新日鐵住金公司研發(fā)了新的一種中,、高碳鋼鋼管的淬火方法，能夠防止中,、高碳的低合金鋼，中合金鋼的鋼管或馬氏體類不銹鋼管以往利用水淬火等急冷手段實(shí)施淬火處理時易產(chǎn)生淬火裂紋方法。
文中的“%”：表示中,、高碳鋼、馬氏體類不銹鋼等對象物所含的各成分的質(zhì)量百分比,?！暗秃辖痄摗保捍颂幨侵负辖鸪煞值目偭繛?%以下的鋼?！爸泻辖痄摗保捍颂幨侵负辖鸪煞值目偭繛槌^5%且10%以下的鋼,。
基于淬火、回火處理的鐵鋼材料的強(qiáng)化方法廣泛應(yīng)用在以機(jī)械構(gòu)件,、油井用鋼材為住的許多領(lǐng)域中,，作為材料強(qiáng)化方法而使用。對中碳鋼,、高碳鋼制作的鋼管進(jìn)行淬火回火處理,，可顯示出優(yōu)異的強(qiáng)度/韌性，通過淬火,，能夠顯著提高鋼的強(qiáng)度,，該強(qiáng)度提高效果取決于鋼中的C含量。但是,，只進(jìn)行淬火的馬氏體組織通常較脆,，因此淬火后通過以A[c1]相變點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行回火從而使韌性提高。
為了對低合金鋼,、中合金鋼進(jìn)行淬火而得到馬氏體組織,，需要水淬火等急速冷卻,。冷卻速度不充分的情況下，會有貝氏體等比馬氏體更為軟質(zhì)的組織混入,，無法達(dá)成充分的淬火效果,。并且，在鐵鋼材料淬火操作中,，有時會出現(xiàn)淬火裂紋,。如上述那樣將鋼材急速冷卻時，不可能完全實(shí)現(xiàn)對鋼材整體均勻地進(jìn)行急冷,，由于先冷卻的部分與在后冷卻的部分中的收縮率的差異,，鋼材中有熱應(yīng)力產(chǎn)生。進(jìn)而,，淬火操作中有馬氏體相變產(chǎn)生的情況下,，因從奧氏體到馬氏體的相變而導(dǎo)致產(chǎn)生體積膨脹，結(jié)果有相變應(yīng)力產(chǎn)生,。前述體積膨脹取決于鋼中的C含量,，C含量越高則體積膨脹變得越大。因此,，C含量高的鋼在淬火階段容易產(chǎn)生大的相變應(yīng)力,、容易產(chǎn)生淬火裂紋。特別是要進(jìn)行淬火的鋼材為鋼管形狀的情況下,，與鋼板,、棒線的情況相比，呈現(xiàn)出極為復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài),。
因此,，若對C含量高的鋼管實(shí)施例如水淬火這樣的急冷處理，則淬火裂紋靈敏性顯著提高,，淬火裂紋多發(fā),、制品成品率極度降低。因此,，對低合金鋼,、中合金鋼的高碳鋼管進(jìn)行淬火處理時，為了防止淬火裂紋,、提高制品成品率,，進(jìn)行比水淬火的冷卻能力小的油淬火、或者進(jìn)行利用噴霧冷卻的緩慢冷卻,，來控制淬火時的冷卻速度,。然而，采用這樣的淬火手段時，無法得到足量的馬氏體組織而成為混有相當(dāng)量的在高溫下生成的貝氏體等的組織,。因此即使進(jìn)行淬火回火,，也存在無法充分利用回火的馬氏體組織的優(yōu)異的強(qiáng)韌性。在不銹鋼管的領(lǐng)域中,，高強(qiáng)度的馬氏體類不銹鋼管在耐腐蝕性的環(huán)境中被廣泛使用,。特別是在近年，馬氏體類不銹鋼管作為石油,、天然氣采取用的油井管被大量使用,。即，用于采取石油,、天然氣的井（油井）的環(huán)境在近年越來越嚴(yán)酷,，在伴隨采掘深度增大的高壓化的基礎(chǔ)上，包含大量濕潤的碳酸氣體,、硫化氫,、氯離子等腐蝕性成分的井也增多。與之相伴,，要求材料的強(qiáng)度提高,，而上述那樣的腐蝕性成分導(dǎo)致的腐蝕、以及由此導(dǎo)致的材料的脆化成為問題,，耐腐蝕性更加優(yōu)異的油井管的必要性提高,。
在這樣的狀況下，馬氏體類不銹鋼對基于硫化氫的硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋根據(jù)情況而不具有充分的抵抗性,，但對碳酸氣體腐蝕具有優(yōu)異的抵抗性,，因此在比較低溫的包含濕潤碳酸氣體的環(huán)境下得到廣泛應(yīng)用,。作為其代表例,，API（美國石油協(xié)會）規(guī)定的L80級的13Cr型（Cr含量為12～14%）的油井管。通常,，馬氏體類不銹鋼實(shí)施了淬火回火處理,，上述APIL80級的13Cr鋼也不例外。但是,，前述13Cr鋼的馬氏體相變開始溫度（Ms點(diǎn)）為300℃左右,，比低合金鋼低，而且硬化能大,，因此對淬火裂紋的靈敏性高,。
特別是對鋼管形狀品進(jìn)行淬火的情況下，與板材,、棒材的情況相比呈現(xiàn)極為復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài),，若進(jìn)行水淬火則會引起淬火裂紋，因此需要采用放冷（自然空冷）、強(qiáng)制空冷,、緩和的噴霧冷卻等冷卻速度小的工藝,。因此在上述的L80級的13Cr型油井管的制造中，為了防止淬火裂紋而進(jìn)行空氣淬火,。這種合金鋼的硬化能大,，因此即使在淬火時的冷卻速度小的情況下也能夠馬氏體化。然而,，該方法中,，雖然可防止淬火裂紋，但冷卻速度小,，因此生產(chǎn)率差,，此外，還存在以耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性為首的各種特性劣化的問題,。
如前所述,，對中、高碳鋼管（低合金鋼,、中合金鋼的鋼管）進(jìn)行淬火制成高強(qiáng)度的馬氏體組織時,，若進(jìn)行水淬火等急速冷卻，則容易產(chǎn)生淬火裂紋,。若為了避免淬火裂紋而進(jìn)行油淬火等緩慢冷卻,，則得不到足量的馬氏體組織，鋼管的強(qiáng)度/韌性水平降低,。另外,，在制造馬氏體類不銹鋼管時，雖然即使淬火時的冷卻速度小也能夠馬氏體化,，但由于冷卻速度慢而生產(chǎn)率差,、以耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性為首的各種特性劣化。若為了提高生產(chǎn)率而進(jìn)行水淬火,，則會引起淬火裂紋,。新日鐵的這項(xiàng)技術(shù)是鑒于這種問題而作出的，其目的在于提供能夠防止中,、高碳鋼管（以低合金鋼或者中合金鋼為主的鋼管）,、或馬氏體類不銹鋼管中的淬火裂紋的鋼管的淬火方法。
新日鐵的這項(xiàng)技術(shù)解決了上述問題,，要點(diǎn)如下,。
（1）一種鋼管的淬火方法,，將鋼管從外表面進(jìn)行水冷而淬火的淬火方法,，其中,，不對管端部進(jìn)行水冷，而對前述管端部以外的部分的至少一部分進(jìn)行水冷,。
?。?）根據(jù)前述（1）所述的鋼管的淬火方法，其特征在于,，在前述管端部以外的部分中的軸方向的至少一部分設(shè)置在整周上都不進(jìn)行直接水冷的部分,。
（3）根據(jù)前述（1）或前述（2）所述的鋼管的淬火方法,，其特征在于,，在淬火過程的至少一部分中，間歇性地反復(fù)實(shí)施水冷和停止水冷,。
?。?）根據(jù)前述（1）或前述（2）所述的鋼管的淬火方法，其特征在于,，在對鋼管的外表面進(jìn)行水冷時,，在鋼管的外表面溫度比Ms點(diǎn)高的溫度范圍進(jìn)行強(qiáng)水冷，然后轉(zhuǎn)換為弱水冷或空冷而將外表面強(qiáng)制冷卻,，冷卻到Ms點(diǎn)以下,。
（5）根據(jù)前述1～4中任一項(xiàng)所述的鋼管的淬火方法,，其特征在于,，前述鋼管為含有0.2～1.2%的C的鋼管。
?。?）鋼管可為含有0.10～0.30%的C和11～18%的Cr的Cr系不銹鋼管,。 新技術(shù)的效果 根據(jù)新日鐵的這項(xiàng)技術(shù)的鋼管的淬火方法，對中,、高碳鋼管（以低合金鋼或者中合金鋼為主的鋼管）或Cr系不銹鋼管能夠不產(chǎn)生淬火裂紋地用急冷手段（水淬火）實(shí)施淬火處理,。由此，能夠穩(wěn)定地制造具有馬氏體比率高的組織（具體而言,，馬氏體比率為80%以上）的高強(qiáng)度的鋼管,。
具體實(shí)施方式
為了解決上述課題,，新日鐵的這項(xiàng)技術(shù)人等反復(fù)進(jìn)行了如下的水淬火實(shí)驗(yàn)：將含高碳的低合金鋼和Cr系不銹鋼的鋼管試驗(yàn)片加熱到A[r3]相變點(diǎn)溫度以上,，從鋼管的外表面進(jìn)行水冷。其結(jié)果,，可得到以下（a）～（f）的見解,。
（a）若用強(qiáng)的水淬火對鋼管全體進(jìn)行冷卻到馬氏體相變停止溫度（Mf點(diǎn)）以下,，則以高概率產(chǎn)生淬火裂紋,。
?。╞）由于淬火裂紋時的龜裂大致在鋼管的軸方向上伸展，因此可認(rèn)為擴(kuò)大裂紋的主要力為周方向的拉伸應(yīng)力,。
?。╟）關(guān)于前述周方向的拉伸應(yīng)力的產(chǎn)生源，可認(rèn)為是因?yàn)樵诶鋮s過程中產(chǎn)生的壁厚方向上的溫度差（溫度不均勻）導(dǎo)致在鋼管的外表面?zhèn)扰c內(nèi)表面?zhèn)鹊鸟R氏體相變的時機(jī)有偏差,。
?。╠）特別是在溫度不均勻較大（即，與內(nèi)表面?zhèn)鹊臏囟炔畲螅┑睦鋮s面附近,，容易產(chǎn)生基于脆性破壞的微裂紋,，其容易成為龜裂伸展的起點(diǎn)。
?。╡）龜裂在絕大部分情況下是以鋼管端部為起點(diǎn)而伸展的,。其理由可認(rèn)為是因?yàn)榫哂凶杂杀砻娴亩瞬康膽?yīng)力增大系數(shù)與端部以外的該系數(shù)相比更大。
?。╢）不進(jìn)行水冷地抑制冷卻速度的情況下,，含高碳的低合金鋼和Cr系不銹鋼的情況均不產(chǎn)生淬火裂紋。需要說明的是,，對于含高碳的低合金鋼,，抑制馬氏體化、制成貝氏體主體的組織的情況下不產(chǎn)生淬火裂紋,。
總之可認(rèn)為,，淬火裂紋在絕大多數(shù)情況下以產(chǎn)生于具有自由表面的鋼管端部的龜裂為起點(diǎn)，該龜裂是作為通過微裂紋而發(fā)展的結(jié)果產(chǎn)生的,，所述微裂紋是在冷卻過程中產(chǎn)生的起因于壁厚方向的溫度不均勻的熱應(yīng)力,、進(jìn)而相變應(yīng)力導(dǎo)致的周方向上的拉伸應(yīng)力（以下也將“拉伸應(yīng)力”簡稱為“應(yīng)力”）發(fā)生作用而在冷卻面附近產(chǎn)生的。