[发明专利]无缝钢管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及强度、韧性、焊接性优异的无缝钢管，特别涉及作为海底混输管线用适合的厚壁高强度无缝钢管及其制造方法。所谓厚壁，指壁厚25mm以上。另外，所谓高强度，指的是API(美国石油协会)规定的X70以上的强度，具体地指X70(屈服强度483MPa以上)、X80(屈服强度551MPa以上)、X90(屈服强度620MPa以上)、X100(屈服强度689MPa以上)、X120(屈服强度827MPa以上)的强度。

背景技术

近年，位于陆地和浅海的油田的石油、天然气资源正在枯竭、深海的海底油田开发变得活跃。在深海油田中，从设置在海底的油井、气井的坑口到海面上的平台必须使用混输管线、升降器输送原油和天然气。

在深海铺设的混输管线，在其内部承受着加有深层地压的高压的内部流体压力，另外，承受着由波浪引起的反复歪斜和在操作停止时受到深海海水压力的影响。因此，上述混输管线用的钢管，不仅是强度、而且考虑到破裂和金属疲劳，希望是高强度、高韧性的厚壁钢管。

高强度、高韧性无缝钢管，目前以穿孔压延机将加热到高温的钢坯穿孔后，压延、拉伸，成形为制品的管状，此后，施加热处理而制造。通过该制造工序，使钢管具备高强度、高韧性和焊接性。

但是，近年从节省能源和省略程序的观点出发，使用在线热处理，即在制管线内的热处理，研讨制造程序的简单化。特别着眼于有效利用在热加工后原材料保有的热，在制管后不将管冷却到室温地导入淬火程序，由此，实现大幅度节省能源和制造程序的效率化，能够得到制造成本下降的效果。

如果在精加工压延后、采用直接淬火的在线热处理程序，在压延后，不被冷却到室温，没有经过相变和逆相变的程序，因此会产生结晶粒径容易变得粗大、难以产生优异的韧性并确保耐腐蚀性的问题。为了应对这样的问题，有关于将经过精加工压延处理的钢管晶粒变得微细的技术、结晶粒即使不那么小也可以确保韧性和耐腐蚀性的技术的提案。

例如，在专利文献1中公开了在精加工压延后使用再加热炉，调整从精加工压延到装入再加热炉的时间，在装入再加热炉之前，使钢管温度暂时变成低温(Ac₁转变点-100℃)而实现结晶粒微细化的技术。

此外，在专利文献2中公开了调整成分组成、特别是调整Ti和S的含量，制造晶粒比较大也能够得到具有良好性能的钢管制造方法的发明。

专利文献1：日本特开2001-240913号公报

专利文献2：日本特开2000-104117号公报

近年来，大深度海底油田的开发活跃化，高强度、厚壁钢管的需要增加。但是，在上述专利文献中公开的技术中，难以使钢管具有充分的性能。例如，如果根据本发明制成厚壁钢管，精加工压延温度升为高温，装入淬火炉前的钢管温度变为低温(Ac₁转变点-100℃)就需要长时间，生产效率大大下降。因此，在专利文献1中公开的方法难以在厚壁材料中使用。另外，在厚壁材料中，因为在线热处理时的冷却速度变小，所以，即使是在专利文献2中公开的组成的钢，也有韧性下降的问题。

发明内容

本发明是以上述情况为背景而形成的发明，其目的在于提供一种无缝钢管，特别是壁厚的大钢管，其具备高强度和稳定的韧性及优异的耐腐蚀性，适用于海底混输管线用、和作为制造该无缝钢管的原材料适合的淬火状态的无缝钢管以及这些钢管的制造方法。

本发明人首先深入解析支配厚壁高强度无缝钢管韧性的因素。其结果是得到在下述的(1)～(6)中列出的新见解，确认可以以在线热处理这种低成本、高效率的程序制造25mm以上壁厚，而且具有X70级以上高强度和高韧性的海底混输管线用无缝钢管。

(1)25mm以上的厚壁无缝钢管淬火回火后的韧性，根据淬火条件而变化。即，淬火状态的组织支配回火后的韧性。

(2)淬火状态的钢管组织，以上部贝氏体为主体、包含若干铁素体。但是，在其上部贝氏体组织界面(原奥氏体晶界、板条束(packet)的边界、板块(block)的边界、板条(lath)之间)，以针状和粒状存在有渗碳体或“残留奥氏体和马氏体的混合组织”(以下将其记为MA)。

(3)在淬火状态的钢管上部贝氏体组织的界面中，MA过多，MA和其周围母相的硬度差大，因此该部位脆化，即使实施回火后韧性也差。

(4)为了使回火后的韧性变得良好，必须将淬火状态的钢管的MA控制在构成钢全部组织中以体积率计的20％以下、优选10％以下、更优选7％以下。另外，将MA中的残留奥氏体量优选控制在构成钢全部组织中的10％以下、更优选7％以下、更加优选5％以下。