耐氢脆的高机械特性成型钢丝的制作方法
【专利说明】耐氨脆的高机械特性成型钢竺
[0001 ] 本申请是申请日为2011年3月23日、申请号为201180032134.6、发明名称为"耐氨 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。
技术领域
[0002] 本发明设及专注于海洋石油开采的冶金领域。更特别地，本发明设及可用作浸没 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。
【背景技术】
[0003] 已知的是，关于运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控中存在的也S的形式）的良好耐氨 脆性。
[0004] 要回顾的是，运种耐性是标准NACE和API设及的对象，尤其是：
[0005] -标准NACE TM 0284,用于在饱含酸性也S的海水中的耐氨致开裂化IC)性；
[0006] -标准NACE TM 0177,用于在酸性介质中的耐也S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(fils de forme)如今必须不得不应对越来越 困难的开采条件(大的深度）；
[0007] -W及标准API 17J(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。
[000引运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(fil machine)的 简单拉制而获得。它们也可在拉制、社制或者拉制后接社制之后具有扁平的截面，或者成型 为U、Z、T型等，W便它们的边能够彼此咬合或者彼此钩住W形成较接的增强垫(nappes d' 曰rm曰ture)O
[0009] 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 另IJ，其在泽火和回火之后最终提供大约900MPa的断裂强度(Rm)。
[0010] 为了制造运些成型丝，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)的碳儘钢。典型地，在将初始圆形社制线材成型之后，对其施W合适的消除 应力的热处理W获得所希望的硬度。通过此硬度水平可W符合标称应用标准，例如标准ISO 15156,其规定如果丝硬度小于或等于22HRC，则运些级别的Mn钢具有在适用于运里所考虑 的"成型丝"应用的也S介质中的抗应力性。
[0011] 但是，通过传统方法获得的成型丝众所周知难W承受在深水中遇到的相对严苛的 酸性条件(在运种情况下由标准NACE TM 0177方案A(抑2.7-4)提供），运归因于在运输的控 中也S的大量存在，并且如果所述硬度水平大于2細RC(大于900MPa)的话则更加如此。
[0012] 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NACE TM 0177和11 0284方案8(9巧直为4.8-5.4)，但运是^用^消除由金属加工硬化(自^〇11133日邑6) 所带来的机械应力的最终回火为代价的，运将断裂机械强度(Rm)降低到大约850MPa。
[0013] 1996年公布的文献FR-B-2731371也设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氨脆性的影响的一般认识出发寻求其在具有出S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-社制)之后经历泽火，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(pr色te自I'emploi)的成型丝，其具有 高机械特性，即接近IOSOMPa的Rm(因而是在泽火-回火的钢中，W获得高达35皿C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ISO 15156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。
[0014] 实际上发现，通常对于运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。
[001引与NACE品质一致，符合上述API 17J的强度（可达0.1己的此S分压W及3.5-5的pH 值)实际上足W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TM 0177和TM 0284的高要求，而运是利用具有大约3 的抑值的方案A确定的。
[0016] 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。
[0017] 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, W达到所谓的大约1300M化的耐性，甚至更大，而不会劣化NACE品 质，但是应当回顾的是，由于氨腐蚀导致的钢脆化W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。
[0018] 此外，市场对于价格的要求越来越强烈，运因而会防碍使用贵重合金元素如铭、妮 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，而运是高成本的，尤其是在热 条件下进行的情况下。
[0019] 在运方面特别注意到1984年的JP 59001631A的教导（DATA BASE WPI Week 198407 Iliomsom Scientific,英国伦敦;AN 1984-039733)，其主张长持续时间的丝的最终 恢复(res化uration)处理，W持续数小时的回火的形式进行。
[0020] 同样，在EP 1 063 313 Al中描述的方法要求大约85%的非常高的丝的加工硬化 率，W通过拉制达到所希望的最终直径。
[0021] 还注意到EP 1 273 670,其设及钢制螺栓的生产，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。
【发明内容】
[0022] 本发明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氨脆性与其 增强的机械强度之间的最佳平衡，并且运是在允许在市场上W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。
[0023] 为此，本发明的目的在于具有高机械特性和耐氨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W下的化学组成，W总质量的重量百分数表示：
[0024] 0.75 <C% <0.95并且
[002引 0.30 <Mn% <0.85
[0026] 其中 Cr<0.4%;V<0.16%;Si^.40% 并且优选 >0.15%;
[0027] W及任选地，不大于0.06%的Al，不大于0.1%的Ni，W及不大于0.1 %的Cu,余量 为铁W及由液态金属的制造所产生的不可避免的杂质，并且，W在高于90(TC的其奥氏体范 围中热社然后冷却到环境溫度并且因而具有大约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W下的两个相继且有序的步骤的热机械处理，即 等溫泽火(典型地，铅浴处理(un paten化ge au plomb))，运赋予该线材W均匀的珠光体微 观结构，然后是W大约50%-80%最大的总加工硬化率（并且，如果可能的话，优选大约 60% )进行的冷机械转变（transformation)操作（拉制，或者拉制+社制）W赋予其最终形 状，并且如此获得的成型丝则经历短持续时间（优选小于一分钟）的恢复热处理，该恢复热 处理在小于构成其的钢的Acl溫度的溫度下(优选410-710°C)进行，赋予其所希望的最终机 械特性。
[00%]如上刚刚限定的本发明基于=个部分："钢级别-处理-应用"并且可被看作是对在 申请人在旨在用于深海中的钢丝的冶金领域中所获得的知识的优化。
[0029] 更明确地，运S个部分可详述如下：
[0030] -简化的钢级别，即碳(至少0.75%)和儘钢，其因而与目前使用的少得多的碳含量 相反，并且不添加硬化元素，但优选与分散胶体元素如饥和铭合金，W实现细碳化物在整个 金属基质中的均匀分布；
[0031] -运个级别由热社然后冷却到环境溫度的线材生产（因而具有由在热社阶段存在 的奥氏体获得的普通铁素体-珠光体结构），但其直径(大约5-30mm)相比常规实践被降低。 此特征将使得其能够通过溫和机械成型操作转变为即用型成型线，也就是说没有可产生不 均匀区的在忍内的非常显著的加工硬化，要指出的是，负责制造工艺的操作者当然要调节 运行参数(操作参数的调节，社漉槽W及拉丝模的选择），W限制在该线材的忍内的局部加 工硬化。
[0032] 通过等溫泽火产生的微观结构是珠光体。由于工业获得的容易性，该珠光体确保 在所获得的线材的整个本体中的尽可能均匀的冶金结构并且它将能够耐受通过拉制和/或 社制所施加的变形。
[0033] -运种丝是具有平的、扁平的或者成型的形式的丝，旨在用于"海底"石油开采W构 成在管线或者其它柔性管道的结构中所含的增强、髓环或拱形丝。正如所知的，成型钢丝在