JP2011195856A - ラインパイプ用鋼材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】靱性、溶接性に優れており、かつ低ＹＲであるラインパイプ用鋼材を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０６〜０．０９％、Ｓｉ：０．２６％を超えて０．６０％以下、Ｍｎ：１．３〜１．９％、Ｃｒ：０．０１〜０．６０％、Ｖ：０．００１〜０．０９％、Ｎｂ：０．００１〜０．０９％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２４％及びｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０６０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物としてのＰ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、Ｂ：０．０００５％以下、Ｎ：０．００７％以下及びＯ：０．００５％以下であり、下記(1)式から求められるＰｎ値が０．１４０以下である化学組成を有することを特徴とするラインパイプ用鋼材。
Ｐｎ＝Ｃ−Ｓｉ／2＋Ｍｎ／20＋Ｃｒ／20＋Ｎｂ／2＋Ｖ／10・・・・(1)式
ここで、(1)式中の元素記号は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
【選択図】なし
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０６〜０．０９％、Ｓｉ：０．２６％を超えて０．６０％以下、Ｍｎ：１．３〜１．９％、Ｃｒ：０．０１〜０．６０％、Ｖ：０．００１〜０．０９％、Ｎｂ：０．００１〜０．０９％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２４％及びｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０６０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物としてのＰ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、Ｂ：０．０００５％以下、Ｎ：０．００７％以下及びＯ：０．００５％以下であり、下記(1)式から求められるＰｎ値が０．１４０以下である化学組成を有することを特徴とするラインパイプ用鋼材。
Ｐｎ＝Ｃ−Ｓｉ／2＋Ｍｎ／20＋Ｃｒ／20＋Ｎｂ／2＋Ｖ／10・・・・(1)式
ここで、(1)式中の元素記号は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
【選択図】なし
Description
本発明は、良好な靱性を有するラインパイプ用鋼材及びその製造方法に関する。
天然ガスまたは原油を大量に輸送する時には、大径のラインパイプが用いられる。ラインパイプ用鋼材には、高い強度と靭性が要求されると共に、地震時、凍土融解／凍結時などの地盤移動によるパイプラインの破壊を防止するため、高い変形性能を有するＳＢＤ(Strain-based Design)対応鋼が望まれている。特に、母材に対しては局部座屈を防止するために変形性能および歪時効特性の向上が要望されている。変形性能は、低い降伏比（ＹＲ）、高い加工硬化率、高い一様伸び（Ｕ．Ｅｌ）を有する場合などに向上する。
こうした要求に対して、化学組成または製造条件を制御して鋼材の変形性能を高める技術が提案されている。例えば、特許文献１には、「耐歪み時効特性に優れた高強度鋼材とその製造方法」が開示されている。また、特許文献２には、「耐歪時効性に優れた高強度ラインパイプ用鋼管及び高強度ラインパイプ用鋼板並びにそれらの製造方法」が開示されている。
特許文献１で開示された製造方法によれば、歪時効後においても良好な一様伸びが得られるとされている。しかしながら、この方法によって得られる鋼材が優れた低ＹＲ（例えば８０％以下）を有さない場合がある。
また、特許文献２で開示された製造方法は、歪時効の前後における降伏強度の変化を小さくするものであり、ＹＲの改善を狙ったものではない。このため、特許文献２で開示された製造方法によって得られた鋼板が優れた低ＹＲを有さない場合がある。
本発明の目的は、このような問題点を解決するために、ラインパイプの素材として好適な、靱性に優れるラインパイプ用鋼材及びその製造方法を提供することにある。特に、低降伏比で変形特性に優れるラインパイプ用鋼材及びその製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記の課題を解決するために、種々の検討を行った。その結果、次の(a)〜(e)に示す知見を得た。
(a) 優れた低ＹＲを得るためには、鋼の化学組成においてＳｉ量は大きい方が良い。また、強度・靱性を改善するために添加されるＮｂ量は、なるべく小さい方が良い。
(b) 優れた低ＹＲに加えて、良好な強度、靱性や溶接性を有する鋼材を比較的低コストで得るためには、Ｓｉ、Ｎｂ以外の化学成分についても適正な範囲に制御する必要がある。特に、下記の(1)式に示すＰｎ値を小さくすることによって良好な母材性能と溶接性が得られる。
Ｐｎ＝Ｃ−Ｓｉ／2＋Ｍｎ／20＋Ｃｒ／20＋Ｎｂ／2＋Ｖ／10・・・・(1)式
ここで、(1)式中の元素記号は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
Ｐｎ＝Ｃ−Ｓｉ／2＋Ｍｎ／20＋Ｃｒ／20＋Ｎｂ／2＋Ｖ／10・・・・(1)式
ここで、(1)式中の元素記号は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
(c) 鋼の化学組成を適正化することに加えて、加速冷却停止温度などの製造条件を適正に制御すると、優れた低ＹＲを有する鋼材を得ることができる。
(d) Ｓｉ、Ｎｂ以外の化学成分、及び製造条件をある一定の適切な範囲に制限した場合において、図１に示すように、ＹＲは下記の(2)式に示すＰｙｒ値と相関がある。
Ｐｙｒ＝56.0−1.65Ｓｉ＋104Ｎｂ＋0.000648（Ｔｓ−320）２・・・(2)式
ここで、(2)式中の元素記号（ＳｉおよびＮｂ）は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味し、そして、Ｔｓは加速冷却停止温度（℃）を意味する。
Ｐｙｒ＝56.0−1.65Ｓｉ＋104Ｎｂ＋0.000648（Ｔｓ−320）２・・・(2)式
ここで、(2)式中の元素記号（ＳｉおよびＮｂ）は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味し、そして、Ｔｓは加速冷却停止温度（℃）を意味する。
(e) Ｐｙｒ値が小さくなるように、化学組成および製造条件を調整することによって、特に優れた低ＹＲ（例えば、ＹＲが７６％以下）を有する鋼材を得ることができる。
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、次の(1)〜(3)に示すラインパイプ用鋼材及び次の(4)〜(6)に示すラインパイプ用鋼材の製造方法にある。
(1) 質量％で、Ｃ：０．０６〜０．０９％、Ｓｉ：０．２６％を超えて０．６０％以下、Ｍｎ：１．３〜１．９％、Ｃｒ：０．０１〜０．６０％、Ｖ：０．００１〜０．０９％、Ｎｂ：０．００１〜０．０９％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２４％及びｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０６０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物としてのＰ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、Ｂ：０．０００５％以下、Ｎ：０．００７％以下及びＯ：０．００５％以下であり、下記(1)式から求められるＰｎ値が０．１４０以下である化学組成を有することを特徴とするラインパイプ用鋼材。
Ｐｎ＝Ｃ−Ｓｉ／2＋Ｍｎ／20＋Ｃｒ／20＋Ｎｂ／2＋Ｖ／10・・・・(1)式
ここで、(1)式中の元素記号は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
Ｐｎ＝Ｃ−Ｓｉ／2＋Ｍｎ／20＋Ｃｒ／20＋Ｎｂ／2＋Ｖ／10・・・・(1)式
ここで、(1)式中の元素記号は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
(2) Ｆｅの一部に代えて、さらに質量％で、Ｃａ：０．０１％以下及びＲＥＭ：０．０２％以下のうちの１種又は２種を含有することを特徴とする、上記(1)のラインパイプ用鋼材。
(3) Ｆｅの一部に代えて、さらに質量％で、Ｍｇ：０．００８％以下を含有することを特徴とする、上記(1)又は(2)のラインパイプ用鋼材。
(4) 質量％で、Ｃ：０．０６〜０．０９％、Ｓｉ：０．２６％を超えて０．６０％以下、Ｍｎ：１．３〜１．９％、Ｃｒ：０．０１〜０．６０％、Ｖ：０．００１〜０．０９％、Ｎｂ：０．００１〜０．０９％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２４％及びｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０６０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物としてのＰ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、Ｂ：０．０００５％以下、Ｎ：０．００７％以下及びＯ：０．００５％以下であり、下記(1)式から求められるＰｎ値が０．１４０以下である化学組成を有する鋼片または鋼塊を用いて、加熱、圧延及び加速冷却を行い、下記(2)式から求められるＰｙｒ値が７６．０以下であることを特徴とするラインパイプ用鋼材の製造方法。
Ｐｎ＝Ｃ−Ｓｉ／2＋Ｍｎ／20＋Ｃｒ／20＋Ｎｂ／2＋Ｖ／10・・・・(1)式
ここで、(1)式中の元素記号は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
Ｐｙｒ＝56.0−1.65Ｓｉ＋104Ｎｂ＋0.000648（Ｔｓ−320）２・・・(2)式
ここで、(2)式中の元素記号（ＳｉおよびＮｂ）は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味し、そして、Ｔｓは加速冷却停止温度（℃）を意味する。
Ｐｎ＝Ｃ−Ｓｉ／2＋Ｍｎ／20＋Ｃｒ／20＋Ｎｂ／2＋Ｖ／10・・・・(1)式
ここで、(1)式中の元素記号は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
Ｐｙｒ＝56.0−1.65Ｓｉ＋104Ｎｂ＋0.000648（Ｔｓ−320）２・・・(2)式
ここで、(2)式中の元素記号（ＳｉおよびＮｂ）は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味し、そして、Ｔｓは加速冷却停止温度（℃）を意味する。
(5) Ｆｅの一部に代えて、さらに質量％で、Ｃａ：０．０１％以下及びＲＥＭ：０．０２％以下のうちの１種又は２種を含有することを特徴とする、上記(4)のラインパイプ用鋼材の製造方法。
(6) Ｆｅの一部に代えて、さらに質量％で、Ｍｇ：０．００８％以下を含有することを特徴とする、上記(4)又は(5)のラインパイプ用鋼材の製造方法。
本発明に係るラインパイプ用鋼材は、靱性、溶接性に優れており、かつ低ＹＲであるため、高い変形性能が要求されるラインパイプの素材として好適である。また、このラインパイプ用鋼材は本発明に係る製造方法により、比較的容易に製造することができる。
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、化学組成における各元素の含有量の「％」は「質量％」を意味する。
（Ａ）化学組成について
Ｃ：０．０６〜０．０９％
Ｃは、鋼の強度を高めるために必要な元素である。この効果を安定して得るために、Ｃは０．０６％以上の含有量とする必要がある。一方、Ｃ含有量が大きくなり過ぎると溶接割れが起こり易いため、上限を０．０９％とした。Ｃは０．０７％以上含有させるのが好ましい。また、Ｃ含有量の好ましい上限は０．０８％である。
Ｃ：０．０６〜０．０９％
Ｃは、鋼の強度を高めるために必要な元素である。この効果を安定して得るために、Ｃは０．０６％以上の含有量とする必要がある。一方、Ｃ含有量が大きくなり過ぎると溶接割れが起こり易いため、上限を０．０９％とした。Ｃは０．０７％以上含有させるのが好ましい。また、Ｃ含有量の好ましい上限は０．０８％である。
Ｓｉ：０．２６超〜０．６０％
Ｓｉは、良好な変形性能、特に低ＹＲを得るのに効果がある。これらの効果を確実に得るために、Ｓｉを０．２６％を超えて含有させる。しかしながら、Ｓｉ含有量が大きくなり過ぎると、母材及び溶接熱影響部（以下、「ＨＡＺ」という。）の靱性の悪化が著しくなる。したがって、Ｓｉ含有量を０．２６超〜０．６０％とした。Ｓｉは０．３２％を超えて含有させるのが好ましい。また、Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．４５％である。
Ｓｉは、良好な変形性能、特に低ＹＲを得るのに効果がある。これらの効果を確実に得るために、Ｓｉを０．２６％を超えて含有させる。しかしながら、Ｓｉ含有量が大きくなり過ぎると、母材及び溶接熱影響部（以下、「ＨＡＺ」という。）の靱性の悪化が著しくなる。したがって、Ｓｉ含有量を０．２６超〜０．６０％とした。Ｓｉは０．３２％を超えて含有させるのが好ましい。また、Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．４５％である。
Ｍｎ：１．３〜１．９％
Ｍｎは、鋼の強度を高める作用を有する。この効果を充分に得るために、Ｍｎを１．３％以上含有させる。一方、その含有量が過大となると溶接割れが起こりやすくなる。また、変形性能が悪化する可能性もある。したがって、Ｍｎ含有量を１．３〜１．９％とした。Ｍｎ含有量の好ましい下限は１．５％であり、より好ましい下限は１．６％である。また、Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．８％である。
Ｍｎは、鋼の強度を高める作用を有する。この効果を充分に得るために、Ｍｎを１．３％以上含有させる。一方、その含有量が過大となると溶接割れが起こりやすくなる。また、変形性能が悪化する可能性もある。したがって、Ｍｎ含有量を１．３〜１．９％とした。Ｍｎ含有量の好ましい下限は１．５％であり、より好ましい下限は１．６％である。また、Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．８％である。
Ｃｒ：０．０１〜０．６０％
Ｃｒは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るために、Ｃｒを０．０１％以上含有させる。ただし、Ｃｒ含有量が過剰な場合、溶接割れが起こりやすくなる。また、靱性が悪化する可能性もある。したがって、Ｃｒ含有量を０．６０％以下とする。特に、Ｃｒを０．１０％以上含有させた場合、上記の効果が顕著となる。Ｃｒ含有量は０．４０％以下とするのが好ましい。
Ｃｒは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るために、Ｃｒを０．０１％以上含有させる。ただし、Ｃｒ含有量が過剰な場合、溶接割れが起こりやすくなる。また、靱性が悪化する可能性もある。したがって、Ｃｒ含有量を０．６０％以下とする。特に、Ｃｒを０．１０％以上含有させた場合、上記の効果が顕著となる。Ｃｒ含有量は０．４０％以下とするのが好ましい。
Ｖ：０．００１〜０．０９％
Ｖは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るために、Ｖを０．００１％以上含有させる。ただし、その含有量が過剰な場合、変形性能に関わる低ＹＲ、延性および靱性が悪化するおそれがある。したがって、Ｖを含有させる場合には、その含有量を０．０９％以下とする。特に、Ｖを０．０１％以上含有させた場合、この効果が顕著となる。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０１％、より好ましい下限は０．０２％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．０６％である。
Ｖは、鋼材の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るために、Ｖを０．００１％以上含有させる。ただし、その含有量が過剰な場合、変形性能に関わる低ＹＲ、延性および靱性が悪化するおそれがある。したがって、Ｖを含有させる場合には、その含有量を０．０９％以下とする。特に、Ｖを０．０１％以上含有させた場合、この効果が顕著となる。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０１％、より好ましい下限は０．０２％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．０６％である。
Ｎｂ：０．００１〜０．０９％
Ｎｂは、鋼材の強度を向上させる効果を有するとともに、適切な圧延条件と組合せることにより、母材靱性を高める作用もある。このため、Ｎｂは０．００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、その含有量が大き過ぎると、母材とＨＡＺの靱性や変形性能が悪化する。したがって、Ｎｂ含有量を０．００１〜０．０９％とする。好ましい下限は０．００８％である。また、好ましい上限は０．０５％である。さらに、上限を０．０４％とすることがより好ましい。
Ｎｂは、鋼材の強度を向上させる効果を有するとともに、適切な圧延条件と組合せることにより、母材靱性を高める作用もある。このため、Ｎｂは０．００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、その含有量が大き過ぎると、母材とＨＡＺの靱性や変形性能が悪化する。したがって、Ｎｂ含有量を０．００１〜０．０９％とする。好ましい下限は０．００８％である。また、好ましい上限は０．０５％である。さらに、上限を０．０４％とすることがより好ましい。
Ｔｉ：０．００５〜０．０２４％
Ｔｉは、Ｎとともに析出物（ＴｉＮ）を形成して、Ｎによる歪時効を抑制し、変形性能を改善するので、０．００５％以上含有させる必要がある。しかしながら、その含有量が大き過ぎると、母材とＨＡＺの靱性や変形性能が悪化する。したがって、Ｔｉ含有量を０．００５〜０．０２４％とする。好ましい下限は０．０１０％である。また、好ましい上限は０．０２０％である。また、歪時効後のＹＲの増加やＵ．Ｅｌの低下を抑制するため、ＴｉとＮの含有量の比（Ｔｉ／Ｎ）を４．０以上とすることが好ましい。
Ｔｉは、Ｎとともに析出物（ＴｉＮ）を形成して、Ｎによる歪時効を抑制し、変形性能を改善するので、０．００５％以上含有させる必要がある。しかしながら、その含有量が大き過ぎると、母材とＨＡＺの靱性や変形性能が悪化する。したがって、Ｔｉ含有量を０．００５〜０．０２４％とする。好ましい下限は０．０１０％である。また、好ましい上限は０．０２０％である。また、歪時効後のＹＲの増加やＵ．Ｅｌの低下を抑制するため、ＴｉとＮの含有量の比（Ｔｉ／Ｎ）を４．０以上とすることが好ましい。
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０６０％
Ａｌは、脱酸作用を有する元素であり、また一様伸びの改善にも効果があるため、ｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）として０．００５％以上含有させる。しかしながら、ｓｏｌ．Ａｌ含有量が大きくなり過ぎると、溶接熱影響部の靱性が悪化する場合がある。したがって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量を０．００５〜０．０６０％とした。なお、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は下限を０．０１５％とし、上限を０．０４０％とすることがより好ましい。
Ａｌは、脱酸作用を有する元素であり、また一様伸びの改善にも効果があるため、ｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）として０．００５％以上含有させる。しかしながら、ｓｏｌ．Ａｌ含有量が大きくなり過ぎると、溶接熱影響部の靱性が悪化する場合がある。したがって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量を０．００５〜０．０６０％とした。なお、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は下限を０．０１５％とし、上限を０．０４０％とすることがより好ましい。
本発明に係るラインパイプ用鋼材は、上記の成分のほか、残部がＦｅと不純物からなるものである。なお、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分を意味する。ただし、本発明に係るラインパイプ用鋼材においては、特に、不純物中のＰ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｂ、ＮおよびＯを、次に述べるように含有量を抑制する必要がある。
Ｐ：０．０２０％以下
Ｐは、靱性悪化の原因となる元素で、その含有量が多くなり、特に、０．０２０％を超えると、靱性の悪化が著しくなり易い。したがって、Ｐ含有量を０．０２０％以下とする。なお、Ｐ含有量は少ないほうがよく、０．０１５％以下とすることが好ましい。
Ｐは、靱性悪化の原因となる元素で、その含有量が多くなり、特に、０．０２０％を超えると、靱性の悪化が著しくなり易い。したがって、Ｐ含有量を０．０２０％以下とする。なお、Ｐ含有量は少ないほうがよく、０．０１５％以下とすることが好ましい。
Ｓ：０．００４％以下
Ｓは、含有量が多くなると延性または靱性に有害な介在物を多く生成する。特に、０．００４％を超えると、介在物が多くなって延性の低下や靱性の悪化が著しくなる。したがって、Ｓ含有量を０．００４％以下とした。なお、Ｓ含有量は少ないほうがよく、０．００２％以下とすることが好ましい。
Ｓは、含有量が多くなると延性または靱性に有害な介在物を多く生成する。特に、０．００４％を超えると、介在物が多くなって延性の低下や靱性の悪化が著しくなる。したがって、Ｓ含有量を０．００４％以下とした。なお、Ｓ含有量は少ないほうがよく、０．００２％以下とすることが好ましい。
Ｃｕ：０．０５％以下
Ｃｕは、その含有量が大きいと、鋼材の表面性状や靱性が顕著に悪化する。このため、Ｃｕ含有量を０．０５％以下とする。
Ｃｕは、その含有量が大きいと、鋼材の表面性状や靱性が顕著に悪化する。このため、Ｃｕ含有量を０．０５％以下とする。
Ｎｉ：０．０５％以下
Ｎｉは、その含有量が大きいと、鋼材の表面性状が顕著に悪化する。このため、Ｎｉ含有量を０．０５％以下とする。
Ｎｉは、その含有量が大きいと、鋼材の表面性状が顕著に悪化する。このため、Ｎｉ含有量を０．０５％以下とする。
Ｍｏ：０．０５％以下
Ｍｏは、その含有量が大きいと、歪時効によるＹＳの増加が大きくなり、変形特性が損なわれる。また、溶接熱影響部の靱性悪化および溶接割れが発生し易くなる。そのため、Ｍｏ含有量を０．０５％以下とする。
Ｍｏは、その含有量が大きいと、歪時効によるＹＳの増加が大きくなり、変形特性が損なわれる。また、溶接熱影響部の靱性悪化および溶接割れが発生し易くなる。そのため、Ｍｏ含有量を０．０５％以下とする。
Ｂ：０．０００５％以下
Ｂは、その含有量が大きいと、延性および靱性が悪化するおそれがある。したがって、Ｂ含有量を０．０００５％以下とする。
Ｂは、その含有量が大きいと、延性および靱性が悪化するおそれがある。したがって、Ｂ含有量を０．０００５％以下とする。
Ｎ：０．００７％以下
Ｎは、含有量が多くなると溶接熱影響部の靱性を悪化させる。特に、０．００７％を超えるとその悪化が著しくなる。したがって、Ｎ含有量を０．００７％以下とする。なお、Ｎ含有量は０．００５％以下とすることが好ましい。
Ｎは、含有量が多くなると溶接熱影響部の靱性を悪化させる。特に、０．００７％を超えるとその悪化が著しくなる。したがって、Ｎ含有量を０．００７％以下とする。なお、Ｎ含有量は０．００５％以下とすることが好ましい。
Ｏ：０．００５％以下
Ｏ（酸素）は、含有量が微量であればフェライト生成核となる酸化物の生成に有効である場合があるものの、含有量が多くなると母材靱性ならびに延性に悪影響を及ぼす。したがって、Ｏ含有量を０．００５％以下とする。なお、Ｏ含有量は０．００２％以下とすることがより好ましい。
Ｏ（酸素）は、含有量が微量であればフェライト生成核となる酸化物の生成に有効である場合があるものの、含有量が多くなると母材靱性ならびに延性に悪影響を及ぼす。したがって、Ｏ含有量を０．００５％以下とする。なお、Ｏ含有量は０．００２％以下とすることがより好ましい。
本発明に係るラインパイプ用鋼材は、必要に応じて、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｍｇのうちの１種又は２種以上の元素を含有させることができる。
Ｃａ：０．０１％以下、ＲＥＭ：０．０２％以下
Ｃａ及びＲＥＭは、硫化物（特にＭｎＳ）の形態を制御し、低温靱性や耐水素割れ性能を向上させるのに有効な元素であるので、必要に応じて含有させることができる。ただし、含有量が過剰な場合、Ｃａ及びＲＥＭを含む介在物が粗大化し、クラスター化することがあり、鋼の清浄度を害し、溶接性にも悪影響を及ぼすことがある。このため、必要に応じて含有させる場合のＣａ量及びＲＥＭ量の上限は、それぞれ、０．０１％以下及び０．０２％以下とすることが好ましい。特に溶接性の観点よりＣａ含有量の上限は０．００６％以下にすることが好ましい。上記の効果を安定的に得るためには、Ｃａは０．０００５％以上、ＲＥＭは０．００１％以上含有させるのが好ましい。なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、これらの元素から選択される１種以上を含有させることができる。ＲＥＭの含有量は上記元素の合計量を意味する。
Ｃａ及びＲＥＭは、硫化物（特にＭｎＳ）の形態を制御し、低温靱性や耐水素割れ性能を向上させるのに有効な元素であるので、必要に応じて含有させることができる。ただし、含有量が過剰な場合、Ｃａ及びＲＥＭを含む介在物が粗大化し、クラスター化することがあり、鋼の清浄度を害し、溶接性にも悪影響を及ぼすことがある。このため、必要に応じて含有させる場合のＣａ量及びＲＥＭ量の上限は、それぞれ、０．０１％以下及び０．０２％以下とすることが好ましい。特に溶接性の観点よりＣａ含有量の上限は０．００６％以下にすることが好ましい。上記の効果を安定的に得るためには、Ｃａは０．０００５％以上、ＲＥＭは０．００１％以上含有させるのが好ましい。なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、これらの元素から選択される１種以上を含有させることができる。ＲＥＭの含有量は上記元素の合計量を意味する。
Ｍｇ：０．００８％以下
Ｍｇは、微細に分散した酸化物を形成し、溶接熱影響部のオーステナイト粒径の粗大化を抑制して低温靭性を向上させる効果を発揮する。この効果を得るために、必要に応じてＭｎを含有させることができる。ただし、Ｍｇを０．００８％を超えて含有させると、粗大な酸化物を生成し靭性を劣化させることがある。このため、必要に応じて含有させる場合の含有量を０．００８％以下とするのが好ましい。上記の効果を安定的に得るためには、Ｍｇを０．０００５％以上含有させるのが好ましい。
Ｍｇは、微細に分散した酸化物を形成し、溶接熱影響部のオーステナイト粒径の粗大化を抑制して低温靭性を向上させる効果を発揮する。この効果を得るために、必要に応じてＭｎを含有させることができる。ただし、Ｍｇを０．００８％を超えて含有させると、粗大な酸化物を生成し靭性を劣化させることがある。このため、必要に応じて含有させる場合の含有量を０．００８％以下とするのが好ましい。上記の効果を安定的に得るためには、Ｍｇを０．０００５％以上含有させるのが好ましい。
Ｐｎ：０．１４０以下
Ｐｎ＝Ｃ−Ｓｉ／2＋Ｍｎ／20＋Ｃｒ／20＋Ｎｂ／2＋Ｖ／10・・・・(1)式
ここで、(1)式中の元素記号は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
Ｐｎ＝Ｃ−Ｓｉ／2＋Ｍｎ／20＋Ｃｒ／20＋Ｎｂ／2＋Ｖ／10・・・・(1)式
ここで、(1)式中の元素記号は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
この(1)式は母材の性能及び溶接性を良好にするために有用なパラメータである。Ｐｎの値が０．１４０％を超えると母材の変形性能や靱性の低下が起こり易くなる。また、溶接割れも起こり易くなる。なお、より大きな効果を得るために、Ｐｎの上限値は０．１００％とすることが望ましく、０．０５０％とすることがより望ましく、０．０２５％とすることがさらに望ましい。下限は特に定めないが、Ｐｎが低いと母材の強度や溶接熱影響部の靱性が低下する。Ｐｎの下限値は−０．１００％とすることが望ましく、−０．０５０％とすることがより望ましく、−０．０２５％とすることがさらに望ましく、０．０００％とすることが最も望ましい。
（Ｂ）製造条件について
特に優れた変形性能を有するラインパイプ用鋼材を製造するためには、上述した化学組成を有する鋼片または鋼塊を用いて、加熱、圧延及び加速冷却を行い、下記(2)式から求められるＰｙｒ値が７６．０以下を満足する製造条件を用いる。
Ｐｙｒ＝56.0−1.65Ｓｉ＋104Ｎｂ＋0.000648（Ｔｓ−320）２・・・(2)式
ここで、(2)式中の元素記号（ＳｉおよびＮｂ）は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味し、そして、Ｔｓは加速冷却停止温度（℃）をそれぞれ意味する。
特に優れた変形性能を有するラインパイプ用鋼材を製造するためには、上述した化学組成を有する鋼片または鋼塊を用いて、加熱、圧延及び加速冷却を行い、下記(2)式から求められるＰｙｒ値が７６．０以下を満足する製造条件を用いる。
Ｐｙｒ＝56.0−1.65Ｓｉ＋104Ｎｂ＋0.000648（Ｔｓ−320）２・・・(2)式
ここで、(2)式中の元素記号（ＳｉおよびＮｂ）は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味し、そして、Ｔｓは加速冷却停止温度（℃）をそれぞれ意味する。
すなわち、Ｐｙｒ値が７６．０を超える場合には、ＹＲが７６．０％以下という良好な特性を得ることが難しくなる。また、さらなる低ＹＲを確実に得るためには、Ｐｙｒ値を７０．０以下とすることが好ましく、６５．０以下とすることがさらに好ましい。
以下に、各製造工程における好ましい条件を説明する。
圧延前の加熱温度は、８５０℃以上とするのが好ましい。このような温度にスラブを加熱することによって、鋼材の熱間圧延が容易となる。圧延前の加熱温度は、１０００℃以上とするのがより好ましい。但し、スラブの加熱温度が高すぎると、オーステナイト結晶粒が粗大化して低温靱性が劣化することがある。したがって、加熱温度は１２００℃以下とするのが好ましい。
圧延は、９００℃以下の温度域における合計圧下率が５０％以上となる条件で行うことが好ましい。９００℃以下の温度域における合計圧下率を５０％以上とすることによって、オーステナイトに残留ひずみを確実に与えることができ、良好な靱性を確保することが容易になる。９００℃以下の温度域における合計圧下率は７０％以上であればより好ましい。ここで、「９００℃以下の温度域における合計圧下率」とは、［（９００℃に達した時点の厚さ）−（最終厚さ）］／［（９００℃に達した時点の厚さ）］×１００（％）を意味する。
さらに、圧延仕上温度を８００〜６５０℃とすることによって、良好な強度および靱性がより確実に得られる。すなわち、圧延仕上温度が６５０℃未満の場合には、鋼板の強度が不足することがあり、一方、８００℃を超える場合には良好な靱性の確保が難しくなることがある。圧延仕上温度は、７００℃以上であることがより好ましい。また、圧延仕上温度は７５０℃以下であることがより好ましい。
圧延後の加速冷却は、冷却開始温度を８００〜６５０℃とすることが好ましい。
圧延後の加速冷却は、良好な引張強度、低ＹＲ及び高靱性を得るために行うものである。冷却開始温度が６５０℃未満では、この効果が小さくなることがある。また、冷却開始温度が８００℃を超えると、良好な靱性が得られない場合がある。冷却開始温度の上限は、７５０℃とするのがより好ましく、７００℃とするのがさらに好ましい。
なお、水素割れの発生を抑止するために、加速冷却停止温度は２００℃以上とするのが好ましい。また、加速冷却停止後は、放冷または徐冷することが好ましい。
圧延後の加速冷却において、冷却速度を１０℃／ｓ以上とすることが好ましい。冷却速度が１０℃／ｓ未満では、引張強度を確保するのが難しい場合がある。良好な引張強度を得るために、冷却速度を２０℃／ｓ以上とするのが好ましい。また、良好な延性を確保するために、冷却速度を７０℃／ｓ以下とするのが好ましい。
なお、上述の各温度は、被圧延材の表面部における平均温度を指し、「冷却速度」は、冷却の開始時と停止時における当該材の表面部の温度差を加速冷却時間で除した値を指す。ここで、冷却停止時における温度とは、復熱後の最大到達温度を意味する。また、加速冷却時間とは、例えば水槽で冷却を行う場合は、浸漬時間を意味する。
本発明で製造された鋼板を管状に成形し、突合せ部を接合し、必要に応じて、拡管及び防食のためのコーティングを施すことによって、ラインパイプを製造することができる。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１に示す化学組成を有する厚さが１４０ｍｍの鋼片を、１１６０℃に加熱し、１１６０℃にて１時間以上保持した後に、熱間圧延した。各パス出側の鋼板の厚さは、１パス目：１３０ｍｍ、２パス目：１１０ｍｍ、３パス目：９２ｍｍ、４パス目：７６ｍｍ、５パス目：６４ｍｍ、６パス目：５４ｍｍ、７パス目：４５ｍｍ、８パス目：３８ｍｍ、９パス目：３２ｍｍ、１０パス目：２８ｍｍ、１１パス目：２６ｍｍとした。放射温度計を用いて測定した各パスの入側における被圧延材の表面温度は、３パス目：７８０℃、９パス目：７５０℃、１１パス目：７１０℃（仕上温度）である。圧延後は、６７０℃から加速冷却（水冷）を行った。加速冷却の停止温度（復熱後の最大到達温度）を表２に示す。
得られた各鋼板について、引張特性および衝撃特性を調査した。
引張特性は、平行部の直径が８．５ｍｍ、標点距離４２．５ｍｍの丸棒引張試験片を、試験片の軸が圧延方向に対して平行（Ｌ方向）になるように板厚中央部から採取し、室温で引張試験を実施して調査した。具体的には、０．５％耐力、引張強度、全伸びを求め、降伏比（０．５％耐力／引張強度）を算出した。
衝撃特性は、ＪＩＳ Ｚ ２２４２（２００５）に記載のＶノッチ試験片を、試験片の長辺が圧延方向に対して垂直（Ｃ方向）になるように板厚中央部から採取し、シャルピー衝撃試験を行い、破面遷移温度（ｖＴｓ）及び−６０℃での吸収エネルギー（ｖＥ−６０）を求めた。
上記の各試験結果をＰｙｒ値と共に表２に示す。
表２に示すように、本発明で規定する条件を満たす板は、ＹＲが７６．０％以下であり、良好な低ＹＲを有する。また同時に、ｖＴｓが−６０℃以下、ｖＥ−６０が４７Ｊ以上であり、良好な衝撃特性（靱性）を有している。一方、化学組成、及びＰｙｒ値が本発明で規定される条件を満たしていない板は、ＹＲが７６．０％を超えている。
本発明に係るラインパイプ用鋼材は、靱性、溶接性に優れており、かつ低ＹＲであるため、高い変形性能が要求されるラインパイプの素材として好適である。また、このラインパイプ用鋼材は本発明に係る製造方法により、比較的容易に製造することができる。
Claims (6)
- 質量％で、Ｃ：０．０６〜０．０９％、Ｓｉ：０．２６％を超えて０．６０％以下、Ｍｎ：１．３〜１．９％、Ｃｒ：０．０１〜０．６０％、Ｖ：０．００１〜０．０９％、Ｎｂ：０．００１〜０．０９％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２４％及びｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０６０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物としてのＰ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、Ｂ：０．０００５％以下、Ｎ：０．００７％以下及びＯ：０．００５％以下であり、下記(1)式から求められるＰｎ値が０．１４０以下である化学組成を有することを特徴とするラインパイプ用鋼材。
Ｐｎ＝Ｃ−Ｓｉ／2＋Ｍｎ／20＋Ｃｒ／20＋Ｎｂ／2＋Ｖ／10・・・・(1)式
ここで、(1)式中の元素記号は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。 - Ｆｅの一部に代えて、さらに質量％で、Ｃａ：０．０１％以下及びＲＥＭ：０．０２％以下のうちの１種又は２種を含有することを特徴とする、請求項１に記載のラインパイプ用鋼材。
- Ｆｅの一部に代えて、さらに質量％で、Ｍｇ：０．００８％以下を含有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のラインパイプ用鋼材。
- 質量％で、Ｃ：０．０６〜０．０９％、Ｓｉ：０．２６％を超えて０．６０％以下、Ｍｎ：１．３〜１．９％、Ｃｒ：０．０１〜０．６０％、Ｖ：０．００１〜０．０９％、Ｎｂ：０．００１〜０．０９％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２４％及びｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０６０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物としてのＰ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、Ｂ：０．０００５％以下、Ｎ：０．００７％以下及びＯ：０．００５％以下であり、下記(1)式から求められるＰｎ値が０．１４０以下である化学組成を有する鋼片または鋼塊を用いて、加熱、圧延及び加速冷却を行い、下記(2)式から求められるＰｙｒ値が７６．０以下であることを特徴とするラインパイプ用鋼材の製造方法。
Ｐｎ＝Ｃ−Ｓｉ／2＋Ｍｎ／20＋Ｃｒ／20＋Ｎｂ／2＋Ｖ／10・・・・(1)式
ここで、(1)式中の元素記号は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
Ｐｙｒ＝56.0−1.65Ｓｉ＋104Ｎｂ＋0.000648（Ｔｓ−320）２・・・(2)式
ここで、(2)式中の元素記号（ＳｉおよびＮｂ）は、それぞれの元素の鋼中含有量（質量％）を意味し、そして、Ｔｓは加速冷却停止温度（℃）を意味する。 - Ｆｅの一部に代えて、さらに質量％で、Ｃａ：０．０１％以下及びＲＥＭ：０．０２％以下のうちの１種又は２種を含有することを特徴とする、請求項４に記載のラインパイプ用鋼材の製造方法。
- Ｆｅの一部に代えて、さらに質量％で、Ｍｇ：０．００８％以下を含有することを特徴とする、請求項４又は５に記載のラインパイプ用鋼材。
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