Высокопрочная стальная труба для применения при низких температурах с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке

Высокопрочная стальная труба для применения при низких температурах с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к высокопрочным стальным трубам с прочностью сорта X100 Американского института нефти (API), в частности к высокопрочным стальным трубам с толщиной стенки 20-40 мм, пригодным для транспортировки природного газа и сырой нефти в сейсмических регионах, где происходят значительные деформации почвы, и в районах вечной мерзлоты, обладающим превосходными прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке. Высокопрочные стальные трубы в соответствии с настоящим изобретением включают стальные трубы, удовлетворяющие всем требованиям для сорта APIX100 и стальные трубы, прочность на растяжение которых была бы близка к марке APIX100, но некоторые характеристики не удовлетворяли требованиям API.

Уровень техники

В последние годы требовались сварные стальные трубы, используемые для транспортировки природного газа и сырой нефти, для улучшения пропускной способности применением более высокого давления и повышения эффективности проведения сварки на месте снижением толщины стенок трубы. Соответственно, сварные стальные трубы с более высокой прочностью и большей толщиной стенок производились из года в год.

Кроме того, когда началось применение стальных труб в районах крайнего Севера, где происходит деформация грунта, потребовалось улучшить низкотемпературную ударную прочность зоны сварки и прочность при продольном изгибе, возникла необходимость в разработке толстостенных стальных труб сорта X100, удовлетворяющих этим требованиям.

Добавление В в химический состав стального листа, используемого для стальных труб сорта X100, является эффективным для достижения высокой прочности и ударной прочности. Однако в случае стальных труб также важно удовлетворять требованиям свариваемости, таким как чувствительность к холодному растрескиванию. Соответственно в химический состав стальных труб сорта X100 для предотвращения холодного растрескивания в кольцевых сварных зонах, которые образуются при сварке с низкой погонной энергией, соединяющих трубы вместе, в основной состав стали не добавляют бор (В), обладающий высокой способностью к закаливаемости (например, не патентные ссылки 1 и 2).

Однако сообщается, что с увеличением прочности стального листа добавление В приводит к превосходной ударной прочности сварного шва зоны термического влияния в зависимости от погонной энергии сварки в зоне свариваемого шва (например, не патентная ссылка 3). Патентная ссылка 1 раскрывает, что в зоне сварного шва стальной трубы, диффузия В, содержащегося в металле сварного шва, приводит к улучшению ударной прочности зон термического влияния сварного шва вблизи границы проплавления.

В зонах термического влияния сварки высокопрочной стали с добавкой В, даже когда первичное аустенитное зерно в области относительно отдаленных от границы проплавления имело малый размер 150 мкм или менее, бывали случаи когда структура верхнего бейнита, содержащая большое количество островного мартенсита (также обозначаемого как МА: мартенситно-аустенитный компонент), который ухудшает ударную прочность, становится преобладающей и ударная прочность снижается. Таким образом, в высокопрочных сталях влияние добавления В на ударную прочность в зонах термического влияния при сварке не до конца понятна.

Было изучено влияние В на структуру зон термического влияния при сварке при его добавлении в химический состав стальных труб сорта X100 с большой толщиной стенок более 20 мм для обеспечения прочности, ударной прочности, деформируемости и кольцевой свариваемости и для обеспечения низкотемпературной ударной прочности зон термического влияния при сварке.

Патентные ссылки 2-5 относятся к высокопрочным стальным сварным трубам и способам изготовления высокопрочных стальных сварных труб и раскрывают, что когда В добавлен к композициям основного материала, соответствующее количество В добавляют принимая во внимание ударную прочность зон термического влияния при сварке. Кроме того, патентные ссылки 4-5 предлагают, что когда количество легирующих документов в основном материале является подходящим, используются различные параметрические уравнения в зависимости от того добавлен В или нет.

Литература

Патентные ссылки

PTL 1: JP No 2006-328523

PTL 2: JP No 2008-56861

PTL 3: JP No 2004-131799

PTL 4: JP No 2003-306749

PTL 5: JP No 2003-293078

He патентные ссылки

NPL 1: NKK Technical Review No. 138 (1992), pp24-31

NPL 2: NKK Technical Review No. 66 (1992)

NPL 3: Journal of the Japan Welding Society No. 50 (1981).

Сущность изобретения

Техническая проблема

В последние годы возникла необходимость в прочности при продольном изгибе сварных трубопроводов из высокопрочной стали марки APIX100, что недостаточно обсуждается в патентных ссылках 2-5. Например, патентная ссылка 2 раскрывает способ улучшения ударной прочности зон термического влияния при сварке. Однако в ней не обсуждается деформируемость основного материала.

В патентной ссылке 3 речь идет о стали сорта Х80, уровень прочности которой отличается от прочности, которая обсуждается в настоящем изобретении. Патентные ссылки 4-5 характеризуют равномерное относительное удлинение части основного материала в направлении оси трубы при испытании на растяжение. Как описано далее важно получить низкое отношение (YR: отношение предела текучести к пределу прочности) 0,5% технического предела прочности к пределу прочности при растяжении для улучшения прочности при поперечном изгибе, что не обсуждается в патентных ссылках 4-5.

Сварные стальные трубы, используемые в качестве трубопровода, такие как стальные трубы UOE и стальные трубы ERW изготавливают холодным деформированием стального листа в трубы и сваркой соединенных впритык частей и затем внешнюю поверхность стальной трубы подвергают обработке для нанесения покрытия для коррозионной стойкости и т.п. Соответственно из-за напряжения, вызванного обработкой при формовании трубы и нагревания при обработке при нанесении покрытия, происходит механическое старение и на 0,5% увеличивается технический предел прочности. Таким образом, у стальной трубы после обработки при нанесении покрытия выше отношение предела текучести к пределу прочности, что является проблематичным. Однако эта проблема не решена способами, описанными в патентных ссылках 1-5. Соответственно, существует потребность в высокопрочной стальной сварной трубе, которая обладала бы низким отношением предела текучести к пределу прочности даже после обработки для нанесения покрытия и, как результат, высокой прочностью при продольном изгибе.

Целью настоящего изобретения является определение влияния добавления В к основному стальному листу, используемому для толстостенных труб сорта APIX100, на свариваемость и ударную прочность зон термического влияния при сварке и создание высокопрочной стальной трубы сорта APIX100 для применения при низких температурах, у которой превосходная прочность при продольном изгибе и ударная прочность зон термического влияния при сварке, толщина стенки 20 мм или более, со свойствами основного материала, среди которых предел прочности при растяжении составляет 760 МПа или более и 930 МПа или менее, равномерное относительное удлинение составляет 5% или более и отношение (YR: отношение предела текучести к пределу прочности) 0,5% технического предела прочности к пределу прочности при растяжении составляет 85% или менее и поглощенная энергия при испытании по Шарпи составляет 100 Дж или более сварного соединения при -30°С. Что касается прочности при продольном изгибе после обработки для нанесения покрытия, другой целью настоящего изобретения является создание высокопрочной сварной стальной трубы с прочностными характеристиками и деформируемостью, эквивалентной вышеописанной даже после обработки для нанесения покрытия.

Решение проблемы

Авторы настоящего изобретения провели тщательное изучение для создания высокопрочной стальной трубы, применяемой при низких температурах, с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зон термического влияния при сварке, с толщиной стенки 20 мм или более и установили следующее.

1. Зона с наибольшим снижением ударной прочности (обозначаемая как локальная зона хрупкости (LBZ)) в зоне термического влияния при сварке (HAZ) в зоне сварного шва стальной трубы обладает на внешней стороне вблизи соединения, крупнозернистой структурой HAZ (далее обозначаемая, как CGHAZ); обладает в корневой зоне на внутренней стороне промежуточной крупнозернистой структурой HAZ (ICCGHAZ), получаемой повторным нагревом CGHAZ структуры на внутренней стороне двухфазной зоны (Ac₁-Ас₃ точки). Эти структуры образуются из крупнозернистой HAZ (CGHAZ зона, в которой размер первичного аустенитного зерна составляет 50 мкм или более, вблизи линии проплавления). Следует отметить, что корневая зона обозначает зону, включающую место соединения, где металл внутреннего сварного шва и металл внешнего сварного шва перемешиваются, и площадь вокруг соединения.

2. При корректировке величины Р_см основного материала и скорости охлаждения в интервале температур 800-500°С, в котором происходит превращение фаз γ(аустенит) - α(феррит) при охлаждении после сварки, на внешней и на внутренней стороне микроструктура CGHAZ является структурой нижнего бейнита или структурой, состоящей в основном из нижнего бейнита, в которой доля фракции верхнего бейнита, включающего значительное количество МА, который является твердой фазой, и мартенсит с высокой прочностью, является нормированным значением или менее, вследствие этого улучшается ударная прочность. В частности, когда получена структура, в которой доля фракции нижнего бейнита составляет 50% или более, в наибольшей степени повышается ударная прочность и поглощенная энергия при испытании по Шарпи при -30°С значительно повышается.

3. Для получения структуры CGHAZ с вышеописанной микроструктурой наиболее эффективно добавление бора (В) к основному материалу. Когда погонная энергия сварки составляет 80 кДж/см или менее (соответствующая скорости охлаждения 4°С/сек или более в диапазоне 800°С-500°С), предпочтительное количество добавленного В находится в диапазоне 5-15 ч/млн, в композиции, удовлетворяющей Р_см 0,19-0,25%, при котором обеспечена прочность APIX100-сорта основного материала.

4. Для увеличения прочности при продольном изгибе необходимо увеличить в начале продольного изгиба предел деформации продольного изгиба, сжимаемой при изгибе стороны и предел деформации разрыва при изгибе растягиваемой стороны. Это эффективно достигается при отношении (отношение предела текучести к пределу прочности) 0,5% технического предела прочности к пределу прочности при растяжении 85% или менее и равномерном относительном удлинении 5% или более.

5. Когда высокопрочный стальной лист с толщиной более 20 мм подвергают испытанию по оценке ударной прочности в DWTT, для достижения требуемого отношения площади поверхности пластичного разрушения 85% или более при -20°С, размер микроструктуры должен быть дополнительно уменьшен по сравнению с существующими микроструктурами.

6. Структура крупнозернистого островного мартенсита способствует образованию и распространению разрушения. Для обеспечения требуемой низкотемпературной ударной прочности важно точно контролировать размер структуры островного мартенсита или отпущенного мартенсита.

7. Отношение площади поверхности пластичного разрушения при -20°С в DWTT (испытания на разрыв падающим грузом) относительно ударной прочности основного материала коррелируют с размером островного мартенсита. Поглощенная энергия при испытании по Шарли основного материала коррелирует с размером островного мартенсита и бейнитного феррита, который служит матрицей.

8. Созданием структуры основного материала с бейнитной структурой, содержащей островной мартенсит, повышается стойкость к механическому старению и может быть обеспечена превосходная прочность при продольном изгибе даже после обработки для нанесения покрытия. Для достижения этого важно точно контролировать долю фракции островного мартенсита.

Настоящее изобретение было осуществлено в результате дальнейших исследований, основанных на вышеописанных результатах. В частности, настоящее изобретение состоит в следующем.

1. Труба из высокопрочной стали для использования при низкой температуре, с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке, включающая:

часть основного материала, композиция которого содержит, в масс.%,

С: более 0,03% и 0,08% или менее, Si: 0,01-0,5%, Mn: 1,5-3,0%, P: 0,015% или менее, S: 0,003% или менее, Al: 0,01-0,08%, Nb: 0,005-0,025%, Ti: 0,005-0,025%, N: 0,001-0,010%, О: 0,005% или менее, и В: 0,0003-0,0020% и дополнительно содержит один или большее число элементов, выбранных из Cu: 0,01-1%, Ni: 0,01-1%, Cr: 0,01-1%, Mo: 0,01-1%, и V: 0,01-0,1%,

значение Р_см (в %), вычисленное по формуле (1), представленной ниже, удовлетворяет неравенству 0,19≤Р_см≤0,25, остальное составляет Fe и неизбежные примеси,

Р с м ( % ) = С + S i / 30 + M n / 20 + C u / 20 + N i / 60 + C r / 20 + M o / 15 + V / 10 + 5 × B   ( 1 ) ,

где каждый элемент представляет содержание (% масс.),

характеристики прочности основного материала составляют: предел прочности при растяжении 760 МПа или более и 930 МПа или менее, равномерное относительное удлинение 5% или более и отношение предела текучести к пределу прочности 85% или менее и поглощенная энергия при испытании по Шарли при -40°С составляет 210 Дж или более в случае, когда толщина листа составляет 25 мм или более; и

часть металла сварного шва, в котором композиция металла сварного шва для сварки продольным швом, содержит, в масс.%, С: 0,03-0,10%, Si: 0,5% или менее, Mn: 1,5-3,0%, P: 0,015% или менее, S: 0,005% или менее, Al: 0,05% или менее, Nb: 0,005-0,05%, Ti: 0,005-0,03%, N: 0,010% или менее, О: 0,015-0,045%, и В: 0,0003-0,0050% и дополнительно содержит один или большее число элементов, выбранных из Cu: 0,01-1%, Ni: 0,01-2,5%, Cr: 0,01-1%, Mo: 0,01-1,5%, и V: 0,1% или менее, и остальное Fe и неизбежные примеси,

причем микроструктура зоны термического влияния при сварке, в которой размер зерна первичного аустенитного составляет 50 мкм или более вблизи линии расплавления в зоне сварного шва стальной трубы, является структурой нижнего бейнита или многофазной структурой, содержащей нижний бейнит с долей фракции 50% или более и верхний бейнит и/или мартенсит.

2. Труба из высокопрочной стали для использования при низкой температуре с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке согласно 1, в которой в зоне сварного шва стальной трубы, в который слой на внутренней стороне и слой на внешней стороне сварены в продольном направлении стальной трубы, твердость зоны термического влияния при сварке около линии расплавления на внешней стороне удовлетворяет формуле (2),

250 < H V ( 98 N ) < 350,                  ( 2 )

где HV (98N) представляет твердость по Виккерсу, измеренную при 10 кгс.

3. Труба из высокопрочной стали для использования при низкой температуре с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке согласно 1 или 2, в которой прочность соединения сварного шва стальной трубы составляет 760 МПа или более и 930 МПа или менее.

4. Труба из высокопрочной стали для использования при низкой температуре с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке согласно 1-3, в которой микроструктура основного материала стальной трубы главным образом состоит из бейнитной структуры, содержащей островной мартенсит с долей фракции 4% или более и 12% или менее, размер длинной оси содержащегося островного мартенсита составляет 2 мкм или менее, и размер длинной оси бейнитного феррита, окруженного поверхностями раздела с разориентировкой 15° или более в микроструктуре основного материала, составляет 20 мкм или менее.

5. Труба из высокопрочной стали для использования при низкой температуре с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке согласно 1-4, в которой композиция основного материала и/или металла сварного шва дополнительно содержит, в масс.%, один или более элементов, выбранных из Са: 0,0005-0,01%, РЗЭ: 0,0005-0,02%, Zr: 0,0005-0,03% и Mg: 0,0005-0,01%.

6. Труба из высокопрочной стали для использования при низкой температуре с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке согласно 4 или 5, в которой равномерное относительное удлинение стальной трубы составляет 5% или более и отношение технического предела прочности к пределу прочности при растяжении достигает 85% или менее даже после того, как стальная труба подвергнута обработке механическим старением при температуре 250°С или менее в течение 30 минут или менее.

7. Способ изготовления стального листа для высокопрочной стальной трубы для использования при низкой температуре с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке, способ включает горячую прокатку стали с композицией основного материала согласно 1 или 5, так чтобы у стали нагретой до температуры 1000-1300°С, общее обжатие при более 950°С составляло 10% или более, общее обжатие при 750°С или менее составляло 75% или более, и температура конечной прокатки составляла 650°С или более; последующее ускоренное охлаждение до температуры 450°С или более и менее 650°С со скоростью охлаждения 10°С/с или более; и непосредственно после ускоренного охлаждения, повторный нагрев стали до температуры 500-750°С со скоростью нагрева 0,5°С/с или более до температуры, равной или выше температуры ускоренного охлаждения.

8. Способ изготовления стального листа для высокопрочной стальной трубы для использования при низкой температуре с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке согласно 7, в котором при горячей прокатке общее обжатие при температуре более 750°С и 950°С или менее составляет 20% или более.

9. Способ изготовления высокопрочной сварной стальной трубы для использования при низкой температуре с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке, в котором стальной лист, изготовленный способом согласно 7 или 8 сформован в форме трубы и при сварке примыкающих частей формованного стального листа сваркой внутреннего слоя и внешнего слоя стального листа, погонная энергия как для внутреннего слоя, так и внешнего слоя составляет 80 кДж/см или менее, и тепловой баланс между внешней и внутренней погонной энергией удовлетворяет формуле (3),

внутренняя погонная энергия<внешняя погонная энергия (3).

10. Способ изготовления высокопрочной сварной стальной трубы для использования при низкой температуре согласно 9, в котором после сварки внутреннего слоя и внешнего слоя в продольном направлении стальной трубы проводят раздачу стальной трубы с коэффициентом расширения 0,4% или более и 2,0% или менее.

Положительные эффекты изобретения

Настоящее изобретение создает трубу из высокопрочной стали сорта APIX100 для использования при низкой температуре, стальную трубу с толщиной стенки 20 мм или более с превосходной прочностью при продольном изгибе, ударной прочностью основного материала и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке в зоне сварного шва. Соответственно, настоящее изобретение имеет значительные преимущества в промышленности.

Краткое описание чертежей

Фиг.1А является видом, иллюстрирующим положение надреза 2 образца 1 для испытания по Шарпи с внешним надрезом FL в сварном шве при испытании по Шарли;

Фиг.1B является видом, иллюстрирующим положение надреза 2 образца 3 для испытания по Шарпи с корневым надрезом FL в сварном шве при испытании по Шарпи.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение определяет состав основного материала, составляющего стальную трубу, его микроструктуру и прочностные характеристики основного материала, состав металла сварного шва в зоне сварного шва стальной трубы, и микроструктуру зоны, в которой размер зерна первичного аустенита составляет 50 мкм или более вблизи линии расплавления в продольной зоне сварного шва стальной трубы.

В состав композиции основного материала входят, в масс.%:

С: более 0,03% и 0,08% или менее

С образует пересыщенный твердый раствор в структуре низкотемпературного превращения, такой как структура мартенсита или структура островного мартенсита, служащая второй фазой, чтобы таким образом способствовать увеличению прочности. Для достижения такого эффекта С должен быть добавлен до содержания более 0,03%. Когда С добавлен до содержания более 0,08%, твердость круговой зоны сварки стальной трубы значительно увеличивается и появляется тенденция к холодному растрескиванию сварного шва. Соответственно, верхний предел содержания составляет 0,08%. Для обеспечения достаточно большого количества островного мартенсита, который является твердой фазой, необходимой для контроля низкой величины отношения предела текучести к пределу прочности, С предпочтительно добавляют до содержания 0,05% или более.

Si: 0,01-0,5%

Si является элементом, который действует как раскислитель и повышает прочность стали закалкой на твердый раствор. Этот эффект не достигается, когда содержание Si составляет менее 0,01%. Когда Si добавляют до содержания более 0,5%, значительно снижается ударная прочность. Соответственно, верхний предел содержания Si составляет 0,5%. Содержание Si предпочтительно составляет 0,01-0,2%. При понижении содержания Si до 0,2% или менее, формирование островного мартенсита (МА), содержащегося в структуре верхнего бейнита, может быть подавлено в структуре CGHAZ в зоне сварного шва стальной трубы, что увеличивает ударную прочность HAZ соединения. При снижении содержания Si до 0,2% или менее чрезмерное формирование островного мартенсита в микроструктуре основного материала стальной трубы также может быть подавлено, что увеличивает ударную прочность основного материала. Соответственно, верхний предел содержания Si предпочтительно составляет 0,2%.

Mn: 1,5-3,0%

Mn действует как элемент, который увеличивает способность к закалке. Этот эффект обеспечивают добавлением Mn до содержания 1,5% или более. В процессе непрерывного литья концентрация Mn значительно увеличивается в области осевой ликвации. Добавление Mn до содержания более 3,0% вызывает замедленное разрушение в области осевой ликвации. Соответственно, верхний предел содержания Mn составляет 3,0%. Содержание Mn предпочтительно составляет 1,6-2,5%.

Al: 0,01-0,08%

Al действует как раскислитель. Добавление Al до содержания 0,01% или более обеспечивает достаточный раскисляющий эффект. Когда Al добавлен до содержания более 0,08%, чистота стали ухудшается, что вызывает снижение ударной прочности. Соответственно, верхний предел содержания Al составляет 0,08%. Содержание Al предпочтительно составляет 0,02-0,06%.

Nb: 0,005-0,025%

Nb обеспечивает эффект расширения области без рекристаллизации аустенита при горячей прокатке. Для обеспечения области 950°С или менее в качестве области без рекристаллизации, Nb добавляют до содержания 0,005% или более. Когда Nb добавлен до содержания более 0,025%, поглощенная энергия в испытании по Шарли особенно значительно снижается в ударной прочности HAZ и ударной прочности основного материала. Соответственно, верхний предел содержания Nb составляет 0,025%. Содержание Nb предпочтительно составляет 0,010-0,025%.

Ti: 0,005-0,025%

Ti образует нитрид и эффективно уменьшает количество N, формирующего твердый раствор в стали. Выделенный TiN проявляет эффект закрепления для подавления укрупнения зерна аустенита, чтобы таким образом способствовать повышению ударной прочности основного материала и HAZ. Для обеспечения эффекта закрепления Ti должен быть добавлен до содержания 0,005% или более. Когда Ti добавлен до содержания более 0,025%, Ti образует карбид, и дисперсионное твердение значительно ухудшает ударную прочность. Соответственно, верхний предел содержания Ti составляет 0,025%. Содержание Ti предпочтительно составляет 0,008-0,020%.

N: 0,001-0,010%

N обычно присутствует как неизбежная примесь в стали. Добавление Ti приводит к образованию TiN. Для подавления укрупнения аустенитного зерна за счет эффекта закрепления, обеспечиваемого TiN, содержание N в стали должно быть 0,001% или более. Когда содержание N составляет более 0,010%, TiN разлагается в зоне сварки, особенно в области, нагретой до 1450°С или более вблизи сварного соединения и N, образующий твердый раствор, оказывает значительное отрицательное влияние. Соответственно, верхний предел содержания N составляет 0,010%, содержание N предпочтительно составляет 0,002-0,005%.

В: 0,0003-0,0020%

В - элемент, который играет важную роль в настоящем изобретении. Сталь согласно настоящему изобретению содержит В и, следовательно, подавляется образование полигонального феррита. Соответственно, по сравнению со сталью, не содержащей В, прокатка в аустенитной области может быть выполнена в низкотемпературной области. В результате повышается ударная прочность, определяемая DWTT или подобным способом. Кроме того, В выделяется на границах зерна аустенита в зонах термического влиянии при сварке, увеличивая таким образом способность к закалке. В подавляет образование верхнего бейнита, содержащего МА, ухудшающее ударную прочность, чтобы таким образом облегчить образование нижнего бейнита или мартенсита.

Такой эффект обеспечивается в значительной степени, когда В добавлен до содержания 0,0003% или более и 0,0020% или менее. Когда В добавлен до содержания более 0,0020%, выделяется карбид на основе В и в результате ухудшается ударная прочность основного материала и зоны термического влияния при сварке. Соответственно, верхний предел содержания В составляет 0,0020%. Когда содержание В составляет менее 0,0003%, в значительной степени образуется структура верхнего бейнита в зоне термического влияния при сварке. Соответственно, более низкий предел содержания В составляет 0,0003%. Содержание В находится предпочтительно в диапазоне 0,0005% или более и 0,0015% или менее, более предпочтительно в диапазоне 0,0007-0,0012%.

Один или более элементов из Cu, Ni, Cr, Мо и V

Cu, Ni, Cr, Мо и V, все действуют как элементы, которые увеличивают способность к закалке. Соответственно, для достижения высокой прочности добавляют один или более из этих элементов.

Cu: 0,01-1%

Cu, добавленная до содержания 0,01% или более, повышает способность стали к закалке. Однако когда Cu добавлена до содержания 1% или более, ухудшается ударная прочность. Соответственно, верхний предел содержания Cu составляет 1%. В случае добавления Cu, содержание Cu составляет 0,01-1%, предпочтительно 0,1-0,5%.

Ni: 0,01-1%

Ni, добавленный до содержания 0,01% или более, повышает способность стали к закалке. Добавление Ni в большом количестве не вызывает особого ухудшения ударной прочности, и Ni эффективно используется для увеличения ударной прочности. Однако Ni является дорогим элементом. Соответственно, когда Ni добавляют, верхний предел содержания Ni составляет 1%. Когда Ni добавляют, содержание Ni составляет 0,01-1%, предпочтительно 0,1-0,5%.

Cr: 0,01-1%

Cr, добавленный до содержания 0,01% или более, также способствует повышению способности стали к закалке. Однако когда Cr добавлен до содержания более 1%, ухудшается ударная прочность. Соответственно верхний предел содержания Cr составляет 1%. Когда Cr добавлен, содержание Cr составляет 0,01-1%, предпочтительно 0,1-0,5%.

Мо: 0,01-1%

Мо, добавленный до содержания 0,01% или более, также способствует повышению способности стали к закалке. Однако когда Мо добавлен до содержания более 1%, ухудшается ударная прочность. Соответственно, верхний предел содержания Мо составляет 1%. Когда Мо добавлен, содержание Мо составляет 0,01-1%, предпочтительно 0,1-0,5%.

V: 0,01-0,1%

V образует карбонитрид, что обеспечивает дисперсионное твердение и таким образом, в частности, участвует в подавлении размягчения зоны термического влияния при сварке. Этот эффект достигается, когда V добавлен до содержания 0,01% или более. Однако когда V добавлен до содержания более 0,1%, происходит значительное дисперсионное твердение и ухудшается ударная прочность. Соответственно, верхний предел содержания V составляет 0,1%. Когда V добавлен, содержание V составляет 0,01-0,1%, предпочтительно 0,01-0,05%.

О: 0,005% или менее, Р: 0,015% или менее, S: 0,003% или менее

В настоящем изобретении О, Р и S являются неизбежными примесями и определены верхние пределы их содержания. О подавляет образование крупных включений, которые ухудшают ударную прочность, и содержание О составляет 0,005% или менее. При высоком содержании Р в значительной степени происходит осевая ликвация и ухудшается ударная прочность основного материала. Соответственно, содержание Р составляет 0,015% или менее. При большом содержании S значительно возрастает количество образующегося MnS, и ухудшается ударная прочность основного материала. Соответственно, содержание S составляет 0,003% или менее. Предпочтительны следующие содержания. О: 0,003% или менее, Р: 0,01% или менее, S: 0,001% или менее.

Р_см (%): 0,19-0,25

Р_см является показателем склонности к растрескиванию сварного шва, представленным формулой С+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Мо/15+V/10+5×В, где каждый элемент представляет содержание, в % масс., и элемент, который отсутствует, представляет ноль.

В настоящем изобретении, чтобы достигнуть предела прочности основного материала 760 МПа или более и прочности шва 760 МПа или более, Р_см составляет 0,19% или более и 0,25% или менее с точки зрения обеспечения кольцевой свариваемости. Р_см предпочтительно составляет 0,23% или менее.

Выше был описан основной состав основного материала стальной трубы согласно настоящему изобретению. Чтобы дополнительно увеличить ударную прочность зоны сварного шва, могут быть добавлены один или более элементов, выбранных из Са, РЗЭ, Zr и Mg.

Са, РЗЭ, Zr и Mg

Са, РЗЭ, Zr и Mg образуют оксисульфиды или карбонитриды в стали и подавляют укрупнение аустенитного зерна, главным образом, в зоне термического влияния при сварке за счет эффекта закрепления, Са, РЗЭ, Zr и Mg могут быть добавлены для увеличения ударной прочности.

Са: 0,0005-0,01%

В процессе производства стали, когда Са добавлен до содержания менее 0,0005%, в основном происходит реакция раскисления и трудно обеспечить достаточно большое количество CaS. Таким образом, эффект увеличения ударной прочности не достигается. Соответственно, когда добавлен Са, низший предел содержания Са составляет 0,0005%.

Когда Са добавлен до содержания более 0,01%, имеется тенденция образования крупнозернистого СаО. Таким образом, ухудшается ударная прочность основного материала и происходит блокировка носика ковша, что ухудшает производительность. Соответственно, верхний предел содержания Са составляет 0,01%. Когда добавлен Са, содержание Са составляет 0,0005-0,01%, предпочтительно 0,0001-0,005%.

РЗЭ: 0,0005-0,02%

РЗЭ образует в стали оксисульфид. Добавление РЗЭ до содержания 0,0005% или более обеспечивает эффект закрепления подавлением укрупнения в зоне термического влияния при сварке. Однако РЗЭ является дорогим элементом, и эффект достигает насыщения при его содержании более 0,02%. Соответственно, верхний предел содержания РЗЭ составляет 0,02%. Когда РЗЭ добавлен, содержание РЗЭ составляет 0,0005-0,02%, предпочтительно 0,001-0,005%.

Zr: 0,0005-0,03%

Zr образует в стали карбонитрид и обеспечивает эффект закрепления подавления укрупнения аустенитного зерна особенно в зоне термического влияния при сварке. Для обеспечения достаточного эффекта закрепления Zr должен быть добавлен до содержания 0,0005% или более. Однако когда Zr добавлен до содержания более 0,03%, чистота стали значительно ухудшается и ухудшается ударная прочность. Соответственно, верхний предел содержания Zr составляет 0,03%. Когда Zr добавлен, содержание Zr составляет 0,0005-0,03%, предпочтительно 0,001-0,01%.

Mg: 0,0005-0,01%

Mg образует тонкодисперсный оксид в стали в процессе ее производства и обеспечивает эффект закрепления подавления укрупенения аустенитного зерна, особенно в зоне термического влияния при сварке. Для обеспечения достаточного эффекта закрепления, Mg должен быть добавлен до содержания 0,0005% или более. Однако когда Mg добавлен до содержания более 0,01%, чистота стали ухудшается, и ударная прочность ухудшена. Соответственно, верхний предел содержания Mg составляет 0,01%. Когда Mg добавлен, содержание Mg составляет 0,0005-0,01%, предпочтительно 0,001-0,005%.

В состав металла сварного шва входят, в масс.%:

С: 0,03-0,10%

В металле сварного шва С также является важным элементом, который упрочняет сталь. В частности, чтобы достигнуть соответствия в области соединения, предел прочности части металла сварного шва также должен быть 760 МПа или более. Для достижения этой прочности содержание С должно составлять 0,03% или более. Когда содержание С составляет более 0,10%, существует тенденция появления горячих трещин в металле сварного шва. Соответственно, верхний предел содержания С составляет 0,10%. Содержание С предпочтительно составляет 0,05-0,08%.

Si: 0,5% или менее

Si эффективен для достижения раскисления металла сварного шва и обеспечения хорошей обрабатываемости. Однако когда содержание Si составляет более 0,5%, сварная обрабатываемость ухудшена. Соответственно, верхний предел содержания Si составляет 0,5%. Содержание Si предпочтительно составляет 0,3% или менее.

Mn: 1,5-3,0%

Mn является важным элементом, который упрочняет металл сварного шва. В частности, для достижения предела прочности 760 МПа или более содержание Mn должно составлять 1,5% или более. Однако, когда содержание Mn составляет более 3,0%, свариваемость ухудшается. Соответственно, верхний предел содержания Mn составляет 3,0%. Содержание Mn предпочтительно составляет 1,6-2,5%.

Р: 0,015% или менее, S: 0,005% или менее

Р и S выделяются на границах зерна в металле сварного шва, что ухудшает ударную прочность металла сварного шва. Таким образом, верхние пределы содержания Р и содержания S соответственно составляют 0,015% и 0,005%. Содержание Р и содержание S предпочтительно составляет 0,01% или менее и 0,003% или менее, соответственно.

Al: 0,05% или менее

Хотя Al действует как раскислитель, раскисление Ti более эффективно увеличивает ударную прочность части металла сварного шва, по сравнению с Al. Кроме того, когда количество включений оксида Al увеличивается, снижается поглощенная энергия металлом сварного шва при испытании по Шарпи. Соответственно, Al не добавляют до высокого содержания и верхний предел содержания Al составляет 0,05%. Содержание Al предпочтительно составляет 0,03% или менее.

Nb: 0,005-0,05%

Nb является элементом, который эффективно упрочняет металл сварного шва. В частности, для достижения предела прочности 760 МПа или более, содержание Nb должно составлять 0,005% или более. Однако, когда содержание Nb составляет более 0,05%, ударная прочность ухудшена. Соответственно, верхний предел содержания Nb составляет 0,05%. Содержание Nb предпочтительно составляет 0,005-0,04%, более предпочтительно 0,005-0,03%.

Ti: 0,005-0,03%

Ti действует как раскислитель в металле сварного шва и эффективно уменьшает количество кислорода в металле сварного шва. Для получения такого эффекта содержание Ti должно составлять 0,005% или более. Однако, когда содержание Ti составляет более 0,03%, избыточный Ti образует карбид, и ударная прочность металла сварного шва ухудшается. Соответственно, верхний предел содержания Ti составляет 0,03%. Содержание Ti предпочтительно составляет 0,005-0,02%.

N: 0,010% или менее

Снижение количества N, образующего твердый раствор в металле сварного шва, также увеличивает ударную прочность. В частности, когда содержание N составляет 0,010% или менее, ударная прочность значительно увеличена. Соответственно, верхний предел содержания N составляет 0,010%. Содержание N предпочтительно составляет 0,008% или менее.