JP3972756B2 - 低温靭性に優れた高強度ラインパイプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラインパイプに関し、特に、母材と溶接金属部の両者の降伏強さが690MPa以上で、低温靭性に優れたものに関する。
【0002】
【従来の技術】
パイプラインに使用されるラインパイプは高強度化が進み、現在、米国石油協会(API)規格でX80グレードまでが実用化され、その需要は増大している。また、更に高強度のX100グレードへの要望も高まっている。
【0003】
特開昭57−35625号公報、特開平08−311548号公報は、このような高強度鋼管の製造方法に関するもので、前者は、鋼管成形後の熱処理を、後者は、高価なCuを1.0%前後添加することが開示されている。
【0004】
特許第2598357号は、主にX70グレードのラインパイプに関するものであるが、やはり、高強度、高靭性ラインパイプの製造方法に関するものである。
【0005】
特開平9−31536号公報、特開平9−41074号公報は、Bや多量のMo,Vを添加し、更に高強度のX120グレードのラインパイプの製造方法を開示している。
【0006】
特開平9−49055号公報、特開平9−314379号公報および特開平10−324950号公報は、高強度ラインパイプのシーム溶接に関し、溶接金属へのB添加や、4.0〜6.5%のNiを含有した溶接ワイヤにより低温靭性に優れた溶接金属を得る技術が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、現在、低温靭性に優れた高強度ラインパイプは高価な成分組成や、複雑な製造条件によるものとなっている。
【0008】
そこで、本発明は、鋼管に成形後、熱処理を行わず、また、高価な元素を使用しない成分組成により、安価に母材、溶接部(溶接金属を含む)の低温靭性に優れた降伏強さ690MPa以上(APIX100以上)のラインパイプを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、安価に高強度且つ低温靭性の得られる成分組成について鋭意検討を行い、母材と溶接熱影響部の低温靭性はSi,Alを低減し、溶接金属部の低温靭性はTi,Oを低減し、B無添加とした場合にそれぞれ向上することを見出した。
【0010】
本発明は以上の知見を基に更に検討を加えてなされたものであり、すなわち、本発明の低温靭性に優れた高強度ラインパイプは、質量%で、C:0.03〜0.09%、Si:0.05〜0.30%、Mn:1.6〜2.0%、P:0.020%以下、S:0.0020%以下、Nb:0.02〜0.05%、Ti:0.005〜0.02%、Al:0.03%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる降伏強さ690MPa以上の母材と、
質量%で、C:0.05〜0.10%、Si:0.05〜0.40%、Mn:1.6〜2.0%、P:0.020%以下、S:0.005%以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.50〜1.50%、Mo:0.50〜1.0%、V:0.05〜0.10%、Ti:0.01〜0.04%、O:0.015〜0.035%を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる降伏強さ690MPa以上の溶接金属部とを有することを特徴とする。
【0011】
この場合に、母材部の鋼組成として、更に、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%以下、Mo:0.30%未満の一種または二種以上を含有することが好ましい。
【0012】
さらに、母材部の鋼組成として、Cr:0.50%以下、V:0.01〜0.05%の一種または二種以上を含有することが好ましい。
【0013】
さらに、母材部の鋼組成として、Ca:0.0005〜0.0025%を含有することが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明における母材、溶接金属部の成分限定理由、製造条件について詳細に説明する。
【0015】
1.母材の成分
C
Cは、0.03%未満では、X100としての強度が得られず、一方、0.09%を超えると鋼板の母材及び溶接熱影響部の靭性を劣化させるため、0.03〜0.09%(0.03%以上、0.09%以下)とする。
【0016】
Si
Siは、脱酸のため0.05%以上必要で、一方、0.30%を超えると溶接熱影響部靭性と溶接性を劣化させるため、0.05〜0.30%とする。
【0017】
Mn
Mnは、鋼板の母材強度および靭性向上に有効で、その効果を得るため1.6%以上添加する。一方、2.0%を超えると溶接熱影響部靭性と溶接性が著しく劣化するため、1.6〜2.0%とする。
【0018】
P
Pは、本発明では不純物であり、母材、溶接熱影響部の靭性を確保するため生産原価を上昇させない範囲で極力低下することが望ましく、0.020%以下とする。
【0019】
S
X100グレードの高強度材では、MnSをCa添加によりCaS系の介在物に形態制御しても、それにより靭性が低下する場合があるため、S含有量を0.0020%以下とする。
【0020】
Nb
Nbは、スラブ加熱時と圧延時の結晶粒の成長を抑制し、ミクロ組織を微細とし、靭性を向上させる。その効果は0.02%以上で顕著となり、0.05%を超えると飽和し、溶接熱影響部(以下HAZ)の靭性を劣化させるため、0.02〜0.05%とする。
【0021】
Ti
Tiは、TiNを形成し、スラブ加熱時、HAZの粒成長を抑制し、ミクロ組織の微細化により靭性を改善する。その効果は0.005%以上で顕著で、0.02%を超えると靭性劣化が生じるため、0.005〜0.02%とする。
【0022】
Al
Alは、脱酸剤であるが、0.03%を超えるとHAZ靭性を低下させるため、0.03%以下とする。
【0023】
以上が本発明鋼の基本成分組成であり、更に特性を向上させるため、Cu,Ni,Mo,Cr,Vの一種または二種以上を添加することができる。
【0024】
Cu
Cuは、靭性と強度の向上に有効であるが、0.50%を超えると溶接性を阻害するため、0.50%以下とする。
【0025】
Ni
Niは、靭性と強度の向上に有効であるが、0.50%を超えるとその効果が飽和するため、0.50%以下とする。
【0026】
Mo
Moは、靭性と強度の向上に有効であるが、0.30%を超えるとその効果が飽和し、溶接性や耐HIC性が阻害されるため、0.30%以下とする。
【0027】
Cr
Crは、Mnと共に、低C系の鋼で強度向上に有効であるが、0.50%を超えて添加すると溶接性が劣化するため、0.50%以下とする。
【0028】
V
Vは、靭性、溶接性を劣化させずに、強度を向上させるのに有効で、その効果を得るため、0.01%以上添加する。一方、0.05%を超えると溶接性、靭性が著しく損なわれるため、0.01〜0.05%とする。
【0029】
Ca
Caは、硫化物系介在物の形態を制御し、HAZ靭性を改善するため、0.0005%以上添加する。一方、0.025%を超えるとその効果が飽和し、清浄度を低下させ、HAZ靭性を劣化させるため、0.0005〜0.025%とする。
【0030】
2.溶接金属部の成分
C
Cは、0.05%未満では、X100としての強度が得られず、一方、0.10%を超えると溶接金属部の靭性を劣化させるため、0.05〜0.10%(0.05%以上、0.10%以下)とする。
【0031】
Si
Siは、溶接金属の脱酸と作業性のため0.05%以上必要で、一方、0.40%を超えると溶接金属部の靭性と溶接性を劣化させるため、0.05〜0.40%とする。
【0032】
Mn
Mnは、溶接金属の強度および靭性向上に有効で、X80以上に必要な強度と靭性を得るため1.6%以上とする。一方、2.0%を超えると靭性と溶接性が著しく劣化するため、1.6〜2.0%とする。
【0033】
P、S
P,Sは溶接金属中では粒界に偏析し、その靭性を劣化させるため、Pは0.020%以下、Sを0.005%以下とする。
【0034】
Cu
Cuは、靭性と強度の向上に有効であるが、0.50%を超えると溶接性を阻害するため、0.50%以下とする。
【0035】
Ni
Niは、靭性と強度の向上に有効であり、その効果をえるため0.50%以上とし、一方、1.5%を超えるとその効果が飽和するため、0.50〜1.5%とする。
【0036】
Mo
Moは、靭性と強度の向上に有効であり、その効果をえるため0.50%以上とし、一方、1.0%を超えるとその効果が飽和し、溶接性が阻害されるため、0.50〜1.0%以下とする。
【0037】
V
Vは、靭性、溶接性を劣化させずに、強度を向上させるのに有効で、その効果を得るため、0.05%以上とする。一方、0.10%を超えると溶接性、靭性が著しく損なわれるため、0.05〜0.10%とする。
【0038】
Ti
Tiは、靭性、溶接性を劣化させずに、強度を向上させるのに有効で、その効果を得るため、0.01%以上とする。一方、0.04%を超えると溶接性、靭性が著しく損なわれるため、0.01〜0.04%とする。
【0039】
O
Oは靭性に影響を与え、0.015%未満、0.035%超えで靭性の劣化傾向を示すため、0.015〜0.035%とする。
【0040】
本発明において、鋼板は常法によるもので良く、特にその製造方法は規定しない。また、鋼管の成形方法も冷間であればよく、特に規定しない。
【0041】
【実施例】
表1に示す成分の鋼を用い、冷間成形シーム溶接により鋼管とし、母材の強度、靭性とシーム溶接のHAZ靭性を調査した。母材の降伏強さ(単位MPa),母材並びにHAZのー20℃でのシャルピー吸収エネルギー(単位J)も表1に示す。
【0042】
強度は降伏強さ690MPa以上、シャルピー吸収エネルギー100J以上の場合、それぞれ良好とした。表より明らかなように、本願発明鋼では優れた特性が得られ、一方、比較鋼では、母材強度が低く(K,L,N),母材あるいは溶接熱影響部の靭性が劣っていた(I〜N)。
【0043】
表1の鋼A,Jと種々の溶接材料を組み合わせ、鋼管を製造し、溶接金属の降伏強さと靭性を調査した。結果を表2に示す。本願発明の溶接金属(A−1,A−2)では、優れた強度、靭性が得られている。
【0044】
一方、比較例の溶接金属では、強度(A−3)、あるいは靭性(A−3,J−1〜3)に劣っている。
【0045】
以上のように、母材、溶接金属ともに本発明範囲内の成分組成の場合に、優れた強度、靭性のラインパイプが得られている。
【0046】
【表1】
【0047】
【表2】
【0048】
【0049】
【発明の効果】
本発明により、母材、溶接金属ともに優れた強度、靭性の高強度ラインパイプが得られ、産業上極めて有用である。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.03〜0.09%、Si:0.05〜0.30%、Mn:1.6〜2.0%、P:0.020%以下、S:0.0020%以下、Nb:0.02〜0.05%、Ti:0.005〜0.02%、Al:0.03%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる降伏強さ690MPa以上の母材と、
質量%で、C:0.05〜0.10%、Si:0.05〜0.40%、Mn:1.6〜2.0%、P:0.020%以下、S:0.005%以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.50〜1.50%、Mo:0.50〜1.0%、V:0.05〜0.10%、Ti:0.01〜0.04%、O:0.015〜0.035%を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる降伏強さ690MPa以上の溶接金属部を
有することを特徴とする低温靭性に優れた高強度ラインパイプ。 - 母材部の鋼組成として、更に、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%以下、Mo:0.30%未満の一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項1記載の低温靭性に優れた高強度ラインパイプ。
- 母材部の鋼組成として、更に、Cr:0.50%以下、V:0.01〜0.05%の一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項1または2記載の低温靭性に優れた高強度ラインパイプ。
- 母材部の鋼組成として、更に、Ca:0.0005〜0.0025%を含有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一つに記載の低温靭性に優れた高強度ラインパイプ。
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