CN102605276A - 弯管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种弯管，母材同时具有高的强度和优异的韧性，并且焊接金属也具有优异的韧性，例如相当于API规格X100等级以上的弯管。通过热轧后在700～500℃以不足5℃/sec的板厚方向中心部的冷却速度进行冷却制造厚钢板，将该厚钢板作为原料制造焊接钢管即弯管坯，将该弯管坯加热到900～1100℃弯曲加工后，在700～500℃以5℃/sec以上的壁厚方向中心部的冷却速度冷却到300℃以下的温度区域，之后，在300～500℃进行回火，由此制造相当于API规格X100等级以上的弯管。

Description

弯管及其制造方法
本申请是申请号：200780053600.2，申请日：2007.06.28，发明名称：“弯管及其制造方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及弯管及其制造方法。具体而言，本发明涉及母材具有高强度和优异的韧性，并且焊接金属也具有优异的韧性，例如相当于API规格X100等级以上的超高强度的弯管及其制造方法。
背景技术
为降低管路的建设成本，作为大口径的管路用钢管主要使用高强度的焊接钢管。在既有的管路中，多使用API规格X70等级的高强度的焊接钢管，进一步提高了强度的API规格X80等级的焊接钢管仅有数例被实际应用。近年，研究了在管路中使用相当于API规格X100等级及相当于API规格X120等级的、以往还没有的超高强度的焊接钢管。现在，这些超高强度的焊接钢管尽管作为管路用钢管未被标准化，但是，在不久的将来被正式标准化的可能性提高。
另外，在以下的说明中，将“相当于API规格X100等级”、“相当于API规格X120等级”省略记为“X100等级”、“X120等级”。例如，X100等级的规格期望为“母材的屈服强度YS：690MPa以上、抗拉强度：760MPa以上、屈服比：97.0％以下、在-10℃的摆锤冲击吸收能：80J以上、焊接金属在-10℃的摆锤冲击吸收能：40J以上、延性断口率：50％以上、焊接热影响部的-10℃的摆锤冲击吸收能：40J以上、延性断口率：50％以上”。
伴随管路用的焊接钢管的超高强度化，对于成为管路的建设中必不可少的弯管，要求X100等级以上的超高强度化的可能性提高。但是，超高强度的弯管的制造技术没有充分确立。通过弯管的制造中必不可少的热处理，难以同时提高弯管的强度及韧性的水平。
涉及高强度的弯管的发明以往也有多个提案(例如，参照专利文献1～5)。专利文献1～5公示的发明，都是通过规定进行弯曲加工前的钢管即弯管坯的组成及弯管的制造条件，制造高强度的弯管的发明。但是，这些发明没有考虑弯管坯和其原料即厚钢板的制造条件。
专利文献1：(日本)特开平7-3330号公报
专利文献2：(日本)特开平8-92649号公报
专利文献3：(日本)特开2003-277831号公报
专利文献4：(日本)特开2004-332083号公报
专利文献5：(日本)特开2005-350724号公报
本发明者研究的结果认为，根据这些现有的发明制造例如X100等级以上的超高强度的弯管时，存在弯管的焊接金属的韧性低，不能得到目标韧性的问题。说明该理由。
在弯曲加工后为确保X100等级以上的母材的强度，需要将母材的组成设定为含有比较多的含量的合金元素的组成。另外，在弯管坯的制造中，为防止扩管工序中焊接金属的破断，也需要焊接金属的合金元素的含量比母材的合金元素的含量更多，通过设定为所谓的过配合的组成使焊接金属的强度比母材的强度更高。
因此，要制造例如X100等级以上的超高强度的弯管，必然地焊接金属的合金元素的含量相当高，由此，弯管的焊接金属的强度得到相当的提高。一般情况下，强度和韧性成反比，因此，弯管焊接金属的韧性降低，不能得到目标韧性。
发明内容
本发明的目的在于提供母材具有高强度和优异的韧性，并且，焊接金属也具有优异的韧性，例如X100等级以上的超高强度的弯管及其制造方法。
在制造例如X100等级以上的超高强度的弯管时，在弯管坯的原料即厚钢板热轧后，不用以往惯用的水冷方式，而通过例如空冷，在700℃以下500℃以上的温度区域以不足5℃/sec的板厚方向中心部的冷却速度进行冷却。
由此，与通过水冷制造的情况比较，能够使厚钢板的强度降低到30～100MPa左右。因此，能够一边维持过配合的组成，一边使弯管坯的焊接金属的强度也降低至30～100MPa左右。
接着，将该厚钢板作为原料，并且，对焊接金属的强度也降低至30～100MPa左右的的弯管坯进行弯曲加工。而且，将之后进行的淬火、回火的条件变更为以往的条件，由此，使弯管的强度比弯管坯的强度提高30～100MPa左右。
由此，能够确实地制造母材同时具有高强度和优异的韧性，并且，焊接金属也具有优异的韧性，不增加焊接金属的合金元素的含量的例如X100等级以上的超高强度的弯管。
简单地说，本发明是根据如下的独创的技术思想产生的发明，“通过降低热轧后的冷却速度降低强度从而制造厚钢板，将该厚钢板作为原料并且焊接金属的强度也降低，且一边维持过配合的组成一边制造弯管坯，由此防止在弯管坯的扩管工序中焊接金属的破断，对该弯管坯进行弯曲加工，另外，变更弯曲加工后的淬火、回火条件而能够提高弯管的强度，由此，能够制造母材同时具有高强度和优异的韧性，并且，焊接金属也具有优异的韧性的例如X100等级以上的超高强度的弯管”。
本发明提供一种弯管的制造方法，其特征为，通过热轧后在700℃以下500℃以上的温度区域以不足5℃/sec的板厚方向中心部的冷却速度进行冷却制造厚钢板，将该厚钢板作为原料制造焊接钢管即弯管坯，将该弯管坯热弯曲加工后，在700℃以下500℃以上的温度区域以5℃/sec以上的壁厚方向中心部的冷却速度进行冷却，由此，制造母材的抗拉强度比弯管坯的母材的抗拉强度高的弯管。
另外，本发明提供一种弯管的制造方法，其特征为，通过热轧后在700℃以下500℃以上的温度区域以不足5℃/sec的板厚方向中心部的冷却速度进行冷却进而制造厚钢板，制造以该厚钢板作为原料的焊接钢管即弯管坯，将该弯管坯加热至900℃以上1100℃以下的温度区域弯曲加工后，在700℃以下500℃以上的温度区域以5℃/sec以上的壁厚方向中心部的冷却速度冷却到300℃以下的温度区域，之后，在300℃以上500℃以下的温度区域回火。
在这些本发明的弯管的制造方法中，弯管为X100等级以上的弯管，其具备的母材具有如下的钢组成，以质量％计具有C：0.03％以上0.12％以下(在本说明书中，对于没有特别限定的组成的“％”意思是“质量％”)、Si：0.05％以上0.50％以下、Mn：1.4％以上2.2％以下、S：0.01％以下、Mo：0.05％以上1.0％以下、Al：0.005％以上0.06％以下、N：0.008％以下，具有Cu：0.05％以上1.0％以下、Ni：0.05％以上2.0％以下或Cr：0.05％以上1.0％以下中的一种或两种以上，还具有Nb：0.005％以上0.1％以下、V：0.005％以上0.1％以下或Ti：0.005％以上0.03％以下中的一种或两种以上，余量是Fe及杂质，通过下述(1)式求取的碳当量Ceq为0.45％以上。
[数学式1]
Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15……(1)
从其它的观点考虑，本发明提供一种X100等级以上的弯管，通过对弯管坯进行弯曲加工来制造，其特征为，其具备的母材具有如下的钢组成，以质量％计具有：C：0.03％以上0.12％以下、Si：0.05％以上0.50％以下、Mn：1.4％以上2.2％以下、S：0.01％以下、Mo：0.05％以上1.0％以下、Al：0.005％以上0.06％以下、N：0.008％以下，具有Cu：0.05％以上1.0％以下、Ni：0.05％以上2.0％以下或Cr：0.05％以上1.0％以下中的一种或两种以上，还具有Nb：0.005％以上0.1％以下、V：0.005％以上0.1％以下或Ti：0.005％以上0.03％以下中的一种或两种以上，余量是Fe及杂质，通过上述(1)式求取的碳当量Ceq为0.45％以上，强度比所述弯管坯的强度高30MPa以上。
在这些本发明中，作为任意添加元素，弯管的母材也可以含有B：0.030％以下和/或Ca：0.005％以下。
在这些本发明中，优选弯管的焊接金属的B含量为5ppm以下，并且，焊接金属的O含量为280ppm以下。
在这些本发明中，“弯管”意思是通过对具有母材及焊接金属的焊接钢管进行弯曲加工得到的弯管。另外，所谓本发明的“X100等级以上”意思是具备母材的屈服强度YS：690MPa以上、抗拉强度：760MPa以上的特性。
根据本发明，能够提供母材具有高强度和优异的韧性，并且焊接金属也具有优异的韧性的例如X100等级以上的超高强度的弯管。因此，能够将称为X100等级及X120等级的超高强度的焊接钢管作为管路使用，能够降低管路的建设成本。
附图说明
图1中的线a是定性地表示热轧后以20℃/sec的冷却速度水冷制造的弯管坯用的厚钢板的碳当量和抗拉强度的关系的图表(比较例)，线b是定性地表示以不足5℃/sec的冷却速度空冷制造的弯管坯用的厚钢板的碳当量和抗拉强度的关系的图表(本发明例)，线d是定性地表示用任一个厚钢板制造的弯管坯的焊接金属的碳当量和抗拉强度的关系的图表，另外，线c是定性地表示与用该弯管坯制造的弯管的母材及焊接金属分别有关的碳当量Ceq(％)和周向的抗拉强度TS(MPa)的关系的图表；
图2是表示回火条件(不回火(AsQ)、在350℃回火、在400℃回火、或在450℃回火)和摆锤冲击冲击试验的吸收能vE-10deg.℃(J)的关系的图表；
图3是表示回火条件(弯管坯、不回火(AsQ)、在350℃回火、在400℃回火、或在450℃回火)和母材的强度(0.5％YS、TS)的关系的图表；
图4是表示回火条件(弯管坯、不回火(AsQ)、在350℃回火、在400℃回火、或在450℃回火)和焊接金属的内面及外面的强度(YS、TS)的关系的图表；
图5是表示淬火温度和焊接金属的B含量(24ppm、3ppm)对碳当量为0.40％的组成的焊接金属的热处理后的韧性(在-10℃的摆锤冲击冲击试验的吸收能)带来的影响的图表。
具体实施方式
下面，参照附图详细地说明用于实施本发明的实施方式。首先，说明在本实施方式的弯管及其制造方法中限定弯管坯用的厚钢板、弯管坯或弯管的母材的组成的理由。
(C：0.03％以上0.12％以下)
C是对提高强度有效的元素，为了具有X100等级以上的强度，含有0.03％以上。另一方面，C含量超过0.12％时，韧性显著降低，对母材的机械特性产生恶劣影响，并且，钢坯的表面瑕疵的发生增加。因此，C含量为0.03％以上0.12％以下。从同样的观点考虑，优选C含量上限为0.08％，优选下限为0.04％。
(Si：0.05％以上0.50％以下)
含有的Si作为钢的脱氧剂，其还用于强化钢。Si含量不足0.05％时脱氧不充分。另一方面，Si含量超过0.50％时，在焊接热影响部大量生成条状马氏体，韧性显著降低，弯管的机械性能降低。于是，Si含量设定为0.05％以上0.50％以下。从同样的观点考虑，Si含量的上限优选0.20％。Si含量优选考虑和弯管坯用的厚钢板的板厚的均衡后决定。
(Mn：1.4％以上2.2％以下)
Mn是同时提高钢的强度及韧性的基本元素，为确保强度含有1.4％以上。但是，Mn含量超过2.2％时，焊接金属的韧性降低，并且弯管的母材及焊接热影响部的韧性也降低。因此，Mn含量设定为1.4％以上2.2％以下。从同样的观点考虑，Mn含量的上限优选2.0％，下限优选1.45％。
(S：0.01％以下)
S含量超过0.01％时母材的韧性劣化。因此，S含量设定为0.01％以下。从同样的观点考虑S含量的上限优选0.004％。
(Mo：0.05％以上1.0％以下)
Mo含有0.05％以上，抑制弯管的母材及焊接热影响部的韧性的劣化，并且，提高弯管的母材及焊接部的强度。但是，Mo含量超过1.0％时，弯管的现场周围焊接性及焊接热影响部的韧性劣化。于是，Mo含量设定为0.05％以上1.0％以下。从同样的观点考虑，Mo含量的上限优选0.40％，下限优选0.10％。
(Al：0.005％以上0.06％以下)
Al和Si同样，含有0.005％以上，作为钢的脱氧材料发挥作用。但是，Al只要含有0.06％就可得到充分的脱氧效果，含量超过此量时成本上升。于是，Al含量设定为0.005％以上0.06％以下。从同样的观点考虑，Al含量的上限优选0.050％，下限优选0.010％。
(N：0.008％以下)
N和V及Ti等形成氮化物提高高温强度。但是，N含量超过0.008％时，与Nb、V及Ti同时形成碳氮化物，母材及焊接热影响部的韧性降低。因此，N含量设定为0.008％以下。从同样的观点考虑，N含量的上限优选0.0050％。
(Cu：0.05％以上1.0％以下、Ni：0.05％以上2.0％以下或Cr：0.05％以上1.0％以下中的一种或两种以上)
Cu、Ni或Cr都含有0.05％以上，由此，通过固溶强化和淬透性的增大效果导致的组织变化，不会大大损失韧性而能够提高强度。
但是，Cu含量超过1.0％时，在钢坯的表面瑕疵处发生有害Cu裂纹，因此，需要在低温加热钢坯，制造条件被限制。因此，Cu含量设定为0.05％以上1.0％以下。
另外，Ni具有抑制弯管的母材及焊接热影响部的韧性劣化的作用，但是，Ni含量超过2.0％时，成本显著上升。因此，Ni含量设定为0.05％以上2.0％以下。
另外，Cr含量超过1.0％时，焊接热影响部的韧性降低。因此，Cr含量设定为0.05％以上1.0％以下。
Cu、Ni或Cr可单独含有一种或含有两种以上。
(Nb：0.005％以上0.1％以下、V：0.005％以上0.1％以下、或Ti：0.005％以上0.03％以下中的一种或两种以上)
Nb、V或Ti都含有0.005％以上，由此，伴随析出强化及淬透性的增大导致的强度上升或晶粒细化，有韧性大大改善的效果。尤其是，Ti生成TiN，抑制焊接热影响部的晶粒成长而提高韧性。但是，过量含有Ti时，焊接金属的韧性降低。于是，Nb含量设定为0.005％以上0.1％以下，V含量设定为0.005％以上0.1％以下，另外，Ti含量限定为0.005％以上0.03％以下。
Nb、V或Ti可单独含有一种或复合含有两种以上。
在这些必须元素的基础上，另外也可以根据需要含有一种或两种以上以下说明的任意添加元素。
(B：0.030％以下)
B使钢的淬透性显著提高。但是，B含量超过0.0030％时，焊接性降低。于是，在含有B的情况下，其含量设定为0.030％以下。为确实得到淬透性的提高效果，优选B含量为0.005％以上。
(Ca：0.005％以下)
Ca对夹杂物的球化有效，防止氢裂纹及层状撕裂。但是，Ca含量超过0.005％时该效果饱和。于是，在含有Ca的情况下，其含量设定为0.005％以下。
除了上述以外的组成为Fe及杂质。
与以上说明的组成一起，弯管坯用的厚钢板、弯管坯或弯管的母材的碳当量Ceq、弯管坯或弯管的焊接金属的B含量及O含量都对用于制造例如称为X100等级以上的高强度及高韧性的弯管是重要的。于是，对于这些也进行说明。
(碳当量Ceq：0.45％以上)
为确保例如称为X100等级以上的超高强度，碳当量Ceq设定为0.45％以上。从同样的观点考虑，碳当量Ceq优选0.48％以上。
另外，碳当量Ceq通过下式设定。
[数学式2]
C eq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/6+(Cu+Ni)/15
(焊接金属的B含量：5ppm以下(无硼)、O含量：280ppm以下)
降低弯管坯的强度影响焊接金属的韧性的提高。另外，影响冶金的焊接金属的韧性的提高的因素，在弯管坯的焊接金属中是B含量及O含量。B含量及O含量都依赖于焊接时的焊剂成分。
为得到目标韧性，焊接金属的O含量优选尽可能的低，例如优选设定为280ppm以下。为降低焊接金属的O含量，在焊接时只要使用碱性高的焊剂即可。
为防止韧性的降低，到X70等级的直管的UOF钢管的有缝焊接金属的B含量一般为10ppm以上30ppm以下。由此，抑制晶界铁素体的析出，可得到均匀的针状铁素体组织，防止韧性的降低。
但是，超过X70等级的超高强度的UOF钢管的焊接金属反倒不含B，韧性提高，故而是理想的。该理由为，通过淬透性的增加，即使不含有B也能够充分防止晶界铁素体的析出，而且，含有B时反倒促进组织的板条化而韧性降低。
下面，说明本实施方式的弯管的制造方法。
在本实施方式中，对具有上述钢的组成的钢片通过众所周知的惯用的方法进行热轧。而且，在热轧后，在700℃以下500℃以上的温度区域以不足5℃/sec的壁厚方向中心部的冷却速度进行冷却，由此，制造弯管坯用的厚钢板。
要利用目前的制造方法制造例如X100等级以上的超高强度的弯管，使用含有大量合金元素的被轧制材料，在结束热轧后进行水冷，例如以20℃/sec以上的高的冷却速度淬火，由此，使弯管坯的原料即厚钢板超高强度化。而且，将该厚钢板作为原料制造焊接钢管即弯管坯。为防止其制管时在扩管工序焊接金属的破断，使焊接金属的强度比超高强度化的母材的强度更高。因此，通过目前的制造方法制造例如X100等级以上的超高强度的弯管时，弯管的焊接金属的强度过度上升，伴随此，弯管的焊接金属的韧性不可避免的降低。
与之相对，在本实施方式中，不特别提高弯管坯用的厚钢板的合金元素的含量，通过在热轧后在700℃以下500℃以上的温度区域以不足5℃/sec的板厚方向中心部的冷却速度进行冷却，制造弯管坯用的厚钢板。由此，能够使弯管坯用的厚钢板的强度比热轧后水冷的情况30MPa以上100MPa以下的范围降低。与此对应，弯管坯的焊接金属的强度也能够比热轧后水冷的情况30MPa以上100MPa以下的范围低。因此，能够充分确保弯管的焊接金属的韧性。
在本实施方式中，将这样制造的厚钢板作为原料，通过例如UOF制管法等众所周知的、惯用的方法制造焊接钢管即弯管坯。弯管坯的制管法不必要限定特定的方法。另外，这种制管法对从业者而言是众所周知的，因此省略其说明。
在本实施方式中，在这样制造弯管坯的阶段，弯管坯的强度是最终的目标即比例如X100等级以上的强度30～100Mpa低。但是，如后述，通过优化弯曲加工后进行的淬火、回火的条件，能够使弯管的强度比弯管坯的强度约30～100Mpa更高，因此，能够制造例如X100等级以上的超高强度的弯管。
在本实施方式中，将这样制造的弯管坯加热至900℃以上1100℃以下的温度区域弯曲加工后，在700℃以下500℃以上的温度区域以5℃/sec以上的壁厚方向中心部的冷却速度冷却到300℃以下的温度，之后，在300℃以上500℃以下的温度范围回火，即在300℃以上500℃以下的温度范围进行时效处理。
弯曲加工以众所周知、惯用的方式，按照弯管坯的焊接金属位于弯曲加工部的内侧的方式进行。
在本实施方式中，为解决伴随成为特别是称为X100等级以上的超高强度而成为困难的弯管的焊接金属的韧性的降低，使弯管坯用的厚钢板的热轧后冷却条件与目前的不同而制造弯管坯，并且，弯曲加工后的淬火、回火的条件也和目前的淬火、回火条件不同而制造弯管。
在此，作为弯曲加工后的热处理，在900℃以上1100℃以下加热后，在700℃以下500℃以上的温度区域以5℃/sec以上的壁厚方向中心部的冷却速度冷却到300℃以下，例如进行直至室温的冷却，之后，在300℃以上500℃以下的低温进行回火。
在300℃以上500℃以下的低温范围，位错不能自由移动。因此，位错只通过渗碳体充分牵制。因此，根据本实施方式，不需要发挥位错的连接作用的析出物，因此，几乎不降低抗拉强度，而能够只提高屈服强度。
根据本实施方式，采用适当的成分系降低弯管坯的强度，并且，通过在弯曲加工后进行适当的热处理实现弯管的超高强度化。因此，根据本实施方式，不伴随大量含有合金元素带来的成本的上升，能够制造母材具有高强度和优异的韧性，并且焊接金属也具有优异的韧性的例如X100等级以上的超高强度的弯管。
本实施方式与保留了确保弯曲加工后的强度及韧性为重点的淬火即省略回火的目前的发明、和为确保弯曲加工后的高强度及高韧性在高温进行回火的目前的发明等不同。本实施方式，将热轧后在700℃以下500℃以上的温度区域以不足5℃/sec的板厚方向中心部的冷却速度冷却制造的厚钢板作为原料使用，制造弯管坯。因此，能够降低厚钢板的强度，伴随此，弯管的焊接金属的强度也能够降低。
因此，根据本实施方式，能够大幅提高将热轧后水冷而制造的厚钢板作为原料的弯管的母材的强度不可避免的提高而造成的降低的焊接金属的韧性。因此，事实上能够消除例如X100等级以上的超高强度的弯管的技术课题即焊接金属的韧性的降低。
图1中的线a是定性地表示热轧后以20℃/sec的冷却速度水冷制造的弯管坯用的厚钢板的碳当量和抗拉强度的关系的图表(比较例)，线b是定性地表示以不足5℃/sec的冷却速度空冷制造的弯管坯用的厚钢板的碳当量和抗拉强度的关系的图表(本发明例)，线d是定性地表示用任何一个厚钢板制造的弯管坯的焊接金属的碳当量和抗拉强度的关系的图表，另外，线c是定性地表示与用该弯管坯制造的弯管的母材及焊接金属分别有关的碳当量Ceq(％)和周向的抗拉强度TS(MPa)的关系的图表。
如同图的图表所示，以制造满足X100等级的超高强度的弯管的情况为例进行说明。首先，作为厚钢板的母材的组成选择碳当量为A的成分时，弯管坯的母材的强度原料即厚钢板制造时采用水冷(例如冷却速度20℃/sec)时为白三角，在采用空冷(例如冷却速度5℃/sec)时为黑三角。另外，焊接金属的强度为防止在弯管坯的制管工序中的破断，需要比母材的强度高。在线d上与由白三角表示的母材的强度相对的焊接金属的强度是白圆圈，其组成为碳当量为B的成分。
与之相对，与黑三角相对的弯管坯的焊接金属也考虑线d所示的弯管的强度时用黑圆圈表示，其组成成为碳当量为C的成分。
从图1所示的图表可看出，由于弯管坯的原料即厚钢板的热轧后的冷却条件的不同，该厚钢板的强度发生大的变化，因此，与此相对的焊接金属的强度及成分也大不相同。一般而言，强度及韧性为反比例，因此可知，具有碳当量为B的成分的弯管的焊接金属的韧性比具有碳当量为B的成分的弯管的焊接金属的韧性低很多。
这样，根据本发明，能够使弯管坯的焊接金属的合金元素的含量从碳当量为B的成分向碳当量为C的成分大幅降低，因此，能够大幅提高弯管的焊接金属的韧性。
这样，根据本实施方式能够制造母材具有高强度和优异韧性，并且焊接金属也具有优异的韧性的例如X100等级以上的超高强度的弯管。具体而言，通过本实施方式制造的X100等级以上的弯管具有母材的屈服强度YS：690MPa以上、抗拉强度：760MPa以上、屈服比：97.0％以下、在-10℃的摆锤冲击吸收能：80J以上、焊接金属在-10℃的摆锤冲击吸收能：40J以上、延性断口率：50％以上，另外，焊接热影响部的-10℃的摆锤冲击吸收能：40J以上、延性断口率：50％以上的性能。
接着，为确认本实施方式的效果，进行了如下说明的直线加热试验。在实际制造弯管进行试验时，试验需要的成本的上升大。该直线加热试验为评价从实际的弯管制造工序中除去弯曲加工工序之外制造的直管的机械特性的试验，能够比较便宜且容易地判定弯管的制造工序中热处理条件的有效性。
具体而言，直线加热试验应用将热轧后以25℃/sec的冷却速度水冷得到的厚钢板作为原料制造的弯管坯，不弯曲加工进行淬火，之后，通过不回火、在350、400或450℃回火温度回火进行。
直线加热试验应用的弯管坯为外径914mm、壁厚16mm的UOE钢管。
表1表示该弯管坯的母材及焊接金属的组成。表2表示该弯管坯的母材、焊接金属及焊接热影响部的各种机械特性。
[表1]
  C   Si   Mn   S   o   Al   N   Cu   Ni   Cr   Nb   V   Ti   Ceq
  0.04   0.05   1.50   0.0004   0.38   0.020   0.0040   0.30   0.60   0.30   0.020   0.035   0.016   0.51
[表2]
SA：表示ShearArea(：延性断口率)。摆锤冲击试验温度：-10℃
在该直线加热试验中，通过在热轧后以25℃/sec的冷却速度水冷制造弯管坯用的原料即厚钢板，另外，根据该厚钢板的强度，将焊接金属的组成设定为合金元素的含量多的组成(参照表1)。因此，弯管坯的焊接金属的强度非常高。
将该弯管坯加热至1030℃，以壁厚方向中心部的测定值16℃/秒的冷却速度水冷到300℃以下的温度，之后放置冷却至常温。之后，以表3所示的回火条件进行热处理。回火处理的保持时间以1小时/1英寸(25.4mm)为基准。因此，本试验的保持时间为，弯管坯的壁厚为16mm，因此设定为约38分钟。
表3表示得到的直管的母材拉伸试验的结果(YS、TS、YR)、母材的摆锤冲击冲击试验的吸收能、焊接金属的摆锤冲击冲击试验的吸收能及SA(延性断口率)、焊接热影响部的摆锤冲击冲击试验的吸收能及SA(延性断口率)。拉伸试验用API中规定的板状的拉伸试验片进行，另外，摆锤冲击试验采用10mm×10mm的2mmV型缺口摆锤冲击试验片，在-10℃试验温度下进行。
[表3]
Figure BDA0000145510740000131
*1)目标值为×100
图2是表示回火条件(不回火(AsQ)、350℃回火、在400℃回火、或在450℃回火)和摆锤冲击冲击试验的吸收能vE-10deg.℃(J)的关系的图表。在图2的图表中，黑圆圈表示母材，黑三角表示焊接金属，另外，白圆圈表示焊接热影响部。
图3是表示回火条件(弯管坯、不回火(AsQ)、在350℃回火、在400℃回火、或在450℃回火)和母材的强度(0.5％YS、TS)的关系的图表。
另外，图4是表示回火条件(弯管坯、不回火(AsQ)、在350℃回火、在400℃回火、或在450℃回火)和焊接金属的内面及外面的强度(YS、TS)的关系的图表。
从图2～图4所示的图表可看出，直管母材的抗拉强度及韧性都良好。但是，焊接金属的韧性吸收能VE-10deg.℃为50J左右时极其差。之所以这样的焊接金属的韧性差，是因为焊接金属的强度为1050MPa左右，相对于母材的强度900MPa左右高。
即，通过降低焊接金属的合金元素的含量而降低弯管的焊接金属的强度，对用于确保例如称为X100等级以上的超高强度的弯管的焊接金属的韧性有效。但是，在单独降低焊接金属的合金元素的含量时，焊接金属的组成成为所谓的下配合(アンダ一マツチ)，焊接金属的强度比母材的强度低，弯管坯制管时在扩管工序中焊接金属破断。与此相反，在本实施方式中，降低弯管坯的母材即厚钢板的强度，因此，一边维持弯管坯的焊接金属上配合(オ一バ一マツチ)的组成，一边能够降低焊接金属的合金元素的含量。
另外，图5是表示碳当量Ceq为0.40％即组成(C：0.06％、Si：0.2％、Mn：1.6％、Cu：0.15％、Ni：1.0％、Cr：0.45％、Mo：0.25％、Ti：0.012％、O：0.018％、CE(IIW)：0.56％、余量为Fe及杂质)的焊接金属热处理后的韧性(-10℃的摆锤冲击试验的吸收能)及淬火温度和焊接金属的B含有量(24ppm、3ppm)的影响的图表。
如上所述，要提高弯管的焊接金属的韧性，降低焊接金属的强度最有效。另外，如图5的图表所示，通过将焊接金属的B含量降低到5ppm以下，也能够提高焊接金属的韧性。因此，优选将焊接金属的B含量降低到5ppm以下。
通常，在X70等级以下的弯管中使用硼添加型焊剂。但是，在例如X100等级以上的超高强度的弯管中使用尽可能不含B的焊剂，提高焊接金属的韧性，因此是理想的。通过淬透性的增加，即使不含有B也能够充分地防止晶界的铁素体的析出，并且，由于含有B反倒促进组织的板条化，韧性降低。
实施例1
参照实施例更具体地说明本发明。
通过对钢坯进行热轧后进行空冷或水冷，制造具有表4所示的钢组成、碳当量Ceq及焊接裂纹敏感度指数pcm的厚钢板。而且，将该厚钢板作为原料利用UOE制管法制造UOE钢管即弯管坯。
将该弯管坯以壁厚方向中心部的温度成为表4所示的加热温度的方式加热后进行弯曲加工。在弯曲加工之后，以表4所示的弯管冷却速度冷却到300℃以下的温度区域，之后，通过用表4所示的弯管回火温度回火，制造了外径914.4mm、壁厚16mm及全长为12000mm的弯管。
Figure BDA0000145510740000161
表4中所谓的“Plate冷却速度”是在其板厚方向中心部的位置测定的厚钢板的热轧后的水冷速度(35、20或22℃/sec)或空冷速度(3、2℃/sec)的值。另外，表4中的所谓的「弯管冷却速度」是在弯管的壁厚方向中心部的位置测定的值。另外，表4中所谓的「弯管回火温度」也同样是在弯管的壁厚方向中心部的位置测定的值。
回火时间以1小时/1英寸(25.4mm)为基准，因此，设定为60分×16mm/25.4mm＝38分。优选制造除此以外的壁厚的弯管时也采用该基准。优选限定这样的回火时间的理由为，回火时间过长时生产性低下，并且，为了到内部都得到均匀的回火的效果存在最低必要的时间。因此，优选相对于由该基准算出的保持时间t以0.8t以上1.2t以下的时间回火。
表5汇总表示对弯管坯及弯管的试验结果。表5中的左侧两列值表示弯管坯的结果，除此以外的所有的值表示弯管的结果。
[表5]
Figure BDA0000145510740000171
表4、5中的No.1、3、6、7、8、9及10是本发明例。表4、5中的No.2、4、5、11、12及13的组成或制造条件中的任一项脱离本发明的规定的比较例。
表5所示的弯曲加工部的焊接金属的韧性的目标设定为现在一般的理论的X100等级标准化时予想的值(-10℃的摆锤冲击吸収能：40J以上、延性断口率：50％以上)。
从表5所示的结果可以看出，在本发明例中，弯管的母材及焊接金属的强度比弯管坯的母材及焊接金属的强度都高。
另外，从表5所示的结果可看出，根据本发明例，能够充分满足X100等级以上的目标性能，能够确实地制造X100等级以上的超高强度的弯管，与此相反，脱离本发明规定的条件时，不能满足X100等级以上目标性能。

Claims (6)

1.一种弯管的制造方法，其特征在于，通过热轧后在700～500℃温度区域以低于5℃/sec的板厚方向中心部的冷却速度进行冷却而制造厚钢板，制造以该厚钢板作为原料的焊接钢管即弯管坯，将该弯管坯热弯曲加工后，在700～500℃温度区域以5℃/sec以上的壁厚方向中心部的冷却速度进行冷却，由此，制造母材的抗拉强度比所述弯管坯的母材的抗拉强度高的弯管，
其中，所述弯管具备具有如下钢组成的母材，该钢组成以质量％计具有：C：0.03～0.12％、Si：0.05～0.50％、Mn：1.4～2.2％、S：0.01％以下、Mo：0.05～1.0％、Al：0.005～0.06％、N：0.008％以下，还具有Cu：0.05～1.0％、Ni：0.05～2.0％或Cr：0.05～1.0％中的一种或两种以上，并且，还具有Nb：0.005～0.1％、V：0.005～0.1％或Ti：0.005～0.03％中的一种或两种以上，余量是Fe及杂质，并且，通过下述式求得的碳当量Ceq为0.45％以上，
[数学式3]
Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15。
2.一种弯管的制造方法，其特征在于，通过热轧后在700～500℃温度区域以低于5℃/sec的板厚方向中心部的冷却速度进行冷却而制造厚钢板，制造以该厚钢板作为原料的焊接钢管即弯管坯，将该弯管坯加热至900℃以上1100℃以下的温度区域进行弯曲加工后，在700～500℃温度区域以5℃/sec以上的壁厚方向中心部的冷却速度冷却到300℃以下的温度区域，之后，在300℃以上500℃以下的温度区域进行回火，
其中，所述弯管具备具有如下钢组成的母材，该钢组成以质量％计具有：C：0.03～0.12％、Si：0.05～0.50％、Mn：1.4～2.2％、S：0.01％以下、Mo：0.05～1.0％、Al：0.005～0.06％、N：0.008％以下，还具有Cu：0.05～1.0％、Ni：0.05～2.0％或Cr：0.05～1.0％中的一种或两种以上，并且，还具有Nb：0.005～0.1％、V：0.005～0.1％或Ti：0.005～0.03％中的一种或两种以上，余量是Fe及杂质，并且，通过下述式求得的碳当量Ceq为0.45％以上，
[数学式3]
Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15。
3.如权利要求1或2所述的弯管的制造方法，其中，所述弯管的母材含有B：0.030质量％以下。
4.如权利要求1所述的弯管的制造方法，其中，所述弯管的母材含有Ca：0.005质量％以下。
5.如权利要求2所述的弯管的制造方法，其中，所述弯管的母材含有Ca：0.005质量％以下。
6.如权利要求3所述的弯管的制造方法，其中，所述弯管的母材含有Ca：0.005质量％以下。
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