用作導管的無縫鋼管和獲得所述鋼管的方法
2023-08-05 12:15:36
專利名稱：用作導管的無縫鋼管和獲得所述鋼管的方法
技術領域：
本發明涉及具有良好機械強度、良好韌性並且耐腐蝕的鋼，更具體地，涉及大尺寸無縫鋼管，該鋼管機械強度高，韌性好，能夠防止金屬基體以及熱影響區開裂，並且耐腐蝕，這類鋼管即所謂具有懸鏈構造的導管，它們用作處於高溫(優選最高達130℃)和高壓(優選最高達680大氣壓)下的流體的導管，並且涉及所述管路的製備方法。
背景技術：
在開發深海石油資源中，所使用的是稱為具有懸鏈構造(catenaryconfiguration)的導管，在石油工業中被稱作鋼懸鏈提升機的流體導管。這些導管位於水下結構的上部，即處於水表面與所述結構觸及海床的第一點之間，並且，僅僅是整個傳輸體系的一部分。
這種管道體系基本由導管構成，其作用是將流體從海床輸送至海洋表面。目前，這種管道由鋼製成，並且一般通過焊接連接一起。
這些導管存在幾種可能的結構，其中之一是非對稱懸鏈構造的導管。其名稱源於描述兩端(海洋底部與海洋表面)固定的輸送體系的曲線，並且被稱作懸鏈曲線。
例如上述的導管體系暴露在波浪與海流的波動運動中。因此，在這種管路中抗疲勞性能非常重要，使得管道焊接處成為關鍵部位。所以，有限的尺寸公差、均勻的機械性能以及防止金屬基體和熱影響區開裂的高韌性是這類管路的主要特徵。
同時，在導管內循環的流體可能含有H2S，因而，也必須要求該產品非常耐腐蝕。
應該考慮的另一個重要因素是導管將輸送的流體非常熱，因而，這就必須要求構成該體系的管路能夠在高溫下保持其性能。
此外，管路有時必須處的工作的介質意味著其能夠甚至在極低溫度下保持可操作性。許多沉積物位於溫度極低的緯度處，這就要求管路甚至在這種溫度下能夠保持其機械性能。
鑑於上述概念，並且，由於在更深位置進行資源開發，石油工業已發現必須使用能夠獲得比過去使用鋼具有更好性能的鋼合金。
用於提高鋼產品強度(resistance)的常用方法是在產品中添加合金元素如C和Mn，實施硬化和回火熱處理，以及添加產生析出硬化的元素如Nb和V。但是，這類鋼產品如導管不僅要求高的強度和韌性，而且要求其他性能，如高的耐腐蝕性，以及一旦管路焊接完成金屬基體和熱影響區具有高的開裂抗力。
眾所周知的事實是提高鋼的某些性能意味著損害其他性能，因此，必須滿足的挑戰是獲得在各種性能之間實現可接受的平衡的材料。
管路，例如導管，是輸送液體、氣體或者二者兼而有之的管道。所述管道按照各種規範、標準、說明和指令製造而成，在大多數情況下，上述規範、標準、說明和指令決定著輸送管路的製造。此外，這類管路的特徵和不同於大多數輸送管路之處在於其化學組成的範圍、受限制的機械性能(屈服強度、應力抗力及其關係)的範圍、低硬度、高韌性、受內徑限制的尺寸公差和嚴格的檢測標準。
在大尺寸管路用鋼的設計和製造中，會存在在較小尺寸管路的製造中未曾出現的問題，例如正確的硬化、在整個厚度範圍具有所述性能的均勻混合和整個管路範圍的均勻厚度以及較小偏心率的獲得。
另一個更為複雜的問題是製造具有導管所要求的各性能適當平衡的大尺寸管路。
目前，為了製造用作導管的管路，我們可以參考MIYATA Yukio及其合作者的專利EP1182268，該專利公開了一種用來製造傳輸管或導管的合金鋼。
該專利中，公開了下述各元素的作用C，Mo，Mn，N，Al，Ti，Ni，Si，V，B和Nb。所述專利指出當碳含量大於0.06％時，鋼在回火期間容易萌生裂紋並開裂。
這不一定正確，因為甚至在大尺寸管道中，並且保持化學組成中其餘部分相同，當碳含量最高達0.13％時，也未觀察到開裂。
而且，當試圖重現MIYATA及其合作者的工作時，可以得出如下結論由於C是提高材料淬透性的主要元素，最大含碳量0.06％的材料不能用來製造大尺寸導管，而且，將會證明通過添加其他元素例如鉬和錳獲得所要求的高強度的代價非常昂貴，因為鉬在某種程度上也會損害金屬基體以及熱影響區的韌性，而錳則會促進偏析，這一點我們在後面將會更詳細介紹。如果碳含量很低，則鋼的淬透性會受到明顯影響，結果，在管材的半值層中將會產生厚的不均勻針狀組織，損害材料的淬透性，並且導致在管材的半值層中強度均勻性不一致。
此外，在MIYATA及其合作者的專利中，表明Mn含量改善基體材料以及焊接熱影響區中材料的韌性。這一斷言也不正確，因為Mn是一種提高鋼淬透性的元素，因而促進馬氏體的形成，並且提高組元MA的比例，這對韌性有害。Mn促進用於製造管材的鋼棒中發生高度中心偏析，當存在P時甚至更為嚴重。Mn是偏析指數第二高的元素，並且促進MnS夾雜物的形成，而且，甚至在用Ca處理鋼時，由於Mn的中心偏析量超過1.35％，無法消除這種夾雜物。
當Mn含量大於1.35％時，觀察到氫致開裂(稱作HIC)的敏感性會受到顯著的不利影響。因此，Mn是對表達式CE(碳當量，表達式IIW)影響最大的第二種元素，Mn的存在會使最終的CE含量增大。CE含量高意味著從硬度角度考慮會使材料出現焊接問題。另一方面，已知雖然不可能同時獲得高韌性，但是，添加最高達0.1％的V能夠使這種大尺寸管材獲得充分的強度。
製造這種管材的一種已知方法是採用皮爾格軋制層壓法。即使採用這種方法確實能夠獲得大尺寸管材，但是這種管材不具有良好質量的表面光潔度。這是因為採用皮爾格軋制層壓法加工的管材會獲得波浪狀且不均勻的外表面。這些因素對管材不利，因為它們可能會降低管材必須擁有的壓潰抗力。
另一方面，對外表面不光滑的管材進行塗覆很複雜，而且，也使得採用超聲波探測缺陷變得不準確。
具有懸鏈結構、尺寸大、應力抗力和淬透性低，並且應滿足對熱影響區(HAZ)中裂紋韌性和裂紋擴展抗力以及這類應用所必需的腐蝕抗力的要求的輸送系統，其製造可使用的鋼尚待發明，由於沒有大尺寸產品的質量，簡單的化學組成和熱處理不能獲得這種產品所必需的性能。
前述分析表明問題還沒有得到完全解決，為了獲得完整的認識，必須分析其它參量和可能的解決途徑。
發明目標本發明的主要目標是提供製造無縫鋼管用鋼的化學組合物，以及製備方法，該方法能夠使產品在室溫和最高達130℃的溫度下具有高的機械強度、高的韌性、低的淬透性，在含H2S的介質中耐腐蝕，並且韌度高，採用CTOD實驗(裂紋尖端張開位移)評價，具有抗HAZ中裂紋擴展能力。
另一個目標是能夠獲得在上述各品質間具有可接受平衡並且滿足在高壓，即高於680atm下輸送液體的導管應該具有的性能要求的產品。
又一個目標是能夠獲得具有良好的耐高溫性能的產品。
第四個目標是提供熱處理工藝，採用該工藝處理無縫鋼管，有利於獲得所必需的機械性能和耐腐蝕性。
當研究下面的描述時，並且，通過本描述中給出的實施例，本發明的其它目標和優點將變得顯而易見，所述實施例具有說明性而非限制性特點。
發明簡述具體地，本發明的一個方面在於機械鋼，它在室溫至130℃的溫度下耐溫性很高，具有良好的韌性和低淬透性，此外，還非常耐腐蝕，而且，當管材與另一根管材焊接一起用於製造符合水下管路系統的鋼管時在HAZ中抗開裂的能力也很強。
本發明的另一個方面是一種製造這種管材的方法。
關於所述方法，首先，製造出具有所要求組成的合金鋼。該鋼應該含有如下元素(以重量百分數計)C0.06-0.13，Mn1.00-1.30，Si最多0.35，P最多0.015，S最多0.003，Mo0.10-0.20，Cr0.10-0.30，V0.050-0.10，Nb0.020-0.035，Ni0.30-0.45，Al0.015-0.040，Ti最多0.020，Cu最多0.2，以及N最多0.010。
為了確保材料具有令人滿意的淬透性和良好的焊接性，上述各元素應該滿足如下關係0.5＜(Mo+Cr+Ni)＜1(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.14將所獲得的鋼凝固成鋼坯或鋼棒，然後，穿孔並層壓成管狀。然後，將母管材調整至最終尺寸。
為了完全滿足本發明的計劃目標，除了已限定的化學目標之外，已確定應使管壁的尺寸≥30mm。
接下來，對鋼管進行熱硬化和回火處理，使其具有一種顯微組織和最終性能。
附圖簡述
圖1示出了本發明人設計的用於製造管路的幾種不同鋼的屈服強度測量值(Ksi)和轉變溫度(FATT)測量值(℃)。表1示出了「基礎鋼」合金「A」、「B」、「C」、「D」、「E」和「F」的化學組成。
圖2示出了不同奧氏體化和回火溫度以及是否添加Ti對不同合金的屈服強度測量值(Ksi)和轉變溫度(FATT)測量值(℃)的影響。表2示出了所分析的不同合金的化學組成。
圖3是一個參照，以便更好地理解圖2，其中，可以看到添加或未添加Ti的每種鋼所採用的不同奧氏體化(Aust)和回火(Temp)溫度。
結果，如圖2所示編號為1的鋼含有0.001％Ti，在溫度為920℃奧氏體化，630℃回火。該鋼含有化學組成A，如表2所示。
鋼17(具有化學組成E)含有更多的Ti(0.015％)，並且熱處理條件與前述鋼相同。
也採用其它奧氏體化和回火溫度依次對合金A，B，C，D，E，F和G進行了處理，如圖3所示。
發明詳述本發明人已發現將各元素，例如其中的Nb-V-Mo-Ni-Cr按預定量組合，能夠使金屬基體獲得優異的應力抗力、韌性、淬透性、高CTOD值和良好的氫致開裂(HIC)抗力的組合，而且，還能夠使焊接接頭的熱影響區(HAZ)獲得高的CTOD值。
進而，本發明人發現這種化學組成能夠消除在製造具有上述特性的大尺寸管路時出現的問題。
實施了不同的實驗，以便發現能夠滿足上述要求的最佳化學組成。上述實驗之一包括製造具有不同合金添加元素的大尺寸試樣，然後，測量每個試樣的屈服強度/極限抗拉強度之間的關係。
由圖1可以看到這些實驗的結果。採用化學組成如表1所示、名稱為「基礎鋼」的「基礎」合金作為起始點。已證實通過在合金(鋼A)中添加Mo和Ni，能夠改善前述性能。
下一個步驟是將碳含量降低至0.061％(鋼B)，發現對所評價的兩個性能指標均有害。我們再次從鋼A開始，將V從組成中去除(鋼C)。在這種情況下，轉變溫度稍有改善，但是，材料的極限抗拉強度未達到最低要求。
下面一個步驟是測試添加元素Cr。將Cr添加至鋼A(得到鋼D)以及鋼C(得到鋼E)中。兩種鋼的應力抗力和轉變溫度均得到改善，而鋼D能夠更好地滿足所要求的標準。
因此，結論是採用合金D的化學組成，能夠獲得抗力/轉變溫度的最佳組合。
本發明人接連進行了其他系列實驗，以測試可能影響管道用材料性能的三個重要因素合金中的Ti含量、奧氏體晶粒尺寸的作用以及在鋼的熱處理期間的回火溫度。
本發明人發現將奧氏體晶粒尺寸從12微米增大至20微米，能夠提高鋼的抗力，但是同時會損害轉變溫度。同時已發現合金中添加Ti對轉變溫度有不利影響。
另一方面，本發明人發現當合金中不含Ti時，將鋼的回火溫度改變約30℃，對材料的機械性能影響不大。但是，在含Ti最高達0.015％的合金中，已發現當回火溫度從630℃提高至660℃時，抗力下降。
在圖2中可以看到實驗結果。採用化學組成如表2所示、分別用字母A，B，C和D表示的不含Ti鋼製備出四種不同鑄件。然後，採用化學組成與前述相似但是添加Ti的鋼製備出另外三個鑄件。這些鑄件的化學組成在表2中用字母E，F和G表示。
已發現在不考慮所採用的奧氏體化溫度和回火溫度的情況下，在鋼A，B，C和D中添加Ti對轉變溫度有不利影響，如含Ti的鋼E，F和G的性能所示。在同一圖中，可以看到未添加Ti的鋼的轉變溫度比已添加Ti的鋼低。
下面是已發現最佳並且在本發明中使用的化學組成的範圍。
C 0.06-0.13碳是最經濟的元素，而且，對鋼的機械抗力的影響最大，因此，其百分含量不能太低。為了使屈服強度≥65Ksi，對於大尺寸管道，含碳量必須高於0.6％。
此外，C是提高材料淬透性的主要元素。如果其百分數太低，則鋼的淬透性會受到顯著影響，結果，在管材的半值層中形成粗大針狀組織的傾向將成為其一個特徵。這一現象會導致材料的抗力比要求值低，而且還會損害韌性。
碳含量不應高於0.13％，以避免生產率過高和兩個管材接頭焊縫處熱硬化過低，並且避免金屬基體中CTOD(根據ASTM標準E 1290實施)的實驗值在不高於-40℃下超過0.8mm，以及避免在不高於0℃下HAZ中CTOD的實驗值超過0.5mm。因此，碳含量應為0.06-0.13％。
Mn 1.00-1.30Mn是一種提高鋼淬透性的元素，因而促進馬氏體的形成，並且提高組分MA的比例，這對韌性有害。Mn促進在用於層壓製造管材的鋼棒中發生高度中心偏析。此外，Mn是偏析指數第二高的元素，促進MnS夾雜物的形成，而且，甚至在用Ca處理鋼時，由於Mn超過1.35％產生的中心偏析問題，無法消除這種夾雜物。
另一方面，當Mn含量大於1.35％時，觀察到由於形成前述的MnS，氫致開裂(HIC)的敏感性會受到顯著的不利影響。Mn是影響表達式CE(碳當量，表達式IIW)第二大元素，Mn的存在會使最終的CE含量增大。
必須保證最低錳含量為1.00％，而且，與前述範圍的碳組合，將確保材料所必需的淬透性，以便滿足抗力的要求。
因此，Mn的優選含量應該為1.00-1.35％，更具體地，應該為1.05-1.30％。
Si最多0.35矽是煉鋼過程必需的脫氧劑，而且，也是材料獲得更好應力抗力的必需元素。該元素，同錳一樣，促進P在晶界偏聚，因此，證明有害，其含量應該保持儘可能最低，優選低於0.35％(重量)。
P最多0.015磷是金屬料中不可避免的元素，其含量高於0.015％時，會在晶界偏析，這會降低HIC抗力。其含量必須保持低於0.015％，以便避免出現韌性和氫致開裂問題。
S最多0.003硫含量高於0.003％時，會同高濃度Mn一起，促進細長的MnS夾雜物形成。這類硫化物在存在H2S時對材料的耐腐蝕性有害。
Mo 0.1-0.2鉬能夠提高回火溫度，並且還會防止脆化元素在奧氏體晶界偏析。
該元素也是改善材料回火性能的必需元素。已發現最佳的最低含量應該是0.1％。已確定最多0.2％作為上限，因為高於此含量，會看到管體以及焊縫熱影響區的韌性下降。
Cr 0.10-0.30鉻能夠產生固溶強化，並且提高材料的淬透性，從而提高材料的應力抗力。Cr也是一種在化學配料中存在的元素。這就是其必須具有0.10％最低含量的原因。但是，同樣地，過量會帶來損害問題。因此，推薦保持其最大量為0.30％。
V 0.050-0.10該元素在固溶體中作為碳化物析出，結果提高材料的應力抗力，因此，最低含量應該為0.050％。如果該元素的量超過0.10％(即使超過0.08％)，由於在鑄模中存在過量的碳化物或碳氮化物，焊接拉伸強度可能受到影響。因此，其含量應該為0.050-0.10％。
Nb 0.020-0.035該元素同V一樣，在固溶體中以碳化物或碳氮化物形式析出，結果提高材料的抗力。此外，這些碳化物或氮化物能夠抑制晶粒的過度長大。但是，該元素過多沒有什麼好處，而且，實際上可能會導致對韌性有害的化合物的析出。這就是為什麼Nb應該為0.020-0.035的原因。
Ni 0.30-0.45鎳是一種提高基體材料和焊縫韌性的元素，但是過多添加會使這一效應達到飽和。因此，對於大尺寸管材，該元素的優選含量為0.30-0.45％。已發現Ni的最佳含量為0.40％。
Cu最多0.2為了使材料獲得良好的焊接性和避免出現可能對焊接接頭質量有害的缺陷，應保持Cu含量低於0.2％。
Al 0.015-0.040同Si一樣，鋁作為煉鋼過程中的脫氧劑。該元素也細化材料的晶粒，從而能夠獲得更高的韌性。另一方面，Al含量高會產生氧化鋁夾雜，從而降低材料的韌性。因此，應該將鋁含量限制為0.015-0.040％。
Ti最多0.020Ti是一種用來脫氧和細化晶粒的元素。含量高於0.020％，並且存在元素如N和C時，可以形成對轉變溫度有害的Ti的碳氮化物或氮化物。
如圖2所示，已證實為了避免管材的轉變溫度明顯下降，Ti含量應該不高於0.02％。
N最多0.010N含量應該保持低於100ppm，以便使所獲鋼中析出相的數量不會降低材料的韌性。
添加元素例如Mo，Ni和Cr能夠在回火之後形成下貝氏體顯微組織，角形鐵素體和少量高碳馬氏體區，殘餘奧氏體(MA組元)分散在基體中。
為了確保材料具有適當的淬透性和良好的焊接性，下述元素應該滿足此處關係
0.5＜(Mo+Cr+Ni)＜1(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/5≤0.14.
已發現優選的奧氏體晶粒尺寸為9-10級(根據ASTM)。
本發明人發現所述的化學組成能夠獲得充分平衡的機械性能和耐腐蝕性能，這能夠使管道滿足各種功能要求。
由於鋼中某些性能的改善意味著對其他性能的損害，因此，有必要設計能夠同時具有高應力抗力、良好韌性、高CTOD值，金屬基體的耐腐蝕性高以及熱影響區(HAZ)的裂紋擴展抗力高的材料。
優選地，含有所述詳細化學組成的大尺寸無縫鋼管應該具有如下性能平衡室溫屈服強度(YS)≥65Ksi130℃下屈服強度(YS)≥65Ksi室溫極限抗拉強度(UTS)≥77Ksi130℃下極限抗拉強度(UTS)≥77Ksi2」的延伸率≥20％(最小值)關係式YS/UTS≤0.89(最小值)-10℃下測得的能量吸收值≥100焦耳(最小值)剪切面積(-10℃)＝100％硬度≤240HV10(最大值)金屬基體的CTOD(試驗溫度不高於-40℃)≥0.8mm(最小值)熱影響區(HAZ)的CTOD(試驗溫度0℃)≥0.50mm腐蝕實驗HIC，根據NACE TM0284採用溶液A進行CTR1.5％(最大值)；CLR5.0％(最大值)本發明的另一個方面在於適合用於具有上述化學組成的大尺寸管材的熱處理工藝，以便獲得所要求的機械性能和耐腐蝕性。
與上述化學組成一起，本發明人同時也發展了製造方法，特別是熱處理參量，目的是獲得合適的機械性能和耐腐蝕性之間的關係，同時使材料在130℃下獲得高機械抗力。
製造所述產品的方法在於下面的步驟首先，製造出具有指定化學組成的合金鋼。這種鋼，如前所述，應該含有如下元素(以重量百分數計)C0.06-0.13，Mn1.00-1.30，Si最多0.35，P最多0.015，S最多0.003，Mo0.10-0.20，Cr0.10-0.30，V0.050-0.10，Nb0.020-0.035，Ni0.30-0.45，Al0.015-0.040，Ti最多0.020，Cu最多0.2，以及N最多0.010。
此外，這些元素的量應該滿足如下關係0.5＜(Mo+Cr+Ni)＜1；(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.14.
通過弧形或立式(curved or vertical)連鑄將所述鋼澆鑄成固態棒材。然後，對棒材進行穿孔並隨後層壓，最後獲得最終尺寸的產品。
為了獲得良好的偏心率，管材外壁表面具有令人滿意的質量以及良好的尺寸公差，優選採用靜止心軸(still mandrel)實施層壓過程。
一旦製成管材，則對其進行熱處理。在熱處理期間，首先在奧氏體化爐中將管材加熱至Ac3溫度以上。本發明人已發現對於上述化學組成，奧氏體化溫度應為900-930℃。已表明這一溫度範圍充分高，足於使碳化物在基體中適當溶解，同時又不太高，能夠抑止晶粒過分長大，這種長大將對管材的轉變溫度有害。
另一方面，奧氏體化溫度高於930℃時，會引起能有效抑止晶粒尺寸過度長大的Nb(C，N)析出相部分溶解，而這種部分溶解對管材的轉變溫度有害。
一旦管材離開奧氏體化爐，馬上在回火介質為水的箱體中進行外-內回火。實施回火的箱體應該能夠當管材浸泡在水中時使管材旋轉，以便優先在整個管體範圍獲得均勻組織。同時，管材相對於噴水嘴自動排列也能夠更好的實現所設定的目標。
下一個步驟是管材的回火處理，一種確保最終顯微組織的工藝。所述顯微組織將使產品具有其機械和腐蝕性能。
已發現這種熱處理同上述的化學組成一起，將形成低碳的細化貝氏體基體，和良好分散的MA組元(如果仍存在)的小區域，這有利於獲得管路鋼所要求的性能。本發明人已發現，相反，存在大量MA組元以及基體和晶界存在析出相均對轉變溫度有害。
回火溫度高能夠有效提高材料的韌性，因為它可以釋放大量的殘餘應力並且使部分組元溶入固溶體中。
因此，為了使該材料在回火之後具有所要求的屈服強度，有必要保持低比例的多角形鐵素體，優選低於30％，並且主要促進下貝氏體形成。
為了實現上述目標和在鋼各種性能之間達到必需的平衡，回火溫度應該為630-690℃。
已知根據鋼具有的化學組成，可以確定熱處理參量，主要是奧氏體化溫度和回火溫度。結果，根據鋼的化學組成，本發明人發現了一種能夠確定最佳的回火溫度的關係。該溫度根據如下關係式確定T回火(℃)＝[-273+1000/(1.17-0.2C-0.3Mo-0.4V)]+/-5下面介紹實施本發明的最佳方法。
根據前述的概念製備出金屬料，並且在電弧爐中進行澆注。在金屬料的熔煉階段，在不高於1550℃下，對鋼進行脫磷處理，然後，去除氧化皮，並且形成新的氧化皮，以使硫含量有所降低。最後，將碳脫至要求水平，將鋼液澆注到熔壺中。
在澆注期間，添加鋁以便對鋼進行脫氧，並且，還要添加估計量的鐵合金，直至其達到最後組成的80％。接下來進行脫硫處理、調整鑄件組成和溫度，並且將鋼送至真空脫氣站，減少氣體(H，N，O和S)的含量。最後的處理是添加CaSi，以使夾雜物漂浮。
一旦澆注材料的組成和溫度達到要求，則將其送至連鑄機或鑄錠機，將鋼液轉變成具有要求直徑的固態棒材。該過程完成時獲得的產品是具有上述化學組成的鑄錠、棒材或鋼坯(blossoms)。
下一個步驟是將鋼坯重新加熱至實施穿孔和隨後層壓所必需的溫度。然後，將獲得的母管調整至最終的要求尺寸。
接下來，根據前面詳細介紹的參量，對鋼管進行硬化和回火熱處理。
實施例下面是表格形式的本發明應用實例。
表3示出了不同的化學組成，基於這些組成開展了用於驗證本發明的實驗。表4給出了這種組成和指定的熱處理對產品機械和抗腐蝕性能的影響。例如，用編號1表示的管材具有表3所示的化學組成，即C 0.09，Mn 1.16，Si 0.28，P 0.01，S 0.0012，Mo 0.133，Cr 0.20，V 0.061，Nb 0.025，Ni 0.35，Al 0.021，Ti 0.013，N 0.0051，Mo+Cr+Ni＝0.68，(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15＝0.10。
在給定時刻，按照表4中「T奧氏體化」和「T回火」二欄中所示，對同樣材料進行熱處理，即奧氏體化溫度T奧氏體化＝900℃，回火溫度T回火＝650℃。
在表4相應各欄中給出了同樣鋼編號的管材具有的性能，即厚度35mm，屈服強度(YS)75Ksi，極限抗拉強度(UTS)89Ksi，屈服強度與極限抗拉強度之比(YS/UTS)0.84，130℃下屈服強度測量值69Ksi，130℃下極限抗拉強度測量值82Ksi，130℃下測得的屈服強度與極限抗拉強度之比0.84，採用CTOD實驗在-10℃下測得的開裂抗力1.37mm，採用Charpy實驗在-10℃下測得的吸收能量440焦耳，韌/脆面積之比100％，硬度215HV10，而且，根據NACE TM0284，採用規範NACE TM0177中的溶液A進行HIC實驗測得的耐腐蝕性對於CTR最大值1.5％；對於CLR最大值5.0％。
表1圖1所示鋼的化學組成
表2圖2所示鋼的化學組成
表3本發明的化學組成實例
表4本發明的性能平衡實例
(*)根據如下公式確定T回火(℃)＝[-273+1000/(1.17-0.2C-0.3Mo-0.4V)]+/-5
已對本發明進行了充分介紹，這樣，具有本專業知識的任何人都能夠重複和獲得我們在本發明中提及的結果。但是，本發明領域的任何專業人員都能夠進行本申請中未提及的改變，但將這些改變用於確定的材料或者所述及的製造方法，要求在附後的權利要求中主張的主題，所述材料和所述方法應理解為落入本發明的範圍內。
權利要求
1.一種機械抗力高、韌性好、金屬基體和熱影響區(HAZ)的開裂抗力優異以及耐腐蝕性優良的無縫鋼管，其特徵在於製造所述鋼管的材料主要含有Fe和下述化學組成，以重量百分數計C 0.06-0.13Mn 1.00-1.30Si最多0.35P最多0.015S最多0.003Mo 0.10-0.20Cr 0.10-0.30V 0.050-0.10Nb 0.020-0.035Ni 0.30-0.45Al 0.015-0.040Ti最多0.020N最多0.010Cu最多0.2而且，化學組成中各合金元素間還滿足如下關係0.5＜(Mo+Cr+Ni)＜1；(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.14
2.根據權利要求1的機械抗力高、硬度高、金屬基體和HAZ的開裂抗力優異以及耐腐蝕性優良的無縫鋼管，其特徵還在於鈦含量不高於0.002重量％。
3.根據權利要求1和2的機械抗力高、硬化性好、金屬基體和HAZ的開裂抗力優異以及耐腐蝕性優良的無縫鋼管，其特徵還在於在-40℃下採用CTOD實驗測得的金屬基體開裂抗力≥0.8mm，在0℃下採用CTOD實驗測得的熱影響區開裂抗力≥0.5mm。
4.根據權利要求1、2和3的機械抗力高、硬化性好、金屬基體和HAZ的開裂抗力優異以及耐腐蝕性優良的無縫鋼管，其特徵在於根據NACE TM0284，採用溶液A進行HIC實驗測得的耐腐蝕性對於CTR最大值1.5％；對於CLR最大值5.0％。
5.根據權利要求1-4的機械抗力高、硬化性好、金屬基體和HAZ的開裂抗力優異以及耐腐蝕性優良的無縫鋼管，其特徵在於大尺寸壁厚≥30mm。
6.根據前述權利要求的機械抗力高、硬化性好、金屬基體和HAZ的開裂抗力優異以及耐腐蝕性優良的無縫鋼管，其特徵在於大尺寸壁厚≥40mm。
7.根據任意前述權利要求1-6的機械抗力高、硬化性好、金屬基體和HAZ的開裂抗力優異以及耐腐蝕性優良的無縫鋼管，其特徵在於其擁有如下性能YS室溫≥65KsiYS130℃≥65KsiUTS室溫≥77KsiUTS130℃≥77Ksi在不高於-10℃下評價的吸收能量≥焦耳硬度≤240HV10(最大值)
8.根據任意前述權利要求1-7的機械抗力高、硬化性好、金屬基體和HAZ的開裂抗力佳以及耐腐蝕性優的無縫鋼管，其特徵在於其擁有如下性能YS室溫≥65KsiYS130℃≥65KsiUTS室溫≥77KsiUTS130℃≥77KsiYS/UTS≤0.89延伸率≥20％在不高於-20℃下評價的吸收能量≥380焦耳-10℃下的剪切面積＝100％硬度≤220HV10。
9.一種製造機械抗力高、韌性好、金屬基體和HAZ的開裂抗力優異以及耐腐蝕性優良的無縫鋼管的方法包括步驟1.煉製鋼；2.獲得固態的柱狀工件；3.對所述工件穿孔；4.層壓所述鋼工件；5.對所層壓的管材進行熱處理，所述方法的特徵在於在煉製期間添加一定量的元素並且去除其他元素，以使最終的組成中，除了鐵和不可避免的雜質之外，還含有如下元素，以重量百分數計C 0.06-0.13Mn 1.00-1.30Si最多0.35P最多0.015S最多0.003Mo 0.10-0.20Cr 0.10-0.30V 0.050-0.10Nb 0.020-0.035Ni 0.30-0.45Al 0.015-0.040Ti最多0.020N最多0.010Cu最多0.2而且，化學組成中各合金元素間還滿足如下關係。0.5≤(Mo+Cr+Ni)＜1；(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.14
10.根據前述權利要求的無縫鋼管的製備方法，其特徵在於所述熱處理包括在900-930℃溫度下奧氏體化，之後，在水中進行內-外硬化，然後，在630-690℃溫度下進行回火熱處理，其中，回火溫度由下述方程確定T回火(℃)＝[-273+1000/(1.17-0.2C-0.3Mo-0.4V)]+/-5。
全文摘要
本發明涉及一種在室溫和高達130℃溫度下具有高機械強度、高韌性，金屬基體耐腐蝕並且當焊接成管道時抗熱影響區(HAZ)開裂的鋼。更具體地，本發明涉及具有厚壁並且機械強度高、韌性好和耐腐蝕的無縫鋼管，這類鋼管即所謂具有懸鏈構造的導管。本發明比現有技術有優勢，原因在於它提供一種用於製造具有高機械抗力、良好韌性、良好HAZ斷裂韌性和良好耐腐蝕性的厚無縫鋼管的鋼的化學組成，而且還在於提供一種可以用於製備所述鋼管的方法。上述優勢的基礎在於使用一種主要包含Fe和特定化學組成的組成物。
文檔編號C21D1/18GK1788103SQ03826686
公開日2006年6月14日 申請日期2003年4月25日 優先權日2003年4月25日
發明者M·M·提維裡, A·伊茲奎爾多加西亞, D·科爾勒羅裡, G·庫米諾 申請人:墨西哥鋼管股份有限公司, 達爾米內公司