用于软管、特别是海上应用的软管的由高强度钢制成的扁平线材或型材的形式的经冷轧 ...的制作方法
【专利说明】用于软管、特别是海上应用的软管的由高强度钢制成的扁 平线材或型材的形式的经冷轧制的窄带材以及制备所述经 冷轧制的窄带材的方法
[0001] 本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于软管、特别是海上应用的软管的由 高强度钢制成的扁平线材或型材的形式的经冷乳制的窄带材以及根据权利要求12的前序 部分的制备所述经冷乳制的窄带材的方法。
[0002] 软管用于许多不同目的的技术领域并且主要的目的在于引导流体介质（例如水、 油、天然气等）并且使其与环境隔离。这种软管受到各种影响，一方面是由于应用领域和应 用环境导致的机械负载造成的影响，另一方面是由于待引导流体的物理性能和化学组成造 成的影响。
[0003] 这种软管的一个重要的并且在技术上要求极高的应用领域是所谓的海上应用，其 中软管用于海洋应用。软管在此用于引导水和/或例如应当从海底引至海面的侵蚀性液 体，例如油或天然气，其中在需要时可以通过相应布局铺设软管从而能够用于至少2500m 的水深。这种液体或天然气的输送在较长的路程上进行，因此软管还具有相应的长度并且 受到由于其固有重量以及由于由环境作用的力造成的高负载。
[0004] 这种用于海上应用的软管长期已知并且根据各种标准制造。这种软管通常具有用 于接收待输送介质的内部管状软芯，所述软芯引导待输送介质并且与环境密封隔离。所述 软芯通常由聚合物材料制得。软芯被一个或多个通常由钢材料制成的加筋层环绕，其中由 于必需的柔性，钢材料以卷绕的钢线材或钢带材的形式施用在软芯上。软芯和一个或多个 加筋层相对于彼此不相互固定，而是可以以较小程度相对移动，因此改进软管的柔性和弯 曲性。加筋层环绕软芯并且一方面保护软芯抵抗来自环境的负载，并且增强软管抵抗在输 送、铺设和操作这种软管时的负载。在加筋层的层和/或软芯之间可以额外设置由聚合物 材料制成的层。在这种软管的一些构造中还实施软芯的骨架状的增强件，因此能够抵挡由 于深海应用中的高的环境压力造成的内芯上的高的压力负载。加筋层由钢线材或钢带材制 得，所述钢线材或钢带材在软管的制备中以螺旋状形式环绕软芯。也可以在这种软管上设 置不同目的的加筋层，例如作为由并排布置的扁平带材组成的纯增强层，或者作为所谓的 形状配合型材，在所述形状配合型材中并排卷绕的钢带材成型并且以机械方式通过适形彼 此固定，因此以简单的增强带的形式形成稳定的结合。为此必须预先使待加工的带材相应 地成型。当在下文以简化形式提到加筋带时，始终指的是这种软管上的金属增强元件的各 种已知的形式，而无论其在软管的各个层中的布置如何，也无论其由加筋层的一个或多个 平行的螺旋状卷绕的线束组成的结构如何。
[0005] 同样可以使用其它材料从而连同金属线材一起进行增强。可以使用组成的层或带 来代替管结构的一个或多个金属层，从而减轻软管的重量。
[0006] 软管通常以单件形式制得，因为其通常需要较长的长度，在制备工艺方面可以由 一种原材料制造。因此各个部段的加筋层必须可以以可承受高负载的形式彼此持久焊接， 因此加筋层所使用的钢必须具有良好的可焊接性。
[0007] 这种软管在使用时受到高的静态负载或动态负载。受到动态负载的管需要使用高 强度钢。在钢线材或钢带材的端部处需要的焊接位置也必须承受高负载。
[0008] 由于与液体或包含H2S和/或CO2的气态介质接触以及由于钢层之间冷凝物的形 成，因此可能产生腐蚀损坏。此外，从液体或气态介质穿过管状软芯的材料至少进入内部加 筋层的不可避免的扩散过程造成受到酸性介质成分的高负载，所述酸性介质成分造成加筋 层的高的腐蚀负载。因此在与酸性介质接触的使用中，所使用的钢必须具有对应力裂纹腐 蚀和对氢脆化的高抵抗力。拉伸强度大于1000 MPa的钢一般不适合或者不太抵抗应力裂纹 腐蚀和氢脆化，因此对于该应用排除。
[0009] 近年来通过扁平制造途径（炼钢厂-来自连续铸造的厚板（矩形形式）或经浇铸 的块材-热带材或薄带材-冷带材）以热乳制和冷乳制的带材的形式开发了含锰或含大量 锰的奥氏体钢，所谓的TWIP钢（TWIP-孪晶诱发塑性），并且特别用于汽车中的结构部件。 这种TWIP钢相对于其它高强度钢的有利性能是热带材中的高的起始强度，在冷成形时高 的凝固性和极好的塑性。此外，一些合金概念提供了良好的可焊接性和对氢致裂纹形成的 显著改进的抵抗力。
[0010] 通过EP 2 402 472 Al已知更高强度的可冷成形的钢和相应的扁平钢产品，其作 为含大量锰的钢具有特别好的焊接倾向以及TWIP行为。所述钢以板材或带材的形式仅用 于车身结构，此外在腐蚀保护方面无需额外的涂层处理。所述钢的制备以常规方式进行，对 于较宽的带材尺寸通过常规乳制方法配合之后需要的板材或带材的尺寸。
[0011] WO 2012/171530 Al中描述了含大量锰的钢用于海上应用的软管的用途，其中描 述了这种钢用于制备由窄带材卷绕的加筋层。该文献中描述的用于软管中的加筋层的钢的 基本理念在于，尽可能避免软管的加筋钢中通常使用的昂贵成分铜和镍或减少其含量，从 而降低这种合金成分的高成本。因此，虽然所使用的钢合金的成本降低，但是同时也负面影 响了钢的性能。此外，合金需要明显更大的硅含量，需要硅含量从而改进耐腐蚀性以及改进 钢的可加工性。
[0012] 因此，本发明的特定实施方案的目的在于，提供具有成型横截面并且由新型高强 度钢制成的扁平线材或窄带材，其可以满足用于酸性环境的受到动态负载的软管的所有要 求，同时相对于目前常见的高强度钢具有明显更高的屈服极限和拉伸强度和升高的塑性。
[0013] 通过权利要求1的一定实施方案的特征部分的特征连同前序部分的特征得到根 据本发明的目的的解决方案。通过从属权利要求得到本发明的其它有利的实施方案。
[0014] 本发明涉及扁平线材或窄带材，所述扁平线材或窄带材具有成型横截面并且由具 有如下组成（以重量％计）的高强度钢制成
[0015] 0· 2-0. 9%，优选 0· 3-0. 6%的 C
[0016] 12-25%，优选 16-23 % 的 Mn
[0017] 至多 0· 5%，优选 0· 2-0. 5%的 Si
[0018] 0· 5-2.0%，优选 0.80-1. 5%的 Al
[0019] L 8-3. 5%，优选 2. 0 至 2. 7%的 Cr
[0020] 最多0· 005%，优选最多0· 003%的S
[0021] 最多0.06%，优选最多0.035%的P
[0022] 最多 0.1% 的 N
[0023] 最多 1.5%的 Mo
[0024] 最多 0.01% 的 B
[0025] 最多 2.0%的 Ni
[0026] 至多 2.0%的 Cu
[0027] 最多 0.015 % 的 Ca
[0028] 0· 02-0. 35 % 的 Nb 和 / 或 0· 02-0. 35 % 的 V，优选分别为 0· 05-0. 20%
[0029] 以及任选的0.01-0. 35%的Ti
[0030] 并且余量为铁和由制备造成的不可避免的杂质，
[0031] 所述扁平线材或窄带材由线状原材料冷乳制和/或冷成型并且进行任选的中间 退火和/或最终退火处理从而实现如下机械值：
[0032] Rp0 2 500_1650Mpa，
[0033] Rn 750_1800Mpa，
[0034] A80 3-50%,
[0035] 所述扁平线材或窄带材用于制备软管中的加筋层，所述软管用于石油开采和天然 气开采以及用于具有酸气条件（酸性腐蚀介质）的液化气（FLNG)的输送。
[0036] 这种具有成型横截面并且由具有根据本发明的组成的高强度钢制成的扁平线材 或窄带材特别适合用于制备软管中的加筋层，所述软管用于石油开采和天然气开采以及用 于具有酸气条件（酸性腐蚀介质）的液化气（FLNG)的输送，因为其除了热带材中的高的起 始强度之外还具有在冷成形时的高的凝固性和极好的塑性，因此以特别高的程度满足这种 扁平线材或窄带材对于相关应用领域的机械要求。此外还表明，根据本发明的高强度钢还 具有在使用已知的焊接技术时的良好的可焊接性以及对氢致裂纹形成的显著改进的抵抗 力。对氢致裂纹形成的显著改进的抵抗力主要归因于在2-3. 5重量％范围内的元素铬的合 金化，因为铬与元素碳和氮形成精细分布的碳化铬或氮化铬，所述碳化铬或氮化铬在氢进 入时充当捕氢剂并且通过该机制阻止氢致裂纹形成。因此根据本发明的钢特别适合用于如 使用软管时通常出现的酸气条件。此外