Коленчатая труба и способ ее изготовления

Коленчатая труба и способ ее изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Это изобретение относится к коленчатой трубе и способу ее изготовления. Более конкретно, данное изобретение относится к коленчатой трубе сверхвысокой прочности, соответствующей так называемому классу API X100 или выше, которая имеет основной металл с высокой прочностью и превосходной ударной вязкостью и металл сварного шва, который также имеет превосходную ударную вязкость. Настоящее изобретение также относится к способу изготовления такой трубы.

Предшествующий уровень техники

Стальные трубы большого диаметра, используемые для сооружения трубопроводов, являются главным образом высокопрочными сварными стальными трубами, для того чтобы уменьшить стоимость строительных работ. В существующих трубопроводах применяются в основном высокопрочные сварные стальные трубы класса API X70, в то время как сварные трубы повышенной прочности класса API X80 фактически применяются лишь в немногих случаях. Однако в последние годы было исследовано применение в трубопроводах сварных стальных труб сверхвысокой прочности, которых до настоящего времени не имелось, таких как трубы, соответствующие так называемому классу API X100 или классу API X120. В настоящее время такие сварные стальные трубы сверхвысокой прочности не стандартизованы в качестве стальных труб для трубопроводов, однако имеется высокая вероятность, что они будут официально стандартизованы в ближайшем будущем.

В пояснении, представленном далее, выражения «соответствующие так называемому классу API X100» и «соответствующие так называемому классу API X120» будут сокращены до «класса X100» и «класса Х120». Предполагается, что стандарты для класса X100 включают предел текучести YS по меньшей мере 690 МПа, предел прочности на разрыв TS по меньшей мере 760 МПа, отношение напряжения при пределе текучести к пределу прочности YR самое большее 97,0% и поглощенную энергию по Шарпи при -10°С по меньшей мере 80 Дж для основного металла, а также поглощенную энергию по Шарпи при -10°С по меньшей мере 40 Дж, и долю вязкой составляющей по меньшей мере 50% для металла сварного шва, и поглощенную энергию по Шарпи при -10°С по меньшей мере 40 Дж и долю вязкой составляющей по меньшей мере 50% для зоны термического воздействия при сварке.

Когда прочность сварной стальной трубы для трубопроводов достигает сверхвысокого уровня, весьма вероятно, что сверхвысокая прочность по меньшей мере класса X100 также потребуется для коленчатых труб, которые необходимы в конструкции трубопроводов. Однако для этого должны быть разработаны удовлетворительные способы изготовления коленчатых труб сверхвысокой прочности. Это обусловлено тем, что трудно достигнуть высокого уровня прочности и ударной вязкости для коленчатой трубы посредством термообработки, которая необходима в производстве коленчатой трубы.

В прошлом было предложено большое число решений, относящихся к коленчатым трубам высокой прочности. См., например, JP H07-3330 A1, JP H08-92649 A1, JP 2003-277831 A1, JP 2004-332083 A1 и JP 2005-350724 A1. Эти документы раскрывают решения, в которых коленчатую трубу высокой прочности изготавливают посредством выбора состава изгибаемой исходной трубы, которая является прямолинейной стальной трубой перед изгибанием, а также условий изготовления коленчатой трубы. Однако эти изобретения не принимают во внимание условия изготовления исходной трубы или стального листа, применяемого для формования исходной трубы.

Патентный документ 1: JP H07-3330 A1

Патентный документ 2: JP H08-92649 A1

Патентный документ 3: JP 2003-277831 A1

Патентный документ 4: JP 2004-332083 A1

Патентный документ 5: JP 2005-350724 A1

Описание изобретения

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что при попытке изготовления коленчатой трубы сверхвысокой прочности по меньшей мере класса X100, основываясь на изобретениях, раскрытых в описанных выше документах, ударная вязкость металла сварного шва коленчатой трубы уменьшается, и целевая ударная вязкость не может быть получена. Причина этого заключается в следующем.

Для того чтобы гарантировать то, что основной металл сварной стальной трубы имеет прочность по меньшей мере класса X100 после изгибания, необходимо, чтобы основной металл содержал относительно большое количество легирующих элементов. Для того чтобы предотвратить разрушение металла сварного шва на стадии раскатки при изготовлении изгибаемой исходной трубы, необходимо увеличить прочность металла сварного шва выше прочности основного металла посредством достижения так называемого превосходящего состава, в котором содержание легирующих элементов в металле сварного шва выше содержания легирующих элементов в основном металле.

Соответственно, для того чтобы изготовить коленчатую трубу сверхвысокой прочности по меньшей мере класса X100, содержание легирующих элементов в металле сварного шва неизбежно становится очень высоким. В результате этого прочность металла сварного шва коленчатой трубы существенно увеличивается. В целом, прочность и ударная вязкость обратно пропорциональны одна другой. Поэтому, когда прочность металла сварного шва коленчатой трубы увеличивается, его ударная вязкость уменьшается, и целевая ударная вязкость не может быть достигнута.

Целью данного изобретения является предоставление коленчатой трубы сверхвысокой прочности, по меньшей мере класса X100, имеющей основной металл с высокой прочностью и превосходной ударной вязкостью и имеющей металл сварного шва, который также имеет превосходную ударную вязкость.

В соответствии с данным изобретением, при изготовлении коленчатой трубы сверхвысокой прочности по меньшей мере класса X100, после горячей прокатки стального листа, применяемого для формования изгибаемой исходной трубы, вместо водяного охлаждения стального листа, как это обычно делалось в прошлом, охлаждение выполняется при скорости охлаждения в центральной части по направлению толщины листа меньше 5°С в секунду в температурном интервале от самое большее 700°С до по меньшей мере 500°С. Это охлаждение может быть реализовано, например, как воздушное охлаждение.

В результате, прочность стального листа может быть уменьшена примерно на 30-100 МПа по сравнению со случаем изготовления с применением водяного охлаждения. Соответственно, прочность металла сварного шва изгибаемой исходной трубы, сформованной из стального листа, также может быть уменьшена примерно на 30-100 МПа, при поддержании превосходящего состава.

Изгибаемая исходная труба, которая сформована из этого стального листа и которая имеет прочность металла ее сварного шва, уменьшенную примерно на 30-100 МПа, подвергается изгибанию, чтобы сформировать коленчатую трубу. Прочность коленчатой трубы затем увеличивается примерно на 30-100 МПа выше прочности изгибаемой исходной трубы посредством изменения выполняемых затем условий быстрого охлаждения и отпуска по сравнению с обычными условиями быстрого охлаждения и отпуска.

В результате, коленчатая труба сверхвысокой прочности по меньшей мере класса X100, которая имеет основной металл с высокой прочностью и превосходной ударной вязкостью и металл сварного шва с превосходной ударной вязкостью, может быть изготовлена надежным образом без увеличения содержания легирующих элементов в металле сварного шва.

Таким образом, данное изобретение основано на оригинальной технической идее, заключающейся в том, что посредством изготовления стального листа пониженной прочности посредством уменьшения скорости охлаждения после горячей прокатки, последующего изготовления изгибаемой исходной трубы из стального листа и уменьшения прочности металла сварного шва при поддержании превосходящего состава, разрушение металла сварного шва во время расширения изгибаемой исходной трубы предотвращается, и после изгибания изгибаемой исходной трубы прочность коленчатой трубы увеличивается посредством изменения условий быстрого охлаждения и отпуска после изгибания, в результате чего становится возможным изготовление коленчатой трубы сверхвысокой прочности по меньшей мере класса X100, имеющей основной металл с высокой прочностью и превосходной ударной вязкостью и имеющей металл сварного шва, также обладающий превосходной ударной вязкостью.

Данное изобретение предлагает способ изготовления коленчатой трубы, включающий в себя приготовление стального листа посредством его охлаждения после горячей прокатки при скорости охлаждения в центральной части по направлению толщины листа меньше 5°С в секунду в температурном интервале от самое большее 700°С до по меньшей мере 500°С, приготовление изгибаемой исходной трубы в виде сварной стальной трубы из стального листа, горячее изгибание изгибаемой исходной трубы и последующее охлаждение при скорости охлаждения в центральной части по направлению толщины по меньшей мере 5°С в секунду в температурном интервале от самое большее 700°С до по меньшей мере 500°С, чтобы изготовить коленчатую трубу, для которой предел прочности на разрыв основного металла коленчатой трубы выше предела прочности на разрыв основного металла изгибаемой исходной трубы.

Данное изобретение также предоставляет способ изготовления коленчатой трубы, включающий приготовление стального листа посредством его охлаждения после горячей прокатки при скорости охлаждения в центральной части по направлению толщины листа меньше 5°С в секунду в температурном интервале от самое большее 700°С до по меньшей мере 500°С, приготовление изгибаемой исходной трубы в виде сварной стальной трубы из стального листа, нагревание изгибаемой исходной трубы до температуры в интервале от по меньшей мере 900°С до самое большее 1100°С и изгибание с последующим охлаждением до температурного интервала с максимальной температурой 300°С при скорости охлаждения в центральной части по направлению толщины по меньшей мере 5°С в секунду в температурном интервале от самое большее 700°С до по меньшей мере 500°С и последующее выполнение отпуска в температурном интервале от по меньшей мере 300°С до самое большее 500°С.

В способе изготовления коленчатой трубы в соответствии с данным изобретением коленчатая труба предпочтительно имеет по меньшей мере класс API X100. Примером подходящего состава стали основного металла коленчатой трубы является состав, содержащий С: от самое меньшее 0,03% до самое большее 0,12% (в этом описании, если не указано иное, % по отношению к составу означают массовые %), Si: от самое меньшее 0,05% до самое большее 0,50%, Mn: от самое меньшее 1,4% до самое большее 2,2%, S: самое большее 0,01%, Мо: от самое меньшее 0,05% до самое большее 1,0%, Al: от самое меньшее 0,005% до самое большее 0,06%, N: самое большее 0,008%, по меньшей мере один элемент из Cu: от самое меньшее 0,05% до самое большее 1,0%, Ni: от самое меньшее 0,05% до самое большее 2,0% и Cr; от самое меньшее 0,05% до самое большее 1,0%, по меньшей мере один элемент из Nb; от самое меньшее 0,005% до самое большее 0,1%, V: от самое меньшее 0,005% до самое большее 0,1% и Ti: от самое меньшее 0,005% до самое большее 0,03%, остальное Fe и примеси, при этом углеродный эквивалент Ceq, определяемый представленным ниже уравнением (1), составляет по меньшей мере 0,45%:

.

Состав стали коленчатой трубы означает состав стали основного металла, который является таким же, что и состав стали стального листа, из которого формуется изгибаемая исходная труба.

В качестве другого аспекта, данное изобретение также предоставляет коленчатую трубу, по меньшей мере класса X100, которая изготавливается изгибанием изгибаемой исходной трубы и которая имеет состав, содержащий С: от самое меньшее 0,03% до самое большее 0,12%, Si: от самое меньшее 0,05% до самое большее 0,50%, Mn: от самое меньшее 1,4% до самое большее 2,2%, S: самое большее 0,01%, Мо: от самое меньшее 0,05% до самое большее 1,0%, Al: от самое меньшее 0,005% до самое большее 0,06%, N: самое большее 0,008%, по меньшей мере один элемент из Cu: от самое меньшее 0,05% до самое большее 1,0%, Ni: от самое меньшее 0,05% до самое большее 2,0% и Cr: от самое меньшее 0,05% до самое большее 1,0%, по меньшей мере один элемент из Nb: от самое меньшее 0,005% до самое большее 0,1%, V: от самое меньшее 0,005% до самое большее 0,1% и Ti: от самое меньшее 0,005% до самое большее 0,03%, остальное Fe и примеси, при этом углеродный эквивалент Ceq, определяемый представленным выше уравнением (1), составляет по меньшей мере 0,45%, данная коленчатая труба имеет прочность, которая по меньшей мере на 30 МПа выше прочности изгибаемой исходной трубы.

Основной металл коленчатой трубы может, кроме того, содержать В: самое большее 0,030% и/или Са: самое большее 0,005% в качестве опционально добавляемых элементов.

Содержание В в металле сварного шва коленчатой трубы предпочтительно составляет самое большее 5 ppm (млн^-1), и содержание О в металле сварного шва предпочтительно составляет самое большее 280 ppm (млн^-1).

В этом описании термин «коленчатая труба» относится к трубе, которую получают изгибанием сварной стальной трубы, имеющей основной металл и металл сварного шва. Сварная труба по меньшей мере класса X100 означает трубу, для которой предел текучести YS основного металла составляет самое меньшее 690 МПа и предел прочности на разрыв основного металла составляет самое меньшее 760 МПа.

В соответствии с данным изобретением может быть предоставлена коленчатая труба сверхвысокой прочности по меньшей мере класса X100, имеющая основной металл с высокой прочностью и превосходной ударной вязкостью и имеющая металл сварных швов, который также имеет превосходную ударную вязкость. Поэтому данное изобретение делает возможным применение сварной стальной трубы сверхвысокой прочности, такой как труба класса X100 или класса X120, в качестве трубы трубопровода, посредством чего затраты на строительство трубопроводов могут быть уменьшены.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является графиком, представляющим в количественном виде соотношение между углеродным эквивалентом Ceq (%) и пределом прочности на разрыв TS (МПа), на котором линия «а» показывает предел прочности на разрыв стального листа для изгибаемой исходной трубы, изготовленной с применением водяного охлаждения после горячей прокатки при скорости охлаждения 20°С в секунду (сравнительный пример), линия «b» показывает предел прочности на разрыв стального листа для изгибаемой исходной трубы, изготовленной с применением воздушного охлаждения при скорости охлаждения меньше 5°С в секунду (пример данного изобретения), линия «d» показывает предел прочности на разрыв в окружном направлении металла сварного шва изгибаемых исходных труб, изготовленных из этих стальных листов, и линия «с» показывает предел прочности на разрыв в окружном направлении основного металла и металла сварного шва коленчатой трубы, изготовленной при использовании этих изгибаемых исходных труб.

Фиг.2 является графиком, представляющим соотношение между условиями отпуска (без отпуска (состояние после быстрого охлаждения), отпуск при 350°С, отпуск при 400°С или отпуск при 450°С) и поглощенной энергией vE -10°C (Дж) при испытании на ударную вязкость по Шарпи.

Фиг.3 является графиком, представляющим соотношение между условиями отпуска (без отпуска (состояние после быстрого охлаждения), отпуск при 350°С, отпуск при 400°С или отпуск при 450°С) и прочностью основного металла (0,5% YS, TS).

Фиг.4 является графиком, представляющим соотношение между условиями отпуска (без отпуска (состояние после быстрого охлаждения), отпуск при 350°С, отпуск при 400°С или отпуск при 450°С) и прочностью (YS, TS) внутренней поверхности и внешней поверхности металла сварного шва.

Фиг.5 является графиком, представляющим влияние температуры быстрого охлаждения и содержания В в металле сварного шва (24 млн^-1, 3 млн^-1) на ударную вязкость (поглощенную энергию при испытании на ударную вязкость по Шарпи при -10°С) после термообработки металла сварного шва, имеющего состав, при котором углеродный эквивалент Ceq составляет 0,40%.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

Ниже предпочтительный вариант осуществления изобретения будет разъяснен в деталях при ссылках на чертежи. Вначале будут разъяснены причины ограничений в составе стального листа для применения при изготовлении коленчатой трубы и, соответственно, в составе основного металла изгибаемой исходной трубы и коленчатой трубы в соответствии с данным изобретением и вариантом осуществления способа ее изготовления.

(С: от по меньшей мере 0,03% до самое большее 0,12%)

С является элементом, который эффективен для увеличения прочности. По меньшей мере 0,03% С содержится, чтобы достигнуть прочности по меньшей мере класса X100. Однако если содержание С превышает 0,12%, то ударная вязкость заметно снижается, это оказывает вредное влияние на механические свойства основного металла, и увеличивается образование поверхностных трещин на плоских заготовках. Поэтому содержание С устанавливают от по меньшей мере 0,03% до самое большее 0,12%. С той же самой точки зрения, верхний предел содержания С предпочтительно составляет 0,08%, а нижний предел предпочтительно составляет 0,04%.

(Si: от по меньшей мере 0,05% до самое большее 0,50%)

Si содержится в качестве раскислителя для стали и для увеличения прочности стали. Если содержание Si составляет менее 0,05%, то раскисление становится недостаточным. С другой стороны, если содержание Si превышает 0,50%, то образуется большое количество мартенситно-аустенитной фазы в зоне термического влияния при сварке (HAZ), что приводит к заметному снижению ударной вязкости, и механические свойства коленчатой трубы ухудшаются. Поэтому содержание Si устанавливают от по меньшей мере 0,05% до самое большее 0,50%. С той же самой точки зрения, верхний предел содержания Si предпочтительно составляет 0,20%. Содержание Si предпочтительно определяется с учетом баланса между толщиной стального листа для изгибаемой исходной трубы и ударной вязкостью, требующейся для зоны термического влияния при сварке.

(Mn: от по меньшей мере 1,4% до самое большее 2,2%)

Mn является основным элементом для увеличения прочности и ударной вязкости стали. Согласно настоящему изобретению в стали содержится по меньшей мере 1,4% Mn, чтобы гарантировать прочность. Однако если содержание Mn превышает 2,2%, ударная вязкость металла сварного шва уменьшается, и ударная вязкость основного металла и зоны термического влияния при сварке коленчатой трубы также уменьшается. Поэтому содержание Mn устанавливают от по меньшей мере 1,4% до самое большее 2,2%. С той же самой точки зрения, верхний предел содержания Mn предпочтительно составляет 2,0%, а нижний предел предпочтительно составляет 1,45%.

(S: самое большее 0,01%)

Если содержание S превышает 0,01%, то ударная вязкость основного металла ухудшается. Поэтому содержание S устанавливают самое большее 0,01%. С той же самой точки зрения, верхний предел содержания S предпочтительно составляет 0,004%.

(Мо: от по меньшей мере 0,05% до самое большее 1,0%)

При содержании по меньшей мере 0,05% Мо подавляется ухудшение ударной вязкости основного металла и зоны термического влияния при сварке коленчатой трубы, и увеличивается прочность основного металла и металла сварного шва коленчатой трубы. Однако если содержание Мо превышает 1,0%, то затрудняется сварка в окружном направлении на месте строительства, и ухудшается ударная вязкость зоны термического влияния при сварке коленчатой трубы. Поэтому содержание Мо устанавливают от по меньшей мере 0,05% до самое большее 1,0%. С той же самой точки зрения, верхний предел содержания Мо предпочтительно составляет 0,40%, а нижний предел предпочтительно составляет 0,10%.

(Al: от по меньшей мере 0,005% до самое большее 0,06%)

Подобно Si, Al действует в качестве раскислителя для стали при содержании в количестве по меньшей мере 0,005%. Значительное раскисляющее действие достигается, если содержание Al составляет 0,06%, а если Al содержится в большем количестве, то лишь увеличиваются затраты. Поэтому содержание Al ограничивается величиной от по меньшей мере 0,005% до самое большее 0,06%. С той же самой точки зрения, верхний предел содержания Al предпочтительно составляет 0,050%, а нижний предел предпочтительно составляет 0,010%.

(N: самое большее 0,008%)

N служит для увеличения высокотемпературной прочности стали посредством образования нитридов V, Ti или т.п. Однако если содержание N превышает 0,008%, то образуются карбонитриды Nb, V или Ti, и уменьшается ударная вязкость основного металла и зоны термического влияния при сварке. Поэтому содержание N устанавливают самое большее 0,008%. С той же самой точки зрения, верхний предел содержания N предпочтительно составляет 0,0050%.

(По меньшей мере один элемент из Cu: от по меньшей мере 0,05% до самое большее 1,0%, Ni: от по меньшей мере 0,05% до самое большее 2,0% и Cr: от по меньшей мере 0,05% до самое большее 1,0%)

При содержании по меньшей мере 0,05% Cu, Ni или Cr прочность может быть увеличена без значительного ухудшения ударной вязкости посредством упрочнения при обработке на твердый раствор и изменения структуры вследствие эффекта увеличения закаливаемости.

Однако если содержание Cu превышает 1,0%, проявляется так называемый феномен растрескивания из-за Cu, который вреден для поверхностных трещин плоских заготовок, и становится необходимым нагревание листовой заготовки при низкой температуре, что ограничивает условия изготовления. Поэтому содержание Cu устанавливают от по меньшей мере 0,05% до самое большее 1,0%.

Ni обладает эффектом подавления ухудшения ударной вязкости основного металла и зоны воздействия нагрева при сварке коленчатой трубы. Однако если содержание Ni превышает 2,0%, то затраты заметно возрастают. Поэтому содержание Ni устанавливают от по меньшей мере 0,05% до самое большее 2,0%.

Если содержание Cr превышает 1,0%, то ударная вязкость зоны воздействия нагрева при сварке уменьшается. Поэтому содержание Cr устанавливают от по меньшей мере 0,05% до самое большее 1,0%.

Может быть добавлен один элемент из Cu, Ni и Cr или же два или более элемента в комбинации одного с другим.

(По меньшей мере один элемент из Nb; от по меньшей мере 0,005% до самое большее 0,1%, V: от по меньшей мере 0,005% до самое большее 0,1% и Ti: от по меньшей мере 0,005% до самое большее 0,03%)

Добавление по меньшей мере 0,005% Nb, V или Ti увеличивает прочность вследствие дисперсионного упрочнения и увеличенной закаливаемости. Это также оказывает значительное влияние на увеличение ударной вязкости, обусловленное уменьшением кристаллических зерен. В частности, Ti образует TiN и подавляет рост кристаллических зерен в зоне воздействия нагрева при сварке, что приводит к увеличению ударной вязкости. Однако если добавлено слишком много Ti, то ударная вязкость металла сварного шва уменьшается. Поэтому, содержание Nb устанавливают от по меньшей мере 0,005% до самое большее 0,1%, содержание V устанавливают от по меньшей мере 0,005% до самое большее 0,1% и содержание Ti ограничивают в пределах от по меньшей мере 0,005% до самое большее 0,03%.

Может быть добавлен один элемент из Nb, V и Ti или же два или более элемента в комбинации одного с другим.

В дополнение к этим основным элементам, при необходимости, в состав стали могут быть добавлены один или несколько опциональных дополнительных элементов, описанных ниже. Опциональные дополнительные элементы будут описаны ниже.

(В: самое большее 0,030%)

В заметно увеличивает закаливаемость стали. Однако если содержание В превышает 0,0030%, то свариваемость уменьшается. Поэтому, если содержится В, то его содержание устанавливают самое большее 0,030%. Чтобы повысить закаливаемость надежным образом, содержание В предпочтительно устанавливают по меньшей мере 0,005%.

(Ca: самое большее 0,005%)

Ca обладает эффектом сфероидизации включений, а также предотвращает водородное растрескивание и расслаивание. Однако влияние Ca приходит к насыщению, если его содержание превышает 0,005%. Поэтому, если содержится Ca, то его содержание устанавливают самое большее 0,005%.

Остальные компоненты состава коленчатой трубы, в дополнение к описанным выше компонентам, представляют собой Fe и примеси.

В дополнение к описанному выше составу, углеродный эквивалент Ceq стального листа для изгибаемой исходной трубы, основного металла изгибаемой исходной трубы и основного металла коленчатой трубы, а также содержание В и содержание О в металле сварного шва изгибаемой исходной трубы и коленчатой трубы важны для изготовления коленчатой трубы с высокой прочностью и высокой ударной вязкостью, например, класса X100 или выше. Значение этих параметров будет пояснено ниже.

(Углеродный эквивалент Ceq: по меньшей мере 0,45%)

Чтобы обеспечить то, что коленчатая труба обладает сверхвысокой прочностью по меньшей мере класса X100, углеродный эквивалент Ceq устанавливают по меньшей мере 0,45%. С той же самой точки зрения, углеродный эквивалент Ceq предпочтительно составляет по меньшей мере 0,48%.

Углеродный эквивалент Ceq определяется следующим уравнением:

C_eq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15.

(Содержание В: самое большее 5 млн^-1 (или отсутствие бора), содержание О: самое большее 280 млн^-1 для металла сварного шва)

Снижение прочности изгибаемой исходной трубы оказывает влияние на увеличение ударной вязкости металла сварного шва. Факторами, которые в металлургии оказывают влияние на увеличение ударной вязкости металла сварного шва, являются содержание В и содержание О в металле сварного шва изгибаемой исходной трубы. Как содержание В, так и содержание О в металле сварного шва зависит от компонентов флюса во время сварки.

Чтобы получить целевую ударную вязкость, содержание О в металле сварного шва предпочтительно устанавливают таким низким, насколько это возможно. Например, оно предпочтительно составляет самое большее 280 млн^-1. Содержание О в металле сварного шва может быть уменьшено посредством применения высокоосновного флюса во время сварки.

Содержание В в металле сварного шва прямой стальной трубы UOE класса Х70 или ниже обычно устанавливают от по меньшей мере 10 млн^-1 до самое большее 30 млн^-1, чтобы предотвратить уменьшение ударной вязкости. В результате подавляется выделение феррита на границах зерен, и может быть получена равномерная игольчатая структура феррита, чтобы предотвратить уменьшение ударной вязкости.

В противоположность этому, в случае стальной трубы UOE сверхвысокой прочности, превышающей класс Х70, желательно, чтобы металл сварного шва трубы не содержал В, чтобы увеличить ударную вязкость. Это связано с тем, что выделение феррита на границах зерен может быть адекватным образом предотвращено повышением закаливаемости, даже если В не содержится, а если В содержится, то стимулируется формирование пластинчатой структуры, посредством чего уменьшается ударная вязкость.

Далее будет разъяснен вариант осуществления способа изготовления коленчатой трубы.

В этом варианте осуществления горячая прокатка выполняется для стальной плоской заготовки, имеющей описанный выше состав стали, обычным способом. После горячей прокатки стальной лист для формования изгибаемой исходной трубы получают охлаждением при скорости охлаждения в центральной части по направлению толщины листа меньше 5°С в секунду в температурном интервале от самое большее 700°С до по меньшей мере 500°С.

В обычном способе изготовления коленчатой трубы сверхвысокой прочности по меньшей мере класса X100 был использован материал для прокатки, содержащий большое количество легирующих элементов, и после завершения горячей прокатки выполнялось водяное охлаждение, так что закалка осуществлялась при высокой скорости охлаждения, например, по меньшей мере 20°С в секунду, чтобы получить стальной лист сверхвысокой прочности для применения при формовании изгибаемой исходной трубы. Этот стальной лист затем использовался для изготовления изгибаемой исходной трубы в виде сварной стальной трубы. Для того чтобы предотвратить разрушение металла сварного шва на стадии расширения трубы в процессе ее изготовления, прочность металла сварного шва устанавливалась выше прочности основного металла, которому была придана сверхвысокая прочность. Поэтому, если коленчатая труба сверхвысокой прочности по меньшей мере класса X100 была изготовлена обычным способом изготовления, то прочность металла сварного шва коленчатой трубы была чрезмерно увеличена, и в то же время ударная вязкость металла сварного шва коленчатой трубы неизбежно была уменьшена.

В противоположность этому, в этом варианте осуществления, стальной лист для изготовления изгибаемой исходной трубы изготавливается охлаждением после горячей прокатки при скорости охлаждения в центральной части по направлению толщины листа меньше 5°С в секунду в температурном интервале от самое большее 700°С до по меньшей мере 500°С без особенного увеличения содержания легирующих элементов в стальном листе. В результате, прочность стального листа для формования изгибаемой исходной трубы может быть уменьшена на примерно от 30 до 100 МПа по сравнению со случаем, когда после горячей прокатки выполняется водяное охлаждение, и прочность металла сварного шва изгибаемой исходной трубы также может быть уменьшена на примерно от 30 до 100 МПа по сравнению со случаем, когда после горячей прокатки выполняется водяное охлаждение. Соответственно, ударная вязкость металла сварного шва коленчатой трубы может быть поддержана адекватным образом.

В этом варианте осуществления изгибаемая исходная труба в виде сварной стальной трубы может быть изготовлена обычным способом, таким как способ формования труб UOE, из стального листа, изготовленного этим способом. Отсутствует необходимость в ограничении способа формования трубы отдельным способом. Такой способ формования трубы хорошо известен специалистам в данной области, так что его пояснение будет опущено.

В этом варианте осуществления настоящего изобретения во время изготовления изгибаемой исходной трубы описанным выше образом прочность изгибаемой исходной трубы на примерно от 30 до 100 МПа ниже целевой конечной прочности коленчатой трубы, например, по меньшей мере класса X100. Однако, как указано ниже, посредством оптимизации условий быстрого охлаждения (закалки) и отпуска, которые выполняются после изгибания, прочность коленчатой трубы увеличивается на примерно 30-100 МПа выше прочности изгибаемой исходной трубы, так что может быть изготовлена коленчатая труба сверхвысокой прочности по меньшей мере класса X100.

В этом варианте осуществления изгибаемая исходная труба, которая изготовлена описанным выше образом, нагревается до температурного интервала от по меньшей мере 900°С до самое большее 1100°С и затем подвергается изгибанию. Затем она охлаждается до температурного интервала с температурой самое большее 300°С при скорости охлаждения в центральной части по направлению толщины по меньшей мере 5°С в секунду в температурном интервале от самое большее 700°С до по меньшей мере 500°С и после этого подвергается отпуску в температурном интервале от по меньшей мере 300°С до самое большее 500°С, т.е. она подвергается старению в температурном интервале от по меньшей мере 300°С до самое большее 500°С.

Изгибание выполняется обычным образом так, что металл сварного шва изгибаемой исходной трубы располагается на внутренней стороне коленчатого участка.

В этом варианте осуществления, чтобы предотвратить уменьшение ударной вязкости металла сварного шва в коленчатой трубе, поскольку его прочность увеличивается, и особенно в случае сверхвысокой прочности по меньшей мере класса X100, изгибаемая исходная труба изготавливается при применении условий охлаждения после горячей прокатки стального листа для формования изгибаемой исходной трубы, которые отличаются от обычных условий охлаждения, и коленчатая труба изготавливается при условиях закалки и отпуска после изгибания, которые отличаются от обычных условий закалки и отпуска.

Термообработка после изгибания включает нагревание от по меньшей мере 900°С до самое большее 1100°С, охлаждение до самое большее 300°С, например до комнатной температуры, при скорости охлаждения в центральной части по направлению толщины листа по меньшей мере 5°С в секунду в температурном интервале от самое большее 700°С до по меньшей мере 500°С и последующий отпуск при низкой температуре от по меньшей мере 300°С до самое большее 500°С.

В низкотемпературном интервале от по меньшей мере 300°С до самое большее 500°С дислокации не могут перемещаться таким свободным образом. Соответственно, дислокации в достаточной мере подвергаются закреплению всего лишь цементитом. Поэтому в соответствии с этим вариантом осуществления отсутствует необходимость в выделении включений для оказания закрепляющего действия на дислокации, так что предел текучести может быть увеличен без значительного уменьшения предела прочности на разрыв.

В соответствии с этим вариантом осуществления изгибаемая исходная труба, имеющая пониженную прочность, изготавливается посредством применения состава, выбранного надлежащим образом, и упрочнение коленчатой трубы до уровня сверхвысокой прочности достигается выполнением надлежащей термообработки после изгибания. Поэтому в соответствии с этим вариантом осуществления коленчатая труба сверхвысокой прочности по меньшей мере класса X100, имеющая основной металл с высокой прочностью и превосходной ударной вязкостью и металл сварного шва, также обладающий превосходной ударной вязкостью, может быть изготовлена без увеличения затрат, обусловленных добавлением легирующих элементов в больших количествах.

Этот вариант осуществления отличается от обычного способа, в котором акцент сделан на достижение желательной высокой прочности и ударной вязкости после изгибания посредством выполнения закалки без последующего отпуска. Он также отличается от обычного способа, в котором отпуск выполняется при высокой температуре, чтобы достигнуть высокой прочности и высокой ударной вязкости после изгибания. В этом варианте осуществления изгибаемая исходная труба изготавливается из стального листа, который получают охлаждением после горячей прокатки при скорости охлаждения в центральной части по направлению толщины листа меньше 5°С в секунду в температурном интервале от самое большее 700°С до по меньшей мере 500°С. Поэтому прочность стального листа может быть уменьшена, и в то же самое время может быть уменьшена прочность металла сварного шва изгибаемой исходной трубы.

Соответственно, посредством этого варианта осуществления ударная вязкость металла сварного шва, которая уменьшается вследствие неизбежного увеличения прочности основного металла коленчатой трубы, сформованного из стального листа, полученного водяным охлаждением после горячей прокатки, может быть значительно увеличена. Поэтому проблема уменьшения ударной вязкости металла сварного шва, которая является технической проблемой коленчатой трубы сверхвысокой прочности по меньшей мере класса X100, может быть по существу разрешена.

Фиг.1 является графиком, представляющим в количественном виде соотношение между углеродным эквивалентом Ceq (%) и пределом прочности на разрыв TS (МПа), на котором линия «а» показывает предел прочности на разрыв стального листа для применения в производстве изгибаемой исходной трубы, изготавливаемой посредством водяного охлаждения после горячей прокатки при скорости охлаждения 20°С в секунду (сравнительный пример), линия «b» показывает предел прочности на разрыв стального листа для применения в производстве изгибаемой исходной трубы, изготавливаемой воздушным охлаждением при скорости охлаждения меньше 5°С в секунду (пример данного изобретения), линия «d» показывает предел прочности на разрыв металла сварного шва изгибаемых исходных груб, изготовленных из этих стальных листов, и линия «с» показывает предел прочности на разрыв в окружном направлении основного металла и металла сварного шва коленчатой трубы, изготовленной при использовании этих изгибаемых исходных труб.

На основании графика, представленного на фиг.1, будут даны пояснения к примеру изготовления коленчатой трубы сверхвысокой прочности, которая соответствует классу X100. Если первоначально выбран состав основного металла стального листа, который имеет Ceq, равный А, то прочность основного металла изгибаемой исходной трубы, сформованной из такого листа, становится величиной, показанной пустым треугольником, когда лист формуется с применением водяного о