CN106232837A - 用于由可变形钢生产热轧无缝管，特别是用于深水应用的管道的方法，以及相应的管 - Google Patents

用于由可变形钢生产热轧无缝管，特别是用于深水应用的管道的方法，以及相应的管 Download PDF

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Abstract

本发明涉及由可变形钢生产热轧无缝管(1)，特别是生产用于深水应用的管道的方法，其中在管(1)的最终轧制工艺之后管端(3)被热镦粗，以实现增厚壁部。为了生产具有优良的疲劳、腐蚀和焊接性能的管，本发明提出借助热镦粗工艺，通过热镦粗工艺获取所述管端(3)壁厚和与所述管端(3)接合的管体(2)的壁厚之间的预选比率，从而在接着热镦粗工艺之后的整个管(1)的均匀淬火和回火工艺之后，通过使用在回火处理期间预先确定的取决于壁厚的冷却速率获得管端强度低于管体(2)强度的管(1)。

Description

用于由可变形钢生产热轧无缝管，特别是用于深水应用的管 道的方法，以及相应的管
技术领域
本发明涉及一种由可变形钢生产热轧无缝管，特别是用于深水应用的管道的方法，其中在管的最终轧制工艺之后管端被热镦粗(hot-upsetted)，以实现增厚壁部。
本发明还涉及一种由最小屈服点为415MPa的可变形钢制成的无缝管，所述无缝管通过热轧制成，然后对管端进行热镦粗以产生增厚壁部，并且之后进行整个管的均匀的淬火和回火处理(均匀调质处理)，随后对增厚管端进行机械加工步骤。
特别地，本发明涉及根据上述方法生产并且在其管端焊接在一起以生产管道的管。
背景技术
通常已知的是使用管道来输送油和气体，其中各个管通过接缝焊接在一起以在深水区域中提供作为海上管线的连续管柱。
在这种情况下这种管道及其焊接接头在铺设和使用时承受各种负载。用于此目的的管道尺寸就外径而言达到508mm，就壁厚而言达到80mm。例如，外管直径为273.1mm，壁厚为28.4mm是典型的。
各个管通常在铺管船上或在陆上焊接在一起成为连续管，然后铺设在海底。当根据例如S型或J型铺管方法铺设时，管和焊接接头承受由弯曲产生的非常高的机械负载，并且在铺设之后，在低水温下承受非常高的静水压，所述水温根据海洋的深度最低达到4℃。
在使用中，管道另外例如通过洋流以动态的方式经受应力，通过高达220℃的介质的高温经受应力，通过待输送的介质高达150MPa的高压和/或通过待运输的酸性介质例如碳酸、硫化氢或氧的高腐蚀性经受应力。
为了能够实现经济的铺设，必须能够以自动化的方式将铺管船上或陆上的各个管焊接在一起成为连续管柱。还必须能够进行手动补焊操作而不耗费太多精力。
因此，当生产管连接时，为了在管道使用时实现焊接接头的高疲劳强度，待焊接在一起并且具有紧密度公差(tight tolerances)的管端的精确匹配的几何形状是绝对的前提条件。为了避免几何缺口，必须特别注意以下事实：待焊接在一起的管端没有错边(edgedisplacement)。
待焊接在一起的管端的精确几何形状和紧密度公差不仅对于满足对疲劳强度的高要求而且对于生产焊接接头所需的时间以及因此对于管道的生产成本都是重要的。只有以紧密度公差精确对准待焊接在一起的管端，才能以成本有效和高效的方式例如通过自动焊接生产焊接接头，并能够确保焊接接头的高疲劳强度。也确保了通过管道的介质的稳态流，并且有助于有效地实现管道的期望的输送速率。
然而，由于生产制造，工业热轧的无缝管的公差不能被安全地保持在接合焊接步骤的高效生产所需的紧密度公差内。此外，管直径的壁厚和椭圆度受到轻微波动。因此，必须根据它们的几何形状选择和分配待焊接在一起的管端。因此，以前对于该定向分配，管端的相应测量是必不可少的。
为了避免对于管的复杂的测量、选择和分配以及为了遵守对管连接制订的技术要求，专利EP 2 170 540 B1说明书公开了一种用于生产热加工的无缝管的方法，借助于该方法，可以产生在焊接状态下具有优化的疲劳特性的管，并且另外可以在自动化的方式下在铺管船或陆上不需要特定选择和分配就能将管焊接在一起。
在该已知方法中，在部分管体的特定管端上在第一步骤中产生的的壁厚大于管体的其它部分的壁厚，特定管端区域的增厚壁部通过镦粗管端产生，在镦粗加工期间在外圆周和内圆周上产生的到管体的过渡基于纵向管轴线移位，并且在第二步骤中，所需的管截面通过机械加工在该区域中产生，并且从管的加工区域到未加工区域的过渡不设置任何具有大半径或具有半径组合的肩部，以获得平滑且无缺口的过渡，并且在管的最初加厚的端部区域中提供成品轮廓，其中所述管的外径对应于管的原始直径。
例如，由公开文献DE 10 2004 059 091 A1和专利EP 0 756 682 B1说明书也已知类似的方法，其中通过热镦粗和机械加工产生管端的精确配合。
专利DE 3445371 C2说明书公开了对由可变形钢制成的用于石油和天然气工业的热轧无缝管使用淬火和回火处理，其中管端通过镦粗增厚。通过与螺纹连接件焊接提供增厚的管端，以生产可以拧紧在一起的钻探管。在淬火和回火步骤应当考虑到使用这种管道时的高负载。在淬火和回火处理之后，由此制造的钻探管具有在纵向上均匀的硬度和强度，因此特别地提高了腐蚀机械负载能力。
然而，已经证明，通过这些已知方法生产的管道还不能满足在深水区域中使用的要求。
当铺设管道时，石油和天然气工业目前遇到以下障碍，特别是在深水区域遇到以下障碍：
-在通常具有良好的焊接特性和高达450MPa的强度等级的标准钢的情况下，因为管柱变得太重而不能铺设,强度必须以相对于深达5000m的水深极端壁厚增加的形式进行补偿。
-对于由强度超过600MPa的高强度等级制造的钢管如根据美国石油协会标准API5L的X80管线钢制造的钢管的使用仍然受到限制，因为在给定情况下不能充分确保可焊性。研究已经表明，使用这些高强度等级的钢材，并不能可靠地实现在淬火和回火状态下在增厚的管端处的焊接接头的所需机械性能，由于高强度，特别是在增厚的管端上的焊缝中，更特别是在使用酸性气体时，这些钢具有增加硬度、形成裂纹和增加腐蚀敏感性的趋势。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种从可变形钢生产热轧无缝管的方法，特别是用于深水应用的管道，所述管具有优良的疲劳、腐蚀和焊接特性。对于深水应用，为了同样在深达5000m的大水深的情况下也能够满足复杂的海上需求，并且仍然可以有效地生产，也需要优异的铺设特性。所述管应当以成本有效的方式生产，由高强度材料构成，具有高疲劳强度和良好的可焊性，并且能够将它们焊接在一起并以自动化方式铺设。
该目的通过一种用于从可变形钢生产热轧无缝管，特别是生产用于深水应用的管道的方法来实现，该方法包括权利要求1的特征。该目的还通过一种包括根据权利要求17的特征的管来实现。本发明的有利改进是从属权利要求的主题。
根据本发明的教导，一种用于由可变形钢生产热轧无缝管，特别是生产用于深水应用的管道的方法，其中在管的最终轧制工艺之后管端被热镦粗以实现增厚壁部，所述方法用于通过调节管端壁厚和通过热镦粗工艺与管端接合的壁体的壁厚之间的预选比率来实现优良的疲劳、腐蚀和焊接性能，从而在热镦粗工艺之后通过预先确定的取决于壁厚的冷却速率对整个管进行均匀淬火和回火处理之后，以获得管端强度低于管体的管。
对于本发明，深水区域是指水深在1000m至5000m范围内，优选深达4000m。
根据本发明，在最终镦粗步骤之后，对如此制成的管进行均匀的淬火和回火处理，其中基于预先确定的取决于壁厚度的冷却速率，将淬火和回火参数设定为使得镦粗的管端以比中间管体低的强度制造，以具有更好的焊接特性。
有利的是，在整个管的均匀淬火和回火处理之后，在热镦粗工艺之后获得管，所述管的管端具有比管体低的强度以及低的硬度和大的韧性。
在淬火和回火处理之后，则根据客户规格将管机械加工成所需的最终尺寸。
淬火和回火处理通常由一系列加热，淬火和回火步骤组成，管在加热步骤期间被加热到高于奥氏体化温度的温度。
所提出的以前不常见的淬火和回火方法的要点在于：在镦粗工艺之后对整个管进行淬火和回火，并且基于在最终镦粗工艺之后的管端壁厚和中间管体壁厚之间的比率来调节淬火和回火参数，以使得在随后的淬火和回火工艺中，通过在具有初始壁厚管体上的可调节的与不同壁厚相关的冷却速度/速率而产生高的材料强度，以及在具有显著更大的壁厚的两个镦粗的管端处产生较低强度以及优异的焊接、疲劳和机械性能，这是由于淬火期间由不同的马氏体的形成所引起的。
根据本发明，进行淬火和回火处理，使得在加热到奥氏体化温度之后，在随后的淬火步骤中通过淬火以与中间管体相比明显更慢的速度冷却增厚管端，优选在水中进行淬火，因此由于增厚管端在结构中较低的马氏体含量而在回火步骤之后具有明显较低的强度，这对管端的可焊性具有非常有利的影响，因为焊接期间的冷裂纹形成的趋势显著降低。
由于整个管道经受均匀的热处理的淬火和回火工艺，以有利的方式另外实现管道端部和管体之间的连续且平滑的结构的过渡。这对应力状态以及因此对管和/或管道的疲劳强度具有有利的影响。然后，将如此制造并淬火和回火的管材精加工成所需的最终尺寸。
例如，如果使用API级X80的高强度材料用于无缝管的生产，由于通过相对薄壁和高强度的管体和厚壁低强度及可焊接的管端来完全满足深水要求，则在根据本发明的方法中生产的管端具有较低的强度，例如，具有X65的等级，而中间管体仍具有X80的强度。
总而言之，由于在淬火和回火工艺之后管端处的材料与管体相比具有明显较低的强度，本方法用于生产铺设在深水区域中的较轻的管，并且确保管端的非常好的可焊性。
当管端处的镦粗变得过低时，这意味着在淬火和回火步骤期间冷却速率过高，因此硬度和强度太高而不能获得良好的可焊性。然而，如果壁厚以与管体相比变得过厚的方式被镦粗，则在管壁的整个横截面上不能实现管端的穿透淬火以及因此不能实现对机械性能的最小需求。
通过管端处的热镦粗步骤产生相对于管体壁厚的至少1.1倍、1.2倍或1.3倍的壁厚。通过管端处的镦粗步骤以特别有利的方式产生相对于管体壁厚的至少两倍的壁厚。
因此为了符合对将在以后焊接在一起成为管道的管的性能的要求，在机械加工步骤之后，根据需要在管端上留下相应的增厚壁部，以获得接收铺设和操作负载所需的横截面积，获得在过渡区域中的应力减小面积以及在管端处的降低的机械参数。
基于预先确定的不同壁厚的冷却速率来确定待具体调整的淬火和回火参数，所述冷却速率取决于管端壁厚和中间管体壁厚之间的比率以及待获得的机械材料性能，在管道淬火期间的冷却速率被调节为使得由于管端结构中较低的马氏体量，在管端的强度被调整为明显低于管体，同时仍然能满足对成品强度的最小要求。
这导致管端的良好的可焊性，较低的强度由管端的足够大的横截面积补偿，以便在铺设管道和使用时接收相应大的力。然而，设置在增厚管端之间并具有较小壁厚的管体经历如此之高的冷却速率，以至于例如对例如X80所需的机械性能进行调整。
借助于根据本发明的方法，能够通过下表中的X80以示例的方式实现管处特性。
关于根据本发明的方法的管的生产，由于应当基于低碳含量和微合金元素来使用具有深度脱硫合金化概念的材料，能够在管端实现整个管的优异的机械特性和耐腐蚀性以及优良的可焊性。
有利地使用具有以下以重量％计的合金组成的钢作为可变形材料：
C：最大0.18
Si：最大0.45
Mn：最大1.85
P：最大0.02
S：最大0.015
N：最大0.012
Cr：最大0.30
Cu：最大0.50
Ti：最大0.04
As：最大0.030
Sn：最大0.020
Nb+V+Ti：最大0.15％
Mo：最大0.50％
Ni：最大0.50％
Pcm：当C含量小于或等于0.12％时，最大0.22％
其中，
Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B
以及
CE:当C含量大于0.12％时，最大0.47
以及
CE:当C含量多达0.12％时，最大0.22
其中，
CE＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
其余为包括不可避免的钢伴生元素的铁。
至多0.18％的低碳含量，当C含量大于0.12％时根据IIW式至多0.47％的CE碳当量，以及当C含量小于或等于0.12％时，至多0.22％的Pcm值，使得最终产品具有优异的可焊性并且具有较小的冷裂倾向。
根据材料的强度等级，应以有利的方式观察以下CE和/或Pcm值：
最小屈服点
415-485Mpa：Pcm最大0.21和CE最大0.38
485-555Mpa：Pcm最大0.22和CE最大0.47
625-690MPa：Pcm最大0.25和CE最大0.53
通过添加铜、镍和钼，由于混合晶体和沉积形成，所述钢实现了根据API 5L的等级X80，具有相当优异的强度和在-60℃的温度下超过150焦耳缺口冲击能量的低温性能。此外，在整个管横截面以及增厚管端横截面上确保了穿透淬火和回火。
此外，为了通过形成细晶粒来提高强度和韧性，能够通过合金化将微合金元素铌和/或钒和/或钛以含量分别为Nb最大0.09重量％、V最大0.11重量％、Ti最大0.04重量％加入钢中。
因此，仅凭一种材料以及适合于管端和管体的壁厚的淬火和回火处理就可以满足非常高的深水要求和管端的优异的可焊性。
为了安全地实现对机械性能和耐腐蚀性的要求，合金组合物因此应以特别有利的方式通过以下实例制备(重量％)：
C：
Si：
Mn：
P：最大0.015
S：最大0.003
N：最大0.007
Cr：最大0.10
Al：
Mo:
Ni:
Cu:
Nb:
V:
其中，
Pcm：最大0.21
其余为包括不可避免的钢伴生元素的铁。
最大0.100重量％的铬的限制额外降低了当将管端焊接在一起时在热影响区中的热裂纹的敏感性，从而除了与管体相比淬火和回火后的管端具有较低的强度和硬度之外，还有助于提供良好的可焊性。
总而言之，应当调节伴生元素的最小的可能量，例如磷(最多0.0015重量％)和氮(最多0.007重量％)和低硫含量(最多0.003重量％)，因为它们有助于提供优异的耐酸气性。
在本发明的有利改进之后，在将根据本发明制造的管焊接在一起形成管柱之前，通过对所述管提供腐蚀抑制层，即使在输送强腐蚀性介质时，也能够确保管道的足够的耐腐蚀性。所述腐蚀抑制层可以是例如被推入初始管并且以牢固粘合或压入配合的方式与之连接的不锈钢管。也可以设想，所述初始管的内表面通过热喷涂或通过堆焊提供有腐蚀抑制层。
根据本发明的方法的另一个优点在于，将管端制造成对应于客户需求的可再制的几何形状，并且使得可以在没有预先测量和分配的情况下进行焊接。管的存储和运输的物流工作被最小化，这大大降低了成本。为此，在淬火和回火步骤之后，根据所需的最终尺寸对管进行机械加工。
同时，管端几何形状的公差通过机械加工保持在非常紧密的限制中，这产生了最佳的焊接条件，并且使得可以例如，通过自动焊接方法有效地生产管连接。此外，由于小的表面粗糙度的缘故，造成大的缺口自由度，从而确保了管连接的高疲劳强度。
有利的是，在管的随后的连接区域中几乎无干扰的介质流动是在管的纵向方向上从增厚管端到非增厚管区域的无肩过渡。根据本发明，为此目的，在从加工管端到未加工管端的过渡处设置最大的合适(多个)半径。相应地，在管的纵向方向上在外和/或内圆周处产生从增厚管端到无增厚管体的无肩和无缺口的过渡。
有利地选择壁增厚，使得由于管公差，特别是关于圆度或椭圆度的管公差而存在的尺寸偏差可以几乎完全地补偿，而不会由于随后的机械加工而降到名义壁厚以下。
为了保证足够的加工公差，因此已经证明有利的是，在管外侧和/或管内侧在从管的前侧开始至少100毫米的长度上提供至少3毫米，甚至更好地至少10毫米的增厚壁部。根据在增厚区域中对管横截面的尺寸设定的要求，也能够实现例如约60毫米或多于60毫米的镦粗。
已经证明，从管的前侧开始并且具有至少150毫米，在一些情况下还等于大于300毫米的增厚长度有利于确保管端的焊缝区域负载优化。
但是，如果需要，即根据管端上的负载要求，增厚的壁部也可以变得更大或更小，并且延伸更短或更长的部分。
另一方面，由于生产工程的原因，增厚壁部及其纵向延伸部应限于加工所需的程度。
因此，增厚壁部有利地在管的纵向方向上从管的前侧延伸至少80mm的长度。
例如通过钻孔加工增厚的壁部可以有非常小的椭圆度以及同样非常小的直径公差和可实现的高度减小的表面粗糙度。
如果需要，在管端焊接在一起之前，能够插入突出到两个管端的被处理区域的定心环，以确保管端的用于自动焊接操作的最佳对准。
这里有利地进行镦粗步骤，以使得在镦粗操作期间在外圆周和内圆周上产生的到管体的过渡被布置成相对于管的纵向轴线移位。综合实验已经表明，在管的纵向轴线上的过渡的这种移位布置和在管的不同横截平面中的半径的定位，在机械加工步骤中对使用中的连接的疲劳强度具有积极作用。
为此，在增厚壁部的机械加工期间，这些过渡有利地设置有最大的合适半径或者多个半径的组合。由于它们在不同横截平面中的位置，它们保证观察到预定的最小壁厚，并且产生到管的非增厚区域的平滑且无缺口的过渡。结果，有利地确保了在过渡区中的低应力集中系数。
总之，通过根据本发明的方法的仅一种的合金概念，使用与镦粗和随后的热处理特别匹配的材料，获得了管端处优异的可焊性和整个管的满足深水要求的机械性能以及耐低温/耐酸性气体能力。
此外，通过机械加工，例如移动，获得了例如内径的+/-0.25毫米的模型管端公差，以及外径的+/-0.75毫米的模型管端公差，这产生待焊接在一起的管端的良好的配合精度。
模型管端公差还导致铺管船上的更快的循环时间并减少修补焊接。此外，以这种方式生产的管或管道可以以多功能方式使用，即，通过在高疲劳应力的环境中的使用，用于在高压和/或高温下输送存储器中的高腐蚀性介质的深水应用。
已证明，在910和980℃之间的奥氏体化温度，保持时间在10和30分钟之间，有利于淬火和回火步骤。在610和680℃之间的值，有利地，在640和670℃之间的值，保持时间在10和45分钟之间，已被证明为回火温度的值。随后在静止空气中进行冷却步骤。
所述管端在一个或多个镦粗和再加热过程中以有利的方式经由预定长度热镦粗。
管端与管体的1.5至2.5的壁厚比已经显示有利于管端和管体处的所需材料特性的调节。观察这个比值很重要，因为只有这样才能在淬火和回火步骤中在管端和管体处实现所需的性能。
对于所述管端的优良可焊性，由于在淬火和回火步骤中的增厚壁部，有利地产生了比中间管体的强度低至少5％，更优选低至少10％的强度上的减小。
在一个或多个镦粗和再加热操作中，在1000至1450℃之间的温度下，所述管端有利地在预定长度上被热镦粗，在所述淬火和回火步骤之后通过机械加工在所述管的镦粗端部区域中生产所需的管端横截面。
尽管该方法可以以特别有利的方式用于具有超过450MPa的最小屈服点的钢，但是该应用也可以有利地用于低于该限度的钢，例如即使在不利的焊接条件下也必须实现非常好的可焊性。因此，根据本发明也考虑具有415MPa的最小屈服点的高强度钢。
根据本发明，通过热轧制成由最小屈服点为415MPa的可变形钢构成的无缝管，然后对所述管端进行热镦粗以产生增厚壁部，并且之后进行整个管的均匀的淬火和回火处理，随后对所述增厚管端进行机械加工，以使得所述无缝管获得所需求的成品尺寸以及具有到中间管体的无肩过渡，所述管包括所述增厚管端处与所述中间管体相比的较小的屈服点和强度。根据本发明，该管具有优良的疲劳、腐蚀和焊接性能。
有利地，该无缝管在所述增厚管端处的屈服点和强度比所述管体的相应值低至少5％，优选地低至少10％。
该无缝管有利地具有以重量％计的上述化学组成。
根据本发明的上述方法生产的管有利地用于生产管道，所述管的管端直接焊接在一起。在本方面和本发明的上下文中，术语“管道”应当理解为在非常广泛的层面，并且包括用于生产管道所需的各个管和管部件，例如管弯头，管道岔等。
附图说明
本发明的其它特征、优点和细节从所描述的实施例的以下描述中可知，其中
图1示出一个管端的增厚壁部，该增厚壁部通过镦粗生产；
图2示出加工条件中的根据本发明的管端形成；
图3示出当管被淬火和回火时冷却速率对管壁厚的依赖性的示意图；
图4示出被研究的合金的表；
图5a示出了整个管长的强度的图表；
图5b示出了管端处的整个壁横截面的硬度走向图，
图6a示出了关于整个管长的强度的图，
图6b示出了关于管端处的强度的图，
图7a示出了整个管长的关于屈服点比率和关于拉伸的图，
图7b示出了管端处的关于屈服点比率和关于拉伸的图，
图8a示出了关于整个管长的缺口冲击能量的图，以及
图8b示出了关于管端处的缺口冲击能量的图。
附图标记列表
1 管
2 管体
3 管端
4,4’ 过渡区域
5,6 肩部过渡区域外侧
7,8 肩部过渡区域外侧
9 半径过渡区域外侧
10 半径过渡区域内侧
11 管内侧的增厚壁部
具体实施方式
图1示出了根据本发明制造的管1的在从管体2和管端3之间的过渡区域的纵向截面中的一部分，所述管1在至少一个但优选在两个管端3上具有到管的外侧和内侧的增厚壁部。
在管端3处，管1具有增厚壁部，该增厚壁部在热加工步骤中通过镦粗生产，并且通过过渡区域4,4’变化为管1的管体2的出口横截面中。
在该实例中，增厚壁部3被制成使得管1的外径增大并且内径减小。基于管1的出口横截面以及因此非镦粗的管体2的横截面，管端3的壁厚是出口管的增厚壁部的3倍。因此，在这种情况下，镦粗管端3和中间管体2的壁厚比为2。
根据本发明，在这里进行镦粗工艺，使得在镦粗操作中沿着外圆周产生的过渡区域4和在内圆周上产生的过渡区域4’相对于管的纵向轴线以移位的方式设置。
通过镦粗操作产生的过渡区域4具有肩部5和6，所述肩部5和6沿管1的外圆周相对管的纵向轴线相继地布置并且彼此间隔一定距离，并且过渡区域4’具有肩部7和8,所述肩部7和8沿着内圆周相对管的纵向轴线相继地布置并且彼此间隔一定距离。
图2示出了在淬火和回火步骤之后通过机械加工产生的管1的管端3的成品状态。
机械加工的管1的成品轮廓在管1的管端3’处具有增厚壁部，该增厚壁部一方面符合在将管1焊接在一起之后在支承横截面上的要求，另一方面，由于在淬火和回火处理中在该增厚区域中的较慢冷却，就改善的可焊性而言该增厚壁部与管体2相比具有明显降低的强度。
过渡区域4设置有大的半径9，其通过在加工区域中的平滑、无肩的过渡和非常小的表面粗糙度确保了缺口的广泛的自由度。
在过渡区域4的区域中为了不低于管1的所需的最小壁厚，增厚管端的内圆周不加工成原始内径，而留下小的增厚壁部11，从中过渡区域4’也设置有大的半径10，所述半径10以平滑且无肩的方式变化为管1的在管体2的区域中的出口横截面。
根据本发明，半径9和10位于管的不同横截平面中，这对使用中的连接的疲劳强度具有积极影响。
由于这种布置，一方面确保所需的最小壁厚不会降低到一定限度以下，另一方面，只有这样才能确保尽可能地无缺口的过渡4’成为管1在管体2的区域中的出口横截面。
图3通过图表示出了当管1根据本发明淬火时冷却速率VH对管1的壁厚W的依赖性。
作为实例，具有X80等级和出口壁厚为28.4毫米的管1被镦粗至达到57.4毫米，随后被淬火和回火。在这里，伴随加热到奥氏体化温度，根据本发明对管进行淬火和回火处理，并随后在水中淬火。
管体2和镦粗的管端3的冷却速率受壁厚的影响，管体2由于具有比增厚管端更薄的壁而具有更高的冷却速率。在所述管体和增厚端区域中，根据TTT图(时间-温度-转变图)，该结构主要是贝氏体(bainitic)，具有在淬火步骤之后对材料的强度有影响的晶粒尺寸和沉积形成中的电子显微差异。
图4示出被研究的合金的图表。
钢1的合金成分通过降低含量的元素碳、锰、铝、铬、钛和铌而基本上不同于钢2，以实现出口管的不同强度等级。铜、镍和钼的含量在0.15-0.25重量％的铜、0.15-0.35重量％的镍和0.08-0.35重量％的钼的范围内变化，钢1中这些元素含量总是较低。
通过热轧将两种钢加工成无缝管1，并将其管端3热镦粗成两倍于初始壁厚，然后根据本发明对整个管1进行淬火和回火，所示的热处理参数为被镦粗的管端3调节。
在热处理过程中，管1最初被均匀地加热到910至980℃之间的温度，并且在增厚管端也达到前述温度，将温度保持10至30分钟。在此之后，在水浴中将管1淬火至室温。
在随后的回火步骤中，将管加热至610℃至680℃的回火温度，然后在该温度下保持15至45分钟。接着在静止空气中进行冷却步骤。
然后，通过具有不同钢成分和热处理的样品测定机械技术性能。
图5a在图中示出了钢2的在管长(管体2，过渡区域4，镦粗管端3)和壁横截面(外壁，壁中央，内壁)上的硬度走向。
图5b在另一个比较图中通过整个壁横截面的增厚管端3示出了所研究的钢1和2的硬度曲线。
所示的平均值表明，在过渡区域4中和在镦粗管端3中，与管体(图5a)相比，平均值达到较低的硬度值。根据图5b的钢合金的比较显示，与钢1相比，较高合金钢2用于在平均值达到更高的硬度值，壁厚始终具有最低值。
图6a在图中示出了钢2的管长上的屈服点和抗拉强度的走向，并且图6b在图中示出了取决于在增厚管端3上使用的钢的屈服点和抗拉强度的走向。
根据图6a，应当注意，屈服点和抗拉强度从管体2到增厚管端3显著减小，即实现了本发明的目的。
图6b在另一个图中示出了在增厚管端3处，钢1达到屈服点和强度的最低值。
因此，管端3的机械性能可以根据需要通过钢组成或在淬火和回火处理期间的热处理以周密计算的方式进行调节。
图7a在图中也示出了钢2的整个管长的屈服点比和拉伸，并且图7b在图中通过增厚管端3示出了钢1和2的屈服点比以及拉伸。
从这些图示中还可以清楚地表明，与具有出口壁厚的管体2相比，增厚管端3的强度、屈服点和因此屈服点比的相应值明显更低，并且拉伸明显更高(图7a)。根据预期，与钢2相比，钢1总体具有更低的屈服点比和更高的拉伸(图7b)。
在图中还示出了用于钢2整个管长的和用于所研究的钢1和2(图8b)的增厚管端3上的缺口冲击能量的类似图片(图8a)。在增厚管端3上，与管体相比，在平均值方面获得了更高的韧性(图8a)，在管体上仍获得了200焦耳的值，并且也在60℃下在增厚管端3上获得250焦耳。
根据预期，根据图8b，与钢2相比，钢1获得了甚至更高的值，即在60℃下大约400焦耳。
总之，应当注意，通过降低强度和硬度以及增加韧性，以及根据本发明调节在管体2和管端3之间的壁厚比以及通过在增厚管端3上确定的淬火和回火参数，可以实现加工性能的显著改进。

Claims (21)

1.一种用于由可变形钢生产热轧无缝管(1)，特别是用于深水应用的管道的方法，其中在管(1)的最终轧制工艺之后管端(3)被热镦粗以实现增厚壁部，其特征在于，通过热镦粗工艺获取所述管端(3)壁厚和与所述管端(3)接合的管体(2)的壁厚之间的预选比率，从而在接着热镦粗工艺之后的整个管(1)的均匀淬火和回火工艺之后获得管端强度低于管体(2)强度的管(1)，其中，均匀淬火和回火工艺在回火处理期间使用预先确定的取决于壁厚的冷却速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述热镦粗加工之后的整个管(1)的均匀淬火和回火处理之后，获得带有管端(3)的管(1)，与所述管体(2)相比，所述管端具有较低的强度、较低的硬度和较大的韧性。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述淬火和回火处理由以下步骤构成：加热至在910和980℃之间的温度，在该温度保持时间在10和30分钟之间，随后淬火工艺和随后回火至在610和680℃之间的温度，优选地在640和670℃之间，保持时间在10和45分钟之间，接着在静止气体中冷却。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述管端(3)在一个或多个镦粗和重加热过程中在给定长度上被镦粗。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，通过所述热镦粗工艺产生在所述管端(3)处的相对于所述管体(2)的壁厚的至少1.1倍、1.2倍或1.3倍的壁厚。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，通过所述热镦粗工艺产生在所述管端(3)处的相对于所述管体(2)的壁厚的至少2倍的壁厚。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，通过所述热镦粗工艺产生在所述管端(3)处的相对于所述管体(2)的壁厚的至少1.5倍且至多2.5倍的壁厚。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述增厚壁部在管的纵向方向上从所述管(1)的前侧延伸至少80毫米的长度。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述淬火和回火步骤之后根据所需的成品尺寸机械加工所述管(1)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于在管的纵向方向上在外圆周和/或内圆周上产生从增厚管端(3)到无增厚管体(2)的无肩和无缺口的过渡。
11.根据权利要求1至10中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述管端(3)处产生的强度比所述管体(2)的强度低至少5％，优选地低至少10％。
12.根据权利要求1至11中任意一项所述的方法，其特征在于，所述管端在1000至1450℃之间的温度下被镦粗。
13.根据权利要求1至12中任意一项所述的方法，其特征在于，使用最小屈服点为415MPa的高强度钢。
14.根据权利要求1至13中任意一项所述的方法，其特征在于，使用带有以下重量％的化学组成的可变形钢作为管生产的材料：
C：最大0.18
Si：最大0.45
Mn：最大1.85
P：最大0.02
S：最大0.015
N：最大0.012
Cr：最大0.30
Cu：最大0.50
Ti：最大0.04
As：最大0.030
Sn：最大0.020
Nb+V+Ti：最大0.15％
Mo：最大0.50％
Ni：最大0.50％
Pcm：当C含量小于或等于0.12％时，最大0.22％
其中，
Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B
以及
CE:当C含量大于0.12％时，最大0.47
以及
CE:当C含量多达0.12％时，最大0.22
其中，
CE＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
其余为包括不可避免的钢伴生元素的铁。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，使用带有以下重量％的化学组成的可变形钢作为管生产的材料：
C：
Si：
Mn:
P：最大0.015
S:最大0.003
N：最大0.007
Cr：最大0.10
Al：
Mo:
Ni:
Cu:
Nb:
V:
其中，
Pcm：最大0.21
其余为包括不可避免的钢伴生元素的铁。
16.根据权利要求14至15中任意一项所述的方法，其特征在于，根据所采用的材料的所要求的最低屈服点，观察到以下Pcm和CE的值：
415-485Mpa：Pcm最大0.21和CE最大0.38
485-555Mpa：Pcm最大0.22和CE最大0.47
625-690MPa：Pcm最大0.25和CE最大0.53。
17.一种由最小屈服点为415MPa的可变形钢制成的无缝管，所述无缝管通过热轧制成，然后对所述管端(3)进行热镦粗以产生增厚壁部，并且之后进行整个管(1)的均匀的淬火和回火处理，随后对所述增厚管端(3)进行机械加工，以使得所述管获得所需求的成品尺寸以及具有到中间管体(2)的无肩过渡，所述管包括所述增厚管端(3)处与所述中间管体(2)相比的较低的屈服点和强度。
18.根据权利要求17所述的无缝管，其特征在于，在所述增厚管端(3)处的屈服点和强度比所述管体(2)的相应值低至少5％，优选地低至少10％。
19.根据权利要求17或18所述的无缝管，其特征在于，所述管(1)由具有以下重量％的化学组成的可变形钢构成：
C：最大0.18
Si：最大0.45
Mn：最大1.85
P：最大0.02
S：最大0.015
N：最大0.012
Cr：最大0.30
Cu：最大0.50
Ti：最大0.04
As：最大0.030
Sn：最大0.020
Nb+V+Ti：最大0.15％
Mo：最大0.50％
Ni：最大0.50％
Pcm：当C含量小于或等于0.12％时，最大0.22％
其中，
Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B
以及
CE:当C含量大于0.12％时，最大0.47
以及
CE:当C含量多达0.12％时，最大0.22
其中，
CE＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
其余为包括不可避免的钢伴生元素的铁。
20.根据权利要求17或18所述的无缝管，其特征在于，所述管(1)由具有以下重量％的化学组成的可变形钢构成：
C：
Si：
Mn:
P：最大0.015
S:最大0.003
N：最大0.007
Cr：最大0.10
Al：
Mo:
Ni:
Cu:
Nb:
V:
B：最大0.0005
其中，
Pcm：最大0.21
其余为包括不可避免的钢伴生元素的铁。
21.根据在权利要求1至16中的一个或多个所限定方法生产的管的应用，其中，所述管(1)的多个所述管端(3)被焊接在一起。
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