變形性能和低溫韌性優(yōu)良的高強度鋼管以及制造方法

  新日鐵住金公司研發(fā)了一種用于輸送天然氣、原油的高強度鋼管,其具有優(yōu)良的變形性能和低溫韌性,特別適用于地基變動等變形容許極限較大的地區(qū)。

  近年來,由于天然氣、原油的長距離輸送的需要,強度高的管線鋼管,受到關(guān)注需求量增大。管線鋼管的鋪設(shè)的環(huán)境多種多樣,例如鋪設(shè)于產(chǎn)生凍土地帶中的夏天和冬天的地基變動、由海底的海流引起的外壓、由地震引起的地層變動等的環(huán)境下。在這樣的環(huán)境下,有時因地基變動等使管線鋼管產(chǎn)生彎曲和位移,因而要求即使在管線鋼管變形的情況下,也難以產(chǎn)生壓曲等的變形性能優(yōu)良的鋼管。

  在之前的技術(shù)中,衡量變形性能優(yōu)良的鋼管的參數(shù)主要是加工硬化指數(shù)(n值),以及屈服強度與抗拉強度之比即屈服。然而,在凍土地帶等寒冷地區(qū)使用的管線鋼管,要求低溫韌性優(yōu)良,但對于得到變形性能、低溫韌性優(yōu)良的鋼板、鋼管的技術(shù),并沒有進行充分的研究。本項目就是對上述問題的研究,其研究成果可以抑制變形時壁厚的減少量、且變形性能和低溫韌性優(yōu)良的高強度鋼板、高強度鋼管以及它們的制造方法。

  新日鐵住金的技術(shù)人員為解決上述難題進行了研究,其結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整蘭克福特(Lankford)值,可以使管線鋼的變形性能提高。以前,對于管線鋼管等中使用的高強度鋼板和鋼管,并沒有進行著眼于因地基變動等引起的變形時壁厚的減少量的研究。作為評價變形時壁厚的減少量的指標值,為人所知的是汽車用鋼板等領(lǐng)域的蘭克福特值。對于管線等中使用的鋼板和鋼管,尚未提出著眼于蘭克福特值而以謀求變形性能的提高為目的的技術(shù)。

  研究結(jié)果獲得了如下的理論:1)在得到變形性能和低溫韌性優(yōu)良的高強度鋼板以及高強度鋼管方面,使具有規(guī)定的結(jié)晶方位的織構(gòu)的量最優(yōu)化,而且使有效晶體粒徑的大小最優(yōu)化是特別有效的。2)在使具有規(guī)定的結(jié)晶方位的織構(gòu)的量最優(yōu)化方面,熱軋時控制以壓下率為代表的各種制造條件是特別有效的,特別地,再結(jié)晶溫度以上的溫度區(qū)域中每一個道次的軋制的壓下率是非常重要的。本研究項目是基于上述的理論而進行研究的結(jié)果,其技術(shù)要點如下所述:

 ?。?)一種變形性能和低溫韌性優(yōu)良的高強度鋼板,其特征在于:以質(zhì)量%計,含有C:0.03~0.08%、Si:0.01~0.50%、Mn:1.50~2.50%、P:0.015%以下、S:0.0050%以下、Al:0.001~0.080%、N:0.0010~0.0060%、Ti:0.005~0.030%、Nb:0.010~0.050%,剩余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成;由下述式(A)表示的Ceq為0.35~0.50%,由下述式(B)表示的Pcm為0.15~0.25%,所述高強度鋼板由鐵素體和選自貝氏體以及馬氏體之中的任1種或者2種的復(fù)合組織構(gòu)成,壁厚中心部的有效晶體粒徑為20μm以下;在壁厚中心部,與板面平行的{111}面的X射線隨機強度比為0.5~5.0,{554}面的X射線隨機強度比為1.0~3.0,{100}面的X射線隨機強度比為3.0以下,{112}面以及{223}面各自的X射線隨機強度比為0.5~4.0;壁厚為25mm以上,抗拉強度為565MPa以上。

  Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5(A)
  Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(B)

  這里,C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、V、Si、B為各元素的以質(zhì)量%計的含量。

 ?。?)與鋼板的軋制方向成45°角的方向的蘭克福特值rD和板寬度方向的蘭克福特值rC分別為1.0以上。與鋼板的軋制方向成45°角的方向的蘭克福特值rD和板寬度方向的蘭克福特值rC越大,變形性能越是提高。在鋼板、鋼管的變形時,為了減少因壁厚的減少而產(chǎn)生壓曲等的可能性,rD、rC優(yōu)選為1.0以上,如果在1.1以上,則是更為優(yōu)選的。

 ?。?)根據(jù)上述(1)所述的變形性能和低溫韌性優(yōu)良的高強度鋼板,其特征在于:以質(zhì)量%計,進一步含有選自V:0.010~0.100%、Ni:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、B:0.0001~0.0020%、Ca:0.0040%以下、Mg:0.0010%以下、REM:0.005%以下中的1種或者2種以上的元素。

 ?。?)一種變形性能和低溫韌性優(yōu)良的高強度鋼板的制造方法,其特征在于:在1000~1150℃的加熱溫度下對鋼坯進行加熱;接著在再結(jié)晶溫度以上的溫度區(qū)域,將每1個道次的壓下率在所述加熱溫度為1000℃以上且低于1050℃時設(shè)定為5~10%、在所述加熱溫度為1050℃~1150℃時設(shè)定為10~15%,進而將累計壓下率設(shè)定為35%以上而進行軋制;接著在Ar[3]相變點以上且低于再結(jié)晶溫度的溫度區(qū)域,將累計壓下率設(shè)定為70~80%而進行軋制;接著將Ar[3]相變點-50℃以上且低于Ar[3]相變點的溫度區(qū)域設(shè)定為冷卻開始溫度,將200~500℃的溫度區(qū)域設(shè)定為冷卻終止溫度而進行水冷;其中,所述鋼坯以質(zhì)量%計,含有C:0.03~0.08%、Si:0.01~0.50%、Mn:1.50~2.50%、P:0.015%以下、S:0.0050%以下、Al:0.001~0.080%、N:0.0010~0.0060%、Ti:0.005~0.030%、Nb:0.010~0.050%,剩余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成;由下述式(A)表示的Ceq為0.35~0.50%,由下述式(B)表示的Pcm為0.15~0.25%。

  Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5(A)
  Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(B)

  這里,C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、V、Si、B為各元素的以質(zhì)量%計的含量。

  進一步含有V:0.010~0.100%、Ni:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、B:0.0001~0.0020%、Ca:0.0040%以下、Mg:0.0010%以下、REM:0.005%以下中的1種或者2種以上的元素。

  將采用上述的制造方法得到的鋼板成形為管狀,然后將對接部進行焊接。能夠得到變形時可以抑制壁厚的減少量、且變形性能和低溫韌性優(yōu)良的關(guān)系高強度鋼管。

  下面就本項技術(shù)的鋼板制造方法進行介紹。

  首先,采用使用轉(zhuǎn)爐等的公知的熔煉方法熔煉上述組成的鋼水,然后采用連續(xù)鑄造等公知的鑄造方法由獲得的鋼水得到鋼坯。接著,將得到的鋼坯加熱至1000~1150℃的溫度。加熱溫度低于1000℃時,不能謀求奧氏體的充分的再結(jié)晶化,從而不能得到充分高的低溫韌性。加熱溫度超過1150℃時,因奧氏體晶粒粗大化而使有效晶體粒徑增大,從而低溫韌性降低。接著,在再結(jié)晶溫度以上的溫度區(qū)域,對于每1個道次的壓下率即累計壓下率/道次數(shù)的值,當上述加熱溫度在1000℃以上且低于1050℃時設(shè)定為5~10%,當上述加熱溫度在1050℃~1150℃時設(shè)定為10~15%,進而將累計壓下率設(shè)定為35%以上而進行軋制。當累計壓下率低于35%時,不能充分實現(xiàn)由再結(jié)晶引起的奧氏體粒徑的微細化,從而有效晶體粒徑增大,低溫韌性降低。

  每1個道次的壓下率在獲得目標的結(jié)晶方位的織構(gòu)方面是特別重要的。以前,因設(shè)備上的制約,不會增大每1個道次的壓下率。但是,在本技術(shù)的鋼板、鋼管,為了獲得目標的組織,每1個道次的壓下率需要在上述的范圍。如果每1個道次的壓下率偏離上述的范圍,則不能得到目標的織構(gòu)分布。個別道次的壓下率即使有時因道次規(guī)程的原因等而偏離上述范圍也沒有關(guān)系,但優(yōu)選的是道次數(shù)的一半以上的道次的壓下率在上述的范圍,更為優(yōu)選的是所有的道次在上述的范圍。

  在Ar[3]相變點以上且低于再結(jié)晶溫度的溫度區(qū)域,將累計壓下率設(shè)定為70%以上而進行軋制。當累計壓下率低于70%時,可以抑制{554}面的織構(gòu)的發(fā)達,對于X射線隨機強度比不能得到目標值,rC值降低。接著,將Ar[3]相變點-50℃以上且低于Ar[3]相變點的溫度區(qū)域作為冷卻開始溫度,將200~500℃的溫度區(qū)域作為冷卻終止溫度而進行水冷。當冷卻開始溫度低于Ar[3]相變點-50℃時,鐵素體的生成得以促進,不能得到目標的強度。當冷卻開始溫度在Ar[3]相變點以上時,可以抑制{112}面和{223}面各自的織構(gòu)的發(fā)達,對于X射線隨機強度比不能得到目標值,rD值降低。當冷卻終止溫度低于200℃時,可能導(dǎo)致生產(chǎn)率降低和氫致缺陷。當冷卻終止溫度超過500℃時,不能得到目標的強度。冷卻速度并沒有特別的限定,為1~10℃/s左右。

  Ar[3]相變點由下述的數(shù)學(xué)式(C)求出。下述數(shù)學(xué)式(C)中的C、Si等分別是指鋼中的以質(zhì)量%計的各元素的含量。

  Ar[3]=868-396×C+24.6×Si-69.1×Mn-36.1×Ni-20.7×Cu-24.8×Cr+29.6×Mo(C)

  將采用本項技術(shù)生產(chǎn)的鋼板成形為管狀,然后將對接部進行焊接而得到鋼管。由鋼板成形為管狀的造管方法可以采用公知的UOE法、彎曲輥法等,對接部的焊接方法可以采用電弧焊接、激光焊接等。