[发明专利]具有低屈服比和优良低温韧性的高强度干线用管钢

说明书

本发明涉及一种超高强度钢，其拉伸强度(TS)至少为950MPa并具有优良的低温韧性和可焊性，作为一种焊接钢材可广泛应用于天然气和原油的输送管线、各种压力容器、工业机械等等。

近年来，由于下述原因，用于原油和天然气长距离输送管线的干线用管的强度变得越来越高：①较高压力可使输送效率提高及②管道外径和重量减少可使现场施工效率提高。达到美国石油研究所(API)标准X80(屈服强度至少为511MPa，拉伸强度至少为620MPa)的干线用管目前已进入实际应用，但对于有更高强度的干线用管的需求却越来越强烈。

目前，在X80干线用管常规生产工艺(例如NKK工程报告138号(1992)24-31页及The 7th Offshore Mechanics and Arctic Engineering(1988)第5卷179-185页)的基础上，已进行了关于超高强干线用管生产方法的研究。但是按照此类工艺生产干线用管达到X100(屈服强度至少为689MPa，拉伸强度至少为760MPa)即被认为是极限。

要获得干线用管的超高强度，还需要解决很多问题，例如强度与低温韧性之间的平衡、焊接热影响区(HAZ)的韧性、现场可焊性、接头软化等等，对于加速发展能解决这些问题的革命性的超高强度干线用管提出了迫切的需求。

为了满足上述要求，本发明的第一个目的是提供一种用于干线用管的钢材，它具备强度和低温韧性的良好平衡，易于现场焊接，有低的屈服比，拉伸强度至少为950MPa(超过API标准的X100)。

本发明另一个目的是提供一种高强度干线用管钢材，它属于低碳高Mn(至少1.7％)型钢，含有复合添加的Ni-Nb-Mo-痕量Ti，且其显微组织包含细小铁素体(平均晶粒尺寸不大于5μm，并含有预定数量的变形铁素体)和马氏体/贝氏体的软/硬混合结构。

本发明指定P值(可硬化性指数)作为适用的钢的强度评价准则，它表示高强度干线用管钢的可硬化性指数，当它取一较大值时表明向马氏体或贝氏体结构的可转变性较高，该P值可由下面的通用公式给出：

P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45(Ni+Cu)+(1+β)Mo+V-1+β

当B＜3ppm时β值为零，当B≥3ppm时β值为l。

另外，铁素体平均晶粒尺寸定义为沿钢材厚度方向测量时的铁素体平均晶界距离。

本发明提供一种高强度干线用管钢(1)它是一种低碳高Mn型钢，另外含有复合添加的Ni-Mo-Nb-痕量Ti-痕量B，及一种低碳高Mn型钢，另外含有复合添加的Ni-Cu-Mo-Nb-痕量Ti，(2)其显微组织包含细小铁素体(平均晶粒尺寸不大于5μm且含有预定数量的变形铁素体)和马氏体/贝氏体的两相混合结构。

低碳高Mn-Nb-Mo钢过去就作为一种有针状铁素体结构的干线用管钢为人们所熟知，但其拉伸强度上限最高只有750MPa。在这种基本成份体系中，根本不存在由含有变形铁素体和马氏体/贝氏体的细小铁素体构成的具有软/硬混合微细结构的高强度干线用管钢。这是因为，迄今为止仍认为Nb-Mo钢铁素体和马氏体/贝氏体软/硬混合结构不可能达到950MPa以上的拉伸强度，并且低温韧性和现场可焊性也不够。

然而，本发明的发明者们发现，即使是在Nb-Mo钢中也可通过严格控制化学成分和显微组织获得超高强度和优良的低温韧性。本发明的特点在于：①超高强度和优良低温韧性即使不经回火处理也可获得；②屈服比低于硬化/回火钢，管材的成型性和低温韧性大为优越。(在根据本发明的钢中，即使当以钢板形式存在时其屈服强度低，通过将板成型为钢管可使屈服强度提高，达到预定的屈服强度)。

本发明的发明者对于钢材的化学成分及其显微组织进行了深入研究，以获得具有优良低温韧性、现场焊接性和至少950MPa拉伸强度的超高强度钢，发明了一种有低的屈服比、优良低温韧性的高强干线用管钢，其技术要点如下：

(1)一种具有低屈服比和优良低温韧性的高强度干线用管钢，按重量百分比含有：

C：0.05到0.10％

Si：不超过0.6％

Mn：1.7到2.5％

P：不超过0.015％

S：不超过0.003％

Ni：0.1到1.0％

Mo：0.15到0.60％

Nb：0.01到0.10％

Ti：0.005到0.030％

Al：不超过0.06％

N：0.001到0.006％，以及

其余为铁及不可避免的杂质；