TW200835570A - Electric resistance welded steel pipe for line pipe excelling in weld part toughness - Google Patents

Description

200835570 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於熔接部韌性優異的管線縫焊鋼管，咩+ 之，係關於著眼於支配著熔接部韌性的微小缺陷（微 =物/夾雜物）’藉由規範熔接部中的上述微小缺陷:面= 分率，而提升上述熔接部韌性的熔接部韌性 = 焊鋼管。 "、&、、求縫 〇 【先前技術】 鋼材的韌性（特別係衝擊吸收能量），隨鋼中非金 物的增加而減少的現象，自過去起便多有被探討，例如二 在非專利文獻1中便有所記載。此外，相關碳化物 的情況’在非專利文獻2中便有描述工具鋼中的初生碳化 物影響。此種非金屬夾雜物與衝擊吸收能量的關係，係將 非金屬夾雜物視為鋼中的空孔缺陷並一般化，且就鋼中的 缺陷尺寸與衝擊特性間之關係進行探討，而得知隨央雜物 (j尺寸的增加，衝擊特性將降低。 另一方面，相關電阻熔焊部，有報告指出通稱侵入物 (penetrator)的氧化物，具體上係在電阻熔焊接合面上所 存在的微小夾雜物（長徑Q.2〜G 5mm之橢圓形）（非專利文 獻3)。因此種侵入物的存在’一般將導致電阻溶焊部的 衝擊特性惡化。所以，在提升電輯焊部衝擊特性之目的 下，便朝減少侵人物的技術開發進展，例如採行依靠經驗 的熱輸入控制等。 但是’上述習知報告僅在於減少侵人物而已，潛在有未 312XP/發明說明書(補件)/96-08/96117788 5 200835570 必能提升衝擊特性的問題。 非專利文獻1:曰本學術振興會製鋼第19委員會編、「鋼 鐵與合金元素（下）」：p.165〜274(特別係p l91〜208)、昭 和41年3月25日、第i版誠文堂新光社（股）出版 非專利文獻2:日本鋼鐵協會•日本金屬學會編、「鋼的

強早刀性」：ρ· 20 7、1971 年、CLIMAX MOLYBDENUM DEVELOPMENT COMPANY(JAPAN)LDT.出版 非專利文獻3:日本鋼鐵協會編、「超音波探傷系列η 溶接鋼管的超音波探傷」m觸年、日本鋼鐵 協會出版 【發明内容】 本發明係有鑑於上述狀況，目的在於提供將熔接部形成 電阻熔焊部不致遭脆性破壞程度之高韌性的管線縫焊鋼 管0 為達成上述目的之本發明係如下.

1. 一種熔接部韌性優異之管線縫焊鋼管，係電阻熔焊部 投影面内，最大長度未滿50/zm的微小缺陷面積分率^ 0.035以下、且0.000006以上，且對電阻熔烊部賦予由 IS0/DIS 148- 1(JIS Z 2202)所規定金屬材料衝擊試驗片 (V切口夏比（Charpy)試驗片）的v切口，並依照 IS0148(JIS Z 2242)所規定的金屬材料衝擊試驗方法，^ 測得-40°C下的吸收能量係1 〇〇 j以上。 斤 2.如前項1所記載之熔接部韌性優異之管線縫炉 管，係具有依質量％計，含有c:o.〇1〜0.15^ 312XP/發明說明書(補件)/96-08/96117788 6 200835570

Si :0.005〜0.9%、Μη: 〇 2〜？ η〇/ η η %、ρ:0.01%以下、S:〇.〇U 乂下、Α1:0·1/以下，而其餘者 、， ^餘只貝由Fe構成的組成。 3 ·如前項2所記截之、冷4立μ 1 „ ^ ^ 烙接口ρ初性優異之管線縫焊鋼 官，係除上述組成之外，更含 UHT Μ· π ,0/ 更 3 有依貝 计，從 Cu: 0.5% 以下、Νΐ:〇·_下之中選擇1種或2種。 4·如前項2或3所記载之校拉t, ^ ^ ν ^ '戰之烙接部初性優異之管線縫焊鋼 e，係除上述組成之外，更合古 ,unr Μ Λ ,0/ 更 s 有依貝 計，從 Cr:3.0% 以下、IG:以下之中選擇i種或2種。 5·如前項2〜4項+任—項所記載之熔 管線縫焊鋼管，係除上述组成之外，更含有依」 種或2種以上。 下Τι.〇·ι%以下之中選擇i 6·如刖g 2〜5項中任—項所記載之料 管線縫焊鋼管，係除上述組成 注垃異之

Ca:o.嶋以下。 成之外’更含有依質㈣十，

L 7·如前項1〜6項中任一項所記 管線縫焊鋼管，其中，上述拆,拖^ ^接心刃性優異之 r 迷姣小缺陷係由在電阻烷俨栌& 存於熔接面上的氧化物、氮化物 干寸戈 以上構成。 见化物鄉中之丨種或2種 (發明效果） 本發明，错由規定熔接部的微小缺 可獲得賴部㈣優異之管線縫烊鋼f。 以丰’便 【實施方式】 發明者等就從強度達API規格χ6〇級以上的管線縫焊鋼 312ΧΡ/發明說明書(補件)/96-08/96117788 η 200835570 管的脆性破壞抑制觀點，針對必要的溶接部動性、與滿足 其的炫接部微小缺陷之分佈形態、成分系等進行探討。結 果’發現必要的炫接部勤性將相應於具有依對炫接部賦予 v切口的夏比衝擊試驗’所測得―紙下的吸收能量達 100J以上之高祕，而該高純係藉由將電阻溶焊部投 影面内的最大長度未滿5GAm的微小缺陷面積分率適當 T，甚至將化學成分（組成）最佳化便可實S。另外，所謂 、電阻熔焊部投影面」係指針對圖丨所示接縫2的 ，從接縫面的垂直方向進行觀察的面。 一 以下，㈣本發㈣電阻料部之微小缺陷面積分率、 及縫焊鋼管的化學成分進行說明。 =明者寻、m鑽研結果’查明在縫焊鋼管料部所殘 =微小缺陷量將關聯於炫接部的㈣。如前述，截至目 !二止’所謂「電阻炼輝部侵入物」均設定為在接合面所

U 中所謂「微小缺陷」，並上此?:_圓形。而本發明 大長度未滿5。"未滿的==缺r而是指最 去笙私 匕物或虱化物、碳化物。發明 切片材料c二t r缺陷、的形態與韌性間之關係，利用接缝 知。、“’間稱「C掃描法」)進行調查實驗而獲 2 ^驗首先係如圖1所示’針對在距縫輝鋼管1之接縫 疋距離（本情況為8_)位置處，施行切 様

接縫部利用點聚焦式超音波探針 知描方向5進行掃描）而進行探傷，並測定信i = U 312XP/發明說明書(補件)/96-08/96117788 200835570 其中，實驗材料的縫焊鋼管熔接條件係包括：通常的電 阻溶纟干條件、以及依盡望;減少微小缺陷量的方式進行溶接 熱輸入與端壓量（upsetquantity)之調整的條件，並僅進 行各種變化。此外，點聚焦式超音波探針係使用20MHz光 束徑440 // m物，並依來自0 125// m平底孔的反射波高度 (echo height)為100%的方式進行感度調整而施行探傷。 該感度設定中的信號強度（反射波高度）與缺陷徑間之關 0係，係如圖2所示。其中，「缺陷徑」係指光束内最大長 度未滿5 0 // m的微小缺陷合計面積所對應的缺陷徑（等效 缺陷徑）。 然後’從經施行上述C掃描的地方採取夏比試驗片，並 施行夏比試驗’且測定-4 0 °C下的吸收能量（簡稱r — 4 〇 吸收能量」）’並求取該吸收能量與上述信號強度間之關 係。結果如圖3所示。 從圖3中得知，依C掃描所獲得的反射波高度與—4(rc 匕吸收能量間具有相關性，若反射波高度為27%以下、40% 以下、51%以下，則-40°C吸收能量將分別為4〇〇J以上、 ,200J以上、20J以上。另一方面，從圖2中得知，反射波 高度27%、40%、51%係分別對應於直徑63//111、73//111、9〇//111 的缺陷存在。若考慮光束徑為440 // m，則各個—40°C吸收 能ϊ的微小缺陷密度將如表1所示。 312XP/發明說明書(補件)/96-08/96117788 9 200835570 (表1)

微小缺陷密度 (每 mm2) 收，” l a ^ ——~~ __0. 04] 將以上的貫驗結果整理如圖4所示。由該結果中得知， -若將微小缺陷密度設定成每1腿2為0.03W以下（即，將 微小缺陷的面積分率設定為〇 〇35以下），便可獲得一4〇 I °C吸收能量iooj以上。 另外，相關微小缺陷面積分率的下限值，就從工業性生 產的潔淨度鋼中所含最小極限氧化物密度的觀點，將設定 為 〇· 000006(每 1_2 為 〇· 〇〇〇〇〇6_2)。 以上，係針對將接縫部施行切片的樣品，經施行C掃描 調查的結果進行說明，同樣的測定亦可直接對鋼管使用經 聚焦於適度面積的光束施行串聯式探傷。光束的聚焦亦可 G使用如同C掃描的相同點聚焦式超音波探針，亦可使用如 _，圖5所示，朝圓周方向排列的陣列探針6。此情況下，光 •束尺寸若過小，便將頗難進行微小缺陷面積分率的評估， 另一方面，若過大，則將容易接收到來自管内外面等處的 雜訊，因而最好設定在0.5〜2. 5mm範圍内。另外，圖5中， 將傳送與接收的振動元件位置施行電子式切換，便可輕易 地對熔接部朝厚度方向進行掃描。 再者，為此將纟谷接部的微小缺陷面積分率設定在〇 〇 3 $ 以下，較有效的方法係一邊控制電阻熔焊時的熱輸入，— 312XP/發明說明書(補件)/96-08/96117788 10 200835570 邊依使剛要施行電阻炫 行於厚度方 干别的大接端面形狀，形成具有平 斜切形狀之2 /的對向部’且二側具有傾斜對向部的

切寬用_成形施行寬度曲加工之前 A 4見度穹曲加工的途中 心月J 或好muV!板見端部利用適當的切削 I取好為韓片成形乾延）等方式施行成形加工。 敘ΐ ^#、Γ對本發明料崎的較佳化學成分（組成）進行 /'4烊鋼管的組成係接受顧 時的綜人极尔# ★儿^ 凡山文水·^号慮鋪設 •、，寺別係重點著眼於降低鋼管的運送 :。以’將以API w Χ60級以上高強度為前提，規定 崎，簡記為「％」。戚中的成刀3有里早位係依質量 .C.U〜。.15%。c係屬於作為碳化物而對析出強化 ，的兀素’若C含有量未滿U2%，便無法確保充分^強 =反之’若超過〇.15%’則波來鐵、變勤鐵、麻田散鐵 4弟二相的組織分率將增加，導致不易確保管線所必要的 C =材動性。所以，設定在〇15%以下。尤以0.07%以下為 /佳。另外，若未滿〇·01%，因為將頗難確保管線的充分強 ，度’因而C含有量最好設定在〇· 〇1 %以上。

Si ··0· 005〜0· 9%。Si係為脫氧而添加，但若未滿 〇· 005%，則脫氧效果將嫌不足，反之，若超過〇· 9%，則 電阻熔焊部的氧化物將增加，導致熔接部特性劣化，因而 Si含有量設定為0.005〜〇.9%。 Μη:0· 2〜2· 0%。Μη係為確保強度、韌性而添加，但若未 滿0· 2% ’則效果將不彰顯，反之，若超過2· 〇%，則第一 3UXP/發明說明書(補件)/96-08/96117788 11 200835570 ::分率將增加，導致不易確保 性，因而Μη含有量設mG2〜2{)%。的素材初 的=1!^下。p係屬於使電⑽焊性劣化之無法避免 因而P含有量的上限將設定為0.01%。 /:·:=下。一般s在鋼中將成為Mns夾雜物，而成 為虱致破放⑽）的起點，因而越少越好。但是 以下將不會構成問題’因而s含有量的上限便設定為

Al:〇.U以下。AH系當作脫氧劑而添加，但若超過 0.1%，鋼的潔淨度將降低’且韌性將劣化，因而A1含有 量便設定為〇· 1%以下。 本毛月中，在為能更進一步改善管線縫焊鋼管的強度、 降伏比&章刃性之目的下，便除上述成分之外，尚可更選 擇性含有：從Cu: 0.5%以下、Ni: 〇.5%以下之中選擇i種或 2種；從Cr:3.〇%以下、M〇:2.0%以下之中選擇！種或2種； G從Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:〇1%以下之中選擇ι 種或2種以上；以及Ca: 〇· 〇〇5%以下。 • Cik 0.5%以下。Cu係屬於韌性改善與強度提升的有效元 素，但是若添加過多，熔接性將劣化，因而當有添加時， 便將0· 5%設定為上限。

Ni :0.5%以下。Ni係屬於韌性改善與強度提升的有效元 素，但疋若添加過多，硬化第二相的精製將趨於不易，將 牽連於素材韌性的降低，因而當有添加時，便將〇. 設 為上限。 312XP/發明說明書(補件)/96-08/96117788 12 200835570

Cr · 3· (U以下。Cr係如同Mn，屬於即使低c但仍可獲得 充分強度的有效元素，但是若添加過多，第二相將容易生 成，導致素材韌性降低，因而當有添加時，便將3〇%設 定為上限。 > Μ〇· 2· (U以下。Mo係如同Mn、Cr，屬於即使低匚但仍可 獲得充分強度的有效元素，但是若添加過多，第二相將容 易生成，導致素材韌性降低，因而當有添加時，便將2· 〇% 設定為上限。

Nb. 0. U以下。Nb係利用氮碳化物的細微析出與組織的 細微粒化，而提升強度與韌性。但是，若超過〇1%，則 已硬化的第二相將容易增加，反將導致素㈣性明顯劣 .化，因而Nb含有量便設定在〇. 1%以下。 V.O. U以下。V亦是如同Nb，對利用氮碳化物的細微析 出而提升強度將有貝獻。但是，若超過〇. ，將如同此， 已硬化的第二相分率將增加，導致素材勃性明顯劣化，因 ◦而V含有量便設定在01%以下。 ：T1:0.1%以下。Ti亦是如同Nb、v，對利用氮碳化物的 細微析出而提升強度將有貢獻。但是’若超過〇 u，則 將如同Nb，已硬化的第二相分率將增加，導致素材韌性 明顯劣化，因而Ti含有量便設定在〇1%以下。

Ca’0’005%以下。Ca係屬於在容易成為氫致破裂起點的 伸長MnS形態控制上，所必要的元素。但是，若添加超過 〇.〇,〇5%，將產生過剩的Ca氧化物、硫化物，而牽連於拿刃 性劣化，因而Ca含有量便設定在〇. 〇〇5%以下。 312XP/發明說明書(補件)/96-08/96117788 13 200835570 除上述料㈣餘騎質由Fe構成。所謂「其 由Fe構成」係指在不致喪失本發明作用效果前提下，、 將含有諸如不可避免的不純物等其他 蓋於本發明範圍内。 凡素此亦涵 (實施例） 使用表2所示板厚、化學成分的供試鋼（鋼種卜， 依照習知的電阻熔焊條件（條件 前便利料Μ延在端㈣電阻溶烊 接部中不易殘存微小缺陷的電形狀，咖 條件施行電阻熔烊，製成外徑 2條件β)等二種 W央吋的Χ65級縫焊鋼管。 312ΧΡ/發明說明書(補件)/96-08/96117788 200835570 c ((N]<) 組成較佳範圍 女 e €: 板厚 (mm) 卜 οά τ—Η CO r-H 05 ui r-H r—H ctJ t—H CO Q· (XI ⑦ LO T—H CO 卜· r-H 卜 oi T—H CO i i r-H 卜 οά τ—Η 化學成分（質量％) (5 1 0.002 CO cz> ◦ 〇· LO ◦ C3> 〇* CO ◦ CZ5 CD CO o CZ> CD CO o CZ5 CD LO 〇 O 〇 CO ◦ 〇> ◦· 1 1 0.005 卜 cz> CD d CO CZ5 ◦ CO CD CD CD OO CD Q CD 1 1 0. 006 1 > 1 1 1 LO CZ3 <Z5 1 1 寸 cz> 〇· 1 0.06 1 1 CD 〇 CD CZ> 卜 r-H <〇 寸 cz> czi CO cz> CD 1 1 1 CD cz> 1 1 1 CO CZ5 d T-H cz> in CD CD 1 1 T—H r-H o 1 1 1 oo 寸 CD LO T—H CZ5 LO CO czi LO oa CD LO CO ◦· 1 T—H 寸 CD 1 1 • ι-Η 1 寸 CD· CO r—H CD oa cz> OO t—H CZ) 1 r-H <=> 1 1 1 己 1 1 LO r-H CD r—H oa CD· 0.28 1 (Nl oa ci> 1 1 1 1 i 0.024 LO r-H CZ) cz> r-H C>3 CD czJ CM CXI cz> cz> oo r—H CD CD LO r-H CD CD 卜 οα CD ◦’ 0. 033 T—H (NI ◦ CD 0.024 00 0.015 CO o o CZ5 LO 〇> Q ◦· 呀 cz> o ◦’ CO ◦ Q CD 03 〇> CD CD CO 〇 CD ◦· 0. 004 CO ◦ CD CD 0.004 Oh 0.006 oo cz> CD CD 卜 CD CZ) ◦· CO CD <=> 寸 cz> ◦ 〇· CD 〇 Q CD LO cz> Q ◦· 0. 005 寸 o CD ◦· C£5 ◦ Q 〇· LO LO r-H t—H LO (Nil co oo ◦ LO 寸 T—H 〇· ◦ r-H r—H CNI T—H (Nl CO LO ⑦ CD LO LO r-H CO LO LO ◦ LO oa CD i < Od 〇· cx> T—^ 〇· CO 03 CD 05 T—H czi 03 ◦· 00 r-H o r-H (Nl ◦· LO LO CD ο ① cz> oo CD C=> l>- Q 〇· C^l o czi CO 〇 CD r-H CD CD CZ5 CD LO o o CO CD C=> CO r—H CD* 鋼種 oa CO 寸 LO CO 卜 OO CD cz> 008卜卜 I I96/so-96/ff}葉)_K?is^/dxz:I e 200835570 :-：試鋼均係經利用熱間軋延施行軋延成既定板厚 在再^進订捲取成熱軋寬幅帶鋼恤⑶⑴。表3所示 n勒性^接部㈣、及溶接部微小缺陷面積分率。 : 母材軔性係從電阻熔焊部接縫朝管周方向距離180 又的位置處施行一4rc吸收能量的測定，❿，炫接部韋刃性 係從電阻溶焊部朝管周方向採取川5號的2_切口夏比

衝名式1¾ 片（v n〇tch Charpy impact test)，施行—4〇°C ，收此里的測定，且二者分別各自採用i〇支鋼管進行測 疋考畺衣&上的偏差，將溶接部的_40°C吸收能量125 J 以上評估充分滿足目標特性（〇），將100J以上且未滿 125J時，則雖還無法稱得上充分，但是評估為尚能滿足 目k特丨生者（△)。熔接部微小缺陷面積分率係依照圖5所 示陣列UT方法施行測定。 312XP/發明說明書(補件)/96-08/961 m88 16 200835570- is ss si ^is ss 軍浮瀹-4 ss ss 一4驭愈4 ss

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COI n 91 91 卜一 0Ϊ 01 61If s oooop u 9616/ff®i)III&Mi_s餾/dxCNI e 200835570 鐵-幅偏離較㈣圍的鋼種1，組織將為肥粒 條件係A= R、且母材本身的拿刃性亦偏低，不管電阻溶焊 有旦偏 情況’料㈣性均偏低。Mn或Nb含 佳範圍不小的鋼種2、3,雖母材勃性屬充分， η

Ht4?卻不#何種熔接條件均屬偏低，無法滿足 〇此里1〇〇J以上。組成在較佳範圍内的鋼種4〜9 於白知電阻溶焊（條件A)中，溶接部微小缺陷面 =率超過0. 035，存在有，。c吸收能量低於㈣的試 :’相對於此’在微小缺陷較不易殘存的電阻溶焊（條 )中_則均屬於熔接部微小缺陷面積分率在0.035以 下& 員不出安定且尚的__4〇〇c吸收能量。此外，鋼種1 〇的 2有量雖稍微偏離較佳範圍’但是利用條件w行電阻 熔焊，熔接部微小缺陷面積分率在0.035以下，熔接部的 4〇C吸收能量落於1〇〇J以上、且未滿125J的範圍内。 【圖式簡單說明】 CJ 圖1為c掃描法的概要說明圖。 r 圖2為信號強度與缺陷徑的關係一例圖。 圖3為信號強度與—4〇。〇吸收能量的關係一例圖。 圖4為炫接部的微小缺陷面積分率與—4〇。〇吸收能量的 關係一例圖。 圖5為使用陣列探針的熔接部超音波探傷（陣列υτ)方 法之概要說明圖。 【主要元件符號說明】 1 縫焊鋼管 312ΧΡ/發明說明書(補件)/96-08/96117788 18 200835570 接縫 樣品 點聚焦式超音波探針 掃描方向 陣列探針

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Claims (1)

1. 200835570 十、申請專利範圍： 1· 一種熔接部韌性優異之管線縫焊鋼管，係電阻炼焊部 投影面内，最大長度未滿50//ra的微小缺陷面積分率在 0.035以下、且0.000006以上，且對電阻熔焊部賦予由 ISO/DIS 148- 1(JIS Z 2202)所規定金屬材料衝擊試驗片 (V切口夏比（Charpy)試驗片）的v切 7 亚依照 _ IS0148( JIS Z 2242)所規定的金屬材料衝擊試驗方法，所 測得-40°C下的吸收能量係1 〇〇j以上。 ° 2.如申請專利範圍第1項之熔接部韌性優異之管線 焊鋼管，係具有依質量％計，含有c:0 01〜015%'''、 Si:0.〇〇5〜〇.9%、Mn:0.2〜2.0%、p:0.01%WT、s.〇^% 以下、A1:0.U以下，而其餘實質*Fe構成的組成。.4 3.如申請專利範圍帛2工貝之熔接部動性優異之 焊鋼管，係除上述組成之外，更含有依質量％計，從㈣& 以下、Ni:0.5%以下之中選擇i種或2種。 .0 G 4.如申請專利範圍第2或3項之料部純優異之 ♦縫焊鋼管，传除卜祝& 士 、、、良 Γ , 係除上述組成之外，更含有依質量％計，产 .cr:3._下、如：2.0%以下之中選擇i種或2種。 U申請㈣㈣第2或3項之熔接部 =管，係除上述組成之外，更含有依 :： 6·如申請專利範圍第2或3項之熔n & s 縫焊鋼管，得除卜、十、“接#性優異之管綠 絲上述組成之外’更含有依質量％計， 2XP/發明說明書(補件)/96傭961 i 7788 20 312) 200835570 Ca: 0. 005%以下。 7.=申請專利範圍第丨項之熔接部㈣優異之管線縫 焊鋼官，其中，上述微小缺陷係由在電阻熔焊時殘存於熔 接面上的氧化物、氮化物、碳化物中之1種或2種以上構 成0 〇

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