管线钢
专利汇可以提供管线钢专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开一种在带 钢 热 轧机 上制备成卷钢板的方法。该方法包括在 选定 的 温度 下盘绕 热轧 的成卷钢板带材，所述温度的选定使得(a)Cr/Mo 碳 化物的沉淀最小化，或者使得(b)所形成的任何Cr/Mo碳化物足够细小，以在任何随后的由带材制备的成卷钢板的 热处理 中进入熔体。，下面是管线钢专利的具体信息内容。
1.一种管线钢，其包含下列组成，按重量％计：
C： 至多0.18；
Mn：0.10～0.50；
Ti： 至少0.01；
Si： 至多0.35；
Nb： 至多0.10；
Al： 至多0.05；
Ca： 至多0.005；
S： 至多0.015；
P： 至多0.020；
Cr： 至多1.0；
Mo： 至多0.5；
B： 至多0.002；
Ni： 至多0.35；
Cu： 至多0.35；
V： 至多0.06；
Fe： 余量；及
不可避免的杂质。
2.权利要求1的管线钢，其包含小于0.10重量％的C。
3.权利要求1或2的管线钢，其包含至少0.02重量％的C。
4.权利要求3的管线钢，其包含至少0.03重量％的C。
5.权利要求4的管线钢，其包含至少0.04重量％的C。
6.前述权利要求中任一项的管线钢，其包含小于0.35重量％的Mn。
7.前述权利要求中任一项的管线钢，其包含至少0.15重量％的Mn。
8.权利要求7的管线钢，其包含至少0.20重量％的Mn。
9.权利要求8的管线钢，其包含至少0.25重量％的Mn。
10.前述权利要求中任一项的管线钢，其包含小于0.05重量％的Ti。
11.权利要求10的管线钢，其包含小于0.03重量％的Ti。
12.前述权利要求中任一项的管线钢，其包含小于0.25重量％的Si。
13.前述权利要求中任一项的管线钢，其包含至少0.005重量％的Si。
14.前述权利要求中任一项的管线钢，其包含小于0.08重量％的Nb。
15.前述权利要求中任一项的管线钢，其包含至少0.001重量％的Nb。
16.权利要求15的管线钢，其包含至少0.01重量％的Nb。
17.前述权利要求中任一项的管线钢，其包含至少0.01重量％的Al。
18.前述权利要求中任一项的管线钢，其包含小于0.001重量％的Ca。
19.前述权利要求中任一项的管线钢，其包含小于0.012重量％的S。
20.权利要求19的管线钢，其包含小于0.01重量％的S。
21.前述权利要求中任一项的管线钢，其包含至少0.005重量％的S。
22.前述权利要求中任一项的管线钢，其包含小于0.7重量％的Cr。
23.权利要求22的管线钢，其包含小于0.5重量％的Cr。
24.前述权利要求中任一项的管线钢，包含小于0.3重量％的Mo。
25.一种管材，其是由前述权利要求中任一项的管线钢制备的。
26.一种制备前述权利要求中任一项的管线钢的成卷带材的方法，所述 成卷带材适合用作生产管材的给料，该方法包括下列步骤：
(a)铸造前述权利要求中任一项的管线钢的板坯；
(b)热轧该板坯以形成具有所需厚度，通常为5～10mm的带材；以及
(c)卷绕该带材。
27.权利要求26的方法，其中成卷带材中管线钢的微结构主要是细粒 的多边形铁氧体。
28.权利要求26或27的方法，其中对于中等强度的管材级别，例如 X42-X60，所述微结构包括小体积分数(至多15％)的珠光体。
29.权利要求26或27的方法，其中对于高强度的管材级别，例如X65 和X70，所述微结构包括针状的铁氧体和/或马氏体/奥氏体。
30.一种制备管材的方法，该方法包括对权利要求26～29中任一项的管 线钢带材进行电阻焊接；以及形成管材。
本发明涉及管线钢(linepipe steel)，制备管线钢带材(linepine steel strip) 的方法，由管线钢带材制备管材(linepipe)的方法，及由管线钢制备的符合 API 5L级别额定要求的管材。
在澳大利亚，电阻焊接(ERW)法是管材制造的主要方法。ERW需要来 源于带钢热轧机的带钢给料。ERW包括将带材侧边加热至钢熔点以上的温 度，其后对接，并由此将所述侧边焊接在一起。
本申请人生产的管线钢中的Mn浓度历史上为0.8～1.5重量％的范围。 添加Mn的主要目的是提供固溶体增强。
然而，Mn的缺点之一在于其具有强烈的偏析(segregating)倾向，这通常 表现为连续热轧铸钢板坯制备的带材的中心线上的异常微结构(具有高硬度 和低韧性)。
这种异常微结构会对ERW焊接线的机械性能产生有害作用，特别是在 管材由中央切分的带材给料制造的情况下。具体地，ERW中将带材侧边对 接在一起的步骤，使带材切分侧边处的富Mn中心偏析带转移到所形成的焊 接面中。结果是牺牲了焊接线的韧性。
在利用电阻对接焊工艺(例如MIAB和闪光对接焊)构建管线的过程中， 这种源于中心偏析的异常微结构还可能对焊缝产生有害作用，所述焊缝是通 过将管材的对准端焊接在一起而产生的。这些工艺包括感应加热对准端的边 缘，然后将所述对准端对接在一起，产生自焊的焊缝(autogenous weld)。目 前，尽管MIAB焊接工艺具有超越常用的管线手工焊接的一些操作和经济上 的优势，但是尚未广泛地应用于管线的构建。
带材中恰巧存在的细长MnS夹杂物扩大了中心偏析的不良影响。在热 轧工艺中MnS夹杂物的塑性随着Mn浓度的增大而直接增大。MnS夹杂物 对管线钢的塑性断裂蔓延抗性的有害作用是众所周知的。这些夹杂物对管体 和焊接线的断裂韧性产生控制性的影响。对于管线由中心切分带材制得的情 形，这种对焊接线韧性的不良影响尤为明显。
传统上，通过根据管线的具体要求将钢中的S浓度限定为低于0.005％ (或更低的限度)来控制细长MnS夹杂物和中心偏析的不良影响。
另外，某些钢铁制造商，作为额外的对策，有能力利用Ca注入工艺实 现完全的硫化物形状控制。
然而，上述两种措施均存在巨大的资金和运行成本，并且由于这些原因 而使所述措施并不是可取的选项。
本发明提供可供选择的解决方案，该解决方案基于管线钢的组成选择， 并且不应涉及巨大的额外资金和运行费用。除了可以生产质量改进的管材之 外，该管线钢还特别适用于现场电阻对接焊工艺如MIAB和闪光对接焊工 艺。
该解决方案使用这样的钢，该钢具有(a)比管材制造常用的钢低得多的 Mn浓度(通常不大于0.50重量％，优选不大于0.35重量％)，并且(b)具有低 浓度的Ti(通常至少0.01重量％)。
此外，对于较高强度的API管材级别，该解决方案可包括在钢中添加 Cr。本申请人发现，Cr的合金化添加还可以有效地增加硬度和降低MnS夹 杂物的塑性。通常，管线钢的额定韧性要求随着强度水平的提高而增加。对 于较高强度的API管材级别，使用Cr添加代替Mn具有既提高强度又增加 韧性的组合性有益效果。
低的Mn浓度降低了中心偏析并因而减少异常微结构的程度，否则，将 在连续热轧铸板坯而形成的带材中形成所述异常微结构。另外，在低的Mn 浓度下，MnS夹杂物的塑性大大地降低。所述夹杂物相对较硬并且主要以球 状残留在热轧带材制品中。Ti的添加进一步增大MnS夹杂物的硬度，同时 有助于改善钢及有关焊接受热区中的表面质量和晶粒细化(grain refinement)。
根据本发明，提供一种管线钢，其具有以下组成，按重量％计：
C： 至多0.18；
Mn：0.10～0.50；
Ti：至少0.01；
Si：至多0.35；
Nb：至多0.10；
Al：至多0.05；
Ca：至多0.005；
S： 至多0.015；
P： 至多0.020；
Cr：至多1.0；
Mo：至多0.5；
B： 至多0.002；
Ni：至多0.35；
Cu：至多0.35；
V： 至多0.06；
Fe：余量；及
不可避免的杂质。
术语″不可避免的杂质″此处应当理解为所述杂质是指炼钢过程以及炼 钢过程中所用原料的产物，而不是有意添加到组成中的也不是已在元素列表 中的。Sn为这样一种元素。
管线钢包含有意添加到组成中的Mn和Ti。
管线钢还可包含有意添加到组成中的额外元素。
Cr、Mo、B、Ni、Cu和V是所述额外元素的实例。
根据由钢制成的管材所需的机械性能，可能需要元素的有意添加。例如， 对于高强度管材级别，例如API 5L X65和X70，出于强度目的，所述级别 传统上有赖于相对较高的Mn浓度，可添加Cr和Mo以抵偿低浓度的Mn。 此外，可添加B，并且B可以受保护溶质的形式存在，以增强可硬性。应当 注意的是，当添加B时，优选组成中包含足够的Ti，以与组成中所有的N 结合，从而避免形成BN。
另外，根据有关管线最终应用的具体要求，可能需要元素的有意添加。 例如，对于耐酸应用，可能需要Ni和Cu作为组成中的元素。
通常钢组成中包含小于0.10重量％的C。
通常钢组成中包含至少0.02重量％的C。
优选钢组成中包含至少0.03重量％的C。
更优选钢组成中包含至少0.04重量％的C。
通常钢组成中包含小于0.35重量％的Mn。
通常钢组成中包含至少0.15重量％的Mn。
优选钢组成中包含至少0.20重量％的Mn。
更优选钢组成中包含至少0.25重量％的Mn。
通常钢组成中包含小于0.05重量％的Ti。
优选钢组成中包含小于0.03重量％的Ti。
更优选钢组成中包含小于0.04重量％的Ti。
通常钢组成中包含小于0.25重量％的Si。
通常钢组成中包含至少0.005重量％的Si。
通常钢组成中包含小于0.08重量％的Nb。
通常钢组成中包含至少0.001重量％的Nb。
优选钢组成中包含至少0.01重量％的Nb。
通常钢组成中包含至少0.01重量％的Al。
通常钢组成中包含小于0.001重量％的Ca。
通常钢组成中包含小于0.012重量％的S。
通常钢组成中包含小于0.01重量％的S。
通常钢组成中包含至少0.005重量％的S。
通常钢组成中包含小于0.020重量％的P。
通常钢组成中包含小于0.7重量％的Cr。
优选钢组成中包含小于0.5重量％的Cr。
通常钢组成中包含小于0.3重量％的Mo。
根据本发明，还提供由上述管线钢制备的管材。
根据本发明，还提供上述管线钢的成卷带材的制备方法，该成卷带材适 合用作制备管材的给料，该方法包括下列步骤：
(a)铸造上述管线钢的板坯；
(b)热轧所述板坯，以形成具有所需厚度(通常为5～10mm)的带材；及
(c)卷绕该带材。
优选通过上述方法制备的成卷带材中的管线钢的微结构主要是细粒的 多边形铁氧体(fine grained polygonal ferrite)。
对于中等强度的管材级别如API 5L X42和X60，优选该微结构包括小 体积分数(至多15％)的珠光体。
对于高强度的管材级别如API 5L X65和X70，优选该微结构包括针状 的铁氧体和/或马氏体/奥氏体。
根据本发明，还提供管材的制备方法，该方法包括对上述管线钢带材进 行电阻焊接，并形成管材。
在远离ERW焊接区的狭窄焊缝退火区，管材的微结构基本上没被管形 成工艺所改变，并且与上述管线钢带材中的管线钢的微结构相同。
本申请人进行了研究工作，对由上述电阻焊接管线钢带材制成的管材和 由电阻焊接常规高Mn管线钢带材制成的管材中的中心偏析程度进行了评 价。
图1示例了该研究工作的结果。
图1包括两张图。各图均绘制了所测试的具体钢中Mn的浓度(通过电 子探针微量分析测量的)相对于离钢带中心线的距离的关系图。
图1的上图是Mn浓度为1.1重量％的常规高Mn管线钢的图。
图1的下图是本发明的具有0.3重量％的低Mn浓度的管线钢的图。
从两图的比较容易看出，对于根据本发明的管线钢，邻近带材中心线的 Mn浓度变化很小。这表明这种管线钢中偏析很小。因此，由中心切分带材 制备的管材的ERW焊接线韧性可以得到显著的改善。
由总结于以下表1中的进一步研究工作的结果示例了改善的韧性。
表1提供了关于″鸥翼形″壁厚样品的焊接线却贝(Charpy)V形冲击试验 的结果，所述样品是由219mm×6.4mm管材制备的，该管材是由常规的高 Mn管线钢以及根据本发明的低Mn管线钢制备的。试验利用以其与焊接线 一致的切口位置(notch location)定位的试样进行。以该方式试验的高Mn和低 Mn钢管的化学组成列于表2中。
表1.焊接线却贝V式冲击试验
钢类型 试验钢管序号 0℃下却贝V形冲击能量(J) (每根管试验3次) 本发明 (0.08％C-0.38％Mn) 1 82 128 104 2 130 128 132 3 96 98 88 常规高Mn (0.08％C-1.07％Mn) 1 17 22 48 2 20 22 24 3 20 12 30
表2.经受焊接线却贝V形冲击试验的钢管的化学组成(重量％)
钢 C Mn Si S Al Nb Ti Ca N 低Mn(本发明) 0.08 0.38 0.19 0.004 0.029 0.018 0.021 0.0008 0.0043 高Mn(常规) 0.08 1.07 0.33 0.003 0.045 0.055 0.013 0.0007 0.0047
表1中的结果是本申请人在研究工作中所得的典型焊接线却贝试验结 果。
从表1可以看出，本发明的管线钢的焊接线韧性始终高于所试验的常规 高Mn管线钢高的焊接线韧度。
本申请人进行的研究工作进一步研究了低Mn浓度对本发明的管线钢带 材的却贝V形冲击能量的影响。
进一步研究工作的结果如图2所示。
图2是-15℃下却贝V形冲击能量与大量管线带材的Mn浓度(重量％) 的曲线图，在所述带材中，C含量保持在0.08～0.10％范围，S含量在 0.003～0.010％范围变化。
图2表明，与较高Mn浓度的钢相比，本发明的低Mn钢可以容忍较高 浓度的S，以获得给定的韧性。从炼制低S浓度钢的实际问题来看，这是有 利的。换言之，从图2可以看出，本发明的低Mn合金设计方法允许使用相 当高的S浓度，以用于实现却贝V形冲击能量的给定的额定要求。
在不脱离本发明的构思和范围的情况下，可对上述本发明作出很多改 变。
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