CN101605616B - 由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法。其中，在对由以质量％计含有Mo+0.5W在1.5％以上的Mo以及W的1种以上、20～30％的Cr、30～50％的Ni的高Cr-高Ni基合金钢构成的被轧制原材料进行斜轧穿孔时，以满足下述式(1)的条件加热被轧制原材料，之后以辊凹槽圆周速度在2.3m/sec以上的条件进行斜轧穿孔。从而能够防止产生熔化状的内表面斑痕，并且能够提高顶头的使用寿命。T≤1575-4.45×V_f-104.7×{-ln(t_h/r₀)}…(1)其中，T表示加热温度(℃)、V_f表示辊凹槽上的辊圆周速度(m/sec)、r₀表示进入侧原材料钢坯的半径(mm)、t_h表示穿孔后的管坯壁厚(mm)。

Description

由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法 

技术领域

本发明涉及一种使用了斜辊式穿孔机的高Cr-高Ni基合金钢钢坯的穿孔轧制方法。 

背景技术

在制造无缝钢管时，采用使用穿孔机对圆形截面的铸坯进行穿孔轧制的曼内斯曼芯棒式无缝轧管法、曼内斯曼自动轧管法、曼内斯曼阿塞尔(Assel mill)轧管法等方法。上述通过曼内斯曼方式进行的无缝管的制造方法是在利用斜辊式穿孔机对在加热炉中加热到规定温度的钢坯进行穿孔轧制之后，使用芯棒式无缝管轧机、自动管轧机等轧延机对所获得的空心管坯进行扩管，减小壁厚，之后利用拉伸缩径轧机、定径机等减径机缩小外径，加工出成品的钢管的方法。 

对于无缝钢管的制造方法公开有各种发明。 

例如在专利文献1中公开了这样的发明：在用加热炉加热了含有9重量％以上的铬的高Cr合金钢的钢坯后利用穿轧机进行轧制穿孔而制造无缝钢管用管坯时，在不会使上述管坯的金相组织中出现σ铁素体的那样的条件对钢坯进行轧制。在专利文献1的实施例中，例示有利用12％Cr钢制造无缝钢管的例子。 

在专利文献2中公开了这样的发明：在对由以质量％计含有C：0.95～1.10％的高碳钢构成的无缝钢管进行钢坯加热继而进行穿孔轧制时，将上述钢坯加热温度设在1200℃以下，且将轴向平均应变速度εAV设在2.0sec^-1以下。在专利文献2的实施例中，例示有利用相当于SUJ-2的钢制造无缝钢管的例子。 

近年来，油井管道、锅炉管道等的使用环境变得更加严酷。 因此，对所使用的无缝钢管的特性的要求变得高度化。例如，对于在推进了高深度化、高腐蚀性环境化的油井中使用的油井管道要求具有更高的强度、且具有更优异的耐腐蚀性。另一方面，对于在核发电设备、化工设备等所用的管则要求具有在高温的纯水、含有Cl^-的高温水中的耐腐蚀性、特别是具有优异的耐应力腐蚀裂纹性。因此，正在应用由含有大量的Cr以及Ni、乃至Mo的高合金钢构成的无缝钢管。 

专利文献1：日本特开平10-180312号公报 

专利文献2：日本特开2001-137913号公报 

含有Mo的高Cr-高Ni基合金钢的变形阻力大约是碳钢的2.4倍左右，与13％Cr钢、BBS钢等相比其变形阻力也接近它们的2倍，所以穿孔轧制的加工性变差。因此，用于穿孔轧制的顶头的寿命变短。另外，轧制扭矩增大，并且因加工发热而导致的温度上升也大幅增加。存在由于穿孔轧制时的温度上升使壁厚内部发生晶界熔化裂纹(熔化状的内表面斑痕)的问题。 

对于上述的问题点，在以12％Cr钢管为对象的专利文献1以及以相当于SUJ-2的钢管为对象的专利文献2中既没有记载也没有启示，除此之外，没有找到对由含有Mo的高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管所特有的问题有所提及的文献。另外，也没有对为了解决上述那样的无缝钢管的问题而根据辊圆周速度和壁厚加工度的关系决定适当的钢坯加热温度有所提及的文献。 

因此，本发明人为了解决上述的在含有Mo的高Cr-高Ni基合金制无缝钢管的制造过程中发生的熔化状的内表面斑痕的问题，对加热温度以及辊圆周速度的关系进行了详细的研究，但只调整上述两者的关系，并不能完全防止Mo熔化状的内表面斑痕的产生。另一方面，若降低轧制速度，虽然能够抑制加工 发热，但存在轧制时间变长、另外由于被轧制材料的变形阻力的增加而产生顶头寿命极端缩短等问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够防止在由斜辊式穿孔机穿孔后的管坯内表面产生熔化状的内表面斑痕、并能够延长顶头的使用寿命的高Cr-高Ni基合金制无缝钢管的制造方法。 

本发明的主旨在于下述的高Cr-高Ni基合金制无缝钢管的制造方法。 

(1)一种高Cr-高Ni基合金制无缝钢管的制造方法，其对由以质量％计含有Mo以及W的一种以上，该Mo以及W满足Mo+0.5W在1.5％以上的关系，含有20～30％的Cr、30～50％的Ni的高Cr-高Ni基合金钢构成的被轧制原材料进行斜轧穿孔而制造无缝钢管，其特征在于，在满足下述式(1)的条件下加热被轧制原材料，之后以辊凹槽(roll gouge)圆周速度在2.28m/sec以上的条件进行斜轧穿孔。 

T≤1575-4.45×V_f-104.7×{-ln(t_h/r₀)}    …(1) 

其中，(1)式中的符号的意思如下所述。 

T：被轧制原材料的加热温度(℃) 

V_f：辊凹槽处的辊圆周速度(m/sec) 

r₀：进入侧原材料钢坯的半径(mm) 

t_h：穿孔后的管坯壁厚(mm) 

(2)根据上述(1)所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其中，被轧制原材料的加热温度在1180～1250℃的范围内。 

(3)根据上述(1)或(2)所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其中，以辊凹槽圆周速度为 2.28m/sec～4.6m/sec的条件进行斜轧穿孔。 

(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，穿孔比在3以下。 

(5)根据上述(1)～(4)中任一项所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，被轧制原材料的长度在7m以下。 

(6)根据上述(1)～(5)中任一项所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，被轧制原材料以质量％计含有：Mo：10％以下以及W：20％以下的一种以上、C：0.04％以下、Si：0.5％以下、Mn：0.01～3.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Ni：30～50％、Cr：20～30％、Cu：0.01～1.5％、Al：0.20％以下、N：0.0005～0.2％以及Ca：0.01％以下，剩余部分由Fe以及杂质构成。 

采用本发明的无缝钢管的制造方法，在进行变形能力很差、且变形阻力非常大的含有Mo的高Cr-高Ni基合金钢的斜轧穿孔时，能够防止因晶界熔化而引起熔化状的内表面斑痕的产生，并能够提高顶头的使用寿命。 

附图说明

图1是例示使用了锥形的辊的高Cr-高Ni基合金制无缝钢管的制造装置的图。 

图2是例示使用了筒形的辊的高Cr-高Ni基合金制无缝钢管的制造装置的图。 

附图标记说明

1、钢坯；11、12、13、14、辊；2、顶头；31、入口面；32、出口面；4、管坯；G、辊凹槽。 

具体实施方式

(a)关于被轧制原材料的化学组成 

用于本发明的无缝钢管的制造方法的被轧制原材料含有20～30％的Cr、30～50％的Ni、Mo+0.5W在1.5％以上的Mo以及W的1种以上。 

Cr：20～30％ 

Cr是用于提高耐腐蚀性的元素，含有20％以上。在含量大于30％时，对热加工性产生不良影响。因而，将Cr的含量设为20～30％。 

Ni：30～50％ 

Ni是有利于提高耐腐蚀性的元素，含有30％以上。另一方面，即使大于50％其效果也已经饱和。因而，将Ni的含量设为30～50％。 

Mo+0.5W：1.5％以上 

Mo以及W是具有改善耐点蚀性的作用的元素，可以添加任意一种或两种都添加。但是，由于在其含量以(Mo+0.5W)计小于1.5％时不能获得上述效果，因此将Mo+0.5W设在1.5％以上。Mo+0.5W的上限没有特别限定，但即使大量增加其含量也不过是使其效果饱和。因而，Mo+0.5W最好在10％以下。 

被轧制原材料除了含有上述合金元素之外、还可以含有下述合金元素。下面，说明各元素的最佳含量的范围和其限定理由。 

C：0.04％以下 

C与Cr、Mo、Fe等形成碳化物，但在C量增加时，延展性值和韧性值下降。因此，最好将C的量限制在0.04％以下。 

Si：0.5％以下 

为了防止σ相的生成、抑制延展性以及韧性的下降，最好尽量减少Si的含量。因而，最好将Si的含量限制在0.5％以下。 

Mn：0.01～3.0％ 

Mn有利于提高热加工性。因此，最好含有0.01％以上的Mn，但由于有时使耐腐蚀性变差，因此最好在3.0％以下。因而，在含有Mn的情况下，将其含量设为0.01～3.0％较佳。特别是，在σ相的生成成为问题的情况下，最好将Mn的含量设为0.01～1.0％。 

P：0.03％以下 

P通常作为杂质存在于钢中，是对钢的热加工性等产生不良影响的元素。因此，最好将P的含量设在0.03％以下。 

S：0.03％以下 

S也是作为杂质存在于钢中的，是对钢的韧性等产生不良影响的元素。因此，最好将S的含量限制在0.03％以下。 

Cu：0.01～1.5％ 

Cu是有利于提高蠕变断裂强度的元素，优选含有0.01％以上。但是，在Cu含量大于1.5％时，有时使合金的延展性下降。因而，最好将Cu的含量限制为0.01～1.5％。 

Al：0.20％以下 

Al作为脱氧材料是有效的，有助于生成σ相等金属间化合物。因此，最好将Al的含量限制在0.20％以下。 

N：0.0005～0.2％ 

N是固溶强化元素，有助于实现高强度化，并且抑制σ相等金属间化合物的生成，从而有助于提高韧性。因此，优选含有0.0005％以上的N。但是，在其含量大于0.2％时，耐点蚀性有可能变差。因此，最好将N的含量设为0.0005～0.2％。 

Ca：0.005％以下 

Ca将阻碍热加工性的S作为硫化物进行固定，但在其含量过多的情况下，反而会使热加工性下降，因此最好将Ca的含量限制在0.005％以下。 

(b)关于斜轧穿孔的条件 

1.加热条件 

在本发明的高Cr-高Ni基合金制无缝钢管的制造方法中，以满足下述式(1)的条件加热被轧制原材料，之后以辊凹槽圆周速度在2.28m/sec以上的条件进行斜轧穿孔。 

T≤1575-4.45×V_f-104.7×{-ln(t_h/r₀)}…(1) 

其中，式(1)中的符号的意思如下所述。 

T：加热温度(℃) 

V_f：辊凹槽处的辊圆周速度(m/sec) 

r₀：进入侧原材料钢坯的半径(mm) 

t_h：穿孔后的管坯壁厚(mm) 

这是根据斜轧穿孔时的壁厚加工对数应变(-In(t_h/r₀))以及辊圆周速度(V_f)的关系式导出加热炉的设定温度的公式。即，若满足该式(1)，则能够在加工度比较小的情况下增高加热温度，并且能够提高穿孔速度，从而减小芯棒的负荷并提高效率，谋求缩短顶头的接触时间，提高顶头的使用寿命。 

斜轧穿孔前的加热温度特别是最好在1180～1250℃的范围内。即使在加热温度满足上述式(1)的情况下，若斜轧穿孔前的加热温度小于1180℃，则变形阻力增大，所以有可能增大穿孔负荷。因此，斜轧穿孔设备的设备能力有可能受到限制。另一方面，在斜轧穿孔前的加热温度大于1250℃时，容易因晶界熔化而导致产生熔化状的内表面斑痕。 

在降低辊凹槽圆周速度时，穿孔轧制的时间增加而使顶头的使用寿命减短，并且效率变差。因而，将辊凹槽圆周速度设 在2.28m/sec以上。辊凹槽圆周速度的上限没有特别限制，但若过大，容易由于晶界熔化而导致产生熔化状的内表面斑痕。因而，最好将辊凹槽圆周速度设在4.6m/sec以下。 

图1以及图2是例示用于实施本发明的高Cr-高Ni基合金制无缝钢管的制造方法的装置的示意图，图1表示的是在使用了锥形辊的情况下的例子，图2表示的是使用了筒形辊的例子。如图1以及图2所示，钢坯1从图的左方向右方前进，被咬入旋转着的辊11、12(在图2中为辊13、14)中，并且被顶头2穿孔而成为管坯4。 

在此，辊凹槽是指一对辊间隔变成最小的位置。例如，在图1所示的锥形辊11、12的情况下，连结入口面31和出口面32相交的点的位置G就是辊凹槽，在图2所示的筒形辊的情况下，辊直径变成最大的位置G就是辊凹槽。 

上述斜轧穿孔后的管坯的长度最好在7m以下。这是因为，顶头的使用寿命与被轧制材料的变形阻力以及穿孔时间有密切关系，在穿孔长度变长时，顶头的负荷变大，顶头在斜轧穿孔中途熔损而发生顶头堵塞等轧制不良，即使能够进行斜轧穿孔，顶头前端部也会磨损、顶头主体也会受到损伤，有可能变成不能在下次轧制时使用的状态。 

实施例1

为了确认本发明的效果，制作由高Cr-Ni基合金构成的直径225mmφ、长2～4m的钢坯，该高Cr-Ni基合金以质量％计含有C：0.019％、Cr：26.0％、Ni：32.3％、Mo：3.2％以及P：0.028％、剩余部分由Fe以及杂质构成，将该钢坯加热到1180～1260℃，之后以1.5～3.0的穿孔比、2.28～5.31m/s的辊凹槽圆周速度进行了斜轧穿孔的实验。表1表示对利用各种制造方法制成的钢管的内表面的熔化斑痕进行了评价的结果。 

表1

<熔化裂纹评价> 

无熔化裂纹：○、有熔化裂纹：× 

如表1所示，在满足式(1)的关系的No.1～4、7～10、13～16、19～22、25～27、31、32、37以及38的例子中，都没有产生熔化裂纹，但是在没有满足式(1)的其他例子中，产生了熔化裂纹。 

实施例2

另外，制作由高Cr-Ni基合金构成的直径225mmφ、长5～10m的钢坯，该高Cr-Ni基合金以质量％计含有C：0.019％、Cr：26.0％、Ni：32.3％、Mo：3.2％以及P：0.028％、剩余部分由Fe以及杂质构成，将该钢坯加热到1210℃，之后以1.7～2.3的穿孔比、3.5m/s的辊凹槽圆周速度进行斜轧穿孔的实验。调查了对各种管坯长度的钢坯进行了轧制时在顶头的前端部产生熔损、变成不能在下次的轧制中使用的状态为止的循环次数。如下所示，在管坯长度大于7m时，顶头的使用寿命极端缩短。 

管坯长度    循环次数 

5m          4次 

6m          4次 

7m          3次 

8m          1次 

9m          0次 

10m         0次 

工业实用性

采用本发明的无缝钢管的制造方法，在进行变形能力很差、且变形阻力非常大的含有Mo的高Cr-高Ni基合金钢的斜轧穿孔时，能够防止因晶界熔化而导致产生熔化状的内表面斑痕，并且能够提高顶头的使用寿命。 

Claims (12)

1.一种高Cr-高Ni基合金制无缝钢管的制造方法，其对由以质量％计含有Mo以及W的一种以上，该Mo以及W满足Mo+0.5W在1.5％以上的关系，含有20～30％的Cr、30～50％的Ni的高Cr-高Ni基合金钢构成的被轧制原材料进行斜轧穿孔而制造无缝钢管，其特征在于，

以满足下述式(1)的条件加热被轧制原材料，之后以辊凹槽圆周速度在2.28m/sec以上的条件进行斜轧穿孔；

T≤1575-4.45×V_f-104.7×{-In(t_h/r₀)}    …(1)

其中，(1)式中的符号的意思如下所述：

T：被轧制原材料的加热温度(℃)

V_f：辊凹槽上的辊圆周速度(m/sec)

r₀：进入侧原材料钢坯的半径(mm)

t_h：穿孔后的管坯壁厚(mm)。

2.根据权利要求1所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，

被轧制原材料的加热温度在1180～1250℃的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，

以辊凹槽圆周速度为2.28m/sec～4.6m/sec的条件进行斜轧穿孔。

4.根据权利要求1～2中任一项所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，

穿孔比在3以下。

5.根据权利要求3所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，

穿孔比在3以下。

6.根据权利要求1～2中任一项所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，

被轧制原材料的长度在7m以下。

7.根据权利要求3所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，

被轧制原材料的长度在7m以下。

8.根据权利要求4所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，

被轧制原材料的长度在7m以下。

9.根据权利要求1～2中任意一项所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，

被轧制原材料以质量％计含有：Mo：10％以下以及W：20％以下的一种以上、C：0.04％以下、Si：0.5％以下、Mn：0.01～3.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Ni：30～50％、Cr：20～30％、Cu：0.01～1.5％、Al：0.20％以下、N：0.0005～0.2％以及Ca：0.01％以下，剩余部分由Fe以及杂质构成。

10.根据权利要求3所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，

被轧制原材料以质量％计含有：Mo：10％以下以及W：20％以下的一种以上、C：0.04％以下、Si：0.5％以下、Mn：0.01～3.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Ni：30～50％、Cr：20～30％、Cu：0.01～1.5％、Al：0.20％以下、N：0.0005～0.2％以及Ca：0.01％以下，剩余部分由Fe以及杂质构成。

11.根据权利要求4所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，

被轧制原材料以质量％计含有：Mo：10％以下以及W：20％以下的一种以上、C：0.04％以下、Si：0.5％以下、Mn：0.01～3.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Ni：30～50％、Cr：20～30％、Cu：0.01～1.5％、Al：0.20％以下、N：0.0005～0.2％以及Ca：0.01％以下，剩余部分由Fe以及杂质构成。

12.根据权利要求5所述的由高Cr-高Ni基合金钢构成的无缝钢管的制造方法，其特征在于，

被轧制原材料以质量％计含有：Mo：10％以下以及W：20％以下的一种以上、C：0.04％以下、Si：0.5％以下、Mn：0.01～3.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Ni：30～50％、Cr：20～30％、Cu：0.01～1.5％、Al：0.20％以下、N：0.0005～0.2％以及Ca：0.01％以下，剩余部分由Fe以及杂质构成。

Images