[发明专利]具有低屈服比、高韧性和优异可焊性的高强度双相钢

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求于2005年10月24提交的美国临时申请60/729,577 的权益。

发明背景

发明领域

本发明的实施方案一般涉及高强度、双相钢及其制备方法。

相关技术描述

天然气正成为日益重要的能源。世界上的主要天然气田通常远离 主要市场，一些远离数千英里。改善长距离天然气输送经济性在于决 定能否经济地开发特别偏远的天然气田具有重要作用。较高强度的管 线管是改善油气输送经济性的关键。在构建长距离管线中使用较高强 度管线管的显著优势包括通过提高内压而导致的输送效率、通过减少 管壁厚度而导致的材料成本节省及相伴随的在薄壁管现场焊接过程中 的节省。与输送较轻管线管相关的降低的输送成本能提供其它的节省。

目前，商用的最高屈服强度管线管显示出约550MPa的最小屈服强 度(80Ksi，命名为API级X80)。最近已经开发出更高强度的管线管等 级例如API X100(100Ksi屈服强度)和X120。如在美国专利6,248,191； 6,224,689；6,288,183；和6,264,760中所公开的，已经发现能够生 产屈服强度大于827MPa(120Ksi)且极限抗拉强度大于约 900MPa(130Ksi)的高强度钢作为管线管的前体。这些专利还公开了主 要具有细晶粒下贝氏体、细晶粒板条马氏体或其混合的钢显微组织以 及产生这些显微组织的热机械受控轧制工艺(TMCP)。尽管这些显微组 织提供高强度，并因而提供用于应力基管线设计的高性能，但这些显 微组织对于应变基管线设计并不是最佳的，因为在前体钢板中具有高 的屈服强度与抗拉强度的比率及有限的加工硬化潜能。

某些管线需要应变基的设计原理，因为管线在使用中将经历大的 应变。例如可能在地震活跃区域和/或经受严寒冻胀和融化沉降循环的 北极区域发生高的施加应变。在这些区域，管线可发生大的应变，因 此管线管中需要高的应变能力。在前体钢板中低的屈服强度与抗拉强 度的比率及高度均匀的伸长率表明钢板及由此板材制备的管线管中高 的加工硬化或应变硬化能力和高的应变能力。

图1显示了与特征在于主要为板条马氏体/贝氏体显微组织(即， “现有技术钢”)的说明性钢材的应力应变曲线110进行比较的根据所 述实施方案的说明性前体钢板的示意性应力应变曲线100。随着应力 增加，应力-应变曲线偏离线性的位置表明屈服或在钢中发生永久或塑 性变形。在该偏离开始前钢能承受的最大应力可定义为屈服强度。另 一方面，抗拉强度或极限抗拉强度是钢承受的最大应力，包括永久或 塑性变形制度。在该应力或抗拉强度最大点的应变或伸长率被称为均 匀伸长率120。应变硬化或加工硬化特性限定了屈服强度和抗拉强度 间的应力-应变曲线。可以看出：现有技术的钢材和本发明的双相钢提 供相似的抗拉强度，但提供显著不同的屈服强度和应变硬化响应。现 有技术的钢快速应变硬化，并且在较低应变下达到它们的抗拉强度， 这导致较低的均匀伸长率。另一方面，基于软和硬相复合显微组织的 本发明的双相钢提供较低的屈服强度和逐渐的应变硬化及高的应变能 力，如以这些钢中的较高均匀伸长率130示意性描述的。

因此需要具有低屈服强度与抗拉强度之比、基本均匀的显微组织、 优异加工硬化能力和优异可焊性的高强度钢。还需要低成本制备具有 优异低温韧性和优异应变能力以适于应变基设计的管线管的方法。

发明概述

提供了具有软和硬相复合显微组织的双相高强度钢及其制备方 法，该双相高强度钢具有低的屈服比、高的应变能力、优异可焊性及 高韧性。例如，提供了一种高强度双相钢，其具有约900MPa或更高的 抗拉强度、在纵向方向上约0.85或更小的低屈服比以及在横向方向上 -40℃下超过约120J或更大的夏比V形缺口韧性。在至少一个具体实 施方案中，该双相钢包含：

约0.03重量％至约0.12重量％量的碳；

约0.1重量％至少于1.0重量％量的镍；

约0.005重量％至约0.05重量％量的铌；

约0.005重量％至约0.03重量％量的钛；

约0.1重量％至约0.6重量％量的钼；

约0.5重量％至约2.5重量％量的锰；

在其它实施方案中，所述钢包含下面的可选元素：

至多约0.1重量％钒；