无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及采用曼内斯曼（Mannesmann)法制造无缝钢管时所使用的穿孔机顶头 (piercer plug)(也有时仅称为「顶头」。），特别是涉及耐自发裂纹性以及被切削性优异的 无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，伴随着石油钻井环境变得严酷，作为油井管需求不锈钢制和高合金钢制 等的高级无缝钢管。可是，用不锈钢等的变形阻力高的材料制造无缝钢管时，其穿孔所使用 的穿孔机顶头的顶端部承受较高的表面压力，该顶端部熔损，短时间内不得已进行更换。
[0003] 因此，如专利文献1所公示的那样，以往的高级无缝钢管的制造用穿孔机顶头，通 过添加W、Mo,来提高高温变形阻力，而且为了确保上述穿孔机顶头表面的润滑性，实施了生 成难剥离性的低熔点氧化皮层的表面被覆处理。专利文献1所公开的穿孔机顶头的制造方 法，如图3所示，其特征在于，通过对由添加有W、Mo的高强度钢材构成且具有规定形状的母 材进行高温氧化热处理，在穿孔机顶头的表面被覆规定的上述氧化皮层。
[0004] 另一方面，由于高级无缝钢管的尺寸以及形状的多样化，穿孔机顶头也配合其进 行多样化，并以库存的形式保持多种类的顶头，根据生产计划来使用。
[0005] 为了与无缝钢管的形状的多样化相适应，希望穿孔机顶头能够容易地切削成各种 尺寸。
[0006] 另外，无缝钢管的制造工厂也在推进分散化和远地化，由于输送时间增大等，因此 从确保库存量的观点出发，长期间地保管穿孔机顶头的情况变多了。
[0007] 从以上的情况出发，希望穿孔机顶头或穿孔机顶头用坯料的被切削性优异、且能 够长期间保管。可是，如果不适当地调整穿孔机顶头的硬度，则在保管中在穿孔机顶头表面 会产生称为"自发裂纹"的裂纹。已知特别是在冬季容易产生自发裂纹。产生了这种"自发 裂纹"的穿孔机顶头不能够在无缝钢管的制造中使用。
[0008] 在先技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1日本专利第2683861号公报
[0011] 专利文献2日本专利第2952382号公报
[0012] 专利文献3日本特开2003-129184号公报
[0013] 专利文献4PCT国际申请W02008-096708号公开公报
[0014] 专利文献5日本特开昭63-69948号公报
[0015] 专利文献6日本专利第4279350号公报
【发明内容】
[0016] 专利文献1公开了 ：向用于提高高温变形阻力的规定的成分大量添加Mo和W中的 1种以上，抑制表面脱碳，在表面形成有内部氧化型氧化皮层的穿孔机顶头。
[0017]专利文献2公开了：在3Ni_lCr钢等的钢制基体的表面形成氧化皮而使用的穿孔 机顶头的制造方法中，从以往的砂型铸造通过模具铸造来制作上述钢制基体。而且记载了 下述意旨：上述制造方法具有提尚上述钢制基体的强度和氧化皮改性的效果。
[0018] 专利文献3针对与专利文献2同样地在表面形成氧化皮而使用的穿孔机顶头，公 开了具有提高基体的强度和氧化皮改性的效果的基体。
[0019] 专利文献4针对与专利文献2同样地在基材的表面上形成氧化皮而使用的穿孔机 顶头，公开了下述内容：作为构成氧化皮层的层，形成与上述基材络合的网状氧化皮层。专 利文献4公开了下述意旨：通过氧化皮层的上述构成可抑制氧化皮层的剥离和磨损，能够 延长穿孔机顶头的寿命。
[0020] 专利文献5公开了下述意旨：通过采用与专利文献4同样的方法作为晶界氧化型 氧化皮层而生成氧化皮层，与基材的密着性好，能够抑制氧化皮层的剥离和磨损，并延长穿 孔机顶头的寿命。
[0021] 最近，如专利文献6所公开的那样，通过采用利用了喷镀的被膜形成技术在穿孔 机顶头的表面形成保护被膜，来谋求穿孔机顶头的长寿命化。
[0022] 可是，在先技术文献中，没有提出以穿孔机顶头用坯料的自发裂纹、被切削性为课 题的提案。
[0023] 因此，本发明的目的在于，提供采用曼内斯曼法制造无缝钢管时所使用的穿孔机 顶头的坯料，该坯料抑制由长期保管所致的自发裂纹的发生，被切削性也优异，而且具有所 希望的硬度，由此能够实现顶头主体的长寿命化，解决这样的采用现有技术所不能完成的 课题。
[0024] 本发明人为了解决上述课题而进行了锐意研宄开发，结果得到以下的见解。
[0025] (a)为了穿孔机顶头的长寿命化，需要确保某种程度的韧性，需要用于抗热冲击的 某种程度的硬度。于是，知道了如果形成为以回火马氏体和/或贝氏体为主体的组织，顶头 坯料的硬度为洛氏硬度C级（以下简称为"HRC"。）6以上（优选为20以上），则能得到具 有适当的韧性、强度的顶头。
[0026] (b)已发现自发裂纹是穿孔机顶头用坯料氢脆化的原因。已知在发生自发裂纹时， 在穿孔机顶头的坯料中含有约7ppm以上的扩散氢，坯料的硬度超过了 HRC40。
[0027] (c)另外发现，为了抑制坯料的自发裂纹，使扩散氢的浓度为2ppm以下，且使坯料 的硬度为HRC40以下为好。另外也确认到，由于硬度也下降，因此被切削性得到改善。而且 也确认到，如果为HRC40以下，则作为顶头坯料也充分具有韧性。
[0028] (d)本发明人对满足上述的扩散氢浓度和HRC硬度的条件的热处理条件反复进行 了锐意研宄。其结果发现，最适的热处理以下述处理为好：在浇铸出穿孔机顶头用坯料后， 在550~900°C、进一步优选在700~900°C的温度范围内保持0. 5小时以上且不超过10 小时的时间、优选保持〇. 5小时以上且不超过4小时的时间后，以5°C /分以下的冷却速度 冷却。
[0029] 进而，本发明人对热处理条件（特别是热处理温度和保持时间）与硬度的关系进 行了调查，发现能够用热处理参数（P H)与碳当量（C当量）的关系调整顶头坯料的硬度（HRC 硬度）。
[0030] (e)确认到通过将上述热处理的条件适当化，能够调整穿孔机顶头用坯料的硬度， 另外能够除去坯料中的扩散氢。
[0031] (f)以往在顶头成形后进行了氧化热处理，因此成形前的顶头坯料过硬，被切削性 差。可是，基于本发明的顶头坯料，通过在成形前在规定的条件下实施热处理，能够将硬度 适当化，能够使被切削性格外地提高。
[0032] 通过在浇铸出穿孔机顶头用坯料后，对坯料实施合适的热处理，能够在将顶头坯 料调整成为HRC硬度6~40的同时，使成为自发裂纹的原因的扩散氢减少到规定值以下。
[0033] 本发明是以这些见解为基础而完成的，其主旨如下。
[0034] (1)本发明的一方式涉及的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，
[0035] 成分以质量％计含有
[0036] C:0.08 ~0.3%、
[0037] Si:0.1 ~1.0%、
[0038] Mn:0.2 ~1.5%、
[0039] Ni:0.2 ~2.0%，
[0040] 而且含有合计为1.5%~8%的W、Mo之中的1种或2种，
[0041] 余量为Fe以及杂质，
[0042] 作为杂质而含有的扩散氢为2ppm以下，
[0043] 具有HRC6以上40以下的硬度。
[0044] (2)根据上述（1)所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，以质量％计，可以进 一步含有
[0045] Cu:0.5% 以下、
[0046] Cr: 1.0 % 以下、
[0047] Nb: 1.0 % 以下、
[0048] V: 1.0 % 以下、
[0049] Ti:1.0% 以下、和
[0050] B:0.1% 以下
[0051] 之中的1种或2种以上。
[0052] (3)根据上述⑴或⑵所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，以质量％计， 可以进一步含有合计为〇. 5%以下的
[0053] Ca:0.5% 以下、
[0054] Mg:0.5% 以下、
[0055] REM:0.5% 以下
[0056] 之中的1种或2种以上。
[0057] (4)根据上述⑴~（3)的任一项所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，硬度 可以为HRC20以上40以下。
[0058] (5)根据上述⑴~⑷的任一项所述的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料，可以 为铸钢制的坯料。
[0059] (6)本发明的一方式涉及的无缝钢管制造用穿孔机顶头用坯料的制造方法，具 有：
[0060] 铸造穿孔机顶头用坯料的工序，该坯料的成分以质量％计含有
[0061]