CN106164316A - 热轧线材 - Google Patents

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Abstract

提供一种高强度，抗SSC性优异的热轧线材。一种热轧线材，其以质量％计，含有C：0.20～0.5％、Si：0.05～0.3％、Mn：0.3～1.5％、Al：0.001～0.1％、P：高于0％并在0.01％以下、和S：高于0％并在0.01％以下，余量由铁和不可避免的杂质构成，其中，针对该热轧线材所含的S量，使用电子探针显微分析仪以200μm间隔测量300处以上，设S量的最大值Smax(质量％)相对于S量的平均值Save(质量％)为偏析度(Smax/Save)时，该偏析度为30以下。

Description

热轧线材
技术领域
本发明涉及用于钢线的制造的热轧线材。详细地说，是涉及用于制造作为在含有硫化氢的含硫环境下使用的零件或挠性立管等的加强材所使用的钢线的热轧线材。
背景技术
石油的需要近年来日益增大，海底油田的开发正在进行。在油田开发中，为了抽吸起原油，例如使用挠性立管。挠性立管使用树脂制的管和钢线制造，钢线作为树脂制的管的加强材使用。油田因为处于含有硫化氢的含硫环境下，所以对于上述钢线要求高强度，并且要求有可抑制硫化物应力腐蚀开裂(Sulfide stress cracking；SSC)的特性(以下，称为抗SSC性)。因此，对于作为该钢线的原材的热轧线材，也要求有高强度，抗SSC性优异。
作为提供抗SSC性优异的高强度钢材的技术，已知有专利文献1。该文献所公开的钢材，具有如下组成：以质量％计，含有C：0.25～0.35％、Si：0.10～0.30％、Mn：0.8％以下、P：0.010％以下、S：0.003％以下、Al：0.003～0.1％、N：0.0040％以下、Cr：0.5～0.7％、Mo：0.5～1.0％、Cu：0.05～0.8％、Ti：0.015～0.030％、Nb：0.005～0.025％、V：0.05～0.10％、B：0.0005～0.0015％，且以满足P/有效Ti量＜1.6的方式调整并含有P、Ti、N，余量由Fe和不可避免的杂质构成，并具有如下组织，其由旧奥氏体晶粒的平均粒径为12μm以下，Mo偏析度为1.5以下，旧奥氏体晶粒的平均粒径为12μm以下的回火马氏体相构成。
在上述文献中，作为上述高强度钢材的制造方法，记述的是，对于满足上述成分组成的钢原材，实施以加热温度：高于1200℃且低于1270℃的范围的温度保持30min以内的时间的高温加热处理之后，对所述钢原材实施热加工而作为热轧钢材，接着，对于该热轧钢材实施2次以上的淬火处理以后，在实施回火处理时，使所述淬火处理为，以加热温度：850～920℃的范围的温度保持5～10min之后，以30℃/s以上的平均冷却速度急冷至室温的处理，使所述回火处理为，以600～680℃的范围的温度保持15～30min的处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013－227611号公报
上述专利文献1所公开的钢材，通过使C、Cr、Mo、Nb等的合金元素的分布均匀化而减少宏观偏析，此外通过彻底抑制粗大夹杂物，从而一边维持抗SSC性，一边确保屈服强度(以下，表述为YS。YS是Yield Strength的简称。)为120ksi(827MPa)级以上的高强度。但是，近年的要求特性变得严格，要求强度化和抗SSC性的进一步提高。
发明内容
本发明着眼于上述这样的情况而形成，其目的在于，提供一种高强度，抗SSC性优异的热轧线材。
本发明者们，为了提高热轧线材的强度，并且进一步改善抗SSC性而反复锐意研究。其结果了解到，在恰当地控制热轧线材的成分组成的基础上，如果减少在线材内部发生的S的偏析，则能够确保强度，而且能够改善抗SSC性。即，S容易在结晶晶界偏析，由于S的偏析导致晶界强度降低，因此若氢造成的脆化进行，则容易发生晶间破裂。其结果认为，抗SSC性降低。
而后，本发明者们进一步反复研究的结果发现，如果使基于S量的平均值Save(质量％)和S量的最大值Smax(质量％)计算的偏析度(Smax/Save)为30以下，则能够提供高强度，抗SSC性优异的热轧线材，从而完成了本发明。
即，能够解决上述课题的本发明的热轧线材，具有的要旨在于，以质量％计含有C：0.20～0.5％、Si：0.05～0.3％、Mn：0.3～1.5％、Al：0.001～0.1％、P：高于0％并在0.01％以下、和S：高于0％并在0.01％以下，余量是铁和不可避免的杂质。而且，对于该热轧线材所含的S量，使用电子探针显微分析仪以200μm间隔测量300处以上，设S量的最大值Smax(质量％)相对于S量的平均值Save(质量％)为偏析度(Smax/Save)时，该偏析度满足30以下。
上述热轧线材，此外作为其他的元素，以质量％计，也可以含有如下等：
(a)Cr：高于0％并在1％以下、和B：高于0％并在0.01％以下中的至少一种；
(b)Ni：高于0％并在0.5％以下、和Cu：高于0％并在0.5％以下中的至少一种；
(c)Ti：高于0％并在0.1％以下、和V：高于0％并在0.5％以下中的至少一种，
(d)Mo：高于0％并在1.5％以下；
(e)Nb：高于0％并在0.1％以下。
根据本发明，因为在恰当地控制了热轧线材的成分组成的基础上，减少线材内部发生的S的偏析，所以能够提供高强度，抗SSC性优异的热轧线材。
具体实施方式
本发明的热轧线材，优选S的偏析度为30以下、28以下，更优选为27以下，优选尽可能小。
上述所谓偏析度，意思是对于上述热轧线材所含的S量，使用电子探针显微分析仪以200μm间隔测量300处以上，设S量的平均值为Save(质量％)，S量的最大值为Smax(质量％)时，S量的最大值Smax相对于S量的平均值Save比。因此，未确认到S的偏析时，S量的平均值Save(质量％)与S量的最大值Smax(质量％)相等，因此偏析度(Smax/Save)为1。
上述热轧线材所含的S量，包含热轧线材的中心在内朝向表层而进行元素映射加以测量即可，以不偏向中心或表层的方式进行测量即可。
本发明的热轧线材，需要上述偏析度满足30以下，并且还要恰当地控制其成分组成。即，本发明的热轧线材，以质量％计，含有C：0.20～0.5％、Si：0.05～0.3％、Mn：0.3～1.5％、Al：0.001～0.1％、P：高于0％并在0.01％以下、和S：高于0％并在0.01％以下。
C是用于确保线材的强度所需要的元素，含有0.20％以上。C量优选为0.22％以上，更优选为0.23％以上。但是，若C量高于0.5％，则S的偏析被助长，抗SSC性降低。因此C量为0.5％以下，优选为0.48％以下，更优选为0.47％以下。
Si是用于脱氧和固溶强化所需要的元素，为0.05％以上。Si量优选为0.06％以上，更优选为0.07％以上。但是，随着Si量增加，S发生偏析，容易发生氢脆化，抗SSC性降低。因此Si量为0.3％以下。Si量优选为0.27％以下，更优选为0.25％以下。
Mn提高淬火性，是提高线材的强度的元素，需要使之含有0.3％以上。Mn量优选为0.4％以上，更优选为0.45％以上。但是，若Mn量过剩，则助长杂质元素，特别是S的偏析。另外，强度变得过高而硬度变高，抗SSC性降低。因此Mn量为1.5％以下，优选为1.40％以下，更优选为1.30％以下。
Al与Si同样，是用于脱氧而添加的元素，使之含有0.001％以上。Al量优选为0.003％以上，更优选为0.005％以上。但是，若Al量高于0.1％，则线材的韧性降低。因此Al量为0.1％以下。Al量优选为0.09％以下，更优选为0.08％以下。
P在结晶晶界偏析，使晶界强度降低，是容易发生由氢引起的晶间破裂的元素。因此P量为0.01％以下。P量优选为0.009％以下，更优选为0.008％以下。优选P量尽可能减少，但为了使P量低于0.0001％会造成高成本，因此优选为0.0001％以上即可。
S在结晶晶界和线材的中心部偏析，使晶界强度降低，是容易发生因氢引起的晶间破裂的元素。特别是在含有硫化氢的含硫环境下，因为氢容易侵入线材，所以抗SSC性降低。因此S量为0.01％以下。S量优选为0.009％以下，更优选为0.008％以下。优选S量尽可能减少，但为了使S量低于0.0001％会造成高成本，因此优选为0.0001％以上即可。
本发明的热轧线材的成分组成，如上述，余量是铁和不可避免的杂质。上述线材中，此外作为其他的元素，也可以还含有如下等：
(a)Cr：高于0％并在1％以下，和B：高于0％并在0.01％以下中的至少一种；
(b)Ni：高于0％并在0.5％以下，和Cu：高于0％并在0.5％以下中的至少一种；
(c)Ti：高于0％并在0.1％以下，和V：高于0％并在0.5％以下中的至少一种；
(d)Mo：高于0％并在1.5％以下；
(e)Nb：高于0％并在0.1％以下。
(a)Cr和B是提高淬火性，在用于提高线材的强度上是有效发挥作用的元素。为了有效地发挥这样的效果，Cr优选使之含有0.05％以上，更优选为0.1％以上，进一步优选为0.3％以上。但是，若Cr过剩，则在线材的表面形成凹坑，容易发生因氢脆化引起的断裂，抗SSC性劣化。因此，Cr优选为1％以下，更优选为0.95％以下，进一步优选为0.9％以下。
B优选使之含有0.0005％以上，更优选为0.0007％以上，进一步优选为0.001％以上。但是，若B过剩，则热轧时容易发生裂纹。因此，B优选为0.01％以下，更优选为0.008％以下，进一步优选为0.007％以下。还有，Cr和B可以单独使用，也可以并用。
(b)Ni和Cu在线材的表面形成皮膜，防止氢的侵入，是使抗SSC性提高的元素。为了有效地发挥这样的效果，优选使Ni含有0.05％以上，更优选为0.1％以上，进一步优选为0.12％以上。但是，若Ni高于0.5％，则在线材的表面形成凹坑，容易发生因氢脆化引起的断裂，抗SSC性劣化。因此，Ni优选为0.5％以下，更优选为0.47％以下，进一步优选为0.45％以下。
Cu优选使之含有0.05％以上，更优选为0.1％以上，进一步优选为0.12％以上。但是，即使高于0.5％而使Cu含有，添加效果也饱和，因此Cu优选为0.5％以下。Cu更优选为0.47％以下，进一步优选为0.45％以下。还有，Ni和Cu可以单独使用，也可以并用。
(c)Ti和V形成氢的捕集点，在提高抗SSC性上是有效发挥作用的元素。即，Ti与钢中的C和N结合，形成作为氢的捕集点的TiC和TiN，或其复合物，是改善抗SSC性的元素。另外，Ti使晶粒微细化，是使韧性提高的元素。为了有效地发挥这样的效果，优选使Ti含有0.005％以上，更优选为0.01％以上，进一步优选为0.015％以上。但是，若Ti过剩，则粗大的TiN生成，成为氢脆化的起点，因此Ti优选为0.1％以下。Ti更优选为0.095％以下，进一步优选为0.09％以下。
V与钢中的C结合，形成作为氢的捕集点的微细的VC，是改善抗SSC性的元素。若V量过少，则为了使VC析出花费时间，生产率降低，因此优选使V含有0.05％以上。V更优选为0.1％以上，进一步优选为0.15％以上。但是，若V过剩，则析出的碳化物增大，过剩位错容易残留。位错有氢捕集效果，因此若过剩位错残留，则过剩地捕集氢，成为断裂的起点。因此，V优选为0.5％以下，更优选为0.45％以下，进一步优选为0.4％以下。还有，Ti和V可以单独使用，也可以并用。
(d)Mo抑制S的偏析，在抗SSC性的提高上是有效发挥作用的元素。为了有效地发挥这样的效果，优选使之含有0.05％以上，更优选为0.1％以上，进一步优选为0.21％以上，特别优选为0.22％以上。但是，若Mo过剩，则储氢量和腐蚀量增加，因此抗SSC性反而劣化。另外，带来钢材成本的急剧上涨。Mo优选为1.5％以下。Mo更优选为1.45％以下，进一步优选为1.4％以下，特别优选为1.3％以下。Mo也可以为1％以下，此外也可以为0.98％以下。Mo特别是也可以为0.95％以下，也可以为0.7％以下。
(e)Nb使晶粒微细化，是使韧性提高的元素。另外Nb是使耐腐蚀性提高的元素。为了有效地发挥这样的效果，优选使之含有0.01％以上，更优选为0.03％以上，进一步优选为0.05％以上。但是，若过剩地含有Nb，则韧性反而降低。Nb优选为0.1％以下，更优选为0.095％以下，进一步优选为0.085％以下。
接下来，对于制造本发明的热轧线材的方法进行说明。
本发明的热轧线材的制造方法未特别限定，能够遵循常规方法，熔炼满足上述成分组成的钢，进行开坯轧制，加热所得到的钢坯，经热轧而制造。
上述钢坯的加热温度，例如，为700～1000℃即可，在此温度域进行热轧即可。
上述热轧，使用由多机架的粗轧机、中间轧机、和终轧机构成的轧机进行即可，在本发明中，推荐使粗轧机的初始的3个道次的轧制应变的合计为0.3以上。所谓初始的3个道次，意思是粗轧机的最初的3架轧机。
通过使初始的3个道次的轧制应变的合计为0.3以上，能够发生动态的再结晶。其结果是，能够使S均匀地扩散，能够减少S的偏析，能够提高抗SSC性。另外，若初始的3个道次的轧制应变的合计低于0.3，则道次数增加，成为造成高成本。上述轧制应变的合计优选为0.4以上，更优选为0.5以上。上述轧制应变的合计的上限没有特别限定，但由于设备的制约，通常为2.0以下。
上述轧制应变，在设热轧前的钢坯的截面积(mm2)为S0，热轧时初始的3个道次结束时刻的钢坯的截面积(mm2)为S时，能够由下式(1)计算。
轧制应变＝ln(S0/S)…(1)
热轧所得到的线材，优选进行淬火、回火等热处理，使金属组织为马氏体。淬火进行例如是加热至850～1000℃后，以平均冷却速度30℃/秒以上冷却至室温即可。平均冷却速度的上限，例如为100℃/秒。回火例如加热至400～650℃即可。
上述热处理为1次即可，使热处理为1次，相比进行2次以上的淬火处理的上述专利文献1，能够提高生产率。
热处理所得到的热轧线材，能够作为用于制造像在含有硫化氢的含硫环境中使用的零件或挠性立管的加强材这样，要求有抗SSC性的钢线的原材使用。
本申请基于2014年4月18日申请的日本国专利申请第2014－086532号主张优先权的利益。日本国专利申请第2014－086532号的说明书的全部内容，在本申请中为了参考而援引。
实施例
以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明不受下述实施例限制，在能够符合所述和后述的宗旨的范围，当然也可以加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
熔炼下述表1所示的成分组成的钢，铸造得到的钢液，制造钢坯。该钢的余量是铁和不可避免的杂质。对于所得到的钢坯进行开坯轧制，热轧所得到的坯料而制造线材。热轧前的坯料是155mm×155mm的方料，热轧而制造线径为的线材。热轧以下述表2所述的方式，控制初始的3个道次的轧制应变(ε)的合计。轧制应变在设热轧前的坯料的截面积(mm2)为S0，热轧时的初始的3个道次结束时刻的坯料的截面积(mm2)为S时，能够上下式(1)计算。
轧制应变＝ln(S0/S)…(1)
接着，对于所得到的线材实施淬火、回火处理而得到供试材。淬火进行是加热至850～1000℃，在此温度域保持5～15分钟后，使平均冷却速度为30℃/秒以上而冷却至室温。回火进行是在400～650℃的温度域，保持50～70分钟。
对于所得到的供试材，进行金属组织的观察和测量S的偏析度。
(金属组织的观察)
将从上述供试材上提取的金属组织观察用的试验片埋入底座，用光学显微镜，使观察倍率为400倍，观察金属组织。其结果是，无论哪个供试材，其金属组织均为马氏体。
(S的偏析度)
使用电子探针显微分析仪(Electron Probe Microanalyzer；EPMA)，由于测量元素为S，通常容易在中心部发生偏析，所以包含供试材中心在内朝向表面进行元素映射。测量包含中心和表层，以200μm间隔，测量300处以上。基于标识X射线的光谱强度计算S量(质量％)，求得平均值Save(质量％)和最大值Smax(质量％)。以S量的最大值Smax(质量％)相对于S量的平均值Save(质量％)作为偏析度(Smax/Save)，结果显示在下述表2中。
接着，从所得到的供试材上提取JIS 14A号试验片，基于JIS Z2241(2011年)进行拉伸试验，测量屈服强度(YS)。屈服强度的单位是MPa。测量结果显示在下述表2中。在本发明中，屈服强度在900MPa以上判断为高强度，合格。
接着，按以下步骤评价所得到的供试材的抗SSC性。从得到的供试材上，提取NACETM0177所规定的Method A法用的试验片，按Method A法评价供试材的抗SSC性。抗SSC性的评价，其进行是将所得到的试验片，浸渍在含有NaCl为5.0质量％和CH3COOH为0.5质量％的Solution A中，在上述溶液中使H2S气体饱和，赋予上述测量的屈服强度的80％的应力，测量至断裂的时间。测量结果显示在下述表2中。在本发明中，断裂时间在720小时以上为合格，评价为抗SSC性优异。
[表1]
[表2]
由表1、表2能够进行如下考察。No.2～4、11～15、17、19～23，均是满足本发明中规定的要件的例子。成分组成和S的偏析度得到恰当地控制，因此屈服强度为900MPa以上的高强度，而且能够改善抗SSC性。
另一方面，No.1、5～10、16、18是不满足本发明所规定的要件的例子。其中，No.1因为C过少，所以屈服强度低于900MPa。No.5、16因为在初始3个道次中导入的轧制应变低于0.3，所以是S偏析的例子。因为S的偏析度高于30，所以不能改善抗SSC性。No.6因为过剩地含有Si，S的偏析度高于30，所以不能改善抗SSC性。No.7因为过剩地含有Mn，S的偏析度高于30，所以不能改善抗SSC性。No.8因为过剩地含有S，S的偏析度高于30，所以不能改善抗SSC性。No.9因为Si过少，所以固溶强化不充分，屈服强度低于900MPa。No.10因为Mn过少，所以淬火性不充分，屈服强度低于900MPa。No.18因为过剩地含有C，S的偏析度高于30，所以不能改善抗SSC性。

Claims (2)

1.一种热轧线材，其特征在于，以质量％计含有
C：0.20～0.5％、
Si：0.05～0.3％、
Mn：0.3～1.5％、
Al：0.001～0.1％、
P：高于0％并在0.01％以下、和
S：高于0％并在0.01％以下，
余量由铁和不可避免的杂质构成，
针对该热轧线材所含的S量，使用电子探针显微分析仪以200μm间隔测量300处以上，设S量的最大值Smax相对于S量的平均值Save为偏析度即Smax/Save时，该偏析度为30以下，Smax、Save的单位为质量％。
2.根据权利要求1所述的热轧线材，其中，作为其他的元素，以质量％计还含有属于以下的(a)～(e)任意一项中的一种以上：
(a)Cr：高于0％并在1％以下、和B：高于0％并在0.01％以下中的至少一种；
(b)Ni：高于0％并在0.5％以下、和Cu：高于0％并在0.5％以下中的至少一种；
(c)Ti：高于0％并在0.1％以下、和V：高于0％并在0.5％以下中的至少一种；
(d)Mo：高于0％并在1.5％以下；
(e)Nb：高于0％并在0.1％以下。
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