耐氢脆的高机械特性成型钢丝制造技术

本发明专利技术涉及耐氢脆的高机械特性成型钢丝，所述成型丝旨在用作用于海底石油开采领域的柔性管线的组成部分，其特征在于所述成型丝具有以总质量的重量百分数表示的以下化学组成：0.75≤C％≤0.95并且0.30≤Mn％≤0.85；其中Cr≤0.4％；V≤0.16％；Si≤1.40％并且优选≥0.15％；余量为铁以及由液态金属的制造所产生的不可避免的杂质，并且以在高于900℃的其奥氏体范围中热轧然后冷却到环境温度并且因而具有5‑30mm直径的线材为起始原料，该成型丝如下获得：首先使所述起始线材经历按照以下的两个相继且有序的步骤的热机械处理，然后是以大约50％‑80％最大的总加工硬化率进行的冷机械转变操作以赋予其最终形状，并且如此获得的成型丝经历短持续时间的恢复热处理。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2011年3月23日、申请号为201180032134.6、专利技术名称为“耐氢脆的高机械特性成型钢丝”(PCT/FR2011/000167，进入国家阶段日期2012年12月28日)之申请的分案申请。
本专利技术涉及专注于海洋石油开采的冶金领域。更特别地，本专利技术涉及可用作浸没于深水中的部件或构筑物的增强或结构元件如柔性海底管路的钢丝。
技术介绍
已知的是，关于这种类型的丝的第一个要求除了高的机械特性(尤其是断裂强度)之外是在含硫的酸性介质中(尤其是在被运输的流体和烃中存在的H2S的形式)的良好耐氢脆性。要回顾的是，这种耐性是标准NACE和API涉及的对象，尤其是：-标准NACETM0284，用于在饱含酸性H2S的海水中的耐氢致开裂(HIC)性；-标准NACETM0177，用于在酸性介质中的耐H2S应力开裂性，或“SSCC”(硫化物应力腐蚀开裂)。在此所考虑的应用中的成型丝(filsdeforme)如今必须不得不应对越来越困难的开采条件(大的深度)；-以及标准API17J(非结合柔性管的规范)，用于根据在酸性介质中的应力试验评价耐HIC和SSCC性。这些成型丝可具有圆形的横截面，通过从具有更粗直径的线材(filmachine)的简单拉制而获得。它们也可在拉制、轧制或者拉制后接轧制之后具有扁平的截面，或者成型为U、Z、T型等，以便它们的边能够彼此咬合或者彼此钩住以形成铰接的增强垫(nappesd’armature)。目前，在用于海底用途的NACE品质的钢丝领域中的商业供应主要处于低合金钢级别，其在淬火和回火之后最终提供大约900MPa的断裂强度(Rm)。为了制造这些成型丝，已知通常使用具有初始珠光体-铁素体结构的具有0.15-0.80％C(重量)的碳锰钢。典型地，在将初始圆形轧制线材成型之后，对其施以合适的消除应力的热处理以获得所希望的硬度。通过此硬度水平可以符合标称应用标准，例如标准ISO15156，其规定如果丝硬度小于或等于22HRC，则这些级别的Mn钢具有在适用于这里所考虑的“成型丝”应用的H2S介质中的抗应力性。但是，通过传统方法获得的成型丝众所周知难以承受在深水中遇到的相对严苛的酸性条件(在这种情况下由标准NACETM0177方案A(pH2.7-4)提供)，这归因于在运输的烃中H2S的大量存在，并且如果所述硬度水平大于28HRC(大于900MPa)的话则更加如此。此外，为此毫无疑问的是1991年公布的文献PCT/FR91/00328描述了一种生产具有珠光体-铁素体结构的成型丝的热机械方法，其具有0.25-0.8％的碳并且满足标准NACETM0177和TM0284方案B(pH值为4.8-5.4)，但这是以用以消除由金属加工硬化(écrouissage)所带来的机械应力的最终回火为代价的，这将断裂机械强度(Rm)降低到大约850MPa。1996年公布的文献FR-B-2731371也涉及到生产用于增强柔性海底管线的碳钢成型丝，从关于钢的微观结构对其耐氢脆性的影响的一般认识出发寻求其在具有H2S的酸性介质中的强度(tenue)处于高的水平。在此文献中所提出的包含0.05-0.8％C和0.4-1.5％Mn的成型丝在成型(拉制或者拉制-轧制)之后经历淬火，然后是最终回火。所获得的金属结构基本上是回火的马氏体-贝氏体。因而获得即用型(àl’emploi)的成型丝，其具有高机械特性，即接近1050MPa的Rm(因而是在淬火-回火的钢中，以获得高达35HRC的硬度水平，但在实际中在工业上观察到为大约820MPa)并且因此可明显地超出标准ISO15156所推荐的水平，并且耐受非常酸性的介质(接近3的pH值)。要指出的是，如果没有最终回火，则可获得具有更大硬度的丝，具有甚至更高的机械特性，但由此具有明显要低的对酸性介质的化学耐受性。实际上发现，通常对于这些丝的非常高水平的特性要求实际上只在有限数量的应用情况下应当要满足。与NACE品质一致，符合上述API17J的强度(可达0.1巴的H2S分压以及3.5-5的pH值)实际上足以涵盖有效的基本需求，而根据如上所述的文献的方法制造的成型丝具有所谓过高品质的强度，因为它们符合标准TM0177和TM0284的高要求，而这是利用具有大约3的pH值的方案A确定的。此外证明，无最终热处理的珠光体-铁素体结构的市场上的常规成型丝往往不能满足甚至适中的NACE要求。另外，由于柔性海底管线被要求应当用于越来越大的浸没深度，因此实际上今后需要耐性再增加数百MPa，以达到所谓的大约1300MPa的耐性，甚至更大，而不会劣化NACE品质，但是应当回顾的是，由于氢腐蚀导致的钢脆化以及机械特性是相对的性能：当促进它们之一时，则会损害另一性能，反之亦然。此外，市场对于价格的要求越来越强烈，这因而会防碍使用贵重合金元素如铬、铌等的常规需求，或者使用长的或者多个处理步骤的常规需求，而这是高成本的，尤其是在热条件下进行的情况下。在这方面特别注意到1984年的JP59001631A的教导(DATABASEWPIWeek198407ThomsomScientific，英国伦敦；AN1984-039733)，其主张长持续时间的丝的最终恢复(restauration)处理，以持续数小时的回火的形式进行。同样，在EP1063313A1中描述的方法要求大约85％的非常高的丝的加工硬化率，以通过拉制达到所希望的最终直径。还注意到EP1273670，其涉及钢制螺栓的生产，但其教导强调了可料想珠光体螺栓在张力下的耐腐蚀性的益处。
技术实现思路
本专利技术在此旨在达到对于在使用成型丝的条件下所需的良好的耐湿氢脆性与其增强的机械强度之间的最佳平衡，并且这是在允许在市场上以吸引人的经济条件下提供所述丝的工业生产范围内进行的。为此，本专利技术的目的在于具有高机械特性和耐氢脆性的低合金碳钢成型丝，所述成型丝旨在用作用于海底石油开采领域的柔性管线的组成部分(constituant)，其特征在于所述成型丝具有以下的化学组成，以总质量的重量百分数表示：0.75≤C％≤0.95并且0.30≤Mn％≤0.85其中Cr≤0.4％；V≤0.16％；Si≤1.40％并且优选≥0.15％；以及任选地，不大于0.06％的Al，不大于0.1％的Ni，以及不大于0.1％的Cu，余量为铁以本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有高机械特性和耐氢脆性的低合金碳钢成型丝，所述成型丝旨在用作用于海底石油开采领域的柔性管线的组成部分，其特征在于所述成型丝具有以下的化学组成，以总质量的重量百分数表示：0.75≤C％≤0.95并且0.30≤Mn％≤0.85其中Cr≤0.4％；V≤0.16％；Si≤1.40％并且优选≥0.15％；以及任选地，不大于0.06％的Al，不大于0.1％的Ni，以及不大于0.1％的Cu，余量为铁以及由液态金属的制造所产生的不可避免的杂质，并且，以在高于900℃的其奥氏体范围中热轧然后冷却到环境温度并且因而具有5‑30mm直径的线材为起始原料，该成型丝如下获得：首先使所述线材经历按照以下的两个相继且有序的步骤的热机械处理，即等温淬火，这赋予该线材以均匀的珠光体微观结构，然后是以50％‑80％最大的总加工硬化率进行的冷机械转变操作，以赋予其最终形状，并且如此获得的成型丝则经历以410‑710℃的温度在不超过一分钟的持续时间内进行的热处理，赋予其所希望的最终机械特性。

【技术特征摘要】
2010.05.31 FR 10022861.具有高机械特性和耐氢脆性的低合金碳钢成型丝，所述成型丝
旨在用作用于海底石油开采领域的柔性管线的组成部分，其特征在于所
述成型丝具有以下的化学组成，以总质量的重量百分数表示：
0.75≤C％≤0.95并且
0.30≤Mn％≤0.85
其中Cr≤0.4％；V≤0.16％；Si≤1.40％并且优选≥0.15％；
以及任选地，不大于0.06％的Al，不大于0.1％的Ni，以及不大于0.1％
的Cu，余量为铁以及由液态金属的制造所产生的不可避免...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·弗伊塞，C·贝托，X·佩鲁，
申请(专利权)人：安塞乐米塔尔金属线法国公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR