JP2567150B2 - 低温用高強度低降伏比ラインパイプ材の製造法 - Google Patents

低温用高強度低降伏比ラインパイプ材の製造法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、寒冷地におけるライン
パイプの高圧力操業化に対しても安定した使用性能を保
証できる低温用高強度低降伏比ラインパイプ材の製造法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、高強度材で低降伏比を付与するに
は、例えば「鉄と鋼、´87−S1315」によれば、
C量の増量、あるいは焼入後の焼戻温度を低下すること
により製造されることが報告されている。しかしなが
ら、C量の増加はラインパイプの基本的な使用特性で
ある溶接性を著しく劣化させるため溶接前に予熱が必
要となるが、ラインパイプ敷設時の予熱処理は著しい作
業性の低下をきたす。また低温焼戻処理で製造したライ
ンパイプは低温靱性が不安定となるため寒冷地での使用
に制約が生じるという問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記したよう
な問題点を解消するものであり、高強度低降伏比でしか
も低温靭性にすぐれている寒冷地での使用に適したライ
ンパイプ材の製造方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために多くの実験を行い検討した結果、鋼成
分と熱間圧延条件を制御することによって低温靭性の優
れた高強度低降伏比ラインパイプ材が製造されることを
知見した。すなわち本発明は、この知見に基ずいて構成
したもので、その要旨とするところは、C:0.02〜
0.15%,Si:0.01〜0.5%,Mn:0.1
5〜2.0%,S:0.01%以下、P:0.02%以
下、Al:0.005〜0.1%,B:0.0003〜
0.003%,Ti:0.005〜0.2%,N:70
ppm 以下を含有し、あるいはさらに、Cr:0.1〜
1.5%,Mo:0.05〜0.4%,Ni:0.1〜
2.0%,V:0.01〜0.1%よりなる群の少なく
とも1種または2種以上を含有するか、さらに、希土類
元素:0.001〜0.05%,Ca:0.001〜
0.02%,Co:0.05〜0.5%,Cu:0.1
〜0.5%よりなる群の少なくとも1種または2種以上
を前記群と複合または単独で含有し、残部が実質的にF
eからなる鋼片を熱間穿孔連続圧延の最終過程で900
℃〜700℃の温度で圧下率3〜15%の加工を施して
Ar3 点−100℃〜Ar3 点+50℃の温度に降下さ
せた中空素管を、900℃〜1000℃に再加熱して仕
上げ温度がAr3 点+50℃以上の熱間仕上圧延を施て
し、得られた仕上鋼管を、Ar3 点以上の温度から空冷
するか、もしくは空冷後Ac3 点以下の温度に加熱して
空冷する焼戻処理する低温用高強度低降伏比ラインパイ
プ材の製造法である。
【0005】
【作用】以下本発明の製造法について詳細に説明する。
先ず、本発明において上記のような鋼成分に限定した理
由について説明する。CおよびMnは、強度の確保のた
め重要である。少な過ぎるとその効果がなく、多過ぎる
と溶接性の低下の原因となるためそれぞれ0.02〜
0.15%,0.15〜2.0%とした。Siは、脱酸
剤が残存したものであり、強度を高めるためにも有効な
成分である。少な過ぎるとその効果がなく、多過ぎると
低温靱性の低下をきたすため0.01〜0.5%とし
た。Pは、多過ぎると低温靱性の低下をきたす有害な成
分としてその含有量を0.02%以下とした。Sは、M
nS系介在物を形成して低温靱性の低下をきたす有害な
成分としてその含有量を0.01%以下とした。Al
は、Siと同様脱酸剤が残存したもので、少な過ぎると
その効果がなく、多過ぎると介在物を増加して低温靱性
の低下をきたすため0.005〜0.1%とした。B,
Ti,Nは本発明の成分組成の中で特に重要である。本
発明者らは、多くの実験結果よりラインパイプの低降伏
比を図るには、ある程度のベイナイト組織が混在した方
がよいことを知見した。B添加は圧延後の空冷処理でベ
イナイト組織を出現するのに有効な元素であるが不可避
的に存在するNによりその効果が低減するため適量のT
iが必要である。B量は、少な過ぎるとその効果がな
く、多過ぎると効果が飽和するばかりではなくB析出物
の出現により著しい低温靱性の劣化をきたすので0.0
003〜0.003%とした。Tiは、少な過ぎるとそ
の効果がなく、多過ぎると効果が飽和するばかりではな
くTi炭窒化物の出現により著しい低温靱性の劣化をき
たすので0.005〜0.2%とした。Nは、Bの効果
を低下させる有害な成分として、その含有量を70ppm
以下とした。
【0006】上記の成分組成の鋼でさらに鋼の強度を高
める場合Cr等の成分を必要に応じて選択的に添加す
る。Cr,Mo,Ni,Vは、強度を高めるために少な
くとも1種または2種以上を必要に応じて添加するもの
である。少な過ぎるとその効果がなく、多過ぎてもその
効果が飽和し、しかも非常に高価であるためそれぞれ
0.1〜1.5%,0.05〜0.4%,0.1〜2.
0%,0.01〜0.1%とした。
【0007】さらに本発明は、近年の鋼管の使用環境を
鑑み上記の成分組成で構成される鋼の耐硫化物応力腐食
割れ性(耐SSC性)を改善するために希土類元素,C
a,Cu,Co等の成分を少なくとも1種又は2種以上
必要に応じて選択的に添加する。希土類元素,Caは、
介在物の形態を球状化させて無害化する有効な成分であ
る。少な過ぎるとその効果がなく、多過ぎると介在物を
増加して耐SSC性を低下させるのでそれぞれ0.00
1〜0.05%,0.001〜0.02%とした。C
o,Cuは、鋼中の水素侵入制御効果があり、耐SSC
性に有効に働く。少な過ぎるとその効果がなく、多過ぎ
るとその効果が飽和するためそれぞれ0.05〜0.5
%、0.1〜0.5%とした。
【0008】次に熱間押込連続圧延の最終過程の圧延条
件を上記のように限定した理由について説明する。上記
のような成分組成の鋼は転炉、電気炉等の溶解炉である
いはさらに真空脱ガス処理を経て溶製され、連続鋳造法
または造塊分塊法で鋼片を製造する。熱間鋼片は、直ち
にあるいは一旦冷却された後高温度に加熱された後熱間
穿孔連続圧延機に搬送し、目的の外径、肉厚に圧延され
て中空素管に粗成形する。この圧延は製造された鋼管の
材質に大きな影響を及ぼす。すなわち図1および図2は
圧延直後のオーステナイト(以下、γと記す)粒を調べ
るため圧延後に急冷処理した鋼管のγ粒度と両加熱温度
毎の熱間穿孔連続圧延の最終過程での圧延条件、および
圧下温度毎の再加熱炉温度の関係を示す。図1,2から
圧延直後のγ粒度は、これらの条件によりASTM No.
0〜8と大きく変化することが明らかである。本発明者
等の研究によると、高強度鋼の降伏比はγ→α変態後の
α粒度が大きくなるほど低下するが、あまり大きくなり
すぎると低温靭性が劣化する。低降伏比と低温靭性の両
方を満足するα粒度はASTM No.7〜10であり、こ
のα粒度を得るには圧延直後のγ粒度をASTM No.3
〜6とする必要があることを突き止めた。また、圧延直
後のASTM No.3〜6のγ粒度を得るには熱間穿孔連
続圧延の最終過程〜再加熱過程でのひずみ誘起粒成長後
の二次再結晶により引き起こされるγ粒粗大化現象の利
用が不可欠であることを知見した。
【0009】ひずみ誘起粒成長現象を利用したγ粒度制
御は、熱間穿孔連続圧延の最終過程での圧延条件、再加
熱開始温度、再加熱炉温度を以下のように規定すること
により可能となる。すなわち、熱間穿孔連続圧延の最終
過程での圧延が900℃以上では加工により導入された
ひずみエネルギーが回復、再結晶により低下するためγ
粒のひずみ誘起粒成長の駆動力が低下し、700℃以下
の圧下ではγ粒に蓄積されるひずみエネルギーが大きく
なりすぎて圧下後あるいはその後の再加熱過程でひずみ
を持たないγ粒が発生しひずみ誘起粒成長の駆動力は消
失する。よって、熱間穿孔連続圧延の最終過程での圧下
温度は900℃〜700℃に限定した。かかる圧下温度
条件下で、圧下量0〜2%ではひずみ誘起粒成長の駆動
力が不十分であり、15%以上では蓄積されるひずみエ
ネルギーが大きくなりすぎて圧下後あるいはその後の再
加熱過程でひずみを持たないγ粒が発生しひずみ誘起粒
成長の駆動力は消失する。よって、熱間穿孔連続圧延の
最終過程での圧下量は3〜15%に限定した。圧下後の
再加熱開始温度はAr3 点−100℃〜Ar3 点−15
0℃間ではγ粒の急激な異常粗大化が起きるため低温靭
性の著しい低下をきたす。また、Ar3 点+50℃以上
ではひずみ誘起粒成長の駆動力が解放され、ひいては変
態後に最適なα粒度が得られない。よって、圧下後の再
加熱開始温度は、Ar3 点−100℃〜Ar3 点+50
℃に限定した。再加熱温度は、900℃以下ではγ粒の
成長に対して不十分でありまた1000℃以上ではγ粒
の急激な粗大化が起き、ひいては変態後に最適なα粒度
が得られない。よって、再加熱温度は、900〜100
0℃の温度に限定した。
【0010】また、熱間圧延仕上温度および熱間圧延
終仕上加工後の空冷開始温度は安定したα粒度を確保す
るためAr3 点+50℃以上およびAr 3 点以上とし
た。必要に応じてさらに行う焼戻し温度は、強度、靱性
および降伏比の安定化を確保する必要からAc 3 点以下
とした。その加熱方法については特に限定しない。
【0011】以上の製造条件で得られる鋼は寒冷地にお
いても良好な低温靭性を示す高強度低降伏比ラインパイ
プの製造に有効である。
【0012】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。表1
〜表4は、転炉で溶製し連続鋳造を経て製造された鋼片
を熱間押込連続圧延後再加熱し、その後熱間最終仕上圧
延を行って空冷した鋼管、および空冷後焼戻し処理した
鋼管の強度、靭性、α粒度および降伏比を示す。
【0013】本発明によって製造された鋼管は、高靭性
を有しかつ高強度低降伏比が得られることがわかる。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】
【表3】
【0017】
【表4】
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明法によって
製造された鋼管は、低降伏比が確保され、且つ低温靭性
に優れているため、極北の寒冷環境において安定したラ
インパイプの操業が可能な鋼管を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧延直後のオーステナイト粒度(ASTM N
o.)と、再加熱温度毎の熱間穿孔連続圧延の最終過程で
の圧下率との関係を示す。
【図2】圧延直後のオーステナイト粒度(ASTM N
o.)と、圧下温度毎の再加熱炉温との関係を示す。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.02〜0.15%,Si:0.
    01〜0.5%,Mn:0.15〜2.0%,S:0.
    01%以下、P:0.02%以下、Al:0.005〜
    0.1%,B:0.0003〜0.003%,Ti:
    0.005〜0.2%,N:70ppm 以下を含有し、残
    部が実質的にFeからなる鋼片を、熱間穿孔連続圧延の
    最終過程で900℃〜700℃の温度で圧下率3〜15
    %の加工を施してAr3 点−100℃〜Ar3 点+50
    ℃の温度に降下させた中空素管を、900℃〜1000
    ℃に再加熱して仕上げ温度がAr3 点+50℃以上の熱
    間仕上圧延を施し、得られた仕上鋼管をAr3 点以上の
    温度から空冷するか、もしくは空冷後Ac3 点以下の温
    度に加熱して空冷する焼戻処理することを特徴とする低
    温用高強度低降伏比ラインパイプ材の製造法。
  2. 【請求項2】 C:0.02〜0.15%,Si:0.
    01〜0.5%,Mn:0.15〜2.0%,S:0.
    01%以下、P:0.02%以下、Al:0.005〜
    0.1%,B:0.0003〜0.003%,Ti:
    0.005〜0.2%,N:70ppm 以下を含有し、さ
    らにCr:0.1〜1.5%,Mo:0.05〜0.4
    %,Ni:0.1〜2.0%,V:0.01〜0.1
    %,の1種または2種以上を含有して残部が実質的にF
    eからなる鋼片を、熱間穿孔連続圧延の最終過程で90
    0℃〜700℃の温度で圧下率3〜15%の加工を施し
    てAr3 点−100℃〜Ar3 点+50℃の温度に降下
    させた中空素管を、900℃〜1000℃に再加熱して
    仕上げ温度がAr3 点+50℃以上の熱間仕上圧延を施
    し、得られた仕上鋼管をAr3 点以上の温度から空冷す
    るか、もしくは空冷後Ac3 点以下の温度に加熱して空
    冷する焼戻処理することを特徴とする低温用高強度低降
    伏比ラインパイプ材の製造法。
  3. 【請求項3】 C:0.02〜0.15%,Si:0.
    01〜0.5%,Mn:0.15〜2.0%,S:0.
    01%以下、P:0.02%以下、Al:0.005〜
    0.1%,B:0.0003〜0.003%,Ti:
    0.005〜0.2%,N:70ppm 以下を含有し、さ
    らに希土類元素:0.001〜0.05%,Ca:0.
    001〜0.02%,Co:0.05〜0.5%,C
    u:0.1〜0.5%の1種または2種以上を含有して
    残部が実質的にFeからなる鋼片を、熱間穿孔連続圧延
    の最終過程で900℃〜700℃の温度で圧下率3〜1
    5%の加工を施してAr3 点−100℃〜Ar3 点+5
    0℃の温度に降下させた中空素管を、900℃〜100
    0℃に再加熱して仕上げ温度がAr3 点+50℃以上の
    熱間仕上圧延を施し、得られた仕上鋼管をAr3 点以上
    の温度から空冷するか、もしくは空冷後Ac3 点以下の
    温度に加熱して空冷する焼戻処理することを特徴とする
    低温用高強度低降伏比ラインパイプ材の製造法。
  4. 【請求項4】 C:0.02〜0.15%,Si:0.
    01〜0.5%,Mn:0.15〜2.0%,S:0.
    01%以下、P:0.02%以下、Al:0.005〜
    0.1%,B:0.0003〜0.003%,Ti:
    0.005〜0.2%,N:70ppm 以下と、Cr:
    0.1〜1.5%,Mo:0.05〜0.4%,Ni:
    0.1〜2.0%,V:0.001〜0.1%,の1種
    または2種以上を含有し、さらに希土類元素:0.00
    1〜0.05%,Ca:0.001〜0.02%,C
    o:0.05〜0.5%,Cu:0.1〜0.5%の1
    種または2種以上を含有して残部が実質的にFeからな
    る鋼片を、熱間穿孔連続圧延の最終過程で900℃〜7
    00℃の温度で圧下率3〜15%の加工を施してAr3
    点−100℃〜Ar3 点+50℃の温度に降下させた中
    空素管を、900℃〜1000℃に再加熱して仕上げ温
    度がAr3 点+50℃以上の熱間仕上圧延を施し、得ら
    れた仕上鋼管をAr3 点以上の温度から空冷するか、も
    しくは空冷後Ac3 点以下の温度に加熱して空冷する焼
    戻処理することを特徴とする低温用高強度低降伏比ライ
    ンパイプ材の製造法。
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