新日鐵住金公司研發(fā)了一種用于輸送天然氣、原油的高強(qiáng)度鋼管，其具有優(yōu)良的變形性能和低溫韌性，特別適用于地基變動(dòng)等變形容許極限較大的地區(qū)。
近年來(lái)，由于天然氣、原油的長(zhǎng)距離輸送的需要，強(qiáng)度高的管線鋼管，受到關(guān)注需求量增大。管線鋼管的鋪設(shè)的環(huán)境多種多樣，例如鋪設(shè)于產(chǎn)生凍土地帶中的夏天和冬天的地基變動(dòng)、由海底的海流引起的外壓、由地震引起的地層變動(dòng)等的環(huán)境下。在這樣的環(huán)境下，有時(shí)因地基變動(dòng)等使管線鋼管產(chǎn)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(chǎn)生壓曲等的變形性能優(yōu)良的鋼管。
在之前的技術(shù)中，衡量變形性能優(yōu)良的鋼管的參數(shù)主要是加工硬化指數(shù)（n值），以及屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比即屈服。然而，在凍土地帶等寒冷地區(qū)使用的管線鋼管，要求低溫韌性優(yōu)良，但對(duì)于得到變形性能、低溫韌性優(yōu)良的鋼板、鋼管的技術(shù)，并沒(méi)有進(jìn)行充分的研究。本項(xiàng)目就是對(duì)上述問(wèn)題的研究，其研究成果可以抑制變形時(shí)壁厚的減少量、且變形性能和低溫韌性優(yōu)良的高強(qiáng)度鋼板、高強(qiáng)度鋼管以及它們的制造方法。
新日鐵住金的技術(shù)人員為解決上述難題進(jìn)行了研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)整蘭克福特（Lankford）值，可以使管線鋼的變形性能提高。以前，對(duì)于管線鋼管等中使用的高強(qiáng)度鋼板和鋼管，并沒(méi)有進(jìn)行著眼于因地基變動(dòng)等引起的變形時(shí)壁厚的減少量的研究。作為評(píng)價(jià)變形時(shí)壁厚的減少量的指標(biāo)值，為人所知的是汽車用鋼板等領(lǐng)域的蘭克福特值。對(duì)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(shù)。
研究結(jié)果獲得了如下的理論：1）在得到變形性能和低溫韌性優(yōu)良的高強(qiáng)度鋼板以及高強(qiáng)度鋼管方面，使具有規(guī)定的結(jié)晶方位的織構(gòu)的量最優(yōu)化，而且使有效晶體粒徑的大小最優(yōu)化是特別有效的。2）在使具有規(guī)定的結(jié)晶方位的織構(gòu)的量最優(yōu)化方面，熱軋時(shí)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(jié)晶溫度以上的溫度區(qū)域中每一個(gè)道次的軋制的壓下率是非常重要的。本研究項(xiàng)目是基于上述的理論而進(jìn)行研究的結(jié)果，其技術(shù)要點(diǎn)如下所述：
?。?）一種變形性能和低溫韌性優(yōu)良的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于：以質(zhì)量%計(jì)，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(zhì)構(gòu)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(qiáng)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(fù)合組織構(gòu)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(jī)強(qiáng)度比為0.5～5.0，｛554｝面的X射線隨機(jī)強(qiáng)度比為1.0～3.0，｛100｝面的X射線隨機(jī)強(qiáng)度比為3.0以下，｛112｝面以及｛223｝面各自的X射線隨機(jī)強(qiáng)度比為0.5～4.0；壁厚為25mm以上，抗拉強(qiáng)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(zhì)量%計(jì)的含量。
?。?）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(shí)，為了減少因壁厚的減少而產(chǎn)生壓曲等的可能性，rD、rC優(yōu)選為1.0以上，如果在1.1以上，則是更為優(yōu)選的。
（3）根據(jù)上述（1）所述的變形性能和低溫韌性優(yōu)良的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于：以質(zhì)量%計(jì)，進(jìn)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。
?。?）一種變形性能和低溫韌性優(yōu)良的高強(qiáng)度鋼板的制造方法，其特征在于：在1000～1150℃的加熱溫度下對(duì)鋼坯進(jìn)行加熱；接著在再結(jié)晶溫度以上的溫度區(qū)域，將每1個(gè)道次的壓下率在所述加熱溫度為1000℃以上且低于1050℃時(shí)設(shè)定為5～10%、在所述加熱溫度為1050℃～1150℃時(shí)設(shè)定為10～15%，進(jìn)而將累計(jì)壓下率設(shè)定為35%以上而進(jìn)行軋制；接著在Ar[3]相變點(diǎn)以上且低于再結(jié)晶溫度的溫度區(qū)域，將累計(jì)壓下率設(shè)定為70～80%而進(jìn)行軋制；接著將Ar[3]相變點(diǎn)－50℃以上且低于Ar[3]相變點(diǎn)的溫度區(qū)域設(shè)定為冷卻開(kāi)始溫度，將200～500℃的溫度區(qū)域設(shè)定為冷卻終止溫度而進(jìn)行水冷；其中，所述鋼坯以質(zhì)量%計(jì)，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(zhì)構(gòu)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(zhì)量%計(jì)的含量。
進(jìn)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(duì)接部進(jìn)行焊接。能夠得到變形時(shí)可以抑制壁厚的減少量、且變形性能和低溫韌性優(yōu)良的關(guān)系高強(qiáng)度鋼管。
下面就本項(xiàng)技術(shù)的鋼板制造方法進(jìn)行介紹。
首先，采用使用轉(zhuǎn)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(xù)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(shí)，不能謀求奧氏體的充分的再結(jié)晶化，從而不能得到充分高的低溫韌性。加熱溫度超過(guò)1150℃時(shí)，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(jié)晶溫度以上的溫度區(qū)域，對(duì)于每1個(gè)道次的壓下率即累計(jì)壓下率/道次數(shù)的值，當(dāng)上述加熱溫度在1000℃以上且低于1050℃時(shí)設(shè)定為5～10%，當(dāng)上述加熱溫度在1050℃～1150℃時(shí)設(shè)定為10～15%，進(jìn)而將累計(jì)壓下率設(shè)定為35%以上而進(jìn)行軋制。當(dāng)累計(jì)壓下率低于35%時(shí)，不能充分實(shí)現(xiàn)由再結(jié)晶引起的奧氏體粒徑的微細(xì)化，從而有效晶體粒徑增大，低溫韌性降低。
每1個(gè)道次的壓下率在獲得目標(biāo)的結(jié)晶方位的織構(gòu)方面是特別重要的。以前，因設(shè)備上的制約，不會(huì)增大每1個(gè)道次的壓下率。但是，在本技術(shù)的鋼板、鋼管，為了獲得目標(biāo)的組織，每1個(gè)道次的壓下率需要在上述的范圍。如果每1個(gè)道次的壓下率偏離上述的范圍，則不能得到目標(biāo)的織構(gòu)分布。個(gè)別道次的壓下率即使有時(shí)因道次規(guī)程的原因等而偏離上述范圍也沒(méi)有關(guān)系，但優(yōu)選的是道次數(shù)的一半以上的道次的壓下率在上述的范圍，更為優(yōu)選的是所有的道次在上述的范圍。
在Ar[3]相變點(diǎn)以上且低于再結(jié)晶溫度的溫度區(qū)域，將累計(jì)壓下率設(shè)定為70%以上而進(jìn)行軋制。當(dāng)累計(jì)壓下率低于70%時(shí)，可以抑制｛554｝面的織構(gòu)的發(fā)達(dá)，對(duì)于X射線隨機(jī)強(qiáng)度比不能得到目標(biāo)值，rC值降低。接著，將Ar[3]相變點(diǎn)－50℃以上且低于Ar[3]相變點(diǎn)的溫度區(qū)域作為冷卻開(kāi)始溫度，將200～500℃的溫度區(qū)域作為冷卻終止溫度而進(jìn)行水冷。當(dāng)冷卻開(kāi)始溫度低于Ar[3]相變點(diǎn)－50℃時(shí)，鐵素體的生成得以促進(jìn)，不能得到目標(biāo)的強(qiáng)度。當(dāng)冷卻開(kāi)始溫度在Ar[3]相變點(diǎn)以上時(shí)，可以抑制｛112｝面和｛223｝面各自的織構(gòu)的發(fā)達(dá)，對(duì)于X射線隨機(jī)強(qiáng)度比不能得到目標(biāo)值，rD值降低。當(dāng)冷卻終止溫度低于200℃時(shí)，可能導(dǎo)致生產(chǎn)率降低和氫致缺陷。當(dāng)冷卻終止溫度超過(guò)500℃時(shí)，不能得到目標(biāo)的強(qiáng)度。冷卻速度并沒(méi)有特別的限定，為1～10℃/s左右。
Ar[3]相變點(diǎn)由下述的數(shù)學(xué)式（C）求出。下述數(shù)學(xué)式（C）中的C、Si等分別是指鋼中的以質(zhì)量%計(jì)的各元素的含量。
Ar[3]＝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(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)的鋼板成形為管狀，然后將對(duì)接部進(jìn)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(duì)接部的焊接方法可以采用電弧焊接、激光焊接等。