CN103069020A - 油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法 - Google Patents

油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种不对钢管整体实施热处理就具有与API标准5CT P110相当的强度、并且韧性也优良的油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法。本发明的油井用电焊钢管具有下述组成：以质量%计分别含有：C：0.05～0.12%、Si：0.03～0.5%、Mn：0.80～2.2%、P：0.03%以下、S：0.003%以下、Al：0.08%以下、Nb：0.01～0.10%、Ti：0.005～0.03%、B：0.0005～0.0030%、N：0.008%以下，满足Ti＞3.4N，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，VC90为15～40。

Description

油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法
技术领域
本发明涉及油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法。特别是，涉及具有与API标准5CT P110相当的强度（屈服应力YS：758～965MPa、抗拉强度TS：862MPa以上）、并且韧性也优良的油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法。
背景技术
近年来，油井或天然气井（以下统称为油井）的挖掘深度有越来越变深的倾向，为了提高套管等的压坏压力，要求油井用钢管的高强度化。
以往，作为油井用钢管，一直使用无缝钢管或电焊钢管。对于要求高强度的钢管的情况来说，造管后通过对钢管整体实施淬火回火来确保强度，同时提高韧性。另一方面，最近，以减少挖掘成本为目的，对于具有高强度并且不必在造管后实施热处理的造管成形了的电焊钢管的需要不断增强。
油井用钢管之中，对于地表附近的套管等比较低强度的情况来说，是使用廉价的电焊钢管。另外，API标准Spec5CT K55油井用电焊钢管是以造管成形的状态（省略了淬火回火）来制成，与API标准Spec5CTN80相当的油井用电焊钢管有时也以造管成形的状态来制成。但是，当要求上述以上的强度、例如要求与API标准5CT P110相当的强度时，造管后不进行热处理就无法进行制造。
例如，在专利文献1和专利文献2中公开了下述技术：造管后，仅仅对焊接热影响部进行再加热后淬火，然后将钢管整体进行回火，从而确保强度。
但是，对于电焊钢管的情况来说，如果对钢管整体实施回火，则制造成本提高。另外，如果进行淬火，则会因为热应变而使尺寸精度变差，需要再次矫正等工序。
针对上述问题，提出了可以省略钢管整体的热处理的高强度钢管的制造技术。
例如在专利文献3中公开了下述制造方法：轧制后进行加速冷却，在250℃以下的温度下进行卷取，使显微组织变为有马氏体和残留奥氏体混合存在的MA组元（MA constituent）与极微细铁素体的二相组织，由此不对钢管整体实施热处理就能够制造兼有强度和低温韧性的电焊钢管。
另外，在专利文献4中公开了述制造方法：将高C量的板坯在热轧后进行骤冷，由此不对钢管整体实施热处理就能够制造强度得以提高的电焊钢管。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭61-272318号公报
专利文献2:日本特开昭61-279623号公报
专利文献3:日本特开平6-145881号公报
专利文献4:日本特开平7-102321号公报
发明内容
发明所要解决的问题
API标准5CT P110所要求的强度是屈服应力YS为758～965MPa、抗拉强度Ts为862MPa以上，因此为了获得与API标准5CT P110相当的强度，抗拉强度为862MPa以上是必要的。为了省略淬火回火而确保上述的高强度，有必要通过利用造管工序的加工硬化来提高强度，并且屈服应力的限制变得重要。例如，在屈服应力相同的情况下，屈服比为0.9时，抗拉强度为862MPa以上，屈服比为0.85时，抗拉强度变为892MPa以上。抗拉强度如果过高，则成形变得困难，韧性下降，所以为了确保与API标准5CT P110相当的强度，希望有高的屈服比。此外，屈服比（Y/T）是指屈服应力与抗拉强度之比。
但是，在专利文献3的方法中，所述显微组织是铁素体+MA组元的二相组织，屈服低，难以确保本发明中所要求的与API标准5CT P110相当的强度。另外，有贝氏体组织混合存在的二相组织有可能发生韧性劣化。
另外，在专利文献4的方法中，C含量较多，即使能够确保强度，韧性的提高也是有限的，难以兼顾强度和韧性。
因此，本发明是鉴于上述情况而完成的，目的是提供一种不对钢管整体实施热处理就具有与API标准5CT P110相当的强度、并且韧性也优良的油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法。
用于解决问题的手段
为了利用造管工序的加工硬化来确保与API标准5CT P110相当的强度，考虑到二相组织那样的屈服比低的钢是不利的，所以着眼于利用贝氏体的均匀组织。另外，为了提高屈服比，C含量的减少是极其有效的。而且，为了这样减少C含量并实现贝氏体的均匀组织，重要的是要确保淬透性。
本发明中，使用VC90（参照下述式（1））作为淬透性的指标，上述VC90是得到由C含量推测出的90%马氏体的硬度（相当于90%马氏体组织的硬度）的冷却速度。作为淬透性的指标的VC90越小，则淬透性就变得越高，而VC90如果过大，则淬透性下降，强度变得不充分。另一方面，本发明者们认识到如果VC90过小，则强度就会变得过大。
logVC90=2.94-0.75(2.7[C]+0.4[Si]+[Mn]+0.45[Ni]+0.45[Cu]+0.8[Cr]+2[Mo])    (1)
其中，［C］为C含量（%），［Si］为Si含量（%），［Mn］为Mn含量（%），［Ni］为Ni含量（%），［Cu］为Cu含量（%），［Cr］为Cr含量（%），［Mo］为Mo含量（%）。
一般来说，将钢坯热轧并以各种冷却速度冷却时，冷却速度越大，则得到的钢板的强度越上升。这里，本发明者们分别使用了C含量为相同、具有VC90较小的组成的钢坯和具有VC90较大的组成的钢坯，研究了冷却速度对热轧后的钢板的强度所产生的影响。结果可知，VC90较小的组成即淬透性较高时，强度的上升量变大，同时因冷却速度的变化而引起的强度的变化量也变大。
图1是用于说明使用使C含量为相同、而VC90不同的2种钢坯时，冷却速度对强度变化所产生的影响的概略曲线图。图1的曲线（a）是表示使用VC90较小的钢坯的情况，图1的曲线（b）是表示使用VC90较大的钢坯的情况。如两个曲线所示，冷却速度变得越大，则强度越上升，VC90较小的曲线（a）的强度上升更明显。但是，曲线（a）的情况下，在冷却速度较小的区域、特别是在低于20℃/s的区域，曲线的斜率较大，强度的变化显著。这样，VC90越小，则淬透性变得越高，随着冷却速度的变化，强度的上升变得显著。因此，降低VC90时，随着冷却速度的变化，强度的变化增大，强度的调整变得困难。
根据上述认识，本发明者们认识到通过调整钢成分使得VC90的值的范围为15～40的范围内，可以提高强度，通过冷却速度进行的强度控制变得容易。
下面，本发明者们对在提高强度的同时确保良好韧性的手段进行了研究。
本发明中，为了省略淬火回火而确保与API标准5CT P110相当的强度，要利用冷加工中的造管工序所导入的应变来进行加工硬化。因此，如上所述，减少C含量并设定为贝氏体的均匀组织来提高屈服比，调整合金的添加量来降低VC90是非常重要的。一般来说，如果增多C含量，则可以提高强度，但韧性会下降，所以限制C含量对于韧性的确保也是有效的。
本发明者们认识到，通过将C含量控制为规定的范围以确保必要的强度并确保高屈服比以及良好的韧性，由此能够在不使强度劣化的情况下实现高屈服比并确保优良的韧性。
另外，本发明者们认识到，如上所述，通过对VC90进行控制，并降低热轧后的卷取温度，可以抑制多边形铁素体的生成，并且使组织变为均匀的贝氏体组织。通过使组织变得均匀，可以更显著地抑制电焊钢管的机械特性的偏差。即，通过同时控制C量、VC90以及卷取温度，可以获得强度与韧性的平衡优良的电焊钢管。
因此，本发明者们根据基于上述认识的技术思想而完成了本发明。
以解决上述课题为目的的本发明的要旨如下。
［1］一种油井用电焊钢管，其具有下述组成：以质量%计分别含有：C：0.05～0.12%、Si：0.03～0.5%、Mn：0.80～2.2%、P：0.03%以下、S：0.003%以下、Al：0.08%以下、Nb：0.01%～0.10%、Ti：0.005～0.03%、B：0.0005～0.0030%、N：0.008%以下，满足Ti＞3.4N，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，当将C含量（%）设定为［C］，将Si含量（%）设定为［Si］，将Mn含量（%）设定为［Mn］，将Ni含量（%）设定为［Ni］，将Cu含量（%）设定为［Cu］，将Cr含量（%）设定为［Cr］，将Mo含量（%）设定为［Mo］时，由下述式（1）规定的VC90为15～40，
logVC90=2.94-0.75(2.7[C]+0.4[Si]+[Mn]+0.45[Ni]+0.45[Cu]+0.8[Cr]+2[Mo])    (1)。
［2］根据［1］所述的油井用电焊钢管，其中，以质量%计进一步含有选自下述元素中的一种或二种以上：Ni：1%以下、Cu：1%以下、Mo：0.3%以下、Cr：0.8%以下、V：0.1%以下、Ca：0.0060%以下。
［3］根据［1］所述的油井用电焊钢管，屈服应力为758～965MPa，并且抗拉强度为862MPa以上。
［4］根据［1］所述的油井用电焊钢管，在拉伸试验的试验结果中不存在屈服点伸长。
［5］根据［1］所述的油井用电焊钢管，屈服比为85%～95%。
［6］根据［1］所述的油井用电焊钢管，所述油井用电焊钢管的电焊部以外的组织由贝氏体的均匀组织构成。
［7］根据［2］所述的油井用电焊钢管，屈服应力为758～965MPa，并且抗拉强度为862MPa以上。
［8］根据［2］所述的油井用电焊钢管，在拉伸试验的试验结果中不存在屈服点伸长。
［9］根据［2］所述的油井用电焊钢管，屈服比为85%～95%。
［10］根据［2］所述的油井用电焊钢管，所述油井用电焊钢管的电焊部以外的组织由贝氏体的均匀组织构成。
［11］一种油井用电焊钢管，其是通过下述步骤来制造的：将钢坯进行热轧，在300℃以下卷取而制成热轧钢板之后，将该热轧钢板成形为管状，同时将对接面进行电焊，其中所述钢坯具有下述组成：以质量%计分别含有：C：0.05～0.12%、Si：0.03～0.5%、Mn：0.80～2.2%、P：0.03%以下、S：0.003%以下、Al：0.08%以下、Nb：0.01%～0.10%、Ti：0.005～0.03%、B：0.0005～0.0030%、N：0.008%以下，满足Ti＞3.4N，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，当将C含量（%）设定为［C］，将Si含量（%）设定为［Si］，将Mn含量（%）设定为［Mn］，将Ni含量（%）设定为［Ni］，将Cu含量（%）设定为［Cu］，将Cr含量（%）设定为［Cr］，将Mo含量（%）设定为［Mo］时，由下述式（1）规定的VC90为15～40，
logVC90=2.94-0.75(2.7[C]+0.4[Si]+[Mn]+0.45[Ni]+0.45[Cu]+0.8[Cr]+2[Mo])    (1)。
［12］根据［11］所述的热轧钢板，其中，以质量%计进一步含有选自下述元素中的一种或二种以上：Ni：1%以下、Cu：1%以下、Mo：0.3%以下、Cr：0.8%以下、V：0.1%以下、Ca：0.0060%以下。
［13］根据［11］所述的油井用电焊钢管，所述油井用电焊钢管是在电焊后不对管体进行热处理而制造的。
［14］根据［11］所述的油井用电焊钢管，屈服应力为758～965MPa，并且抗拉强度为862MPa以上。
［15］根据［11］所述的油井用电焊钢管，在拉伸试验的试验结果中不存在屈服点伸长。
［16］根据［11］所述的油井用电焊钢管，屈服比为85%～95%。
［17］根据［11］所述的油井用电焊钢管，所述油井用电焊钢管的电焊部以外的组织由贝氏体的均匀组织构成。
［18］根据［12］所述的油井用电焊钢管，所述油井用电焊钢管是在电焊后不对管体进行热处理而制造的。
［19］根据［12］所述的油井用电焊钢管，屈服应力为758～965MPa，并且抗拉强度为862MPa以上。
［20］根据［12］所述的油井用电焊钢管，在拉伸试验的试验结果中不存在屈服点伸长。
［21］根据［12］所述的油井用电焊钢管，屈服比为85%～95%。
［22］根据［12］所述的油井用电焊钢管，所述油井用电焊钢管的电焊部以外的组织由贝氏体的均匀组织构成。
［23］一种油井用电焊钢管的制造方法，其中，将钢坯进行热轧，在300℃以下卷取而制成热轧钢板之后，将该热轧钢板成形为管状，同时将对接面进行电焊，其中所述钢坯具有下述组成：以质量%计分别含有：C：0.05～0.12%、Si：0.03～0.5%、Mn：0.80～2.2%、P：0.03%以下、S：0.003%以下、Al：0.08%以下、Nb：0.01%～0.10%、Ti：0.005～0.03%、B：0.0005～0.0030%、N：0.008%以下，满足Ti＞3.4N，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，当将C含量（%）设定为［C］，将Si含量（%）设定为［Si］，将Mn含量（%）设定为［Mn］，将Ni含量（%）设定为［Ni］，将Cu含量（%）设定为［Cu］，将Cr含量（%）设定为［Cr］，将Mo含量（%）设定为［Mo］时，由下述式（1）规定的VC90为15～40，
logVC90=2.94-0.75(2.7[C]+0.4[Si]+[Mn]+0.45[Ni]+0.45[Cu]+0.8[Cr]+2[Mo])    (1)。
［24］根据［23］所述的油井用电焊钢管的制造方法，其中，所述钢坯以质量%计进一步含有选自下述元素中的一种或二种以上：Ni：1%以下、Cu：1%以下、Mo：0.3%以下、Cr：0.8%以下、V：0.1%以下、Ca：0.0060%以下。
［25］根据［23］所述的油井用电焊钢管的制造方法，其中，将在650～300℃的范围内的冷却速度设定为15～50℃/s。
［26］根据［23］所述的油井用电焊钢管的制造方法，其中，在电焊后不对管体进行热处理。
［27］根据［24］所述的油井用电焊钢管的制造方法，其中，将在650～300℃的范围内的冷却速度设定为15～50℃/s。
［28］根据［24］所述的油井用电焊钢管的制造方法，其中，在电焊后不对管体进行热处理。
发明效果
如上所述，根据本发明，可以提供一种不对钢管整体实施热处理就具有强度与韧性的平衡优良的高强度、特别是具有与API标准5CT P110相当的强度的油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法。
附图说明
图1是用于说明使用使C含量为相同、而VC90不同的2种钢坯时强度随着冷却速度变化而发生变化的概略曲线图。
具体实施方式
下面，对本实施方式的油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法进行详细说明。
本实施方式的油井用电焊钢管具有下述组成：以质量%计分别含有：C：0.05～0.12%、Si：0.03～0.5%、Mn：0.80～2.2%、P：0.03%以下、S：0.003%以下、Al：0.08%以下、Nb：0.01%～0.10%、Ti：0.005～0.03%、B：0.0005～0.0030%、N：0.008%以下，满足Ti＞3.4N，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，当将C含量（%）设定为［C］，将Si含量（%）设定为［Si］，将Mn含量（%）设定为［Mn］，将Ni含量（%）设定为［Ni］，将Cu含量（%）设定为［Cu］，将Cr含量（%）设定为［Cr］，将Mo含量（%）设定为［Mo］时，由下述式（1）规定的VC90为15～40。本实施方式的油井用电焊钢管由于具有上述的组成，所以根据C量，具有与API标准5CTP110相当的强度，即具有屈服应力YS为758～965MPa、抗拉强度Ts为862MPa以上的强度。
本实施方式的油井用电焊钢管的制造方法是，将钢坯进行热轧，在300℃以下卷取而制成热轧钢板之后，将该热轧钢板成形为管状，同时将对接面进行电焊，由此制成电焊钢管，其中所述钢坯具有下述组成：以质量%计分别含有：C：0.05～0.12%、Si：0.03～0.5%、Mn：0.80～2.2%、P：0.03%以下、S：0.003%以下、Al：0.08%以下、Nb：0.01%～0.10%、Ti：0.005～0.03%、B：0.0005～0.0030%、N：0.008%以下，满足Ti＞3.4N，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，当将C含量（%）设定为［C］，将Si含量（%）设定为［Si］，将Mn含量（%）设定为［Mn］，将Ni含量（%）设定为［Ni］，将Cu含量（%）设定为［Cu］，将Cr含量（%）设定为［Cr］，将Mo含量（%）设定为［Mo］时，由下述式（1）规定的VC90为15～40。
logVC90=2.94-0.75(2.7[C]+0.4[Si]+[Mn]+0.45[Ni]+0.45[Cu]+0.8[Cr]+2[Mo])    (1)
其中，关于上述元素，没有规定下限的元素表示以不可避免的杂质的水平含有。
另外，上述组成是油井用电焊钢管中未被电焊的部分（母材部）的板厚中心附近的值。
下面，对本实施方式的钢材成分的限定理由进行说明。此外，%的符号只要没有特别说明，则表示质量%。
（C：0.05～0.12%）
在本实施方式中，C是用于提高抗拉强度、利用冷加工中的造管工序中的加工硬化来提高强度、确保韧性的重要元素。一般来说，我们已经知道，C量增加时，屈服比会下降。尽管其理由还未必清楚，但对于单相钢的情况来说，据推测是由于碳化物量增多，所以加工硬化增强，结果抗拉强度提高，但析出强化所引起的屈服强度上升得到抑制。另外，对于二相钢的情况来说，据推测是马氏体等硬质相变硬，使抗拉强度相对地提高，结果屈服比下降。
本实施方式中，为了提高淬透性和屈服比，确保强度，将C含量的下限设定为0.05%。
另一方面，C的含量如果过多，则韧性有可能劣化，同时屈服比也有可能下降，结果，难以确保与API标准5CT P110相当的强度，所以将上限设定为0.12%。
此外，从韧性与强度的平衡的观点出发。优选将C含量设定为0.06～0.11%，更优选设定为0.07～0.12%。
（Si：0.03～0.5%）
Si是对脱氧和强度提高有用的元素。为了充分地确保脱氧的效果，Si含量的下限设定为0.03%。另一方面，如果大量含有Si，则韧性和焊接性会劣化，所以将上限设定为0.5%。
此外，从韧性与强度的平衡的观点出发，优选将Si含量设定为0.05～0.3%，更优选设定为0.1～0.25%。
（Mn：0.80～2.2%）
Mn是提高淬透性的元素，并且对使组织成为贝氏体、确保强度是有用的。为了充分发挥强度、低温韧性的提高的效果，Mn含量的下限设定为0.80%。另一方面，Mn如果大量含有，则与Si同样，有可能使韧性和焊接性劣化，所以将上限设定为2.2%。
此外，Mn含量更优选设定为1.0%以上，进一步优选设定为1.5%以上。
（P：0.03%以下）
P是杂质，是使低温韧性劣化的元素，所以其含量越少越优选。不过，需要获得制钢阶段的成本与上述特性的平衡，本实施方式中，将上限设定为0.03%。优选的上限为0.02%。
（S：0.003%以下）
S与P同样，也是作为杂质存在的元素。S的含量也是越少越优选，通过减少S的含量，可以减少MnS，从而提高韧性。不过考虑到制钢阶段的成本，将上限设定为0.003%。
（Al：0.08%以下）
Al是通常作为脱氧材料而包含在钢材中的元素，但含量如果超过0.08%，则Al系非金属夹杂物增加而损害钢材的清洁度，韧性有可能劣化，所以将上限设定为0.05%。
另外，考虑到稳定的脱氧效果的确保与韧性的平衡，Al含量优选设定为0.01～0.04%。
（Nb：0.01～0.10%）
Nb是提高淬透性，热轧时抑制奥氏体的再结晶而使组织微细化的元素。为了提高强度和韧性，本实施方式中，将Nb含量的下限设定为0.01%。
另一方面，Nb含量如果过多，则有可能产生粗大的析出物而损害韧性，所以将Nb含量的上限设定为0.10%。
此外，Nb含量优选设定为0.02～0.08%。
（Ti：0.005～0.03%、且Ti＞3.4N）
Ti会形成微细的TiN，在板坯再加热时以及在HAZ部会抑制奥氏体粒子的粗大化，从而有助于显微组织的微细化。另外，后述的N量如果过多，则与B结合而生成BN，所以对淬透性有效发挥作用的固溶B量减少。另一方面，通过含有Ti，则可以以TiN的形式来固定固溶N，从而消除固溶N，同时可以抑制BN的生成，从而确保有助于提高淬透性的固溶B。为了达到上述目的，添加的Ti量为0.005%以上，并且超过3.4N（均为质量%）。
另一方面，Ti含量如果过多，则会生成粗大的TiN和TiC，有可能使韧性劣化，所以将其上限设定为0.03%。
此外，Ti含量优选设定为0.01～0.025%。
（N：0.008%以下）
N是杂质，N量如果过多，则TiN过度增加，有可能产生表面瑕疵、韧性劣化等弊端，所以将其上限设定为0.008%。另一方面，钢中如果形成微细的TiN，则在板坯再加热时以及在HAZ部会抑制奥氏体粒子的粗大化，从而使显微组织微细化，有助于母材和HAZ部的低温韧性的改善。
此外，N含量优选设定为0.002～0.005%。
（B：0.0005～0.0030%）
在本实施方式中，B是用于确保淬透性、抑制多边形铁素体的生成而得到均匀的贝氏体组织、从而提高强度的重要元素。另外，B在淬火时偏析于晶界，使晶界能下降，是即使微量的添加也有助于提高淬透性的元素，将B含量的下限设定为0.0005%。B含量如果低于0.0005%，则需要大量添加昂贵的合金元素，所以为了降低合金成本，添加0.0005%以上的B也是必要的。
另一方面，B含量如果过多，则上述的淬透性饱和，同时容易生成含B的析出物（Fe23(CB)6等），有可能使机械特性发生偏差或韧性劣化，所以将其上限设定为0.0030%。
此外，B含量优选设定为0.0006～0.002%，更优选设定为0.0009～0.0015%。
另外，本发明中，除了上述元素之外，还可以添加选自下述元素中的一种或二种以上：Ni：1%以下、Cu：1%以下、Mo：0.3%以下、Cr：0.8%以下、V：0.1%以下、Ca：0.0060%以下。
Ni是有助于提高强度和韧性的元素。但是，Ni是昂贵的元素，如果添加量过多，则会损害经济性，所以将含量的上限设定为1%。更优选的上限是0.5%，进一步优选为0.3%。
另外，添加Ni对连续铸造时、热轧时的Cu裂纹的防止也是有效的。这种情况下，为了发挥这样的效果，优选将Ni量设定为Cu量的1/3以上。
此外，在本实施方式中，Ni是选择性元素，不一定要添加，但为了稳定地获得上述的添加Ni所带来的效果，优选将其含量的下限设定为0.05%。
另外，由于Ni是使硫化物应力开裂（sulfide stress cracking：SSC）性大幅度劣化的元素，所以当H2S存在时，优选不添加。
Cu是对母材或溶接部的强度提高有效的元素，但如果添加太大量，则有可能使HAZ部的韧性和现场焊接性显著劣化。因此，优选将Cu量的上限设定为1%。更优选的Cu含量的上限为0.5%。
此外，在本实施方式中，Cu是选择性元素，不一定要添加，但为了稳定地获得上述的添加Cu所带来的效果，优选将其含量的下限设定为0.05%。
添加Mo的理由是为了提高钢材的淬透性，获得高强度。另外，Mo通过与Nb共存而在轧制时会抑制奥氏体的再结晶，有助于奥氏体组织的微细化。但是，Mo是昂贵的元素，过量添加会损害经济性，所以优选将其上限设定为0.3%。更优选为0.2%以下，进一步优选为0.1%以下。
此外，在本实施方式中，Mo是选择性元素，不一定要添加，但为了稳定地获得上述的添加Mo所带来的效果，优选将其含量的下限设定为0.05%。
Cr是提高淬透性的元素，Cr量的上限优选设定为0.8%。更优选的Cr含量的上限为0.7%，进一步优选为0.5%。
此外，在本实施方式中，Cr是选择性元素，不一定要添加，但为了稳定地获得上述的添加Cr所带来的效果，优选将其含量的下限设定为0.05%。
V具有与Nb大致相同的效果，但其效果比Nb低。另外，V还具有抑制焊接部的软化的效果。不过，从HAZ部的韧性、现场焊接性的观点出发，V量的上限优选设定为0.1%。
此外，在本实施方式中，V是选择性元素，不一定要添加，但更优选将其含量的下限设定为0.05%，进一步优选设定为0.03%。
Ca是控制硫化物系夹杂物的形态、提高低温韧性的元素。Ca量如果超过0.0060%，则CaO-CaS有可能形成为大型的簇状物或夹杂物，对韧性产生不良影响。因此，优选将Ca添加量的上限设定为0.0060%。此外，更优选的上限为0.004%。
此外，在本实施方式中，Ca是选择性元素，不一定要添加，但为了稳定地获得上述的添加Ca所带来的效果，优选将其含量的下限设定为0.001%。更优选添加0.002%以上的Ca。
另外，上述元素以外的剩余部分实质上由Fe构成，可以微量地添加以不可避免的杂质为首的不会损害本发明的作用效果的元素。
另外，在本实施方式中，将作为淬透性的指标的VC90设定为15～40。
下面，对本实施方式中的VC90的限定理由进行详细说明。
在制造热轧钢板时，使用下面将要说明的15～50℃/s的冷却速度（钢坯板厚中心的平均速度），由此控制热轧钢板的强度。在本实施方式中，对于上述的成分体系来说，VC90如果过大，则淬透性下降，强度变得不充分，另一方面，VC90如果过小，则强度变得过大，有可能难以通过冷却速度来控制强度。另外，VC90如果过大，则会生成铁素体，屈服比有可能下降。因此，在本实施方式中，将VC90设定为15～40。
此外，当B量为0.0005%以上时，将C含量（%）设定为［C］，将Si含量（%）设定为［Si］，将Mn含量（%）设定为［Mn］，将Ni含量（%）设定为［Ni］，将Cu含量（%）设定为［Cu］，将Cr含量（%）设定为［Cr］，将Mo含量（%）设定为［Mo］时，VC90由下述式（1）规定。此外，C、Si、Mn、Ni、Cu、Cr以及Mo是有助于提高淬透性的元素。Ni、Cu、Cr、Mo是选择性地添加的元素，当有意不添加时，在下述式（1）中设定为0（%）。
logVC90=2.94-0.75(2.7[C]+0.4[Si]+[Mn]+0.45[Ni]+0.45[Cu]+0.8[Cr]+2[Mo])    (1)
另外，如上所述，通过调整钢成分使得VC90的值在15～40的范围内，同时添加具有淬透性提高效果的元素B，则即使抑制合金元素的添加，也能够确保强度。
VC90如果过小，则难以通过冷却速度来控制强度，所以将下限设定为15以上对于制造条件的缓和也是有效的，还有助于生产率的提高。另外，通过如上所述地控制VC90，同时在卷取热轧钢板时将卷取温度设定为低温，可以抑制多边形铁素体的生成，使组织均匀化，结果可以抑制钢管的机械特性的偏差。
此外，为了稳定地确保淬透性，使强度与韧性达到更加良好的平衡，优选将VC90设定为16～30。
下面，对本实施方式的电焊钢管的制造方法进行说明。
在本实施方式的电焊钢管的制造方法中，将具有上述成分组成以及VC90的钢坯进行热轧，优选加速冷却并在300℃以下进行卷取，制成热轧钢板，然后将该热轧钢板成形加工为管状，同时将其对接面进行电焊，由此制成电焊钢管。为了调整电焊钢管的圆度、外径，有时要在冷加工中进行定径（sizing）。另外，在电焊后进行定径前，有时要对电焊部附近进行热处理（焊缝热处理）。
下面，对上述制造条件的限定理由等进行详细说明。
首先，使用具有上述成分组成以及VC90的钢坯，优选将加热温度设定为1000～1280℃、更优选设定为1050～1250℃，将轧制结束温度设定为750～900℃的范围内，进行热轧。然后，优选以10℃/s以上的冷却速度进行加速冷却。其中，冷却速度是钢坯板厚中心的平均速度，各温度均设定为钢坯的平均温度。如以下所详述的那样，在本实施方式中，在650～300℃的范围会发生贝氏体相变，750～650℃的范围内的冷却速度不会影响贝氏体相变，所以可以使用通常的操作工艺。
此外，为了使碳化物充分固溶，并且防止晶粒的粗大化，加热温度优选设定为上述范围内。由此，可以充分确保强度，能够得到所需的屈服比。
另外，轧制结束温度如果过高，则有可能发生因晶粒的粗大化而引起的低温韧性下降，所以优选将上限设定为900℃。另一方面，轧制结束温度如果过低，则轧制结束温度变为Ar3相变点以下，机械性质有可能因被加工了的铁素体而发生劣化，所以优选将轧制结束温度的下限设定为750℃以上。
另外，为了获得均匀的贝氏体组织，在贝氏体相变开始的650℃以下的加速冷却的冷却速度更优选设定为15℃/s以上。由此，可以充分确保强度。另一方面，冷却速度如果过快，则强度变得过高，有可能损害韧性，所以优选将上限设定为50℃/s。更优选的上限为30℃/s，进一步优选的上限为20℃/s。
此外，在本实施方式中，热轧后的钢板的板厚不受限制，但5～20mm是特别有效的。
接着，进行了上述加速冷却之后，将卷取温度设定为300℃以下来进行卷取，制成热轧钢板。这是为了加速冷却至贝氏体相变温度以下，使组织成为均匀的贝氏体。但是，如果使卷取温度超过300℃来进行卷取，则相变不充分，生成颗粒状贝氏体，从而有可能无法充分地获得强度。因此，在本实施方式中，将卷取温度设定为300℃以下，卷取温度也可以为常温。
此外，在本实施方式中，优选将卷取温度设定为250℃以下。
接着，将上述热轧钢板成形加工为管状，同时将其对接面进行电焊，制成电焊钢管。
在本实施方式中，将热轧钢板成形加工为管状时，将热轧钢板连续地成形为开口管即可，公知的成形方法均可以使用，没有特别限定。
另外，本实施方式中，在进行电焊时，用焊接装置对开口管的圆周方向端部进行加热，使该被加热的端部彼此对接并压粘接合。另外，作为焊接方法，公知的利用了高频电流的电阻焊接法以及感应加热焊接法均可以使用，没有特别限定。
此外，在本实施方式中，开口管的圆周方向端部彼此焊接而成的电焊钢管优选接下来通过焊道切除（bead cutting）而将焊接部上形成的焊道切掉，然后，优选通过高频热处理将接缝部（焊缝部）加热至奥氏体区域。这样，通过高频热处理对焊缝部进行加热，可以控制焊接部的硬度，能够防止焊接部的韧性劣化。
对焊缝部进行加热并加速冷却后，也可以在冷加工中对电焊钢管进行定径。此外，定径是指使用多段的定径辊使电焊钢管最终具有固定直径和好的圆度的工序。将制成的电焊钢管用切断机切断成规定的长度。
在本实施方式中，通过在冷加工中进行由上述成形加工等所构成的造管工序，可以使钢加工硬化，能够有效地确保与API标准5CT P110相当的强度。其结果是，能够使电焊钢管的压坏强度上升。
如以上所说明的那样，在本实施方式中，减少C量并通过调整合金的添加量而降低VC90，由此可以提高屈服比并实现贝氏体的均匀组织，可以实现具有85%～95%的高屈服比和良好的韧性并且显示出与API标准5CTP110相当的强度的油井用电焊钢管。此外，组织在焊缝部附近或表层1mm的范围，有时不一定是贝氏体单相，但对钢管特性的影响较小。
其中，在本实施方式中，贝氏体是指铁素体、珠光体以及马氏体以外的组织，并且是在板条状组织中存在有渗碳体的组织。此时，渗碳体可以存在于晶界，也可以存在于板条状组织中。另外，本实施方式中的贝氏体是指具有板条状组织的组织，并且也可以说是除去了多边形铁素体、针状铁素体以及颗粒状贝氏体后的组织。
另外，本实施方式的油井用电焊钢管由于在电焊后不进行淬火回火这样的热处理，所以根据拉伸试验结果制作应力－应变曲线（stress-straincurve）时，该应力－应变曲线上不存在屈服点伸长。据认为，这是因为不电焊后进行热处理，所以电焊钢管中的组织中所含的游离的N和C不会向位错扩散而固定位错，不会发生屈服点伸长。
此外，为了实现高屈服比，也可以考虑在400℃左右的低温下进行回火，但进行这样的热处理时，位错会析出碳化物（渗碳体），在应力－应变曲线上可观测到屈服点，会发生屈服点伸长。
根据以上说明的本发明的油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法，通过调整钢成分使得VC90的值的范围在上述范围内，可以在不使淬透性劣化的情况下提高强度。另外，通过将VC90的下限值设定为上述范围内，可以防止加速冷却时强度随冷却速度的增加而过度上升，结果是，能够通过冷却速度来精确地进行强度的控制，能够提高生产率。
根据本发明的油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法，通过将C量设定为上述范围内，可以抑制强度的劣化，同时可以确保良好的韧性和高屈服比。另外，通过将B量设定为上述范围内，则即使减少合金元素的添加量，也能够确保充分的淬透性。
另外，根据本发明的油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法，通过将VC90控制为上述范围内，并在卷取热轧钢板时将卷取温度设定为低温，可以抑制多边形铁素体的生成，使组织均匀化。其结果是，可以抑制电焊钢管的机械特性的偏差。即，通过同时控制VC90和卷取温度，可以制成强度与韧性的平衡优良的电焊钢管。
另外，根据本发明的油井用电焊钢管以及油井用电焊钢管的制造方法，由于是在冷加工中进行造管工序，所以可以利用加工硬化并更有效地确保与API标准5CT P110相当的强度。其结果是，能够提高电焊钢管的压坏强度。
实施例
下面，通过实施例来说明本发明的效果，但本发明并不限于以下的实施例中使用的条件。
本实施例中，首先，将含有被调节为具有表1所示的VC90的成分的钢熔炼，按照常规方法用连续铸造制成板坯。此外，当B量低于0.0005%时，VC90由下述式（2）规定。
logVC90=3.69-0.75(2.7[C]+0.4[Si]+[Mn]+0.45[Ni]+0.45[Cu]+0.8[Cr]+[Mo])    (2)
其中，［C］为C含量（%），［Si］为Si含量（%），［Mn］为Mn含量（%），［Ni］为Ni含量（%），［Cu］为Cu含量（%），［Cr］为Cr含量（%），［Mo］为Mo含量（%）。此外，在用上述式（1）或（2）算出VC90时，当表1所示的钢种的Ni、Cu、Cr、Mo各元素为未添加或不可避免地被含有时，记为0（%）。
使用该板坯，用加热炉进行加热，进行热轧使其成为表2所示的板厚，加速冷却后卷取成卷状，制成热轧钢板。此时的加热温度、轧制结束温度、冷却速度以及卷取温度分别如表2所示。
此外，关于表1和表2所示的成分组成和轧制条件，对超出本发明范围的数值标注下划线。另外，表1中的（-）表示未添加或含有不可避免的量。
接着，在将呈卷状的热轧钢板开卷的同时将其成形加工为管状，并且将其对接面进行电焊，制成电焊钢管。此外，本实施例中，使用电阻焊接法进行焊接。
接着，将焊接部上形成的焊道切掉，然后，通过高频热处理对焊缝部进行加热处理。
然后，为了使钢管具有表2所示的钢管外径，根据需要，使用定径辊在冷加工中实施定径工序以使钢管具有规定的尺寸和形状，然后用切断机切断成所希望的长度。
对如上所述制造的电焊钢管的特性进行测定。
具体地说，从上述电焊钢管上采集钢管的轴方向（轧制方向）的全厚试验片作为拉伸试验片，并进行拉伸试验，测定屈服应力（YS：0.2%残余应变）以及抗拉强度（TS）。其中，全厚试验片和拉伸试验片是从与距离电焊钢管的焊缝部在圆周方向为90°的位置相对应的部分采集的。另外，由得到的YS和TS求出屈服比（Y/T）。此外，将YS为758～965MPa、TS为862MPa以上以及屈服比（Y/T）为85%以上评价为良好。进而，参照所得到的拉伸试验结果，评价是否存在屈服点伸长。上述的测定结果示于表2中。另外，在距离焊缝部为90°的位置的与轧制方向平行的截面上，通过硝酸乙醇腐蚀来观察距离表层为t/4的位置。
另外，对电焊钢管的韧性进行测定。
有关韧性，从电焊钢管上采集圆周方向（轧制垂直方向）的全尺寸V形缺口夏比（Charpy）试验片，进行V形缺口夏比试验，测定0℃下的吸收能量（CVN值）。其中，全尺寸V形缺口夏比试验片是从与距离电焊钢管的焊缝部在圆周方向为90°的位置相对应的部分采集的。
以上的测定结果如表2所示。此外，在API标准5CT中规定的P110级的吸收能量的要求值根据板厚的不同而发生变化，所以将本实施例中的各板厚的要求值示于表2中。于是，本实施例中，将该要求值以上的吸收能量评价为良好。
Figure BDA00002850051200201
如表2所示，在本发明的范围内的所有本发明例中，省略了淬火回火的电焊钢管的屈服应力、抗拉强度、屈服比、韧性中的每个均能够获得良好的结果。另外，在本发明的范围内的所有本发明例中，拉伸试验结果中均未观察到屈服点伸长。
另一方面，试验编号9由于卷取温度比本发明的范围高，所以相变不充分，结果不能获得充分的抗拉强度。
试验编号10是在电焊后在400℃下进行了回火处理。由于进行了回火处理，所以尽管可以获得充分的抗拉强度，但却观察到了屈服点伸长。另外，试验编号11由于冷却速度比本发明的范围慢，所以无法生成所期望的组织，不能获得充分的抗拉强度。
另外，试验编号12由于B的含量低于本发明的范围，所以无法充分确保淬透性。其结果是不能获得充分的抗拉强度。
另外，试验编号13由于Ti/N为本发明的范围外，所以不能以TiN的形式充分地固定固溶N，而且生成使淬透性下降的BN，淬透性下降。因此，不能获得充分的抗拉强度。
试验编号14由于作为淬透性的指标的VC90低于本发明的范围，所以屈服应力大幅上升。
另一方面，试验编号15由于作为淬透性的指标的VC90超出本发明的范围，所以强度和屈服比下降。
试验编号16由于C的含量低于本发明的范围，所以无法充分确保淬透性。其结果是，不能获得充分的抗拉强度。
另一方面，试验编号17由于C的含量超出了本发明的范围，所以屈服比和韧性下降。
另外，试验编号18由于Mn的含量低于本发明的范围，所以生成多边形铁素体，不能获得充分的抗拉强度。
从上述的结果可以确认上述的认识，另外，可以证实对上述的各钢坯成分进行限定、对制造方法进行限定的根据。

Claims (28)

1.一种油井用电焊钢管，其具有下述组成：以质量%计分别含有：C：0.05～0.12%、Si：0.03～0.5%、Mn：0.80～2.2%、P：0.03%以下、S：0.003%以下、Al：0.08%以下、Nb：0.01%～0.10%、Ti：0.005～0.03%、B：0.0005～0.0030%、N：0.008%以下，满足Ti＞3.4N，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，当将C含量（%）设定为［C］，将Si含量（%）设定为［Si］，将Mn含量（%）设定为［Mn］，将Ni含量（%）设定为［Ni］，将Cu含量（%）设定为［Cu］，将Cr含量（%）设定为［Cr］，将Mo含量（%）设定为［Mo］时，由下述式（1）规定的VC90为15～40，
logVC90=2.94-0.75(2.7[C]+0.4[Si]+[Mn]+0.45[Ni]+0.45[Cu]+0.8[Cr]+2[Mo])    (1)。
2.根据权利要求1所述的油井用电焊钢管，其中，以质量%计进一步含有选自下述元素中的一种或二种以上：Ni：1%以下、Cu：1%以下、Mo：0.3%以下、Cr：0.8%以下、V：0.1%以下、Ca：0.0060%以下。
3.根据权利要求1所述的油井用电焊钢管，屈服应力为758～965MPa，并且抗拉强度为862MPa以上。
4.根据权利要求1所述的油井用电焊钢管，在拉伸试验的试验结果中不存在屈服点伸长。
5.根据权利要求1所述的油井用电焊钢管，屈服比为85%～95%。
6.根据权利要求1所述的油井用电焊钢管，所述油井用电焊钢管的电焊部以外的组织由贝氏体的均匀组织构成。
7.根据权利要求2所述的油井用电焊钢管，屈服应力为758～965MPa，并且抗拉强度为862MPa以上。
8.根据权利要求2所述的油井用电焊钢管，在拉伸试验的试验结果中不存在屈服点伸长。
9.根据权利要求2所述的油井用电焊钢管，屈服比为85%～95%。
10.根据权利要求2所述的油井用电焊钢管，所述油井用电焊钢管的电焊部以外的组织由贝氏体的均匀组织构成。
11.一种油井用电焊钢管，其是通过下述步骤来制造的：将钢坯进行热轧，在300℃以下卷取而制成热轧钢板之后，将该热轧钢板成形为管状，同时将对接面进行电焊，其中所述钢坯具有下述组成：以质量%计分别含有：C：0.05～0.12%、Si：0.03～0.5%、Mn：0.80～2.2%、P：0.03%以下、S：0.003%以下、Al：0.08%以下、Nb：0.01%～0.10%、Ti：0.005～0.03%、B：0.0005～0.0030%、N：0.008%以下，满足Ti＞3.4N，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，当将C含量（%）设定为［C］，将Si含量（%）设定为［Si］，将Mn含量（%）设定为［Mn］，将Ni含量（%）设定为［Ni］，将Cu含量（%）设定为［Cu］，将Cr含量（%）设定为［Cr］，将Mo含量（%）设定为［Mo］时，由下述式（1）规定的VC90为15～40，
logVC90=2.94-0.75(2.7[C]+0.4[Si]+[Mn]+0.45[Ni]+0.45[Cu]+0.8[Cr]+2[Mo])    (1)。
12.根据权利要求11所述的热轧钢板，其中，以质量%计进一步含有选自下述元素中的一种或二种以上：Ni：1%以下、Cu：1%以下、Mo：0.3%以下、Cr：0.8%以下、V：0.1%以下、Ca：0.0060%以下。
13.根据权利要求11所述的油井用电焊钢管，所述油井用电焊钢管是在电焊后不对管体进行热处理而制造的。
14.根据权利要求11所述的油井用电焊钢管，屈服应力为758～965MPa，并且抗拉强度为862MPa以上。
15.根据权利要求11所述的油井用电焊钢管，在拉伸试验的试验结果中不存在屈服点伸长。
16.根据权利要求11所述的油井用电焊钢管，屈服比为85%～95%。
17.根据权利要求11所述的油井用电焊钢管，所述油井用电焊钢管的电焊部以外的组织由贝氏体的均匀组织构成。
18.根据权利要求12所述的油井用电焊钢管，所述油井用电焊钢管是在电焊后不对管体进行热处理而制造的。
19.根据权利要求12所述的油井用电焊钢管，屈服应力为758～965MPa，并且抗拉强度为862MPa以上。
20.根据权利要求12所述的油井用电焊钢管，在拉伸试验的试验结果中不存在屈服点伸长。
21.根据权利要求12所述的油井用电焊钢管，屈服比为85%～95%。
22.根据权利要求12所述的油井用电焊钢管，所述油井用电焊钢管的电焊部以外的组织由贝氏体的均匀组织构成。
23.一种油井用电焊钢管的制造方法，其中，将钢坯进行热轧，在300℃以下卷取而制成热轧钢板之后，将该热轧钢板成形为管状，同时将对接面进行电焊，其中所述钢坯具有下述组成：以质量%计分别含有：C：0.05～0.12%、Si：0.03～0.5%、Mn：0.80～2.2%、P：0.03%以下、S：0.003%以下、Al：0.08%以下、Nb：0.01%～0.10%、Ti：0.005～0.03%、B：0.0005～0.0030%、N：0.008%以下，满足Ti＞3.4N，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，当将C含量（%）设定为［C］，将Si含量（%）设定为［Si］，将Mn含量（%）设定为［Mn］，将Ni含量（%）设定为［Ni］，将Cu含量（%）设定为［Cu］，将Cr含量（%）设定为［Cr］，将Mo含量（%）设定为［Mo］时，由下述式（1）规定的VC90为15～40，
logVC90=2.94-0.75(2.7[C]+0.4[Si]+[Mn]+0.45[Ni]+0.45[Cu]+0.8[Cr]+2[Mo])    (1)。
24.根据权利要求23所述的油井用电焊钢管的制造方法，其中，所述钢坯以质量%计进一步含有选自下述元素中的一种或二种以上：Ni：1%以下、Cu：1%以下、Mo：0.3%以下、Cr：0.8%以下、V：0.1%以下、Ca：0.0060%以下。
25.根据权利要求23所述的油井用电焊钢管的制造方法，其中，将在650～300℃的范围内的冷却速度设定为15～50℃/s。
26.根据权利要求23所述的油井用电焊钢管的制造方法，其中，在电焊后不对管体进行热处理。
27.根据权利要求24所述的油井用电焊钢管的制造方法，其中，将在650～300℃的范围内的冷却速度设定为15～50℃/s。
28.根据权利要求24所述的油井用电焊钢管的制造方法，其中，在电焊后不对管体进行热处理。
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