CN108431246B - 油井用不锈钢管的制造方法及油井用不锈钢管 - Google Patents

油井用不锈钢管的制造方法及油井用不锈钢管 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够稳定地得到韧性优异的油井用不锈钢管的制造方法。油井用不锈钢管的制造方法，其具备：准备管坯的工序，所述管坯的化学组成以质量％计为C：0.05％以下、Si：1.0％以下、Mn：0.01～1.0％、P：0.05％以下、S：小于0.002％、Al：0.001～0.1％、Cr：16.0～18.0％、Ni：3.0～5.5％、Mo：1.8～3.0％、Cu：1.0～3.5％、N：0.05％以下、O：0.05％以下、Ti：0～0.3％、Nb：0～0.3％、V：0～0.3％、W：0～2.0％、Ca：0～0.01％、B：0～0.01％、余量：Fe和杂质；第一工序，使管坯在420～460℃的温度下保持60～180分钟的保持时间；以及第二工序，在第一工序之后，使管坯在550～600℃的温度下保持5～300分钟的保持时间。

Description

油井用不锈钢管的制造方法及油井用不锈钢管
技术领域
本发明涉及油井用不锈钢管的制造方法及油井用不锈钢管。
背景技术
本说明书中，将油井和天燃气井统称为“油井”。“油井用不锈钢管”包括油井用不锈钢管和天燃气井用不锈钢管。
油井用不锈钢管用于含有二氧化碳、硫化氢气体的高温的环境。以往，作为油井用不锈钢管，使用耐二氧化碳腐蚀性优异的13％Cr钢的油井用不锈钢管。
近年来，随着油井的深井化，需要具有优于13％Cr钢的强度和耐腐蚀性的油井用不锈钢管。另外，为了承受在寒冷环境下的使用，需要具有优于13％Cr钢的韧性的油井用不锈钢管。
作为满足这种要求的油井用不锈钢管，开发了马氏体-铁素体二相钢的油井用不锈钢管。日本特许第5348354号公报、日本特开2014-43595号公报、以及日本特开2010-209402号公报中公开了含有约17％Cr的油井用不锈钢管(以下，有时简称为“17％Cr钢管”)。
上述日本特开2010-209402号公报中记载了通过使晶粒微细化，能够得到在-40℃下夏比冲击试验的吸收能为20J以上的韧性。
另一方面，已知17％Cr钢管由于钢管的壁厚、金相组织，韧性变得不稳定。
国际公开第2014/091756号和日本特开2014-148699号公报中记载了由于回火之前的金相组织的差异而导致质量变得不稳定。
上述国际公开第2014/091756号中记载了在配置有淬火加热炉、淬火设备、以及回火加热炉的无缝钢管的在线热处理设备例中，在淬火设备与回火加热炉之间配置有能够将被热处理钢管冷却至20℃以下的低温冷却设备。
上述日本特开2014-148699号公报中记载了，预先判定是否为管体的Ms点小于200℃的钢种，淬火后，将判定结果为是的管体留置于另外的室温环境下，直到与管轴正交截面内的最高温度部分和最低温度部分之间的温度差变为小于2.0℃为止，然后，对其进行回火处理，另一方面，对判定结果为否的管体进行回火处理而不进行留置。该文献中记载由此得到的钢管的-10℃下的夏比冲击值的平均值为87.7J，标准偏差为3.8J。
发明内容
为了实施国际公开第2014/091756号公报中记载的方法，需要导入具有高冷却能力的新设备。日本特开2014-148699号公报的方法中，需要使制造过程中管体的管轴方向上的温度均匀，并判定Ms点是否小于200℃等等，存在由于工序增加而导致的生产方面的问题。
本发明的目的在于提供能够稳定地得到韧性优异的油井用不锈钢管的制造方法，以及韧性的稳定性优异的油井用不锈钢管。
根据本发明的一个实施方式的油井用不锈钢管的制造方法，其具备：准备管坯的工序，所述管坯的化学组成以质量％计为C：0.05％以下、Si：1.0％以下、Mn：0.01～1.0％、P：0.05％以下、S：小于0.002％、Al：0.001～0.1％、Cr：16.0～18.0％、Ni：3.0～5.5％、Mo：1.8～3.0％、Cu：1.0～3.5％、N：0.05％以下、O：0.05％以下、Ti：0～0.3％、Nb：0～0.3％、V：0～0.3％、W：0～2.0％、Ca：0～0.01％、B：0～0.01％、余量：Fe和杂质；第一工序，使管坯在420～460℃的温度下保持60～180分钟的保持时间；以及第二工序，在第一工序之后，使管坯在550～600℃的温度下保持5～300分钟的保持时间。
根据本发明的一个实施方式的油井用不锈钢管，其化学组成以质量％计为C：0.05％以下、Si：1.0％以下、Mn：0.01～1.0％、P：0.05％以下、S：小于0.002％、Al：0.001～0.1％、Cr：16.0～18.0％、Ni：3.0～5.5％、Mo：1.8～3.0％、Cu：1.0～3.5％、N：0.05％以下、O：0.05％以下、Ti：0～0.3％、Nb：0～0.3％、V：0～0.3％、W：0～2.0％、Ca：0～0.01％、B：0～0.01％、余量：Fe和杂质，钢管的内表面的残留奥氏体相的体积率、钢管的壁厚中央部的残留奥氏体相的体积率、以及钢管的外表面的残留奥氏体相的体积率的平均值为15％以下，标准偏差为1.0以下。
根据本发明，能够得到稳定地获得韧性优异的油井用不锈钢管的制造方法，以及韧性的稳定性优异的油井用不锈钢管。
附图说明
图1为示出根据本发明的一个实施方式的油井用不锈钢管的制造方法中，热处理的加热模式的图。
图2为示出第二工序的保持时间、残留奥氏体率和-60℃的夏比冲击试验的吸收能的关系的图表。
具体实施方式
本发明人等研究了使17％Cr钢管的韧性稳定化的方法。其结果，得到以下见解。
17％Cr钢管的金相组织是如上所述的马氏体-铁素体二相组织，但实际上，是进一步含有残留奥氏体相的组织。残留奥氏体相使钢的屈服强度降低。另一方面，少量的残留奥氏体相有助于钢的韧性提高。当残留奥氏体相的体积率(以下，称为残留奥氏体率)变动时，钢的韧性也会变动。通过减少管体壁厚方向上的残留奥氏体率的差异，可以提高韧性的稳定性
更具体而言，如果内表面的残留奥氏体率、壁厚中央部的残留奥氏体率和外表面的残留奥氏体率的平均值为15％以下，标准偏差为1.0以下，则能够稳定地获得优异的韧性。
本发明人等进一步关注研究了17％Cr钢管的制造工序中的回火工序。其结果，发现了为了不使残留奥氏体率过度增加而减少管体壁厚方向的差异，将在较低温度区域中保持规定时间的工序和其后在接近600℃的温度区域中保持规定时间的工序组合是有效的。
更具体而言，发现依次进行在420～460℃的温度下保持60～180分钟的保持时间的第一工序和在550～600℃的温度下保持5～300分钟的保持时间的第二工序是有效的。而且，根据该方法，发现通过调整第二工序的时间，可以调整残留奥氏体率。
该方法制造的油井用不锈钢管与以往的油井用不锈钢管相比，显示出优异的低温韧性。
此处，也曾考虑过通过仅延长回火的保持时间，可以减少管体壁厚方向的残留奥氏体率的差异。但是，一般认为如果在高温下进行长时间回火，则即使在低于Ac1点的温度区域中，钢管的残留奥氏体率也会增加，有时将无法保证必要的屈服强度。
另一方面，如果保持在400～500℃的温度区域内，则会产生被称为475℃脆化的高Cr钢特有的脆化。475℃脆化是由于金相组织分离成Cr浓度低的α相与Cr浓度高的α’相这二相而引起的。因此，即使只在低温区域内进行长时间回火，也无法得到具有优异韧性的17％Cr钢管。
α’相可以通过加热至接近600℃而使其固溶。也就是说，即使是发生了475℃脆化的不锈钢管，通过加热至接近600℃，也可以从脆化状态恢复。进一步，可以认为，通过这样在低温区域～高温区域的两个阶段的加热回火，残量奥氏体率的差异减少。
以下，参照附图，详细说明根据本发明的一个实施方式的油井用不锈钢管。
[化学组成]
根据本实施方式的油井用不锈钢管具有以下说明的化学组成。以下的说明中，元素的含量的“％”是指质量％。
C：0.05％以下
碳(C)有助于强度的提高，然而回火时生成Cr碳化物。Cr碳化物降低钢对于高温的二氧化碳的耐腐蚀性。因此，C含量越少越优选。C含量为0.05％以下。C含量优选小于0.05％，进一步优选为0.03％以下，进一步优选为0.01％以下。
Si：1.0％以下
硅(Si)使钢脱氧。然而，如果Si含量过多，则钢的热加工性降低。此外，铁素体生成量增加，屈服强度降低。因此，Si含量为1.0％以下。Si含量优选为0.8％以下，进一步优选为0.5％以下，进一步优选为0.4％以下。如果Si含量为0.05％以上，则Si作为脱氧剂特别起效。然而，即使Si含量小于0.05％，Si也会使钢一定程度上脱氧。
Mn：0.01～1.0％
锰(Mn)使钢脱氧和脱硫，提高热加工性。然而，如果Mn含量过多，则在钢中容易发生偏析，韧性和高温氯化物水溶液中的耐应力腐蚀裂纹性(以下，称为耐SCC性)降低。此外，Mn为奥氏体形成元素。因此，钢含有属于奥氏体形成元素的Ni和Cu的情况下，如果Mn含量过多，则残留奥氏体率增加，屈服强度降低。因此，Mn含量为0.01～1.0％。Mn含量从下限的观点出发，优选为0.03％以上，进一步优选为0.05％以上，进一步优选为0.07％以上。Mn含量从上限的观点出发，优选为0.5％以下，进一步优选为0.2％以下，进一步优选为0.14％以下。
P：0.05％以下
磷(P)为杂质。P使钢的耐硫化物应力裂纹性(以下，称为耐SSC性)和高温氯化物水溶液环境中的耐SCC性降低。因此，P含量优选尽可能少。P含量为0.05％以下。P含量优选小于0.05％，进一步优选为0.025％以下，进一步优选为0.015％以下。
S：小于0.002％
硫(S)为杂质。S使钢的热加工性降低。根据本实施方式的油井用不锈钢管的金相组织在热加工时，有时成为包含铁素体相和奥氏体相的二相组织。S使这种二相组织的热加工性降低。此外，S与Mn等键合形成夹杂物。所形成的夹杂物成为点蚀、SCC的起点，使钢的耐腐蚀性降低。因此，S含量优选尽可能少。S含量为小于0.002％。S含量优选为0.0015％以下，进一步优选为0.001％以下。
Al：0.001～0.1％
铝(Al)使钢脱氧。然而，如果Al含量过多，则钢中的铁素体量增加而钢的强度降低。此外，氧化铝系夹杂物在钢中大量地生成，钢的韧性降低。因此，Al含量为0.001～0.1％。Al含量从下限的观点出发，优选高于0.001％，进一步优选为0.01％以上。Al含量从上限的观点出发，优选小于0.1％，进一步优选为0.06％以下。本说明书中，Al含量是指酸可溶Al(sol.Al)的含量。
Cr：16.0～18.0％
铬(Cr)提高高温氯化物水溶液环境下的耐SCC性。然而，Cr为铁素体形成元素，所以如果Cr含量过多，则钢中的铁素体量过度增加，钢的屈服强度降低。因此，Cr含量为16.0～18.0％。Cr含量从下限的观点出发，优选高于16.0％，进一步优选为16.3％，进一步优选为16.5％。Cr含量从上限的观点出发，优选小于18.0％，进一步优选为17.8％，进一步优选为17.5％。
Ni：3.0～5.5％
镍(Ni)为奥氏体形成元素，因而高温下稳定奥氏体、常温下增加马氏体量。因此，Ni提高钢的强度。Ni还提高高温氯化物水溶液环境下的耐腐蚀性。然而，如果Ni含量过多，则残留奥氏体率容易增加，特别是在工业生产时难以稳定地得到高强度。因此，Ni含量为3.0～5.5％。Ni含量从下限的观点出发，优选高于3.0％，进一步优选为3.5％以上，进一步优选为4.0％以上，进一步优选为4.2％以上。Ni含量从上限的观点出发，优选小于5.5％，进一步优选为5.2％以下，进一步优选为4.9％以下。
Mo：1.8～3.0％
钼(Mo)提高耐SSC性。此外，Mo在与Cr的共存下提高钢的耐SCC性。然而，Mo为铁素体形成元素，所以如果Mo含量过多，则钢中的铁素体量增加，钢的强度降低。因此，Mo含量为1.8～3.0％。Mo含量从下限的观点出发，优选高于1.8％，进一步优选为2.0％以上，进一步优选为2.1％以上。Mo含量从上限的观点出发，优选小于3.0％，进一步优选为2.7％以下，进一步优选为2.6％以下。
Cu：1.0～3.5％
铜(Cu)通过时效析出而强化铁素体相、提高钢的强度。Cu还降低高温氯化物水溶液环境下的钢的溶出速度、提高钢的耐腐蚀性。然而，如果Cu含量过多，则钢的热加工性和韧性降低。因此，Cu含量为1.0～3.5％。Cu含量从下限的观点出发，优选高于1.0％，进一步优选为1.5％以上，进一步优选为2.2％以上。Cu含量从上限的观点出发，优选小于3.5％，进一步优选为3.2％以下，进一步优选为3.0％以下。
N：0.05％以下
氮(N)提高钢的强度。N还使奥氏体稳定化，提高耐点蚀性。只要含有少量N，就能够在一定程度上获得上述效果。另一方面，如果N含量过多，则钢中生成大量的氮化物，钢的韧性降低。此外，奥氏体容易残留，钢的强度容易降低。因此，N含量为0.05％以下。N含量从下限的观点出发，优选为0.002％以上，进一步优选为0.005％以上。N含量从上限的观点出发为0.03％以下，进一步优选为0.02％以下，进一步优选为0.015％以下。
O：0.05％以下
氧(O)为杂质。O使钢的韧性和耐腐蚀性降低。因此，O含量优选尽可能地降低。O含量为0.05％以下。O含量优选小于0.05％，进一步优选为0.01％以下，进一步优选为0.005％以下。
根据本实施方式的油井用不锈钢管的化学组成的余量为Fe和杂质。此处所述的杂质是指从作为钢的原料使用的矿石、废料混入的元素、或从制造过程的环境等混入的元素。
根据本实施方式的油井用不锈钢管的化学组成还可以含有选自Ti、Nb、V、W、Ca、以及B所组成的组中的1种或2种以上的元素代替Fe的一部分。Ti、Nb、V、W、Ca、以及B均为选择元素。即，根据本实施方式的油井用不锈钢管的化学组成即便不含有Ti、Nb、V、W、Ca、以及B的一部分或全部也可以。
Ti：0～0.3％、
Nb：0～0.3％、
V：0～0.3％、
钛(Ti)、铌(Nb)和钒(V)均形成碳化物而提高钢的强度和韧性。这些元素还通过固定C而抑制Cr碳化物的生成。因此，使钢的耐点蚀性和耐SCC性提高。只要含有少量这些元素，就能够在一定程度上获得上述效果。然而，如果这些元素的含量过多，则碳化物粗大化，所以钢的韧性和耐腐蚀性降低。因此，Ti含量、Nb含量和V含量均为0～0.3％。Ti含量、Nb含量和V含量从下限的观点出发，均优选为0.005％以上。该情况下，能够显著地得到上述效果。Ti含量、Nb含量和V含量从上限的观点出发，均优选小于0.3％。
W：0～2.0％
钨(W)提高高温环境下的耐SCC性。只要含有少量W，就能够在一定程度上获得上述效果。另一方面，如果该元素含量过多，则该效果饱和。因此，W含量为0～2.0％。W含量从下限的观点出发，优选为0.01％以上。该情况下，能够显著地得到上述效果。
Ca：0～0.01％
B：0～0.01％
钙(Ca)和硼(B)均抑制热加工时的划痕、缺陷的产生。只要含有少量这些元素，就能够在一定程度上获得上述效果。然而，如果Ca含量过多，则钢中的夹杂物增加，而钢的韧性和耐腐蚀性降低。另外，如果B含量过多，则Cr的碳硼化物在晶界析出，钢的韧性降低。因此，Ca含量和B含量均为0～0.01％。Ca含量和B含量从下限的观点出发，均优选为0.0002％以上。该情况下，能够显著地得到上述效果。Ca含量和B含量从上限的观点出发，均优选小于0.01％，进一步优选为0.005％以下。
[金相组织]
根据本实施方式的油井用不锈钢管，钢管的内表面的残留奥氏体率、钢管的壁厚中央部的残留奥氏体率、以及钢管的外表面的残留奥氏体率的平均值为15％以下，标准偏差为1.0以下。
少量的残留奥氏体相使钢的韧性显著提高。但是，如果残留奥氏体率过高，则钢的屈服强度显著降低。
钢管的残留奥氏体率一般根据从钢管的壁厚中央附近采集的试验片进行评价。但是，由于热处理过程中的温度分布，有时在钢管的壁厚方向上残留奥氏体率形成分布。具体而言，钢管的表面(内表面以及外表面)容易冷却，容易马氏体相变。另一方面，钢管的壁厚中央部难以冷却，残留奥氏体率容易变高。
即使在壁厚中央附近评价的残留奥氏体率的值大致相同，若管体的壁厚方向的差异大，则不能稳定地得到优异的韧性。可以认为，这是因为即使当整体的残留奥氏体率较高的情况下，如果存在局部不存在残留奥氏体相的区域，则以该区域作为起点、破坏加剧。
本实施方式中，残留奥氏体的量是通过钢管的内表面的残留奥氏体率、钢管的壁厚中央部的残留奥氏体率、钢管的外表面的残留奥氏体率的平均值(以下，称为残留奥氏体率的平均值)以及标准偏差(以下，称为残留奥氏体率的标准偏差)进行评价的。
如果残留奥氏体率的平均值超过15％，则无法保证必要的屈服强度。因此，残留奥氏体率的平均值为15％以下。残留奥氏体率的平均值从上限的观点出发，优选为10％以下，进一步优选为8％以下。另一方面，从提高韧性的观点出发，残留奥氏体率越高越优选。残留奥氏体率的平均值从下限的观点出发，优选为1.5％以上，进一步优选为2.5％以上。
如果残留奥氏体率的标准偏差超过1.0，则韧性变得不稳定。因此，残留奥氏体率的标准偏差为1.0以下。残留奥氏体率的标准偏差优选为0.9以下。
残留奥氏体率的平均值和残留奥氏体率的标准偏差具体如下求出。
从油井用不锈钢管的内表面、壁厚中央部和外表面采集试验片。试验片的尺寸分别设定为圆周方向15mm×管轴方向15mm×壁厚方向2mm。各试验片通过X射线衍射法求出残留奥氏体率。测定铁素体相的(200)面和(211)面、以及残留奥氏体相的(200)面、(220)面和(311)面的各自的积分强度。对于α相的各面与γ相的各面的每个组合(2×3＝6组)，使用下述的式(A)算出体积率Vγ。将6组的体积率Vγ的平均值定义为各试验片的残留奥氏体率。
Vγ＝100/(1+(Iα×Rγ)/(Iγ×Rα)) (A)
此处，“Iα”为α相的积分强度，“Rα”为α相的结晶学的理论计算值，“Iγ”为γ相的积分强度，“Rγ”为γ相的结晶学的理论计算值。
使用下述的式(B)求出残留奥氏体率的平均值VγAVE。
VγAVE＝(VγI+VγM+VγO)/3 (B)
此处，“VγI”为从内表面采集的试验片的残留奥氏体率，“VγM”为从壁厚中央部采集的试验片的残留奥氏体率，“VγO”为从外表面采集的试验片的残留奥氏体率。
使用下述的式(C)算出残留奥氏体率的标准偏差σ(γ)。需要说明的是，标准偏差为样本标准偏差。
σ(γ)＝(((VγI-VγAVE)2+(VγM-VγAVE)2+(VγO-VγAVE)2)/2)1/2(C)
根据本实施方式的油井用不锈钢管的金相组织可以含有铁素体相。铁素体相使钢的耐SCC性提高。但是，如果铁素体相的体积率变得过多，则将无法保证必要的屈服强度。优选的铁素体相的体积率为10％以上且小于60％。铁素体相的体积率从下限的观点出发，进一步优选高于10％，进一步优选为12％以上，进一步优选为14％以上。铁素体相的体积率从上限的观点出发，进一步优选为48％以下，进一步优选为45％以下，进一步优选为40％以下。
铁素体相的体积率具体通过以下的方法求出。从管体的壁厚中央附近采集试验片。研磨与管体轴方向垂直的面。使用王水和甘油的混合溶液，对研磨面进行蚀刻。使用光学显微镜(观察倍率100倍)，根据ASTM E562-11的点算法测定被蚀刻的面中的铁素体相的面积率。将测定得到的面积率定义为铁素体相的体积率。
根据本实施方式的油井用不锈钢管的金相组织的余量主要为马氏体相。“马氏体相”包括回火马氏体相。如果马氏体相的体积率过低，则无法保证必要的屈服强度。马氏体相的体积率优选为40％以上，进一步优选为48％以上，进一步优选为52％以上。马氏体相的体积率可以由100％减去铁素体相的体积率和残留奥氏体相的体积率而求出。
根据本实施方式的油井用不锈钢管的金相组织除了残留奥氏体相、铁素体相和马氏体相之外，还可以含有碳化物、氮化物、硼化物、Cu相等析出物和/或夹杂物。
[制造方法]
以下，对根据本发明的一个实施方式的油井用不锈钢管的制造方法进行说明。
首先，准备具有上述化学组成的管坯。在此，作为一例，说明由具有上述化学组成的坯料制造作为管坯的无缝钢管的方法。
坯料为例如通过连铸法(包括圆坯连铸)制造的铸坯。坯料还可以为将通过铸锭法制造的钢锭热加工而制造的钢坯，或是由铸坯制造而成的钢坯。
将坯料装入加热炉或均热炉进行加热。接着，将加热了的坯料热加工而制造管坯。例如，作为热加工实施曼内斯曼法。具体而言，使用穿孔机将坯料穿孔轧制而制成管坯。接着，使用芯棒式无缝管轧机、定径机将管坯进一步轧制。作为热加工既可以实施热挤出，也可以实施热锻造。
热加工时，优选的是坯料温度为850～1250℃下的坯料的截面收缩率为50％以上。如果这样进行热加工，则包含马氏体相和沿轧制方向伸长的铁素体相的组织形成在钢的表层部分。由于铁素体相比马氏体更容易含有Cr等，所以有助于有效地防止高温下的SCC的加剧。如果铁素体相沿轧制方向伸长，即使高温下表面发生SCC，则在裂纹的加剧过程中到达铁素体相的概率变高。因此，高温下的耐SCC性提高。
将热加工后的管坯冷却。冷却方法既可以为空冷，也可以为水冷。本实施方式的化学组成的范围内，即便是采用空冷，只要冷却至Ms点以下则产生马氏体相变。
图1为示出根据本实施方式的油井用不锈钢管的制造方法中，热处理的加热模式的图。在本实施方式中，作为热处理进行淬火(步骤S1)和回火(步骤S2)。
将管坯再加热至Ac3点以上的温度并冷却，进行淬火(步骤S1)。加热温度优选为(Ac3点+50℃)～1100℃。加热温度下的保持时间为例如30分钟。加热后的冷却优选浸渍法、喷洒法等水冷。为了稳定地确保高的屈服强度，优选冷却至管坯的表面温度为60℃以下。冷却停止温度进一步优选为45℃以下，进一步优选为30℃以下。
淬火(步骤S1)为任意的工序。如上所述，在本实施方式的化学组成的范围内，通过热加工后的冷却产生马氏体相变。因此，也可以不进行淬火(步骤S1)而在热加工后进行回火(步骤S2)。如果进行淬火(步骤S1)，则能够得到更高的屈服强度。
将管坯回火(步骤S2)。在本实施方式中，作为回火，依次进行在420～460℃的温度下保持60～180分钟的保持时间的第一工序(步骤S2-1)和在550～600℃的温度下保持5～300分钟的保持时间的第二工序(步骤S2-2)。
第一工序的保持温度为420～460℃。如果保持温度低于420℃，则不能充分获得使金相组织均匀化的效果。如果保持温度高于460℃，则残留奥氏体率逐渐增加，所以将无法长时间保持。第一工序的保持温度从下限的观点出发，优选为430℃以上。第一工序的保持温度从上限的观点出发，优选为455℃以下。
第一工序的保持时间为60～180分钟。如果保持时间少于60分钟，则不能充分获得使金相组织均匀化的效果。若使保持时间超过180分钟，则效果饱和，生产率不利。第一工序的保持时间从下限的观点出发，优选为100分钟以上，更优选为110分钟以上。第一工序的保持时间从上限的观点出发，优选为130分钟以下，更优选为125分钟以下。
第二工序的保持温度为550～600℃。如果保持温度低于550℃，则不能充分获得从475℃脆化恢复的效果。如果保持温度高于600℃，则难以保证必要的屈服强度。可以认为，这是因为残留奥氏体率急剧地增加。第二工序的保持温度从下限的观点出发，优选为555℃以上。第二工序的保持温度从上限的观点出发，优选为580℃以下。
第二工序的保持时间为5～300分钟。如果保持时间少于5分钟，则不能充分获得从475℃脆化恢复的效果。若使保持时间超过300分钟，则效果饱和，生产率不利。第二工序的保持时间从下限的观点出发，优选为10分钟以上，更优选为60分钟以上，进一步优选为120分钟以上。第二工序的保持时间从上限的观点出发，优选为240分钟以下。
以上，对根据本发明的一个实施方式的油井用不锈钢管及其制造方法进行了说明。根据本实施方式，能够得到韧性的稳定性优异的油井用不锈钢管。
根据本实施方式的油井用不锈钢管优选具有125ksi(861MPa)以上的屈服强度。
根据本实施方式的油井用不锈钢管优选-10℃的夏比冲击试验的吸收能的平均值为150J以上，标准偏差为15J以下。-10℃的夏比冲击试验的吸收能的平均值进一步优选为200J以上。-10℃的夏比冲击试验的吸收能的标准偏差进一步优选为10J以下。
根据本实施方式的油井用不锈钢管优选-60℃的夏比冲击试验的吸收能的平均值为50J以上。
根据本实施方式的油井用不锈钢管及其制造方法特别适用于壁厚为18mm以上的钢管(管坯)。壁厚较薄的情况下，在壁厚方向上容易得到均匀的组织且性能易于稳定，但根据本实施方式，即使在钢管的壁厚为18mm以上较厚的情况下，也能够稳定地获得良好的性能。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。上述的实施方式仅为用于实施本发明的例示。因此，本发明并不受到上述实施方式的限定，只要在不脱离其主旨的范围内，可将上述实施方式适当变形而实施。
实施例
以下，基于实施例更具体地说明本发明。本发明并不限于这些实施例。
＜实施例1＞
熔炼表1所示化学组成的标号A～E的钢，通过连铸制造铸坯。需要说明的是，表1中的“‐”示出该元素的含量为杂质水平。
[表1]
Figure BDA0001711730450000151
将各铸坯用初轧机进行轧制，制造钢坯。将各钢坯通过热加工制造为外径193.7mm、壁厚19.05mm的管坯。热轧后，将管坯空冷至室温。
将各管坯在表2所示的条件下实施热处理，制造试验No.1～13的油井用不锈钢管。试验No.11～13的油井用不锈钢管并未进行回火的第一工序。需要说明的是，淬火的冷却均设定为水冷，回火的第二工序后的冷却均设定为空冷。
[表2]
表2
Figure BDA0001711730450000161
从各油井用不锈钢管中采集符合API规定的圆棒试验片(φ12.7mm×GL50.8mm)。圆棒试验片的拉伸方向设定为管轴方向。使用所采集的圆棒试验片，根据API规定，在常温(25℃)下实施拉伸试验，求出屈服强度。
对各油井用不锈钢管，基于实施方式中说明的方法，求出残留奥氏体率的平均值和残留奥氏体率的标准偏差。需要说明的是，关于各不锈钢管，另外实施了上述实施方式中说明的方法和光学显微镜观察，结果所有钢管的组织都以马氏体为主相(观察视野的一半以上)，除此之外为铁素体和残留奥氏体相组成。
各油井用不锈钢管的屈服强度、残留奥氏体率的平均值和残留奥氏体率的标准偏差在表3中示出。
[表3]
表3
Figure BDA0001711730450000171
如表3所示，试验No.1～10的油井用不锈钢管的残留奥氏体率的平均值为15％以下，标准偏差为1.0以下。这些钢管进一步显示出125ksi(862MPa)以上的屈服强度。
另一方面，试验No.11～13的油井用不锈钢管，虽然残留奥氏体率的平均值为15％以下，但标准偏差大于1.0。可以认为，这是因为这些钢管中没有进行回火的第一工序。
从各油井用不锈钢管中采集符合ASTM E23的全尺寸试验片(L方向)。使用采集的试验片在-10℃和-60℃下进行夏比冲击试验。夏比冲击试验中对于各油井用不锈钢管、各试验温度，实施3个试验片，求出平均值和标准偏差。需要说明的是，标准偏差为样本标准偏差。
夏比冲击试验的结果在表4中示出。表4中的“E-10”一栏示出-10℃的夏比冲击试验的吸收能。“E-60”一栏示出-60℃的夏比冲击试验的吸收能。“-”表示未进行该试验。
[表4]
表4
Figure BDA0001711730450000181
如表4所示，试验No.1～10的油井用不锈钢管的-10℃的夏比冲击试验的平均值为150J以上，标准偏差为15J以下。
另一方面，试验No.11的油井用不锈钢管的-10℃的夏比冲击试验的平均值不足150J，标准偏差也大于15J。试验No.12以及13的油井用不锈钢管，虽然-10℃的夏比冲击试验的平均值为150J以上，但标准偏差大于15J。可以认为，这是因为这些钢管中没有进行回火的第一工序。
进一步，第二工序的保持时间设为60分钟以上的试验No.3～5、8～10的油井用不锈钢管的-60℃的夏比冲击试验的平均值为50J以上。
图2为示出第二工序的保持时间、残留奥氏体率和-60℃的夏比冲击试验中的吸收能的关系的图表。图2根据试验No.1～5的油井用不锈钢管制作。残留奥氏体率使用了壁厚中央部的值。
如图2所示，发现通过调整第二工序的保持时间，可以控制残留奥氏体率。还发现，通过使微细的残留奥氏体相均匀地分散，可以获得优异的低温韧性。
＜实施例2＞
熔炼表5所示化学组成的标号F的钢，通过连铸制造铸坯。
[表5]
Figure BDA0001711730450000191
将该铸坯用初轧机进行轧制，制造钢坯。将各钢坯通过热加工制造为外径285.75mm、壁厚33.65mm的管坯。热轧后，将管坯空冷至室温。
将各管坯在表6所示的条件下实施热处理，制造试验No.101～113的油井用不锈钢管。试验No.101的油井用不锈钢管并未进行回火的第二工序。此外，试验No.109的油井用不锈钢管并未进行回火的第一工序。需要说明的是，淬火的冷却均设定为水冷，回火的第二工序后的冷却均设定为空冷。
[表6]
表6
对各油井用不锈钢管，进行与实施例1相同的拉伸试验求出屈服强度和拉伸强度。此外，对各油井用不锈钢管进行与实施例1相同的夏比冲击试验。
各油井用不锈钢管的屈服强度、拉伸强度和夏比冲击试验的结果在表7中示出。
[表7]
表7
如表7所示，试验No.102～108的油井用不锈钢管显示出125ksi(862MPa)以上的屈服强度，-10℃的夏比冲击试验的平均值为150J以上，标准偏差为15J以下。
进一步，第二工序的保持时间设定为60分钟以上的试验No.105～108的油井用不锈钢管的-60℃的夏比冲击试验的平均值为50J以上。
另一方面，试验No.101的油井用不锈钢管的-10℃的夏比冲击试验的平均值不足150J。可以认为，这是因为没有进行回火的第二工序。试验No.109的油井用不锈钢管的屈服强度不足125ksi。可以认为，这是因为没有进行回火的第一工序。
试验No.110的油井用不锈钢管的-10℃的夏比冲击试验的标准偏差大于15J。可以认为，这是因为回火的第一工序的保持温度过低。试验No.111的油井用不锈钢管的-10℃的夏比冲击试验的标准偏差大于15J。可以认为，这是因为回火的第一工序的保持温度过高。
试验No.112的油井用不锈钢管的-10℃的夏比冲击试验的平均值为不足150J，标准偏差也大于15J。可以认为，这是因为回火的第二工序的保持温度过低。试验No.113的油井用不锈钢管的屈服强度不足125ksi。可以认为，这是因为回火的第二工序的保持温度过高。

Claims (12)

1.一种油井用不锈钢管的制造方法，其具备：
准备管坯的工序，所述管坯的化学组成以质量％计为C：0.05％以下、Si：1.0％以下、Mn：0.01～1.0％、P：0.05％以下、S：小于0.002％、Al：0.001～0.1％、Cr：16.0～18.0％、Ni：3.0～5.5％、Mo：1.8～3.0％、Cu：1.0～3.5％、N：0.05％以下、O：0.05％以下、Ti：0～0.3％、Nb：0～0.3％、V：0～0.3％、W：0～2.0％、Ca：0～0.01％、B：0～0.01％、余量：Fe和杂质；
第一工序，使所述管坯在420～460℃的温度下保持60～180分钟的保持时间；以及
第二工序，在所述第一工序之后，使所述管坯在550～600℃的温度下保持5～300分钟的保持时间。
2.根据权利要求1所述的油井用不锈钢管的制造方法，其中，
所述第二工序的保持时间为60～300分钟。
3.根据权利要求1或2所述的油井用不锈钢管的制造方法，其中，
所述化学组成以质量％计含有选自由
Ti：0.005～0.3％、
Nb：0.005～0.3％、以及
V：0.005～0.3％
所组成的组中的1种或2种以上元素。
4.根据权利要求1或2所述的油井用不锈钢管的制造方法，其中，
所述化学组成以质量％计含有
W：0.01～2.0％。
5.根据权利要求1或2所述的油井用不锈钢管的制造方法，其中，
所述化学组成以质量％计含有选自由
Ca：0.0002～0.01％、以及
B：0.0002～0.01％
所组成的组中的1种或2种元素。
6.一种油井用不锈钢管，
其化学组成以质量％计为
C：0.05％以下、
Si：1.0％以下、
Mn：0.01～1.0％、
P：0.05％以下、
S：小于0.002％、
Al：0.001～0.1％、
Cr：16.0～18.0％、
Ni：3.0～5.5％、
Mo：1.8～3.0％、
Cu：1.0～3.5％、
N：0.05％以下、
O：0.05％以下、
Ti：0～0.3％、
Nb：0～0.3％、
V：0～0.3％、
W：0～2.0％、
Ca：0～0.01％、
B：0～0.01％、
余量：Fe和杂质，
所述钢管的内表面的残留奥氏体相的体积率、所述钢管的壁厚中央部的残留奥氏体相的体积率、以及所述钢管的外表面的残留奥氏体相的体积率的平均值为1.5％～15％，标准偏差为1.0以下。
7.根据权利要求6所述的油井用不锈钢管，其中，
-10℃的夏比冲击试验的吸收能的平均值为150J以上，标准偏差为15J以下。
8.根据权利要求6或7所述的油井用不锈钢管，其中，
-60℃的夏比冲击试验的吸收能的平均值为50J以上。
9.根据权利要求6或7所述的油井用不锈钢管，其中，
所述化学组成以质量％计含有选自由
Ti：0.005～0.3％、
Nb：0.005～0.3％、以及
V：0.005～0.3％
所组成的组中的1种或2种以上元素。
10.根据权利要求6或7所述的油井用不锈钢管，其中，
所述化学组成以质量％计含有
W：0.01～2.0％。
11.根据权利要求6或7所述的油井用不锈钢管，其中，
所述化学组成以质量％计含有选自由
Ca：0.0002～0.01％、以及
B：0.0002～0.01％
所组成的组中的1种或2种元素。
12.根据权利要求6或7所述的油井用不锈钢管，其屈服强度为862MPa以上。
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