超高强度UOE钢管及其制造方法技术

一种管周向的强度具有７５０ＭＰａ以上、９００ＭＰａ以下的超高强度，母材和热影响部的韧性和接头破坏特性优异，周焊接性也良好的管线用ＵＯＥ钢管，含有Ｃ：０．０３～０．０８％、Ｍｎ：１．７０～２．２％、Ｓ：０．００２０％以下、Ｔｉ：０．００５～０．０２５％、Ｎ：０．００５０％以下，具有下述规定的碳当量（Ｃｅｑ）为０．５０％以上、焊接裂纹敏感性指数（Ｐｃｍ）为０．２４％以下的组成，由热轧后的水冷停止温度为３５０℃以上的热轧钢板制造：Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５；Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋Ｂ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及管周向强度(TS)为750MPa以上、900MPa以下的、强度·韧性平衡优异，耐接头破坏特性也优异的超高强度UOE钢管及其制造方法。
技术介绍
近年来管道的成本压缩的愿望加大，以制造技术的进步为背景，作为管线(pipe line)而铺设的钢管，实现其高强度化的这一倾向增强。以前，由美国石油协会(API)规格化了的钢种达到X80级(grade)，其被实际应用于管线。目前更高强度的X100级(相当于管周向强度≥750MPa)的规格化和实用化的研究得以推进。将这种超高强度钢实际应用于管线用的钢管时，出于破坏安全性的考虑，与现有钢所实现的水平相比较，要求其具有相当高水平的韧性。因此，就要求能够并存超高强度与超高韧性的钢管和能够制造它的母材钢。在特开平8-209290号公报和特开平8-209291公报中，公开了含有高Mn+高Mo系成分的高强度钢管，前者中公开的是实施回火处理，后者中公开的是实施2相域轧制。特开平9-31536号公报也同样公开了具有Mn+高Mo系成分的高强度钢管，但是其所公开的是母材强度相当于950MPa以上的X120级的超高强度钢管。特开2000-199036号公报中公开了钢管强度为900MPa以上的超高强度钢管。特开平8-199192号公报中也公开了高强度钢管，但此钢管其母材组织的马氏体分率为90％以上，在实施例中也有母材强度900MPa以上的超高强度钢被使用。这里，钢管强度和母材钢强度相同，另外钢管强度在管周向测定的结果，即为管周向强度。
技术实现思路
但是，上述的现有技术主要意思均是确保强度，关于母材的韧性和接头热影响部(HAZ)的韧性并未充分公开。超过X80级的高强度钢特别要求的、充分满足均衡的强度·韧性特性和耐接头破坏特性的高强度钢至少尚不存在。实际上，本专利技术作为对象的关于强度范围内的接头破坏特性和韧性的双方，在上述的各专利文献中均未提及。根据本专利技术，为了使UOE钢管的耐接头破坏特性提高，而使碳当量(Ceq)处于历来未曾应用过的高范围。由此，能够使进行潜弧焊(submerged arc welding)的UOE钢管固有的现象，即焊接时的HAZ软化进一步降低。另一方面，若考虑到管线现场铺设时的周焊接性，则要求能够实现低焊接裂纹敏感指数(Pcm)的均衡的成分设计。此外，随着钢变为高强度，对HAZ和母材的韧性要求也变高。关于这点，尤其为了HAZ韧性的提高而必须降低Ti和N，同时为了母材韧性的提高而需要降低S。通过考虑以上几点的成分设计，发现在制作强度级别控制在750MPa以上、900MPa以下(相当于X100级)的UOE钢管时，其具有非常良好的耐接头破坏特性和韧性。这时，确认到若使热轧后的水冷的冷却停止温度处于350℃以上，则能够满足X100级所要求的150J这一非常高的耐破坏韧性值。从一个侧面讲，本专利技术是一种UOE钢管母材化学组成以质量％计，含有C0.03～0.08％、Mn1.70～2.2％、S0.0020％以下、Ti0.005～0.025％、N0.0050％以下，根据情况还含有从下述(i)至(iv)中选择出的至少1种元素，余量由铁和不可避免的杂质组成，下述所定义的碳当量(Ceq)为0.50％以上，焊接裂纹敏感性指数(Pcm)为0.24％以下，管周向强度为750MPa以上、900MPa以下，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+B，Ceq＝碳当量、Pcm＝焊接裂纹敏感性指数，式中的各元素符号意思是该元素以质量％计的含量，(i)Si0.05～0.50％及Al0.06％以下的1种或2种，(ii)Cu1.0％以下、Ni2.0％以下、Cr1.0％以下、Nb0.1％以下及V0.1％以下的1种或2种以上，(iii)Mo1.0％以下，(iv)Ca0.005％以下。本专利技术的UOE钢管所要求显示出的破坏韧性为，母材和焊接热影响部(HAZ)在-10℃下的摆锤吸收能达到150J以上。从另一侧面出发，本专利技术是一种制造上述碳当量(Ceq)为0.50以上，接裂纹敏感性指数(Pcm)为0.24％以下，管周向强度为750MPa以上、900MPa以下的UOE钢管的制造方法是将具有上述化学组成的钢板进行热轧后，使水冷停止温度为350℃以上进行水冷，对得到的钢板进行U型挤压和O型挤压，再经焊接和扩管而得到UOE钢管。UOE钢管的焊接遵循常规方法通过潜弧焊进行。根据本专利技术，将经过高碳当量(Ceq)调节的钢管制造成为750MPa以上、900MPa以下的强度，由此进行潜弧焊的UOE钢管所固有的接头的HAZ软化得以降低，UOE钢管的耐接头破坏特性显著改善。另一方面，通过降低S、Ti、N的含量，能够确保母材和HAZ的韧性。本专利技术的UOE钢管，由于能够通过与现有的X80级以下的UOE钢管相同的条件来制造，所以既能够维持与现有的UOE钢管同等的生产效率，又能够制造超高强度的UOE钢管。因此，能够显著降低超高强度的UOE钢管的制造成本。附图说明图1表示钢中S含量与母材的韧性(-10℃的摆锤吸收能)的关系的曲线图。具体实施例方式为了使API规格也未规定的超高强度钢适用于实际的管线，在把(1)破坏安全性和(2)周焊接性列入考虑后，就必须提供具有与铺设环境相合的性能的管道。特别是输送天然气和石油的长距离管线若是有破坏发生必然导致重大事故。在破坏的方式上有脆性破坏和延性破坏。在脆性破坏中，相对于以500m/sec以上的超高速传播破坏来说，来自延性破坏的破坏传播速度小至300m/sec以下。因此，为了使钢管适用于实际的管线，母材具有在使用环境下演变为像延性破坏这样的韧性是大前提。此外，关于韧性的要求水平，如HLP委员会(日本的破坏研究机构)提倡的，即使有高速延性破坏发生时，该破坏的传播也要在一定距离以内得到阻止，因此随着钢变为高强度，就需要更高的破坏韧性值。所需要的破坏韧性值(-10℃下的摆锤吸收能)也依存于强度的品级、钢管的尺寸和内部的压力等，但是在X100级钢中，不是一般钢(APIX70级)所要求的40～50J，而是要求在150J以上。因此，X100级钢要求高强度的同时还要求有如此高的破坏韧性值。关于破坏安全性，能够通过在管周向施加力时的断裂位置来评价。该断裂位置大致分为母材、焊接金属部和焊接热影响部(HAZ)三种。母材断裂时，如上述如果充分确保了韧性，则演变为延性破坏。焊接金属部断裂时，也有成为延性破坏的状况，但是发生脆性破坏的情况占大多数。因此，需要绝对防止焊接金属部的断裂。一般来说，是通过使焊接金属的强度在母材以上(处于过度)来防止焊接金属部的断裂。HAZ部的断裂这一现象尤其会出现在700MPa以上的高强度钢中。本专利技术的钢特别在该HAZ断裂的防止上具有重大效果。被认为可防止HAZ断裂的方法有如下(1)使焊接金属部的强度处于母材强度以上(确保过度)，(2)为了缩小HAZ的面积而极力减小焊接输入热量，(3)提高HAZ的强度，(4)控制焊接部形状，就是降低焊接趾部的应力集中。在本专利技术中，为了确保HAZ的强度而提高Ceq。HAZ部是由于热影响而一度熔化又再凝固或相变了的组织。为了使HAZ的强度上升，有效的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＵＯＥ钢管，其特征在于，母材化学组成以质量％计，含有Ｃ：０．０３～０．０８％、Ｍｎ：１．７０～２．２％、Ｓ：０．００２０％以下、Ｔｉ：０．００５～０．０２５％、Ｎ：０．００５０％以下，余量由铁和不可避免的杂质构成，通过使下述所定义的碳当量Ｃｅｑ为０．５０％以上、及焊接裂纹敏感性指数Ｐｃｍ为０．２４％以下，从而管周方向强度为７５０ＭＰａ以上，９００ＭＰａ以下，Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５；Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２ ０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋Ｂ；Ｃｅｑ＝碳当量、Ｐｃｍ＝焊接裂纹敏感性指数，式中的各元素符号表示该元素以质量％计的含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥伸彰，三浦充，山本昭夫，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]