管線管的圓周焊接接頭、管線管的圓周焊接接頭的形成方法以及管線管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有555N/mm2以上的屈服強(qiáng)度（美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（API)標(biāo)準(zhǔn)5L基 準(zhǔn)）的高強(qiáng)度的管線管的圓周焊接接頭、管線管的圓周焊接接頭的形成方法以及管線管。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于輸送天然氣或石油的管道所使用的鋼管來(lái)說(shuō)，為了通過(guò)使操作壓力增加來(lái)實(shí) 現(xiàn)輸送效率的提高，一直在研宄高強(qiáng)度化。另一方面，對(duì)于鋪設(shè)于地震地帶、凍土地帶的管 道來(lái)說(shuō)，存在會(huì)因地層變動(dòng)所引起的外力而產(chǎn)生較大的塑性變形的隱患。在產(chǎn)生了塑性變 形的管道中，存在由于延性裂紋（ductile crack)從潛在于圓周焊接部等部分的缺陷產(chǎn)生、 發(fā)展或是在母材部產(chǎn)生頸縮，而產(chǎn)生延性斷裂（ductile fracture)的情況。
[0003] 以往，在焊接接頭的設(shè)計(jì)中，從防止脆性斷裂的觀點(diǎn)出發(fā)為了防止變形、應(yīng)變 集中在焊接接頭部，基本上使焊接金屬的屈服強(qiáng)度以及拉伸強(qiáng)度比母材的高（高匹配， overmatching)，要求與母材相比110 %至120 %左右的高匹配（參照專利文獻(xiàn)1的發(fā)明的 實(shí)施方式一欄）。但是，最近，在產(chǎn)生較大的地層變動(dòng)的地域使用的管道使用具有足夠脆性 斷裂特性的鋼，作為斷裂形式，延性斷裂成為問(wèn)題。盡管如此，現(xiàn)狀為：在選定焊接金屬時(shí)， 與斷裂方式無(wú)關(guān)地采用以與母材屈服強(qiáng)度以及母材拉伸強(qiáng)度之比計(jì)為110%以上的高匹配 的接頭設(shè)計(jì)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2004 - 148389號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的課題
[0008] 但是，在作為斷裂方式而延性斷裂成為問(wèn)題的情況下，繼續(xù)適用以往的從防止脆 性斷裂的觀點(diǎn)出發(fā)而設(shè)計(jì)的高匹配的話，恐怕會(huì)成為過(guò)于安全起見(jiàn)的設(shè)計(jì)。
[0009] 另外，以往，在對(duì)管線管進(jìn)行圓周焊接的情況下，一般情況下在鋪設(shè)管線管的場(chǎng)所 通過(guò)氣體保護(hù)金屬電弧焊（GMW)等焊接方法將管線管接合。但是，最近，從目的為削減成 本的高效率化的觀點(diǎn)出發(fā)，存在采用事先在工廠將兩根管線管焊接相連后將管線管向鋪設(shè) 的場(chǎng)所搬送的方法的情況。在這樣的在工廠進(jìn)行焊接的情況下，存在不使用氣體保護(hù)金屬 電弧焊來(lái)進(jìn)行圓周焊接而是使用能夠進(jìn)行更高效率的焊接的埋弧焊的情況。但是，在使用 埋弧焊進(jìn)行圓周焊接、成為最大40000J/cm的熱輸入的情況下，要不引起焊接裂紋地對(duì)API 標(biāo)準(zhǔn)X80級(jí)的母材形成與母材屈服強(qiáng)度之比在110%以上的高匹配的焊接接頭，較為困難。 [0010] 本發(fā)明為了解決上述的問(wèn)題點(diǎn)為完成，目的在于提供在將管線管所使用的高強(qiáng)度 鋼管的端部對(duì)接并沿端部進(jìn)行圓周焊接的情況下能夠確保與母材拉伸強(qiáng)度相同的接頭強(qiáng) 度的管線管的圓周焊接接頭、管線管的圓周焊接接頭的形成方法以及管線管。 toon] 用于解決課題的方法
[0012] 本發(fā)明的管線管的圓周焊接接頭將具有555N/mm2以上的屈服強(qiáng)度（API標(biāo)準(zhǔn)5L基 準(zhǔn)）的鋼管的端部對(duì)接，并將對(duì)接部沿圓周方向焊接而形成，上述管線管的圓周焊接接頭 的特征在于，焊接金屬的拉伸強(qiáng)度TS - W與母材的拉伸強(qiáng)度TS - b的比率（TS - w/TS - b)和焊接金屬的屈服強(qiáng)度YS - w與母材的屈服強(qiáng)度YS - b的比率（YS - w/YS - b)之積 所表示的接頭強(qiáng)度比率σ matc;h= (TS - w/TS - b) · (YS - w/YS - b)以及母材熱影響部的 延性裂紋產(chǎn)生界限等效塑性應(yīng)變ep_rai(%)滿足（1)式，并且，焊接金屬的屈服強(qiáng)度YS - w與母材的屈服強(qiáng)度YS - b滿足⑵式。
[0013] 〇match>4.85e p_cri-〇 31...(l)
[0014] YS - w/YS - b 芎 I. 0... (2)
[0015] 本發(fā)明的管線管的圓周焊接接頭在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，其特征在于，通過(guò)使用每 層焊一道次的層疊方法且每焊一道次的焊接熱輸入量設(shè)為8000J/cm以上的埋弧焊方法形 成管線管的圓周焊接接頭。
[0016] 本發(fā)明的管線管的圓周焊接接頭的形成方法是將具有555N/mm2以上的屈服強(qiáng)度 (API標(biāo)準(zhǔn)5L基準(zhǔn)）的鋼管的端部對(duì)接，并將對(duì)接部沿圓周方向焊接的管線管的圓周焊接 接頭的形成方法，上述管線管的圓周焊接接頭的形成方法的特征在于，以如下方式選定焊 接材料以及焊接條件進(jìn)行焊接，即，焊接金屬的拉伸強(qiáng)度TS - w與母材的拉伸強(qiáng)度TS - b 的比率（TS - w/TS - b)和焊接金屬的屈服強(qiáng)度YS - w與母材的屈服強(qiáng)度YS - b的比率 (YS - w/YS - b)之積所表示的接頭強(qiáng)度比率 〇 matc;h= (TS - w/TS - b) · (YS - w/YS - b)以及母材熱影響部的延性裂紋產(chǎn)生界限等效塑性應(yīng)變ep_rai(%)滿足（1)式，并且，焊 接金屬的屈服強(qiáng)度YS - w與母材的屈服強(qiáng)度YS - b滿足（2)式。
[0017] 〇match>4.85e p_cri-〇 31...(l)
[0018] YS - w/YS - b ^ I. 0- (2)
[0019] 本發(fā)明的管線管的圓周焊接接頭的形成方法在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，其特征在于， 通過(guò)使用每層焊一道次的層疊方法且每焊一道次的焊接熱輸入量設(shè)為8000J/cm以上的埋 弧焊方法進(jìn)行焊接。
[0020] 本發(fā)明的管線管的特征在于，母材熱影響部的延性裂紋產(chǎn)生界限等效塑性應(yīng)變 ε p_rai (% )滿足⑴式，并具有555N/mm2以上的屈服強(qiáng)度（API標(biāo)準(zhǔn)5L基準(zhǔn)）。
[0021] 〇match>4.85e p_cri-〇 31...(l)
[0022] 本發(fā)明具有如下效果。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，即使在圓周焊接接頭部等部分存在缺陷也能夠作為圓周焊接接頭部 整體確保與母材的拉伸強(qiáng)度相同的接頭強(qiáng)度，能夠提供合理且滿足必要的強(qiáng)度的管線管的 圓周焊接接頭。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是表示說(shuō)明本發(fā)明的效果的實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 在因地層變動(dòng)引起的外力而產(chǎn)生較大的塑性變形的管道的圓周焊接接頭部，即使 在圓周焊接接頭部等部分存在缺陷，只要能夠作為圓周焊接接頭部整體確保與母材的拉伸 強(qiáng)度相同的接頭強(qiáng)度即可。本發(fā)明的發(fā)明人調(diào)查在圓周焊接接頭部存在標(biāo)準(zhǔn)所允許的最大 缺陷的情況下的接頭的延性斷裂性能和匹配的關(guān)系。其結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人新發(fā)現(xiàn)：在沒(méi) 有脆性斷裂的圓周焊接接頭部的接頭強(qiáng)度具有某種程度以上的針對(duì)延性裂紋的產(chǎn)生阻力 的情況下，就屈服強(qiáng)度而言無(wú)需像以往一樣必須為110%以上的高匹配。本發(fā)明以該發(fā)現(xiàn)為 基礎(chǔ)。
[0026] 本發(fā)明的一實(shí)施方式的管線管的圓周焊接接頭是使具有555N/mm2以上的屈服強(qiáng) 度（API標(biāo)準(zhǔn)5L基準(zhǔn)）的鋼管的端部對(duì)接并將對(duì)接部沿圓周方向焊接而形成的管線管的圓 周焊接接頭，其特征在于，由焊接金屬的拉伸強(qiáng)度TS - w與母材的拉伸強(qiáng)度TS - b的比率 (TS - w/TS - b)和焊接金屬的屈服強(qiáng)度YS - w與母材的屈服強(qiáng)度YS - b的比率（YS - w/YS - b)之積表示的接頭強(qiáng)度比率σ matc;h= (TS - w/TS - b) · (YS - w/YS - b)和母材 熱影響部的延性裂紋產(chǎn)生界限等效塑性應(yīng)變)滿足（1)式，并且焊接金屬的屈服 強(qiáng)度YS - w和母材的屈服強(qiáng)度YS - b滿足⑵式。
[0027] 〇match>4.85e p_cri_0.31 …（1)
[0028] YS - w/YS - b ^ I. 0- (2)
[0029] 如上所述，以往，就焊接接頭的設(shè)計(jì)而言，從防止脆性斷裂的觀點(diǎn)出發(fā)為了防止變 形、應(yīng)變集中在焊接接頭部，基本上是使焊接金屬的強(qiáng)度比母材的強(qiáng)度高，選定焊接金屬成 為其強(qiáng)度與母材的屈服強(qiáng)度以及拉伸強(qiáng)度相比為110%以上的高匹配。但是，在具有555N/ mm2以上的屈服強(qiáng)度（API標(biāo)準(zhǔn)5L基準(zhǔn)）的鋼管具有足夠的脆性斷裂特性的情況下，焊接接 頭部不會(huì)脆性斷裂。對(duì)于不會(huì)脆性斷裂的焊接接頭可以看出，若其滿足如下則作為焊接接 頭整體不會(huì)斷裂，顯示出與母材相同的接頭強(qiáng)度，即滿足：接頭強(qiáng)度比