CN101755068B

CN101755068B - 变形特性优良的钢管及其制造方法

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Publication number: CN101755068B
Application number: CN200880025476.3A
Authority: CN
Inventors: 朝日均; 石塚哲夫; 小弓场基文; 绪方敏幸
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-07-22
Also published as: WO2009014238A1; KR101257547B1; US20100119860A1; EP2192203A4; CN101755068A; JPWO2009014238A1; JP2010209471A; KR20100033413A; JP4528356B2; EP2192203B1; JP4575996B2; JP4575995B2; JP2010196173A; EP2192203A1; US8920583B2

Abstract

本发明提供一种变形性能优良的钢管、尤其是扩管特性优良的扩管用油井用钢管、低屈服比管线管及其可在不进行需要大规模的热处理设备的水冷的情况下制造上述钢管的方法，上述钢管以质量％计含有：C：0.04～0.10％、Mn：1.00～2.50％，将以下元素限制在：Si：0.80％以下、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Al：0.10％以下、N：0.01％以下，以满足Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu≥2.00的方式进一步含有Ni：1.00％以下、Mo：0.60％以下、Cr：1.00％以下、Cu：1.00％以下中的一种或两种以上，剩余部分包含铁及不可避免的杂质，显微组织为二相组织，该二相组织由以面积率计为2～10％的马氏体-奥氏体组元和软质相构成。该制造方法包含在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃下对母钢管进行加热，然后进行空冷。

Description

变形特性优良的钢管及其制造方法

技术领域

本发明涉及变形特性优良的钢管，例如在挖掘油井及气井时在插入井内后被扩管的适合于扩管用油井的、且扩管特性优良的扩管用油井用钢管、及适合于通过卷筒铺管船施工法(reel barge method)铺设的海底管线的、且钢管纵向的屈服比低的电焊管线管、及其制造方法，另外涉及变形特性优良的钢管的母钢管的制造方法。

背景技术

以往，在挖掘完井后将油井用钢管插入井内而直接使用。可是，近年来，开发了在挖掘油井及气井时在将钢管插入井内后对钢管进行扩管的技术(称为扩管用油井。)，从而大大有助于降低油井及气井开发中的成本。

在开发扩管用油井的当初，在井内将钢管扩管10％左右，使用普通的油井管作为该扩管用油井用钢管。可是，如果使用的扩管率增大，超过20％，则出现壁厚不均增大的问题。也就是说，起因于扩管用油井用钢管的壁厚不均，在扩管时局部产生壁厚减薄，使得钢管的使用性能下降、或发生断裂。因此，扩管率具有界限。

因而，本发明者们已经提出了能够在扩管用油井中使用的、扩管特性优良的钢管(例如，国际公开WO2005/080621号公报、国际公开WO2006/132441号公报)。国际公开WO2005/080621号公报中提出的钢管具有在铁素体组织中分散有微细马氏体的二相组织，其扩管性能优良。具有二相组织的钢管的屈服强度低、加工硬化大。因此，具有扩管所需的应力小、不易发生局部收缩的优良的扩管特性。

此外，国际公开WO2006/132441号公报中提出的钢管含有限制了C量的成分组成，具有由回火马氏体构成的组织，韧性高、扩管性能优良。可是，具有在这些铁素体组织中分散有微细马氏体的二相组织、或具有由回火马氏体构成的组织的钢一直通过淬火来制造。所以，需要用于对钢管进行加热、水冷的大规模的热处理装置。

此外，关于管线管，最近，管线管铺设的设计思想从以往的强度基准向变形基准变化，要求降低钢管纵向的屈服比。这是因为，在因铺设后的地面变动而使管线管产生变形时可防止发生局部压曲。此外，在海底铺设管线管时，采用一边放开临时卷取成线圈状的管一边沉入海底的卷筒铺管船法施工法，因此为了在卷取及开卷时不压曲，要求钢管纵向具有高变形能，即低屈服比。

近年来，由于电焊钢管的电焊焊接部品质提高，因此在管线管的用途中广泛采用了成本比无缝钢管及UO钢管低的电焊钢管。但是，由于电焊钢管以从热轧带卷进行了冷态钢管成形的状态使用，因此一般屈服比高。特别是像海底管线管中采用的壁厚/外径比高的钢管因为冷加工变形大，因此屈服比高。由于钢管纵向在钢管成形时几乎没有压缩应力的负载，因而也不能期待利用鲍辛格效应来降低屈服强度。

作为降低电焊钢管的纵向的屈服比的技术以前已经提出了多种(例如，日本特开2006-299415号公报)。这是着眼于预先使作为钢管坯料的热轧带卷的屈服比降低的技术。但是，即使得到多少降低屈服比的钢管坯料，钢管成形时的加工硬化产生的屈服强度的提高也显著，现实是造管后的屈服比几乎不受坯料的屈服比的影响。

此外，还提出了通过利用造管后的定径工序向纵向赋予压缩变形，利用鲍辛格效应来降低屈服强度的技术(例如日本特开2006-289482号公报)。可是，在不使钢管压曲的情况下向纵向赋予压缩变形在工业上是非常困难的。

另外，提出了通过造管后的热处理来制造并非管线管用途的建筑用低屈服比电焊钢管的方法(例如，日本专利第3888279号公报)。可是，在该技术中不能应对管线管所要求的高水平的强度、韧性、焊接性。

如上所述，以往，变形特性优良的、具有二相组织及含有回火马氏体的组织的钢管需要在造管后进行淬火等热处理，因而需要大规模的热处理装置。此外，在制造钢管纵向的屈服比低、变形特性优良的钢管时，如果采用使用低屈服比的热轧带卷的方法、或采用向钢管纵向赋予压缩应力的方法，实际上不能实现低屈服比。而且，在造管后实施热处理的方法虽能够实现低屈服比，但需要用于确保管线管所要求的特性的技术。所以，对于电焊钢管而言，制造纵向屈服比低的管线管是特别困难的。

发明内容

本发明提供一种不进行需要大规模的热处理设备的水冷，通过实施简单的热处理来获得变形特性优良的钢管例如扩管特性优良的扩管用油井用钢管或纵向的屈服比低的管线管及其制造方法、以及制造该钢管的母钢管的方法。

对于提高变形特性、具体地讲提高扩管特性、或降低屈服比，提高加工硬化系数是有效的。因而，本发明者们认为，需要将钢管的组织形成由软质相和硬质第2相构成的二相组织。在实施用于得到这样的二相组织的热处理时，为得到硬质相要进行水冷而需要大规模的热处理设备。因此，希望通过空冷也能得到低屈服比。可是，空冷的冷却速度比水冷的冷却速度慢，因此在二相区加热钢管时，相变成奥氏体的部分在冷却时分解为铁素体和渗碳体，难以将硬质第2相形成为马氏体或贝氏体。

因而，本发明者们认为，如果采用即使以比较慢的冷却速度也能得到的马氏体-奥氏体组元(Martensite-Austenite Constituent，以下有时称为MA。)作为硬质第2相，通过空冷也能得到具有加工硬化大的二相组织的钢管，并对此进行了研究。其结果是，发现如果在适当的范围调整钢管的化学成分，在适当的温度下进行加热，即使加热后进行空冷也能得到加工硬化系数高的、由软质相和硬质相构成的二相组织。

本发明就是根据上述见解而完成的，其要点如下。

(1)一种变形特性优良的钢管，其特征在于：以质量％计含有：C：0.04～0.10％、Mn：1.00～2.50％；将以下元素限制在：Si：0.80％以下、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Al：0.10％以下、N：0.01％以下；进一步含有以下元素中的一种或两种以上：Ni：1.00％以下、Mo：0.60％以下、Cr：1.00％以下、Cu：1.00％以下；而且Mn的含量和Cr、Ni、Mo、Cu中的一种或两种以上的含量满足Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu≥2.00，剩余部分包含铁及不可避免的杂质，显微组织为二相组织，该二相组织由以面积率计为2～10％的马氏体-奥氏体组元和软质相构成。

(2)上述(1)所述的变形特性优良的钢管，其特征在于：所述软质相由铁素体、高温回火马氏体、高温回火贝氏体中的一种或两种以上构成。

(3)上述(1)或(2)所述的变形特性优良的钢管，其特征在于：以质量％计进一步含有以下元素中的一种或两种以上：Nb：0.01～0.30％、Ti：0.005～0.03％、V：0.30％以下、B：0.0003～0.003％、Ca：0.01％以下、REM：0.02％以下。

(4)上述(1)～(3)中任一项所述的变形特性优良的钢管，其特征在于：钢管的圆周方向的加工硬化系数为0.10以上。

(5)上述(1)～(4)中任一项所述的变形特性优良的钢管，其特征在于：钢管的壁厚/外径比为0.03以上。

(6)上述(1)～(5)中任一项所述的变形特性优良的钢管，其特征在于：钢管的壁厚为5～20mm。

(7)上述(1)～(6)中任一项所述的变形特性优良的钢管，其特征在于：钢管的外径为114～610mm。

(8)一种扩管用油井用钢管油井管，其特征在于：其是由上述(1)～(7)中任一项所述的变形特性优良的钢管构成、在井内被扩管的扩管用油井用钢管油井管，其中钢管的壁厚为5～15mm，外径为114～331mm。

(9)一种管线管，其特征在于：其是由上述(1)～(8)中任一项所述的变形特性优良的钢管构成的管线管，其中钢管的壁厚为5～20mm，外径为114～610mm。

(10)一种变形特性优良的钢管的制造方法，其特征在于：在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃下对母钢管进行加热，然后进行空冷，显微组织由以面积率计为2～10％的马氏体-奥氏体组元和软质相构成；所述母钢管以质量％计含有：C：0.04～0.10％、Mn：1.00～2.50％；将以下元素限制在：Si：0.80％以下、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Al：0.10％以下、N：0.01％以下；进一步含有以下元素中的一种或两种以上：Ni：1.00％以下、Mo：0.60％以下、Cr：1.00％以下、Cu：1.00％以下；而且Mn的含量和Cr、Ni、Mo、Cu中的一种或两种以上的含量满足Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu≥2.00，剩余部分包含铁及不可避免的杂质。

(11)上述(10)所述的变形特性优良的钢管的制造方法，其特征在于：所述母钢管以质量％计进一步含有以下元素中的一种或两种以上：Nb：0.01～0.30％、Ti：0.005～0.03％、V：0.30％以下、B：0.0003～0.003％、Ca：0.01％以下、REM：0.02％以下。

(12)一种变形特性优良的钢管的母钢管的制造方法，其特征在于：在1000～1270℃下对钢坯进行加热，然后进行将精轧压下率规定为50％以上的热轧，将所得到的钢板成形为管状，焊接对接部；所述钢坯以质量％计含有：C：0.04～0.10％、Mn：1.00～2.50％；将以下元素限制在Si：0.80％以下、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Al：0.10％以下、N：0.01％以下；进一步含有以下元素中的一种或两种以上：Ni：1.00％以下、Mo：0.60％以下、Cr：1.00％以下、Cu：1.00％以下；而且Mn的含量和Cr、Ni、Mo、Cu中的一种或两种以上的含量满足Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu≥2.00，剩余部分包含铁及不可避免的杂质。

(13)上述(12)所述的变形特性优良的钢管的母钢管的制造方法，其特征在于：所述钢坯以质量％计进一步含有以下元素中的一种或两种以上：Nb：0.01～0.30％、Ti：0.005～0.03％、V：0.30％以下、B：0.0003～0.003％、Ca：0.01％以下、REM：0.02％以下。

根据本发明，不需要用于对钢管进行加热、水冷的大规模的热处理设备，在将钢管加热后通过空冷就能制造变形特性优良的钢管，例如扩管特性优良的扩管用油井用钢管、或低屈服比的管线管。

附图说明

图1是表示空冷后的钢管的MA量与Mn、Ca、Ni、Mo及Cu的添加量的关系的图示。

具体实施方式

本发明者们就在将钢管整体加热后通过空冷来制造具有由软质相和硬质第2相构成的二相组织、且变形特性优良的钢管、特别是扩管性能优良的高强度钢管、低屈服比的管线管的方法进行了研究。

如果在大于等于Ac₁相变温度且小于等于Ac₃相变温度的二相区对含有能提高淬火性、且难以固溶于渗碳体中的元素的钢进行加热，则所生成的奥氏体在空冷时不会分解成碳化物和铁素体而容易形成MA(马氏体-奥氏体组元)。作为具有此效果的元素，可列举出Mn、Cr、Ni、Mo、Cu。

因而，本发明者们调查了Mn、Cr、Ni、Mo、Cu的添加量和在二相区加热并空冷后生成的MA量。具体地讲，在基本的成分组成以质量％计为C：0.04～0.10％、Mn：1.40～2.50％、Si：0.80％以下、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Al：0.10％以下、N：0.01％以下的钢中使其含有各种量的Ni、Mo、Cr、Cu，如此制造钢板。而且，在700～800℃下对钢板进行加热，然后空冷，如此实施热处理。

从热处理后的钢板采集用于组织观察的试样，进行LePera腐蚀，用光学显微镜观察，拍摄组织照片。将组织照片中的着色成白色的部分鉴定为MA，通过图像解析求出面积率。此外，从钢板上采集试验片，进行抗拉试验，制作真应变、真应力的双对数图，从直线部的倾斜度求出加工硬化系数(n值)。再者，钢板的抗拉强度为600～800MPa。

首先，关于加热温度，可知：如果温度低于Ac₁+10℃则加热时生成的奥氏体的量小，其结果是，空冷后生成的MA也少，因而n值低于0.1。另一方面，如果在超过Ac₁+60℃的温度下加热，尽管奥氏体的生成量增加，但是分配给奥氏体的C量减少。因此，奥氏体不稳定，在空冷时分解成铁素体和渗碳体。其结果是，MA的面积率减小，与低温下的加热一样，n值低于0.1。

因而，对在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃的温度范围进行了加热、空冷的钢管的MA量与Mn、Cr、Ni、Mo、Cu的添加量的关系进行了分析。其结果是，如图1所示，可知：能够以Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu作为指标调整MA量。再者，在有意地不添加作为选择元素的Cr、Ni、Mo及Cu时，将各自的值计为0，计算Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu。

此外，根据钢的成分组成中的Si、Mn、Ni及Cr的含量(质量％)，通过下式计算求出Ac₁。再者，在有意地不添加作为脱氧元素的Si、作为选择元素的Ni及Cr时，将各自的值计为0来计算Ac₁。

Ac₁＝723+29.1×Si-10.7×Mn-16.9×(Ni-Cr)

图1的纵轴“MA”为MA的面积率，由此表明，如果Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu达到2.00以上，则MA的面积率达到2％以上。此外，MA的面积率与Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu的数值一起增加。所以，认为因Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu的增加而使得奥氏体稳定，在空冷后以MA的形式残存的量增加。

再有，本发明者们以MA的面积率为2～10％、加工硬化系数为0.10以上的钢板的成分组成为基础，制造热轧钢板，形成电焊钢管。在Ac₁+20℃～Ac₁+60℃的温度范围对钢管进行加热，然后进行空冷，从端部压入扩管塞进行扩管，测定没有发生裂纹的极限扩管率。此外，从钢管上采集以圆周方向作为纵向的试验片，进行抗拉试验，求出加工硬化系数。其结果是，可知：只要加工硬化系数在0.10以上，极限扩管率就达到20％以上，只要加工硬化系数在0.15以上，极限扩管率就达到30％以上。

同样，在基本的成分组成以质量％计为C：0.04～0.10％、Mn：1.00～2.50％、Si：0.80％以下、P：0.030％以下、S：0.010％以下、Al：0.10％以下、N：0.010％以下的钢中使其含有各种量的Ni、Mo、Cr、Cu，如此制造钢板。在对该钢板施加了相当于造管成形的4％的预应变后，在700～800℃下对钢板进行加热，然后空冷，如此实施热处理。从热处理后的钢板采集用于观察组织的试样，用光学显微镜观察，通过图像解析求出MA的面积率。

再者，预应变后的钢板的屈服比为0.92。在加热温度低于Ac₁+10℃时，空冷后生成的MA少，另一方面，如果在超过Ac₁+60℃的温度下进行加热，则奥氏体在空冷时分解成铁素体和渗碳体。其结果是，MA的面积率减小，屈服比只降低到0.90左右。

因而，通过使钢成分在Mn：1.0～2.5％、Cr：0～1.0％、Ni：0～1.0％、Mo：0～0.6％、Cu：0～1.0％的范围内变化而准备了合计27种类的钢，解析了在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃的温度范围进行加热、空冷的预应变钢板的MA量与Mn、Cr、Ni、Mo、Cu的添加量的关系。用重回归分析的方法解析了其结果，判明：MA量在以Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu为指标时可得到最好的相互关联。

也就是说，可知：MA量与图1同样能够以Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu作为指标进行调整。关于加热温度，只要是在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃的温度范围，无论在哪一温度下都能得到与图1同样的结果。再有，本发明者们采用具有通过上述热处理MA的面积率达到2～10％这样的成分组成的钢来制造热轧钢板，形成壁厚/外径比为0.05的钢管。对该钢管进行加热，然后空冷，从钢管纵向采集抗拉试验片进行抗拉试验，求出屈服比。其结果是，可知：只要加热温度为Ac₁+10℃～Ac₁+60℃，MA就达到2％以上，结果使屈服比达到0.90以下。

以下，对本发明的变形特性优良的钢管中含有的化学成分和其限定理由进行说明。关于本发明的钢管的化学成分，从造管前的钢板的组织及强度、和热处理后的钢管的组织及强度这双方的观点出发规定为以下的范围。

C在本发明中，对于在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃、优选在Ac₁+20℃～Ac₁+60℃的温度范围进行加热时，为使奥氏体稳定，使空冷后的MA的面积率增加，其是非常重要的元素。为了在热处理后确保MA，则需要添加0.04％以上的C。此外，C还是可提高淬火性、提高钢的强度的元素，如果过剩地添加，则强度过高，损害韧性，因此将上限规定为0.10％。再者，优选C量的上限低于0.10％。

Mn在提高淬火性、确保高强度方面是不可缺少的元素。此外，也是使Ac₁点下降、使奥氏体稳定化的元素。所以，为了在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃、优选在Ac₁+20℃～Ac₁+60℃的温度范围进行加热时生成奥氏体，空冷后抑制MA的分解，需要添加1.00％以上。再者，Mn量的下限优选为1.40％以上。可是，如果Mn过多，则钢管的坯料即钢板的马氏体量过剩，强度过于提高，损害成形性，因此将上限规定为2.50％。

Si是脱氧元素，如果过多添加则低温韧性显著劣化，因此将上限规定为0.80％。在本发明中，作为钢的脱氧元素也可以采用Al、Ti，不需要一定添加Si。另一方面，Si是具有提高强度或促进MA生成的效果的元素，因而优选添加0.10％以上。

P及S是杂质，分别将0.03％及0.01％规定为上限。可通过降低P量来减轻连续铸造板坯的中心偏析，防止晶界破坏，从而提高韧性。此外，S量的降低可使热轧中延伸化的MnS降低，因而具有提高延展性及韧性的效果。

Al是脱氧元素，如果添加量超过0.10％，则非金属夹杂物增加，损害钢的清洁度，因此将上限规定为0.10％。再者，在使用Si作为脱氧剂时，不需要一定添加Al。所以，不限定Al量的下限，但通常作为杂质含有0.001％以上。当在钢的微细化中利用AlN时，优选添加0.01％以上的Al。

N是杂质，因而将其上限规定为0.01％以下。在选择性地添加Ti时，如果含有0.001％以上的N，则形成TiN，通过抑制板坯再加热时的奥氏体晶粒的粗大化，从而可提高母材的韧性。可是，如果N量超过0.01％，则因TiN粗大化而产生表面缺陷、韧性劣化等弊害。

再有，如上所述，除了作为必需元素的Mn以外，只要以满足Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu≥2.00的方式选择性地添加Ni、Mo、Cr、Cu中的一种或两种以上，在空冷时奥氏体就难以分解成铁素体和渗碳体，能够确保MA。这里，Mn、Cr、Ni、Mo、Cu分别为各元素的含量(质量％)，在有意地不添加作为选择元素的Cr、Ni、Mo、Cu时，计为0而计算左边。

此外，Ni、Mo、Cr、Cu也是提高淬火性的元素，为了得到高强度，优选添加其中的一种或两种以上。

Ni还具有在二相区加热钢时使奥氏体微细地产生的效果。另一方面，如果Ni的添加量过大，则钢管的坯料即钢板中的马氏体量过剩，使得强度过高，从而损害成形性。因此优选将Ni量的上限规定为1.00％。

关于Mo、Cr及Cu，如果过剩地添加，则因淬火性提高而使钢管的坯料即钢板的强度过高，有时损害成形性。因此，优选将Mo、Cr及Cu的添加量的上限分别规定为0.60％、1.00％及1.00％。

再有，也可以选择性地添加Nb、Ti、V、B、Ca、REM中的一种或两种以上。Nb、Ti及V有助于钢组织的微细化、B有助于淬火性的提高、Ca及REM有助于夹杂物的形态控制。

Nb是轧制时抑制奥氏体再结晶的元素。为了使加热前的钢管的晶粒直径微细化，优选添加0.01％以上的Nb。此外，为了确保管线管所要求的韧性，优选添加Nb。另一方面，如果高于0.30％地过剩添加Nb，则使韧性劣化，因此将其上限规定为0.30％。

Ti是形成微细的TiN、抑制板坯再加热时的奥氏体晶粒的粗大化的元素。此外，在Al量低到例如为0.005％以下时，Ti作为脱氧剂发挥作用。

为了通过添加Ti、使显微组织微细化来改善韧性，优选含有0.001％以上的N、含有0.005％以上的Ti。另一方面，如果Ti量过大，则产生TiN的粗大化、及TiC造成的析出硬化，使得韧性劣化，因此优选将其上限规定为0.03％。

V具有与Nb大致相同的效果，但其效果与Nb相比小一些。为了得到该效果，优选添加0.01％以上的V。另一方面，如果过剩地添加，则使得韧性劣化，因此将V的添加量的上限规定为0.30％。

B是提高钢的淬火性的元素，具有在从二相区开始的空冷时抑制奥氏体分解成铁素体和碳化物，促进MA的生成的效果。为得到该效果，优选添加0.0003％以上的B。另一方面，如果添加超过0.003％的B，则因生成粗大的含B碳化物而损害韧性，因此优选将其上限规定为0.003％。

Ca及REM是抑制MnS等硫化物的形态、有助于提高韧性的元素，优选添加一方或双方。为了得到该效果，优选添加0.001％以上的Ca、0.002％以上的REM。另一方面，如果Ca超过0.01％、REM超过0.02％，则因生成CaO-CaS、或REM-CaS而形成大型集聚物、大型夹杂物，有时损害钢的清洁度。因此，优选将Ca的添加量的上限规定为0.01％、将REM的添加量的上限规定为0.02％。再者，Ca添加量的更优选的上限为0.006％。

接着，对热处理后的钢管的组织进行说明。

为了得到优良的变形特性，尤其为了提高扩管性能、且降低屈服比，优选将钢管的组织形成为由以面积率计为2～10％的MA和剩余部分为软质相构成的二相组织。另一方面，如果使二相区加热时的奥氏体组织率达到10％以上，则C向奥氏体的浓缩不充分，空冷时分解成铁素体和渗碳体。所以，难以得到超过10％的MA。

再者，如果用光学显微镜观察，MA在LePera腐蚀后被着色成白色。此外，如果用扫描式电子显微镜(SEM)观察经过硝酸乙醇腐蚀的试样，由于MA的部分不易被腐蚀，因此观察到岛状且平滑的组织。所以，MA的面积率可通过对LePera腐蚀后的试样的光学显微镜组织照片、硝酸乙醇腐蚀后的试样的SEM组织照片进行图像解析来测定。

关于变形特性、尤其扩管性能，越容易进行加工硬化越能提高。因此，只要将MA的面积率规定为2～10％，钢管的圆周方向的加工硬化系数就达到0.10以上，就可得到优良的扩管性能。

MA以外的部分为软质相，这是在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃、优选在Ac₁+20℃～Ac₁+60℃的温度范围将热处理前的钢管组织即铁素体、马氏体、贝氏体加热后被空冷的相。

在本发明中，将通过Ac₁+10℃～Ac₁+60℃、优选Ac₁+20℃～Ac₁+60℃的温度范围的加热及空冷而被软化的马氏体、贝氏体分别称为高温回火马氏体、高温回火贝氏体。也就是说，软质相包含铁素体、高温回火马氏体及高温回火贝氏体中的一种或两种以上。

再者，在本发明的成分范围的钢中，可通过下式计算求出Ac₁。

Ac₁＝723+29.1×Si-10.7×Mn-16.9×(Ni-Cr)

其中，Si、Mn、Ni、Cr分别为各元素的含量(质量％)。

此外，关于Ac₁，也可通过从所制造的钢板采集试验片，或在实验室制造具有相同组成的钢材，通过实验来测定。例如，钢的加热时的相变温度可通过以恒定速度加热试验片，测定其膨胀量的所谓热膨胀(Formaster)试验来求出。

通过根据由热膨胀试验得到的温度与膨胀量的关系求出弯曲的开始点及结束点的温度，能够分别确定奥氏体相变的开始温度(Ac₁)及奥氏体相变的结束温度(Ac₃)。

通常，如果在Ac₁～Ac₃下对钢进行加热，则马氏体、贝氏体、铁素体中的一部分相变成奥氏体，剩余部分以体心立方结构的组织的状态进行回复。

特别是在本发明的制造方法中，由于在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃、优选在Ac₁+20℃～Ac₁+60℃的比较低温的温度区域进行加热，因此加热前存在的马氏体及贝氏体没有相变成奥氏体的部分较多，以受到回火处理的软化相的形式残存。也就是说，如果在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃、优选在Ac₁+20℃～Ac₁+60℃的温度范围对热处理前的钢管中生成的马氏体及贝氏体进行加热，则因位错的回复及固溶C的析出而软化，分别成为高温回火马氏体及高温回火贝氏体。

此外，铁素体中混合存在两部分组织，一部分在加热前也是铁素体，在加热中进行回复；另一部分在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃、优选在Ac₁+20℃～Ac₁+60℃的温度范围被加热时相变成奥氏体，在空冷中进行逆相变，即，分解成铁素体和渗碳体。可是，由于这些组织难以用光学显微镜进行区分，所以统称为铁素体。

对于具有这样的成分及金属组织的本发明的变形特性优良的钢管，其抗拉强度为500～900MPa、厚度为5mm～20mm。特别是在扩管用油井用钢管中，所要求的抗拉强度为550～900MPa、厚度为5mm～15mm、优选为7mm～15mm。此外，在低屈服比管线管中，所要求的抗拉强度为500～750MPa、厚度为5mm～20mm。

接着，对含有上述成分的变形特性优良的钢管的制造条件进行说明。本发明的变形特性优良的钢管的制造方法是在不对母钢管实施缩径轧制等热加工的情况下实施热处理。但是，也可以在热处理前以冷态实施用于提高圆度的定径、及用于矫正形状的加工。

本发明的变形特性优良的钢管的制造方法基本上是在上述制造条件下，即在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃、优选在Ac₁+20℃～Ac₁+60℃的温度范围加热母钢管后进行空冷。所以，根据本发明，在将母钢管整体加热后，通过空冷也能提高变形特性，不需要实施要求大规模的热处理设备的水冷。再者，如果在加热后进行水冷，则不生成MA，而生成马氏体。将钢管的加热温度规定为Ac₁+10℃～Ac₁+60℃、优选为Ac₁+20℃～Ac₁+60℃，是为了在空冷后得到MA。这是因为通过在二相区加热，如果一部分相变成奥氏体，C就向奥氏体部浓缩，几乎不分配其它元素。

也就是说，在加热温度低于Ac₁+10℃时，向奥氏体相变的比例过小，难以确保MA。为了使加热时的奥氏体量增加，优选将加热温度规定在Ac₁+20℃以上。另一方面，如果在超过Ac₁+60℃的温度下加热，向奥氏体的相变量则过多。因此，奥氏体相中的C的浓缩量不足，因空冷而分解成铁素体和渗碳体，难以确保MA。此外，为了得到微细的晶粒直径，优选将加热温度的上限规定为780℃以下。因此，为了使Ac₁达到720℃以下，优选对钢管的化学成分进行调整。

本发明的变形特性优良的钢管、特别是扩管用油井用钢管、低屈服比管线管，无论用哪种制造方法制造都没有问题，但优选壁厚不均较小的方法。只要壁厚不均小，也可以是无缝钢管，但一般通过成形板厚精度高的热轧钢板，进行对焊来制造焊接钢管，因此与无缝钢管相比，其壁厚不均较小。

关于焊接钢管的成形方法，作为一般采用的钢管成形法，可以是挤压成形或辊压成形。此外，作为对接部的焊接方法，能够采用激光焊接、电弧焊接及电焊焊接，由于在电焊管工序中生产率高，因此在本发明的钢管、特别是油井用钢管、管线管的制造中是特别合适的。

关于热轧钢板，在奥氏体区对钢坯进行加热，在进行了粗轧后进行精轧，优选在精轧后进行加速冷却。再者，坯料即钢板的抗拉强度优选为600～800MPa。

热轧的加热温度优选为1000℃以上，以便将钢坯的组织形成奥氏体，确保热加工性。另一方面，如果热轧的加热温度超过1270℃，则有可能因组织粗大化而损害热加工性，因此优选将上限规定为1270℃。

关于精轧，为了使钢管的晶粒直径微细化，优选将压下率规定为50％以上。再者，可通过用轧制前的板厚除轧制前后的板厚的差来求出精轧的压下率。只要将精轧的压下率规定为50％以上，在二相区对钢管进行加热时，可均匀分散地生成奥氏体，MA也微细地分散，从而提高扩管特性。

在精轧后，如果进行加速冷却，则热轧钢板的组织成为包含铁素体、马氏体及贝氏体的多相组织。再者，铁素体和贝氏体的多相组织是最普通的。例如，在精轧后，通过以15℃/s的冷却速度进行冷却，在400～500℃进行卷取，可得到这样的多相组织。从而，在二相区对钢管进行加热时，能更加均匀地分散、生成奥氏体，MA也微细地分散，因而可提高变形特性，尤其可提高扩管特性，降低屈服比。

在利用本发明的制造方法得到的变形特性优良的钢管中，能够将扩管用油井用钢管插入用钻管挖掘的地下井、或已设有其它油井管的井内。井有时达到几千米的深度。对于在井内扩管的扩管用油井用钢管，优选将壁厚规定为5～15mm、将外径规定为114～331mm。

用本发明的制造方法得到的低屈服比管线管在海底管线管的铺设时，能够采用卷筒铺管船施工法。优选管线管是电焊钢管，优选将壁厚规定为5～20mm、将外径规定为114～610mm。

实施例1

用转炉熔炼含有表1所示的化学成分的钢，通过连续铸造形成钢坯，在1100～1200℃下对所得到的钢坯进行加热，用连续热轧机进行轧制，将压下率规定为70％以上，以10～20℃/s的冷却速度进行冷却，在400～500℃进行卷取，由此制造9.56mm厚的热轧钢板。

以该热轧钢板作为坯料，通过电焊管工序制造外径为193.7mm的钢管。在表2所示的温度下对所得到的钢管进行120s的加热，然后进行空冷，如此实施热处理。再者，表1中的“0”表示有意地不添加选择元素。

从钢管上采集以圆周方向作为纵向的试验片进行抗拉试验，测定屈服强度(YS)、抗拉强度(TS)及加工硬化系数(n值)。关于n值，可通过制作真应变、真应力的双对数图，从直线部的倾斜度进行测定。再有，通过塞子对钢管的端部实施30％扩管的扩管试验。扩管后，测定钢管的壁厚分布，计算与平均壁厚的差，将最大的壁厚减薄的值作为最大壁厚减薄进行评价。

此外，用光学显微镜观察了钢管的组织。通过对经过LePera腐蚀的试样的组织照片进行图像解析而测定了MA的面积率。再者，MA的残部为铁素体、马氏体及贝氏体，通过维氏硬度的测定确认：马氏体及贝氏体软化。

表2中示出其结果。在表2中，屈服强度和抗拉强度的比Y/T为屈服比(YS/TS)，以百分比表示。如表2所示，可知：在本发明钢管中，最大壁厚减薄小，达0.6mm左右以下，具有与经过水冷的实施No.7同等以上的优良的扩管性能。再者，实施No.7为没有满足Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu≥2.00、冷却为水冷的比较例。此外，实施No.7的MA面积率的“(9)”表示在加热钢管后进行水冷时生成的马氏体的面积率为9％。

另一方面，实施No.6的加热温度过高，实施No.8与实施No.7同样，钢组成为本发明规定的范围以外，空冷后MA的生成不充分，产生超过1mm的大的壁厚减薄。

实施例2

用转炉熔炼含有表3所示的化学成分的钢，通过连续铸造形成钢坯，在1100～1200℃下对所得到的钢坯进行加热，用连续热轧机进行轧制，将压下率规定为70％以上，以10～20℃/s的冷却速度进行冷却，在500～600℃进行卷取，由此制造16mm及8mm厚的热轧钢板。以该热轧钢板作为坯料，通过电焊管工序制造外径为400mm的钢管。从热处理前的钢管上采集试验片进行抗拉试验，评价了屈服比(Y/T)。

在表4所示的温度下对所得到的钢管进行120s的加热，然后进行空冷，如此实施热处理。再者，表3的化学成分栏中记载的“0”表示有意地不添加选择元素。从钢管的纵向采集试验片进行抗拉试验，测定屈服强度(YS)、抗拉强度(TS)。对于韧性，通过进行夏氏试验，根据脆性延展性转变温度(Trs)来进行评价。

表4中示出其结果。在表4中，屈服强度和抗拉强度的比Y/T为屈服比(YS/TS)。如表4所示，可知：在实施No.11～20的本发明钢管中，热处理后的屈服比都为可适用于卷筒铺管船施工法的0.90以下。再者，如实施No.20，如果壁厚/外径比低，则造管时的加工硬化减小，热处理前的屈服比也低。

实施No.21～24为比较例。实施No.21为加热温度过高的例子，而实施No.22为加热温度过低、MA的生成不充分、屈服比没有充分下降的例子。实施No.23、24为没有满足Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu≥2.00、淬火性不足、如果是水冷则不能得到低屈服比，但在空冷时屈服比没有充分下降的例子。另外，实施No.23的MA面积率的“(8.0)”表示马氏体的面积率为8.0％。

如上所述，根据本发明能够廉价地制造变形性能优良的钢管、尤其是扩管特性优良的扩管用油井用钢管、低屈服比管线管，因此本发明在产业上的贡献是非常显著的。

Claims

1.一种变形特性优良的电焊钢管，其特征在于：以质量％计含有：

C：0.04～0.10％、

Mn：1.00～2.50％；

将以下元素限制在：

Si：0.80％以下、

P：0.03％以下、

S：0.01％以下、

Al：0.10％以下、

N：0.01％以下；

进一步含有以下元素中的一种或两种以上：

Ni：1.00％以下、

Mo：0.60％以下、

Cr：1.00％以下、

Cu：1.00％以下；

Mn的含量和Cr、Ni、Mo、Cu中的一种或两种以上的含量满足Mn+Cr+Ni+2Mo+Cu≥2.00％，剩余部分包含铁及不可避免的杂质，显微组织为由以面积率计为2～10％的马氏体-奥氏体组元和软质相构成的二相组织，所述软质相由铁素体、高温回火马氏体、高温回火贝氏体中的一种或两种以上构成。

2.根据权利要求1所述的变形特性优良的电焊钢管，其特征在于：以质量％计进一步含有以下元素中的一种或两种以上：

Nb：0.01～0.30％、

Ti：0.005～0.03％、

V：0.30％以下、

B：0.0003～0.003％、

Ca：0.01％以下、

REM：0.02％以下。

3.根据权利要求1或2所述的变形特性优良的电焊钢管，其特征在于：钢管的圆周方向的加工硬化系数为0.10以上。

4.根据权利要求1或2所述的变形特性优良的电焊钢管，其特征在于：钢管的壁厚/外径比为0.03以上。

5.根据权利要求1或2所述的变形特性优良的电焊钢管，其特征在于：钢管的壁厚为5～20mm。

6.根据权利要求1或2所述的变形特性优良的电焊钢管，其特征在于，钢管的外径为114～610mm。

7.一种扩管用油井用电焊钢管，其特征在于：其是由权利要求1～5中任一项所述的变形特性优良的电焊钢管构成、在井内被扩管的扩管用油井用电焊钢管，其中所述电焊钢管的壁厚为5～15mm，外径为114～331mm。

8.一种管线管用电焊钢管，其特征在于：其是由权利要求1～6中任一项所述的变形特性优良的电焊钢管构成的管线管用电焊钢管，其中所述电焊钢管的壁厚为5～20mm，外径为114～610mm。

9.一种变形特性优良的电焊钢管的制造方法，其特征在于：

在Ac₁+10℃～Ac₁+60℃下对母钢管进行加热，然后进行空冷，显微组织为由以面积率计为2～10％的马氏体-奥氏体组元和软质相构成的二相组织，所述软质相由铁素体、高温回火马氏体、高温回火贝氏体中的一种或两种以上构成；

所述母钢管以质量％计含有：