高合金无缝管的制造方法 技术领域 本发明涉及一种由热挤压制管法制造高合金空心钢坯的热挤压制管方法。 更详细 而言， 涉及一种使用由变形阻力较大的高合金构成的被挤压原料通过热挤压的方式不会产 生裂纹缺陷、 破碎缺陷地制造高合金无缝管的方法。
背景技术 近年来， 油井管、 锅炉管等的使用环境变得更加严酷。因此， 对所用的无缝管的特 性的要求越来越高。例如， 对于在越发高深度化、 高腐蚀性环境化的油井中使用的油井管， 要求该油井管具有更高的强度、 更加优异的耐腐蚀性。另一方面， 对于在原子能发电设备、 化学成套设备等中使用的管， 要求该管在高温的纯水、 含有氯离子 (Cl-) 的高温的水中具有 优异的耐腐蚀性、 特别是耐应力腐蚀裂纹性。 出于上述要求， 现在一直应用着由含有大量 Cr 和 Ni、 乃至 Mo 的高合金构成的无缝管。
作为强度高且耐腐蚀性和热加工性优异、 用在深井、 具有严酷的腐蚀环境的油井 或气井 ( 以下简称为 “油井” ) 中的无缝管用的高合金， 例如在专利文献 1 中公开了如下这种 高 Cr- 高 Ni 合金， 该合金含有 Cr ： 20 ～ 35％、 Ni ： 25 ～ 50％、 Cu ： 0.5 ～ 8.0％、 Mo ： 0.01 ～ 3.0％和 sol.Al ： 0.01 ～ 0.3％， 且 Cu 和 Mo 的含量满足％ Cu ≥ 1.2-0.4(％ Mo-1.4)2 所表 示的关系。
作为无缝管的制造方法， 采用如下方法， 即， 使用作为高合金的被挤压原料的钢坯 采用玻璃润滑剂高速挤压法等热挤压制管法、 满乃斯曼制管法等热轧法而制作高合金管。
图 1 是用于说明用来制造无缝管的热挤压制管法的剖视图。将中心部设置有通孔 的钢坯 8( 在本说明书中简称为 “空心钢坯” 或 “钢坯” ) 安装在挤压筒 (containe)6 内， 在 该挤压筒 6 的一端， 借助模座 4 和支撑环 5 装卸自如地安装有模 2。另外， 在钢坯 8 的通孔 中插入有芯棒 3， 并且在钢坯 8 的后端面上配置有挤压垫 (dummy block)7。
在上述结构中， 当使未图示的挤压杆 (stem) 动作而沿空心箭头的方向推压挤压 垫 7 时， 空心钢坯 8 被镦粗 (upset) 后被从由模 2 的内表面与芯棒 3 的外表面所形成的环 状空隙挤出， 从而制造成具有与模 2 的内径相对应的外径、 与芯棒 3 的外径相对应的内径 的无缝管。在上述那样地制作无缝管时， 为了润滑模 2 的内表面与空心钢坯 8 的前端面 及外表面之间， 在模 2 与空心钢坯 8 之间安装有空心圆盘状的玻璃盘润滑剂 (glass disk lubricant)1。
作为应用热挤压法来制造高合金管的以往技术， 除了上述专利文献 1 之外， 还有 下述技术。在专利文献 2 中记载了 ： 对由规定了 Cr、 Mo、 W 等的含量的合金构成的钢坯实施 热挤压加工， 形成外径 60mm、 壁厚 4mm 的管坯， 然后进一步对该管坯实施热处理和冷加工， 从而制成在试验评价中具有优异的耐应力腐蚀裂纹性的合金管。在专利文献 3 中记载了采 用热挤压造管法将规定了 Cr、 Ni、 Mo、 Al、 Ca、 S、 O 等的含量的合金制成管坯的技术。在上述 专利文献 1 中记载了 ： 使用上述的由高 Cr- 高 Ni 合金构成的钢坯， 在由玻璃润滑剂高速挤 压法 (Ugine-sejournet process) 进行的热挤压制管处理中将该钢坯成形为直径 60mm、 壁
厚 5mm 的管。
但是， 在上述专利文献中只不过公开了在制造时进行了热挤压的技术， 这些文献 中均没有公开从对变形阻力较大的合金进行热挤压时所产生的加工发热方面着手来抑制 由晶界熔融产生的裂纹缺陷、 破碎缺陷的见解。
专利文献 1 ： 日本特开平 11-302801 号公报 ( 权利要求书、 第
～
和
段 )
专利文献 2 ： 日本特开昭 58-6927 号公报 ( 权利要求书第 7 页左下栏第 13 行～右 下栏第 10 行 )
和
段 )
专利文献 2 ： 日本特开昭 58-6927 号公报 ( 权利要求书第 7 页左下栏第 13 行～右 下栏第 10 行 )
专利文献 3 ： 日本特开昭 63-274743 号公报 ( 权利要求书和第 5 页右下栏第 6 行～ 第 6 页左上栏第 12 行 )
如上所述， 在同一温度下， 例如与 S45C 相比， 高 Cr- 高 Ni 合金等高合金的变形阻 力较大， 约为 S45C 的 2 倍～ 3 倍， 在挤压过程中的加工发热的作用下， 管壁内部的温度上升 的幅度变大。 在以往的热挤压技术中， 由于在挤压加工过程中温度上升， 因此在管壁内部产 生晶界熔融裂纹， 该裂纹在管的内周面表现为破碎缺陷， 引发产生不良较多等问题。 发明内容
本发明是鉴于上述问题而做成的， 其课题在于提供一种使用由变形阻力较大的高 合金构成的被挤压原料通过热挤压不产生裂纹缺陷、 破碎缺陷地制造高合金无缝管的方 法。
为了解决上述课题， 本发明人研究了在使用由变形阻力较大的高合金构成的被挤 压原料进行热挤压时能防止产生裂纹缺陷、 破碎缺陷的高合金无缝管的制造方法， 主要得 出下述 (a) ～ (c) 的见解， 从而完成了本发明。
(a) 由变形阻力较大、 高 Cr- 高 Ni 等高合金构成的被挤压原料的横截面积与由加 工发热引起的挤压管的内表面缺陷产生率之间有相关关系， 随着被挤压原料的横截面积的 增加， 内表面缺陷产生率增大。 导致出现该关系的原因是 ： 随着被挤压原料的横截面积的增 加， 管壁内部的温度上升的幅度增大， 结果， 因挤压加工过程中的温度上升而在管壁内部产 生晶界熔融裂纹， 该裂纹在管的内周面表现为破碎缺陷。上述管壁内部的温度上升的幅度 除了随着被挤压原料的横截面积的增加而增大之外， 随着挤压速度的增加、 挤压比的增大、 甚至变形阻力的上升， 该温度的上升幅度也会增大。
(b) 因而， 通过依据被挤压原料的横截面积、 挤压速度和挤压比等挤压条件来调整 由变形阻力较大的高合金构成的被挤压原料的加热温度， 能够抑制由过度的加工发热导致 产生的管壁内部的温度上升， 从而能够防止由晶界熔融裂纹引起的管的内周面的破碎缺陷 的产生。
(c) 在高合金中含有 Mo、 W 的情况下， 被挤压原料的变形阻力进一步变大， 加工发 热更多， 因此， 需要依据由 (Mo+0.5W) 表示的 Mo 和 W 的含量， 利用被挤压原料的横截面积、 挤压速度和挤压比将加热温度的条件变成定式， 将被挤压原料的加热温度调整到满足上述 条件式的范围内。
本发明是基于上述见解而完成的， 主要目的在于提供下述 (1) ～ (8) 所示的高合 金无缝管的制造方法。(1) 一种高合金无缝管的制造方法， 其特征在于， 使用由以质量％计含有 Cr ： 20 ～ 30％和 Ni ： 大于 22％且小于等于 60％的高合金所构成的被挤压原料， 依据 Mo 和 W 的含量 将该被挤压原料加热到加热温度 (T)， 对被挤压原料进行热挤压， 上述加热温度 (T) 满足由 被挤压原料的平均横截面积 (A)、 挤压比 (EL) 和挤压速度 (V) 表示的下述式 (1)、 式 (2) 或 式 (3) 的关系。
在 0％≤ Mo+0.5W ＜ 4％的情况下，
T ≤ 1343-0.001322×A-1.059×EL-0.129×V … (1)
在 4％≤ Mo+0.5W ＜ 7％的情况下，
T ≤ 1316-0.001322×A-1.059×EL-0.129×V … (2)
在 7％≤ Mo+0.5W 的情况下，
T ≤ 1289-0.001322×A-1.059×EL-0.129×V … (3)
其中， 式 (1) ～式 (3) 中的 A 和 EL 利用下述式 (4) 和式 (5) 求出。
A ＝ π×t0×(d0-t0) … (4)
EL ＝ L1/L0 … (5)
这里， 上述式 (1) ～式 (5) 中的各符号的意思如下所述。 Mo ： 被挤压原料中的 Mo 含量 ( 质量％ )，
W： 被挤压原料中的 W 含量 ( 质量％ )，
T： 被挤压原料的加热温度 (℃ )，
A： 被挤压原料的平均横截面积 (mm2)，
EL ： 挤压比 (-)，
V： 挤压速度 (mm/s)，
d0 ： 被挤压原料的平均外径 (mm)，
t0 ： 被挤压原料的平均壁厚 (mm)，
L0 ： 被挤压原料的长度 (mm)，
L1 ： 挤压管的长度 (mm)。
(2) 在上述 (1) 所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特征在于， 上述被挤 压原料的加热温度为 1130℃以上。
(3) 在上述 (1) 或 (2) 所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特征在于， 在 从挤压开始到挤压结束的平均挤压速度为 80mm/s ～ 200mm/s 的范围内的条件下进行挤压。
(4) 在上述 (1) ～ (3) 中任意一项所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特 征在于， 上述挤压比为 10 以下。
(5) 在上述 (1) ～ (4) 中任意一项所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特 征在于， 上述被挤压原料的长度为 1.5m 以下。
(6) 在上述 (1) ～ (5) 中任意一项所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特 征在于， 上述被挤压原料的外表面温度为 1000℃以上。
(7) 在上述 (1) ～ (6) 中任意一项所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特征在于， 上述被挤压原料以质量％计含有 C ： 0.04％以下、 Si ： 1.0％以下、 Mn ： 0.01 ～ 5.0％、 P： 0.03％以下、 S： 0.03％以下、 Ni ： 大于 22％且小于等于 60％、 Cr ： 20 ～ 30％、 Cu ： 0.01 ～ 4.0％、 Al ： 0.001 ～ 0.30％、 N： 0.005 ～ 0.50％以及依据需要含有 Mo ： 11.5％以下
和W： 20％以下中的 1 种或 2 种， 其余部分由 Fe 和杂质构成。
段 )
专利文献 2 ： 日本特开昭 58-6927 号公报 ( 权利要求书第 7 页左下栏第 13 行～右 下栏第 10 行 )
专利文献 3 ： 日本特开昭 63-274743 号公报 ( 权利要求书和第 5 页右下栏第 6 行～ 第 6 页左上栏第 12 行 )
如上所述， 在同一温度下， 例如与 S45C 相比， 高 Cr- 高 Ni 合金等高合金的变形阻 力较大， 约为 S45C 的 2 倍～ 3 倍， 在挤压过程中的加工发热的作用下， 管壁内部的温度上升 的幅度变大。 在以往的热挤压技术中， 由于在挤压加工过程中温度上升， 因此在管壁内部产 生晶界熔融裂纹， 该裂纹在管的内周面表现为破碎缺陷， 引发产生不良较多等问题。 发明内容
本发明是鉴于上述问题而做成的， 其课题在于提供一种使用由变形阻力较大的高 合金构成的被挤压原料通过热挤压不产生裂纹缺陷、 破碎缺陷地制造高合金无缝管的方 法。
为了解决上述课题， 本发明人研究了在使用由变形阻力较大的高合金构成的被挤 压原料进行热挤压时能防止产生裂纹缺陷、 破碎缺陷的高合金无缝管的制造方法， 主要得 出下述 (a) ～ (c) 的见解， 从而完成了本发明。
(a) 由变形阻力较大、 高 Cr- 高 Ni 等高合金构成的被挤压原料的横截面积与由加 工发热引起的挤压管的内表面缺陷产生率之间有相关关系， 随着被挤压原料的横截面积的 增加， 内表面缺陷产生率增大。 导致出现该关系的原因是 ： 随着被挤压原料的横截面积的增 加， 管壁内部的温度上升的幅度增大， 结果， 因挤压加工过程中的温度上升而在管壁内部产 生晶界熔融裂纹， 该裂纹在管的内周面表现为破碎缺陷。上述管壁内部的温度上升的幅度 除了随着被挤压原料的横截面积的增加而增大之外， 随着挤压速度的增加、 挤压比的增大、 甚至变形阻力的上升， 该温度的上升幅度也会增大。
(b) 因而， 通过依据被挤压原料的横截面积、 挤压速度和挤压比等挤压条件来调整 由变形阻力较大的高合金构成的被挤压原料的加热温度， 能够抑制由过度的加工发热导致 产生的管壁内部的温度上升， 从而能够防止由晶界熔融裂纹引起的管的内周面的破碎缺陷 的产生。
(c) 在高合金中含有 Mo、 W 的情况下， 被挤压原料的变形阻力进一步变大， 加工发 热更多， 因此， 需要依据由 (Mo+0.5W) 表示的 Mo 和 W 的含量， 利用被挤压原料的横截面积、 挤压速度和挤压比将加热温度的条件变成定式， 将被挤压原料的加热温度调整到满足上述 条件式的范围内。
本发明是基于上述见解而完成的， 主要目的在于提供下述 (1) ～ (8) 所示的高合 金无缝管的制造方法。(1) 一种高合金无缝管的制造方法， 其特征在于， 使用由以质量％计含有 Cr ： 20 ～ 30％和 Ni ： 大于 22％且小于等于 60％的高合金所构成的被挤压原料， 依据 Mo 和 W 的含量 将该被挤压原料加热到加热温度 (T)， 对被挤压原料进行热挤压， 上述加热温度 (T) 满足由 被挤压原料的平均横截面积 (A)、 挤压比 (EL) 和挤压速度 (V) 表示的下述式 (1)、 式 (2) 或 式 (3) 的关系。
在 0％≤ Mo+0.5W ＜ 4％的情况下，
T ≤ 1343-0.001322×A-1.059×EL-0.129×V … (1)
在 4％≤ Mo+0.5W ＜ 7％的情况下，
T ≤ 1316-0.001322×A-1.059×EL-0.129×V … (2)
在 7％≤ Mo+0.5W 的情况下，
T ≤ 1289-0.001322×A-1.059×EL-0.129×V … (3)
其中， 式 (1) ～式 (3) 中的 A 和 EL 利用下述式 (4) 和式 (5) 求出。
A ＝ π×t0×(d0-t0) … (4)
EL ＝ L1/L0 … (5)
这里， 上述式 (1) ～式 (5) 中的各符号的意思如下所述。 Mo ： 被挤压原料中的 Mo 含量 ( 质量％ )，
W： 被挤压原料中的 W 含量 ( 质量％ )，
T： 被挤压原料的加热温度 (℃ )，
A： 被挤压原料的平均横截面积 (mm2)，
EL ： 挤压比 (-)，
V： 挤压速度 (mm/s)，
d0 ： 被挤压原料的平均外径 (mm)，
t0 ： 被挤压原料的平均壁厚 (mm)，
L0 ： 被挤压原料的长度 (mm)，
L1 ： 挤压管的长度 (mm)。
(2) 在上述 (1) 所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特征在于， 上述被挤 压原料的加热温度为 1130℃以上。
(3) 在上述 (1) 或 (2) 所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特征在于， 在 从挤压开始到挤压结束的平均挤压速度为 80mm/s ～ 200mm/s 的范围内的条件下进行挤压。
(4) 在上述 (1) ～ (3) 中任意一项所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特 征在于， 上述挤压比为 10 以下。
(5) 在上述 (1) ～ (4) 中任意一项所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特 征在于， 上述被挤压原料的长度为 1.5m 以下。
(6) 在上述 (1) ～ (5) 中任意一项所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特 征在于， 上述被挤压原料的外表面温度为 1000℃以上。
(7) 在上述 (1) ～ (6) 中任意一项所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特征在于， 上述被挤压原料以质量％计含有 C ： 0.04％以下、 Si ： 1.0％以下、 Mn ： 0.01 ～ 5.0％、 P： 0.03％以下、 S： 0.03％以下、 Ni ： 大于 22％且小于等于 60％、 Cr ： 20 ～ 30％、 Cu ： 0.01 ～ 4.0％、 Al ： 0.001 ～ 0.30％、 N： 0.005 ～ 0.50％以及依据需要含有 Mo ： 11.5％以下
和W： 20％以下中的 1 种或 2 种， 其余部分由 Fe 和杂质构成。
(8) 在上述 (7) 所述的高合金无缝管的制造方法的基础上， 其特征在于， 在上述被 挤压原料中， 代替一部分 Fe， 以质量％计含有 Ca ： 0.01％以下、 Mg ： 0.01％以下和稀土类元 素： 0.2％以下中的 1 种或 2 种以上。
在本发明中， “高合金” 是指下述多元合金， 该多元合金含有 Cr ： 20 ～ 30 质量％、 Ni ： 大于 22 质量％且小于等于 60 质量％以及依据需要含有 Mo 和 W 中的 1 种或 2 种， 其余 部分由 Fe 和杂质构成。另外， 稀土类元素是指在 15 个镧系元素加上 Y 和 Sc 这 17 个元素。
在本说明书的下述说明中， 表示合金成分含量的 “％” 是指 “质量％” 。
采用本发明的高合金无缝管的制造方法， 使用由变形阻力较大的高合金构成的被 挤压原料， 依据 Mo 和 W 的含量满足由被挤压原料的横截面积、 挤压速度和挤压比表示的加 热温度的条件式地加热上述原料， 对该被挤压原料进行挤压， 因此， 能够防止由晶界熔融裂 纹引起的管的内周面的破碎缺陷的产生， 能够制造内表面性状良好的高合金无缝管。 附图说明
图 1 是用于说明用来制造无缝管的热挤压制管法的剖视图。
图 2 是表示空心钢坯的横截面积与挤压管的内表面缺陷产生率的关系的图。具体实施方式
如上所述， 本发明的方法是这样一种高合金无缝管的制造方法， 即， 使用由含有 Cr ： 20 ～ 30％和 Ni ： 大于 22％且小于等于 60％的高合金构成的被挤压原料， 依据 Mo 和 W 的含量将该被挤压原料加热到加热温度， 对被挤压原料进行热挤压， 上述加热温度满足由 被挤压原料的平均横截面积、 挤压比和挤压速度表示的上述式 (1)、 式 (2) 或式 (3) 的关系。 下面， 详细说明在本发明的方法中如上所述地规定的理由和优选实施方式。
1. 热挤压的条件
1-1. 被挤压原料的加热条件
下面说明在本发明的方法中规定由上述式 (1) ～式 (3) 表示的关系的理由。
使用主要成分组成为 Ni ： 52％、 Cr ： 22％、 Mo ： 10.3％、 W： 0.5％的高合金， 制作平均 外径 (d0)、 平均壁厚 (t0) 各不相同的被挤压原料， 将上述被挤压原料加热到 1210℃而进行 热挤压试验， 调查了各试验条件与内表面缺陷产生率的关系。
表 1 表示试验条件和挤压管的内表面缺陷产生率。
表1
在表 1 中， “内表面缺陷产生率” 是指 ： 用由热挤压试验制成的 500 ～ 1000 根无缝 管中的、 在管的内表面上观察到由晶界熔融引起的缺陷的无缝管的根数除以制成的无缝管 的根数， 以百分率 (％ ) 的形式表示结果的值。
此外， 根据上述表 1 的结果， 图 2 表示空心钢坯的平均横截面积与挤压管的内表面 缺陷产生率的关系。
根据表 1 和图 2 的结果， 得出下述见解。
1) 被挤压原料的平均横截面积越大， 管的内表面缺陷产生率越高。这是因为 ： 加 工发热使管壁内部的温度上升的幅度增大， 结果， 因在挤压加工过程中的温度上升而在管 壁内部产生晶界熔融裂纹， 该裂纹在管的内周面表现为破碎缺陷。
2) 由加工发热引发的管壁内部的温度上升的幅度除了像上述 1) 那样随着被挤压 原料的平均横截面积的增大而增大之外， 被挤压原料的挤压速度越快， 该上升幅度越大， 另 外， 挤压比越大， 该上升幅度越大， 此外， 被挤压原料的变形阻力越大， 该上升幅度越大。
3) 根据上述 1) 和 2) 的见解， 通过依据挤压条件调整由变形阻力较大的高 Cr- 高 Ni 的高合金构成的被挤压原料的加热温度， 能够抑制由过度的加工发热导致产生的管壁内 部的温度的上升， 从而能够防止由晶界熔融裂纹引起的管的内周面的破碎缺陷的产生。
4) 此外， 在高合金中含有 Mo 和 / 或 W 的情况下， 被挤压原料的变形阻力更大， 加 工发热更多， 因此， 需要依据由 (Mo+0.5W) 表示的 Mo 和 W 的含量， 利用被挤压原料的横截面 积、 挤压比和挤压速度将加热温度的条件变成定式， 将被挤压原料的加热温度调整到满足 上述条件式的范围内。
根据上述 1) ～ 4) 的见解和后述的实施例的结果将加热条件变成定式， 获得了由 上述式 (1) ～式 (3) 表示的加热温度的条件式。
此外， 优选被挤压原料的加热温度为 1130℃以上。理由如下所述。
在被挤压原料即钢坯的加热温度为小于 1130℃的温度而进行挤压时， 钢坯会被作 为内表面限制工具的芯棒冷却， 因此， 挤压后的挤压管的内表面温度会变成 1000℃以下的 低温。结果， 容易因管材料的延展性下降而使挤压管产生大量的内表面缺陷。另外， 挤压时 的负载显著增大， 设备受损的危险性增加。因而， 优选加热温度为 1130℃以上。
1-2. 平均挤压速度
优选从挤压开始到挤压结束的平均挤压速度为 80mm/s ～ 200mm/s。理由如下所 述。
当平均挤压速度小于 80mm/s 时， 挤压管的生产率下降， 在实际操作中出现问题， 因此优选平均挤压速度为 80mm/s 以上。 另一方面， 当平均挤压速度超过 200mm/s 而变大时， 需要过大的设备能力， 可能影响经济性， 因此优选平均挤压速度为 200mm/s 以下。
1-3. 挤压比、 被挤压原料的长度和外表面温度
优选挤压比为 10 以下。这是因为 ： 当挤压比超过 10 而变大时， 随着加工量的增 加， 加工发热增多， 从而导致由晶界熔融引起的内表面破碎缺陷的产生频率增加。
优选被挤压原料的长度为 1.5m 以下。这是因为 ： 当被挤压原料的长度超过 1.5m 而变长时， 在挤压过程中， 作为被挤压原料的钢坯可能产生压曲 (buckling)、 折弯。
另外， 优选挤压前的被挤压原料 ( 钢坯 ) 的外表面温度为 1000℃以上。 这是因为 ： 当被挤压原料的外表面温度为小于 1000℃的温度而进行挤压时， 管材料的延展性下降， 从 而可能产生较多裂纹缺陷、 破碎缺陷等。
2. 由高合金构成的被挤压原料的成分组成
Cr ： 20 ～ 30％
Cr 是在与 Ni 共存的情况下， 对提高耐应力腐蚀裂纹性中具有代表性的耐硫化氢 腐蚀性有效的成分。但是， 在 Cr 的含量小于 20％时， 不能获得 Cr 的上述效果。另一方面， 在 Cr 的含量超过 30％而增加时， 上述效果饱和， 从提高热加工性的观点出发， 也不理想。 因 此， 将 Cr 含量的适合范围设定为 20 ～ 30％。优选 Cr 含量的范围是 22 ～ 28％。
Ni ： 大于 22％且小于等于 60％
Ni 是具有提高耐硫化氢腐蚀性的作用的元素。但是， 当 Ni 的含量为 22％以下时， 不能在合金的外表面上充分地生成 Ni 的硫化物覆膜， 因此不能获得在含有 Ni 时应获得的 效果。另一方面， 即使含有大于 60％的较高含量的 Ni， Ni 的上述效果也会饱和， 因此无法 获得与投入的合金成本相当的效果， 影响经济性。因此， 将 Ni 含量的适合范围设定为大于 22％且小于等于 60％。优选 Ni 含量的范围是 25 ～ 40％。
Mo 和 W
可以含有 Mo 和 W， 也可以不含有 Mo 和 W。Mo 和 W 均是具有改善耐点蚀性的作用的 元素， 若想要获得该效果， 可以含有 Mo ： 11.5％以下和 W ： 20％以下中的 1 种或 2 种。含有 Mo 和 W 时的优选的含量下限是 (Mo+0.5W) 的值为 1.5％。另外， 即使含有所需量以上的 Mo 和 W， Mo 和 W 的上述效果也只是饱和， 而且过度地含有 Mo 和 W 会使被挤压原料的热加工性 下降。因而， 优选使 (Mo+0.5W) 的值在 20％以下的范围内地含有 Mo 和 W。
如上所述地将 Mo 含量的优选的上限设定为 11.5％、 将 W 含量的优选的上限设定为 20％的理由是 ： 当 Mo 和 W 的含量在上述范围内时， 能够确保被挤压原料的热加工性， 所以优 选将 Mo 和 W 的含量设定在上述范围内。
另一方面， 由于 Mo 和 W 会提高本发明中的高合金的变形阻力， 因此， 在含有 Mo、 W 的情况下， 由热挤压过程中的加工发热导致的管壁内部的温度上升的幅度增大。因该在挤 压过程中的温度上升而在管壁内部产生晶界熔融裂纹， 该裂纹在管的内周面上表现为破碎 缺陷， 容易导致产品不良。基于上述理由， 在本发明中， 如上所述地依据 Mo 和 W 的含量用式 (1) ～式 (3) 来规定被挤压原料的加热温度的下限值。
C： 0.04％以下
当 C 的含量大于 0.04％时， 在高合金的晶界形成 Cr 的碳化物， 使晶界中的应力腐蚀裂纹敏感性增强。因此， 优选 C 含量为 0.04％以下。更优选为 0.02％以下。
Si ： 1.0％以下
Si 是作为高合金的脱氧剂有效的元素， 可以依据需要含有 Si。但是， 当 Si 的含量 大于 1.0％时， 热加工性下降， 因此， 优选 Si 的含量为 1.0％以下。更优选为 0.5％以下。
Mn ： 0.01 ～ 5.0％
Mn 与上述 Si 相同也是作为高合金的脱氧剂有效的元素， 当 Mn 的含量为 0.01％以 上时， 能够获得该效果。但是， 当 Mn 的含量超过 5.0％而变多时， 热加工性容易下降。另外， 在含有对高强度化有效的 N 高至 0.5％的情况下， 容易在溶解后的凝固时在合金的表面附 近产生小孔 (pin hole)， 因此优选含有具有提高 N 的溶解度的效果的 Mn， 使 Mn 的含量的上 限为 5.0％。因此， 在含有 Mn 的情况下， 优选 Mn 的含量为 0.01 ～ 5.0％的范围。更优选的 含量范围是 0.3 ～ 3.0％， 进一步优选的范围是 0.5 ～ 1.5％。
P： 0.03％以下
P 是作为杂质而含在高合金中的， 当 P 的含量超过 0.03％而变高时， 硫化氢环境下 的应力腐蚀裂纹敏感性增强。因此， 优选使 P 的含量为 0.03％以下。更优选为 0.025％以 下。 S： 0.03％以下
S 与上述 P 相同也是作为杂质含在高合金中的， 当 S 的含量超过 0.03％而变高时， 热加工性显著下降。因此， 优选 S 的含量为 0.03％以下。更优选为 0.005％以下。
Cu ： 0.01 ～ 4.0％
Cu 是具有显著提高硫化氢环境下的耐硫化氢腐蚀性的作用的元素， 因此优选含有 0.01％以上的 Cu。但是， 当 Cu 的含量超过 4.0％而变多时， 上述效果饱和， 反而有时使热加 工性下降。因此， 优选 Cu 的含量为 0.01 ～ 4.0％的范围。更优选 Cu 的含量范围为 0.2 ～ 3.5％。
Al ： 0.001 ～ 0.30％
Al 是作为高合金的脱氧剂有效的元素。为了防止产生对热加工性不利的 Si 的氧 化物、 Mn 的氧化物， 优选含有 0.001％以上的 Al， 以固定高合金中的氧。但是， 当 Al 的含量 超过 0.30％而变多时， 有时使热加工性下降。 因此， 优选 Al 的含量范围为 0.001 ～ 0.30％。 更优选 Al 的含量范围为 0.01 ～ 0.20％。
N： 0.005 ～ 0.50％
N 是高合金的固溶强化元素， 有助于高强度化， 并且有助于抑制产生 σ 相等的金 属间化合物， 从而有助于提高韧性。因此， 优选含有 0.005％以上的 N。另外， 通过积极地含 有 N， 能够在固溶化热处理后获得更高强度的高合金管。但是， 当 N 的含量超过 0.50％而变 多时， 不仅热加工性下降， 而且在溶解后的凝固时容易在合金的表面附近产生小孔， 在此基 础上可能使耐点蚀性变差。因此， 优选 N 的含量范围为 0.005 ～ 0.50％。更优选 N 的含量 范围为 0.06 ～ 0.30％， 进一步优选为 0.06 ～ 0.22％。另外， 若想获得更高强度， 更优选 N 的含量下限为 0.16％。
Ca ： 0.01％以下、 Mg ： 0.01％以下和稀土类元素 ： 0.2％以下中的 1 种或 2 种以上
可以依据需要使高合金含有上述成分元素， 在含有上述成分元素的情况下， 能够 获得提高热加工性的效果。但是， Ca 和 Mg 的情况相同， 当含量超过 0.01％而变多时， 均产
生粗大的氧化物， 另外， 当稀土类元素超过 0.2％而变多时， 会产生粗大的氧化物， 所以反而 可能使热加工性下降。因此， 优选 Ca 和 Mg 的含量均为 0.01％以下， 另外， 优选稀土类元素 的含量为 0.2％以下。
为了通过含有上述元素而可靠地获得热加工性的提高效果， 优选含有 0.0005％以 上的 Ca 和 Mg， 另外优选含有 0.001％以上的稀土类元素。
本发明的高合金管是利用下述高合金制造的管， 该高合金含有上述必须含有的 元素、 且依据情况还含有任意含有的元素、 其余部分由 Fe 和杂质构成， 可以使用工业上惯 用的制造设备和制造方法制造本发明的高合金管。例如， 在熔炼高合金时， 可以利用电炉、 氩 - 氧混合气体底吹脱碳炉 (AOD 炉 )、 真空脱碳炉 (VOD 炉 ) 等。
在利用铸锭法将熔炼而成的熔融金属制造成钢锭 (ingot) 后， 可以将该钢锭作为 钢坯， 另外也可以利用连续铸造法将该钢锭铸造成棒状的钢坯等。可以将上述钢坯作为原 料， 采用玻璃润滑剂高速挤压法等挤压制管法制造高合金无缝管。 并且， 也可以在对利用热 挤压处理获得的挤压管进行了固溶化热处理后， 对该管实施冷轧、 冷拔等冷加工。
实施例
为了确认本发明的高合金无缝管的制造方法的效果， 进行了下述热挤压试验， 评 价了试验结果。 在试验中使用的是具有下述 (a) ～ (d) 所示的主要成分和组成的 4 种高合金。
(a)Ni ： 31％、 Cr ： 25％、 Mo ： 2.9％、 W： 0.1％、 Mo+0.5W ＝ 2.95％
(b)Ni ： 50％、 Cr ： 24％、 Mo ： 6.4％、 W： 0.1％、 Mo+0.5W ＝ 6.45％
(c)Ni ： 51％、 Cr ： 22％、 Mo ： 10.7％、 W： 0.7％、 Mo+0.5W ＝ 11.05％
(d)Ni ： 50％、 Cr ： 25％、 Mo ： 0.4％、 W： 0％、 Mo+0.5W ＝ 0.4％
这里， 其他成分的含量如下 ： C： 0.04％以下、 Si ： 1.0％以下、 Mn ： 0.01 ～ 5.0％、 P： 0.03％以下、 S： 0.03％以下、 Cu ： 0.01 ～ 4.0％、 Al ： 0.001 ～ 0.30％和 N ： 0.005 ～ 0.50％。
使用具有上述成分组成的高合金制作平均外径为 213 ～ 330mm、 平均壁厚为 50 ～ 110mm 的钢坯， 将该钢坯加热至 1130 ～ 1270℃后， 使挤压比在 3 ～ 10 的范围内、 挤压速度 在 110 ～ 170mm/s 的范围内地进行了挤压试验。
实施例 1
使用具有上述 (a) 所示的主要成分的高合金进行了挤压试验， 采用由 JIS G0582 规定的超声波探伤方法和目测观察法对所获得的挤压管的内表面上的熔融裂纹的产生状 况进行了检查。表 2 表示以钢坯加热温度为代表的试验条件和熔融裂纹的评价结果。
表2
在该表中， “计算温度” 是指根据上述式 (1) ～式 (3) 的右边算得的被挤压原料的 加热温度的上限值。另外， 适当与否一栏中的 “适当” 是指满足式 (1) ～式 (3) 的关系， “不 适当” 是指不满足式 (1) ～式 (3) 的关系。
熔融裂纹的评价结果栏的符号 “○” 表示并未在挤压管的内表面上观察到由晶界
熔融裂纹引起的内表面缺陷 ( 破碎缺陷 )， 符号 “×” 表示观察到了由晶界熔融裂纹引起的 内表面缺陷。这里， 采用检查每根挤压管是否出现内表面缺陷的方法来观察上述内表面缺 陷。
试验编号为 A1 ～ A46、 A49、 A50 的试验均是满足本发明中规定的条件的本发明例 的试验， 试验编号为 A47、 A48、 A51 ～ A53 的试验是不满足本发明中规定的条件的比较例的 试验。
在作为本发明例的试验编号为 A1 ～ A46、 A49、 A50 的试验中， 均未产生熔融裂纹， 获得了良好的管的内表面性状， 在作为比较例的试验编号为 A47、 A48、 A51 ～ A53 的试验中， 均产生了熔融裂纹。
实施例 2
使用具有上述 (b) 所示的主要成分的高合金进行了挤压试验， 检查了在所获得的 挤压管的内表面上是否产生了熔融裂纹。表 3 表示试验条件和熔融裂纹的评价结果。
表3
试验编号为 B1 ～ B16、 B21、 B22 的试验均是满足本发明中规定的条件的本发明例 的试验， 试验编号为 B17 ～ B20、 B23 ～ B32 的试验是不满足本发明中规定的条件的比较例的试验。 在作为本发明例的试验编号为 B1 ～ B16、 B21、 B22 的试验中， 均未产生熔融裂纹， 获得了良好的管的内表面性状， 在作为比较例的试验编号为 B17 ～ B20、 B23 ～ B32 的试验 中， 均产生了熔融裂纹。
实施例 3
使用具有上述 (c) 所示的主要成分的高合金进行了挤压试验， 检查了所获得的挤 压管的内表面上熔融裂纹的产生情况。表 4 表示试验条件和熔融裂纹的评价结果。
表4
试验编号为 C1 ～ C10 的试验均是满足本发明中规定的条件的本发明例的试验， 试 验编号为 C11 ～ C24 的试验是不满足本发明中规定的条件的比较例的试验。
在作为本发明例的试验编号为 C1 ～ C10 的试验中， 均未产生熔融裂纹， 获得了良 好的管的内表面性状， 在作为比较例的试验编号为 C11 ～ C24 的试验中， 产生了熔融裂纹。
实施例 4
使用具有上述 (d) 所示的主要成分的高合金进行了挤压试验， 检查了所获得的挤 压管的内表面上熔融裂纹的产生情况。表 5 表示试验条件和熔融裂纹的评价结果。
表5
试验编号为 D1 ～ D3 的试验均是满足本发明中规定的条件的本发明例的试验。在 这些试验中， 均未产生熔融裂纹， 获得了良好的管的内表面性状。
工业实用性
采用本发明的高合金无缝管的制造方法， 使用由变形阻力较大的高合金构成的被 挤压原料， 依据 Mo 和 W 的含量满足由被挤压原料的横截面积、 挤压速度和挤压比决定的加 热温度的条件地加热上述原料， 对该被挤压原料进行挤压， 因此能够防止由晶界熔融裂纹 引起的管的内周面的破碎缺陷的产生。因而， 本发明的方法是能够利用热挤压法制造管的 内表面品质优异的高合金无缝管、 能广泛地应用于无缝管的热制造方面的实用性价值较高 的技术。
附图标记说明
1、 玻璃盘润滑剂 ； 2、 模； 3、 芯棒 ； 4、 模座 ； 5、 支撑环 ； 6、 挤压筒 ； 7、 挤压垫 ； 8、 空心 钢坯 ( 钢坯 )