JP2003013138A - 高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法 - Google Patents
高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法Info
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Abstract
ラインパイプ用高強度鋼板の製造方法を提供する。 【解決手段】 mass%で、C:0.02〜0.08%、Si:0.01〜0.5
%、Mn:1.0〜1.8%、P:0.01%以下、S:0.002%以下、Nb:0.0
05〜0.05%、Ti:0.005〜0.02%、Al:0.01〜0.07%、および
Ca:0.0005〜0.0025%を含有し、下記の式のCeqが0.26%以
上である鋼を、1000〜1200℃に加熱し、950℃以下で圧
下率60%以上の圧延後、(Ar3-50℃)以上から平均10℃/s
以上で650℃以下まで加速冷却を行い、誘導加熱によ
り、鋼板表面の昇温速度10℃/s以上、鋼板平均温度450
℃未満で、再加熱処理を行う。Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+
(Cr+Mo+V)/5
Description
(耐HIC性)に優れた、主にAPI規格X65グレード以上の強
度を有する鋼板の製造方法に関する。
延ミルにより製造された鋼板が、UOE成形、プレスべン
ド成形、ロール成形等で鋼管に成形されて製造される。
硫化水素を含む原油や天然ガスの輸送に用いられるライ
ンパイプは、強度、靭性、溶接性の他に、耐水素誘起割
れ性(耐HIC性)や耐応力腐食割れ性(耐SCC性)などのい
わゆる耐サワー性が必要とされる。鋼材のHIC(水素誘
起割れ)は、腐食反応による水素イオンが鋼材表面に吸
着し、原子状の水素として鋼内部に侵入し、鋼中のMnS
などの非金属介在物や硬い第2相組織のまわりに拡散・
集積して、その内圧により割れを生ずるものとされてい
る。
つかの方法が提案されている。例えば、特開昭54-110119
号公報には、鋼中のS含有量を下げるとともに、CaやREM
などを適量添加することにより、長く伸展したMnSの生
成を抑制し、微細に分散した球状のCaS介在物に形態を
変える技術が提案されている。これにより、硫化物系介
在物による応力集中を小さくし、割れの発生・伝播を抑
制することによって、耐HIC性を改善するというもので
ある。
65207号公報においては、偏析傾向の高い元素(C,Mn,P
等)の低減やスラブ加熱段階での均熱処理による偏析の
低減、および圧延後の冷却時の変態途中での加速冷却を
行う技術が提案されている。これにより、中心偏析部で
の割れの起点となる島状マルテンサイトの生成、および
割れの伝播経路となるマルテンサイトなどの硬化組織の
生成を抑制するというものである。
て、鋼材表面に鋼中への水素侵入を抑制する保護膜を形
成した鋼板が提案されている。
て、特開平5-9575号公報、特開平5-271766号公報、特開
平7-173536号公報等では、低SでCa添加により硫化物系
介在物の形態制御を行いつつ、低C-低Mn化により中央偏
析を抑制し、それに伴う強度低下をCr,Mo,Ni等の添加と
加速冷却により補う方法が提案されている。
術には次のような問題点がある。
に、硫化物系介在物の形態制御のみでは、高強度化に伴
い酸化物系介在物に起因する割れの発生が無視できなく
なる。
に、鋼材表面への水素侵入を抑制する保護膜を形成して
も、pHの低い環境ではその効果が期待できない。例え
ば、低pHであるNACE溶液では、被膜の効果が得られてい
ない。
号公報、特開平5-9575号公報、特開平5-271766号公報、
特開平7-173536号公報等記載の技術は、いずれも中心偏
析部が対象となっているが、中心偏析部以外の部分につ
いては考慮されていない。加速冷却又は直接焼入れによ
って製造されるAPI規格X65グレード以上の強度を有する
高強度鋼板においては、冷却速度の高い鋼板表面部が内
部に比べて硬化するため、表面近傍から水素誘起割れが
発生するという問題がある。
(変態点以下に再加熱)によって表面硬度を低下させる
必要があるが、従来技術では、ガス燃焼炉により燃焼ガ
ス雰囲気中で鋼板全体を加熱していた。そのため、昇温
速度が遅く目的の温度に到達するのに長時間を要してお
り、鋼板表層部だけでなく、硬化していない鋼板中央部
まで強度が低下し、DWTT特性の劣化を招いていた。
によるAPI規格X65以上の高強度鋼板において、中心偏析
部のHIC(水素誘起割れ)とともに表面近傍から発生す
るHICを防止することが可能な、耐HIC性に優れたライン
パイプ用高強度鋼板の製造方法を提供することを目的と
する。
より解決される。その発明は、化学成分としてmass%で、
C:0.02〜0.08%、Si:0.01〜0.5%、Mn:1.0〜1.8%、P:0.01
%以下、S:0.002%以下、Nb:0.005〜0.05%、Ti:0.005〜0.
02%、Al:0.01〜0.07%、およびCa:0.0005〜0.0025%を含
有し、かつ下記の式(1)で表されるCeqが0.26%以上であ
る鋼を、1000〜1200℃に加熱し、950℃以下のオーステ
ナイト温度域で圧下率60%以上の圧延を行った後、冷却
開始温度(Ar3-50℃)以上、平均冷却速度10℃/s以上、冷
却停止温度650℃以下となる加速冷却を行い、その後、
誘導加熱により、鋼板表面における昇温速度10℃/s以
上、鋼板平均温度450℃未満の再加熱処理を行うことを
特徴とする高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法であ
る。
を表す。
記の化学成分に加えてさらに、mass%でCu:0.5%以下、N
i:0.5%以下、Cr:0.5%以下、Mo:0.5%以下、V:0.1以下の
内1種以上を含有していることを特徴とする高強度ライ
ンパイプ用鋼板の製造方法とすることもできる。
際、鋼板表面の最高温度を450〜650℃の範囲内とするこ
とを特徴とする高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法と
することもできる。
高靭性の両立のために、鋼組成と加速冷却方法を検討
し、とりわけ鋼板の表面硬度の低減を目指し、加速冷却
後の熱処理(再加熱処理)について鋭意検討した結果な
された。その過程で、誘導加熱に着目し、加速冷却等に
より硬化した表層部のみを効果的に加熱し、かつ、鋼板
中央部の温度上昇を抑制することに成功した。
のであり、以下、各構成要件について説明する。
未満では十分な強度を確保できず、0.08%を超えると靭
性および耐HIC性を劣化させる。従って、C量を0.02〜0.
08%の範囲内とする。
が十分ではなく、0.5%を越えると靭性や溶接性を劣化さ
せる。従ってSi量を0.01〜0.5%の範囲内とする。
未満ではその効果が十分ではなく、1.8%を越えると溶接
性と耐HIC性が劣化する。従って、Mn量を1.0〜1.8%の範
囲内とする。
させる。この傾向は0.01%を超えると顕著となる。従っ
て、P量を0.01%以下とする。
添加によりMnS系からCaS系介在物に形態制御される。し
かしSの含有量が多いとCaS系介在物の量も多くなり、高
強度材では割れの起点となり得る。この傾向は、S量が
0.002%を超えると顕著となる。従って、S量を0.002%以
下とする。
より靭性を向上させる。しかし、Nb量が0.005%未満では
その効果がなく、0.05%を超えると溶接熱影響部の靭性
が劣化する。従って、Nb量を0.005〜0.05%の範囲内とす
る。
を抑制し、微細粒化により靭性を向上させる。しかし、
Ti量が0.005%未満ではその効果がなく、0.02%を越える
と靭性を劣化させる。従って、Ti量を0.005〜0.02%の範
囲内とする。
果がなく、0.07%を超えると清浄度の低下により耐HIC性
を劣化させる。従って、Al量を0.01〜0.07%の範囲内と
する。
が、0.0005%未満ではその効果がなく、0.0025%を超えて
添加しても効果が飽和し、むしろ清浄度の低下により耐
HIC性を劣化させる。従って、Ca 量を0.0005〜0.0025%
の範囲内とする。
するために0.26%以上必要である。従って、Ceqを0.26%
以上とする。
から次の元素を添加することができる。
0.5%を超えて添加すると溶接性が劣化する。従って、Cu
を添加する場合は0.5%以下とする。
0.5%を超えて添加すると応力腐食割れが発生しやすくな
る。従って、Niを添加する場合は0.5%以下とする。
な元素であるが、0.5%を超えて添加すると溶接性を劣化
させる。従って、Crを添加する場合は0.5%以下とする。
0.5%を超えて添加すると溶接性や耐HIC性が劣化する。
従って、Moを添加する場合は0.5%以下とする。
強度を上昇させる元素であるが、0.1%を超えて添加する
と溶接性を著しく損なう。従って、Vを添加する場合
は、0.1%以下とする。
り、上記以外の元素及び不可避不純物については、本発
明の効果を損なわない限り含有することができる。
ず、1200℃を超えると靭性やDWTT特性が劣化する。従っ
て、スラブ加熱温度は1000〜1200℃の範囲内とする。
域で圧下率60%以上 圧延においては、圧延条件を適切に設定し、結晶粒の微
細化を図る。加速冷却前の鋼板の結晶粒が粗大である
と、冷却後の鋼板の強度が上昇し、靭性が劣化するとと
もに耐HIC性も大きく劣化する。これを防止するため、
オーステナイト未再結晶温度域に相当する950℃以下の
温度域で、合計圧下率60%以上の圧延を行う必要があ
る。従って、圧延条件を950℃以下のオーステナイト温
度域で圧下率60%以上とする。
イト生成量が多くなり、Ar3変態点からの温度低下が50
℃を超えると耐HIC性が劣化する。従って、冷却開始温
度を(Ar3-50℃)以上の温度とする。なお、フェライト変
態が開始するAr3変態点は、例えば次の式で求めること
ができる。
を表す。
組織が得られるため、耐HIC性が向上する。平均冷却速
度が10℃/s未満では、十分な効果が得られず、また冷却
過程でパーライトが生成する場合があり、耐HIC性が劣
化する。従って、加速冷却中の平均冷却速度を10℃/s以
上とする。ここで、平均冷却速度は加速冷却の開始から
500℃までの冷却速度の平均値とするが、冷却停止温度
が500℃より高い場合は加速冷却の開始から冷却停止ま
での平均値とする。
となり十分な強度が得られない。特に、冷却停止温度が
650℃より高温では、加速冷却停止後にフェライトやパ
ーライトが生成し強度が低下する。従って、加速冷却の
冷却停止温度を650℃以下とする。
の原因となる。そこで、再加熱処理においては、誘導加
熱により表層部を加熱すると、鋼板中心部に比べて表層
部の温度が高くなるような温度分布を与えることができ
る。さらに、誘導加熱により短時間で加熱することが可
能であるため、鋼板中心部の材質を劣化させることな
く、表層部の硬度を効果的に低下させることができる。
従って、再加熱処理方法としては、従来のようなガス燃
焼炉による加熱ではなく誘導加熱を用いる。
限しつつ表層部のみを加熱することができるが、加熱速
度が遅いと鋼板中心部も熱伝導により温度上昇する。鋼
板表面における昇温速度が10℃/s未満となる熱処理で
は、鋼板中心部の温度も上昇するためDWTT特性が劣化す
る。従って、再加熱時の鋼板表面における昇温速度を10
℃/s以上とする。
等の析出が生じるため、DWTT特性が大きく劣化し、この
傾向は鋼板平均温度が450℃以上で顕著となる。従っ
て、再加熱時の鋼板平均温度を450℃未満とする。なお
ここで、再加熱時の鋼板平均温度とは、誘導加熱後、鋼
板内部の温度分布がほぼ均一となった時の温度とする。
℃の範囲内 加速冷却後は鋼板表面が硬化しているが、再加熱により
鋼板表面の最高温度を450℃以上とすることにより、こ
の表層部の硬度を十分に低下させることができる。一
方、鋼板表面の最高温度が650℃を超えると、炭化物の
析出により却って硬度低下が不十分となる場合がある。
従って、材質の均一化等、必要に応じて、鋼板表面の最
高温度を450〜650℃の範囲内とすることができる。
延、加速冷却、及び誘導加熱により再加熱することによ
り、優れた耐HIC性およびDWTT特性を有するX65グレード
以上の高強度ラインパイプ用鋼板を製造することが可能
となる。
成分組成範囲に調整した鋼を溶製し、連続鋳造後、得ら
れた鋼スラブを加熱炉等に装入して加熱して熱間圧延を
行う。その他の圧延条件は、本発明の圧延条件を満たす
限り任意に選択してよい。なお、熱間圧延終了温度は、
加速冷却の冷却開始温度の下限 (Ar3-50℃)以上であれ
ばよい。
り、所定の冷却開始温度以上の温度から、所定の平均冷
却速度以上で、所定の冷却停止温度以下の温度まで加速
冷却を行う。加速冷却後は、引続き再加熱、あるいは冷
却停止温度からさらに冷却床等で冷却した後、再加熱を
行う。
いて実施する。特に、加熱が鋼板表層部に集中するよ
う、高周波誘導型の加熱装置を用いることが望ましい。
このように、誘導加熱により表層部を加熱すると、鋼板
中央部に比べて表層部の温度が高くなるような温度分布
を与えることができる。高周波で誘導加熱することによ
り、鋼板の表層部に誘導電流を集中させ、電流密度を内
部に比べて高くすることができる。
したときの鋼板表面と中心部の温度変化を模式的に示す
図である。誘導加熱装置を用いれば、鋼板表層部の電流
密度が内部より高くなるため、鋼板表面温度が最も高く
なり、中心部の温度が最も低くなる。誘導加熱を開始す
ると、表面温度は急速に上昇するが、誘導加熱を停止す
ると表面温度は速やかに低下する。それとともに、鋼板
の内部は表層部からの伝熱により若干の昇温を生じ、鋼
板の表面と内部の温度はほぼ等しい温度となる。
来技術のガス燃焼炉を用いる方法では鋼板の板厚中心部
まで均一となり、本発明のように鋼板中央部の材質を劣
化させることなく表層部の硬度を低下させることはでき
なかった。
DWTT特性の劣化は見られず、冷却速度を特に規定する必
要はない。但し、板厚35mm程度を超えるような厚鋼板に
おいて、冷却速度が遅くなり、炭化物の凝集粗大化によ
る靭性劣化が懸念される場合は、再加熱処理後に水冷や
ミスト冷却を行ってもよい。
間圧延を行い、加速冷却後、再加熱処理を施した。ここ
で、鋼種A〜Fは本発明鋼、鋼種G〜Mは比較鋼である。
冷却条件、再加熱処理の鋼板温度を示す。ここで、No.1
〜13は本発明鋼板、No.14〜30は比較鋼板である。比較鋼
板の内、No.14〜23は鋼種は本発明鋼であるが製造条件
が発明範囲を外れており、No.24〜30は製造条件は本発
明範囲内であるが鋼種が発明範囲を外れている(比較
鋼)。また、表2の圧下率は950℃以下における合計圧
下率を示した。
C性、及びDWTT特性を調べた。耐HIC性は、pHが約3の硫
化水素を飽和させた5%NaCl+0.5%CH3COOH水溶液(通常のN
ACE溶液)中で行ったHIC試験により調べた。DWTT特性
は、API規格のプレスノッチ試験片によるDWTT試験(Drop
Weight Tear Test)による延性破面率が85%となる温度
(85%SATT)で評価した。
性を表2に併せて示す。強度はAPI X65グレードとして要
求される降伏強度448MPa以上を目標とし、耐HIC性はHIC
試験で割れ長さ率(CLR)が15%以下となった物を良好(○
印)とし、DWTTは-10℃未満を目標とする。
〜13においては、良好な機械的特性、耐HIC性、及びDWT
T特性が得られている。これに対して、比較鋼板No.14〜
30においては、機械的特性、耐HIC性、又はDWTT特性の
いずれかが劣っている。
より高いためDWTT特性が劣っており、No.15は逆にスラ
ブ加熱温度が本発明範囲より低いため十分な強度が得ら
れない。鋼板No.16は950℃以下の圧下率が低いためDWTT
特性が劣っている。鋼板No.17は加速冷却の冷却開始温
度が本発明範囲より低いため耐HIC特性が劣っている。
鋼板No.18,19はそれぞれ冷却速度、冷却停止温度が本発
明範囲外であるためいずれも十分な強度が得られず、N
o.18は耐HIC特性も劣っている。
速度が本発明範囲より低いため、鋼板平均温度は本発明
範囲内(450℃未満)であっても耐HIC特性が劣っている。
鋼板No.20〜23は再加熱時の鋼板平均温度が本発明範囲
より高いためDWTT特性が劣っている。鋼板No.24〜30は
鋼種が発明範囲外であるため、製造条件が本発明範囲内
であっても耐HIC特性又はDWTT特性が劣っている。
により急速加熱するすることにより、加速冷却により硬
化した表層部のみを効果的に加熱し、かつ、鋼板中央部
の温度上昇を抑制することができる。その結果、耐HIC
性およびDWTT特性に優れた高強度ラインパイプ用鋼板を
安価に大量生産することが可能となる。
を模式的に示す図。
Claims (3)
- 【請求項1】 化学成分としてmass%で、C:0.02〜0.08
%、Si:0.01〜0.5%、Mn:1.0〜1.8%、P:0.01%以下、S:0.0
02%以下、Nb:0.005〜0.05%、Ti:0.005〜0.02%、Al:0.01
〜0.07%、およびCa:0.0005〜0.0025%を含有し、かつ下
記の式で表されるCeqが0.26%以上である鋼を、1000〜12
00℃に加熱し、950℃以下のオーステナイト温度域で圧
下率60%以上の圧延を行った後、冷却開始温度(Ar3-50
℃)以上、平均冷却速度10℃/s以上、冷却停止温度650℃
以下となる加速冷却を行い、その後、誘導加熱により、
鋼板表面における昇温速度10℃/s以上、鋼板平均温度45
0℃未満の再加熱処理を行うことを特徴とする高強度ラ
インパイプ用鋼板の製造方法。 Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 ここで、各元素記号はそれぞれの元素の含有量(mass%)
を表す。 - 【請求項2】 化学成分として、請求項1記載の化学成
分に加えてさらに、mass%でCu:0.5%以下、Ni:0.5%以
下、Cr:0.5%以下、Mo:0.5%以下、V:0.1以下の内1種以上
を含有していることを特徴とする請求項1記載の高強度
ラインパイプ用鋼板の製造方法。 - 【請求項3】 再加熱処理の際、鋼板表面の最高温度を
450〜650℃の範囲内とすることことを特徴とする請求項
1又は請求項2記載の高強度ラインパイプ用鋼板の製造
方法。
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