[发明专利]高压缩强度和高韧性优异的管线管用焊接钢管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于输送原油（crude oil）、天然气（natural gas）等的管线管（linepipe），特别涉及适合用于要求高抗塌陷性能（collapse resistant performance）的厚壁的深海用管线管（line pipe for deep－sea）中的、高压缩强度（high compressive strength）和高韧性优异的管线管用钢管及其制造方法。应予说明，本发明的压缩强度（compressive strength）只要没有特别说明，就指压缩屈服强度（compressive yield strength）或0.5%压缩强度（compressive proof strength）。另外，拉伸屈服强度（tensile yield strength）只要没有特别说明，就指拉伸屈服强度（tensile yield strength）或0.5%拉伸强度，拉伸强度（tensile strength）如一般的定义指拉伸试验时的最大应力。

背景技术

伴随着近年来的能量需求的增大（increase in demand for energy），原油、天然气管线的开发开始盛行，由于燃气田、油田的远距离化和输送管道的多样化，横渡海洋的管线也被大量开发。作为用于海底管线（offshore pipeline）的管线管，为了防止因水压（water pressure）而导致的塌陷（压溃），使用管厚（wall thickness）比陆上管线（onshore pipeline）厚的管线管，并且要求高的圆度（roundness），且对于管线管的材质而言，为了对抗因外压（external pressure）而在沿管周方向（circumferential direction of pipe）产生的压缩应力（compression stress），需要高的压缩强度。

海底管线的设计中多数应用DNV标准（Det Norske Veritas standard）（OS F-101），但在本标准中，作为由外压引起的塌陷压力的决定因素，使用管的管径（pipe diameter）D、管厚t、圆度f0以及材料的拉伸屈服强度（tensile yield strength）fy来求得塌陷压力（collapse pressure）。但是，管的尺寸和拉伸强度即使相同，也因管的制造方法，压缩强度也发生变化，所以还需要根据制造方法对拉伸屈服强度乘以不同的系数（coefficient）（αfab）。该DNV标准系数，在为无缝钢管的情况时可应用1.0，即直接使用拉伸屈服强度，但以UOE工艺（UOE forming process）制造的管的情况下，以0.85作为系数。这是由于在UOE工艺中制造的管的压缩强度比拉伸屈服强度低得多，而主要原因是UOE钢管在造管的最终工序中有扩管工艺（pipe expanding process），在管周方向施加拉伸变形后，受到压缩，从而因包辛格效应（Bauschinger effect）压缩强度下降。因此，为了提高抗塌陷性能，需要提高管的压缩强度，而在冷轧成型（cold forming）中经过扩管工序制造的钢管中，成问题的是因包辛格效应而引起的压缩屈服强度的降低。

关于提高UOE钢管的抗塌陷性已进行了大量的研究，专利文献1中公开了利用通电加热（Joule heating）来加热钢管进行扩管后，一定时间以上保持温度的方法。根据该方法，将因扩管而导入的位错（dislocation）去除·分散，所以可得到高屈服点，但为了在扩管后5分以上保持温度，需要继续通电加热，所以生差率（productivity）变差。

另外，作为与专利文献1同样地在扩管后进行加热来恢复因包辛格效应而引起的压缩屈服强度的降低的方法，在专利文献2中提出了以下的方法：通过将钢管外表面加热到比内表面更高的温度，维持因加工固化而上升的内表面侧的压缩屈服强度，提高因包辛格效应而降低的外表面侧的压缩屈服强度。

另外，专利文献3中还提出了以下的方法：在Nb－Ti添加钢的钢板制造工序（steel plate manufacturing process）中从Ar₃温度以上至300℃以下为止进行热轧（hot rolling）后的加速冷却（accelerated cooling），以UOE工艺形成钢管后加热至80~550℃的方法。