專利名稱：用于超高強(qiáng)度管線管的鋼板和具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低溫韌度優(yōu)異的并且環(huán)向拉伸強(qiáng)度(TS-C)不低于900MPa的超高強(qiáng)度管線管(linepipes)，所述管線管用作運(yùn)輸原油、天然氣等的管線。
背景技術(shù)：
最近，管線管作為原油、天然氣等的長(zhǎng)距離運(yùn)輸裝置已經(jīng)獲得日益越加的重要性。到目前為止，美國(guó)石油協(xié)會(huì)(American PetroleumInstitute)(API)標(biāo)準(zhǔn)X80及以下已經(jīng)被用于長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)母删€管線管。但是，對(duì)于(1)通過增加運(yùn)輸壓力而提高運(yùn)輸效率和(2)通過降低管線管直徑和重量而提高鋪設(shè)效率，需要更高強(qiáng)度的管線管。
特別是拉伸強(qiáng)度大于或等于900MPa并且能夠耐受大約2倍于X65內(nèi)壓的X120級(jí)管線管可以運(yùn)輸約為更低級(jí)別的同尺寸管線管的2倍的氣體。與通過增加管壁厚度而增加管線管承壓能力的方法相比，使用更高強(qiáng)度的管線管通過節(jié)省材料、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)焊接工作的成本實(shí)現(xiàn)了管道建造成本的很大節(jié)省。
如已經(jīng)在日本待審專利公開(Kokai)第2000-199036號(hào)中所公開，基體材料微結(jié)構(gòu)主要由馬氏體/貝氏體混合物(下貝氏體)構(gòu)成的X120管線管的開發(fā)正在進(jìn)行。但是，因?yàn)樾枰浅＞_和嚴(yán)格的微結(jié)構(gòu)控制，這種管線管的制造涉及嚴(yán)格的工藝限制。
增加管線管的強(qiáng)度還需要增加在管道建造中的現(xiàn)場(chǎng)焊接管道間的連接處形成的焊接金屬(下文稱作現(xiàn)場(chǎng)焊接)的強(qiáng)度。
通常，焊接處焊接金屬的低溫韌度低于基體金屬并且當(dāng)強(qiáng)度增加時(shí)其進(jìn)一步降低。因此，增加管線管的強(qiáng)度需要增加現(xiàn)場(chǎng)焊接的焊接金屬的強(qiáng)度，這會(huì)導(dǎo)致低溫韌度的降低。
如果現(xiàn)場(chǎng)焊接的焊接金屬的強(qiáng)度低于管線管的縱向強(qiáng)度，當(dāng)管線管縱向中存在應(yīng)力時(shí)應(yīng)變?cè)诤附蝇F(xiàn)場(chǎng)中集中，從而增加了熱影響區(qū)中的斷裂敏感性。
在常用的管線中，內(nèi)部壓力產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力但不會(huì)增大縱向應(yīng)力。但是，在建在由于冷凍和融化的作用土壤移動(dòng)的區(qū)域(例如不連續(xù)的凍土帶)中的管線中，土壤的移動(dòng)使管線彎曲并且增大縱向應(yīng)力。
也就是說，管線現(xiàn)場(chǎng)焊接的焊接金屬必須具有大于管道縱向上強(qiáng)度的強(qiáng)度。但是，本發(fā)明涉及的超高強(qiáng)度管線管現(xiàn)場(chǎng)焊接的焊接金屬已經(jīng)具有高的強(qiáng)度。因此，進(jìn)一步的增強(qiáng)引起韌度的劇烈降低。
因此，如果與耐受內(nèi)壓的強(qiáng)度無關(guān)的管道縱向上的強(qiáng)度降低而維持管道環(huán)向方向上的強(qiáng)度，將會(huì)緩解這個(gè)問題。
本發(fā)明人在日本待審專利公開(Kokai)第2004-052104號(hào)中建議的高強(qiáng)度鋼管與根據(jù)本發(fā)明的管道的微結(jié)構(gòu)不同。這種結(jié)構(gòu)差異是由于在未結(jié)晶區(qū)域中加工的量和制造條件的差異引起的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了適用于建在土壤隨著季節(jié)移動(dòng)的區(qū)域(例如不連續(xù)凍土帶)中的管線，并且能夠兼具現(xiàn)場(chǎng)焊接的低溫韌度和管道的縱彎曲耐性的超高強(qiáng)度管線管。
更具體地說，本發(fā)明提供了通過僅降低其縱向上的拉伸強(qiáng)度而具有不低于900MPa(相當(dāng)于API X120)的環(huán)向拉伸強(qiáng)度(TS-C)的超高強(qiáng)度管線管，以及制造這種管線管的方法。本發(fā)明還提供了用于制造所述超高強(qiáng)度管線管的鋼板以及制造這種鋼板的方法。
為了獲得環(huán)向拉伸強(qiáng)度不低于900MPa而不增加其縱向拉伸強(qiáng)度的超高強(qiáng)度管線管，本發(fā)明人研究了鋼板必須滿足的要求。
該研究導(dǎo)致了用于制造承壓能力、低溫韌度和縱彎曲耐性優(yōu)異的超高強(qiáng)度管線管的鋼板的發(fā)明以及制造這種鋼板的方法，并且進(jìn)一步導(dǎo)致由這種鋼板制成的管線管的發(fā)明和制造這種管線管的方法。
本發(fā)明的要點(diǎn)如下(1)用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其由下列組分組成C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.10質(zhì)量％以及一種或多種Ni0.1至1.5質(zhì)量％B小于3ppmV不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，其中厚度方向上的平均維式硬度Hv-avep和取決于C含量的馬氏體硬度Hv-M之間的比值(Hv-avep)/(Hv-M)介于0.8至0.9之間，并且橫向拉伸強(qiáng)度TS-Tp介于880MPa和1080MPa之間，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+Mo-1Hv-M＝270+1300C其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
(2)用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其由下列組分組成C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.10質(zhì)量％B3ppm至0.0025質(zhì)量％以及一種或多種Ni0.1至1.5質(zhì)量％N0.001至0.006質(zhì)量％V不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％
Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，其中厚度方向上的平均維式硬度Hv-avep和取決于C含量的馬氏體硬度Hv-M之間的比值(Hv-avep)/(Hv-M)介于0.8至0.9之間，并且橫向拉伸強(qiáng)度TS-Tp介于880MPa和1080MPa之間，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+2MoHv-M＝270+1300C其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
(3)如(1)或(2)中所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其包含N0.001至0.006質(zhì)量％。
(4)如(3)中所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其中滿足關(guān)系Ti-3.4N＞0(其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。
(5)如(1)至(4)中任何一項(xiàng)所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其中在-20℃下的V形缺口夏比值(V-notchCharpy value)不低于200J。
(6)如(1)至(5)中任何一項(xiàng)所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其中縱向拉伸強(qiáng)度TS-Lp不大于橫向拉伸強(qiáng)度TS-Tp的0.95倍。
(7)如(1)至(6)中任何一項(xiàng)所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其中軋制方向上的屈服比(YS-Lp)/(TS-Lp)不大于0.8，所述屈服比是軋制方向上0.2％條件屈服強(qiáng)度YS-Lp與軋制方向上拉伸強(qiáng)度TS-Lp的比例。
(8)通過接縫焊接由下列組分組成的鋼板而制備的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Ni0.1至1.5質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.06質(zhì)量％以及一種或多種B不超過0.0025質(zhì)量％N0.001至0.006質(zhì)量％V不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，其中基體金屬厚度方向上的平均維式硬度Hv-avep和取決于C含量的馬氏體硬度Hv-M之間的比值(Hv-avep)/(Hv-M)介于0.8至0.9之間，并且環(huán)向拉伸強(qiáng)度TS-C介于900MPa和1100MPa之間，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+(1+β)Mo-1+β其中當(dāng)B≥3ppm時(shí)β＝1，并且當(dāng)B＜3ppm時(shí)β＝0，Hv-M＝270+1300C其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
(9)通過接縫焊接由下列組分組成的鋼板而制備的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.10質(zhì)量％以及一種或多種Ni0.1至1.5質(zhì)量％B小于3ppmV不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％
Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，其中基體金屬厚度方向上的平均維式硬度Hv-ave和取決于碳含量的馬氏體硬度Hv-M*之間的比值(Hv-ave)/(Hv-M*)介于0.75至0.9之間，并且環(huán)向拉伸強(qiáng)度TS-C介于900MPa和1100MPa之間，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+Mo-1Hv-M*＝270+1300C其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
(10)通過接縫焊接由下列組分組成的鋼板而制備的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.10質(zhì)量％B3ppm至0.0025質(zhì)量％以及一種或多種Ni0.1至1.5質(zhì)量％N0.001至0.006質(zhì)量％V不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％
Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，其中基體金屬厚度方向上的平均維式硬度Hv-ave和取決于碳含量的馬氏體硬度Hv-M*之間的比值(Hv-ave)/(Hv-M*)介于0.75至0.9之間，并且環(huán)向拉伸強(qiáng)度TS-C介于900MPa和1100MPa之間，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+2MoHv-M*＝290+1300C其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
(11)如(9)或(10)中所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管，其包含N0.001至0.006質(zhì)量％。
(12)如(11)中所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其中滿足關(guān)系Ti-3.4N＞0(其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。
(13)如(8)至(12)中任何一項(xiàng)所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管，其中在-20℃下的V形缺口夏比值不低于200J。
(14)如(8)至(13)中任何一項(xiàng)所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管，其中管線管縱向拉伸強(qiáng)度不大于其環(huán)向拉伸強(qiáng)度的0.95倍。
(15)用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板的制造方法，其包括如下步驟在1000至1250℃之間加熱由下列組分組成的鋼坯C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.10質(zhì)量％以及一種或多種Ni0.1至1.5質(zhì)量％B小于3ppmV不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，在重結(jié)晶區(qū)中粗軋制，在900℃或以下，在未結(jié)晶的奧氏體區(qū)中軋制，累積壓縮比不小于75％，然后，
從奧氏體區(qū)施用加速冷卻，使鋼板厚度的中央以1至10℃/秒的速率冷卻至500℃或以下，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+Mo-1其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
(16)用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板的制造方法，其包括如下步驟在1000至1250℃之間加熱由下列組分組成的鋼坯C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.10質(zhì)量％B3ppm至0.0025質(zhì)量％以及一種或多種Ni0.1至1.5質(zhì)量％N0.001至0.006質(zhì)量％V不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％
并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，在重結(jié)晶區(qū)中粗軋制，在900℃或以下，在未結(jié)晶的奧氏體區(qū)中軋制，累積壓縮比不小于75％，然后，從奧氏體區(qū)施用加速冷卻，使鋼板厚度的中央以1至10℃/秒的速率冷卻至500℃或以下，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+2Mo其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
(17)如(15)或(16)中所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板的制造方法，其中所述鋼坯還包含N0.001至0.006質(zhì)量％。
(18)如(17)中所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板的制造方法，其中滿足關(guān)系Ti-3.4N＞0(其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。
(19)具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的制造方法，其包括以下步驟使通過(15)至(18)中任何一項(xiàng)所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的制造方法制造的鋼板形成管狀，以至于該鋼板的軋制方向與要制造的管道的縱向一致，以及通過將其邊緣接縫焊接到一起而形成管道。
(20)具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的制造方法，其包括以下步驟
通過UO處理使由(15)至(18)中任何一項(xiàng)所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的制造方法制造的鋼板形成管狀，以至于該鋼板的軋制方向與要制造的管道的縱向一致，通過從內(nèi)部和外部施用埋弧焊，將其邊緣連接到一起而形成管道，以及膨脹焊接的管道。
(21)具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的制造方法，其包括如下步驟在1000至1250℃之間加熱由下列組分組成的鋼坯C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Ni0.1至1.5質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.06質(zhì)量％以及一種或多種B不超過0.0025質(zhì)量％N0.001至0.006質(zhì)量％V不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％
REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，在重結(jié)晶區(qū)中粗軋制，在900℃或以下，在未結(jié)晶的奧氏體區(qū)中軋制，累積壓縮比不小于75％，然后，從奧氏體區(qū)施用加速冷卻，使鋼板厚度的中央以1至10℃/秒的速率冷卻至500℃或以下，使所制造的鋼板形成管狀，以至于鋼板的軋制方向與要制造的管道的縱向一致，以及通過將其邊緣焊接到一起而形成管道。
P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+(1+β)Mo-1+β其中當(dāng)B≥3ppm時(shí)β＝1，并且當(dāng)B＜3ppm時(shí)β＝0，其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
(22)如(21)中所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的制造方法，其進(jìn)一步包括步驟通過UO處理使接受了加速冷卻的鋼板形成管狀，以至于鋼板的軋制方向與要制造的管道的縱向一致，通過從內(nèi)部和外部施用埋弧焊而將其邊緣焊接到一起，以及膨脹焊接的管道。


圖1表示退化上貝氏體(degenerate upper bainite)結(jié)構(gòu)。
圖2表示混合的馬氏體/貝氏體(下貝氏體)結(jié)構(gòu)。
圖3示意性地表示了下貝氏體、退化上貝氏體和粒狀貝氏體結(jié)構(gòu)。(a)表示下貝氏體，(b)表示退化上貝氏體，并且(c)表示粒狀貝氏體。
具體實(shí)施例方式
為了保證能耐受由于在管線縱向上形成的應(yīng)力引起的破裂的強(qiáng)度，現(xiàn)場(chǎng)焊接的強(qiáng)度必須等于或者大于管線的縱向強(qiáng)度。
如果管線的縱向強(qiáng)度大于現(xiàn)場(chǎng)焊接的強(qiáng)度，現(xiàn)場(chǎng)焊接局部變形然后斷裂的可能性降低。另一方面，如果管線的縱向強(qiáng)度太大，現(xiàn)場(chǎng)焊接的強(qiáng)度增加降低了低溫韌度。
為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明人開始開發(fā)環(huán)向拉伸強(qiáng)度(TS-C)不低于900MPa并且縱向拉伸強(qiáng)度(TS-L)降低的超高強(qiáng)度管線管。
通過調(diào)查用于超高強(qiáng)度管線管的鋼板的微結(jié)構(gòu)與軋制方向和橫向上的鋼板強(qiáng)度之間的關(guān)系，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過將其微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成退化上貝氏體結(jié)構(gòu)，可以有效地降低鋼板的縱向拉伸強(qiáng)度(相對(duì)軋制方向的縱向上的拉伸強(qiáng)度)。
另外，相對(duì)軋制方向的橫向上的拉伸強(qiáng)度被稱作橫向拉伸強(qiáng)度。
此處，退化上貝氏體結(jié)構(gòu)意指具有低溫變形結(jié)構(gòu)的板條(lath)結(jié)構(gòu)特征并且形成比在下貝氏體中更粗的第二相的碳化物和馬氏體-奧氏體(MA)成分的結(jié)構(gòu)。
圖1表示了根據(jù)本發(fā)明的用于具有退化上貝氏體微結(jié)構(gòu)的超高強(qiáng)度管線管的鋼板的掃描電子顯微鏡照片。為了比較，圖2表示了用于具有馬氏體和貝氏體混合微結(jié)構(gòu)(下文中稱作下貝氏體結(jié)構(gòu))的傳統(tǒng)X120級(jí)管線管的鋼板的掃描電子顯微鏡照片。
因?yàn)閳D1和圖2中掃描電子顯微鏡照片間的比較不能澄清退化上貝氏體和下貝氏體結(jié)構(gòu)之間的微結(jié)構(gòu)差異，所以圖3給出了示意圖。
如圖3(b)所示，退化上貝氏體中的板條比下貝氏體中(參見圖3(a)的寬并且與下貝氏體不同，其中不包含細(xì)的碳化鐵并且在板條之間具有MA成分。
退化上貝氏體和粒狀貝氏體(參見圖3(c))之間的比較表明粒狀貝氏體具有比退化上貝氏體更粗的MA成分，并且與退化上貝氏體不同，其包含粒狀鐵素體。
雖然可以通過掃描電子顯微鏡從下貝氏體中區(qū)分出退化上貝氏體，但是難以通過微結(jié)構(gòu)的光學(xué)照片確定其間的定量比例。因此，在本發(fā)明中利用退化上貝氏體沒有下貝氏體堅(jiān)硬的事實(shí)，通過比較維氏硬度來區(qū)分退化上貝氏體和下貝氏體。
在根據(jù)本發(fā)明的鋼板的化學(xué)組成下，下貝氏體的硬度等于取決于碳含量的奧氏體的硬度Hv-M。
鋼板的Hv-M可以從下面的等式中得出Hv-M＝270+1300C如果鋼板微結(jié)構(gòu)中的退化上貝氏體超過大約70％，鋼板的硬度Hv-avep變得低于Hv-M并且(Hv-avep)/(Hv-M)的比值落在0.8至0.9的范圍內(nèi)。
鋼板的硬度Hv-avep是通過在與軋制方向平行的橫截面上，以1毫米的間隔穿過其厚度施加10kgf的負(fù)載而測(cè)量的硬度的平均值。
當(dāng)(Hv-avep)/(Hv-M)的比值介于0.8至0.9之間時(shí)，鋼板橫向拉伸強(qiáng)度(TS-Tp)落在介于880和1080MPa之間的范圍內(nèi)。由這種鋼板制造的管線管的環(huán)向拉伸強(qiáng)度(TS-C)不低于900MPa，因此具有X120級(jí)管線管所需的承壓能力。
因?yàn)橛尚纬晒軤疃鴮?dǎo)致的反應(yīng)力降低，其橫向拉伸強(qiáng)度不大于1080MPa的鋼板具有優(yōu)異的可成形性。
主要由退化上貝氏體組成的根據(jù)本發(fā)明的鋼板具有優(yōu)異的沖擊性能。
管線管需要具有阻止快速韌性斷裂的性質(zhì)。為了滿足這種要求，管線管鋼板的V形缺口夏比沖擊值在-20℃必須不小于200J。
退化上貝氏體占據(jù)了大約70％以上并且(Hv-avep)/(Hv-M)的比值介于0.8至0.9之間的本發(fā)明的鋼板具有在-20℃不小于200J的V形缺口夏比沖擊值。
在主要由退化上貝氏體組成的根據(jù)本發(fā)明的鋼板中，縱向拉伸強(qiáng)度(TS-Lp)小于橫向拉伸強(qiáng)度(TS-Tp)，前者保持在后者的0.95倍以下。
通過比較，在傳統(tǒng)的由下貝氏體組成的超高強(qiáng)度鋼板中，縱向拉伸強(qiáng)度基本上等于橫向拉伸強(qiáng)度。
通過使主要由退化上貝氏體組成的根據(jù)本發(fā)明的鋼板形成管狀，以至于鋼板的軋制方向與管線管的縱向一致而制造的管線管降低了縱向上的強(qiáng)度，而維持了環(huán)向上強(qiáng)度不變。
這就便于制造比管線管縱向強(qiáng)度更強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)焊接的焊接金屬并且在現(xiàn)場(chǎng)焊接下保證了低溫韌度。
盡管使縱向拉伸強(qiáng)度(TS-Lp)與橫向拉伸強(qiáng)度(TS-Tp)相比盡可能小是優(yōu)選的，但是實(shí)際上難以使前者小于后者的0.90倍。
如果屈服比YS/TS是低的，其中YS是鋼板的0.2％條件屈服強(qiáng)度并且TS是其拉伸強(qiáng)度，在將鋼板形成管道的過程中的可成形性增加。
如果在鋼板軋制方向上的屈服比(YS-TLp)/(TS-Lp)是低的，其中(YS-TLp)是在鋼板軋制方向上的0.2％條件屈服強(qiáng)度并且(TS-Lp)是其拉伸強(qiáng)度，管線管縱向上的屈服比也變成小的。
因此，管線現(xiàn)場(chǎng)焊接附近的基體金屬變得比現(xiàn)場(chǎng)焊接的焊接金屬更可變形。
當(dāng)?shù)卣?、地殼運(yùn)動(dòng)等引起管線縱向上的變形時(shí)，管線管的基體金屬變形，從而抑制了管線斷裂的發(fā)生。為了獲得這種效應(yīng)，優(yōu)選保持鋼板軋制方向上的屈服比(YS-TLp)/(TS-Lp)不大于0.80。
接下來，將說明從根據(jù)本發(fā)明的主要由退化上貝氏體組成的用于超高強(qiáng)度管線管的鋼板制造的管線管。
為了保證X120級(jí)管線管所需的抗內(nèi)壓性，需要使其環(huán)向拉伸強(qiáng)度(TS-C)不低于900MPa。
另一方面，如果環(huán)向拉伸強(qiáng)度大于1100MPa，管線管的制造變得非常難。考慮到工業(yè)控制中的這種困難，優(yōu)選設(shè)置管線管環(huán)向拉伸強(qiáng)度的上限在1000MPa。
因?yàn)楫?dāng)形成管線管時(shí)鋼板在塑性應(yīng)變的影響下加工硬化，所以管線管的硬度Hv-ave變得高于鋼板的硬度。加工硬化有時(shí)使根據(jù)本發(fā)明的超高強(qiáng)度管線管的硬度Hv-ave比鋼板增加了大約20％。
如果基于取決于碳含量的奧氏體硬度Hv-M來定量管線管微結(jié)構(gòu)中的退化上貝氏體的量，因?yàn)镠v-M沒有考慮加工硬化，所以退化上貝氏體的量就被低估了。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的超高強(qiáng)度管線管的情況中，退化上貝氏體的量可以通過從下面的等式“Hv-M*”并且使用比值Hv-ave/Hv-M*得出加工硬化的下氏體結(jié)構(gòu)的硬度來定量，該等式在取決于碳含量的奧氏體硬度Hv-M上加了20。
Hv-M*＝290+1300CHv-ave/Hv-M*的可接受范圍為0.75至0.90，優(yōu)選的下限為0.80。
管線管的硬度Hv-ave是通過在管線管縱向上，以1毫米的間隔穿過其厚度施加10kgf的負(fù)載而測(cè)量的硬度的平均值。
從根據(jù)本發(fā)明的主要由退化上貝氏體組成的鋼板制造的超高強(qiáng)度管線管還具有優(yōu)異的低溫韌度，就象所述的鋼板一樣。管線管的V形缺口夏比沖擊值在-20℃大于或等于200J。
根據(jù)本發(fā)明從其縱向拉伸強(qiáng)度(TS-Lp)不大于橫向拉伸強(qiáng)度(TS-Tp)0.95倍的鋼板制造的超高強(qiáng)度管線管可能與所述鋼板一樣具有不大于其環(huán)向拉伸強(qiáng)度(TS-C)0.95倍的縱向拉伸強(qiáng)度(TS-L)。
盡管TS-L盡可能低于TS-C是優(yōu)選的，但是實(shí)際上難以使TS-L不大于TS-C的0.9倍。
接下來，在下面解釋為什么限制根據(jù)本發(fā)明的鋼板和超高強(qiáng)度管線管的組成元素的原因。在說明書中使用的％指質(zhì)量％。
C被限制在0.03至0.07％之間。因?yàn)镃對(duì)于增加鋼板的強(qiáng)度是高度有效的，所以至少0.03％的C是為了使鋼板和管線管的強(qiáng)度符合本發(fā)明的目標(biāo)范圍。
但是，因?yàn)樘嗟腃會(huì)顯著降低基體金屬和受熱影響區(qū)(HAZ)的低溫韌度和現(xiàn)場(chǎng)可焊接性，所以將上限設(shè)置在0.07％。含碳量?jī)?yōu)選的上限為0.06％。
為了脫氧和提高強(qiáng)度，添加Si。但是，因?yàn)檫^量添加的Si顯著降低HAZ的韌度和現(xiàn)場(chǎng)可焊接性，所以上限被設(shè)置為0.6％。因?yàn)橥ㄟ^添加Al和Ti可以充分地使鋼板脫氧，所以不一定需要添加Si。
為了獲得根據(jù)本發(fā)明的主要由退化上貝氏體組成的鋼板的微結(jié)構(gòu)并且平衡優(yōu)異的強(qiáng)度與優(yōu)異的低溫韌度，Mn是必不可少的元素。需要添加不低于1.5％。
但是，添加太多的Mn會(huì)增加鋼板的硬化性能，從而降低HAZ的韌度和現(xiàn)場(chǎng)可焊接性，并且促進(jìn)了在連鑄板坯中央處的分離，從而降低了基體金屬的低溫韌度。因此，上限被設(shè)置為2.5％。
雜質(zhì)元素P和S的含量被分別限制為不超過0.015％和不超過0.003％。這主要是為了進(jìn)一步提高基體金屬和HAZ的低溫韌度。
降低P含量降低了連鑄板坯中央處的分離并且通過阻止晶界斷裂而提高了低溫韌度。降低S含量通過減少不被熱軋制延長(zhǎng)的MnS而提高了延展性和韌度。
添加Mo的原因是為了提高鋼板的硬化性能并且獲得所需主要由退化上貝氏體組成的微結(jié)構(gòu)。Mo的添加進(jìn)一步提高了添加B所帶來的提高硬化性能的作用。
組合添加Mo和B通過抑制在控制軋制中奧氏體的重結(jié)晶而凈化了奧氏體結(jié)構(gòu)。為了確保這種作用，需要添加至少0.15％的Mo。
但是，因?yàn)檫^量添加Mo會(huì)降低HAZ的韌度和現(xiàn)場(chǎng)可焊接性并且損害B的提高硬化性能的作用，所以添加的上限被設(shè)置為0.60％。
組合添加Nb和Mo不僅通過抑制控制軋制中奧氏體的重結(jié)晶凈化并且穩(wěn)定了退化上貝氏體結(jié)構(gòu)，而且通過有助于沉淀硬化和硬化性能的提高而加強(qiáng)了鋼板。
組合添加Nb和B協(xié)同提高了硬化性能增加的作用。添加0.01％以上的Nb防止了受熱影響區(qū)的過度軟化。但是，添加太多的Nb對(duì)HAZ的韌度和現(xiàn)場(chǎng)可焊接性具有不利的影響，所以添加的上限被設(shè)置為0.10％。
Ti固定了對(duì)B的提高硬化性能的作用有害的N的固溶體并且可以用作脫氧元素。特別是當(dāng)Al-含量低至不超過0.005％時(shí)，Ti形成氧化物，用作產(chǎn)生鐵素體的穿晶核(transgranular ferrite productionnucleus)，并且凈化了HAZ的結(jié)構(gòu)。為了確保這些作用，Ti的添加必須不低于0.005％。
TiN的細(xì)小沉淀抑制了奧氏體顆粒在鋼坯再加熱期間和HAZ中的粗化并且凈化了微結(jié)構(gòu)，從而提高了基體金屬和HAZ的低溫韌度。為了確保這種作用，優(yōu)選添加大于3.4N(質(zhì)量％)的Ti量。
但是，添加太多的Ti會(huì)通過TiC的沉淀硬化和TiN的粗化而降低低溫韌度，所以上限被設(shè)置為0.030％。
鋼中通常作為脫氧劑包含的Al也具有微結(jié)構(gòu)凈化的作用。但是，因?yàn)槿绻砑拥腁l超過0.10％，Al基非金屬包含物增加并且損害鋼的清潔度，所以上限被設(shè)置為0.10％。
優(yōu)選添加Al的上限是0.06％。如果通過添加Ti和Si完成了充分的脫氧，不需要添加Al。
添加Ni的目的是提高根據(jù)本發(fā)明的低碳鋼的低溫韌度、強(qiáng)度和其它性質(zhì)而不降低其現(xiàn)場(chǎng)可焊接性。
與Mn、Cr和Mo的添加相比，Ni的添加不易在軋制結(jié)構(gòu)中并且特別是在連續(xù)鑄坯的中央分離區(qū)中形成對(duì)低溫韌度有害的硬化結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)添加不低于0.1％的Ni對(duì)于提高HAZ的韌度是有效的。
對(duì)于提高HAZ的韌度特別有效的Ni的添加量不低于0.3％。但是，添加過量的Ni不僅會(huì)損害成本的有效性，而且會(huì)降低HAZ韌度和現(xiàn)場(chǎng)可焊接性，所以上限被設(shè)置為1.5％。
Ni的添加還對(duì)在連續(xù)澆鑄和熱軋制期間阻止銅裂紋(copper-cracking)是有效的。優(yōu)選Ni的添加量不低于Cu的三分之一。
下面將說明添加B、N、V、Cu、Cr、Ca、REM(稀土金屬)和Mg中的一種或多種的目的。除了基本組分外，添加所述元素中的一種或多種的主要目的是進(jìn)一步提高強(qiáng)度和韌度并且擴(kuò)展可生產(chǎn)尺寸的范圍而不會(huì)損害根據(jù)本發(fā)明的鋼板的優(yōu)異特性。
因?yàn)樘砑由倭康腂劇烈地提高了鋼的硬化性能，所以對(duì)于獲得主要由退化上貝氏體組成的微結(jié)構(gòu)，B是高度有效的元素。
此外，B提高了Mo的提高硬化性能的作用并且當(dāng)與Nb一起存在時(shí)協(xié)同增加了硬化性能。但是，添加過量的B不僅會(huì)降低低溫韌度而且會(huì)破壞B的提高硬化性能的作用，所以添加上限被設(shè)置為0.0025％。
N通過形成TiN抑制了奧氏體顆粒在鋼坯再加熱期間和HAZ中的粗化并且提高了基體金屬和HAZ的低溫韌度。為了獲得這種作用，優(yōu)選添加不低于0.001％的N。
但是，因?yàn)樘嗟腘通過產(chǎn)生鋼坯表面的缺陷會(huì)損害添加B的提高可硬化作用，并且通過形成可溶性的N會(huì)降低HAZ的韌度，所以優(yōu)選設(shè)置N的添加量為0.006％。
V具有基本上與Nb相似但不如其強(qiáng)的作用。同樣，向超高強(qiáng)度鋼中添加V是有效的，并且Nb和V的組合添加進(jìn)一步提高了根據(jù)本發(fā)明的鋼的優(yōu)異特性。當(dāng)從HAZ的韌度和現(xiàn)場(chǎng)可焊接性的角度考慮，可接受的上限為0.10％時(shí)，特別優(yōu)選的范圍介于0.03至0.08％之間。
Cu和Cr增加了基體金屬和HAZ的強(qiáng)度，但當(dāng)添加過量時(shí)會(huì)顯著降低HAZ的韌度和現(xiàn)場(chǎng)可焊接性。因此，優(yōu)選設(shè)置添加Cu和Cr的上限至每種1.0％。
Ca和REM通過控制硫化物，特別是MnS的形狀而提高低溫韌度。但是，添加0.01％以上的Ca或0.02％以上的REM產(chǎn)生大量的會(huì)形成大的簇和包含物的CaO-CaS或REM-CaS，它們反過來不僅會(huì)破壞鋼的清潔度而且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可焊接性具有不利的影響。
因此，添加Ca的上限被設(shè)置為0.01％或者優(yōu)選0.006％，并且REM的上限被設(shè)置為0.02％。
另外，保持S和O的含量分別低于0.001％和0.002％，并且ESSP＝(Ca)[1-124(O)]/1.25S的值在0.5≤ESSP≤10.0對(duì)于超高強(qiáng)度管線管是特別有效的。
Mg形成細(xì)分散的氧化物并且通過抑制在HAZ中的顆粒粗化而提高低溫韌度。添加超過0.006％的Mg會(huì)形成粗的氧化物并且降低韌度。
除了上述對(duì)各元素添加的限制外，需要保持P值(即硬化性能指數(shù))在2.5≤P≤4.0的范圍內(nèi)。這對(duì)于保證根據(jù)本發(fā)明的超高強(qiáng)度鋼板和管線管的強(qiáng)度和低溫韌度間的平衡是必要的。
P值的下限設(shè)置為2.5的原因是為了通過保持管線管的環(huán)向拉伸強(qiáng)度在900MPa而獲得優(yōu)異的低溫韌度。P值的上限設(shè)置為4.0的原因是為了維持優(yōu)異的HAZ韌度和現(xiàn)場(chǎng)可焊接性。
P值可以從下面涉及所添加的各元素量的等式中得出(質(zhì)量％)P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+(1+β)Mo-1+β其中當(dāng)B≥3ppm時(shí)β＝1，并且當(dāng)B＜3ppm時(shí)β＝1。
如果添加低于3ppm的B，P值從下面的等式得出P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+Mo-1
如果添加不低于3ppm的B，P值從下面的等式得出P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+2Mo為了制造微結(jié)構(gòu)主要由細(xì)的退化上貝氏體組成的鋼板，不僅需要保持鋼的組成而且需要保持制造條件在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
首先，在重結(jié)晶溫區(qū)熱加工連續(xù)扁鑄坯，并且通過在未重結(jié)晶區(qū)中軋制而將重結(jié)晶的顆粒轉(zhuǎn)變成在厚度方向上平坦的奧氏體顆粒。在未重結(jié)晶區(qū)中軋制是在未重結(jié)晶和低于重結(jié)晶溫度并且高于冷卻時(shí)鐵素體開始轉(zhuǎn)變的溫度之間的奧氏體溫度范圍中，即未重結(jié)晶的溫區(qū)進(jìn)行熱軋制。
接著，以適當(dāng)?shù)睦鋮s速率從奧氏體區(qū)冷卻所得的鋼板，所述速率高于形成粗粒狀貝氏體的速率并且低于形成下貝氏體和馬氏體的速率。
通過連續(xù)澆鑄或者一次軋制(primary rolling)制得的鋼坯被加熱至1000℃至1250℃之間。如果溫度低于1000℃，添加的元素不會(huì)形成適當(dāng)?shù)墓倘荏w并且不能充分地凈化澆鑄結(jié)構(gòu)。如果溫度高于1250℃，晶粒變粗。
加熱的鋼坯在不高于加熱溫度且高于900℃的重結(jié)晶溫區(qū)接受粗軋。所述粗軋的目的是使晶粒在隨后于未重結(jié)晶區(qū)中軋制之前盡可能地細(xì)。
在粗軋后，在不高于900℃的未重結(jié)晶溫區(qū)和不低于700℃的奧氏體區(qū)中進(jìn)行累積壓縮比不小于75％的在未重結(jié)晶區(qū)中的軋制。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的鋼包含很多Nb和其它的合金元素，所以不高于900℃的溫度處于未重結(jié)晶區(qū)。未重結(jié)晶區(qū)中的軋制應(yīng)該在奧氏體區(qū)中700℃或更高的溫度終結(jié)。
為了使鋼板的橫向拉伸強(qiáng)度TS-Tp大于縱向拉伸強(qiáng)度TS-Lp以最終使環(huán)向拉伸強(qiáng)度TS-C大于縱向拉伸強(qiáng)度TS-L，需要增加晶粒在軋制方向上的伸長(zhǎng)百分?jǐn)?shù)。
為了使鋼板的TS-Lp不大于TS-Tp的0.95倍，并且管線的TS-L不大于TS-C的0.95倍，優(yōu)選使累積壓縮比大于80％。
然后，以1至10℃/秒的速率，將鋼板在其厚度中央從700℃以上的奧氏體區(qū)冷卻至500℃以下。
如果鋼板厚度中央的冷卻速率超過10℃/秒，鋼板的表面區(qū)變成下貝氏體。如果冷卻速率變成20℃/秒以上，其整個(gè)橫截面變成下貝氏體。
如果冷卻速率低于1℃/秒，鋼板變成粒狀貝氏體并且喪失韌度。如果冷卻速率太快或太慢，鋼板的TS-Lp不會(huì)變得低于0.95倍TS-Tp，并且管線管的TS-L不會(huì)變得低于0.95倍TS-C。
據(jù)認(rèn)為鋼板TS-Lp和TS-Tp之間差異以及管線管TS-L與TS-C之間差異的原因主要在于未重結(jié)晶區(qū)中軋制。因此，難以使鋼板的TS-Lp低于0.90倍TS-Tp，并且管線管的TS-L低于0.90倍TS-C。
此外，需要使其中控制冷卻速率的溫度范圍的下限不高于500℃，從奧氏體向退化上貝氏體的轉(zhuǎn)變?cè)诖私Y(jié)束，或者優(yōu)選所述溫度下限介于300℃和450℃之間。
通過將上述所得鋼板形成管狀，以至于軋制方向與管線管的縱向一致，然后將其邊緣焊接到一起來制造鋼管。
根據(jù)本發(fā)明的管線管通常直徑為450至1500毫米并且壁厚為10至40毫米。高效制造上述尺寸范圍的鋼管的現(xiàn)有方法包括UO處理，其中鋼板被首先形成U形，然后形成O形，點(diǎn)定焊(track welding)邊緣，從內(nèi)部和外部將其埋弧焊，然后膨脹以增加圓度。
為了通過膨脹增加圓度，必須使管線管變形進(jìn)入塑性區(qū)。在根據(jù)本發(fā)明的高強(qiáng)度管線管的情況中，膨脹率優(yōu)選不低于大約0.7％。
膨脹率被定義為膨脹率＝(膨脹后周長(zhǎng)-膨脹前周長(zhǎng))/膨脹前周長(zhǎng)。
如果使膨脹率大于2％，作為塑性變形的結(jié)果，基體金屬和焊接的韌度降低。因此，優(yōu)選保持膨脹率在0.7％至2.0％之間。
通過使用300噸堿性氧氣煉鋼爐制備具有如表1所示的化學(xué)組成的鋼，將鋼連續(xù)澆鑄成鋼坯，將鋼坯再加熱至1100℃，在重結(jié)晶區(qū)中軋制，通過在900℃和750℃之間施用累積壓縮比為80％控制軋制而降低厚度至18毫米，并且以1至10℃/秒的速率在鋼板厚度中央施用水冷卻以至于冷卻在300℃和500℃之間結(jié)束，制造出鋼板。
在UO處理中將鋼板形成管狀并且點(diǎn)定焊，然后埋弧焊邊緣。膨脹焊接管1％形成外徑為965毫米的管道。使用三個(gè)電極以1.5米/分鐘的速率和2.8kJ/mm的熱輸入從內(nèi)部和外部各施用一次埋弧焊。
從鋼板和由此制得的管道中截取試樣并且接受拉伸和夏比沖擊試驗(yàn)。根據(jù)API 5L進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。與鋼板長(zhǎng)度和寬度以及鋼管長(zhǎng)度平行地截取全厚度試樣并且接受拉伸試驗(yàn)。
對(duì)于環(huán)向拉伸試驗(yàn)，截取全厚度弧形條帶并且壓擠加工變平并制成全厚度的條形試樣。試樣接受拉伸試驗(yàn)，其中以0.2％條件屈服強(qiáng)度的方式確定屈服強(qiáng)度。
使用長(zhǎng)度與鋼板寬度和鋼管周長(zhǎng)一致的全尺寸2毫米V形缺口試樣，在-30℃下進(jìn)行夏比沖擊試驗(yàn)。如果夏比沖擊值在-30℃下不小于200J，在-20℃下可以獲得200J或更高的夏比沖擊值。
表2表示了鋼板的制造條件和性質(zhì)并且表3表示了鋼管的性質(zhì)。
使用具有所述條件下的化學(xué)組成的鋼A至E制造的實(shí)施例1至8的鋼板和鋼管具有在目標(biāo)范圍內(nèi)的強(qiáng)度和高的低溫韌度，其中所述條件和化學(xué)組成均在由本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)。
盡管用于比較的實(shí)施例9的鋼板和鋼管由化學(xué)組成在本發(fā)明范圍內(nèi)的鋼D組成，但是其冷卻速率快于本發(fā)明限定的范圍，Hv-ave/Hv-M和Hv-ave/Hv-M*都在本發(fā)明的范圍之外。盡管用于比較的實(shí)施例10的鋼板和鋼管由化學(xué)組成在本發(fā)明范圍內(nèi)的鋼C組成，但是其冷卻速率慢于本發(fā)明限定的范圍，TS-Tp和TS-C都在本為比較而測(cè)試實(shí)施例11，其由具有高含碳量而不添加鎳的鋼G制成并具有低的低溫韌度。
表1

表中的空白表示值在可檢測(cè)限之下。
表中下劃線的值在根據(jù)本發(fā)明的范圍之外。
表2

表中下劃線的值在根據(jù)本發(fā)明的范圍之外。
表3

表中下劃線的值在根據(jù)本發(fā)明的范圍之外。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明提供了能在現(xiàn)場(chǎng)焊接中提供優(yōu)異的低溫韌度和適用于土壤隨季節(jié)移動(dòng)的連續(xù)凍土帶和其它區(qū)域中的管線的優(yōu)異的縱向阻力的超高強(qiáng)度管線管，以及制造這種管線管的方法。因此，本發(fā)明具有顯著的工業(yè)貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其由下列組分組成C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.10質(zhì)量％以及一種或多種Ni0.1至1.5質(zhì)量％B小于3ppmV不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，其中厚度方向上的平均維式硬度Hv-avep和取決于C含量的馬氏體硬度Hv-M之間的比值(Hv-avep)/(Hv-M)介于0.8至0.9之間，并且橫向拉伸強(qiáng)度TS-Tp介于880MPa和1080MPa之間，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+Mo-1Hv-M＝270+1300C其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
2.用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其由下列組分組成C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.10質(zhì)量％B3ppm至0.0025質(zhì)量％以及一種或多種Ni0.1至1.5質(zhì)量％N0.001至0.006質(zhì)量％V不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，其中厚度方向上的平均維式硬度Hv-avep和取決于C含量的馬氏體硬度Hv-M之間的比值(Hv-avep)/(Hv-M)介于0.8至0.9之間，并且橫向拉伸強(qiáng)度TS-Tp介于880MPa和1080MPa之間，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+2MoHv-M＝270+1300C其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其包含N0.001至0.006質(zhì)量％。
4.如權(quán)利要求3中所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其中滿足關(guān)系Ti-3.4N＞0，其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其中在-20℃下的V形缺口夏比值不低于200J。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其中縱向拉伸強(qiáng)度TS-Lp不大于橫向拉伸強(qiáng)度TS-Tp的0.95倍。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其中軋制方向上的屈服比(YS-Lp)/(TS-Lp)不大于0.8，所述屈服比是軋制方向上0.2％條件屈服強(qiáng)度YS-Lp與軋制方向上拉伸強(qiáng)度TS-Lp的比例。
8.通過接縫焊接由下列組分組成的鋼板而制備的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Ni0.1至1.5質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.06質(zhì)量％以及一種或多種B不超過0.0025質(zhì)量％N0.001至0.006質(zhì)量％V不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，其中基體金屬厚度方向上的平均維式硬度Hv-avep和取決于C含量的馬氏體硬度Hv-M之間的比值(Hv-avep)/(Hv-M)介于0.8至0.9之間，并且環(huán)向拉伸強(qiáng)度TS-C介于900MPa和1100MPa之間，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+(1+β)Mo-1+β其中當(dāng)B≥3ppm時(shí)β＝1，并且當(dāng)B＜3ppm時(shí)β＝0，Hv-M＝270+1300C其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
9.通過接縫焊接由下列組分組成的鋼板而制備的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.10質(zhì)量％以及一種或多種Ni0.1至1.5質(zhì)量％B小于3ppmV不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，其中基體金屬厚度方向上的平均維式硬度Hv-ave和取決于碳含量的馬氏體硬度Hv-M*之間的比值(Hv-ave)/(Hv-M*)介于0.75至0.9之間，并且環(huán)向拉伸強(qiáng)度TS-C介于900MPa和1100MPa之間，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+Mo-1Hv-M*＝270+1300C其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
10.通過接縫焊接由下列組分組成的鋼板而制備的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.10質(zhì)量％B3ppm至0.0025質(zhì)量％以及一種或多種Ni0.1至1.5質(zhì)量％N0.001至0.006質(zhì)量％V不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，其中基體金屬厚度方向上的平均維式硬度Hv-ave和取決于碳含量的馬氏體硬度Hv-M*之間的比值(Hv-ave)/(Hv-M*)介于0.75至0.9之間，并且環(huán)向拉伸強(qiáng)度TS-C介于900MPa和1100MPa之間，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+2MoHv-M*＝290+1300C其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
11.如權(quán)利要求9或10中所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管，其包含N0.001至0.006質(zhì)量％。
12.如權(quán)利要求11中所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板，其中滿足關(guān)系Ti-3.4N＞0，其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
13.如權(quán)利要求8至12中任何一項(xiàng)所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管，其中在-20℃下的V形缺口夏比值不低于200J。
14.如權(quán)利要求8至13中任何一項(xiàng)所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管，其中管線管縱向拉伸強(qiáng)度不大于其環(huán)向拉伸強(qiáng)度的0.95倍。
15.用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板的制造方法，其包括如下步驟在1000至1250℃之間加熱由下列組分組成的鋼坯C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.10質(zhì)量％以及一種或多種Ni0.1至1.5質(zhì)量％B小于3ppmV不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，在重結(jié)晶區(qū)中粗軋制，在900℃或以下，在未結(jié)晶的奧氏體區(qū)中軋制，累積壓縮比不小于75％，然后，從奧氏體區(qū)施用加速冷卻，使鋼板厚度的中央以1至10℃/秒的速率冷卻至500℃或以下，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+Mo-1其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
16.用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板的制造方法，其包括如下步驟在1000至1250℃之間加熱由下列組分組成的鋼坯C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.10質(zhì)量％B3ppm至0.0025質(zhì)量％以及一種或多種Ni0.1至1.5質(zhì)量％N0.001至0.006質(zhì)量％V不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，在重結(jié)晶區(qū)中粗軋制，在900℃或以下，在未結(jié)晶的奧氏體區(qū)中軋制，累積壓縮比不小于75％，然后，從奧氏體區(qū)施用加速冷卻，使鋼板厚度的中央以1至10℃/秒的速率冷卻至500℃或以下，P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+2Mo其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
17.如權(quán)利要求15或16中所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板的制造方法，其中所述鋼坯還包含N0.001至0.006質(zhì)量％。
18.如權(quán)利要求17中所述的用于具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的鋼板的制造方法，其中滿足關(guān)系Ti-3.4N＞0，其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
19.具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的制造方法，其包括以下步驟使通過權(quán)利要求15至18中任何一項(xiàng)所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的制造方法制造的鋼板形成管狀，以至于該鋼板的軋制方向與要制造的管道的縱向一致，以及通過將其邊緣接縫焊接到一起而形成管道。
20.具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的制造方法，其包括以下步驟通過UO處理使由權(quán)利要求15至18中任何一項(xiàng)所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的制造方法制造的鋼板形成管狀，以至于該鋼板的軋制方向與要制造的管道的縱向一致，通過從內(nèi)部和外部施用埋弧焊，將其邊緣連接到一起而形成管道，以及膨脹焊接的管道。
21.具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的制造方法，其包括如下步驟在1000至1250℃之間加熱由下列組分組成的鋼坯C0.03至0.07質(zhì)量％Si不超過0.6質(zhì)量％Mn1.5至2.5質(zhì)量％P不超過0.015質(zhì)量％S不超過0.003質(zhì)量％Ni0.1至1.5質(zhì)量％Mo0.15至0.60質(zhì)量％Nb0.01至0.10質(zhì)量％Ti0.005至0.030質(zhì)量％Al不超過0.06質(zhì)量％以及一種或多種B不超過0.0025質(zhì)量％N0.001至0.006質(zhì)量％V不超過0.10質(zhì)量％Cu不超過1.0質(zhì)量％Cr不超過1.0質(zhì)量％Ca不超過0.01質(zhì)量％REM不超過0.02質(zhì)量％Mg不超過0.006質(zhì)量％并且剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，而且具有介于2.5和4.0之間的如下定義的值P，在重結(jié)晶區(qū)中粗軋制，在900℃或以下，在未結(jié)晶的奧氏體區(qū)中軋制，累積壓縮比不小于75％，然后，從奧氏體區(qū)施用加速冷卻，使鋼板厚度的中央以1至10℃/秒的速率冷卻至500℃或以下，使所制造的鋼板形成管狀，以至于鋼板的軋制方向與要制造的管道的縱向一致，以及通過將其邊緣焊接到一起而形成管道。P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+(1+β)Mo-1+β其中當(dāng)B≥3ppm時(shí)β＝1，并且當(dāng)B＜3ppm時(shí)β＝0，其中元素符號(hào)表示各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
22.如權(quán)利要求21中所述的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線管的制造方法，其進(jìn)一步包括步驟通過UO處理使經(jīng)過加速冷卻的鋼板形成管狀，以至于鋼板的軋制方向與要制造的管道的縱向一致，通過從內(nèi)部和外部施用埋弧焊而將其邊緣焊接到一起，以及膨脹焊接的管道。
全文摘要
本發(fā)明公開了通過將鋼板焊接到一起而制造的具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度的管線管，所述鋼板包含0.03至0.07質(zhì)量％的C、不超過0.6質(zhì)量％的Si、1.5至2.5質(zhì)量％的Mn、不超過0.015質(zhì)量％的P、不超過0.003質(zhì)量％的S、0.1至1.5質(zhì)量％的Ni、0.15至0.60質(zhì)量％的Mo、0.01至0.10質(zhì)量％的Nb、0.005至0.030質(zhì)量％的Ti、不超過0.06質(zhì)量％的Al、一種或多種規(guī)定量的B、N、V、Cu、Cr、Ca、REM(稀土金屬)和Mg，剩余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，并且在2.5≤P≤4.0下(Hv－ave)/(Hv－M)的比值介于0.8至0.9之間，其中Hv－ave是基體金屬厚度方向上的平均維式硬度并且Hv－M是取決于C含量的馬氏體硬度(Hv－M＝270+1300C)，并且拉伸強(qiáng)度TS－C介于900MPa和1100MPa之間；P＝2.7C＋0.4Si＋Mn＋0.8Cr＋0.45(Ni＋Cu)+(1+β)Mo－1+β(當(dāng)B≥3ppm時(shí)β＝1，并且當(dāng)B＜3ppm時(shí)β＝0)。
文檔編號(hào)C22C38/12GK1894434SQ200480037950
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者韓日均, 原卓也 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社, ?？松梨谏嫌窝芯抗?br>