Высокопрочная стальная труба, сваренная электросваркой сопротивлением, обладающая исключительной стойкостью к разупрочнению в течение продолжительного времени в интервалах промежуточных температур, и способ изготовления такой трубы

Высокопрочная стальная труба, сваренная электросваркой сопротивлением, обладающая исключительной стойкостью к разупрочнению в течение продолжительного времени в интервалах промежуточных температур, и способ изготовления такой трубы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к высокопрочной, сваренной контактной электросваркой сопротивлением стальной трубе или стальной трубке (здесь и далее стальная труба или стальная трубка обобщенно именуются стальной трубой), которая может быть подходящим образом использована в качестве стальной трубы для паропровода (паровой магистрали), в частности, изобретение относится к высокопрочной сваренной с помощью электросварки стальной трубе, которая характеризуется исключительной стойкостью к разупрочнению в течение продолжительного периода времени и лишь незначительным снижением прочности (предела прочности на растяжение) после длительного срока использования в интервале промежуточных температур. Используемый здесь термин «высокая прочность» относится к случаю, в котором предел прочности на растяжение YS составляет 450 МПа или более. Кроме того, «интервал промежуточных температур» относится к интервалу температур от 300°C до 400°C.

Уровень техники

В настоящее время высоковязкая тяжелая нефть, называемая нефтяным песком, привлекает к себе большое внимание благодаря развитию технологий добычи нефти. Высоковязкая сырая нефть, в частности, тяжелая нефть, называемая «битумом» «битуминозной нефтью», которая содержится в нефтяном песке, не может быть извлечена из нефтяной скважины с помощью обычного способа извлечения. В связи с этим в прорабатывается метод добычи, называемый методом добычи на месте залегания (метод подземной добычи), в котором сырую нефть извлекают путем закачивания в несущий пласт с нефтяным песком высокотемпературного пара, имеющего температуру выше 300°C, для уменьшения вязкости сырой нефти, и откачивания из пласта разжиженного компонента, содержащего тяжелую нефть, называемого «битуминозной нефтью». Примеры метода закачивания высокотемпературного пара в пласт, несущий нефтяной песок, включают метод нагнетания пара. Согласно этому методу пар, нагретый до высокой температуры, транспортируют по паропроводу и закачивают в пласт через нагнетательную скважину.

Для паропровода, через который в нагнетательную скважину транспортируют подлежащий нагнетанию пар, принимая во внимание требования надежности, используют бесшовные стальные трубы или же стальные трубы, изготовленные по технологии UOE с проведением сварки с помощью сварочного металла. Поскольку зона шва, полученного электросваркой сопротивлением, в сваренной трубе не обладает необходимой надежностью, сваренные электросваркой трубы не были использованы в тех случаях, в которых необходима высокотемпературная прочность. Сваренные электросваркой сопротивлением трубы были использованы только для тех участков магистральных трубопроводов, которые эксплуатируются при температурах, близких к комнатным, и для которых не требуется высокотемпературная прочность.

Для решения указанной проблемы, например, в патентном документе 1 описан способ изготовления высокопрочной стальной трубы для паропроводов, обладающей исключительной прочностью в зоне, подверженной влиянию нагрева в процессе сварке. В соответствии с описанным в патентном документе 1 способом сварную стальную трубу изготавливают посредством нагревания стальной заготовки, имеющей химический состав, включающий (в мас. %), C: от 0,05% до 0,09%, Si: от 0,05% до 0,20%, Mn: от 1,5% до 2,0%, P: 0,020% или менее, S: 0,002% или менее, Mo: от 0,05% до 0,3%, Nb: от 0,005% до 0,05%, Ti: от 0,005% до 0,02%, Al: от 0,01% до 0,04% и N: от 0,004% до 0,006%, при этом в указанной композиции содержание Ti/N составляет от 2,0 до 4,0, вплоть до температуры от 1000°C до 1200°C; последующей горячей прокатки нагретой стальной заготовки при режимных параметрах, при которых суммарное обжатие в интервале температур 900°C или менее составляет 50% или более, и температура чистовой прокатки составляет 850°C или менее; охлаждения горячекатаного стального листа до температуры в интервале от 400°C до 550°C, осуществляя ускоренное охлаждение со скоростью охлаждения 5°C/сек или более; придания полученному стальному листу трубчатой формы путем холодного формования и сварки стыкуемых кромок формованного стального листа. В соответствии со способом, описанным в патентном документе 1, можно получить высокопрочную сварную стальную трубу для паропровода, имеющую высокий предел прочности на растяжение и высокую ударную вязкость в зоне влияния нагрева при сварке при температуре 350°C.

Кроме того, в патентном документе 2 патент Японии №4741528 (публикация нерассмотренной патентной заявки Японии №2008-195991) описан способ изготовления паропровода с исключительными высокотемпературными свойствами. Раскрытый в патентном документе 2 способ изготовления высокопрочной стальной трубы для паропровода с исключительными высокотемпературными свойствами включает нагревание до температуры от 1000°C до 1250°C стальной заготовки, имеющей химический состав, включающий (мас. %), C: от 0,02% до 0,10%, Si: от 0,01% до 0,50%, Mn: от 0,5% до 2,0%, Nb: от 0,005% до 0,050%, Ti: от 0,005% до 0,050%, N: от 0,001% до 0,010% и B: от 0,0001% до 0,0050%, или, дополнительно включающий Mo, Cr, V, Ca, PЗM и тому подобное, при этом содержание P, S и Al ограничено, а именно, P: 0,020% или менее, S: 0,005% или менее и Al: 0,04% или менее, соответственно, и при этом соотношение Ti/N составляет от 2,0 до 4,0; горячую прокатку нагретой заготовки при таких режимных параметрах, при которых суммарное обжатие в интервале температур 900°C или менее составляет 50% или более, и температура чистовой прокатки составляет 850°C или менее, охлаждение горячекатаного стального листа до температуры в интервале от 400°C до 550°C, осуществляя ускоренное охлаждение со скоростью охлаждения 5°C/сек или более, придание путем формования полученному высокопрочному стальному листу трубчатой формы посредством холодного формования и сварку стыкуемых кромок формованного стального листа. В соответствии с описанным в патентном документе 2 способом может быть изготовлена высокопрочная стальная труба большого диаметра для паропровода, материал которой обладает исключительными высокотемпературными характеристиками и свойствами длительной ползучести.

Список литературы

Патентная литература

Патентный документ 1 - публикация нерассмотренной патентной заявки Японии №2006-183133.

Патентный документ 2 - патент Японии №4741528 (публикация нерассмотренной патентной заявки Японии №2008-195991).

Сущность изобретения

Техническая проблема

Однако при использовании способов, описанных в патентных документах 1 и 2, в стальных трубах в результате их нагревания при сварке до температуры немного ниже температуры плавления неизбежно образуется зона влияния нагрева, характеризуемая большим диаметром зерен. Поскольку высокотемпературная прочность зоны влияния нагрева при сварке снижается, вызывает опасение возможность снижения прочности после продолжительного периода использования в интервале промежуточных температур (от 300°C до 400°C). Поэтому в случае использования таких стальных труб в качестве стальных труб для паропроводов, необходимо, чтобы была установлена большая величина коэффициента запаса прочности, что приводит к проблеме ограничения температуры пара и внутреннего давления.

Задача настоящего изобретения заключается в решении отмеченных выше проблем, присущих описанным выше аналогам, путем создания высокопрочной стальной трубы, сваренной электросваркой сопротивлением, обладающей высокой прочностью, составляющей 450 МПа или более, имея в виду предел прочности на растяжение YS, и исключительной стойкостью к разупрочнению в течение длительного периода времени при промежуточных температурах в интервале от 300°C до 400°C, которая может быть подходящим образом использована для изготовления трубопроводов, транспортирующих пар, что позволяет более эффективно и экономично добывать компонент тяжелой нефти, называемый «битумной нефтью», который разжижается за счет закачивания высокотемпературного пара в несущий пласт с нефтяным песком, при отсутствии ограничения температуры пара и внутреннего давления. Кроме того, задача заключается в создании способа изготовления стальной трубы.

Отмеченная выше «исключительная стойкость к разупрочнению в течение длительного периода времени при промежуточных температурах» относится к случаю, в котором при проведении высокотемпературного испытания на растяжение при температуре 350°C до и после термической обработки при температуре 400°C и в течение 2340 часов величина изменения (снижения) ΔYS предела прочности на растяжение после термической обработки по отношению к пределу прочности до проведения термической обработки составляет 60 МПа или менее. Термическая обработка при температуре 400°C, проводимая в течение 2340 часов, соответствует термической обработке при температуре 350°C и продолжительности обработки, составляющей 20 лет, что получено путем преобразования с использованием параметра Ларсона-Миллера (см.: F.R. Larson and J. Miller: Trans. ASME, vol. 74 (1952), 99, стр. от 765 до 775), который используется при сборе данных по разрушению при ползучести (пределу длительной прочности), накопленных при проведении испытаний на ползучесть при различных температурах. Параметр Ларсона-Миллера определяется по следующему соотношению:

Параметр Ларсона-Миллера = (T+273)×(C+log(t)),

(где T - температура (°C), t - время (час) и C - постоянная, равная 20).

Решение проблемы

Для решения указанной выше задачи авторы изобретения провели исследования в отношении различных факторов, оказывающих влияние на высокотемпературную прочность и стойкость к разупрочнению в течение длительного периода времени в области промежуточных температур в зоне влияния нагрева при сварке, находящейся в зоне шва, полученного при проведении контактной сварки сопротивлением. В результате было обнаружено, что для повышения высокотемпературной прочности и стойкости к разупрочнению в течение длительного срока в области промежуточных температур важно, чтобы микроструктура на участке основного металла и в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, в качестве основной фазы содержала фазу квази-полигонального феррита и имела небольшой диаметр зерен, и чтобы такая микроструктура была стабилизирована в результате стабилизации выделившейся фазы.

Кроме того, было обнаружено, что для стабилизации выделившейся фазы важно время выдержки в области температур от 350°C до 450°C в процессе изготовления исходного материала для стальной трубы (горячекатаного стального листа). Помимо этого, было обнаружено, что для стабилизации выделившейся фазы и микроструктуры в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, необходима оперативная, проводимая на линии сварки, термическая обработка, при которой важное значение имеет термическая предыстория.

Помимо этого, было установлено, что для повышения стойкости к разупрочнению в течение длительного срока в области промежуточных температур полезно уменьшить число включений, имеющих большой диаметр зерен, составляющий 5 мкм или более, в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, и что для реализации этого эффекта при осуществлении электросварки выгодно выполнить канавку определенной формы.

Прежде всего, ниже будут приведены экспериментальные результаты, которые стали основной предпосылкой для настоящего изобретения.

Был изготовлен горячекатаный стальной лист толщиной 19,1 мм путем нагревания и выдержки стального материала (непрерывнолитая заготовка толщиной 250 мм), имеющего химический состав, включающий (мас. %): 0,05% C, 0,2% Si, 1,7% Mn, 0,03% Al, 0,05% Nb, 0,05% V, 0,02% Ti, 0,0015% Ca и 0,20% Cr, при температуре 1250°C в течение 120 минут, и осуществления горячей прокатки, включающей черновую прокатку и чистовую прокатку при таких режимных параметрах, что обжатие при горячей прокатке в области температур отсутствия рекристаллизации (называемой также областью температур ниже температуры рекристаллизации) составляло 50%, а температура завершения чистовой прокатки была равной 810°C. Непосредственно после чистовой прокатки горячекатаный стальной лист был охлажден на выходном рольганге горячей прокатки до температуры прекращения охлаждения равной 500°C, имея в виду температуру центральной части по толщине листа, со средней скоростью охлаждения 28°C/сек в интервале температур от 780°C до 620°C, после чего лист был смотан в виде рулона при температуре смотки 500°C. Смотанный горячекатаный стальной лист был подвергнут термической предыстории (изменению температуры во времени), в процессе которой время выдержки в области температур от 350°C до 480°C составляло от 0,5 часов до 90 часов.

Используя полученный горячекатаный стальной лист в качестве исходного материала для стальной трубы, была изготовлена сваренная электросваркой сопротивлением труба (внешний диаметр 508 мм) путем продольной резки горячекатаного стального листа на предварительно заданную ширину, непрерывного формования отрезанного горячекатаного стального листа в открытую трубу, имеющую приблизительно круговое поперечное сечение, используя для этого валковую формовку, и последующей электросварки сопротивлением, при которой зоны расположения стыкуемых кромок открытой трубы были нагреты до температуры равной или выше температуры плавления, причем стыкуемые кромки были сварены с приложением усилия давления прижимных роликов.

Из полученной сваренной электросваркой сопротивлением трубы был вырезан испытываемый материал и подвергнут термической обработке при температуре 400°C в течение 2340 часов.

Образцы для проведения испытаний в соответствии со стандартом ASTM Е8 были вырезаны в виде круглых прутков (имеющих цилиндрический участок диаметром 6,35 мм и длину (GL) испытываемой части образца 25,4 мм) из отрезков основного металла испытываемого материала, который был подвергнут термической обработке и который не был подвергнут термической обработке, при этом направлением растяжения было окружное направление по периметру трубы. Участок основного металла был определен как участок, находящейся на расстоянии, соответствующем 180° от зоны шва, полученного электросваркой сопротивлением. В данном случае, когда образец вырезали из трубы, сплющивание стальной трубы не производили.

Испытание на растяжение образцов было проведено для определения предела прочности на растяжение YS так, что температура при испытании была установлена на уровне 350°C, и образец выдерживали при указанной температуре испытания в течение 15 минут перед испытанием на прочность, а скорость изменения приложенного напряжения при испытании составляла 0,5%/мин, когда величина напряжения была равна или меньше величины YS, и соответствовала 5 мм/мин, когда величина напряжения превышала YS.

Используя конкретные величины предела прочности на растяжение YS, был рассчитан параметр ΔYS как разность величины предела прочности YS до и после проведения термической обработки. Полученные результаты представлены на фиг. 1 в виде графической зависимости величины ΔYS от времени выдержки в интервале температур от 350°C до 480°C.

Фиг. 1 показывает, что величина ΔYS становится меньше 60 МПа за счет регулирования времени выдержки в интервале температур от 350°C до 480°C так, что оно составляло от 2 до 20 часов. Это означает, что в течение продолжительного периода времени имеет место повышение стойкости к разупрочнению.

В результате испытаний было установлено, что для повышения стойкости к разупрочнению зоны шва, полученного электросваркой сопротивлением, в течение продолжительного периода времени, в особенности, наибольший эффект обеспечивает снижение в зоне шва количества включений, имеющих большой диаметр зерен. Испытываемые материалы, вырезанные из сваренных с помощью электросварки сопротивлением труб, которые были изготовлены при различных режимных параметрах электросварки и формах канавок и прошли на линии сварки термическую обработку, были подвергнуты термической обработке при температуре 400°C в течение 2340 часов.

Образцы для проведения испытаний в соответствии со стандартом ASTM Е8 были вырезаны в виде круглых прутков (имеющих цилиндрический участок диаметром 6,35 мм и GL испытываемой части образца 25,4 мм) из зоны шва, полученного электросваркой, как испытываемого материала подвергнутого термической обработке, так и испытываемого материала, который не был подвергнут термической обработке, при этом направлением растяжения было окружное направление по периметру трубы. Типовой образец в виде круглого прутка был вырезан из зоны шва, полученного электросваркой сопротивлением, так что линия шва зоны шва, полученного электросваркой, находилась в центре цилиндрического участка образца. В данном случае, когда образец вырезали из трубы, сплющивание стальной трубы не производили. Испытание на растяжение образцов было проведено для определения предела прочности на растяжение YS таким образом, что температура при испытании была установлена на уровне 350°C, и образец выдерживали при указанной температуре испытания в течение 15 минут перед испытанием на прочность, а скорость изменения напряжения при проведении испытания составляла 0,5%/мин, когда величина напряжения была равна или меньше величины YS, и соответствовала 5 мм/мин, когда величина напряжения превышала YS. Была рассчитана величина ΔYS снижения предела прочности YS после термической обработки по сравнению с пределом прочности до проведения термической обработки.

Кроме того, из зоны шва, полученного электросваркой сопротивлением, сварной трубы был вырезан образец пластинчатого типа шириной 2 мм (имеющий ширину 2 мм, толщину равную общей полной и длину равную полной толщине), при этом центр зоны шва, полученного электросваркой сопротивлением, находился в центре образца. Путем электролитического извлечения на образце пластинчатого типа в электролитическом растворе (10%-ный раствор электролита на основе ацетил ацетона AA: 10% ацетилацетона, 1% тетраметиламмоний хлорида и метанол), за счет накапливания полученного остатка электролитического извлечения с использованием фильтровальной сетки с диаметром отверстий 5 мкм), путем определения соответствующих содержаний (ч./млн. мас.) Si, Mn, Al, Ca и Cr в остатке электролитического извлечения с помощью атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, была определена общая величина содержаний указанных компонентов как количество включений, характеризуемых большим диаметром эквивалентного круга равным 5 мкм или более в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением. Используемый здесь термин «диаметр эквивалентного круга» означает диаметр круга, имеющего такую же площадь, как и площадь поверхности включения.

Полученные результаты представлены на фиг. 2 в виде графической зависимости ΔYS от общего содержания (ч./млн. мас.) Si, Mn, Al, Ca и Cr во включениях, имеющих диаметр эквивалентного круга равный 5 мкм или более в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением.

Фиг. 2 показывает, что величина ΔYS становится меньше 60 МПа в том случае, если общее содержание Si, Mn, Al, Ca и Cr во включениях, имеющих диаметр эквивалентного круга 5 мкм или более, составляет 49 ч./млн. мас. или менее. Это означает, что имеет место повышение стойкости к разупрочнению в течение продолжительного периода времени. Кроме того, было установлено, что снижение общего содержания Si, Mn, Al, Са и Cr, присутствующих во включениях, имеющих диаметр эквивалентного круга 5 мкм или более, обусловлено выполнением сужающейся канавки в поперечных сечениях стыкуемых кромок открытой трубы.

Настоящее изобретение было создано на основе имеющихся знаний и дополнительных исследований. Ниже объект настоящего изобретения охарактеризован следующим образом.

(1) Высокопрочная труба, сваренная электросваркой сопротивлением, имеющая химический состав, включающий (мас. %): С: 0,025% или более и 0,084% или менее, Si: 0,10% или более и 0,30% или менее, Mn: 0,70% или более и 1,90% или менее, P: 0,018% или менее, S: 0,0029% или менее, Al: 0,01% или более и 0,10% или менее, Nb: 0,001% или более и 0,070% или менее, V: 0,001% или более и 0,065% или менее, Ti: 0,001% или более и 0,033% или менее, Ca: 0,0001% или более и 0,0035% или менее, N: 0,0050% или менее, O: 0,0030% или менее, и остальное Fe и неизбежно присутствующие примеси; при этом удовлетворяется условие, согласно которому величина Pcm, определяемая приведенным ниже соотношением (1), равна 0,20 или менее; микроструктура участка основного металла содержит, в объемных процентах, 90% или более фазы квази-полигонального феррита в качестве основной фазы и остальное твердые фазы, отличающиеся от фазы квази-полигонального феррита, причем фаза квази-полигонального феррита характеризуется средним диаметром зерен 10 мкм или менее; микроструктура в зоне шва, полученного контактной электросваркой, содержит, в объемных процентах, 90% или более фазы квази-полигонального феррита в качестве основной фазы и остальное твердые фазы, отличающиеся от фазы квази-полигонального феррита, причем фаза квази-полигонального феррита характеризуется средним диаметром зерен 10 мкм или менее; предел прочности на растяжение составляет 450 МПа или более, и указанная труба обладает в интервале промежуточных температур исключительной стойкостью к разупрочнению в течение продолжительного периода времени:

где C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V и B представляют собой содержания (мас. %) указанных химических элементов, обозначенных соответствующими символами химических элементов.

(2) Высокопрочная труба, сваренная электросваркой сопротивлением, по п. 1, в которой химический состав компонентов дополнительно включает (мас. %) один или более компонентов, выбранных из Cu: 0,001% или более и 0,350% или менее, Ni: 0,001% или более и 0,350% или менее, Mo: 0,001% или более и 0, 350% или менее, и Cr: 0,001% или более и 0,350% или менее.

(3) Высокопрочная труба, сваренная электросваркой сопротивлением, по п.1 или п.2, в которой общее содержание Si, Mn, Al, Ca и Cr, присутствующих во включениях, имеющих диаметр эквивалентного круга 5 мкм или более, в зоне шва, полученного контактной электросваркой, составляет 49 ч./млн. мас. или менее.

(4) Способ изготовления высокопрочной трубы, сваренной электросваркой сопротивлением, имеющей предел прочности на растяжение YS равный 450 МПа или более и обладающей исключительной стойкостью к разупрочнению в течение продолжительного периода времени в интервале промежуточных температур; изготовление высокопрочной сваренной электросваркой сопротивлением трубы включает: непрерывное формование горячекатаного стального листа в открытую трубу, имеющую приблизительно круговое поперечное сечение, используя метод валковой формовки; осуществление электросварки сопротивлением, при которой стыкуемые кромки открытой трубы нагревают до температуры равной или превышающей температуру плавления и сваривают с приложением усилия давления прижимных роликов с получением сваренной электросваркой сопротивлением трубы, имеющей зону шва, полученного электросваркой сопротивлением; и последующее осуществление на линии сварки термической обработки сваренной электросваркой трубы, при этом способ включает нагревание и выдержку материала стали, имеющей химический состав, включающий (мас. %) С: 0,025% или более и 0,084% или менее, Si: 0,10% или более и 0,30% или менее, Mn: 0,70% или более и 1,90% или менее, P: 0.018% или менее, S: 0,0029% или менее, Al: 0,01% или более и 0,10% или менее, Nb: 0.001% или более и 0,070% или менее, V: 0,001% или более и 0,065% или менее, Ti: 0,001% или более и 0,033% или менее, Ca: 0,0001% или более и 0,0035% или менее, N: 0,0050% или менее, O: 0,0030% или менее, и остальное Fe и неизбежно присутствующие примеси; при этом удовлетворяется условие, согласно которому величина Pcm, определяемая приведенным ниже соотношением (1), равна 0,20 или менее, при температуре более 1200°C и 1280°C или менее в течение 90 минут или более; осуществление горячей прокатки при таких режимных параметрах, при которых коэффициент обжатия по толщине в интервале температур отсутствия рекристаллизации составляет 20% или более, а температура завершения чистовой прокатки составляет 750°C или выше; охлаждение горячекатаного стального листа, до температуры прекращения охлаждения равной 620°C или ниже, исходя из температуры центрального участка по толщине листа, со средней скоростью охлаждения 7°C/сек или более и 299°C/сек или менее в интервале температур от 780°C до 620°C; смотку горячекатаного стального листа при температуре смотки 595°C или менее и 475°C или более; последующее осуществление термической обработки при таких режимных параметрах, что смотанный горячекатаный стальной лист подвергается термической предыстории, в процессе которой суммарное время выдержки в интервале температур от 480°C до 350°C составляет 2 часа или более и 20 часов или менее; осуществление оперативной термической обработки при таких режимных параметрах, при которых общая толщина стенки (называемая также толщиной трубы) в окрестности зоны шва, полученного электросваркой сопротивлением, нагревается до температуры 800°C или более и 1150°C или менее и затем охлаждается, до температуры прекращения охлаждения равной 620°C или ниже, исходя из температуры центрального участка по толщине листа, со средней скоростью охлаждения 7°C/сек или более и 299°C/сек или менее в интервале температур от 780°C до 620°C, и затем дополнительно подвергается термической предыстории, при которой суммарное время выдержки в интервале температур от 500°C до 360°C составляет 2 секунды или более и 200 секунд или менее:

где C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V и B представляют собой содержания (мас. %) указанных химических элементов, обозначенных соответствующими символами химических элементов.

(5) Способ изготовления высокопрочной трубы, сваренной электросваркой сопротивлением, по п.4, в котором материал стали имеет химический состав компонентов, дополнительно включающий (мас. %) один или более, выбранный из Cu: 0,001% или более и 0,350% или менее, Ni: 0,001% или более и 0,350% или менее, Mo: 0,001% или более и 0,350% или менее, и Cr: 0,001% или более и 0,350% или менее.

(6) Способ изготовления высокопрочной трубы, сваренной электросваркой сопротивлением, по п. 4 или п. 5, включающий выполнение суживающейся канавки на обеих торцевых поверхностях по ширине горячекатаного листа при формовании в рабочих клетях в процессе валковой формовки таким образом, что расстояние по толщине горячекатаного стального листа между начальной точкой сужения и поверхностью стального листа, которая должна стать внешней или внутренней поверхностью стальной трубы, составляет от 2% до 80% толщины горячекатаного стального листа.

(7) Способ изготовления высокопрочной трубы, сваренной электросваркой сопротивлением, по любому из п.п. 4-6, в котором электросварку сопротивлением осуществляют в атмосфере, содержание кислорода в которой меньше содержания кислорода в атмосферном воздухе.

(8) Способ изготовления высокопрочной трубы, сваренной электросваркой сопротивлением, по любому из п.п. 4-7, в котором общая концентрация Si, Mn, Al, Са и Cr во включениях, имеющих диаметр эквивалентного круга равный 5 мкм или более, присутствующих в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, составляет 49 ч./млн. мас. или менее.

Полезные эффекты изобретения

В соответствии с настоящим изобретением высокопрочная сваренная электросваркой сопротивлением труба, содержащая участок основного металла и зону шва, полученного электросваркой сопротивлением, с высокой прочностью 450 МПа или более, исходя из предела прочности на растяжение YS, и исключительной стойкостью к разупрочнению в течение длительного периода времени в области промежуточных температур (от 300°C до 400°C) может быть стабильно изготовлена и использована в качестве стальной трубы для паропровода, что создает значительный промышленный эффект.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - графическая зависимость, иллюстрирующая взаимосвязь между ΔYS и временем выдержки в интервале температур от 480°C до 350°C при охлаждении горячекатаных стальных листов.

Фиг. 2 - графическая зависимость, иллюстрирующая взаимосвязь между ΔYS и общим содержанием Si, Mn, Al, Са и Cr во включениях, имеющих диаметр эквивалентного круга, равный 5 мкм или более, в зоне шва, полученного при электросварке сопротивлением.

Описание воплощений

Прежде всего, будут раскрыты причины ограничений, накладываемых на химические составы для высокопрочной стальной трубы, сваренной электросваркой сопротивлением, в соответствии с настоящим изобретением. Здесь и далее, мас. %, используемые при описании химической композиции, приведены как просто %. C: 0,025% или более и 0,084% или менее.

C способствует повышению прочности стальной трубы за счет вклада в образование твердых фаз, в частности, перлитной фазы, фазы квазиперлита, цементитной фазы, бейнитной фазы и мартенситной фазы. Для реализации этого эффекта и достижения желаемого предела прочности на растяжение YS, равного 400 МПа или более, необходимо, чтобы содержание C составляло 0,025% или более. С другой стороны, в том случае, если содержание C превышает 0,084%, имеет место увеличение количества твердых фаз на участке основного металла и в зоне шва, полученного при электросварке, и происходит снижений стойкости к разупрочнению в течение продолжительного периода времени. В связи с этим содержание C установлено на уровне 0,025% или более и 0,084% или менее, предпочтительно 0,030% или более и 0,060% или менее. В дополнение к отмеченному выше эффекту C оказывает влияние на образование оксидов в зоне шва, полученного контактной электросваркой, вследствие снижения температуры затвердевания, реагирования с O₂ с образованием CO и тому подобного при осуществлении электросварки сопротивлением.

Si: 0,10% или более и 0,30% или менее.

Si способствует повышению прочности стальной трубы за счет стабилизации растворенных компонентов. Кроме того, поскольку Si имеет большее химическое сродство к O, чем Fe, при проведении электросварки сопротивлением Si образует оксиды эвтектических сплавов, обладающие высокой вязкостью, вместе с оксидами Mn. В случае, если содержание Si составляет менее 0,10%, вполне возможно, что при проведении электросварки сопротивлением Mn будет удерживаться в виде оксидов в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, так как температура плавления оксидов становится выше температуры жидкой стали за счет увеличения концентрации Mn в оксидах эвтектических сплавов. При этом ввиду увеличения содержания Mn во включениях, имеющих диаметр эквивалентного круга равный 5 мкм или более, которые присутствуют в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, общее содержание Si, Mn, Al, Са и Cr становится больше 49 ч./млн. мас. В результате в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, происходит снижение стойкости к разупрочнению в течение продолжительного периода времени. С другой стороны, в том случае, если содержание Si превышает 0,30%, то ввиду того, что температура плавления оксидов становится выше температуры жидкой стали за счет увеличения концентрации Si в оксидах эвтектических сплавов при проведении электросварки сопротивлением, происходит увеличение абсолютного количества оксидов, и вполне вероятно, что Si будет удерживаться в виде оксидов в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением. При этом из-за увеличения содержания Si и Mn во включениях с диаметром эквивалентного круга, равным 5 мкм или более, которые присутствуют в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, общее содержание Si, Mn, Al, Са и Cr становится больше 49 ч./млн. мас. В результате в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, происходит ухудшение стойкости к разупрочнению в течение длительного периода времени.

В связи с этим, содержание Si устанавливают так, чтобы оно составляло 0,10% или более и 0,30% или менее, предпочтительно 0,15% или более и 0,25% или менее.

Mn: 0,70% или более и 1,90% или менее.

Mn способствует повышению прочности стальной трубы через стабилизацию растворенных компонентов и трансформацию прочности структуры. Кроме того, поскольку Mn имеет большее химическое сродство к O, чем Fe, при проведении электросварки сопротивлением Mn образует оксиды эвтектических сплавов, обладающие высокой вязкостью, наряду с образованием оксидов Si. В случае, если содержание Mn составляет менее 0,70%, вполне возможно, что Si будет удерживаться в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, в виде оксидов, поскольку температура плавления оксидов становится выше температуры жидкой стали за счет увеличения концентрации Si в оксидах эвтектических сплавов при проведении электросварки сопротивлением. При этом из-за увеличения содержания Si во включениях, имеющих диаметр эквивалентного круга равный 5 мкм или более, которые присутствуют в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, общее содержание Si, Mn, Al, Са и Cr становится больше 49 ч./млн. мас. В результате в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, снижается стойкость к разупрочнению в течение продолжительного периода времени. С другой стороны, в том случае, если содержание Mn превышает 1,90%, происходит увеличение абсолютного количества оксидов, поскольку температура плавления оксидов становится выше температуры жидкой стали за счет увеличения концентрации Mn в оксидах эвтектических сплавов при проведении электросварки сопротивлением, и вполне вероятно, что Mn будет удерживаться в виде оксидов в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением. При этом общее содержание Si, Mn, Al, Са и Cr во включениях, имеющих диаметр эквивалентного круга равный 5 мкм или более, становится больше 49 ч./млн. мас. В результате происходит снижение стойкости к разупрочнению в течение продолжительного периода времени в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением. Кроме того, в том случае, если содержание Mn превышает 1,90%, из-за увеличения твердых фаз на участке основного металла и в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, имеет место ухудшение стойкости к разупрочнению в течение длительного времени.

В связи с этим, содержание Mn устанавливают таким, чтобы оно составляло 0,70% или более и 1,90% или менее, предпочтительно 0,85% или более и 1,85% или менее.

P: 0,01% или менее

Поскольку ухудшение стойкости к разупрочнению в течение длительного периода времени на участке основного металла и в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, связанные с присутствием P, является результатом совместной сегрегации с Mn, предпочтительно, чтобы содержание P было как можно меньшим, при этом допустимое содержание Р составляет 0,018% или менее. Поэтому содержание P устанавливают на уровне 0,018% или менее. Избыточное снижение содержания P приводит к повышению затрат на рафинирование. С точки зрения экономической эффективности процесса производства стали предпочтительно, чтобы содержание P составляло 0,001% или более.

S: 0,0029% или менее.

Связанное с присутствие S ухудшение пластичности и ударной вязкости является результатом соединения серы с Mn с образованием MnS, который присутствует в стали в виде включений. Поэтому предпочтительно, чтобы содержание S было минимальным. В частности, в том случае, если содержание S составляет более 0,0029%, происходит снижение стойкости к разупрочнению в течение продолжительного периода времени. В связи с этим содержание S устанавливают равным 0,0029% или менее. Излишнее снижение содержания S приводит к повышению затрат на рафинирование. С точки зрения экономической эффективности процесса производства стали предпочтительно, чтобы содержание S составляло 0,0001% или более. Al: 0,01% или более и 0,10% или менее

В процессе производства стали Al выполняет функцию раскисления. Кроме того, поскольку Al подавляет процесс увеличения диаметра зерен γ-фазы в результате объединения с N с образованием и выделением AlN, Al способствует повышению низкотемпературной ударной вязкости стали. Для реализации этого эффекта необходимо, чтобы содержание Al составляло 0,01% или более. В том случае, если содержание Al составляет менее 0,01%, то из-за происходящего ухудшения чистоты стали вследствие достаточного раскисления, не достигаемого в процессе производства стали, имеет место увеличение количества оксидов в зоне шва, полученного электросваркой сопротивлением, в результате чего общее содержание Si, Mn, Al, Са и Cr во включениях с диаметром эквивалентного круга 5 мкм или более, превышает 49 ч./млн. мас. В результате имеет место ухудшение стойкости к разупрочнению в течение длительного периода времени. Кроме того, поскольку Al имеет намного большее химиче