JP2013124398A

JP2013124398A - 高強度耐サワーラインパイプ用鋼板及びその素材

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Publication number: JP2013124398A
Application number: JP2011274111A
Authority: JP
Inventors: Jiro Nakamichi; 治郎仲道; Kimihiro Nishimura; 公宏西村; Mitsuhiro Okatsu; 光浩岡津
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-24
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: JP5853661B2

Abstract

【課題】本発明は、連続鋳造鋳片および厚鋼板の中心偏析を、中心偏析部を含む領域の濃度マッピング分析を行い、鋼板の割れ危険率との相関を求め高強度耐サワーラインパイプ用鋼板または鋼スラブを提供する。
【解決手段】Ｃ：０．０３％〜０．０７％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．８〜１．５％、Ａｌ：０．０７％以下、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００１％以下、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｎ、Ｏを含有し、さらにＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの中から選ばれる１種以上を含有し、該鋼板の鋳造方向に垂直な断面の中心部（ｔ／２部；ｔは鋼板の厚さ）を中心に、厚さ方向に±５ｍｍの測定領域に楕円形状と近似したＭｎ濃化スポットが該鋼板の幅方向の長さ１００ｍｍ当りに３個以下存在し、該Ｍｎ濃化スポットは、長軸の長さが１．５ｍｍ超えであり、Ｍｎ濃度が１．６％以上であることを特徴とする高強度耐サワーラインパイプ用鋼板または鋼スラブ。
【選択図】なし

Description

本発明は、ＨＩＣ割れ発生の危険度が少ない鋼スラブを鋼板素材とする高強度耐サワーラインパイプ用鋼板及びその素材に関する。

一般に、鋼の連続鋳造鋳片（以後、単に「鋼鋳片」または「鋼スラブ」ともいう場合がある。）やそれらを素材とする厚鋼板（単に「厚板」または「鋼板」ともいう。）の製造分野においては、連続鋳造時に形成される鋳片中心部の偏析が、製品品質に大きく影響することが知られている。特に、ラインパイプで使われる鋼材では、中心部の偏析（単に「中心偏析」ともいう。）により水素誘起割れ（ＨｙｄｒｏｇｅｎＩｎｄｕｃｅｄＣｒａｃｋｉｎｇ：ＨＩＣ）が発生するため、このような中心偏析を軽減するために、数多くの技術開発が行われてきている。

一方、中心偏析を評価する方法については、幾つかの方法が知られており、例えば、鋳片や厚鋼板を厚さ方向に順次スライスしていき、そのスライスして採取した切粉の成分を分析し、厚さ方向の濃度分布を得る方法（スライス法）、鋳片の縦断面からマクロプリントを採取して中心偏析領域を特定し、この中心偏析領域上の多数の分析点から、ドリルで切粉サンプルを採取し、この切粉を分析する方法（ドリル法）、鋳片の切断面を研磨して、偏析部をピクリン酸等の腐食液により腐食させてからインク等を染み込ませた後、一旦、表面のインクを拭き取り、腐食部に残ったインクをセロハン紙等に写し取り、偏析の発生状況を可視化する方法（マクロ腐食法）、また、上記腐食後に写し取ったプリントを中心偏析部の最大偏析粒径等を測定する方法（Ｈプリント法）等がある。

一般に、鋳片の中心偏析は、Ｃ断面、即ち、鋳造方向に垂直な断面全体についてみると、厚さ方向および幅方向で決して均一とはいえない。そのため、鋳片や厚鋼板の偏析を調べるためにはＣ断面の広領域に亘って評価する必要がある。

この点から上記方法を検討すると、スライス法は、試料調整・分析に時間がかかるため、結果が出るまでに長時間を要するため、鋳片や厚鋼板等の中心偏析評価をＣ断面全体に亘って行うことは困難である。また、この方法では、スライスした切粉を分析するため、厚さ方向の平均としての分析値しか得られない。

そのため、従来は、一部領域の評価にのみ用いられる程度であった。また、ドリル法は、スライス法に比較して、迅速性は優れるが、切粉の採取領域がスライス法に比較し、さらに狭くなるため、全体的な評価ができないという問題があった。一方、マクロ腐食法は、迅速性の点からは、上記２つの方法と比較すると優位である。しかし、マクロ腐食法は、目視による判定となるため、非定量的な評価となるという問題がある。

また、Ｈプリント法は、定量的ではあるが、評価に熟練を要し、時間がかかり、コストが高いという問題がある。

上記以外の中心偏析を評価する方法としては、特許文献１に、中心偏析部の硬さを測定し、その硬さの平均値、最大値および最大値と最小値の差のいずれか１以上の値を用いて、中心偏析を評価する簡便な方法が提案されている。

また、特許文献２では、ＥＰＭＡ等の分析手法を用いて、中心部の添加元素の濃度の面積率を測定する手法が提案されている。

特開平０９−１７８７３３号公報特開２００９−２３６８４２号公報

しかしながら、特許文献１の方法は、腐食によって中心偏析部の領域を特定し、その中心偏析部の硬さを測定して評価しているため、腐食作業が必要であることや、鋳片全幅を評価する場合には、偏析部のすべての硬さを測定する必要があること等から、非常に時間がかかり、迅速性に劣る。さらに、硬さは、鋳片の成分組成や組織等と関連があるため、それらが異なる場合には、直接評価することができない。そのため、様々な種類の鋳片の中心偏析を評価するには、測定条件を細かく分けて決めておかなければならないという問題があった。

また、特許文献２の手法では、連続鋳造鋳片や厚板等の中心偏析を、定量的かつ高精度で、しかも広い領域を迅速に評価することができるが、ＨＩＣ割れ発生との相関が明瞭ではないため、割れ発生率と偏析度について、過大もしくは過小評価する可能性がある。そこで、本発明では、ＨＩＣの要因となる偏析形態の評価を行うステップと、鋼スラブの中心偏析の評価を行うステップを組み合わせることで、鋼スラブのＨＩＣ発生の危険度を評価判定し、厚鋼板の製造を行い、高強度耐サワーラインパイプ用鋼板の製造を行う手法を提案する。

本発明者らは、従来行なわれているスライス法やドリル法、マクロ腐食法などの問題点、即ち、広い領域における中心偏析を迅速かつ高精度で、しかも定量的に評価することが難しいという問題点を解決するため、鋭意検討を重ねた。まず、鋼板中心部の合金元素濃度マッピングを行い、ＨＩＣ割れとの相関性について調査を実施した。その結果、圧延後の厚鋼板等の分析から、ある特定元素を指標元素とし、その指標元素の中心部における濃度がある所定濃度で一定大きさ以上をもつＭｎ濃化スポットの数によってＨＩＣ割れが発生している事を突き止めた。ここで、Ｍｎ濃化スポット（以下、Ｍｎスポット、あるいは、単に、スポットと称することもある。）とは測定点のＭｎ濃度が偏析により添加量より高い濃度の部分をいう。

具体的には、質量％で、Ｍｎ含有量が、０．８〜１．５％の成分範囲を有する種々の高強度耐サワーラインパイプ用鋼板のＨＩＣ試験後の試料を用いて、ＨＩＣ割れが発生した領域と割れが発生しない領域について、詳細な調査を実施した。その結果、鋼板の状態で、Ｍｎ量が１．６％以上で幅方向断面（圧延方向と垂直方向の断面をいう。Ｃ断面とも言う場合がある。）に楕円形状と近似したＭｎ濃化スポットの長軸の長さが１．５ｍｍ超えの長さをもつＭｎ濃化スポットが存在し、その箇所にＨＩＣ割れが発生していることがわかった。

また、鋼スラブでも同様にＭｎ濃度マッピングの分析を行い、同様にＭｎ量が１．６％以上で幅方向断面（鋳込み方向と垂直方向の断面をいう。）にＭｎが濃化しており、楕円形状と近似したＭｎ濃化スポットの長軸の長さが１．５ｍｍ超えであるスポットの数が、圧延後のＨＩＣ割れの発生と強い相関を有することを突き止めた。このように圧延後のＨＩＣ割れ部の形態調査と圧延前の鋼スラブの状態で測定したＭｎ濃化スポットの数との相関を調査することで、鋼スラブの耐ＨＩＣ特性（鋼スラブについてはＨＩＣ割れの危険度と呼ぶ場合がある。）を評価できることを見出した。

すなわち、本発明は、連続鋳造鋳片および厚鋼板の中心偏析を、中心偏析部を含む領域の濃度マッピング分析を行い、指標元素の濃度が所定の閾値濃度以上であるスポットの大きさと数により中心偏析の程度を評価し、鋼板の割れ発生率との相関を求め高強度耐サワーラインパイプ用鋼板を提供することにある。

上記例では、指標元素としてＭｎを用いたが、他の中心偏析元素も同様の偏析率で偏析するために指標として実施可能である。また、Ｍｎ組成も一定範囲の結果であるが、上記のとおりに、ＨＩＣ部と鋼スラブのスポットの相関をとることで他の成分範囲でも実施可能である。

本発明は上記の知見に更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明の要旨は、以下の通りである。
［１］質量％で、Ｃ：０．０３％〜０．０７％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．８〜１．５％、Ａｌ：０．０７％以下、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００１％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、Ｎｂ：０．００５〜０．０７％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｎ：０．００８％以下、Ｏ：０．００５％以下を含有し、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．１％以下の中から選ばれる１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物である鋼スラブであって、該鋼スラブの鋳造方向に垂直な断面の中心部（ｔ／２部；ｔは鋼スラブの厚さ）を中心に、厚さ方向に±５ｍｍの測定領域に楕円形状と近似したＭｎ濃化スポットが該鋼スラブの幅方向の長さ１００ｍｍ当りに３個以下存在し、
該Ｍｎ濃化スポットは、長軸の長さが１．５ｍｍ超えであり、Ｍｎ濃度が質量％で１．６％以上であることを特徴とする鋼スラブ。
［２］前記［１］に記載の鋼スラブを素材として製造された高強度耐サワーラインパイプ用鋼板。
［３］質量％で、Ｃ：０．０３％〜０．０７％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．８〜１．５％、Ａｌ：０．０７％以下、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００１％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、Ｎｂ：０．００５〜０．０７％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｎ：０．００８％以下、Ｏ：０．００５％以下を含有し、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．１％以下の中から選ばれる１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物である鋼板であって、該鋼板の鋳造方向に垂直な断面の中心部（ｔ／２部；ｔは鋼板の厚さ）を中心に、厚さ方向に±５ｍｍの測定領域に楕円形状と近似したＭｎ濃化スポットが該鋼板の幅方向の長さ１００ｍｍ当りに３個以下存在し、
該Ｍｎ濃化スポットは、長軸の長さが１．５ｍｍ超えであり、Ｍｎ濃度が質量％で１．６％以上であることを特徴とする高強度耐サワーラインパイプ用鋼板。

本発明によれば、連続鋳造鋳片や厚鋼板の中心部の偏析を、定量的かつ高精度で、しかも広い領域を迅速に測定した鋼スラブの評価をもとに、耐ＨＩＣ特性に優れる高強度耐サワーラインパイプ用鋼板を製造および使用することが可能となる。

ＨＩＣ試験片の分析の採取位置およびＭｎスポット位置の関係を現した図である。本発明方法による鋼板と鋼スラブの断面部の測定位置を示す図である。測定幅２００ｍｍの場合で、７個のスポットが観察された例を示す図である（この場合１００ｍｍ幅当たり３．５個とカウントする。）。

以下に本発明を実施するための形態について説明する。まず、本発明の構成要件の限定理由について説明する。

本発明の鋼板の素材である鋼スラブ（単にスラブとも云う場合がある。）の化学成分について説明する。以下の説明において％で示す単位は全て質量％である。

Ｃ：０．０３〜０．０７％
Ｃは鋼板の強度の向上に寄与する元素であるが、０．０３％未満では十分な強度が確保できず、０．０７％を超えると靭性を劣化させるため、Ｃ含有量は、０．０３〜０．０７％とした。

Ｓｉ：０．０１〜０．５％
Ｓｉは脱酸のため添加するが、０．０１％未満では脱酸効果が十分でなく、０．５％を超えると靭性や溶接性を劣化させるため、Ｓｉ含有量を０．０１〜０．５％に規定する。好ましくは、Ｓｉ：０．０４〜０．４％である。

Ｍｎ：０．８〜１．５％
Ｍｎは強度、靭性のため添加するが、０．８％未満ではその効果が十分でなく、１．５％を超えると中心偏析が著しく、スポット数が増加するためＭｎ含有量を０．８〜１．５％に規定する。

Ａｌ：０．０７％以下
Ａｌは脱酸剤として添加されるが、０．０７％を超えると鋼の清浄度が低下し、ＨＩＣ割れの起点となる介在物の形成が増加するため、Ａｌ含有量は０．０７％以下に規定する。好ましくは、０．０１〜０．０５％とする。

Ｐ：０．０１０％以下、
本発明でＰ、Ｓは不可避的不純物であり、その量の上限を規定する。Ｐは、含有量が多いと中央偏析が著しく、ＨＩＣ性能が悪化するため、Ｐ量は０．０１０％以下とする。好ましくは、Ｐ量は０．００５％以下である。

Ｓ：０．００１％以下
Ｓは、含有量が多いとＭｎＳの生成量が著しく増加し、ＨＩＣ割れ感受性が悪化するため、Ｓ量は０．００１％以下とする。

Ｔｉ：０．００５〜０．０２％
ＴｉはＴｉＮを形成しそのピニング効果により、鋼スラブ加熱時のオーステナイト粗大化を抑制し、母材靭性を向上させる重要な元素である。その効果は、０．００５％以上の添加で発現する。しかし、０．０２％を超えると、粗大なＴｉ系析出物が生成し、これがＨＩＣ割れの起点になり、ＨＩＣ割れ感受性が劣化するため、Ｔｉ量は０．００５〜０．０２％の範囲とする。好ましくは、Ｔｉ量は０．００９〜０．０１５％の範囲である。

Ｎｂ：０．００５〜０．０７％
Ｎｂは組織の微細粒化により靭性を向上させるとともに、析出物を形成し、強度上昇に寄与する。しかし、０．００５％未満では効果がなく、０．０７％を超えると、粗大なＮｂ系析出物が形成され、ＨＩＣ割れの起点となり、ＨＩＣ割れ感受性が劣化するため、Ｎｂ含有量は０．００５〜０．０７％に規定する。また、Ｎｂは、ＨＩＣ割れ危険度（感受性）増加への寄与が大きい場合もあり、Ｎｂ含有量は０．０５％以下であることが好ましい。

Ｃａ：０．０００５〜０．００５％
Ｃａは硫化物系介在物の形態を制御して耐ＨＩＣ割れ感受性が向上する。０．０００５％以上でその効果が現れ、０．００５％を超えると効果が飽和し、逆に清浄度を低下させてＨＩＣの起点となる介在物を形成することがあるため、Ｃａ量は０．０００５〜０．００５％の範囲とする。

Ｎ：０．００８％以下
Ｎは不可避的不純物として扱うが、Ｎ量が０．００８％を超えると、ＨＩＣ割れの起点となる粗大なＴｉ−Ｎｂ系の析出物が形成するため、Ｎ量は０．００８％以下とする。

Ｏ：０．００５％以下
本発明でＯは不可避的不純物であり、その量の上限を規定する。Ｏは粗大で耐ＨＩＣに悪影響を与える介在物の生成を抑制するため、Ｏ量は０．００５％以下とする。

以上が本発明の必須の基本成分であるが、鋼板の強度・靱性をさらに改善を促す目的で、以下に示すＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの１種以上を含有する。

Ｃｕ：０．５％以下
Ｃｕは、鋼の焼入性向上に寄与するが、０．５％を超えて添加を行うと、鋼板靱性の劣化が生じることがあるため、Ｃｕを添加する場合は、Ｃｕ量は０．５％以下とする。

Ｎｉ：１％以下
Ｎｉは、鋼の焼入性向上に寄与し、特に、多量に添加しても靱性劣化を生じさせず、強靱化に有効であることから、添加することができる。しかし、Ｎｉは高価な元素であるため、Ｎｉを添加する場合は、Ｎｉ量は１％以下とする。

Ｃｒ：０．５％以下
Ｃｒは、Ｍｎと同様に低Ｃでも十分な強度を得るために有効な元素であるので添加してもよい。その効果を得るためには、０．１％以上添加することが好ましいが、過剰に添加すると溶接性が劣化することがあるため、添加する場合は、Ｃｒ量は０．５％以下とする。

Ｍｏ：０．５％以下
Ｍｏは、焼入性を向上させる元素であり、ＭＡ生成やベイナイト相を強化することで強度上昇に寄与する元素であるので任意的に添加することが可能である。しかし、０．５％を超えて添加すると、溶接熱影響部靭性の劣化を招くことがあるから、添加する場合には、Ｍｏ量は０．５％以下とする。０．３％以下とすることが好ましい。

Ｖ：０．１％以下
Ｖは、焼入性を高め、強度上昇に寄与する元素であるので任意的に添加してもよい。その効果を得るためには、０．００５％以上添加することが好ましいが、０．１％を超えて添加すると溶接熱影響部の靭性が劣化することがあるため、添加する場合は、Ｖ量は０．１％以下とする。

本発明の鋼板における上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。ただし、本発明の作用効果を害さない範囲であれば、上記以外の元素の含有を拒むものではない。たとえば、強度、靱性改善の観点から、Ｍｇ：０．０２％以下、および／またはＲＥＭ（希土類金属）：０．０２％以下、Ｂを０．００３％以下含むことができる。

分析手法について；
本発明の中心偏析評価方法の指標元素として、Ｃ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、ＮｂおよびＭｏ等を用いることができることがわかった。しかし、偏析元素であるＣ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、ＮｂおよびＭｏ等は、添加量が０．１％以下である場合がほとんどであるために定量精度を確保することに問題となることがあるため、Ｍｎを用いることが好適である。

Ｍｎは、通常１％程度添加されているために、短時間で精度の高い分析が可能となる。本発明の中心偏析評価方法は、濃度マッピング分析を、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）、発光分光分析および走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分光装置（ＷＤＳ）のいずれかを用いて行うことを特徴とする。ただし、組成の定量性が重要となるため、定量精度の高いＥＰＭＡやＳＥＭ−ＷＤＳが有効であることがわかった。ただし、分析機器の精度は向上しているために、具体的には空間分解能が厚鋼板分析時には１０μｍ以下で、鋼スラブ分析時には１００μｍ以下で、組成の定量精度として、Ｍｎであれば０．０５％の違い、他の偏析元素では０．００５％の精度を評価可能な手法を用いればよい。

ＨＩＣ割れ部の評価；
ＨＩＣ割れが発生した材料については、そのクラック領域の全幅の上下０．５ｍｍ以上について、Ｍｎ元素のマッピングを実施し、偏析元素の分布を調査する。このとき、中心偏析帯の幅の長さは、数１０μｍから数１００μｍの範囲であるために、ＥＰＭＡ等の分析では、電子プローブの直径を１００μｍ以下として、そのビーム直径のステップ幅でＭｎ濃度マッピングを測定する。

また、測定する断面はＣ断面（鋳込み方向と垂直方向の断面をいう。）である。１断面だけでの評価ではＭｎ濃度のバラつき等のために、正確な偏析元素の濃化量の評価は困難なため、少なくとも研削等を実施して、３断面以上の面について、Ｍｎ濃度の分布を評価することが好ましい。得られたマッピング結果をもとに、偏析元素の濃化量について評価を行う。得られたマッピング結果から、ＨＩＣ割れが発生するスポットのＭｎ濃度閾値およびスポットサイズを決定する。図１は、板厚３０ｍｍの鋼板から板幅２０ｍｍのＨＩＣ試験片を採取し、試験後のＨＩＣ試験片の分析の採取位置およびＭｎスポット位置の関係を表した図である。

上記ＨＩＣ割れで発生したスポットのサイズをもとに、鋼スラブから厚鋼板への変形率（圧下率）をもちいて、スポット径を再計算して鋼スラブでのサイズを決定する。得られた偏析元素のマッピングと、スポットのサイズから、鋼スラブ断面でのスポットの数を評価し、鋼スラブのＨＩＣ危険度を評価する。

該鋼スラブの鋳造方向に垂直な断面の中心部（ｔ／２部；ｔは鋼スラブの厚さ）を中心に、厚さ方向に±５ｍｍの測定領域に楕円形状と近似したＭｎ濃化スポットが該鋼スラブの幅方向の長さ１００ｍｍ当りに３個以下存在すること；
鋼スラブの偏析帯については、中心偏析部について鋼スラブ厚さ方向１０ｍｍ（中心部（ｔ／２部；ｔは鋼スラブの厚さ）を中心に、厚さ方向に±５ｍｍの測定領域）で鋼スラブ幅方向（Ｃ方向）について偏析元素の濃度マッピングを実施する。
鋼スラブ幅方向には、鋼スラブ幅方向の中心部を基準に鋼スラブ幅ＷのＷ／２〜４Ｗ／５の長さを測定する。このように測定した、楕円形状と近似したＭｎ濃化スポットが該鋼スラブの幅方向の長さ１００ｍｍ当りに換算して評価する。ここで、１００ｍｍ当たりとしたのは、濃化スポットの分布が必ずしも均一でないことや、測定精度を考慮したためである。また、１００ｍｍ当りに３個以下と限定した理由は、後述する。

また、厚さ方向に±５ｍｍの測定領域としたのは、偏析の発生する領域を精度よく効率的に測定ができるからである。
Ｍｎ濃化スポットを楕円形状と近似したのは、以下の理由による。すなわち、そもそも中心偏析部は鋼の最終凝固部に相当する領域であり、これはスラブ断面の中央部のほぼ直線状の領域に相当するから、中心偏析部もスラブ厚さ方向よりも幅方向に伸びた形状となり、楕円で近似することが好適であるためである。

具体的には、まず鋼スラブの断面を切断して、中心部の厚さ方向１０ｍｍで幅方向についてＭｎ元素の濃度マッピングを、ここで、鋼スラブ厚さ方向１０ｍｍとは鋼スラブ厚さｔのｔ／２（板厚中心部）を中心に±５ｍｍであり測定の例を図２（ｂ）に示す。図２（ａ）は板厚が３０ｍｍの鋼板のＨＩＣ試験片を採取した領域を示した場合である。

ＥＰＭＡによりビーム径１００μｍで、厚さ方向に１００点で、幅方向に測定を行う。このとき、幅方向には、１００ｍｍ以上の幅で測定を行うことが望ましいので、１０００点以上の分析点が必要である。また、Ｍｎの定量分析を実施するために、電流値、測定時間の調整が必要である。前述のようにが、例えばＭｎのカウント数で１００カウント以上の得られる測定条件で分析を実施すればよい。具体的には、たとえば、照射電流値１μＡで、１点あたりの積算時間を７０ｍｓにて測定を実施することができる。

Ｍｎ濃化スポットは、長軸の長さが１．５ｍｍ超えであり、Ｍｎ濃度が１．６％以上であること；
上記のようにＨＩＣ割れが発生した領域について調査を実施した結果、鋼スラブ状態で楕円形状と近似したＭｎ濃化スポットにおいて、Ｍｎ濃度が１．６％以上に濃化した長軸の長さ（長径）が１．５ｍｍを超えたスポットでＨＩＣ割れが発生していることがわかった。Ｍｎ濃化スポットが楕円形状となるのは、前述のように、中心偏析部がスラブ厚さ方向よりも幅方向に伸びた略楕円形状となるからである。長径としたのは、長径のほうが短径に比べて検出しやすく、また、ＨＩＣ割れとの相関も高いからである。

Ｍｎ濃度として、１．６％未満、もしくは、１．６％以上であっても長軸の長さが１．５ｍｍ以下であればＨＩＣ割れは抑制されるが、Ｍｎ濃度が１．６％以上であって長軸の長さが１．５ｍｍを超えたスポットでは割れが発生していた。また、鋼スラブでの評価から、この形状をもつスポットが、鋼スラブの幅１００ｍｍ当りに、３個以下であれば、ＨＩＣ発生は生じないが、３個を超えるとＨＩＣ割れが発生する。偏析スポットの分布については、粗密が発生し、また鋼スラブ厚さ方向での重なりも存在するために、その部位のＨＩＣ危険度の評価には、観察されたスポットの数を鋼スラブの幅１００ｍｍ当りの個数の値として評価する。このときの測定幅としては、少なくとも、１５０ｍｍ以上であることが望ましい。

図３に測定幅２００ｍｍの場合で、７個のスポットが観察された場合、鋼スラブの幅方向の長さ１００ｍｍ当りに３．５個とカウントする例を具体的に記載した。

同一の成分であっても製造条件によってＭｎ濃化スポットのＭｎ濃度や個数が変化するので、適宜製造条件を制御することが好ましい。例えば、本発明の成分範囲では、鋳造速度を１．２ｍｍ／分以下とすることや、鋼スラブの凝固段階で液相率が７５％以下の箇所で、鋼スラブ厚さ方向の圧下速度を、０．４ｍｍ／分から０．８ｍｍ／分の間に調整したり、鋼スラブの冷却水量を通常からたとえば１／２の量に変化させたりすることによりＭｎ濃化スポットの濃度や個数を制御できる。なお、同一範囲の化学成分を有する鋼スラブを用いて同じ条件で製造した場合には、同一の条件でマッピング分析をすれば、同一のＭｎ濃化スポットが得られることが経験上わかっている。

表１に示す成分組成の連続鋳造法で作製した鋼スラブ（鋼種１〜１４）をサンプルとした。この鋼スラブを用いて、中心部のＭｎ偏析について、ＥＰＭＡにて評価した。評価は、鋼スラブから解析用の試料を切り出し、研摩により試料調整を実施し、鋼スラブ中心部厚さ１０ｍｍの範囲を鋼スラブ幅中心部（Ｗ／２部）から±２００ｍｍの幅方向に領域についてマッピングを実施した。マッピングは、加速電圧２５ｋＶで、０．１５ｍｍの電子プローブを用いて行い、Ｍｎ濃度のマッピングを測定した。鋼スラブ中心部厚さ１０ｍｍの範囲を鋼スラブ幅中心部（Ｗ／２部）から±２００ｍｍの幅中でＭｎ濃度１．６％以上、長軸で１．５ｍｍを超えるスポット数についてカウントを実施した。

また、鋼スラブを加熱、制御圧延、急速冷却、再加熱により厚さ３６ｍｍの厚鋼板を製造した。鋼スラブ加熱は、１１００℃で行い、熱間圧延は１０５０℃から８５０℃の間で行った。その後、８００℃から急速水冷却を行った。この時、冷却停止温度は４００〜５００℃の間で実施した。また、引き続き誘導加熱により６００℃に加熱した後、空冷で製造した。引張強度（ＴＳ）は、５５０ＭＰａ〜６５０ＭＰａの範囲であった。

以上のようにして製造した鋼板を用いてＨＩＣ試験を実施した。ＨＩＣ試験は、ＮＡＣＥＴＭ０２８４に従ってＡ規格液で、９６時間浸漬させＨＩＣ試験を実施した。ＨＩＣ試験片は、図２に示すように板中央位置から作製した。試験後に、各サンプルの割れ面積率；ＣＡＲ（％）を測定した。各試験片から３つずつサンプルを作製し、平均のＣＡＲ（％）を測定した。

表２は、鋼スラブをＥＰＭＡで評価した時のＭｎ濃度１．６％以上、長軸で１．５ｍｍを超えるＭｎ濃化スポットの幅方向の長さ１００ｍｍ当りの個数とＣＡＲ（％）の関係を示す。

鋼材１〜７は、鋼スラブでのＭｎ偏析スポットの形態が本発明請求範囲内のために、ＨＩＣ割れが発生していない。また、鋼材８〜１４については、Ｍｎスポットが請求範囲の外でありＨＩＣ試験割れが発生した。

このように、Ｍｎ濃度１．６％以上、長軸で１．５ｍｍを超えるＭｎ濃化スポット数が、幅方向の長さ１００ｍｍ当りに３個以下であれば、ＨＩＣ割れはほとんど発生していないが、３個を超えると、ＣＡＲ（％）の値が悪化して、割れが発生し、耐ＨＩＣ特性が劣化することが確認された。

Claims

質量％で、Ｃ：０．０３％〜０．０７％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．８〜１．５％、Ａｌ：０．０７％以下、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００１％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、Ｎｂ：０．００５〜０．０７％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｎ：０．００８％以下、Ｏ：０．００５％以下を含有し、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．１％以下の中から選ばれる１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物である鋼スラブであって、該鋼スラブの鋳造方向に垂直な断面の中心部（ｔ／２部；ｔは鋼スラブの厚さ）を中心に、厚さ方向に±５ｍｍの測定領域に楕円形状と近似したＭｎ濃化スポットが該鋼スラブの幅方向の長さ１００ｍｍ当りに３個以下存在し、
該Ｍｎ濃化スポットは、長軸の長さが１．５ｍｍ超えであり、Ｍｎ濃度が質量％で１．６％以上であることを特徴とする鋼スラブ。
請求項１に記載の鋼スラブを素材として製造された高強度耐サワーラインパイプ用鋼板。
質量％で、Ｃ：０．０３％〜０．０７％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．８〜１．５％、Ａｌ：０．０７％以下、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００１％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、Ｎｂ：０．００５〜０．０７％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｎ：０．００８％以下、Ｏ：０．００５％以下を含有し、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．１％以下の中から選ばれる１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物である鋼板であって、該鋼板の鋳造方向に垂直な断面の中心部（ｔ／２部；ｔは鋼板の厚さ）を中心に、厚さ方向に±５ｍｍの測定領域に楕円形状と近似したＭｎ濃化スポットが該鋼板の幅方向の長さ１００ｍｍ当りに３個以下存在し、
該Ｍｎ濃化スポットは、長軸の長さが１．５ｍｍ超えであり、Ｍｎ濃度が質量％で１．６％以上であることを特徴とする高強度耐サワーラインパイプ用鋼板。