JP4631414B2 - 耐サワー特性に優れた高靭性厚肉溶接鋼管 - Google Patents
耐サワー特性に優れた高靭性厚肉溶接鋼管Info
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Description
本発明は、上述の問題に鑑み、内外面1層盛り溶接により製造される、母材の厚さ25〜35mmの溶接鋼管において、シーム溶接金属の高靭性化と、鋼管同士を接合して形成されるT-クロス部における低硬度とを両立させた耐サワー特性に優れた高靭性厚肉溶接鋼管を提供することを目的とする。
1)Mo、Bの低減は、シーム溶接金属の高靭性化およびT-クロス部における低硬度獲得に有効である。
2)加えて、次式で定義されるパラメータPsscを用いると、Psscの下限規定によりシーム溶接金属における高靭性獲得のための十分な焼入れ性を確保することができ、しかもPsscの上限規定によりT-クロス部における低硬度を確保することができる。
Pssc=C+Si/15+(Mn+Cu+Cr)/10+Ni/30+Mo/2+V/5+20×B−12×N−4×O
ただし、式中右辺の元素記号は溶接金属中でのその元素の含有量(質量%)を表す。なお、PsscのPはparameterの頭文字であり、添字のsscは前記した耐SSC特性を評価する意味から付けたものである。
すなわち本発明は、厚さ25〜35mmの鋼板からなる母材を管状に成形後そのシーム部を内外面1層盛り溶接してなる溶接鋼管であって、前記母材が、質量%で、C:0.01〜0.06%、Si:0.5%以下、Mn:0.8〜1.5%、P:0.010%以下、S:0.01%以下、Al:0.01〜0.10%、Cu:0.10〜0.70%、Ni:0.05〜1.00%、Nb:0.01〜0.08%、Ti:0.005〜0.05%、Ca:0.001〜0.005%、O:0.005%以下、N:0.005%以下、Cr:0.60%以下、Mo:0.10%以下、V:0.08%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなり、
シーム溶接金属が、質量%で、C:0.030〜0.060%、Si:0.5%以下、Mn:0.8〜1.8%、Cu:0.24〜0.50%、Cr:0.01〜0.50%、Ni:0.21〜0.50%、Nb:0.014〜0.07%、V:0.001〜0.07%、Mo:0.060〜0.12%、Ti:0.010〜0.03%、B:0.0005〜0.0015%、N:0.008%以下、O:0.035%以下を含み、かつ〔数1〕式で定義されるPsscが0.140〜0.160%であり、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐サワー特性に優れた高靭性厚肉溶接鋼管である。
〔数1〕
Pssc=C+Si/15+(Mn+Cu+Cr)/10+Ni/30+Mo/2+V/5+20×B−12×N−4×O
ただし、式中右辺の元素記号は溶接金属中でのその元素の含有量(質量%)を表す。
C:Cは、母材の強度と靭性に大きな影響を及ぼす元素であるが、0.01%未満では強度が不足し、一方、0.06%超では靭性に悪影響を及ぼすため、0.01〜0.06%とした。
Si:Siは、鋼の脱酸過程で必然的に含まれる元素であるが、0.5%超ではHAZの靭性を劣化させるため、0.5%以下とした。なお、脱酸を十分に行うには、0.1%以上とすることが好ましい。
P、S:P、Sは中心偏析を助長する元素であり、低いことが望ましく、Pは0.010%以下、Sは0.01%以下とした。
Cu:Cuは、母材の強度を確保するために必要な元素であるが、0.10%未満ではその効果に乏しく、一方、0.70%を超えると母材およびHAZの靭性を低下させるため、0.10〜0.70%とした。
Nb:Nbは、母材およびHAZの強度と靭性を確保するために添加されるが、0.01%未満ではその効果に乏しく、一方、0.08%を超えると靭性に悪影響を及ぼすため、0.01〜0.08%とした。
Ca:Caは、脱酸剤であるが、0.001%未満ではその効果に乏しく、一方、0.005%超では靭性を低下させるため、0.001〜0.005%とした。
O:Oは、不可避的に混入する元素であり、低いことが望ましいが、特に、0.005%を超えると靭性を低下させるため、0.005%以下とした。
本発明ではさらに、必要に応じて母材組成に次の元素を追加してもよい。
Cr:Crは、母材の強度を高めるために、必要に応じて添加しうるが、0.60%を超えるとHAZの靭性を劣化させるため、0.60%以下が好ましい。より好ましくは0.10〜0.60%である。
V:Vは、母材およびHAZの強度と靭性を向上させるために、必要に応じて添加しうるが、0.08%を超えると靭性に悪影響を及ぼすため、0.08%以下が好ましい。より好ましくは0.01〜0.08%である。
〔数2〕
Ca当量={Ca−(0.18+130×Ca)×O}/(125×S)
ただし、式中右辺の元素記号は母材中のその元素の含有量(質量%)を表す。
C:Cは焼入れ性を大きく高める成分であるが、0.030%未満では強度が不足し、一方、0.060%超では炭化物やマルテンサイトが生成しやすくなり、靭性が低下するとともにT-クロス部の硬度を上昇させるため、0.030〜0.060%とした。
Mn:Mnは、脱酸剤および焼入れ性を高める成分として必要であるが、0.8%未満ではその効果に乏しく、一方、1.8%を超えるとUBが生成しやすくなり、靭性を低下させるとともに、T-クロス部の硬度を上昇させるので、0.8〜1.8%とした。
Cr:Crは、焼入れ性を高める成分であり、母材からの混入により含有されるが、0.50%を超えると焼入れ性が過剰となり、靭性を低下させるとともに、T-クロス部の硬度を上昇させるので、0.50%以下とした。
Nb:Nbは、焼入れ性を高める成分であり、母材からの混入により含有されるが、内面、外面とも0.07%を超えると焼入れ性が過剰となり、靭性を低下させるとともに、T-クロス部の硬度を上昇させるので、0.07%以下とした。
Mo:Moは、焼入れ性を高める成分であり、溶接金属組織を微細化し靭性を向上させるが、0.12%超では、溶接金属再熱部を脆化させ、特に、T-クロス部の硬度を著しく上昇させるので、0.12%以下とした。
B:Bは、焼入れ性を大きく高める成分であり、Tiとの相乗効果によって微細なAFを形成させ靭性を向上させるが、0.0005%未満ではこの効果に乏しく、一方、0.0015%を超えるとT-クロス部の硬度を著しく上昇させるので、0.0005〜0.0015%とした。
O:Oは、溶接金属中に不可避的に含まれる成分であるが、0.035%を超えると介在物を増加させ、さらにBと結合して粒界での初析フェライトの生成を促進し、靭性を低下させるので、0.035%以下とした。
(シーム溶接金属の靭性:)溶接終了後10mm×10mmサイズのシャルピー衝撃試験片3を溶接継手の外面(図2(a))、内面(図2(b))、ルート(図2(c))の3つの位置よりそれぞれ採取し、JIS Z2242に従いシャルピー衝撃試験を行う。試料採取位置は、外面は外表面から2mmの位置、内面は内表面から2mmの位置、ルートは外面と内面の溶接金属の溶融線が交わる2点(会合部)を通過する線が試験片中心線となる位置である。試験片の採取位置を図2に断面図で示す。
(T-クロス部の最高硬度:)円周溶接の模擬として、鋼管の外表面に、外面側シーム部長手方向と直交するように、CO2シールドガスを用いて入熱10.0kJ/cmでガスメタルアーク溶接ビードを形成し、T-クロス部を作製した。このガスメタルアーク溶接により再熱されたシーム溶接金属(外面溶接金属)2を硬さ試験箇所とするため、ガスメタルアーク溶接の溶接方向に垂直なT-クロス部の断面を露出させ、ガスメタルアーク溶接ビード6の溶融線7から圧痕8までの距離aが圧痕8の対角線の長さd以内の位置で、JIS Z3101に従い荷重98Nでヴィッカース硬度試験を行い、これをT-クロス部の最高硬度とする。試験箇所の概要を図3に示す。なお、ガスメタルアーク溶接に先立ち、シーム部の外面溶接金属を鋼管の外表面と平滑になるように研削した。
2 外面溶接金属
3 シャルピー衝撃試験片
4 ノッチ
5 鋼管の外表面
6 ガスメタルアーク溶接ビード
7 溶融線
8 圧痕
10 母材
Claims (1)
- 厚さ25〜35mmの鋼板からなる母材を管状に成形後そのシーム部を内外面1層盛り溶接してなる溶接鋼管であって、前記母材が、質量%で、C:0.01〜0.06%、Si:0.5%以下、Mn:0.8〜1.5%、P:0.010%以下、S:0.01%以下、Al:0.01〜0.10%、Cu:0.10〜0.70%、Ni:0.05〜1.00%、Nb:0.01〜0.08%、Ti:0.005〜0.05%、Ca:0.001〜0.005%、O:0.005%以下、N:0.005%以下、Cr:0.60%以下、Mo:0.10%以下、V:0.08%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなり、
シーム溶接金属が、質量%で、C:0.030〜0.060%、Si:0.5%以下、Mn:0.8〜1.8%、Cu:0.24〜0.50%、Cr:0.01〜0.50%、Ni:0.21〜0.50%、Nb:0.014〜0.07%、V:0.001〜0.07%、Mo:0.060〜0.12%、Ti:0.010〜0.03%、B:0.0005〜0.0015%、N:0.008%以下、O:0.035%以下を含み、かつ〔数1〕式で定義されるPsscが0.140〜0.160%であり、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐サワー特性に優れた高靭性厚肉溶接鋼管。
〔数1〕
Pssc=C+Si/15+(Mn+Cu+Cr)/10+Ni/30+Mo/2+V/5+20×B−12×N−4×O
ただし、式中右辺の元素記号は溶接金属中でのその元素の含有量(質量%)を表す。
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