JP2019525994A - マイクロ合金鋼およびその鋼の生産方法 - Google Patents
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Abstract
Description
0.04≦C≦0.18まで、
0.10≦Si≦0.60、
0.80≦Mn≦1.90、
P≦0.020、
S≦0.01、
0.01≦Al≦0.06、
0.50≦Cu≦1.20、
0.10≦Cr≦0.60、
0.60≦Ni≦1.20、
0.25≦Mo≦0.60、
B≦0.005、
V≦0.060、
Ti≦0.050、
0.010≦Nb≦0.050、
0.10≦W≦0.50、
N≦0.012、
その残部はFeおよび避けられない不純物である。
CEIIW≦0.65%またはCEPcm≦0.30%
であり、(重量パーセントで)
CEIIW=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15、
CEPcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B、
C>0.12%なら前記CEIIWの許容限界が適合し(当てはまり)、C≦0.12%なら前記CEPcmの許容限界が適合する(当てはまる)。
本発明に従って組成を有する鋼を提供するステップと、
次いで、高温形成プロセスを通じて1100℃〜1280℃の間に含まれる温度で前記鋼を高温形成し、パイプを得るステップと、
それから、前記パイプを、890℃以上のオーステナイト化温度ATまで加熱し、前記オーステナイト化温度ATで5〜30分の間に含まれる時間の間保ち、その後に、焼き入れされたパイプを得るように室温まで冷却するステップと、
そして、前記焼き入れされたパイプを、加熱し、580℃〜700℃の間に含まれる焼き戻し温度TTに保ち、前記焼き戻し温度TTで20〜60分の間に含まれる焼き戻し時間Ttの間保ち、その後に、前記室温まで冷却し、焼き入れおよび焼き戻しされたパイプを得るステップとを備える。
炭素は、本発明による鋼の降伏強度および硬度を大幅に増大させる強力なオーステナイト形成具(生成元素)である。0.04%を下回ると、降伏強度および引張強度は大幅に低下し、予想を下回る降伏強度をもつリスクがある。0.18%を上回ると、溶接性、延性、および靭性などのような特性が悪影響を受け、まったく古典的なマルテンサイトのミクロ組織に達する。好ましくは、炭素含有量は0.04〜0.12%の間である。さらに好ましい実施の形態では、炭素含有量は0.05〜0.08%の間であり、それらの許容限界は含まれる。
ケイ素(シリコン)は、溶鋼から酸素を除く(脱酸する)元素である。少なくとも0.10%の含有量は、このような効果を生むことができる。ケイ素はまた、本発明において0.10%を上回るレベルで強度および伸びを増大させる。0.60%を上回ると、本発明による鋼の靭性は、悪影響を受け、低下する。このような有害な影響を避けるために、Si含有量は0.10〜0.60%の間である。
マンガンは、鋼の鍛造性(可鍛性)および硬化性(焼入性)を向上させる元素であり、鋼の焼入性に寄与する。さらに、この元素は、鋼の強度を向上させる強力なオーステナイト生成元素でもある。その結果、その含有量は、0.80%の最小値であるべきである。1.90%を上回ると、溶接性および靭性の低下が、本発明による鋼において予想される。好ましくは、Mn含有量は1.15%〜1.60%の間である。
アルミニウムは、鋼の強力な脱酸剤であり、その存在はまた、鋼の脱硫を促進する。この元素は、この効果を有するために、少なくとも0.01%の量で添加される。
銅は、溶体硬化に非常に重要であるが、この元素は一般に靭性および溶接性に有害であることがよく知られている。本発明による鋼では、Cuは、降伏強度および引張強度のいずれも増大させる。本発明のNi含有量との組み合わせで、Cuの存在に起因される靭性および溶接性の低下(減少)は効果がなく、Niは、鋼中でCuと組み合わされたときCuの悪影響を中和する(無効にする)。この理由により、最小Cu含有量は0.50%であるべきである。1.20%を上回ると、本発明による鋼の表面品質は、熱間圧延プロセスにより悪影響を受ける。好ましくは、銅含有量は0.60〜1%である。
本発明による鋼中のクロムの存在によって、特に降伏強度を増大させるクロム沈殿物が生み出される。この理由により、0.10%の最小Cr含有量が必要とされる。0.60%を上回ると、沈殿物(析出物)密度が、本発明による鋼の靭性および溶接性に悪影響を及ぼす。
ニッケルは、本発明の鋼において溶体硬化に非常に重要な元素である。Niは、降伏強度および引張強度を増大させる。Cuの存在との組み合わせで、Niは靭性特性を改善する。この理由により、その最小含有量は0.60%である。1.20%を上回ると、本発明による鋼の表面品質は、熱間圧延プロセスにより悪影響を受ける。
モリブデンは、降伏強度および引張強度のいずれも増大させ、パイプの長さおよび厚さを通じて母材(基材)中の機械的特性と、ミクロ組織と、靭性との均質性を助ける(サポートする)。0.25%を下回ると、前述の効果は十分に効果的でない。0.60%を上回ると、鋼の挙動(反応)は、溶接性および靭性に関して、悪影響を受ける。好ましくは、Mo含有量は0.35〜0.50%の間であり、それらの許容限界は含まれる。
ニオブの存在は、炭化物および/または窒化物析出(沈殿)をもたらし、粒界ピンニング(ピン留め)効果による微粒子サイズのミクロ組織の原因となる。したがって、降伏強度の増大がホールペッチ効果によって得られる。粒子サイズの均質性は靭性挙動を改善する。すべてのこれらの効果のために、最低0.010%のNbが必要とされる。0.050%を上回ると、NbCの脆化効果を避けるように窒素含有量の厳密な制御が必要とされる。加えて、0.050%を上回ると、靭性挙動の低下が本発明による鋼に対して予想される。
タングステンの添加は、安定した降伏強度を有して生産された管、すなわち、最高200℃の運転(作動)温度まで降伏強度の低ばらつきを有して生産された管を提供するよう意図されている。タングステンの添加はまた、安定した応力−歪み関係をももたらす。また、0.10%を上回ると、タングステンはさらに、前述のモリブデン合金化の良い影響を支持する。この理由により、0.10%のタングステンの最小含有量が、本発明による鋼では必要とされる。0.50%のタングステンを上回ると、本発明による鋼の靭性および溶接性が低下し始める。好ましくは、タングステン含有量は0.10%〜0.30%の間である。
ホウ素は、本発明による鋼では不純物である。この元素は任意に添加されない。0.005%を上回ると、この元素は溶接性に悪影響を及ぼす。その理由は、溶接後にこの元素が、熱影響を受けないゾーン内にハードスポット(材料欠陥)を生成し、したがって、本発明による鋼の溶接性を低下させると予想されるからである。
0.060%を上回ると、バナジウム沈殿物は、低温度での靭性値のバラツキを有するリスクおよび/または遷移温度からより高い温度へのシフトをもたらすリスクを高める。その結果、靭性特性は、0.060%を上回るバナジウム含有量により悪影響を受ける。好ましくは、バナジウム含有量は、0.008%を厳密に下回る。
この元素は不純物元素である。この元素は、本発明による鋼には任意に添加されない。0.050%を上回ると、TiNおよびTiCなどのようなTiを含む炭素および窒素沈殿物は、炭化物および窒化物の沈殿物とニオブとのバランスを変化させ、その結果、ニオブの有益な効果が妨げられるだろう。鋼の降伏強度は悪影響を受け、低下するだろう。好ましくは、Ti含有量は0.010%以下である。
0.012%を上回ると、大きいサイズの窒化物の沈殿(析出)物が予想され、これらの沈殿物は、上側(上位)範囲内の遷移温度を変化させることによって靭性挙動に悪影響を及ぼすだろう。
残部は、Feと、鋼生産および鋳造プロセスの結果から生じる不可避な(避けられない)不純物とからなる。主な不純物元素の含有量は、リンおよび硫黄について以下で定義されるように制限される:
P≦0.020%
S≦0.005%。
本発明により特許請求の範囲に記載の方法は、以下に列挙された、少なくとも次の連続するステップ(工程)を備える。この最良の実施の形態において、鋼パイプが生産される。
マルテンサイト
本発明による鋼中のマルテンサイト含有量は、焼き入れ(急冷)操作中の冷却速度に依存する。化学組成との組み合わせで、これは肉厚に依存し、マルテンサイト含有量は5%〜100%の間である。100%に至るまで残部は、多角形状フェライトおよびベイナイトである。
好ましい実施の形態では、本発明による焼き入れおよび焼き戻しされた鋼パイプは、最終冷却後に、体積分率で15%未満の多角形状フェライトを含むミクロ組織を示す。理想的には、フェライトが本発明による鋼のYSおよびUTSに悪影響を及ぼす可能性があるので、フェライトは鋼中に存在しない。
本発明による鋼のベイナイト含有量は、焼き入れ操作中の冷却速度に依存する。化学組成との組み合わせで、これは最大80%に制限される。100%に至るまで残部は、多角形状フェライトおよびマルテンサイトである。80%を上回るベイナイト含有量は、低い降伏強度および引張強度と、肉厚を通じて不均質な特性とをもたらす。
AT(℃):℃単位でのオーステナイト化温度
At:分単位でのオーステナイト化時間
を使って以下の表2で要約され得る生産プロセスを経た。
TT:℃単位での焼き戻し温度
Tt:分単位での焼き戻し時間
で行われる。
Claims (17)
- 重量パーセントで以下の化学組成元素を含むシームレスパイプ用鋼:
0.04≦C≦0.18まで、
0.10≦Si≦0.60、
0.80≦Mn≦1.90、
P≦0.020、
S≦0.01、
0.01≦Al≦0.06、
0.50≦Cu≦1.20、
0.10≦Cr≦0.60、
0.60≦Ni≦1.20、
0.25≦Mo≦0.60、
B≦0.005、
V≦0.060、
Ti≦0.050、
0.010≦Nb≦0.050、
0.10≦W≦0.50、
N≦0.012、
残部はFeおよび避けられない不純物である。 - Cは0.04%〜0.12%の間である、請求項1に記載の鋼。
- Cは0.05%〜0.08%の間である、請求項1または2に記載の鋼。
- Mnは1.15%〜1.60%の間である、請求項1から3のいずれか一項に記載の鋼。
- Cuは0.60%〜1%の間である、請求項1から4のいずれか一項に記載の鋼。
- Moは0.35%〜0.50%の間である、請求項1から5のいずれか一項に記載の鋼。
- Tiは0.010%を下回る、請求項1から6のいずれか一項に記載の鋼。
- Wは0.10%〜0.30%の間である、請求項1から7のいずれか一項に記載の鋼。
- V含有量は0.008%を下回る、請求項1から8のいずれか一項に記載の鋼。
- 重量パーセントでの炭素含有量とマンガン含有量との比は0.031≦C/Mn≦0.070であるような比である、請求項1から9のいずれか一項に記載の鋼。
- 重量パーセントで、
CEIIW≦0.65%かつCEPcm≦0.30%
であり、
CEIIW=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15、
CEPcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B、
C>0.12%なら前記CEIIWの許容限界が適合し、C≦0.12%なら前記CEPcmの許容限界が適合する、請求項1から10のいずれか一項に記載の鋼。 - 前記鋼は、15%未満のフェライトを含むとともに前記残部がベイナイトおよびマルテンサイトであるミクロ組織を有する、請求項1から11のいずれか一項に記載の鋼。
- 前記鋼は、平均で550MPa〜890MPaの間に含まれる降伏強度と、前記降伏強度の少なくとも10%における−60℃のジュール単位での靱性とを有する、請求項1から12のいずれか一項に記載の鋼。
- 前記鋼は、平均で少なくとも690MPaの降伏強度と、少なくとも平均69Jにおける−80℃での靭性とを有する、請求項1から13のいずれか一項に記載の鋼。
- 少なくとも以下の連続するステップを備える、シームレスパイプ用鋼の生産方法であって、
請求項1から11のいずれか一項に記載の組成を有する鋼を提供するステップと、
次いで、高温形成プロセスを通じて1100℃〜1280℃の間に含まれる温度で前記鋼を高温形成し、パイプを得るステップと、
それから、前記パイプを、890℃以上のオーステナイト化温度ATまで加熱し、前記オーステナイト化温度ATで5〜30分の間に含まれる時間の間保ち、その後に室温まで冷却し、焼き入れされたパイプを得るステップ、
そして、前記焼き入れされたパイプを、加熱し、580℃〜700℃の間に含まれる焼き戻し温度TTに保ち、前記焼き戻し温度TTで20〜60分の間に含まれる焼き戻し時間Ttの間保ち、その後に前記室温まで冷却し、焼き入れおよび焼き戻しされたパイプを得るステップと
を備える、方法。 - 請求項1から14のいずれか一項に記載されおよび/または請求項15に従って生産された鋼からなる構造部品、および/または、機械部品。
- 請求項1から14のいずれか一項に記載されおよび/または請求項15に従って生産された鋼からなるラインパイプ部品、および/または、石油およびガスアクセサリ。
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