JP4949541B2 - 二相組織油井鋼管及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2010年7月13日に、日本に出願された特願2010−159013号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1) 本発明の一態様にかかる二相組織油井鋼管は:その化学組成が、質量%で、
C :0.07%〜0.15%、
Si:0.1%〜0.5%、
Mn:0.8%〜1.9%、
Nb:0.020%〜0.10%、
を含有し、
P :0.05%以下、
S :0.01%以下、
Al:0.1%以下、
に制限し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、(式1)によって求められる炭素等量Ceqが0.25〜0.40であり、[X]を、質量%で表した元素Xの含有量としたとき、[Nb]×[C]≧0.002が満足され、前記二相組織鋼管の金属組織組成が、面積率で、80%〜98%のフェライトと、合計2%〜20%のマルテンサイト、残留オーステナイト、またはこれらの混合相と、を含み、前記フェライトの平均粒径が1μm以上8μm未満であり、前記マルテンサイト、前記残留オーステナイト、または前記混合相の平均粒径が0.1μm以上2μm以下である。
Ceq=[C]+[Mn]/6 ・・・ (式1)
ここで、[X]は、質量%で表した元素Xの含有量を表す。
V :0.0001%〜0.02%、
Ti:0.005%〜0.03%、
Ca:0.001%〜0.010%、
N :0.001%〜0.01%、
の1種又は2種以上を更に含有し、[X]を、元素Xの含有量[質量%]としたとき、[V]/[Nb]≦1/3が満足され、前記炭素等量Ceqが前記(式1)に代わって、(式2)と定義されてもよい。
Ceq=[C]+[Mn]/6+[V]/5 ・・・ (式2)
ここで、[X]は、質量%で表した元素Xの含有量を表す。
C :0.07%〜0.15%、
Si:0.1%〜0.5%、
Mn:0.8%〜1.9%、
Nb:0.020%〜0.10%、
を含有し、
P :0.05%以下、
S :0.01%以下、
Al:0.1%以下、
に制限し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、(式3)によって求められる炭素等量Ceqが0.25〜0.40であり、[X]を、質量%で表した元素Xの含有量としたとき、[Nb]×[C]≧0.002が満足される鋼材を用いて、フェライトの平均粒径が1μm以上10μm未満となる条件で熱間圧延して、熱間圧延鋼板を製造する工程と、前記熱間圧延鋼板から鋼管を造管する工程と、前記鋼管を、オーステナイト変態の開始温度Ac1超、オーステナイト変態終了温度Ac3未満に加熱し、焼入れ処理する工程と、を有する。
Ceq=[C]+[Mn]/6 ・・・ (式3)
ここで、[X]は、質量%で表した元素Xの含有量を表す。
V :0.0001%〜0.02%、
Ti:0.005%〜0.03%、
Ca:0.001%〜0.010%、
N :0.001%〜0.01%、
の1種又は2種以上を更に含有し、[X]を、元素Xの含有量[質量%]としたとき、[V]/[Nb]≦1/3が満足され、前記炭素等量Ceqが前記(式3)に代わって、(式4)と定義されてもよい。
Ceq=[C]+[Mn]/6+[V]/5 ・・・ (式4)
ここで、[X]は、質量%で表した元素Xの含有量を表す。
YSが380MPaである場合に、n値が0.2以上であることを表す下式、
[n]≧0.20−5.55×10−4([YS]−380)
を変形して、下記(式A)が得られる。
[n]≧−5.55×10−4[YS]+0.411 ・・・ (式A)
Ceq=[C]+[Mn]/6 ・・・ (式1)
と定義したとき、(式1)によって求められる炭素等量Ceqが0.25〜0.40であり、[Nb]×[C]≧0.002が満足される成分組成。
フェライトは金属組織中での主相である。フェライトの面積率を80%〜98%とする。80%未満では、硬質第二相、またはパーライトやベイナイトの相対的な割合が増え、上記(式A)を満足できなくなる。98%超でも、上記(式A)を満足できなくなる。
フェライトの平均粒径は、1μm以上8μm未満とする。1μm未満へは、実質的に製造上で達成が困難である。8μm以上では、粗大すぎてYSとn値との向上に寄与せず、靱性も低下する。最適に効果を発現させるには、フェライトの平均粒径が、1μm以上5μm未満であることが好ましい。なお、フェライト相の平均粒径は、JIS G 0552に則って切断法により求める。
マルテンサイト、残留オーステナイト、またはこれらの混合相は、硬質第二相であり、金属組織内で微細に分散することによって、塑性変形時にフェライト相の変形を拘束して、YSとn値とを向上させる。マルテンサイト、残留オーステナイト、またはこれらの混合相の面積率は、合計2%〜20%とする。合計2%未満だと、YSとn値との向上に寄与しない。合計20%超だと、硬化しすぎるため、油井鋼管として強度―延性のバランスが不適となる。なお、硬質第二相であるマルテンサイト、残留オーステナイト、またはこれらの混合相の面積率は、画像処理によって求める。硬質第二相は、レペラーエッチによって、フェライトとの判別が可能になる。画像処理によって、硬質第二相の平均面積を求め、面積率に換算する。
マルテンサイト、残留オーステナイト、またはこれらの混合相の平均粒径は、0.1μm以上2μm以下とする。0.1μm未満へは、実質的に製造上で達成が困難である。2μm超では、粗大すぎてYSとn値との向上に寄与せず、また、破壊の起点にもなる。最適に効果を発現させるには、マルテンサイト又は残留オーステナイトの平均粒径が、0.1μm以上1μm以下であることが好ましい。なお、硬質第二相であるマルテンサイト、残留オーステナイト、またはこれらの混合相の平均粒径は、画像処理によって求める。硬質第二相は、レペラーエッチによって、フェライトとの判別が可能になる。画像処理によって、硬質第二相の平均面積と個数とを求め、平均粒径を円相当径として算出する。
Cは、鋼の強度を向上させる元素であり、二相組織鋼管のn値の向上にも寄与する。C量は、0.07%〜0.15%とする。0.07%未満では、YSを380MPaとした際のn値を0.20以上にすることが困難である。0.15%超では、炭化物の生成が促進されてYSが高くなり、n値が低下する。
Siは、脱酸元素である。Si量は、0.1%〜0.5%とする。0.1%未満では、脱酸効果が得られない。0.5%超では、不均一なスケールが発生し、表面形状に悪影響を及ぼす。電縫鋼管などは衝合部靱性の観点から最適に効果を発現させるには、Si量が、0.2%〜0.4%であることが好ましい。
Mnは、焼入れ性に寄与し、強度を向上させる元素である。Mn量は、0.8%〜1.9%とする。0.8%未満では、強度が不足となる。1.9%超では、偏析を助長してマルテンサイトが層状に形成され、n値が低下する。最適に効果を発現させるには、Mn量が、1.0%〜1.5%であることが好ましい。
Nbは、未再結晶温度域を拡大して結晶粒径を微細化し、炭化物、窒化物を形成し、強度の向上に寄与する元素である。また、Nbは、n値の向上に寄与する元素である。Nb量は、0.020%〜0.10%とする。0.020%未満では、YSを380MPaとした際のn値を0.20以上にすることが困難である。0.10%超では、YSが高くなり、n値が低下する。最適に効果を発現させるには、Nb量が、0.040%〜0.10%であることが好ましい。
Nb及びCの添加量を増加させることによって、硬質第二相が金属組織中で微細に分散し、二相組織鋼管のYSとn値とを同時に高めることが可能になる。[X]を質量%で表した元素Xの含有量として、[Nb]×[C]は、0.002以上とする。0.002%未満では、YSを380MPaとした際のn値を0.20以上にすることが困難である。最適に効果を発現させるには、[Nb]×[C]を0.003以上にすることが好ましい。
Ceqは焼入れ性の指標である。一般に、Ceqは、[X]を質量%で表した元素Xの含有量として、下式で定義される。
Ceq=[C]+[Mn]/6+([Ni]+[Cu])/15+([Cr]+[Mo]+[V])/5
しかし、上記二相組織油井鋼管の基本成分には、Ni、Cu、Cr、Mo、Vが含有されないので、CとMnとの含有量から、Ceqを下式(式1)に定義する。
Ceq=[C]+[Mn]/6 ・・・ (式1)
上記(式1)での炭素等量Ceqが、0.25〜0.40である必要がある。0.25未満では、硬質第二相を確保し、n値を高めることが困難である。0.40%超では、強度が高くなりすぎて、n値が低下する。
Pは不純物であり、過剰に含有すると拡管性を損なう。P量は、0.05%以下に制限する。P量の好ましい上限は、0.02%以下である。
Sは不純物であり、過剰に含有すると熱間加工性や拡管性を損なう。S量は、0.01%以下に制限する。S量の好ましい上限は、0.005%以下である。
Alは、脱酸元素であるが、添加量が多くなると、介在物が増加して延性が低下し、拡管性を損なう。Al量は、0.1%以下に制限する。Al量の好ましい上限は、0.03%以下である。脱酸剤としてSiやTiを使用する場合にはAlを添加する必要はないが、溶鋼中の酸素量を低減させるために、Alを0.0005%以上添加することが好ましい。
Vは、炭化物、窒化物を形成する選択元素であり、強度の向上や組織の微細化のために添加してもよい。しかし、Vを添加するとn値が低下する。よって、V量は、0.0001%〜0.02%とすることが好ましい。0.0001%未満は、成分分析での検出限界以下であり、そのレベルでの制御は困難である。0.02%超では、n値が低下する。n値の低下を防止するためには、V量が、0.0001%〜0.01%であることが更に好ましい。
強度向上のためにVを添加する必要がある場合には、相対的にNb量を高めることが好ましい。これにより、n値の低下を抑制することができる。n値の低下を抑制するためには、[V]/[Nb]を1/3以下とすることが好ましい。最適に効果を発現させるには、[V]/[Nb]を1/4以下とすることが更に好ましい。Vは選択的に含有される元素であり、意図的に添加しない場合は、[V]が0となる。したがって、 [V]/[Nb]の下限値は特に規定しないが、0でもよい。
選択元素であるVが含有される場合には、上記炭素当量Ceqの上記(式1)に代わって、
Ceq=[C]+[Mn]/6+[V]/5 ・・・ (式2)
と定義する。選択元素であるVが含有される場合には、上記(式2)での炭素等量Ceqが、0.25〜0.40であることが好ましい。0.25未満では、硬質第二相を確保し、n値を高めることが困難である。0.40%超では、強度が高くなりすぎて、n値が低下する。
Tiは、炭化物、窒化物を形成し、強度の向上や組織を微細化する選択元素である。Ti量は、0.005%〜0.030%とすることが好ましい。0.005%未満では、強度の向上や、組織の微細化の効果がない。0.030%超では、粗大な炭化物や窒化物が形成され、強度の向上や組織の微細化に寄与しなくなり、n値を低下させる。最適に効果を発現させるには、N量に応じて原子比以上のTi量が更に好ましい。
Caは、酸化物の粗大化を防止し、拡管特性を向上する選択元素である。Ca量は、0.001%〜0.010%とすることが好ましい。0.001%未満では、酸化物の粗大化を防止する効果がない。0.010%超では、粗大なCa酸化物が生成し拡管特性が低下することがある。最適に効果を発現させるには、Ca量が、0.001%〜0.004%であることが更に好ましい。
Nは、Nb、Ti、V等と窒化物を形成する選択元素であり、スラブ再加熱時のオーステナイト粒の粗粒化を抑制して母材の組織を微細化し、YS及びn値の向上に寄与する。N量は、0.001%〜0.01%とすることが好ましい。0.001%未満では、YSとn値とを向上させる効果がない。0.004%超では、窒化物が粗大になり、析出強化や組織の微細化の効果が得られなくなる。
−5.55×10−4[YS]+0.411
を用いて求めた判定基準n値も示した。実測のn値が、この判定基準n値よりも大きい場合、YSとn値との両方の値が高まっていると判断できる。実施例の二相組織鋼管である製造No.1〜6は、実測のn値が判定基準n値よりも高く、高n値及び高YSが両立されている。一方、比較例である製造No.7〜13は、実測のn値が判定基準n値よりも低くなっている。
Claims (6)
- 二相組織鋼管であって、その化学組成が、質量%で、
C :0.07%〜0.15%、
Si:0.1%〜0.5%、
Mn:0.8%〜1.9%、
Nb:0.020%〜0.10%、
を含有し、
P :0.05%以下、
S :0.01%以下、
Al:0.1%以下、
に制限し、
残部がFe及び不可避的不純物からなり、
(式1)によって求められる炭素等量Ceqが0.25〜0.40であり、[X]を、質量%で表した元素Xの含有量としたとき、
[Nb]×[C]≧0.002が満足され、
前記二相組織鋼管の金属組織組成が、面積率で、80%〜98%のフェライトと、合計2%〜20%のマルテンサイト、残留オーステナイト、またはこれらの混合相と、を含み、
前記フェライトの平均粒径が1μm以上8μm未満であり、前記マルテンサイト、前記残留オーステナイト、または前記混合相の平均粒径が0.1μm以上2μm以下であることを特徴とする二相組織鋼管。
Ceq=[C]+[Mn]/6 ・・・ (式1)
ここで、[X]は、質量%で表した元素Xの含有量を表す。 - 前記二相組織鋼管の化学組成が、質量%で、
V :0.0001%〜0.02%、
Ti:0.005%〜0.03%、
Ca:0.001%〜0.010%、
N :0.001%〜0.01%、
の1種又は2種以上を更に含有し、
[X]を、元素Xの含有量[質量%]としたとき、
[V]/[Nb]≦1/3
が満足され、
前記炭素等量Ceqが前記(式1)に代わって、(式2)と定義されることを特徴とする、請求項1に記載の二相組織鋼管。
Ceq=[C]+[Mn]/6+[V]/5 ・・・ (式2)
ここで、[X]は、質量%で表した元素Xの含有量を表す。 - 前記二相組織鋼管の化学組成のNb含有量が0.040%〜0.10%であり、
[X]を、質量%で表した元素Xの含有量としたとき、
[Nb]×[C]≧0.003を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の二相組織鋼管。 - 前記二相組織鋼管の板厚が5mm〜15mmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の二相組織鋼管。
- 化学組成が、質量%で、
C :0.07%〜0.15%、
Si:0.1%〜0.5%、
Mn:0.8%〜1.9%、
Nb:0.020%〜0.10%、
を含有し、
P :0.05%以下、
S :0.01%以下、
Al:0.1%以下、
に制限し、
残部がFe及び不可避的不純物からなり、
(式3)によって求められる炭素等量Ceqが0.25〜0.40であり、[X]を、質量%で表した元素Xの含有量としたとき、
[Nb]×[C]≧0.002が満足される鋼材を用いて、
フェライトの平均粒径が1μm以上10μm未満となる条件で熱間圧延して、熱間圧延鋼板を製造する工程と、
前記熱間圧延鋼板から鋼管を造管する工程と、
前記鋼管を、オーステナイト変態の開始温度Ac1超、オーステナイト変態終了温度Ac3未満に加熱し、焼入れ処理する工程と、
を有することを特徴とする二相組織鋼管の製造方法。
Ceq=[C]+[Mn]/6 ・・・ (式3)
ここで、[X]は、質量%で表した元素Xの含有量を表す。 - 前記鋼材の化学組成が、質量%で、
V :0.0001%〜0.02%、
Ti:0.005%〜0.03%、
Ca:0.001%〜0.010%、
N :0.001%〜0.01%、
の1種又は2種以上を更に含有し、
[X]を、元素Xの含有量[質量%]としたとき、
[V]/[Nb]≦1/3
が満足され、
前記炭素等量Ceqが前記(式3)に代わって、(式4)と定義されることを特徴とする、請求項7に記載の二相組織鋼管の製造方法。
Ceq=[C]+[Mn]/6+[V]/5 ・・・ (式4)
ここで、[X]は、質量%で表した元素Xの含有量を表す。
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