Высокопрочная бесшовная стальная труба для трубных изделий нефтепромыслового сортамента и способ ее изготовления

Высокопрочная бесшовная стальная труба для трубных изделий нефтепромыслового сортамента и способ ее изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к высокопрочной бесшовной стальной трубе, подходящей для использования в отношении трубных изделий нефтепромыслового сортамента или труб для магистральных трубопроводов, а в частности, к улучшению стойкости к сульфидному коррозионному растрескиванию под действием напряжения (ниже в настоящем документе обозначаемой термином «стойкость к растрескиванию СKН») во влажной сероводородной среде (кислой среде).

Уровень техники

В последние годы с точки зрения стабильного обеспечения источниками энергии были разработаны нефтяные скважины и скважины природного газа, работающие на большой глубине в жесткой коррозионно-активной среде. Поэтому для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, предназначенных для бурения, и труб для магистральных трубопроводов, предназначенных для транспортирования, настоятельно требуется наличие превосходной стойкости к растрескиванию СКН в кислой среде, содержащей сероводород (H₂S), при одновременном сохранении высокого предела текучести YS, составляющего 125 кфунт/дюйм² и более.

В целях удовлетворения требований, например, в источнике патентной литературы (ИПЛ) 1 раскрывается способ изготовления стали для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, который включает: получение низколегированной стали, содержащей C, Cr, Mo и V, таким образом, чтобы их уровни содержания были бы подстроены в % (масс.) к нижеследующему: С: от 0,2% до 0,35%, Cr: от 0,2% до 0,7%, Мо: от 0,1% до 0,5% и V: от 0,1% до 0,3%; закалку низколегированной стали при температуре, составляющей температуру превращения Ас₃ и более; и отпуск низколегированной стали в температурном диапазоне от 650°С до температуры превращения Ас₁. В соответствии с описанием методики, раскрытой в источнике ИПЛ 1, низколегированная сталь может быть подстроена таким образом, чтобы совокупное количество выделенных карбидов находилось бы в диапазоне от 2% (масс.) до 5% (масс.), а соотношение между количеством карбида МС и совокупным количеством выделенных карбидов находилось бы в диапазоне от 8% (масс.) до 40% (масс.), и поэтому может быть получена сталь для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, характеризующаяся превосходной стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию под действием напряжения.

В дополнение к этому, в источнике ИПЛ 2 раскрывается способ изготовления стали для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, характеризующейся превосходными ударной вязкостью и стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию под действием напряжения, при этом способ включает: получение низколегированной стали, содержащей в % (масс.): С: от 0,15% до 0,3%, Cr: от 0,2% до 1,5%, Мо: от 0,1% до 1%, V: от 0,05% до 0,3% и Nb: от 0,003% до 0,1%; нагревание низколегированной стали до температуры, составляющей 1150°С и более; завершающая деформация в горячем состоянии при температуре, составляющей 1000°С и более; и проведение в отношении низколегированной стали, по меньшей мере один раз, обработки для закалки с отпуском, в ходе которой низколегированную сталь закаливают от температуры, составляющей 900°С и более, отпускают в диапазоне от 550°С до температуры превращения Ас₁, закаливают после повторного ее нагревания в диапазоне от 850°С до 1000°С и отпускают в диапазоне от 650°С до температуры превращения Ас₁. В соответствии с методикой, раскрытой в источнике ИПЛ 2, низколегированная сталь может быть подстроена таким образом, чтобы совокупное количество выделенных карбидов находилось бы в диапазоне от 1,5% (масс.) до 4% (масс.), соотношение между количеством карбида МС и совокупным количеством выделенных карбидов находилось бы в диапазоне от 5% (масс.) до 45% (масс.), а соотношение между количеством карбида М₂₃С₆ и совокупным количеством выделенных карбидов составляло бы 200/t (t: толщина (мм)) массовых процентов и менее, и поэтому может быть получена сталь для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, характеризующаяся превосходными ударной вязкостью и стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию под действием напряжения.

В дополнение к этому, в источнике ИПЛ 3 раскрывается сталь для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, содержащая в % (масс.): С: от 0,15% до 0,30%, Si: от 0,05% до 1,0%, Mn: от 0,10% до 1,0%, Cr: от 0,1% до 1,5%, Мо: от 0,1% до 1,0%, Al: от 0,003% до 0,08%, N: 0,008% и менее, В: от 0,0005% до 0,010% и Са + О: 0,008% и менее и, кроме того, содержащая один элемент или два и более элемента, выбираемые из Ti: от 0,005% до 0,05%, Nb: 0,05% и менее, Zr: 0,05% и менее и V: 0,30% и менее, в которой максимальная длина неметаллических включений в ряду при наблюдении поперечного сечения составляет 80 мкм и менее, а число неметаллических включений, характеризующихся размером частиц, составляющим 20 мкм и более, при наблюдении поперечного сечения составляет 10 включений/100 мм² и менее, и, таким образом, может быть получена низколегированная сталь для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, которая характеризуется высокой прочностью, требуемой для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, и демонстрирует превосходную стойкость к растрескиванию СКН, соответствующую прочности.

В дополнение к этому, в источнике ИПЛ 4 раскрывается низколегированная сталь для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, характеризующаяся превосходной стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию под действием напряжения, при этом сталь содержит в % (масс.): С: от 0,20% до 0,35%, Si: от 0,05% до 0,5%, Mn: от 0,05% до 0,6%, Р: 0,025% и менее, S: 0,01% и менее, Al: от 0,005% до 0,100%, Мо: от 0,8% до 3,0%, V: от 0,05% до 0,25%, В: от 0,0001% до 0,005%, N: 0,01% и менее и О: 0,01% и менее, для которой удовлетворяется соотношение 12V + 1 – Mo ≥ 0. В соответствии с методикой, раскрытой в источнике ИПЛ 4, в дополнение к описанному выше составу сталь может, кроме того, содержать Cr: 0,6% и менее таким образом, чтобы удовлетворялось бы соотношение Mo – (Cr + Mn) ≥ 0, может, кроме того, содержать один или несколько элементов, выбираемых из Nb: 0,1% и менее, Ti: 0,1% и менее и Zr: 0,1% и менее, или может, кроме того, содержать Са: 0,01% и менее.

Перечень цитирования

Источники патентной литературы

[ИПЛ 1] JP-A-2000-178682.

[ИПЛ 2] JP-A-2000-297344.

[ИПЛ 3] JP-A-2001-172739.

[ИПЛ 4] JP-A-2007-16291.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

Однако существуют различные факторы, оказывающие воздействие на стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под действием напряжения (стойкость к растрескиванию СКН). Поэтому нельзя сказать то, что применение только методик, раскрытых в источниках ИПЛ от 1 до 4, является достаточным при улучшении стойкости к растрескиванию СКН для высокопрочной бесшовной стальной трубы, характеризующейся пределом текучести (YS), составляющим 125 кфунт/дюйм² и более, в той степени, которая является достаточной для трубных изделий нефтепромыслового сортамента в жесткой коррозионно-активной среде. Кроме того, существуют проблемы, заключающиеся в значительной трудности стабильного подстраивания видов и количеств карбидов, раскрытых в источниках ИПЛ 1 и 2, и форм и чисел неметаллических включений, раскрытых в источнике ИПЛ 3, так, чтобы они находились в пределах желаемых диапазонов.

Настоящее изобретение было сделано в целях разрешения проблем предшествующего уровня техники, и одна его цель заключается в предложении высокопрочной бесшовной стальной трубы для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, характеризующейся превосходной стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию под действием напряжения; и способа ее изготовления.

Термин «высокая прочность», описанный в настоящем документе, относится к пределу текучести (YS), составляющему 125 кфунт/дюйм² и более. В дополнение к этому, термин превосходная «стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под действием напряжения», описанный в настоящем документе, относится к случаю отсутствия растрескивания при воздействии приложенного напряжения, составляющего 85% от предела текучести для образца, в течение более, чем 720 часов при проведении испытания с постоянной нагрузкой в растворе уксусная кислота-ацетат натрия (температура жидкости: 24°С), насыщенном сероводородом при 10 кПа, характеризующемся подстроенным значением рН 3,5 и содержащем раствор 5,0% (масс.) хлорида натрия, в соответствии с методом испытания, определенным в документе NACE TMO177 Method A.

Решение проблемы

В целях достижения описанных выше целей необходимой является одновременная реализация желаемой высокой прочности и превосходной стойкости к растрескиванию СКН. Поэтому изобретатели настоящего изобретения провели тщательное исследование различных факторов, оказывающих негативное воздействие на прочность и стойкость к растрескиванию СКН. В результате, как это было обнаружено, для высокопрочной стальной трубы, характеризующейся пределом текучести YS, относящимся к классу 125 кфунт/дюйм² и более, значительное воздействие на стойкость к растрескиванию СКН оказывают включения на нитридной основе и включение на оксидной основе, хотя данное воздействие варьируется в зависимости от их размеров. Как это было обнаружено, любое из включения на нитридной основе, характеризующегося размером частиц, составляющим 4 мкм и более, и включений на оксидной основе, характеризующихся размером частиц, составляющим 4 мкм и более, приводит к прохождению сульфидного коррозионного растрескивания под действием напряжения (СКН), и прохождение растрескивания СКН будет более вероятным по мере увеличения их размеров. Как это было обнаружено, присутствие одиночного включения на нитридной основе, характеризующегося размером частицы, меньшим, чем 4 мкм, не приводит к прохождению растрескивания СКН; однако включения на нитридной основе, характеризующиеся размером частиц, меньшим, чем 4 мкм, оказывают неблагоприятное воздействие на стойкость к растрескиванию СКН при большом их числе. В дополнение к этому, как это также было обнаружено, неблагоприятное воздействие на стойкость к растрескиванию СКН оказывает включение на оксидной основе, характеризующееся размером частицы, меньшим, чем 4 мкм, при большом их числе.

Поэтому как полагают изобретатели настоящего изобретения, в целях дополнительного улучшения стойкости к растрескиванию СКН необходимым является подстраивание числа включений на нитридной основе и включений на оксидной основе к надлежащим или меньшим числам в зависимости от их размеров. В целях подстраивания числа включений на нитридной основе и включений на оксидной основе к надлежащим или меньшим числам важным является контролируемое выдерживание уровня содержания N и уровня содержания О в пределах желаемых диапазонов во время получения материала исходного сырья для стальной трубы, в частности, во время плавления и литья для расплавленной стали. Кроме того, важным является контролируемое выдерживание условий изготовления в способе рафинирования и способе непрерывного литья для расплавленной стали.

Авторы настоящего изобретения провели дополнительное исследование на основании вышеупомянутых открытий и совершили настоящее изобретение. То есть сущность настоящего изобретения представляет собой нижеследующее.

(1) Высокопрочная бесшовная стальная труба для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, характеризующаяся пределом текучести (YS), составляющим 862 МПа или более, при этом стальная труба имеет состав, включающий в % (масс.)

С: от 0,20% до 0,50%,

Si: от 0,05% до 0,40%,

Mn: от 0,3% до 0,9%,

Р: 0,015% или менее,

S: 0,005% или менее,

Al: от 0,005% до 0,1%,

N: 0,006% или менее,

Cr: от более, чем 0,6% до 1,7% или менее,

Мо: от более, чем 1,0% до 3,0% или менее,

V: от 0,02% до 0,3%,

Nb: от 0,001% до 0,02%,

В: от 0,0003% до 0,0030%,

О (кислород): 0,0030% или менее,

Ti: от 0,003% до 0,025% и

остаток, включающий Fe и неизбежные примеси, при этом

уровни содержания Ti и N подстроены для удовлетворения соотношения: Ti/N: от 2,0 до 5,0,

при этом стальная труба обладает микроструктурой, в которой

отпущенный мартенсит характеризуется объемной долей, составляющей 95% или более,

бывшие аустенитные зерна характеризуются номером размера зерна, составляющим 8,5 или более, и

на поперечном сечении, перпендикулярном направлению прокатки, число включений на нитридной основе, характеризующихся размером частиц, составляющим 4 мкм или более, составляет 100 или менее при расчете на 100 мм², число включений на нитридной основе, характеризующихся размером частиц, меньшим, чем 4 мкм, составляет 1000 или менее при расчете на 100 мм², число включений на оксидной основе, характеризующихся размером частиц, составляющим 4 мкм или более, составляет 40 или менее при расчете на 100 мм², и число включений на оксидной основе, характеризующихся размером частиц, меньшим, чем 4 мкм, составляет 400 или менее при расчете на 100 мм².

(2) Высокопрочная бесшовная стальная труба для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, соответствующая позиции (1), при этом стальная труба имеет состав, дополнительно включающий:

один элемент или два или более элемента, выбранные в % (масс.) из

Cu: 1,0% или менее,

Ni: 1,0% или менее и

W: 3,0% или менее.

(3) Высокопрочная бесшовная стальная труба для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, соответствующая позициям (1) или (2), при этом стальная труба имеет состав, дополнительно включающий в % (масс.):

Са: от 0,0005% до 0,0050%.

(4) Способ изготовления бесшовной стальной трубы для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, включающий проведение нагревания в отношении материала исходного сырья для стальной трубы, проведение деформации в горячем состоянии в отношении нагретого материала исходного сырья для стальной трубы в целях получения бесшовной стальной трубы, имеющей предварительно определенную форму, при этом указанная бесшовная стальная труба представляет собой высокопрочную бесшовную стальную трубу для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, соответствующую любой одной из позиций от (1) до (3),

причем способ включает:

задание температуры нагревания при нагревании материала исходного сырья для стальной трубы в диапазоне от 1050°С до 1350°С;

проведение охлаждения в отношении бесшовной стальной трубы при скорости охлаждения, равной или большей в сопоставлении со скоростью охлаждения при воздушном охлаждении, после деформации в горячем состоянии вплоть до достижения температурой поверхности бесшовной стальной трубы температуры, составляющей 200°С или менее;

проведение обработки для закалки в отношении бесшовной стальной трубы, по меньшей мере один раз, после охлаждения, при которой бесшовную стальную трубу повторно нагревают до температуры в диапазоне от температуры превращения Ас₃ до 1000°С или менее и быстро охлаждают вплоть до достижения температурой поверхности бесшовной стальной трубы температуры, составляющей 200°С или менее; и

проведение обработки для отпуска после обработки для закалки, при которой бесшовную стальную трубу нагревают до температуры в диапазоне от 600°С до 740°С.

Выгодные эффекты от изобретения

В соответствии с настоящим изобретением высокопрочная бесшовная стальная труба для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, характеризующаяся высоким пределом текучести YS, составляющим 125 кфунт/дюйм² (862 МПа) и более, и превосходной стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию под действием напряжения, легко может быть изготовлена при низкой стоимости, и обнаруживаются значительные преимущества с точки зрения промышленности. В соответствии с настоящим изобретением надлежащие легирующие элементы содержатся в надлежащих количествах, и подавляется образование включений на нитридной основе и включений на оксидной основе. В результате может быть стабильно изготовлена высокопрочная бесшовная стальная труба, характеризующаяся желаемой высокой прочностью для трубных изделий нефтепромыслового сортамента и превосходной стойкостью к растрескиванию СКН.

Осуществление изобретения

Сначала будет описана причина ограничения состава высокопрочной бесшовной стальной трубы, соответствующей настоящему изобретению. Ниже в настоящем документе термин «% (масс.)» в составе будет обозначаться просто символом «%».

С: от 0,20% до 0,50%

С вносит свой вклад в увеличение прочности стали в результате образования твердого раствора, а также вносит свой вклад в формирование микроструктуры, содержащей в качестве основной фазы мартенсит, во время закалки в результате улучшения закаливаемости стали. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания С обязательно составляет 0,20% или более. С другой стороны, в случае уровня содержания С, большего, чем 0,50%, во время закалки будет происходить растрескивание, и значительно уменьшится производительность. Поэтому уровень содержания С ограничивают диапазоном от 0,20% до 0,50%. Предпочтительно уровень содержания С находится в диапазоне от 0,20% до 0,35%. Более предпочтительно уровень содержания С находится в диапазоне от 0,22% до 0,32%.

Si: от 0,05% до 0,40%

Si представляет собой элемент, который выполняет функцию раскислителя и создает эффект увеличения прочности стали в результате образования твердого раствора и эффект подавления размягчения во время отпуска. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания Si обязательно составляет 0,05% или более. С другой стороны, в случае высокого и большего, чем 0,40%, уровня содержания Si будет промотироваться образование ферритной фазы в качестве мягкой фазы таким образом, что будет ингибироваться желаемое высокое упрочнение, а также будет промотироваться образование крупных включений на оксидной основе таким образом, что ухудшатся стойкость к растрескиванию СКН и ударная вязкость. В дополнение к этому, Si представляет собой элемент, который осуществляет локальное твердение стали в результате сегрегации. Поэтому высокий уровень содержания Si оказывает неблагоприятное воздействие, заключающееся в образовании локальной твердой области, что ухудшает стойкость к растрескиванию СКН. Поэтому в настоящем изобретении уровень содержания Si ограничивают диапазоном от 0,05% до 0,40%. Предпочтительно уровень содержания Si находится в диапазоне от 0,05% до 0,30%. Более предпочтительно уровень содержания Si находится в диапазоне от 0,20% до 0,30%.

Mn: от 0,3% до 0,9%

Подобно C Mn представляет собой элемент, который улучшает закаливаемость стали и вносит свой вклад в увеличение прочности стали. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания Mn обязательно составляет 0,3% или более. С другой стороны, Mn представляет собой элемент, который осуществляет локальное твердение стали в результате сегрегации. Поэтому высокий уровень содержания Mn оказывает неблагоприятное воздействие, заключающееся в образовании локальной твердой области, что ухудшает стойкость к растрескиванию СКН. Поэтому в настоящем изобретении уровень содержания Mn ограничивают диапазоном от 0,3% до 0,9%. Предпочтительно уровень содержания Mn находится в диапазоне от 0,4% до 0,8%. Более предпочтительно уровень содержания Mn находится в диапазоне от 0,5% до 0,8%.

Р: 0,015% и менее

Р представляет собой элемент, который не только приводит к охрупчиванию на границах зерен в результате сегрегации на границах зерен, но также и осуществляет локальное твердение стали в результате сегрегации в ней. В настоящем изобретении Р представляет собой неизбежную примесь, и предпочтительным является настолько низкое содержание Р, насколько это возможно. Однако уровень содержания Р, составляющий 0,015% или менее, является допустимым. Поэтому уровень содержания Р ограничивают значением, составляющим 0,015% или менее. Предпочтительно уровень содержания Р составляет 0,012% или менее.

S: 0,005% и менее

S представляет собой неизбежную примесь, и основная часть S в стали присутствует в виде включения на сульфидной основе, которое ухудшает пластичность, ударную вязкость и стойкость к растрескиванию СКН. Поэтому предпочтительным является настолько низкое содержание S, насколько это возможно. Однако уровень содержания S, составляющий 0,005% или менее, является допустимым. Поэтому уровень содержания S ограничивают значением, составляющим 0,005% или менее. Предпочтительно уровень содержания S составляет 0,003% или менее.

Al: от 0,005% до 0,1%

Al выполняет функцию раскислителя и вносит свой вклад в рафинирование аустенитных зерен во время нагревания в результате связывания с N с образованием AlN. В дополнение к этому, Al связывает N и предотвращает связывание твердого растворенного компонента В с N, что подавляет уменьшение эффекта улучшения закаливаемости в результате присутствия В. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания Al обязательно составляет 0,005% и более. С другой стороны, уровень содержания, больший, чем 0,1% Al, приводит к увеличению количества включений на оксидной основе, что уменьшает беспримесность стали, вызывая ухудшение пластичности, ударной вязкости и стойкости к растрескиванию СКН. Поэтому уровень содержания Al ограничивают диапазоном от 0,005% до 0,1%. Предпочтительно уровень содержания Al находится в диапазоне от 0,01% до 0,08%. Более предпочтительно уровень содержания Al находится в диапазоне от 0,02% до 0,05%.

N: 0,006% и менее

N присутствует в стали в качестве неизбежной примеси. Однако, N создает эффект рафинирования кристаллических зерен и улучшения ударной вязкости при связывании с Al с образованием AlN или в случае содержания Ti при связывании с Ti с образованием TiN. Однако, уровень содержания, больший, чем 0,006% N, укрупняет образуемые нитриды и значительно ухудшает стойкость к растрескиванию СКН и ударную вязкость. Поэтому уровень содержания N ограничивают значением, составляющим 0,006% и менее.

Cr: от более, чем 0,6% до 1,7% или менее

Cr представляет собой элемент, который увеличивает прочность стали в результате улучшения закаливаемости и улучшает коррозионную стойкость. В дополнение к этому, Cr представляет собой элемент, который связывается с С с образованием карбида, такого как М₃С, М₇С₃ или М₂₃С₆ (М представляет собой металлический элемент), во время обработки для отпуска и улучшает стойкость к размягчению при отпуске и представляет собой элемент, требуемый, в частности, для высокого упрочнения стальной трубы. В частности, карбид М₃С создает сильный эффект улучшения стойкости к размягчению при отпуске. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания Cr обязательно составляет более, чем 0,6%. С другой стороны, в случае уровня содержания Cr, большего, чем 1,7%, образуется большое количество М₇С₃ или М₂₃С₆, которые выполняют функцию центра захвата водорода, что ухудшает стойкость к растрескиванию СКН. Поэтому уровень содержания Cr ограничивают диапазоном от более, чем 0,6% до 1,7% или менее. Предпочтительно уровень содержания Cr находится в диапазоне от 0,8% до 1,5%. Более предпочтительно уровень содержания Cr находится в диапазоне от 0,8% до 1,3%.

Мо: от более, чем 1,0% до 3,0% или менее

Мо представляет собой элемент, который образует карбид и вносит свой вклад в упрочнение стали в результате дисперсионного упрочнения. Мо эффективно вносит свой вклад в обеспечение желаемой высокой прочности после уменьшения плотности дислокаций в результате отпуска. Вследствие уменьшения плотности дислокаций улучшается стойкость к растрескиванию СКН. В дополнение к этому, Мо вносит свой вклад в улучшение стойкости к растрескиванию СКН в результате образования твердого раствора в стали и сегрегируется на границах бывших аустенитных зерен. Кроме того, Мо создает эффект уплотнения продукта коррозии и подавления образования и роста коррозионной язвины, которая вызывает растрескивание. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания Мо обязательно составляет более, чем 1,0%. С другой стороны, уровень содержания, больший, чем 3,0% Мо, промотирует образование игловидного выделения М₂С или в некоторых случаях фазы Лавеса (Fe₂Mo) и ухудшает стойкость к растрескиванию СКН. Поэтому уровень содержания Мо ограничивают диапазоном от более, чем 1,0% до 3,0% или менее. Уровень содержания Мо предпочтительно находится в диапазоне от более, чем 1,1% до 3,0% или менее, более предпочтительно от более, чем 1,2% до 2,8% и менее, а еще более предпочтительно от 1,45% до 2,5%. Кроме того, уровень содержания Мо предпочтительно находится в диапазоне от 1,45% до 1,80%.

V: от 0,02% до 0,3%

V представляет собой элемент, который образует карбид или карбонитрид и вносит свой вклад в упрочнение стали. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания V обязательно составляет 0,02% или более. С другой стороны, в случае уровня содержания V, большего, чем 0,3%, эффект будет насыщаться, и эффект, соответствующий данному уровню содержания, ожидать будет нельзя, что является экономически невыгодным. Поэтому уровень содержания V ограничивают диапазоном от 0,02% до 0,3%. Уровень содержания V предпочтительно находится в диапазоне от 0,03% до 0,20%, а более предпочтительно составляет 0,15% или менее.

Nb: от 0,001% до 0,02%

Nb образует карбид или карбонитрид, вносит свой вклад в увеличение прочности стали в результате дисперсионного упрочнения, а также вносит свой вклад в рафинирование аустенитных зерен. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания Nb обязательно составляет 0,001% и более. С другой стороны, для выделения Nb вероятным является выполнение функции пути распространения растрескивания СКН (сульфидного коррозионного растрескивания под действием напряжения), и присутствие большого количества выделений Nb вследствие высокого уровня содержания, большего, чем 0,02% Nb, приводит к значительному ухудшению стойкости к растрескиванию СКН, в частности, в случае высокопрочной стали, характеризующейся пределом текучести, составляющим 125 кфунт/дюйм² или более. Поэтому в настоящем изобретении уровень содержания Nb ограничивают диапазоном от 0,001% до 0,02% с точки зрения одновременной реализации желаемой высокой прочности и превосходной стойкости к растрескиванию СКН. Предпочтительно уровень содержания Nb находится в диапазоне от 0,001% или более до менее, чем 0,01%.

В: от 0,0003% до 0,0030%

В сегрегируется на границах аустенитных зерен и подавляет ферритное превращение на границах зерен. В результате даже при небольшом уровне содержания В может быть получен эффект улучшения закаливаемости стали. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания В обязательно составляет 0,0003% или более. С другой стороны, в случае уровня содержания В, большего, чем 0,0030%, В будет выделяться в виде карбонитрида или тому подобного, что ухудшит закаливаемость и, в соответствии с этим, ухудшит ударную вязкость. Поэтому уровень содержания В ограничивают диапазоном от 0,0003% до 0,0030%. Предпочтительно уровень содержания В находится в диапазоне от 0,0007% до 0,0025%.

О (кислород): 0,0030% или менее

О (кислород) представляет собой неизбежную примесь и присутствует в стали в виде включения на оксидной основе. Данное включение вызывает растрескивание СКН и ухудшает стойкость к растрескиванию СКН. Поэтому в настоящем изобретении предпочтительным является настолько низкое содержание О (кислорода), насколько это возможно. Однако избыточное уменьшение приводит к увеличению стоимости рафинирования, и, таким образом, уровень содержания О, составляющий 0,0030% или менее, является допустимым. Поэтому уровень содержания О (кислорода) ограничивают значением, составляющим 0,0030% или менее. Предпочтительно уровень содержания О составляет 0,0020%.

Ti: от 0,003% до 0,025%

Ti выделяется в виде мелких частиц TiN в результате связывания с N во время затвердевания расплавленной стали и вследствие своего эффекта пиннинга вносит свой вклад в рафинирование аустенитных зерен. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания Ti обязательно составляет 0,003% или более. В случае уровня содержания Ti, меньшего, чем 0,003%, эффект будет низким. С другой стороны, в случае уровня содержания Ti, большего, чем 0,025%, частицы TiN будут укрупняться, описанный выше эффект пиннинга не может быть продемонстрирован, и ударная вязкость ухудшится. В дополнение к этому, крупные частицы TiN вызывают ухудшение стойкости к растрескиванию СКН. Поэтому уровень содержания Ti ограничивают диапазоном от 0,003% до 0,025%.

Ti/N: от 2,0 до 5,0

В случае соотношения Ti/N, меньшего, чем 2,0, фиксация N будет настолько недостаточной, что образуется BN, и эффект улучшения закаливаемости в результате присутствия В уменьшится. С другой стороны, в случае соотношения Ti/N, большего, чем 5,0, частицы TiN с большей вероятностью будут укрупняться, и ударная вязкость и стойкость к растрескиванию СКН ухудшатся. Поэтому соотношение Ti/N ограничивают диапазоном от 2,0 до 5,0. Предпочтительно соотношение Ti/N находится в диапазоне от 2,5 до 4,5.

Описанные выше элементы представляют собой компоненты основного состава. В дополнение к основному составу высокопрочная бесшовная стальная труба, соответствующая настоящему изобретению, может дополнительно содержать один элемент или два или более элемента, выбираемые из Cu: 1,0% или менее, Ni: 1,0% или менее и W: 3,0% или менее и/или Са: от 0,0005% до 0,005% в качестве необязательных элементов.

Один элемент или два или более элемента, выбираемые из Cu: 1,0% или менее, Ni: 1,0% или менее и W: 3,0% или менее

Cu, Ni и W представляют собой элементы, которые вносят свой вклад в увеличение прочности стали, и при необходимости могут содержаться один элемент или два или более элемента, выбранные из данных элементов.

Cu представляет собой элемент, который вносит свой вклад в увеличение прочности стали и создает эффект улучшения ударной вязкости и коррозионной стойкости. В частности, Cu является чрезвычайно эффективным для улучшения стойкости к растрескиванию СКН в жесткой коррозионно-активной среде. В случае содержания Cu коррозионная стойкость улучшится в результате образования плотного продукта коррозии, и будут подавлены образование и рост коррозионной язвины, которая вызывает растрескивание. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания Cu предпочтительно составляет 0,03% или более. С другой стороны, в случае уровня содержания Cu, большего, чем 1,0%, эффект будет насыщаться, и эффект, соответствующий данному уровню содержания, ожидать будет нельзя, что является экономически невыгодным. Поэтому в случае содержания Cu предпочтительным будет ограничение уровня содержания Cu значением, составляющим 1,0% или менее.

Ni представляет собой элемент, который вносит свой вклад в увеличение прочности стали и улучшает ударную вязкость и коррозионную стойкость. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания Ni предпочтительно составляет 0,03% или более. С другой стороны, в случае уровня содержания Ni, большего, чем 1,0%, эффект будет насыщаться, и эффект, соответствующий данному уровню содержания, ожидать будет нельзя, что является экономически невыгодным. Поэтому в случае содержания Ni предпочтительным будет ограничение уровня содержания Ni значением, составляющим 1,0% или менее.

W представляет собой элемент, который образует карбид, вносит свой вклад в увеличение прочности стали в результате дисперсионного упрочнения, а также вносит свой вклад в улучшение стойкости к растрескиванию СКН в результате образования твердого раствора и сегрегируется на границах бывших аустенитных зерен. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания W предпочтительно составляет 0,03% или более. С другой стороны, в случае уровня содержания W, большего, чем 3,0%, эффект будет насыщаться, и эффект, соответствующий данному уровню содержания, ожидать будет нельзя, что является экономически невыгодным. Поэтому в случае содержания W предпочтительным будет ограничение уровня содержания W значением составляющим 3,0% или менее.

Са: от 0,0005% до 0,005%

Са представляет собой элемент, который связывается с S c образованием с CaS и эффективно выполняет функцию контролируемого выдерживания вида включений на сульфидной основе и вносит свой вклад в улучшение ударной вязкости и стойкости к растрескиванию СКН в результате контролируемого выдерживания формы включений на сульфидной основе. В целях получения описанных выше эффектов уровень содержания Са обязательно составляет по меньшей мере 0,0005%. С другой стороны, в случае уровня содержания Са, большего, чем 0,005%, эффект будет насыщаться, и эффект, соответствующий данному уровню содержания, ожидать будет нельзя, что является экономически невыгодным. Поэтому в случае содержания Са предпочтительным будет ограничение уровня содержания Са диапазоном от 0,0005% до 0,005%.

Остаток, отличный от описанных выше компонентов, включает Fe и неизбежные примеси. В качестве неизбежных примесей допустимыми являются Mg: 0,0008% или менее и Со: 0,05% или менее.

Высокопрочная бесшовная стальная труба, соответствующая настоящему изобретению, имеет описанный выше состав и микроструктуру, в которой отпущенный мартенсит представляет собой основную фазу, составляющую 95% и более при выражении через объемную концентрацию, бывшие аустенитные зерна характеризуются номером размера зерна, составляющим 8,5 или более, и на поперечном сечении, перпендикулярном направлению прокатки, число включений на нитридной основе, характеризующихся размером частиц, составляющим 4 мкм или менее, составляет 100 или менее при расчете на 100 мм², число включений на нитридной основе, характеризующихся размером частиц, меньшим, чем 4 мкм, составляет 1000 или менее при расчете на 100 мм², число включений на оксидной основе, характеризующихся размером частиц, составляющим 4 мкм или менее, составляет 40 или менее при расчете на 100 мм², и число включений на оксидной основе, характеризующихся размером частиц, меньшим, чем 4 мкм, составляет 400 или менее при расчете на 100 мм².

Отпущенная мартенситная фаза: 95% или более

Для высокопрочной бесшовной стальной трубы, соответствующей настоящему изобретению, в целях уверенного достижения высокой прочности, относящейся к классу предела текучести 125 кфунт/дюйм² или более, и сохранения пластичности и ударной вязкости, необходимых для стальной трубы в качестве конструкции, в качестве основной фазы задают отпущенную мартенситную фазу, образованную в результате отпуска мартенситной фазы. Термин «основная фаза», описанный в настоящем документе, представляет случай, в котором данная фаза является единственной фазой, характеризующейся объемной долей 100%, или случай, в котором данная фаза содержится в микроструктуре при объемной доле, составляющей 95% или более, а вторая фаза содержится в микроструктуре при объемной доле, составляющей 5% и менее, что не оказывает неблагоприятного воздействия на характеристики стальной трубы. В настоящем изобретении примеры второй фазы включают бейнит, остаточный аустенит, перлит и их смешанную фазу.

Для высокопрочной бесшовной стальной трубы, соответствующей настоящему изобретению, описанная выше микроструктура может быть подстроена в результате надлежащего выбора температуры нагревания во время обработки для закалки и скорости охлаждения во время охлаждения в соответствии с составом стали.

Номер размера зерен для бывших аустенитных зерен: 8,5 или более

В случае номера размера зерен для бывших аустенитных зерен, меньшего, чем 8,5, субструктура образующегося мартенсита будет укрупняться, и стойкость к растрескиванию СКН ухудшится. Поэтому номер размера зерен для бывших аустенитных зерен ограничивают значением, составляющим 8,5 или более. Номер размера зерен, использующийся в настоящем документе, представляет собой величину, измеренную в соответствии с документом JIS G 0551.

В настоящем изобретении номер размера зерен для бывших аустенитных зерен может быть подстроен в результате изменения скорости нагревания, температуры нагревания и температуры выдержки во время обработки для закалки и изменения числа раз проведения обработок для закалки.

Кроме того, для высокопрочной бесшовной стальной трубы, соответствующей настоящему изобретению, в целях улучшения стойкости к растрескиванию СКН число включений на нитридной основе и включений на оксидной основе подстраивают для их введения в пределы надлежащих диапазонов в зависимости от размеров. Включения на нитридной основе и включения на оксидной основе идентифицируют в результате автоматического детектирования при использовании сканирующего электронного микроскопа. Вк