[发明专利]具有优良的抗应变时效性的低屈服比双相钢管线管

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时申请No.60/850216的权益，在此通过引用将 其整体并入本文。

技术领域

本发明总体涉及管线管(linepipe)，更特别涉及具有优良的抗 应变时效性的低屈服比双相钢管线管及其制造方法。

背景技术

天然气正变为越来越重要的能源。世界上的主要天然气田往往远 离主要市场。因而，管线管可能必须在陆地上或在水下穿过很长的距 离，这会在管线管上导致严重的应变。地震活跃区域以及经受冻胀和 融化沉陷(thaw settlement)循环的北极地区可在管线管上导致严重 的应变。跨越海床铺设的管线管也由于水流导致的位移或弯曲而经受 严重的应变。

因此，用于这些环境的管线管需要沿管的纵向具有优异的应变能 力例如优异的均匀延伸率和低的屈强比或屈服比(YR)以保证机械完 整性。双相(DP)钢具有相对软的相如铁素体相，以及相对硬的相。 较硬的相通常具有多于一种的组分。双相钢(即具有双相(DP)显微 组织的钢)赋予高的均匀延伸率和低的屈服比，并因此提供优良的应 变能力。出于这些原因，DP钢管线管对于在地震活跃区域或经受半永 久冰冻条件的北极地区或需要高应变能力的其它情形中的设施是有吸 引力的。

通常根据一系列的步骤处理DP钢。例如，通常将钢坯再加热到约 1000℃-1250℃的奥氏体温度范围，并在再结晶温度范围内粗轧以使晶 粒尺寸细化。然后将粗轧钢在非再结晶温度范围内精轧，并且冷却到 低于Ar₃的温度以形成铁素体，然后加速冷却到400℃或更低的温度。 然后，通常将板材加工成U形，然后加工成O形，缝焊，并扩张(称 为UOE制管过程)到希望的外径。可以使用电弧焊、电阻焊或激光焊 等用于UOE过程中的缝焊步骤。

然后，通常涂覆管材的外径，以提供抵抗腐蚀的保护。为此目的， 通常使用熔结环氧树脂(FBE)涂覆。在FBE涂覆过程中，将管材加热 到提高的温度并用聚合物涂覆。

归因于管线管的制造和涂覆过程，包括DP钢在内的大多数管线管 用钢易遭受应变时效。应变时效导致应变能力的劣化，并且是通常与 屈服点现象相关的行为类型，其中在冷加工之后加热时，例如在FBE 涂覆过程期间，金属的流变强度或屈服强度增加而延展性降低。换句 话说，应变时效意指金属硬化且相应地延展性降低。

应变时效可以由钢中位错的应力场和溶质原子的应变场之间的相 互作用导致。位错周围的溶质气团(“科氏气团”)的形成增加随后 加载时位错移动的阻力。金属的延展性通常与该金属中的位错移动的 容易度成比例。结果，将位错拉离科氏气团需要更大的力或应力，导 致屈服强度增加、延展性损失和韧脆转变温度升高。最终结果是，应 变时效降低应变能力。因此，由具有较高的抗应变时效性的钢制造的钢 或构件将在冷加工后的时效之后基本上保持其应变能力。

据认为时效过程发生以两个阶段。在第一阶段中，溶质物质扩散 到位错形成气团。在第二阶段中，溶质物质在位错上形成析出物。这 些析出物有助于材料的总强度增加，但降低断裂延伸率。如果存在低 浓度的溶质物质，那么常常仅发生第一阶段。

钢中通常导致相对低温(≤300℃)应变时效的元素是碳和氮，它 们是钢中的间隙溶质元素。与钢中的替位溶质例如铬、钒、钼、铜和 镁等等相比，这些元素具有低的平衡溶解度和显著较高的扩散率。但 是，形成碳化物和氮化物的替位合金化元素例如铬、钒、钼等可以通 过增加碳和氮的平衡溶解度对应变时效敏感性产生间接的影响。因而， 溶质碳和氮具有向铁素体相中的位错迁移从而形成科氏气团的趋势。 如上所述，这些科氏气团趋于限制位错的移动，并因此损害钢的应变 能力。

类似地，据认为双相钢管线管的屈服强度能够在成形后处理例如 FBE涂覆过程期间得到增加。如所述，典型的FBE涂覆过程需要热。 FBE涂覆过程所需的热暴露为管线管中的固溶碳和/或氮原子向铁素 体相中的位错迁移提供足够的能量。出于上述的原因，该迁移损害管 线管的应变能力。