CN107075634A - 钢材和扩管用油井钢管 - Google Patents

钢材和扩管用油井钢管 Download PDF

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Abstract

一种钢材，其化学组成以质量％计为：C：0.6～1.8％、Si：0.05～1.00％、Mn：超过25.0％且45.0％以下、Al：0.003～0.06％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Cu：0.5～3.0％、N：0.10％以下、V：0～2.0％、Cr：0～3.0％、Mo：0～3.0％、Ni：0～1.5％、Nb：0～0.5％、Ta：0～0.5％、Ti：0～0.5％、Zr：0～0.5％、Ca：0～0.005％、Mg：0～0.005％、REM：0～0.01％、B：0～0.015％、余量：Fe和杂质，满足[0.6<C‑0.18V<1.44]，金相组织由奥氏体单相构成，屈服强度为241MPa以上，均匀伸长率为40％以上。

Description

钢材和扩管用油井钢管
技术领域
本发明涉及钢材和扩管用油井钢管，特别是涉及具备高扩管性、且包含硫化氢(H2S)的油井和天然气井环境等中使用的抗硫化物应力裂纹性优异的钢材和使用其的扩管用油井钢管。
背景技术
油井和天然气井(以下，将油井和天然气井简单统称为“油井”)的采掘中，一般采用如下方法：采掘孔达到直至规定深度后，插入壳体并埋设，从而防止坑井壁的崩落。而且，进一步重复边采掘边依次插入外径更小的壳体的作业。因此，以往在需要采掘直至高深度的情况下，插入壳体的次数增加，因此地层表层部中的油井的外径方向的采掘面积变宽，采掘费用和工期巨大，在经济上是不利的。因此近年来提出了如下工艺：通过将插入至油井的壳体在油井内进行扩管，从而能够降低地层表层部中的采掘面积，大幅缩短采掘工期(例如参照专利文献1)。
含有H2S的原油、天然气等的油井中，湿润硫化氢环境下的钢的硫化物应力裂纹(以下，称为“SSC”)成为问题，因此需要抗SSC性优异的壳体用钢管。上述工艺中，壳体在保持受到用于扩管的加工不变的状态下，被暴露于腐蚀环境而不实施热处理等。因此，壳体中使用的材料需要扩管性优异、且冷加工后的耐腐蚀性优异。例如，专利文献1～3中提出了，扩管性能和耐腐蚀性优异的材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-202128号公报
专利文献2：日本特开2002-266055号公报
专利文献3：日本特开2006-9078号公报
发明内容
发明要解决的问题
为了确保用于上述工序而必不可少的钢管的扩管性，要求高的均匀伸长率。专利文献1和2中公开了抗SSC性优异的钢管，但是对于均匀伸长率没有进行研究，尚存改善的余地。另外，专利文献3中公开了均匀伸长率的值，但为21％以下的结果，此外，关于抗SSC性没有进行研究。为了进一步增加在油井内扩管的钢管的应用机会，例如需要具有40％以上的均匀伸长率、且确保扩管后的抗SSC性。
本发明的目的在于，提供：具有高扩管性、且冷加工后的抗SSC性优异、而且经济性高的钢材和使用其的扩管用油井钢管。
用于解决问题的方案
发明人等对满足上述条件的钢材的化学组成进行了研究，结果获得以下的见解。
(A)为了确保高的抗SSC性和均匀伸长率，有效的是，含有作为奥氏体稳定化元素的Mn和C，特别有效的是，含有大量的Mn。奥氏体组织具有对于SSC的高抵抗性，但如果适当选择C和Mn的含量，则奥氏体组织对冷加工也稳定，不易产生加工诱发马氏体相变。而且，因此可以抑制在BCC(体心立方)组织存在的情况下容易发生的SSC的产生。
(B)Mn存在在湿润硫化氢环境中引起耐整面腐蚀性的恶化的问题。然而，耐整面腐蚀性的恶化可以通过在钢材中含有Cu来改善。
(C)适当地管理C含量时，含有作为碳化物形成元素的V的情况下，C以碳化物的形式被消耗。因此，必须也考虑以碳化物的形式被消耗的量来调整C含量。
本发明是基于上述见解而完成的，主旨在于下述钢材和扩管用油井钢管。
(1)一种钢材，其化学组成以质量％计为：
C：0.6～1.8％、
Si：0.05～1.00％、
Mn：超过25.0％且45.0％以下、
Al：0.003～0.06％、
P：0.03％以下、
S：0.03％以下、
Cu：0.5～3.0％、
N：0.10％以下、
V：0～2.0％、
Cr：0～3.0％、
Mo：0～3.0％、
Ni：0～1.5％、
Nb：0～0.5％、
Ta：0～0.5％、
Ti：0～0.5％、
Zr：0～0.5％、
Ca：0～0.005％、
Mg：0～0.005％、
REM：0～0.01％、
B：0～0.015％、
余量：Fe和杂质，
满足下述(i)式，
0.6<C-0.18V<1.44···(i)
其中，式中的各元素符号表示钢材中所含的各元素的含量(质量％)，不含有的情况设为零。
金相组织由奥氏体单相构成，
屈服强度为241MPa以上，均匀伸长率为40％以上。
(2)根据上述(1)所述的钢材，其中，前述化学组成以质量％计含有：
V：0.03～2.0％。
(3)根据上述(1)或(2)所述的钢材，其中，前述化学组成以质量％计含有：
选自Cr：0.1～3.0％
Mo：0.1～3.0％和
Ni：0.1～1.5％
中的1种以上。
(4)根据上述(1)至(3)中任一项所述的钢材，其中，前述化学组成以质量％计含有：
选自Nb：0.005～0.5％、
Ta：0.005～0.5％、
Ti：0.005～0.5％、
Zr：0.005～0.5％、
Ca：0.0003～0.005％、
Mg：0.0003～0.005％、
REM：0.001～0.01％和
B：0.0001～0.015％
中的1种以上。
(5)一种扩管用油井钢管，其是由上述(1)至(4)中任一项所述的钢材形成的。
(6)根据上述(5)所述的扩管用油井钢管，其中，前述钢管为无缝钢管。
发明的效果
根据本发明，具有高的均匀伸长率，因此扩管性优异，且冷加工后也可以得到抗SSC性优异的钢材。因此，本发明的钢材可以适合作为湿润硫化氢环境下的扩管用油井钢管使用。
附图说明
图1为示出Mn含量与均匀伸长率的关系的图。
图2为示出Cu含量与腐蚀速度的关系的图。
具体实施方式
以下，对本发明的各特征进行详细说明。
1.化学组成
各元素的限定理由如下述。需要说明的是，以下的说明中对于含量的“％”是指“质量％”。
C：0.6～1.8％
碳(C)具有即使降低Mn或Ni的含量也廉价地使奥氏体相稳定化的效果，并且促进孪晶变形，可以提高加工硬化特性和均匀伸长率，因此是本发明中极重要的元素。因此，必须含有0.6％以上的C。另一方面，C的含量过多时，渗碳体析出，使晶界强度降低，不仅增大应力腐蚀裂纹敏感性，而且材料的熔点显著降低，热加工性恶化，因此，C含量设为1.8％以下。C含量优选为0.65％以上，更优选为0.7％以上。另外，C含量优选为1.6％以下，更优选为1.4％以下。
Si：0.05～1.00％
硅(Si)是钢脱氧所需的元素，其含量低于0.05％时，脱氧变得不充分，非金属夹杂物大量残留，无法得到期望的抗SSC性。另一方面，其含量超过1.00％时，减弱晶界强度，抗SSC性降低。因此，Si含量设为0.05～1.00％。Si含量优选为0.10％以上，更优选为0.20％以上。另外，Si含量优选为0.80％以下，更优选为0.60％以下。
Mn：超过25.0％且45.0％以下
锰(Mn)是能够廉价地使奥氏体相稳定化的元素，并且是为了确保高的均匀伸长率重要的元素。为了充分地发挥这些效果，必须含有超过25.0％的量的Mn。另一方面，湿润硫化氢环境中，Mn优先熔解，在材料表面上不会形成稳定的腐蚀产物。其结果，伴随着Mn含量增加，耐整面腐蚀性降低。本发明中，含有超过45.0％量的Mn时，即使含有一定量以上的Cu，也提高低合金油井管的标准的腐蚀速度，因此Mn含量必须设为45.0％以下。Mn含量优选设为40.0％以下。
需要说明的是，本发明中，上述“低合金油井管的标准的腐蚀速度”是指，由浸渍于NACE TM0177-2005中规定的溶液A(5％NaCl+0.5％CH3COOH水溶液，1bar H2S饱和)336小时时的腐蚀量换算的腐蚀速度计为1.5g/(m2·小时)。
Al：0.003～0.06％
铝(Al)是钢脱氧所需的元素，因此必须含有0.003％以上。然而，Al的含量超过0.06％时，氧化物容易以夹杂物的形式混入，有对韧性和耐腐蚀性造成不良影响的担心。因此，Al含量设为0.003～0.06％。Al含量优选为0.008％以上，更优选为0.012％以上。另外，Al含量优选为0.05％以下，更优选为0.04％以下。本发明中，Al是指酸溶Al(sol.Al)。
P：0.03％以下
磷(P)是以杂质的形式在钢中不可避免地存在的元素。然而，其含量超过0.03％时，晶界中发生偏析而使抗SSC性劣化。因此，P含量必须设为0.03％以下。需要说明的是，P的含量越低越理想，优选设为0.02％以下，更优选设为0.012％以下。然而，过度的降低导致钢材的制造成本上升，因此其下限优选设为0.001％，更优选设为0.005％。
S：0.03％以下
硫(S)与P同样地以杂质的形式在钢中不可避免地存在，但超过0.03％时，晶界中发生偏析，并且生成硫化物系的夹杂物，使抗SSC性降低。因此，S含量必须设为0.03％以下。需要说明的是，S的含量越低越理想，优选设为0.015％以下，更优选设为0.01％以下。然而，过度的降低导致钢材的制造成本上升，因此其下限优选设为0.001％，更优选设为0.002％。
Cu：0.5～3.0％
铜(Cu)是在Mn含量低的钢材的情况下促进局部腐蚀，容易在钢材表面形成应力集中部的元素。然而，Cu具有如下效果：在钢材中的母相的腐蚀速度大的情况下在湿润硫化氢环境中在材料表面形成硫化物，从而抑制之后的腐蚀。本发明中，Mn含量高，容易导致母相的腐蚀速度的增加，因此必须含有0.5％以上的Cu。另一方面，Cu含量过剩时，不仅上述效果饱和，而且促进局部腐蚀，有在钢材表面形成应力集中部的担心。因此，Cu含量设为3.0％以下。Cu含量优选为0.6％以上，更优选为0.7％以上。另外，Cu含量优选为2.5％以下，更优选为2.0％以下，进一步优选为1.5％以下。
V：0～2.0％
钒(V)是通过以适当的温度和时间进行热处理从而在钢中使微细的碳化物(V4C3)析出，能够使钢材高强度化的元素，因此根据需要也可以被含有。然而，V含量过剩时，不仅上述效果饱和，而且使将奥氏体相稳定化的C大量消耗。因此，V含量设为2.0％以下。V含量优选为1.8％以下，更优选为1.6％以下。需要说明的是，本发明中，为了确保高的均匀伸长率，必须控制显著的强度上升，另外，伴随着V含量的增加，有制造性降低的担心，因此进一步优选V含量低于0.5％。为了得到上述效果，V含量优选为0.03％以上。
N：0.10％以下
氮(N)在钢铁材料中通常以杂质元素的形式处理，通过脱氮使其降低。然而，N是使奥氏体相稳定化的元素，因此，为了奥氏体稳定化，可以大量含有N。然而，本发明中由于利用C和Mn实现奥氏体的稳定化，因此无需积极地含有N。另外，过剩地含有N时，使高温强度上升，增大高温下的加工应力，导致热加工性的降低。因此，N含量必须设为0.10％以下。需要说明的是，从精炼成本的观点出发，不必必须进行脱氮，N含量的下限优选设为0.0015％。
Cr：0～3.0％
铬(Cr)是提高耐整面腐蚀性的元素，因此根据需要可以含有。然而，其含量超过3.0％时，晶界中发生偏析，也有导致抗SSC性的降低的担心，因此含有时的Cr含量设为3.0％以下。另外，如上述那样，本发明中，通过提高Mn含量来促进腐蚀，并且通过生成Cu硫化物来抑制之后的腐蚀。因此，Cr含量无需积极地含有，优选为低于1.0％。需要说明的是，想要得到上述效果时，将Cr含量优选设为0.1％以上，更优选设为0.2％以上，进一步优选设为0.5％以上。
Mo：0～3.0％
钼(Mo)与Cu同样地，是具有钢材中的母相的腐蚀速度大的情况下在湿润硫化氢环境中在材料表面形成硫化物从而抑制之后的腐蚀的效果的元素，因此根据需要也可以含有。但是，Mo与Cu相比其效果小，而且为极昂贵的元素，因此不优选过剩地含有。Mo含量超过3.0％时，不仅上述效果饱和，而且经济性恶化，因此含有时的Mo含量设为3.0％以下。需要说明的是，想要得到上述效果时，将Mo含量优选设为0.1％以上，更优选设为0.2％以上，进一步优选设为0.5％以上。
Ni：0～1.5％
镍(Ni)也与Cu同样地，是能够使奥氏体相稳定化的元素，进一步，有抑制含Cu钢中有时产生的热轧时的龟裂的效果，因此根据需要可以含有。然而，Ni是促进局部腐蚀，容易在钢材表面形成应力集中部的元素，因此过剩地含有时，有降低抗SSC性的担心。因此，含有时的Ni含量设为1.5％以下。上述抑制龟裂的效果以少量的含量就可以确认，但优选含有0.1％以上，更优选含有0.2％以上。
Nb：0～0.5％
Ta：0～0.5％
Ti：0～0.5％
Zr：0～0.5％
铌(Nb)、钽(Ta)、钛(Ti)和锆(Zr)是与C或N结合而形成微小的碳化物或碳氮化物，从而有利于钢的强化的元素，根据需要也可以含有。此外，如果含有具有形成这些碳化物、碳氮化物的能力的元素，则通过进行时效热处理从而可以实现基于时效热处理的析出强化。然而，即使大量含有这些元素，效果也饱和，而且有时引起韧性的降低和奥氏体相的不稳定化，因此将各元素的含量均必须设为0.5％以下，优选设为0.35％以下。为了得到上述效果，优选含有0.005％以上的选自这些元素中的1种以上，更优选含有0.1％以上。
Ca：0～0.005％
Mg：0～0.005％
钙(Ca)和镁(Mg)具有通过控制夹杂物的形态从而改善韧性和耐腐蚀性的效果，进一步，还具有抑制浇注时的喷嘴堵塞而改善浇注特性的效果，因此根据需要也可以含有。然而，即使大量含有这些元素，效果也饱和，而且夹杂物容易簇化，相反地韧性和耐腐蚀性降低。因此，将各元素的含量均设为0.005％以下。各元素的含量优选为0.003％以下。为了得到上述效果，优选含有0.0003％以上的Ca和Mg中的1种或2种，更优选含有0.0005％以上。
REM：0～0.01％
稀土元素(REM)也与Ca和Mg同样地，具有通过控制夹杂物的形态从而改善韧性和耐腐蚀性的效果，因此根据需要也可以含有。然而，即使大量含有REM，效果也饱和，而且夹杂物容易簇化，相反地韧性和耐腐蚀性降低。因此，REM的含量设为0.01％以下。REM含量优选为0.005％以下。为了得到上述效果，REM优选含有0.001％以上，更优选含有0.002％以上。
需要说明的是，“REM”是指，Sc、Y和镧系元素的总计17种元素的统称，REM的含量是指REM中的1种或2种以上的元素的总含量。
复合地含有Ca、Mg和REM中的2种以上时，将其含量的总计优选设为0.008％以下。
B：0～0.015％
硼(B)具有使析出物微细化的作用和使奥氏体晶粒直径微细化的作用，因此根据需要也可以含有。然而，大量地含有B时，形成低熔点的化合物，热加工性有时降低，特别是B的含量超过0.015％时，热加工性的降低有时变明显。因此，B的含量设为0.015％以下。为了得到上述效果，B优选含有0.0001％以上。
本发明的钢材具有由上述C至B的元素和余量Fe和杂质构成的化学组成。
此处“杂质”是指，在工业上制造钢时，由于矿石、废料等原料、制造工序的各种因素而混入的成分，是指在不对本发明造成不良影响的范围内允许的物质。
0.6<C-0.18V<1.44···(i)
其中，式中的各元素符号表示钢材中所含的各元素的含量(质量％)，不含有的情况设为零。
本发明中，为了使奥氏体相稳定化，将C含量限定为上述范围，但通过使V碳化物析出从而使钢材强化的情况下，C的一部分被消耗，奥氏体稳定性降低，有均匀伸长率降低的担心。V碳化物全部设为V4C3时，有利于奥氏体的稳定化的有效C量如上述(i)式所示那样用C-0.18V表示，必须以该有效C量超过0.6的方式调整C和V的含量。另一方面，有效C量变为1.44以上时，产生伴随着渗碳体的生成的组织的不均匀化和热加工性降低的问题，因此必须以有效C量低于1.44的方式调整C和V的含量。有效C量优选为0.65以上，更期望为0.7以上。另外，有效C量优选为1.4以下，更优选为1.3以下。
2.金相组织
如上述那样，金相组织中混合存在有BCC结构即α’马氏体和铁素体时，不仅均匀伸长率降低，而且有导致抗SSC性降低的担心。因此，本发明中，将金相组织设为FCC(面心立方)结构即奥氏体单相。
需要说明的是，对于BCC结构即α’马氏体和铁素体的混入量，即使如利用X射线衍射(XRD)无法检测那样是微量的，也有均匀伸长率和抗SSC性劣化的担心。因此，本发明中，使用Helmut Fischer制的铁素体测定仪(型号：FE8e3)，测定具有BCC结构的铁素体和α’马氏体的体积量并评价。
3.机械性质
本发明的钢材具有241MPa以上的屈服强度。另一方面，为了确保扩管性，期望钢材的屈服强度低于862MPa。特别是，将本发明的钢材作为扩管用油井钢管使用时，期望钢材的屈服强度低于758MPa，更期望低于654MPa。
另外，为了确保良好的扩管性，本发明的钢材必须为高均匀伸长率。利用通常的油井中的扩管法，扩管率为25％左右，但实用上理想的是，施加25％的冷加工后也示出充分的伸长率的材料。因此，本发明中的钢材具有40％以上的均匀伸长率。
钢材的均匀伸长率有与屈服强度大致成反比例的倾向。因此，屈服强度低的钢材中，根据其屈服强度而期望具有更高的均匀伸长率。因此，本发明的钢材期望满足下述(ii)式。
uEl(％)>70-0.06×YS(MPa)···(ii)
其中，式中的uEl表示钢材的均匀伸长率(％)，YS表示屈服强度(MPa)。
特别是，屈服强度低于500MPa时，还假定预先利用冷加工将经过固溶化热处理的钢管强化而出厂，因此可以说期望满足上述式(ii)。
4.用途
如上述那样本发明的钢材具有如下优点：不仅扩管性优异，而且在扩管后即使不实施热处理、耐腐蚀性也不会恶化。因此，本发明的钢材适合作为扩管用油井钢管使用。对钢管的种类没有特别限定，可以使用无缝钢管、电焊钢管或电弧焊钢管等。
通常，与使用在进行扩管的基础上厚度上有稍微的波动的无缝钢管相比，期望使用将厚度均匀的钢带或钢板加工成管状后使其接合的钢管。然而，本发明的钢材具有如下特征：通过实施加工，从而明显硬化。因此，将有厚度波动的钢管进行扩管时，薄的部分首先被扩张而硬化，其以上的伸长率受到限制。而且，接着，厚的部分被扩张，因此，结果，被均匀地扩张。因此，本发明的钢材可以适合作为无缝钢管使用。此外，为了稳定地发挥良好的抗SSC性，更期望不含焊接部的无缝钢管。
5.制造方法
本发明的钢材例如可以利用以下的方法而制造，但不限定于该方法。
<熔解和铸造>
对于熔解和铸造，可以利用一般的奥氏体系钢材的制造方法中进行的方法，铸造可以为钢锭铸造也可以为连续铸造。制造无缝钢管时，利用圆坯连铸机(round CC)，也可以铸造成制管用圆钢坯的形状。
<热加工(锻造、穿孔、轧制)>
铸造后，实施锻造、穿孔、轧制等热加工。需要说明的是，无缝钢管的制造中，利用上述圆坯连铸机铸造成圆形钢坯时，无需用于成形为圆形钢坯的锻造、初轧等工序。钢材为无缝钢管的情况下，在上述穿孔工序后，使用芯棒式无缝管轧机或芯棒轧管机进行轧制。另外，钢材为板材的情况下，成为粗轧成板坯后，进行精轧的工序。穿孔、轧制等热加工的理想的条件如以下所述。
钢坯的加热只要以能够利用穿轧机进行热穿孔的程度进行即可，理想的温度范围为1000～1250℃。穿轧和利用芯棒式无缝管轧机、芯棒轧管机等其他轧制机的轧制也没有特别限制，但从热加工性的方面出发，具体而言，为了防止表面瑕疵，期望将最终加工温度设为900℃以上。对最终加工温度的上限也没有特别限制，但最好停留在1100℃为止。
制造钢板时，只要将板坯等的加热温度设为能够热轧的温度范围、例如1000～1250℃就是充分的。热轧的轧制规范是任意的，但考虑用于减少制品的表面瑕疵、边缘裂纹等的产生的热加工性，期望将最终加工温度设为900℃以上。最终加工温度与上述无缝钢管同样地最好设为1100℃为止。
<固溶化热处理>
对于热加工后的钢材，加热至使碳化物等完全固溶而足够的温度后进行骤冷。上述情况下，理想的是，在1000～1200℃的温度范围内保持10分钟以上后，进行骤冷。即，加热温度低于1000℃时，碳化物、特别是含有Cr和Mo的情况下，无法使Cr-Mo系的碳化物完全固溶，在该Cr-Mo系碳化物周边形成Cr和Mo的缺乏层，引起伴随着点蚀发生的应力腐蚀裂纹，有时无法得到期望的抗SSC性。另一方面，加热温度超过1200℃时，铁素体等异相析出，有时无法得到期望的抗SSC性。另外，保持时间低于10分钟时，固溶化的效果变不充分，无法使碳化物完全固溶，因此出于与加热温度低于1000℃的情况同样的理由，有时无法得到期望的抗SSC性。
保持时间的上限还依赖于钢材的尺寸、形状，不能一概地限定。总之，需要钢材整体被均热的时间，但从抑制制造成本的观点出发，不期望过长的时间，通常设为1小时以内是适合的。另外，对于冷却，为了防止冷却中的碳化物(渗碳体或Cr-Mo系碳化物)、其他金属间化合物等的析出，理想的是，以油冷以上的冷却速度进行冷却。
需要说明的是，上述保持时间的下限值是将热加工后的钢材暂时冷却至低于1000℃的温度后，再加热至上述1000～1200℃的温度范围时的保持时间。然而，使热加工的结束温度(最终加工温度)为1000～1200℃的范围时，如果在该温度下进行大致5分钟以上的补热，则可以得到与根据上述条件的固溶化热处理相同的效果，可以直接进行骤冷而不进行再加热。因此，本发明中的上述保持时间的下限值包括：使热加工的结束温度(最终加工温度)为1000～1200℃的范围，在该温度下进行大致5分钟以上的补热的情况。
<时效热处理>
本发明钢材也可以进行以主要基于碳化物、碳氮化物的析出的析出强化为目的的时效热处理。特别是，含有V、Nb、Ta、Ti和Zr中的1种或2种以上的情况下是有效的。然而，过度的时效热处理导致过剩的碳化物的生成，使母相中的C浓度降低，引起奥氏体的不稳定化。作为热处理条件，优选的是，在600～800℃的温度范围内进行数10分钟～数小时左右的时间的加热。
<冷加工>
对于实施固溶化热处理或进一步时效热处理后的钢材也可以根据需要实施冷加工。对于加工度(断面收缩率)没有特别限制，特别是想要得到400MPa以上且低于862MPa的屈服强度的情况下，优选实施10％左右的冷加工。另一方面，将本发明的钢材作为扩管用油井钢管使用时，为了确保高的扩管性，不优选过度地进行冷加工，加工度期望设为25％以下。加工度如果过高，则相应地均匀伸长率降低，并且强度上升，因此，现场中的均匀的扩管变困难。
作为冷加工方法，只要为可以对钢材均匀地进行加工的方法就没有特别限制。然而，钢材为钢管的情况下，工业上有利的是，利用使用开孔模具和模塞的被称为所谓冷拔机或冷轧管机的冷轧机等。另外，钢材为板材的情况下，工业上有利的是，使用通常的冷轧钢板的制造中使用的轧制机。
<退火>
可以在上述冷加工后，进行退火。特别是，可以在通过冷加工得到目标以上的强度时使强度降低，使伸长率恢复的目的中应用。作为退火条件，优选的是，在300～500℃的温度范围内进行数分钟～1小时左右的时间的加热。
以下，根据实施例对本发明进行更具体地说明，但本发明不限定于这些实施例。
实施例1
在50kg真空炉中将具有表1所示的化学成分的A～P和AA～AG这23种的钢进行熔融，铸造成钢锭。将各钢锭在1180℃下加热3小时后，进行锻造，通过放电切断进行分切。之后进一步在1150℃进行1小时均热，进行热轧，形成厚度20mm的板材，然后进行1100℃、1小时的固溶化热处理，得到试验材(试验编号1～23)。此外，对于与试验编号1～23同样地制作的试验材，在固溶化热处理后进一步实施加工度10％的冷加工，得到提高了强度的试验材(试验编号24～46)。
[表1]
使用上述试验材(试验编号1～46)调查机械性质和金相组织后，对各试验材实施模拟扩管的加工度25％的冷加工，之后，调查机械性质、金相组织、抗SSC性和腐蚀速度。对于机械性质，进行屈服强度和均匀伸长率的测定。自各钢采集外径6mm、长度40mm的具有平行部的圆棒拉伸试验片，在常温(25℃)下进行拉伸试验，求出屈服强度YS(0.2％弹性极限应力)(MPa)和均匀伸长率(％)。
本实施例中，将均匀伸长率为40％以上、且与屈服应力的关系满足下述(ii)式的情况记作均匀伸长率优异。需要说明的是，下述表2中，将40％或70-0.06×YS中的任一者大的值作为要求伸长率(％)示出。
uEl(％)>70-0.06×YS(MPa)···(ii)
其中，式中的uEl表示钢材的均匀伸长率(％)，YS表示屈服强度(MPa)。
抗SSC性如下进行评价：采集板状的平滑试验片，利用四点弯曲法，在一个面上实施相当于屈服强度的90％的应力后，浸渍于作为试验溶液的NACE TM0177-2005中规定的溶液A(5％NaCl+0.5％CH3COOH水溶液，1bar H2S饱和)，在24℃下保持336小时，判定是否断裂，将没有断裂的情况记作抗SSC性良好(表2中表示为“○”)，将断裂了的情况记作抗SSC性不良(表2中表示为“×”)，从而评价。
另外，为了评价耐整面腐蚀性，通过以下的方法求出腐蚀速度。使上述试验材在常温下浸渍于上述的溶液A中336小时，求出腐蚀减量，换算成平均腐蚀速度。本发明中，将腐蚀速度低于1.5g/(m2·小时)的情况设为耐整面腐蚀性优异。
对于试验编号1～46的加工度25％的冷加工前后的试验材，分别使用铁素体测定仪测定具有BCC结构的铁素体和α’马氏体的体积量。需要说明的是，对于冷加工前的试验材，任意试样中均检测不到具有BCC结构的组织，为奥氏体单相。因此，表中，仅将对于冷加工后的试验材的具有BCC结构的组织的体积量作为BCC率以体积％的形式示出。将这些结果示于表2和3。
[表2]
表2
＊是指在本发明中限定的范围外。
#是指低于检测限(0.01％)。
[表3]
表3
＊是指在本发明中限定的范围外。
#是指低于检测限(0.01％)。
如表2所示那样，对于作为本发明例的试验编号1～16，具有60％以上这样极高的均匀伸长率，之后，即使实施模拟扩管的加工度25％的冷加工，抗SSC性也优异，另外也可以将腐蚀速度抑制为低于1.5g/(m2·小时)。另外，如表3所示那样，对于作为本发明例的试验编号24～39，通过实施加工度10％的冷加工，虽然可以得到519MPa以上的屈服强度，但是具有47％以上的均匀伸长率，可知强度与扩管性的均衡性优异。另外，之后，即使实施模拟扩管的加工度25％的冷加工，抗SSC性也优异，另外也可以将腐蚀速度抑制为低于1.5g/(m2·h)。
另一方面，对于C含量、Mn含量或有效C量不满足本发明中的限定的下限的试验编号17、18、22、23、40、41、45和46，成为均匀伸长率低、扩管性差的结果。需要说明的是，对于试验编号22和23，均匀伸长率分别为42％和49％，均满足本发明的限定，但考虑屈服强度低至308MPa和313MPa时，不满足下述(ii)式，可以说扩管性不充分。
对于试验编号17、22、40和45，有效C量不满足本发明的限定，因此，奥氏体稳定性降低，检测到少量具有BCC结构的组织，认为由其而导致均匀伸长率降低。另一方面，具有BCC结构的组织的混入量微小，另外强度也没有那么高，因此本实施例中，无法确认到对抗SSC性带来的影响。
对于Ni含量超过本发明中的限定的上限的试验编号21和44，成为抗SSC性差的结果。另外，对于Cu含量不满足本发明中的限定的下限的试验编号19和42、以及Cr含量超过本发明中的限定的上限的试验编号20和43，虽然抗SSC性良好，但是腐蚀速度大，成为耐整面腐蚀性差的结果。
图1为对于满足本发明的限定的钢A和B以及限定范围外的钢AB和AG、示出Mn含量与固溶化热处理后和加工度10％的冷加工后的均匀伸长率的关系的图。需要说明的是，这些钢的除了Mn含量之外的组成类似。由图1可知，Mn含量超过25％的本发明的钢材的均匀伸长率极高，具有良好的扩管性。
另外，图2为对于满足本发明的限定的钢A、C和D以及限定范围外的钢AC、示出Cu含量与固溶化热处理后和加工度10％的冷加工后的腐蚀速度的关系的图。需要说明的是，这些钢的除了Cu含量以外的组成类似。由图2可知，通过将Cu含量如本发明中的限定的那样设为0.5％以上，腐蚀速度显著地降低，耐整面腐蚀性优异。
实施例2
使用实施例1中准备的钢K、L、O和AF，调查固溶化处理后的时效热处理的影响。固溶化热处理的条件与实施例1同样，之后的时效热处理的条件为800℃、1小时。需要说明的是，评价试验的方法与实施例1的情况相同。
对于上述时效热处理后的金相组织，也与实施例1同样地，对加工度25％的冷加工前后的试验材，分别使用铁素体测定仪进行调查。其结果，对于冷加工前的试验材，任意试样中均检测不到BCC结构的组织，为奥氏体单相。因此，表中，仅将对于冷加工后的试验材的具有BCC结构的组织的体积量以BCC率的形式以体积％示出。将这些结果示于表4。
[表4]
表4
＊是指在本发明中限定的范围外。
#是指低于检测限(0.01％)。
由表4可知，作为本发明例的试验编号47～49中，通过对含有V的钢实施时效热处理，从而使屈服强度强化至500MPa以上，且可以确保40％以上的均匀伸长率。另一方面，作为比较例的试验编号50中，通过时效热处理，可以使屈服强度为500MPa以上，但是有效C量不满足本发明的限定，因此检测到少量具有BCC结构的组织。而且，由其而导致均匀伸长率低至34％，成为扩管性差的结果。
产业上的可利用性
根据本发明，可以得到具有高的均匀伸长率因而扩管性优异、且冷加工后抗SSC性也优异的钢材。因此，本发明的钢材可以适合作为湿润硫化氢环境下的扩管用油井钢管使用。

Claims (6)

1.一种钢材，其化学组成以质量％计为：
C：0.6～1.8％、
Si：0.05～1.00％、
Mn：超过25.0％且45.0％以下、
Al：0.003～0.06％、
P：0.03％以下、
S：0.03％以下、
Cu：0.5～3.0％、
N：0.10％以下、
V：0～2.0％、
Cr：0～3.0％、
Mo：0～3.0％、
Ni：0～1.5％、
Nb：0～0.5％、
Ta：0～0.5％、
Ti：0～0.5％、
Zr：0～0.5％、
Ca：0～0.005％、
Mg：0～0.005％、
REM：0～0.01％、
B：0～0.015％、
余量：Fe和杂质，
满足下述(i)式，
0.6<C-0.18V<1.44···(i)
其中，式中的各元素符号表示钢材中所含的各元素的含量，不含有的情况设为零，含量的单位为质量％
金相组织由奥氏体单相构成，
屈服强度为241MPa以上，均匀伸长率为40％以上。
2.根据权利要求1所述的钢材，其中，所述化学组成以质量％计含有：
V：0.03～2.0％。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的钢材，其中，所述化学组成以质量％计含有：
选自Cr：0.1～3.0％
Mo：0.1～3.0％和
Ni：0.1～1.5％
中的1种以上。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的钢材，其中，所述化学组成以质量％计含有：
选自Nb：0.005～0.5％、
Ta：0.005～0.5％、
Ti：0.005～0.5％、
Zr：0.005～0.5％、
Ca：0.0003～0.005％、
Mg：0.0003～0.005％、
REM：0.001～0.01％和
B：0.0001～0.015％
中的1种以上。
5.一种扩管用油井钢管，其是由权利要求1至权利要求4中任一项所述的钢材形成的。
6.根据权利要求5所述的扩管用油井钢管，其中，所述钢管为无缝钢管。
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