[发明专利]具有优良韧性和焊接性的超高强度二次硬化钢

说明书

本发明涉及具有优越的焊接性、热影响区(HAZ)强度和和低温韧性的超高强度干线管用钢板。更准确地是，本发明涉及具有二次硬化的高强度低合金干线管用钢，其中的HAZ强度基本上与该管线其余部分的强度相同，并且涉及制造用作该干线管生产原料的板材的方法。

近年来，市售的干线管的最高屈服强度为约80ksi。虽然一直实验性地生产着更高强度的钢，比如最高达100ksi的钢，但在此钢可安全地用作干线管之前，尚有一些问题留待解决。这类问题中的一个是用硼作该钢的组分。尽管硼可增强材料的强度，但含硼的钢难以处理，从而导致产品的不一致性及增加了对应力腐蚀裂纹的敏感性。

另一与高强度钢即，屈服强度大于约80ksi的钢相关的问题是该HAZ在焊后变软。该HAZ在焊接引起的热周期期间经受了局部的相变或退火，结果导致了该HAZ与基体金属相比表现出明显的、高达约15％或更多的软化。

因此，本发明的目的在于生产一种低合金超高强度的用于干线管的钢，它具有至少10mm，较好是15mm，更好是20mm的厚度、具有至少约120ksi的屈服强度和至少约130ksi的抗拉强度而同时保持一致的产品质量、基本上消除了或是至少减少了在焊接引起的热周期期间HAZ中的强度损失并且具有足够的室温和低温韧性。

本发明的另一目的在于向生产者提供一种对各种回火参数，如时间和温度都有独特的二次硬化敏感性的钢。

按照本发明，达到了钢的化学成份和加工技术间的平衡，从而得以制成具有≥100ksi，较好是≥110ksi，而更好是≥120ksi的规定的最小屈服强度(SMYS)的钢，用此钢可制造干线管，而且该钢在焊后使HAZ的强度保持在与该干线管的其余部位大致相同的水平上。还有，这种超高强度低合金钢不含硼，即硼含量小于5ppm，更好是小于1ppm，而最好是根本不加硼，而且该线管产品质量保持恒定，并对应力腐蚀裂纹不过份地敏感。

该较佳的钢产品具有基本上均匀的，主要由细晶粒回火马氏体和贝氏体组成的显微组织，该钢可因ε-铜和钒、铌和钼的碳化物或氮化物或碳氮化物的析出而被二次硬化。这些析出物尤其是V通过防止在被加热至不超过Acl转变点的温度的区域中出现消除位错，或通过在被加热至高于Acl转变点的温度的区域中的沉淀硬化，或通过二者而将HAZ软化减为最小。

本发明的钢板是通过常用方法生产，具有以下化学成份的钢坯制成的(％(重量))：

0.03-0.12％，较好是0.05-0.09％的C

0.10-0.50％的Si

0.40-2.0％的Mn

0.50-2.0％的Cu，较好是0.6-1.5％的Cu，

0.50-2.0％的Ni

0.03-0.12％，更好是0.04-0.08％的Nb

003-0.15％，更好是0.04-0.08％的V

0.20-0.80％，更好是0.3-0.6％的Mo

对含H的环境而言最好是0.30-1.0％的Cr

0.005-0.03％的Ti

0.01-0.05％的Al

Pcm≤0.35

V和Nb之和≥0.1％，

余量的Fe及伴随而来的杂质。

另外，将公知的杂质N、P和S减至最少，即使如后文所述，为提供抑制晶粒生长的氮化钛颗粒需要氮时也是如此。较好地是，N浓度为约0.001-0.01％，S不大于0.01％，P不大于0.01％。在此化学成份中，该钢是无B的，即没有被加入的B，而且B的浓度≤5ppm，更可取的是≤1ppm。

图1是该钢板的抗拉强度(ksi纵轴)与回火温度(横轴、℃)间的关系曲线。该图还图解地揭示了与ε-铜和Mo、V和Nb的碳化物和碳氮化物析出相关的硬化/强化的附加效果。

图2是揭示作为合金A2的淬火板的粒状贝氏体显微组织的明场透射电子显微镜的显微照片。

图3是揭示作为合金A1的淬火板的板状马氏体显微组织的明场透射电子显微镜的显微照片。

图4是得自经过淬火，和于600℃回火30分钟的合金A2的明场透射电子显微镜的显微照片。该淬火位错在回火后基本上被保持，这标志着该显微组织的明显的稳定性。

图5是得自淬过火和于600℃回火30分钟的合金A1的高效大倍数的析出物的暗场透射电子显微镜的显微照片，它揭示了复杂的混合析出。最粗的球状颗粒被鉴定为ε-铜，而较细的颗粒是(V、Nb)(C、N)型的析出物。细针是(Mo、V、Nb)(C、N)型的析出物，而且这些针状物装饰和止住了一些位错。