專利名稱：彎管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彎管及其制造方法。具體而言，本發(fā)明涉及母材具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的韌性，并且焊接金屬也具有優(yōu)異的韌性，例如相當(dāng)于API規(guī)格XlOO等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管及其制造方法。
背景技術(shù)：
為降低管路的建設(shè)成本，作為大口徑的管路用鋼管主要使用高強(qiáng)度的焊接鋼管。 在既有的管路中，多使用API規(guī)格X70等級(jí)的高強(qiáng)度的焊接鋼管，進(jìn)一步提高了強(qiáng)度的API 規(guī)格X80等級(jí)的焊接鋼管僅有數(shù)例被實(shí)際應(yīng)用。近年，研究了在管路中使用相當(dāng)于API規(guī)格XlOO等級(jí)及相當(dāng)于API規(guī)格X120等級(jí)的、以往還沒(méi)有的超高強(qiáng)度的焊接鋼管?，F(xiàn)在，這些超高強(qiáng)度的焊接鋼管盡管作為管路用鋼管未被標(biāo)準(zhǔn)化，但是，在不久的將來(lái)被正式標(biāo)準(zhǔn)化的可能性提聞。另外，在以下的說(shuō)明中，將“相當(dāng)于API規(guī)格XlOO等級(jí)”、“相當(dāng)于API規(guī)格X120 等級(jí)”省略記為“X100等級(jí)”、“X120等級(jí)”。例如，XlOO等級(jí)的規(guī)格期望為“母材的屈服強(qiáng)度YS 690MPa以上、抗拉強(qiáng)度760MPa以上、屈服比97. 0%以下、在_10°C的擺錘沖擊吸收能80J以上、焊接金屬在-10°C的擺錘沖擊吸收能40J以上、延性斷口率50%以上、焊接熱影響部的-10°C的擺錘沖擊吸收能40J以上、延性斷口率50%以上”。伴隨管路用的焊接鋼管的超高強(qiáng)度化，對(duì)于成為管路的建設(shè)中必不可少的彎管， 要求XlOO等級(jí)以上的超高強(qiáng)度化的可能性提高。但是，超高強(qiáng)度的彎管的制造技術(shù)沒(méi)有充分確立。通過(guò)彎管的制造中必不可少的熱處理，難以同時(shí)提高彎管的強(qiáng)度及韌性的水平。涉及高強(qiáng)度的彎管的發(fā)明以往也有多個(gè)提案(例如，參照專利文獻(xiàn)I 5)。專利文獻(xiàn)I 5公示的發(fā)明，都是通過(guò)規(guī)定進(jìn)行彎曲加工前的鋼管即彎管坯的組成及彎管的制造條件，制造高強(qiáng)度的彎管的發(fā)明。但是，這些發(fā)明沒(méi)有考慮彎管坯和其原料即厚鋼板的制造條件。
(日本)特開平7-3330號(hào)公報(bào) (日本)特開平8-92649號(hào)公報(bào) (日本)特開2003-277831號(hào)公報(bào) (日本)特開2004-332083號(hào)公報(bào) (日本)特開2005-350724號(hào)公報(bào)本發(fā)明者研究的結(jié)果認(rèn)為，根據(jù)這些現(xiàn)有的發(fā)明制造例如XlOO等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管時(shí)，存在彎管的焊接金屬的韌性低，不能得到目標(biāo)韌性的問(wèn)題。說(shuō)明該理由。在彎曲加工后為確保XlOO等級(jí)以上的母材的強(qiáng)度，需要將母材的組成設(shè)定為含有比較多的含量的合金元素的組成。另外，在彎管坯的制造中，為防止擴(kuò)管工序中焊接金屬專利文獻(xiàn)I專利文獻(xiàn)2專利文獻(xiàn)3專利文獻(xiàn)4專利文獻(xiàn)5的破斷，也需要焊接金屬的合金元素的含量比母材的合金元素的含量更多，通過(guò)設(shè)定為所謂的過(guò)配合的組成使焊接金屬的強(qiáng)度比母材的強(qiáng)度更高。因此，要制造例如XlOO等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管，必然地焊接金屬的合金元素的含量相當(dāng)高，由此，彎管的焊接金屬的強(qiáng)度得到相當(dāng)?shù)奶岣摺Ｒ话闱闆r下，強(qiáng)度和韌性成反比，因此，彎管焊接金屬的韌性降低，不能得到目標(biāo)韌性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供母材具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的韌性，并且，焊接金屬也具有優(yōu)異的韌性，例如Xioo等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管及其制造方法。在制造例如XlOO等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管時(shí)，在彎管坯的原料即厚鋼板熱軋后，不用以往慣用的水冷方式，而通過(guò)例如空冷，在700°C以下500°C以上的溫度區(qū)域以不足5°C /sec的板厚方向中心部的冷卻速度進(jìn)行冷卻。由此，與通過(guò)水冷制造的情況比較，能夠使厚鋼板的強(qiáng)度降低到30 IOOMPa左右。因此，能夠一邊維持過(guò)配合的組成，一邊使彎管坯的焊接金屬的強(qiáng)度也降低至30 IOOMPa 左右。接著，將該厚鋼板作為原料，并且，對(duì)焊接金屬的強(qiáng)度也降低至30 IOOMPa左右的的彎管坯進(jìn)行彎曲加工。而且，將之后進(jìn)行的淬火、回火的條件變更為以往的條件，由此， 使彎管的強(qiáng)度比彎管坯的強(qiáng)度提高30 IOOMPa左右。由此，能夠確實(shí)地制造母材同時(shí)具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的韌性，并且，焊接金屬也具有優(yōu)異的韌性，不增加焊接金屬的合金元素的含量的例如XlOO等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管。簡(jiǎn)單地說(shuō)，本發(fā)明是根據(jù)如下的獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)思想產(chǎn)生的發(fā)明，“通過(guò)降低熱軋后的冷卻速度降低強(qiáng)度從而制造厚鋼板，將該厚鋼板作為原料并且焊接金屬的強(qiáng)度也降低， 且一邊維持過(guò)配合的組成一邊制造彎管坯，由此防止在彎管坯的擴(kuò)管工序中焊接金屬的破斷，對(duì)該彎管坯進(jìn)行彎曲加工，另外，變更彎曲加工后的淬火、回火條件而能夠提高彎管的強(qiáng)度，由此，能夠制造母材同時(shí)具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的韌性，并且，焊接金屬也具有優(yōu)異的韌性的例如Xioo等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管”。本發(fā)明提供一種彎管的制造方法，其特征為，通過(guò)熱軋后在700°C以下500°C以上的溫度區(qū)域以不足5°C /sec的板厚方向中心部的冷卻速度進(jìn)行冷卻制造厚鋼板，將該厚鋼板作為原料制造焊接鋼管即彎管坯，將該彎管坯熱彎曲加工后，在700°C以下500°C以上的溫度區(qū)域以5°C /sec以上的壁厚方向中心部的冷卻速度進(jìn)行冷卻，由此，制造母材的抗拉強(qiáng)度比彎管坯的母材的抗拉強(qiáng)度高的彎管。另外，本發(fā)明提供一種彎管的制造方法，其特征為，通過(guò)熱軋后在700°C以下 500°C以上的溫度區(qū)域以不足5°C /sec的板厚方向中心部的冷卻速度進(jìn)行冷卻進(jìn)而制造厚鋼板，制造以該厚鋼板作為原料的焊接鋼管即彎管坯，將該彎管坯加熱至900°C以上 IlOO0C以下的溫度區(qū)域彎曲加工后，在700°C以下500°C以上的溫度區(qū)域以5°C /sec以上的壁厚方向中心部的冷卻速度冷卻到300°C以下的溫度區(qū)域，之后，在300°C以上500°C以下的溫度區(qū)域回火。在這些本發(fā)明的彎管的制造方法中，彎管為XlOO等級(jí)以上的彎管，其具備的母材具有如下的鋼組成，以質(zhì)量％計(jì)具有c :0. 03%以上O. 12%以下(在本說(shuō)明書中，對(duì)于沒(méi)有特別限定的組成的意思是“質(zhì)量％”)、Si :0. 05%以上O. 50%以下、Mn :1.4%以上 2. 2% 以下、S :0. 01% 以下、Mo :0. 05% 以上 I. O % 以下、Al :0. 005% 以上 O. 06% 以下、 N :0. 008% 以下，具有 Cu :0. 05% 以上 I. 0% 以下、Ni :0. 05% 以上 2. 0% 以下或 Cr :0. 05% 以上I. 0%以下中的一種或兩種以上，還具有Nb :0. 005%以上O. 1%以下、V :0. 005%以上 O. 1%以下或Ti :0. 005%以上O. 03%以下中的一種或兩種以上，余量是Fe及雜質(zhì)，通過(guò)下述(I)式求取的碳當(dāng)量Ceq為O. 45%以上。[數(shù)學(xué)式I]Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu+Ni)/15......(I)從其它的觀點(diǎn)考慮，本發(fā)明提供一種XlOO等級(jí)以上的彎管，通過(guò)對(duì)彎管坯進(jìn)行彎曲加工來(lái)制造，其特征為，其具備的母材具有如下的鋼組成，以質(zhì)量％計(jì)具有c :0. 03%以上 O. 12% 以下、Si :0. 05% 以上 O. 50% 以下、Mn :1. 4% 以上 2. 2% 以下、S :0. 01% 以下、 Mo :0. 05% 以上 I. 0% 以下、Al :0. 005% 以上 O. 06% 以下、N :0. 008% 以下，具有 Cu :0. 05% 以上I. 0%以下、Ni :0. 05%以上2. O %以下或Cr :0. 05%以上I. O %以下中的一種或兩種以上，還具有Nb :0. 005%以上O. 1%以下、V :0. 005%以上O. I %以下或Ti :0. 005%以上 O. 03%以下中的一種或兩種以上，余量是Fe及雜質(zhì)，通過(guò)上述(I)式求取的碳當(dāng)量Ceq為 O. 45%以上，強(qiáng)度比所述彎管坯的強(qiáng)度高30MPa以上。在這些本發(fā)明中，作為任意添加元素，彎管的母材也可以含有B :0. 030%以下和/ 或 Ca :0. 005% 以下。在這些本發(fā)明中，優(yōu)選彎管的焊接金屬的B含量為5ppm以下，并且，焊接金屬的O 含量為280ppm以下。在這些本發(fā)明中，“彎管”意思是通過(guò)對(duì)具有母材及焊接金屬的焊接鋼管進(jìn)行彎曲加工得到的彎管。另外，所謂本發(fā)明的“X100等級(jí)以上”意思是具備母材的屈服強(qiáng)度YS: 690MPa以上、抗拉強(qiáng)度760MPa以上的特性。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供母材具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的韌性，并且焊接金屬也具有優(yōu)異的韌性的例如Xioo等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管。因此，能夠?qū)⒎Q為XlOO等級(jí)及X120等級(jí)的超高強(qiáng)度的焊接鋼管作為管路使用，能夠降低管路的建設(shè)成本。


圖I中的線a是定性地表示熱軋后以20°C /sec的冷卻速度水冷制造的彎管坯用的厚鋼板的碳當(dāng)量和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系的圖表(比較例)，線b是定性地表示以不足5°C / sec的冷卻速度空冷制造的彎管坯用的厚鋼板的碳當(dāng)量和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系的圖表(本發(fā)明例)，線d是定性地表示用任一個(gè)厚鋼板制造的彎管坯的焊接金屬的碳當(dāng)量和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系的圖表，另外，線c是定性地表示與用該彎管坯制造的彎管的母材及焊接金屬分別有關(guān)的碳當(dāng)量Ceq(% )和周向的抗拉強(qiáng)度TS (MPa)的關(guān)系的圖表；圖2是表示回火條件(不回火(AsQ)、在350°C回火、在400°C回火、或在450°C回火)和擺錘沖擊沖擊試驗(yàn)的吸收能vE-10deg. °C (J)的關(guān)系的圖表；圖3是表示回火條件(彎管坯、不回火(AsQ)、在350°C回火、在400°C回火、或在 450°C回火)和母材的強(qiáng)度(O. 5% YS, TS)的關(guān)系的圖表；圖4是表示回火條件(彎管坯、不回火(AsQ)、在350°C回火、在400°C回火、或在450°C回火)和焊接金屬的內(nèi)面及外面的強(qiáng)度(YS、TS)的關(guān)系的圖表；圖5是表示淬火溫度和焊接金屬的B含量(24ppm、3ppm)對(duì)碳當(dāng)量為O. 40%的組成的焊接金屬的熱處理后的韌性(在-10°C的擺錘沖擊沖擊試驗(yàn)的吸收能)帶來(lái)的影響的圖表。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式。首先，說(shuō)明在本實(shí)施方式的彎管及其制造方法中限定彎管坯用的厚鋼板、彎管坯或彎管的母材的組成的理由。(C :0· 03% 以上 O. 12% 以下)C是對(duì)提聞強(qiáng)度有效的兀素,為了具有XlOO等級(jí)以上的強(qiáng)度,含有O. 03%以上。另一方面，C含量超過(guò)O. 12%時(shí)，韌性顯著降低，對(duì)母材的機(jī)械特性產(chǎn)生惡劣影響，并且，鋼坯的表面瑕疵的發(fā)生增加。因此，C含量為O. 03%以上O. 12%以下。從同樣的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選C含量上限為O. 08%，優(yōu)選下限為O. 04%。(Si :0· 05 % 以上 O. 50 % 以下)含有的Si作為鋼的脫氧劑，其還用于強(qiáng)化鋼。Si含量不足O. 05%時(shí)脫氧不充分。 另一方面，Si含量超過(guò)O. 50%時(shí)，在焊接熱影響部大量生成條狀馬氏體，韌性顯著降低，彎管的機(jī)械性能降低。于是，Si含量設(shè)定為O. 05%以上O. 50%以下。從同樣的觀點(diǎn)考慮，Si 含量的上限優(yōu)選O. 20%。Si含量?jī)?yōu)選考慮和彎管坯用的厚鋼板的板厚的均衡后決定。(Mn :1. 4% 以上 2. 2% 以下)Mn是同時(shí)提高鋼的強(qiáng)度及韌性的基本元素，為確保強(qiáng)度含有I. 4%以上。但是，Mn 含量超過(guò)2. 2%時(shí)，焊接金屬的韌性降低，并且彎管的母材及焊接熱影響部的韌性也降低。 因此，Mn含量設(shè)定為1. 4 %以上2. 2 %以下。從同樣的觀點(diǎn)考慮，Mn含量的上限優(yōu)選2.0%， 下限優(yōu)選1.45%。(S :0.01% 以下)S含量超過(guò)O. 01%時(shí)母材的韌性劣化。因此，S含量設(shè)定為O. 01%以下。從同樣的觀點(diǎn)考慮S含量的上限優(yōu)選O. 004%。(Mo :0· 05% 以上 I. O % 以下)Mo含有O. 05%以上，抑制彎管的母材及焊接熱影響部的韌性的劣化，并且，提高彎管的母材及焊接部的強(qiáng)度。但是，Mo含量超過(guò)1.0%時(shí)，彎管的現(xiàn)場(chǎng)周圍焊接性及焊接熱影響部的韌性劣化。于是，Mo含量設(shè)定為O. 05%以上I. 0%以下。從同樣的觀點(diǎn)考慮，Mo 含量的上限優(yōu)選O. 40%，下限優(yōu)選O. 10%。(Al :0· 005 % 以上 O. 06 % 以下)Al和Si同樣，含有O. 005%以上，作為鋼的脫氧材料發(fā)揮作用。但是，Al只要含有 O. 06%就可得到充分的脫氧效果，含量超過(guò)此量時(shí)成本上升。于是，Al含量設(shè)定為O. 005% 以上O. 06%以下。從同樣的觀點(diǎn)考慮，Al含量的上限優(yōu)選O. 050%，下限優(yōu)選O. 010%。(N :0.008% 以下)N和V及Ti等形成氮化物提高高溫強(qiáng)度。但是，N含量超過(guò)O. 008%時(shí)，與Nb、V 及Ti同時(shí)形成碳氮化物，母材及焊接熱影響部的韌性降低。因此，N含量設(shè)定為O. 008%以下。從同樣的觀點(diǎn)考慮，N含量的上限優(yōu)選O. 0050%。
(Cu :0. 05% 以上 1.0% 以下、Ni :0. 05% 以上 2. 0% 以下或 Cr :0. 05% 以上 1.0% 以下中的一種或兩種以上)Cu、Ni或Cr都含有O. 05%以上，由此，通過(guò)固溶強(qiáng)化和淬透性的增大效果導(dǎo)致的組織變化，不會(huì)大大損失韌性而能夠提高強(qiáng)度。但是，Cu含量超過(guò)1.0%時(shí)，在鋼坯的表面瑕疵處發(fā)生有害Cu裂紋，因此，需要在低溫加熱鋼坯，制造條件被限制。因此，Cu含量設(shè)定為O. 05%以上I. 0%以下。另外，Ni具有抑制彎管的母材及焊接熱影響部的韌性劣化的作用，但是，Ni含量超過(guò)2. 0%時(shí)，成本顯著上升。因此，Ni含量設(shè)定為O. 05%以上2. 0%以下。另外，Cr含量超過(guò)1.0%時(shí)，焊接熱影響部的韌性降低。因此，Cr含量設(shè)定為 O. 05%以上I. 0%以下。Cu、Ni或Cr可單獨(dú)含有一種或含有兩種以上。(Nb :0· 005 % 以上 O. I % 以下、V :0· 005 % 以上 O. I % 以下、或 Ti 0. 005 % 以上
O. 03%以下中的一種或兩種以上)Nb、V或Ti都含有O. 005%以上，由此，伴隨析出強(qiáng)化及淬透性的增大導(dǎo)致的強(qiáng)度上升或晶粒細(xì)化，有韌性大大改善的效果。尤其是，Ti生成TiN，抑制焊接熱影響部的晶粒成長(zhǎng)而提高韌性。但是，過(guò)量含有Ti時(shí)，焊接金屬的韌性降低。于是，Nb含量設(shè)定為O. 005 % 以上O. 1%以下，V含量設(shè)定為O. 005%以上O. 1%以下，另外，Ti含量限定為O. 005%以上
O.03%以下。Nb、V或Ti可單獨(dú)含有一種或復(fù)合含有兩種以上。在這些必須元素的基礎(chǔ)上，另外也可以根據(jù)需要含有一種或兩種以上以下說(shuō)明的任意添加元素。(B :0.030% 以下)B使鋼的淬透性顯著提高。但是，B含量超過(guò)0.0030%時(shí)，焊接性降低。于是，在含有B的情況下，其含量設(shè)定為O. 030%以下。為確實(shí)得到淬透性的提高效果，優(yōu)選B含量為O. 005%以上。(Ca :0. 005% 以下)Ca對(duì)夾雜物的球化有效，防止氫裂紋及層狀撕裂。但是，Ca含量超過(guò)O. 005%時(shí)該效果飽和。于是，在含有Ca的情況下，其含量設(shè)定為O. 005%以下。除了上述以外的組成為Fe及雜質(zhì)。與以上說(shuō)明的組成一起，彎管坯用的厚鋼板、彎管坯或彎管的母材的碳當(dāng)量Ceq、 彎管坯或彎管的焊接金屬的B含量及O含量都對(duì)用于制造例如稱為XlOO等級(jí)以上的高強(qiáng)度及高韌性的彎管是重要的。于是，對(duì)于這些也進(jìn)行說(shuō)明。(碳當(dāng)量Ceq :0.45% 以上)為確保例如稱為XlOO等級(jí)以上的超高強(qiáng)度，碳當(dāng)量Ceq設(shè)定為O. 45%以上。從同樣的觀點(diǎn)考慮，碳當(dāng)量Ceq優(yōu)選O. 48%以上。另外，碳當(dāng)量Ceq通過(guò)下式設(shè)定。[數(shù)學(xué)式2] Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /6+ (Cu+Ni)/15(焊接金屬的B含量5ppm以下(無(wú)硼)、O含量280ppm以下)
降低彎管坯的強(qiáng)度影響焊接金屬的韌性的提高。另外，影響冶金的焊接金屬的韌性的提高的因素，在彎管坯的焊接金屬中是B含量及O含量。B含量及O含量都依賴于焊接時(shí)的焊劑成分。為得到目標(biāo)韌性，焊接金屬的O含量?jī)?yōu)選盡可能的低，例如優(yōu)選設(shè)定為280ppm以下。為降低焊接金屬的O含量，在焊接時(shí)只要使用堿性高的焊劑即可。為防止韌性的降低，到X70等級(jí)的直管的UOF鋼管的有縫焊接金屬的B含量一般為IOppm以上30ppm以下。由此，抑制晶界鐵素體的析出，可得到均勻的針狀鐵素體組織， 防止韌性的降低。但是，超過(guò)X70等級(jí)的超高強(qiáng)度的UOF鋼管的焊接金屬反倒不含B，韌性提高，故而是理想的。該理由為，通過(guò)淬透性的增加，即使不含有B也能夠充分防止晶界鐵素體的析出，而且，含有B時(shí)反倒促進(jìn)組織的板條化而韌性降低。下面，說(shuō)明本實(shí)施方式的彎管的制造方法。在本實(shí)施方式中，對(duì)具有上述鋼的組成的鋼片通過(guò)眾所周知的慣用的方法進(jìn)行熱軋。而且，在熱軋后，在700°C以下500°C以上的溫度區(qū)域以不足5°C /sec的壁厚方向中心部的冷卻速度進(jìn)行冷卻，由此，制造彎管坯用的厚鋼板。要利用目前的制造方法制造例如XlOO等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管，使用含有大量合金元素的被軋制材料，在結(jié)束熱軋后進(jìn)行水冷，例如以20°C /sec以上的高的冷卻速度淬火，由此，使彎管坯的原料即厚鋼板超高強(qiáng)度化。而且，將該厚鋼板作為原料制造焊接鋼管即彎管坯。為防止其制管時(shí)在擴(kuò)管工序焊接金屬的破斷，使焊接金屬的強(qiáng)度比超高強(qiáng)度化的母材的強(qiáng)度更高。因此，通過(guò)目前的制造方法制造例如XlOO等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管時(shí)，彎管的焊接金屬的強(qiáng)度過(guò)度上升，伴隨此，彎管的焊接金屬的韌性不可避免的降低。與之相對(duì)，在本實(shí)施方式中，不特別提高彎管坯用的厚鋼板的合金元素的含量，通過(guò)在熱軋后在700°C以下500°C以上的溫度區(qū)域以不足5°C /sec的板厚方向中心部的冷卻速度進(jìn)行冷卻，制造彎管坯用的厚鋼板。由此，能夠使彎管坯用的厚鋼板的強(qiáng)度比熱軋后水冷的情況30MPa以上IOOMPa以下的范圍降低。與此對(duì)應(yīng)，彎管坯的焊接金屬的強(qiáng)度也能夠比熱軋后水冷的情況30MPa以上IOOMPa以下的范圍低。因此，能夠充分確保彎管的焊接金屬的韌性。在本實(shí)施方式中，將這樣制造的厚鋼板作為原料，通過(guò)例如UOF制管法等眾所周知的、慣用的方法制造焊接鋼管即彎管坯。彎管坯的制管法不必要限定特定的方法。另外， 這種制管法對(duì)從業(yè)者而言是眾所周知的，因此省略其說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，在這樣制造彎管坯的階段，彎管坯的強(qiáng)度是最終的目標(biāo)即比例如XlOO等級(jí)以上的強(qiáng)度30 IOOMpa低。但是，如后述，通過(guò)優(yōu)化彎曲加工后進(jìn)行的淬火、 回火的條件，能夠使彎管的強(qiáng)度比彎管坯的強(qiáng)度約30 IOOMpa更高，因此，能夠制造例如 XlOO等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管。在本實(shí)施方式中，將這樣制造的彎管坯加熱至900°C以上1100°C以下的溫度區(qū)域彎曲加工后，在700°C以下500°C以上的溫度區(qū)域以5°C /sec以上的壁厚方向中心部的冷卻速度冷卻到300°C以下的溫度，之后，在300°C以上500°C以下的溫度范圍回火，即在300°C 以上500°C以下的溫度范圍進(jìn)行時(shí)效處理。彎曲加工以眾所周知、慣用的方式，按照彎管坯的焊接金屬位于彎曲加工部的內(nèi)側(cè)的方式進(jìn)行。在本實(shí)施方式中，為解決伴隨成為特別是稱為XlOO等級(jí)以上的超高強(qiáng)度而成為困難的彎管的焊接金屬的韌性的降低，使彎管坯用的厚鋼板的熱軋后冷卻條件與目前的不同而制造彎管坯，并且，彎曲加工后的淬火、回火的條件也和目前的淬火、回火條件不同而
制造彎管。在此，作為彎曲加工后的熱處理，在900°C以上1100°C以下加熱后，在700°C以下 500°C以上的溫度區(qū)域以5°C /sec以上的壁厚方向中心部的冷卻速度冷卻到300°C以下，例如進(jìn)行直至室溫的冷卻，之后，在300°C以上500°C以下的低溫進(jìn)行回火。在300°C以上500°C以下的低溫范圍，位錯(cuò)不能自由移動(dòng)。因此，位錯(cuò)只通過(guò)滲碳體充分牽制。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，不需要發(fā)揮位錯(cuò)的連接作用的析出物，因此，幾乎不降低抗拉強(qiáng)度，而能夠只提高屈服強(qiáng)度。根據(jù)本實(shí)施方式，采用適當(dāng)?shù)某煞窒到档蛷澒芘鞯膹?qiáng)度，并且，通過(guò)在彎曲加工后進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚韺?shí)現(xiàn)彎管的超高強(qiáng)度化。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，不伴隨大量含有合金元素帶來(lái)的成本的上升，能夠制造母材具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的韌性，并且焊接金屬也具有優(yōu)異的韌性的例如Xioo等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管。本實(shí)施方式與保留了確保彎曲加工后的強(qiáng)度及韌性為重點(diǎn)的淬火即省略回火的目前的發(fā)明、和為確保彎曲加工后的高強(qiáng)度及高韌性在高溫進(jìn)行回火的目前的發(fā)明等不同。本實(shí)施方式，將熱軋后在700°C以下500°C以上的溫度區(qū)域以不足5°C /sec的板厚方向中心部的冷卻速度冷卻制造的厚鋼板作為原料使用，制造彎管坯。因此，能夠降低厚鋼板的強(qiáng)度，伴隨此，彎管的焊接金屬的強(qiáng)度也能夠降低。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠大幅提高將熱軋后水冷而制造的厚鋼板作為原料的彎管的母材的強(qiáng)度不可避免的提高而造成的降低的焊接金屬的韌性。因此，事實(shí)上能夠消除例如XlOO等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管的技術(shù)課題即焊接金屬的韌性的降低。圖I中的線a是定性地表示熱軋后以20°C /sec的冷卻速度水冷制造的彎管坯用的厚鋼板的碳當(dāng)量和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系的圖表(比較例)，線b是定性地表示以不足5°C / sec的冷卻速度空冷制造的彎管坯用的厚鋼板的碳當(dāng)量和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系的圖表(本發(fā)明例)，線d是定性地表示用任何一個(gè)厚鋼板制造的彎管坯的焊接金屬的碳當(dāng)量和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系的圖表，另外，線c是定性地表示與用該彎管坯制造的彎管的母材及焊接金屬分別有關(guān)的碳當(dāng)量Ceq(% )和周向的抗拉強(qiáng)度TS(MPa)的關(guān)系的圖表。如同圖的圖表所示，以制造滿足XlOO等級(jí)的超高強(qiáng)度的彎管的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。首先，作為厚鋼板的母材的組成選擇碳當(dāng)量為A的成分時(shí)，彎管坯的母材的強(qiáng)度原料即厚鋼板制造時(shí)采用水冷(例如冷卻速度20°C /sec)時(shí)為白三角，在采用空冷(例如冷卻速度5°C/sec)時(shí)為黑三角。另外，焊接金屬的強(qiáng)度為防止在彎管坯的制管工序中的破斷，需要比母材的強(qiáng)度高。在線d上與由白三角表示的母材的強(qiáng)度相對(duì)的焊接金屬的強(qiáng)度是白圓圈，其組成為碳當(dāng)量為B的成分。與之相對(duì)，與黑三角相對(duì)的彎管坯的焊接金屬也考慮線d所示的彎管的強(qiáng)度時(shí)用黑圓圈表示，其組成成為碳當(dāng)量為C的成分。從圖I所示的圖表可看出，由于彎管坯的原料即厚鋼板的熱軋后的冷卻條件的不同，該厚鋼板的強(qiáng)度發(fā)生大的變化，因此，與此相對(duì)的焊接金屬的強(qiáng)度及成分也大不相同。一般而言，強(qiáng)度及韌性為反比例，因此可知，具有碳當(dāng)量為B的成分的彎管的焊接金屬的韌性比具有碳當(dāng)量為B的成分的彎管的焊接金屬的韌性低很多。這樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠使彎管坯的焊接金屬的合金元素的含量從碳當(dāng)量為B的成分向碳當(dāng)量為C的成分大幅降低，因此，能夠大幅提高彎管的焊接金屬的韌性。這樣，根據(jù)本實(shí)施方式能夠制造母材具有高強(qiáng)度和優(yōu)異韌性，并且焊接金屬也具有優(yōu)異的韌性的例如Xioo等級(jí)以上的超高強(qiáng)度的彎管。具體而言，通過(guò)本實(shí)施方式制造的 XlOO等級(jí)以上的彎管具有母材的屈服強(qiáng)度YS 690MPa以上、抗拉強(qiáng)度760MPa以上、屈服比97. O %以下、在-10°C的擺錘沖擊吸收能80J以上、焊接金屬在-10°C的擺錘沖擊吸收能40J以上、延性斷口率50%以上，另外，焊接熱影響部的-10°C的擺錘沖擊吸收能40J 以上、延性斷口率50%以上的性能。接著，為確認(rèn)本實(shí)施方式的效果，進(jìn)行了如下說(shuō)明的直線加熱試驗(yàn)。在實(shí)際制造彎管進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)需要的成本的上升大。該直線加熱試驗(yàn)為評(píng)價(jià)從實(shí)際的彎管制造工序中除去彎曲加工工序之外制造的直管的機(jī)械特性的試驗(yàn)，能夠比較便宜且容易地判定彎管的制造工序中熱處理?xiàng)l件的有效性。具體而言，直線加熱試驗(yàn)應(yīng)用將熱軋后以25V /sec的冷卻速度水冷得到的厚鋼板作為原料制造的彎管坯，不彎曲加工進(jìn)行淬火，之后，通過(guò)不回火、在350、400或450°C回火溫度回火進(jìn)行。直線加熱試驗(yàn)應(yīng)用的彎管坯為外徑914mm、壁厚16mm的UOE鋼管。表I表示該彎管坯的母材及焊接金屬的組成。表2表示該彎管坯的母材、焊接金屬及焊接熱影響部的各種機(jī)械特性。[表I]
權(quán)利要求
1.一種彎管的制造方法，其特征在于，通過(guò)熱軋后在700 500°C溫度區(qū)域以低于 5°C /sec的板厚方向中心部的冷卻速度進(jìn)行冷卻而制造厚鋼板，制造以該厚鋼板作為原料的焊接鋼管即彎管坯，將該彎管坯熱彎曲加工后，在700 500°C溫度區(qū)域以5°C/sec以上的壁厚方向中心部的冷卻速度進(jìn)行冷卻，由此，制造母材的抗拉強(qiáng)度比所述彎管坯的母材的抗拉強(qiáng)度高的彎管，其中，所述彎管具備具有如下鋼組成的母材，該鋼組成以質(zhì)量％計(jì)具有C:0. 03 O. 12 %, Si 0. 05 O. 50 %, Mn 1. 4 2. 2 %、S 0. 01 % 以下、Mo 0. 05 I. O %、Al : O. 005 O. 06 %、N :0· 008 % 以下，還具有 Cu 0. 05 I. O %、Ni :0· 05 2. O % 或 Cr : O. 05 I. 0%中的一種或兩種以上，并且，還具有Nb 0. 005 O. 1%, V 0. 005 O. 1%或 Ti 0. 005 O. 03%中的一種或兩種以上，余量是Fe及雜質(zhì)，并且，通過(guò)下述式求得的碳當(dāng)量Ceq為O. 45%以上，[數(shù)學(xué)式3]Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu+Ni) /15
2.—種彎管的制造方法，其特征在于，通過(guò)熱軋后在700 500°C溫度區(qū)域以低于 5°C /sec的板厚方向中心部的冷卻速度進(jìn)行冷卻而制造厚鋼板，制造以該厚鋼板作為原料的焊接鋼管即彎管坯，將該彎管坯加熱至900°C以上1100°C以下的溫度區(qū)域進(jìn)行彎曲加工后，在700 500°C溫度區(qū)域以5°C /sec以上的壁厚方向中心部的冷卻速度冷卻到300°C以下的溫度區(qū)域，之后，在300°C以上500°C以下的溫度區(qū)域進(jìn)行回火，其中，所述彎管具備具有如下鋼組成的母材，該鋼組成以質(zhì)量％計(jì)具有C:0. 03 O. 12 %, Si 0. 05 O. 50 %、Mn :1· 4 2. 2 %、S 0. 01 % 以下、Mo 0. 05 I. O %、Al : O. 005 O. 06 %、N :0· 008 % 以下，還具有 Cu 0. 05 I. O %、Ni :0· 05 2. O % 或 Cr : O. 05 I. 0%中的一種或兩種以上，并且，還具有Nb 0. 005 O. 1%, V 0. 005 O. 1%或 Ti 0. 005 O. 03%中的一種或兩種以上，余量是Fe及雜質(zhì)，并且，通過(guò)下述式求得的碳當(dāng)量Ceq為O. 45%以上，[數(shù)學(xué)式3]Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu+Ni) /15
3.如權(quán)利要求I或2所述的彎管的制造方法，其中，所述彎管的母材含有B0. 030質(zhì)量％以下。
4.如權(quán)利要求I所述的彎管的制造方法，其中，所述彎管的母材含有Ca0. 005質(zhì)量％ 以下。
5.如權(quán)利要求2所述的彎管的制造方法，其中，所述彎管的母材含有Ca0. 005質(zhì)量％ 以下。
6.如權(quán)利要求3所述的彎管的制造方法，其中，所述彎管的母材含有Ca0. 005質(zhì)量％ 以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種彎管，母材同時(shí)具有高的強(qiáng)度和優(yōu)異的韌性，并且焊接金屬也具有優(yōu)異的韌性，例如相當(dāng)于API規(guī)格X100等級(jí)以上的彎管。通過(guò)熱軋后在700～500℃以不足5℃/sec的板厚方向中心部的冷卻速度進(jìn)行冷卻制造厚鋼板，將該厚鋼板作為原料制造焊接鋼管即彎管坯，將該彎管坯加熱到900～1100℃彎曲加工后，在700～500℃以5℃/sec以上的壁厚方向中心部的冷卻速度冷卻到300℃以下的溫度區(qū)域，之后，在300～500℃進(jìn)行回火，由此制造相當(dāng)于API規(guī)格X100等級(jí)以上的彎管。
文檔編號(hào)C22C38/46GK102605276SQ201210075809
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者山本昭夫, 濱田昌彥, 高橋伸彰 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社