[发明专利]管线管用无缝钢管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及管线管用无缝钢管及其制造方法，尤其涉及表面硬度低的高强度管线管用无缝钢管及其制造方法。

背景技术

近年来，原油、天然气等的油井和气井(以下，将油井和气井总称为“油井”)的开采条件变得严苛。油井的开采环境随着开采深度增加而在其气氛中变得含有CO₂、H₂S、Cl^-等，所开采的原油和天然气也变得大量含有H₂S。因此，对于运输其的管线管性能的要求也变得严格，具有耐硫化物性能的管线管用钢管的需求增加。

美国腐蚀工程师协会(NACE)的标准中，在H₂S环境中使用的钢从抗硫化物应力腐蚀裂纹性(以下称为“耐SSC性”)的观点出发，规定了钢的最高硬度，碳钢的最高硬度为250HV10以下。此外，为了进一步确保安全性，考虑焊接热影响部中的硬化，也存在要求将钢的最高硬度设为230HV10以下的情况。因此，对于要求耐硫化物性能的钢而言，改善用于抑制硬度的技术成为重要的课题。需要说明的是，“HV10”意味着将试验力设为98.07N(10kgf)并实施维氏硬度试验时的“硬度记号”。

与进行控制轧制的UO钢管的制造工序不同，制造高强度管线管的无缝钢管时，为了确保强度，通常实施淬火处理、然后进行回火处理。管线管用钢那样的低合金钢中，通过通常的淬火回火处理，会成为贝氏体主体的组织而不成为马氏体，但冷却速度的依赖性大，因此存在表面与钢壁中的组织不同的情况。因此，与冷却速度慢的钢壁中相比，存在冷却速度快的表面的硬度变高的倾向。其结果，对于钢的强度，表面的最高硬度变高。强度越强且钢壁越厚则添加合金元素量越多，因此该倾向变得越显著。

专利文献1中公开了壁厚为厚度30mm以上、具有X65级以上(屈服强度448MPa以上)的高强度的无缝钢管。此外，专利文献2中公开了具有X70级以上的强度、耐氢致裂纹性优异的无缝钢管。

为了解决上述的最高硬度上升的问题，专利文献3中提出了通过基于高频电流的感应加热等局部加热而仅使表面硬化层发生软化的方法。此外，专利文献4中提出了进行始于奥氏体-铁素体的2相区域的淬火回火处理的方法。进而，专利文献5中提出了利用控制冷却在过程中停止冷却，由钢管内表面侧的高温部的热而使外表层部恢复热，然后再次使其冷却的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2007/0089813号说明书

专利文献2：日本特开2004-143593号公报

专利文献3：日本特开昭63-143222号公报

专利文献4：日本特开平2-282427号公报

专利文献5：日本特开平2-243722号公报

发明内容

发明要解决的问题

通常，管线管用无缝钢管经过淬火回火工序来制造。因此，经过骤冷的钢管表层部的硬度必然比钢管中央部的硬度高。然而，专利文献1和2并未考虑表面硬度，存在难以稳定地使钢管表层部的硬度为250HV10以下的问题。

专利文献3所公开的方法需要淬火时使用的冷却设备、以及局部加热后使用的冷却设备，在此基础上热处理温度的控制也复杂。此外，专利文献4所公开的方法从强度、韧性以及耐腐蚀性的平衡的观点出发存在未必得到良好组织的问题。专利文献5所公开的方法中存在难以确保生产率、热处理温度的控制难度、以及强度、韧性等的平衡的问题。

本发明的目的在于解决上述的问题点，提供将表面硬度抑制为较低的、高强度且高韧性的管线管用无缝钢管及其制造方法。

用于解决问题的方案

本发明人等针对高强度且高韧性并将表面硬度抑制为较低的方法进行深入研究，结果得到以下的见解。

对于钢管进行淬火回火处理，并在各个位置进行表面硬度的测定时可知：测定值存在较大偏差。热处理条件若保持恒定，则钢管的表面硬度由化学成分和冷却速度决定。对于钢管表面进行化学成分的分析，结果未确认到成分的偏析。因此，考虑表面硬度的偏差起因于局部冷却速度的偏差。

所以，对于钢管表面的冷却速度的偏差的要素进行进一步研究。对于钢管的表面性状进行详细地观察，结果可知在钢管表面的氧化皮发生剥离的位置的硬度高、在氧化皮密合的位置的硬度低。即，冷却速度的偏差依赖于氧化皮在表面是否密合或剥离。因此，认为若可以使钢管表面的氧化皮均匀地密合，则可以抑制硬度的偏差、抑制最高硬度。