ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к толстолистовой стали для магистральной трубы, а также к магистральной трубе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Области производства сырой нефти и природного газа расширяются до полярных областей, и среда для прокладки магистральных труб, перекачивающих сырую нефть или природный газ, становится все более суровой. Например, участились случаи транспортировки по магистральным трубам сырой нефти или природного газа, содержащих сероводород. Следовательно, сопротивление воздействию кислой среды требуется от магистральной трубы или от толстолистовой стали для магистральной трубы в качестве материала для магистральной трубы. В этой связи сопротивление воздействию кислой среды означает сопротивление водородному растрескиванию (сопротивление HIC, hydrogen-induced cracking resistance) и сопротивление сероводородному растрескиванию под напряжением (сопротивление SSC, sulfide stress cracking resistance) в коррозионной среде, содержащей сероводород.
[0003] Между тем известно, что сопротивление стали воздействию кислой среды ухудшается благодаря присутствию MnS, удлиненного в направлении прокатки, или включений в форме кластера.
Для того чтобы улучшить сопротивление толстолистовой стали воздействию кислой среды, был предложен способ, в котором сталь с уменьшенным содержанием загрязняющих элементов, таких как Р, S, О и N, и контролируемой за счет содержания в стали Са формой MnS, подвергается управляемой прокатке и охлаждается водой (см., например, Патентный документ 1, приведенный ниже).
[0004] Относительно наземной магистральной трубы уменьшение толщины стенок за счет увеличения прочности магистральной трубы может иногда требоваться с точек зрения повышения продуктивности транспортировки текучей среды и уменьшения затрат на прокладку.
В ответ на такое требование была предложена высокопрочная толстолистовая сталь, в которой в направлении толщины листа образуется однородный и мелкозернистый бейнит, и которая имеет сопротивление воздействию кислой среды приблизительно Х70 (см., например, Патентный документ 2, приведенный ниже).
[0005] Между тем, относительно подводной магистральной трубы, были осуществлены попытки прокладки в море на глубинах свыше 2000 м. Глубоководная магистральная труба легко разрушается гидравлическим давлением. Следовательно, для подводной магистральной трубы может требоваться стальная труба, имеющая, как правило, толщину стенок 25 мм или больше, и имеющая высокую прочность на сжатие в окружном направлении.
В ответ на такое требование была предложена сварная стальная труба для магистральной трубы с высокой прочностью на сжатие, обладающей стойкостью к воздействию кислой среды, гарантирующая долю бейнита 80% или выше, которая обладает превосходной прочностью на сжатие, (см., например, Патентный документ 3, приведенный ниже).
[0006] Между тем, при производстве толстолистовой стали (например, толстолистовой стали с толщиной 25 мм или больше) благоприятный результат оценочного испытания ударной вязкости, особенно в соответствии с ударными испытаниями падающим грузом, УИПГ (Drор Wear Tear Test, DWTT) (этот результат оценочного испытания ударной вязкости в дальнейшем также упоминается как "свойство DWTT") не может быть легко гарантирован из-за недостаточной обтяжки при прокатке в области рекристаллизации и области, не подвергающейся рекристаллизации.
В ответ на это был предложен способ производства толстолистовой стали для толстостенной обладающей стойкостью к воздействию кислой среды магистральной трубы, обладающей превосходным свойством DWTT, за счет образования двухфазовой структуры мелкозернистого феррита и 70% или больше бейнита (см., например, Патентный документ 4, приведенный ниже).
[0007]
Патентный документ 1: Японская отложенная патентная заявка (JP-A) №S62-112722
Патентный документ 2: JP-A №S 61-165207
Патентный документ 3: JP-A №2011-132600
Патентный документ 4: JP-A №2010-189722
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
[0008] Как описано выше, для получения сопротивление воздействию кислой среды или высокую прочность на сжатие, было предложено образование однофазной структуры с максимально возможным мелким размером зерна (например, однофазную структуру мелкозернистого бейнита), и в то же время для получения благоприятного свойства DWTT было предложено образование двухфазной структуры, содержащей мелкозернистый феррит.
Однако до сих пор не было предложено никаких средств управления структурой, нацеленных на достижение одновременно сопротивления воздействию кислой среды, прочности на сжатие и свойства DWTT, и удовлетворение всех этих целей является затруднительным.
[0009] С другой стороны, было начато обсуждение ослабления среды (условий) для оценочного испытания сопротивления воздействию кислой среды с сильно кислой среды, представленной "Раствором А" (рН 2,7) в соответствии со стандартом ТМ0284 NACE (Национальной ассоциации инженеров-специалистов по коррозии), до умеренно кислой среды (например, кислой среды с рН 5,0 или выше), более близкой к реальной среде.
При такой умеренно кислой среде возможно создать толстолистовую сталь для магистральной трубы и магистральную трубу, которые удовлетворяют одновременно требованиям к сопротивлению воздействию кислой среды, прочности на сжатие и свойству DWTT.
[0010] Настоящее изобретение было сделано при таких обстоятельствах с целью обеспечить толстолистовую сталь для магистральной трубы, которая имела бы превосходное сопротивление HIC (особенно сопротивление HIC в кислой среде с рН 5,0 или выше), и удовлетворяла бы одновременно требованиям к прочности на сжатие и свойству DWTT, а также магистральную трубу, произведенную с использованием этой толстолистовой стали для магистральной трубы.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
[0011] Авторы настоящего изобретения тщательно изучили условия, которым должна удовлетворять толстолистовая сталь для магистральной трубы, которая обладала бы превосходным сопротивлением HIC (особенно сопротивлением HIC в кислой окружающей среде с рН 5,0 или выше) и имела бы как удовлетворительную прочность на сжатие, так и удовлетворительное свойство DWTT, и таким образом осуществили настоящее изобретение.
А именно конкретное средство для решения поставленной задачи является следующим.
<1> Толстолистовая сталь для магистральной трубы, имеющая толщину 25 мм или больше и содержащая, в мас. %:
0,040-0,080% С,
0,05-0,40% Si,
1,60-2,00% Μn,
0,020% или меньше Р,
0,0025% или меньше S,
0,05-0,20% Mo,
0,0011-0,0050% Са,
0,060% или меньше Al,
0,010-0,030% Nb,
0,008-0,020% Ti,
0,0015-0,0060% Ν, и
0,004 0% или меньше О,
причем отношение содержания Са к содержанию S [Ca/S] составляет от 0,90 до 2,70, а отношение содержания Ti к содержанию N [Ti/N] составляет 2,20 или выше,
остаток, состоящий из Fe и неизбежных примесей,
причем значение Ceq, которое определяется следующей Формулой (1), составляет от 0,38 0 до 0,480:
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5, (1)
причем в Формуле (1) С, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo и V означают содержание соответствующих элементов (в мас. %),
и причем:
в положении 1/4 толщины листа доля феррита (F1) составляет от 20 до 60%, а остаток является структурой бейнита,
в положении 1/2 толщины листа доля феррита (F2) составляет от 5 до 60%, а остаток является структурой бейнита или структурой бейнита и мартенсита,
отношение (F1/F2) доли феррита (F1) к доле феррита (F2) составляет от 1,00 до 5,00,
в положении 1/4 толщины листа средний диаметр зерна феррита составляет от 2,0 до 15,0 мкм, а в положении 1/2 толщины листа средний диаметр зерна феррита составляет от 5,0 до 2 0,0 мкм, и
твердость в положении 1/2 толщины листа составляет 400 Ηv или меньше, а длина MnS в положении 1/2 толщины листа составляет 1,0 0 мм или меньше.
<2> Толстолистовая сталь для магистральной трубы в соответствии с <1>, в которой содержание Al составляет 0,008% или меньше в единицах массы.
<3> Толстолистовая сталь для магистральной трубы в соответствии с <1> или <2>, содержащая, в мас. %, одно или более из следующего:
0,50% или меньше Ni,
0,50% или меньше Сr,
0,50% или меньше Сu,
0,0050% или меньше Мg,
0,0050% или меньше редкоземельного металла, и
0,100% или меньше V.
<4> Магистральная труба, произведенная с использованием толстолистовой стали для магистральной трубы в соответствии с любым из пунктов <1>-<3>.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] В соответствии с настоящим изобретением может быть обеспечена толстолистовая сталь для магистральной трубы, обладающая превосходным сопротивлением HIC (особенно сопротивлением HIC в кислой среде с рН 5,0 или выше) и обладающая как удовлетворительной прочностью на сжатие, так и удовлетворительным свойством DWTT, а также магистральная труба, произведенная из этой толстолистовой стали для магистральной трубы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Фиг. 1 представляет собой оптическое микроизображение (с увеличением 500 крат) поперечного сечения толстолистовой стали Примера 10 в соответствии с настоящим изобретением в положении 1/2 толщины листа (поперечное сечение после полировки и травления реактивом ЛеПера (LePera).
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0014] Ниже будут подробно описаны толстолистовая сталь для магистральной трубы и магистральная труба в соответствии с настоящим изобретением.
Числовой диапазон, выражаемый как "от x до у" в настоящем документе включает в себя значения x и у в диапазоне как минимальное и максимальное значения диапазона соответственно.
Содержание компонента (элемента), выражаемое как "%", в настоящем документе означает "мас. %".
"Положение 1/2 толщины листа" в настоящем документе означает положение, соответствующее 1/2 толщины листа толстолистовой стали, а именно центральную часть в направлении толщины толстолистовой стали.
"Положение 1/4 толщины листа" в настоящем документе означает положение, которое отстоит от центральной части в направлении толщины толстолистовой стали (от положения 1/2 толщины листа) на расстояние в направлении толщины листа, эквивалентное 1/4 толщины листа.
Кроме того, содержание углерода может в настоящем документе иногда упоминаться как "содержание С". Аналогичным образом может выражаться содержание других элементов.
[0015] [Листовая сталь для магистральной трубы]
Толстолистовая сталь для магистральной трубы в соответствии с настоящим изобретением (в дальнейшем также упоминаемая просто как "толстолистовая сталь") является толстолистовой сталью для магистральной трубы, имеющей толщину листа 25 мм или больше и содержащей, в мас. %: 0,040-0,080% С, 0,-0,40% Si, 1,60-2,00% Μn, 0,020% или меньше Р, 0,0025% или меньше S, 0,05-0,20% Mo, 0,0011-0,0050% Са, 0,060% или меньше Al, 0,010-0,030% Nb, 0,008-0,020% Ti, 0,0015-0,0060% N и 0,0040% или меньше О, в которой отношение содержания кальция к содержанию серы [Ca/S] составляет от 0,90 до 2,70 и отношение содержания титана к содержанию азота [Ti/N] составляет 2,20 или выше, в которой значение Ceq, которое определяется следующей Формулой (1), составляет от 0,380 до 0,480:
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5, (1)
причем в Формуле (1) С, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo и V означают содержание соответствующих элементов (в мас. %),
и причем: в положении 1/4 толщины листа доля феррита (F1) составляет от 20 до 60%, а остаток является структурой бейнита, в положении 1/2 толщины листа доля феррита (F2) составляет от 5 до 60%, а остаток является структурой бейнита или структурой бейнита и мартенсита, отношение (F1/F2) доли феррита (F1) к доле феррита (F2) составляет от 1,00 до 5,00, в положении 1/4 толщины листа средний диаметр зерна феррита составляет от 2,0 до 15,0 мкм, а в положении 1/2 толщины листа средний диаметр зерна феррита составляет от 5,0 до 20,0 мкм, и твердость в положении 1/2 толщины листа составляет 400 Ηv или меньше, а длина MnS в положении 1/2 толщины листа составляет 1,00 мм или меньше.
[0016] Толстолистовая сталь в соответствии с настоящим изобретением может улучшить сопротивление HIC (особенно сопротивление HIC в кислой среде с рН 5,0 или выше) и удовлетворить требованиям к прочности на сжатие и к свойству DWTT благодаря вышеуказанному составу.
[0017] Настоящее изобретение было сделано на основе следующих результатов исследования.
Авторы настоящего изобретения исследовали условия, которым должен соответствовать стальной материал для того, чтобы замедлить возникновение водородного растрескивания (HIC) в кислой среде с рН 5,0 или выше, используя различные толстолистовые стали с разными составами.
[0018] Сопротивление воздействию кислой среды в соответствии с настоящим изобретением оценивалось путем изучения возникновения или невозникновения HIC, а также отношения площади водородного растрескивания, HIC (именуемой в дальнейшем "CAR в тесте HIC").
Оценочное испытание проводилось путем погружения толстолистовой стали в раствор с рН 5,0, насыщенный газообразным сероводородом (например, "Раствор В" в соответствии со стандартом NACE ТМ0284), и изучения отношения площади HIC (CAR в тесте HIC) после 96 часов. Когда отношение площади HIC составляет 5% или меньше, сопротивление воздействию кислой среды оценивается как хорошее.
[0019] Авторы настоящего изобретения затем исследовали структуру образца, в котором возникло водородное растрескивание, и исследовали включения, которые явились источником водородного растрескивания. В результате было обнаружено, что любое водородное растрескивание начинается с удлиненного MnS, присутствующего в положении 1/2 толщины листа (именуемого в дальнейшем как "удлиненный MnS", или также просто как "MnS"), и что длина удлиненного MnS превышает 1,00 мм.
Следовательно, было найдено, что возникновение водородного растрескивания в кислой среде с рН 5,0 или выше может быть подавлено путем управления длиной MnS в положении 1/2 толщины листа так, чтобы она составляла 1,00 мм или меньше.
[0020] Авторы настоящего изобретения затем нашли, что следующие условия необходимы для того, чтобы сделать длину MnS равной или меньше 1,00 мм.
А именно содержание S должно составлять 0,0025% или меньше, а отношение содержаний [Ca/S] должно составлять от 0,90 до 2,70.
Авторы настоящего изобретения нашли, что в случае, в котором отношение содержаний [Ca/S] составляет менее 0,90, длиной MnS становится трудно управлять так, чтобы она составляла 1,00 мм или меньше. Кроме того, авторы настоящего изобретения нашли, что в случае, в котором отношение содержаний [Ca/S] превышает 2,70, образуются крупнозернистые агрегаты на основе оксидов кальция, и водородное растрескивание может иногда происходить, беря начало из этих агрегатов.
[0021] Авторы настоящего изобретения затем нашли, что водородное растрескивание в кислой среде с рН 5,0 или выше может быть подавлено за счет создания твердости толстолистовой стали в положении 1/2 толщины листа, равной или меньше 4 00 Ηv.
Кроме того, авторы настоящего изобретения подробно исследовали соотношение между твердостью и долей феррита в положении 1/2 толщины листа. В результате авторы настоящего изобретения нашли, что в случае, в котором доля феррита в структуре в положении 1/2 толщины листа превышает 60%, твердость толстолистовой стали может превышать 400 Ηv. Это, по-видимому, происходит потому, что, когда феррит образуется в положении 1/2 толщины листа, количество С концентрируется в остатке и, как результат, образуется бейнит или мартенсит с высоким содержанием С.
Другими словами, в толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением, благодаря тому, что доля феррита в положении 1/2 толщины листа составляет 60% или меньше, твердость в положении 1/2 толщины листа становится равной или меньше 400 Ηv.
[0022] Было подтверждено, что положение толщины листа 1/2 в толстолистовой стали включается в зону осевой ликвации толстолистовой стали.
В этой связи, зона осевой ликвации означает зону, в которой концентрация Μn является самой высокой, в случае, когда распределение концентрации Μn в направлении толщины толстолистовой стали измеряется с помощью ΕΡΜΑ (электронно-зондовый микроанализатор).
[0023] Способы измерения твердости в положении 1/2 толщины листа, а также долей феррита (F1, F2), показаны в Примерах, описываемых ниже.
[0024] Далее были тщательно изучены структура стали, необходимая для достижения удовлетворительной прочности на сжатие, свойства DWTT и сопротивление HIC.
В результате было впервые установлено, что для этого достаточно, чтобы доля феррита (F1) в положении 1/4 толщины листа составляла от 20 до 60%, а доля феррита (F2) в положении 1/2 толщины листа составляла от 5 до 60%.
Прочность на сжатие сильно коррелирует с долей феррита (F1), и когда доля магнитомягкого феррита в положении 1/4 толщины листа становится более высокой, прочность на сжатие уменьшается. Когда обе доли феррита - (F1) и (F2) - превышают 60%, прочность на сжатие уменьшается значительно.
Другими словами, толстолистовая сталь в соответствии с настоящим изобретением показывает высокую прочность на сжатие благодаря тому, что обе доли феррита - (F1) и (F2) - составляют 60% или меньше.
С другой стороны, в случае, когда доля феррита в толстолистовой стали становится более высокой, свойство DWTT толстолистовой стали улучшается. Было найдено, что для того, чтобы проявился такой эффект, доля феррита (F1) толстолистовой стали должна составлять 2 0% или выше, а доля феррита (F2) должна составлять 5% или выше.
[0025] Кроме того, авторы настоящего изобретения нашли, что для того, чтобы получить как удовлетворительную прочность на сжатие, так и удовлетворительное свойство DWTT, отношение (F1/F2) доли феррита (F1) в положении 1/4 толщины листа к доле феррита (F2) в положении 1/2 толщины листа должно составлять 1,00 или выше.
Другими словами, толстолистовая сталь в соответствии с настоящим изобретением удовлетворяет как требованиям к прочности на сжатие, так и требованиям к свойству DWTT, благодаря тому, что отношение (F1/F2) имеет величину 1,00 или выше. Когда отношение (F1/F2) становится меньше 1,00, особенно заметно ухудшается свойство DWTT (см., например, Сравнительный пример 6 ниже).
По результатам вышеупомянутого исследования было решено, что отношение (F1/F2) в настоящем изобретении должно составлять 1,00 или выше.
Кроме того, так как с точки зрения производства трудно сделать отношение (F1/F2) превышающим 5,00, было решено, что отношение (F1/F2) в настоящем изобретении должно составлять 5,00 или меньше.
[0026] Что касается отношения (F1/F2) обычной толстолистовой стали, значение отношения (F1/F2) составляет менее 1,00 по следующей причине.
А именно скорость охлаждения в процессе охлаждения после прокатки для получения толстолистовой стали является обычно самой медленной в положении 1/2 толщины листа (в центральной части в направлении толщины листа). Следовательно, в обычной толстолистовой стали доля феррита является самой высокой в положении 1/2 толщины листа в направлении толщины листа. Следовательно, в обычной толстолистовой стали отношение (F1/F2) составляет меньше чем 1,00 (см., например, Сравнительный пример 6 ниже).
Однако авторы настоящего изобретения смогли сделать отношение (F1/F2) равным 1,00 или выше, сделав скорость охлаждения (V1) в положении 1/4 толщины листа медленнее, чем скорость охлаждения (V2) в положении 1/2 толщины листа, в температурном интервале между 600 и 700°С, в котором образуется феррит.
Между тем, отношение (F1/F2) толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением должно составлять от 1,00 до 5,00, и нет никакого особенного ограничения на способ производства, используемый для этого (например, способ охлаждения после прокатки).
[0027] Остаток в положении 1/4 толщины листа толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением является структурой бейнита. В результате этого возникновение водородного растрескивания подавляется. В случае, когда остаток в положении 1/4 толщины листа является перлитом, происходит водородное растрескивание.
Между тем, остаток в положении 1/2 толщины листа толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением является структурой бейнита или структурой бейнита и мартенсита. В результате этого возникновение водородного растрескивания подавляется. В случае, когда остаток в положении 1/2 толщины листа является перлитом, происходит водородное растрескивание.
[0028] Что касается прочности на сжатие толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением, толстолистовая сталь формируется в стальную трубу (магистральную трубу) (изготовление трубы), затем стальная труба подвергается нагреву в антикоррозийном покрытии, а затем прочность стальной трубы на сжатие в окружном направлении измеряется в оценочном испытании; либо толстолистовая сталь подвергается обработке как при изготовлении трубы и нагреву в покрытии, а затем прочность на сжатие толстолистовой стали измеряется в оценочном испытании, как в Примерах, приведенных ниже.
Это делается потому, что разрушение стальной трубы, такой как магистральная труба, имеет самую высокую корреляцию с прочностью стальной трубы на сжатие в окружном направлении.
Кроме того, хотя прочность стальной трубы на сжатие в окружном направлении значительно уменьшается за счет эффекта Баушингера при изготовлении трубы, прочность на сжатие восстанавливается во время нагрева в покрытии. Восстановление происходит благодаря так называемому статическому деформационному старению, при котором С (углерод) диффундирует во время нагрева в покрытии в дислокацию, образованную во время изготовления трубы, с образованием атмосферы Коттрелла.
[0029] Авторы настоящего изобретения тщательно исследовали элементы сплава, которые в достаточной степени проявляют статическое деформационное старение, с тем, чтобы увеличить прочность на сжатие толстолистовой стали. В результате было найдено, что Mo является эффективным в качестве такого элемента сплава.
Причина, по которой Mo является эффективным в качестве элемента сплава, объясняется следующим образом.
А именно существует слабое взаимодействие между Mo и С, и в толстолистовой стали, содержащей Mo, Mo связывает много атомов С. При нагревании, однако, взаимодействие ослабевает, и атом С освобождается от атома Mo и мигрирует к дислокации. Посредством такой миграции, по-видимому, в значительной степени реализуется статическое деформационное старение.
Для проявления этого эффекта содержание Mo в настоящем изобретении устанавливается равным в 0,05% или выше.
Авторы настоящего изобретения дополнительно нашли, что верхний предел содержания Mo предпочтительно составляет 0,20%, потому что когда содержание Mo является слишком высоким, твердость в положении 1/2 толщины листа (центральной части в направлении толщины листа) становится чрезвычайно высокой.
[0030] Настоящее изобретение, сделанное на основе результатов исследований, будет подробно описано ниже.
Сначала будут описаны компоненты (состав) толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением.
Толстолистовая сталь для магистральной трубы в соответствии с настоящим изобретением содержит 0,040-0,080% С (углерода),0,05-0,40% Si (кремния), 1,60-2,00% Μn (марганца), 0,020% или меньше Ρ (фосфора), 0,0025% или меньше S (серы), 0,05-0,20% Mo (молибдена), 0,0011-0,0050% Са (кальция), 0,060% или меньше Al (алюминия), 0,010-0,030% Nb (ниобия), 0,008-0,020% Ti (титана), 0,0015-0,0060% N (азота), и 0,0040% или меньше О (кислорода); причем отношение содержания Са к содержанию S [Ca/S] составляет от 0,90 до 2,70 и отношение содержания Ti к содержанию N [Ti/N] составляет 2,20 или выше; остаток состоит из Fe (железа) и неизбежных примесей; и значение Ceq составляет от 0,380 до 0,480.
[0031] С: 0,040-0,080%
С является элементом для улучшения прочности стали. С точки зрения такого эффекта нижний предел содержания С составляет 0,04 0%. Между тем, когда содержание С превышает 0,080%, ускоряется образование карбида, и сопротивление HIC ухудшается. Следовательно, верхний предел содержания С устанавливается равным 0,080%. Кроме того, для подавления уменьшения сопротивления HIC, свариваемости и ударной вязкости предпочтительный верхний предел содержания С составляет 0,060%.
[0032] Si: 0,05-0,40%
Si является раскисляющим элементом. С точки зрения такого эффекта нижний предел содержания Si составляет 0,05%. Между тем, когда содержание Si превышает 0,40%, ударная вязкость в зоне термического влияния (heat affected zone, HAZ) (в дальнейшем также называемая "ударной вязкостью HAZ") уменьшается. Следовательно, верхний предел содержания кремния устанавливается равным 0,4 0%.
[0033] Μn: 1,60-2,00%
Μn является элементом для улучшения прочности и ударной вязкости. С точки зрения таких эффектов нижний предел содержания Μn составляет 1,60%. В то же время, когда содержание Μn превышает 2,00%, ударная вязкость HAZ уменьшается. Следовательно, верхний предел содержания Μn устанавливается равным 2,00%. Для того чтобы подавить водородное растрескивание, содержание Μn предпочтительно составляет менее, чем 1,75%.
[0034] Р: 0,020% или меньше
Ρ является примесью, и когда его содержание превышает 0,020%, сопротивление HIC ухудшается, а ударная вязкость HAZ уменьшается. Следовательно, содержание Ρ ограничивается величиной 0,020% или меньше.
В то же время содержание Ρ предпочтительно является настолько низким, насколько это возможно, и нет никакого особенного ограничения на нижний предел содержания Р. Однако с точки зрения издержек производства содержание Ρ предпочтительно составляет 0,001% или выше.
[0035] S: 0, 0025% или меньше
S является элементом, образующим MnS, удлиняющийся во время горячей прокатки в направлении прокатки, что уменьшает сопротивление HIC. Следовательно, в настоящем изобретении необходимо уменьшить содержание S, и содержание S ограничивается величиной 0,0025% или меньше. В то же время содержание S предпочтительно является настолько низким, насколько это возможно, и нет никакого особенного ограничения на нижний предел содержания S. Однако с точек зрения издержек производства на вторичную очистку и производственных ограничений содержание S может составлять 0,0008% или выше.
[0036] Mo: 0,05-0,20%
Mo является элементом, улучшающим закаливаемость и в то же самое время улучшающим прочность за счет формирования карбонитрида. Кроме того, в настоящем изобретении Mo содержится для обеспечения высокой прочности на сжатие за счет ускорения статического деформационного старения во время нагрева в покрытии после изготовления стальной трубы (магистральной трубы), как описано выше. Для получения таких эффектов в настоящем изобретении нижний предел содержания Mo устанавливается равным 0,05%.
С другой стороны, в случае, когда содержание Mo является слишком высоким, прочность стали увеличивается, и сопротивление HIC и ударная вязкость (например, свойство DWTT) могут иногда уменьшаться. Следовательно, верхний предел содержания Mo устанавливается равным 0,20%.
[0037] Са: 0,0011-0,0050%
Са является элементом, который образует сульфид CaS, подавляющий образование MnS, удлиненного в направлении прокатки, и в значительной степени способствует улучшению сопротивления HIC. Когда содержание Са составляет менее 0,0011%, вышеупомянутые эффекты не могут быть получены, и поэтому нижний предел содержания Са в настоящем изобретении устанавливается равным 0,0011%. Между тем, когда содержание Са превышает 0,0050%, оксид накапливается и ухудшает сопротивление HIC, и поэтому верхний предел содержания Са устанавливается равным 0,0050% или меньше.
[0038] Отношение содержаний [Ca/S]: от 0,90 до 2,70
В настоящем изобретении Са содержится в толстолистовой стали для того, чтобы сформировать CaS. Тем самым происходит связывание S. Следовательно, отношение содержания Са к содержанию S [Ca/S] является важным показателем в настоящем изобретении. Когда отношение содержаний [Ca/S] составляет менее 0,90, образуется MnS, и удлиненный MnS формируется во время прокатки. В результате ухудшается сопротивление HIC. С другой стороны, когда отношение содержаний [Ca/S] превышает 2,70, оксиды на основе Са агрегируют и ухудшают сопротивление HIC.
Следовательно, отношение содержаний [Ca/S] в соответствии с настоящим изобретением ограничивается диапазоном от 0,90 до 2,70.
[0039] Al: 0,060% или меньше
Al является элементом, содержащимся обычно в качестве раскисляющего элемента.
Однако когда содержание Al является слишком высоким, включения увеличиваются и ухудшает пластичность или ударная вязкость. Следовательно, верхний предел содержания Al составляет 0,060%.
Al является, кроме того, элементом, способствующим образованию смешанной структуры мартенситного аустенита (MA). С точки зрения уменьшения доли MA содержание Al предпочтительно составляет 0,008% или меньше. Когда содержание Al составляет 0,008% или меньше, это выгодно для повышения ударной вязкости HAZ.
[0040] Между тем, с точки зрения более эффективного действия в качестве раскисляющего элемента содержание Al предпочтительно составляет 0,0002% или выше.
Al не только преднамеренно содержится в стали, но может также присутствовать в стали в качестве примеси. В случае, когда Al присутствует в стали в качестве примеси, содержание Al предпочтительно является настолько низким, насколько это возможно, и поэтому нет никакого особенного ограничения на нижний предел содержания Al.
[0041] Nb: 0,010-0,030%
Nb является элементом, образующим карбид или нитрид, способствующий улучшению прочности. Для того чтобы получить эти эффекты, содержание Nb в настоящем изобретении составляет 0,010% или выше. Однако когда содержание Nb становится слишком высоким, накапливается крупнозернистый карбонитрид Nb, который уменьшает ударную вязкость. Следовательно, содержание Nb в настоящем изобретении устанавливается равным 0,030% или меньше. Кроме того, содержание Nb предпочтительно составляет 0,020% или меньше.
[0042] Ti: 0,008-0,020%
Ti является элементом, который обычно используется как раскисляющий агент или элемент, образующий нитрид для уменьшения кристаллического зерна. Для того чтобы получить этот эффект, содержание Ti в настоящем изобретении устанавливается равным 0,008% или выше. Однако Ti является также элементом, уменьшающим ударную вязкость за счет образования крупнозернистого карбонитрида, когда содержание Ti является чрезмерным. Следовательно, содержание Ti в настоящем изобретении ограничивается величиной 0,020% или меньше.
[0043] N: 0,0015-0,0060%
N (азот) является элементом, образующим нитрид, такой как TiN и NbN. Для того чтобы уменьшить размер зерна аустенита во время нагревания за счет использования нитрида, содержание N в настоящем изобретении устанавливается равным 0,0015% или выше. Однако когда содержание N превышает 0,0060%, карбонитриды Ti и Nb проявляют склонность к накоплению, что вредит ударной вязкости. Следовательно, верхний предел содержания N в настоящем изобретении устанавливается равным 0,0060%.
[0044] Отношение содержаний [Ti/N]: 2,20 или выше
В настоящем изобретении отношение содержания Ti к содержанию N [Ti/N] является важным для уменьшения размера зерна аустенита во время нагревания. Когда отношение содержаний [Ti/N] составляет менее 2,20, достаточного осаждения TiN не происходит, и уменьшение зерен аустенита не может быть достигнуто. Следовательно, отношение содержаний [Ti/N] в настоящем изобретении устанавливается равным 2,2 0 или выше. Отношение содержаний [Ti/N] предпочтительно составляет 3,00 или выше.
Между тем, с точки зрения дополнительного подавления ухудшения ударной вязкости, вызываемого чрезмерным содержанием карбида Ti, отношение содержаний [Ti/N] предпочтительно составляет 5,00 или меньше, и более предпочтительно 4,00 или меньше.
[0045] О: 0,0040% или меньше
О является примесным элементом. Содержание О в настоящем изобретении ограничивается величиной 0,0040% или меньше. Так как содержание О предпочтительно должно быть настолько низким, насколько это возможно, нет никакого особенного ограничения на нижний предел содержания О. Однако с точек зрения издержек производства и производственных ограничений содержание О может составлять также 0,0010% или выше.
[0046] Значение Ceq: от 0,380 до 0,480
Ceq является величиной, определяемой следующей Формулой (1):
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5. (1)
[0047] В Формуле (1) С, Μn, Ni, Cu, Cr, Mo, и V представляют собой соответственно содержание (в мас. %) элементов С (углерода), Μn (марганца), Ni (никеля), Сu (меди), Сr (хрома), Mo (молибдена) и V (ванадия).
Среди этих элементов Ni, Cu, Сr и V являются опциональными элементами, и содержание каждого из них может быть также равным 0%. Предпочтительное содержание опциональных элементов описываются ниже.
[0048] Значение Ceq, определяемое Формулой (1), в настоящем изобретении ограничивается диапазоном от 0,380 до 0,480. Когда значение Ceq составляет менее 0,380, прочность магистральной трубы, получаемой из толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением, уменьшается. Например, когда значение Ceq составляет менее 0,380, магистральная труба не может удовлетворить требованию к заданному пределу прочности (520 МПа или выше), соответствующему классу прочности Х60 или выше. Между тем, когда значение Ceq превышает 0,4 80, ударная вязкость (например, свойство DWTT) и сопротивление воздействию кислой среды (например, сопротивление HIC) ухудшаются.
Следовательно, значение Ceq в настоящем изобретении ограничивается диапазоном от 0,380 до 0,480.
[0049] Что касается толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением, неизбежная примесь означает компонент, содержащийся в исходном материале, или компонент, примешанный в сталь в производственном процессе, а не компонент, преднамеренно содержащийся в стали.
Конкретные примеры неизбежных примесей включают в себя Sb (сурьму), Sn (олово), W (вольфрам), Со (кобальт), As (мышьяк), Рb (свинец), Bi (висмут), В (бор) и H (водород).
Обычно, что касается Sb, Sn, W, Со и As, их содержание может составлять вплоть до 0,1% или меньше, что касается Рb и Bi, их содержание может составлять вплоть до 0,005% или меньше, и что касается В и Н, их содержание может составлять вплоть до 0,0004% или меньше, однако относительно других элементов никакого особенного контроля не требуется, поскольку их содержание находится внутри обычного диапазона.
[0050] Кроме того, толстолистовая сталь в соответствии с настоящим изобретением может содержать одно или больше из следующего:
0,50% или меньше Ni (никеля), 0,50% или меньше Сr (хрома), 0,50% или меньше Сu (меди), 0, 0050% или меньше Мg (магния), 0,0050% или меньше REM (редкоземельного элемента), и 0,100% или меньше V (ванадия).
Например, толстолистовая сталь в соответствии с настоящим изобретением может содержать одно или больше из 0,50% или меньше Ni, 0,50% или меньше Сr, и 0,50% или меньше Сu. Кроме того, она может содержать одно или больше из 0,0050% или меньше Мg, 0,0050% или меньше REM, и 0,100% или меньше V.
Эти элементы могут быть примешаны в сталь как неизбежные примеси помимо преднамеренного их содержания в стали. Следовательно, нет никакого особенного ограничения на нижние пределы содержания этих элементов.
Эти элементы и их предпочтительные содержания в случае, когда толстолистовая сталь в соответствии с настоящим изобретением содержит эти элементы, будут описаны ниже.
[0051] Ni: 0,50% или меньше
Ni (никель) является элементом, эффективным для улучшения ударной вязкости и прочности.
Однако когда содержание Ni является слишком высоким, сопротивление HIC и свариваемость могут иногда уменьшаться. Следовательно, содержание Ni предпочтительно составляет 0,50% или меньше.
Вместе с тем содержание Ni предпочтительно составляет 0,05% или выше.
[0052] Сr: 0,50% или меньше
Сr (хром) является элементом, эффективным для улучшения прочности стали посредством дисперсионного упрочнения.
Однако когда содержание Сr является слишком высоким, закаливаемость может быть увеличена, и бейнита может стать слишком много для уменьшения ударной вязкости. Следовательно, содержание Сr предпочтительно составляет 0,50% или меньше.
Вместе с тем содержание Сr предпочтительно составляет 0,05% или выше.
[0053] Сu: 0,50% или меньше
Сu является элементом, эффективным для увеличения прочности без уменьшения ударной вязкости.
Однако когда содержание Сu является слишком высоким, проявляется тенденция к растрескиванию во время нагрева или сваривания сляба. Следовательно, содержание Сu предпочтительно составляет 0,50% или меньше.
Вместе с тем содержание Сu предпочтительно составляет 0,05% или выше.
[0054] Мg: 0,0050% или меньше
Мg является элементом, эффективным в качестве раскисляющего агента и агента десульфуризации, и особенно в качестве элемента, который также способствует улучшению ударной вязкости HAZ путем образования чистого оксида.
Однако когда содержание Мg является слишком высоким, оксид склонен агрегировать и укрупняться, что может привести к ухудшению сопротивления HIC или к уменьшению в ударной вязкости основного материала и ударной вязкости HAZ. Следовательно, содержание Мg предпочтительно составляет 0,0050% или меньше.
Вместе с тем содержание Мg предпочтительно составляет 0,0001% или выше.
[0055] REM: 0,0050% или меньше
"REM" означает в настоящем документе редкоземельный элемент и является общим термином для 17 видов элементов: Se (скандия), Y (иттрия), La (лантана), Се (церия), Рr (празеодима), Nd (неодима), Рm (прометия), Sm (самария), Eu (европия), Gd (гадолиния), Тb (тербия), Dy (диспрозия), Но (гольмия), Еr (эрбия), Тm (тулия), Yb (иттербия) и Lu (лютеция). Кроме того, фраза "0,0050% или меньше REM" означает, что общее содержание этих 17 видов элементов составляет 0,0050% или меньше.
REM являются элементами, эффективными в качестве раскисляющих агентов, а также агентов десульфуризации.
Однако когда содержание Мg является слишком высоким, образуется крупнозернистый оксид, что может привести к ухудшению сопротивления HIC или к уменьшению ударной вязкости основного материала и HAZ. Следовательно, содержание REM предпочтительно составляет 0,0050% или меньше.
Вместе с тем содержание REM предпочтительно составляет 0,0001% или выше.
[0056] V: 0,100% или меньше
V является элементом для формирования карбида или нитрида, способствующего улучшению прочности.
Однако когда содержание V является слишком высоким, ударная вязкость может уменьшиться. Следовательно, содержание V предпочтительно составляет 0,100% или меньше.
Вместе с тем содержание V предпочтительно составляет 0,010% или выше.
[0057] Форма структуры и т.д. толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением будет описана ниже.
[0058] Как описано выше, в толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением, благодаря тому, что доля феррита (F1) в структуре в положении 1/4 толщины листа составляет 20% или выше, а доля феррита (F2) в структуре в положении 1/2 толщины листа составляет 5% или выше, свойство DWTT улучшается. По меньшей мере, в одном из случаев, когда доля феррита (F1) составляет менее 20%, и когда доля феррита (F2) составляет менее 5%, свойство DWTT ухудшается.
[0059] Кроме того, как описано выше, в толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением, благодаря тому, что доля феррита (F1) составляет 60% или меньше, и доля феррита (F2) составляет 60% или меньше, прочность на сжатие улучшается. По меньшей мере, в одном из случаев, когда доля феррита (F1) превышает 60%, и когда доля феррита (F2) превышает 60%, прочность на сжатие уменьшается.
[0060] Кроме того, как описано выше, в толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением, благодаря тому, что отношение (F1/F2) составляет 1,00 или выше, удовлетворяются как требования к прочности на сжатие, так и требования к свойству DWTT. В случае, когда значение отношения (F1/F2) меньше чем 1,00, в особенности ухудшается свойство DWTT.
Кроме того, с производственной точки зрения трудно сделать значение отношения (F1/F2) больше, чем 5,00.
[0061] Хотя значение отношения (F1/F2) указано в диапазоне от 1,00 до 5,00, предпочтительно оно должно быть больше чем 1,00, но 5,00 или меньше, и более предпочтительно от 1,05 до 5, 00.
[0062] Кроме того, в толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением твердость в положении 1/2 толщины листа составляет 400 Ηv или меньше, а длина MnS в положении 1/2 толщины листа составляет 1,00 мм или меньше.
С помощью вышеуказанных условий улучшается сопротивление HIC. Кроме того, вышеуказанные условия являются благоприятными для свойства DWTT.
[0063] Хотя длина MnS в положении 1/2 толщины листа составляет 1,00 мм или меньше, как описано выше, более предпочтительно, чтобы она находилась внутри диапазона, удовлетворяющего следующей Формуле (2), с точки зрения улучшения сопротивления HIC.
Длина MnS в положении 1/2 толщины листа ≤10[(1350-X)/350]/1000, (2)
где X - твердость (Ηv) в положении 1/2 толщины листа, имеющей значение 400 (Ηv) или меньше.
[0064] Примеры способа для того, чтобы длина MnS в положении 1/2 толщины листа удовлетворяла Формуле (2), включают в себя способ, в которым сляб с максимальной степенью ликвации Μn в центральной зоне сляба, равной 2,2 или меньше, и толщиной зоны осевой ликвации, равной 1,0 мм или меньше, подвергается последовательно повторному нагреву, прокатке толстого листа (черновой прокатке и финишной прокатке) и охлаждению для того, чтобы произвести толстолистовую сталь. Предпочтительные варианты осуществления соответствующих видов обработки будут описаны ниже.
[0065] В толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением средний диаметр зерна феррита в положении 1/4 толщины листа составляет от 2,0 до 15,0 мкм.
Когда средний диаметр зерна феррита в положении 1/4 толщины листа составляет 15,0 мкм или меньше, свойство DWTT улучшается.
Когда средний диаметр зерна феррита в положении 1/4 толщины листа составляет 2,0 мкм или больше, увеличение усилия при прокатке подавляется, что является выгодным с точки зрения издержек производства.
[0066] Кроме того, в толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением средний диаметр зерна феррита в положении 1/2 толщины листа составляет от 5,0 до 20,0 мкм.
Когда средний диаметр зерна феррита в положении 1/2 толщины листа составляет 20,0 мкм или меньше, свойство DWTT улучшается.
Когда средний диаметр зерна феррита в положении 1/2 толщины листа составляет 5,0 мкм или больше, увеличение усилия при прокатке подавляется, что является выгодным с точки зрения издержек производства.
[0067] Кроме того, толщина толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением составляет 25 мм или больше.
Посредством этого может быть гарантирована высокая прочность на сжатие.
Толщина листа предпочтительно составляет более 25 мм, более предпочтительно 30 мм или больше, еще более предпочтительно 32 мм или больше, и особенно предпочтительно 35 мм или больше.
Нет никакого особенного ограничения на верхний предел толщины листа, и толщина листа может составлять, например, 4 5 мм или меньше.
[0068] Толстолистовая сталь в соответствии с настоящим изобретением может быть произведена путем производства сляба в процессе производства стали с помощью плавки с последующей непрерывной разливкой, и после этого последовательно повторного нагрева сляба, прокатки толстого листа и охлаждения.
Толщина сляба предпочтительно составляет 300 мм или больше, потому что толстолистовая сталь с толщиной листа 25 мм или больше может быть легко получена.
Температура повторного нагрева сляба предпочтительно составляет 950°С или больше с точки зрения дополнительного улучшения сопротивления HIC.
Кроме того, температура повторного нагрева предпочтительно составляет 1150°С или меньше с точки зрения дополнительного подавления ухудшения свойства DWTT.
Кроме того, при прокатке толстого листа предпочтительной является черновая прокатка со средним обжатием 10% или больше за 1 проход до 120 мм или больше в диапазоне температур рекристаллизации (например, в температурном диапазоне выше 900°С). Среднее обжатие при прокатке в 10% или больше за 1 проход является выгодным, потому что это способствует рекристаллизации аустенита, так что размер зерна может быть сделан мелким. Кроме того, черновая прокатка только до 120 мм или больше является выгодной, потому что общее обжатие при прокатке может быть увеличено при последующей прокатке вне области рекристаллизации. А именно в случае, когда общее обжатие при прокатке увеличивается вне области рекристаллизации, много дислокаций может быть введено в аустенитные зерна. Так как дислокации, введенные в аустенитные зерна, могут составить центры зародышеобразования для преобразования в феррит в последующем процессе охлаждения, они способствуют уменьшению размера зерна.
Между тем, при прокатке толстого листа после черновой прокатки прокатка (финишная прокатка) выполняется предпочтительно вне области рекристаллизации (например, в температурном диапазоне между 750 и 900°С) до конечной толщины листа 25 мм или больше.
[0069] Охлаждение после прокатки толстого листа (например, охлаждение водой) предпочтительно выполняется с начальной температурой охлаждения 700- 820°С. Начальная температура охлаждения, равная 700°С или больше, является выгодной, потому что доля феррита (F2) в положении 1/2 толщины листа может быть легко сделана равной 60% или меньше, а максимальная твердость в положении 1/2 толщины листа может быть легко сделана равной 4 00 Ηv или меньше. Начальная температура охлаждения, равная 820°С или меньше, является выгодной, потому что доля феррита (F2) может быть легко сделана равной 5% или выше, и свойство DWTT может быть легко улучшено.
[0070] Скорость охлаждения во время охлаждения предпочтительно составляет 10°С/с или больше с точки зрения дополнительного улучшения прочности.
Температура прекращения охлаждения предпочтительно составляет 200°С или больше с точки зрения дополнительного подавления HIC в положении 1/2 толщины листа с тем, чтобы дополнительно подавить ухудшение ударной вязкости. Температура прекращения охлаждения предпочтительно составляет 450°С или меньше с точки зрения дополнительного улучшения прочности.
[0071] При охлаждении скорость охлаждения (V1) в положении 1/4 толщины листа предпочтительно является более медленной, чем скорость охлаждения (V2) в положении 1/2 толщины листа (V2) в температурном диапазоне между 600 и 700°С. За счет этого количество образующегося феррита в положении 1/4 толщины листа может быть сделано более высоким, чем количество образующегося феррита в положении 1/2 толщины листа, и поэтому отношение (F1/F2) может быть легко сделано равным 1,00 или выше.
Между тем, в производстве обычной толстолистовой стали скорость охлаждения (V1) является более высокой, чем скорость охлаждения (V2), как описано выше, и поэтому отношение (F1/F2) получаемой толстолистовой стали составляет менее 1,00.
[0072] Кроме того, что касается охлаждения, скорость охлаждения в диапазоне температур 600°С или меньше (V3) предпочтительно составляет 15°С/с или больше. За счет этого формирование структуры перлита в структурах остатка в положении 1/4 толщины листа и в положении 1/2 толщины листа может быть подавлено с тем, чтобы подавить водородное растрескивание.
[0073] [Магистральная труба]
Магистральная труба в соответствии с настоящим изобретением является стальной трубой, произведенной с использованием толстолистовой стали для магистральной трубы в соответствии с настоящим изобретением.
Следовательно, аналогично толстолистовой стали в соответствии с настоящим изобретением, магистральная труба в соответствии с настоящим изобретением обладает превосходным сопротивлением HIC (особенно сопротивлением HIC в кислой среде с рН 5,0 или выше), а также имеет как удовлетворительную прочность на сжатие, так и удовлетворительное свойство DWTT.
[0074] Магистральная труба в соответствии с настоящим изобретением может быть произведена с использованием толстолистовой стали для магистральной трубы в соответствии с настоящим изобретением в качестве исходного материала с помощью публично известного способа создания трубы.
Примеры публично известного способа создания трубы включают в себя способ формования UOE и способ формования JCOE.
ПРИМЕРЫ
[0075] Далее настоящее изобретение будет описано более подробно посредством Примеров, при условии, что настоящее изобретение не ограничивается следующими Примерами.
[0076] [Примеры в соответствии с настоящим изобретением 1-10, и Сравнительные примеры 1-12]
<Производство толстолистовой стали>
Стали, имеющие химический состав, приведенный в следующей Таблице 1 (стали №1-15), были произведены путем плавки, и слябы с толщиной (толщина сляба), показанной в следующей Таблице 2, были произведены путем непрерывной разливки. При непрерывной разливке во время конечного затвердевания было проведено мягкое обжатие для того, чтобы подавить ликвацию Μn в центральной зоне.
В этой связи, компонентами стали (остатком), отличающимися от компонентов, показанных в следующей Таблице 1, являются Fe и неизбежные примеси.
Кроме того, «REM» в стали №6 конкретно является Се, а «REM» в стали №9 конкретно является La.
[0077] Полученный таким образом сляб был нагрет до температуры от 950 до 1150°С (исключительно до 1180°С в Сравнительном примере 2), затем черновая прокатка была проведена при температуре выше 900°С со средним обжатием 10% или выше (исключительно 8% в Сравнительном примере 3) до толщины 120 мм или больше (исключительно до 100 мм в Сравнительном примере 4), и после этого финишная прокатка была проведена вне диапазона температур рекристаллизации, при температуре 900°С или меньше (исключительно при температуре 930°С в Сравнительном примере 5) вплоть до конечной толщины листа.
После горячей прокатки ускоренное охлаждение (охлаждение водой) начиналось в диапазоне температур между 700 и 820°С, и ускоренное охлаждение (охлаждение водой) прекращалось при температуре от 200 до 450°С для того, чтобы произвести толстолистовые стали с различными толщинами листа (конечными толщинами листа), показанные в следующей Таблице 2.
Подробные условия соответствующих примеров показаны в следующей Таблице 2.
[0078] В частности, что касается ускоренного охлаждения (охлаждения водой) в Примерах 1-10 в соответствии с настоящим изобретением и Сравнительных примерах 1-5 и 7-13, ускоренное охлаждение (охлаждение водой) регулировалось таким образом, чтобы скорость охлаждения (V1) в положении 1/4 толщины листа была медленнее, чем скорость охлаждения (V2) в положении 1/2 толщины листа в температурном интервале от 600 до 700°С, где формируется феррит. В частности, зона водяного охлаждения, через которую пропускается толстолистовая сталь после финишной прокатки, была сегментирована на зону разбрызгивания и зону без разбрызгивания так, чтобы толстолистовая сталь могла охлаждаться водой с перерывами. За счет этого охлаждение и рекуперация тепла поверхности толстолистовой стали регулируются подходящим образом так, что V1 становится медленнее, чем V2.
В случае ускоренного охлаждения (охлаждения водой) в Сравнительном примере 6 скорость V1 была установлена более быстрой, чем V2, за счет непрерывного охлаждения толстолистовой стали водой аналогично обычному способу производства толстолистовой стали.
[0079] <Измерение и оценочные испытания>
Следующие измерения и оценочные испытания были выполнены на полученных таким образом толстолистовых сталях. Результаты показаны в следующей Таблице 3.
[0080] - Доли феррита (F1, F2), размер ферритного зерна и структура остатка -
Для каждого поперечного сечения толстолистовой стали в положении 1/2 толщины листа и поперечного сечения толстолистовой стали в положении 1/4 толщины листа были измерены доля феррита (отношение площади феррита) и размер ферритного зерна (средний диаметр зерна феррита), а также дополнительно была идентифицирована структура остатка.
Более конкретно, поперечное сечение толстолистовой стали полировалось и травилось реактивом LePera, после чего делалась фотография его структуры с использованием оптического микроскопа с увеличением 500 крат. Посредством обработки изображения полученного оптического микроснимка (с увеличением 500 крат) были определены доля феррита (отношение площади феррита) и размер ферритного зерна (средний диаметр зерна феррита), а также дополнительно была идентифицирована структура остатка.
Обработка изображения выполнялась с использованием малогабаритного многофункционального анализатора изображений LUZEX АР (производства компании Nireco Corporation).
В этой связи средний диаметр зерна феррита определялся путем измерения эквивалентных диаметров окружности для 30 зерен феррита и вычисления среднего арифметического для этих 30 эквивалентных диаметров окружности.
Как описано выше, соответственно были определены доля феррита в положении 1/4 толщины листа F1, доля феррита в положении 1/2 толщины листа F2, размер ферритного зерна в положении 1/4 толщины листа и размер ферритного зерна в положении 1/2 толщины листа, показанные в следующей Таблице 3, и соответственно были идентифицированы структура остатка в положении 1/4 толщины листа и структура остатка в положении 1/2 толщины листа, показанные в следующей Таблице 3.
[0081] Например, оптический микроснимок (с увеличением 500 крат) поперечного сечения (поперечного сечения после полировки и травления реактивом LePera) в положении 1/2 толщины листа толстолистовой стали Примера 10 в соответствии с настоящим изобретением показан на Фиг. 1.
[0082] - Вычисление отношения [F1/F2] -
Отношение [F1/F2] определялось на основе доли феррита в положении 1/4 толщины листа (F1) и доли феррита в положении 1/2 толщины листа (F2), измеренных, как описано выше.
[0083] - Твердость в положении 1/2 толщины листа -
Толстолистовая сталь, полученная как описано выше, была разрезана вдоль направления толщины листа, и полученное поперечное сечение было зеркально отполировано. В соответствии со стандартом JIS Ζ 2244 (2009) определение твердости по Виккерсу было проведено на зеркально отполированном поперечном сечении с нагрузкой в 2 5 г.
Определение твердости по Виккерсу выполнялось для 400 точек в положении 1/2 толщины листа. Максимальное значение из этих 4 00 результатов измерения определялось как "Твердость в положении 1/2 толщины листа" (см. Таблицу 3).
[008 4] - Длина MnS в положении 1/2 толщины листа -
Макрообразец был взят из толстолистовой стали, и тест на коррозию был проведен на выбранном макрообразце в соответствии со стандартом NACE ТМ0284. Посредством этого в макрообразце было принудительно смоделировано растрескивание, вызванное удлиненным MnS, после чего макрообразец подвергался разрыву в жидком азоте. Посредством этого удлиненный MnS стал виден на растрескавшейся поверхности. Растрескавшаяся поверхность наблюдалась с помощью сканирующего электронного микроскопа, и длины всех распознанных удлиненных структур MnS были измерены. По результатам измерения были выбраны длины удлиненного MnS, присутствующего в положении 1/2 толщины листа, и максимальная величина среди выбранных значений (длин) была определена как "длина MnS в положении 1/2 толщины листа" (см. Таблицу 3).
[0085] - Предел прочности -
Образец для испытания на растяжение был взят из толстолистовой стали таким образом, что продольное направление образца являлось параллельным направлению ширины толстолистовой стали. В этой связи образец имел форму плоской пластины в соответствии со спецификацией Американского Нефтяного Института: API 5L (в дальнейшем упоминаемой просто как "API 5L").
Испытание на растяжение проводилось на взятом образце при комнатной температуре в соответствии со спецификацией API 5L. Предел прочности определялся на основе максимальной нагрузки в испытании на растяжение.
[0086] - Прочность на сжатие -
Прочность на сжатие была измерена следующим способом для того, чтобы оценить свойство в окружном направлении стальной трубы, изготовленной из толстолистовой стали, в качестве магистральной трубы, после чего она подвергалась нагреву в покрытии для противокоррозионной обработки.
Образец с большой шириной (образец полной толщины) был взят из толстолистовой стали таким образом, что продольное направление образца было параллельным направлению ширины толстолистовой стали. Для того чтобы применить деформацию, соответствующую изготовлению трубы, 2%-ная предварительная деформация была применена к взятому образцу с большой шириной.
Затем из предварительно деформированного образца с большой шириной был взят образец для испытания на сжатие.
В данном случае образец для испытания на сжатие имел цилиндрическую форму с диаметром 22 мм и длиной 66 мм, и был взят таким образом, чтобы в него была включена центральная часть в направлении толстолистовой стали, и продольное направление образца для испытания на сжатие (тестовое направление испытания на сжатие) было параллельно направлению ширины толстолистовой стали.
Взятый образец для испытания на сжатие был термически обработан при температуре 220°С в течение 5 минут в солевой ванне, а затем термически обработанный образец для испытания на сжатие был подвергнут испытанию на сжатие в соответствии со стандартом ASTM Е9-09. Смещенный на 0,5% предел текучести в испытании на сжатие был определен как предел текучести (прочность на сжатие).
[0087] - Оценочные испытания свойства DWTT (отношения площади разрушения при испытании DWTT (-20°С)) -
Образец для DWTT был взят из толстолистовой стали таким образом, чтобы продольное направление образца для DWTT было параллельно направлению ширины толстолистовой стали.
В данном случае образец для DWTT был образцом полной толщины с выдавленной бороздкой.
Испытание DWTT проводилось на взятом образце для DWTT при температуре -20°С в соответствии со спецификацией API 5L для того, чтобы измерить отношение площади вязкого разрушения к полной площади разрушения (отношение площади разрушения при испытании DWTT (%)).
В соответствии с этим оценочным испытанием, чем выше (наиболее предпочтительно 100%) значение отношения площади разрушения при испытании DWTT (%), тем лучше свойство DWTT.
[0088] - Оценочные испытания сопротивления HIC (CAR в тесте HIC) -
Образец (образец полной толщины) для оценки сопротивления HIC был взят из толстолистовой стали.
Взятый образец был погружен в "Раствор В" в соответствии со стандартом NACE ТМ0284 на 96 часов, после погружения образец был проанализирован с помощью ультразвукового дефектоскопа на предмет наличия или отсутствия водородного растрескивания. На основе результатов этого анализа было определено отношение площади растрескивания (CAR).
В соответствии с этим оценочным испытанием, чем меньше значение CAR (наиболее предпочтительно 0%), тем выше сопротивление HIC.
[0089]
[0090]
[0091]
[0092] *Прочность на сжатие в Таблице 3 является прочностью на сжатие после применения 2%-ной предварительной деформации, с последующей термической обработкой при температуре 220°С.
[0093] Как показано в Таблицах 1-3, толстолистовые стали Примеров 1-10 в соответствии с настоящим изобретением, имеющие составы стали №1-10, которые являются примерами в соответствии с настоящим изобретением, и в которых доля феррита (F1), доля феррита (F2), отношение [F1/F2], структура остатка в положении 1/4 толщины листа, структура остатка в положении 1/2 толщины листа, размер ферритного зерна в положении 1/4 толщины листа, размер ферритного зерна в положении 1/2 толщины листа, твердость в положении 1/2 толщины листа и длина MnS в положении 1/2 толщины листа находились в области охвата настоящего изобретения, имели превосходные прочность на сжатие, свойство DWTT и сопротивление HIC.
В противоположность этому, толстолистовые стали Сравнительных примеров 1-7, имеющие составы стали №8-10, которые являются примерами в соответствии с настоящим изобретением, но в которых по меньшей мере одно значение из следующих - доли феррита (F1), доли феррита (F2), отношения [F1/F2], структуры остатка в положении 1/4 толщины листа, структуры остатка в положении 1/2 толщины листа, размера ферритного зерна в положении 1/4 толщины листа, размера ферритного зерна в положении 1/2 толщины листа, твердости в положении 1/2 толщины листа и длины MnS в положении 1/2 толщины листа - находилось вне области охвата настоящего изобретения, были хуже по меньшей мере по одному показателю из следующих: прочности на сжатие, свойства DWTT и сопротивления HIC.
Кроме того, толстолистовые стали Сравнительных примеров 8-12, имеющих составы стали №11-15, которые являются Сравнительными примерами, были хуже по меньшей мере по одному показателю из следующих: прочности на сжатие, свойства DWTT и сопротивления HIC.
[0094] [Производство магистральной трубы]
<Производство и оценочные испытания магистральной трубы 1>
Толстолистовая сталь Примера 10 в соответствии с настоящим изобретением была использована для изготовления трубы в соответствии со способом UOE для того, чтобы получить магистральную трубу 1 с внешним диаметром и толщиной стенок, приведенными в Таблице 4.
[0095] Что касается полученной таким образом магистральной трубы 1, были измерены предел прочности, предел текучести, прочность на сжатие, отношение площади разрушения при испытании DWTT (-20°С), CAR в тесте HIC, ударная вязкость HAZ и ударная вязкость WM (сварного металла).
Результаты измерения показаны в Таблице 4.
[0096] Среди них предел прочности, отношение площади разрушения при испытании DWTT (-20°С) и CAR в тесте HIC измерялись аналогично соответствующим измерениям для толстолистовых сталей, описанным выше.
Предел текучести, прочность на сжатие, ударная вязкость HAZ и ударная вязкость WM измерялись следующим образом.
[0097] - Измерение предела текучести -
Предел текучести в продольном направлении магистральной трубы измерялся в соответствии со стандартом ASTM Е9-09. В этой связи 0,5% запас прочности в нагруженном состоянии был определен как предел текучести.
[0098] - Измерение прочности на сжатие -
Прочность на сжатие в окружном направлении магистральной трубы измерялась в соответствии со стандартом ASTM Е9-09. В этой связи 0,5% удлинение под нагрузкой при пределе текучести было определено как прочность на сжатие.
[0099] - Измерение ударной вязкости HAZ -
Образец для испытания по Шарпи с V-образной бороздкой был взят на глубине 2 мм от внешней периферийной поверхности магистральной трубы. V-образная бороздка образца была обеспечена так, чтобы разрыв после ударного испытания по Шарпи включал в себя HAZ и WM в отношении площадей 50%/50%.
Используя полученный образец для испытания по Шарпи с V-образной бороздкой, ударное испытание по Шарпи было проведено в соответствии со стандартом JIS Z2242 (2005) при температуре -20°С, и поглощенная энергия Шарпи (Дж) была определена как ударная вязкость HAZ (Дж).
[0100] - Измерение ударной вязкости WM -
Образец для испытания по Шарпи с V-образной бороздкой был взят на глубине 2 мм от внешней периферийной поверхности магистральной трубы. V-образная бороздка образца была обеспечена так, чтобы центр V-образной бороздки располагался в центре WM.
Используя полученный образец для испытания по Шарпи с V-образной бороздкой, ударное испытание по Шарпи было проведено в соответствии со стандартом JIS Z2242 (2005) при температуре -20°С, и поглощенная энергия Шарпи (Дж) была определена как ударная вязкость WM (Дж).
[0101] производство и оценочные испытания магистральной трубы 2>
Толстолистовая сталь была подготовлена идентично толстолистовой стали Примера 10 в соответствии с настоящим изобретением за исключением того, что толщина листа была изменена на 45 мм.
Приготовленная толстолистовая сталь с толщиной 45 мм была использована для изготовления трубы способом JCOE для того, чтобы получить магистральную трубу 2 с внешним диаметром и толщиной стенок, приведенными в Таблице 4.
Для магистральной трубы 2 были проведены те же измерения, что и для магистральной трубы 1. Результаты показаны в Таблице 4.
[0103] Как видно из Таблицы 4, магистральные трубы 1 и 2, произведенные с использованием толстолистовых сталей Примеров в соответствии с настоящим изобретением, обладают превосходной прочностью на сжатие, свойством DWTT и сопротивлением HIC, аналогично толстолистовым сталям Примеров в соответствии с настоящим изобретением.
Кроме того, магистральные трубы 1 и 2 также продемонстрировали благоприятные результаты относительно ударной вязкости HAZ и ударной вязкости WM.
[0104]
Полное раскрытие японских патентных заявок №2013-155063 и №2013-155064 включено в настоящий документ посредством ссылки.
Все документы, патентные заявки и технические стандарты, приведенные в данном описании, включены в настоящий документ посредством ссылки в той же самой степени, как если бы каждый индивидуальный документ, патентная заявка или технический стандарт были конкретно и индивидуально перечислены как включенные в настоящий документ посредством ссылки.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к толстолистовой стали толщиной 25 мм или больше для изготовления магистральной трубы. Сталь содержит, в мас.%: 0,040-0,080 C, 0,05-0,40 Si, 1,60-2,00 Mn, 0,020 или меньше P, 0,0025 или меньше S, 0,05-0,20 Mo, 0,0011-0,0050 Ca, 0,060 или меньше Al, 0,010-0,030 Nb, 0,008-0,020 Ti, 0,0015-0,0060 N, 0,0040 или меньше O, остальное - Fe и неизбежные примеси. Отношение содержания Ca к содержанию S [Ca/S] составляет от 0,90 до 2,70, а отношение содержания Ti к содержанию N [Ti/N] составляет от 2,20 до 5,00. Значение углеродного эквивалента Ceq составляет от 0,380 до 0,480. В положении 1/4 толщины листа доля феррита (F1) составляет от 20 до 60%, остальное - бейнит, при этом средний диаметр зерна феррита составляет от 2,0 до 15,0 мкм. В положении 1/2 толщины листа доля феррита (F2) составляет от 5 до 60%, остальное - бейнит или бейнит и мартенсит, при этом средний диаметр зерна феррита составляет от 5,0 до 20,0 мкм. Отношение (F1/F2) составляет от 1,00 до 5,00. Твердость в положении 1/2 толщины листа составляет 400 Hv или меньше, а длина MnS в положении 1/2 толщины листа составляет 1,00 мм или меньше. Сталь обладает высокими сопротивлением водородному растрескиванию, прочностью и ударной вязкостью. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.
1. Толстолистовая сталь для магистральной трубы, имеющая толщину 25 мм или больше и содержащая, в мас.%:
0,040-0,080 C,
0,05-0,40 Si,
1,60-2,00 Mn,
0,020 или менее P,
0,0025 или менее S,
0,05-0,20 Mo,
0,0011-0,0050 Ca,
0,060 или менее Al,
0,010-0,030 Nb,
0,008-0,020 Ti,
0,0015-0,0060 N, и
0,0040 или менее O,
остальное - Fe и неизбежные примеси,
причем отношение содержания Ca к содержанию S [Ca/S] составляет от 0,90 до 2,70, а отношение содержания Ti к содержанию N [Ti/N] составляет от 2,20 до 5,00,
значение Ceq, определяемое следующим выражением (1), составляет от 0,380 до 0,480:
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5, (1),
где в выражении (1) C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo и V означают содержание соответствующих элементов (в мас.%),
при этом в положении 1/4 толщины листа доля феррита (F1) составляет от 20 до 60%, а остаток является структурой бейнита,
в положении 1/2 толщины листа доля феррита (F2) составляет от 5 до 60%, а остаток является структурой бейнита или структурой бейнита и мартенсита,
отношение (F1/F2) доли феррита (F1) к доле феррита (F2) составляет от 1,00 до 5,00,
в положении 1/4 толщины листа средний диаметр зерна феррита составляет от 2,0 до 15,0 мкм, а в положении 1/2 толщины листа средний диаметр зерна феррита составляет от 5,0 до 20,0 мкм, и
твердость в положении 1/2 толщины листа составляет 400 HV или менее, а длина MnS в положении 1/2 толщины листа составляет 1,00 мм или менее.
2. Толстолистовая сталь для магистральной трубы по п. 1, в которой содержание Al составляет 0,008 мас.% или менее.
3. Толстолистовая сталь для магистральной трубы по п. 1 или 2, содержащая одно или более из следующего, в мас.%:
0,50 или менее Ni,
0,50 или менее Cr,
0,50 или менее Cu,
0,0050 или менее Mg,
0,0050 или менее редкоземельного металла и
0,100 или менее V.
4. Магистральная труба, произведенная с использованием толстолистовой стали для магистральной трубы по любому из пп. 1-3.
