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变形性能和低温韧性优良的高强度钢管以及制造方法
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-11-11
新日铁住金公司研发了一种用于输送天然气、原油的高强度钢管，其具有优良的变形性能和低温韧性，特别适用于地基变动等变形容许极限较大的地区。
新日铁住金公司研发了一种用于输送天然气、原油的高强度钢管，其具有优良的变形性能和低温韧性，特别适用于地基变动等变形容许极限较大的地区。
下面就本项技术的钢板制造方法进行介绍。
近年来，由于天然气、原油的长距离输送的需要，强度高的管线钢管，受到关注需求量增大。管线钢管的铺设的环境多种多样，例如铺设于产生冻土地带中的夏天和冬天的地基变动、由海底的海流引起的外压、由地震引起的地层变动等的环境下。在这样的环境下，有时因地基变动等使管线钢管产生弯曲和位移，因而要求即使在管线钢管变形的情况下，也难以产生压曲等的变形性能优良的钢管。
在之前的技术中，衡量变形性能优良的钢管的参数主要是加工硬化指数（n值），以及屈服强度与抗拉强度之比即屈服。然而，在冻土地带等寒冷地区使用的管线钢管，要求低温韧性优良，但对于得到变形性能、低温韧性优良的钢板、钢管的技术，并没有进行充分的研究。本项目就是对上述问题的研究，其研究成果可以抑制变形时壁厚的减少量、且变形性能和低温韧性优良的高强度钢板、高强度钢管以及它们的制造方法。
新日铁住金的技术人员为解决上述难题进行了研究，其结果发现通过调整兰克福特（Lankford）值，可以使管线钢的变形性能提高。以前，对于管线钢管等中使用的钢板和钢管，并没有进行着眼于因地基变动等引起的变形时壁厚的减少量的研究。作为评价变形时壁厚的减少量的指标值，为人所知的是汽车用钢板等领域的兰克福特值。对于管线等中使用的钢板和钢管，尚未提出着眼于兰克福特值而以谋求变形性能的提高为目的的技术。
研究结果获得了如下的理论：1）在得到变形性能和低温韧性优良的高强度钢板以及高强度钢管方面，使具有规定的结晶方位的织构的量最优化，而且使有效晶体粒径的大小最优化是特别有效的。2）在使具有规定的结晶方位的织构的量最优化方面，热轧时控制以压下率为代表的各种制造条件是特别有效的，特别地，再结晶温度以上的温度区域中每一个道次的轧制的压下率是非常重要的。本研究项目是基于上述的理论而进行研究的结果，其技术要点如下所述：
（1）一种变形性能和低温韧性优良的高强度钢板，其特征在于：以质量%计，含有C：0.03～0.08%、Si：0.01～0.50%、Mn：1.50～2.50%、P：0.015%以下、S：0.0050%以下、Al：0.001～0.080%、N：0.0010～0.0060%、Ti：0.005～0.030%、Nb：0.010～0.050%，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成；由下述式（A）表示的Ceq为0.35～0.50%，由下述式（B）表示的Pcm为0.15～0.25%，所述高强度钢板由铁素体和选自贝氏体以及马氏体之中的任1种或者2种的复合组织构成，壁厚中心部的有效晶体粒径为20μm以下；在壁厚中心部，与板面平行的｛111｝面的X射线随机强度比为0.5～5.0，｛554｝面的X射线随机强度比为1.0～3.0，｛100｝面的X射线随机强度比为3.0以下，｛112｝面以及｛223｝面各自的X射线随机强度比为0.5～4.0；壁厚为25mm以上，抗拉强度为565MPa以上。
Ceq＝C＋Mn/6＋（Ni＋Cu）/15＋（Cr＋Mo＋V）/5 （A）
Pcm＝C＋Si/30＋（Mn＋Cu＋Cr）/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B（B）
这里，C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、V、Si、B为各元素的以质量%计的含量。
（2）与钢板的轧制方向成45°角的方向的兰克福特值rD和板宽度方向的兰克福特值rC分别为1.0以上。与钢板的轧制方向成45°角的方向的兰克福特值rD和板宽度方向的兰克福特值rC越大，变形性能越是提高。在钢板、钢管的变形时，为了减少因壁厚的减少而产生压曲等的可能性，rD、rC优选为1.0以上，如果在1.1以上，则是更为优选的。
（3）根据上述（1）所述的变形性能和低温韧性优良的高强度钢板，其特征在于：以质量%计，进一步含有选自V：0.010～0.100%、Ni：1.0%以下、Cu：1.0%以下、Cr：1.0%以下、Mo：1.0%以下、B：0.0001～0.0020%、Ca：0.0040%以下、Mg：0.0010%以下、REM：0.005%以下中的1种或者2种以上的元素。
（4）一种变形性能和低温韧性优良的高强度钢板的制造方法，其特征在于：在1000～1150℃的加热温度下对钢坯进行加热；接着在再结晶温度以上的温度区域，将每1个道次的压下率在所述加热温度为1000℃以上且低于1050℃时设定为5～10%、在所述加热温度为1050℃～1150℃时设定为10～15%，进而将累计压下率设定为35%以上而进行轧制；接着在Ar相变点以上且低于再结晶温度的温度区域，将累计压下率设定为70～80%而进行轧制；接着将Ar相变点－50℃以上且低于Ar相变点的温度区域设定为冷却开始温度，将200～500℃的温度区域设定为冷却终止温度而进行水冷；其中，所述钢坯以质量%计，含有C：0.03～0.08%、Si：0.01～0.50%、Mn：1.50～2.50%、P：0.015%以下、S：0.0050%以下、Al：0.001～0.080%、N：0.0010～0.0060%、Ti：0.005～0.030%、Nb：0.010～0.050%，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成；由下述式（A）表示的Ceq为0.35～0.50%，由下述式（B）表示的Pcm为0.15～0.25%。
Ceq＝C＋Mn/6＋（Ni＋Cu）/15＋（Cr＋Mo＋V）/5 （A）
Pcm＝C＋Si/30＋（Mn＋Cu＋Cr）/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B（B）
这里，C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、V、Si、B为各元素的以质量%计的含量。
进一步含有V：0.010～0.100%、Ni：1.0%以下、Cu：1.0%以下、Cr：1.0%以下、Mo：1.0%以下、B：0.0001～0.0020%、Ca：0.0040%以下、Mg：0.0010%以下、REM：0.005%以下中的1种或者2种以上的元素。
将采用上述的制造方法得到的钢板成形为管状，然后将对接部进行焊接。能够得到变形时可以抑制壁厚的减少量、且变形性能和低温韧性优良的关系高强度钢管。
首先，采用使用转炉等的公知的熔炼方法熔炼上述组成的钢水，然后采用连续铸造等公知的铸造方法由获得的钢水得到钢坯。接着，将得到的钢坯加热至1000～1150℃的温度。加热温度低于1000℃时，不能谋求奥氏体的充分的再结晶化，从而不能得到充分高的低温韧性。加热温度超过1150℃时，因奥氏体晶粒粗大化而使有效晶体粒径增大，从而低温韧性降低。接着，在再结晶温度以上的温度区域，对于每1个道次的压下率即累计压下率/道次数的值，当上述加热温度在1000℃以上且低于1050℃时设定为5～10%，当上述加热温度在1050℃～1150℃时设定为10～15%，进而将累计压下率设定为35%以上而进行轧制。当累计压下率低于35%时，不能充分实现由再结晶引起的奥氏体粒径的微细化，从而有效晶体粒径增大，低温韧性降低。
每1个道次的压下率在获得目标的结晶方位的织构方面是特别重要的。以前，因设备上的制约，不会增大每1个道次的压下率。但是，在本技术的钢板、钢管，为了获得目标的组织，每1个道次的压下率需要在上述的范围。如果每1个道次的压下率偏离上述的范围，则不能得到目标的织构分布。个別道次的压下率即使有时因道次规程的原因等而偏离上述范围也没有关系，但优选的是道次数的一半以上的道次的压下率在上述的范围，更为优选的是所有的道次在上述的范围。
在Ar相变点以上且低于再结晶温度的温度区域，将累计压下率设定为70%以上而进行轧制。当累计压下率低于70%时，可以抑制｛554｝面的织构的发达，对于X射线随机强度比不能得到目标值，rC值降低。接着，将Ar相变点－50℃以上且低于Ar相变点的温度区域作为冷却开始温度，将200～500℃的温度区域作为冷却终止温度而进行水冷。当冷却开始温度低于Ar相变点－50℃时，铁素体的生成得以促进，不能得到目标的强度。当冷却开始温度在Ar相变点以上时，可以抑制｛112｝面和｛223｝面各自的织构的发达，对于X射线随机强度比不能得到目标值，rD值降低。当冷却终止温度低于200℃时，可能导致生产率降低和氢致缺陷。当冷却终止温度超过500℃时，不能得到目标的强度。冷却速度并没有特别的限定，为1～10℃/s左右。
Ar相变点由下述的数学式（C）求出。下述数学式（C）中的C、Si等分别是指钢中的以质量%计的各元素的含量。
Ar＝868－396×C＋24.6×Si－69.1×Mn－36.1×Ni－20.7×Cu－24.8×Cr＋29.6×Mo （C）
将采用本项技术生产的钢板成形为管状，然后将对接部进行焊接而得到钢管。由钢板成形为管状的造管方法可以采用公知的UOE法、弯曲辊法等，对接部的焊接方法可以采用电弧焊接、激光焊接等。
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