高强度钢材和其制造方法技术

一种高强度钢材，其化学组成以质量％计为:C:0.30～1.0％、Si:0.05～1.0％、Mn:16.0～35.0％、P:0.030％以下，S:0.030％以下，Al:0.003～0.06％、N:0.1％以下，V:0～3.0％、Ti:0～1.5％、Nb:0～1.5％、Cr:0～5.0％、Mo:0～3.0％、Cu:0～1.0％、Ni:0～1.0％、B:0～0.02％、Zr:0～0.5％、Ta:0～0.5％、Ca:0～0.005％、Mg:0～0.005％、余量:Fe和杂质，满足[V+Ti+Nb>2.0]，钢中析出的圆当量直径为5～30nm的碳化物/碳氮化物的个数密度为50～700个/μm

HIGH STRENGTH STEEL AND ITS MANUFACTURING METHOD

The chemical composition of a high strength steel is as follows: C:0.30-1.0%, Si:0.05-1.0%, Mn:16.0-35.0%, P:0.030%, S:0.030%, Al:0.003-0.06%, N:0.1%, V:0-3.0%, Ti:0-1.5%, Nb:0-1.5%, Cr:0-5.0%, Mo:0-3.0%, Cu:0-1.0%, Ni:0-1.0%. B:0-0.02%, Zr:0-0.5%, Ta:0-0.5%, Ca:0-0.005%, Mg:0-0.005%, residual: Fe and impurities, satisfying [V+Ti+Nb>2.0], and the number density of carbides/carbonitrides precipitated from steel with a circular equivalent diameter of 5-30 nm is 50-700/micron.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高强度钢材和其制造方法
本专利技术涉及高强度钢材和其制造方法。
技术介绍
油井和气井(以下，将油井和气井统一简称为“油井”)的深井化正推进。因此，要求油井中使用的壳体、管道等油井用钢管(以下，称为“油井管”)的高强度化。进而，最近开发的深井的内部大多为包含具有腐蚀性的硫化氢(H2S)的酸性化的严苛的环境(酸性环境)。在这样的环境下，由于硫化物应力裂纹(以下，称为“SSC”)而使油井管有时达到破坏。而且广泛已知的是，随着钢的高强度化，对SSC的敏感性提高。在这样的情况下，特别是对于发挥作为油井的壁(外管)的作用的壳体使用的钢材，高强度化和耐酸性化的要求提高。而且，目前，逐渐使用了具有758～862MPa的屈服应力(以下，也称为“YS”)的所谓“110ksi级”的、在H2S分压为1atm的环境下也不会引起SSC的油井管、或具有862～965MPa的YS的所谓“125ksi级”的、在H2S分压为0.03atm的环境下也不会引起SSC的油井管。需要说明的是，上述“SSC”是在腐蚀环境中由于钢材表面产生的氢扩散至钢中、与钢材所负荷的应力的协同作用而导致断裂的氢脆化的1种。如此，高强度油井管开发时，不仅要求高强度化，还要求具备良好的耐SSC性。而且，随着油井环境的愈发的严苛化，对油井管要求更进一步高的安全性，从防止耐SSC的观点出发，在以往的基于NACETM0177-2005中记载的“MethodA”的恒定载荷试验结果和基于“MethodB”的Sc试验结果良好的基础上，最近，开始要求基于“MethodD”的DCB试验结果即酸性环境中的破坏韧性值(以下，称为“KISSC”)高。例如，假定在作为代表性的尺寸的壁厚为15.9mm的壳体中存在0.5mm的裂缝、负荷所谓“110ksi级”的标准最小屈服应力即758MPa时，裂缝底的应力扩大系数成为33.7MPa·m0.5。因此，KISSC要求该值以上。需要说明的是，关于晶体结构与氢脆化的关系，已知的是，面心立方(fcc)结构的奥氏体系钢材和Ni基合金材一般与体心立方(bcc)结构或体心正方(bct)结构(以下，本说明书中将它们归纳称为“bcc结构”)的碳钢材和低合金钢材相比，具有优异的耐氢脆化特性。然而，一般而言，奥氏体系材料在固溶热处理(以下，有时称为“固溶化热处理”)的状态下为低强度，为了奥氏体的稳定化，通常大量含有Ni等昂贵的成分元素，因此，材料成本的上升明显。作为具有奥氏体稳定化作用、且比上述Ni还廉价的元素，可以举出Mn。因此，公开了各种涉及奥氏体系高强度高Mn钢材的技术。例如，专利文献1中公开了钢材和其制造方法，所述钢材以质量％计包含5.0～45.0％的Mn和0.5～2.0％的V，更具体而言，以C:0.10～1.2％、Si:0.05～1.0％、Mn:5.0～45.0％和V:0.5～2.0％为必须元素，将作为杂质的P和S的含量限制为特定量以下，根据需要进而包含特定量的选自Cr、Ni、Cu和N中的1种以上，实质上具有奥氏体单相的金属组织和758MPa(77.3kgf/mm2)以上的弹性极限应力(YS)。专利文献2中公开了钢材和其制造方法，所述钢材以质量％计以C:1.2％以下、Si:0.05～1.0％和Mn:5～45％为必须元素，将作为杂质的P和S的含量限制为特定量以下，根据需要进而包含特定量的选自Cr、Ni、Mo、Cu和N中的1种以上，实质上具有由奥氏体和ε马氏体构成的金属组织、和758MPa(77.3kgf/mm2)以上的弹性极限应力(YS)。专利文献3中公开了一种钢材，其化学组成以质量％计以C:0.60～1.4％、Si:0.05～1.00％、Mn:12～25％和Al:0.003～0.06％为必须元素，将作为杂质的P和S的含量限制为特定量以下，根据需要进而包含特定量的选自N、Cr、Mo、Cu、Ni、V、Nb、Ti、Zr、Ca、Mg和B中的1种以上，Nieq(＝Ni+30C+0.5Mn)≥27.5，金属组织是以FCC结构为主体的组织，铁素体和α’马氏体的总计体积分率低于0.10％，YS为862MPa以上。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平9-249940号公报专利文献2:日本特开平10-121202号公报专利文献3:国际公开第2015/012357号
技术实现思路
专利技术要解决的问题专利文献1中公开的钢材虽然为奥氏体系钢材，但是如果完全固溶于基体的奥氏体中的V以V碳化物的形式充分析出，则的确可以具备758MPa(77.3kgf/mm2)以上的YS。然而，通过固溶热处理后的时效处理而析出的有利于强度提高的析出物仅为V碳化物，而且，V含量以质量％计低至0.5～2.0％。因此，为了利用V碳化物的析出强化而稳定地确保YS为758MPa以上的高强度，需要例如超过3小时的长时间的时效处理。其结果，在生产率的方面变得不利，能量成本有时增加(参照专利文献1的实施例的表3和表4)。进而，专利文献1中，未进行基于DCB试验的KISSC的评价，因此，关于裂缝前端附近等应力集中部中的耐SSC性，存在应研究的余地。对于专利文献2中公开的钢材，通过固溶热处理后的冷加工来确保强度提高。因此，虽然为奥氏体系钢材，但是的确可以具备758MPa(77.3kgf/mm2)以上的YS。然而，为了稳定地确保高强度，例如需要以截面减少率计为25％以上的冷加工。因此，出于设备或制品尺寸等的限制，无法增大冷加工时的截面减少率的情况下，耐SSC性虽然良好，但是有时无法确保YS为758MPa以上的期望的高强度(参照专利文献2的实施例的表2和表3)。另一方面，通过钢材的化学组成可以确保758MPa以上这样的期望的YS强度，但是可设想由于加工诱发相变而生成bcc结构的α’马氏体，有时导致耐SSC性的降低。此外，专利文献2中，也没有进行基于DCB试验的KISSC的评价，因此，关于裂缝前端附近等应力集中部中的耐SSC性，存在应研究的余地。对于专利文献3中公开的钢材，通过固溶化热处理后的冷加工来确保强度提高。另外，包含作为任意元素的V、Nb、Ta、Ti和Zr中的1种以上的情况下，通过固溶化热处理后的时效热处理和该时效热处理后实施的冷加工，可以达成更明显的强度提高。因此，虽然为奥氏体系钢材，但是的确可以具备862MPa以上的YS。而且，使用板状的平滑试验片的、基于4点弯曲法的耐SSC性和耐应力腐蚀裂纹性、以及耐整面腐蚀性优异。然而，为了确保包含上述各种任意元素时的明显的强度提高效果，对利用时效热处理中析出的各种碳化物或碳氮化物进行了析出强化的钢原材料进行冷加工，因此，有冷加工设备受到极大负荷的担心。另外，专利文献3中，也没有进行基于DCB试验的KISSC的评价，因此，关于裂缝前端附近等应力集中部中的耐SSC性，存在应研究的余地。本专利技术的目的在于，提供:可以稳定地确保758MPa以上的YS、而且由DCB试验得到的KISSC为33.7MPa·m0.5以上的、奥氏体系的高强度钢材和其制造方法。用于解决问题的方案本专利技术是为了解决上述课题而作出的，其主旨在于，下述所示的高强度钢材和其制造方法。(1)一种高强度钢材，其化学组成以质量％计为:C:0.30～1.0％、Si:0.05～1.0％、Mn:16.0～35.0％、P:0.03本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度钢材，其化学组成以质量％计为:C:0.30～1.0％、Si:0.05～1.0％、Mn:16.0～35.0％、P:0.030％以下，S:0.030％以下，Al:0.003～0.06％、N:0.1％以下，V:0～3.0％、Ti:0～1.5％、Nb:0～1.5％、Cr:0～5.0％、Mo:0～3.0％、Cu:0～1.0％、Ni:0～1.0％、B:0～0.02％、Zr:0～0.5％、Ta:0～0.5％、Ca:0～0.005％、Mg:0～0.005％、余量:Fe和杂质，满足下述(i)式，钢中析出的圆当量直径为5～30nm的碳化物和/或碳氮化物的个数密度为50～700个/μm2，且圆当量直径超过100nm的碳化物和/或碳氮化物的个数密度低于10个/μm2，屈服应力为758MPa以上，由DCB试验得到的KISSC的值为33.7MPa·m0.5以上，V+Ti+Nb>2.0···(i)其中，所述(i)式中的V、Ti和Nb是指各元素在钢中的质量％含量，不含有的情况下为零。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.30 JP 2016-0677411.一种高强度钢材，其化学组成以质量％计为:C:0.30～1.0％、Si:0.05～1.0％、Mn:16.0～35.0％、P:0.030％以下，S:0.030％以下，Al:0.003～0.06％、N:0.1％以下，V:0～3.0％、Ti:0～1.5％、Nb:0～1.5％、Cr:0～5.0％、Mo:0～3.0％、Cu:0～1.0％、Ni:0～1.0％、B:0～0.02％、Zr:0～0.5％、Ta:0～0.5％、Ca:0～0.005％、Mg:0～0.005％、余量:Fe和杂质，满足下述(i)式，钢中析出的圆当量直径为5～30nm的碳化物和/或碳氮化物的个数密度为50～700个/μm2，且圆当量直径超过100nm的碳化物和/或碳氮化物的个数密度低于10个/μm2，屈服应力为758MPa以上，由DCB试验得到的KISSC的值为33.7MPa·m0.5以上，V+Ti+Nb>2.0···(i)其中，所述(i)式中的V、Ti和Nb是指各元素在钢中的质量％含量，不含有的情况下为零。2.根据权利要求1所述的高强度钢材，其中，所述化学组成以质量％计含有:选自V:0.1～3.0％、Ti:0.003～1.5％、Nb:0.003～1.5％、Cr:0.1～5.0％、Mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田晋士，荒井勇次，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP