專利名稱：：管線用管用厚壁無縫鋼管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及強(qiáng)度、韌性、焊接性優(yōu)異的管線用管用厚壁無縫鋼管及其制造方法。所謂厚壁無縫鋼管，意思是壁厚為25mm以上的無縫鋼管。本發(fā)明的無縫鋼管，是具有API(美國(guó)石油協(xié)會(huì))規(guī)格所規(guī)定的X70以上的io強(qiáng)度，具體來說就是具有X70(屈服強(qiáng)度482MPa以上)、X80(屈服強(qiáng)度551MPa以上)、X90(屈服強(qiáng)度620MPa以上)、X100(屈服強(qiáng)度689MPa以上)、X120(屈服強(qiáng)度827MPa以上)的強(qiáng)度，兼具良好的韌性的管線用管用的高強(qiáng)度高韌性厚壁無縫鋼管，特別適合海底出油管線(flowline)用。15
背景技術(shù)：
位于陸地和淺海的油田的石油、天然氣資源近年來正在枯竭，深海的海底油田的開發(fā)變得活躍。在深海油田中，需要使用出油管線和立管(riser)將原油和天然氣從設(shè)置于海底的油井、氣井的坑口輸送到海上的平臺(tái)。20在構(gòu)成深海中所鋪設(shè)的出油管線的管道的內(nèi)部，承受著疊加了深處地層壓力的高壓的內(nèi)部流體壓力，另外，管道還會(huì)受到因波浪導(dǎo)致的反復(fù)應(yīng)變，和在作業(yè)停止時(shí)來自深海的海水壓力的影響。因此，作為被使用在這種用途上的管道，在高強(qiáng)度前提下還希望是高韌性的厚壁鋼管。高強(qiáng)度高韌性的無縫鋼管，其制造歷來是用穿孔軋制機(jī)對(duì)高溫加熱的25鋼坯穿孔后，再進(jìn)行軋制、延伸，成形為制品的管道形狀，其后實(shí)施熱處理。然而，近年來從節(jié)能和工藝流程簡(jiǎn)化的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)用在線熱處理以使制造工藝流程簡(jiǎn)化的問題得到研究。特別是著眼于在熱加工后有效利用原材所保有的熱量，不使之即刻冷卻到室溫，而是導(dǎo)入淬火工藝流程。根據(jù)此方法，能夠達(dá)成能源的大幅節(jié)約和制造工藝流程的效率化，從而可以30大幅削減制造成本。由終軋后直接淬火的在線熱處理工藝流程制造的鋼管，如以往，因?yàn)槭窃谲堉坪蠹纯瘫焕鋮s到室溫，而后沒有被再加熱，所以不經(jīng)過相變和逆相變的過程。因此，結(jié)晶粒容易粗大化，不易確保韌性和耐腐蝕性。為了針對(duì)這一問題，提出有如下一些技術(shù)使終軋后的鋼管的晶粒微細(xì)的技術(shù)，5和即使晶粒不是太小，但仍能夠確保韌性和耐腐蝕性的技術(shù)。例如，在專利文獻(xiàn)l(特開2001-240913號(hào)公報(bào))中公開的技術(shù)是，在終軋后使用再加熱爐，調(diào)整從終軋到裝入再加熱爐的時(shí)間，由此實(shí)現(xiàn)晶粒的微細(xì)化。另外，在專利文獻(xiàn)2(特開2000-104117號(hào)公報(bào))中公開的技術(shù)是，調(diào)整成分組成，特別是Ti和S的含量，即使晶粒比較大仍具有io良好的性能。然而，為了制造近年來需求有所增加的大深度的海底油田用的高強(qiáng)度厚壁的鋼管，在所述專利文獻(xiàn)1中所公開的技術(shù)里并沒有對(duì)應(yīng)。例如，若成為厚壁鋼管，則終軋的溫度變成高溫，達(dá)到目標(biāo)的再加熱爐裝入溫度需要很長(zhǎng)時(shí)間，生產(chǎn)效率大幅降低。另外，所述專利文獻(xiàn)2中所述的方法也15難以適用于厚壁材。厚壁材的情況下，因?yàn)樵诰€熱處理時(shí)的冷卻速度變小，所以，即使是應(yīng)用專利文獻(xiàn)2所公開的組成的鋼，仍有韌性降低這樣的問題。專利文獻(xiàn)1特開2001-240913號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2000-104117號(hào)公報(bào)20
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明以解決上述的問題為課題，其目的在于，提供一種特別是在壁厚厚的鋼管的前提下仍具有高強(qiáng)度和穩(wěn)定的韌性的管線用管用無縫鋼管及其制造方法。25l.基礎(chǔ)性的研究和結(jié)論首先，對(duì)支配厚壁的無縫鋼管的韌性的因素進(jìn)行了剖析。其結(jié)果判明以下幾點(diǎn)。(1)鋼水在凝固時(shí)和凝固后的冷卻條件對(duì)韌性有很大影響。若冷卻速度小，則韌性降低，因此需要在一定的冷卻速度以上進(jìn)行冷卻。30(2)此外，將鋼錠加熱到高溫區(qū)域而進(jìn)行熱加工的開坯軋制工藝流程，不會(huì)對(duì)韌性有好的影響。(3)上述韌性降低的原因在于，Ti碳氮化物的析出形態(tài)受到凝固時(shí)和凝固后的冷卻速度的影響。為了防止此韌性降低，重要的是使Ti碳氮化物微細(xì)地析出。5(4)析出強(qiáng)化對(duì)在線熱處理材來說，會(huì)使強(qiáng)度和韌性的平衡惡化。對(duì)獲得高強(qiáng)度是不利的，不過不極力使用析出強(qiáng)化，而是活用相變強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的方法在為了獲得高韌性時(shí)是優(yōu)選的。(5)為了獲得均一的金屬組織，需要防止殘留奧氏體和低溫相變馬氏體的生成。io(6)作為合金組成，優(yōu)選的組成是降低Si，再降低P和S，Nb禾口V以不超過一定上限的方式進(jìn)行控制，且適量含有適量的Ti和Ca、Mg和REM之中的1種以上。由此，厚壁材的韌性大幅提高。(7)上述(1)(6)的結(jié)論的取得，以在線熱處理為前提。但是，若應(yīng)用于離線實(shí)施熱處理的鋼材，則能夠獲得更好的韌性。因此，以離線15熱處理制造高強(qiáng)度材時(shí)也能夠利用上述的結(jié)論。2.基礎(chǔ)試驗(yàn)及其結(jié)果在線熱處理中，因?yàn)椴淮嬖陔x線熱處理中的"相變一逆相變"帶來的晶粒微細(xì)化工藝流程，所以需要使軋制結(jié)束時(shí)的晶粒本身就微細(xì)化，從而確保韌性。20通常，凝固狀態(tài)下的晶粒粗大，但是通過再加熱并實(shí)施開坯軋制，可以使晶粒變得微細(xì)。因此，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，對(duì)在線熱處理材的開坯軋制工藝流程的最佳化進(jìn)行研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)如下傾向在線熱處理材中，無需開坯軋制條件，就算根本不實(shí)施開坯軋制的方法也會(huì)使晶粒微細(xì)，韌性提高。即，判明了上述現(xiàn)有的一般常識(shí)未必正確。25為了理解該預(yù)想外的結(jié)果，又通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)實(shí)施了模擬試驗(yàn)。首先，作為經(jīng)過了開坯工序的工藝流程，是將澆鑄的鑄錠加熱到1250°C，進(jìn)行熱加工并制作坯塊，再加熱到1250°C，通過熱軋和水冷模擬穿孔過程和在線熱處理工序。作為未經(jīng)過開坯工序的工藝流程，是從澆鑄的鑄錠上以機(jī)械加工切下30與通過上述的熱加工而制作的坯塊同尺寸的坯塊，將該坯塊加熱到1250°C，通過熱軋和水冷模擬穿孔過程和在線熱處理工序。上述這兩種試驗(yàn)的結(jié)果是，未實(shí)施開坯軋制的晶粒呈壓倒性的微細(xì)，韌性提高?？墒牵詫?shí)機(jī)實(shí)施同樣的試制時(shí)，卻判明沒有取得期待的效果。因此，5在上述模擬試驗(yàn)中調(diào)查晶粒徑有很大不同的原因。其結(jié)果可知，在開坯軋制模擬試驗(yàn)材中，添加的Ti的幾乎悉數(shù)都作為Ti碳氮化物析出，開坯軋制模擬時(shí)的加熱和熱加工導(dǎo)致Ti碳氮化物的粒成長(zhǎng)，由此析出粒子數(shù)減少。若析出粒子減少，則釘軋(pinning)母相的晶粒成長(zhǎng)的能力降低，在用于其后的穿孔模擬試驗(yàn)的坯塊加熱時(shí)，不能抑制晶粒的粗大化。io另一方面，在不實(shí)施開坯軋制模擬試驗(yàn)的工藝流程中，首先，鑄錠中的碳氮化物沒有析出，在用于穿孔過程的模擬試驗(yàn)的加熱時(shí)，Ti碳氮化物微細(xì)地析出，該Ti碳氮化物釘扎母相的晶粒成長(zhǎng)，由此可知晶粒顯著變小。還有，在實(shí)機(jī)試制時(shí)即使省略開坯軋制工序，晶粒幾乎仍就沒有變微15細(xì)，就其原因進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)闈茶T時(shí)的冷卻速度大得不夠充分，所以在澆鑄階段已經(jīng)有Ti碳氮化物析出，固溶狀態(tài)的Ti不存在的原因。澆鑄時(shí)析出的Ti碳氮化物因?yàn)樵诟邷叵挛龀觯匀菀状执蠡?，析出個(gè)數(shù)減少。因此，釘扎母相的晶粒的能力減少。另一方面，若澆鑄時(shí)Ti碳氮化物的析出少，充分確保了固溶Ti量，則在之后的制管工藝流程中20的鋼坯加熱時(shí)，因?yàn)榈蜏叵耇i碳氮化物析出，所以會(huì)微細(xì)地析出，析出粒子數(shù)變多。若析出粒子數(shù)多，則釘扎母相的晶粒的作用大，母相的晶粒的粗大化得到抑制。因此，適當(dāng)控制澆鑄工藝流程中的冷卻速度極為重要。特別是，若凝固后的冷卻速度慢，則在冷卻途中的高溫區(qū)域就會(huì)有Ti碳氮化物析出，因?yàn)槭窃谖诲e(cuò)比較少的奧氏體域的析出，所以核生成點(diǎn)25少，各個(gè)析出物粗大化，成為粗大的分散狀態(tài)。若一旦粗大地析出，則Ti碳氮化物難以在固相中溶解，因此不可能微細(xì)分散。另一方面，凝固后的冷卻速度為不會(huì)析出Ti碳氮化物的速度時(shí)，在澆鑄的鋼坯中不存在Ti碳氮化物，Ti以固溶狀態(tài)存在。在用于其后的熱加工的加熱時(shí)，在比較低的溫度下Ti碳氮化物析出。在加熱時(shí)析出的情30況下，因?yàn)槭窃谖诲e(cuò)多的貝氏體組織中的低溫析出，所以核生成點(diǎn)多，可微細(xì)分散析出。還有，若加熱速度大，則析出處于高溫區(qū)域，也可知難以進(jìn)行微細(xì)析出。為了使Ti碳化物充分地微細(xì)析出，加熱途中在適當(dāng)?shù)臏囟葏^(qū)域?qū)嵤┚鶡岬奶幚硪灿行?。若Ti碳氮化物一旦微細(xì)地析出，則很難粗大化，即5使在實(shí)施了開坯軋制的情況下，仍可發(fā)揮出晶粒粗大化抑制效果。但是，因?yàn)樵陂_坯軋制時(shí)Ti碳氮化物發(fā)生了一些粗大化，所以可以使凝固時(shí)的固溶Ti比不實(shí)施開坯軋制時(shí)存在得多。因?yàn)槔肰和Nb帶來的析出強(qiáng)化容易獲得高強(qiáng)度，所以該析出強(qiáng)化以前大多適用在對(duì)高強(qiáng)度、焊接性有要求的鋼材中。然而，厚壁的在線熱io處理材中，因?yàn)樯鲜龅奈龀鰪?qiáng)化會(huì)使韌性大大降低，所以是盡量不使用的方法。特別是因?yàn)镹b會(huì)使在線熱處理材的韌性顯著降低，所以含有時(shí)需要設(shè)定嚴(yán)格的上限。關(guān)于V雖然不像Nb那樣，但也要設(shè)定上限，以相變強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化為基礎(chǔ)，進(jìn)行確保強(qiáng)度的合金設(shè)計(jì)。此外，若成為厚壁材，則通過熱處理的第一階段的淬火處理很難得到15均一的金屬組織，從而有韌性降低的傾向。為厚壁材時(shí)因?yàn)槔鋮s速度降低，所以成為均一的相變組織很困難。即，冷卻時(shí)馬氏體和貝氏體依次相變，但是如果冷卻速度小，C可以在一定程度上擴(kuò)散，則C會(huì)濃縮到未相變的奧氏體中，該部分在最終相變后變成C含量高的馬氏體和貝氏體，成為C含量高的殘留奧氏體。因此，優(yōu)選冷卻速度盡可能設(shè)定得大，進(jìn)行強(qiáng)制冷20卻直至盡量低的溫度。然而，厚壁鋼管的情況下，在加大冷卻速度上存在限度。因此，為了開出發(fā)即使在厚壁材中也能夠達(dá)成的冷卻速度下仍成為均一的組織的技術(shù)進(jìn)行研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過抑制濃縮的元素，即減少C的含量，同時(shí)也抑制Si的含量，能夠降低C向第二相的濃縮。25基于以上的發(fā)現(xiàn)，明確了下述合金設(shè)計(jì)和制造工藝流程的基本思想，從而完成本發(fā)明。以下，關(guān)于成分含量的"％"意思是"質(zhì)量％"。首先，C含量限制在0.08。/。以下。此外，Si的上限為0.25%以下，更優(yōu)選為0.15%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.10%以下。Ti在凝固時(shí)不析出，在其后的鋼坯加熱時(shí)作微細(xì)的Ti碳氮化物析出并且為適當(dāng)?shù)暮?，需要將?0控制在0.0040.010%的狹窄范圍。此外，在線熱處理的情況下，Nb添加會(huì)使韌性降低，同時(shí)成為強(qiáng)度偏差的要因，因此不添加Nb，而其作為雜質(zhì)的上限優(yōu)選為0.005%以下。因?yàn)閂也會(huì)使韌性降低，所以不添加或即使含有也需要在0.08%以下。其他元素從高強(qiáng)度和良好的韌性的平衡的觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于給5韌性帶來不良影響的P和S分別設(shè)定允許上限值。Mn、Cr、Ni、Mo和Cu，則需要考慮韌性和焊接性，并根據(jù)目標(biāo)強(qiáng)度進(jìn)行選擇和調(diào)整。另外，添加脫氧所需要的A1。選擇Ca、Mg和REM之中的l種以上并添加，以確保澆鑄特性，其在使韌性是提高上也有效。此外，為了使穩(wěn)定的Ti碳氮化物析出，需要將N含量控制在狹窄的范圍。io其次，作為制造工藝流程，首先抑制Ti碳氮化物的析出，得到確保有固溶Ti的凝固鋼錠很重要。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，如果作為上述的C、Ti和N的含量，則緊接凝固之后沒有Ti碳氮化物析出，但是若其后的冷卻速度小，則粗大的Ti碳氮化物析出，因此，凝固后需要在特定的速度以上冷卻。15理想的鑄造是連續(xù)鑄造成圓坯(截面為圓的鋼坯)，但是也可以采取在方形的鑄型中連續(xù)鑄造和作為鑄錠澆鑄，其后再開坯成圓坯的工藝。但是在這種情況下，要更為嚴(yán)格地控制鑄造后的冷卻速度，以抑制粗大的TiN析出，確保充分量的固溶Ti很重要。圓坯再加熱到可以熱加工的溫度，實(shí)施穿孔、延伸、定形軋制。若固20溶狀態(tài)的Ti充分存在，則再加熱時(shí)Ti碳氮化物析出，因?yàn)槲龀鰷囟缺容^低，所以與凝固后在冷卻時(shí)析出的情況相比，會(huì)析出格外微細(xì)的Ti碳氮化物。微細(xì)析出的Ti碳氮化物個(gè)數(shù)多，可抑制鋼坯的加熱保持時(shí)的晶界移動(dòng)，防止晶粒粗大化。若進(jìn)行急速加熱，則低溫下的微細(xì)析出不可能進(jìn)行，得不到晶粒粗大化防止的效果，因此若是緩慢的加熱或在中溫區(qū)域保25持，則微細(xì)的Ti碳氮化物的析出得到促進(jìn)。在制管后的熱處理中，得到均一的組織是確保韌性的需要。為此，使用調(diào)整了化學(xué)組成的鋼，使強(qiáng)制冷卻結(jié)束溫度成為盡量低的溫度，充分地冷卻截止很重要。據(jù)此，能夠防止部分性地C稠化了的相變強(qiáng)化組織和殘留奧氏體的生成，從而韌性提高。30遵照以上的基本思想的本發(fā)明，以下述的(1)和(2)的管線用管用無縫鋼管和(3)(6)的管線用管用無縫鋼管的制造方法為要旨。(1)一種高強(qiáng)度、韌性良好的管線用管用厚壁無縫鋼管，其中，含有C:0.030.08%、Si:0.25%以下、Mn:0.32.5%、Al:0扁0.腦、Cr:0.021.0%、Ni:0.021.0%、Mo:0.021.2%、Ti:0.0040.010%、5N:0.0020.008%、以及Ca、Mg和REM之中的1種或2種以上合計(jì)為0.00020.005%、V:00.08%、Nb:00.05°/0、Cu:01.0%，余量由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成，雜質(zhì)中的P為0.05%以下，S為0.005。/。以下。(2)—種高強(qiáng)度、韌性良好的管線用管用厚壁無縫鋼管，上述的成分之中，含有0.00030.01%的B替代Fe的一部分。io(3)—種高強(qiáng)度、韌性良好的管線用管用厚壁無縫鋼管的制造方法，其以下述的(a)(e)的工序?yàn)樘卣鳌?a)將具有上述(1)或(2)所述的化學(xué)組成的鋼水，通過連續(xù)鑄造而使之凝固成截面為圓形的鋼坯的工序。(b)使1400。C1000。C之間的平均冷卻速度為6"/分以上，將上述15的鋼坯冷卻到室溫的工序。(c)使550。C900。C之間的平均加熱速度為15。C/分以下而加熱至1150128(TC以后，通過穿孔和軋制制造無縫鋼管的工序。(d)制管后即刻以8501000。C進(jìn)行均熱后，或者制管后即刻冷卻，接著加熱到850100(TC后，或者制管后即刻使80(TC50(rC之間的平均20加熱速度為8"/分以上而進(jìn)行連續(xù)強(qiáng)制冷卻至10(TC以下的工序。(e)在500690。C的范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行回火的工序。(4)一種高強(qiáng)度、韌性良好的管線用管用厚壁無縫鋼管的制造方法，其以下述的(a)(e)的工序?yàn)樘卣鳌?a)將具有上述(1)或(2)所述的化學(xué)組成的鋼水，通過連續(xù)鑄25造而使之凝固成截面為方形的初軋坯(bloom)或板坯(slab)的工序。(b)使140(TC100(TC之間的平均冷卻速度為8"C/分以上，將上述的初軋坯或板坯冷卻到室溫的工序。(c)使550。C90(TC之間的平均加熱速度為15。C/分以下而加熱至1150128(TC以后，通過鍛造或/和軋制制作截面為圓形的鋼坯并冷卻到室30溫的工序。(d)將上述的鋼坯加熱至1150128(TC以后，通過穿孔和軋制制造無縫鋼管的工序。(e)制管后即刻以850100(TC進(jìn)行均熱后，或者制管后先冷卻，接著加熱到850100(TC后，或者制管后緊接著使80(TC50(TC之間的平均5加熱速度為8。C/分以上而進(jìn)行連續(xù)強(qiáng)制冷卻至IO(TC以下的工序。(f)在500690。C的范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行回火的工序。(5)—種高強(qiáng)度、韌性良好的管線用管用厚壁無縫鋼管的制造方法，其以下述的(a)(e)的工序?yàn)樘卣鳌?a)將具有上述(1)或(2)所述的化學(xué)組成的鋼水，通過連續(xù)鑄io造而使之凝固成截面為圓形的鋼坯的工序。(b)使140(TC100(TC之間的平均冷卻速度為6。C/分以上，將上述的鋼坯冷卻到室溫的工序。(c)進(jìn)行550。C100(TC溫度區(qū)域下的15分以上的均熱，加熱至1150128(TC以后，通過穿孔和軋制制造無縫鋼管的工序。15(d)制管后即刻以850100(TC進(jìn)行均熱后，或者制管后先冷卻，接著加熱到850100(TC后，或者制管后即刻使80(TC50(TC之間的平均加熱速度為8。C/分以上而進(jìn)行連續(xù)強(qiáng)制冷卻至IO(TC以下的工序。(e)在500690'C的范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行回火的工序。(6)—種高強(qiáng)度、韌性良好的管線用管用厚壁無縫鋼管的制造方法，20其以下述的(a)(e)的工序?yàn)樘卣鳌?a)將具有上述(1)或(2)所述的化學(xué)組成的鋼水，通過連續(xù)鑄造而使之凝固成截面為方形的初軋坯或板坯的工序。(b)使140(TC100(TC之間的平均冷卻速度為8'C/分以上，將上述的初軋坯或板坯冷卻到室溫的工序。25(c)進(jìn)行55(TC1000。C溫度區(qū)域下的15分以上的均熱，加熱至1150128(TC以后，通過鍛造或鄰軋制制作截面為圓形的鋼坯并冷卻到室溫的工序。(d)將上述的鋼坯加熱至1150128(TC以后，通過穿孔和軋制制造無縫鋼管的工序。30(e)制管后即刻以850100(TC進(jìn)行均熱后，或者制管后即刻冷卻，接著加熱到8501000'C后，或者緊接制管后使80(TC50(TC之間的平均加熱速度為8°。/分以上而進(jìn)行連續(xù)強(qiáng)制冷卻至IO(TC以下的工序。(f)在50069(TC的范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行回火的工序。具體實(shí)施方式l.本發(fā)明的鋼管的化學(xué)組成首先，對(duì)本發(fā)明中使鋼管的化學(xué)組成以上述方式進(jìn)行限定的理由進(jìn)行以下闡述。還有如前述，表示化學(xué)成分含量(濃度)的％是質(zhì)量°/。的意思。C:0.030.08%ioC是用于確保鋼的強(qiáng)度的重要元素。為了提高淬火性而在厚壁材中得到充分的強(qiáng)度，需要其為0.03%以上。另一方面，若超過0.08%，則韌性降低，因此C為0.030.08%。Si:0.25%以下Si具有作為煉鋼中的脫氧劑的作用，但是不提倡極力添加的方法。其15理由是因?yàn)镾i尤其會(huì)使厚壁材的韌性大幅降低。若Si的含量超過0.25%，則厚壁材的韌性顯著降低，因此即使作為脫氧劑添加時(shí)其含量也為0.25%以下。若在0.15%以下則能夠獲得韌性的進(jìn)一步改善。最優(yōu)選的是抑制為低于0.10%。極端降低作為雜質(zhì)的Si在煉鋼工藝上很困難，但是若限制得低于0.05%，則能夠得到極其良好的韌性。20Mn:0.32.5%為了提高淬火性，即使是厚壁材也能夠強(qiáng)化至中心并同時(shí)提高韌性，需要含有比較大量的Mn。其含量低于0.3%時(shí)得不到這些效果，若超過2.5%則耐HIC特性降低，因此Mn為0.32.5%。Al:0.0010.10%25Al作為煉鋼中的脫氧劑添加。為了獲得該效果，需要使其含量為0.001%以上來進(jìn)行添加。另一方面，若A1的含量超過0.10%，則夾雜物成為團(tuán)(cluster)狀而使韌性劣化，另外在管端的斜角面(bevel)加工時(shí)表面缺陷多發(fā)。因此Al為0.0010.10%。從防止表面缺陷的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選限制其上限，優(yōu)選的上限為0.03%，更優(yōu)選的上限為0.02%。還有，30在本發(fā)明的鋼管中，因?yàn)椴荒芷诖蒘i添加帶來的巨大的脫氧效果，所以為了充分進(jìn)行脫氧而優(yōu)選Al含量的下限為0.010%。Cr:0.021.0o/oCr使淬火性提高，是在厚壁材中使鋼的強(qiáng)度提高的元素。該效果要變得顯著是含有0.02%以上時(shí)。但是，若其含量過剩，則韌性反而降低，因5此為1.0%以下。Ni:0.021.00/0M使淬火性提高，是在厚壁材中使鋼的強(qiáng)度提高的元素。其效果在含有0.02%以上時(shí)變得顯著。然而，Ni是昂貴的元素，另外過剩地使之含有其效果也只是飽和，因此將其上限作為1.0%。ioMo:0.021.2%Mo是通過相變強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化使鋼的強(qiáng)度提高的元素。其效果在含有0.02%以上時(shí)變得顯著。但是若過剩地添加則韌性降低，因此將其上限作為1.2%。Ti:0.0040.010%15作為Ti的恰當(dāng)?shù)暮?，是在凝固時(shí)的冷卻時(shí)不會(huì)析出，而在其后的鋼坯加熱時(shí)使Ti碳氮化物析出的含量，需要控制在0.0040.010%的狹小范圍內(nèi)。當(dāng)含有低于0.004%時(shí)，則不能確保析出的Ti碳氮化物的個(gè)數(shù)，若超過0.010%，則在凝固后的冷卻時(shí)會(huì)粗大的析出。因此Ti的含量以0.0040.010%為宜。20N:0.0020.008%為了確保微細(xì)分散的Ti碳氮化物而需要含有N在0.002%以上。另一方面，若N超過0.008%，則在凝固時(shí)會(huì)使粗大的Ti碳氮化物析出，因此需要控制在0.0020.008%的狹窄范圍內(nèi)。V:00.08%25V是根據(jù)強(qiáng)度與韌性的平衡而決定含量的元素。在通過其他合金元素就能夠獲得充分強(qiáng)度時(shí)，不添加的方法便能夠得到良好的韌性。作強(qiáng)度提高元素添加時(shí)，優(yōu)選為0.02%以上的含量。另一方面，若超過0.08°/。則韌性大大降低，因此添加時(shí)其含量上限為0.08%。Nb:00.05%30離線熱處理時(shí)，Nb在用于淬火的加熱時(shí)抑制晶粒粗大化的功效顯著。為了獲得該效果，優(yōu)選含有0.005%以上。但是，若Nb的含量超過0.05。/。，則粗大的碳氮化物析出而韌性降低，因此其上限為0.05。/。。在線處理時(shí)，Nb碳氮化物不均勻地析出，不但使韌性降低，同時(shí)強(qiáng)度偏差大，因此基本上優(yōu)選不添加Nb的方法。強(qiáng)度偏差變得顯著并成為5制造上的問題是在其含量超過0.005%時(shí)，因此應(yīng)用在線處理時(shí)，應(yīng)該將允許上限作為0.005%。Cu:01.0%Cu也可以不添加，但是因?yàn)槠渚哂懈纳颇虷IC特性(耐氫誘導(dǎo)裂紋特性)的作用，所以也可以在為了提高耐HIC特性時(shí)添加。顯現(xiàn)出耐HICio特性改善效果的最少含量為0.02%。另一方面，因?yàn)榧词钩^1.0%效果也是飽和，所以添加時(shí)其含量?jī)?yōu)選為0.021.0%。Ca、Mg、REM:1種或2種以上合計(jì)為0.00020.005%這些元素添加的目的在于，通過控制夾雜物的形態(tài)來改善韌性、耐腐蝕性，和抑制澆鑄時(shí)的注口堵塞以改善澆鑄特性。為了取得這些效果，需15要含有1種或2種以上合計(jì)為0.0002%以上。另一方面，若1種含量超過0.005%或2種以上的合計(jì)含量超過0.005%，則上述效果飽和，不但更高的效果得不到發(fā)揮，而且夾雜物還容易團(tuán)化，韌性、耐HIC特性反而降低。因此，單獨(dú)添加上述元素時(shí)，其含量均為0.00020.005%，添加2種以上時(shí)，合計(jì)的含量為0.00020.005%。還有，所謂REM是鑭系元素，Y和20Sc的17元素B:0細(xì)30.010/0B也可以不添加，但是若添加即使微量也會(huì)使淬火性提高，因此若在需要更高強(qiáng)度時(shí)添加有效。為了取得上述的效果，優(yōu)選含有0.0003%以上。但是，因?yàn)檫^剩地添加會(huì)使韌性降低，所以添加B時(shí)其含量為0.01%以下。25本發(fā)明的管線用管用鋼管，除了上述成分以外，余量由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成。其中，雜質(zhì)中的P和S需要如下述這樣抑制含量的上限。P:0.05%以下p是使韌性降低的雜質(zhì)元素，其含量?jī)?yōu)選盡可能地少。若其含量超過0.05%，則韌性顯著降低，因此允許上限為0.05%。優(yōu)選為0.02%以下，更30優(yōu)選為0.01%以下。S也是使韌性降低的雜質(zhì)元素，優(yōu)選盡可能少。若含量超過0.005%，則韌性顯著降低，因此允許上限為0.005%。優(yōu)選為0.003%以下，更優(yōu)選為0.001%以下。52.關(guān)于制造方法接下來，關(guān)于本發(fā)明的制造方法，就適宜的制造條件進(jìn)行說明。(1)鑄造和凝固后的冷卻首先，由轉(zhuǎn)爐等精煉如上述組成的鋼，鑄造并得到使之凝固的鑄片。這時(shí)，得到抑制了Ti碳氮化物的析出的凝固鋼錠很重要。如前述，如果io是規(guī)定的C、Ti和N的含量，則在凝固時(shí)Ti碳氮化物基本上不會(huì)析出。然而，若其后的冷卻速度小，則粗大的Ti碳氮化物析出，因此需要在特定的速度以上進(jìn)行冷卻。作為制造工藝流程，連續(xù)鑄造成圓坯形狀較為理想。但是，也能夠采用在方形的鑄型中進(jìn)行連續(xù)鑄造和作為鑄錠進(jìn)行澆鑄，然后再開坯成圓坯15的工藝流程。這時(shí)對(duì)鑄造后的冷卻速度就要更嚴(yán)格地控制，抑制粗大的TiN的析出很重要。作為冷卻速度，是在凝固后Ti碳氮化物容易生成的1400100(TC的溫度區(qū)域的平均冷卻速度，澆鑄成圓坯時(shí)需要6。C/分以上的冷卻速度，實(shí)施開坯軋制時(shí)需要8。C/分以上的冷卻速度。更優(yōu)選的是，澆鑄成圓坯時(shí)為208。C/分以上的平均冷卻速度，實(shí)施開坯軋制時(shí)為1(TC/分以上的平均冷卻速度。還有，任何情況下都是平均冷卻速度越大越為優(yōu)選，因此其上限沒有制約。鑄片的冷卻速度根據(jù)鑄片的部位也會(huì)發(fā)生差異，但是在圓形的鑄型中進(jìn)行連續(xù)鑄造時(shí)，根據(jù)距中心只1/2半徑的距離處的冷卻速度進(jìn)行控制，25在方形的鑄型中進(jìn)行連續(xù)鑄造時(shí)，在通過四角形的重心與長(zhǎng)邊平行的線上，根據(jù)重心和表面的中間處的冷卻速度進(jìn)行控制。溫度的測(cè)定能夠安裝熱電偶來進(jìn)行，不過也能夠根據(jù)表面的溫度履歷通過更正的數(shù)值模擬試驗(yàn)進(jìn)行。(2)鋼坯或鋼錠的加工30圓坯再加熱到可以熱加工的溫度并實(shí)施穿孔、延伸、定形軋制。另外，在鑄造成截面為方形的初軋坯或板坯時(shí)，再加熱后通過鍛造或/和軋制成為圓坯，并實(shí)施穿孔、延伸、定形軋制。作為再加熱溫度在其低于115(TC時(shí)，熱變形阻抗變大，瑕疵的發(fā)生增力口，因此需要為115(TC以上。另一方面，若超過1280°C，則由于加熱燃5料單位消耗量變得過大，氧化皮損失變大而成品率降低，加熱爐的壽命變短不經(jīng)濟(jì)等，因此上限為1280'C。越是降低加熱溫度，晶粒就變得越微細(xì)，韌性越好，因此優(yōu)選的加熱溫度為120(TC以下。若固溶狀態(tài)的Ti充分存在，則再加熱時(shí)Ti碳氮化物析出。但是該析出與凝固后的冷卻中的析出不同，析出溫度比較低。因此，與凝固后的冷io卻時(shí)析出的情況相比，會(huì)析出非常微細(xì)的Ti碳氮化物。微細(xì)地析出的Ti碳氮化物個(gè)數(shù)多，可抑制鋼坯在加熱保持時(shí)的晶界移動(dòng)，防止晶粒粗大化。但是，若進(jìn)行急速加熱，則不可能進(jìn)行低溫下的微細(xì)析出，因此得不到晶粒粗大防止的效果。為了促進(jìn)低溫下的微細(xì)析出，有效的作法是再加熱時(shí)，使500。C90(TC之間的平均冷卻速度為15'C/分以下，或者在550。C100015。C之間實(shí)施15分鐘以上的均熱處理。穿孔、延伸和定形軋制按照通常的無縫鋼管的制造條件實(shí)施即可。3.制管后的熱處理在制管后的熱處理中，需要得到均一的組織以確保韌性。淬火處理是在熱軋后并不即刻冷卻到室溫，而是以實(shí)施淬火的在線熱處理為基本，但20若是在即刻冷卻后再加熱并實(shí)施淬火，則晶粒變得更加微細(xì)，韌性進(jìn)一步提高。作為在線熱處理方法，在熱加工結(jié)束后，若是以均熱爐加熱后再實(shí)施淬火，則能夠得到強(qiáng)度偏差小的鋼管。越是加大淬火時(shí)的冷卻速度，就越容易在厚壁材中得到高強(qiáng)度、高韌性，越接近理論上的極限冷卻速度越能夠獲得高強(qiáng)度、高韌性。必要的冷25卻速度在800'C50(TC的平均冷卻速度為8。C/秒以上。更優(yōu)選的是10°C/秒以上，最優(yōu)選的是15'C/秒以上。關(guān)于優(yōu)異的韌性確保，除了冷卻速度以外，冷卻結(jié)束溫度也很重要。采用調(diào)整了化學(xué)組成的鋼，冷卻截止到強(qiáng)制冷卻結(jié)束溫度為IO(TC以下的盡可能低的溫度很重要。繼續(xù)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，優(yōu)選達(dá)到8(TC以下，更優(yōu)選30達(dá)到5(TC以下，最優(yōu)選達(dá)到3(TC以下。據(jù)此，能夠防止部分C稠化的相變強(qiáng)化組織和殘留奧氏體的生成，韌性得到大幅度改善。淬火后，以500。C700。C的范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行回火?；鼗鸬哪康氖菑?qiáng)度的調(diào)整和韌性的提高?；鼗饻囟认碌谋３謺r(shí)間根據(jù)鋼管的壁厚等適宜決定即可，通常設(shè)定在10分鐘120分鐘左右。實(shí)施例用轉(zhuǎn)爐熔煉表l所示的化學(xué)組成的鋼，作為圓坯的制造方法，采用在截面為圓形的連續(xù)鑄造鑄型中澆鑄的方法，和一旦在方形的鑄型中澆鑄后，通過開坯軋制而制造圓坯的方法。在圓形的連續(xù)鑄造鑄型中澆鑄時(shí)的制造條件顯示在表2和表3中。凝固工藝流程表述為"RCC"。在方形的io鑄型中澆鑄的工藝流程表述為"BLCC"，其制造顯示在表4和表5中。以表2表5所示制管加熱條件加熱圓坯，使用傾斜輥穿孔機(jī)得到中空毛坯管。使用芯棒式無縫管軋機(jī)(mandrelmill)和分級(jí)機(jī)(sizer)對(duì)該中空毛坯管進(jìn)行精軋，得到壁厚30mm50mm的鋼管。之后，按表2表5所述的淬火條件進(jìn)行冷卻。即實(shí)施如下方法制管后立即實(shí)施冷卻的15方法；制管后立刻裝入再加熱爐并進(jìn)行均熱后再急冷的方法；即刻冷卻到室溫后進(jìn)行再加熱并冷卻的方法。其后，按表2表5所述的條件實(shí)施回火而成為制品。從得到的鋼管上提取作為拉伸試驗(yàn)的JIS12號(hào)拉伸試驗(yàn)片，測(cè)定抗拉強(qiáng)度(TS)、屈服強(qiáng)度(YS)。還有，拉伸試驗(yàn)依據(jù)JISZ2241進(jìn)行。沖擊20試驗(yàn)片依據(jù)JISZ2202的4號(hào)試驗(yàn)片，從壁厚中央的長(zhǎng)度方向提取10mmX10mm、2mmV型切口的試驗(yàn)片進(jìn)行試驗(yàn)。在表2的試驗(yàn)編號(hào)1中記載有分支編號(hào)1禾n2的2例。1-1和1-2使用發(fā)明鋼A，1-1的制造條件處于發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)，能夠獲得良好的韌性。另一方面，試驗(yàn)編號(hào)l-2其用于制管的加熱速度過大，脫離了本發(fā)明25規(guī)定的制造工藝，無法取得良好的韌性。以下，對(duì)于試驗(yàn)編號(hào)224來說也分別有分支編號(hào)1和2，在同一試驗(yàn)編號(hào)中使用同鋼種。分支編號(hào)為1的制造條件處于發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)，能夠獲得良好的韌性。另一方面，為分支編號(hào)2時(shí)則脫離了本發(fā)明規(guī)定的制造工藝，得不到良好的韌性。表4和表5也一樣，一個(gè)試驗(yàn)編號(hào)內(nèi)使用同鋼種，分支編號(hào)l為本發(fā)30明規(guī)定的范圍內(nèi)的制造工藝，能夠得到良好的韌性。另一方面，分支編號(hào)2因?yàn)槊撾x了本發(fā)明規(guī)定的制造工藝，所以得不到良好的韌性。還有，試驗(yàn)編號(hào)2530是合金組成范圍脫離了本發(fā)明規(guī)定的鋼(比較鋼)的實(shí)施例。韌性均不充分，作為在厚壁前提下要求有高韌性的管線用管其性能不充分。表1鋼<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>200680009884.0勢(shì)溢也被18/21:a;表4<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>表5<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>產(chǎn)業(yè)上的利用可能性根據(jù)本發(fā)明，通過規(guī)定無縫鋼管的化學(xué)組成及其制造方法，可以制造出一種管線用管用無縫鋼管，特別是在壁厚厚的鋼管中具有屈服應(yīng)力為X70(屈服強(qiáng)度482MPa以上)、X80(屈服強(qiáng)度551MPa以上)、X90(屈5服強(qiáng)度620MPa以上)、X100(屈服強(qiáng)度689MPa以上)、X120(屈服強(qiáng)度827MPa以上)的強(qiáng)度，而且韌性優(yōu)異。本發(fā)明的無縫鋼管可以作為海底出油管線用，是可以鋪設(shè)在更為嚴(yán)酷的深海中的鋼管。因此，本發(fā)明是對(duì)能源穩(wěn)定供給有重大貢獻(xiàn)的發(fā)明。權(quán)利要求1.一種高強(qiáng)度且韌性良好的管線用管用厚壁無縫鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)含有C0.03～0.08％、Si0.25％以下、Mn0.3～2.5％、Al0.001～0.10％、Cr0.02～1.0％、Ni0.02～1.0％、Mo0.02～1.2％、Ti0.004～0.010％、N0.002～0.008％、以及Ca、Mg和REM之中的1種或2種以上合計(jì)為0.0002～0.005％、V0～0.08％、Nb0～0.05％、Cu0～1.0％，余量由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成，雜質(zhì)中的P為0.05％以下，S為0.005％以下。2.—種高強(qiáng)度且韌性良好的管線用管用厚壁無縫鋼管，其特征在于，以質(zhì)量。/。計(jì)含有C:0.030.08%、Si:0.25%以下、Mn:0.32.5%、Al:0.0010.10%、Cr:0.021.0%、Ni:0.021.0%、Mo:0.021.2%、Ti:0.0040.010%、N:0.0020.008%、B:0.00030.01%、以及Ca、Mg禾nREM之中的1種或2種以上合計(jì)為0.00020.005%、V:00.08%、Nb:00.05%、Cu:01.0%，余量由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成，雜質(zhì)中的P為0.05%以下，S為0.005%以下。3.—種高強(qiáng)度且韌性良好的管線用管用厚壁無縫鋼管的制造方法，其特征在于，包括下述的(a)(e)的工序，20(a)通過連續(xù)鑄造使具有權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)組成的鋼水凝固成截面為圓形的鋼坯的工序，(b)將140(TC1000。C之間的平均冷卻速度定為6。C/分以上，將所述鋼坯冷卻到室溫的工序，(c)將550。C90(TC之間的平均加熱速度定為15tV分以下，加熱至、1150128(TC以后，通過穿孔和軋制制造無縫鋼管的工序，(d)制管后直接以850100(TC進(jìn)行均熱后，或者制管后先冷卻，接著加熱到8501000'C后，或者制管后直接將80(TC50(TC之間的平均加熱速度定為8。C/分以上而進(jìn)行連續(xù)強(qiáng)制冷卻至IO(TC以下的工序，(e)在500690。C的范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行回火的工序。4.—種高強(qiáng)度且韌性良好的管線用管用厚壁無縫鋼管的制造方法，其特征在于，包括下述的(a)(e)的工序，(a)通過連續(xù)鑄造使具有權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)組成的鋼水凝固成截面為方形的初軋坯或板坯的工序，(b)將1400。C1000。C之間的平均冷卻速度定為8。C/分以上，將所述初軋坯或板坯冷卻到室溫的工序，(c)將550。C900。C之間的平均加熱速度定為15。C/分以下，加熱至1150128(TC以后，通過鍛造或/和軋制制作截面為圓形的鋼坯并冷卻到室溫的工序，(d)將所述鋼坯加熱至11501280°C，通過穿孔和軋制制造無縫鋼io管的工序，(e)制管后直接以850100(TC進(jìn)行均熱后，或者制管后先冷卻，接著加熱到850100(TC后，或者制管后直接將800'C50(TC之間的平均加熱速度定為8。C/分以上而進(jìn)行連續(xù)強(qiáng)制冷卻至IO(TC以下的工序，(f)在50069(TC的范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行回火的工序。5.—種高強(qiáng)度且韌性良好的管線用管用厚壁無縫鋼管的制造方法，其特征在于，包括下述的(a)(e)的工序，(a)通過連續(xù)鑄造使具有權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)組成的鋼水凝固成截面為圓形的鋼坯的工序，(b)將1400。C1000。C之間的平均冷卻速度定為6。C/分以上，將所20述鋼坯冷卻到室溫的工序，(c)進(jìn)行550。C100(TC的溫度區(qū)域的15分以上的均熱，加熱至1150128(TC以后，通過穿孔和軋制制造無縫鋼管的工序，(d)制管后直接以8501000'C進(jìn)行均熱后，或者制管后先冷卻，接著加熱到850100(TC后，或者制管后直接將800"C50(TC之間的平均加熱速度定為8。C/分以上而進(jìn)行連續(xù)強(qiáng)制冷卻至IO(TC以下的工序，(e)在500690。C的范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行回火的工序。6.—種高強(qiáng)度且韌性良好的管線用管用厚壁無縫鋼管的制造方法，其特征在于，包括下述的(a)(e)的工序，(a)通過連續(xù)鑄造使具有權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)組成的鋼水凝30固成截面為方形的初軋坯或板坯的工序，　(b)將1400。C1000。C之間的平均冷卻速度定為8。C/分以上，將所述初軋坯或板坯冷卻到室溫的工序，(c)進(jìn)行550。C100(TC的溫度區(qū)域的15分以上的均熱，加熱至U50128(TC以后，通過鍛造或鄰軋制制作截面為圓形的鋼坯并冷卻到室溫的工序，(d)將所述鋼坯加熱至11501280'C以后，通過穿孔和軋制制造無縫鋼管的工序，(e)制管后直接以8501000'C進(jìn)行均熱后，或者制管后先冷卻，接著加熱到8501000。C后，或者制管后直接將80(TC500'C之間的平均加熱速度為8。C/分以上而進(jìn)行連續(xù)強(qiáng)制冷卻至IO(TC以下的工序，(f)在50069(TC的范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行回火的工序。全文摘要提供一種作為厚壁鋼管、高強(qiáng)度且韌性優(yōu)異的管線用管用無縫鋼管及其制造方法。該鋼管含有C0.03～0.08％、Si0.25％以下、Mn0.3～2.5％、Al0.001～0.10％、Cr0.02～1.0％、Ni0.02～1.0％、Mo0.02～1.2％、Ti0.004～0.010％、N0.002～0.008％、以及Ca、Mg和REM之中的1種或2種以上合計(jì)為0.0002～0.005％、V0～0.08％、Nb0～0.05％、Cu0～1.0％，余量由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成，雜質(zhì)中的P為0.05％以下，S為0.005％以下。上述的成分之中，也可以含有0.0003～0.01％的B。該鋼管的制造方法以鑄片的冷卻速度、用于穿孔的加熱條件和制管后的熱處理?xiàng)l件為特征。文檔編號(hào)C22C38/00GK101151387SQ20068000988公開日2008年3月26日申請(qǐng)日期2006年3月9日優(yōu)先權(quán)日2005年3月29日發(fā)明者久宗信之,荒井勇次,近藤邦夫申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社