CN101151108B

CN101151108B - 无缝钢管的制造方法

Info

Publication number: CN101151108B
Application number: CN2006800102225A
Authority: CN
Inventors: 筱木健一; 村尾畅俊
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: BRPI0609500A2; CN101151108A; BRPI0609500B1; JP4702364B2; JPWO2006106802A1; WO2006106802A1

Abstract

一种同时减少内表面缺陷的无缝钢管的制造方法，该制造方法是包括穿孔轧制工序的无缝钢管的制造方法，其中，在设钢坯直径为R(m)、钢坯的轴心部裂纹长度为r(m)、在上述钢坯从钢坯接触于轧辊至达到穿孔顶头为止的期间的旋转量的2倍为N时，同时满足下述式(1)～(3)的关系地进行穿孔轧制。0≤r/R≤0.13...(1)，r/R≥-0.13N+0.13...(2)，r/R≤-0.065N+0.39...(3)，由此，即使使用铁素体温度范围宽的铸件，也可以不产生钢管的穿孔轧制不良和内表面缺陷而廉价地制造高品质无缝钢管。

Description

无缝钢管的制造方法

技术领域

本发明涉及包括穿孔轧制工序的无缝钢管的制造方法，更详细地说，涉及用穿孔轧制法制造不产生内表面缺陷的无缝钢管的方法。

背景技术

受到原油、天然气等能源的需求增长的影响，油井和气井的开发正蓬勃发展。近年来，与油井和气井都从陆地向海底转移，油井内和气井内环境当然随着油井和气井的存在环境而严酷化。

考虑到用于大量输送的作业性和包括深海中的耐压性的铺设环境，从油井和气井输送原油和天然气的管线，有进行朝大直径化和厚壁化发展的设计的倾向。而且，从钢材特性方面考虑，当然要求强度、特别是低温时的韧性，此外，从铺设性方面考虑，要求焊接性。

为了确保上述的特性中的焊接性，有效的是降低C含有率，据此，把其他合金元素组合起来谋求强度的最佳化。此外，为了确保韧性，通过降低P、S等杂质元素，而且，通过添加Ca等来控制夹杂物的形态，调整钢成分组成和钢组织。

另一方面，作为其制造工序，往往采用通过连续铸造制造钢坯并对该钢坯进行穿孔轧制的工序。在上述连续铸造中，因为从铸件的外周部向其中心部进行凝固，故在铸件的中心部附近容易产生中心疏松、轴心部裂纹、中心偏析等缺陷。此外，因为为了如上述那样确保焊接性而使C含有率降低，所以更加扩大了由凝固初期的δ铁素体相向γ奥氏体相的相变导致的体积收缩引起的裂纹。

通过选取钢坯断面样品进行调查、测定，可以更容易把握钢坯的轴心部裂纹量。此外，在轴心部裂纹大的情况下，因为容易在作为制品的钢管的内表面上产生缺陷，所以报告了许多通过抑制钢坯的轴心部裂纹而在钢管的内表面上不产生缺陷的方法。

例如，在日本特开2002-327234号公报中公开了如下的圆钢坯及其制管方法：使基于钢成分组成计算出的从液相向δ铁素体的相变温度、与从δ铁素体向γ奥氏体的相变温度的温度差(DF)(以下还称为“铁素体温度范围(DF)”)为150℃以下，由此抑制在钢坯中央部处产生疏松等缺陷，即使在进行连续铸造的状态下进行穿孔轧制也可以廉价地制造内表面缺陷少的无缝钢管。

但是，为了完全满足从用户所要求的种种机械特性值，例如，有时必须使用上述DF的值超过150℃而具有较高成分组成的铸件来制管。进而，也有时必须在连续铸造的状态下对具有中心疏松的圆钢坯进行穿孔轧制。

如上所述，为了在即使是铁素体温度范围(DF)超过150℃而具有较高成分组成的铸件，也不产生穿孔轧制引起的内表面缺陷，制造品质良好的无缝钢管，还存在必须解决的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而作出的，其课题在于提供一种如下的无缝钢管的制造方法：即使是铁素体温度范围超过150℃而具有较高成分组成的铸件，也不会因穿孔轧制而在管内表面产生缺陷，可以廉价地制造品质良好的无缝钢管。

为了解决上述课题，本发明人根据以往的问题，对如下的无缝钢管的制造方法进行了研究，得到下述(a)～(e)的见解，并完成了本发明，上述无缝钢管的制造方法是通过适当组合钢坯的铸造条件和穿孔轧制条件，可以预先防止穿孔不良、防止产生内表面缺陷，并且可以提高制造成品率。

(a)从钢坯接触于轧辊至达到穿孔顶头之前，钢坯受到的回转锻造次数(在使用二辊型穿轧机时为钢坯的旋转量的2倍)越多，则钢坯达到穿孔顶头为止的变形越大，越容易在管内表面产生缺陷(内表面斑痕缺陷)。

(b)从钢坯接触于轧辊起到到达穿孔顶头之前，钢坯的旋转量越少，则虽然能抑制内表面产生斑痕缺陷，但是相反，有可能产生由钢坯向轧辊的咬入性降低引起的咬入不良的问题。

(c)在钢坯的轴心部裂纹率大的情况下，由于存在对钢坯穿孔轧制用的足够的起点，所以即使把穿轧机中的回转锻造次数设定得少，钢坯的咬入性也良好。相反，如果把回转锻造次数设定得多，则容易产生内表面斑痕缺陷。

(d)在钢坯的轴心部裂纹率小的情况下，因为不存在对钢坯穿孔轧制用的足够的起点，故如果把回转锻造次数设定得少，则钢坯的咬入性容易恶化。相反，即使把回转锻造次数设定得多，也不容易产生内表面斑痕缺陷。

(e)考虑到上述(a)～(d)，如果求出确保向穿轧机的咬入性且不产生内表面斑痕缺陷地制造无缝钢管用的、回转锻造次数(N)，与钢坯的轴心部裂纹率(r/R)(钢坯的轴心部裂纹长度r(m)除以钢坯的直径R(m)所得的值)的关系的适当范围，则成为同时满足下述式(1)～(3)的范围。

0≤r/R≤0.13(1)

r/R≥-0.13N+0.13(2)

r/R≤-0.065N+0.39(3)

本发明是基于上述见解而完成的，其要旨在于下述(1)～(3)中所示的无缝钢管的制造方法。

(1)一种降低内表面缺陷的无缝钢管的制造方法，该制造方法为包括穿孔轧制工序的无缝钢管的制造方法，其特征在于，设钢坯的直径为R、钢坯的轴心部裂纹长度为r、设使用二辊型穿轧机时钢坯的回转锻造次数为N，其中N为上述钢坯从钢坯接触于轧辊至到达穿孔顶头为止的期间的旋转量的2倍时，同时满足下述式(1)～(3)所表示的关系地进行穿孔轧制。

0≤r/R≤0.13 (1)

r/R≥-0.13N+0.13 (2)

r/R≤-0.065N+0.39 (3)；

其中，上述R和上述r的单位均为m。

(2)根据上述(1)中所述的降低内表面缺陷的无缝钢管的制造方法，其特征在于，以质量％计，上述无缝钢管含有C：0.02～0.15％、Si：0.05～0.4％、Mn：0.3～2.0％、以及作为杂质的P：0.03％以下和S：0.03％以下，还含有Cu：0.05～0.4％、Cr：0.05～0.6％、Ni：0.05～0.8％以及Mo：0.03～0.5％中的一种以上元素，其余由Fe和杂质组成。

(3)根据上述(1)或(2)中所述的无缝钢管的制造方法，其特征在于，通过下述式(4)推定作为上述钢坯的轴心部裂纹长度r与钢坯直径R之比r/R，此外，通过下述式(5)推定钢坯在从上述钢坯接触于轧辊至到达穿孔顶头为止的期间的旋转量的2倍、即N。

r/R＝{(8+W)×(DF×Vc×R2)-(16/R)}/1000 (4)

N＝2×{L/(Vs/EL)}×Brps (5)

式中，W表示钢坯的铸造时的比水量，单位为L/kg；Vc表示钢坯的铸造速度，单位为m/min；DF表示从液相向δ铁素体的相变温度与从δ铁素体向Y奥氏体的相变温度的温度差，单位为℃；L表示从钢坯接触于轧辊的位置到穿孔顶头的前端的距离，单位为m；Vs表示穿孔管壳的纵长方向行进速度，单位为m/S；EL表示穿孔比；而且，Brps表示钢坯的转速，单位为转/s。

附图说明

图1是表示铸造的钢坯的轴心部裂纹率与穿孔轧制时的钢坯的回转锻造次数的关系的适当范围的图。

具体实施方式

如前所述，本发明的方法是如下的无缝钢管的制造方法：将根据钢坯的直径和钢坯的轴心部裂纹长度所求出的轴心部裂纹率(r/R)、与钢坯从接触于轧辊至到达穿孔顶头为止的期间受到的回转锻造次数N，调整至同时满足由上述式(1)～(3)所表示的关系的范围内。下面，更详细地说明本发明的无缝钢管的制造方法。

1)钢坯的轴心部裂纹率

如前所述，由钢坯的轴心部裂纹长度(r)除以钢坯的直径(R)而得到的值(r/R)来定义钢坯的轴心部裂纹率。在此，在钢坯的轴心部存在多个轴心部裂纹时，用其中的最大裂纹长度作为轴心部裂纹长度。

虽然可以通过每次切断钢坯时把在其横断面上实测的轴心部裂纹长度除以钢坯的直径来求出轴心部裂纹率，但方便的是，进行操作预测后使用通过连续铸造的作业条件描述的推算式。

本发明人从多个钢坯取样调查钢坯的铸造条件与轴心部裂纹率的关系，发现轴心部裂纹率(r/R)可以通过下述式(4)来表示。

r/R＝{(8+W)×(DF×Vc×R²)-(16/R)}/1000 (4)

式中，r/R表示轴心部裂纹率(-)，r表示钢坯的轴心部裂纹长度(m)，R表示钢坯的直径(m)，W表示钢坯的铸造时的比水量(L/kg-钢)，Vc表示钢坯的铸造速度(m/min)，而且，DF表示铁素体温度范围(℃)。

另外，如前所述，铁素体温度范围(DF)，是指从液相向δ铁素体的相变温度与从δ铁素体向γ奥氏体的相变温度的温度差，例如，可以如日本特开2002-327234号公报中公开的那样使用下述式(6)～(8)来计算。

DF＝TL_δ-Tδ_γ (6)

TL_δ＝100000/(55.25+2.35C+0.37Si+0.16Mn+1.01P+1.15S+0.18Cu+0.04Cr+0.13Ni+0.12Mo) (7)

Tδ_γ＝100000/(60.06-4.51C+3.84Si-0.19Mn+0.98P+0.25S-1.49Cu+1.01Cr-1.34Ni+0.55Mo) (8)

在此，上述式(7)和(8)中的元素符号表示钢中的各元素的含有率(质量％)。

采用上述式(4)和(6)～(8)，得知：为了降低轴心部裂纹率(r/R)，在不妨碍铸造作业或不产生钢坯外表面缺陷的范围内，采用使铸造时的比水量降低、或者降低铸造速度等方式而选择操作诸参数是有效的。此外，在铁素体温度范围以外的不损及钢品质的范围内通过使C、Mn、Cu和Ni这样的钢成分的含有率上升，使铁素体温度范围缩小也是有效的。

2)回转锻造次数

如前所述，回转锻造次数(N)是钢坯从钢坯接触于轧辊至到达穿孔顶头之前受到的回转锻造次数，在使用钢坯的周围备有两个倾斜辊的两辊型穿轧机的情况下，为钢坯的旋转量的2倍。虽然也可以使用每次实测的值，但是根据下述式(5)来推算是很实用的。

N＝2×{L/(Vs/EL)}×Brps (5)

式中，N是回转锻造次数(次)，L是从钢坯接触于轧辊的位置到穿孔顶头前端的距离(m)，Vs是穿孔管壳的纵长方向行进速度(m/s)(＝辊的圆周速度×sin(β)×η)，β是轧辊的倾斜角(°)，η是平均穿孔效率(-)，EL是穿孔比(-)，而且，Brps是钢坯的转速(转/s)。

根据上述式(5)得知：为了减少回转锻造次数(N)，减小从钢坯接触于轧辊的位置至穿孔顶头前端的距离、或者加大轧辊的倾斜角等方法是有效的。

3)回转锻造次数与轴心部裂纹率的关系的适当范围

涉及内表面缺陷的产生和钢坯向穿轧机的咬入性的回转锻造次数和轴心部裂纹率的效果如上述(a)～(d)的见解中所述。基于上述考虑，通过后述铸造试验和穿孔轧制试验，求出确保向穿轧机的咬入性、且不产生内表面斑痕缺陷而制造无缝钢管用的、回转锻造次数与钢坯的轴心部裂纹率的关系的适当范围。

图1是表示基于后述铸造试验和穿孔轧制试验的结果，调整铸造引起的钢坯的轴心部裂纹率与穿孔轧制时的钢坯的回转锻造次数的关系的适当范围的图。在该图中，直线AB表示由r/R＝0.13所表示的直线，直线AD表示由r/R＝-0.13N+0.13所表示的直线，而且，直线BC表示由r/R＝-0.065N+0.39所表示的直线。

采用该图的结果，在不满足上述式(1)的关系或上述式(3)的关系的条件的情况下，虽然未产生基于向穿轧机的咬入不良等的穿孔轧制不良，但是如图中■标记所示，在管中产生了内表面斑痕缺陷。此外，在为不满足上述式(2)的关系的条件的情况下，如图中×标记所示，产生穿孔轧制不良。与此相反，在为全部满足由上述式(1)～(3)所表示的关系的条件的情况下，如图中○标记所示，不会产生穿孔轧制的不良和管的内表面斑痕缺陷，可以得到良好的制品。

4)钢成分组成的最佳范围

下面说明本发明的钢成分组成的较佳范围及其理由。

C：0.02～0.15％

C是出于确保无缝钢管的强度的目的而含有的元素。其含有率不足0.02％时难以确保必要的强度。另一方面，如果含有率高得超过0.15％，则在焊接施工时容易产生裂纹。根据上述理由，C含有率最好是在0.02～0.15％的范围内。此外，C含有率的更佳的范围是0.03～0.10％。

Si：0.05～0.4％

Si是除了具有熔钢的脱氧作用外还具有提高强度的作用的元素，为了得到该效果，最好是为0.05以上的含有率。但是，如果其含有率高得超过0.4％则夹杂物量增加，钢的纯度降低，而且有可能使韧性降低。因而，Si含有率最好在0.05～0.4％的范围内。

Mn：0.3～2.0％

Mn是具有脱氧作用，并且具有不使钢的韧性变差而使强度提高的作用的元素，为了得到该效果，最好含有0.3％以上。但是，如果其含有率高得超过2.0％则夹杂物量增加，有可能降低钢的纯度。根据上述理由，Mn含有率最好在0.3～2.0％的范围内。此外，Mn含有率的更佳范围是0.5～1.8％。

P：0.030％以下

P是钢中的杂质元素，因为在晶界处偏析而造成韧性降低，并且给热加工性带来不良影响，故其含有率最好为0.030％以下。此外，P含有率越低越好。

S：0.030％以下

S也是钢中的杂质元素，因为在晶界处偏析而造成韧性降低，并且给热加工性带来不良影响，故其含有率最好为0.030％以下。此外，S含有率越低越好。

Cu：0.05～0.4％

Cu是具有提高钢的强度的作用的元素。虽然可以含有也可以不含有，但是通过含有0.05％以上，可以得到该效果。但是，如果其含有率高得超过0.4％，则进行曼内斯曼穿孔时的管的外表面缺陷的产生增加。根据上述理由，含有Cu的情况的含有率的范围为0.05～0.4％。

Cr：0.05～0.6％

Cr是具有提高钢的强度的作用的元素。虽然可以含有也可以不含有，但是通过使含有率为0.05％以上，可以得到该效果。但是，因为Cr还提高钢的淬透性，所以如果其含有率高得超过0.6％则产生焊接施工时的裂纹。根据上述理由，含有Cr的情况的含有率的范围为0.05～0.6％。

Ni：0.05～0.8％

Ni是具有提高钢的强度的效果的元素。虽然可以含有也可以不含有，但是通过使含有率为0.05％以上，可以得到该效果。但是，如果其含有率高得超过0.8％，则钢的热加工性恶化，此外，成本也上升。根据上述理由，含有Ni的情况的含有率的范围为0.05～0.8％。

Mo：0.03～0.5％

Mo是具有提高钢的强度的作用的元素。虽然可以含有也可以不含有，但是通过含有0.03％以上，可以得到该效果。但是，因为Mo还具有提高钢的淬透性的作用，所以如果其含有率高得超过0.5％则产生焊接施工时的裂纹。根据上述理由，含有Mo的情况的含有率的范围为0.03～0.5％。

实施例

为了确认本发明的无缝钢管的制造方法的效果，进行下述试验而评价其结果。

用具有表1中所示的化学成分组成和铁素体温度范围的供试钢，通过表2中所示的铸造条件进行连续铸造，制造出圆钢坯。

表1

Figure DEST_PATH_S06810222520071008D000101

表2

而且，使用如上述那样得到的钢坯，在表2中所示的穿孔轧制条件下进行制管试验。

在该表中，(r/R)如前所述，是钢坯的轴心部裂纹率(-)，N是回转锻造次数(次)。此外，在综合评价栏中，与图1中的试验结果的评价同样，区别开来用○标记评价不产生穿孔轧制不良也不产生内表面斑痕缺陷的情况，用■评价在管中产生内表面斑痕缺陷的情况，而且，用×标记评价产生穿孔轧制不良的情况。

此外，如下述那样判定是否产生内表面斑痕缺陷。即，通过目测检查管内表面，把每根钢坯检测到1处以上的斑痕缺陷的情况判定成“产生斑痕缺陷”，把检测到1处以下的情况，判定成“不产生斑痕缺陷”。

此外，关于是否产生穿孔轧制不良，把未咬入穿轧机而穿孔轧制失败的情况判定成“产生穿孔轧制不良”，把这种情况以外的情况判定成“不产生穿孔轧制不良”。

试验编号1、2、4、6、8、9、11～13和16～18是针对满足本发明范围的本发明例的试验，试验编号3、5、7、10、14、15和19是针对不满足本发明范围的比较例的试验。

在试验编号1、2、4、6、8、9、11～13和16～18中，每个试验中都不产生穿孔轧制不良和管的内表面斑痕缺陷，可以在较高的成品率下制造内表面品质良好的无缝钢管。在上述本发明例中，全都含有Cu、Cr、Ni和Mo中的一种以上元素，得到具有抗拉强度为531MPa以上的高强度无缝钢管。

与此相反，钢坯的轴心部裂纹率大，不满足上述式(1)的关系的试验编号7和15，虽然未产生穿孔轧制不良，但是产生管的内表面斑痕缺陷，内表面品质不良。此外，对于钢坯的轴心部裂纹率的值，回转锻造次数多，不满足上述式(3)的关系的试验编号5、10、14和19也是虽然不产生穿孔轧制不良，但是产生管的内表面斑痕缺陷，内表面品质不良。

而且，在对于钢坯的轴心部裂纹率的值而回转锻造次数少、不满足上述式(2)的关系的试验编号3中，产生由钢坯向穿轧机的咬入不良引起的穿孔轧制不良。

产业可利用性

采用本发明的无缝钢管的制造方法，使依存于钢坯的铸造条件的钢坯轴心部裂纹的大小和穿孔轧制过程中的穿孔轧制条件的组合适当化，由此，可以防止产生钢坯的穿孔轧制不良和产生管的内表面缺陷，大幅度地提高管制品的制造生产率。因而，本发明是可以广泛地应用于从钢坯的连续铸造条件和钢坯的穿孔轧制条件这两方面要求最佳制造条件的无缝钢管制造领域的技术。

Claims

1.一种无缝钢管的制造方法，该制造方法是包括穿孔轧制工序的无缝钢管的制造方法，其特征在于，在设钢坯的直径为R、钢坯的轴心部裂纹长度为r、设使用二辊型穿轧机时钢坯的回转锻造次数为N，其中N为上述钢坯从钢坯接触于轧辊至到达穿孔顶头为止的期间的旋转量的2倍时，同时满足下述式(1)～(3)所表示的关系地进行穿孔轧制，

0≤r/R≤0.13 (1)

r/R≥-0.13N+0.13 (2)

r/R≤-0.065N+0.39 (3)；

其中，上述R和上述r的单位均为m。

2.根据权利要求1所述的无缝钢管的制造方法，其特征在于，以质量％计，上述无缝钢管含有C：0.02～0.15％、Si：0.05～0.4％、Mn：0.3～2.0％、以及作为杂质的P：0.03％以下和S：0.03％以下，并且含有Cu：0.05～0.4％、Cr：0.05～0.6％、Ni：0.05～0.8％以及Mo：0.03～0.5％中的一种以上元素，其余由Fe和杂质组成。

3.根据权利要求1或2所述的无缝钢管的制造方法，其特征在于，

通过下述式(4)推定上述钢坯的轴心部裂纹长度r与钢坯直径R之比r/R，此外，通过下述式(5)推定上述钢坯从钢坯接触于轧辊至到达穿孔顶头为止的期间的旋转量的2倍、即N，

r/R＝{(8+W)×(DF×Vc×R²)-(16/R)}/1000 (4)

N＝2×{L/(Vs/EL)}×Brps (5)

式中，W表示钢坯的铸造时的比水量，单位为L/kg；Vc表示钢坯的铸造速度，单位为m/min；DF表示从液相向δ铁素体的相变温度与从δ铁素体向γ奥氏体的相变温度的温度差，单位为℃；L表示从钢坯接触于轧辊的位置到穿孔顶头的前端的距离，单位为m；Vs表示穿孔管壳的纵长方向的行进速度，单位为m/S；EL表示穿孔比；而且，Brps表示钢坯的转速，单位为转/s。