CN101663411A - 线管用弯管的制造方法和线管用弯管 - Google Patents

线管用弯管的制造方法和线管用弯管 Download PDF

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Abstract

准备以质量％计含有C：0.009％以下、Mn：1.0％以下、Si：1.0％以下、P：0.04％以下、S：0.005％以下、Ti：0.01～0.2％、V：0.01～0.10％、Al：0.001～0.1％、N：0.1％以下、Ni：4.0～8.0％、Cr：9.0～15.0％、Mo：1.5～7.0％的、且余量由Fe和杂质构成的钢管。对准备好的弯管进行弯曲加工制成弯管。将该弯管以不足950℃的淬火温度进行淬火。对经淬火的弯管进行回火处理。结果，本发明的弯管具有优良的耐SSC性。

Description

线管用弯管的制造方法和线管用弯管
技术领域
本发明涉及弯管的制造方法和弯管，进一步详细地说涉及用于线管的弯管的制造方法和线管用弯管。
背景技术
管线输送从油井、气井产出的石油或天然气。以往，构成管线的钢管(线管)中，主要应用碳钢。
然而，随着近些年井的深井化，线管中称为收集管线和流送管线的部分，逐渐开始暴露于比以往更加高温高压的腐蚀环境。此外，这些部分必须输送含有硫化氢气体、碳酸气等腐蚀性气体的生产流体。因此，在收集管线、流送管线中使用的线管，逐渐变得要求优良的耐碳酸气腐蚀性和耐硫化物应力腐蚀开裂性(以下，将硫化物应力腐蚀开裂称为SSC)。
因此，作为满足上述的要求的钢管，开发了线管用马丁体系不锈钢钢管。线管用马丁体系不锈钢，例如，在日本特许第3156170号公报中被公开。
线管用马丁体系不锈钢钢管，通过添加Mo在表面形成钝态(日文：不動熊)被膜，并且，通过将C含量设为不足0.01％而具有优良的耐碳酸气腐蚀性和耐SSC性。此外，通过含有大量的Ni作为替代C的奥氏体形成元素，即使C含量低，也可以将组织维持为马丁体。进而，由于C含量低，在焊接时难以发生加工硬化，具有优良的焊接性。因此，线管用马丁体系不锈钢钢管适于在收集管线和流送管线中使用。
可是，管线不仅含有直线状的线管(所谓直管)，根据铺设的地形需要，还含有具有曲线部分的线管，即弯管。
以往的由可以应用于管线的碳钢构成的弯管的一般的制造方法如以下所述。首先，将直管通过加热弯曲加工从而制成弯管。然后，对弯管实施淬火、回火。由于以加热进行弯曲加工，弯管的强度、韧性等机械特性下降，因此通过淬火、回火改善机械特性。
如上所述，由于近些年井的深井化，在收集管线、流送管线中开始应用线管用马丁体系不锈钢代替碳钢。因此，要求用由线管用马丁体系不锈钢构成的弯管代替以往的由碳钢构成的弯管。
然而，以与以往的碳钢弯管相同的制造条件来制造线管用马丁体系不锈钢的弯管时，有时制得的弯管的耐SSC性低。
发明内容
本发明的目的在于，提供由马丁体系不锈钢构成、具有优良的耐SSC性的线管用弯管的制造方法以及这种弯管。
本发明人针对由马丁体系不锈钢构成的线管用弯管的耐SSC性下降的原因进行了调查。根据调查结果本发明人认为，在弯曲加工后的淬火回火处理中的回火温度是引起耐SSC性下降的原因。因此，以不同回火温度制造弯管，结果发现，只要使回火温度不足950℃，所制造的弯管就具有优良的耐SSC性。
本发明基于以上的发现完成，其要旨如以下所述。
本发明的线管用弯管的制造方法包括以下工序：准备以质量％计含有C：0.009％以下、Mn；1.0％以下、Si：1.0％以下、P：0.04％以下、S：0.005％以下、Ti：0.01～0.2％、V：0.01～0.10％、Al：0.001～0.1％、N：0.1％以下、Ni：4.0～8.0％、Cr：9.0～15.0％、Mo：1.5～7.0％、且余量由Fe和杂质构成的钢管的工序；对钢管进行弯曲加工从而制成弯管的工序；将弯管以不足950℃的淬火温度进行淬火的工序；对经淬火的弯管进行回火的工序。
本发明的线管用弯管，以质量％计含有C：0.009％以下，Mn：1.0％以下，Si：1.0％以下，P：0.04％以下，S：0.005％以下，Ti：0.01～0.2％，V：0.01～0.10％，Al：0.001～0.1％，N：0.1％以下，Ni：4.0～8.0％，Cr：9.0～15.0％，Mo：1.5～7.0％，且余量由Fe和杂质构成。本发明的线管用弯管的特征还在于，被弯曲加工后，以不足950℃的淬火温度经过了淬火。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细的说明。
1.线管用弯管的化学组成
线管用弯管由马丁体系不锈钢构成，其化学组成如以下所述。以下，关于元素的％意思是质量％。
C：0.009％以下
碳(C)在焊接施工时提高焊接热影响区(HAZ)的硬度，降低钢的韧性和耐腐蚀性。因此，优选C含量尽量少。因此，C含量设为0.009％以下。
Mn：1.0％以下
锰(Mn)提高钢的强度。然而，如果含有过剩的Mn则韧性降低。因此，Mn含量为1.0％以下。优选Mn含量为0.2％以上。
Si：1.0％以下
硅(Si)对钢进行脱氧。然而，若Si含量超过1.0％，则钢的韧性降低。因此，Si含量为1.0％以下。优选Si含量为0.05％以上。
P：0.04％以下
磷(P)是杂质。P降低钢的韧性。因此，优选P含量尽量少。因此，P含量设为0.04％以下。
S：0.005％以下
硫(S)是杂质。S降低钢的热加工性。因此，优选S含量尽量少。因此，S含量设为0.005％以下。
Ti：0.01～0.2％
V：0.01～0.10％
钛(Ti)和钒(V)，通过与钢中的N、C形成碳氮化物，抑制焊接施工时的焊接热影响区的硬度上升。然而，如果过剩地含有这些元素，其效果发生饱和。进而，钛和钒与Ni等元素形成化合物，提高硬度。因此，将Ti含量设为0.01～0.2％，V含量设为0.01～0.10％。优选Ti含量为0.05～0.15％，优选V含量为0.02～0.10％。
Al：0.001～0.1％
铝(Al)对钢进行脱氧。然而，如果过剩地含有Al，则钢中的夹杂物增加，钢的耐腐蚀性降低。因此，Al含量为0.001～0.1％。
N：0.1％以下
氮(N)为杂质。N提高硫化物应力腐蚀开裂敏感性。因此，优选N含量少。因此，N含量设为0.1％以下。优选N含量为0.02％以下。
Ni：4.0～8.0％
镍(Ni)提高钢的强度、耐腐蚀性和热加工性。然而，如果过剩地含有Ni，其效果发生饱和。因此，Ni含量为4.0～8.0％。
Cr：9.0～15.0％
铬(Cr)形成耐腐蚀性被膜，提高钢的耐腐蚀性。然而，如果过剩地含有Cr，通过与Mo的协同效果生成铁素体(ferrite)，强度会降低。因此，Cr含量为9.0～15.0％。
Mo：1.5～7.0％
钼(Mo)提高对硫化氢的耐腐蚀性。特别是改善焊接热影响区的耐腐蚀性。然而，如果过剩地含有的Mo，通过与Cr的协同效果生成铁素体，强度降低。因此，Mo含量为1.5～7.0％。优选Mo含量为2.0～7.0％。
此外，余量由Fe和杂质构成。
2.弯管的制造方法
以下对弯管的制造方法的一例进行说明。弯管的制造方法包括：准备直线状的线管用钢管的工序(钢管准备工序)；对直线状的线管用钢管进行弯曲加工的工序(弯曲加工工序)；将经弯曲加工的钢管(弯管)进行淬火的工序(淬火工序)；将经淬火的弯管进行回火的工序(回火工序)。以下，对各工序分别说明。
[钢管准备工序]
准备上述化学组成的线管用钢管。线管用钢管，例如可以通过以下的方法制造。将上述化学组成的钢熔炼，通过连续铸造法制成钢坯。对制成的钢坯进行穿孔辊轧制成线管用钢管。通过上述的方法，制造了无接头钢管作为线管用钢管，但也可以通过含有埋弧焊接(SAW)、金属惰性气体焊接(MIG)和钨惰性气体焊接(TIG)等各种焊接法制造被焊接的焊接管。
[弯曲加工工序]
对准备好的直线状的线管用钢管进行弯曲加工，制成弯管。作为弯曲加工的一例，针对基于高频加热的弯曲加工进行说明。
将直线状的线管用钢管***高频线圈内。将***高频线圈的线管用钢管的一端夹持于水平旋转的臂(弯曲臂)上。然后，将线管用钢管，从钢管的另一端沿管轴方向慢慢地塞入。通过将钢管塞入从而弯曲臂旋转，通过这样，钢管一边通过高频线圈被部分地加热，一边慢慢地被弯曲加工。弯曲加工时，钢管中通过高频线圈被加热的部分的温度范围为930～970℃。
在上述的说明中，针对通过高频加热进行弯曲加工进行说明，但是也可以通过其他的热弯曲加工来制造弯管。
[淬火工序]
淬火工序是本发明中最重要的工序。在本发明中，淬火温度设为不足950℃。因为如果淬火温度设定在950℃以上，淬火回火后的弯管的耐SSC性就会降低，发生SSC。虽然其原因不明确，但是可以推测是由于将上述化学组成的弯管以950℃以上的淬火温度进行均热时，在钢中产生了2次生成物，该2次生成物是降低耐SSC性的物质。生成的2次生成物不确定，但可以认为是Fe2Mo等的拉弗斯相化合物。根据以上，淬火温度设为不足950℃。优选淬火温度为945℃以下，进一步优选淬火温度为940℃以下。
另一方面，如果淬火温度过低，不能得到需要的强度。因此，淬火温度设定在800℃以上。优选淬火温度为850℃以上，进一步优选淬火温度为890℃以上。此外，优选的均热时间为45分钟以上，进一步优选均热时间为50～60分钟。
使以上述淬火温度进行均热了的弯管以公知的冷却速度冷却至室温。冷却方法可以是水冷，也可以是喷雾冷却。
[回火工序]
将弯管淬火后，实施公知的回火。回火温度为例如600℃～700℃，优选均热时间为45～60分钟。
通过以上的制造工序所制造的线管用弯管具有优良的耐SSC性。此外，以上述的条件进行了淬火回火的弯管的屈服强度为550MPa～725MPa。
实施例
将表1所示化学组成的马丁体系不锈钢熔炼，制造多个圆钢坯。
[表1]
Figure A20088000968600081
对所制造的多个圆钢坯进行穿孔辊轧，制造直线状的多个无接头钢管。通过高频加热对各无接头钢管进行弯曲加工，制造多个弯管。这时，基于高频加热的加热温度为950℃。
对各弯管以表2所示的淬火温度和回火温度进行淬火回火，制成外径219.1mm、壁厚12.7mm、弯曲部的曲率半径为5DR的线管用弯管。
[表2]
试验编号  淬火温度(℃)  回火温度(℃)  YS     TS     SSC
                                      (MPa)  (MPa)
1         900           640           589    932    无
2         950           650           591    928    有
3         925           645           613    925    无
4         900           640           554    913    无
对试验编号1、3和4的弯管进行淬火的温度在本发明的范围内。另一方面，试验编号2的弯管的淬火温度超过本发明的上限。
[拉伸试验]
从试验编号1～4的弯管分别采集拉伸试验片，实施拉伸试验。具体地说，从各弯管采集平行部的外径为8.9mm的圆棒试验片。对取得的圆棒试验片在常温下进行拉伸试验。将通过拉伸试验得到的屈服强度(MPa)、拉伸强度(MPa)分别示于表1的“YS”栏中和表2的“TS”栏中。拉伸试验的结果显示试验编号1～4的任一弯管的屈服强度都在550MPa～725MPa的范围。
[SSC试验]
从各弯管采集宽10mm、厚2mm和长75mm的平滑4点弯试验片。使用所采集的4点弯曲试验片，在含有硫化氢的试验液中进行4点弯曲试验。具体地说，作为试验液，准备含有5质量％的NaCl和0.5质量％的冰醋酸(CH3COOH)的水溶液(基于NACE-TM0177规定的Solution A)。将对试验中的4点弯曲试验片施加的附加应力设为在应变仪法中90％的实际屈服应力。此外，试验中，将由分压0.004(bar)的H2S气和分压0.996(bar)的CO2气形成的混合气吹入试验液中。试验温度为25±1℃，试验时间设为720小时。
试验后，以目视观察试验片的SSC的有无。表2中“SSC”中的“有”表示发生SSC，“无”表示未发生SSC。
参照表2，试验编号1、3和4的淬火温度在本发明的范围内，因此未发生SSC。另一方面，试验编号2的淬火温度超过本发明的上限，因此发生SSC。
以上，对本发明的实施方式进行说明，上述实施方式形态仅仅是实施本发明的示例。因此，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内，可以对上述实施方式进行适当的变形再进行实施。
工业可利用性
基于本发明的线管用弯管，可以用于线管。

Claims (2)

1.一种线管用弯管的制造方法，其特征在于，包括以下工序：
准备以质量％计含有C：0.009％以下、Mn：1.0％以下、Si：1.0％以下、P：0.04％以下、S：0.005％以下、Ti：0.01～0.2％、V：0.01～0.10％、Al：0.001～0.1％、N：0.1％以下、Ni：4.0～8.0％、Cr：9.0～15.0％、Mo：1.5～7.0％、且余量由Fe和杂质构成的钢管的工序；
对所述钢管进行弯曲加工从而制成弯管的工序；
将所述弯管以不足950℃的淬火温度进行淬火的工序；
对经淬火的弯管进行回火的工序。
2.一种线管，其特征在于，以质量％计含有C：0.009％以下、Mn：1.0％以下、Si：1.0％以下、P：0.04％以下、S：0.005％以下，Ti：0.01～0.2％、V：0.01～0.10％、Al：0.001～0.1％、N：0.1％以下，Ni：4.0～8.0％、Cr：9.0～15.0％，Mo：1.5～7.0％，且余量由Fe和杂质构成，经弯曲加工后，以不足950℃的淬火温度经过了淬火。
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