EA025503B1

EA025503B1 - Способ изготовления высокопрочных стальных изделий с улучшенной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением

Info

Publication number: EA025503B1
Application number: EA201491650A
Authority: EA
Inventors: Кейити КОНДО; Юдзи АРАИ
Original assignee: Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2016-12-30
Also published as: CN104039989B; EP2824198B8; EP2824198A1; CN104039989A; ES2755750T3; IN2014DN03395A; EA201491650A1; UA112792C2; BR112014019065A2; JPWO2013133076A1; US10287645B2; BR112014019065B1; BR112014019065A8; MX2014009157A; MX371103B; AU2013228617B2; AR090243A1; AU2013228617A1; EP2824198A4; CA2849287A1

Abstract

Сталь, которая имеет химический состав, содержащий, мас.%: C: 0,15-0,65, Si: 0,05-0,5, Mn: 0,1-1,5, Cr: 0,2-1,5, Mo: 0,1-2,5, Ti: 0,005-0,50, Al: 0,001-0,50, и, необязательно, по меньшей мере один элемент, выбранный из Nb: ≤0,4, V: ≤0,5 и B: ≤0,01, Ca: ≤0,005, Mg: ≤0,005 и REM: ≤0,005, и остальное количество из Fe и загрязняющих примесей, причем Ni, P, S, N и O среди загрязняющих примесей составляют Ni: ≤0,1%, P: ≤0,04%, S: ≤0,01%, N: ≤0,01% и O: ≤0,01%, и которая была подвергнута горячей обработке с приданием желательной формы, последовательно подвергают обработке на стадии, на которой нагревают сталь до температуры, превышающей точку Acпревращения, и более низкой, чем точка Аспревращения, и охлаждают сталь на стадии, на которой повторно нагревают сталь до температуры не ниже, чем точка Аспревращения, и закаливают сталь быстрым охлаждением, и на стадии, на которой проводят отпуск стали при температуре не выше, чем точка Acпревращения.

Description

Настоящее изобретение относится к способу изготовления высокопрочных стальных изделий с улучшенной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу изготовления высокопрочного стального изделия с улучшенной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением, причем стальной материал особенно пригоден для нефтепромысловой стальной трубы и тому подобной, такой как обсадная труба и насоснокомпрессорная труба для нефтяной скважины и газовой скважины. Еще более конкретно, настоящее изобретение относится к экономичному способу изготовления низколегированного высокопрочного стального изделия, который имеет улучшенные прочность и стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением и с помощью которого может быть ожидаемым повышение ударной вязкости благодаря измельчению бывших аустенитных зерен.

Уровень техники

По мере того как нефтяные скважины и газовые скважины (далее, в качестве общего термина для нефтяных скважин и газовых скважин, называемые просто нефтяными скважинами) становятся более глубокими, стальные трубы для нефтяных скважин (далее называемые нефтепромысловыми трубами) должны иметь более высокую прочность.

Для удовлетворения этого требования традиционно широкое применение находили нефтепромысловые трубы класса 80 кы, т.е. имеющие предел текучести (далее сокращенно обозначаемый Υδ) от 551 до 655 МПа (от 80 до 95 к81), или нефтепромысловые трубы класса 95 к® т.е. имеющие Υδ от 655 до 758 МПа (от 95 до 110 кМ). Кроме того, недавно начали использоваться нефтепромысловые трубы класса 110 к® т.е. имеющие Υδ от 758 до 862 МПа (от 110 до 125 к§1), и, сверх того, нефтепромысловые трубы класса 12 5 к® т.е. имеющие Υδ от 862 до 965 МПа (от 125 до 140 к§1).

Кроме того, нефть и газ в большинстве глубоких скважин, разрабатываемых недавно, содержат коррозионно-агрессивный сероводород. В такой среде происходит водородное охрупчивание, называемое сульфидным растрескиванием под напряжением (далее обозначается как δδϋ), и вследствие этого нефтепромысловая труба иногда разрушается. Общеизвестно, что с повышением прочности стали возрастает чувствительность к δδΟ

Поэтому при разработке высокопрочных нефтепромысловых труб требуется не только спроектировать материал высокопрочной стали, но также сталь должна иметь высокую стойкость к δδΟ В частности, при разработке высокопрочных нефтепромысловых труб наиболее важной проблемой является предотвращение δδΟ. Сульфидное растрескивание под напряжением иногда называется также сульфидным коррозионным растрескиванием под напряжением (δδϋϋ).

В качестве метода предотвращения δδί'.' низколегированных нефтепромысловых труб были известны способы (1) высокой очистки стали, (2) контроля режима образования карбидов и (3) измельчения кристаллических зерен.

В отношении высокой очистки стали, например, патентные документы 1 и 2 предлагают способы повышения стойкости к δδί'.' с помощью ограничения размеров неметаллических включений до заданных величин.

Что касается контроля режима образования карбидов, то, например, патентный документ 3 представляет способ, в котором отношение карбидов МС-типа к общему содержанию карбидов составляет от 8 до 40 мас.%, в дополнение к ограничению общего количества карбидов до значения от 2 до 5 мас.%, чтобы резко повысить стойкость к δδί'.'.

В отношении измельчения кристаллических зерен, например, патентный документ 4 раскрывает способ, в котором кристаллические зерна делают мелкими выполнением два раза или более закалочной обработки низколегированной стали для повышения стойкости к δδί'Ό Патентный документ 5 также представляет способ, в котором кристаллические зерна измельчают такой же обработкой, как обработка в патентном документе 4, для повышения ударной вязкости.

Как правило, в производстве низколегированных стальных материалов в области бесшовных стальных труб для нефтяной скважины и тому подобных труб для достижения прочностных характеристик и/или ударной вязкости термическую обработку с закалкой и отпуском часто выполняли после завершения горячей прокатки, такой как изготовление труб горячим прессованием. В качестве метода термической обработки для закалки и отпуска бесшовной стальной трубы для нефтяной скважины обычно проводили в основном так называемый процесс закалки с повторного нагрева, в этом процессе стальную трубу, подвергнутую горячей прокатке, повторно нагревали в отдельной печи для термической обработки до температуры не ниже, чем точка Ас₃ превращения, подвергали закалке и затем проводили отпуск при температуре не выше, чем точка Ас₁ превращения.

Однако в недавние годы, по соображениям снижения производственных затрат и экономии энергии, также выполняли процесс, в котором стальную трубу, подвергнутую горячей прокатке, подвергали прямой закалке от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, и после этого проводили отпуск (так называемый метод прямой закалки) или дополнительно процесс, в котором стальную трубу после горячей прокатки последовательно подвергали томлению (далее главным образом называемому дополнительным нагревом) при температуре не ниже, чем точка Аг₃ превращения, и после этого проводили за- 1 025503 калку от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, и после этого выполняли отпуск (так называемый процесс термообработки в потоке или процесс поточной закалки).

Как представлено в патентных документах 4 и 5, было широко известно, что существует тесная взаимосвязь между бывшими аустенитными зернами низколегированной стали и стойкостью к §§С и ударной вязкостью, и стойкость к §§С и ударная вязкость значительно снижаются при укрупнении зерен.

В случае, когда метод прямой закалки привлекают с целью снижения производственных затрат и экономии энергии, бывшие аустенитные зерна укрупняются, так что иногда становится затруднительным изготовление бесшовной стальной трубы с превосходными ударной вязкостью и стойкостью к §§С. Вышеописанный процесс термообработки в потоке в какой-то мере разрешает эту проблему, но не обязательно сравнимо с процессом закалки с повторного нагрева.

Как представляется, причина этого состоит в том, что в простом процессе прямой закалки и процессе термообработки в потоке в случае, когда выполняют только отпуск как термическую обработку в заключительной обработке, не имеет места процесс обратного превращения из феррита с объемноцентрированной кубической структурой в аустенит с гранецентрированной кубической структурой.

Для разрешения вышеописанной проблемы укрупнения кристаллических зерен патентные документы 6 и 7 предлагают способы, в которых стальную трубу, подвергнутую прямой закалке, и стальную трубу, подвергнутую закалке способом термообработки в потоке, соответственно, повторно нагревают и закаливают от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, перед конечной обработкой для отпуска.

В патентных документах 4 и 5 отпуск выполняют при температуре не выше, чем точка Ас превращения, между многократными обработками для закалки с повторного нагрева и в патентных документах 6 и 7 отпуск выполняют при температуре не выше, чем точка Ас превращения, между обработкой для прямой закалки и закалочной обработкой, проводимой при термообработке в потоке, соответственно, и обработкой для закалки с повторного нагрева.

Список документов предшествующего уровня техники

Патентные документы.

Патентный документ 1: 1Р2001-172739А.

Патентный документ 2: 1Р2001-131698А.

Патентный документ 3: 1Р2000-178682А.

Патентный документ 4: 1Р59-232220А.

Патентный документ 5: 1Р60-009824А.

Патентный документ 6: 1Р6-220536А.

Патентный документ 7: АО 96/36742.

Сущность изобретения

Проблемы, разрешаемые изобретением

Способами ограничения размеров неметаллических включений до заданных величин, которые предложены в патентных документах 1 и 2, может быть достигнута превосходная стойкость к §§С. Однако, поскольку сталь должна быть очищена, иногда возрастает стоимость производства.

Кроме того, способом регулирования режимов образования карбидов, который предложен в патентном документе 3, может быть достигнута в высшей степени превосходная стойкость к §§С. Однако уровни содержания Сг и Мо ограничены, чтобы сдержать формирование карбидов типа М₂₃С₆. Поэтому ограничивается прокаливаемость, так что для толстостенного материала существует возможность недостаточной прокаливаемости. Способ, включающий процесс прямой закалки или процесс термообработки в потоке и затем повторный нагрев и закалку от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, перед конечным отпуском, делает бывшие аустенитные зерна более мелкими, тем самым улучшая стойкость стали к §§С, по сравнению с ситуацией, когда конечный отпуск выполняют после прямой закалки или термообработки в потоке, или случаем, когда стальную трубу однократно подвергают охлаждению воздухом почти до комнатной температуры, и после этого стальную трубу подвергают обработке закалкой с повторного нагрева и обработке для отпуска.

Даже в случае, когда после подвергания обработке с прямой закалкой или термообработке в потоке стальную трубу повторно нагревают и закаливают от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, перед обработкой для конечного отпуска, как было описано выше, измельчение бывших аустенитных зерен все еще недостаточно по сравнению с ситуацией, когда обработку закалкой с повторного нагрева выполняют два раза, как предложено в патентных документах 4 и 5.

Поэтому способом, в котором стальную трубу, подвергнутую прямой закалке, повторно нагревают от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, перед обработкой для конечного отпуска, причем способ раскрыт в патентном документе 6, достаточная стойкость к §§С необязательно может быть достигнута.

Подобным образом, даже если стальную трубу, подвергнутую закалке термообработкой в потоке, повторно нагревают и закаливают от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, перед обработкой для конечного отпуска, как предложено в патентном документе 7, достаточная стойкость к §§С иногда не может быть достигнута.

- 2 025503

Поэтому, когда пытаются реализовать измельчение кристаллических зерен, которое является достаточным для высокопрочной стальной нефтепромысловой трубы, является существенной обработка закалкой с повторного нагрева, выполняемая два раза или более, как раскрыто в патентных документах 4 и 5. Однако обработка закалкой с повторного нагрева, выполняемая два раза или более, ведет к повышению производственных расходов.

Патентные документы 4 и 7 предлагают способы, в которых кристаллические зерна делают ультрамелкими путем увеличения скорости повышения температуры во время закалки с повторного нагрева. Однако в этих способах оборудование должно быть модифицировано на крупный масштаб, поскольку нагревательное устройство должно состоять из индукционного нагревателя или тому подобного.

Настоящее изобретение было выполнено с учетом вышеуказанной ситуации, и соответственно этому его цель состоит в создании экономичного способа получения высокопрочного стального материала с превосходной стойкостью к §§С. В частности, цель настоящего изобретения заключается в создании способа получения высокопрочного стального материала, в котором обеспечивается измельчение бывших аустенитных зерен экономически эффективным путем, благодаря чему могут быть ожидаемыми превосходная стойкость к §§С и повышение ударной вязкости. Термин высокая прочность в настоящем изобретении означает, что Υδ составляет 655 МПа (95 ккт) или выше, предпочтительно 758 МПа (110 квт) или выше и еще более предпочтительно 862 МПа (125 кы) или выше.

Средства разрешения проблем

Как было описано выше, после проведения обработки прямой закалкой или закалочной обработки в условиях термообработки в потоке сталь дополнительно повторно нагревают до температуры не ниже, чем точка Лез превращения, и закаливают, в результате чего бывшие аустенитные зерна могут быть измельчены. В случае, когда сталь, которая была закалена, дополнительно многократно закаливают, после предшествующей закалочной обработки часто выполняют промежуточный отпуск при температуре не выше, чем точка Ас₁ превращения. Эта обработка с промежуточным отпуском оказывает действие, состоящее в предотвращении замедленного разрушения, такого как так называемое сезонное растрескивание, происходящее в закаленной стали.

Однако промежуточный отпуск должен быть выполнен в правильных условиях. В случае, если температура промежуточного отпуска слишком низка или продолжительность нагрева слишком коротка, в некоторых случаях достаточный эффект подавления сезонного растрескивания не может быть достигнут. Наоборот, даже если температура является не более высокой, чем точка Ас₁ превращения, в случае, когда температура промежуточного отпуска слишком высока, или продолжительность нагрева является слишком длительной, эффект измельчения кристаллических зерен утрачивается, даже если закалку с повторного нагрева выполняют после обработки для промежуточного отпуска, и иногда преимущественный эффект улучшения стойкости к §§С исчезает.

Соответственно этому, авторы настоящего изобретения провели разнообразные исследования экономичного способа получения высокопрочного стального материала, благодаря этому способу стальной материал проявляет достаточный эффект предотвращения сезонного растрескивания и одновременно имеет превосходную стойкость к §§С в результате того, что достигается измельчение бывших аустенитных зерен.

В результате авторы настоящего изобретения получили вновь обнаруженные факты, что если обработку с промежуточным отпуском, которую предполагалось выполнять при температуре не выше, чем точка Ас₁ превращения, для улучшения характеристик закаленного стального материала, проводят при температуре в двухфазной области феррита и аустенита, превышающей точку Ас1 превращения, то бывшие аустенитные зерна делаются в значительной мере мелкими, когда выполняют следующую обработку для закалки с повторного нагрева.

Более того, авторы настоящего изобретения получили совершенно новые факты, что если термическую обработку проводят при температуре в вышеописанной двухфазной области феррита и аустенита, то даже для стали, которая не была закалена, например, стали, которая была охлаждена со скоростью охлаждения, типичной для воздушного охлаждения или тому подобной, после того, как была подвергнута горячей обработке с приданием желательной формы, если сталь затем нагревают до температуры в надлежащей аустенитной области и закаливают, бывшие аустенитные зерна становятся в высшей степени мелкими.

Настоящее изобретение было выполнено на основе вышеописанных обнаруженных фактов и включает способы получения описываемого ниже высокопрочного стального материала с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением. Далее, в некоторых случаях, способы называются просто терминами от настоящее изобретение (1) до настоящее изобретение (7). Кроме того, в некоторых случаях настоящие изобретения (1)-(7) в общем именуются настоящим изобретением.

(1) Способ получения высокопрочного стального материала с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением, в котором сталь, которая имеет химический состав, состоящий (в мас.%) из С: 0,15-0,65; δί: 0,05-0,5; Мп: 0,1-1,5; Сг: 0,2-1,5; Мо: 0,1-2,5; Τί: 0,005-0,50; А1: 0,001-0,5 и остального количества из Ре и загрязняющих примесей, причем Νί, Ρ, δ, N и О среди загрязняющих примесей составляют Νί: 0,1% или менее, Р: 0,04% или менее, δ: 0,01% или менее, Ν: 0,01% или менее и О:

- 3 025503

0,01% или менее, и которая была подвергнута горячей обработке с приданием желательной формы, последовательно подвергают обработке на следующих стадиях [1]-[3]:

[1] стадия, в которой нагревают сталь до температуры, которая превышает точку Ас₁ превращения и является более низкой, чем точка Ас₃ превращения, и охлаждают сталь;

[2] стадия, в которой повторно нагревают сталь до температуры не ниже, чем точка Ас₃ превращения, и закаливают сталь быстрым охлаждением; и [3] стадия, в которой проводят отпуск стали при температуре не выше, чем точка Ас₁ превращения.

(2) Способ получения высокопрочного стального материала с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением, в котором сталь, которая имеет химический состав, состоящий (в мас.%) из С: 0,15-0,65; 8ί: 0,05-0,5; Мп: 0,1-1,5; Сг: 0,2-1,5; Мо: 0,1-2,5; Τι: 0,005-0,50; А1: 0,001-0,50, по меньшей мере одного элемента, выбранного из показанных в пунктах (а) и (Ь), и остального количества из Ре и загрязняющих примесей, причем Νί, Р, 8, N и О среди загрязняющих примесей составляют Νί: 0,1% или менее, Р: 0,04% или менее, 8: 0,01% или менее, Ν: 0,01% или менее и О: 0,01% или менее, и которая была подвергнута горячей обработке с приданием желательной формы, последовательно подвергают обработке на следующих стадиях [1]-[3]:

(a) ΝΚ 0,4% или менее, V: 0,5% или менее и В: 0,01% или менее;

(b) Са: 0,005% или менее, Мд: 0,005% или менее и РЕМ (редкоземельные металлы): 0,005% или менее.

(3) Способ получения высокопрочного стального материала с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением согласно пунктам (1) или (2), в котором сталь, имеющую химический состав согласно пунктам (1) или (2), подвергают горячей чистовой обработке с образованием бесшовной стальной трубы и охлаждают воздухом, и после этого последовательно подвергают обработке на стадиях [1]-[3].

(4) Способ получения высокопрочного стального материала с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением согласно пунктам (1) или (2), в котором, после того как сталь, имеющая химический состав согласно пунктам (1) или (2), была подвергнута горячей чистовой обработке с образованием бесшовной стальной трубы, сталь дополнительно нагревают при температуре не ниже, чем точка Аг₃ превращения, и не выше 1050°С, в технологической линии, и после закалки от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, сталь последовательно подвергают обработке на стадиях [1]-[3].

(5) Способ получения высокопрочного стального материала с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением согласно пунктам (1) или (2), в котором, после того как сталь, имеющая химический состав согласно пунктам (1) или (2), была подвергнута горячей чистовой обработке с образованием бесшовной стальной трубы, сталь подвергают прямой закалке от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, и после этого последовательно подвергают обработке на стадиях [1]-[3].

(6) Способ получения высокопрочного стального материала с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением согласно пункту (4), в котором нагрев на стадии [1] выполняют с помощью нагревательного устройства, соединенного с устройством для закалки при термообработке в потоке.

(7) Способ получения высокопрочного стального материала с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением согласно пункту (5), в котором нагрев на стадии [1] выполняют с помощью нагревательного устройства, соединенного с закалочным устройством, которое выполняет прямую закалку.

Преимущественные результаты изобретения

Согласно настоящему изобретению, поскольку измельчение бывших аустенитных зерен может быть достигнуто экономически эффективным путем, высокопрочный стальной материал с превосходной стойкостью к 88С может быть получен с низкими затратами. Кроме того, с помощью настоящего изобретения с относительно низкими затратами может быть получена бесшовная нефтепромысловая труба из высокопрочной низколегированной стали с превосходной стойкостью к 88С. Кроме того, согласно настоящему изобретению может быть ожидаемым повышение ударной вязкости благодаря измельчению бывших аустенитных зерен.

- 4 025503

Вариант осуществления изобретения

Ниже подробно разъясняются существенные элементы настоящего изобретения.

(А) Химический состав.

Сначала в разделе (А) приведено разъяснение химического состава стали, используемой в способе получения согласно настоящему изобретению, и обоснования того, почему ограничен композиционный диапазон. В нижеприведенном разъяснении символ касающийся содержания каждого элемента, означает процентов по массе.

С: от 0,15 до 0,65%.

С (углерод) представляет собой элемент, необходимый для увеличения упрочняемости, прокаливаемости и повышения прочности. Однако, если содержание С составляет менее 0,15%, эффект увеличения прокаливаемости незначителен, и достаточная прочность не может быть достигнута. С другой стороны, если содержание С превышает 0,65%, становится значительной тенденция к закалочному растрескиванию, возникающему во время закалки. Поэтому содержание С составляет от 0,15 до 0,65%. Нижний предел содержания С предпочтительно составляет 0,20%, более предпочтительно 0,23%. Кроме того, верхний предел содержания С предпочтительно составляет 0,45%, более предпочтительно 0,30%.

δί: от 0,05 до 0,5%.

δί (кремний) необходим для раскисления стали, а также оказывает действие, состоящее в повышении устойчивости к размягчению при отпуске и в улучшении стойкости к 88С. Для цели раскисления и улучшения стойкости к 88С содержание δί должно составлять 0,05% или более. Однако, если δί содержится в чрезмерном количестве, сталь охрупчивается, и, в дополнение, до некоторой степени снижается стойкость к 88С. В частности, если содержание δί превышает 0,5%, значительно снижаются ударная вязкость и стойкость к 88С. Поэтому содержание δί составляет от 0,05 до 0,5%. Нижним и верхним пределами содержания δί предпочтительно являются 0,15 и 0,35% соответственно.

Мп: от 0,1 до 1,5%.

Мп (марганец) содержится для раскисления и десульфурации стали. Однако, если содержание Мп составляет менее 0,1%, вышеописанные эффекты не проявляются. С другой стороны, если содержание Мп превышает 1,5%, ухудшаются ударная вязкость и стойкость к 88С. Поэтому содержание Мп составляет от 0,1 до 1,5%, Нижним пределом содержания Мп предпочтительно является 0,15%, более предпочтительно 0,20%. Кроме того, верхний предел содержания Мп предпочтительно составляет 0,85%, более предпочтительно 0,55%.

Сг: от 0,2 до 1,5%.

Сг (хром) представляет собой элемент для обеспечения прокаливаемости и для улучшения прочности и стойкости к 88С. Однако, если содержание Сг составляет менее 0,2%, достаточные эффекты не могут быть достигнуты. С другой стороны, если содержание Сг превышает 1,5%, несколько снижается стойкость к 88С, и, кроме того, это вызывает снижение ударной вязкости. Поэтому содержание Сг составляет от 0,2 до 1,5%. Нижний предел содержания Сг предпочтительно составляет 0,35% и более предпочтительно 0,45%. Верхний предел содержания Сг предпочтительно составляет 1,28% и более предпочтительно 1,2%.

Мо: от 0,1 до 2,5%.

Мо (молибден) повышает прокаливаемость и обеспечивает прочность. Поэтому вследствие содержания Мо отпуск может быть выполнен при высоких температурах, и в результате этого форма карбидов становится сферической, и улучшается стойкость к 88С. Однако, если содержание Мо составляет менее 0,1%, эти эффекты не проявляются. С другой стороны, если содержание Мо превышает 2,5%, несмотря на тот факт, что возрастает стоимость сырьевого материала, вышеописанные эффекты в некоторой мере насыщаются. Поэтому содержание Мо составляет от 0,1 до 2,5%, Нижний предел содержания Мо предпочтительно составляет 0,3%, более предпочтительно 0,4%. Кроме того, верхний предел содержания Мо предпочтительно составляет 1,5%, более предпочтительно 1,0%.

Τι: от 0,005 до 0,50%.

Τι (титан) оказывает действие, состоящее в улучшении прокаливаемости благодаря связыванию азота (Ν), который представляет собой загрязняющую примесь в стали, и в том, что обусловливает присутствие бора (В) в растворенном состоянии в стали во время закалки. Кроме того, Τι проявляет эффект предотвращения укрупнения кристаллических зерен и аномального роста зерен во время закалки с повторного нагрева в результате образования выделивших фаз тонкодисперсных карбонитридов в процессе повышения температуры для закалки с повторного нагрева. Однако, если содержание Τι составляет менее 0,005%, эти эффекты малозначительны. С другой стороны, если содержание Τι превышает 0,50%, это приводит к снижению ударной вязкости. Поэтому содержание Τι составляет от 0,005 до 0,50%. Нижний предел содержания Τι предпочтительно составляет 0,010%, более предпочтительно 0,012%. Кроме того, верхний предел содержания Τι предпочтительно составляет 0,10%, более предпочтительно 0,030%.

А1: от 0,001 до 0,50%.

А1 (алюминий) представляет собой элемент, эффективный для раскисления стали. Однако, если содержание А1 составляет менее 0,001%, желательный эффект не может быть достигнут, и если содержание А1 превышает 0,50%, возрастает количество включений и снижается ударная вязкость, а также уменьша- 5 025503 ется стойкость к 88С вследствие укрупнения включений. Поэтому содержание А1 составляет от 0,001 до 0,50%. Нижний и верхний пределы содержания А1 предпочтительно составляют 0,005 и 0,05% соответственно. Вышеописанное содержание А1 обозначает количество кислоторастворимого А1 (растворимого в кислоте А1).

Химический состав стали, используемой в способе получения согласно настоящему изобретению (более конкретно, химический состав стали согласно настоящему изобретению (1)), включает вышеописанные элементы и остальное количество, состоящее из Ре и загрязняющих примесей, причем Νί, Р, 8, N и О среди загрязняющих примесей составляют Νί: 0,1% или менее, Р: 0,04% или менее, 8: 0,01% или менее, Ν: 0,01% или менее и О: 0,01% или менее.

Описываемые здесь загрязняющие примеси подразумевают элементы, которые в совокупности попадают в производственный процесс вследствие разнообразных факторов, в том числе с сырьевыми материалами, такими как руда или скрап, когда сталь производят в промышленном масштабе, и их содержание допустимо в пределах такого диапазона, чтобы эти элементы не оказывали вредного влияния на настоящее изобретение.

Ниже приведено разъяснение в отношении Νί, Р, 8, N и О (кислорода) в составе загрязняющих примесей.

Νί: 0,1% или менее.

Νί (никель) снижает стойкость к 88С. В частности, если содержание Νί превышает 0,1%, снижение стойкости к 88С становится весьма значительным. Поэтому содержание Νί в загрязняющих примесях составляет 0,1% или менее. Содержание Νί предпочтительно составляет 0,05% или менее и более предпочтительно 0,03% или менее.

Р: 0,04% или менее.

Р (фосфор) сегрегирует на границах зерен и снижает ударную вязкость и стойкость к 88С. В частности, если содержание Р превышает 0,04%, становится значительным снижение ударной вязкости и стойкости к 88С. Поэтому содержание Р в загрязняющих примесях составляет 0,04% или менее. Верхний предел содержания Р в загрязняющих примесях предпочтительно составляет 0,025%, более предпочтительно 0,015%.

8: 0,01% или менее.

(сера) образует крупнозернистые включения и снижает ударную вязкость и стойкость к 88С. В частности, если содержание 8 превышает 0,01%, становится значительным снижение ударной вязкости и стойкости к 88С. Поэтому содержание 8 в загрязняющих примесях составляет 0,01% или менее. Верхний предел содержания 8 в загрязняющих примесях предпочтительно составляет 0,005%, более предпочтительно 0,002%.

Ν: 0,01% или менее.

Ν (азот) связывается с бором (В) и подавляет полезное действие бора (В), состоящее в улучшении прокаливаемости. Кроме того, если содержание Ν является чрезмерным, Ν образует крупнозернистые включения с А1, Τι, ΝΒ и подобным и проявляет склонность к снижению ударной вязкости и стойкости к 88С. В частности, если содержание Ν превышает 0,01%, становится значительным снижение ударной вязкости и стойкости к 88С. Поэтому содержание Ν в загрязняющих примесях составляет 0,01% или менее. Верхний предел содержания Ν в загрязняющих примесях предпочтительно составляет 0,005%.

О: 0,01% или менее.

О (кислород) создает включения вместе с А1, 8ί и подобным. Вследствие укрупнения включений снижаются ударная вязкость и стойкость к 88С. В частности, если содержание О превышает 0,01%, становится значительным снижение ударной вязкости и стойкости к 88С. Поэтому содержание О в загрязняющих примесях составляет 0,01% или менее. Верхний предел содержания О в загрязняющих примесях предпочтительно составляет 0,005%.

Еще один химический состав стали, применяемой в способе получения согласно настоящему изобретению (более конкретно, химический состав стали согласно настоящему изобретению (2)), дополнительно включает по меньшей мере один элемент из ΝΒ, V, В, Са, Мд и КЕМ (редкоземельного металла).

Описываемый здесь КЕМ представляет общий термин в совокупности для 17 элементов из 8с, Υ и лантаноидов, и содержание КЕМ обозначает совокупное содержание одного или более элемента(ов) из КЕМ.

Ниже приведено разъяснение технологических преимуществ, которые обеспечивают ΝΒ, V, В, Са, Мд и КЕМ, и обоснования того, почему ограничивается композиционный диапазон.

(а) ΝΒ: 0,4% или менее, V: 0,5% или менее и В: 0,01% или менее.

Все элементы из ΝΒ, V и В проявляют действие, состоящее в повышении стойкости к 88С. Поэтому в случае, когда желательно достижение более высокой стойкости к 88С, эти элементы могут содержаться. Ниже разъясняются ΝΒ, V и В.

ΝΒ: 0,4% или менее.

ΝΒ (ниобий) представляет собой элемент, который образует выделившиеся фазы в виде тонкодисперсных карбонитридов и оказывает действие, которое состоит в измельчении бывших аустенитных зерен, и тем самым повышает стойкость к 88С. Поэтому ΝΒ может содержаться в случае необходимости.

- 6 025503

Однако, если содержание N0 превышает 0,4%, ухудшается ударная вязкость. Поэтому содержание N0, если он присутствует, составляет 0,4% или менее. Содержание N0, если он наличествует, предпочтительно составляет 0,1% или менее.

С другой стороны, для достижения стабильного проявления вышеописанного действия N0 содержание N0, если он имеется, предпочтительно составляет 0,005% или более и более предпочтительно 0,01% или более.

V: 0,5% или менее.

V (ванадий) образует выделившиеся фазы в форме карбидов (νϋ), когда выполняют отпуск, и повышает устойчивость к размягчению при отпуске, так что V позволяет проводить отпуск при высоких температурах. В результате V проявляет действие, которое заключается в повышении стойкости к 88С. Кроме того, V оказывает действие, состоящее в ограничении образования игольчатого Мо₂С, который становится исходной точкой для возникновения 88С, когда содержание Мо является высоким. Кроме того, благодаря содержанию V в комплексе с N0 может быть достигнута более высокая стойкость к 88С. Поэтому V может содержаться при необходимости. Однако, если содержание V превышает 0,5%, снижается ударная вязкость. Поэтому содержание V, если он присутствует, составляет 0,5% или менее. Содержание V, если он имеется, предпочтительно составляет 0,2% или менее.

С другой стороны, для достижения стабильного проявления вышеописанного действия V, содержание V, если он имеется, предпочтительно составляет 0,02% или более. В частности, в случае, когда сталь содержит 0,68% или более Мо, то для ограничения образования игольчатого Мо₂С ванадий (V) предпочтительно содержится полностью в вышеописанном количестве.

В: 0,01% или менее.

В (бор) представляет собой элемент, проявляющий действие, которое состоит в повышении прокаливаемости и улучшении стойкости к 88С. Поэтому бор (В) может содержаться при необходимости. Однако, если содержание В превышает 0,01%, в некоторой степени снижается стойкость к 88С и, кроме того, также снижается ударная вязкость. Поэтому содержание В, если он присутствует, составляет 0,01% или менее. Содержание В, если он имеется, предпочтительно составляет 0,005% или менее и более предпочтительно 0,0025% или менее.

С другой стороны, для достижения стабильного проявления вышеописанных действий бора (В) содержание В, если он имеется, предпочтительно составляет 0,0001% или более и более предпочтительно 0,0005% или более.

Однако вышеописанные эффекты от добавления бора (В) проявляются в случае, если обеспечивается присутствие бора (В) в стали в растворенном состоянии. Поэтому в случае, если содержится В, химический состав предпочтительно регулируют таким образом, чтобы, например, содержался Τι в количестве, способном связать N имеющий высокое сродство к бору (В), в виде нитридов.

(0) Са: 0,005% или менее, Мд: 0,005% или менее и КЕМ: 0,005% или менее.

Все из Са, Мд и КЕМ реагируют с серой (8), присутствующей в качестве загрязняющей примеси в стали, с образованием сульфидов и проявляют действие, состоящее в улучшении формы включений и тем самым повышении стойкости к 88С. Поэтому данные элементы могут содержаться при необходимости. Однако, если любой элемент содержится в количестве, превосходящем 0,005%, в некоторой степени снижается стойкость к 88С, а также происходит снижение ударной вязкости, и, кроме того, вероятно появление дефектов, часто на поверхности стали. Поэтому содержание любого из Са, Мд и КЕМ, если они присутствуют, составляет 0,005% или менее. Содержание любого из этих элементов, если они имеются, предпочтительно составляет 0,003% или менее.

С другой стороны, для достижения стабильного проявления вышеописанного действия Са, Мд и КЕМ содержание любого из этих элементов, если они присутствуют, предпочтительно составляет 0,001% или более.

Как уже было описано, КЕМ представляет общий термин в целом для 17 элементов из 8с, Υ и лантаноидов, и содержание КЕМ обозначает совокупное содержание одного или более элемента(ов) из КЕМ.

Как правило, КЕМ содержится в форме мишметалла. Поэтому КЕМ может быть добавлен, например, в форме мишметалла и может содержаться так, что количество КЕМ находится в вышеописанном диапазоне.

Может содержаться только любой один элемент из Са, Мд и КЕМ или два или более элементов могут содержаться совместно. Совокупное содержание этих элементов предпочтительно составляет 0,006% или менее и более предпочтительно 0,004% или менее.

(В) Способ получения.

Далее в разделе (В) приведено подробное разъяснение способа получения высокопрочного стального материала с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением согласно настоящему изобретению.

В способе получения высокопрочного стального материала с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением в соответствии с настоящим изобретением сталь, которая имеет химический состав, описанный в разделе (А), и которая была подвергнута горячей обработке с придани- 7 025503 ем желательной формы, подвергают обработке последовательно в следующих стадиях:

[1] стадия, в которой нагревают сталь до температуры, которая превышает точку Ас превращения и является более низкой, чем точка Ас₃ превращения, и охлаждают сталь;

При последовательном выполнении стадий согласно пунктам [1]-[3] может быть достигнуто измельчение бывших аустенитных зерен, может быть при низких затратах получен высокопрочный стальной материал с превосходной стойкостью к §§С, и, кроме того, может быть ожидаемым улучшение ударной вязкости благодаря измельчению бывших аустенитных зерен.

Если сталь имеет химический состав, описанный в разделе (А), и была подвергнута горячей обработке с приданием желательной формы, история изготовления до выполнения стадии [1] не является предметом любого конкретного ограничения. Например, если сталь получают обычным способом, в котором после выплавки формируют слиток или отлитую заготовку, и сталь подвергают горячей обработке с приданием желательной формы любым способом, таким как горячая прокатка или горячая ковка, то после горячей обработки для придания желательной формы сталь может быть охлаждена с низкой скоростью охлаждения, такой как при охлаждении воздухом, или может быть охлаждена с высокой скоростью охлаждения, такой как при охлаждении водой.

Обоснование этого является таким, как описано ниже. Даже если любую обработку проводят после горячей обработки для придания желательной формы, то последовательным выполнением после этого стадий [1]-[3] формируют микроструктуру, состоящую главным образом из тонкодисперсного мартенсита отпуска, после того, как на стадии [3] была завершена обработка для отпуска при температуре не выше, чем точка Ас1 превращения.

Нагрев на стадии [1] должен быть выполнен при температуре, превышающей точку Ас₁ превращения, и более низкой, чем точка Ас₃ превращения. В случае когда температура нагрева отклоняется от вышеописанного температурного диапазона, то даже если в следующей стадии [1] выполняют закалку, в некоторых случаях достаточное измельчение бывших аустенитных зерен не может быть реализовано.

Стадия [1] необязательно должна быть конкретно ограниченной, за исключением того, что нагрев выполняют при температуре, превышающей точку Ас₁ превращения, и более низкой, чем точка Ас₃ превращения, т.е. при температуре в двухфазной области феррита и аустенита.

Даже если термическую обработку выполняют при таком условии, что значение РЬ, описываемое выражением

РЬ = (Т + 273) X (20 + 1ο§₁₀ΐ), где Т представляет температуру нагрева (°С); ΐ представляет продолжительность нагрева (ч), превышает 23500, измельчение аустенитных зерен при закалке во второй стадии [2] проявляет тенденцию к насыщению, и только возрастает стоимость.

Поэтому термическую обработку предпочтительно выполняют при условии, что значение РЬ составляет 23500 или меньше. Что касается продолжительности нагрева, то в зависимости от типа печи, используемой для нагрева, желательно время по меньшей мере 10 с. Кроме того, охлаждение после термической обработки предпочтительно представляет собой охлаждение воздухом.

После стадии [1] сталь подвергают обработке на стадии, в которой проводят повторный нагрев до температуры не ниже, чем точка Ас₃ превращения на стадии [2], т.е. до температуры в аустенитном температурном диапазоне, и закалку быстрым охлаждением, в результате чего достигают измельчения аустенитных зерен.

Если температура повторного нагрева на стадии [2] превышает величину (точка Ас3 превращения + 100°С), бывшие аустенитные зерна иногда укрупняются. Поэтому температура повторного нагрева на стадии [2] предпочтительно составляет величину (точка Ас₃ превращения + 100°С) или ниже.

Способ закалки необязательно должен быть предметом любого конкретного ограничения. Как правило, применяют метод охлаждения водой, однако, пока при закалочной обработке происходит мартенситное превращение, сталь может быть подвергнута быстрому охлаждению надлежащим способом, таким как метод закалки туманом.

После стадии [2] сталь подвергают обработке на стадии, в которой проводят отпуск при температуре не выше, чем точка Ас₁ превращения на стадии [3], т.е. при температуре в температурном диапазоне, в котором не происходит обратное превращение в аустенит, в результате чего может быть получен высокопрочный стальной материал с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением. Нижний предел температуры отпуска может надлежащим образом определяться химическим составом стали и прочностью, требуемой для стального материала. Например, отпуск может быть выполнен при более высокой температуре для снижения прочности, и, с другой стороны, при более низкой температуре для повышения прочности. В качестве метода охлаждения после отпуска желательно охлаждение воздухом.

- 8 025503

Ниже способ получения стального материала в соответствии с настоящим изобретением разъясняется более подробно в отношении ситуации, когда в качестве примера изготавливают бесшовную стальную трубу.

В случае, когда высокопрочный стальной материал с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением представляет собой бесшовную стальную трубу, изготавливают заготовку, имеющую химический состав, описанный в разделе (А).

Заготовка может быть получена на блюминге в виде стальной заготовки, такой как чушка или сляб, или может быть отлита в процессе непрерывного литья (СС) в виде цилиндрического материала. Разумеется, заготовка также может быть сформирована в виде слитка.

Из заготовки горячей прокаткой получают трубу. В частности, сначала заготовку нагревают до температуры в температурном диапазоне, в котором может быть выполнена прошивка, и подвергают ее обработке в процессе горячей прошивки в гильзу. Температура нагрева заготовки перед прошивкой обычно варьирует в диапазоне от 1100 до 1300°С.

Средства для горячей прошивки не являются обязательно ограниченными. Например, полая гильза может быть получена способом прошивки фирмы по методу Маннесманна или т.п.

Полученную полую гильзу подвергают обработке для удлинения и чистовой обработке.

Обработка для удлинения представляет собой стадию изготовления бесшовной стальной трубы, имеющей желательную форму и размер, путем удлинения полой гильзы, полученной прошивкой с помощью прошивного пресса и регулированием размера. Эта стадия может быть выполнена с использованием, например, непрерывного трубопрокатного стана или стана для прокатки бесшовных труб на оправке. Кроме того, чистовая обработка может быть проведена с использованием экспандера или тому подобного.

Степень раздачи при обработке для удлинения и чистовой обработке необязательно является ограниченной. Температура доводки при чистовой обработке предпочтительно составляет 1100°С или ниже. Однако, если температура чистовой обработки превышает 1050°С, иногда проявляется тенденция к укрупнению кристаллических зерен. Поэтому температура доводки при чистовой обработке более предпочтительно составляет 1050°С или ниже. При температуре не выше 900°С выполнение обработки становится затруднительным вследствие повышения сопротивления деформированию, так что изготовление трубы предпочтительно выполняют при температуре, превышающей 900°С.

Как показано в настоящем изобретении (3), бесшовная стальная труба, которая была подвергнута горячей чистовой обработке, может быть охлаждена воздухом как есть. Описываемое здесь охлаждение воздухом включает так называемое естественное охлаждение или оставление остывать.

Дополнительно, как показано в настоящем изобретении (4), бесшовная стальная труба, которая была подвергнута горячей чистовой обработке, может быть дополнительно нагрета при температуре не ниже, чем точка Аг₃ превращения, и не выше 1050°С в поточной линии, и подвергнута закалке от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, т.е. при температуре в аустенитном температурном диапазоне. В этом случае, поскольку в последующей стадии [2] выполняют две закалочных обработки, включающих закалку с повторного нагрева, может быть достигнуто измельчение кристаллических зерен.

Если бесшовную стальную трубу дополнительно нагревают при температуре, превышающей 1050°С, становится значительным укрупнение аустенитных зерен, и даже если в последующей стадии [2] выполняют закалку с повторного нагрева, достижение измельчения бывших аустенитных зерен в некоторых случаях становится затруднительным. Верхний предел температуры дополнительного нагрева предпочтительно составляет 1000°С. В качестве способа закалки от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, как правило, является экономически целесообразным способ охлаждения водой, однако может быть использован любой способ, в котором происходит мартенситное превращение, и, например, может быть применен способ охлаждения водяным туманом.

Кроме того, как показано в настоящем изобретении (5), бесшовная стальная труба, которая была подвергнута горячей чистовой обработке, может быть подвергнута прямой закалке от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, т.е. от температуры в аустенитном температурном диапазоне. В этом случае, поскольку в последующей стадии [2] выполняют две закалочные обработки, включающие закалку с повторного нагрева, может быть достигнуто измельчение кристаллических зерен. В качестве способа закалки от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, как правило, является экономически целесообразным способ охлаждения водой, однако может быть использован любой способ, в котором происходит мартенситное превращение, и, например, может быть применен способ охлаждения водяным туманом.

В вышеописанных способах бесшовную стальную трубу, которая была подвергнута горячей чистовой обработке и затем охлаждению, подвергают обработке на стадии нагрева стали до температуры, превышающей точку Ас₁ превращения, и более низкой, чем точка Ас₃ превращения, и охлаждают сталь на стадии [1], которая является характеристической стадией настоящего изобретения.

В нижеприведенном разъяснении нагрев, выполняемый перед стадией [2], т.е. нагрев на стадии [1], иногда называется промежуточной термической обработкой.

- 9 025503

Промежуточную термическую обработку предпочтительно выполняют с помощью нагревательного устройства, соединенного с устройством для закалки в технологической линии термической обработки, когда бесшовную стальную трубу, которая была подвергнута горячей чистовой обработке, дополнительно нагревают при температуре не ниже, чем точка Аг₃ превращения, и не выше 1050°С в поточной линии, закаливают от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, и затем подвергают промежуточной термической обработке, как показано в настоящем изобретении (6). Кроме того, промежуточную термическую обработку предпочтительно проводят с помощью нагревательного устройства, соединенного с закалочным устройством, которое выполняет прямую закалку, когда бесшовную стальную трубу, которая была подвергнута горячей чистовой обработке, подвергают прямой закалке от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, и затем подвергают промежуточной термической обработке, как показано в настоящем изобретении (7). С использованием нагревательных устройств достигается достаточный эффект ограничения сезонного растрескивания.

Как уже было описано, условия нагрева на стадии [1] необязательно должны быть ограничены, за конкретным исключением того, что нагрев выполняют при температуре, превышающей точку Ас₁ превращения и более низкой, чем точка Ас₃ превращения, т.е. при температуре в двухфазной области феррита и аустенита.

Бесшовную стальную трубу, подвергнутую обработке на стадии [1], повторно нагревают и закаливают на стадии [2] и дополнительно подвергают отпуску на стадии [3].

Вышеописанными способами может быть получена высокопрочная бесшовная стальная труба, которая имеет превосходную стойкость к §§С и с помощью которых также может быть ожидаемым улучшение ударной вязкости.

Ниже настоящее изобретение разъясняется более конкретно с привлечением примеров. Настоящее изобретение не ограничивается этими примерами.

Примеры

Пример 1.

Компоненты каждой из сталей от А до Ь, имеющих приведенные в табл. 1 химические составы, были отрегулированы в конвертере, и каждую из сталей от А до Ь подвергли обработке на стадии, на которой проводили непрерывное литье, в результате чего получили заготовку, имеющую диаметр 310 мм. Табл. 1 дополнительно приводит величины точки Ас₁ превращения и точки Ас₃ превращения, которые были рассчитаны с использованием описанных ниже формул Эндрю [1] и [2] (см. Κ.ν. Апбге\у: Л81, 203 (1965), р. 721-727). Для каждой стали Си, V и Ак не обнаруживались в концентрации до такой степени, чтобы оказывать влияние на расчетное значение.

Точка Ас₁ (°С) = 723 + 29,1 х δΐ - 10,7 х Мп - 16,9 х Νί + 16,9 х Сг + 6,38 х V + 290 х Ак ... [1].

Точка Ас₃ (°С) = 910 - 203 х С^0,5 + 44,7 х δί - 15,2 х Νί + 31,5 х Мо + 104 х V + 13,1 х V - (30 х Мп + 11 х Сг + 20 х Си -700 х Р - 400 х А1 - 120 х Ак - 400 х Τι) ... [2], где каждый символ из С, δί, Мп, Си, Νί, Сг, Мо, V, Τί, А1, V, Ак и Р в формулах обозначает содержание в мас.% этого элемента.

Таблица 1

Сталь	Химический состав (в % по массе, остальное количество: Ре и загрязняющие примеси)	Ас, (°С)	Ас₃ <°С)
С	5ί	Мп	Р	8	ΝΪ	Сг	Мо	ΤΊ	А1	N	О	V	N6	в	Са	м§
А	0,26	О	0,46	0,011	0,0005	0,03	1,03	0,70	0,013	0,026	0,0043	0,0013	0,09	0,013	0,0011	0,0014	-	743	848
В	0,26	0,31	0,43	0,007	0,0005	0,03	1,06	0,68	0,014	0,040	0,0038	0,0006	0,09	0,028	0,0011	-		745	852
С	0,27	0,29	0,47	0,007	0,0005	0,03	1,04	0,71	0,014	0,040	0,0035	0,0012	0,09	0,014	-	ο,οοΐ3		743	850
ϋ	0,26	0,29	0,43	0,009	0,0028	0,03	1,05	0,69	0,018	0,037	0,0031	0,0006	-	0,028	0,0012	0,0012		744	845
Е	0,26	0,24	0,44	0,009	0,0047	0,03	1,02	0,45	0,026	0,036	0,0042	0,0010	-	0,027	0,0012	0,0010		742	838
Р	0,27	0,35	0,43	0,012	0,0008	0,01	0,63	0,32	0,013	0,048	0,0035	0,0012	0,05	-	0,0010	0,0023		739	848
С	0,35	0,26	0,43	0,011	0,0010	0,01	1,01	0,69	0,016	0,035	0,0036	0,0013	0,10	0,015	-	0,0015	-	743	837
н	0,40	0,26	0,43	0,011	0,0009	0,01	1,00	0,70	0,016	0,034	0,0027	0,0011	0,10	0,029	0,0010	0,0016	0,0005	743	829
I	0,39	0,27	0,41	0,014	0,0006	0,01	0,21	1,96	0,015	0,021	0,0032	0,0015	0,10	0,029	0,0011	0,0021		730	877
I	0,48	0,31	0,47	0,012	0,0014	0,01	1,06	0,67	0,010	0,029	0,0034	0,0008	0,10	0,012	-	0,0018		745	813
к	0,64	0,24	0,40	0,009	0,0009	0,01	1,00	0,71	0,010	0,028	0,0033	0,0009	0,10	0,014	-	0,0023		742	789
ь	0,27	0,30	0,35	0,008	0,0012	0,01	0,85	0,95	0,007	0,035	0,0035	0,0012	-	-	-	-	-	758	828

Заготовку нагревали до температуры 1250°С и после этого подвергали горячей обработке и чистовой обработке с образованием бесшовной стальной трубы, имеющей желательную форму. В частности, заготовку, которая была нагрета до температуры 1250°С, сначала подвергли прошивке с использованием прошивного пресса фирмы Маппектапп для получения полой гильзы. Затем полую гильзу подвергли обработке для удлинения с использованием стана для прокатки бесшовных труб на оправке и чистовой обработке с использованием редукционного стана для прокатки труб с натяжением, и провели чистовую обработку с образованием бесшовной стальной трубы, имеющей наружный диаметр 244,48 мм, толщину стенки 13,84 мм и длину 12 м. Температура чистовой обработки при обработке для сокращения диаметра с использованием редукционного стана для прокатки труб с натяжением составляла около 950°С во всех

- 10 025503 случаях.

Бесшовную стальную трубу, подвергнутую чистовой обработке для придания вышеописанных размеров, охладили в условиях, приведенных в табл. 2.

Обозначение 1Б-О в табл. 2 показывает, что обработанную бесшовную стальную трубу дополнительно нагревали в условиях температуры 950°С х 10 мин в поточной линии и закаливали охлаждением водой. Обозначение ОЦ показывает, что обработанную бесшовную стальную трубу охлаждали водой от температуры не ниже 900°С, которая представляет собой температуру не ниже, чем точка Лг₃ превращения, без проведения дополнительного нагрева, и подвергали прямой закалке. Обозначение ЛК показывает, что обработанную бесшовную стальную трубу охлаждали на воздухе до комнатной температуры.

Полученную таким образом бесшовную стальную трубу разрезали на куски и подвергли промежуточной термической обработке экспериментально в условиях, приведенных в табл. 2. Охлаждение после промежуточной термической обработки было охлаждением на воздухе. Символ в колонке Промежуточная термическая обработка в табл. 2 показывает, что промежуточную термическую обработку не выполняли.

Из стальной трубы, охлажденной на воздухе после промежуточной термической обработки, вырезали испытательный образец для измерения твердости, и измерили твердость по Роквеллу, шкала С (далее сокращенно обозначаемую НКС). Измерение НКС проводили по соображениям оценки устойчивости к сезонному растрескиванию. Если значение НКС составляет 41 или менее, в частности, 40 или менее, можно сделать вывод, что возникновение сезонного растрескивания может быть подавлено. Для бесшовной стальной трубы при условии АК, т.е. стальной трубы, которая была охлаждена на воздухе до комнатной температуры после чистовой обработки, сезонное растрескивание не будет возникать, поскольку стальная труба не была закалена. Поэтому для стальной трубы, подвергнутой также промежуточной термической обработке, измерение НКС не проводили.

Затем стальную трубу, охлажденную на воздухе после промежуточной термической обработки, подвергли закалке с повторного нагрева экспериментально на стадии [2], в которой стальную трубу нагревали при температуре 920°С в течение 20 мин и закалили. Что касается закалки с повторного нагрева, то для стальных труб с использованием сталей А-Р и Ь стальную трубу подвергли закалке погружением в резервуар, или быстрым охлаждением с использованием струи воды, и для стальных труб с использованием сталей О-К стальную трубу охлаждали распылением тумана.

После закалки с повторного нагрева исследовали размер бывших аустенитных зерен. То есть вырезали испытательный образец подвергнутой закалке с повторного нагрева стальной трубы таким образом, что его поперечное сечение, перпендикулярное направлению длины трубы (направлению изготовления трубы), представляет собой исследуемую поверхность, и залили смолой. Тем самым выявляли границу бывших аустенитных зерен методом Беше-Божара (ВесЬе1-Веаи)агД), в котором испытательный образец протравливали насыщенным водным раствором пикриновой кислоты, и размер бывших аустенитных зерен исследовали в соответствии со стандартом А8ТМ Е112-10.

табл. 3 дополнительно приводит значения НКС в случае, когда стальную трубу охлаждали на воздухе после промежуточной термической обработки, и результаты измерения размера бывших аустенитных зерен после закалки с повторного нагрева. В табл. 2, для простоты описания, вышеуказанное значение НКС описывалось как НКС после промежуточной термической обработки.

- 11 025503

Таблица 2

Испы- тание №	Сталь	Условия охлаждения	Промежуточная термическая обработка	НЕС после промежуточной термической обработки	Размер бывших аустенитных зерен после закалки с повторного нагрева
Температура нагрева (°С)	Продолжи- тельность нагрева (мин)	Значение РЬ
1	А	1ЬО	760	60	20660	20,3	10.0	Пример согласно изобретению
2	А	1ЬО	780	60	21060	24,4	10.6
3	А	1ЬО	800	30	21137	24,7	10.1
4	А	и 0	720 *	30	19561	30,0	8.4	Сравнительный пример
5	А	и 0	740 *	30	19955	26,1	8,5
6	А	АК	*		-	-	8,4
7	В	ШО	780	30	20743	24,5	10.3	Пример согласно изобретению
δ	В		780	30	20743	25,2	10.4
9	В	АК	780	60	20660	-	10.4
10	В	1Ь	550 *	30	16212	40,8	8.8	Сравнительный пример
И	В	с<3	550 *	30	16212	40,7	9.1
12	В	АК	*		-	-	8.3
13	С	ШО	760	180	21153	20.0	10,4	Пример согласно изобретению
14	С	ШО	780	30	20743	24.6	10,3
15	с	1ЬО	780	180	21562	23.8	10,4
16	с	1ЬО	800	180	21972	23.4	10,3
17	с	1ЬО	830	120	22392	28.5	10,0
18	с	1ИЗ	740 *	30	19955	22.4	8,4	Сравнительный пример
19	ϋ	1142	760	30	20349	18.3	10,0	Пример согласно изобретению
20	ϋ	1142	760	180	21153	17.2	10,2
21	ϋ	1142	780	30	20743	22.4	10,5
22	ϋ	1142	780	180	21562	24.1	10,3
23	ϋ	1142	830	90	22254	30.3	10,0
24	ϋ		780	30	20743	22.2	10,4
25	ϋ	1142	650 *	30	18182	39.1	8,8	Сравнительный пример
26	Ε	ш(2	760	30	20349	16.6	10,0	Пример согласно

27	Е	1Ь0>	760	60	20660	16.3	10,1	изобретению
28	Е	11X2	760	180	21153	15.3	10,5
29	Е	1143	780	180	21562	19.5	10,5
30	Е	ьц	780	30	20743	17.1	10,3
31	Е		710 *	180	20129	21.8	8.3	Сравнительный пример
32	Е	и(3	710 *	300	20347	20,1	8.3
33	Р	н(3	770	50	20777	17,0	9.7	Пример согласно изобретению
34	Р	АК	770	50	20777	17,2	9.6
35	Р	и_(3	600	30	17197	30,4	8.3	Сравнительный пример
36	с	и(3	760	60	20660	20,0	10.1	Пример согласно изобретению
37	с	и(3	760	180	21153	20,5	10.5
38	с	и(3	780	180	21562	21,1	10.5
39	О	ϋ<3	800	30	21137	24,3	10.3
40	н	АК	760	60	20660	19,5	10.2
41	н	АК	760	180	21153	19,2	10.5
42	н	АК	780	30	20743	20,4	10.5
43	I	АК	760	60	20660	22,5	10.8
44	I	АК	780	30	20743	23.8	10,8
45	д	АК	780	30	20743	25.5	11.1
46	к	АК	780	30	20743	26.5	11.2
47	ь	АК	810	60	21660	24.0	9.5

РЬ = (Т + 273) X (20 +1О8,_Л[) [где Е представляет температуру нагрева СО, и ί представляет продолжительность нагрева (час)] «-» в колонке «Промежуточная термическая обработка» покатывает, что промежуточную термическую обработку не выполняли «—» в колонке «НЕС после промежуточной термической обработки» покатывает, что измерение НКС не проводили, ^покашваеБчтоусловияне2ДОвлетео£шотзаданнымв21астоя1цем2^22б222£2121^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^—

Табл. 2 ясно демонстрирует, что, независимо от условий охлаждения бесшовной стальной трубы, в кодовых номерах примерных вариантов осуществления настоящего изобретения, в которых стальную трубу охлаждали после нагрева ее при температуре, превышающей точку Ас превращения, и более низкой, чем точка Ас₃ превращения, как определено в настоящем изобретении, т.е. при температуре в двухфазной области феррита и аустенита, размер бывших аустенитных зерен после закалки с повторного нагрева составлял 9,5 в кодовом номере 47 даже в случае наиболее крупных зерен и во многих случаях составлял 10 или более, показывая тонкодисперсные зерна.

В то время как размеры бывших аустенитных зерен кодовых номеров 9, 34 и 40-47 примерных вариантов осуществления настоящего изобретения составляли от 9,5 до 11,2, размеры бывших аустенитных зерен кодовых номеров 6 и 12 сравнительных примеров были 8,4 и 8,3 соответственно. Очевидно, что даже в случае, когда бесшовную трубу охлаждали воздухом и не закаливали после чистовой обработки, если стальную трубу изготавливали способом в соответствии с настоящим изобретением, может быть достигнуто превосходное измельчение.

Более того, в примерных вариантах осуществления настоящего изобретения значение ИКС в случае, когда стальную трубу охлаждали воздухом после промежуточной термической обработки, составляло 30,3 или менее, так что сезонное растрескивание не будет возникать.

Напротив, в кодовых номерах сравнительных примеров, в которых стальную трубу охлаждали после нагрева при температуре не выше, чем точка Ас₁ превращения, с отклонением от условий, определенных в настоящем изобретении, размеры бывших аустенитных зерен после закалки и повторного нагрева составляли не более 9,1 (кодовый номер 11), и зерна были крупными по сравнению с примерными вариантами осуществления настоящего изобретения.

- 12 025503

Как было описано выше, очевидно, что в результате обработки стали, которая имеет химический состав, определенный в настоящем изобретении, и была подвергнута горячей обработке для придания желательной формы, последовательно в условиях стадий [1] и [2], определенных в настоящем изобретении, т.е. при охлаждении стали, которая была нагрета при температуре, превышающей точку Ас1 превращения, и более низкой, чем точка Ас₃ превращения, и затем повторном нагреве стали до температуры не ниже, чем точка Ас₃ превращения и закалке ее быстрым охлаждением, бывшие аустенитные зерна могут быть сделаны мелкими. В результате измельчения бывших аустенитных зерен может быть ожидаемым улучшение стойкости к §§С и ударной вязкости.

Пример 2.

Для подтверждения улучшения стойкости к §§С вследствие измельчения бывших аустенитных зерен, причем улучшение было достигнуто способом согласно настоящему изобретению, некоторые из стальных труб, подвергнутых описанной выше закалке с повторного нагрева (пример 1), были подвергнуты отпуску на стадии [3]. Отпуск выполняли на стадиях, на которых нагревали стальную трубу при температуре от 650 до 710°С в течение времени от 30 до 60 мин так, чтобы отрегулировать предел текучести (Υδ) на величину от 655 до 862 МПа (от 95 до 125 кк1), и охлаждали после отпуска в условиях охлаждения на воздухе.

Табл. 3 приводит конкретные условия отпуска вместе с условиями охлаждения после чистовой обработки бесшовной стальной трубы, и размеры бывших аустенитных зерен после закалки и повторного нагрева. Кодовые номера в табл. 3 соответствуют кодовым номерам в вышеописанной табл. 2 (пример 1). Кроме того, буквенные обозначения а-6, приписанные кодовым номерам 7 и 8, представляют собой пометки, означающие, что условия отпуска были изменены.

Из каждой подвергнутой отпуску стальной трубы вырезали испытательный образец для измерения твердости, чтобы измерить ИКС.

Кроме того, из стальной трубы вырезали образец в виде круглого стержня для испытания на растяжение, регламентированного стандартом ΝΑί'Έ ТМ0177 МеШоб А, причем испытательный образец имеет параллельный участок, имеющий наружный диаметр 6,35 мм и длину 25,4 мм, таким образом, что его продольное направление соответствует направлению длины стальной трубы (направлению изготовления трубы), и исследовали механические характеристики растяжения при комнатной температуре. На основе результатов этого исследования испытание при постоянной нагрузке, регламентированное стандартом ЫАСЕ ТМ0177 МсОюб А, провели для проверки стойкости к δδΟ

В качестве испытательного раствора для исследования стойкости к 88С использовали водный раствор из 0,5% уксусной кислоты + 5% хлорида натрия. В то время как в этот раствор подавали газообразный сероводород под давлением 0,1 МПа, прилагали нагрузку в 90% от фактически измеренного значения Υδ (далее называемую 90%ΑΥδ) или нагрузку в 85% от номинального нижнего предела Υδ (далее называемую 85%δΜΥδ), тем самым провели испытание при постоянной нагрузке.

Более конкретно, в кодовых номерах 1-5, 14, 21, 23, 26, 38, 42 и 44-47, приведенных в табл. 3, испытание при постоянной нагрузке проводили приложением 90%ΑΥδ. Кроме того, в кодовых номерах 7а-12 и 33-35 испытание при постоянной нагрузке проводили приложением нагрузки 645 МПа как 85%δΜΥδ с учетом уровня прочности как класса 110 кк1, в котором Υδ составляет от 758 до 862 МПа (от 110 до 125 Κκί). по результату исследования механических характеристик при растяжении. В каждом из кодовых номеров стойкость к δδС оценивали по кратчайшему времени разрушения при проведении 2 или 3 испытаний. Когда разрушение не происходило при испытании в течение 720 ч, в этот момент испытание при постоянной нагрузке прекращали.

Табл. 3 дополнительно приводит результаты исследования НКС, механические характеристики при растяжении и стойкость к δδΟ Кратчайшее время разрушения >720 в колонке Стойкость к δδί'.' показывает, что все испытательные образцы не разрушились при испытании в течение 720 ч. В вышеописанном случае, в табл. 3, отметка О была указана в колонке Оценка в отношении стойкости к δδС как означающая превосходный уровень. С другой стороны, в случае, когда время разрушения составляет не дольше 720 ч, отметка х была указана в колонке Оценка в отношении стойкости к δδС как означающая плохой уровень.

- 13 025503

Таблица 3

Испытание №	Сталь	Условия охлажде- ния	Размер бывших аустенитных зерен после закалки с повторного нагрева	Отпуск	ИКС	Механические характеристики при растяжении	Стойкость к ВВС
Температура нагрева (°С)	Продол- житель- ность нагрева (мин)	Υ5 (МРа)	ТВ (МРа)	ΥΚ <%)	Напряжение под нагрузкой	Крат- чайшее время разруше ния (ч)	Оценка
1	А	1Ь0>	10.0	705	45	27.1	800	884	90.5	90%ΑΥ5	>720	³	Пример согласно изобретению
2	А	1Ь0>	10.6	705	45	27.1	802	879	91.2	90%ΑΥ5	>720	о
3	А	1Ь0>	10.1	705	45	28.4	824	904	91.2	90%ΑΥ5	>720	о
4 а	А	и_0	8,4	705	45	27.2	777	878	88.5	90%ΑΥΒ	286,3		Сравнительный пример
5 *	А	н_О	8,5	705	45	26.9	779	873	89.2	90%ΑΥ5	330	^х
7а	В	1Ь0>	10,3	710	30	27,4	792	867	91,4	85%5ΜΥ5	>720	°	Пример согласно изобретению
7Ь	В	1Ь0>	10,3	700	45	27,3	838	921	90,9	85%5ΜΥ5	>720
7с	В	1Ь0>	10,3	700	45	28,7	841	916	91,8	85%5ΜΥ5	>720
7Н	в	1Ь0>	10,3	700	30	29,3	863	934	92,3	85%5ΜΥ5	>720
8а	в	СЦ	10.4	705	60	27.6	783	853	91.8	85%5ΜΥ5	>720
8Ь	в	СЦ	10.4	705	30	27.7	811	887	91.4	85%5ΜΥ5	>720
8с	в		10.4	700	45	29.7	835	911	91.7	85%5ΜΥ5	>720	о
9	в	АК	10.4	705	30	27.6	801	885	90.6	85%5ΜΥ5	>720	о
10 *	в	1Ь	8,8	710	30	28,3	804	893	90,0	85%8ΜΥ5	231	^х	Сравнительный пример
И *	в		9,1	705	30	29,9	814	904	90,1	85%5ΜΥ5	368	^х

12 *	В	АК	8.3	710	30	26,8	798	895	89,1	85%ΒΜΥΒ	479,6	^χ
14	С	1ЬО	10,3	705	60	27,0	782	861	90,8	90%ΑΥ5	>720		Пример согласно изобретению
21	ϋ	и_С>	10.5	705	30	23.5	723	829	87.2	90%ΑΥ3	>720	0
23	ϋ	и_С>	10.0	705	30	24.1	737	828	89.0	90%ΑΥ3	>720	0
26	Е	и_С>	10.0	695	30	25.0	729	832	87.6	90%ΑΥ3	>720	0
33	Р	и_С>	9.7	680	60	26.3	793	862	92.0	85%5ΜΥ5	>720	0
34	Р	АК	9.6	685	45	25.8	789	865	91.2	85%5ΜΥ5	>720	0
35 *	Р		8.3	650	30	27,0	810	912	88,8	85%ΒΜΥΒ	205	³	Сравн тельный пример
38	О	1ЬО	10,5	700	60	28,5	826	907	91,1	90%ΑΥ5	>720		Пример согласно изобретению
42	н	АК	10,5	705	60	29,1	839	932	90,0	90%ΑΥΒ	>720
44	I	АЕ	10,8	690	60	29,9	897	933	96,1	90%ΑΥΒ	>720
45	д	АК	11.1	710	60	29,7	863	939	92,0	90%ΑΥΒ	>720
46	к	АК	11.2	705	60	30,5	887	943	94,1	90%ΑΥΒ	>720
47	ь	АК	9.5	700	60	23,0	703	790	89,0	90%ΑΥ5	>720

«>720» в колонке «Стойкость к ВВС» показывает, что все испытательные образцы не разрушились при испытании в течение 720 часов.

«О» в колонке «Оценка» приведено в отношении стойкости к 55С как превосходной. С другой стороны, в случае, когда время разрушения составляет не дольше 720 часов, отметка « *» была указана в колонке «Оценка» в отношении стойкости к ВВС как означающая плохой уровень.

* показывает, что условия не удовлетворяют заданным в настоящем изобретении.

Табл. 3 ясно показывает, что при подвергании стали, в которой измельчение бывших аустенитных зерен достигнуто последовательным выполнением стадий [1] и [2], определенных в настоящем изобретении, до обработки для отпуска на стадии [3], может быть достигнута превосходная стойкость к 88С.

Промышленная применимость

Согласно настоящему изобретению, поскольку измельчение бывших аустенитных зерен может быть реализовано экономически выгодным путем, высокопрочный стальной материал с превосходной стойкостью к 88С может быть получен при низких затратах. Кроме того, с помощью настоящего изобретения бесшовная нефтепромысловая труба из высокопрочной низколегированной стали с превосходной стойкостью к 88С может быть изготовлена с относительно низкими расходами. Кроме того, согласно настоящему изобретению, благодаря измельчению бывших аустенитных зерен может быть ожидаемым улучшение ударной вязкости.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

[1] стадия, на которой нагревают сталь до температуры, превышающей точку Ас₁ превращения, и более низкой, чем точка Ас₃ превращения, и охлаждают сталь;

[1] стадия, на которой нагревают сталь до температуры, превышающей точку Ас₁ превращения, и более низкой, чем точка Ас₃ превращения, и охлаждают сталь;

1. Способ изготовления высокопрочного стального изделия с улучшенной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением, в котором сталь, которая имеет химический состав, состоящий (в мас.%) из С: 0,15-0,65; δί: 0,05-0,5; Мп: 0,1-1,5; Сг: 0,2-1,5; Мо: 0,1-2,5; Τι: 0,005-0,50; А1: 0,001-0,50 и остального количества из Ре и загрязняющих примесей, причем Νί, Р, δ, N и О среди загрязняющих примесей составляют: Νί: 0,1% или менее, Р: 0,04% или менее, δ: 0,01% или менее, Ν: 0,01% или менее и О: 0,01% или менее, и которая была подвергнута горячей обработке с приданием требуемой формы, последовательно подвергают обработке на следующих стадиях [1]-[3]:
[2] стадия, на которой повторно нагревают сталь до температуры не ниже, чем точка Ас₃ превращения, и закаливают сталь быстрым охлаждением; и [3] стадия, на которой проводят отпуск стали при температуре не выше, чем точка Ас₁ превращения; причем:

(a) ΝΕ 0,4% или менее, V: 0,5% или менее и В: 0,01% или менее;

(b) Са: 0,005% или менее, Мд: 0,005% или менее и КЕМ: 0,005% или менее.

2. Способ изготовления высокопрочного стального изделия с улучшенной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением, в котором сталь, которая имеет химический состав, состоящий (в мас.%) из С: 0,15-0,65; δί: 0,05-0,5; Мп: 0,1-1,5; Сг: 0,2-1,5; Мо: 0,1-2,5; Τι: 0,005-0,50; А1: 0,001-0,50; по меньшей мере одного элемента, выбранного из показанных в пунктах (а) и (Ь), и остального количества из Ре и загрязняющих примесей, причем Νί, Ρ, δ, N и О среди загрязняющих примесей составляют: Νί: 0,1% или менее, Р: 0,04% или менее, δ: 0,01% или менее, Ν: 0,01% или менее и О: 0,01% или менее, и которая была подвергнута горячей обработке с приданием требуемой формы, последовательно подвергают обработке на следующих стадиях [1]-[3]:

[2] стадия, на которой повторно нагревают сталь до температуры не ниже, чем точка Ас₃ превращения, и закаливают сталь быстрым охлаждением; и [3] стадия, на которой проводят отпуск стали при температуре не выше, чем точка Ас₁ превращения.
3. Способ изготовления высокопрочной стальной трубы с улучшенной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением, в котором сталь, имеющую химический состав по п. 1 или 2, подвергают горячей чистовой обработке с образованием бесшовной стальной трубы и охлаждают воздухом, после этого последовательно подвергают упомянутой обработке на стадиях [1]-[3] по п.1 или 2.
4. Способ изготовления высокопрочной стальной трубы с улучшенной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением, в котором, после того как сталь, имеющая химический состав по п.1 или 2, была подвергнута горячей чистовой обработке с образованием бесшовной стальной трубы, сталь дополнительно нагревают при температуре не ниже, чем точка Аг₃ превращения, и не выше 1050°С в технологической линии и после закалки от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, сталь последовательно подвергают упомянутой обработке на стадиях [1]-[3] по п.1 или 2.
5. Способ получения высокопрочного стального материала с превосходной стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением по п. 1 или 2, в котором, после того как сталь, имеющая химический состав по п.1 или 2, была подвергнута горячей чистовой обработке с образованием бесшовной стальной трубы, сталь подвергают прямой закалке от температуры не ниже, чем точка Аг₃ превращения, и после этого последовательно подвергают упомянутой обработке на стадиях [1]-[3].
6. Способ по п.4, в котором нагрев на стадии [1] выполняют с помощью нагревательного устройства, соединенного с устройством для закалки при термообработке в потоке.
7. Способ по п.5, в котором нагрев на стадии [1] выполняют с помощью нагревательного устройства, соединенного с закалочным устройством, которое выполняет прямую закалку.