马氏体系不锈钢管的制造方法转让专利
申请号 : CN200780010997.7
文献号 : CN101410535B
文献日 : 2010-11-03
发明人 : 斋藤建一
申请人 : 住友金属工业株式会社
摘要 :
本发明提供一种马氏体系不锈钢管的制造方法。该马氏体系不锈钢管以质量％计由C：0.15～0.22％、Si：0.10～1.00％、Mn：0.10～1.00％、Cr：12.00～14.00％、N：0.01％～0.05％、P：0.020％以下、S：0.010％以下、其余为Fe及不可避免的杂质构成。在制成上述马氏体系不锈钢管之后，将钢管外表面温度在空气中冷却到135～175℃，然后切断管端部。由此，通过将钢管自身的裂纹敏感性抑制得较低，并在特定的温度范围内进行切断，从而不会使切断部分产生裂纹，而且也可抑制产生飞边。
权利要求 :
1.一种马氏体系不锈钢管的制造方法，其特征在于，在制成以质量％计由C：0.15～0.22％、Si：0.10～1.00％、Mn：0.10～1.00％、Cr：12.00～14.00％、N：0.01％～0.05％、P：0.020％以下、S：0.010％以下、其余为Fe及不可避免的杂质构成的马氏体系不锈钢管之后，将钢管外表面温度在空气中冷却到135～175℃，然后切断管端部。
2.根据权利要求1所述的马氏体系不锈钢管的制造方法，其特征在于，在马氏体系不锈钢管中，代替Fe的一部分，以质量％计含有从V：0.200％以下、Ti：0.200％以下、Nb：0.200％以下及B：0.0100％以下中选择的1种以上。
3.根据权利要求1所述的马氏体系不锈钢管的制造方法，其特征在于，在马氏体系不锈钢管中，代替Fe的一部分，以质量％计含有从Ni：0.5％以下、Cu：0.25％以下及Ca：0.0050％以下中选择的1种以上。
4.根据权利要求2所述的马氏体系不锈钢管的制造方法，其特征在于，在马氏体系不锈钢管中，代替Fe的一部分，以质量％计含有从Ni：0.5％以下、Cu：0.25％以下及Ca：0.0050％以下中选择的1种以上。
5.根据权利要求1～4任一项所述的马氏体系不锈钢管的制造方法，其特征在于，在马氏体系不锈钢管中，代替Fe的一部分，以质量％计含有Al：0.1％以下。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种马氏体系不锈钢管的制造方法。
背景技术
由于13Cr等马氏体系不锈钢管的裂纹敏感性较高，因此，当用锯切断管的端部时，会产生裂纹。以往为了解决该问题，对管进行冷却，将切断前的管的外表面(以下，简称为“表面”)温度冷却到130℃以下，优选冷却到50℃以下。
专利文献1中公开了这样的发明，即，为了防止马氏体系不锈钢管的管端裂纹，使热加工后的马氏体系不锈钢管的温度在空气中冷却到马氏体相变结束温度以下，然后用水冷进行矫正冷却，然后开始切断加工。
专利文献1：日本特开平4—2409号公报
当对管进行冷却使其表面温度达到30℃以下那样的低温时，管的热加工性降低，加工时的变形阻力变大。因此，在管的切断面与锯之间产生较高的加工发热，切断后容易产生飞边。通常，为了提高生产率而将多根切断的管一起搬运。此时，若在管端存在飞边，则管彼此间接触而产生外表面缺陷。
上述专利文献1中的发明由于需要增设强制冷却设备而提高了制造成本。
如上所述，以往研究了在切断马氏体系不锈钢管时防止产生裂纹，但未公开抑制产生飞边的技术。
专利文献1中公开了这样的发明，即，为了防止马氏体系不锈钢管的管端裂纹，使热加工后的马氏体系不锈钢管的温度在空气中冷却到马氏体相变结束温度以下，然后用水冷进行矫正冷却，然后开始切断加工。
专利文献1：日本特开平4—2409号公报
当对管进行冷却使其表面温度达到30℃以下那样的低温时，管的热加工性降低，加工时的变形阻力变大。因此，在管的切断面与锯之间产生较高的加工发热，切断后容易产生飞边。通常，为了提高生产率而将多根切断的管一起搬运。此时，若在管端存在飞边，则管彼此间接触而产生外表面缺陷。
上述专利文献1中的发明由于需要增设强制冷却设备而提高了制造成本。
如上所述，以往研究了在切断马氏体系不锈钢管时防止产生裂纹，但未公开抑制产生飞边的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以防止在切断管端时产生裂纹及飞边的马氏体系不锈钢管的制造方法。
本发明是为了达到上述目的而做成的，其要旨在于，一种马氏体系不锈钢管的制造方法，其特征在于，在制成以质量％计由C：0.15～0.22％、Si：0.10～1.00％、Mn：0.10～1.00％、Cr：12.00～14.00％、N：0.01％～0.05％、P：0.020％以下、S：0.010％以下、其余为Fe及不可避免的杂质构成的马氏体系不锈钢管之后，将钢管外表面温度在空气中冷却到135～175℃，然后切断管端部。
在上述马氏体系不锈钢管中，优选代替Fe的一部分，以质量％计含有从V：0.200％以下、Ti：0.200％以下、Nb：0.200％以下及B：0.0100％以下中选择的1种以上。另外，在该管中，也可以代替Fe一部分，以质量％计含有从Ni：0.5％以下、Cu：0.25％以下及Ca：0.0050％以下中选择的1种以上。在该管中，还可以代替Fe的一部分，以质量％计含有Al：0.1％以下。
采用本发明，可以在切断马氏体系不锈钢管的管端时不产生裂纹并且抑制产生飞边。
本发明是为了达到上述目的而做成的，其要旨在于，一种马氏体系不锈钢管的制造方法，其特征在于，在制成以质量％计由C：0.15～0.22％、Si：0.10～1.00％、Mn：0.10～1.00％、Cr：12.00～14.00％、N：0.01％～0.05％、P：0.020％以下、S：0.010％以下、其余为Fe及不可避免的杂质构成的马氏体系不锈钢管之后，将钢管外表面温度在空气中冷却到135～175℃，然后切断管端部。
在上述马氏体系不锈钢管中，优选代替Fe的一部分，以质量％计含有从V：0.200％以下、Ti：0.200％以下、Nb：0.200％以下及B：0.0100％以下中选择的1种以上。另外，在该管中，也可以代替Fe一部分，以质量％计含有从Ni：0.5％以下、Cu：0.25％以下及Ca：0.0050％以下中选择的1种以上。在该管中，还可以代替Fe的一部分，以质量％计含有Al：0.1％以下。
采用本发明，可以在切断马氏体系不锈钢管的管端时不产生裂纹并且抑制产生飞边。
附图说明
图1是表示以切断时的管的表面温度及外径加工度整理了管的管端裂纹及飞边产生状况的图。
具体实施方式
在本发明的马氏体系不锈钢管的制造方法中，使用上述成分组成的马氏体系不锈钢管的理由如下。
C：
C与N都是对制成后的管的固溶强化有效的元素。为了防止由固溶强化引起的被冲击加工部的滞后破坏而需要使C含量为0.22％以下。但是，若C含量小于0.15％，则热处理后不能确保适当的强度。并且，由于C是生成奥氏体的元素，因此，若过度减少C含量，则会产生由δ铁素体引起的制管后的内部破碎缺陷。因此，使C含量为0.15～0.22％。优选下限为0.18％，优选上限为0.21％。
Si：
Si是作为钢的脱氧剂有效的元素。为了得到其效果，需要使Si含量为0.10％以上。另一方面，当Si含量超过1.00％时则韧性变差。为了确保必要的韧性，优选其含量为0.75％以下。优选下限为0.20％，优选上限为0.35％。
Mn：
Mn是有效地提高钢的强度的元素。并且，与Si同样具有脱氧作用。并且，可将钢中的S固定为MnS，改善热加工性。上述效果在Mn含量为0.10％以上时发挥。另一方面，当Mn含量超过1.00％时则韧性变差。因此，使Mn含量为0.10～1.00％。
Cr：
Cr是用于提高钢的耐腐蚀性的基本成分。特别是在含有12.00％以上时可以改善针对点腐蚀及裂隙腐蚀的耐腐蚀性，并且显著提高在CO2环境下的耐腐蚀性。另一方面，当Cr含量超过14.00％时，在高温下加工时会生成δ铁素体而使热加工性变差。另外，过度添加Cr会提高制造成本。因此，使Cr含量为12.00～14.00％。优选下限为12.40％，优选上限为13.10％。
N：
N是奥氏体稳定化元素，用于改善钢的热加工性，防止产生内表面缺陷。为了得到该效果，需要使N含量为0.01％以上。另一方面，若过度地含有N，则会引起被冲击加工部的滞后破坏。因此，使N含量的上限为0.05％。优选下限为0.02，优选上限为0.035％。
P：
P是作为杂质包含于钢中的元素。若P的含量过多，则会降低热处理后的管的韧性。因此，使P的容许上限值为0.020％。优选P的含量尽量少。
S：
S也是作为杂质包含于钢中的元素，会使钢的热加工性降低。S的含量越少越好，但可以容许到0.010％。优选含量为0.003％以下。
本发明的制造方法的马氏体系不锈钢管具有上述化学组成，其余由Fe及杂质构成。为了防止被冲击加工部的滞后破坏，在该管中，可以代替Fe的一部分，而含有从V、Ti、Nb及B中选择的1种以上。另外，为了改善热加工性，在该管中，可以代替Fe一部分，而含有从Ni、Cu及Ca中选择的1种以上。另外，为了防止管产生外夹层，在该管中，还可以含有Al。各任意添加元素的优选含量及其限定理由如下所述。
V、Ti、Nb及B：
这些元素也可以不含有。但是，若含有这些元素，则会发挥防止被冲击加工部的滞后破坏的效果。因此，优选含有从这些元素中选择的1种以上。但是，若含量过多，则会因热处理后生成的氮化物而提高硬度。因此，招致降低耐腐蚀性及韧性。另外，还会成为强度不均匀的原因。因此，需要将V、Ti、Nb限制在0.200％以下，将B限制在0.0100％以下。这些元素只要含有微量即可发挥上述效果，但优选含有V、Ti、Nb为0.005％以上，含有B为0.0005％以上。
Ni、Cu及Ca
这些元素也可以不含有。
Ni是奥氏体稳定化元素，若含有可改善钢的热加工性。但是，当其含量过剩时会降低耐硫化物应力腐蚀裂纹性，因此，优选使其含量为0.5％。另外，即使含有微量也能发挥上述效果，但含有0.001％以上时效果显著。
Cu是提高钢的耐腐蚀性的元素。并且，是奥氏体稳定化元素，因此，具有改善钢的热加工性的效果。但是，若低融点的Cu含量过剩，反而会降低热加工性。因此，在含有Cu的情况下，优选使其含量为0.25％以下。另外，即使微量也能发挥上述效果，但含有Cu为0.001％以上时效果显著。
Ca可与钢中的S结合，从而防止由于S的粒界偏析而引起热加工性降低。若大量地含有Ca则成为发纹的原因，因此，在含有Ca的情况下，优选使其含量为0.0050％。另外，即使微量也能发挥上述效果，但含有0.0001％以上时效果显著。
Al：
Al也可以不含有。Al作为钢的脱氧剂很有效。并且，对防止管产生外夹层也有效。但是，若其含量过多，则会降低钢的洗净度，并且会在连续铸造时发生浸渍嘴堵塞。因此，在含有Al的情况下，优选使其含量为0.1％。另外，即使微量也能发挥上述效果，但含有Al为0.001％以上时效果显著。
在本发明的马氏体系不锈钢管的制造方法中，制成具有上述化学组成的马氏体系不锈钢管之后，将管的表面温度在空气中冷却到135～175℃，然后切断管端部。其理由如下所述。
在切断时管的表面温度超过175℃的情况下，可能会在管端部产生裂纹。另一方面，当冷却到小于135℃时，可能会降低裂纹敏感性，在切断后产生飞边，导致在输送时产生外表面缺陷。
实施例
熔炼具有表1所示的化学成分的钢坯，利用曼内斯曼芯棒式无缝管轧机进行热加工，制造成各种外径(即，各种外径加工度)的、长度10m的无缝钢管。将该管在炉内温度1050℃的炉中再加热16分钟，然后在空气中冷却。
在各种表面温度时，用具有表2所示的刀具的锯在表3所示的条件下切断管端部，切断后，用下述评价方法评价了裂纹及飞边的产生。另外，用放射温度计测量了管的表面温度。
裂纹评价方法
用喷丸机除去管内外表面的氧化皮后进行酸洗，通过外表面目视检查端部来评价有无裂纹。
飞边评价方法
测量管切断部的飞边的最大长度，在飞边最大长度为20mm以上时判断为产生了飞边。
表1
CSiMnCrNPS其余0.190.230.4612.490.02850.0130.0010Fe及不可避免的杂质
单位(质量％)
表2
材质外径(mm)刃数S55C1370400
表3
刀具圆周速度(m/min)切断速度(mm/sec)69005.0
图1是表示以切断时的管的表面温度及外径加工度整理了管的管端裂纹及飞边产生状况的图。如图1所示，在本发明的温度范围(135～175℃)内进行切断时，裂纹、飞边均不产生，为良好。
另一方面，在本发明的温度范围外的超过175℃的温度下进行切断时，产生了裂纹。另外，在本发明的温度范围外的小于135℃的温度下进行切断时，产生了飞边。
本发明不限于上述例子，不言而喻，也可在各权利要求所述的技术特征范围内适当变更实施方式。
C：
C与N都是对制成后的管的固溶强化有效的元素。为了防止由固溶强化引起的被冲击加工部的滞后破坏而需要使C含量为0.22％以下。但是，若C含量小于0.15％，则热处理后不能确保适当的强度。并且，由于C是生成奥氏体的元素，因此，若过度减少C含量，则会产生由δ铁素体引起的制管后的内部破碎缺陷。因此，使C含量为0.15～0.22％。优选下限为0.18％，优选上限为0.21％。
Si：
Si是作为钢的脱氧剂有效的元素。为了得到其效果，需要使Si含量为0.10％以上。另一方面，当Si含量超过1.00％时则韧性变差。为了确保必要的韧性，优选其含量为0.75％以下。优选下限为0.20％，优选上限为0.35％。
Mn：
Mn是有效地提高钢的强度的元素。并且，与Si同样具有脱氧作用。并且，可将钢中的S固定为MnS，改善热加工性。上述效果在Mn含量为0.10％以上时发挥。另一方面，当Mn含量超过1.00％时则韧性变差。因此，使Mn含量为0.10～1.00％。
Cr：
Cr是用于提高钢的耐腐蚀性的基本成分。特别是在含有12.00％以上时可以改善针对点腐蚀及裂隙腐蚀的耐腐蚀性，并且显著提高在CO2环境下的耐腐蚀性。另一方面，当Cr含量超过14.00％时，在高温下加工时会生成δ铁素体而使热加工性变差。另外，过度添加Cr会提高制造成本。因此，使Cr含量为12.00～14.00％。优选下限为12.40％，优选上限为13.10％。
N：
N是奥氏体稳定化元素，用于改善钢的热加工性，防止产生内表面缺陷。为了得到该效果，需要使N含量为0.01％以上。另一方面，若过度地含有N，则会引起被冲击加工部的滞后破坏。因此，使N含量的上限为0.05％。优选下限为0.02，优选上限为0.035％。
P：
P是作为杂质包含于钢中的元素。若P的含量过多，则会降低热处理后的管的韧性。因此，使P的容许上限值为0.020％。优选P的含量尽量少。
S：
S也是作为杂质包含于钢中的元素，会使钢的热加工性降低。S的含量越少越好，但可以容许到0.010％。优选含量为0.003％以下。
本发明的制造方法的马氏体系不锈钢管具有上述化学组成，其余由Fe及杂质构成。为了防止被冲击加工部的滞后破坏，在该管中，可以代替Fe的一部分，而含有从V、Ti、Nb及B中选择的1种以上。另外，为了改善热加工性，在该管中，可以代替Fe一部分，而含有从Ni、Cu及Ca中选择的1种以上。另外，为了防止管产生外夹层，在该管中，还可以含有Al。各任意添加元素的优选含量及其限定理由如下所述。
V、Ti、Nb及B：
这些元素也可以不含有。但是，若含有这些元素，则会发挥防止被冲击加工部的滞后破坏的效果。因此，优选含有从这些元素中选择的1种以上。但是，若含量过多，则会因热处理后生成的氮化物而提高硬度。因此，招致降低耐腐蚀性及韧性。另外，还会成为强度不均匀的原因。因此，需要将V、Ti、Nb限制在0.200％以下，将B限制在0.0100％以下。这些元素只要含有微量即可发挥上述效果，但优选含有V、Ti、Nb为0.005％以上，含有B为0.0005％以上。
Ni、Cu及Ca
这些元素也可以不含有。
Ni是奥氏体稳定化元素，若含有可改善钢的热加工性。但是，当其含量过剩时会降低耐硫化物应力腐蚀裂纹性，因此，优选使其含量为0.5％。另外，即使含有微量也能发挥上述效果，但含有0.001％以上时效果显著。
Cu是提高钢的耐腐蚀性的元素。并且，是奥氏体稳定化元素，因此，具有改善钢的热加工性的效果。但是，若低融点的Cu含量过剩，反而会降低热加工性。因此，在含有Cu的情况下，优选使其含量为0.25％以下。另外，即使微量也能发挥上述效果，但含有Cu为0.001％以上时效果显著。
Ca可与钢中的S结合，从而防止由于S的粒界偏析而引起热加工性降低。若大量地含有Ca则成为发纹的原因，因此，在含有Ca的情况下，优选使其含量为0.0050％。另外，即使微量也能发挥上述效果，但含有0.0001％以上时效果显著。
Al：
Al也可以不含有。Al作为钢的脱氧剂很有效。并且，对防止管产生外夹层也有效。但是，若其含量过多，则会降低钢的洗净度，并且会在连续铸造时发生浸渍嘴堵塞。因此，在含有Al的情况下，优选使其含量为0.1％。另外，即使微量也能发挥上述效果，但含有Al为0.001％以上时效果显著。
在本发明的马氏体系不锈钢管的制造方法中，制成具有上述化学组成的马氏体系不锈钢管之后，将管的表面温度在空气中冷却到135～175℃，然后切断管端部。其理由如下所述。
在切断时管的表面温度超过175℃的情况下，可能会在管端部产生裂纹。另一方面，当冷却到小于135℃时，可能会降低裂纹敏感性，在切断后产生飞边，导致在输送时产生外表面缺陷。
实施例
熔炼具有表1所示的化学成分的钢坯，利用曼内斯曼芯棒式无缝管轧机进行热加工，制造成各种外径(即，各种外径加工度)的、长度10m的无缝钢管。将该管在炉内温度1050℃的炉中再加热16分钟，然后在空气中冷却。
在各种表面温度时，用具有表2所示的刀具的锯在表3所示的条件下切断管端部，切断后，用下述评价方法评价了裂纹及飞边的产生。另外，用放射温度计测量了管的表面温度。
裂纹评价方法
用喷丸机除去管内外表面的氧化皮后进行酸洗，通过外表面目视检查端部来评价有无裂纹。
飞边评价方法
测量管切断部的飞边的最大长度，在飞边最大长度为20mm以上时判断为产生了飞边。
表1
CSiMnCrNPS其余0.190.230.4612.490.02850.0130.0010Fe及不可避免的杂质
单位(质量％)
表2
材质外径(mm)刃数S55C1370400
表3
刀具圆周速度(m/min)切断速度(mm/sec)69005.0
图1是表示以切断时的管的表面温度及外径加工度整理了管的管端裂纹及飞边产生状况的图。如图1所示，在本发明的温度范围(135～175℃)内进行切断时，裂纹、飞边均不产生，为良好。
另一方面，在本发明的温度范围外的超过175℃的温度下进行切断时，产生了裂纹。另外，在本发明的温度范围外的小于135℃的温度下进行切断时，产生了飞边。
本发明不限于上述例子，不言而喻，也可在各权利要求所述的技术特征范围内适当变更实施方式。