JP2016223013A - 高強度高靭性鋼管用鋼板の製造方法及び高強度高靭性鋼管用鋼板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】特定の成分組成を有する鋼素材を、表面温度:1000℃以上1250℃以下に加熱し、再結晶温度域において第一圧延し、該第一圧延後、900℃以下の未再結晶温度域において累積圧下率40%以上75%以下の条件で第二圧延し、該第二圧延後、下記の冷却開始温度及び冷却停止温度の加速冷却条件で冷却を行うことを特徴とする高変形能を備えた高強度高靭性鋼管用鋼板の製造方法とする。
冷却開始温度: (Ar3−50℃)以上Ar3未満
冷却停止温度: 250〜500℃
【選択図】なし
Description
具体的には、下記1、2を見出した。
冷却停止温度: 250〜500℃
Ceq(%)=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 (1)
各元素は質量%での値とする。
Ceq(%)=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 (1)
各元素は質量%での値とする。
[4]前記成分組成は、さらに、質量%で、Ca:0.0005〜0.0100%を含有することを特徴とする[3]に記載の高強度高靭性鋼管用鋼板。
本発明の製造方法では、以下の成分組成を有する鋼素材を用いて、高強度高靭性鋼管用鋼板を製造する。先ず、鋼素材について説明する。
Ceq(%)=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 (1)
(1)式中の各元素は質量%での値とする。
CはAPI X80以上の強度を確保するために有効な成分である。そのためには、C含有量を少なくとも0.02%にすることが必要である。一方、C含有量が0.09%を超えると加速冷却後に形成される硬質相がマルテンサイトとなり、母材シャルピー吸収エネルギーが低下する。そこで、C含有量は0.02%以上0.09%以下(以下、0.02〜0.09%)とする。後述する固溶Nbの活用および、優れた母材吸収エネルギーを得るためには、C含有量は0.03以上0.06%以下とすることが好ましい。
Siは脱酸に必要な元素である。Si含有量が0.01%未満ではその効果は少ない。また、Si含有量が0.30%を超えると溶接性および母材部のシャルピー吸収エネルギーが著しく低下する。そこで、Si含有量は0.01〜0.30%とする。母材部のシャルピー吸収エネルギーをさらに向上させたい場合には、Si含有量を0.01〜0.10%とすることが好ましい。
MnはCと同様に鋼板の強度を確保するために必要であり、API X80以上の強度を確保するためには、Mn含有量を1.0%以上にすることが必要である。一方、Mn含有量が3.0%を超えると、鋳造時に不可避的に形成される偏析部に特に濃化し、セパレーションを誘発し、吸収エネルギーの低下をまねく原因となる。そこで、Mn含有量は1.0〜3.0%とする。高強度と吸収エネルギーをより改善したい場合は、Mn含有量を1.5〜2.2%とすることが好ましい。ここで述べるセパレーションとは、シャルピー衝撃試験時に破面において観察される亀裂伝播方向に対して垂直に生じる割れのことを指す。
P、Sは不純物として鋼中に不可避的に含まれる元素であり、鋼母材や、溶接熱影響部の靭性を劣化させるため、これらの含有量は経済性を考慮して可能な範囲で低減することが好ましい。本発明では、P含有量を0.030%以下、S含有量を0.010%以下とする。母材の中心偏析部の靭性を特に向上させたい場合は、P含有量を0.008%以下、S含有量を0.001%以下とすることが好ましい。
Alは脱酸元素であり、Al含有量が0.003%未満ではその効果は十分ではなく、過剰に添加すると靭性の劣化をもたらす。そこで、Al含有量は0.003〜0.050%とする。特に、母材において優れたシャルピー吸収エネルギーを確保するためには、0.01〜0.04%とすることが好ましい。なお、Alはsol.Al(酸可溶性Al)とする。
Nbはオーステナイト未再結晶温度域を高温側に拡大する働きをする。後述するオーステナイト未再結晶温度域での40%以上の累積圧下率を十分確保するために、少なくともNbを0.005%含有する必要がある。また、Nbは固溶強化元素としても有用であり、API X80グレードの強度を確保するためにも不可欠である。しかし、Nb含有量が0.10%を超えると組織が過剰に硬化し、母材のシャルピー吸収エネルギーが低下する。そこで、Nb含有量は0.005〜0.10%とする。母材の、高強度と優れたシャルピー吸収エネルギーを両立させる観点からは、Nb含有量を0.010〜0.07%とすることが好ましい。
Tiは鋼中で窒化物を形成する。Ti含有量が0.005%以上であると、窒化物のピンニング効果でオーステナイト粒の粗大化を防げる。このため、Ti含有量を0.005%以上にすることは、母材の靭性確保や溶接熱影響部での靭性確保の観点から有効である。Ti含有量が0.05%を超えると、TiCの析出強化により靭性が著しく低下する。そこで、Ti含有量は0.005〜0.05%とする。オーステナイト粒をさらに微細化し、あるいは、析出硬化をさらに抑制するためには、Ti含有量を0.008〜0.016%とすることが好ましい。
NはTiと窒化物を形成してオーステナイトの粗大化を抑制し、靭性の向上に寄与する。このようなピンニング効果を得るため、Nを0.0010%以上含有する。一方、N含有量が0.0060%を超えると、溶接部、特に溶融線近傍で1450℃以上に加熱された溶接熱影響部でTiNが分解した場合、固溶Nに起因した溶接熱影響部の靭性が劣る場合がある。したがって、N含有量はN:0.0010〜0.0060%とする。溶接熱影響部の靭性に対する要求レベルが高い場合には、N含有量は0.0010〜0.0050%とすることが好ましい。
Oは鋼中で酸化物を形成し、母材の吸収エネルギーや靭性を低下させる要因となる。O含有量が0.004%以上になると吸収エネルギーが著しく低下するため、O含有量は0.004%未満とする。酸化物形成を抑制し、吸収エネルギーをさらに高めるためにはO含有量を0.003%以下とすることが好ましい。
Cuは強度を増加させるための元素である。その効果を得るためにはCu含有量を0.01%以上とすることが好ましい。Cu含有量が1.0%を超えると熱間脆性により鋼板表面の性状が劣化する。そこで、Cuを添加する場合は、その含有量を0.01〜1.0%とする。
Niは母材の強度を増加させつつ靭性も向上させる。この効果を得るためにはNi含有量を0.01%以上にする。Ni含有量が1.0%を超えると効果が飽和し経済性を損なう。そこで、Niを添加する場合は、その含有量を0.01〜1.0%とする。
Crは強度を増加するのに有効であり、Cr含有量が0.01%以上でその効果を発揮する。Cr含有量が1.0%を超えると靭性が劣化する。そこで、Crを添加する場合は、Cr含有量を0.01〜1.0%とする。
Moは強度を増加するのに有効であり、Mo含有量が0.01%以上でその効果を発揮し、Mo含有量が1.0%を超えると著しく靭性が劣化するとともに経済性が損なわれる。そこで、Moを添加する場合は、その含有量を0.01〜1.0%とする。
Ceq(%)はC+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5)で表され、式中の各元素記号は各元素の含有量(質量%)を意味する(含まないものは0とする)。板厚20mm以下で、API X80以上の強度を達成するため、Ceqを0.40以上とする。一方、Ceq(%)が0.60を超える場合、溶接性が劣化し特にパイプの円周溶接時の低温割れを防止できない。そこで、Ceqの上限を0.60とする。なお、含有しない元素は0とする。
Caは鋼中のSを固定して鋼板の靭性を向上させる働きがあり、この効果を発揮させるためには0.0005%以上含有することが好ましく、0.0010%以上含有することがさらに好ましい。一方、0.0100%を超えてCaを含有すると鋼中の介在物が増加し、靭性を劣化させる場合がある。したがって、Caを含有させる場合には、Caの含有量を0.0100%以下とすることが好ましく、0.0080%以下とすることがさらに好ましい。
鋳造後、スラブ温度(鋼素材の温度)が室温まで低下してからあるいは高温の状態で、加熱炉に装入して1000℃以上に加熱する。
Tsol.Nb=6770/(2.26−Log(Nb(C+0.857N)))−273
式中の各元素記号は各元素の含有量(質量%)とする。
再結晶温度域の圧延(第一圧延)は、スラブ等の鋼素材を、所望の形状とし、再結晶による組織の均質化を図るために行う。引き続き、900℃以下の未再結晶温度域で累積圧下率40%以上の圧延(第二圧延)を行う。
加速冷却は、API X80以上の強度を確保しつつ、鋼組織をベイナイト主体とし微細フェライトを含有する2相組織化とする目的で、冷却開始温度を(Ar3−50℃)以上Ar3未満、冷却停止温度を250℃以上500℃以下の条件とする。なお、加速冷却とは冷却速度が10℃/s以上100℃/s未満であることを意味する。
本発明の高強度高靭性鋼管用鋼板の成分組成は、上記鋼素材の成分組成と同様であり、各成分の技術的意義も同様であるため、説明を省略する。
得られた鋼板について、板厚中心から6mmφの引張試験片を採取し、圧延直角方向(C方向)に引っ張る引張試験を実施し、降伏強度(YS)、引張強度(YS)および降伏比(降伏強度と引張強度の比、YR)を求めた。結果を表3に示した。
本発明に適合した発明例は、いずれもフェライトの平均粒径が5μm未満、分率が5%未満かつ、降伏強度555MPa以上、引張強度700MPa以上、降伏比80%以下、−20℃におけるシャルピー吸収エネルギーが250J以上と優れた特性が認められた。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.02〜0.09%、Si:0.01〜0.30%、Mn:1.0〜3.0%、sol.Al:0.003〜0.050%、Nb:0.005〜0.10%、Ti:0.005〜0.05%、N:0.0010〜0.0060%を含有し、P:0.030%以下、S:0.010%以下、O:0.004%未満に制限し、さらに、質量%でCu:0.01〜1.0%、Ni:0.01〜1.0%、Cr:0.01〜1.0%、Mo:0.01〜1.0%、のうちから選ばれる1種または2種以上を任意成分として含有し、下記(1)式で計算されるCeq値が0.40〜0.60であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼素材を、表面温度:1000℃以上1250℃以下に加熱し、再結晶温度域において第一圧延し、該第一圧延後、900℃以下の未再結晶温度域において累積圧下率40%以上75%以下の条件で第二圧延し、該第二圧延後、下記の冷却開始温度及び冷却停止温度の冷却条件で加速冷却を行うことを特徴とする高強度高靭性鋼管用鋼板の製造方法。
冷却開始温度: (Ar3−50℃)以上Ar3未満
冷却停止温度: 250〜500℃
Ceq(%)=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 (1)
各元素は質量%での値とする。 - 前記成分組成は、さらに、質量%で、Ca:0.0005〜0.0100%を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度高靭性鋼管用鋼板の製造方法。
- 質量%で、C:0.02〜0.09%、Si:0.01〜0.30%、Mn:1.0〜3.0%、sol.Al:0.003〜0.050%、Nb:0.005〜0.10%、Ti:0.005〜0.05%、N:0.0010〜0.0060%を含有し、P:0.030%以下、S:0.010%以下、O:0.004%未満に制限し、さらに、質量%でCu:0.01〜1.0%、Ni:0.01〜1.0%、Cr:0.01〜1.0%、Mo:0.01〜1.0%、のうちから選ばれる1種または2種以上を任意成分として含有し、下記(1)式で計算されるCeq値が0.40〜0.60であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成と、
ベイナイトを主体とし、フェライトを含有し、該フェライトの平均粒径が5μm未満、面積率でのフェライト分率が5%未満である鋼組織とを有することを特徴とする高強度高靭性鋼管用鋼板。
Ceq(%)=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 (1)
各元素は質量%での値とする。 - 前記成分組成は、さらに、質量%で、Ca:0.0005〜0.0100%を含有することを特徴とする請求項3に記載の高強度高靭性鋼管用鋼板。
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