本发明专利技术涉及具有高疲劳强度和抗氢脆性的冷轧钢丝以及并入有所述冷轧钢丝的增强的柔性管道，所述钢具有以重量百分比表示的以下化学组成：0.2≤C≤0.6、0.5≤Mn≤1.0、0.1≤Si≤0.5、0.2≤Cr≤1.0、P≤0.020、S≤0.015、N≤0.010，以及任选的不超过0.07％的Al、不超过0.2％的Ni、不超过0.1％的Mo和不超过0.1％的Cu，余量为铁和由生产导致的不可避免的杂质。所述丝具有包含贝氏体以及任选的多达35％的针状铁素体和多达15％的珠光体的显微组织。本发明专利技术还涉及生产方法并且涉及用于开采碳氢化合物的并入有所述丝的柔性管道。
【技术实现步骤摘要】
具有高疲劳强度和抗氢脆性的冷轧钢丝以及并入有所述冷轧钢丝的增强的柔性管道本申请是名为“具有高疲劳强度和抗氢脆性的冷轧钢丝以及并入有所述冷轧钢丝的增强的柔性管道”、申请号为201480070438.5的中国专利申请的分案申请，专利申请201480070438.5是根据专利合作条约于2014年12月22日提交的国际申请(PCT/FR2014/000301)进入中国国家阶段的国家申请。
本专利技术涉及应用于海上采油的冶金领域。其特别地涉及可以用作沉入深水的结构或组件如柔性海上管道的增强或结构元件的钢丝，无论其用于输送液体还是气体碳氢化合物。
技术介绍
已知的是，关于此类丝的基本要求，除了优良的机械特征之外，还有在硫(特别是存在于输送的流体和碳氢化合物中的以H2S的形式)存在的酸性环境中良好的抗氢脆性。目前可商业获得的用于海上使用的钢丝主要由拉伸强度Rm约为800MPa的低合金钢种(low-alloygrades)制成。为了以已知的方式制造这些冷轧丝，使用包含0.15重量％至0.80重量％的碳的锰钢，其初始显微组织为铁素体-珠光体。在使初始圆轧丝棒成形之后，应用适当的应力消除热处理以获得需要的硬度。然而，由于在输送的碳氢化合物中强烈存在H2S，所以通过这些常规方法获得的冷轧丝线不能承受在深水中遭遇的相对强的酸度。此外，柔性海上管道目前必须适于在越来越深的水下深度的使用，这需要提高机械断裂强度超过800MPa，以及提高使其能够抵抗由存在的H2S和CO2产生的腐蚀的腐蚀疲劳强度。此外，关于价格的市场约束越来越紧，这对贵合金元素(例如铬、铌等及其昂贵的加工步骤(尤其是如果其必须在热条件下进行)的惯常使用或长期使用或大量使用具有不利影响。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是使可获得在酸环境(H2S类型的酸性环境)中具有非常良好的抗氢脆性特性和非常良好的腐蚀疲劳强度特性(CO2+H2S)的钢丝以满足油气市场中的新约束，特别是通过使用低合金钢组合物。更具体地，所述目的是在含有5mbarH2S或更多H2S(抗氢脆性)的环境中在pH为4.1下在应力下测试30天之后不存在内部裂缝。另一个目的是在含有H2S和CO2的腐蚀性环境中在+100MPa至+600MPa的交变应力下在二百万次弯曲循环之后不存在疲劳失效(疲劳断裂)。甚至更具体地并优选地，所述目的为即使多达四百万次循环也不存在疲劳失效(腐蚀疲劳强度)。除了所述丝的这些用途特性外，另一个目的是优良的机械特性，并且具体地为800MPa至1300MPa的机械断裂强度和大于或等于10％的延展性A以便于成形操作。本专利技术的目的是权利要求1中所述的丝。所述丝还可具有单独或组合考虑的权利要求2至5中所述的特征。本专利技术的另一个目的是权利要求6中所述的方法。所述方法还可以包括单独或组合考虑的权利要求7至11中所述的特征。本专利技术的另一个目的是权利要求12中所述的管道。根据本专利技术，用于根据本专利技术的丝的钢种(grade)包含以重量百分比表示的以下元素：0.2≤C％≤0.60.5≤Mn％≤1.00.1≤Si≤0.5％0.2≤Cr≤1.0％P≤0.020％S≤0.015％N≤0.010％以及任选的不超过0.07％的Al、不超过0.2％的Ni、不超过0.1％的Mo和不超过0.1％的Cu。碳含量为0.2重量％至0.6重量％。所述低的值使得可保证在热处理之后获得足够的硬度。最大含量限制为0.6％以充分地保护制造所述丝期间的冷形成所必需的延展性。锰含量为0.5重量％至1.0重量％。所述低值使得可保证获得期望的多数贝氏体显微组织。最大含量限制为1.0％以阻止相对地不变形相(如马氏体)的形成。硅含量为0.1重量％至0.5重量％。与低铬水平组合的所述低值使得可保证在成形的丝的整个横截面中获得本专利技术所规定的显微组织。最大含量限制为0.5％，以在此再次阻止热处理期间形成马氏体，因为该相随后是不可变形的。铬含量为0.2重量％至1.0重量％。与低水平的硅组合的所述低的值使得可保证在成形的丝的整个横截面中获得本专利技术所规定的显微组织。最大含量限制为1.0％以阻止在热处理期间形成马氏体。磷含量限制为0.020重量％以限制偏析，其对抗氢脆性和疲劳性能有不利影响。硫含量限制为0.015重量％以限制存在夹杂物，其对疲劳性能和氢脆性有不利影响。氮含量限制为0.010重量％以限制存在氮化物，其对疲劳性能有不利影响。所述钢种还可以包含最高至0.07％的Al、最高至0.2％的Ni、最高至0.1％的Mo和最高至0.1％的Cu。这些元素的存在是受限制的，因为其在热处理期间引起扩散行为(dispersivebehaviors)。根据本专利技术的丝的另一必要要素为制成所述丝的钢的显微组织包含贝氏体。其还可以包含面积百分比最高至35％的针状铁素体。通常，层状珠光体也可以以最高至15％的面积百分比存在，优选以最高至10％的面积百分比存在，并且更特别优选的是完全不存在于显微组织中，因为不期望其存在。因此，期望的显微组织可以是贝氏体或贝氏体-铁素体，贝氏体和针状铁素体相的合计的面积百分比优选大于50％，优选大于70％，最特优选大于90％，或甚至等于100％的面积。除比例受限制的珠光体之外，还期望避免存在马氏体，其会使得制造根据本专利技术的丝成为不可能。根据本专利技术的冷轧丝(有时称为成形的丝)可呈现适于其最终应用的任意横截面。特别地，其可具有规则的圆横截面，所述横截面通常例如通过由较大直径丝棒的简单拉拔获得。其还可以具有为矩形的或扁平的或U形的、Z形的、T形的等的横截面，所述横截面通常地需要拉拔操作和轧制操作的组合。这些后面的具有更复杂形状的横截面将使得所述丝可在边缘彼此配合或紧固在一起以形成铰接的支撑束。其更具体地旨在用于海上采油操作以构成进入管线和其他柔性管道结构中的增强丝、捆扎丝或弓丝(archwires)。冷轧钢丝在所谓的“环形”区域中两层挤压成的聚合物之间的管线内环绕。根据本专利技术的所述丝可以通过使得可获得期望的用途特征的任意的合适方法制造。然而，优选的是使用根据本专利技术的方法，其包括以下步骤：-获得热轧钢丝棒，其直径大于或等于10mm，-使所述丝棒在大于950℃的温度下经受奥氏体化热处理，然后-通过等温淬火使所述丝棒冷却至350℃至600℃的温度以获得包含至少50％的贝氏体以及任选的最高至35％的针状铁素体和最高至15％的珠光体的组织，然后完成以30℃/秒至100℃/秒的冷却速率至室温的冷却，-使冷却的丝棒经受以40％至90％的总加工硬化率进行的冷机械转换操作以获得至少800MPa的机械拉伸强度Rm，然后-使其经历任选的应力消除热处理。根据本专利技术的方法还可包括单独考虑的或组合考虑的以下特征：-所述丝棒经受的奥氏体化热处理为优选在煤气炉中或在感应炉中对预先退绕的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种冷轧钢丝，其特征在于其具有以重量百分比表示的以下化学组成：/n0.2≤C％≤0.6/n0.5≤Mn％≤1.0/n0.1≤Si≤0.5％/n0.2≤Cr≤1.0％/nP≤0.020％/nS≤0.015％/nN≤0.010％/n以及任选的不超过0.07％的Al、不超过0.2％的Ni、不超过0.1％的Mo和不超过0.1％的Cu，余量为铁和由于加工而不可避免的杂质，其中所述丝具有包含贝氏体，以及任选的最高至35％的针状铁素体和最高至15％的珠光体的显微组织。/n
【技术特征摘要】
20131224 FR PCT/FR2013/0003701.一种冷轧钢丝，其特征在于其具有以重量百分比表示的以下化学组成：
0.2≤C％≤0.6
0.5≤Mn％≤1.0
0.1≤Si≤0.5％
0.2≤Cr≤1.0％
P≤0.020％
S≤0.015％
N≤0.010％
以及任选的不超过0.07％的Al、不超过0.2％的Ni、不超过0.1％的Mo和不超过0.1％的Cu，余量为铁和由于加工而不可避免的杂质，其中所述丝具有包含贝氏体，以及任选的最高至35％的针状铁素体和最高至15％的珠光体的显微组织。
2.根据权利要求1所述冷轧丝，所述冷轧丝在暴露于4.1的pH的含有H2S的环境30天之后未出现内部裂缝。
3.根据权利要求1或2所述的冷轧丝，所述冷轧丝在含有H2S和CO2的环境中在+100MPa至+500MPa的交变应力下在二百万次弯曲循环之前未出现破裂。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷轧丝，所述冷轧丝的机械拉伸强度Rm为900MPa至1300MPa。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷轧丝，所述冷轧丝的延展性A大于或等于10％。
6.一种根据权利要求1至5中任一项所述的冷轧丝的制造方法，包括以下步骤：
-获得热轧钢丝棒，所述热轧钢丝棒直径大于或等于10mm，
-使所述丝棒在大于950℃的温度下经受奥氏体化热处理，然后
-通过等...
【专利技术属性】
技术研发人员：西尔万·弗伊塞，格耶·巴斯科特，
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
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