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變形性能和低溫韌性優良的高強度鋼管以及制造方法
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-11-11
新日鐵住金公司研發了一種用于輸送天然氣、原油的高強度鋼管，其具有優良的變形性能和低溫韌性，特別適用于地基變動等變形容許極限較大的地區。
? ?新日鐵住金公司研發了一種用于輸送天然氣、原油的高強度鋼管，其具有優良的變形性能和低溫韌性，特別適用于地基變動等變形容許極限較大的地區。
下面就本項技術的鋼板制造方法進行介紹。
近年來，由于天然氣、原油的長距離輸送的需要，強度高的管線鋼管，受到關注需求量增大。管線鋼管的鋪設的環境多種多樣，例如鋪設于產生凍土地帶中的夏天和冬天的地基變動、由海底的海流引起的外壓、由地震引起的地層變動等的環境下。在這樣的環境下，有時因地基變動等使管線鋼管產生彎曲和位移，因而要求即使在管線鋼管變形的情況下，也難以產生壓曲等的變形性能優良的鋼管。
在之前的技術中，衡量變形性能優良的鋼管的參數主要是加工硬化指數（n值），以及屈服強度與抗拉強度之比即屈服。然而，在凍土地帶等寒冷地區使用的管線鋼管，要求低溫韌性優良，但對于得到變形性能、低溫韌性優良的鋼板、鋼管的技術，并沒有進行充分的研究。本項目就是對上述問題的研究，其研究成果可以抑制變形時壁厚的減少量、且變形性能和低溫韌性優良的高強度鋼板、高強度鋼管以及它們的制造方法。
新日鐵住金的技術人員為解決上述難題進行了研究，其結果發現通過調整蘭克福特（Lankford）值，可以使管線鋼的變形性能提高。以前，對于管線鋼管等中使用的鋼板和鋼管，并沒有進行著眼于因地基變動等引起的變形時壁厚的減少量的研究。作為評價變形時壁厚的減少量的指標值，為人所知的是汽車用鋼板等領域的蘭克福特值。對于管線等中使用的鋼板和鋼管，尚未提出著眼于蘭克福特值而以謀求變形性能的提高為目的的技術。
研究結果獲得了如下的理論：1）在得到變形性能和低溫韌性優良的高強度鋼板以及高強度鋼管方面，使具有規定的結晶方位的織構的量最優化，而且使有效晶體粒徑的大小最優化是特別有效的。2）在使具有規定的結晶方位的織構的量最優化方面，熱軋時控制以壓下率為代表的各種制造條件是特別有效的，特別地，再結晶溫度以上的溫度區域中每一個道次的軋制的壓下率是非常重要的。本研究項目是基于上述的理論而進行研究的結果，其技術要點如下所述：
（1）一種變形性能和低溫韌性優良的高強度鋼板，其特征在于：以質量%計，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和不可避免的雜質構成；由下述式（A）表示的Ceq為0.35～0.50%，由下述式（B）表示的Pcm為0.15～0.25%，所述高強度鋼板由鐵素體和選自貝氏體以及馬氏體之中的任1種或者2種的復合組織構成，壁厚中心部的有效晶體粒徑為20μm以下；在壁厚中心部，與板面平行的｛111｝面的X射線隨機強度比為0.5～5.0，｛554｝面的X射線隨機強度比為1.0～3.0，｛100｝面的X射線隨機強度比為3.0以下，｛112｝面以及｛223｝面各自的X射線隨機強度比為0.5～4.0；壁厚為25mm以上，抗拉強度為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）
這里，C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、V、Si、B為各元素的以質量%計的含量。
（2）與鋼板的軋制方向成45°角的方向的蘭克福特值rD和板寬度方向的蘭克福特值rC分別為1.0以上。與鋼板的軋制方向成45°角的方向的蘭克福特值rD和板寬度方向的蘭克福特值rC越大，變形性能越是提高。在鋼板、鋼管的變形時，為了減少因壁厚的減少而產生壓曲等的可能性，rD、rC優選為1.0以上，如果在1.1以上，則是更為優選的。
（3）根據上述（1）所述的變形性能和低溫韌性優良的高強度鋼板，其特征在于：以質量%計，進一步含有選自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種或者2種以上的元素。
（4）一種變形性能和低溫韌性優良的高強度鋼板的制造方法，其特征在于：在1000～1150℃的加熱溫度下對鋼坯進行加熱；接著在再結晶溫度以上的溫度區域，將每1個道次的壓下率在所述加熱溫度為1000℃以上且低于1050℃時設定為5～10%、在所述加熱溫度為1050℃～1150℃時設定為10～15%，進而將累計壓下率設定為35%以上而進行軋制；接著在Ar相變點以上且低于再結晶溫度的溫度區域，將累計壓下率設定為70～80%而進行軋制；接著將Ar相變點－50℃以上且低于Ar相變點的溫度區域設定為冷卻開始溫度，將200～500℃的溫度區域設定為冷卻終止溫度而進行水冷；其中，所述鋼坯以質量%計，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和不可避免的雜質構成；由下述式（A）表示的Ceq為0.35～0.50%，由下述式（B）表示的Pcm為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）
這里，C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、V、Si、B為各元素的以質量%計的含量。
進一步含有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種或者2種以上的元素。
將采用上述的制造方法得到的鋼板成形為管狀，然后將對接部進行焊接。能夠得到變形時可以抑制壁厚的減少量、且變形性能和低溫韌性優良的關系高強度鋼管。
首先，采用使用轉爐等的公知的熔煉方法熔煉上述組成的鋼水，然后采用連續鑄造等公知的鑄造方法由獲得的鋼水得到鋼坯。接著，將得到的鋼坯加熱至1000～1150℃的溫度。加熱溫度低于1000℃時，不能謀求奧氏體的充分的再結晶化，從而不能得到充分高的低溫韌性。加熱溫度超過1150℃時，因奧氏體晶粒粗大化而使有效晶體粒徑增大，從而低溫韌性降低。接著，在再結晶溫度以上的溫度區域，對于每1個道次的壓下率即累計壓下率/道次數的值，當上述加熱溫度在1000℃以上且低于1050℃時設定為5～10%，當上述加熱溫度在1050℃～1150℃時設定為10～15%，進而將累計壓下率設定為35%以上而進行軋制。當累計壓下率低于35%時，不能充分實現由再結晶引起的奧氏體粒徑的微細化，從而有效晶體粒徑增大，低溫韌性降低。
每1個道次的壓下率在獲得目標的結晶方位的織構方面是特別重要的。以前，因設備上的制約，不會增大每1個道次的壓下率。但是，在本技術的鋼板、鋼管，為了獲得目標的組織，每1個道次的壓下率需要在上述的范圍。如果每1個道次的壓下率偏離上述的范圍，則不能得到目標的織構分布。個別道次的壓下率即使有時因道次規程的原因等而偏離上述范圍也沒有關系，但優選的是道次數的一半以上的道次的壓下率在上述的范圍，更為優選的是所有的道次在上述的范圍。
在Ar相變點以上且低于再結晶溫度的溫度區域，將累計壓下率設定為70%以上而進行軋制。當累計壓下率低于70%時，可以抑制｛554｝面的織構的發達，對于X射線隨機強度比不能得到目標值，rC值降低。接著，將Ar相變點－50℃以上且低于Ar相變點的溫度區域作為冷卻開始溫度，將200～500℃的溫度區域作為冷卻終止溫度而進行水冷。當冷卻開始溫度低于Ar相變點－50℃時，鐵素體的生成得以促進，不能得到目標的強度。當冷卻開始溫度在Ar相變點以上時，可以抑制｛112｝面和｛223｝面各自的織構的發達，對于X射線隨機強度比不能得到目標值，rD值降低。當冷卻終止溫度低于200℃時，可能導致生產率降低和氫致缺陷。當冷卻終止溫度超過500℃時，不能得到目標的強度。冷卻速度并沒有特別的限定，為1～10℃/s左右。
Ar相變點由下述的數學式（C）求出。下述數學式（C）中的C、Si等分別是指鋼中的以質量%計的各元素的含量。
Ar＝868－396×C＋24.6×Si－69.1×Mn－36.1×Ni－20.7×Cu－24.8×Cr＋29.6×Mo?（C）
將采用本項技術生產的鋼板成形為管狀，然后將對接部進行焊接而得到鋼管。由鋼板成形為管狀的造管方法可以采用公知的UOE法、彎曲輥法等，對接部的焊接方法可以采用電弧焊接、激光焊接等。
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