JP2011063840A - Steel sheet having excellent hic resistance and uoe steel pipe - Google Patents

Steel sheet having excellent hic resistance and uoe steel pipe Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel sheet in which, in addition to the control of elements known as HIC generation causes heretofore such as Mn, P and S, in particular, HIC generation caused by the carbonitrides of Nb and Ti can be prevented. <P>SOLUTION: The steel sheet having excellent HIC resistance has a composition comprising 0.02 to 0.07% C, 0.05 to 0.5% Si, 1.10 to 1.60% Mn, ≤0.015%P, ≤0.0020% S, 0.010 to 0.050% Nb, 0.005 to 0.025% Ti, 0.005 to 0.6% sol.Al, 0.0005 to 0.0060% Ca and 0.0015 to 0.007% N, and also satisfying inequality (1): 0.1%≤Cu+Ni+Cr+Mo≤1.5%, and the balance Fe with impurities, and in which the concentration of Nb in a region at a distance of a sheet thickness of 5% from the central part in the sheet thickness direction toward the sheet thickness direction is ≤0.060%, and further, the concentration of Ti is ≤0.025%. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、鋼板およびUOE鋼管に関する。具体的には、本発明は、ラインパイプや海洋構造物さらには圧力容器等の用途に適用されるX60以上の耐HIC特性に優れた厚鋼板と、この厚鋼板を用いたUOE鋼管とに関する。   The present invention relates to a steel plate and a UOE steel pipe. Specifically, the present invention relates to a thick steel plate having excellent HIC resistance of X60 or higher, which is applied to uses such as line pipes, offshore structures, and pressure vessels, and a UOE steel pipe using the thick steel plate.

原油や天然ガスの輸送に使用されるラインパイプには、強度、靱性、溶接性等の一般的な特性の他に、硫化水素を含む環境下で使用されることから、耐水素誘起割れ(Hydrogen Induced Cracking:以下、「HIC」と略記する)が重要な特性として、要求される。   In addition to general properties such as strength, toughness and weldability, line pipes used for the transportation of crude oil and natural gas are used in an environment containing hydrogen sulfide, so hydrogen-induced cracking (Hydrogen) Induced Cracking (hereinafter abbreviated as “HIC”) is required as an important characteristic.

HICに関する多数の研究が、過去に実際にラインパイプや油井管等でHICに起因した油漏れや破壊、爆発事故が発生したことから、従来より行われている。それらによれば、HICの発生機構は、腐食環境で発生した水素ガスが鋼材中に浸入して拡散し、鋼材中のMnSや酸化物系介在物の周囲に集積し、分子化して割れにつながることである。このため、以下に大別される手段がHICの防止策として開示されている。   Many studies on HIC have been conducted in the past because oil leakage, destruction, and explosion accidents caused by HIC have actually occurred in line pipes and oil well pipes in the past. According to them, the generation mechanism of HIC is that hydrogen gas generated in the corrosive environment penetrates into the steel material and diffuses, accumulates around MnS and oxide inclusions in the steel material, and molecularizes, leading to cracking. That is. For this reason, the means roughly divided below are disclosed as measures for preventing HIC.

(1)鋼材中にMnSが存在すると、これを起点として割れが発生し、MnSが圧延時に長く伸展すると割れ感受性を増大する。このため、特許文献1には、鋼中のS含有量を低下するとともに鋼中にCaやREMを添加することによって、鋼中のSを微細な球状化したCaSやREM硫化物とする発明が開示されている。 (1) When MnS is present in a steel material, cracks are generated starting from this, and crack sensitivity increases when MnS extends for a long time during rolling. For this reason, Patent Document 1 discloses an invention in which S in steel is reduced to a fine spheroidized CaS or REM sulfide by reducing the S content in steel and adding Ca or REM to the steel. It is disclosed.

(2)鋳片の中心偏析部に相当する部位では、C、Mn、P等が偏析することによりマルテンサイトやベイナイトなどの硬い組織が形成され、これが割れの伝播経路となる。このため、特許文献2には、鋼中のC、Mn、P等の濃度を低減すること、拡散により偏析を軽減するための均熱処理を行うこと、さらには圧延後の冷却速度を高めることによって、硬い組織の生成を防止する発明が開示されている。また、特許文献3には、連続鋳造の未凝固溶鋼が残る段階で鋳片を一旦バルジングさせた後圧下することによって、中心偏析そのものを解消する発明が開示されている。 (2) In a portion corresponding to the center segregation portion of the slab, a hard structure such as martensite or bainite is formed due to segregation of C, Mn, P, and the like, and this becomes a propagation path of cracks. For this reason, in Patent Document 2, by reducing the concentration of C, Mn, P, etc. in steel, performing soaking treatment to reduce segregation by diffusion, and further increasing the cooling rate after rolling. An invention for preventing the formation of hard tissue is disclosed. Patent Document 3 discloses an invention in which the center segregation itself is eliminated by bulging the slab once at the stage where the continuously cast unsolidified molten steel remains, and then reducing the slab.

(3)近年、要求される鋼材の強度スペックの向上に伴って、上記(1)項または(2)項の単独の対策を行うのでは、不十分な場合が多くなってきた。このため、特許文献4〜6には、鋼中にCuやNiを添加することにより表面に保護被膜を形成して鋼中への水素の浸入を抑制するとともに、これらの対策とともに、CrやMo等の添加や圧延時の加工熱処理(TMCP)を併用する発明が開示されている。 (3) In recent years, with the improvement of the required strength specifications of steel materials, it has become insufficient in many cases to perform the single countermeasure of the above item (1) or (2). For this reason, in Patent Documents 4 to 6, Cu or Ni is added to the steel to form a protective film on the surface to suppress the intrusion of hydrogen into the steel. And the like are used together with a heat treatment (TMCP) during rolling.

特開昭54−110119号公報Japanese Patent Laid-Open No. 54-110119 特開昭61−60866号公報JP 61-60866 A 特開平09−57410号公報JP 09-57410 A 特開平6−220577号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-220577 特開平9−209037号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-209037 特開2003−226922号公報JP 2003-226922 A

本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、X60クラス(YP70ksiクラス)以上のラインパイプ等に使用される厚鋼板においては、上述した(1)〜(3)項に示す対策では防止できないHICがあることが新たに判明した。本明細書において「厚鋼板」とは、板厚が6.0mm以上38.1mm以下の鋼板を意味する。   As a result of intensive studies by the present inventors, in thick steel plates used for line pipes of X60 class (YP70 ksi class) or higher, there is an HIC that cannot be prevented by the measures described in the above items (1) to (3). Newly found. In the present specification, the “thick steel plate” means a steel plate having a plate thickness of 6.0 mm or more and 38.1 mm or less.

本発明の目的は、X60クラス(YP70ksiクラス)以上のラインパイプ等に使用される厚鋼板において、これまで知られているHICの防止策では防ぐことができないHICを、防止することができる耐HIC特性に優れた鋼板およびUOE鋼管を提供することである。   An object of the present invention is to prevent HIC that can be prevented by a known HIC prevention measure in a thick steel plate used for a line pipe or the like of X60 class (YP70 ksi class) or higher. It is to provide a steel plate and a UOE steel pipe having excellent characteristics.

本発明は、「X60クラス(YP70ksiクラス)以上のラインパイプ等に使用される厚鋼板では、HIC発生起点が、上述した(1)〜(3)項に示す原因以外に、主にNbやTiの炭窒化物である」という新規な知見に基づくものである。   In the present invention, in the thick steel plate used for the X60 class (YP70 ksi class) or higher line pipe or the like, the HIC occurrence starting point is mainly Nb or Ti other than the causes described in the above items (1) to (3). It is based on the novel knowledge that it is a carbonitride of

本発明は、C:0.02%以上0.07%以下(本明細書では特に断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0.5%以下、Mn:1.10%以上1.60%以下、P:0.015%以下、S:0.0020%以下、Nb:0.010%以上0.050%以下、Ti:0.005%以上0.025%以下、sol.Al:0.005%以上0.06%以下、Ca:0.0005%以上0.0060%以下、N:0.0015%以上0.007%以下を含有し、かつ式(1):0.1%≦Cu+Ni+Cr+Mo≦1.5%を満足し、任意元素としてV:0.10%以下、望ましくは0.01%以上0.10%以下を含有し、残部Feおよび不純物からなり、板厚方向の中央部から板厚方向へ向けて板厚の5%の距離にある領域におけるNb濃度が0.060%以下であるとともにTi濃度が0.025%以下であることを特徴とする鋼板である。ただし、式(1)における元素記号は各元素の含有量(質量%)である。   In the present invention, C: 0.02% or more and 0.07% or less (in this specification, “%” relating to composition means “mass%” unless otherwise specified), Si: 0.05% 0.5% or less, Mn: 1.10% or more and 1.60% or less, P: 0.015% or less, S: 0.0020% or less, Nb: 0.010% or more and 0.050% or less, Ti : 0.005% to 0.025%, sol. Al: 0.005% or more and 0.06% or less, Ca: 0.0005% or more and 0.0060% or less, N: 0.0015% or more and 0.007% or less, and formula (1): 0. 1% ≦ Cu + Ni + Cr + Mo ≦ 1.5% is satisfied, V: 0.10% or less as an optional element, preferably 0.01% or more and 0.10% or less, the balance being Fe and impurities, and in the thickness direction The Nb concentration in a region at a distance of 5% of the plate thickness from the center of the plate toward the plate thickness direction is 0.060% or less and the Ti concentration is 0.025% or less. . However, the element symbol in Formula (1) is content (mass%) of each element.

別の観点からは、本発明は、上述した本発明に係る鋼板を素材とすることを特徴とするUOE鋼管である。   From another point of view, the present invention is a UOE steel pipe characterized in that the steel plate according to the present invention described above is used as a material.

本発明により、X60クラス(YP70ksiクラス)以上のラインパイプ等に使用されるとともに、TiやNbの粗大な炭窒化物に起因したHICを生じることがない耐HIC特性に優れた鋼板と、この鋼板を素材とするUOE鋼管とを提供することができるようになる。   According to the present invention, a steel plate having excellent HIC resistance that is used for X60 class (YP70 ksi class) or higher line pipes and the like and does not cause HIC due to coarse carbonitrides of Ti and Nb, and this steel plate It becomes possible to provide a UOE steel pipe made of a material.

レーザーICP装置を用いたMn、P、S、Nb、Cの偏析度の調査結果を示すグラフである。It is a graph which shows the investigation result of the segregation degree of Mn, P, S, Nb, and C using a laser ICP apparatus.

以下、本発明を実施するための形態を説明する。
はじめに、本発明に係る鋼板の組成を限定する理由を説明する。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
First, the reason for limiting the composition of the steel sheet according to the present invention will be described.

[C:0.02%以上0.07%以下]
一般に、Cは鋼の強度に大きな影響を及ぼす元素として知られ、C含有量が0.02%未満ではラインパイプ等の用途に対して所定の強度を得ることが困難となる。一方、C含有量が0.07%を超えると、上述したように連続鋳造時には鋳片の厚み中心部にマクロ偏析部を形成してHICの発生原因となる。そのため、C含有量は0.02%以上0.07%以下と限定する。同様の観点からC含有量の上限は0.06%であることが好ましく、0.05%であることがさらに好ましい。一方、下限は0.03%であることが好ましく、0.04%であることがさらに好ましい。
[C: 0.02% to 0.07%]
In general, C is known as an element having a great influence on the strength of steel. When the C content is less than 0.02%, it is difficult to obtain a predetermined strength for applications such as line pipes. On the other hand, if the C content exceeds 0.07%, as described above, a macro-segregation portion is formed at the thickness center portion of the slab during continuous casting, which causes generation of HIC. Therefore, the C content is limited to 0.02% or more and 0.07% or less. From the same viewpoint, the upper limit of the C content is preferably 0.06%, and more preferably 0.05%. On the other hand, the lower limit is preferably 0.03%, and more preferably 0.04%.

[Si:0.05%以上0.5%以下]
Siは、一般に鋼の製造プロセスでは0.05%以上含有することにより脱酸元素として鋼中の酸素濃度を低減するために有効な元素の一つであり、鋼を強化する効果もある。また、強度を高める元素として非常に有用な元素である。しかし、Si含有量が0.5%を超えると縞状マルテンサイトが生成するようになりHAZ靱性を悪化させる。このため、Si含有量は0.05%以上0.5%以下と限定する。同様の観点から、Si含有量の下限は0.10%であることが好ましく、0.20%であることがさらに好ましい。
[Si: 0.05% to 0.5%]
Si is generally one of elements effective for reducing the oxygen concentration in steel as a deoxidizing element by containing 0.05% or more in the steel manufacturing process, and also has an effect of strengthening steel. Further, it is an extremely useful element as an element for increasing the strength. However, when the Si content exceeds 0.5%, striped martensite is generated and the HAZ toughness is deteriorated. For this reason, Si content is limited to 0.05% or more and 0.5% or less. From the same viewpoint, the lower limit of the Si content is preferably 0.10%, and more preferably 0.20%.

一方、Siは、Tiとの間に強い相互作用を有することから、構成元素でないにもかかわらずTiNの生成に影響する。そして、Nb炭窒化物はTiNを核として析出する可能性も高く、耐HIC性能の劣化を引き起こす恐れもある。そこで、Si含有量の上限は0.30%未満とすることが好ましい。   On the other hand, since Si has a strong interaction with Ti, it affects the generation of TiN even though it is not a constituent element. Nb carbonitrides are also highly likely to precipitate with TiN as nuclei, which may cause deterioration of HIC resistance. Therefore, the upper limit of the Si content is preferably less than 0.30%.

[Mn:1.10%以上1.60%以下]
Mnは、一般に鋼材の強度に大きな影響を与える元素であるが、Mn含有量が1.10%未満では十分な強度を得ることが困難である。また、Mn含有量が1.60%を超えると上述したように中心偏析部で濃化して耐HIC性能を劣化させる。このため、Mn含有量は1.10%以上1.60%以下とする。同様の観点から、Mn含有量の下限は1.20%であることが好ましく、1.30%であることがさらに好ましい。一方、中心偏析部での耐HIC性を確実に確保するためにはMn含有量の上限は1.50%であることが好ましく、1.40%であることがさらに好ましい。
[Mn: 1.10% to 1.60%]
Mn is an element that generally has a great influence on the strength of a steel material, but if the Mn content is less than 1.10%, it is difficult to obtain sufficient strength. Moreover, when Mn content exceeds 1.60%, it concentrates in a center segregation part as mentioned above, and HIC-proof performance is deteriorated. For this reason, Mn content shall be 1.10% or more and 1.60% or less. From the same viewpoint, the lower limit of the Mn content is preferably 1.20%, more preferably 1.30%. On the other hand, in order to ensure the HIC resistance at the center segregation part, the upper limit of the Mn content is preferably 1.50%, more preferably 1.40%.

[P:0.015%以下]
Pは、鋼中に不可避的に存在する不純物の一つであり、P含有量はできるだけ低い方が好ましい。Pは、凝固時の固液界面における分配係数が小さいため著しく偏析するため、上述したように中心偏析部で濃化して耐HIC性を劣化させる。そのため、P含有量は0.015%以下とする。Pの中心偏析部における耐HIC性の劣化を防止するためには、P含有量は0.008%未満とすることが好ましい。しかし、著しいPの低減には相応の製鋼コスト上昇を伴うので、P含有量は0.003%以上とすることが好ましい。
[P: 0.015% or less]
P is one of the impurities inevitably present in the steel, and the P content is preferably as low as possible. P is segregated remarkably because the distribution coefficient at the solid-liquid interface at the time of solidification is small, and as described above, it concentrates at the center segregation part and deteriorates the HIC resistance. Therefore, the P content is 0.015% or less. In order to prevent deterioration of the HIC resistance in the central segregation part of P, the P content is preferably less than 0.008%. However, since significant reduction of P is accompanied by a corresponding increase in steelmaking costs, the P content is preferably 0.003% or more.

[S:0.0020%以下]
Sは、Pと同様に鋼中に不可避的に存在する不純物の一つであり、その含有量はできるだけ低い方が好ましい。Sも凝固時の固液界面における分配係数が小さいため著しく偏析するばかりでなく、上述したように偏析部ではMnSを生成してHICの発生起点となる。このため、S含有量は0.0020%以下とする。高強度鋼などより要求レベルの厳しい条件で安定して耐HIC性を確保するためにはS含有量の上限を0.0010%とすることが好ましい。しかし、著しいSの低減には相応の製鋼コスト上昇を伴うので、S含有量は0.0003%以上とすることが好ましい。
[S: 0.0020% or less]
S, like P, is one of the impurities inevitably present in steel, and its content is preferably as low as possible. S is not only segregated remarkably because the distribution coefficient at the solid-liquid interface during solidification is small, but also MnS is generated at the segregated portion as described above and becomes the starting point of HIC. For this reason, S content shall be 0.0020% or less. In order to ensure stable HIC resistance under conditions that are more demanding than those of high strength steel and the like, the upper limit of the S content is preferably set to 0.0010%. However, since significant reduction of S is accompanied by a corresponding increase in steelmaking costs, the S content is preferably 0.0003% or more.

[Nb:0.010%以上0.050%以下]
Nbは、鋼中で炭窒化物を形成して鋼の強度を高めるとともに靱性の向上にも有効な元素であり、また、特にTMCPにおいて固溶及び析出を制御することにより鋼板のミクロ組織を制御するために、0.010%以上含有する。しかし、Nb含有量が0.050%を超えると、加熱時にも固溶せず組織制御ができなくなるとともに、Nb含有量が増加することはNb炭窒化物量が増加することであり、耐HIC性の低下を引き起こす可能性がある。このため、Nb含有量は0.010%以上0.050%以下とする。高強度鋼などにより要求レベルの厳しい条件で安定して耐HIC性を確保するためには、Nb含有量は0.010%以上0.040%以下とすることが好ましい。
[Nb: 0.010% to 0.050%]
Nb is an element that forms carbonitrides in steel to increase the strength of the steel and is effective in improving toughness. In particular, TMCP controls the microstructure of steel sheets by controlling solid solution and precipitation. Therefore, it is contained by 0.010% or more. However, when the Nb content exceeds 0.050%, the structure cannot be controlled without solid solution even during heating, and the increase in the Nb content means an increase in the amount of Nb carbonitride, and the HIC resistance. May cause a decrease in For this reason, Nb content shall be 0.010% or more and 0.050% or less. In order to ensure the HIC resistance stably under the severe requirements of high strength steel or the like, the Nb content is preferably 0.010% or more and 0.040% or less.

[Ti:0.005%以上0.025%以下]
Tiは、鋼の強度を向上させるとともに、本発明の根幹をなすTiNの構成元素である。また、鋼中のNをTiNとして固定しNbNやAlNの析出量を減少することから連続鋳造鋳片の曲げ・矯正時のオーステナイト粒界へのNbNやAlNの動的析出に起因した鋳片表面割れを防止する効果もある。このような効果を得るためにTiは0.005%以上含有する。しかし、Ti含有量が0.025%を超えると溶接部の靭性の低下を招くだけでなく、Ti炭窒化物量の増加により耐HIC性が低下する可能性がある。このため、Ti含有量は0.005%以上0.025%以下とする。より好適には0.008%以上0.020%以下である。
[Ti: 0.005% to 0.025%]
Ti is a constituent element of TiN that improves the strength of steel and forms the basis of the present invention. In addition, N in the steel is fixed as TiN, and the amount of precipitation of NbN and AlN is reduced, so the surface of the slab resulting from the dynamic precipitation of NbN and AlN at the austenite grain boundaries during bending and straightening of continuous cast slabs There is also an effect of preventing cracking. In order to obtain such an effect, Ti is contained by 0.005% or more. However, when the Ti content exceeds 0.025%, not only the toughness of the welded portion is lowered, but also the HIC resistance may be lowered due to an increase in the amount of Ti carbonitride. For this reason, Ti content shall be 0.005% or more and 0.025% or less. More preferably, it is 0.008% or more and 0.020% or less.

[sol.Al:0.005%以上0.06%以下]
Alも脱酸元素として鋼中の酸素濃度を低減するために有効な元素の一つである。脱酸のために有効な含有量は0.005%以上である。sol.Al含有量が0.005%を下回ると、脱硫も不十分になるとともに、Ca添加の歩留まりが悪化しその効果も充分得られなくなり、鋼中の硫化物やSの偏析に起因してHICが発生する。しかし、sol.Al含有量が0.06%を超えると脱酸に伴い生成するアルミナがHICの原因となることがある。このため、sol.Al含有量は0.005%以上0.06%以下とする。同様の観点から、sol.Al含有量は0.005%以上0.04%以下とすることがより好ましい。
[Sol. Al: 0.005% or more and 0.06% or less]
Al is one of the elements effective for reducing the oxygen concentration in steel as a deoxidizing element. The effective content for deoxidation is 0.005% or more. sol. When the Al content is less than 0.005%, desulfurization becomes insufficient, the yield of Ca addition deteriorates, and the effect cannot be obtained sufficiently. HIC is caused by segregation of sulfide and S in steel. appear. However, sol. If the Al content exceeds 0.06%, the alumina produced upon deoxidation may cause HIC. For this reason, sol. Al content shall be 0.005% or more and 0.06% or less. From the same viewpoint, sol. The Al content is more preferably 0.005% or more and 0.04% or less.

[Ca:0.0005%以上0.0060%以下]
耐HIC鋼ではCaはS濃度を低減させ、MnSの生成を防止するとともに、硫化物の形態制御を行うために、含有する。このため、Caは0.005%以上含有する。しかし、0.0060%を超えて含有してもその効果は飽和して製造コストが嵩むだけとなる。このため、Ca含有量は、0.0005%以上0.0060%以下とする。
[Ca: 0.0005% or more and 0.0060% or less]
In HIC-resistant steel, Ca is contained in order to reduce the S concentration, prevent the formation of MnS, and control the form of sulfide. For this reason, Ca contains 0.005% or more. However, even if the content exceeds 0.0060%, the effect is saturated and the manufacturing cost only increases. For this reason, Ca content shall be 0.0005% or more and 0.0060% or less.

[N:0.0015%以上0.007%以下]
Nは、転炉などの大気雰囲気で溶製する場合には鋼中に不可避的に浸入する元素である。本発明で着目している粗大Nb炭窒化物の構成元素である。Nb炭窒化物は、直接Nと優先的に結びつくことはないが、晶出したTiNを核として析出することが知られている。鋼材中ではAlやTiなどと窒化物を形成する元素であり、これらの窒化物は熱間加工の過程でピン留め粒子として結晶粒を微細化する効果を有することから鋼材の機械特性に影響を与えるとともに、ミクロ組織形成に影響を与える。このため、Nは0.0015%以上含有する。一方、N含有量が0.007%を超えると、上述したように、これらの窒化物が連続鋳造時にオーステナイト粒界に動的析出することにより鋳片表面割れの原因となる。このため、N含有量は、0.0015%以上0.007%以下とする。
[N: 0.0015% or more and 0.007% or less]
N is an element that inevitably penetrates into steel when it is melted in an air atmosphere such as a converter. It is a constituent element of coarse Nb carbonitride that is focused in the present invention. Nb carbonitrides are not directly associated with N preferentially, but are known to precipitate with crystallized TiN as nuclei. In steel materials, it is an element that forms nitrides with Al, Ti, etc. These nitrides have the effect of refining crystal grains as pinning particles in the process of hot working, and thus affect the mechanical properties of steel materials. And affects the microstructure formation. For this reason, N is contained 0.0015% or more. On the other hand, if the N content exceeds 0.007%, as described above, these nitrides dynamically precipitate at the austenite grain boundaries during continuous casting, which causes slab surface cracks. For this reason, N content shall be 0.0015% or more and 0.007% or less.

[0.1%≦Cu+Ni+Cr+Mo≦1.5%]
耐HIC鋼では、MnSの発生およびC偏析の低減の理由でC、Mnの含有量の上限が定められる。このため、強度を確保するために、Cu、Ni、Cr、Mo等の合金元素を含有する。強度の向上効果を確実に得るためには、これら合金元素の含有量の総量は0.1%以上であることが有効である。しかしながら、これら合金元素の含有量が多過ぎると、焼き入れ性の上昇を伴い、強度上昇とともに一部組織の硬化を引き起こし、これにより、耐HIC性が劣化する。そこで、本発明では、これら合金元素の含有量の総量は1.5%以下とする。
[0.1% ≦ Cu + Ni + Cr + Mo ≦ 1.5%]
In HIC-resistant steel, the upper limit of the content of C and Mn is determined for the reason of generation of MnS and reduction of C segregation. For this reason, in order to ensure intensity | strength, alloy elements, such as Cu, Ni, Cr, Mo, are contained. In order to surely obtain the effect of improving the strength, it is effective that the total content of these alloy elements is 0.1% or more. However, if the content of these alloy elements is too large, the hardenability is increased, the strength is increased, and a part of the structure is hardened. As a result, the HIC resistance is deteriorated. Therefore, in the present invention, the total content of these alloy elements is 1.5% or less.

これらの合金元素それぞれに含有量についても説明する。
Cuは、0.1%以上含有することにより鋼の焼き入れ性を向上させるが、Cu含有量が0.5%を超えると鋼材の熱間加工性や被削性が低下するとともに、連続鋳造時にはカッパー割れと称する表面割れを誘発する元素であることからCuを0.2%以上含有する場合にはその(1/3)以上の濃度のNiを併せて含有することが望ましい。以上の理由により、Cu含有量は0.1%以上0.5%以下であることが望ましい。
The content of each of these alloy elements will also be described.
Cu improves the hardenability of the steel by containing 0.1% or more, but if the Cu content exceeds 0.5%, the hot workability and machinability of the steel material are reduced and continuous casting is performed. Since it is an element that sometimes induces surface cracks called copper cracks, when it contains 0.2% or more of Cu, it is desirable to contain Ni at a concentration of (1/3) or more. For the above reasons, the Cu content is preferably 0.1% or more and 0.5% or less.

Niには、固溶強化によって鋼の強度を向上させるとともに、靱性を改善する効果もある。これらの効果を得るためには0.1%以上含有するが、1.0%を超えて含有してもその効果は頭打ちとなり、むしろ溶接性が悪化する。このため、Ni含有量は0.1%以上1.0%以下であることが望ましい。   Ni has the effect of improving the toughness as well as improving the strength of the steel by solid solution strengthening. In order to acquire these effects, it contains 0.1% or more, but even if it contains exceeding 1.0%, the effect will reach a peak and rather the weldability deteriorates. For this reason, it is desirable that the Ni content is 0.1% or more and 1.0% or less.

Crには、鋼の強度、靱性を高め、特にX80クラスなど高強度のスペックが要求される場合に有効であるため、0.05%以上含有する。一方、炭素当量Ceq(=C+Mn/6+(Cr+Mo)/5+(Cu+Ni)15)を少量含有するだけで大幅に上昇させることからわかるように、少量含有することで強度上昇に大幅に寄与するとともに、0.5%を超えて含有すると溶接割れが発生する。そこで、Cr含有量は0.05%以上0.4%以下であることが望ましい。   Cr increases the strength and toughness of steel, and is effective when high strength specifications such as X80 class are required, so 0.05% or more is contained. On the other hand, as can be seen from the fact that the carbon equivalent Ceq (= C + Mn / 6 + (Cr + Mo) / 5 + (Cu + Ni) 15) is significantly increased only by containing a small amount, by containing a small amount significantly contributes to the strength increase, If it exceeds 0.5%, weld cracking occurs. Therefore, the Cr content is desirably 0.05% or more and 0.4% or less.

さらに、Moは、鋼板の焼き入れ性を向上させ、強度上昇に寄与する。また、ミクロ偏析し難い元素であり、中心偏析に起因するHICの発生を抑制する効果がある。Mo含有の効果を得るためには0.02%以上含有する。しかし、Moは高価な元素でありコスト増加につながるばかりでなく、0.5%を超えて含有するとベイナイトやマルテンサイト相などの硬化相が生成してHICをむしろ悪化させることから、Mo含有量は0.5%以下とする。そこで、Mo含有量は0.02%以上0.5%以下であることが望ましい。耐HIC性能に及ぼす影響は、上述した他の3元素と比較して大きいため、Mo含有量は好ましくは0.3%以下である。   Furthermore, Mo improves the hardenability of the steel sheet and contributes to an increase in strength. Further, it is an element that is difficult to segregate microscopically and has an effect of suppressing the generation of HIC due to center segregation. In order to acquire the effect of containing Mo, it contains 0.02% or more. However, Mo is an expensive element and not only leads to an increase in cost, but if it exceeds 0.5%, a hardened phase such as a bainite or martensite phase is generated and the HIC is rather deteriorated. Is 0.5% or less. Therefore, the Mo content is desirably 0.02% or more and 0.5% or less. Since the influence on the HIC resistance is larger than that of the other three elements described above, the Mo content is preferably 0.3% or less.

次に、任意元素について説明する。
[V:0.10%以下]
Vは、鋼中でフェライト中への固溶並びに炭窒化物を形成して鋼の強度を高めるために有効な元素である。しかし、V含有量が0.10%を超えると、溶接熱影響部での析出状況が変化して靱性に悪影響を与える。このため、Vを含有する場合にはその含有量は0.10%以下であることが望ましい。なお、Vによる上記効果を確実に奏するためには、V含有量は0.01%であることが望ましい。
Next, arbitrary elements will be described.
[V: 0.10% or less]
V is an effective element for increasing the strength of the steel by forming a solid solution and a carbonitride in ferrite in the steel. However, if the V content exceeds 0.10%, the precipitation state in the weld heat affected zone changes and adversely affects toughness. For this reason, when it contains V, it is desirable that the content is 0.10% or less. In addition, in order to show | play the said effect by V reliably, it is desirable that V content is 0.01%.

上記以外は、Feおよび不純物である。
[板厚方向の中央部から板厚方向へ向けて板厚の5%の距離にある領域におけるNb濃度:0.060%以下、Ti濃度:0.025%以下]
本発明者らは、従来より耐HIC性能を阻害する主原因として考えられていた、MnSやC、Mn、Pを低減しても、耐HIC特性を十分に確保できない場合があることを知見し、鋭意検討を重ねた。その結果、従来のMnSやマクロ偏析などのHIC割れの原因の対策を十分に行っても、鋼中に残存するNbやTiの炭窒化物が基点となって割れが発生する場合があることが判明した。つまり、従来の知見に加えて、新たにNbとTiを低減することが耐HIC特性を向上させるために有効であることを知見した。
Other than the above are Fe and impurities.
[Nb concentration: 0.060% or less, Ti concentration: 0.025% or less in a region at a distance of 5% of the plate thickness from the center in the plate thickness direction toward the plate thickness direction]
The present inventors have found that even if MnS, C, Mn, and P, which have been conventionally considered as a main cause of hindering HIC resistance, are reduced, sufficient HIC resistance may not be secured. , Earnestly studied. As a result, even if the countermeasures for the cause of HIC cracking such as conventional MnS and macrosegregation are sufficiently performed, cracks may occur due to the Nb or Ti carbonitride remaining in the steel as a starting point. found. In other words, in addition to the conventional knowledge, it has been found that newly reducing Nb and Ti is effective for improving the HIC resistance.

本発明者らは、鋼板の偏析度とHIC試験を行ってその相関関係を調査することにより、Nb、Tiに関しても鋼板における偏析度によりHIC発生の有無を判定できることを知見した。すなわち、偏析を制御することによりNbとTiの量を低減できる。   The present inventors have found that the presence or absence of occurrence of HIC can be determined from the degree of segregation in the steel sheet with respect to Nb and Ti by investigating the correlation between the degree of segregation of the steel sheet and the HIC test. That is, the amount of Nb and Ti can be reduced by controlling the segregation.

製造された鋼材から採取した試験片についてHIC試験を行った。その結果、割れ発生は全て板厚中央部において発生しており、このことから、中心偏析部がHIC発生の原因であることが示されている。   An HIC test was performed on a test piece collected from the manufactured steel material. As a result, all occurrences of cracks occurred in the central part of the plate thickness, and this indicates that the central segregation part is the cause of the generation of HIC.

割れが発生した試験片について割れ発生部の詳細な調査を行った。割れの起点となった介在物は、SEM/EDSにより分析したところ、濃度は種々変化する場合があるものの、主にNbを含有しNb(C,N)と表記される炭窒化物(10体積%以下のTiを含む、以下「Nb炭窒化物」と略記する。)であることが判明した。   A detailed investigation of the crack occurrence portion was performed on the test piece where the crack occurred. Inclusions that became the starting point of cracking were analyzed by SEM / EDS, but the concentrations may vary, but carbonitrides containing Nb and denoted as Nb (C, N) (10 vol.) It was found to be “Nb carbonitride” hereinafter.

上述したように、Nb、Tiの量を低減させるには偏析のコントロールが必須である。本発明者らは、現状の成品の偏析度レベルを評価し、HIC発生有無との相関を調査するため、圧延された厚鋼板について中心偏析部の各元素の偏析度を調査した。   As described above, segregation control is essential to reduce the amount of Nb and Ti. In order to evaluate the segregation degree level of the current product and investigate the correlation with the presence or absence of HIC, the present inventors investigated the segregation degree of each element in the central segregation part of the rolled thick steel plate.

各元素の偏析度調査は、レーザーアイシーピー装置(以下「L−ICP装置」と略記する。)を用いて測定した。L−ICP装置は発光分析装置の一種であり、10mm長さの測定において約100点の測定、つまり100μm毎の測定が可能であるため、マクロ偏析を十分に評価することができる。偏析度は、その100点の各元素の測定データの平均値を鋼板の平均組成と定義し、最高点をその平均組成で除することにより、定義した。   The segregation degree of each element was measured by using a laser ICP device (hereinafter abbreviated as “L-ICP device”). The L-ICP device is a kind of emission analysis device, and can measure about 100 points in a 10 mm length measurement, that is, every 100 μm, so that macrosegregation can be sufficiently evaluated. The degree of segregation was defined by defining the average value of the measurement data of each of the 100 elements as the average composition of the steel sheet and dividing the highest point by the average composition.

レーザーのビーム径は約1mm程度あるため、1mm以下の介在物は、全て測定データの中に吸収されることとなる。通常介在物は数μm程度、大きいとされるものでも数10μm程度であり、本測定により十分に介在物を含んだ偏析度調査を行うことができる。   Since the laser beam diameter is about 1 mm, all inclusions of 1 mm or less are absorbed in the measurement data. In general, the inclusion is about several μm, and even a large inclusion is about several tens of μm. By this measurement, it is possible to investigate the degree of segregation sufficiently including the inclusion.

その結果、各元素の偏析度によりHIC発生の判定基準を、「板厚方向の中央部から板厚方向へ向けて板厚の5%の距離にある領域におけるNb濃度:0.060%以下、Ti濃度:0.025%以下」と定めることができた。   As a result, the criterion for the occurrence of HIC was determined according to the segregation degree of each element, “Nb concentration in a region at a distance of 5% of the plate thickness from the central portion in the plate thickness direction to 0.060% or less, Ti concentration: 0.025% or less ".

図1は、レーザーICP装置を用いたMn、P、S、Nb、Cの偏析度の調査結果を示すグラフである。図1のグラフにおける横軸は肉厚方向の測定位置であり、縦軸は各元素の測定結果である。縦軸は、元素によりレベル差が生じるが、この測定方法により平均組成および偏析度を算出することができる。なお、このレーザーICP装置を用いた方法以外にも、例えば化学分析等を用いて対象部位の元素を測定することによっても偏析のない部分との分析結果との比較により偏析度を求めることは可能である。   FIG. 1 is a graph showing the investigation results of the segregation degrees of Mn, P, S, Nb, and C using a laser ICP apparatus. The horizontal axis in the graph of FIG. 1 is the measurement position in the thickness direction, and the vertical axis is the measurement result of each element. The level of the vertical axis varies depending on the element, but the average composition and the degree of segregation can be calculated by this measurement method. In addition to the method using this laser ICP apparatus, it is possible to obtain the degree of segregation by comparing the analysis result with the part without segregation, for example, by measuring the element at the target site using chemical analysis or the like. It is.

後述する表1の実施例、及び比較例8、9が示すとおり、「板厚方向の中央部から板厚方向へ向けて板厚の5%の距離にある領域におけるNb濃度:0.060%以下、Ti濃度:0.025%以下」を基準として、HIC発生を判定することができる。   As shown in Examples 1 and Comparative Examples 8 and 9 to be described later, “Nb concentration in a region at a distance of 5% of the plate thickness from the center in the plate thickness direction toward the plate thickness direction: 0.060% Hereinafter, the occurrence of HIC can be determined on the basis of “Ti concentration: 0.025% or less”.

本発明により得られたHIC発生有無の判定基準は、従来から知られている判定基準のみでは判定できない高強度鋼のHICについて、特に顕著な効果を発揮する。従来提案されているC、Mn、P、Sの低減とともに本発明に係るNb、Tiの偏析度の判定基準を併用すればHIC割れを効果的に防止できることは言うまでもない。   The determination criteria for the presence or absence of HIC occurrence obtained by the present invention exert a particularly remarkable effect on the HIC of high-strength steel that cannot be determined only by the conventionally known determination criteria. It goes without saying that HIC cracking can be effectively prevented by using the criteria for segregation of Nb and Ti according to the present invention together with the conventionally proposed reduction of C, Mn, P and S.

なお、成分および偏析度の制御のみならず、さらに他の要素をも制御することにより、よりいっそう効果的に、HIC割れの防止を図ることができるので、これら他の要素についても簡単に説明する。   Since not only the control of the component and the degree of segregation but also other elements can be controlled, the HIC crack can be prevented more effectively, so these other elements will be described briefly. .

製鋼では、酸化物制御としてIR(インジェクションリファイニング)の適用およびCaを添加することによる酸化物の形態制御が有効である。次工程である連続鋳造(以下「CC」と略記する。)では、鋳片の中心部が凝固する際に鋳片の凝固収縮量に相当する程度、あるいはやや上回る程度に勾配を設置することで、偏析の低減を図ることが有効である。一方で、鋳込み巾方向、鋳込み長さ方向で顕著な凝固不均一が発生しないように適正な水冷条件の採用および鋳込み速度の選択が有効である。   In steelmaking, application of IR (injection refining) and oxide form control by adding Ca are effective as oxide control. In the next process, continuous casting (hereinafter abbreviated as “CC”), when the central part of the slab solidifies, the gradient is set to a degree corresponding to or slightly above the solidification shrinkage of the slab. It is effective to reduce segregation. On the other hand, it is effective to use appropriate water cooling conditions and to select a casting speed so as not to cause significant solidification non-uniformity in the casting width direction and casting length direction.

厚板においては、先ず1100℃以上1200℃以下での加熱を実施することが有効である。これにより、スラブ段階で発生したNbを固溶させてNb炭窒化物となることを防ぐことができる。次に、Nb量に伴って加熱温度や時間を調整することが有効である。また、圧延においては、Ar点以上で水冷を行うことが有効である。水冷停止温度を制限するのは、Ar点未満でフェライトが生成して炭素の排出が始まるため、組織中に炭素を多量に含むために硬化組織が形成され、上述したようにHIC性能が劣化するからである。 In the thick plate, it is effective to first perform heating at 1100 ° C. or more and 1200 ° C. or less. Thereby, it is possible to prevent Nb generated in the slab stage from being dissolved and becoming Nb carbonitride. Next, it is effective to adjust the heating temperature and time according to the Nb amount. In rolling, it is effective to perform water cooling at Ar 3 points or more. The reason for limiting the water cooling stop temperature is that ferrite is generated at less than 3 points of Ar and carbon discharge starts, so that a hardened structure is formed due to a large amount of carbon in the structure, and the HIC performance deteriorates as described above. Because it does.

一方、水冷が有効であるのは、CやP等の元素の拡散をできるだけ低減し、CがNbと結びつくことを防止できるからである。温度の低下とともに各元素の拡散速度は低下するが、圧延後水冷せずに放冷すると、より高温にさらされる時間が長く、元素の拡散を助長する可能性がある。拡散した元素は、粒界や介在物に偏析する。   On the other hand, water cooling is effective because it can reduce the diffusion of elements such as C and P as much as possible and prevent C from being combined with Nb. Although the diffusion rate of each element decreases as the temperature decreases, if it is allowed to cool without water cooling after rolling, it may take a longer time to be exposed to a higher temperature, which may promote element diffusion. The diffused elements segregate at the grain boundaries and inclusions.

水冷速度は5℃/sec以上30℃/sec以下が望ましい。水冷速度が遅すぎると拡散を助長し、また水冷速度が高すぎると焼きが過度に入り、硬化組織を生じるからである。   The water cooling rate is desirably 5 ° C./sec or more and 30 ° C./sec or less. This is because if the water cooling rate is too slow, diffusion is promoted, and if the water cooling rate is too high, baking is excessively performed, resulting in a hardened structure.

この本発明に係る鋼板を素材として製造されるUOE鋼管は、TiやNbの粗大な炭窒化物に起因したHICを生じることがなくなる。   The UOE steel pipe manufactured using the steel plate according to the present invention as a raw material does not cause HIC caused by coarse carbonitrides of Ti and Nb.

さらに、実施例を参照しながら本発明をより具体的に説明する。
種々の鋼種を、厚さ300mm、幅2300mmの垂直曲げ型スラブ連続鋳造機を用いて0.7〜0.8m/minの鋳造速度で連続鋳造し、鋳片からサンプルを採取して中心偏析部の析出物を調査するとともに、圧延した後にさらに析出物を調査し、さらに引張試験およびHIC試験を行い、HIC割れ発生部を調査した。表1に鋳造した鋼種の組成を示す。なお、表1に示す元素以外の残部はFeおよび不純物である。
Furthermore, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
Various steel types are continuously cast at a casting speed of 0.7 to 0.8 m / min using a vertical bending slab continuous casting machine having a thickness of 300 mm and a width of 2300 mm. In addition to investigating the precipitates, the precipitates were further investigated after rolling, and further a tensile test and an HIC test were conducted to investigate the HIC crack generation part. Table 1 shows the composition of the cast steel type. The balance other than the elements shown in Table 1 is Fe and impurities.

Figure 2011063840
Figure 2011063840

一方このように連続鋳造したスラブを約1100〜1200℃に加熱し、熱間圧延を行い、仕上げ圧延温度が約750〜850℃となるような条件で10〜25mmの厚さの厚鋼板とした。圧延後には直ちに5〜30℃/secの冷却速度で水冷を行い約400〜550℃で冷却を停止し、その後空冷した。   On the other hand, the slab continuously cast in this way is heated to about 1100 to 1200 ° C., hot-rolled, and made into a thick steel plate having a thickness of 10 to 25 mm under conditions such that the finish rolling temperature is about 750 to 850 ° C. . Immediately after rolling, water cooling was performed at a cooling rate of 5 to 30 ° C./sec, cooling was stopped at about 400 to 550 ° C., and then air cooling was performed.

この厚鋼板について引張試験を行うとともに、HIC試験としてNACE TM−02−84で規定されるNACE試験に供し、割れ面積率(CAR,%)を測定した。また、厚鋼板の中心偏析部について析出物の調査も行った。同時に板強度も測定し、巾方向板強度C−TS(MPa)は520MPa以上を合格とした。割れ面積率(CAR,%)は3%以下を合格とした。   While performing the tensile test about this thick steel plate, it used for the NACE test prescribed | regulated by NACE TM-02-84 as a HIC test, and measured the crack area ratio (CAR,%). Moreover, the deposit was also investigated about the center segregation part of the thick steel plate. At the same time, the plate strength was also measured, and the width direction plate strength C-TS (MPa) was 520 MPa or more. The crack area ratio (CAR,%) was 3% or less.

表1の供試材No.1〜5は本発明の条件を全て満足する本発明例であり、供試材No.6〜15は本発明の条件の少なくとも一つを満足しない比較例である。
供試材No.1〜6は、3%以下の割れ面積率を有するとともに、C−TSも538MPa以上と、X60クラス(YP70ksiクラス)を満足する。
Sample No. in Table 1 Nos. 1 to 5 are examples of the present invention that satisfy all the conditions of the present invention. 6 to 15 are comparative examples that do not satisfy at least one of the conditions of the present invention.
Specimen No. 1 to 6 have a crack area ratio of 3% or less, and C-TS is 538 MPa or more, which satisfies the X60 class (YP70 ksi class).

これに対し、供試材No.7は、Mn含有量が本発明の範囲の下限を満足しないため、C−TSが512と不芳である。
供試材No.8、9は、Nb絶対量およびTi絶対量がいずれも本発明の範囲の上限を満足しないため、割れ面積率が不芳である。
On the other hand, the test material No. In No. 7, since the Mn content does not satisfy the lower limit of the range of the present invention, the C-TS is unsatisfactory at 512.
Specimen No. In Nos. 8 and 9, since the Nb absolute amount and the Ti absolute amount do not satisfy the upper limit of the range of the present invention, the crack area ratio is unsatisfactory.

供試材No.10は、Ca含有量が本発明の範囲の下限を満足しないために硫化物の形態制御を十分に行うことができず、割れ面積率が不芳である。
供試材No.11は、P含有量が本発明の範囲の上限を満足しないために偏析発生および介在物の原因となり、割れ面積率が不芳である。
Specimen No. No. 10, since the Ca content does not satisfy the lower limit of the range of the present invention, the sulfide morphology cannot be sufficiently controlled, and the crack area ratio is unsatisfactory.
Specimen No. No. 11 causes segregation and inclusions because the P content does not satisfy the upper limit of the range of the present invention, and the cracked area ratio is unsatisfactory.

供試材No.12は、S含有量が本発明の範囲の上限を満足しないために偏析発生および介在物の原因となり、割れ面積率が不芳である。
供試材No.13は、C含有量が本発明の範囲の上限を満足しないために偏析発生の原因となり、割れ面積率が不芳である。
Specimen No. No. 12 causes the occurrence of segregation and inclusions because the S content does not satisfy the upper limit of the range of the present invention, and the crack area ratio is poor.
Specimen No. No. 13 causes the occurrence of segregation because the C content does not satisfy the upper limit of the range of the present invention, and the crack area ratio is unsatisfactory.

供試材No.14は、V含有量が本発明の範囲の上限を満足しないため、割れ面積率が不芳であるとともに、溶接部の靭性に非常に悪影響を及ぼすため、パイプとして使用不可である。   Specimen No. No. 14 cannot be used as a pipe because the V content does not satisfy the upper limit of the range of the present invention, the crack area ratio is unsatisfactory, and the toughness of the welded portion is adversely affected.

供試材No.15は、Nb含有量が本発明の範囲の上限を満足しないために偏析発生および介在物の原因となり、割れ面積率が不芳である。
さらに、供試材No.16は、Ti含有量が本発明の範囲の上限を満足しないために偏析発生および介在物の原因となり、割れ面積率が不芳である。
Specimen No. No. 15 causes the occurrence of segregation and inclusions because the Nb content does not satisfy the upper limit of the range of the present invention, and the crack area ratio is unsatisfactory.
Furthermore, the test material No. No. 16 causes segregation and inclusions because the Ti content does not satisfy the upper limit of the range of the present invention, and the crack area ratio is poor.

Claims (3)

質量%で、C:0.02%以上0.07%以下、Si:0.05%以上0.5%以下、Mn:1.10%以上1.60%以下、P:0.015%以下、S:0.0020%以下、Nb:0.010%以上0.050%以下、Ti:0.005%以上0.025%以下、sol.Al:0.005%以上0.06%以下、Ca:0.0005%以上0.0060%以下、N:0.0015%以上0.007%以下を含有し、かつ下記式(1)を満足し、残部Feおよび不純物からなり、板厚方向の中央部から板厚方向へ向けて板厚の5%の距離にある領域におけるNb濃度が0.060%以下であるとともにTi濃度が0.025%以下であることを特徴とする鋼板。
0.1%≦Cu+Ni+Cr+Mo≦1.5% ・・・・・(1)
ただし、式(1)における記号は各元素の含有量(質量%)である。
In mass%, C: 0.02% to 0.07%, Si: 0.05% to 0.5%, Mn: 1.10% to 1.60%, P: 0.015% or less S: 0.0020% or less, Nb: 0.010% or more and 0.050% or less, Ti: 0.005% or more and 0.025% or less, sol. Al: 0.005% or more and 0.06% or less, Ca: 0.0005% or more and 0.0060% or less, N: 0.0015% or more and 0.007% or less, and satisfies the following formula (1) In addition, the Nb concentration is 0.060% or less and the Ti concentration is 0.025 in a region consisting of the remaining Fe and impurities and at a distance of 5% of the plate thickness from the central portion in the plate thickness direction toward the plate thickness direction. % Or less steel sheet.
0.1% ≦ Cu + Ni + Cr + Mo ≦ 1.5% (1)
However, the symbol in Formula (1) is content (mass%) of each element.
さらに、V:0.10%以下を含有する請求項1に記載された鋼板。   Furthermore, the steel plate described in Claim 1 containing V: 0.10% or less. 請求項1または2に記載された鋼板を素材とすることを特徴とするUOE鋼管。   A UOE steel pipe made of the steel sheet according to claim 1 or 2.
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