JP4572002B1 - 強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板およびその製造方法 - Google Patents

強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板とその製造方法を提供するものあって、この鋼板は、質量％で、
Ｃ：０．０４〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．６０％、
Ｍｎ：０．８０〜１．８０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｎｂ：０．０１〜０．０８％、
Ａｌ：０．００３〜０．０８％
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、下記（１）式で示されるＣｅｑの値が０．４８以下である鋼成分を有し、フェライトとパーライトあるいはフェライトと一部ベイナイトを含むパーライトの混合組織であって、フェライト分率が６０〜９５％を有する組織で構成され、降伏強度が４５０ＭＰａ以上、かつ、鋼中に含有する水素量が０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ）／５＋５Ｂ ・・・（１）
【選択図】図１

Description

本発明は溶接構造用鋼板としての十分な強度を有し、かつ延性特性に優れるとともに低温靭性に優れた高靭性、高強度、高延性のラインパイプ用鋼板およびその製造方法に関するもので、特に、寒冷地で低温靭性が要求される強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板およびその製造方法関するものである。
近年、ラインパイプ用鋼に対しては、安全性の向上や輸送ガスの高圧化等による操業効率の向上、使用鋼材の削減によるコストの低減のため、高強度化が求められている。そして、該鋼材の使用される地域は、寒冷地などの自然環境が苛酷な地域へと拡大しつつあり、厳しい靭性特性が必要とされている。また、地震多発などに使用される構造物用鋼などでは従来の要求特性に加えて塑性変形能や耐延性破壊特性などが求められている。
たとえば、特許文献１では、延性破壊を抑制するために高一様伸び化をはかることを目的とした鋼を提示している。焼入、二相域熱処理、焼戻処理（ＱＬＴ処理）によりフェライト内に適量の硬化相をを混在させた混合組織として高延性を図っている。また、特許文献２では、鋼成分と焼入れ硬化性（Ｄｉ）の最適化と加速冷却により高延性を図っている。
一般に、高強度鋼では炭素当量や焼入れ指数を上昇させることが必要とされている。しかし、単純に炭素当量を上昇させた場合、延性や靭性の低下を招くこととなる。一方、大径ラインパイプ用鋼板ではＵＯＥ、ＪＣＯＥなど造管後の延性を管理するために板内での強度や延性などのバラツキの低減が要求されている。
特開２００３−２５３３３１公報 特開２００３−２８８５１２公報
大径ラインパイプ用鋼板ではＵＯＥ、ＪＣＯＥなど造管後の延性を管理するために板内での強度や延性などのバラツキの低減が要求されている。そのため、たとえばＱＬＴ処理による均一な組織の形成により板内バラツキを小さくする技術が採用されている。しかしながら、ＱＬＴ処理は少なくとも高温で３回以上の熱処理を施すため廉価技術としては適さない。また、二相域熱処理に相当する加速冷却にて高強度、高延性にすることも可能であるが、加速冷却であるため板内の冷却を均一にすることは極めて困難である。
そこで、本発明ではラインパイプ用鋼板において靭性、延性特性の良好な廉価な高強度鋼板とその製造方法を提供することを目的とするものである。
一般に、高強度化には多量の合金添加や加速冷却は有効であるが、焼入れ性の高い組織となるためにかえって延性を劣化させる。そこで、本発明者らは延性におよぼす組織の影響について詳細な研究を実施し、母材の強度、延性におよぼす合金元素や組織の影響について調査して、以下のことが必要であることを明らかにした。
（ａ）強度、延性バランスの観点からフェライトとパーライトまたはフェライトと一部にベイナイトが含まれたパーライトの混合組織とする必要がある。
（ｂ）適正なＮｂの添加は、固溶により、強度の確保と共に延性の低下を抑制する。しかし、多量に添加した場合、これらの元素の析出物は局部伸びを著しく低下させ、従って全伸びも低下させてしまうので、添加量の規制が必要である。
（ｃ）合金元素を添加すれば高強度化がはかれるが延性は低下する。このため、適正な炭素当量による上限値の規制が必要である。
（ｄ）前述のように、一般にラインパイプ用鋼板として高強度化をはかった材料の延性は低値となる。たとえば、加速冷却を用いてベイナイト単相組織とした場合、６００ＭＰａ程度の強度確保は容易である。しかし、延性に関しては特に局部伸びが著しく低下し、強度・延性バランスの確保は困難である。また、フェライト単相とした場合、高延性化することは可能となるが強度の確保は難しい。このため、高延性化をはかるためのフェライトと、強度を確保するためのパーライトまたは一部にベイナイトが含まれたパーライトとの混合組織が必要となる。
以上のような知見に基づいて、本発明では材料を廉価にしつつ、フェライトと、パーライトまたは一部にベイナイトが含まれたパーライトとの混合組織を制御して強度と延性の確保をはかることにより本発明を完成した。
また、一般に、鋼を高強度化すると水素脆化感受性が高くなることが知られている。応力腐食などに代表される連続的に水素がチャージされる環境では強度と延性の同時の低下を招くことが知られている。一方、本鋼板の場合は再加熱によってオーステナイト化した時に、α−Ｆｅの固溶水素量より多い水素量が吸蔵される。吸蔵された水素はその後の圧延工程や冷却過程で減少するため、連続的に水素がチャージされる環境での水素量は少なくなり、強度を低下させるような脆化現象は起こらない。
しかしながら、わずかな水素であっても伸びを低下させ、強度、延性バランスを確保することが困難となることを見出した。このようなわずかな水素に起因した伸び特性の低下を調査した例は少ない。一般的に知られている強度を低下させるような水素脆化以外の水素の挙動について明確になった原因は、近年、簡便な方法で高精度の水素の分析が可能となったことによるところが大きい。本発明者らは、図１に示すように鋼の延性と鋼中の水素量の関係を明らかにした。本発明では全伸びとして約２０％以上を目指しており、そのためには少なくとも水素を０．１ｐｐｍ以下にする必要があることが判る。なお、一般に全伸びは一様伸びと局部伸びの足し算で表わされる。本発明では全伸びを一様伸びと局部伸びとに分けて微量の水素の影響を言及するものではない。定性的ではあるが、水素量がより多くなると一様伸びに影響し、低くなると局部伸びへの影響が大きくなる傾向にある。
本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）質量％で、
Ｃ：０．０４〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．６０％、
Ｍｎ：０．８０〜１．８０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｎｂ：０．０１〜０．０８％、
Ａｌ：０．００３〜０．０８％
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、下記＜１＞式で示されるＣｅｑの値が０．４８以下である鋼成分を有し、フェライトとパーライトあるいはフェライトと一部ベイナイトを含むパーライトの混合組織であって、フェライト分率が６０〜９５％を有する組織で構成され、降伏強度が４５０ＭＰａ以上、かつ、鋼中に含有する水素量が０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ）／５＋５Ｂ ・・・＜１＞
（２）前記鋼が、さらに、質量％で、
Ｃｕ：０．０５〜０．７０％、
Ｎｉ：０．０５〜０．７０％、
Ｃｒ：０．８０％以下、
Ｍｏ：０．３０％以下、
Ｂ：０．０００３〜０．００３０％
Ｖ：０．０１〜０．１２％、
Ｔｉ：０．００３〜０．０３０％、
Ｎ：０．００１０〜０．０１００％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｍｇ：：０．０００３〜０．００３０％、
ＲＥＭ：０．０００５〜０．００５０％
の一種または二種以上を含有することを特徴とする（１）に記載の強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板。
（３） （１）または（２）のいずれかに記載の組成を有する溶鋼を連続鋳造により、鋳片とし、該鋳片を９５０〜１２５０℃の温度域に再加熱後、８５０℃以下の温度域において累積圧下率で４０％以上の熱間圧延を施し、７００〜７５０℃の温度領域で熱間圧延を完了させた後、３５０℃以下まで空冷し、ついで、３００〜１００℃の温度範囲を１０時間以上で、または２００〜８０℃の温度範囲を１００時間以上で緩冷却することを特徴とする強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板の製造方法。
（４） （１）または（２）のいずれかに記載の組成を有する溶鋼を連続鋳造により、鋳片とし、該鋳片を９５０〜１２５０℃の温度域に再加熱後、８５０℃以下の温度域において累積圧下率で４０％以上の熱間圧延を施し、７００〜７５０℃の温度領域で熱間圧延を完了させた後、１００℃以下まで空冷し、ついで該鋼板を２５０〜３００℃の温度範囲に再加熱し、該温度域にて１分以上保持したのちに冷却すること特徴とする強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板の製造方法。
本発明によれば、強度、延性の両方の特性が良好な廉価なラインパイプ用鋼板が得られるため、産業上極めて有用なものである。
図１は、本発明における鋼の延性と鋼中の水素量の関係を示す図である。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明では主としてラインパイプ溶接用鋼材として高強度、高延性のＵＯＥやＪＣＯＥ鋼管の製造を可能とするものである。本発明鋼板ではラインパイプに要求される強度、靭性、延性の複合特性を主としてフェライトと、パーライトまたは一部ベイナイトを含むパーライトとの混合組織により確保したことにある。
まず、本発明の強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板の化学成分の限定理由について説明する。なお、化学成分の％は特に断りのない限り、質量％を示すものとする。
（Ｃ：０．０４〜０．１５％）
Ｃは、強度を確保するために必要な元素であり、０．０４％以上の添加が必要であるが、多量の添加は母材の延性や低温靭性の低下またはＨＡＺ靭性に悪影響をおよぼすので、その上限値を０．１５％とする。強度を安定して確保するために、Ｃの下限を０．０５％又は０．０６％に設定してもよい。母材の延性や低温靭性またはＨＡＺ靭性の向上のため、Ｃの上限を０．１２％、０．１０％又は０．０９％に制限してもよい。
（Ｓｉ：０．０５〜０．６０％）
Ｓｉは、脱酸元素として、また固溶強化により鋼の強度を増加させるのに有効な元素であるが、０．０５％未満の添加ではそれらの効果が認められない。また、０．６０％を超えて添加すると、組織内にＭＡ（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ）が多量に生成するため靭性が劣化する。このため、Ｓｉの添加量は０．０５〜０．６０％とする。確実な脱酸を行うため、又は強度向上のため、Ｓｉの下限を０．１０％又は０．０２０％に設定してもよい。ＭＡ生成による靭性劣化を防止するため、Ｓｉの上限を０．５０％、０．４０％又は０．３０％に制限してもよい。
（Ｍｎ：０．８０〜１．８０％）
Ｍｎは、鋼の強度を増加するため高強度化には有効な元素である。そのためには、０．８０％以上の添加が必要である。しかし、１．８０％を超えると、中心偏析等による母材の靭性や延性の低下を招く。このため、Ｍｎの添加量の適正範囲を０．８０〜１．８０％とする。安定して強度を確保するために、Ｍｎの下限を０．９０％、１．００％又は１．１０％に設定してもよい。母材の靭性や延性の低下を避けるために、Ｍｎの上限を１．６０％又は１．５０％に制限してもよい。
（Ｐ：０．０２０％以下）
Ｐは、鋼中に不純物として含有され、０．０２０％超となると粒界に偏析して鋼の靱性を著しく劣化させる。このため添加量の上限を０．０２０％とする。なお、靭性値の低下の観点からはできるだけ低減することが望ましく、０．０１５％以下又は０．０１０％以下に制限してもよい。
（Ｓ：０．０１０％以下）
Ｓは、鋼中に不純物として含有され、ＭｎＳを形成して鋼中に存在し、圧延冷却後の組織を微細にする作用を有する。しかしながら、０．０１０％を超えると母材および溶接部の靭性を劣化させる。このため、Ｓは０．０１０％以下とする。母材および溶接部の靭性を向上させるために、０．００６％以下又は０．００３％以下に制限してもよい。
（Ｎｂ：０．０１〜０．０８％）
Ｎｂは、スラブ再加熱時や焼入れ時の加熱オーステナイトの細粒化により高強度化がはかれる効果を奏する。そのためには０．０１％以上添加する必要がある。しかしながら、過量なＮｂ添加はＮｂ析出物を増加させ、母材の延性を低下させるため、Ｎｂ添加量の上限値を０．０８％とする。強度確保のため、Ｎｂ添加量の下限を０．０２％に設定してもよい。母材の延性向上のため、Ｎｂ添加量の上限を０．０６％又は０．０４％に制限してもよい。
（Ａｌ：０．００３〜０．０８％）
Ａｌは、脱酸上必要な元素である。その下限は０．００３％であり、それより小さいと効果がない。一方、０．０８％を超える過度の添加は溶接性を低下させる。特にフラックスを使用するＳＡＷ等で顕著であり溶接金属の靭性を劣化させ、ＨＡＺ靱性も低下する。このため、Ａｌの上限を０．０８％とする。脱酸のために、Ａｌの下限を０．００５％又は０．０１０％に設定してもよい。溶接金属及びＨＡＺの靭性向上のため、Ａｌの上限を０．０５％又は０．０４％に制限してもよい。
本発明の鋼板の基本成分は以上の通りであり、これによって十分に所要の目標値を達成できるが、さらに特性を高めるために、必要に応じて以下の元素の一種または二種以上を選択元素として添加することができる。
（Ｃｕ：０．０５〜０．７０％）
Ｃｕは、高強度化をはかるために有効な元素である。Ｃｕによる析出硬化の効果を確保するためには０．０５％以上の添加が必要である。しかし、過剰な添加は母材の硬さを上昇させ延性を低下させるためその上限を０．７０％とする。延性をより向上させるために、Ｃｕの上限を０．５０％、０．３０％又は０．２０％に制限してもよい。
（Ｎｉ：０．０５〜０．７０％）
Ｎｉは、溶接性等に悪影響をおよぼすことなく、強度、靭性を向上させるほか、Ｃｕ割れの防止にも効果がある。これらの効果を得るためには、０．０５％以上の添加が必要である。しかし、Ｎｉは高価であるため０．７０％以上の添加とすると廉価に鋼を製造できなくなるため０．７０％以下とする。コスト低減のため、Ｎｉの上限を０．５０％、０．３０％又は０．２０％に制限してもよい。
（Ｃｒ：０．８０％以下）
Ｃｒは、母材の強度を高める元素である。しかし、０．８０％を超えると母材の硬さを上昇させ延性を劣化させる。そのため上限値を０．８０％とする。なお、本発明ではＣｒの下限値は規定しない。望ましくは強度を確保するため０．０５％以上添加する。延性向上のため、Ｃｒの上限を０．５０％、０．３０％又は０．２０％に制限してもよい。
（Ｍｏ：０．３０％以下）
ＭｏもＣｒと同様、母材の強度を高める元素である。しかし、０．３０％を超えると母材の硬さを上昇させ延性を劣化させる。そのため上限値を０．５０％とする。なお、本発明ではＭｏの下限値は規定しない。望ましくは強度を確保するため０．０５％以上添加する。延性向上のため、Ｍｏの上限を０．２５％又は０．１５％に制限してもよい。
（Ｂ：０．０００３〜０．００３０％）
Ｂは、鋼中に固溶して焼入れ性を高め強度を上昇させる元素である。この効果を得るためには０．０００３％以上の添加が必要である。しかし、Ｂを過多に添加すると母材靭性を低下させるためその上限値を０．００３０％とする。母材靭性向上のため、Ｂの上限を０．００２０％又は。００１５％に制限してもよい。
（Ｖ：０．０１〜０．１２％）
Ｖは、Ｎｂとほぼ同様の作用を有するが、Ｎｂに比べてその効果は小さい。Ｎｂと同様の効果を得るには０．０１％未満では不十分である。しかし、０．１２％を超えると延性が劣化する。このため、Ｖの添加量の適正範囲を０．０１〜０．１２％とする。延性向上のため、Ｖの上限を０．１１％、０．０７％又は０．０６％に制限してもよい。
（Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％）
Ｔｉは、Ｎと結合して鋼中に高強度、高延性化に有効なＴｉＮを形成させるために０．００５％以上の添加が望まれる。ただし、０．０３０％を超えてＴｉを添加すると、ＴｉＮを粗大化させ、母材の延性を低下させるおそれがある。このため、Ｔｉは０．００５〜０．０３０％の範囲とする。母材の延性向上のため、Ｔｉの上限を０．０２０％又は０．０１５％に制限してもよい。
（Ｎ：０．００１０〜０．０１００％）
Ｎは、Ｔｉと結合して鋼中に高強度、高延性化に有効なＴｉＮを形成する。このためには０．００１０％以上の添加が必要である。ただし、Ｎは固溶強化元素としても非常に大きな効果があるため、多量に添加すると延性を劣化するおそれがある。そのため、延性に大きな影響を与えずＴｉＮの効果が最大限に得られるように、Ｎの上限を０．０１００％とする。
（Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％）
Ｃａは硫化物（ＭｎＳ）の形態を制御し、シャルピーの吸収エネルギーを増大させて低温靭性を向上させる効果がある。このためには０．０００５％以上の添加が必要である。ただし、０．００５０％を超えると粗大なＣａＯやＣａＳが多量に発生し鋼の靱性に悪影響をおよぼすため、０．００５０％上限と限定した。
（Ｍｇ：０．０００３〜０．００３０％）
Ｍｇは、オーステナイト粒の成長をも抑制し、細粒に保つ作用があり、靭性を向上させる。この効果を享受するためには、少なくとも０．０００３％以上の添加が必要であり、この量を下限とする。一方、必要以上に添加量が増えても添加量に対する効果代が小さくなるばかりでなく、Ｍｇは製鋼歩留まりが必ずしも高くないため、経済性も失することになる。このため上限を０．００３０％に限定する。
（ＲＥＭ：０．０００５〜０．００５０％）
ＲＥＭもＭｇと同様、オーステナイト粒の成長をも抑制し、細粒に保つ作用があり、靭性を向上させる。この効果を享受するためには、少なくとも０．０００５％以上の添加が必要であり、この量を下限とした。一方、必要以上に添加量が増えても添加量に対する効果代が小さくなるばかりでなく、Ｍｇは製鋼歩留まりが必ずしも高くないため、経済性も失することになる。このため上限を０．００５０％に限定する。
本発明では、鋼の化学組成を上述の範囲とすると共に、さらに、下記の＜１＞式で示されるＣｅｑの値が０．４８以下となるようにする必要がある。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ）／５＋５Ｂ ・・・＜１＞
上記＜１＞式は鋼の炭素当量を示す式であり、母材強度を確保するためには上記＜１＞式の元素を添加することは有効である。しかし、過剰な量の添加は母材組織を硬化し、延性を劣化させる。そのため、炭素当量Ｃｅｑとして少なくとも０．４８以下とする必要がある。強度確保のため、Ｃｅｑの下限を０．３０％又は０．３３％に設定してもよい。高延性を確保するため、フェライト主体の組織とするために（フェライト分率をより高くする）、Ｃｅｑの上限を０．４３％、０．４０％又は０．３８％に制限してもよい。
本発明の鋼板の降伏強度については、４５０ＭＰａ以上としているが、４９０ＭＰａまたは５５０ＭＰａに制限してもよい。
次に、本発明における鋼板中の水素量の限定について説明する。
一般に水素の増加は鋼を脆化することが知られている。鋼中の水素濃度とトラップサイトを同時に正確に測定することは難しく多くの研究がなされている。本発明者らはガスクロマトグラフィを使用して試験サイズ、および昇温速度を限定することによって水素量と伸びの関係を明らかにした。
たとえば、鋼中の水素の増加は、遅れ破壊などのように、材料強度に対して限界強度を低下させることとして知られている。この時、延性、特に一様伸びも低下する。遅れ破壊では侵入水素に対して鋼材の水素脆性破壊に至る限界水素量の大きい鋼材の開発が検討されてきた。
本発明でも、遅れ破壊と同様に、鋼中の水素量が約１ｐｐｍを越えると引張試験時に水素脆化により、破壊が助長され、伸びと強度が低下する傾向が確認された。一方、１ｐｐｍより低い水素量であっても強度が低下しないで伸びのみが低下する。全伸びとして約２０％以上を確保するためには鋼中の水素を０．１ｐｐｍ以下に低くする必要がある。より伸びを向上させるために、鋼中の水素を０．０７ｐｐｍ、０．０５ｐｐｍ又は０．０３ｐｐｍ以下に制限してもよい。
本発明の鋼板においては、組織としては前述のようにフェライトとパーライトまたは一部ベイナイトを含有するパーライトとが混合した混合組織とする必要がある。
また、この混合組織においてフェライト分率が９５％超では強度の確保が困難である。また、フェライト分率が６０％未満となると延性や靭性が低下する。このため、フェライト分率は６０〜９５％とする。強度確保のため、フェライト分率の上限を９０％以下に制限してもよい。延性や靭性の向上のため、フェライト分率の下限を６５％又は７０％に制限してもよい。
なお、本発明の鋼板の主要な組織はフェライトと、パーライトまたは一部ベイナイトを含むパーライトとの混合組織であるが、１％以下のＭＡや残留オーステナイトの存在が確認されている。
次に、本発明の鋼板の製造方法について説明する。
本発明の強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板の製造方法では、連続鋳造法により、鋳片とし、該鋳片を９５０〜１２５０℃の温度域に再加熱後、８５０℃以下の温度域において累積圧下率で４０％以上の熱間圧延を施し、７００〜７５０℃の温度領域で熱間圧延を完了させた後、１）３５０℃以下まで空冷し、ついで、３００〜１００℃の温度範囲を１０時間以上で、または２００〜８０℃の温度範囲を１００時間以上で緩冷却するものであり、または、２）熱間圧延を完了させた後、１００℃以下まで冷却し、ついで該鋼板を２５０〜３００℃の温度範囲に再加熱し、該温度域にて１分以上保持したのちに冷却するものである。
本発明鋼材の製造条件を上記のように限定する理由は次のとおりである。
鋳片を９５０〜１２５０℃の温度域に温度に再加熱するのは、再加熱温度が１２５０℃を超えると、結晶粒径の粗大化が著しく、また、加熱によるスケールが鋼表面に多量に発生し表面の品質が著しく低下するからである。また、９５０℃未満ではＮｂや或は任意に添加されるＶなどがほとんど再固溶せず、強度などの向上のために添加した元素がその役割をはたさず、工業的に無意味である。このため再加熱温度の範囲を９５０〜１２５０℃とする。
８５０℃以下の温度域において累積圧下率で４０％以上の熱間圧延とするのは、８５０℃以下の温度域以下での未再結晶温度域における圧下量の増加は、圧延中のオーステナイト粒の微細化に寄与し、結果としてフェライト粒を微細化し機械的性質を向上させる効果があるからである。このような効果を得るためには、８５０℃以下の温度域での累積圧下率が４０％以上必要である。このため、８５０℃以下の温度域において累積圧下量を４０％以上に限定する。
該鋼片はその後、７００〜７５０℃の温度領域で熱間圧延を完了させた後、３５０℃以下まで空冷し、ついで、３００〜１００℃の温度範囲を１０時間以上で、または２００〜８０℃の温度範囲を１００時間以上で緩冷却するか、または、７００〜７５０℃の温度領域で熱間圧延を完了させた後、１００℃以下まで冷却し、ついで該鋼板を２５０〜３００℃の温度範囲に再加熱し、該温度域にて１分以上保持したのちに冷却する必要がある。
本発明では７５０〜７００℃の二相域温度で圧延を施し、フェライトとパーライト（または一部ベイナイトを含むパーライト）の混合した組織を出現させて、ＤＷＴＴなどの母材靭性と高強度、高延性を得るものである。
圧延終了温度が７５０℃を超えるとバンド状のパーライト組織が形成されないため、母材靭性を向上させるためにはこれを７５０℃以下にする必要がある。また、７００℃未満となると加工フェライト量が増加し延性を低下させる。
本発明において鋼板の高延性化をはかるためには鋼板内を均一に冷却する必要がある。一般的な加速冷却を用いると、冷却過程では板厚などの影響もあって、鋼板内の冷却が不均一になる。このため、本発明では空冷とし、冷却速度は限定しない。ただし、パーライトやベイナイトなどの第二相組織内に島状マルテンサイト（ＭＡ）が生成し、靭性を低下させるので、望ましくは５℃／ｓ以下がよい。
本発明では上述のように、延性向上のため、鋼中の水素を０．１ｐｐｍ以下にする。このために脱水素を実施する。まず、一つの方法として熱間圧延を完了させた後に、３５０℃以下まで空冷し、ついで、３００〜１００℃の温度範囲を１０時間以上で、または２００〜８０℃の温度範囲を１００時間以上で緩冷却する方法である。３５０℃を超えた温度で徐冷を開始すると焼戻しの効果により強度が著しく低下するので３５０℃以下まで空冷する。その後の緩冷却については３００〜１００℃の温度範囲を１０時間以上、または２００〜８０℃の温度範囲を１００時間以上、としないと鋼中の水素量が０．１ｐｐｍ以下にならず伸びの確保が困難となる。一般に水素は低温にすればするほど鋼中より抜け難くなる。たとえば、板厚２５ｍｍの場合、４５℃程度では約７８０時間を必要とするため、工業的には適さない。このような緩冷却をする製鉄プロセスとしては、たとえば、加熱炉に鋼板を装入して冷却速度を制御しながらゆっくりと冷却する方法や３５０℃以下の温鋼板を多数積み重ねて徐冷する段積み徐冷などがあげられる。
もう一つの方法として、熱間圧延を完了させた後、１００℃以下まで空冷し、ついで該鋼板を２５０〜３００℃の温度範囲に再加熱し、該温度域にて１分以上保持したのちに冷却する方法である。
なお、一旦、１００℃以下まで空冷しないと所定の強度が得られない。その上で２５０〜３００℃の温度領域で１分以上低温焼戻し処理を実施する。３００℃を超えた温度に再加熱すると焼戻しの効果により強度が著しく低下する。また、２５０℃より低い温度で焼戻し脱水素をすることは、鋼中の水素量を低減することとしての効果はあるが、保定時間を長時間とる必要があり経済性が劣る。本発明での保定時間は１分以上であり、これ未満とすると脱水素としては不十分である。
次に、本発明の実施例について述べる。
表１の化学成分を有する溶鋼を連続鋳造したスラブを、表２にて示す条件にて熱間圧延を行い鋼板とした後、機械的性質を評価するために試験を実施した。引張試験片は各鋼板のロシア規格のＧＯＳＴ試験片を採取し、ＹＳ（０．５％アンダーロード）、ＴＳおよび全伸び（Ｔ．Ｅｌ）を評価した。母材靱性はＤＷＴＴ試験にて−２０℃の延性破面率（ＳＡ）を評価した。水素量についてはガスクロマトグラフを使用し鋼板の１／２ｔより５ｍｍφ×１００ｍｍの丸棒を削りだし、昇温法（昇温速度１００℃／ｈｒ）にて５０〜２００℃までの温度範囲で放出される拡散性水素量を求めた。また、フェライト分率は、５００倍の光学顕微鏡写真の１０視野で、フェライトと第二相組織（フェライト以外のパーライトまたはベイナイトなど）を区分し画像処理機により算出した。
Figure 0004572002
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 表３は、各鋼板における機械的性質をまとめたものを示す。本発明では製造プロセスは表２に示すように、ａ〜ｊの所定の空冷停止温度まで冷却し、その後緩冷却したものと、ｋ〜ｏの空冷後に鋼板を再加熱したものとの二つのプロセスに大別される。
鋼板ａ〜ｏは本発明の実施例である。表１および表２から明らかなようにこれらの鋼板は化学成分と製造条件の各要件を満足している。このため、表３に示すように、引張強さが４５０ＭＰａ以上の母材強度、全伸びが２０％以上の延性およびＤＷＴＴ特性（−２０℃）の延性破面率が８０％以上の靭性といずれも良好であった。なお、組織は全てフェライト＋パーライト（一部ベイナイトが含まれている）の混合組織であった。
これに対し、鋼板ｐ〜ａｅは本願発明の範囲を逸脱するため、母材の機械的性質の一つまたは複数の点で本願発明鋼に劣っている。鋼板ｐ〜ｗでは製造条件が、鋼板ｘ〜ａｅは化学成分が外れているため本発明より機械的性質が低下している例である。
鋼板ｐは累積圧下量が少なく、鋼板ｑは圧延終了温度が高いため組織の微細化がはかれず、ＤＷＴＴ特性が低下した。鋼板ｒでは空冷停止温度が高いため所定の強度が得られない。
また、鋼板ｓ〜ｖの延性低下は脱水素条件が悪く、鋼中に水素が残存していることによる。
鋼板ｗは１０℃／ｓ以上の急冷却によりマルテンサイトを多く生成したもので伸びが低下した。
鋼板ｘはＣ量が低いため母材強度が低下した。また、鋼板ｙはＣ量が高く強度が著しく高いため伸びが低下した。鋼板ｚはＳｉ量が高く脱酸能力が低くなり酸化物が増加したため延性が低下した。鋼板ａａはＳｉ量が多くＳｉ系酸化物などが増加するため伸びが低下した。鋼板ａｂはＭｎ量が少なく所定の強度が得られない。鋼板ａｃはＭｎ量が多く、所定の伸び特性、靭性が得られない。鋼板ａｄはＮｂ量が少なく、組織の均一微細がはかれず、一方、鋼板ａｅはＮｂ量が高く、Ｎｂ系析出物が多くなり、延性と靭性が低下した例である。
本発明によれば、強度、延性の両方の特性が良好で安価なラインパイプ用鋼板を提供することができるので、高強度、高延性のＵＯＥ鋼管やＪＣＯＥ鋼管などを経済的に製造することが可能となる。

Claims (4)

  1. 質量％で、
    Ｃ：０．０４〜０．１５％、
    Ｓｉ：０．０５〜０．６０％、
    Ｍｎ：０．８０〜１．８０％、
    Ｐ：０．０２０％以下、
    Ｓ：０．０１０％以下、
    Ｎｂ：０．０１〜０．０８％、
    Ａｌ：０．００３〜０．０８％
    を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、下記＜１＞式で示されるＣｅｑの値が０．４８以下である鋼成分を有し、フェライトとパーライトあるいはフェライトと一部ベイナイトを含むパーライトの混合組織であって、フェライト分率が６０〜９５％を有する組織で構成され、降伏強度が４５０ＭＰａ以上、かつ、鋼中に含有する水素量が０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板。
    Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ）／５＋５Ｂ ・・・＜１＞
  2. 前記鋼が、さらに、質量％で、
    Ｃｕ：０．０５〜０．７０％、
    Ｎｉ：０．０５〜０．７０％、
    Ｃｒ：０．８０％以下、
    Ｍｏ：０．３０％以下、
    Ｂ：０．０００３〜０．００３０％
    Ｖ：０．０１〜０．１２％、
    Ｔｉ：０．００３〜０．０３０％、
    Ｎ：０．００１０〜０．０１００％、
    Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％、
    Ｍｇ：：０．０００３〜０．００３０％、
    ＲＥＭ：０．０００５〜０．００５０％
    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に記載の強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板。
  3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の組成を有する溶鋼を連続鋳造により、鋳片とし、該鋳片を９５０〜１２５０℃の温度域に再加熱後、８５０℃以下の温度域において累積圧下率で４０％以上の熱間圧延を施し、７００〜７５０℃の温度領域で熱間圧延を完了させた後、３５０℃以下まで空冷し、ついで、３００〜１００℃の温度範囲を１０時間以上で、または２００〜８０℃の温度範囲を１００時間以上で緩冷却することを特徴とする強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板の製造方法。
  4. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の組成を有する溶鋼を連続鋳造により、鋳片とし、該鋳片を９５０〜１２５０℃の温度域に再加熱後、８５０℃以下の温度域において累積圧下率で４０％以上の熱間圧延を施し、７００〜７５０℃の温度領域で熱間圧延を完了させた後、１００℃以下まで冷却し、ついで該鋼板を２５０〜３００℃の温度範囲に再加熱し、該温度域にて１分以上保持したのちに冷却すること特徴とする強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板の製造方法。
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