CN104685085A

CN104685085A - 无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料及其制造方法

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Publication number: CN104685085A
Application number: CN201380050581.3A
Authority: CN
Inventors: 小奈浩太郎; 横沟勇太; 日高康善; 中西哲也
Original assignee: Newly To Dedicate One's Life To Cause Of Country Zhi Tie Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Xinbaoguo Materials Co ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: BR112015006482A2; JPWO2014050975A1; EP2902522B1; JP6195570B2; EP2902522A4; CN104685085B; TW201420777A; WO2014050975A1; EP2902522A1; TWI487800B; BR112015006482B8; BR112015006482B1

Abstract

本发明涉及用于采用曼内斯曼法制造无缝钢管的穿孔机顶头，特别地提供耐自发裂纹性和被切削性优异的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料及其制造方法。所述穿孔机顶头用坯料，其成分以质量％计含有C：0.08～0.3％、Si：0.1～1.0％、Mn：0.2～1.5％、Ni：0.2～2.0％，而且含有合计为1.5％～8％的W、Mo之中的1种或2种，余量为Fe以及杂质，将作为杂质而含有的扩散氢限制为2ppm以下；具有HRC6以上40以下的硬度。

Description

无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料及其制造方法

技术领域

本发明涉及采用曼内斯曼(Mannesmann)法制造无缝钢管时所使用的穿孔机顶头(piercer plug)(也有时仅称为「顶头」。)，特别是涉及耐自发裂纹性以及被切削性优异的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料及其制造方法。

背景技术

近年来，伴随着石油钻井环境变得严酷，作为油井管需求不锈钢制和高合金钢制等的高级无缝钢管。可是，用不锈钢等的变形阻力高的材料制造无缝钢管时，其穿孔所使用的穿孔机顶头的顶端部承受较高的表面压力，该顶端部熔损，短时间内不得已进行更换。

因此，如专利文献1所公示的那样，以往的高级无缝钢管的制造用穿孔机顶头，通过添加W、Mo，来提高高温变形阻力，而且为了确保上述穿孔机顶头表面的润滑性，实施了生成难剥离性的低熔点氧化皮层的表面被覆处理。专利文献1所公开的穿孔机顶头的制造方法，如图3所示，其特征在于，通过对由添加有W、Mo的高强度钢材构成且具有规定形状的母材进行高温氧化热处理，在穿孔机顶头的表面被覆规定的上述氧化皮层。

另一方面，由于高级无缝钢管的尺寸以及形状的多样化，穿孔机顶头也配合其进行多样化，并以库存的形式保持多种类的顶头，根据生产计划来使用。

为了与无缝钢管的形状的多样化相适应，希望穿孔机顶头能够容易地切削成各种尺寸。

另外，无缝钢管的制造工厂也在推进分散化和远地化，由于输送时间增大等，因此从确保库存量的观点出发，长期间地保管穿孔机顶头的情况变多了。

从以上的情况出发，希望穿孔机顶头或穿孔机顶头用坯料的被切削性优异、且能够长期间保管。可是，如果不适当地调整穿孔机顶头的硬度，则在保管中在穿孔机顶头表面会产生称为“自发裂纹”的裂纹。已知特别是在冬季容易产生自发裂纹。产生了这种“自发裂纹”的穿孔机顶头不能够在无缝钢管的制造中使用。

在先技术文献

专利文献

专利文献1日本专利第2683861号公报

专利文献2日本专利第2952382号公报

专利文献3日本特开2003-129184号公报

专利文献4PCT国际申请WO2008-096708号公开公报

专利文献5日本特开昭63-69948号公报

专利文献6日本专利第4279350号公报

发明内容

专利文献1公开了：向用于提高高温变形阻力的规定的成分大量添加Mo和W中的1种以上，抑制表面脱碳，在表面形成有内部氧化型氧化皮层的穿孔机顶头。

专利文献2公开了：在3Ni-1Cr钢等的钢制基体的表面形成氧化皮而使用的穿孔机顶头的制造方法中，从以往的砂型铸造通过模具铸造来制作上述钢制基体。而且记载了下述意旨：上述制造方法具有提高上述钢制基体的强度和氧化皮改性的效果。

专利文献3针对与专利文献2同样地在表面形成氧化皮而使用的穿孔机顶头，公开了具有提高基体的强度和氧化皮改性的效果的基体。

专利文献4针对与专利文献2同样地在基材的表面上形成氧化皮而使用的穿孔机顶头，公开了下述内容：作为构成氧化皮层的层，形成与上述基材络合的网状氧化皮层。专利文献4公开了下述意旨：通过氧化皮层的上述构成可抑制氧化皮层的剥离和磨损，能够延长穿孔机顶头的寿命。

专利文献5公开了下述意旨：通过采用与专利文献4同样的方法作为晶界氧化型氧化皮层而生成氧化皮层，与基材的密着性好，能够抑制氧化皮层的剥离和磨损，并延长穿孔机顶头的寿命。

最近，如专利文献6所公开的那样，通过采用利用了喷镀的被膜形成技术在穿孔机顶头的表面形成保护被膜，来谋求穿孔机顶头的长寿命化。

可是，在先技术文献中，没有提出以穿孔机顶头用坯料的自发裂纹、被切削性为课题的提案。

因此，本发明的目的在于，提供采用曼内斯曼法制造无缝钢管时所使用的穿孔机顶头的坯料，该坯料抑制由长期保管所致的自发裂纹的发生，被切削性也优异，而且具有所希望的硬度，由此能够实现顶头主体的长寿命化，解决这样的采用现有技术所不能完成的课题。

本发明人为了解决上述课题而进行了锐意研究开发，结果得到以下的见解。

(a)为了穿孔机顶头的长寿命化，需要确保某种程度的韧性，需要用于抗热冲击的某种程度的硬度。于是，知道了如果形成为以回火马氏体和/或贝氏体为主体的组织，顶头坯料的硬度为洛氏硬度C级(以下简称为“HRC”。)6以上(优选为20以上)，则能得到具有适当的韧性、强度的顶头。

(b)已发现自发裂纹是穿孔机顶头用坯料氢脆化的原因。已知在发生自发裂纹时，在穿孔机顶头的坯料中含有约7ppm以上的扩散氢，坯料的硬度超过了HRC40。

(c)另外发现，为了抑制坯料的自发裂纹，使扩散氢的浓度为2ppm以下，且使坯料的硬度为HRC40以下为好。另外也确认到，由于硬度也下降，因此被切削性得到改善。而且也确认到，如果为HRC40以下，则作为顶头坯料也充分具有韧性。

(d)本发明人对满足上述的扩散氢浓度和HRC硬度的条件的热处理条件反复进行了锐意研究。其结果发现，最适的热处理以下述处理为好：在浇铸出穿孔机顶头用坯料后，在550～900℃、进一步优选在700～900℃的温度范围内保持0.5小时以上且不超过10小时的时间、优选保持0.5小时以上且不超过4小时的时间后，以5℃/分以下的冷却速度冷却。

进而，本发明人对热处理条件(特别是热处理温度和保持时间)与硬度的关系进行了调查，发现能够用热处理参数(P_H)与碳当量(C当量)的关系调整顶头坯料的硬度(HRC硬度)。

(e)确认到通过将上述热处理的条件适当化，能够调整穿孔机顶头用坯料的硬度，另外能够除去坯料中的扩散氢。

(f)以往在顶头成形后进行了氧化热处理，因此成形前的顶头坯料过硬，被切削性差。可是，基于本发明的顶头坯料，通过在成形前在规定的条件下实施热处理，能够将硬度适当化，能够使被切削性格外地提高。

通过在浇铸出穿孔机顶头用坯料后，对坯料实施合适的热处理，能够在将顶头坯料调整成为HRC硬度6～40的同时，使成为自发裂纹的原因的扩散氢减少到规定值以下。

本发明是以这些见解为基础而完成的，其主旨如下。

(1)本发明的一方式涉及的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，

成分以质量％计含有

C：0.08～0.3％、

Si：0.1～1.0％、

Mn：0.2～1.5％、

Ni：0.2～2.0％，

而且含有合计为1.5％～8％的W、Mo之中的1种或2种，

余量为Fe以及杂质，

作为杂质而含有的扩散氢为2ppm以下，

具有HRC6以上40以下的硬度。

(2)根据上述(1)所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，以质量％计，可以进一步含有

Cu：0.5％以下、

Cr：1.0％以下、

Nb：1.0％以下、

V：1.0％以下、

Ti：1.0％以下、和

B：0.1％以下

之中的1种或2种以上。

(3)根据上述(1)或(2)所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，以质量％计，可以进一步含有合计为0.5％以下的

Ca：0.5％以下、

Mg：0.5％以下、

REM：0.5％以下

之中的1种或2种以上。

(4)根据上述(1)～(3)的任一项所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，硬度可以为HRC20以上40以下。

(5)根据上述(1)～(4)的任一项所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，可以为铸钢制的坯料。

(6)本发明的一方式涉及的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，具有：

铸造穿孔机顶头用坯料的工序，该坯料的成分以质量％计含有

C：0.08～0.3％、

Si：0.1～1.0％、

Mn：0.2～1.5％、

Ni：0.2～2.0％，

而且含有合计为1.5％～8％的W、Mo之中的1种或2种，

余量包含Fe以及杂质；

在由下述式1定义的热处理参数P_H满足式2和式3的条件下对铸造出的穿孔机顶头用坯料进行热处理的工序；和

将实施了热处理的穿孔机顶头用坯料成形的工序，

P_H＝T×(22+log₁₀Hr)···式1，

P_H≤7500×C_eq+20900且P_H≤27500···式2，

P_H≥5000×C_eq+14500···式3，

其中，

T表示热处理温度，单位为°K，

Hr表示在热处理温度的保持时间，单位为小时，

C_eq表示碳当量，由以下的式4定义，

C_eq＝C+Si/4+Mn/6+(Cu+Ni)/15+Cr/5+Mo/5···式4，

并且，各元素符号以质量％表示该元素的含量。

(7)根据上述(6)所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，穿孔机顶头用坯料以质量％计可以进一步含有

Cu：0.5％以下、

Cr：1.0％以下、

Nb：1.0％以下、

V：1.0％以下、

Ti：1.0％以下、和

B：0.1％以下

之中的1种或2种以上。

(8)根据上述(6)或(7)所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，穿孔机顶头用坯料以质量％计可以进一步含有合计为0.5％以下的

Ca：0.5％以下、

Mg：0.5％以下、

REM：0.5％以下

之中的1种或2种以上。

(9)根据上述(6)～(8)的任一项所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，热处理参数P_H可以满足下述式5，

P_H≤5000×C_eq+17500且P_H≤25000···式5。

(10)根据上述(6)～(9)所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，热处理温度可以为550℃以上900℃以下，在热处理温度的保持时间可以为0.5小时以上10小时以下。

(11)根据上述(10)的任一项所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，热处理温度可以为700℃以上900℃以下，保持时间可以为0.5小时以上4小时以下。

(12)根据上述(11)的任一项记载的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，可以具有在热处理后将穿孔机顶头用坯料以5℃/分以下的冷却速度冷却到480℃以下的温度的工序。

(13)根据上述(6)～(12)的任一项所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，穿孔机顶头用坯料可以为铸钢坯料。

根据本发明，能够提供在采用曼内斯曼法制造无缝钢管时使用的、特别是耐自发裂纹性和被切削性优异的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料。

附图说明

图1是本发明的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法的流程图。

图2是表示用于制造本发明的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的热处理参数P_H以及碳当量C_eq的范围的图。

图3是表示专利文献1所公开的穿孔机顶头的制造方法的流程图。

具体实施方式

以下对本发明进行详细说明。

再者，本发明的实施方式并不被以下所示的实施方式限定。

[成分]

成分值(％)只要没有特别说明就指是以质量％表示的。

C：0.08～0.3％

C是对提高高温强度有效的成分，但其含量少于0.08％时没有效果。另外，若超过0.3％则硬度过于变高，容易产生自发裂纹。另外，也难以控制碳化物的析出状态。因此，C设定为0.08～0.3％。为了得到其效果，考虑到偏差(不匀)，其下限优选为0.10％、更优选为0.12％。另外，同样地，上限优选为0.25％、更优选为0.20％。

Si：0.1～1.0％

Si是对脱氧有效的成分，但少于0.1％时效果小。若超过1.0％则母材的韧性开始恶化。因此Si设定为0.1～1.0％。为了得到其效果，考虑到偏差，其下限优选为0.20％、更优选为0.30％。另外，同样地，上限优选为0.90％、更优选为0.80％。

Mn：0.2～1.5％

Mn使高温下的奥氏体稳定化。即，抑制δ铁素体的生成，抑制韧性降低，其效果在0.2％以上时能够得到。可是，若添加得多于1.5％，则硬度过于变高，在穿孔后变得容易产生自发裂纹。因此Mn设定为0.2～1.5％。为了得到其效果，考虑到偏差，其下限优选为0.30％、更优选为0.40％。另外，同样地，上限优选为1.30％、更优选为1.00％。

Ni：0.2～2.0％

Ni具有改善在顶头表层部形成的淬硬相的韧性的作用。要得到其效果就需要0.2％以上，但其效果在2.0％时大致饱和。更多的添加会成为成本增加的主要因素。因此Ni设定为0.2～2.0％。为了得到其效果，考虑到偏差，其下限优选为0.30％、更优选为0.40％。另外，同样地，上限优选为1.90％、更优选为1.80％。

Mo、W之中的1种或2种：1.5～8.0％

Mo和W都对高温强度的改善有效，且使Ac1点上升，具有在穿孔后使在表面淬硬的部分减低的效果。这些效果，对Mo和W而言是等价的，在Mo和W中的任1种或两种合计低于1.5％的情况下变小，因此添加1.5％以上。另外，若Mo和W中的任1种或两种合计超过8.0％，则即使在高温下也铁素体残留，强度开始降低，也使韧性降低。因此，Mo+W的合计设定为1.5～8.0％。为了得到其效果，考虑到偏差，其下限优选为1.7％、更优选为2.0％。另外，同样地，上限优选为7.5％、更优选为7.0％。

扩散氢：2ppm以下

在穿孔机顶头用坯料中以扩散氢形式含有的H(氢)是助长穿孔机顶头产生自发裂纹的元素，因此其含量在本发明中具有重要的意义。扩散氢是在坯料中进行扩散的氢，不包含被坯料中的孔隙等捕获了的氢。再者，扩散氢的测定方法在后述的实施例中说明。扩散氢的含量，尽可能少为好。本发明人发现如果扩散氢为2ppm以下则不产生自发裂纹(参照表5)。因此，本发明涉及的穿孔机顶头用坯料中的扩散氢的含量，将其上限限制为2ppm。为了切实地得到抑制自发裂纹的效果，其上限优选限制为1.5ppm、更优选限制为1.0ppm以下。

通常，铸造的钢制坯料含有7ppm以上的扩散氢。坯料中的扩散氢，在经过在700～900℃的温度范围保持0.5小时以上4小时以下的时间的热处理时能够使其减少。脱氢处理的详细情况在后述的制造方法中说明。

Nb、V、Cr、Ti中的1种或2种以上：分别为1.0％以下

Nb、V、Ti具有将晶粒微细化的效果。可是，若分别超过1.0％地添加的话，则脆化相析出，招致韧性的劣化。因此，优选分别以1.0％以下添加Nb、V、Ti中的1种或2种以上。为了得到其效果，考虑到偏差，其上限优选为0.5％、更优选为0.1％。

Cr具有提高钢材的韧性、在高温下的变形阻力的作用。可是，从经济性观点出发，其含量的上限设定为1.0％。

Cu：0.5％以下

Cu是奥氏体稳定化元素，具有改善在穿孔时保持为高温而成为奥氏体的顶头表层部的韧性的作用。为了得到其效果，需要0.01％以上，其效果在0.5％时大致饱和。因此Cu设定为0.5％以下。为了得到其效果，考虑到偏差，其下限优选为0.01％、更优选为0.1％。另外，同样地，上限优选为0.5w％、更优选为0.3％。

B：0.1％以下

B具有强化在穿孔时保持为高温而成为奥氏体的钢材表面层的晶界，改善在高温下的变形阻力和变形能的作用，但若超过0.1％地含有的话，则因脆化相析出等而导致韧性降低。为了得到其效果，考虑到偏差，其上限优选为0.05％、更优选为0.01％。

Ca、Mg、REM：合计为0.5％以下

Ca、Mg、REM都能够以脱硫等目的来添加。特别是对材料的晶粒细化有效，对钢材的韧性改善有效。可是，若其含量合计超过0.5％地含有的话，则脆化相析出，招致韧性的降低。因此，这些成分的含量设定为合计为0.5％以下。为了得到其效果，考虑到偏差，其上限优选为0.2％、更优选为0.1％。

[硬度]

硬度：HRC6以上40以下

本发明的穿孔机顶头用坯料的硬度，优选为HRC6～40。若达到超过HRC40的高硬度，则变得容易产生自发裂纹。另一方面，若低于HRC6，则作为穿孔机顶头的穿孔寿命降低。即，由于强度不足，在穿孔轧制时，有穿孔机顶头较大地变形之虞。更优选的下限为HRC20。

[组织]

穿孔机顶头用坯料的组织，优选为回火马氏体和/或贝氏体。可是，当穿孔机顶头用坯料在铸造后为铸态原样时，组织为以淬火而成的马氏体为主体。通过铸造后的热处理形成为以回火马氏体和/或贝氏体为主体的组织，能够确保韧性。

[制造方法]

接着，对本发明涉及的穿孔机顶头用坯料的制造方法进行说明。

本发明涉及的穿孔机顶头的坯料，其特征是：硬度为HRC6以上40以下，扩散氢的含量被限制为2ppm以下，组织以回火马氏体和/或贝氏体为主体。这些特征可利用成为穿孔机顶头的构成坯料的铸造后的热处理条件来呈现出。

本发明涉及的穿孔机顶头用坯料的制造方法，如图1所示，首先，熔炼上述的规定成分组成的钢后，在铸造工序S1中进行铸造，得到穿孔机顶头用坯料。其后，在热处理工序S2中进行兼作为穿孔机顶头用坯料的硬度调整和脱氢的热处理。

[热处理]

热处理工序S2包括：将成为热处理的对象的穿孔机顶头用坯料加热到规定的热处理温度，将上述穿孔机顶头用坯料在上述热处理温度保持规定的时间，经过上述规定时间后，将上述穿孔机顶头用坯料冷却。对于该热处理条件，从穿孔机顶头用坯料的硬度的观点、扩散氢的浓度的观点来说明。再者，在本发明中，热处理温度是指上述穿孔机顶头用坯料的表面温度。

高频熔炼成为表1所记载的组成的钢No.1～18，在穿孔机顶头用模具(尺寸：160Ф×400L)中铸造出。对于铸造出的各钢，在表2所记载的热处理条件1-1～8-3下进行热处理，得到表3所示的试件No.1～37。将各试件的表面硬度(HRC)的测定结果、和碳当量、热处理参数示于表3。再者，各试件的组成与表1的组成No.对应。如图2所示那样绘制出表3所记载的碳当量和热处理参数的关系，研究了硬度(HRC)与碳当量(C当量)的关系。

表1

(质量％)

表2

冷却条件1：在炉内在保持温度(℃)将穿孔机顶头用坯料以保持时间(Hr)保持后，以2℃/分的平均冷却速度炉冷到室温(25℃)。

冷却条件2：在炉内在保持温度(℃)将穿孔机顶头用坯料以保持时间(Hr)保持后，以2℃/分的平均冷却速度炉冷到480℃，其后，从炉中取出所述穿孔机顶头用坯料，在大气中自然冷却。

冷却条件3：在炉内在保持温度(℃)将穿孔机顶头用坯料以保持时间(Hr)保持后，从炉中取出所述穿孔机顶头用坯料，在大气中自然冷却。

表3

在此，热处理参数(P_H)用下述式1定义。另外，碳当量(C当量)由于对钢组成的硬度的影响大，因此作为指标使用。碳当量用下述式4定义。

图2表示碳当量(C当量)与热处理参数P_H的关系。图2的白圈的附近所附带的数值表示该试件的HRC值。从图2发现，为了将穿孔机顶头用坯料的硬度调整为作为合适范围的HRC6～40的范围，只要设定热处理条件使得热处理参数P_H满足下述式2和式3即可。

P_H＝T×(22+log₁₀Hr)···式1

P_H≤7500×C_eq+20900且P_H≤27500···式2

P_H≥5000×C_eq+14500···式3

其中，

T表示热处理温度，单位为°K。再者，热处理温度T是穿孔机顶头用坯料的表面温度。

Hr表示保持时间，即，在热处理温度T保持穿孔机顶头用坯料的时间，单位为小时。

C_eq表示穿孔机顶头用坯料的碳当量，用以下的式4定义。

C_eq＝C+Si/4+Mn/6+(Cu+Ni)/15+Cr/5+Mo/5···式4

再者，式4中的C、Si、P、Al、Mn为各元素的含量[质量％]。

如图2所示可知，具有C当量＝0.5～1.8的试件，通过采用表示热处理参数P_H的上限的式2以及表示其下限的式3的范围内的热处理条件，具有了HRC6以上40以下的硬度。另外，比较具有相等的C当量的多个试件可知，随着热处理参数P_H变低，HRC值变高。

另外，如图2所示，在对具有C当量＝0.5～1.8的碳当量的试件采用超过由式2定义的上限的热处理条件实施了热处理的情况下，热处理后的试件的硬度局限在低于HRC6。另外，在对C当量为上述范围内的试件采用低于由式3定义的下限的热处理条件实施了热处理的情况下，热处理后的试件的硬度超过HRC40。再者，图2中的黑圆表示产生了自发裂纹。

另外，如前所述，热处理后的穿孔机顶头用坯料的硬度优选为HRC20～40。具有这样的优选范围的硬度的穿孔机顶头用坯料，能够通过采用热处理参数P_H进一步满足下述的式5的热处理条件，对具有上述C当量范围内的组成的穿孔机顶头用坯料进行热处理来制造出。

P_H≤5000×C_eq+17500且P_H≤25000···式5

上述热处理工序，从生产率的观点出发，优选包括升温和冷却在内在24小时以内完成。热处理工序中的保持时间Hr的上限优选为10小时以下、更优选为4小时以下的时间。

从以上的试件的结果确认到：通过在550℃以上900℃以下的热处理温度，以0.5小时以上10小时以下、更优选以0.5小时以上4小时以下的保持时间进行热处理，使得上述热处理参数P_H满足上述式2、式3，C当量＝0.5～1.8的碳当量的穿孔机顶头用坯料具有HRC6～40的硬度。

在本发明涉及的热处理的温度区域，在穿孔机顶头用坯料的表面形成的氧化皮的厚度通常为100μm左右。也确认到该程度的氧化皮能够通过切削处理、磨削处理等容易地除去。

接着，从穿孔机顶头用坯料的脱氢的观点来进行考察。

通过在550℃～900℃的温度范围保持0.5小时以上10小时以下的热处理，能够使穿孔机顶头用坯料中的扩散氢的含量减少。通常，铸造后的穿孔机顶头用坯料的扩散氢的含量有7ppm以上，但确认到如果在该温度范围保持至少0.5小时，则穿孔机顶头用坯料中的扩散氢的含量变为2ppm以下。热处理气氛可以为大气气氛。

上述热处理后的冷却，成为决定穿孔机顶头用坯料的组织的工序。穿孔机顶头用的穿孔机顶头用坯料的组织，以回火马氏体和/或贝氏体为宜。可是，碳当量在0.5～1.8的范围的穿孔机顶头用坯料，如果使其在铸造后为铸态原样，则如前所述，淬火而成的马氏体成为主体。

因此，为了确保韧性，在550℃以上900℃以下的热处理温度实施热处理。

另外，热处理后的冷却，也有使析出的碳化物某种程度地生长、进行球状化的效果。而且，Mo和/或W的析出物的状态表现在硬度上。即，通过适度地析出，能够抑制硬度。从本发明人的见解来看，在适度地生成了Mo和/或W的析出物的情况下，穿孔机顶头用坯料的硬度降低。通过在700℃～900℃的范围的温度进行0.5小时以上的热处理，固溶于穿孔机顶头用坯料中的Mo、W析出，硬度降低。在这种情况下，为了得到穿孔机顶头用坯料的所希望的硬度，优选以5℃/分以下的冷却速度将穿孔机顶头用坯料冷却到480℃以下的温度。上述冷却速度优选为1℃/分以下的冷却速度。

冷却速度慢，为缓冷，热处理温度越高，另外，保持时间越长，则硬度越降低。这样，通过对穿孔机顶头用坯料进行热处理来控制Mo和/或W的析出物的析出状态，能够控制作为其结果的硬度。但是，如果超过900℃下去，则逐渐推进奥氏体化，因此也有时即使是5℃/分以下的冷却速度也引起硬度上升。

另一方面，冷却速度的下限不作特别限制，但如果冷却速度太过于慢，则处于高温区域的时间长，产生硬度的降低、碳化物的粗大化。另外，在操作上，热处理的作业时间变长，从经济性的观点来看会产生问题。因此，冷却速度优选为0.1℃/分以上。

再者，为了将该冷却条件具体实现，只要将穿孔机顶头用坯料在热处理炉内冷却即可。通过炉内冷却，能够缓冷。例如，只要炉内冷却到480℃以下后，将穿孔机顶头用坯料取出到炉外，在大气中自然冷却即可。或者，也可以炉内冷却到达到室温后，将穿孔机顶头用坯料取出到炉外。

上述表2的冷却条件3的自然冷却，是穿孔机顶头用坯料从低于480℃的温度开始进行的，并不对穿孔机顶头用坯料的组织、析出物、氢含量造成影响。

通过热处理工序S2调整为HRC6以上40以下的硬度的穿孔机顶头用坯料，通过成形工序S3成形为具有规定形状的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料。成形工序S3可通过切削等来进行。另外，由于不会产生自发裂纹，因此成形工序S3可以在刚刚进行了热处理工序S2后进行，也可以在上述穿孔机顶头用坯料长期保管后进行。

另外，本发明的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，通过成形工序S3成形为规定的工具形状后，能够实施采用各种的方法在表面形成保护被膜的保护被膜形成工序S4。作为保护被膜形成工序S4，能够进行例如生成氧化皮层的热处理、通过喷镀来被覆陶瓷等保护被膜的处理等中的至少1种处理，不作特别限定。

实施例

接着，对本发明涉及的穿孔机顶头用坯料的实施例进行说明。通过使用表1所记载的组成的钢，在规定的热处理条件下进行热处理，来准备本发明的实施例，对本发明的各实施例分别进行了氢量测定、自发裂纹试验、被切削性试验、韧性评价试验、以及顶头变形试验。

[扩散氢的含量测定]

(1)测定用试件的制备

作为表4所示的本发明的实施例1～6准备了表3所记载的试件No.6～No.11。另外，为了与本发明比较，使用表1所记载的钢No.1以及钢No.2，在以下的热处理条件A下进行热处理，除此以外在与表1的实施例相同的制造条件下制造了比较例1以及2的穿孔机顶头用坯料。

热处理条件A(比较例)：铸态原样地在大气中自然冷却

从实施例1～6以及比较例1、2的穿孔机顶头用坯料切取Ф20×10mm的试件，制备了与实施例1～6以及比较例1、2的各自相当的扩散氢含量测定用的分析试件(以下称为“H₂分析试件”。)。上述H₂分析试件在刚刚从穿孔机顶头用坯料切取后浸渍于液态氮中来保管。

(2)扩散氢的测定条件

在即将测定扩散氢前将上述H₂分析试件从液态氮中取出，进行了超声波洗涤。其后，将上述H₂分析试件冷风干燥，称量，分别供测定使用。上述H₂分析试件中含有的扩散氢的测定通过下述方法来进行：将上述H₂分析试件插入质量分析装置中，排气10分钟后，在测定开始初始压力为约1.4×10^-5Pa的真空中以100℃/小时(1.67℃/分)的恒速升温，从室温加热到600℃，分析在加热时产生的氢的质谱强度。再者，氢的质谱强度的分析使用质量分析计(キャノンアネルバ公司制的四重极质量分析计M201QA-TDM型)来进行。

(3)扩散氢含量的测定结果

对与实施例1～6以及比较例1、2的各自相当的H₂分析试件测定出的扩散氢含量的测定结果示于表4。

关于氢含量比较表4所示的实施例1～6和比较例，能够确认到：由本发明规定的范围的组成的铸造钢，通过进行由本发明规定的热处理，呈现出由热处理带来的脱氢效果。

表4

[自发裂纹试验结果]

采用与实施例1～6以及比较例1、2相同的热处理条件，将穿孔机顶头用坯料连同钢1、钢2一起分别准备20个，调查在大气中放置30天时的直到自发裂纹发生为止所需的天数，记载发生频率。表5示出其结果。

实施例1～6、即本发明涉及的热处理条件3-1、3-2以及6-3的穿孔机顶头用坯料，与钢1、钢2的组成的差异无关，即使在大气中保持30天也1个自发裂纹都没有发生。另一方面，比较例1以及2、即热处理条件A的穿孔机顶头用坯料，从第14天开始发生自发裂纹，在经过30天的时间点，自发裂纹被确认出16个(80％)。在热处理条件3-1、3-2、6-3的穿孔机顶头用坯料中没有确认到自发裂纹。从以上所述确认出本发明涉及的脱氢效果抑制了自发裂纹。

表5

[被切削性]

将以热处理条件3-1、3-2、6-3以及A实施了热处理的钢2的穿孔机顶头用坯料各准备1个，对穿孔机顶头的芯骨部分进行钻头加工，通过切削工具有无损伤来评价被切削性。其结果示于表6。如表6所示，当为热处理条件3-1、3-2以及6-3的穿孔机顶头用坯料时，没有损伤。可是，当为热处理条件A的穿孔机顶头用坯料时，确认到钻头顶端的损伤，不能进行实际开孔加工。

表6

	热处理条件	被切削性	备注
				实施例4	条件3-1	○	无特别问题
实施例5	条件3-2	○	无特别问题
				实施例6	条件6-3	○	无特别问题
比较例2	条件A	×	由于钻头顶端缺损而不能切削

[韧性评价]

采用在20℃下的夏比冲击试验进行了韧性评价。将从实施例1～6以及比较例1～4的穿孔机顶头用坯料切取的试件各准备2个，在室温(20℃)进行了夏比冲击试验。再者，为了韧性评价试验，作为实施例7的穿孔机顶头用坯料使用表3的试件24，采用与实施例1～6以及比较例1、2同样的方法对实施例7进行了夏比冲击试验。

将夏比冲击试验的韧性评价结果示于表7。热处理条件3-1、3-2、6-1以及6-3的穿孔机顶头用坯料，为17～70J/cm²水平。另一方面，条件A的穿孔机顶头用坯料，为5～7J/cm²水平，与本发明的实施例涉及的条件3-1、3-2、6-1以及6-3的穿孔机顶头用坯料有显著的差异。■■■

表7

[顶头变形量试验]

(1)喷镀皮膜的形成

将表8所记载的组成的各钢进行高频熔化，在穿孔机顶头用模具(尺寸：160Ф×400L)中进行了铸造。对于铸造出的各钢，如表8所示，以表2所记载的热处理条件分别进行热处理，得到了实施例A1～A4以及比较例B1、B2。

将实施例A1～A4以及比较例B1、B2的穿孔机顶头用坯料各准备1个，通过喷镀铁基材料，遍及母材表面的全区域形成了保护皮膜。

(2)穿孔轧制

作为模型穿孔机(试验用穿孔机)，使用上述的各穿孔机顶头，对加热至1200℃的下述的圆钢坯进行了穿孔轧制。对每1个顶头各进行5次的穿孔轧制后，测定各顶头的顶端从最初的形状变形的大小来作为变形量。将其结果示于表8。

钢坯的尺寸：外径75mm、长度700mm

钢坯的材质：SUS304

顶头的尺寸：外径60mm

表8

实施例A1～A4，由于硬度在本发明的范围内，因此反复进行5次穿孔轧制后的顶头的变形量小。与此相对，比较例B1、B2由于硬度低于HRC6，因此反复进行5次穿孔轧制后的顶头的变形量大2倍左右。再者，如果变形量为1.5mm以下则能够再循环利用顶头。

从以上所述能够确认到如果是本发明涉及的穿孔机顶头用坯料就能够抑制自发裂纹的发生。另外，确认到被切削性也良好。由此，与无缝钢管的多样化对应，能够在现场保管，并加工成适当的形状的穿孔机顶头。

产业上的利用可能性

本发明能够作为无缝钢管制造用的穿孔机顶头用坯料利用。而且，本发明涉及的穿孔机顶头用坯料能够长期保管，容易加工成适当的形状。

Claims

1.一种无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，其特征在于，

成分以质量％计含有

C：0.08～0.3％、

Si：0.1～1.0％、

Mn：0.2～1.5％、

Ni：0.2～2.0％，

而且含有合计为1.5％～8％的W、Mo之中的1种或2种，

余量为Fe以及杂质，

作为杂质而含有的扩散氢为2ppm以下，

具有HRC6以上40以下的硬度。

2.根据权利要求1所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，其特征在于，以质量％计，进一步含有

Cu：0.5％以下、

Cr：1.0％以下、

Nb：1.0％以下、

V：1.0％以下、

Ti：1.0％以下、和

B：0.1％以下

之中的1种以上。

3.根据权利要求1或2所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，其特征在于，以质量％计，进一步含有合计为0.5％以下的

Ca：0.5％以下、

Mg：0.5％以下、

REM：0.5％以下

之中的1种或2种以上。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，其特征在于，所述硬度为HRC20以上40以下。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，其特征在于，所述穿孔机顶头用坯料为铸钢坯料。

6.一种无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，其特征在于，具有：

C：0.08～0.3％、

Si：0.1～1.0％、

Mn：0.2～1.5％、

Ni：0.2～2.0％，

而且含有合计为1.5％～8％的W、Mo之中的1种或2种，

余量为Fe以及杂质；

在由下述式1定义的热处理参数P_H满足式2和式3的条件下对所述铸造出的所述穿孔机顶头用坯料进行热处理的工序；和

将实施了所述热处理的所述穿孔机顶头用坯料成形的工序，

P_H＝T×(22+log₁₀Hr)···式1，

P_H≤7500×C_eq+20900且P_H≤27500···式2，

P_H≥5000×C_eq+14500···式3，

其中，

T表示热处理温度，单位为°K，

Hr表示在热处理温度的保持时间，单位为小时，

C_eq表示碳当量，由以下的式4定义，

C_eq＝C+Si/4+Mn/6+(Cu+Ni)/15+Cr/5+Mo/5···式4，

并且，各元素符号以质量％表示该元素的含量。

7.根据权利要求6所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，其特征在于，所述穿孔机顶头用坯料以质量％计进一步含有

Cu：0.5％以下、

Cr：1.0％以下、

Nb：1.0％以下、

V：1.0％以下、

Ti：1.0％以下、和

B：0.1％以下

之中的1种或2种以上。

8.根据权利要求6或7所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，其特征在于，所述穿孔机顶头用坯料以质量％计进一步含有合计为0.5％以下的

Ca：0.5％以下、

Mg：0.5％以下、

REM：0.5％以下

之中的1种或2种以上。

9.根据权利要求6～8的任一项所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，其特征在于，所述热处理参数P_H满足下述式5，

P_H≤5000×C_eq+17500且P_H≤25000···式5。

10.根据权利要求6～9的任一项所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，其特征在于，所述热处理温度为550℃以上900℃以下，在所述热处理温度的保持时间为0.5小时以上10小时以下。

11.根据权利要求10所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，其特征在于，所述热处理温度为700℃以上900℃以下，所述保持时间为0.5小时以上4小时以下。

12.根据权利要求11所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，其特征在于，具有在所述热处理后将所述穿孔机顶头用坯料以5℃/分以下的冷却速度冷却到480℃以下的温度的工序。

13.根据权利要求6～12的任一项所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，其特征在于，所述穿孔机顶头用坯料为铸钢坯料。