[发明专利]微合金钢和用于制备所述钢的方法

说明书

本发明涉及用于无缝管材的钢，其包含以重量百分比计的以下化学组成元素：0.04≤C≤0.18、0.10≤Si≤0.60、0.80≤Mn≤1.90、P≤0.020、S≤0.01、0.01≤Al≤0.06、0.50≤Cu≤1.20、0.10≤Cr≤0.60、0.60≤Ni≤1.20、0.25≤Mo≤0.60、B≤0.005、V≤0.060、Ti≤0.050、0.010≤Nb≤0.050、0.10≤W≤0.50、N≤0.012，其中余量是Fe和不可避免的杂质。本发明的钢可使用在海上应用、工艺管线、结构和机械应用中，特别是其中出现恶劣的环境条件和低至‑80℃的服役温度的情况。

技术领域

本发明涉及具有至少485MPa(70ksi)屈服强度与出色韧性行为和良好焊接性的微合金/合金钢材，优选地，本发明涉及具有大于690MPa(100ksi)的钢。本发明的钢可使用在海上应用、工艺管线、结构和机械应用，特别是其中出现恶劣的环境条件和低至-80℃的服役温度，例如在各种现代海上装置设计中，如在自升式(jack-up)装置中作为用于开放桁架腿的支撑管材以及在建筑设备中作为液压缸。

背景技术

一般来说，在过去的几年中，管材制造者已经做出大量尝试来满足为了节约材料而提高的要求。根据设计要求通过在不改变载荷的情况下减少壁厚度努力提高屈服和拉伸强度。

通常用于管线/工艺应用中的无缝管材的合金定义为以标准(例如API 5L和DNV-OS-F101)的形式高至100ksi(X100)钢牌号。对于具有壁厚度大于25mm的高强度牌号而言，那些标准没有提供与化学组成极限值有关的信息。在实践中，a.m.标准中提到的这些钢材不仅用于管线，它们还用于至多2英寸壁的结构和机械应用。

分类组织DNV GL和ABS的标准覆盖了用于海上结构和设备通常壁厚度范围在10mm和50mm之间的无缝管材，该标准限定牌号达到且包括690MPa的YS最小值、与低至-60℃的不同沙尔皮(charpy)冲击测试温度(等级F)和包括的化学组成。

可在制造者、购买者和分类团体之间根据用于金属性材料的海上标准DNVGL-OS-B101和可应用ABS标准商定无缝管材化学组成的改变。

在开发高强度牌号时，必须考虑那些材料应具有优异的韧性性质和焊接性。

直到现在，在管线中采用用于无缝标准钢牌号例如X70，其表明根据API 5L最小屈服强度(YS)为485MPa并且最小拉伸强度(UTS)为570MPa，然而，存在对于具有690MPa的最小YS和770MPa的最小UTS的强度等级高至100ksi的更高强度钢材(称作X100)的需要提高。当这样的钢材使用在海上构造用于支撑框架结构例如作为自升式装置中的开放式桁架腿时，对于它们的焊接性，即在低至-40℃的低温下和甚至在甚至低至-60至-80℃的北极领域中管接头焊接和它们的延性/韧性将满足高要求。

而对于焊接管材或板材制备而言可通过热机械轧制与轻微改变的化学组成和热处理的组合实现以上提到的X100牌号的目标性质。通常必须使用受控轧制过程然后淬火和回火处理结合正好调节的化学分析来获得用于热轧无缝管材所需要的性质。

从较低牌号开始，所需要的强度提高同时维持用于前述应用的热加工无缝管材的适当延性需要开发新的合金化构思。特别地，由于YS大于485MPa，采用常规合金化构思/工艺难以获得适当的高延性与良好焊接性。

通常已知的提高强度的方法是通过使用常规合金化构思和/或使用微合金化构思提高碳含量、碳当量，其基于析出硬化的过程。

通常来讲采用微合金化元素例如钛、铌和钒来提高强度。钛已经在高温下在液相中作为非常粗大的氮化钛部分析出。铌在较低温度下形成铌(C、N)析出物。随着进一步降低液相温度，钒以碳氮化物形式(即VC-颗粒析出)额外聚集，导致材料脆化。