[发明专利]钢管的淬火方法

说明书

技术领域

本发明涉及由中/高碳钢等形成的钢管的淬火方法，更详细而言，涉及能够防止以往利用水淬火等急冷手段实施淬火处理时容易产生淬火裂纹的、中/高碳的低合金钢、中合金钢的钢管、或马氏体类不锈钢管的淬火裂纹的钢管的淬火方法

只要没有其它记载，则本说明书中用语的定义如下。

“%”：表示中/高碳钢、马氏体类不锈钢等对象物所含的各成分的质量百分率。

“低合金钢”：此处是指合金成分的总量为5%以下的钢。

“中合金钢”：此处是指合金成分的总量为超过5%且10%以下的钢。

背景技术

作为强化铁钢材料的基本手法之一，广泛地进行了利用基于热处理的相变、特别是马氏体相变的方法。若对由中碳钢、高碳钢形成的钢管（通常而言，低合金钢或者中合金钢的钢管）进行淬火回火处理，则显示出优异的强度/韧性，因此基于淬火回火处理的铁钢材料的强化方法在以机械构造用构件、油井用钢材为首的许多用途中作为材料强化方法而使用。通过淬火，能够显著提高钢的强度，该强度提高效果依赖于钢中的C含量。但是，仅进行了淬火状态下的马氏体组织通常较脆，因此淬火后通过以A_c1相变点以下的温度进行回火从而使韧性提高。

为了对低合金钢、中合金钢进行淬火而得到马氏体组织，需要水淬火等急速冷却。冷却速度不充分的情况下，变得有贝氏体等比马氏体更为软质的组织混入，无法达成充分的淬火效果。

并且，铁钢材料的淬火操作中，有时淬火裂纹成为问题。如上述那样将钢材急速冷却时，不可能对钢材整体均匀地进行急冷，由于先冷却的部分与在后冷却的部分中的收缩率的差异，钢材中有热应力产生。进而，淬火操作中有马氏体相变产生的情况下，因从奥氏体到马氏体的相变而导致产生体积膨胀，结果有相变应力产生。前述体积膨胀依赖于钢中的C含量，C含量越高则体积膨胀变得越大。因此，C含量高的钢在淬火阶段容易产生大的相变应力、容易产生淬火裂纹。

特别是要进行淬火的钢材为钢管形状的情况下，与钢板形状品、棒·线状品的情况相比，呈现出极为复杂的应力状态。因此，若对C含量高的钢管形状品实施例如水淬火这样的急冷处理，则淬火裂纹灵敏性显著提高，淬火裂纹多发、制品成品率极度降低。

因此，对低合金钢、中合金钢的高碳钢管进行淬火处理时，为了防止淬火裂纹、提高制品成品率，进行比水淬火的冷却能力小的油淬火、或者进行利用喷雾冷却的缓慢冷却，来控制淬火时的冷却速度。

然而，采用这样的淬火手段时，无法得到足量的马氏体组织而成为混有相当量的在高温下生成的贝氏体等的组织。因此即使进行淬火回火，也存在无法充分利用回火的马氏体组织的优异的强韧性，作为制品的钢管的强度/韧性水平降低这样的问题。

如上所述，在低合金钢、中合金钢的钢管中马氏体组织得到了利用，在不锈钢管的领域中，可容易地得到高强度的马氏体类不锈钢管在要求强度和耐腐蚀性的各种用途中也被广泛使用。特别是在近年，由于能源情况，马氏体类不锈钢管作为石油、天然气采取用的油井管被大量使用。

即，用于采取石油、天然气的井（油井）的环境在近年越来越严酷，在伴随采掘深度增大的高压化的基础上，包含大量湿润的碳酸气体、硫化氢、氯离子等腐蚀性成分的井也增多。与之相伴，要求材料的强度提高，而上述那样的腐蚀性成分导致的腐蚀、以及由此导致的材料的脆化成为问题，耐腐蚀性更加优异的油井管的必要性提高。

在这样的状況下，马氏体类不锈钢对基于硫化氢的硫化物应力腐蚀裂纹根据情况而不具有充分的抵抗性，但对碳酸气体腐蚀具有优异的抵抗性，因此在比较低温的包含湿润碳酸气体的环境下得到广泛应用。作为其代表例，可列举出API（美国石油协会）规定的L80级的13Cr型（Cr含量为12～14%）的油井管。

通常，马氏体类不锈钢实施了淬火回火处理，上述API L80级的13Cr钢也不例外。但是，前述13Cr钢的马氏体相变开始温度（Ms点）为300℃左右，比低合金钢低，而且硬化能大，因此对淬火裂纹的灵敏性高。

特别是对钢管形状品进行淬火的情况下，与板材、棒材的情况相比呈现极为复杂的应力状态，若进行水淬火则会引起淬火裂纹，因此需要采用放冷（自然空冷）、强制空冷、缓和的喷雾冷却等冷却速度小的工艺。因此在上述的L80级的13Cr型油井管的制造中，为了防止淬火裂纹而进行空气淬火。这种合金钢的硬化能大，因此即使在淬火时的冷却速度小的情况下也能够马氏体化。

然而，该方法中，虽然可防止淬火裂纹，但冷却速度小，因此生产率差，此外，还存在以耐硫化物应力腐蚀裂纹性为首的各种特性劣化的问题。