[发明专利]焊接金属的耐氢脆开裂特性优良的高强度焊接钢管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度焊接钢管及其制造方法，该焊接钢管用于天然气、原油输送用管线管等，其母材以及通过电弧焊所形成的焊接金属的周向的拉伸强度为850MPa以上。

背景技术

近年来，对于输送天然气的长距离管线，从输送的高效率化、减少附带设备的成本的角度考虑，开始研究铺设拉伸强度为850MPa以上的高强度大直径管线。这样的管线通常采用UOE方式、UOC方式、JOE方式和辊式折弯机方式，将钢板成形为筒状，并将对接部进行缝焊而制作管线。在此情况下，成为连接点的缝焊部采用埋弧焊，通常按照内表面焊接、外表面焊接的顺序来形成。但是，在外表面焊接后的非破坏检查中，往往在缝焊部可以散见垂直于钢管轴向的方向上的裂纹、即所谓的横向裂纹。

当在冻土地带使用这样的残留有横向裂纹的钢管时，则存在如下的危险性：即随着温度的季节变动，在轴向上承载超过管体屈服强度的拉伸应力而发生破坏，或者因反复的应力载荷而使裂纹扩展，从而引起输送流体的泄漏，导致重大事故的发生。因此，制造时的裂纹发生必须防患于未然，或者必须根据非破坏检查准确地检查所产生的裂纹并将其消除。

缝焊部的横向裂纹是高强度材料的脆化开裂的一种。该脆化开裂一般是因氢而引起的，也称为氢脆开裂，如果强度降低，则变得难以发生。但是，当使缝焊部的强度降低时，虽然脆化开裂变得难以发生，不过也可以设想到以下的情况：在承载内压时会选择性地促进从缝焊部产生的变形，以致于产生焊接部的断裂。因此，需要一种既可以把焊接金属的强度保持在母材强度以上、又可以防止氢脆开裂的方法。

氢脆开裂由于依赖于氢浓度、载荷应力、材料特性、特别是强度，所以必须将这些因素控制在临界值以下，以便由于复合的效果而不会发生氢脆开裂。作为降低氢浓度的方法，有焊接后加温到100℃以上、优选为200℃以上，并保温适当时间的方法，所谓的后热法，是在缝焊后加热焊接金属，使氢产生扩散，从而使氢浓度处在产生横向裂纹的临界值以下的方法。

从这样的角度考虑，特开2003-311321号公报公开了如下的技术：即通过复合地抑制UOE钢管焊接金属的强度、母材强度和焊接条件，防止高强度材料的缝焊部的氢脆开裂。在特开2003-311321号公报中，虽然就焊接部的横向裂纹在先行的缝焊部频发的问题进行了叙述，但对于通过抑制氢浓度和焊接残余应力进行的横向裂纹的防止，并没有公开具体的条件。

另外，特开昭57-35636号公报已经提出了一种在焊接后，通过对整个钢管进行淬火并退火，以防止韧性降低和凝固开裂的方法，但并没有触及氢浓度和焊接残余应力。此外，作为缓和诱导成为氢脆开裂的主要原因的残余应力的方法，还有焊接后加热到700℃左右的所谓消除应力退火的方法，以及采用通过锤子的敲打进行的打击等赋予焊接部以塑性变形，由此降低残余应力的方法，但是，关于氢浓度和残余应力的关系对横向裂纹所施加的影响是不明确的，而且耐氢脆开裂性没有得到充分的改善。另外，这些方法必须在焊接后立刻进行，考虑到制造工序和制造成本，在适用于缝焊部方面未必是一种合适的方法。

据Proceedings of IPC 2004，October 4-8，2004，IPC04-0585Evaluation of Hydrogen Cracking Susceptibility in X120 Girth Welds报道：关于在常温下于钢中扩散、到400℃以下的加热时可以释放出的扩散性氢量和氢脆开裂之间的关系，只要扩散性氢量为5cc/100g以下，则对于超过827MPa的高强度材料，就不会发生氢脆开裂。但是，这样的见解是就用多通道焊接钢管彼此之间的气体焊接进行叙述的，在本发明作为对象的缝焊的焊接部，确认了即使为5cc/100g以下，也依然发生氢脆开裂。

另外，作为焊接材料的改良点，有在焊接金属中生成VN等的氢俘获位置，以降低对裂纹有害的扩散性氢的方法；以及借助于低温相变溶化材料来降低在常温下的残余应力的方法。但是，氢俘获位置的应用对高强度材料来说未必是有用的方法，另外，低温相变溶化材料的使用会导致成本的显著上升。

发明内容