專利名稱：：焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊接鋼管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度焊接鋼管及其制造方法，該焊接鋼管用于天然氣、原油輸送用管線管等，其母材以及通過(guò)電弧焊所形成的焊接金屬的周向的拉伸強(qiáng)度為850MPa以上。技術(shù)背景近年來(lái)，對(duì)于輸送天然氣的長(zhǎng)距離管線，從輸送的高效率化、減少附帶設(shè)備的成本的角度考慮，開(kāi)始研究鋪設(shè)拉伸強(qiáng)度為850MPa以上的高強(qiáng)度大直徑管線。這樣的管線通常采用UOE方式、UOC方式、JOE方式和輥式折彎?rùn)C(jī)方式，將鋼板成形為筒狀，并將對(duì)接部進(jìn)行縫焊而制作管線。在此情況下，成為連接點(diǎn)的縫焊部采用埋弧焊，通常按照內(nèi)表面焊接、外表面焊接的順序來(lái)形成。但是，在外表面焊接后的非破壞檢査中，往往在縫焊部可以散見(jiàn)垂直于鋼管軸向的方向上的裂紋、即所謂的橫向裂紋。當(dāng)在凍土地帶使用這樣的殘留有橫向裂紋的鋼管時(shí)，則存在如下的危險(xiǎn)性即隨著溫度的季節(jié)變動(dòng)，在軸向上承載超過(guò)管體屈服強(qiáng)度的拉伸應(yīng)力而發(fā)生破壞，或者因反復(fù)的應(yīng)力載荷而使裂紋擴(kuò)展，從而引起輸送流體的泄漏，導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。因此，制造時(shí)的裂紋發(fā)生必須防患于未然，或者必須根據(jù)非破壞檢査準(zhǔn)確地檢査所產(chǎn)生的裂紋并將其消除?？p焊部的橫向裂紋是高強(qiáng)度材料的脆化開(kāi)裂的一種。該脆化開(kāi)裂一般是因氫而引起的，也稱為氫脆開(kāi)裂，如果強(qiáng)度降低，則變得難以發(fā)生。但是，當(dāng)使縫焊部的強(qiáng)度降低時(shí)，雖然脆化開(kāi)裂變得難以發(fā)生，不過(guò)也可以設(shè)想到以下的情況在承載內(nèi)壓時(shí)會(huì)選擇性地促進(jìn)從縫焊部產(chǎn)生的變形，以致于產(chǎn)生焊接部的斷裂。因此，需要一種既可以把焊接金屬的強(qiáng)度保持在母材強(qiáng)度以上、又可以防止氫脆開(kāi)裂的方法。氫脆開(kāi)裂由于依賴于氫濃度、載荷應(yīng)力、材料特性、特別是強(qiáng)度，所以必須將這些因素控制在臨界值以下，以便由于復(fù)合的效果而不會(huì)發(fā)生氫脆開(kāi)裂。作為降低氫濃度的方法，有焊接后加溫到10(TC以上、優(yōu)選為2ocrc以上，并保溫適當(dāng)時(shí)間的方法，所謂的后熱法，是在縫焊后加熱焊接金屬，使氫產(chǎn)生擴(kuò)散，從而使氫濃度處在產(chǎn)生橫向裂紋的臨界值以下的方法。從這樣的角度考慮，特開(kāi)2003—311321號(hào)公報(bào)公開(kāi)了如下的技術(shù):即通過(guò)復(fù)合地抑制UOE鋼管焊接金屬的強(qiáng)度、母材強(qiáng)度和焊接條件，防止高強(qiáng)度材料的縫焊部的氫脆開(kāi)裂。在特開(kāi)2003—311321號(hào)公報(bào)中，雖然就焊接部的橫向裂紋在先行的縫焊部頻發(fā)的問(wèn)題進(jìn)行了敘述，但對(duì)于通過(guò)抑制氫濃度和焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行的橫向裂紋的防止，并沒(méi)有公開(kāi)具體的條件。另外，特開(kāi)昭57—35636號(hào)公報(bào)已經(jīng)提出了一種在焊接后，通過(guò)對(duì)整個(gè)鋼管進(jìn)行淬火并退火，以防止韌性降低和凝固開(kāi)裂的方法，但并沒(méi)有觸及氫濃度和焊接殘余應(yīng)力。此外，作為緩和誘導(dǎo)成為氫脆開(kāi)裂的主要原因的殘余應(yīng)力的方法，還有焊接后加熱到70(TC左右的所謂消除應(yīng)力退火的方法，以及采用通過(guò)錘子的敲打進(jìn)行的打擊等賦予焊接部以塑性變形，由此降低殘余應(yīng)力的方法，但是，關(guān)于氫濃度和殘余應(yīng)力的關(guān)系對(duì)橫向裂紋所施加的影響是不明確的，而且耐氫脆開(kāi)裂性沒(méi)有得到充分的改善。另外，這些方法必須在焊接后立刻進(jìn)行，考慮到制造工序和制造成本，在適用于縫焊部方面未必是一種合適的方法。據(jù)ProceedingsofIPC2004，October4—8，2004，IPC04—0585EvaluationofHydrogenCrackingSusceptibilityinX120GirthWelds報(bào)道關(guān)于在常溫下于鋼中擴(kuò)散、至U400'C以下的加熱時(shí)可以釋放出的擴(kuò)散性氫量和氫脆開(kāi)裂之間的關(guān)系，只要擴(kuò)散性氫量為5cc/100g以下，則對(duì)于超過(guò)827MPa的高強(qiáng)度材料，就不會(huì)發(fā)生氫脆開(kāi)裂。但是，這樣的見(jiàn)解是就用多通道焊接鋼管彼此之間的氣體焊接進(jìn)行敘述的，在本發(fā)明作為對(duì)象的縫焊的焊接部，確認(rèn)了即使為5cc/100g以下，也依然發(fā)生氫脆開(kāi)裂。另外，作為焊接材料的改良點(diǎn)，有在焊接金屬中生成VN等的氫俘獲位置，以降低對(duì)裂紋有害的擴(kuò)散性氫的方法；以及借助于低溫相變?nèi)芑牧蟻?lái)降低在常溫下的殘余應(yīng)力的方法。但是，氫俘獲位置的應(yīng)用對(duì)高強(qiáng)度材料來(lái)說(shuō)未必是有用的方法，另外，低溫相變?nèi)芑牧系氖褂脮?huì)導(dǎo)致成本的顯著上升。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的課題在于防止在從內(nèi)外表面進(jìn)行過(guò)縫焊的高強(qiáng)度焊接鋼管的焊接部產(chǎn)生的、由氫引起的橫向裂紋。作為防止焊接部的氫脆開(kāi)裂的技術(shù)，有通過(guò)熱處理降低氫的擴(kuò)散或殘余應(yīng)力、通過(guò)賦予塑性變形以降低殘余應(yīng)力、賦予氫的俘獲位置、通過(guò)焊接金屬的成分設(shè)計(jì)來(lái)控制殘余應(yīng)力等技術(shù)，但是，為加熱到殘余應(yīng)力可以降低那樣的比較高的溫度、例如600°C，在加熱冷卻時(shí)需要過(guò)多的時(shí)間，另外，在通過(guò)塑性變形降低殘余應(yīng)力時(shí)需要特別的加工裝置，金屬材料的改良會(huì)因合金成分的追加而招致成本的顯著上升。本發(fā)明提供一種如下的技術(shù)，其控制拉伸強(qiáng)度為850MPa以上的高強(qiáng)度焊接鋼管的焊接金屬、特別是通過(guò)先行的縫焊所形成的焊接金屬的氫濃度，從而可以防止作為氫誘導(dǎo)開(kāi)裂的垂直于焊接部的鋼管軸的方向上的裂紋、即氫脆開(kāi)裂。本發(fā)明就是為解決上述課題而完成的，其要點(diǎn)如下(1)一種焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊接鋼管，其是將拉伸強(qiáng)度為850MPa以上的鋼板成形為筒狀，并從內(nèi)外表面將對(duì)接部進(jìn)行縫焊，其后進(jìn)行擴(kuò)管或縮管矯正而制作的，其特征在于在所述鋼管的從內(nèi)外表面進(jìn)行的縫焊之中，通過(guò)先行的焊接所形成的焊接金屬的氫濃度在常溫下為0.2cc/100g以下。(2)—種焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊接鋼管的制造方法，其特征在于將拉伸強(qiáng)度為850MPa以上的鋼板成形為筒狀，并從內(nèi)外表面將對(duì)接部進(jìn)行縫焊，在所述從內(nèi)外表面進(jìn)行的縫焊之中，使通過(guò)先行的焊接所形成的焊接金屬的氫濃度在常溫下為0.2cc/100g以下，其后進(jìn)行擴(kuò)管或縮管矯正。(3)根據(jù)上述(2)所述的焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊接鋼管的制造方法，其特征在于通過(guò)脫氫處理，使通過(guò)從內(nèi)外表面進(jìn)行的縫焊所形成的焊接金屬的氫濃度在常溫下為0.2cc/100g以下。(4)根據(jù)上述(2)所述的焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊接鋼管的制造方法，其特征在于通過(guò)脫氫處理，在從內(nèi)外表面進(jìn)行的縫焊之中，使通過(guò)先行的焊接所形成的焊接金屬的氫濃度在常溫下為0.2cc/100g以下。(5)根據(jù)上述(3)或(4)所述的焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊接鋼管的制造方法，其特征在于脫氫處理的加熱溫度T〔。C〕為15050(TC的范圍，加熱時(shí)間為根據(jù)焊接金屬高度h〔mm〕和所述加熱溫度T，由下式(1)求出的t(s)以上。t=(h/16)Vexp(—957/(273+T))(1)圖1表示氫含量和應(yīng)力對(duì)氫脆開(kāi)裂發(fā)生的影響。圖2以與距離內(nèi)表面的位置的關(guān)系，表示了在鋼管尺寸為4>914X16mm、拉伸強(qiáng)度為850MPa的UOE鋼管在縫焊中心的軸向殘余應(yīng)力分布。圖3表示了求出了軸向殘余應(yīng)力分布的位置。圖4表示了內(nèi)外表面焊接金屬的氫濃度頻數(shù)分布。圖5是表示內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度頻數(shù)分布和裂紋發(fā)生率的圖。圖6是表示外表面焊接金屬的氫濃度頻數(shù)分布和裂紋發(fā)生率的圖。圖7是表示含有熱處理材料、滴油底材的內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度頻數(shù)分布和裂紋發(fā)生率的圖。具體實(shí)施方式在用UOE制管工藝制作拉伸強(qiáng)度為850MPa以上的高強(qiáng)度焊接鋼管時(shí)，用C壓力機(jī)彎曲鋼板的端部，用U壓力機(jī)彎曲成U字形狀，接著通過(guò)O壓力機(jī)成形為筒狀，其后，通常從外表面進(jìn)行定位焊后，再進(jìn)行使用埋弧焊的內(nèi)表面焊接，接著進(jìn)行外表面焊接，進(jìn)而通過(guò)擴(kuò)管或縮管矯正而調(diào)整真圓度。如果依據(jù)JISG0584，采用超音波探傷來(lái)檢測(cè)該UOE鋼管縫焊部的缺陷，則頻數(shù)雖少，但橫向裂紋零星可見(jiàn)。如果根據(jù)超音波探傷的結(jié)果來(lái)特定檢查出缺陷的位置，則可知橫向裂紋在先行焊接的內(nèi)表面的焊接金屬上發(fā)生。另外，用掃描型電子顯微鏡觀察橫向裂紋的斷面，結(jié)果可知呈現(xiàn)出氫脆開(kāi)裂特有的斷面。從這些現(xiàn)象所得出的結(jié)論是在高強(qiáng)度焊接鋼管的縫焊部發(fā)生的橫向裂紋，是因來(lái)自焊劑焊藥、坡口的結(jié)露、大氣中的水分等引入到焊接金屬內(nèi)的氫和焊接殘余應(yīng)力而引起的氫脆開(kāi)裂。但是，在進(jìn)行內(nèi)表面焊接之后，不進(jìn)行外表面焊接而嘗試采用超音波探傷進(jìn)行的缺陷檢測(cè)，結(jié)果可知在只是內(nèi)表面焊接的狀態(tài)沒(méi)有產(chǎn)生橫向裂紋。在此敘述的成為UOE鋼管基材的厚鋼板(母材)是將下述的鋼進(jìn)行熱控軋制而得到的，其鋼組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.020.10%、Si:0.010，6o/o、Mn:1.52.5o/o、P:0.015o/o以下、S:0.003。/。以下、Ni:0.12.0%、Mo:0.150.60%、Nb:0.0010.10%、Ti:0.0050.030%、Al:0.06%以下，進(jìn)而根據(jù)需要，含有B:0.00010.005°/o、N:0.00010.006%、V:0.001%0,10%、Cu:0.011.0%、Cr:0.011.0%、Zr:0.00010.005%、Ta:0.00010.005%、Ca:0.00010.01%、REM:0.00010.01%、Mg:0.00010.006%之中的1種或2種以上，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。在制造上述UOE鋼管時(shí)，將具有上述鋼組成的厚鋼板(母材)使用焊條以1.5kJ/mm6.3kJ/mm的線能量進(jìn)行焊接，其中焊條以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.010.12%、Si:0.3%以下、Mn:1.22.4%、Ni:4.08.5%、Cr+Mo+V:3.05.0%、Ti:0.0050.15%、Al:0.02%以下。關(guān)于這樣得到的焊接金屬，其成分以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.040.14%、Si:0.050.4%、Mn:1.22.2%、P:0.01%以下、S:0.010%以下、Ni:1.33.2%、Cr+Mo+V:1.02.5%、T:0.0030.050%、Al:0.02%以下、B:0.005%以下、O:0.010.03%，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。本發(fā)明者如以下那樣研究了拉伸強(qiáng)度為850MPa以上的高強(qiáng)度焊接鋼管的焊接金屬發(fā)生氫脆開(kāi)裂的應(yīng)力和氫含量的關(guān)系。為了包含內(nèi)外表面焊接金屬，從焊接鋼管上截取周向和軸向的尺寸為200mmX200mm的樣品，然后立即用干冰冷卻、保存。從該樣品的焊接金屬上，截取了長(zhǎng)度方向與焊接方向平行、平行部的直徑為6mm的圓棒拉伸試片。對(duì)這些圓棒拉伸試片實(shí)施鍍鎘，以便使氫不會(huì)逸出。其次，在該拉伸試片上施加240小時(shí)的一定的載荷，研究斷裂的有無(wú)，即氫脆開(kāi)裂發(fā)生的有無(wú)。再者，使用同樣截取的平行部直徑為6mm的圓棒拉伸試片，依據(jù)JISZ3118的鋼焊接部的氫測(cè)量方法所采用的氣相色譜分析法結(jié)果如圖l所示，而氫含量是用每100g試片所含有的氫的體積(cc)來(lái)表示根據(jù)上述的測(cè)量方法測(cè)量的、即在45'C保持72小時(shí)所捕集到的擴(kuò)散性氫的數(shù)量。圖l的縱軸是用試片的平行部的斷面積除施加在試片的恒定載荷、用應(yīng)力o(MPa)來(lái)表示。正如圖l所示的那樣，在所施加的應(yīng)力較高的情況下，因少量的氫就會(huì)發(fā)生氫脆開(kāi)裂，如果應(yīng)力較低，則即使氫含量較多，氫脆開(kāi)裂也不會(huì)發(fā)生。另夕卜，從圖l可以推定在氫含量H〔cc〕和拉伸應(yīng)力o(MPa〕(H—0.1)X(o—550)《45的情況下，氫脆開(kāi)裂就不會(huì)發(fā)生。因此，如果通過(guò)先行的縫焊所形成的焊接金屬所含有的氫量為H(cc)、施加在該焊接金屬上的拉伸殘余應(yīng)力為(MPa)且滿足上式的關(guān)系，便可以防止高強(qiáng)度焊接鋼管的氫脆開(kāi)裂。于是，本發(fā)明者用根據(jù)有限元法(以下也稱為FEA)的數(shù)值分析模擬法，求出UOE工序的擴(kuò)管前的焊接金屬部的殘余應(yīng)力。這是因?yàn)橐瞧茐牡貙?shí)測(cè)從內(nèi)外表面進(jìn)行縫焊的焊接金屬的殘余應(yīng)力是很困難的。圖2表示按內(nèi)表面、外表面的順序進(jìn)行縫焊而形成焊接金屬，并假定擴(kuò)管前的狀態(tài)，用FEA求出在鋼管周向的斷面的焊接金屬的中心線(焊接中心線)上的軸向殘余應(yīng)力沿壁厚方向的分布的結(jié)果。此外，圖2的橫軸正如圖3示意表示的那樣，是從鋼管的內(nèi)表面到外表面的距離。如圖2所示，殘余應(yīng)力在先行焊接的、內(nèi)表面焊接金屬側(cè)表現(xiàn)出最大值，其數(shù)值達(dá)到焊接金屬的屈服強(qiáng)度。另外，殘余應(yīng)力達(dá)到最大的位置與橫向裂紋的發(fā)生部位一致。因此，正如圖l所示的那樣，具有高強(qiáng)度的焊接金屬的鋼管的氫脆開(kāi)裂發(fā)生的有無(wú)，由焊接金屬的強(qiáng)度、氫濃度、殘余應(yīng)力、在氫存在下承載殘余應(yīng)力的時(shí)間來(lái)決定，因此，發(fā)明者制造了拉伸強(qiáng)度為850MPa以上的高強(qiáng)度焊接鋼管，并著眼于在常溫經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度和橫向裂紋發(fā)生之間的關(guān)系。橫向裂紋在內(nèi)表面焊接和外表面焊接結(jié)束后，不進(jìn)行擴(kuò)管而放置72小時(shí)，依據(jù)JISG0584而采用超音波探傷法進(jìn)行檢查，根據(jù)檢査出的橫向裂紋的位置，來(lái)特定發(fā)生的部位是內(nèi)表面焊接金屬、還是外表面焊接金屬。另外，橫向裂紋由于是在實(shí)施縫焊之后，到擴(kuò)管或縮管矯正的期間發(fā)生，所以從內(nèi)表面先行進(jìn)行縫焊之后，再?gòu)耐獗砻孢M(jìn)行縫焊，然后不進(jìn)行擴(kuò)管或縮管矯正，經(jīng)過(guò)4小時(shí)之后，在焊接金屬處在常溫附近時(shí)，測(cè)量?jī)?nèi)表面和外表面的焊接金屬的氫濃度。為了測(cè)量氫濃度，從焊接鋼管上以包含內(nèi)外表面焊接金屬的方式，截取周向和軸向的尺寸為200mmX200mm的樣品，然后立即用干冰冷卻、保存。從該樣品的內(nèi)表面焊接金屬和外表面焊接金屬上截取5mmX5mmX40mm的試片。為抑制擴(kuò)散性氫的釋放，氫濃度的測(cè)量在試片的截取之后立刻進(jìn)行。氫濃度是在45'C保持72小時(shí)以提取擴(kuò)散性氫，然后根據(jù)JISZ3118規(guī)定的鋼焊接部的氫測(cè)量方法所采用的氣相色譜分析法進(jìn)行測(cè)量。氫濃度用試片的質(zhì)量除擴(kuò)散性氫量，計(jì)算出作為每100g的濃度。圖4用頻數(shù)分布表示內(nèi)表面焊接金屬和外表面焊接金屬的氫濃度。圖4是將從1根鋼管上截取3個(gè)試樣而測(cè)量的氫濃度的平均值分成不足0.2、0.2不足0.4、0.4不足0.6、0.6不足0.8、0.8不足1.0，以l根鋼管的氫濃度為l個(gè)頻數(shù)。從圖3可知，內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度分散在0.00.6cc/100g的范圍，外表面焊接金屬的氫濃度分布在0.61.0cc/100g的范圍。內(nèi)表面金屬的氫濃度與外表面相比要低的原因在于外表面焊接時(shí)內(nèi)表面焊接金屬也被加溫，從而使氫發(fā)生擴(kuò)散。圖5表示內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度頻數(shù)分布和裂紋發(fā)生概率之間的關(guān)系。可知當(dāng)氫濃度超過(guò)0.2cc/100g時(shí)，橫向裂紋便開(kāi)始發(fā)生。在此，所謂裂紋發(fā)生概率，是指氫濃度的平均值在同等水平的鋼管的內(nèi)表面焊接金屬中被檢査出橫向裂紋的概率，例如，氫濃度的平均數(shù)值為0.2不足0.4cc時(shí)，頻數(shù)是4，裂紋發(fā)生概率是20%，意味著在4根鋼管當(dāng)中，在l根中檢查出橫向裂紋。此外，在內(nèi)表面焊接金屬中發(fā)生的橫向裂紋，是依據(jù)JISG0584，采用超音波探傷法來(lái)檢査。圖6表示外表面焊接金屬的氫濃度頻數(shù)分布和裂紋發(fā)生概率之間的關(guān)系。在外表面焊接部，盡管氫濃度比內(nèi)表面的氫濃度高，但不會(huì)發(fā)生裂紋。其原因在于圖2所示的殘余應(yīng)力的峰值出現(xiàn)在內(nèi)表面惻，這暗示有必要將內(nèi)表面金屬的氫濃度抑制在更低的水平。在此，所謂裂紋發(fā)生概率，是指在氫濃度的平均值為同等水平的鋼管的外表面焊接金屬上被檢査出橫向裂紋的概率，橫向裂紋依據(jù)JISG0584，采用超音波探傷法來(lái)檢查。其次，研究了從內(nèi)表面進(jìn)行縫焊后、再?gòu)耐獗砻孢M(jìn)行縫焊，直到擴(kuò)管或縮徑矯正的期間，加熱到150250'C以降低氫濃度的焊接金屬的橫向裂紋和氫濃度。橫向裂紋采用超音波探傷法進(jìn)行檢查，氫濃度是在45t:保持72小時(shí)以提取擴(kuò)散性氫，依據(jù)JISZ3118規(guī)定的鋼焊接部的氫測(cè)量方法所采用的氣相色譜分析法測(cè)量氫含量，并計(jì)算出每100g試樣的質(zhì)量在常溫下的氫體積。在此情況下，內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度為(Ucc/100g以下。為比較起見(jiàn)，在從內(nèi)表面先行進(jìn)行的縫焊之前，使油附著在坡口面而從內(nèi)表面外表面進(jìn)行縫焊，以提高內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度，同樣地研究了焊接金屬的橫向裂紋和氫濃度。其結(jié)果是，內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度為0.3cc/100g以上。圖7表示了內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度頻數(shù)分布和裂紋概率的關(guān)系。當(dāng)氫濃度為0.2cc/100g以下時(shí)，來(lái)自焊接金屬的裂紋均沒(méi)有發(fā)生。另一方面，當(dāng)氫濃度超過(guò)0.4cc/100g時(shí)，在全部的樣品上都確認(rèn)有橫向裂紋。由以上可知，通過(guò)將內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度控制在0.2cc/100g以下，可以穩(wěn)定地防止橫向裂紋的發(fā)生。對(duì)于拉伸強(qiáng)度為850MPa以上的高強(qiáng)度悍接鋼管，如果試圖通過(guò)金屬組織來(lái)改善耐氫脆開(kāi)裂特性，則焊接金屬?gòu)?qiáng)度降低的可能性較高，氫濃度的減少是極為有效的。下面說(shuō)明在本發(fā)明的高強(qiáng)度焊接鋼管的制造方法中，規(guī)定在常溫下的氫濃度的必要性。起因于氫的幵裂是在先行的縫焊所形成的焊接金屬上，在常溫附近發(fā)生的。強(qiáng)度為850MPa以上的高強(qiáng)度焊接鋼管的焊接金屬的相變點(diǎn)為30040(TC。在此情況下，通過(guò)數(shù)值分析已經(jīng)清楚在焊接金屬的溫度超過(guò)10(TC時(shí)，內(nèi)表面焊接金屬的殘余應(yīng)力為500MPa以下；當(dāng)溫度低于10(TC以下時(shí)，則內(nèi)表面焊接金屬的殘余應(yīng)力上升而超過(guò)800MPa。另一方面，外表面焊接金屬由于在常溫下的殘余應(yīng)力為600MPa，所以盡管氫濃度為0.660.88cc/100g，但均沒(méi)有發(fā)生裂紋。內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度比外表面焊接金屬低，內(nèi)表面焊接金屬在10(TC以上的殘余應(yīng)力也比外表面焊接金屬在常溫下的殘余應(yīng)力低，所以在100'C以上，于內(nèi)表面焊接金屬上不會(huì)發(fā)生氫脆開(kāi)裂。但是，在內(nèi)表面焊接金屬的溫度為10(TC以下時(shí)，氫的擴(kuò)散顯著地變慢，氫濃度的降低受到抑制，進(jìn)而當(dāng)內(nèi)表面焊接金屬的殘余應(yīng)力上升到超過(guò)拉伸強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致橫向裂紋的發(fā)生。因此，規(guī)定在常溫下的氫濃度對(duì)于防止氫脆開(kāi)裂具有重要的意義。下面就至少在外表面到焊接之后，直至擴(kuò)管或縮徑矯正的矯正加工之前的期間，將內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度設(shè)計(jì)為0.2cc/100g以下的必要性進(jìn)行說(shuō)明。在擴(kuò)管或縮徑矯正的矯正加工工序中，為得到更加良好的真圓度，通常要進(jìn)行1%左右的擴(kuò)管或縮徑矯正。這樣，焊接金屬的殘余應(yīng)力得以極大的釋放，內(nèi)表面金屬殘余應(yīng)力的最大值也銳減到500MPa以下。當(dāng)殘余應(yīng)力降低到這種程度時(shí)，對(duì)于由通常條件下的縫焊所引入的氫濃度，氫脆開(kāi)裂不會(huì)發(fā)生。另外，調(diào)查結(jié)果己經(jīng)明確氫脆開(kāi)裂是在從后面進(jìn)行的縫焊到矯正加工工序的期間于常溫附近發(fā)生的；并得出如下的結(jié)論在先行進(jìn)行內(nèi)表面焊接、通過(guò)擴(kuò)管而進(jìn)行矯正加工的情況下，在至少于外表面悍接之后、直到擴(kuò)管的期間，必須將常溫下內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度設(shè)定為0.2cc/100g。本發(fā)明者就在焊接鋼管的制造過(guò)程中，從先行的內(nèi)表面焊接、到隨后接著進(jìn)行的外表面焊接的期間裂紋發(fā)生的可能性進(jìn)行了研究。外表面焊接前的內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度與如圖4所示的外表面的氫濃度相同，為0.61.0cc/100g的范圍。也就是說(shuō)，從外表面進(jìn)行縫焊之前的內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度處于遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外表面焊接之后的氫濃度的水準(zhǔn)。但是還知道，只因內(nèi)表面焊接而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力最大為500MPa，盡管氫濃度較高，但是不至于發(fā)生裂紋。因此，為防止氫脆開(kāi)裂，從外表面進(jìn)行的縫焊之后，直到擴(kuò)管前，必須使常溫下的內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度為0.2cc/100g以下。因以上的高強(qiáng)度焊接鋼管的殘余應(yīng)力所引起的氫脆開(kāi)裂發(fā)生的機(jī)理，假想為在UOE鋼管的制造中，采用埋弧焊進(jìn)行縫焊，先行進(jìn)行從內(nèi)表面的焊接，其后從外表面進(jìn)行焊接的情況。此外，在本發(fā)明中，也包含先行進(jìn)行外表面焊接、再追蹤內(nèi)表面焊接的情況。另外，作為鋼管的成形法，是以UOE成形工藝作為實(shí)例來(lái)說(shuō)明的，但是，即使在使用輥式折彎?rùn)C(jī)和JOC的成形法中，只要是拉伸強(qiáng)度為850MPa以上的焊接鋼管，也包含在本發(fā)明中。在對(duì)縫焊部不進(jìn)行予熱或后加熱處理而制作高強(qiáng)度焊接鋼管的情況下，如果是在坡口沒(méi)有附著油的通常的環(huán)境中，則如圖5所示，以20%的概率發(fā)生裂紋。在此情況下，在焊接金屬中引入氫的原因一般認(rèn)為是在坡口表面的結(jié)露、焊劑焊藥中的水分等，在通常的制造工序中處在不可避免的水平。作為將高強(qiáng)度焊接鋼管的焊接金屬的氫濃度抑制在0.2cc/100g以下的方法，例如有外表面焊接后、進(jìn)行后加熱處理的方法。采用后加熱處理防止氫脆開(kāi)裂，優(yōu)選將加熱溫度設(shè)定為20(TC40(rC，將在加熱溫度下的保持時(shí)間設(shè)定為1分鐘20分鐘，越是在高溫下加熱，就越可以在短時(shí)間內(nèi)獲得效果。作為其它的具體方法，可以列舉出縫焊中的預(yù)熱、坡口的洗凈、脫脂和干燥，極高水準(zhǔn)下的焊劑焊藥的干燥、通過(guò)從外表面的縫焊的大容量加熱而進(jìn)行的內(nèi)表面焊接金屬的氫擴(kuò)散等。在從內(nèi)外表面進(jìn)行的縫焊完成后，對(duì)焊接金屬進(jìn)行后加熱以降低氫濃度的方法是防止氫脆開(kāi)裂的有效的對(duì)策，但是，需要在較高的溫度下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的熱處理。特別是伴隨著鋼管的厚壁化，需要更長(zhǎng)時(shí)間的處理，在加熱溫度相同的情況下，加熱所需要的時(shí)間與厚度的二次方成正比，從而時(shí)間延長(zhǎng)。在用UOE工序批量生產(chǎn)高強(qiáng)度焊接鋼管的情況下，由于熱處理時(shí)間直接影響生產(chǎn)率，所以即使縮短l分鐘也是好的。于是，本發(fā)明者研究了通過(guò)短時(shí)間的熱處理防止橫向裂紋的方法。正如從圖2的殘余應(yīng)力分布、圖5、圖6的結(jié)果可以明確的那樣，為防止橫向裂紋，可以降低因先行的縫焊所形成的內(nèi)表面焊接金屬中的氫濃度。首先，本發(fā)明者在從內(nèi)表面進(jìn)行的縫焊結(jié)束之后，放置l星期使氫擴(kuò)散，其后從外表面進(jìn)行縫焊。其結(jié)果是，外表面焊接后的內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度為0.2cc/100g以下，橫向裂紋完全沒(méi)有發(fā)生。其次，在從內(nèi)表面進(jìn)行的縫焊結(jié)束后，在15050(TC加熱，到達(dá)加熱溫度后，不保持便實(shí)施冷卻的脫氫處理，然后從外表面進(jìn)行縫焊。在此情況下，內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度為0.2cc/100g以下，橫向裂紋完全沒(méi)有發(fā)生。脫氫處理的加熱溫度在15(TC以下，為使氫濃度降低到0.2cc/100g以下所需要的時(shí)間變長(zhǎng)，當(dāng)超過(guò)50(TC時(shí)，則高強(qiáng)度焊接鋼管的母材，其韌性因熱影響而劣化。為此，脫氫處理的加熱溫度優(yōu)選設(shè)定在15050(TC的范圍內(nèi)。關(guān)于脫氫處理的加熱時(shí)間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選設(shè)定為比下式(l)中的t更長(zhǎng)時(shí)間。由此，可以使外表面焊接后的內(nèi)表面焊接金屬的氫濃度為0,2cc/100g以下。t=(h/16)2Xexp((17000/(273+T))—30)(1)這里，t為加熱時(shí)間〔s)，h為焊接金屬高度〔mm〕，T為加熱溫度rc〕。實(shí)施例下面根據(jù)實(shí)施例就本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。此外，這里4>表示直徑，t表示壁厚。表l表示了鋼管尺寸為4)711X13t、小762X16t、小914X16t、4>1118X19t、4>1219X19t，通過(guò)鋼管強(qiáng)度為8501100MPa、鋼管強(qiáng)度為9001050MPa的UOE成形工藝、輥式折彎?rùn)C(jī)(BR)成形工藝制造鋼管，且按照內(nèi)表面、外表面的順序進(jìn)行縫焊時(shí)的實(shí)施例和比較例。此外，表l的拉伸強(qiáng)度是從母材上以長(zhǎng)度方向?yàn)橹芟蚨厝PI全厚度試片，并進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果。本實(shí)施例使用的UOE鋼管的母材所具有的成分組成以質(zhì)量M計(jì)，含有C:0.08%、Sh0.15%、Mn:1.85%、P:0.011%、S:0.0003%、Ni:0.38o/o、Mo:0.34%、Nb:0.0290/0、Ti:0.013%、Al:0.02o/o、B:0.0008%、N:0.0025%、V:0.059%、Cu:0.10%、Cr:0.45%，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。另外，關(guān)于焊接金屬，所具有的成分組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.061%、Sh0.26%、Mn:1.68%、P:0.01%、S:0%、Ni:2.4%、Cr+Mo+V:1.90/o、Ti:0.020/o、Al:0.013%、B:0.0009%、0:0.015%,余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。此外，關(guān)于上述焊接使用的焊條,所具有的成分組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.041%、Si:0.21%、Mn:1.73%、Ni:4.9%、Cr+Mo+V:4.3%、Ti:0.005%、Al:0.012%以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，而且作為焊接條件的線能量為2.8kJ/mm。橫向裂紋發(fā)生是在外表面焊接結(jié)束后、到擴(kuò)管之間放置72小時(shí)，依據(jù)JISG0584，采用超音波探傷而檢查的。氫濃度的測(cè)量是在內(nèi)表面焊接后，實(shí)施外表面焊接，直到擴(kuò)管工序以前的期間內(nèi)，在外表面焊接后，經(jīng)過(guò)4小時(shí)，在焊接金屬處在常溫附近時(shí)測(cè)量氫濃度。用于測(cè)量氫濃度的試片是截取包含內(nèi)外表面焊接金屬的200mmX200mm的樣品，然后保存在干冰中。從這樣的試樣的內(nèi)表面焊接金屬中截取5mmX5mmX40mm的試片，在45'C保持72小時(shí)的條件下進(jìn)行擴(kuò)散性氫的提取后，用氣相色譜分析法進(jìn)行了測(cè)量。氣相色譜分析法使用按JISZ3118所規(guī)定的鋼焊接部的氫測(cè)量方法中所采用的方法。表1中用3個(gè)試片的平均值表示氫濃度。對(duì)于氫濃度為0.2"/100§以下的鋼管，氫脆開(kāi)裂均沒(méi)有發(fā)生。與此相對(duì)照，當(dāng)氫濃度大于0.2且小于等于0.4cc/100g時(shí)，裂紋發(fā)生的情況和不發(fā)生的情況混合存在，當(dāng)超過(guò)0.4cc/100g時(shí)，對(duì)于全部的鋼管都觀察到裂紋。這里，氫濃度大于0.2且小于等于0.4cc/100g的樣品，含有焊接內(nèi)外表面后，在20(TC實(shí)施保持3分鐘的后加熱處理的情況。關(guān)于氫濃度超過(guò)0.4cc/100g的樣品，則不實(shí)施熱處理。表2表示了鋼管尺寸為4711X13t、d)762X16t、頓4X16t、*1118X19t、4>1219X19t，通過(guò)鋼管強(qiáng)度為8501100MPa的UOE成形工藝、輥式折彎?rùn)C(jī)(BR)成形工藝來(lái)制造鋼管，且按照內(nèi)表面、外表面的順序進(jìn)行縫焊后，實(shí)施了規(guī)定的熱處理時(shí)的實(shí)施例和比較例。正如實(shí)施例1735所示的那樣，當(dāng)在本發(fā)明所需要的加熱時(shí)間以上進(jìn)行加熱時(shí)，氫濃度便為0.2cc/100g以下，氫脆開(kāi)裂不會(huì)發(fā)生，而如比較例3642所示的那樣，在時(shí)間較短的情況下，氫濃度變?yōu)?.2cc/100g以上，從而發(fā)生了裂紋。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>根據(jù)本發(fā)明，可以防止用于天然氣和原油輸送用管線管等的、拉伸強(qiáng)度為850MPa以上的高強(qiáng)度焊接鋼管在焊接部的氫脆開(kāi)裂的發(fā)生。權(quán)利要求1.一種焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊接鋼管，其是將拉伸強(qiáng)度為850MPa以上的鋼板成形為筒狀，并從內(nèi)外表面將對(duì)接部進(jìn)行縫焊，其后進(jìn)行擴(kuò)管或縮管矯正而制作的，其特征在于在所述鋼管的從內(nèi)外表面進(jìn)行的縫焊之中，通過(guò)先行的焊接所形成的焊接金屬的氫濃度在常溫下為0.2cc/100g以下。2.—種焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊接鋼管的制造方法，其特征在于將拉伸強(qiáng)度為850MPa以上的鋼板成形為筒狀，并從內(nèi)外表面將對(duì)接部進(jìn)行縫焊，在所述從內(nèi)外表面進(jìn)行的縫焊之中，使通過(guò)先行的焊接所形成的焊接金屬的氫濃度在常溫下為0.2cc/100g以下，其后進(jìn)行擴(kuò)管或縮管矯正。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊接鋼管的制造方法，其特征在于通過(guò)脫氫處理，使通過(guò)從內(nèi)外表面進(jìn)行的縫焊所形成的焊接金屬的氫濃度在常溫下為0.2cc/100g以下。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊接鋼管的制造方法，其特征在于通過(guò)脫氫處理，在從內(nèi)外表面進(jìn)行的縫焊之中，使通過(guò)先行的焊接所形成的焊接金屬的氫濃度在常溫下為0.2cc/100g以下。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊接鋼管的制造方法，其特征在于脫氫處理的加熱溫度T('C〕為15050(TC的范圍，加熱時(shí)間為根據(jù)焊接金屬高度h〔mm〕和所述加熱溫度T，由下式(1)求出的t〔s)以上。t=(h/16)Vexp(—957/(273+T))(1)全文摘要本發(fā)明提供一種焊接部耐脆化開(kāi)裂特性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊接鋼管、及其制造方法。其中，焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的焊接鋼管的制造方法是一種拉伸強(qiáng)度為850MPa以上、從內(nèi)外表面進(jìn)行縫焊、其后進(jìn)行擴(kuò)管或縮管矯正的焊接鋼管的制造方法，其特征在于在上述鋼管的內(nèi)外表面中，先行的焊接金屬的氫濃度在直到上述矯正的期間，在常溫下為0.2cc/100g以下。焊接金屬的耐氫脆開(kāi)裂特性優(yōu)良的焊接鋼管的特征在于先行的焊接金屬的氫濃度在常溫下為0.2cc/100g以下。文檔編號(hào)C22C38/58GK101128273SQ200680006039公開(kāi)日2008年2月20日申請(qǐng)日期2006年2月22日優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日發(fā)明者原卓也,吉田達(dá)哉,品田功一,寺田好男,朝日均,森本裕,津留英司申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社