)勘探、地質(zhì)調(diào)查來判斷成為挖掘?qū)ο蟮木沫h(huán)境(地層壓力、生產(chǎn)流體的溫度及壓力)，選擇能夠耐用的強(qiáng)度等級的油井管。
[0005]然而，在 Temperature and texture effects on properties for CRA’ s、Corrosion 92 The NACE Annual Conference and Corrosion Show Paper N0.58 中記載了在被冷加工的耐腐蝕性合金管中，管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度比管軸方向的拉伸屈服強(qiáng)度小。如上所述，油井管的強(qiáng)度等級通常用拉伸屈服強(qiáng)度來定義。因此，優(yōu)選壓縮屈服強(qiáng)度與拉伸屈服強(qiáng)度之差為小。
[0006]日本特開平10-80715號公報及日本特開平11-57842號公報提出了提高管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度的制造方法。
[0007]日本特開平10-80715號公報中公開的鋼管的制造方法中，將冷加工時的外徑加工度與壁厚加工度之比Q (Q = Rt/RD:Rt是壁厚截面收縮率、Rd是外徑截面收縮率)調(diào)整到
1.5以下。由此，記載了能夠得到管軸方向的壓縮強(qiáng)度優(yōu)異的鋼管。具體而言，記載了鋼管的管軸方向的壓縮強(qiáng)度成為拉伸強(qiáng)度(0.2%屈服應(yīng)力)的80%以上。
[0008]日本特開平11-57842號公報公開的鋼管的制造方法中，對于被冷加工的鋼管在200?400°C下實(shí)施熱處理。該專利文獻(xiàn)中，記載了通過熱處理使由冷加工而被導(dǎo)入到鋼中的位錯進(jìn)行再排列，因此管軸方向的壓縮強(qiáng)度增高。具體而言，記載了根據(jù)該專利文獻(xiàn)的制造方法，鋼管的管軸方向的壓縮強(qiáng)度成為拉伸強(qiáng)度(0.2%屈服應(yīng)力)的80%以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]然而，將奧氏體系合金管作為油井管而使用時，根據(jù)油井管的使用環(huán)境，負(fù)載于油井管的應(yīng)力的分布發(fā)生變化。因此，即使使用根據(jù)上述的專利文獻(xiàn)中記載的制造方法來提高管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度的油井管，根據(jù)油井管的使用環(huán)境，也存在所負(fù)載的來自管軸以外的方向的應(yīng)力大的情況。因此，優(yōu)選即便對于這些應(yīng)力油井管也能夠耐用。進(jìn)而，上述的專利文獻(xiàn)的制造方法中，也存在奧氏體系合金管的管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度與拉伸屈服強(qiáng)度之差不能足夠小的情況。[0010]本發(fā)明的目的在于，提供即便負(fù)載根據(jù)使用環(huán)境而不同的應(yīng)力分布也能夠耐用的奧氏體系合金管。
[0011]基于本發(fā)明的奧氏體系合金管具有689.1MPa以上的屈服強(qiáng)度。合金管的管軸方向的拉伸屈服強(qiáng)度YSu(MPa)、管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度YSm(MPa)、合金管的管圓周方向的拉伸屈服強(qiáng)度YSct(MPa)及管圓周方向的壓縮屈服強(qiáng)度YSrc(MPa)滿足式(I)?式(4)。
[0012]0.90 ≤ YSLC/YSLT ≤ 1.11 (I)
[0013]0.90 ≤ ( YScc/YSct ≤ 1.11 (2)
[0014]0.90 ≤( YScc/YSlt ≤ 1.11 (3)
[0015]0.90 ≤( YSct/YSlt ≤ 1.11 (4)
[0016]基于本發(fā)明的奧氏體系合金管滿足式⑴?式⑷，因此屈服強(qiáng)度的各向異性小。因此，基于本發(fā)明的奧氏體系合金管即便負(fù)載根據(jù)使用環(huán)境而不同的應(yīng)力分布也能夠耐用。
[0017]上述的奧氏體系合金管可以具有如下化學(xué)組成:以質(zhì)量％計含有:C:0.03%以下、S1:1.0% 以下、Mn:0.3 ?5.0%、Ni:23 ?52%、Cr:20 ?30%、N:0.005 ?0.50%、Mo:9% 以下及Cu:3%以下,余量由Fe及雜質(zhì)組成。
[0018]上述的奧氏體系合金管也可以以質(zhì)量％計含有選自由Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下及稀土元素(REM):0.20%以下組成的組中的I種或2種以上來代替一部分Fe。
[0019]優(yōu)選的是，上述的奧氏體系合金管是通過進(jìn)行冷加工之后、實(shí)施利用矯正機(jī)的矯正加工及在300?550°C下的低溫?zé)崽幚韥碇圃斓摹?br> [0020]優(yōu)選的是，上述的奧氏體系合金管是進(jìn)行矯正加工之后、進(jìn)行低溫?zé)崽幚矶圃斓摹?br> [0021]基于本發(fā)明的奧氏體系合金的制造方法具備:制造奧氏體系合金管坯的工序；對管坯進(jìn)行冷加工的工序；以及通過對冷加工的管坯利用矯正機(jī)進(jìn)行矯正、并且在300?550°C下對管坯進(jìn)行低溫?zé)崽幚?，從而制造具?89.1MPa的屈服強(qiáng)度、管軸方向的拉伸強(qiáng)度YSu (MPa)、管軸方向的壓縮強(qiáng)度YSu(MPa)、管圓周方向的拉伸強(qiáng)度YSct (MPa)及管圓周方向的壓縮強(qiáng)度YSee(MPa)滿足式⑴?式⑷的奧氏體系合金管的工序。
[0022]根據(jù)本發(fā)明而制造的奧氏體系合金管的屈服強(qiáng)度的各向異性小，因此即便負(fù)載根據(jù)使用環(huán)境而不同的應(yīng)力分布也能夠耐用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是油井及油井管的示意圖。
[0024]圖2是圖1中的油井管的截面圖。
[0025]圖3是與圖2不同的、圖1中的油井管的其它截面圖。
[0026]圖4是用于說明合金管的冷加工的示意圖。
[0027]圖5是用于說明在圖4中的合金管的晶粒內(nèi)的位錯的運(yùn)動的示意圖。
[0028]圖6是用于說明對于冷加工后的合金管負(fù)載壓縮載荷時的、晶粒內(nèi)的位錯的運(yùn)動的示意圖。
[0029]圖7是用于說明對于冷加工后的合金管實(shí)施矯正加工時的、晶粒內(nèi)的位錯的運(yùn)動的示意圖。[0030]圖8是表示低溫?zé)崽幚淼臒崽幚頊囟扰c管軸方向的拉伸屈服強(qiáng)度及壓縮屈服強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
[0031]圖9是矯正機(jī)的示意圖。
[0032]圖10是圖9中表示的矯正機(jī)的軋機(jī)的主視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下，參照附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖中相同或相當(dāng)部分賦予相同符號并且不重復(fù)進(jìn)行說明。以下，元素的含量的“％”意味著質(zhì)量％。
[0034]本發(fā)明人等通過實(shí)施各種研究及調(diào)查得到以下的見解。
[0035]用作套管、管道的油井管在管軸方向承受拉伸載荷及壓縮載荷。圖1是油井及油井管的示意圖。參照圖1，油井管101被插入地層100內(nèi)。油井管101的下端被配置到油井102內(nèi)。此時，油井管101由于自重而在管軸方向承受拉伸載荷。進(jìn)而，在油井管101內(nèi)流通生產(chǎn)流體103。由于生產(chǎn)流體103具有高溫，因此油井管101發(fā)生熱膨脹。通常，油井管101的上端及下端被固定。因此，油井管101流通生產(chǎn)流體103時，油井管101在管軸方向承受壓縮載荷。如上所述，油井管在管軸方向承受拉伸載荷及壓縮載荷。
[0036]油井管進(jìn)而還需要耐內(nèi)壓性及耐外壓性。圖2是圖1中的油井管101的截面圖。參照圖2，油井管101在內(nèi)部流通生產(chǎn)流體103時，由于生產(chǎn)流體103導(dǎo)致油井管101負(fù)載內(nèi)壓PI。由于內(nèi)壓PI導(dǎo)致在油井管101的管圓周方向負(fù)載拉伸載荷FT。進(jìn)而，由管圓周方向的拉伸載荷FT引起在管軸方向負(fù)載壓縮載荷。
[0037]同樣地，參照圖3，油井管101為套管時，油井管101的外表面負(fù)載外壓即地層壓PO。由于地層壓PO導(dǎo)致油井管101的管圓周方向負(fù)載壓縮載荷FI。于是，由管圓周方向的壓縮載荷FI引起管軸方向負(fù)載拉伸載荷。
[0038]這樣的應(yīng)力分布根據(jù)油井管的配置位置也會產(chǎn)生變化。例如，在挖掘時，管道邊繞管軸旋轉(zhuǎn)邊向地中掘進(jìn)。此時，管道的最前端部分在管軸方向重復(fù)承受拉伸載荷及壓縮載荷。此外，被配置于地表附近的油井管在管軸方向負(fù)載拉伸載荷、也承受大的內(nèi)壓。
[0039]因此，對于用作油井管的奧氏體系合金管而言，不僅謀求管軸方向的屈服強(qiáng)度的平衡，還謀求耐內(nèi)壓性及耐外壓性。
[0040]為了使奧氏體系合金管得到這些特性，減少合金管的管軸方向及管圓周方向的拉伸屈服強(qiáng)度及壓縮屈服強(qiáng)度的各向異性即可。
[0041]為了減少各向異性，對于冷加工后的合金管，利用傾斜輥式矯正機(jī)實(shí)施矯正加工、并且在300?550°C下實(shí)施低溫?zé)崽幚?。通過實(shí)施矯正加工及低溫?zé)崽幚?，所制造的奧氏體系合金管的屈服強(qiáng)度的各向異性變小。具體而言，對于合金管的管軸方向的拉伸屈服強(qiáng)度YSu(MPa)、管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度YSm(MPa)、合金管的管圓周方向的拉伸屈服強(qiáng)度YSci(MPa)及管圓周方向的壓縮屈服強(qiáng)度YScc(MPa)而言，滿足式(I)?式(4)。
[0042]0.90 ≤ YSlc/YSlt ≤ 1.11 (I)
[0043]0.90 ≤ YScc/YSct ≤ 1.11 (2)
[0044]0.90 ≤ YScc/YSlt ≤ 1.11 (3)
[0045]0.90 ≤ YSct/YSlt ≤ 1.11 (4)
[0046]通過實(shí)施利用傾斜輥式矯正機(jī)的矯正加工及低溫?zé)崽幚恚瑠W氏體系合金管的屈服強(qiáng)度的各向異性變小的理由被推定如下。
[0047]冷加工使合金管邊縮徑邊在軸方向延伸。因此，冷加工在合金管的軸方向?qū)肜鞈?yīng)變、并且在圓周方向?qū)雺嚎s應(yīng)變。如圖4所示那樣，關(guān)注合金管I內(nèi)的任意的晶粒
10。實(shí)施冷加工時，合金管I的管軸方向被賦予拉伸載荷FT。其結(jié)果，如圖5所示，在滑動體系11中產(chǎn)生多個位錯12。位錯12在滑動體系11內(nèi)向圖5所示的方向Xl移動、在晶界GB附近沉積。沉積的位錯12間斥力RF起作用。
[0048]接著，冷加工(As Cold Worked)的合金管I在管軸方向負(fù)載壓縮載荷FI。此時，如圖6所示，位錯12利用基于壓縮載荷FI的負(fù)載應(yīng)力0 F1、以及斥力RF，向滑動體系11中的與方向Xl相反的方向X2移動。此時，真實(shí)的屈服應(yīng)力ot用以下的式子來定義。
[0049]Ot= 0 FI + RF
[0050]因此，通過由冷加工預(yù)先導(dǎo)入的斥力RF，位錯12在比真實(shí)屈服應(yīng)力0 t低的負(fù)載應(yīng)力oFI下開始活動?？傊?，通過冷加工從而產(chǎn)生鮑辛格效應(yīng)，管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度YSm降低。
[0051]利用傾斜輥式矯正機(jī)的矯正加工抑制鮑辛格效應(yīng)、提高奧氏體系合金管的管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度YSw雖然未確定其理由，但推定如下。
[0052]在利用傾斜輥式矯正機(jī)的矯正加工中，合金管I被夾持于傾斜輥，邊繞管軸旋轉(zhuǎn)邊前進(jìn)。此時，合金管I因傾斜輥而從與冷加工不同的方向(主要是從徑向)承受外力。因此，在矯正加工中，如圖7所示，由于外力FO，位錯14在與由冷加工導(dǎo)入的滑動體系11不同的滑動體系13中產(chǎn)生并活動。
[0053]由矯正加工導(dǎo)入的位錯14相對于位錯12作為林位錯發(fā)揮作用。進(jìn)而，位錯12及14相互交差、交錯。其結(jié)果，生成具有扭結(jié)(kink)部、割階(jog)部的位錯12及位錯14。扭結(jié)部、割階部形成于與其它的位錯部分不同的滑動面。因此，具有扭結(jié)部、嚙合部的位錯12及14的移動受到限制。其結(jié)果，即使如圖6那樣地負(fù)載壓縮載荷FI，位錯12也難以移動，壓縮屈服強(qiáng)度YSlc的降低受到抑制。
[0054]進(jìn)而，若實(shí)施300?550°C的低溫?zé)崽幚?，則冷加工的奧氏體系合金管的管軸方向及管圓周方向的屈服強(qiáng)度的各向異性變小。其理由推定如下。
[0055]基于本發(fā)明的奧氏體系合金管含有碳(C)及氮(N)。這些元素與Fe、Ni等元素相比尺寸小。因此，C及N通過低溫?zé)崽幚矶趦L金中擴(kuò)散、固定于位錯芯附近。在位錯芯附近固定的C、N由于科特雷耳效應(yīng)而妨礙位錯的活動。
[0056]圖8是表示奧氏體系合金管的管軸方向的拉伸屈服強(qiáng)度YSu及壓縮屈服強(qiáng)度YSu與熱處理溫度Ce)的關(guān)系的圖。圖8通過以下方法而得到。
[0057]對具有后述表I中的合金A的化學(xué)組成的鋼坯進(jìn)行熱加工來制造管坯。對于管坯實(shí)施冷拔。此時的截面減少率為24%。此處所述的截面減少率用以下的式(I)來定義。
[0058]截面減少率=(冷加工前的管坯的截面積-冷加工后的管坯的截面積)/冷加工前的管坯的截面積XlOO (I)
[0059]對于冷加工后的合金管，在各種熱處理溫度下實(shí)施低溫?zé)崽幚?。均熱時間為10分鐘。熱處理后，從合金管中采取拉伸試驗(yàn)片及壓縮試驗(yàn)片。試驗(yàn)片的尺寸基于ASTM-E8及ASTM-E9。使用采取的試驗(yàn)片，在常溫(25°C )大氣中，實(shí)施拉伸試驗(yàn)及壓縮試驗(yàn)，求出管軸方向的拉伸屈服強(qiáng)度YSu(MPa)及壓縮屈服強(qiáng)度YSm(MPa)，得到圖8。[0060]圖8中的“?”表示管軸方向的拉伸屈服強(qiáng)度YSu、“ ”表示管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度YSw參照圖8，實(shí)施低溫?zé)崽幚頃r，管軸方向的壓縮屈服應(yīng)力YSm由于科特雷耳效應(yīng)而上升。另一方面，管軸方向的拉伸屈服強(qiáng)度YSu在550°C以下大體上是一定的。
[0061]由以上的結(jié)果推測，若在300?550°C的范圍下實(shí)施低溫?zé)崽幚?，則通過熱處理前的加工處理(本例中的冷加工)而導(dǎo)入的位錯由于科特雷耳效應(yīng)而難以活動。因此，低溫?zé)崽幚硪种朴甚U辛格效應(yīng)導(dǎo)致的屈服強(qiáng)度的降低。
[0062]如上所述，通過實(shí)施矯正加工和低溫?zé)崽幚?，從而可以抑制在冷加工時產(chǎn)生的由鮑辛格效應(yīng)引起的屈服強(qiáng)度的降低。具體而言，如圖7所示，通過矯正加工，在與冷加工時的滑動體系11不同的滑動體系13生成位錯14、阻礙位錯12的活動。進(jìn)而，通過低溫?zé)崽幚?，將C、N固定在位錯芯附近、妨礙位錯的活動。基于以上的見解，從而完成本發(fā)明。以下，詳細(xì)敘述基于本發(fā)明的奧氏體系合金管。
[0063]由本實(shí)施方式制造的合金管是奧氏體系合金管。對于奧氏體系合金而言，其微小組織實(shí)質(zhì)上由奧氏體形成。具體而言，奧氏體系合金的微小組織由奧氏體和夾雜物和/或沉積物形成。
·[0064]優(yōu)選的是，奧氏體系合金管具有以下的化學(xué)組成。
[0065][奧氏體系合金管的優(yōu)選化學(xué)組成]
[0066]C:0.03% 以下
[0067]碳(C)提高合金的強(qiáng)度。然而，過多地含有C時，在晶粒晶界形成Cr碳化物。Cr碳化物增大在晶界的合金裂紋敏感性。因此，C含量為0.03%以下。優(yōu)選C含量不足0.03%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，C含量為0.02%以下。優(yōu)選C含量的下限為0.001%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，C含量的下限為0.003%。
[0068]S1:1.0% 以下
[0069]S1:硅(Si)是選擇元素。也就是說，也可以不含Si。Si對合金進(jìn)行脫氧。然而，過多地含有Si時，合金的熱加工性降低。因此，Si含量為1.0%以下。優(yōu)選Si含量不足
1.0%。優(yōu)選Si含量的上限為0.5%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，Si含量的上限為0.4%。優(yōu)選Si含量的下限為0.05%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，Si含量的下限為0.10%。
[0070]Mn:0.3 ?5.0%
[0071]錳(Mn)對合金進(jìn)行脫氧。Mn還為奧氏體形成元素，使奧氏體相穩(wěn)定化。Mn進(jìn)一步提高N在合金中的溶解度。因此，對于Mn而言，特別的是為了提高合金的強(qiáng)度而增多N含量時，抑制在表面附近產(chǎn)生針孔。然而，過多地含有Mn時，合金的熱加工性降低。因此，Mn含量為0.3?5.0%。優(yōu)選Mn含量為高于0.3%且不足5.0%。優(yōu)選Mn含量的上限為3.0%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，Mn含量的上限為1.0%。優(yōu)選Mn含量的下限為0.4%。
[0072]N1: 23 ?52%
[0073]鎳(Ni)為奧氏體形成元素，使奧氏體相穩(wěn)定化。對于Ni而言，進(jìn)一步在合金的表面形成Ni硫化物皮膜，提高合金的耐硫化物腐蝕裂紋性(耐SSC性)。然而，過多地含有Ni時，其效果即為飽和。因此，Ni含量為23?52%。優(yōu)選Ni含量高于23%且不足52%。優(yōu)選Ni含量的上限為50%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，Ni含量的上限為40%。優(yōu)選Ni含量的下限為25%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，Ni含量的下限為29%。
[0074]Cr: 20 ?30%[0075]鉻(Cr)在與Ni的共存下提高耐SSC性。Cr進(jìn)一步通過固溶強(qiáng)化提高合金的強(qiáng)度。另一方面，過多地含有Cr時，其效果即為飽和，進(jìn)而，合金的熱加工性降低。因此，Cr含量為20?30%。優(yōu)選Cr含量高于20%且不足30%。優(yōu)選Cr含量的上限為27%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，Cr含量的上限為26%。優(yōu)選Cr含量的下限為23%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，Cr含量的下限為24%。
[0076]Mo:9% 以下
[0077]鑰(Mo)是選擇元素。因此，也可以不含有Mo。Mo在與Cr及Ni的共存下，提高合金的耐SCC性。Mo進(jìn)一步通過固溶強(qiáng)化提高合金的強(qiáng)度。然而，過多地含有Mo時，其效果即為飽和，進(jìn)而，合金的熱加工性降低。因此，Mo含量為9%以下。優(yōu)選Mo含量不足9%。進(jìn)一步優(yōu)選Mo含量的上限為4%。優(yōu)選Mo含量的下限為0.01%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，Mo含量的下限為1.5%。
[0078]Cu:3% 以下
[0079]銅(Cu)為選擇元素。因此也可以不含有Cu。Cu在硫化氫環(huán)境下提高合金的耐SSC性。然而，過多地含有Cu時，其效果即為飽和，進(jìn)而熱加工性降低。因此，Cu含量為3%以下。優(yōu)選Cu含量不足3%。進(jìn)一步優(yōu)選Cu含量的上限為2%。優(yōu)選Cu含量的下限為0.1%,進(jìn)一步優(yōu)選的是，Cu含量的下限為0.5%。
[0080]N:0.005 ?0.50%
[0081]氮(N)通過固溶強(qiáng)化提高合金的強(qiáng)度。在基于本發(fā)明的奧氏體系合金管中，為了提高耐腐蝕性，如上所述C含量被抑制。因此，通過大量含有N來代替C，提高合金的強(qiáng)度。含有N而實(shí)施固溶化熱處理時，可以得到具有高強(qiáng)度的合金管。若利用具有高強(qiáng)度的合金管，即便為低加工度的冷加工，也可在冷加工后的合金管中得到期望的強(qiáng)度。然而，過多地含有N時，合金凝固時容易在 表面附近產(chǎn)生針孔。進(jìn)而，N降低合金的熱加工性。因此，N含量為0.005?0.50%o優(yōu)選N含量高于0.005%且不足0.50%。優(yōu)選N含量的上限為0.30%,進(jìn)一步優(yōu)選的是，N含量的上限為0.22%。優(yōu)選N含量的下限為0.05%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，N含量的下限為0.06%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，N含量的下限為0.16%。
[0082]基于本發(fā)明的奧氏體系合金管還可以含有選自由Ca、Mg及稀土元素(REM)組成的組中的I種或2種以上來代替一部分Fe。這些元素均可提高合金的熱加工性。
[0083]Ca:0.01% 以下
[0084]鈣(Ca)是選擇元素。Ca以硫化物的方式固定S，提高合金的熱加工性。然而，過多地含有Ca時，形成粗大的氧化物、合金的熱加工性降低。因此，Ca含量為0.01%以下。優(yōu)選Ca含量不足0.01%。優(yōu)選Ca含量的下限為0.0005%。
[0085]Mg:0.01% 以下
[0086]鎂(Mg)是選擇元素。Mg與Ca同樣地以硫化物的方式固定S，提高合金的熱加工性。然而，過多地含有Mg時，形成粗大的氧化物、合金的熱加工性降低。因此，Mg含量為0.01%以下。優(yōu)選Mg含量不足0.01%。優(yōu)選Mg含量的下限為0.0005%。
[0087]稀土元素(REM):0.20% 以下
[0088]稀土元素(REM)是選擇元素。REM與Ca及Mg同樣地以硫化物的方式固定S,提高合金的熱加工性。然而，過多地含有REM時，形成粗大的氧化物、合金的熱加工性降低。因此，REM含量為0.20%以下。[0089]REM是鑭系元素的15種元素、釔(Y)及鈧(Sc)這17種元素的統(tǒng)稱?；诒景l(fā)明的奧氏體系合金管可以含有這些17種元素中的I種或2種以上的REM。上述的REM含量意味著這些17種元素中的I種或2種以上的總含量。作為添加方法，可以添加I種或2種以上REM,工業(yè)上可以以混合稀土合金(mischmetal)的方式添加。
[0090]優(yōu)選REM含量不足0.20%o優(yōu)選REM含量的下限為0.001%以上。
[0091]基于本發(fā)明的奧氏體系合金管的化學(xué)組成的余量由Fe及雜質(zhì)組成。此處所述的雜質(zhì)是指從用作合金的原料的礦石、廢料、或者制造過程的環(huán)境等中混入的元素。優(yōu)選的是，雜質(zhì)中的P、S及0的含量限制如下。
[0092]P:0.03% 以下
[0093]磷(P)是雜質(zhì)。P在硫化氫環(huán)境下提高合金的應(yīng)力腐蝕裂紋敏感性。因此，P含量越少越優(yōu)選。優(yōu)選P含量為0.03%以下，進(jìn)一步優(yōu)選的是，P含量不足0.03%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，P含量為0.025%以下。
[0094]S:0.03% 以下
[0095]硫⑶是雜質(zhì)。S降低合金的熱加工性。因此,S含量越少越優(yōu)選。優(yōu)選S含量為0.03%以下。進(jìn)一步優(yōu)選S含量不足0.03%，進(jìn)一步優(yōu)選的是，S含量為0.005%以下。
[0096]0:0.010% 以下
[0097]氧(0)是雜質(zhì)。0降低合金的熱加工性。因此，0含量越少越優(yōu)選。優(yōu)選0含量為0.010%以下。進(jìn)一步優(yōu)選0含量不足0.010%。
[0098][制造方法] [0099]針對基于本發(fā)明的奧氏體系合金管的制造方法的一個例子進(jìn)行說明。
[0100]首先，熔煉奧氏體系合金而制造金屬熔液。合金的熔煉可以利用電爐、Ar-O2混合氣底吹脫碳爐(A0D爐)、真空脫碳爐(V0D爐)等。
[0101]使用金屬熔液制造鑄造材料。鑄造材料例如為鋼錠、板坯、大方坯。具體而言，根據(jù)鑄錠法制造鋼錠?；蚋鶕?jù)連續(xù)鑄造法制造板坯、大方坯。
[0102]對鑄造材料進(jìn)行熱加工而制造圓鋼還。熱加工例如為熱軋、熱鍛。對制造的圓鋼還進(jìn)行熱加工，制造管還。具體而言，通過以尤金-塞焦耐特法(Ugine Sejournet process)為代表的擠出制管法由圓鋼還制造管還?；蛲ㄟ^曼內(nèi)斯曼(Mannesmann)制管法由圓鋼還制造管坯。
[0103]對于制造的管坯實(shí)施冷加工。這是為了提高奧氏體系合金管的強(qiáng)度，將管軸方向的拉伸屈服強(qiáng)度YSu制成689.1MPa以上。
[0104]冷加工中，具有以冷拔和皮爾格軋制為代表的冷軋。本發(fā)明中，可以采用冷拔及冷軋的任一種。冷拔與冷軋相比在管軸方向賦予合金管以大的拉伸應(yīng)變。冷軋不僅在管坯的管軸方向、還在管圓周方向賦予大的應(yīng)變。因此，冷軋與冷拔相比在管坯的管圓周方向賦予大的壓縮應(yīng)變。
[0105]冷加工時的優(yōu)選截面減少率為15.0%以上。在此，截面減少率用式(I)來定義。以上述的截面減少率實(shí)施冷加工時，可以將拉伸屈服強(qiáng)度YSu制成689.1MPa以上。優(yōu)選截面減少率的下限為20.0%。截面減少率過高時，合金管的圓度降低。因此，冷拔的優(yōu)選截面減少率的上限為50.0%、冷軋的優(yōu)選截面減少率的上限為80.0%。
[0106]在熱加工與冷加工之間，還可以實(shí)施其它處理。例如，對于熱加工過的管坯，實(shí)施固溶化熱處理。對于固溶化熱處理后的管坯，實(shí)施除銹垢、去除氧化皮。對于除銹垢后的管坯實(shí)施冷加工。
[0107]進(jìn)而，也可實(shí)施多次冷加工。實(shí)施多次冷加工時，在冷加工與下一次冷加工之間，也可以以軟化熱處理的方式實(shí)施固溶化熱處理。實(shí)施多次冷加工時，對于最終的冷加工后的管坯實(shí)施以后的工序。
[0108]對于冷加工后的管坯，實(shí)施利用傾斜輥式矯正機(jī)的矯正加工和低溫?zé)崽幚??？梢允紫葘?shí)施矯正加工及低溫?zé)崽幚淼娜我豁?xiàng)。也就是說，可以在冷加工后實(shí)施矯正加工，然后實(shí)施低溫?zé)崽幚?。還可以在冷加工后實(shí)施低溫?zé)崽幚恚缓髮?shí)施矯正加工。此外，可以實(shí)施多次矯正加工、也可以實(shí)施多次低溫?zé)崽幚?。例如，可以按照冷加工、第一次矯正加工、低溫?zé)崽幚怼⒌诙纬C正加工的順序來實(shí)施。還可以以冷加工、第一次低溫?zé)崽幚怼⒊C正加工、第二次低溫?zé)崽幚淼捻樞騺韺?shí)施。以下，詳細(xì)說明矯正加工及低溫?zé)崽幚怼?br> [0109][矯正加工]
[0110]圖9是矯正機(jī)200的示意圖。參照圖9，在本例中利用的矯正機(jī)200是傾斜輥式。圖9中示出的矯正機(jī)200具有多個軋機(jī)STl?ST4。多個軋機(jī)STl?ST4被排列為一列。
[0111]各軋機(jī)STl?ST4具備一對或一個傾斜棍22。具體而言,最末尾軋機(jī)ST4具備一個傾斜輥22，其他軋機(jī)STl?ST3具備被上下配置的一對傾斜輥22。
[0112]各傾斜輥22具備 輥軸221和輥表面222。輥軸221相對于軋制線PL傾斜。各軋機(jī)STl?ST3的一對傾斜輥22的輥軸221相互交差。被上下配置的傾斜輥22的輥軸221相對于軋制線PL傾斜、并且相互交差，因此可以賦予管坯30以管圓周方向的旋轉(zhuǎn)。輥表面222為凹狀。
[0113]軋機(jī)ST2的傾斜輥22間間隙的中心PO被配置為從軋制線PL錯開。因此，軋機(jī)STl及ST2將管坯30彎曲，軋機(jī)ST2及ST3將管坯30回直。由此，矯正機(jī)200矯正管坯30的彎曲。
[0114]矯正機(jī)200還通過各軋機(jī)STi (i = I?3)的一對傾斜輥22將管坯30沿徑向壓下。由此，矯正機(jī)200提高管坯30的圓度、并且減少管坯30的屈服強(qiáng)度的各向異性。
[0115]圖10是具有一對傾斜輥22的軋機(jī)STi中的、傾斜輥22和管坯30的主視圖。利用一對傾斜輥22，使管坯30被壓下。將用軋機(jī)STi壓下前的管坯30A的外徑定義為DA并將用軋機(jī)STi壓下后的管坯30B的外徑定義為DB時，滾壓量AC(mm)用下式(II)來定義。
[0116]AC = DA-DB (II)
[0117]進(jìn)而，滾壓率RC(%)用下式(III)來定義。
[0118]RC= (DA-DB)/DAX 100 (III)
[0119]各軋機(jī)STi按照每個軋機(jī)設(shè)定的滾壓量AC，將沿圓周方向旋轉(zhuǎn)的管坯30壓下，對于管坯30賦予應(yīng)變。通過壓下而在管坯30內(nèi)產(chǎn)生的位錯如圖7所示，在與冷加工時產(chǎn)生的位錯不同的滑動體系內(nèi)活動。因此，由矯正加工產(chǎn)生的位錯相對于在冷加工時產(chǎn)生的位錯相互交錯，其結(jié)果，位錯變得難以移動。因此，矯正加工由于鮑辛格效應(yīng)而抑制管軸方向的壓縮應(yīng)力強(qiáng)度YSlc降低。
[0120]如上所述，為了減少屈服強(qiáng)度的各向異性，特別是減少管軸方向的屈服強(qiáng)度的各向異性，利用傾斜輥22的壓下是有效的。滾壓率RC越大，越可以對管坯30的徑向賦予應(yīng)變。將各軋機(jī)STi的滾壓率RC中最大的滾壓率RC定義為最大滾壓率。根據(jù)最大滾壓率的壓下可以賦予管坯30以最大的應(yīng)變。因此，推定最大滾壓率在管軸方向的屈服強(qiáng)度的各向異性的減少上是有效的。優(yōu)選最大滾壓率為2.0?15.0%。進(jìn)一步優(yōu)選最大滾壓率的下限為5.0%，進(jìn)一步優(yōu)選最大滾壓率的上限為12.0%。
[0121]圖9中，矯正機(jī)200具備7個傾斜輥22、具備4個軋機(jī)STl?ST4。然而，傾斜輥22的個數(shù)并不限定為7個、軋機(jī)數(shù)也不限定為4個。傾斜輥22的個數(shù)可以為10個、還可以為除此以外的多個。傾斜輥數(shù)為奇數(shù)時，最末尾的軋機(jī)具備一個傾斜輥，除此以外的軋機(jī)具備一對傾斜輥。傾斜輥數(shù)為偶數(shù)時，各軋機(jī)具備一對傾斜輥。
[0122][低溫?zé)崽幚韂
[0123]在低溫?zé)崽幚碇校瑢⒐芘餮b入到熱處理爐中。于是，在300?550°C下對管坯進(jìn)行均熱。通過在上述的溫度范圍下進(jìn)行均熱，管坯中的C及N擴(kuò)散、變得容易固定在位錯芯附近。其結(jié)果，位錯變得難以移動，減少管軸方向及管圓周方向的屈服強(qiáng)度的各向異性。
[0124]熱處理溫度超過550°C時，屈服強(qiáng)度降低。推定是由于溫度高、位錯之間合并而位錯消失。
[0125]優(yōu)選熱處理溫度為400?500°C。此時，特別是，管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度增高。因此，管軸方向的屈服強(qiáng)度的各向異性降低。優(yōu)選均熱時間為5分鐘以上。此時，合金中的C及N充分地擴(kuò)散。優(yōu)選均熱時間的上限為60分鐘。需要說明的是，低溫?zé)崽幚淼臒崽幚頊囟鹊停虼瞬灰自跓崽幚砗蟮墓芘魃袭a(chǎn)生彎曲。
[0126]通過以上的工序，制造滿足式⑴?式⑷的奧氏體系合金管。
[0127]如上所述，矯正加工和低溫?zé)崽幚淼捻樞驔]有特別限制。然而，優(yōu)選的是，在冷加工后實(shí)施矯正加工，在矯正加工后實(shí)施低溫?zé)崽幚?。此時，不僅在由冷加工產(chǎn)生的位錯中、而且在由矯正加工產(chǎn)生的位錯中 固定C、N，得到科特雷耳效應(yīng)。因此，容易進(jìn)一步降低管軸方向及管圓周方向的屈服強(qiáng)度 的各向異性。
[0128]實(shí)施例
[0129]根據(jù)不同的制造條件制造多個奧氏體系合金管。對于所制造的合金管的屈服強(qiáng)度的各向異性進(jìn)行調(diào)查。
[0130]將具有表I中示出的化學(xué)組成的合金A?D熔煉而制造鋼錠。
[0131][表I]
[0132]
【權(quán)利要求】
1.一種奧氏體系合金管， 在所述合金管的管軸方向具有689.1MPa以上的拉伸屈服強(qiáng)度YSU， 所述拉伸屈服強(qiáng)度YSu、所述管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度YSp所述合金管的管圓周方向的拉伸屈服強(qiáng)度YSct及所述管圓周方向的壓縮屈服強(qiáng)度YSrc滿足式(I)-式(4)，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧氏體系合金管,其中，以質(zhì)量％計含有:C:0.03%以下、Si:1.0% 以下、Mn:0.3 -5.0%, Ni:23 -52%、Cr:20 -30%、N:0.005 -0.50%、Mo:9% 以下及Cu:3%以下,余量由Fe及雜質(zhì)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的奧氏體系合金管，其中，以質(zhì)量％計含有選自由Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下及REM即稀土元素:0.20%以下組成的組中的I種或2種以上來代替一部分所述Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-權(quán)利要求3中的任一項(xiàng)所述的奧氏體系合金管，其是通過進(jìn)行冷加工之后、實(shí)施矯正加工及在300-550°C下的低溫?zé)崽幚矶圃斓摹?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的奧氏體系合金管，其是通過在所述矯正加工之后實(shí)施所述低溫?zé)崽幚矶圃斓摹?br> 6.一種奧氏體系合金管的制造方法，其具備: 制造奧氏體系合金管坯的工序； 對所述管 坯進(jìn)行冷加工的工序； 以及通過對于所述冷加工的管坯實(shí)施矯正加工及在300-550°C下的低溫?zé)崽幚?，制造奧氏體系合金管的工序，在所述合金管的管軸方向具有689.1MPa以上的拉伸屈服強(qiáng)度YSu，所述拉伸屈服強(qiáng)度YSu、所述管軸方向的壓縮屈服強(qiáng)度Y-(MPa)、管圓周方向的拉伸屈服強(qiáng)度YSct(MPa)及所述管圓周方向的壓縮屈服強(qiáng)度YSrc(MPa)滿足式(I)-式(4)，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其中，對于所述管坯實(shí)施矯正加工之后，實(shí)施所述低溫?zé)崽幚怼?br> 8.根據(jù)權(quán) 利要求6或權(quán)利要求7所述的制造方法，其中，所述管坯以質(zhì)量％計含有:C:0.03% 以下、S1:1.0% 以下、Mn:0.3 -5.0%、N1:23 -52%、Cr:20 -30%、N:0.005 -0.50%、Mo:9%以下及Cu:3%以下,余量由Fe及雜質(zhì)組成。
9.一種奧氏體系合金管的制造方法，其是權(quán)利要求8所述的制造方法，所述管坯以質(zhì)量％計含有選自由Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下及REM即稀土元素:0.20%以下組成的組中的I種或2種以上來代替一部分所述Fe。
【文檔編號】C21D8/10GK103443318SQ201280014939
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月24日
【發(fā)明者】澤渡直樹, 黑田浩一, 諏訪部均, 上山正樹 申請人:新日鐵住金株式會社