[发明专利]具有优异延性抗扯强度的高韧性焊缝金属

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月28日提交的名称为“HIGH TOUGHNESS WELD METALS WITH SUPERIOR DUCTILE TEARING RESISTANCE(具有优异延性抗扯强度的高韧性焊缝金属)”的美国临时专利申请61/437,384的优先权权益，其全部内容在此通过引用并入。

发明领域

本发明涉及焊接金属的领域。更具体而言，本发明涉及用于生产具有高强度和高韧性的焊缝金属的材料和方法。

发明背景

这部分介绍本领域的各个方面，其可能与本发明的示例性实施方式相关。该讨论将协助提供框架以利于更好地理解本发明的具体方面。这部分应从这个角度阅读，并且不一定是现有技术的承认。在下面的说明书中，本发明在基于应变的管道设计的背景下描述。然而，本发明显然更广泛的应用于其中期望高强度、高韧性焊件的任何情况，包括但不限于任何一种或多种钢材料的任何非管式焊件。各种术语在下面的说明书中定义。为了方便起见，紧接在权利要求书之前提供术语表。

针对外加负荷、设计标准以及材料性能要求，设计传统的管道以防止管道材料经受显著的塑性应变。这种类型的设计被称作容许应力设计或基于应力的设计。在基于应力的设计中，施加到材料的负荷通常限于构造的屈服强度的某一分数。虽然在一些情况中，局部可塑性可能以小应力集中如焊趾(weld toe)(即，在几毫米的尺寸上)出现在基于应力设计的管道中，但是一般而言基于应力的设计并非意欲用于大面积(许多英尺或英寸)的管道经受塑性应变的情况。

当今，管道被设计用于日益严苛的使用环境。对于诸如不连续永久冻土、地震、冰山冲刷等的一些苛刻环境——其中工作温度范围可低至-20℃或更低，需要设计和建造能够耐受一些程度的塑性变形的管道。在这些情况中，所述变形主要平行于管轴取向(即，纵向塑性应变)并且外加负荷通常按照在很多英寸或可能英尺的管道材料上经受的所施加的整体应变来描述。基于应变的设计(SBD)是用于描述设计/建造能够经受纵向塑性应变的术语。对于基于应变的设计的典型应变量级一般定义为超过0.05%的整体塑性应变。整体塑性应变被定义为沿管长度测量的应变，并且跨越研究中的一个或多个焊缝，所述焊缝不是局部的而是遍布在许多英寸或英尺的距离上。在油或气管道的情况中，例如，基于应变的设计目的的整体塑性应变可针对长度大约为两个管直径的一段管道，尽管其它类似的定义可用于限定整体塑性应变。用这种惯例，在30英寸直径的管道中1%的整体塑性应变在两个直径的长度，即，60英寸的长度中将产生大约0.6英寸的应变。

被称作工程临界评定(ECA)的断裂力学技术可用于判断基于应力的设计管道的环形焊缝中的缺陷的结构显著性。ECA包括用于测试材料、使焊缝合格并且评定基于应力的设计中焊接不完整性的显著性的习惯做法。基于应变的设计(SBD)不是如传统基于应力的设计那样成熟的领域，并且截止2010年，用于SBD的充分验证的ECA做法尚未广泛地被管道工业接受。然而，ECA原则适用于SBD。SBD管道工程的很多方面已经在最近的国际会议上公布。一些著名的会议地点包括在比利时的Conference of Pipeline Technology、在加拿大的International Pipeline Conference、以及The International Society of Offshore and Polar Engineers(ISOPE)和The Offshore Mechanics and Arctic Engineering Society(OMAE)的年会。ExxonMobil已经在这些会议上公布了许多文章，包括主题诸如在SBD负荷条件下的环形焊缝缺陷容许度的预测方法、SBD工程的全尺寸管试验、断裂力学试验方法以及可用于SBD应用的环形焊接技术。这些出版物与专利申请国际申请号PCT/US2008/001753(WIPO专利申请WO/2008/115323，A Framework To Determine The Capacity Of A Structure)以及PCT/US2008/001676(WIPO专利申请WO/2008/115320，Method To Measure TearingResistance)结合为本领域技术人员提供了基于应变的设计工程临界评定(SBECA)技术的必需背景。