CN117568704A - 一种厚规格高韧性无缝管线管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厚规格高韧性无缝管线管，其含有Fe和不可避免的杂质，其还含有质量百分比如下的下述化学元素：C：0.06～0.12％；Mn：1.50～1.80％；Si：0.10～0.40％；Mo：0.15～0.30％；V：0.04～0.07％；Nb：0.02～0.045％；Ti：0～0.03％；Al：0.02～0.04％；N：0.003～0.008％；其中，0.17≤TDL≤0.22；TDL＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10，式中各化学元素代入其质量百分含量百分号前的数值；并且，该无缝管线管不含有Cu、Ni和Cr。相应地，本发明还公开了上述无缝管线管的制造方法，其包括步骤：(1)制得管坯；(2)将管坯制成钢管；(3)淬火；(4)回火。

Description

一种厚规格高韧性无缝管线管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种管线管及其制造方法，尤其涉及一种无缝管线管及其制造方法。

背景技术

近年来，在工程领域中，无缝管线管的应用变得越来越广泛，其常用于输送油气管道，特别是输送压力较高的油气管道。而为了满足这种严苛的使用要求，当前需要开发出一种厚规格、高强度、高韧性以及耐低温的无缝管线管。

在当前现有技术中，无缝管线管一般采用调质热处理的方式进行生产。其中，调质热处理的工艺具体包括淬火和回火，其是决定管线管最终力学性能(例如：屈服强度)的决定性工艺环节。

目前，在现有的淬火过程中一般是利用水冷的方式进行冷却，其所存在的问题是：受制于钢管外淋内喷方式下冷却能力的限制，实际生产厚规格组织和性能波动较大，沿壁厚方向的组织和性能均匀性差，因而均匀稳定实现高强度高韧性较为困难，从而会影响最终所制备的无缝管线管的服役安全。因此，针对这一技术问题，亟需从材料和全流程完整的工艺技术上进行解决。

此外，还需要注意的是，在实际应用管线管时，管线管均需要采用焊接的方式进行连接安装，因此在设计管线管时，高可焊性是前提需求。而可焊性的指标一般可以通过碳当量Pcm来进行评价或控制，因此在对无缝管线管的化学元素成分进行设计时，还需要采用低碳当量Pcm的设计。

当前，已有部分研究人员对于管线管进行了大量的研究，并取得了一定的研究成果：

公开号为CN101343715A，公开日为2009年1月14日，名称为“一种高强高韧X70厚壁无缝管线钢及其制造方法”的中国专利文献公开了一种高强高韧X70厚壁无缝管线钢，其化学组成为：C：0.09～0.10％、Si：0.23～0.24％、Mn：1.26～1.27％、P：≤0.012％、S：≤0.010％、Mo：0.20％、Al：0.005～0.045％、Nb：0.03％、V：0.04～0.05％、Cu：0.15～0.16％、Ni：0.16％、Ti：0.020％、Cr：0.03％、CE≤0.43、Pcm≤0.22，适合壁厚36mm以下厚壁管的生产，组织为贝氏体组织，-46℃横向冲击功≥150J。

公开号为CN105886912A，公开日为2016年8月24日，名称为“一种低压缩比厚规格X70级输气管线钢及生产方法”的中国专利文献公开了一种低压缩比厚规格X70级输气管线钢，其化学组成为：C：0.03～0.075％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.30～1.90％、P≤0.015％、S≤0.002％、N：≤0.006％、Nb：0.035～0.065％、V：0.025～0.05％、Ti：0.015～0.025％、Cr：0.10～0.40％、Ni：0.10～0.20％、Mo：0.10～0.25％，适合于生产30mm及以上的X70管线钢。

公开号为CN106319390A，公开日为2017年1月11日，名称为“一种X70抗大变形管线钢及制造方法”的中国专利文献公开了一种X70抗大变形管线钢，其化学组成为：C：0.04～0.09％、Si：0.15～0.55％、Mn：1.45～1.75％、Nb：0.04～0.10％、V：0.02～0.08％、Ti：0.01～0.03％、Cu：0～0.20％、Ni：0.15～0.55％、Mo：0～0.15％、Cr：0.15～0.45％、Al：0.025～0.045％、N：0.0002～0.011％、P：≤0.015％、S≤0.005％，适合于生产厚度26.4mm及以上钢板。

研究发现，上述三种专利文献都添加了Cu、Ni、Cr中的至少两种元素，虽然这些元素对提高管线钢的淬透性和强度有利，但表面容易形成结合力高的氧化膜，并影响厚壁管的冷却均匀性，对组织和性能均匀性有影响。此外，上述这三种专利文献也没给出或未解决厚壁管组织性能不均匀的方案。

基于此，为了解决当前现有技术所存在的缺陷与不足，本发明在不添加Cu、Ni、Cr的基础上，提出了一种全新的技术方案，以实现厚规格高韧性485MPa级别无缝管线管的生产制造。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种厚规格高韧性无缝管线管，该厚规格高韧性无缝管线管在不添加Cu、Ni、Cr元素的基础上，通过合理的化学元素成分设计并配合优化的制造工艺，可以获得十分优异性能。

该厚规格高韧性无缝管线管在20～40mm厚规格壁厚范围内的纵向屈服强度可以达到485～635MPa、抗拉强度能够达到570～760MPa，横向-40℃低温冲击韧性Akv均值≥200J，其韧性较高且横截面硬度均匀，其壁厚方向的硬度极差≤15HV10，因此具有十分良好的推广前景和应用价值。

为了实现上述目的，本发明提供了一种厚规格高韧性无缝管线管，其含有Fe和不可避免的杂质，其还含有质量百分比如下的下述化学元素：

C：0.06～0.12％；Mn：1.50～1.80％；Si：0.10～0.40％；Mo：0.15～0.30％；V：0.04～0.07％；Nb：0.02～0.045％；Ti：0～0.03％；Al：0.02～0.04％；N：0.003～0.008％；

其中，还满足：0.17≤TDL≤0.22；TDL＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10，式中各化学元素代入其质量百分含量百分号前的数值；

所述厚规格高韧性无缝管线管不含有Cu、Ni和Cr。

进一步地，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，其各化学元素质量百分比为：

C：0.06～0.12％；Mn：1.50～1.80％；Si：0.10～0.40％；Mo：0.15～0.30％；V：0.04～0.07％；Nb：0.02～0.045％；Ti：0～0.03％；Al：0.02～0.04％；N：0.003～0.008％；余量为Fe和不可避免的杂质。

在本发明所设计的这种厚规格高韧性无缝管线管中，无缝管线管采用了低C、中高Mn的成分设计，并向钢中添加了适当的Mo元素，同时复合添加V、Nb、Ti元素，并有意控制钢中N元素和TDL(碳当量)的上下限，以确保所制备的无缝管线管的厚规格强度和横截面硬度极差范围，从而获得所需性能，并保证焊接性。

在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，各化学元素的设计原理如下所述：

C：在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，C元素是最主要的固溶强化元素，其可以显著提高钢的强度，C元素可以与Nb、V微合金元素结合形成碳化物，并在调质热处理钢中起析出强化作用。但需要注意的是，钢中C元素也不宜过高，当钢中C元素含量过高时，会增加钢中M-A组元(马氏体-残余奥氏体组元)的数量，从而显著降低钢的韧性尤其是低温韧性，而且对钢的焊接性能也不利。基于此，为发挥C元素的有益效果，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，将C元素的质量百分含量控制在0.06～0.12％之间。

Mn：在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，Mn元素具有提高淬透性、固溶强化和细化晶粒的作用。Mn是补偿C降低而引起强度损失的最主要、最经济的强化元素，Mn元素在提高钢材强度的同时，还可以提高钢材的韧性，并降低韧脆转变温度。因此，为保证得到的管线管具有足够的淬透性和强度，钢中Mn元素的含量应该控制在1.5％以上。

然而，钢中Mn元素含量也不宜过高，其Mn元素含量应控制在1.8％以下，当钢中Mn元素含量增加过多时，不仅会导致管坯中心偏析使韧性恶化，还会促进M-A组元数量增多。由此，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，将Mn元素的质量百分比控制在1.50～1.80％之间。

Si：在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，Si是重要的脱氧元素，为保证Si元素能够发挥足够的脱氧效果，钢中Si元素含量应控制在0.10％以上。但是，若钢中Si元素含量过高，则会对钢材的韧性产生不利影响，且容易生成不易剥落的氧化膜，降低传热速率，不利于厚壁管的淬火冷却速率的提高，故而应将Si元素控制在0.40％以下。基于此，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，将Si元素的质量百分比控制在0.10～0.40％之间。

Mo：在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，Mo是重要的固溶强化元素，钢中加入适量的Mo元素可以有效降低C的扩散系数，抑制先共析铁素体的析出和长大，推迟珠光体组织转变，以使得在较低的冷速下同样也可以扩大贝氏体转变区间，获得贝氏体组织，并使相变向低温方向转变促进组织进一步细化。但需要注意的是，钢中Mo元素含量同样不宜过高，当钢中Mo元素含量过高时，会增加M-A岛的含量，从而会对基体和焊接热影响区的韧性，尤其是低温韧性，产生不利影响。基于此，为了发挥Mo元素的有益效果，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，将Mo元素的质量百分比控制在0.15～0.30％之间。

V：在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，V是最佳的沉淀强化元素，且其对于管线管而言，可以起到焊接热影响区抗受热软化的作用。但是钢中V元素含量不宜过高，这是因为V元素可以与C结合形成碳化物VC，VC含量过高会显著降低钢的韧性，尤其是钢的低温韧性。因此，为了发挥V元素的有益效果，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，将V元素的质量百分比控制在0.04～0.07％之间。

Nb：在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，钢中还添加有适量的Nb元素，其可以有效改善材料的性能。在淬火过程中，钢中未溶解的Nb(C，N)粒子可以有效阻止奥氏体晶粒长大粗化，其对组织细化有利，且对提高低温韧性有利，同时可避免因奥氏体晶粒粗大使淬透性增强而导致在冷却过程中形成数量较多的板条贝氏体组织。

研究发现，钢中Nb元素含量不宜过高，当钢中Nb元素含量高于0.045％时，上述效果饱和且成本提高。而当钢中Nb元素含量低于0.02％时，则淬火加热过程中无法有效阻止奥氏体晶粒长大粗化，而晶粒粗化不仅会降低钢的韧性，还会导致随后冷却后粗大的过冷奥氏体晶粒容易形成比例过高的板条贝氏体组织，从而使粒状贝氏体组织比例过低。基于此，综合考虑生产成本以及Nb元素的作用效果，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，将Nb元素的质量百分比控制在0.02～0.045％之间。

Ti：在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，钢中添加适量的Ti元素也能够改善材料的性能。Ti元素在钢中可以配合形成Ti(C，N)粒子，钢中未溶解的Ti(C，N)粒子能够在管坯加热、焊接热循环过程中起到阻碍晶粒长大的作用。但需要注意的是，钢中Ti元素含量也不宜过高，以免形成尺寸粗大的TiN粒子，并降低管线管的低温冲击韧性。因此，为发挥Ti元素的有益效果，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，将Ti元素的质量百分比控制在0～0.03％之间。

Al：在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，Al可以作为脱氧元素加入，并起到脱氧的效果。Al元素在钢中可以固N，其与N元素配合形成的AlN对抑制奥氏体晶粒粗化有利，并对韧性有利。过量的Al容易形成数量多或尺寸大的Al₂O₃的夹杂，其会对钢材的性能产生不利影响。由此，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，将Al元素的质量百分比控制在0.02～0.04％之间。

N：在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，N元素与钢中的Al元素和V元素可以形成AlN、VN，其对于改善材料的强度十分有利，钢中添加适量的N有利于提高厚壁管线管的强度。但需要注意的是，钢中N元素含量也不宜过高，当钢中N元素含量过高时，会对钢材的韧性产生不利影响。因此，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，将N元素的质量百分比控制在0.003～0.008％之间。

相应地，本发明在控制单一化学元素质量百分含量的同时，还进一步地限定了TDL(碳当量)在0.17～0.22％之间。这是因为：合金元素的综合作用，体现了固溶强化、析出强化和相变强化的程度。当TDL过低时，则相关强化程度不足，无法实现厚壁管的强度和壁厚方向硬度等性能的均匀性；而当TDL过高时，则会影响管线管的可焊性能。

综上所述，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，发明人通过C、Mn元素控制来减少脆性组织的形成和改善偏析来保证低温韧性，通过添加Mo来保证厚规格实现厚度方向的组织和性能均匀性以实现高强度和高韧性，通过复合添加Nb-Ti-Al形成碳氮化物来细化晶粒保证韧性，通过添加V、Al和控制N形成VC、VN、AlN等析出强化来保证厚规格的高强度，通过控制TDL这一参数来保证厚规格的高强度和可焊性。

此外，需要注意的是，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，并不需要添加Cu、Ni和Cr，即使钢中有极其微量的Cu、Ni和Cr也是冶炼过程中带入的不可避免的杂质，并非有意添加的。

进一步地，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，其微观组织的主体为回火贝氏体，微观组织中的多边形铁素体的体积百分数≤5％。

在上述技术方案中，本发明厚规格高韧性无缝管线管的微观组织主体为均匀的回火贝氏体组织，且微观组织中多边形铁素体的体积百分数比例需≤5％，否则强度不能满足屈服强度≥485MPa的要求。

进一步地，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，其带状组织的等级≤3级，否则会恶化无缝管线管的低温韧性。

进一步地，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，其平均晶粒尺寸≤20μm，且各晶粒尺寸方差σ≤5μm，否则会因为混晶恶化低温韧性。

进一步地，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，其壁厚方向的硬度极差≤15HV10，否则会导致受载过程中塑变不均，恶化低温韧性。

进一步地，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，其壁厚为20～40mm。

进一步地，在本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管中，其性能满足：纵向拉伸屈服强度为485～635MPa、抗拉强度为570～760MPa，横向-40℃低温冲击韧性Akv均值≥200J。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种厚规格高韧性无缝管线管的制造方法，采用该制造方法制得的厚规格高韧性无缝管线管同时具备厚规格、易焊接、高低温韧性的优点，其性能优异，能够有效适用于天然气管道运输，并具有十分良好的推广前景和应用价值。

为了实现上述目的，本发明提出了上述的厚规格高韧性无缝管线管的制造方法，其包括步骤：

(1)制得管坯；

(2)将管坯制成钢管：控制管坯加热温度为1150～1280℃，控制管坯制成钢管的压缩变形量≥70％；

(3)淬火：将钢管加热到880～920℃，保温0.3～2h，然后水淬冷却；

(4)回火。

在本发明中，发明人通过控制C、Mn减少脆性因素保证管线管的低温韧性，通过复合添加Nb-Ti-Al元素以细化晶粒保证韧性、添加Mo元素以保证淬透性和强度以及厚度方向硬度窄幅波动、控制V、N改善析出强化保证强度和厚度方向硬度窄幅波动的成分设计，控制加热温度、控制压缩变形量(根据变形前、后的横截面面积计算)的下限，使得钢管获得细小且均匀的晶粒改善了后续相变的均匀性和硬度均匀性。相应地，发明人还对淬火、回火工艺进行了控制，以使得管线管在壁厚方向能够获得均匀一致的回火贝氏体组织，最终保证了采用本发明制造方法所制得的无缝管线管能够获得良好的强韧性匹配。

需要说明的是，在本发明上述制造工艺中，在步骤(2)中，具体控制管坯加热温度为1150～1280℃，这是因为：当管坯加热温度过高时，高于1280℃时，会导致轧制前初始的晶粒粗化，并会对后续轧制变形和热处理细化晶粒造成困难，考虑组织遗传性的不利影响，加热温度不宜过高；而当管坯加热温度过低时，低于1150℃时，则管坯不容易加热透，会导致壁厚不均，从而影响厚壁管的组织和性能均匀性，且轧制负荷增加，对设备不利。

此外，在上述步骤(2)中，还需要控制压缩变形量≥70％，这是因为：当压缩变形量不足时，低于70％时，则晶粒细化效果不足，且变形不能深入到壁厚中心，会导致晶粒细化沿壁厚方向不均匀，并容易出现较严重的混晶，导致后续沿壁厚方向的相变不均匀和硬度不均匀，最终影响钢材的强度和韧性。

另外，在本发明上述制造工艺的步骤(3)之中，还对淬火加热温度进行了控制，其具体将淬火加热温度控制在880-920℃之间。这是因为：当淬火加热温度过高时，一方面会导致晶粒粗化且塑韧性降低，另一方面会导致冷速的影响放大，从而造成沿壁厚方向组织和性能不均匀，进一步对钢材的低温韧性不利；而当淬火加热温度过低时，一方面合金元素无法有效充分地固溶进基体，对材料的淬透性不利，不利于全壁厚从外到里实现均匀的贝氏体组织，可能出现少量且不均匀分布的铁素体组织，从而导致钢管组织的不均匀，对厚规格满足强度要求不利，另一方面晶粒过于细小，更容易得到多边形铁素体组织而不是贝氏体组织。因此，在本发明中，将淬火加热温度控制在880-920℃之间。

相应地，在上述步骤(4)中，还进一步地将淬火加热保温时间控制在0.3-2h之间。这是因为：当淬火加热保温时间过短时，会导致合金元素无法有效固溶进基体，影响基体的强韧性和焊接接头的强韧性，另外导致晶粒不均匀，进一步导致后续相变的组织和性能不均匀；而当淬火加热保温时间过长时，则会引起晶粒粗化，其一方面会导致晶粒粗化且塑韧性降低，另一方面会导致冷速的影响放大，从而造成沿壁厚方向组织和性能不均匀，进一步对低温韧性不利。因此，淬火保温时间应控制在0.3-2h之间。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，水淬冷却到200℃以下。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(4)中，控制回火温度为500～700℃。

在本发明的上述技术方案中，在步骤(4)的回火步骤中，可以进一步优选地将回火温度控制在500～700℃之间。其中，当回火温度过低时，会导致强度过高，钢材的韧性降低；而当回火温度过高时，则虽然会改善钢材的韧性改善，但同时也会导致钢材的强度过低。

相较于现有技术，本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管及其制造方法具有如下所述的优点以及有益效果：

与现有无缝管相比较，本发明技术方案核心设计之处在于通过控制C、Mn减少脆性因素保证管线管的低温韧性，通过复合添加Nb-Ti-Al元素以细化晶粒保证韧性、通过添加Mo元素以保证淬透性和强度以及厚度方向硬度窄幅波动、通过控制V、N改善析出强化保证强度和厚度方向硬度窄幅波动的成分设计。相应地，发明人还对制造工艺进行了优化设计，其通过控制加热温度、控制压缩变形量(根据变形前、后的横截面面积计算)的下限，使得钢管获得细小且均匀的晶粒改善了后续相变的均匀性和硬度均匀性。此外，发明人还对淬火、回火工艺进行了控制，以使得管线管在壁厚方向能够获得均匀一致的回火贝氏体组织，最终有效保证了采用本发明制造方法所制得的无缝管线管能够获得良好的强韧性匹配。

采用本发明这种技术方案所制备的厚规格高韧性无缝管线管在不添加Cu、Ni、Cr元素的基础上，通过合理的化学元素成分设计并配合优化的制造工艺，可以获得优异的性能。该厚规格高韧性无缝管线管在20～40mm厚规格壁厚范围内的纵向屈服强度可以达到485～635MPa、抗拉强度能够达到570～760MPa，横向-40℃低温冲击韧性Akv均值≥200J，其韧性较高且横截面硬度均匀，其壁厚方向的硬度极差≤15HV10。

本发明所设计的这种厚规格高韧性无缝管线管及其制造方法可以有效应用于天然气管道运输，其具有良好的推广前景和应用价值。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的厚规格高韧性无缝管线管及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-6和对比例1-10

实施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管和对比例1-10的无缝管线管均采用以下步骤制得：

(1)按照表1所示的化学成分配比进行冶炼并连铸成圆管坯。

(2)将管坯加热保温，经穿孔、连轧、张力减径或定径制成钢管：控制管坯加热温度为1150～1280℃，控制保温时间为1～5h，并控制管坯制成钢管的压缩变形量≥70％。

(3)淬火：将钢管加热到880～920℃，保温0.3～2h，然后水淬冷却，以水淬冷却到200℃以下。

(4)回火：控制回火温度为500～700℃。

需要说明的是，本发明所述的实施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管均采用以上步骤制得，且其化学成分及相关工艺参数均满足本发明设计规范控制要求。而对比例1-10的无缝管线管同样上述工艺流程制得，但对比例1-10的无缝管线管的化学成分和/或相关工艺参数存在不满足本发明设计要求的参数。

表1列出了实施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管和对比例1-10的无缝管线管中各化学元素质量百分比。

表1.(余量为Fe和其他不可避免的杂质)

注：在表1之中，TDL＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10，式中各化学元素代入其质量百分含量百分号前的数值。

表2列出了实施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管和对比例1-10的无缝管线管的具体工艺参数。

表2.

将最终制得的实施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管和对比例1-10的无缝管线管分别取样，并对各实施例和对比例的无缝管线管样本的微观组织进行观察和分析，由此可以获得实施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管和对比例1-10的无缝管线管的微观组织观察结果。

表3列出了实施例1-6和对比例1-10的无缝管线管的观察分析结果。

表3.

从上述表3之中可以看出，在本发明中，采用本发明所设计的这种技术方案所制备的实施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管的微观组织主体均为回火贝氏体，且微观组织中的多边形铁素体的体积百分数在2-4％之间。

此外，实施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管的带状组织的等级在均≤3级，且具体为1级或2级；实施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管的平均晶粒尺寸在13-16微米之间，其各晶粒尺寸方差σ在3-4微米之间。

相应地，完成上述针对微观组织的观察和分析后，针对成品施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管和对比例1-10的无缝管线管再次进行取样，并基于取样所获得的各实施例和对比例的无缝管线管样品进行各项性能测试，并将所得的相关测试结果列于表4之中。

相关性能测试手段，如下所述：

拉伸试验：按照ASTM A370标准或ASTM E8/E8M，由此测得各实施例和对比例的无缝管线管在室温下的屈服强度和抗拉强度。

冲击试验：按照ASTM A370标准或ASTM E23，由此测得各实施例和对比例的无缝管线管的横向-40℃低温冲击韧性Akv均值。

硬度测试：按照ASTM A370标准或ASTM E 92，由此测得各实施例和对比例的无缝管线管的壁厚方向的硬度极差(最大硬度值-最小硬度值)。

表4列出了实施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管和对比例1-10的无缝管线管的各项性能测试结果。

表4.

由表3可以看出，相较于对比例1-10的无缝管线管，本发明所述的实施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管的性能更优，其室温屈服强度Rt0.5均在515～590MPa范围之间，室温抗拉强度Rm均在610～672MPa范围之间，其横向-40℃低温冲击韧性Akv均值在250-312J之间，其壁厚方向的硬度极差在8-12HV10之间。

结合表1、表2、表3和表4可以看出，相较于实施例1-6，对比例1-10中控制安排有未能满足发明设计要求的化学成分或相关工艺参数。对比例1-10的无缝管线管综合性能也明显劣于实施例1-6的厚规格高韧性无缝管线管。

在对比例1中，由于对比例1钢中的Mn含量过高，导致其制得的无缝管线管的偏析等级较高，其带状组织的等级为4级，横向-40℃低温冲击韧性Akv均值较之实施例1的管线管更差，仅为160J。

在对比例2中，由于对比例2钢中的TDL(碳当量)超出本发明的设计范围，因此其最终获得的无缝管线管的横向-40℃低温冲击韧性Akv均值较之实施例4的管线管更差，仅为155J。

在对比例3中，由于对比例3钢中的TDL(碳当量)低于本发明的设计范围，并且其V、N元素的含量也低于本发明的设计要求，因而其最终获得无缝管线管的强度较之实施例1的管线管更低。同时，其横向-40℃低温冲击韧性Akv均值较之本发明所设计实施例1-6的管线管更差，仅为187J。

在对比例4中，由于对比例4钢中的TDL(碳当量)低于本发明的设计范围，并且其N元素的含量也低于本发明的设计要求，因而其最终获得无缝管线管的强度较之实施例1的管线管更低。同时，其横向-40℃低温冲击韧性Akv均值较之本发明所设计实施例1-6的管线管更差，仅为180J。

在对比例5中，由于对比例5钢中Mo元素的含量过低，因而其最终所制备的无缝管线管相较于实施例的管材，其壁厚方向的硬度极差更大，硬度更加不均匀，且横向-40℃低温冲击韧性Akv均值更差，仅为165J。

在对比例6中，对比例6钢中的Mn元素的含量过高，因而其最终所制备的无缝管线管相较于实施例的管材，其壁厚方向的硬度极差更大，硬度更加不均匀，且横向-40℃低温冲击韧性Akv均值更差，仅为167J。

在对比例7中，由于对比例7钢中并未添加Al、N、Nb、Ti元素，因此其最终所制备的无缝管线管的晶粒不均，且较之实施例5的管材，其强度存在不足，且横向-40℃低温冲击韧性Akv均值更差，仅为172J。

在对比例8中，其虽然化学成分设计满足本发明要求，但在制造过程中，其压缩变形量不满足要求，因此最终所获得的无缝管线管在壁厚方向的硬度极差并不满足本发明要求，且其横向-40℃低温冲击韧性Akv均值较之实施例5的管线管更差，仅为184J。

同样的，在对比例9和对比例10中，对比例9和对比例10的化学成分设计虽然都满足本发明要求，但在制造过程中，对比例9的淬火加热温度高于本发明的设计要求，对比例10的淬火加热温度低于本发明的设计要求。因而对比例9和对比例10最终所获得的无缝管线管在壁厚方向的硬度极差并不满足本发明要求，且其横向-40℃低温冲击韧性Akv均值较之实施例5更差。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种厚规格高韧性无缝管线管，其含有Fe和不可避免的杂质，其特征在于，其还含有质量百分比如下的下述化学元素：

C：0.06～0.12％；Mn：1.50～1.80％；Si：0.10～0.40％；Mo：0.15～0.30％；V：0.04～0.07％；Nb：0.02～0.045％；Ti：0～0.03％；Al：0.02～0.04％；N：0.003～0.008％；

其中，还满足：0.17≤TDL≤0.22；TDL＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10，式中各化学元素代入其质量百分含量百分号前的数值；

所述厚规格高韧性无缝管线管不含有Cu、Ni和Cr。

2.如权利要求1所述的厚规格高韧性无缝管线管，其特征在于，其各化学元素质量百分比为：

C：0.06～0.12％；Mn：1.50～1.80％；Si：0.10～0.40％；Mo：0.15～0.30％；V：0.04～0.07％；Nb：0.02～0.045％；Ti：0～0.03％；Al：0.02～0.04％；N：0.003～0.008％；余量为Fe和不可避免的杂质。

3.如权利要求1或2所述的厚规格高韧性无缝管线管，其特征在于，其微观组织的主体为回火贝氏体，微观组织中的多边形铁素体的体积百分数≤5％。

4.如权利要求1或2所述的厚规格高韧性无缝管线管，其特征在于，其带状组织的等级≤3级。

5.如权利要求1或2所述的厚规格高韧性无缝管线管，其特征在于，其平均晶粒尺寸≤20μm，且各晶粒尺寸方差σ≤5μm。

6.如权利要求1或2所述的厚规格高韧性无缝管线管，其特征在于，其壁厚方向的硬度极差≤15HV10。

7.如权利要求1或2所述的厚规格高韧性无缝管线管，其特征在于，其壁厚为20～40mm。

8.如权利要求1或2所述的厚规格高韧性无缝管线管，其特征在于，其性能满足：纵向拉伸屈服强度为485～635MPa、抗拉强度为570～760MPa，横向-40℃低温冲击韧性Akv均值≥200J。

9.一种如权利要求1-8中任意一项所述的厚规格高韧性无缝管线管的制造方法，其特征在于，包括步骤：

(1)制得管坯；

(2)将管坯制成钢管：控制管坯加热温度为1150～1280℃，控制管坯制成钢管的压缩变形量≥70％；

(3)淬火：将钢管加热到880～920℃，保温0.3～2h，然后水淬冷却；

(4)回火。

10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，水淬冷却到200℃以下。

11.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，控制回火温度为500～700℃。