[发明专利]管线用无缝钢管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有优良的强度、韧性、耐腐蚀性、焊接性的管线用无缝钢管及其制造方法。本发明的无缝钢管，是不仅具有良好的韧性和耐腐蚀性，而且具有API(美国石油协会)规格规定的X80级以上(屈服强度551MPa以上)的强度的管线用高强度、高韧性、厚壁的无缝钢管，特别适用于海底出油管道或立管。

背景技术

近年来，由于位于陆地和水深约500的浅海区域的油田的石油、天然气资源逐渐枯竭，导致海面下1000～3000米的深海海底油田的开发日益活跃。在深海油田中，需要用被称为出油管道和立管的钢管，将原油和天然气从设在海底的油井、天然气井的坑口输送到海面上的平台。

在构成铺设在深海中的出油管道或立管的钢管内部，除了深的地层压之外，还要承受高压的内部流体压，另外，停止作业时还有受到深海海水压的影响。构成立管的钢管，还要承受波浪导致的反复应变的影响。

这里所谓的出油管道是指沿着地上或海底面的地势铺设的输送用钢管，立管是指从海底面立起通到海上的平台为止的输送用钢管。用于深海油田时，这些钢管的厚度通常需要达到30mm以上，实际上一般使用的是40～50mm的厚壁管。由此也可以看出它们是用于严酷条件下的构件。

图1是表示立管及出油管道在海中的配置例的模式说明图。图中，设在海底10的坑口12和设在垂直上方的海面13上的平台14之间，通过顶部张力立管连接在一起。另一方面，从未图示的位于远方的坑口到平台14的附近为止延设有出油管道18，该出油管道18与坑口连接，被设置在海底上，通过在平台附近立起的钢悬链线立管20，将该出油管道18的端部和平台14连接在一起。

这些立管及出油管道的使用环境是严酷的，例如温度通常达到177℃以上，内压达到1400个大气压以上。因此，用于立管和出油管道的钢管必须能够承受这样严酷的使用环境。而且，对于立管来说，由于受到波浪的弯曲压力，因此还必须承受这些来自外部的影响。

因此，优选采用高强度、高韧性的钢管用于立管和出油管道。另外，为了确保高可靠性，不能采用焊接钢管，而应采用无缝钢管。

在焊接钢管的领域中，已经公开有制造强度超过X80级的钢管的技术。例如在特许文献1(特开平9-41074号公报)中，公开有超过API规格的X100级(屈服强度689MPa以上)的钢材。制造焊接钢管时，首先制成钢板，将钢板卷起后进行焊接而制成钢管。在制造钢板的阶段，为了向钢板付与强度、韧性等主要性能，在轧制钢板时一直采用通过施以热处理加工，对钢板的微观组织进行控制的方法。在特许文献1中，也采用了在对钢板进行热轧时施以热处理加工，对其微观组织进行控制，使该微观组织含有加工铁素体的方法，通过该方法，可以确保焊接后的钢管的性能。因此，特许文献1所公开的技术，仅可以在容易通过控制轧制进行热处理加工的钢板的轧制工艺中进行，虽然适用于焊接钢管，但并不适用于无缝钢管。

仅从无缝钢管来看，近年来逐步开发出X80级的无缝钢管。由于开发出的用于焊接钢管的利用热处理加工的上述技术，难以适用于无缝钢管，因此基本上需要通过造管后的热处理确保无缝钢管的性能。例如在特许文献2(特开2001-288532号公报)中，公开了制造X80级(屈服强度551MPa以上)的无缝钢管的技术。但是，如特许文献2的实施例所述，该技术仅局限于本质上淬火性良好且薄壁(壁厚11.1mm)的无缝钢管。因此，即使采用这里公开的技术制造实际用作立管和出油管道的厚壁(壁厚40～50mm左右)的无缝钢管时，在这种厚壁钢管中，特别是中心部在淬火时的冷却速度变慢，会出现不能确保充分的强度和韧性的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，具体地说，其目的在于提供一种壁厚特别大的无缝钢管，即具有高强度和稳定的韧性以及良好的耐腐蚀性的出油管道用无缝钢管及其制造方法。

本发明的发明恩怨，对能够支配厚壁的高强度无缝钢管的因子进行了解析。结果获得下述(1)～(6)所列的新的见解，从而发现能够制造出X80级以上的高强度的、具有高韧性的、耐腐蚀性良好的管线用无缝钢管的制造方法。

(1)在最后进行淬火和回火的厚壁钢管中，是构成的贝氏体的亚组织。处于贝氏体条、块、束容易粗大化的状况。首先，因为壁厚，淬火时冷却速度迟缓，从奥氏体到贝氏体的相变缓慢进行，贝氏体条粗大化。在接下来的回火时，在旧γ晶界、贝氏体条、块、束的晶界渗碳体沿晶界粗大地析出。粗大的渗碳体其自身或渗碳体和母相的截面脆弱，因此容易成为龟裂的传播路径，难以得到良好的韧性。