JP2022072315A - Steel pipe for liquefied gas storage - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は鋼管に関し、特に、船舶用の液化ガス貯蔵容器に好適な鋼管に関する。 The present invention relates to steel pipes, and more particularly to steel pipes suitable for liquefied gas storage containers for ships.
原油・天然ガスの長距離輸送方法として、鋼管からなるラインパイプが用いられている。ラインパイプ用の鋼管は、一般的に、鋼板を成形し、鋼板の突き合わせ部を長手方向に内外両面からシーム溶接して製造される。シーム溶接は、通常、開先の一部をガスシールドアーク溶接で仮付溶接した後、サブマージアーク溶接により、鋼管の内面及び外面から一層ずつ溶接して完了する。仮付溶接は後続して行われるサブマージアーク溶接により完全に消去される。 A line pipe made of steel pipe is used as a long-distance transportation method for crude oil and natural gas. Steel pipes for line pipes are generally manufactured by forming a steel plate and seam welding the butt joints of the steel plates from both inside and outside in the longitudinal direction. Seam welding is usually completed by temporarily welding a part of the groove by gas shielded arc welding and then welding one layer at a time from the inner and outer surfaces of the steel pipe by submerged arc welding. Temporary welding is completely eliminated by subsequent submerged arc welding.
このように製造される鋼管の例としては、UOE鋼管、JCOE鋼管が挙げられる。ラインパイプの溶接継手部は、採掘地の寒冷化や高圧化による輸送効率向上の観点から、高靭化が求められる。 Examples of steel pipes manufactured in this way include UOE steel pipes and JCOE steel pipes. Welded joints of line pipes are required to have high toughness from the viewpoint of improving transportation efficiency by cooling the mining area and increasing the pressure.
特許文献1は、API規格X65~X70級の溶接鋼管に関し、溶接金属を多数のTiOを核として変態生成した微細なアシキュラーフェライト組織とし、高強度と優れた靭性を両立させることを開示している。
近年、天然ガスを液化して船で輸送するための貯蔵用容器として、複数の鋼管を用いた容器が用いられるようになっている。このような鋼管では、輸送中の振動等を考慮し、ラインパイプ等と比較して、高いレベルでの強度と靭性のバランスが求められる。また、鋼管の母材となる鋼板においてL方向、C方向の双方で高い強度が求められる。 In recent years, containers using a plurality of steel pipes have come to be used as storage containers for liquefying natural gas and transporting it by ship. In such a steel pipe, a high level of balance between strength and toughness is required as compared with a line pipe or the like in consideration of vibration during transportation. Further, the steel plate used as the base material of the steel pipe is required to have high strength in both the L direction and the C direction.
本発明は、上記の事情に鑑み、強度と靭性のバランスに優れた鋼管を得ることを課題とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to obtain a steel pipe having an excellent balance between strength and toughness.
本発明者らは、強度と靭性のバランスに優れた鋼板を得る方法について、鋭意検討した。その結果、母材、及び溶接金属の成分を最適化し、さらに、製造条件を最適化することで、従来よりも強度と靭性のバランスに優れた鋼管を得られることを見出しだ。 The present inventors have diligently studied a method for obtaining a steel sheet having an excellent balance between strength and toughness. As a result, it was found that by optimizing the components of the base metal and weld metal, and further optimizing the manufacturing conditions, it is possible to obtain a steel pipe with a better balance between strength and toughness than before.
本発明は上記の知見に基づきなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。 The present invention has been made based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
[1]鋼板を成形し突き合わせ溶接した船舶用液化ガス貯蔵容器用の鋼管であって、鋼管の板厚が6~20mmの前記鋼管の母材の成分が、質量%で、C:0.01~0.10%、Si:0.03~0.50%、Mn:0.5~2.0%、P:0.015%以下、S:0.010%以下、Al:0.001~0.050%、Ti:0.005~0.030%、N:0.002~0.006%、O:0.005%以下、Cu:0~0.5%、Ni:0~0.6%、Cr:0~0.5%、Mo:0~0.4%、V:0~0.06%、Nb:0~0.06%、残部:Fe及び不純物であり、かつ、Cu、Ni、Cr、Mo、V、及びNbからなる群から選択される1種又は2種以上の元素の含有量は0%超であり、
前記母材の組織が、面積率で30%以上のベイナイト、及び20~60%のフェライトかつフェライトとベイナイトが面積率の総和で90%以上を含み、前記母材のL方向、及びC方向における引張強さが570~760MPa、前記母材のL方向、及びC方向における降伏応力が520~635MPa、前記母材の降伏比が90%以下であり、前記母材の-51℃でのシャルピー衝撃試験吸収エネルギーvE-51が100J以上、前記鋼管の溶接熱影響部の-51℃でのシャルピー衝撃試験吸収エネルギーvE-51が41J以上、前記鋼管の溶接金属の-51℃でのシャルピー衝撃試験吸収エネルギーvE-51が81J以上、前記鋼管の母材、溶接熱影響部、溶接金属の-45℃におけるCTOD値が0.18mm以上であることを特徴とする液化ガス貯蔵用鋼管。
[1] A steel pipe for a marine liquefied gas storage container formed by molding and butt-welding a steel plate, wherein the base material of the steel pipe having a plate thickness of 6 to 20 mm is C: 0.01 in mass%. ~ 0.10%, Si: 0.03 ~ 0.50%, Mn: 0.5 ~ 2.0%, P: 0.015% or less, S: 0.010% or less, Al: 0.001 ~ 0.050%, Ti: 0.005 to 0.030%, N: 0.002 to 0.006%, O: 0.005% or less, Cu: 0 to 0.5%, Ni: 0 to 0. 6%, Cr: 0 to 0.5%, Mo: 0 to 0.4%, V: 0 to 0.06%, Nb: 0 to 0.06%, balance: Fe and impurities, and Cu , Ni, Cr, Mo, V, and Nb, the content of one or more elements selected from the group is more than 0%.
The structure of the base metal contains a baynite having an area ratio of 30% or more, and a ferrite of 20 to 60% and ferrite and baynite having a total area ratio of 90% or more, in the L direction and the C direction of the base metal. The tensile strength is 570 to 760 MPa, the yield stress of the base metal in the L and C directions is 520 to 635 MPa, the yield ratio of the base metal is 90% or less, and the shearpy impact of the base metal at −51 ° C. Test absorption energy vE -51 is 100J or more, and the charpy impact test absorption energy vE -51 of the weld heat affected part of the steel pipe at -51 ° C is 41J or more, and the charpy impact test absorption of the weld metal of the steel pipe at -51 ° C. A steel pipe for storing liquefied gas, characterized in that the energy vE -51 is 81 J or more, and the CTOD value of the base metal of the steel pipe, the weld heat affected portion, and the weld metal at −45 ° C. is 0.18 mm or more.
[2]前記母材の化学組成が、前記Feの一部に代えて、B:0~0.002%、Mg:0~0.01%、及びCa:0~0.03%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする前記[1]の液化ガス貯蔵用鋼管。 [2] A group in which the chemical composition of the base material is B: 0 to 0.002%, Mg: 0 to 0.01%, and Ca: 0 to 0.03% instead of a part of the Fe. The steel pipe for storing liquefied gas according to the above [1], which contains one kind or two or more kinds selected from the above.
[3]前記鋼管の溶接金属の成分が、C:0.03~0.10%、Si:0.03~0.50%、Mn:0.5~2.0%、P:0.015%以下、S:0.010%以下、Al:0.001~0.030%、Ti:0.005~0.040%、N:0.002~0.006%、O:0.015~0.050%、Cu:0~0.6%、Ni:0~0.5%、Cr:0~0.5%、Mo:0~0.4%、V:0~0.06%、Nb:0~0.06%、残部:Fe及び不純物であり、かつ、Cu、Ni、Cr、Mo、V、及びNbからなる群から選択される1種又は2種以上の元素の含有量は0%超であり、0≦α’≦50…(1)、0.3≦Al/O≦0.8…(2)、0.30≦Ceq≦0.50…(3)、0.5≦Pcm≦2.0…(4)を満たし、前記溶接金属の-51℃でのシャルピー衝撃試験吸収エネルギーvE-51が54J以上であることを特徴とする前記[1]又は[2]の液化ガス貯蔵用鋼管。ここで、α´、Ceq、Pcmは、それぞれ、α´=(1.5×(O-0.89Al)+3.4×N-Ti)×1000…(5)、Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 …(6)、Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B …(7)で求められる値であり、上記の式(1)(2)、(5)、(6)、(7)の元素記号は、各元素の含有量(質量%)を示す。 [3] The components of the weld metal of the steel pipe are C: 0.03 to 0.10%, Si: 0.03 to 0.50%, Mn: 0.5 to 2.0%, P: 0.015. % Or less, S: 0.010% or less, Al: 0.001 to 0.030%, Ti: 0.005 to 0.040%, N: 0.002 to 0.006%, O: 0.015 to 0.050%, Cu: 0 to 0.6%, Ni: 0 to 0.5%, Cr: 0 to 0.5%, Mo: 0 to 0.4%, V: 0 to 0.06%, Nb: 0 to 0.06%, balance: Fe and impurities, and the content of one or more elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Cr, Mo, V, and Nb. More than 0%, 0 ≦ α'≦ 50… (1), 0.3 ≦ Al / O ≦ 0.8… (2), 0.30 ≦ Ceq ≦ 0.50… (3), 0.5 ≦ Pcm ≦ 2.0 ... (4) is satisfied, and the liquefaction of the above [1] or [2] is characterized in that the charpy impact test absorption energy vE -51 of the weld metal at −51 ° C. is 54 J or more. Steel pipe for gas storage. Here, α', Ceq, and Pcm are α'= (1.5 × (O−0.89Al) +3.4 × N—Ti) × 1000… (5), Ceq = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V, respectively). ) / 5+ (Ni + Cu) / 15 ... (6), Pcm = C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) / 20 + Ni / 60 + Mo / 15 + V / 10 + 5B ... (7). The element symbols (5), (6), and (7) indicate the content (mass%) of each element.
[4]前記溶接金属の化学組成が、前記Feの一部に代えて、B:0~0.035%、Mg:0~0.01%、及びCa:0~0.005%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする前記[3]の液化ガス貯蔵用鋼管。 [4] A group in which the chemical composition of the weld metal is B: 0 to 0.035%, Mg: 0 to 0.01%, and Ca: 0 to 0.005% instead of a part of Fe. The steel pipe for storing liquefied gas according to the above [3], which contains one kind or two or more kinds selected from the above.
[5]前記溶接熱影響部の旧γ粒径が120μm以下で、EBSD粒径が100μm以下であることを特徴とする前記[1]~[4]のいずれかの液化ガス貯蔵用鋼管。 [5] The steel pipe for storing liquefied gas according to any one of the above [1] to [4], wherein the old γ particle size of the weld heat affected zone is 120 μm or less and the EBSD particle size is 100 μm or less.
[6]前記溶接金属の組織が、面積率で、アシキュラーフェライト:80%以上、粒界フェライト:10%以下、島状マルテンサイト:3%以下を含み、EBSD粒径が10μm以下であることを特徴とする前記[1]~[5]のいずれかの液化ガス貯蔵用鋼管。 [6] The structure of the weld metal contains, in terms of area ratio, acicular ferrite: 80% or more, grain boundary ferrite: 10% or less, island-like martensite: 3% or less, and an EBSD particle size of 10 μm or less. The steel pipe for storing liquefied gas according to any one of the above [1] to [5].
[7]前記母材の組織のベイナイトの分率が、面積率で30%以上、フェライトの分率が、面積率で20~60%であることを特徴とする前記[1]~[6]のいずれかの液化ガス貯蔵用鋼管。 [7] The above-mentioned [1] to [6], wherein the bainite fraction of the structure of the base metal is 30% or more in area ratio, and the ferrite fraction is 20 to 60% in area ratio. Steel pipe for storing liquefied gas in any of.
[8]前記鋼管の胴部、及び端部の内径の最大値と最小値の差が20mm以下であることを特徴とする前記[1]~[7]のいずれかの液化ガス貯蔵用鋼管。 [8] The steel pipe for storing liquefied gas according to any one of the above [1] to [7], wherein the difference between the maximum value and the minimum value of the inner diameters of the body portion and the end portion of the steel pipe is 20 mm or less.
本発明によれば、船舶用の液化ガス貯蔵容器に好適な強度と靭性を備えた鋼管を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a steel pipe having strength and toughness suitable for a liquefied gas storage container for ships.
以下、本発明の実施形態ついて、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
はじめに、母材の成分について説明する。なお、以下、成分に関する「%」は「質量%」を表すものとする。 First, the components of the base material will be described. In the following, "%" for the component shall represent "mass%".
C:0.01~0.10%
Cは鋼の強度向上に有効であり、0.01%以上含有させる。C量が多すぎると強度過剰により母材及びHAZの低温靱性が劣化し、さらに、溶接性が劣化するので、C量は0.10%以下とする。好ましくは0.03~0.07%である。
C: 0.01-0.10%
C is effective for improving the strength of steel and contains 0.01% or more. If the amount of C is too large, the low-temperature toughness of the base metal and HAZ deteriorates due to excessive strength, and further the weldability deteriorates. Therefore, the amount of C is set to 0.10% or less. It is preferably 0.03 to 0.07%.
Si:0.03~0.50%
Siは脱酸に必要な元素であり、0.03%以上含有させる。Si量が多いと島状マルテンサイトを形成しやすくなり、低温靱性を著しく劣化させるので、Si量は0.50%以下とする。好ましくは0.35%未満である。
Si: 0.03 to 0.50%
Si is an element necessary for deoxidation and contains 0.03% or more. If the amount of Si is large, island-like martensite is likely to be formed and the low temperature toughness is significantly deteriorated. Therefore, the amount of Si is set to 0.50% or less. It is preferably less than 0.35%.
Mn:0.5~2.0%
Mnは焼入れ性向上元素として作用し、その効果を得るために0.5%以上含有させる。Mn量が多いと鋼の焼入れ性が増して、HAZ靱性、溶接性を劣化する。さらに、連続鋳造鋼片の中心偏析を助長し、母材の低温靱性が劣化するので、Mn量は2.0%以下とする。好ましくは、1.0~1.8%である。
Mn: 0.5-2.0%
Mn acts as an element for improving hardenability, and is contained in an amount of 0.5% or more in order to obtain the effect. If the amount of Mn is large, the hardenability of the steel increases, and the HAZ toughness and weldability deteriorate. Further, the amount of Mn is set to 2.0% or less because it promotes the central segregation of the continuously cast steel pieces and the low temperature toughness of the base metal deteriorates. It is preferably 1.0 to 1.8%.
P :0.015%以下
S :0.010%以下
P、Sは、いずれも不純物であり、継手の靭性を悪化させる元素である。これらの含有量はなるべく低い方が好ましく、Pは0.015%以下、Sは0.01%以下とする。好ましくは、Pは0.008%以下である。好ましくは、Sは0.003%以下である。
P: 0.015% or less S: 0.010% or less P and S are both impurities and elements that deteriorate the toughness of the joint. The content thereof is preferably as low as possible, with P being 0.015% or less and S being 0.01% or less. Preferably, P is 0.008% or less. Preferably, S is 0.003% or less.
Al:0.001~0.050%
Alは、脱酸材として鋼材中に含まれる元素である。Alはさらに、Nと結合してAlNを形成し、鋼材の焼入れ部分の結晶粒の粗大化を抑制する。Alの含有量が低すぎると、この効果が得られないので、0.001%以上含有させる。Al含有量が高すぎると、粗大なAl2O3が破壊起点となり、母材靭性が低下するので、Al量は0.050%以下とする。好ましくは、0.020~0.040%である。
Al: 0.001 to 0.050%
Al is an element contained in a steel material as a deoxidizing material. Al further combines with N to form AlN, which suppresses the coarsening of crystal grains in the hardened portion of the steel material. If the Al content is too low, this effect cannot be obtained, so 0.001% or more is contained. If the Al content is too high, the coarse Al 2 O 3 becomes the fracture starting point and the toughness of the base metal decreases. Therefore, the Al content is set to 0.050% or less. It is preferably 0.020 to 0.040%.
Ti:0.005~0.030%
Tiは、鋼中で微細なTiNを形成し、その単体、あるいはMg(MgAl2O4)酸化物との複合介在物がピニング粒子として作用する。その結果、HAZのオーステナイト粒の粗大化が抑制されミクロ組織が微細化し、低温靱性が改善する。この効果を得るために、Tiは0.005%以上含有させる。Ti量が多くなると、Ti酸化物が凝集・粗大化し、靭性が劣化するので、Ti量は0.030%以下とする。好ましくは、0.010~0.020%である。
Ti: 0.005 to 0.030%
Ti forms fine TiN in steel, and a simple substance thereof or a composite inclusion with Mg (MgAl 2 O 4 ) oxide acts as pinning particles. As a result, the coarsening of the austenite grains of HAZ is suppressed, the microstructure becomes finer, and the low temperature toughness is improved. In order to obtain this effect, Ti is contained in an amount of 0.005% or more. When the amount of Ti is large, the Ti oxide is aggregated and coarsened, and the toughness is deteriorated. Therefore, the amount of Ti is set to 0.030% or less. It is preferably 0.010 to 0.020%.
N :0.002~0.006%
NはTiと結合してTiNを形成する元素であり、0.002%以上含有させる。N量が多いと、Tiと結合しなかった固溶Nが靭性を低下させるので、N量は0.006%以下とする。好ましくは、0.003~0.005%である。
N: 0.002 to 0.006%
N is an element that combines with Ti to form TiN, and contains 0.002% or more. If the amount of N is large, the solid solution N that does not bind to Ti lowers the toughness, so the amount of N is set to 0.006% or less. It is preferably 0.003 to 0.005%.
O :0.005%以下
Oはピニング粒子を形成する元素である。しかしながら、Oを含有すると鋼の清浄度が低下するので少ない方が好ましく、0.005%以下とする。好ましくは0.003%以下である。
O: 0.005% or less O is an element that forms pinning particles. However, if O is contained, the cleanliness of the steel is lowered, so a smaller amount is preferable, and the content is 0.005% or less. It is preferably 0.003% or less.
以下の、Cu、Ni、Cr、Mo、V、及びNbは、すべての元素が母材に含まれる必要はないが、母材の強度を向上させるため、いずれか1種以上を0%超含有させる。 The following Cu, Ni, Cr, Mo, V, and Nb do not need to contain all the elements in the base material, but in order to improve the strength of the base material, one or more of them is contained in excess of 0%. Let me.
Cu:0~0.5%
Cuは母材の強度を向上することのできる元素である。Cu量が多くなると、効果は飽和する。Cuの含有量は0でもよい。効果を得るための好適なCu量は0.1~0.5%である。
Cu: 0-0.5%
Cu is an element that can improve the strength of the base metal. As the amount of Cu increases, the effect saturates. The Cu content may be 0. The suitable amount of Cu for obtaining the effect is 0.1 to 0.5%.
Ni:0~0.6%
Niは靭性を低下させることなく、母材の強度を向上することのできる元素である。Ni量が多くなると、効果は飽和する。Niの含有量は0でもよい。効果を得るための好適なNi量は0.1~0.6%である。
Ni: 0-0.6%
Ni is an element that can improve the strength of the base metal without lowering the toughness. As the amount of Ni increases, the effect saturates. The Ni content may be 0. The suitable amount of Ni for obtaining the effect is 0.1 to 0.6%.
Cr:0~0.5%
Crは母材の強度を向上することのできる元素である。Cr量が多くなると、効果は飽和する。Crの含有量は0でもよい。効果を得るための好適なCr量は0.1~0.5%である。
Cr: 0-0.5%
Cr is an element that can improve the strength of the base metal. As the amount of Cr increases, the effect saturates. The Cr content may be 0. The suitable amount of Cr for obtaining the effect is 0.1 to 0.5%.
Mo:0~0.4%
Moは母材の強度を向上することのできる元素である。Mo量が多くなると、効果は飽和し、さらに、靭性が低下する。Moの含有量は0でもよい。効果を得るための好適なMo量は0~0.4%である。
Mo: 0-0.4%
Mo is an element that can improve the strength of the base metal. When the amount of Mo is large, the effect is saturated and the toughness is further lowered. The Mo content may be 0. The suitable amount of Mo for obtaining the effect is 0 to 0.4%.
V :0~0.06%
Nbは母材強度を向上させる元素である。V量が大きくなると、析出硬化によって降伏比が上昇することがある。Vの含有量は0でもよい。効果を得るための好適なV量は0.01~0.06%である。
V: 0 to 0.06%
Nb is an element that improves the strength of the base metal. When the amount of V is large, the yield ratio may increase due to precipitation hardening. The content of V may be 0. A suitable amount of V for obtaining the effect is 0.01 to 0.06%.
Nb:0~0.06%
Nbは母材強度を向上させる元素である。Nb量が多くなると、島状マルテンサイトが形成しやすくなり、靭性が低下する。Nbの含有量は0でもよい。効果を得るための好適なNb量は0.01~0.04%である。
Nb: 0 to 0.06%
Nb is an element that improves the strength of the base metal. When the amount of Nb is large, island-like martensite is likely to be formed, and the toughness is lowered. The content of Nb may be 0. A suitable amount of Nb for obtaining the effect is 0.01 to 0.04%.
以上説明した以外の残部は、Fe及び不純物である。不純物とは、原材料に含まれる、あるいは製造の過程で混入する成分であり、意図的に鋼に含有させたものではない成分のことをいう。 The rest other than those described above are Fe and impurities. Impurities are components contained in raw materials or mixed in during the manufacturing process, and are components not intentionally contained in steel.
母材は、上記のFeの一部に代えて、以下の元素を含有させてもよい。以下に説明する元素の含有は必須ではなく、母材中の含有量は0でもよい。 The base material may contain the following elements in place of a part of the above Fe. The content of the elements described below is not essential, and the content in the base metal may be zero.
B :0~0.002%
Bは母材の焼入れ性向上、粒界フェライト形成抑制に有効な元素である。B量が多くなると、効果は飽和する。Bの含有量は0でもよい。効果を得るための好適なB量は0.001~0.002%である。
B: 0 to 0.002%
B is an element effective for improving the hardenability of the base material and suppressing the formation of grain boundary ferrite. As the amount of B increases, the effect saturates. The content of B may be 0. A suitable amount of B for obtaining the effect is 0.001 to 0.002%.
Mg:0~0.01%
MgはMgAl2O4、MgSのような介在物を形成する元素である。MgAl2O4はTiN上に析出する。これらの介在物はピニング粒子として作用し、HAZのオーステナイト粒の粗大化を抑制してミクロ組織を微細化し、低温靱性を改善する。Mg量が多くなると、効果は飽和する。Mgの含有量は0でもよい。
Mg: 0-0.01%
Mg is an element that forms inclusions such as Mg Al 2 O 4 and Mg S. MgAl 2 O 4 precipitates on TiN. These inclusions act as pinning particles, suppress the coarsening of austenite particles in HAZ, refine the microstructure, and improve low temperature toughness. As the amount of Mg increases, the effect saturates. The Mg content may be zero.
Ca:0~0.03%
Caは、硫化物系介在物の形態を制御し、低温靱性を向上させる元素である。さらに、リン化物、硫化物を形成して、実質的にPやSの濃度を低減し、硫化物応力割れ抵抗性を向上させる。Ca量が多いと、CaO-CaSが大型のクラスターや介在物となり、靱性に悪影響を及ぼすおそれがある。Caの含有量は0でもよい。効果を得るための好適なCa量は0.01~0.03%である。
Ca: 0 to 0.03%
Ca is an element that controls the morphology of sulfide-based inclusions and improves low temperature toughness. Further, phosphide and sulfide are formed to substantially reduce the concentration of P and S and improve the sulfide stress cracking resistance. When the amount of Ca is large, CaO-CaS becomes large clusters and inclusions, which may adversely affect toughness. The Ca content may be 0. A suitable amount of Ca for obtaining the effect is 0.01 to 0.03%.
次に、母材の組織について説明する。 Next, the structure of the base material will be described.
本発明の母材の組織は、面積率で30%以上がベイナイト、及び20~60%のフェライトかつフェライトとベイナイトが面積率の総和で90%以上を含む。前述の成分を有するスラブを後述する製造方法で鋼板とすることにより、このような組織を得ることができる。また、フェライト、ベイナイト以外の残部組織はベイナイト、島状マルテンサイト、セメンタイトおよびパーライトである。 The structure of the base material of the present invention contains bainite in an area ratio of 30% or more, and ferrite of 20 to 60% and a total area ratio of ferrite and bainite of 90% or more. Such a structure can be obtained by forming a slab having the above-mentioned components into a steel sheet by the manufacturing method described later. The remaining structures other than ferrite and bainite are bainite, island martensite, cementite and pearlite.
このような組織とすることにより、強度、靭性のバランスが良好なものとなる。具体的には、母材のL方向、及びC方向における引張強さが570~760MPa、母材のL方向、及びC方向における降伏応力が520~635MPa、母材の降伏比が90%以下、母材の-51℃でのシャルピー衝撃試験吸収エネルギーvE-51が100J以上とすることができる。 With such a structure, the balance between strength and toughness is good. Specifically, the tensile strength of the base metal in the L and C directions is 570 to 760 MPa, the yield stress of the base metal in the L and C directions is 520 to 635 MPa, and the yield ratio of the base metal is 90% or less. Charpy impact test absorption energy vE -51 at −51 ° C. of the base metal can be 100 J or more.
天然ガスを液化して輸送するための貯蔵用容器の用途では、タンクの安全性確保の観点から、初期亀裂がより鋭利となる厳しい破壊条件下での耐破壊特性、具体的には低温域でのCTOD特性に優れることが求められ、特に溶接部のCTOD値が十分に高い必要がある。本発明の鋼管においては、-45℃におけるCTOD値が0.18mm以上である。 In the use of storage containers for liquefying and transporting natural gas, from the viewpoint of ensuring the safety of the tank, the fracture resistance under severe fracture conditions where the initial cracks are sharper, specifically in the low temperature range. It is required to have excellent CTOD characteristics, and in particular, the CTOD value of the welded portion needs to be sufficiently high. In the steel pipe of the present invention, the CTOD value at −45 ° C. is 0.18 mm or more.
次の、好ましい溶接金属の成分について説明する。 The following, preferred components of the weld metal, will be described.
C:0.03~0.10%
Cは鋼の強度確保のために必要な元素であり、0.03%以上の含有が必要である。C量が多いと溶接シーム部において溶接高温割れが発生しやすくなるので、上限は0.10%とする。Cは好ましくは、0.05%以上、0.065%以下である。
C: 0.03 to 0.10%
C is an element necessary for ensuring the strength of steel, and must contain 0.03% or more. If the amount of C is large, high-temperature cracking in the weld is likely to occur in the weld seam portion, so the upper limit is set to 0.10%. C is preferably 0.05% or more and 0.065% or less.
Si:0.03~0.50%
Siはブローホール防止、アシキュラーフェライト主体の組織とするために0.03%以上の含有が必要である。Si量が多いと島状マルテンサイトを形成しやすくなり、低温靱性を著しく劣化させるので、上限は0.50%とする。Siは好ましくは、0.15%以上、0.25%以下である。
Si: 0.03 to 0.50%
Si must be contained in an amount of 0.03% or more in order to prevent blow holes and to have a structure mainly composed of acicular ferrite. If the amount of Si is large, island-like martensite is likely to be formed and the low temperature toughness is significantly deteriorated. Therefore, the upper limit is set to 0.50%. Si is preferably 0.15% or more and 0.25% or less.
Mn:0.5~2.0%
Mnは焼入れ性向上元素として作用する。溶接金属をアシキュラーフェライト主体の組織とするために0.5%以上の含有が必要である。Mn量が多いと、粗大なMnSが形成され、破壊の起点となるため、上限は2.0%とする。Mnは好ましくは、1.2%以上、1.5%以下である。
Mn: 0.5-2.0%
Mn acts as an element for improving hardenability. The content of 0.5% or more is required to make the weld metal a structure mainly composed of acicular ferrite. If the amount of Mn is large, coarse MnS is formed and becomes the starting point of fracture, so the upper limit is set to 2.0%. Mn is preferably 1.2% or more and 1.5% or less.
P:0.015%以下(0%を含む)
S:0.010%以下(0%を含む)
P、Sは、いずれも不純物であり、継手の靭性を悪化させる元素である。Pは0.015%以下、Sは0.010%以下に制限する。これらの含有量はなるべく低い方が好ましい。好ましくは、Pは0.008%以下である。好ましくは、Sは0.003%以下である。
P: 0.015% or less (including 0%)
S: 0.010% or less (including 0%)
Both P and S are impurities and are elements that deteriorate the toughness of the joint. P is limited to 0.015% or less, and S is limited to 0.010% or less. It is preferable that these contents are as low as possible. Preferably, P is 0.008% or less. Preferably, S is 0.003% or less.
Al:0.001~0.030%
Alは脱酸元素として作用し、アシキュラーフェライト核生成サイトとして有効なTi酸化物を分散させるための酸素量制御に必要である。母材希釈を考慮すると、0.001%以上の含有が必要である。Al量が0.030%を超えると、酸化物の生成を阻害し、靭性を確保できないので、上限は0.030%とする。好ましくは0.010%以上、0.015%以下である。
Al: 0.001 to 0.030%
Al acts as a deoxidizing element and is necessary for controlling the amount of oxygen to disperse Ti oxide, which is effective as an acylular ferrite nucleation site. Considering the dilution of the base metal, the content of 0.001% or more is required. If the amount of Al exceeds 0.030%, the formation of oxides is inhibited and toughness cannot be ensured, so the upper limit is 0.030%. It is preferably 0.010% or more and 0.015% or less.
Ti:0.005~0.040%
Tiは溶接金属中の酸素と反応して、アシキュラーフェライトの核となるTi酸化物を形成する。この酸化物を溶接金属中に多数微細分散させるため、0.005%以上の含有が必要である。Ti量が過剰になると、Ti酸化物が凝集・粗大化し、アシキュラーフェライトの核を生成する能力が低下すること、また、Ti酸化物が破壊の起点となり靭性を確保できないので、上限は0.040%とする。好ましくは0.009%以上、0.015%以下である。
Ti: 0.005 to 0.040%
Ti reacts with oxygen in the weld metal to form the Ti oxide, which is the core of acicular ferrite. In order to finely disperse a large amount of this oxide in the weld metal, a content of 0.005% or more is required. When the amount of Ti becomes excessive, the Ti oxide aggregates and coarsens, the ability to generate nuclei of acicular ferrite decreases, and the Ti oxide becomes the starting point of fracture and the toughness cannot be ensured, so the upper limit is 0. It is set to 040%. It is preferably 0.009% or more and 0.015% or less.
N:0.002~0.006%
Nはアシキュラーフェライト組織形成のために有効なTi量の調整のために効果的元素であるため、0.002%以上の含有が必要である。しかし、0.006%を超えると、Tiと反応せずに残った固溶Nが著しく靭性を低下させるため、その上限を0.006%とするのが好ましい。好ましくは0.003%以上、0.004%以下である。
N: 0.002 to 0.006%
Since N is an effective element for adjusting the amount of Ti effective for forming an acylular ferrite structure, it is necessary to contain N in 0.002% or more. However, if it exceeds 0.006%, the solid solution N remaining without reacting with Ti significantly lowers the toughness, so the upper limit thereof is preferably 0.006%. It is preferably 0.003% or more and 0.004% or less.
O:0.015~0.050%
Oはアシキュラーフェライトの核となる酸化物形成のために必要な元素である。そのため0.015%以上の含有が必要である。O量が0.050%を超えると、酸化物の過剰形成、凝集・粗大化により靭性が低下するので、上限は0.050%とする。好ましくは0.020%以上、0.030%以下である。
O: 0.015 to 0.050%
O is an element necessary for forming an oxide which is the core of acicular ferrite. Therefore, the content of 0.015% or more is required. If the amount of O exceeds 0.050%, the toughness decreases due to overformation, aggregation and coarsening of oxides, so the upper limit is set to 0.050%. It is preferably 0.020% or more and 0.030% or less.
以下の、Cu、Ni、Cr、Mo、V、及びNbは、すべての元素が溶接金属に含まれる必要はないが、溶接金属の強度を向上させるため、いずれか1種以上を0%超含有させる。 The following Cu, Ni, Cr, Mo, V, and Nb do not need to contain all the elements in the weld metal, but in order to improve the strength of the weld metal, any one or more of them are contained in excess of 0%. Let me.
Cu:0~0.60%
Cuは溶接金属の強度を向上することのできる元素である。Cuの含有量は0でもよい。0.6%を超えると効果が飽和するので、上限は0.6%とする。
Cu: 0 to 0.60%
Cu is an element that can improve the strength of the weld metal. The Cu content may be 0. If it exceeds 0.6%, the effect will be saturated, so the upper limit is set to 0.6%.
Ni:0~0.5%
Niは靭性を低下させることなく、溶接金属の強度を向上することのできる元素である。Niの含有量は0でもよい。0.5%を超えると効果が飽和するので、上限は0.5%とする。
Ni: 0-0.5%
Ni is an element that can improve the strength of the weld metal without lowering the toughness. The Ni content may be 0. If it exceeds 0.5%, the effect will be saturated, so the upper limit is 0.5%.
Cr:0~0.5%
Crは溶接金属の強度を向上することのできる元素である。Crの含有量は0でもよい。0.5%を超えると効果が飽和するので、上限は0.5%とする。
Cr: 0-0.5%
Cr is an element that can improve the strength of the weld metal. The Cr content may be 0. If it exceeds 0.5%, the effect will be saturated, so the upper limit is 0.5%.
Mo:0~0.4%
Moは溶接金属の強度を向上することのできる元素である。Moの含有量は0でもよい。0.4%を超えると効果が飽和するため、上限を0.4%とする。
Mo: 0-0.4%
Mo is an element that can improve the strength of the weld metal. The Mo content may be 0. If it exceeds 0.4%, the effect will be saturated, so the upper limit is set to 0.4%.
V:0~0.06%
Vは溶接金属の強度を向上することのできる元素である。Vの含有量は0でもよい。0.06%を超えると効果が飽和するので、上限は0.06%とする。
V: 0 to 0.06%
V is an element that can improve the strength of the weld metal. The content of V may be 0. If it exceeds 0.06%, the effect will be saturated, so the upper limit is 0.06%.
Nb:0~0.06%
Nbは強度向上、粒界フェライト抑制に有効な固溶Bを存在させるために有効な元素である。Nbの含有量は0でもよい。Nb量が0.06%を超えると島状マルテンサイトが形成しやすくなり、靭性が低下するので、上限を0.06%とする。望ましくは、0.02%である。
Nb: 0 to 0.06%
Nb is an element effective for allowing solid solution B, which is effective for improving strength and suppressing grain boundary ferrite, to exist. The content of Nb may be 0. If the amount of Nb exceeds 0.06%, island-shaped martensite is likely to be formed and the toughness is lowered, so the upper limit is set to 0.06%. Desirably, it is 0.02%.
溶接金属の残部はFe及び不純物である。不純物とは、溶接の過程で、溶接ワイヤ、フラックス、鋼板、周辺雰囲気等から混入する成分であり、意図的に含有させたものではない成分のことをいう。 The balance of the weld metal is Fe and impurities. Impurities are components that are mixed in from welding wires, flux, steel plates, ambient atmosphere, etc. in the process of welding, and are components that are not intentionally contained.
溶接金属は、上記のFeの一部に代えて、以下の元素を含有させてもよい。以下に説明する元素の含有は必須ではなく、溶接金属中の含有量は0でもよい。 The weld metal may contain the following elements in place of a part of the above Fe. The content of the elements described below is not essential, and the content in the weld metal may be zero.
B:0~0.035%
Bは固溶状態のBが、溶接金属の粒界フェライト形成を抑制することにより、アシキュラーフェライトの形成を促進する。Bの含有量は0でもよいが、この効果を得るためには0.0001%以上の含有が好ましい。B量が0.035を超えると強度が高くなりすぎて、靭性が低下するので、上限を0.035%とする。溶接金属へのB添加は、厚板母材、フラックス、又はワイヤのいずれからでも添加することができる。例えば、母材がB無添加鋼の場合、B酸化物が含有したフラックスを用いればよい。Bは好ましくは0.0005%以上、0.010%以下である。
B: 0 to 0.035%
B in a solid solution state promotes the formation of acicular ferrite by suppressing the formation of grain boundary ferrite in the weld metal. The content of B may be 0, but in order to obtain this effect, the content of B is preferably 0.0001% or more. If the amount of B exceeds 0.035, the strength becomes too high and the toughness decreases, so the upper limit is set to 0.035%. The B addition to the weld metal can be added from any of the plate base material, flux, or wire. For example, when the base material is B-free steel, the flux contained in B oxide may be used. B is preferably 0.0005% or more and 0.010% or less.
Mg:0~0.01%
MgはMgSあるいはMgAl2O4を形成し、ピン止め粒子として作用する。Mgの含有量は0でもよい。溶接金属のオーステナイト粒成長を抑制するためには、0.001%以上の含有が好ましい。0.010%を超えると効果が飽和するので、上限は0.010%とする。好ましくは0.0015%以上、0.0025%以下である。
Mg: 0-0.01%
Mg forms MgS or MgAl 2 O 4 and acts as pinning particles. The Mg content may be zero. In order to suppress the growth of austenite grains in the weld metal, the content is preferably 0.001% or more. If it exceeds 0.010%, the effect will be saturated, so the upper limit is 0.010%. It is preferably 0.0015% or more and 0.0025% or less.
Ca:0~0.005%
Caは形態制御による延性の改善や組織微細化に有効な元素である。Caの含有量は0でもよい。Ca量が多いと、硫化物や酸化物の粗大化を生じ、延性や靭性が劣化するので、上限は0.005%とする。
Ca: 0 to 0.005%
Ca is an element effective for improving ductility and microstructuring by morphological control. The Ca content may be 0. If the amount of Ca is large, coarsening of sulfides and oxides occurs, and ductility and toughness deteriorate. Therefore, the upper limit is set to 0.005%.
本実施形態における溶接金属の成分は、さらに、以下に説明する関係を満たすことが好ましい。 It is preferable that the components of the weld metal in the present embodiment further satisfy the relationships described below.
0≦α´≦50
溶接継手の溶接金属の成分組成は、下記の式で表されるα´が、0~50となることが好ましい。
0 ≤ α'≤ 50
As for the component composition of the weld metal of the welded joint, α'expressed by the following formula is preferably 0 to 50.
α´=(1.5×(%O-0.89%Al)+3.4×%N-%Ti)×1000 α'= (1.5 x (% O-0.89% Al) + 3.4 x% N-% Ti) x 1000
α´はAl、O及びTi、Nの化学量論比に基づいて、有効なアシキュラーフェライト生成能を示したパラメーターである。α´を、0~50の範囲に制御することによりアシキュラーフェライト核生成能が向上する。 α'is a parameter showing an effective acylular ferrite forming ability based on the stoichiometric ratios of Al, O and Ti, N. By controlling α'in the range of 0 to 50, the ability to generate acylular ferrite nuclei is improved.
α´が0未満の場合、Al、Ti量がいずれかが過多、あるいはN、O量が過少となるため、著しくアシキュラーフェライト核生成能が減少する。α´が50超の場合、Al、Ti量がいずれかが過少、あるいはN、O量が過多となるため、著しくアシキュラーフェライト核生成能が減少する。 When α'is less than 0, either the amount of Al or Ti is excessive, or the amount of N or O is too small, so that the ability to generate acylical ferrite nuclei is significantly reduced. When α'is more than 50, either the amount of Al or Ti is too small, or the amount of N or O is too large, so that the ability to generate acylical ferrite nuclei is significantly reduced.
Al/O:0.3~0.8
Al/Oは、Al量とO量の比であり、アルミ脱酸終了後の酸素ポテンシャルを示す指標である。Al/Oを0.3~0.8に制御することで、アシキュラーフェライトの生成量を向上できる。
Al / O: 0.3 to 0.8
Al / O is a ratio of the amount of Al to the amount of O, and is an index showing the oxygen potential after the completion of aluminum deoxidation. By controlling Al / O to 0.3 to 0.8, the amount of acicular ferrite produced can be improved.
Al/O比が0.3未満の場合、O量が過多となり、Ti酸化物を形成しなかった溶存酸素が鋼の清浄度を下げるため靭性が低下する。一方、Al/Oが0.8超の場合、Al量が過多となり、Tiと結合するO量が低減し、アシキュラーフェライト核となるTi酸化物が減少し、靭性が低下する。よって、Al/Oは、0.3~0.8とするのが好ましい。 When the Al / O ratio is less than 0.3, the amount of O is excessive, and the dissolved oxygen that does not form the Ti oxide lowers the cleanliness of the steel, so that the toughness is lowered. On the other hand, when Al / O exceeds 0.8, the amount of Al becomes excessive, the amount of O bonded to Ti decreases, the amount of Ti oxide serving as an acylular ferrite nucleus decreases, and the toughness decreases. Therefore, Al / O is preferably 0.3 to 0.8.
Ceq:0.35~0.50%
溶接金属の成分組成は、下記の式で表されるCeqを0.35~0.50%とするのが好ましい。
Ceq: 0.35 to 0.50%
The composition of the weld metal is preferably 0.35 to 0.50% for Ceq represented by the following formula.
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 Ceq = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5+ (Ni + Cu) / 15
Ceqは母材の溶接熱影響による硬化能について、各合金元素の硬化能をそれぞれC量に換算して合計したものである。溶接金属が所望の引張り強さを達成するために、Ceqを0.35~0.50%に制御するのが好ましい。 Ceq is the sum of the curing ability of each alloying element converted into the amount of C for the curing ability due to the influence of welding heat of the base metal. It is preferable to control the Ceq to 0.35 to 0.50% in order for the weld metal to achieve the desired tensile strength.
Pcm:0.5~2.0% Pcm: 0.5-2.0%
溶接金属の成分組成は、下記の式で表されるPcmが0.5~2.0%となるのが好ましい。式中の%Xは、元素Xの溶接金属中の含有量(質量%)を意味する(以降の説明で同じ)。また、溶接金属に添加されない元素はゼロとして計算する(以降の説明で同じ)。 The composition of the weld metal preferably has a Pcm of 0.5 to 2.0% represented by the following formula. % X in the formula means the content (mass%) of the element X in the weld metal (same in the following description). In addition, elements that are not added to the weld metal are calculated as zero (same as described below).
Pcm=%C+%Si/30+(%Mn+%Cu+%Cr)/20+%Ni/60
+%Mo/15+%V/10+5%B
Pcm =% C +% Si / 30 + (% Mn +% Cu +% Cr) / 20 +% Ni / 60
+% Mo / 15 +% V / 10 + 5% B
溶接金属の引張強さを確保するためには、種々の合金元素をバランスよく含有させることによって、Pcmの値を0.5%以上とするのが好ましい。合金元素を過剰に含有させるとコスト上昇につながるため、Pcmの値は2.0%以下とするのが好ましい。 In order to secure the tensile strength of the weld metal, it is preferable to set the Pcm value to 0.5% or more by containing various alloying elements in a well-balanced manner. The Pcm value is preferably 2.0% or less because excessive inclusion of alloying elements leads to an increase in cost.
次に、溶接金属の好ましい金属組織について説明する。 Next, a preferable metal structure of the weld metal will be described.
溶接金属の成分とパラメーターを上記の範囲にし、前述の鋼板を、溶接入熱15~60kJ/cmでサブマージアーク溶接を行うと、溶接金属の金属組織はアシキュラーフェライトを主とする組織となるになる。本発明が対象とする鋼管は、板厚が6~20mm程度であり、このような厚さの鋼板をサブマージアーク溶接する際には、溶接入熱15~60kJ/cmの範囲で行う。すると、溶接金属が受ける冷却速度が定まり、最終パスの溶接金属の金属組織が以下のような組織になる。以下に示す割合は、面積率である。 When the components and parameters of the weld metal are set in the above range and the above-mentioned steel sheet is submerged arc welded at a welding heat input of 15 to 60 kJ / cm, the metal structure of the weld metal becomes a structure mainly composed of cyclic ferrite. Become. The steel pipe targeted by the present invention has a plate thickness of about 6 to 20 mm, and when submerged arc welding a steel plate having such a thickness is performed, the welding heat input is in the range of 15 to 60 kJ / cm. Then, the cooling rate received by the weld metal is determined, and the metal structure of the weld metal in the final pass becomes the following structure. The ratio shown below is the area ratio.
アシキュラーフェライト:80%以上
アシキュラーフェライトはTi系酸化物を核とした針状のフェライト組織であり、その割合が大きいほど、溶接金属部の破壊単位が微細化する。その効果を得るためには、アシキュラーフェライトを80%以上とすることが好ましい。
Accular ferrite: 80% or more Acicular ferrite is a needle-shaped ferrite structure with Ti oxide as the core, and the larger the ratio, the finer the fracture unit of the weld metal part. In order to obtain the effect, it is preferable that the amount of acicular ferrite is 80% or more.
粒界フェライト:10%以下
粒界フェライトは脆化相の1つで、破壊の起点となり、靭性低下要因となる。そのため、粒界フェライトは10%以下とすることが好ましい。
Grain boundary ferrite: 10% or less Grain boundary ferrite is one of the embrittled phases, which is a starting point of fracture and a factor of reducing toughness. Therefore, the grain boundary ferrite is preferably 10% or less.
島状マルテンサイト:3%以下
島状マルテンサイト脆化相の1つで、非常に硬度が高いため破壊の起点となり、靭性低下要因となる。そのため、島状マルテンサイトを3%以下とすることが好ましい。
Island-shaped martensite: 3% or less One of the island-shaped martensite embrittled phases, which has a very high hardness and is a starting point of fracture and a factor of reducing toughness. Therefore, it is preferable that the island-shaped martensite is 3% or less.
EBSD粒径:10μm以下
EBSD(Electron Back Scatter Diffraction)粒径は破壊単位の目安となる結晶粒径サイズである。EBSD粒径が10μm以下であれば破壊単位が微細であり、低温での靭性を確保する面で好ましい。
EBSD particle size: 10 μm or less The EBSD (Electron Back Scatter Diffraction) particle size is a crystal particle size that serves as a guideline for the fracture unit. When the EBSD particle size is 10 μm or less, the fracture unit is fine, which is preferable in terms of ensuring toughness at low temperatures.
上述のような成分、組織とすることで、溶接金属の-51℃でのシャルピー衝撃試験吸収エネルギーを81J以上とすることができる。 By using the above-mentioned components and structure, the Charpy impact test absorption energy of the weld metal at −51 ° C. can be set to 81 J or more.
本発明の鋼管は、溶接熱影響部の溶融線第一近接の旧γ粒径が120μm以下で、EBSD粒径が100μm以下であることが望ましい。これにより、破壊単位が微細となり溶接熱影響部の靭性が良好なものとなる。 In the steel pipe of the present invention, it is desirable that the old γ particle size in the vicinity of the first fusion line of the weld heat affected zone is 120 μm or less and the EBSD particle size is 100 μm or less. As a result, the fracture unit becomes fine and the toughness of the weld heat affected zone becomes good.
鋼管を、天然ガスを液化して輸送するための貯蔵用容器として用いる場合は、複数の鋼管を積み重ねて用いる場合があるので、鋼管の真円度が高いとが好ましく、鋼管の胴部、及び端部の内径の最大値と最小値の差が20mm以下であることが好ましい。 When a steel pipe is used as a storage container for liquefying and transporting natural gas, it is preferable that the roundness of the steel pipe is high because a plurality of steel pipes may be stacked and used. It is preferable that the difference between the maximum value and the minimum value of the inner diameter of the end portion is 20 mm or less.
次に、本発明の鋼管の製造方法について説明する。 Next, the method for manufacturing the steel pipe of the present invention will be described.
はじめに、前述した母材の化学組成を有する鋼材を公知の方法で溶製し、精錬された溶鋼を連続鋳造法によりスラブとする。次いで、スラブを1000~1200℃に加熱し、仕上げ温度を750~850℃として熱間圧延を行う。 First, a steel material having the chemical composition of the base material described above is melted by a known method, and the refined molten steel is made into a slab by a continuous casting method. Next, the slab is heated to 1000 to 1200 ° C., and hot rolling is performed with the finishing temperature set to 750 to 850 ° C.
続いて、仕上げ圧延後の鋼板を加速冷却する。母材の組織を前述した所定の組織とし、強度、靭性のバランスを良好なものとするためには、加速冷却の条件が重要である。具体的には、加速冷却の開始温度を740~800℃、加速冷却の停止温度を400~500℃、平均冷却速度を10~100℃/分として、加速冷却を行う。これにより、母材の組織が、面積率で30%以上のベイナイト、及び20~60%のフェライトかつフェライトとベイナイトが面積率の総和で90%以上の混合組織となり、所定の強度、靭性バランスを得ることができる。 Subsequently, the steel sheet after finish rolling is accelerated and cooled. Accelerated cooling conditions are important in order to make the structure of the base metal the above-mentioned predetermined structure and to have a good balance between strength and toughness. Specifically, accelerated cooling is performed with the start temperature of accelerated cooling set to 740 to 800 ° C, the stop temperature of accelerated cooling set to 400 to 500 ° C, and the average cooling rate set to 10 to 100 ° C / min. As a result, the structure of the base metal becomes a mixed structure of bainite with an area ratio of 30% or more and ferrite with an area ratio of 20 to 60% and ferrite and bainite with a total area ratio of 90% or more, and a predetermined strength and toughness balance is achieved. Obtainable.
次いで、得られた鋼板に、所定形状の開先加工を施す。開先形状としては、たとえば、鋼板の端部を表裏面の両面から溶接可能な開先形状、たとえば、X型開先に加工することができる。開先を加工した端部を突き合わせて内面側からのサブマージアーク溶接を完了させた後、外面側から長手方向にサブマージアーク溶接を実行することにより、本発明の製造できる。 Next, the obtained steel sheet is subjected to groove processing having a predetermined shape. As the groove shape, for example, the end portion of the steel sheet can be machined into a groove shape that can be welded from both the front and back surfaces, for example, an X-shaped groove. The present invention can be manufactured by performing submerged arc welding from the outer surface side in the longitudinal direction after the submerged arc welding from the inner surface side is completed by abutting the end portions with the machined grooves.
開先内にはフラックスを散布し、サブマージアーク溶接用鋼ワイヤを使用し、入熱15~50kJ/cmの大入熱サブマージアーク溶接により接合する。フラックス及び鋼ワイヤは、特に限定されるものでなく、公知のものを使用することができる。鋼ワイヤを使用する場合、フラックスは、公知の焼成型フラックス、溶融型フラックなどを使用することができ、それによって上述した溶接金属成分を得ることができれば、靱性に優れた溶接金属を得られる。また、必要に応じ、溶接前のフラックス予熱を行ってもよい。 Flux is sprayed in the groove, a steel wire for submerged arc welding is used, and joining is performed by large heat input submerged arc welding with a heat input of 15 to 50 kJ / cm. The flux and the steel wire are not particularly limited, and known ones can be used. When a steel wire is used, a known calcined flux, a molten flux, or the like can be used as the flux, and if the above-mentioned weld metal component can be obtained by this, a weld metal having excellent toughness can be obtained. Further, if necessary, flux preheating before welding may be performed.
サブマージアーク溶接の方法は、特に限定されるものでなく、多電極のサブマージアーク溶接を含み、公知の溶接法がいずれも適用でき、溶接条件も、特に限定されるものでな The method of submerged arc welding is not particularly limited, and includes submerged arc welding of multiple electrodes, any known welding method can be applied, and the welding conditions are not particularly limited.
表1の化学組成を有する鋼材を溶製し、精錬された溶鋼を連続鋳造法によりスラブとし、1150℃に加熱後、熱間圧延を施した。その後、熱間圧延の仕上げ温度を780℃として、760~795℃から加速冷却を開始し、400~500℃で加速冷却を停止した。 The steel material having the chemical composition shown in Table 1 was melted, and the refined molten steel was made into a slab by a continuous casting method, heated to 1150 ° C., and then hot-rolled. After that, the finishing temperature of hot rolling was set to 780 ° C., accelerated cooling was started from 760 to 795 ° C., and accelerated cooling was stopped at 400 to 500 ° C.
得られた鋼板の板厚1/4tの位置からそれぞれ、JIS Z 2241(2011)で規定される4号試験片を、圧延方向と平行な方向(L方向)、及びそれと直角な方向(C方向)に採取し、降伏応力(YS)および引張強さ(TS)を測定した。また、試験片長手方向が圧延方向と平行になるようにシャルピー試験片を採取し、-51℃におけるシャルピー衝撃試験吸収エネルギーを測定した。CTOD試験はISO規格に準じて行った。試験片は全厚でB×2Bで採取し、-45℃におけるCTOD値を測定した。 From the position of the obtained steel plate with a thickness of 1 / 4t, the No. 4 test piece specified by JIS Z 2241 (2011) is placed in the direction parallel to the rolling direction (L direction) and in the direction perpendicular to it (C direction). ), And the yield stress (YS) and tensile strength (TS) were measured. Further, the Charpy test piece was collected so that the longitudinal direction of the test piece was parallel to the rolling direction, and the Charpy impact test absorption energy at −51 ° C. was measured. The CTOD test was performed according to the ISO standard. The test piece was collected at B × 2B in total thickness, and the CTOD value at −45 ° C. was measured.
鋼板の組織は、鋼板の圧延方向垂直断面が観察できるようにサンプルを採取し、光学顕微鏡により表面から1mm、板厚1/4、板厚中心部の金属組織を500倍の倍率で撮影し、次に、画像解析ソフトを用いて適切な条件で二値化処理を施した後、フェライトとベイナイトの総面積を求め、撮影部の全面積で除してそれぞれの分率を求めた。結果を表2に示す。 For the structure of the steel sheet, a sample was taken so that the vertical cross section of the steel sheet in the rolling direction could be observed, and the metal structure at 1 mm from the surface, 1/4 of the plate thickness, and the center of the plate thickness was photographed with an optical microscope at a magnification of 500 times. Next, after performing binarization processing under appropriate conditions using image analysis software, the total area of ferrite and bainite was obtained, and the total area of the photographing portion was divided to obtain the respective fractions. The results are shown in Table 2.
続いて、得られた鋼板にX型開先を形成し、管状に成形し、公知のワイヤ及びフラックスを用いて、管の内面側、外面側の順にサブマージアーク溶接を行い、UO鋼管とした。溶接の際、入熱が65kJ/cm程度となるように、溶接速度などを調整した。表3-1~3-3に溶接金属の成分、Ceq、Pcm、Al/Oおよびα´を示す。 Subsequently, an X-shaped groove was formed on the obtained steel sheet, formed into a tubular shape, and submerged arc welding was performed in this order on the inner surface side and the outer surface side of the pipe using known wires and flux to obtain a UO steel pipe. At the time of welding, the welding speed and the like were adjusted so that the heat input was about 65 kJ / cm. Tables 3-1 to 3-3 show the components of the weld metal, Ceq, Pcm, Al / O and α'.
溶接後、溶接金属部、及び溶接熱影響部の組織を観察し、また、シャルピー衝撃試験により-51℃の吸収エネルギーを測定した。 After welding, the structures of the weld metal part and the weld heat-affected zone were observed, and the absorbed energy at −51 ° C. was measured by the Charpy impact test.
サブマージアーク溶接後、溶接金属組織(アシキュラーフェライト、粒界フェライトと島状マルテンサイトの合計)の面積率(%)、溶接熱影響部の旧γ粒径、溶接金属部と溶接熱影響部のEBSD粒径、溶接継手の引張強さ、溶接金属と溶接熱影響部のシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーおよびCTOD試験のCTOD値を測定した。表4-1~4-3に、その結果を示す。表4-1~4-3におけるAF率、GBF率、MA率はそれぞれ、溶接金属組織におけるアシキュラーフェライト、粒界フェライト、島状マルテンサイトの面積率を示す。 After submerge arc welding, the area ratio (%) of the weld metal structure (acicular ferrite, total of grain boundary ferrite and island-shaped martensite), the old γ grain size of the weld heat-affected zone, and the weld metal part and the weld heat-affected zone The EBSD particle size, the tensile strength of the welded joint, the absorbed energy of the Charpy impact test of the weld metal and the weld heat affected zone, and the CTOD value of the CTOD test were measured. The results are shown in Tables 4-1 to 4-3. The AF rate, GBF rate, and MA rate in Tables 4-1 to 4-3 indicate the area ratios of acicular ferrite, grain boundary ferrite, and island martensite in the weld metal structure, respectively.
また、溶接欠陥がある場合は「有」、ない場合は「無」とした。表4-1~4-3に結果を示す。ここで、溶接欠陥は高温あるいは低温割れ、ブローホールやスラグ巻き込みのことを言う。 If there is a welding defect, it is "Yes", and if there is no welding defect, it is "No". The results are shown in Tables 4-1 to 4-3. Here, welding defects refer to high-temperature or low-temperature cracking, blowholes, and slag entrainment.
シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは、次のように測定した。 The absorbed energy of the Charpy impact test was measured as follows.
鋼板の外面表層2mm下の溶接金属部中央および外面表層2mm下の溶接熱影響部と溶接金属が50:50となる溶融線位置からシャルピー試験片を採取し、JIS Z2242に従って、-51℃でシャルピー衝撃試験を行い、吸収エネルギーを測定した。吸収エネルギーは、シャルピー衝撃試験を3回行い、その平均値とし、溶接金属は81J未満のもの、溶接熱影響部は41J未満のものを靭性が不良と判断した。
Charpy test pieces were collected from the center of the
CTOD試験はISO規格に準じて行った。試験片は全厚でB×2Bで、溶接金属の評価用、溶接熱影響部の評価用でそれぞれ採取し、図1に示すように、溶接金属の評価の試験片には溶接金属中央11、溶接熱影響部の評価の試験片には溶接熱影響部と溶接金属が50:50となる溶融線位置12にノッチを入れて、-45℃で試験および評価した。試験はそれぞれ3本行い、CTOD値が3本とも0.18mm未満のものを靭性不良と判断した。表4-1~4-3のCTOD値は、3本の試験結果の最大値である。
The CTOD test was performed according to the ISO standard. The test piece had a total thickness of B × 2B, and was collected for evaluation of the weld metal and for evaluation of the weld heat-affected part. The test piece for evaluation of the weld heat-affected portion was tested and evaluated at −45 ° C. by making a notch at the
組織の面積率は、次のように測定した。 The area ratio of the tissue was measured as follows.
外面表層から肉厚t/4位置の溶接ビード幅の1/2部を試験片採取し、研磨後、ナイタル腐食及びレペラ腐食を行い、現出した組織を光学顕微鏡にて、1000μm×1000μmの範囲で観察される組織を対象に10視野測定し、得られた像を画像解析し、各組織の平均面積率を算出して求めた。 ½ part of the weld bead width at the wall thickness t / 4 position is taken from the outer surface layer, and after polishing, it is subjected to nightal corrosion and repera corrosion, and the exposed structure is measured with an optical microscope in the range of 1000 μm × 1000 μm. The tissues observed in the above were measured in 10 fields, the obtained images were image-analyzed, and the average area ratio of each tissue was calculated and obtained.
溶接熱影響部の旧γ粒径は、内外面の表層から2mm位置を光学顕微鏡で観察できるように試験片採取し、研磨および旧γ粒を現出する腐食を行い、光学顕微鏡にて溶融線第一近接粒径を50個測定し、その平均粒径を求めた。
For the old γ grain size of the welding heat affected part, a test piece was taken so that the
EBSD粒径は500μm×500μmの範囲で20視野EBSD解析し、結晶方位差15°で区切ったときの結晶粒サイズの平均とした。 The EBSD grain size was analyzed by 20-field EBSD analysis in the range of 500 μm × 500 μm, and the average crystal grain size when separated by a crystal orientation difference of 15 ° was used.
表4-1~4-3に示すように、本発明の溶接継手成分組成を満足する発明例は、いずれも、-51℃におけるシャルピー吸収エネルギーが溶接金属で81J、溶接熱影響部で41J以上、-45℃におけるCTOD値が溶接金属および溶接熱影響部で0.18mm以上であり、優れた溶接金属部および溶接熱影響部靱性を有するものであった。 As shown in Tables 4-1 to 4-3, in each of the invention examples satisfying the weld joint component composition of the present invention, the charpy absorption energy at −51 ° C. is 81 J for the weld metal and 41 J or more for the weld heat affected portion. , The CTOD value at −45 ° C. was 0.18 mm or more in the weld metal and the weld heat affected portion, and the weld metal portion and the weld heat affected portion had excellent toughness.
それに対して、本発明の溶接継手成分組成を満足しない比較例は、いずれも、-51℃におけるシャルピー吸収エネルギーが溶接金属で81J、溶接熱影響部で41J未満、-45℃におけるCTOD値が溶接金属および溶接熱影響部で0.18mm未満であり、溶接金属部及び溶接熱影響部靱性が低くなった。 On the other hand, in the comparative examples that do not satisfy the weld joint component composition of the present invention, the charpy absorption energy at −51 ° C. is 81 J for the weld metal, less than 41 J for the weld heat affected portion, and the CTOD value at −45 ° C. is welding. It was less than 0.18 mm in the metal and the weld heat affected part, and the toughness of the weld metal part and the weld heat affected part became low.
本発明によれば、厚鋼板に大入熱溶接を実施して接合した場合であっても、溶接金属部の靱性に優れた縦シーム溶接鋼管を提供することができる。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。 According to the present invention, it is possible to provide a vertical seam welded steel pipe having excellent toughness of a weld metal portion even when a thick steel plate is joined by performing large heat input welding. Therefore, the present invention has high industrial applicability.
1 母材
2 溶接金属
11 溶接金属中央
12 溶接熱影響部と溶接金属が50:50となる溶融線位置
1
Claims (8)
前記鋼管の母材の成分が、質量%で、
C :0.01~0.10%、
Si:0.03~0.50%、
Mn:0.5~2.0%、
P :0.015%以下、
S :0.010%以下、
Al:0.001~0.050%、
Ti:0.005~0.030%、
N :0.002~0.006%、
O :0.005%以下、
Cu:0~0.5%、
Ni:0~0.6%、
Cr:0~0.5%、
Mo:0~0.4%、
V :0~0.06%、
Nb:0~0.06%、
残部:Fe及び不純物
であり、
かつ、Cu、Ni、Cr、Mo、V、及びNbからなる群から選択される1種又は2種以上の元素の含有量は0%超であり、
前記母材の組織が、面積率で30%以上のベイナイト、及び20~60%のフェライトかつフェライトとベイナイトが面積率の総和で90%以上を含み、
前記母材のL方向、及びC方向における引張強さが570~760MPa、
前記母材のL方向、及びC方向における降伏応力が520~635MPa、
前記母材の降伏比が90%以下
であり、
前記母材の-51℃でのシャルピー衝撃試験吸収エネルギーvE-51が100J以上、
前記鋼管の溶接熱影響部の-51℃でのシャルピー衝撃試験吸収エネルギーvE-51が41J以上、
前記鋼管の溶接熱影響部の-51℃でのシャルピー衝撃試験吸収エネルギーvE-51が81J以上
前記鋼管の母材、溶接金属および溶接熱影響部の-45℃におけるCTOD値が0.18mm以上
であることを特徴とする液化ガス貯蔵用鋼管。 A steel pipe for a liquefied gas storage container for ships, which is made by forming a steel plate and butt welding it.
The component of the base material of the steel pipe is mass%,
C: 0.01 to 0.10%,
Si: 0.03 to 0.50%,
Mn: 0.5-2.0%,
P: 0.015% or less,
S: 0.010% or less,
Al: 0.001 to 0.050%,
Ti: 0.005 to 0.030%,
N: 0.002 to 0.006%,
O: 0.005% or less,
Cu: 0-0.5%,
Ni: 0-0.6%,
Cr: 0-0.5%,
Mo: 0-0.4%,
V: 0 to 0.06%,
Nb: 0 to 0.06%,
Remaining: Fe and impurities,
Moreover, the content of one or more elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Cr, Mo, V, and Nb is more than 0%.
The structure of the base metal contains bainite having an area ratio of 30% or more, and ferrite having an area ratio of 20 to 60% and ferrite and bainite having a total area ratio of 90% or more.
The tensile strength of the base metal in the L direction and the C direction is 570 to 760 MPa.
The yield stress of the base metal in the L direction and the C direction is 520 to 635 MPa.
The yield ratio of the base metal is 90% or less, and the yield ratio is 90% or less.
Charpy impact test absorption energy vE -51 at -51 ° C of the base material is 100J or more,
Charpy impact test absorption energy vE -51 at -51 ° C of the weld heat affected zone of the steel pipe is 41J or more,
Charpy impact test at -51 ° C of the weld heat affected zone of the steel pipe Absorption energy vE -51 is 81 J or more When the CTOD value of the base metal, weld metal and weld heat affected zone of the steel pipe at -45 ° C is 0.18 mm or more. A steel pipe for storing liquefied gas, which is characterized by being present.
B :0~0.002%、
Mg:0~0.01%、及び
Ca:0~0.03%
からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の液化ガス貯蔵用鋼管。 The chemical composition of the base material replaces a part of the Fe.
B: 0 to 0.002%,
Mg: 0 to 0.01% and Ca: 0 to 0.03%
The steel pipe for storing liquefied gas according to claim 1, which contains one kind or two or more kinds selected from the group consisting of.
C :0.03~0.10%、
Si:0.03~0.50%、
Mn:0.5~2.0%、
P :0.015%以下、
S :0.010%以下、
Al:0.001~0.030%、
Ti:0.005~0.040%、
N :0.002~0.006%、
O :0.015~0.050%、
Cu:0~0.6%、
Ni:0~0.5%、
Cr:0~0.5%、
Mo:0~0.4%、
V :0~0.06%、
Nb:0~0.06%、
残部:Fe及び不純物
であり、
かつ、Cu、Ni、Cr、Mo、V、及びNbからなる群から選択される1種又は2種以上の元素の含有量は0%超であり、
0≦α’≦50 …(1)
0.3≦Al/O≦0.8 …(2)
0.30≦Ceq≦0.50 …(3)
0.5≦Pcm≦2.0 …(4)
を満たし、
前記溶接金属の-51℃でのシャルピー衝撃試験吸収エネルギーvE-51が81J以上
であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液化ガス貯蔵用鋼管。
ここで、α´、Ceq、Pcmは、それぞれ、
α´=(1.5×(O-0.89Al)+3.4×N-Ti)×1000
…(5)
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 …(6)
Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15
+V/10+5B …(7)
で求められる値であり、上記の式(1)(2)、(5)、(6)、(7)の元素記号は、各元素の含有量(質量%)を示す。 The component of the weld metal of the steel pipe
C: 0.03 to 0.10%,
Si: 0.03 to 0.50%,
Mn: 0.5-2.0%,
P: 0.015% or less,
S: 0.010% or less,
Al: 0.001 to 0.030%,
Ti: 0.005 to 0.040%,
N: 0.002 to 0.006%,
O: 0.015 to 0.050%,
Cu: 0-0.6%,
Ni: 0-0.5%,
Cr: 0-0.5%,
Mo: 0-0.4%,
V: 0 to 0.06%,
Nb: 0 to 0.06%,
Remaining: Fe and impurities,
Moreover, the content of one or more elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Cr, Mo, V, and Nb is more than 0%.
0 ≤ α'≤ 50 ... (1)
0.3 ≤ Al / O ≤ 0.8 ... (2)
0.30 ≤ Ceq ≤ 0.50 ... (3)
0.5 ≤ Pcm ≤ 2.0 ... (4)
The filling,
The steel pipe for storing liquefied gas according to claim 1 or 2, wherein the charpy impact test absorption energy vE -51 of the weld metal at −51 ° C. is 81 J or more.
Here, α', Ceq, and Pcm are, respectively.
α'= (1.5 x (O-0.89Al) +3.4 x N-Ti) x 1000
… (5)
Ceq = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5+ (Ni + Cu) / 15 ... (6)
Pcm = C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) / 20 + Ni / 60 + Mo / 15
+ V / 10 + 5B ... (7)
The element symbols in the above formulas (1), (2), (5), (6), and (7) indicate the content (mass%) of each element.
B :0~0.035%、
Mg:0~0.01%、及び
Ca:0~0.005%
からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項3に記載の液化ガス貯蔵用鋼管。 The chemical composition of the weld metal replaces a part of the Fe.
B: 0 to 0.035%,
Mg: 0 to 0.01% and Ca: 0 to 0.005%
The steel pipe for storing liquefied gas according to claim 3, wherein the steel pipe contains one or more selected from the group consisting of two or more.
であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の液化ガス貯蔵用鋼管。 The steel pipe for storing liquefied gas according to any one of claims 1 to 4, wherein the old γ particle size of the weld heat-affected zone is 120 μm or less, and the EBSD particle size is 100 μm or less.
アシキュラーフェライト:80%以上
粒界フェライト:10%以下
島状マルテンサイト:3%以下
を含み、EBSD粒径が10μm以下
であることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の液化ガス貯蔵用鋼管。 The structure of the weld metal is the area ratio,
6. Liquefied gas storage steel pipe.
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