[发明专利]扩管性优异的钢管以及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种例如能够用于挖掘油井以及气井、且在井中能够扩管的钢管以及其制造方法。

背景技术

在用于从油田、气田中开采原油、天然气的井中，用于防止被挖掘的井的侧壁发生崩塌的壳体通常为套管构造，在靠近地表的部位上设有数层壳体。在该情况下，必须挖掘具有与数层壳体对应的直径的井，挖掘费用昂贵。近年来，为了解决上述问题，一直致力于开发能在井中扩管的可扩展壳体(expandable casing)技术。采用该技术，相比现有技术能够通过挖掘小径的坑而完成挖井操作，从而能够期待大幅降低成本。

但是，若想要利用从井的上部到下部的直径完全相同的挖掘坑形成井，扩管率会变得非常大，因此在使用现有技术的油井管的情况下，存在扩管时一部分油井管的壁厚变薄而开孔、产生较大程度的弯曲等问题，实用化的困难较大。关于扩管性优异的钢管，公开了下述发明。

在专利文献1中公开了一种关于扩管性优异的油井用无缝钢管的发明，其特征在于，该钢管具有规定的化学组成，且在组织中含有相分率为5体积％以上的残留γ相。

在专利文献2中公开了一种关于扩管用无缝油井钢管的发明，该钢管具有规定的化学组成，且规定了Mn、Cr以及Mo的含量关系、C、Si、Mn、Cr以及Mo的含量关系。

专利文献1：日本特开2006-9078

专利文献2：日本特开2005-146414

在专利文献1以及2中，公开的均是与想要提高扩管性的钢管有关的技术。但是，由上述文献的实施例得知，在拉伸强度为700～800MPa的材料中，均匀伸长率顶多为21％，并不能获得充分的扩管性能。

因此，本发明人等在为了进一步提高扩管性、重要的是增大均匀伸长率的值这一见解的基础上，进行了研究以创造出均匀伸长率较高的材料。结果弄清了现有技术一直作为油井用无缝钢管的主流材料使用的回火马氏体钢的均匀伸长率普遍较低。根据本发明人等的深入研究，得知这是因为回火马氏体的组织是由极其均匀的铁素体系的单一相构成的。因此，本发明人等调查了金属组织对均匀伸长率的影响，结果得到下述见解。

(a)若采用油井用无缝钢管的热处理方法的主流方法即淬火处理，则会获得均匀的马氏体组织，即使实施回火处理，也还是形成为铁素体系的单一组织，因此从提高均匀伸长率的观点出发，淬火处理不是适合的热处理。

(b)在将油井用无缝钢管加热到淬火温度之后使该钢管自然冷却的情况下，金属组织形成为铁素体与珠光体(pearlite)的混合组织，若以相同的强度等级进行比较，则大幅提高了均匀伸长率。结果可知，若金属组织不是由单一相构成、而是软质的铁素体相与硬质的珠光体的混合组织，则能够获得良好的均匀伸长率。

(c)但是，在金属组织是铁素体与珠光体的混合组织的情况下，油井管必需的强度和韧性不够充分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扩管性优异的钢管，该钢管具有600MPa以上的拉伸强度、且即使以大扩管率进行扩管加工也不会使一部分钢管的壁厚变薄而开孔、或产生较大程度的弯曲。本发明的目的还在于提供一种上述钢管的制造方法。

本发明人等从合金组成、热处理温度、冷却速度、冷却模式等观点出发，进行了潜心研究，完成了本发明。

本发明的主旨在于提供下述(1)～(7)所述的扩管性优异的钢管以及下述(8)～(10)所述的扩管性优异的钢管的制造方法。

(1)一种扩管性优异的钢管，其特征在于，以质量％计含有C：0.1～0.45％、Si：0.3～3.5％、Mn：0.5～5％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、sol.Al：0.01～0.8％(在Si的含量小于1.5％的情况下该sol.Al的含量应为0.1％以上)、N：0.05％以下以及O：0.01％以下，且剩余部分由Fe以及杂质构成，该钢管具有600MPa以上的拉伸强度以及满足下述式(1)的均匀伸长率。

u-e1≥28-0.0075TS    ...(1)

其中，u-e1为均匀伸长率(％)，TS为拉伸强度(MPa)。

(2)根据上述(1)所述的扩管性优异的钢管，其特征在于，该钢管以质量％计还含有Cr：1.5％以下以及Cu：3.0％以下的这两种元素中的1种或2种元素。

(3)根据上述(1)或(2)所述的扩管性优异的钢管，其特征在于，该钢管以质量％计还含有Mo：1％以下。

(4)根据上述(1)～(3)所述中任意一项的扩管性优异的钢管，其特征在于，该钢管以质量％计还含有Ni：2％以下。