JP2009228099A - ラインパイプ用uoe鋼管及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐震性に優れた高強度UOE鋼管を提供する。
【解決手段】C:0.03%以上0.10%以下、Si:0.05%以上0.50%以下、Mn:1.50%以上2.2%以下、P:0.025%以下、S:0.002%以下、Cu:1.0%以下、Cr:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.025%以下、Al:0.06%以下、N:0.0050%以下、Ca:0.0050%以下を含有するとともにTi/N:4.0以上であり、残部Fe及び不純物からなる鋼組成を有し、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、または、フェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織を有するラインパイプ用高強度UOE鋼管である。
【選択図】図1
【解決手段】C:0.03%以上0.10%以下、Si:0.05%以上0.50%以下、Mn:1.50%以上2.2%以下、P:0.025%以下、S:0.002%以下、Cu:1.0%以下、Cr:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.025%以下、Al:0.06%以下、N:0.0050%以下、Ca:0.0050%以下を含有するとともにTi/N:4.0以上であり、残部Fe及び不純物からなる鋼組成を有し、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、または、フェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織を有するラインパイプ用高強度UOE鋼管である。
【選択図】図1
Description
本発明は、ラインパイプ用UOE鋼管及びその製造方法に関し、具体的には、歪む設計(Strain−Based Design)により設計され、カナダ等の寒冷地で使用される、耐震性に優れたX70グレード以上(管軸方向強度485MPa以上)のラインパイプ用UOE鋼管及びその製造方法に関する。
近年、パイプラインに対するコストダウンの要望は極めて大きい。このため、パイプライン用のUOE鋼管は高強度化される傾向にある。これまで、ラインパイプ用の高強度UOE鋼管は、これまで、十分な強度(TS:最高強度)を有すること、及び使用時の内圧に耐え得ることを重視する応力設計(Stress−Based Design)に基づいて、設計されている。
近年、カナダ等の寒冷地では、敷設されたラインパイプを構成するUOE鋼管が、季節毎の気温変動により凍土(大地)が膨張や収縮等を繰り返すことによってその軸方向へ作用する引張応力により変形することが懸念されており、特に天然ガスやオイルを輸送する長距離パイプラインの破壊に起因して大事故が発生することは、絶対に防止しなければならない。このため、高強度のUOE鋼管をパイプラインに適用するためには、高強度のUOE鋼管が従来の強度のUOE鋼管に比較して、さらに高い破壊安全性を有する必要がある。このため、特に寒冷地で使用されるラインパイプを構成する高強度のUOE鋼管には、強度のみならず、破壊変形に対する変形能(例えば降伏比や一様伸び)である耐震性も優れることが要求される。
一般的に、鋼管の耐震性には、その寸法のみならず、降伏比YRや一様伸びの大小、さらには応力−ひずみ曲線の形状等といった様々な要素が影響することが、知られる。そこで、寒冷地で使用されるラインパイプ用の高強度のUOE鋼管は、強度のみならず、例えば降伏比や一様伸びをも重視する応力設計に基づいて、設計される。
例えば、特許文献1や特許文献2には、耐震性に優れた鋼管として、特許文献3には、高強度、高靭性でかつ耐震性に優れたラインパイプの製造方法として、いずれも、UOE鋼管が、降伏点を有さないラウンド型の形状の応力−ひずみ曲線を有することにより、耐震性を向上できることが開示される。さらに、特許文献4には、圧延後に放冷することによって耐震性に優れた鋼管を試験的に製造したことが開示される。
特開平9−196243号公報
特開平11−80900号公報
特開平9−202922号公報
特開2004−131810号公報
一般的に、全てのパイプライン用UOE鋼管は、施工時の損傷、及び操業時の外面腐食をいずれも防止するために、敷設される現地において、通常150〜250℃で5分間程度保持する熱処理(本明細書では「コーティング熱処理」という)を伴う外面コーティングが施工される。
上述した特許文献1〜4により開示された従来の技術により得られる鋼管は、いずれも、このコーティング熱処理を行われた後の応力−ひずみ曲線の形状が、上降伏点を有するYield Point型となるため、耐震性が不芳である。
通常、製管後のUOE鋼管の応力−ひずみ曲線の形状は、UOE鋼管には多くの冷間歪が付与されるため、常にRound House型である。このため、UOE鋼管の耐震性を向上するためには、コーティング熱処理後の応力−ひずみ曲線が、上降伏点を有するYield Point型に変化せずにRound House型の応力−ひずみ曲線を維持できるとともに、低降伏比化を図ることができるようにすればよい。
そこで、本発明者らは、高強度UOE鋼管の耐震性に影響する様々な因子(UOE鋼管の寸法、降伏比YR、一様伸び、さらには応力−ひずみ曲線の形状等)のうちで、コーティング熱処理を行われた後の応力−ひずみ曲線の形状が、上降伏点を有さないRound House型を維持できる手段を鋭意検討した。
その結果、本発明者らは、(a)UOE鋼管のTi及びNそれぞれの含有量の比(Ti/N)を適正な値に制御すること、(b)母材となる圧延鋼板の製造段階において、圧延を終了した後に加速冷却することによって転位を固着するフリーNを低減し、この圧延鋼板を素材としてUOE製管法によりUOE鋼管を製造することによって、コーティング熱処理を行われた後においてもRound House型の形状の応力−ひずみ曲線を有する高強度UOE鋼管を製造できるようになることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。
本発明は、C:0.03%以上0.10%以下(本明細書では特にことわりがない限り、組成に関する「%」は「質量%」を意味するものとする)、Si:0.05%以上0.50%以下、Mn:1.50%以上2.2%以下、P:0.025%以下、S:0.002%以下、Cu:1.0%以下、Cr:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.025%以下、Al:0.06%以下、N:0.0050%以下、Ca:0.0050%以下を含有するとともに、Ti及びNそれぞれの含有量の比(Ti/N):4.0以上であり、残部Fe及び不純物からなる鋼組成を有し、さらに望ましくは周方向強度が550MPa以上であることを特徴とするX70グレード以上(管軸方向強度485MPa以上)のラインパイプ用UOE鋼管である。
別の観点からは、本発明は、C:0.03%以上0.10%以下、Si:0.05%以上0.50%以下、Mn:1.50%以上2.2%以下、P:0.025%以下、S:0.002%以下、Cu:1.0%以下、Cr:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.025%以下、Al:0.06%以下、N:0.0050%以下、Ca:0.0050%以下を含有するとともに、Ti及びNそれぞれの含有量の比(Ti/N):4.0以上であり、残部Fe及び不純物からなる鋼組成を有するスラブに、700℃以上850℃以下の仕上温度で圧延を行った後に直ちに3℃/sec以上30℃/sec以下の冷却速度で冷却することにより得られる圧延鋼板を素材としてUOE製管法によりUOE鋼管を製造することを特徴とする、望ましくは周方向強度が550MPa以上であるX70グレード以上のラインパイプ用UOE鋼管の製造方法である。
本発明によれば、UOE鋼管のTi及びNそれぞれの含有量の比(Ti/N)を適正な範囲とするとともに、UOE鋼管の素材である圧延鋼板の熱間圧延を終了した後に加速冷却を行うことによって、転位を固着するフリーNを低減するとともに、望ましくは、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、もしくはフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織とすることによって、UOE鋼管の低降伏比化を図りながら、コーティング熱処理を行われた後においてもRound House型の形状の応力−ひずみ曲線を有するようになるので、耐震性に優れた高強度のラインパイプ用UOE鋼管を提供することができる。
以下、本発明に係るラインパイプ用UOE鋼管及びその製造方法を実施するための最良の形態を、添付図面も参照しながら詳細に説明する。
本実施の形態において用いるスラブの組成を限定する理由を説明する。
本実施の形態において用いるスラブの組成を限定する理由を説明する。
(C:0.03%以上0.10%以下)
Cは、強度の上昇に有効な元素であり、X70グレード以上、特にX100グレードの強度を有するために0.03%以上含有する。一方、C含有量が0.10%を超えると靭性の低下が著しくなり、母材の機械的特性に悪影響を及ぼすとともにスラブの表面傷の発生を助長する。このため、C含有量は0.03%以上0.10%以下とする。
Cは、強度の上昇に有効な元素であり、X70グレード以上、特にX100グレードの強度を有するために0.03%以上含有する。一方、C含有量が0.10%を超えると靭性の低下が著しくなり、母材の機械的特性に悪影響を及ぼすとともにスラブの表面傷の発生を助長する。このため、C含有量は0.03%以上0.10%以下とする。
(Si:0.05%以上0.50%以下)
Siは、0.05%以上含有することにより脱酸剤として、また鋼を強化する成分として作用するが、Si含有量が0.50%を越えると、溶接熱影響部に縞状マルテンサイトが多く生成して靭性を極度に劣化させ、UOE鋼管の機械的性質の低下につながる。そこで、Si含有量は0.05%以上0.50%以下と限定する。Si含有量は、板厚とのバランスを考慮して決定することが望ましい。
Siは、0.05%以上含有することにより脱酸剤として、また鋼を強化する成分として作用するが、Si含有量が0.50%を越えると、溶接熱影響部に縞状マルテンサイトが多く生成して靭性を極度に劣化させ、UOE鋼管の機械的性質の低下につながる。そこで、Si含有量は0.05%以上0.50%以下と限定する。Si含有量は、板厚とのバランスを考慮して決定することが望ましい。
(Mn:1.50%以上2.2%以下)
Mnは、1.50%以上含有することにより鋼を強化かつ強靭化するが、Mn含有量が2.2%を超えると溶接部の靭性が劣化する。そじで、Mn含有量は1.50%以上2.2%以下とする。
Mnは、1.50%以上含有することにより鋼を強化かつ強靭化するが、Mn含有量が2.2%を超えると溶接部の靭性が劣化する。そじで、Mn含有量は1.50%以上2.2%以下とする。
(P:0.025%以下)
Pは鋼中に含まれる不純物であり、その含有量が低いほうが望ましいが、極端な低減には相応の製造コストの上昇を伴うので、P含有量は0.025%以下とする。
Pは鋼中に含まれる不純物であり、その含有量が低いほうが望ましいが、極端な低減には相応の製造コストの上昇を伴うので、P含有量は0.025%以下とする。
(S:0.002%以下)
Sは0.002%を超えて含有すると母材の目標の靭性を確保できなくなるので、S含有量は0.002%以下とする。
Sは0.002%を超えて含有すると母材の目標の靭性を確保できなくなるので、S含有量は0.002%以下とする。
(Cu:1.0%以下)
Cuは、望ましくは0.01%以上含有することにより、固溶強化と焼入れ性増大効果による組織変化とにより、靭性を大きく損なうことなく強化を図る作用を奏する。しかし、Cu含有量が1.0%を超えるとスラブの表面疵に有害なCuチェッキングが発生するためにスラブを低温加熱する必要が生じ、製造条件に対する制限が増加する。そこで、Cu含有量は1.0%以下とする。
Cuは、望ましくは0.01%以上含有することにより、固溶強化と焼入れ性増大効果による組織変化とにより、靭性を大きく損なうことなく強化を図る作用を奏する。しかし、Cu含有量が1.0%を超えるとスラブの表面疵に有害なCuチェッキングが発生するためにスラブを低温加熱する必要が生じ、製造条件に対する制限が増加する。そこで、Cu含有量は1.0%以下とする。
(Cr:1.0%以下)
Crは、CuやNiと同様に、望ましくは0.01%以上含有することにより、固溶強化と焼入れ性増大効果による組織変化とにより、靭性を大きく損なうことなく、強化を図る作用を奏する。しかし、Cr含有量が1.0%を超えると熱影響部の靭性を低下させる。そこで、Cr含有量は1.0%以下とする。
Crは、CuやNiと同様に、望ましくは0.01%以上含有することにより、固溶強化と焼入れ性増大効果による組織変化とにより、靭性を大きく損なうことなく、強化を図る作用を奏する。しかし、Cr含有量が1.0%を超えると熱影響部の靭性を低下させる。そこで、Cr含有量は1.0%以下とする。
(Ni:2.0%以下)
Niは、Cuと同様に、望ましくは0.01%以上含有することにより、固溶強化と焼入れ性増大効果による組織変化とにより、靭性を大きく損なうことなく、強化を図ることができる作用を奏するとともに、熱間曲げ加工後の母材及び熱影響部の靭性の劣化を抑制する作用を奏する。しかし、Ni含有量が2.0%を超えると、製造コストが上昇し過ぎて実用的でない。そこで、Ni含有量は2.0%以下とする。
Niは、Cuと同様に、望ましくは0.01%以上含有することにより、固溶強化と焼入れ性増大効果による組織変化とにより、靭性を大きく損なうことなく、強化を図ることができる作用を奏するとともに、熱間曲げ加工後の母材及び熱影響部の靭性の劣化を抑制する作用を奏する。しかし、Ni含有量が2.0%を超えると、製造コストが上昇し過ぎて実用的でない。そこで、Ni含有量は2.0%以下とする。
(Mo:1.0%以下)
Moは、望ましくは0.01%以上含有することにより、母材及び溶接部の強度上昇に有効である。しかし、Mo含有量が1.0%を超えると、現地周溶接性や溶接熱影響部の靭性が劣化する。そこで、Mo含有量は1.0%以下とする。
Moは、望ましくは0.01%以上含有することにより、母材及び溶接部の強度上昇に有効である。しかし、Mo含有量が1.0%を超えると、現地周溶接性や溶接熱影響部の靭性が劣化する。そこで、Mo含有量は1.0%以下とする。
(Nb:0.1%以下、V:0.1%以下)
Nb、Tiは、いずれも、析出強化や焼入れ性増大効果による強度上昇,あるいは結晶粒微細化に伴う靭性の改善に大きな効果をもたらす。しかし、Nb含有量が0.1%を超え、またはV含有量が0.1%を超えると、溶接部の靭性が低下する。そこで、Nb含有量は0.1%以下とし、V含有量は0.1%以下とする。
Nb、Tiは、いずれも、析出強化や焼入れ性増大効果による強度上昇,あるいは結晶粒微細化に伴う靭性の改善に大きな効果をもたらす。しかし、Nb含有量が0.1%を超え、またはV含有量が0.1%を超えると、溶接部の靭性が低下する。そこで、Nb含有量は0.1%以下とし、V含有量は0.1%以下とする。
(Ti:0.025%以下)
Tiは、望ましくは0.005%以上含有することにより、TiNを生成し、熱影響部の粒成長を抑制し、靭性を向上する作用を奏する。しかし、Ti含有量が0.025%を超えると溶存N量が増加して熱影響部の靭性が劣化する。そこで、Ti含有量は0.025%以下とする。
Tiは、望ましくは0.005%以上含有することにより、TiNを生成し、熱影響部の粒成長を抑制し、靭性を向上する作用を奏する。しかし、Ti含有量が0.025%を超えると溶存N量が増加して熱影響部の靭性が劣化する。そこで、Ti含有量は0.025%以下とする。
(Al:0.06%以下)
Alは、Si同様に、脱酸材としての作用があるが、結晶完全整粒化のために0.010%以上含有することが望ましい。一方、溶接部の低温靭性を確保するために、溶接金属のAl/Oを適正に制御するために、Al含有量は0.06%以下とする。
Alは、Si同様に、脱酸材としての作用があるが、結晶完全整粒化のために0.010%以上含有することが望ましい。一方、溶接部の低温靭性を確保するために、溶接金属のAl/Oを適正に制御するために、Al含有量は0.06%以下とする。
(N:0.0050%以下)
Nは、VやTi等と窒化物を形成して高温強度の向上に効果をもたらす。しかし、N含有量が0.0050%を超えるとNb、V、Tiと炭窒化物を形成し、母材及び熱影響部の靭性を低下させる。そこで、N含有量は0.0050%以下とする。ただし、溶接熱影響部についての靱性の要求レベルが高い場合には、N含有量を0.0035%以下とすることが望ましい。
Nは、VやTi等と窒化物を形成して高温強度の向上に効果をもたらす。しかし、N含有量が0.0050%を超えるとNb、V、Tiと炭窒化物を形成し、母材及び熱影響部の靭性を低下させる。そこで、N含有量は0.0050%以下とする。ただし、溶接熱影響部についての靱性の要求レベルが高い場合には、N含有量を0.0035%以下とすることが望ましい。
(Ca:0.0050%以下)
Caは、介在物の形態制御、具体的には球状化に効果があり、水素誘起割れやラメラーティアーを防止する。しかし、Ca含有量が0.0050%を超えると、Ca系介在物の発生量が過多になるため、Ca含有量は0.0050%以下とする。一方、Ca含有量は、S含有量と密接な関係があり、S含有量が0.0010%以上である場合にはMnS系介在物の球状化のために、0.0005%以上であることが望ましい。なお、S含有量が0.0010%以下である極めて清浄性の高い鋼では、Ca含有量の下限は特に設定する必要はない。以上の理由により、Ca含有量は0.0050%以下とする。
Caは、介在物の形態制御、具体的には球状化に効果があり、水素誘起割れやラメラーティアーを防止する。しかし、Ca含有量が0.0050%を超えると、Ca系介在物の発生量が過多になるため、Ca含有量は0.0050%以下とする。一方、Ca含有量は、S含有量と密接な関係があり、S含有量が0.0010%以上である場合にはMnS系介在物の球状化のために、0.0005%以上であることが望ましい。なお、S含有量が0.0010%以下である極めて清浄性の高い鋼では、Ca含有量の下限は特に設定する必要はない。以上の理由により、Ca含有量は0.0050%以下とする。
上述した以外は、Fe及び不純物である。
(Ti及びNそれぞれの含有量の比(Ti/N):4.0以上)
X80グレードの高強度UOE鋼管を例にとって、外径Dと肉厚Tとの比(D/T)と耐震性との関係を調べた。その結果、比(D/T)が小さくなるほど座屈ひずみが大きくなり、耐震性が向上することが確認された。このため、高強度UOE鋼管の耐震性を向上するには、まず最初にUO鋼管の比(D/T)を30以下にすることが望ましい。しかしながら、輸送圧力、輸送効率さらには輸送必要量によっては、比(D/T)を30超に設定せざるを得ない場合もあり、このような場合も含めて、本実施の形態で説明するように、材料の特性を改善することによって、耐震性の改善及び向上を図ることが望ましい。
(Ti及びNそれぞれの含有量の比(Ti/N):4.0以上)
X80グレードの高強度UOE鋼管を例にとって、外径Dと肉厚Tとの比(D/T)と耐震性との関係を調べた。その結果、比(D/T)が小さくなるほど座屈ひずみが大きくなり、耐震性が向上することが確認された。このため、高強度UOE鋼管の耐震性を向上するには、まず最初にUO鋼管の比(D/T)を30以下にすることが望ましい。しかしながら、輸送圧力、輸送効率さらには輸送必要量によっては、比(D/T)を30超に設定せざるを得ない場合もあり、このような場合も含めて、本実施の形態で説明するように、材料の特性を改善することによって、耐震性の改善及び向上を図ることが望ましい。
X80グレードのUOE鋼管を例にとって、(i)降伏比YR(YS/TS)、(ii)一様伸び、及び(iii)応力−ひずみ曲線の形状の3項目が、耐震性(耐座屈性)に及ぼす影響を調査した。
この調査により、
(A)降伏比YRは、85、88、91%の順に、座屈発生時の曲げ角度が、13.9°、14.5°、15.3°となり、降伏比YRの値が大きいほど耐震性に優れること、
(A)降伏比YRは、85、88、91%の順に、座屈発生時の曲げ角度が、13.9°、14.5°、15.3°となり、降伏比YRの値が大きいほど耐震性に優れること、
(B)一様伸びは、5.88%、7.38%、8.88%である場合、座屈発生時の曲げ角度はそれぞれ14.1°、14.5°、15.1°となり、一様伸びが大きいほど耐震性に優れること、及び。
(C)図1は、コーティング熱処理の前後における応力−ひずみ曲線の変化を示すグラフであり、ケース1は仕上温度800℃、圧延後冷却速度20℃/secである条件により製造された圧延鋼板を素材とするUOE鋼管の200℃コーティング熱処理後における応力−ひずみ曲線を示し、ケース2は仕上温度800℃、圧延後冷却速度20℃/secである条件により製造された圧延鋼板を素材とするUOE鋼管の270℃コーティング熱処理後における応力−ひずみ曲線を示す。
図1のグラフに示すように、コーティング熱処理前においてはケース1、2のいずれもRound House型の応力−ひずみ曲線を有するものの、本発明で規定する条件を満足しないケース1では、コーティング熱処理後の応力−ひずみ曲線の形状が、Yield Point型に変化するのに対し、本発明で規定する条件を満足するケース2では、コーティング熱処理後の応力−ひずみ曲線の形状がRound House型を維持することがわかる。
本実施の形態では、降伏比YR及び一様伸びそれぞれの大小と、応力−ひずみ曲線の形状の3項目のうちで、特に応力−ひずみ曲線の形状に注目し、コーティング熱処理を行われた後における応力−ひずみ曲線の形状が、Yield Point型であるUOE鋼管よりも、Round House型であるUOE鋼管のほうが、耐震性が良好であることを利用する。このために、転位を固着する元素であるC又はNに注目し、その中でも、Ti及びNそれぞれの含有量の比(Ti/N)に注目した。
そして、試験片を用いて比(Ti/N)を変化させる確認試験を行い、応力−ひずみ曲線の形状の変化を調べた。
図2は、試験片のL方向の引張試験における応力とひずみとの関係に及ぼす(Ti/N)の影響を示すグラフである。
図2は、試験片のL方向の引張試験における応力とひずみとの関係に及ぼす(Ti/N)の影響を示すグラフである。
同図のグラフに示すように、(Ti/N)が2.9である場合には応力−ひずみ曲線はYield Point型の形状となり、(Ti/N)の値が4.1、5.6と大きくなるにつれて、上降伏点を有さないなだらかなRound House型の形状となる。
このように、コーティング熱処理を行われた後におけるUOE鋼管の応力−ひずみ曲線の形状を、Round House型に維持するには、転位を固着する作用を奏するフリーNを低減することが有効であり、このためには、(Ti/N)の値を4.0以上とすることが有効である。さらにこのような作用効果を安定して得るためにはTi/Nを5.0以上とすることが望ましい。
本実施の形態では、上述した鋼組成を有するスラブに、常法にしたがって、700℃以上850℃以下の仕上温度で圧延を行った後に直ちに3℃/sec以上30℃/sec以下の冷却速度で冷却する加速冷却を行うことによって、圧延鋼板とする。
この加速冷却を行うことにより、圧延鋼板は、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、もしくはフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織を有する。
そして、本実施の形態では、このようにして製造した圧延鋼板を素材として、公知のUOE製管法を用いてUOE鋼管を製造する。このUOE製管法は、素材である圧延鋼板にUプレスを行ってU形に成形し、さらにOプレスを行ってO形に成形して円筒状に成形し、その後に端部である継目を突き合わせて溶接するものである。これは当業者にとっては周囲の製管法であるので、UOE製管法に関するこれ以上の説明は省略する。
そして、本実施の形態では、このようにして製造した圧延鋼板を素材として、公知のUOE製管法を用いてUOE鋼管を製造する。このUOE製管法は、素材である圧延鋼板にUプレスを行ってU形に成形し、さらにOプレスを行ってO形に成形して円筒状に成形し、その後に端部である継目を突き合わせて溶接するものである。これは当業者にとっては周囲の製管法であるので、UOE製管法に関するこれ以上の説明は省略する。
本実施の形態では、このようにして、C:0.03%以上0.10%以下、Si:0.05%以上0.50%以下、Mn:1.50%以上2.2%以下、P:0.025%以下、S:0.002%以下、Cu:1.0%以下、Cr:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.025%以下、Al:0.06%以下、N:0.0050%以下、Ca:0.0050%以下を含有するとともに、Ti及びNそれぞれの含有量の比(Ti/N):4.0以上であり、残部Fe及び不純物からなる鋼組成を有し、望ましくは、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、もしくはフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織を有する、本実施の形態のX70グレード以上のラインパイプ用UOE鋼管が提供される。
このように、本実施の形態によれば、Ti/Nを適正な範囲に制限するとともに、UOE鋼管の素材である圧延鋼板の熱間圧延後に加速冷却を行うことにより、フリーNを低減するとともに、望ましくは、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、もしくはフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織とすることによって、UOE鋼管の応力−ひずみ曲線の形状を、コーティング熱処理後においてもRound House型に維持することができるようになるとともに、UOE鋼管の降伏比YRを90%以下、望ましくは85%以下に抑制することができるので、これにより、耐震性に優れたX70グレード以上のラインパイプ用UOE鋼管を提供することができる。
したがって、敷設されたラインパイプを構成するUOE鋼管が、季節毎の気温変動により凍土(大地)が膨張や収縮等を繰り返すことによってその軸方向へ作用する引張応力により、変形することが懸念されている、カナダ等の寒冷地において使用されるラインパイプを構成する高強度UOE鋼管として、強度のみならず、破壊変形に対する変形能である耐震性も優れるので、極めて望ましい。
さらに、本発明を、実施例を参照しながらより具体的に説明する。
表1に示す鋼組成(表1に示す以外はFe及び不純物)を有するスラブに、表2に示す仕上温度で圧延を行った後に直ちに表2に示す冷却速度で冷却することにより得られる圧延鋼板を素材としてUOE製管法により、X80グレードで肉厚が16.2mmであるUOE鋼管を製造した。
表1に示す鋼組成(表1に示す以外はFe及び不純物)を有するスラブに、表2に示す仕上温度で圧延を行った後に直ちに表2に示す冷却速度で冷却することにより得られる圧延鋼板を素材としてUOE製管法により、X80グレードで肉厚が16.2mmであるUOE鋼管を製造した。
そして、これらのUOE鋼管から切り出した引張試験片1〜7に、250℃に5分間保持するコーティング熱処理を模擬した熱処理を行ってから、引張試験を行った。
この引張試験片1〜7の化学組成及び金属組織を表1に示すとともに、素材である圧延鋼板の圧延仕上温度及び冷却速度、引張試験片1〜7の機械特性(引張強度TS、降伏強度YS、降伏比YR)および靭性(シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーvE−10(℃))の測定値を表2に示す。また、引張試験における応力−ひずみ曲線の形状を図3(a)〜図3(g)にグラフで示す。
この引張試験片1〜7の化学組成及び金属組織を表1に示すとともに、素材である圧延鋼板の圧延仕上温度及び冷却速度、引張試験片1〜7の機械特性(引張強度TS、降伏強度YS、降伏比YR)および靭性(シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーvE−10(℃))の測定値を表2に示す。また、引張試験における応力−ひずみ曲線の形状を図3(a)〜図3(g)にグラフで示す。
特に、応力−ひずみ曲線の形状は、下記に示す通り2種類(I)、(II)に分類され、耐震性の良否を評価するためには重要である。
(I)Round House型:
コーティング熱処理を行われない通常のUOE鋼管に現れる応力−ひずみ曲線の形状であり、耐震性に優れることを示す。
コーティング熱処理を行われない通常のUOE鋼管に現れる応力−ひずみ曲線の形状であり、耐震性に優れることを示す。
(II)Yield Point型:
コーティング熱処理を行われた後のUOE鋼管に表れることが多い応力−ひずみ曲線の形状であり、Round型に比べると耐座屈性に劣り、Strain Based Designに用いるには不適である。
コーティング熱処理を行われた後のUOE鋼管に表れることが多い応力−ひずみ曲線の形状であり、Round型に比べると耐座屈性に劣り、Strain Based Designに用いるには不適である。
表1、2及び図3(a)〜図3(g)より、UOE鋼管のTi及びNそれぞれの含有量の比(Ti/N)を適正な範囲とするとともに、UOE鋼管の素材である圧延鋼板の熱間圧延を終了した後に加速冷却を行うことによって、転位を固着するフリーNを低減するとともに、望ましくは、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、もしくはフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織とすることによって、UOE鋼管の低降伏比化を図りながら、コーティング熱処理を行われた後においてもRound House型の形状の応力−ひずみ曲線を有するようになるので、耐震性に優れた高強度のラインパイプ用UOE鋼管を提供できることがわかる。
Claims (2)
- 質量%で、C:0.03〜0.10%、Si:0.05〜0.50%、Mn:1.50〜2.2%、P:0.025%以下、S:0.002%以下、Cu:1.0%以下、Cr:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.025%以下、Al:0.06%以下、N:0.0050%以下、Ca:0.0050%以下を含有するとともにTi/N:4.0以上であり、残部Fe及び不純物からなる鋼組成を有することを特徴とするX70グレード以上のラインパイプ用UOE鋼管。
- 質量%で、C:0.03〜0.10%、Si:0.05〜0.50%、Mn:1.50〜2.2%、P:0.025%以下、S:0.002%以下、Cu:1.0%以下、Cr:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.025%以下、Al:0.06%以下、N:0.0050%以下、Ca:0.0050%以下を含有するとともにTi/N:4.0以上であり、残部Fe及び不純物からなる鋼組成を有するスラブに、700〜850℃の仕上温度で圧延を行った後に直ちに3〜30℃/secの冷却速度で冷却することにより得られる圧延鋼板を素材としてUOE製管法によりUOE鋼管を製造することを特徴とする、X70グレード以上のラインパイプ用UOE鋼管の製造方法。
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