專(zhuān)利名稱(chēng)：擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于油井或氣井(以下只通稱(chēng)為“油井”)的無(wú)縫油井鋼管及其制造方法。更具體地，涉及能作為套管油管原樣使用的拉伸強(qiáng)度600MPa以上、屈服比85％以下的擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，按照油井挖掘低成本化的要求，已開(kāi)發(fā)出在油井中進(jìn)行擴(kuò)張加工的擴(kuò)管的施工法(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1，2)。以下將該施工法稱(chēng)為擴(kuò)管埋設(shè)施工法。按照該擴(kuò)管埋設(shè)施工法，在暗井內(nèi)，使套管在半徑方向膨脹。與過(guò)去的施工法相比，當(dāng)要確保同一暗井內(nèi)徑時(shí)，能夠減小多段結(jié)構(gòu)的套管的各自的直徑。由于也能夠減小暗井上部外層的套管尺寸，因此能削減消耗在油井挖掘上的成本。
在這種擴(kuò)管埋設(shè)施工法中，由于鋼管在受到擴(kuò)管加工的狀態(tài)曝露于油或氣的環(huán)境中，在加工后不能進(jìn)行熱處理，并且在接受低溫?cái)U(kuò)管加工時(shí)要求具有耐蝕性。為了滿(mǎn)足該要求，專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了擴(kuò)管加工后耐蝕性?xún)?yōu)良的擴(kuò)管用油井鋼管，以質(zhì)量％計(jì)，其含有C0.10-0.45％、Si0.1-1.5％、Mn0.10-3.0％、P0.03％以下、S0.01％以下、sol.Al0.05％以下及N0.010％以下，余量為Fe和雜質(zhì)，并且，擴(kuò)管加工前鋼管強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度YS(MPa))和晶粒粒徑(d(μm))滿(mǎn)足關(guān)系式ln(d)≤-0.0067YS+8.09；還公開(kāi)了在相同鋼管中，包含以下一組或兩組以上來(lái)代替Fe的一部分，即，(A)以質(zhì)量％計(jì)，Cr0.2-1.5％、Mo0.1-0.8％、V0.005-0.2％的一種或兩種以上，(B)以質(zhì)量％計(jì)，Ti0.005-0.05％、Nb0.005-0.03％的一種或2種，(C)Ca0.001-0.005％。
而且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)4中公開(kāi)了，為了抑制由擴(kuò)管造成的偏厚率擴(kuò)大從而壓潰強(qiáng)度降低，將擴(kuò)管前的偏厚率EO(％)限定為30/(1+0.018α)以下，(α(擴(kuò)管率)＝(擴(kuò)管后內(nèi)徑/擴(kuò)管前內(nèi)徑-1)×100)，并且，為了抑制將圓周方向擴(kuò)大量的差轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)度方向收縮量的差所造成的鋼管的彎曲，將偏心偏厚(一次偏厚)率(％)(＝{(偏心偏厚成分中的最大壁厚-最小壁厚)/平均壁厚}×100)限制為10％以下。
在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)3，4中，還公開(kāi)了以下實(shí)施例，對(duì)造管后的電焊鋼管和無(wú)縫鋼管最好實(shí)施以下處理淬火和回火，或者在重復(fù)兩次以上淬火后回火，擴(kuò)管率在30％以下。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特表平7-567610號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)公報(bào)WO98/00626號(hào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)2002-266055號(hào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)2002-349177號(hào)發(fā)明內(nèi)容但是，按照進(jìn)一步削減成本要求，需要廉價(jià)的能耐受擴(kuò)管率超過(guò)30％的擴(kuò)張加工的鋼管。如果能使油井內(nèi)鋼管的擴(kuò)管率還大于已有的30％，則更能減小套管尺寸，更能削減挖掘成本。為了滿(mǎn)足該要求，在本發(fā)明中，其目的在于，不按照專(zhuān)利文獻(xiàn)3，4中所公開(kāi)的淬火和回火(Q/T)處理，而是在軋制后直接或通過(guò)更廉價(jià)的非調(diào)質(zhì)型熱處理(常規(guī)(正火)處理或兩相區(qū)熱處理)，提供拉伸強(qiáng)度(TS)為600MPa以上的高強(qiáng)度且對(duì)于擴(kuò)管率超過(guò)30％的擴(kuò)管加工顯示出優(yōu)良的擴(kuò)管性的擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管及其制造方法。
其中，所謂擴(kuò)管性，用擴(kuò)管時(shí)不發(fā)生非均勻變形的可以擴(kuò)管的極限擴(kuò)管率進(jìn)行評(píng)價(jià)，本發(fā)明中擴(kuò)管率具體是指，擴(kuò)管后的偏厚率不超過(guò)擴(kuò)管前偏厚率+5％。
擴(kuò)管率(％)＝[(擴(kuò)管后管內(nèi)徑-擴(kuò)管前管內(nèi)徑)/擴(kuò)管前管內(nèi)徑]×100
偏厚率(％)＝[(管最大壁厚-管最小壁厚)/管平均壁厚]×100所要求的擴(kuò)管用鋼管的主要特性是，能容易地、即利用低能量擴(kuò)管，且擴(kuò)管時(shí)，即使是高擴(kuò)管率時(shí)，也能難于產(chǎn)生局部變形而均勻變形。為了能容易擴(kuò)管，最好是低YR(YR屈服比＝屈服強(qiáng)度YS/拉伸強(qiáng)度TS)，并且為了即使是高擴(kuò)管率時(shí)也能均勻變形，最好是高均勻延伸率和高加工硬化系數(shù)。
本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)上述特性，鋼管組織實(shí)質(zhì)上最好由鐵素體(體積率5％以上)+低溫相變相(貝氏體、馬氏體、貝氏體鐵素體或者其中兩種以上的混合組織等)構(gòu)成，并為實(shí)現(xiàn)該組織進(jìn)行了種種研究。
首先，為了抑制珠光體形成并高韌性化，使C含量不足0.1％、并添加相變延遲型元素Nb，研究了使組織成為鐵素體+低溫相變相的Mn含量。此時(shí)，使鋼管由γ相區(qū)空冷得到目標(biāo)組織為必要條件，研究了現(xiàn)在擴(kuò)管用鋼管的使用，以外徑4″～95/8″、壁厚5-12mm的尺寸為基準(zhǔn)，假定以在該尺寸范圍內(nèi)的空冷速度，能得到目標(biāo)組織。根據(jù)空冷時(shí)的環(huán)境，在約700℃-400℃間的平均冷卻速度為0.2℃/sec～2℃/sec。
其結(jié)果表明，Mn為2-4％時(shí)形成鐵素體，且不形成珠光體而形成低溫相變相。而且，也可以判斷，即使按規(guī)定量添加同樣的相變延遲型元素Mo或Cr來(lái)代替添加Nb，也能得到相同的效果。
而且，本發(fā)明者們所做的詳細(xì)研究結(jié)果表明，當(dāng)Mn量為0.5％以上時(shí)，且添加滿(mǎn)足(1)式或(3)式的合金元素時(shí)，能抑制珠光體形成。另一方面表明，由于大量添加合金元素時(shí)不形成鐵素體組織，為了形成鐵素體組織，必須在滿(mǎn)足(2)式或(4)式的范圍內(nèi)進(jìn)行添加。即通過(guò)滿(mǎn)足兩個(gè)公式，形成鐵素體+低溫相變相的組織，能得到低YR高擴(kuò)管性的鋼管。
Mn+0.9×Cr+2.6×Mo≥2.0 ……(1)4×C-0.3×Si+Mn+1.3×Cr+1.5×Mo≤4.5……(2)Mn+0.9×Cr+2.6×Mo+0.3×Ni+0.3×Cu≥2.0 ……(3)4×C-0.3×Si+Mn+1.3×Cr+1.5×Mo+0.3×Ni+0.6×Cu≤4.5 ……(4)其中，元素符號(hào)表示該元素在鋼中的含量(質(zhì)量％)。
在根據(jù)上述見(jiàn)解開(kāi)發(fā)的鋼中，能得到作為從γ相區(qū)空冷的目標(biāo)的鐵素體+低溫相變相，也可判明，通過(guò)在(α/γ)兩相區(qū)保持后進(jìn)行空冷，使這些鋼更低YR化。
雖然還不明確兩相組織化使擴(kuò)管性提高的詳細(xì)原理，但可以推斷，通過(guò)兩相組織化加工硬化率提高，擴(kuò)張加工中薄壁部首先加工硬化，形成等于或高于厚壁部的變形強(qiáng)度，接著促進(jìn)厚壁部變形，加工率趨于均勻化。另一方面，可以推斷出，在Q/T材料等高YR低加工硬化率的單相鋼中，薄壁部變形和擴(kuò)張加工一起優(yōu)先進(jìn)行，較早地達(dá)到極限擴(kuò)管率。
本發(fā)明是基于這些見(jiàn)解作出的。即，不使用已有技術(shù)中優(yōu)選的Q/T處理，在本發(fā)明中，對(duì)權(quán)利要求中示出的合金成分鋼(包含公式)，軋制后直接使用，或應(yīng)用非調(diào)質(zhì)型熱處理時(shí)，其具有高強(qiáng)度并能容易擴(kuò)管，且能實(shí)現(xiàn)高擴(kuò)管率。而且可以推測(cè)，由于此時(shí)的組織形態(tài)是鐵素體+低溫相變相得到出這些特性。
即，本發(fā)明是一種擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.010％以上且不足0.10％、Si0.05-1％、Mn0.5-4％、P0.03％以下、S0.015％以下、Al0.01-0.06％、N0.007％以下、O0.005％以下，并且含有Nb、Mo、Cr中的一種或兩種以上，它們?cè)贜b0.01-0.2％、Mo0.05-0.5％、Cr0.05-1.5％的范圍內(nèi)，且滿(mǎn)足下述(1)式、(2)式，
余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成，Mn+0.9×Cr+2.6×Mo≥2.0 ……(1)4×C-0.3×Si+Mn+1.3×Cr+1.5×Mo≤4.5……(2)其中，元素符號(hào)表示該元素在鋼中的含量(質(zhì)量％)。
在本發(fā)明中，也可以含有Ni0.05-1％、Cu0.05-1％、V0.005-0.2％、Ti0.005-0.2％、B0.0005-0.0035％、Ca0.001-0.005％中的一種或兩種以上來(lái)取代上述Fe的一部分。
而且，在本發(fā)明中，也可以以下述(3)式、(4)式代替上述(1)式、(2)式，Mn+0.9×Cr+2.6×Mo+0.3×Ni+0.3×Cu≥2.0……(3)4×C-0.3×Si+Mn+1.3×Cr+1.5×Mo+0.3×Ni+0.6×Cu≤4.5 ……(4)其中，元素符號(hào)表示該元素在鋼中的含量(質(zhì)量％)。
而且，在本發(fā)明中，鋼管組織最好含有體積率為5％以上、70％以下的鐵素體，余量實(shí)質(zhì)上由低溫相變相構(gòu)成。
其中，所謂“實(shí)質(zhì)上”是指允許存在體積率不滿(mǎn)5％的第三相(鐵素體和低溫相變相以外的相)。第三相例如珠光體、滲碳體、殘留奧氏體等。
而且，本發(fā)明是一種擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管的制造方法，其中，加熱鋼管原材料，通過(guò)無(wú)縫鋼管制造工序(＝無(wú)縫制管工藝)使終軋溫度在800℃以上進(jìn)行制管，或者通過(guò)無(wú)縫鋼管制造工序制管后進(jìn)行常規(guī)處理，以質(zhì)量％計(jì)，所述鋼管原材料含有C0.010％以上且不足0.10％、Si0.05-1％、Mn0.5-4％、P0.03％以下、S0.015％以下、Al0.01-0.06％、N0.007％以下、O0.005％以下，
并且含有Nb0.01-0.2％、Mo0.05-0.5％、Cr0.05-1.5％中的一種或兩種以上，或者，還含有Ni0.05-1％、Cu0.05-1％、V0.005-0.2％、Ti0.005-0.2％、B0.0005-0.0035％、Ca0.001-0.005％中的一種或兩種以上，并滿(mǎn)足上述(3)式、(4)式，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成。
而且，本發(fā)明是一種擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管的制造方法，其中，加熱上述鋼管原材料，在通過(guò)無(wú)縫鋼管制造工序進(jìn)行制管后，作為最終熱處理在A1點(diǎn)以上、A3點(diǎn)以下，即在(α/γ)兩相區(qū)保持5分鐘以上，然后進(jìn)行空冷。


圖1是表示擴(kuò)管試驗(yàn)的狀態(tài)的縱截面圖。
圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)、圖2(d)是表示兩相區(qū)熱處理的例子的模式圖。
圖1中的標(biāo)號(hào)，1表示鋼管，2表示芯棒，3表示芯棒的拉拔方向。
具體實(shí)施例方式
首先說(shuō)明對(duì)鋼板的組成進(jìn)行上述限定的理由。組成成分的含量用“質(zhì)量％”表示，簡(jiǎn)單記為“％”。
C0.010％以上且不足0.10％在通常的無(wú)縫制管工藝中，為了實(shí)現(xiàn)鐵素體+低溫相變相的兩相組織化，鋼必須是低C-高M(jìn)n-Nb系鋼，或者是添加一種以上的代替高M(jìn)n的滿(mǎn)足(3)式的合金元素、和代替Nb的同樣的相變延遲型元素(Cr、Mo)的鋼。并且，由于C量為0.10％以上時(shí)，容易形成珠光體，另一方面，不足0.010％時(shí)強(qiáng)度不足，因此C量為0.010％以上且不足0.10％。
Si0.05-1％
作為脫氧劑添加Si，其也有助于強(qiáng)度上升，但是當(dāng)不足0.05％時(shí)是沒(méi)有效果的。另一方面，當(dāng)添加超過(guò)1％時(shí)，不僅熱加工性顯著變差，而且YR上升也使得擴(kuò)管性降低。因此，Si為0.05-1％。
Mn0.5-4％Mn對(duì)于低溫相變相的形成很重要，在低C和添加相變延遲型元素(Nb、Cr、Mo)的復(fù)合條件下，如果單獨(dú)添加2％以上，或者和其它合金元素復(fù)合添加0.5％以上并滿(mǎn)足(3)式，則能形成鐵素體+低溫相變相的兩相組織。但是，如果超過(guò)4％時(shí)，偏析變多，韌性和擴(kuò)管性降低。因此，Mn為0.5-4％。
P0.03％以下P是作為鋼中的雜質(zhì)含有的，是易于晶界偏析的元素，當(dāng)含量超過(guò)0.03％時(shí)，晶界強(qiáng)度顯著降低、韌性降低。因此，P限定為0.03％以下。最好是0.015％以下。
S0.015％以下S是作為鋼中的雜質(zhì)含有的元素，主要以Mn系硫化物的夾雜物形式存在。當(dāng)含量超過(guò)0.015％時(shí)，以粗大伸展的夾雜物形式存在，韌性和擴(kuò)管性顯著降低。因此，S限定為0.015％以下。最好為0.006％以下。而且，也能有效地抑制Ca的夾雜物的形態(tài)。
Al0.01-0.06％Al是作為脫氧元素使用的，但不僅不足0.01％時(shí)效果不明顯，添加超過(guò)0.06％時(shí)效果飽和，而且氧化鋁系夾雜物增加使韌性和擴(kuò)管性下降。因此，Al為0.01-0.06％。
N0.007％以下N是作為鋼中的雜質(zhì)含有的，與Al和Ti等元素結(jié)合形成氮化物。當(dāng)含量超過(guò)0.007％時(shí)，形成粗大氮化物，韌性和擴(kuò)管性下降。因此，N限定為0.007％以下。最好為0.005％以下。
O0.005％以下O在鋼中作為夾雜物存在。當(dāng)含量超過(guò)0.005％時(shí)，夾雜物容易變得聚集存在，韌性和擴(kuò)管性降低。因此，O限定在0.005％以下。最好為0.003％以下。
除以上元素之外，在以下范圍內(nèi)添加Nb、Mo、Cr中的一種或兩種以上。
Nb0.01-0.2％Nb除了抑制珠光體形成并在和低C及高M(jìn)n的復(fù)合下有助于形成低溫相變相以外，通過(guò)碳氮化物的形成還有助于高強(qiáng)度化。但是，不足0.01％時(shí)得不到上述效果。另一方面，添加量超過(guò)0.2％時(shí)不僅效果飽和，而且還抑制鐵素體的形成，阻礙鐵素體+低溫相變相的兩相組織化。因此，Nb為0.01-0.2％。
Mo0.05-0.5％Mo具有通過(guò)形成固溶體和碳化物使常溫和高溫強(qiáng)度上升的效果，但由于當(dāng)超過(guò)0.5％時(shí)不僅效果飽和，而且成本變高，因此最好在0.5％以下的范圍內(nèi)進(jìn)行添加。另外，為了發(fā)揮強(qiáng)度上升效果，最好添加0.05％以上。而且，Mo作為相變延遲型元素具有抑制珠光體形成的效果，為了發(fā)揮該效果，也最好添加0.05％以上。
Cr0.05-1.5％Cr能抑制珠光體形成，有助于鐵素體+低溫相變相的兩相組織化，而且有助于低溫相變相硬化所帶來(lái)的高強(qiáng)度化。不過(guò)，不足0.05％時(shí)得不到上述效果。另一方面，添加超過(guò)1.5％時(shí)不僅效果飽和，而且還抑制鐵素體的形成，阻礙兩相組織化。因此，Cr為0.05-1.5％。
在含有Nb，Mo，Cr中一種或兩種以上且不足0.1％的低C條件下，按照抑制珠光體形成的觀點(diǎn)，這些元素必須滿(mǎn)足上述(3)式；并且，按照要促進(jìn)形成體積率5-70％的鐵素體的觀點(diǎn)，這些元素必須滿(mǎn)足上述(4)式。
另外，在不添加后述的Ni、Cu時(shí)，用上述(1)式代替上述(3)式，且用上述(2)式代替(4)式。
在以上元素之外，必要時(shí)也可以添加以下元素。
Ni0.05-1％Ni是能有效使強(qiáng)度、韌性、耐蝕性上升的元素。而且，在添加Cu時(shí)，對(duì)于防止軋制時(shí)的Cu裂紋也是有效的，但由于價(jià)格高且過(guò)剩添加其效果也會(huì)飽和，因此最好在0.05-1％范圍內(nèi)。特別是從Cu裂紋的角度出發(fā)，最好是添加Cu含量(％)×0.3以上。
Cu0.05-1％為了提高強(qiáng)度、耐蝕性添加Cu，為了發(fā)揮其效果含量必須超過(guò)0.05％以上，另一方面，當(dāng)超過(guò)1％時(shí)，容易引起熱(高溫)脆化且韌性降低，因此最好是0.05-1％的范圍。
V0.005-0.2％V具有通過(guò)形成碳氮化物，利用組織細(xì)微化和析出強(qiáng)化而使強(qiáng)度上升的效果，但不足0.005％時(shí)效果不明顯，而且，由于添加超過(guò)0.2％時(shí)效果飽和并且也產(chǎn)生連鑄裂紋等問(wèn)題，最好添加0.005-0.2％。
Ti0.005-0.2％Ti是強(qiáng)氮化物形成元素，添加量為N當(dāng)量(N％×48/14)時(shí)能抑制N時(shí)效，而且當(dāng)添加B時(shí)，B會(huì)通過(guò)鋼中的N以BN形式析出固定，因而不抑制該效果地添加Ti也是可以的。而且，通過(guò)添加Ti形成細(xì)微碳化物可使強(qiáng)度增加。當(dāng)不足0.005％時(shí)沒(méi)有效果，特別是最好添加(N％×48/14)以上。另一方面，當(dāng)添加超過(guò)0.2％時(shí)，容易形成粗大的氮化物，韌性和擴(kuò)管性變差，因此最好在0.2％以下的范圍進(jìn)行添加。
B0.0005-0.0035％B作為晶界強(qiáng)化元素，可抑制晶界裂紋有助于提高韌性。要發(fā)揮該效果，必須添加0.0005％以上，另一方面，過(guò)量添加不僅效果飽和，而且抑制鐵素體相變，因此其上限為0.0035％。
Ca0.001-0.005％添加Ca的目的在于將夾雜物形狀控制為球形，但要發(fā)揮該作用必須添加0.001％以上，且超過(guò)0.005％時(shí)其效果會(huì)飽和，因此最好在0.001-0.005％范圍進(jìn)行添加。
下面，說(shuō)明本發(fā)明中的組織的優(yōu)選范圍。
為了確保在擴(kuò)管性方面有效的低YR和均勻延伸性，鋼管組織實(shí)質(zhì)上最好是軟質(zhì)的鐵素體相和硬質(zhì)的低溫相變相的兩相組織，為了確保TS600MPa以上，最好是鐵素體的體積率為5％以上、70％以下，余量是實(shí)質(zhì)上由低溫相變相構(gòu)成的組織。另外，由于鐵素體相的體積率為5-50％時(shí)，能得到特別良好的擴(kuò)管性，因此較優(yōu)選，體積率為5-30％時(shí)更好。而且，在低溫相變相也含有上述的貝氏體鐵素體(和針狀鐵素體同義)，但在本發(fā)明的成分體系中，必須是C＜0.02％才能形成該貝氏體鐵素體。
下面，說(shuō)明制造方法。
最好用轉(zhuǎn)爐、電爐等公知的熔煉方法進(jìn)行熔煉，通過(guò)連續(xù)鑄造法、鑄錠法等公知的鑄造方法將上述組成的鋼水制成坯段等鋼管原材料。另外，也可以通過(guò)連續(xù)鑄造法等形成板坯，通過(guò)軋制該板坯形成坯段。
而且，按照減少夾雜物的觀點(diǎn)，最好在煉鋼-鑄造時(shí)采取夾雜物上浮處理或抗集聚等減少夾雜物措施。而且，通過(guò)在連續(xù)鑄造時(shí)的鍛壓或勻熱保持爐中的加熱處理，可以降低中心偏析。
然后，加熱得到的鋼管原材料，用通常的曼內(nèi)斯曼-自動(dòng)軋管方式、或曼內(nèi)斯曼-芯棒式無(wú)縫軋管方式、或熱擠壓方式熱加工制管，制成所需尺寸的無(wú)縫鋼管。此時(shí)，在800℃以上完成最終軋制，按照低YS和均勻延伸的觀點(diǎn)，這是優(yōu)選的。冷卻也可以是通常的空冷。另外，制管時(shí)只要不進(jìn)行特殊的低溫軋制和制管后的急冷等，在本發(fā)明限定的成分范圍內(nèi)，就能形成鐵素體，余量實(shí)質(zhì)上為低溫相變相，該鐵素體的體積率大致為5-70％。
而且，即使制管時(shí)低溫軋制或制管后急冷等非常規(guī)的制管工序不能得到目標(biāo)組織時(shí)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行常規(guī)處理能得到目標(biāo)組織。并且，即使制管時(shí)終軋溫度為800℃以上，該工程上的材料特性也可能會(huì)發(fā)生不均勻或各向異性的情況，可以根據(jù)需要進(jìn)行常規(guī)處理。在本發(fā)明的組成范圍內(nèi)，常規(guī)處理后的組織和制管后樣的組織大致相同，降低了制管時(shí)材料特性的不均勻性和各向異性，顯示出更優(yōu)良的擴(kuò)管性。另外，常規(guī)處理的處理溫度在Ac3以上的溫度區(qū)域內(nèi)，優(yōu)選在1000℃以下，更優(yōu)選在950℃以下的范圍。
而且，在本發(fā)明中為了實(shí)現(xiàn)更低的YR，也可以用在最終(α/γ)兩相區(qū)保持后進(jìn)行空冷來(lái)代替常規(guī)處理。在本發(fā)明的組成范圍內(nèi)，和常規(guī)處理同樣，形成鐵素體+低溫相變相的兩相組織，通過(guò)鐵素體的更低強(qiáng)度化促進(jìn)更低YR化。為了得到該效果，必須保持5分鐘以上。而且，該效果不依賴(lài)于兩相區(qū)保持前的熱過(guò)程，如圖2(a)、2(b)、2(c)、2(d)所示，即使加上從加熱到γ相區(qū)直接冷卻到(α/γ)兩相區(qū)、或者淬火后加熱到兩相區(qū)等阻礙晶粒細(xì)微化效果的熱處理也沒(méi)關(guān)系。
其中，優(yōu)選正確的測(cè)定決定(α/γ)兩相區(qū)的A1點(diǎn)和A3點(diǎn)，也可以用下式簡(jiǎn)單地求出。
A3(℃)＝910-203×C+44.7×Si-30×Mn-15.2×Ni-20×Cu-11×Cr+31.5×Mo+104×V+700×P+400×Al+400×TiA1(℃)＝723+29.1×Si-10.7×Mn-16.9×Ni+16.9×Cr其中元素符號(hào)表示該元素在鋼中的含量(質(zhì)量％)。
實(shí)施例真空熔煉表1所示組成的鋼，鑄造成100kg鋼錠，用熱鍛制成坯段，利用模型無(wú)縫鋼管軋機(jī)通過(guò)熱加工制管，制成外徑4英寸(101.6mm)×壁厚3/8英寸(9.525mm)的無(wú)縫鋼管。此時(shí)的終軋溫度示于表2、表3、表4中。
對(duì)這些鋼管的一部分進(jìn)行常規(guī)處理、兩相區(qū)熱處理(圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)、圖2(d))或Q/T處理的熱處理。常規(guī)處理是在890℃加熱10分鐘后進(jìn)行空冷。Q/T處理是加熱60分鐘到920℃后進(jìn)行水冷，再對(duì)其以430-530℃進(jìn)行回火處理30分鐘。
其中兩相區(qū)熱處理的A1、A3相變點(diǎn)用下式求出。
A3(℃)＝910-203×C+44.7×Si-30×Mn-15.2×Ni-20×Cu-11×Cr+31.5×Mo+104×V+700×P+400×Al+400×TiA1(℃)＝723+29.1×Si-10.7×Mn-16.9×Ni+16.9×Cr其中元素符號(hào)表示該元素在鋼中的含量(質(zhì)量％)。
通過(guò)用光學(xué)顯微鏡和SEM(掃描電子顯微鏡)觀察，調(diào)查各個(gè)鋼管的組織形態(tài)和鐵素體的分率(體積率)，并調(diào)查拉伸性、擴(kuò)管性。其結(jié)果示于表2、表3、表4中。其中，拉伸試驗(yàn)是以JIS Z 2241中規(guī)定的拉伸試驗(yàn)方法為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，試驗(yàn)片使用JIS Z 2201中規(guī)定的JIS 12B號(hào)。用擴(kuò)管時(shí)不發(fā)生不均勻變形的可擴(kuò)管的擴(kuò)管率(極限擴(kuò)管率)評(píng)價(jià)擴(kuò)管性，具體地，擴(kuò)管率設(shè)定為使擴(kuò)管后偏厚率不超過(guò)擴(kuò)管前偏厚率+5％。用超聲波壁厚計(jì)測(cè)量在鋼管橫截面上分別間隔22.5°的16個(gè)位置，求出偏厚率。如圖1所示，在鋼管1中裝入具有比鋼管1擴(kuò)管前內(nèi)徑D0還大的各種最大外徑D1的芯棒2，通過(guò)在芯棒拉拔方向3進(jìn)行機(jī)械拉拔，利用能擠壓擴(kuò)張鋼管內(nèi)徑的擴(kuò)張加工法進(jìn)行擴(kuò)管試驗(yàn)，由擴(kuò)管前后的平均內(nèi)徑求出擴(kuò)管率。
由表2、表3、表4可知，按照本發(fā)明，能得到極限擴(kuò)管率為40％以上的優(yōu)良的擴(kuò)管性。
按照本發(fā)明，即使在擴(kuò)管率超過(guò)30％時(shí)，也能廉價(jià)地提供擴(kuò)管性?xún)?yōu)良的TS600MPa以上的鋼管。
表1

P1＝Mn+0.9×Cr+2.6×Mo+0.3×Ni+0.3×CuP2＝4×C-0.3×Si+Mn+1.3×Cr+1.5×Mo+0.3×Ni+0.6×Cu其中元素符號(hào)表示該元素在鋼中的含量(質(zhì)量％)。
表1(續(xù))

表2

α鐵素體、YS屈服強(qiáng)度、TS拉伸強(qiáng)度、YR屈服比、u-EI均勻拉伸率、EI拉伸率表3

α鐵素體、YS屈服強(qiáng)度、TS拉伸強(qiáng)度、YR屈服比、u-EI均勻拉伸率、EI拉伸率表4

α鐵素體、YS屈服強(qiáng)度、TS拉伸強(qiáng)度、YR屈服比、u-EI均勻拉伸率、EI拉伸率
權(quán)利要求
1.一種擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.010％以上且不足0.10％、Si0.05-1％、Mn0.5-4％、P0.03％以下、S0.015％以下、Al0.01-0.06％、N0.007％以下、O0.005％以下，并且含有Nb、Mo、Cr中的一種或兩種以上，它們?cè)贜b0.01-0.2％、Mo0.05-0.5％、Cr0.05-1.5％的范圍內(nèi)，且滿(mǎn)足下述(1)式、(2)式，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成，Mn+0.9×Cr+2.6×Mo≥2.0 ……(1)4×C-0.3×Si+Mn+1.3×Cr+1.5×Mo≤4.5 ……(2)其中，元素符號(hào)表示該元素在鋼中的含量(質(zhì)量％)。
2.如權(quán)利要求1所述的擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管，其中，含有Ni0.05-1％、Cu0.05-1％、V0.005-0.2％、Ti0.005-0.2％、B0.0005-0.0035％、Ca0.001-0.005％中的一種或兩種以上來(lái)取代所述Fe的一部分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管，其中，以下述(3)式、(4)式代替所述(1)式、(2)式，Mn+0.9×Cr+2.6×Mo+0.3×Ni+0.3×Cu≥2.0 ……(3)4×C-0.3×Si+Mn+1.3×Cr+1.5×Mo+0.3×Ni+0.6×Cu≤4.5 ……(4)其中，元素符號(hào)表示該元素在鋼中的含量(質(zhì)量％)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管，其中，鋼管組織含有體積率為5％以上、70％以下的鐵素體，余量實(shí)質(zhì)上由低溫相變相構(gòu)成。
5.一種擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管的制造方法，其中，加熱鋼管原材料，通過(guò)無(wú)縫鋼管制造工序使終軋溫度在800℃以上進(jìn)行制管，或者通過(guò)無(wú)縫鋼管制造工序制管后進(jìn)行常規(guī)處理，以質(zhì)量％計(jì)，所述鋼管原材料含有C0.010％以上且不足0.10％、Si0.05-1％、Mn0.5-4％、P0.03％以下、S0.015％以下、Al0.01-0.06％、N0.007％以下、O0.005％以下，并且含有Nb0.01-0.2％、Mo0.05-0.5％、Cr0.05-1.5％中的一種或兩種以上，或者，還含有Ni0.05-1％、Cu0.05-1％、V0.005-0.2％、Ti0.005-0.2％、B0.0005-0.0035％、Ca0.001-0.005％中的一種或兩種以上，并滿(mǎn)足下述(3)式、(4)式，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成，Mn+0.9×Cr+2.6×Mo+0.3×Ni+0.3×Cu≥2.0……(3)4×C-0.3×Si+Mn+1.3×Cr+1.5×Mo+0.3×Ni+0.6×Cu≤4.5 ……(4)其中，元素符號(hào)表示該元素在鋼中的含量(質(zhì)量％)。
6.一種擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管的制造方法，其中，加熱權(quán)利要求5中所述的鋼管原材料，在通過(guò)無(wú)縫鋼管制造工序進(jìn)行制管后，作為最終熱處理在A1點(diǎn)以上、A3點(diǎn)以下保持5分鐘以上，然后進(jìn)行空冷。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種擴(kuò)管用無(wú)縫油井鋼管及其制造方法，所述鋼管軋制后直接使用，或者進(jìn)行廉價(jià)的非調(diào)質(zhì)熱處理，具有拉伸強(qiáng)度(TS)600MPa以上的高強(qiáng)度，并且對(duì)于擴(kuò)管率超過(guò)30％的擴(kuò)管加工表現(xiàn)出優(yōu)良的擴(kuò)管性。具體的制品含有C0.010％以上且不足0.10％、Si0.05－1％、Mn0.5－4％、P0.03％以下、S0.015％以下、Al0.01－0.06％、N0.007％以下、O0.005％以下，并且含有Nb、Mo、Cr中的一種或兩種以上，它們?cè)贜b0.01－0.2％、Mo0.05－0.5％、Cr0.05－1.5％的范圍內(nèi)，且滿(mǎn)足Mn+0.9×Cr+2.6×Mo≥2.0和4×C－0.3×Si+Mn+1.3×Cr+1.5×Mo≤4.5。鋼管組織優(yōu)選含有體積率為5％以上、70％以下的鐵素體，余量實(shí)質(zhì)上由低溫相變相構(gòu)成。制造條件包含以下的任意一種或兩種以上a制管時(shí)終軋溫度為800℃以上，b制管后進(jìn)行常規(guī)處理，c制管后在兩相區(qū)保持5分鐘以上后空冷。
文檔編號(hào)C21D9/08GK1871369SQ20048003080
公開(kāi)日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2004年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月20日
發(fā)明者山崎義男, 宮田由紀(jì)夫, 木村光男, 坂田敬, 田中全人 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社