JP5842473B2 - High strength welded steel pipe with high uniform elongation characteristics and excellent weld toughness, and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、API規格X80(引張強度700MPa)以上の高強度ラインパイプ用で、母材部の0.5%耐力に対する1.5%耐力の比が1.10以上かつ引張強度と一様伸びの積が7500MPa・%以上を満足する優れた変形性能と、−20℃までの低温域での優れた溶接部靱性を兼ね備えた高強度溶接鋼管に関する。 The present invention is for high-strength line pipes of API standard X80 (tensile strength 700 MPa) or higher, the ratio of 1.5% proof stress to 0.5% proof stress of the base material is 1.10 or higher, and the tensile strength and uniform elongation. The present invention relates to a high-strength welded steel pipe that combines excellent deformation performance satisfying a product of 7500 MPa ·% or more and excellent weld toughness in a low temperature range up to −20 ° C.
近年、天然ガスや原油の輸送用として使用されるラインパイプは、高圧化による輸送効率の向上や薄肉化による現地溶接施工効率の向上のため、年々高強度化され、さらに、大地震や凍土地帯における地盤変動を原因として、ラインパイプに大変形が生じても、座屈を発生しにくい高変形能の要求もなされるようになってきた。 In recent years, line pipes used for the transportation of natural gas and crude oil have been strengthened year by year in order to improve transportation efficiency by increasing pressure and to improve local welding construction efficiency by reducing wall thickness. As a result of ground deformation in Japan, there has been a demand for high deformability that hardly causes buckling even if large deformation occurs in the line pipe.
鋼材の変形能は降伏比が低い程大きいため、鋼材のミクロ組織を軟質なフェライト相と、硬質なベイナイトやマルテンサイトなどの硬質相が適度に分散した2相組織とする低降伏比鋼が開発されている。 The lower the yield ratio, the greater the deformability of the steel material. Therefore, a low yield ratio steel has been developed in which the microstructure of the steel material is a two-phase structure in which a soft ferrite phase and a hard phase such as hard bainite and martensite are appropriately dispersed. Has been.
例えば特許文献1は低降伏比低炭素低合金高張力鋼の製造方法に関し、軟質相中に硬質相が適度に分散した組織の鋼が記載され、その製造方法として、焼入れ(Q)と焼戻し(T)の中間に、フェライトとオーステナイトの2相域からの焼入れ(Q´)を施す熱処理方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 relates to a method of manufacturing a low yield ratio, low carbon, low alloy, high strength steel, which describes a steel having a structure in which a hard phase is appropriately dispersed in a soft phase, and as a manufacturing method thereof, quenching (Q) and tempering ( In the middle of T), a heat treatment method is disclosed in which quenching (Q ′) from a two-phase region of ferrite and austenite is performed.
特許文献2は建築用高強度低降伏比鋼管の製造方法に関し、同様な考え方にもとづき、溶接鋼管の製造工程において、冷間での曲げ成形および継ぎ目部の溶接を行ってから2相域に加熱後冷却する、低降伏比鋼管の製造方法が開示されている。特許文献3は低降伏比を有する高強度ラインパイプ用鋼に関し、軟質相である加工フェライトと、ベイナイトやマルテンサイトの硬質相を混在させた組織により低降伏比が達成されることが開示されている。特許文献4は高強度高靭性鋼板の製造方法に関し、ベイナイト中に硬質な島状マルテンサイトを分散させた場合、低降伏比が達成されることが開示されている。 Patent Document 2 relates to a method of manufacturing a high-strength low yield ratio steel pipe for construction, and based on the same concept, in the manufacturing process of a welded steel pipe, it is heated in a two-phase region after performing cold bending and welding at the seam. A method of manufacturing a low yield ratio steel pipe that is post-cooled is disclosed. Patent Document 3 discloses a steel for high-strength line pipes having a low yield ratio, and it is disclosed that a low yield ratio is achieved by a structure in which a processed ferrite that is a soft phase and a hard phase of bainite or martensite are mixed. Yes. Patent Document 4 relates to a method for producing a high-strength and high-toughness steel sheet, and discloses that a low yield ratio is achieved when hard island martensite is dispersed in bainite.
ラインパイプに大変形が生じて座屈が発生した後、更にパイプの変形が進むと、パイプには局部的な歪集中が生じ、延性破壊発生限界歪に到達すると延性破壊が生じる。延性破壊発生限界歪は、鋼材の一様伸びと相関すると考えられることから、低降伏比とともに高一様伸びを備えた鋼も開発されている。 When the pipe pipe is further deformed after the line pipe undergoes large deformation and buckling occurs, local strain concentration occurs in the pipe, and when the ductile fracture occurrence limit strain is reached, ductile fracture occurs. Since the critical strain at which ductile fracture occurs is considered to correlate with the uniform elongation of the steel material, steels having a high uniform elongation with a low yield ratio have been developed.
特許文献5は低降伏比高強度高靭性鋼板およびその製造方法に関し、金属組織がフェライトとベイナイトと島状マルテンサイトの3相組織で、体積分率が3〜15%の島状マルテンサイトと体積分率が2%以上の残留オーステナイトを含み、鋼板長手方向の一様伸びが12%以上である鋼板およびその製造方法が開示されている。特許文献6には特許文献5による低降伏比高強度高靭性鋼板を用いた低降伏比高強度高靭性鋼管およびその製造方法が記載されている。 Patent Document 5 relates to a low-yield-ratio high-strength and high-toughness steel sheet and a method for producing the same, and the metal structure is a three-phase structure of ferrite, bainite, and island martensite, and the volume ratio of 3-15% island martensite and volume. A steel sheet containing a retained austenite with a fraction of 2% or more and a uniform elongation in the longitudinal direction of the steel sheet of 12% or more and a method for producing the same are disclosed. Patent Document 6 describes a low yield ratio, high strength, high toughness steel pipe using a low yield ratio, high strength, high toughness steel pipe according to Patent Document 5, and a method for producing the same.
また、特許文献7は、API規格X100以上(降伏強度で約690MPa以上、引張強度で約760MPa以上)の高強度と優れたHAZ靭性および変形能を有する鋼管に関し、永久凍土に敷設されるパイプライン(3%程度の歪が負荷される)で延性亀裂が発生しないように、母材の一様伸びは、粒径20μm以下のフェライトを面積分率で5〜50%含有することで、溶接金属の一様伸びは、島状マルテンサイトを1〜15%含有させることで確保することが記載されている。 Patent Document 7 relates to a steel pipe having a high strength of API standard X100 or more (yield strength of about 690 MPa or more and tensile strength of about 760 MPa or more) and excellent HAZ toughness and deformability. In order to prevent the occurrence of ductile cracks (with a strain of about 3% applied), the uniform elongation of the base metal contains 5 to 50% ferrite in an area fraction of 20 μm or less in particle size. It is described that the uniform elongation is ensured by containing 1 to 15% of island martensite.
上述したように、現在、API規格X100以上(降伏強度で約690MPa以上、引張強度で約760MPa以上)の高強度と優れたHAZ靭性および変形能を有する鋼管が開発されているが、高強度・高靭性化が変形能に及ぼす影響は十分明らかでなく、近い将来予測されるこれら特性の一層の向上達成のため、更なる検討をしておく必要がある。一様伸びは鋼の引張強度上昇に伴い低下するため、例えば1000MPaを超える高強度化を行った場合、7%以上の一様伸びを確保することは非常に困難とされている。 As described above, steel pipes having high strength of API standard X100 or higher (yield strength of about 690 MPa or higher, tensile strength of about 760 MPa or higher) and excellent HAZ toughness and deformability have been developed. The effect of high toughness on deformability is not clear enough, and further studies are needed to achieve further improvements in these properties that are expected in the near future. Since the uniform elongation decreases as the tensile strength of the steel increases, it is considered extremely difficult to ensure a uniform elongation of 7% or more when, for example, an increase in strength exceeding 1000 MPa is performed.
また、2相組織を得るため鋼管を溶接した後に熱処理をする場合、溶接金属部の低温靱性が損なわれる可能性がある。 Moreover, when heat-processing after welding a steel pipe in order to obtain a two-phase structure, the low temperature toughness of a weld metal part may be impaired.
そこで、本発明は、上記課題解決の一助とすべく、API規格X80級以上の高強度鋼を用いた鋼管を対象に、地震等の地盤変動に伴う曲げ変形を受けた場合の、座屈発生の抑制と、パイプが座屈しても、座屈部からの延性破壊発生の防止のために高い一様伸びを有し、かつ溶接部における優れた低温靱性を兼ね備えた溶接鋼管およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in order to help solve the above problems, the present invention is subject to buckling when a steel pipe using high-strength steel of API standard X80 or higher is subjected to bending deformation accompanying ground deformation such as an earthquake. A welded steel pipe having a high uniform elongation and excellent low-temperature toughness in the welded part, and a method for producing the same, in order to prevent the occurrence of ductile fracture from the buckled part even if the pipe buckles The purpose is to provide.
本発明者等は、埋設パイプが地盤変動によって曲げ変形を受けた際、曲げ内側での座屈発生を、当該位置での圧縮歪量を1%までに抑制することを目標に、鋼の引張特性について鋭意研究を重ね、以下の知見を得た。
1 座屈の発生は、応力−歪曲線の1%歪前後における硬化勾配に依存し、硬化勾配が大きくなるほど抑制される。
When the buried pipe is subjected to bending deformation due to ground fluctuation, the present inventors aim to suppress the occurrence of buckling inside the bend to the amount of compressive strain at the position to 1%, with the goal of After extensive research on the characteristics, the following findings were obtained.
1 The occurrence of buckling depends on the curing gradient before and after 1% strain of the stress-strain curve, and is suppressed as the curing gradient increases.
実管曲げ試験結果よれば、使用パイプの応力−歪曲線における1.5%耐力値と0.5%耐力値の耐力比(0.5%耐力値に対する1.5%耐力値の比)が1.10以上となる場合に座屈が発生しなくなる。
2 このような高い耐力比には、分率が低くても高強度化に有効な島状マルテンサイト(Martensite−Austenite constituentsともいう、以降MAと略す)の形態および第1相中の分散状態が一様伸びに大きく影響する。
According to the actual pipe bending test results, the yield ratio between the 1.5% proof stress value and the 0.5% proof stress value in the stress-strain curve of the pipe used (ratio of the 1.5% proof stress value to the 0.5% proof stress value) is When it is 1.10 or more, buckling does not occur.
2 In such a high yield strength ratio, the form of island-like martensite (also referred to as Martensite-Austenite constituents, hereinafter abbreviated as MA) effective in increasing the strength even if the fraction is low, and the dispersion state in the first phase The uniform elongation is greatly affected.
素材鋼板の製造方法と冷間加工による鋼管形状への成形中の熱処理の制御により、低温靱性を得るために必要な溶接金属のミクロ組織を変質させることなく、曲げ内側での座屈防止に最適なMAの形態および分散状態を備えた、母材部のミクロ組織が得られる。 Ideal for preventing buckling inside the bend without altering the microstructure of the weld metal necessary to obtain low-temperature toughness by controlling the heat treatment during forming into a steel pipe shape by cold working and the manufacturing method of the raw steel plate It is possible to obtain a microstructure of the base material portion having a suitable MA shape and dispersion state.
本発明は得られた知見をもとに更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は
1.母材部の成分組成が、質量%で、
C:0.05〜0.08%、
Si:0.1%以下、
Mn:1.8〜4.0%、
Al:0.003〜0.08%、
Nb:0.01〜0.03%、
Ti:0.005〜0.025%、
を含有し、さらに
Cu:0.1〜1.0%、
Ni:0.1〜2.0%、
Mo:0.1〜1.0%、
Cr:0.1〜1.0%、
B:0.0010〜0.0030%、
の1種または2種以上を含有し
残部Feおよび不可避的不純物からなり、
溶接金属部の成分組成が、質量%で、
C:0.06〜0.10%、
Si:0.2〜0.5%、
Mn:1.6〜2.0%、
Al:0.03%以下、
Nb:0.005〜0.025%、
Ti:0.015〜0.040%、
O:0.015〜0.04%、
N:0.01%以下、
を含有し、さらに
Cu:0.1〜0.3%、
Ni:0.1〜3.5%、
Mo:0.05〜1.5%、
Cr:0.1〜1.5%、
V:0.025〜0.1%、
B:0.0005〜0.003%、
の1種または2種以上を含有し
残部Feおよび不可避的不純物からなり、
前記母材部は、第1相がベイナイトで、第2相が第1相中に面積率で5〜20%分散した平均アスペクト比が2.0以下である島状マルテンサイトで、前記島状マルテンサイトの90%以上が旧オーステナイト粒界に存在したミクロ組織を有し、
前記溶接金属部は、アシキュラフェライトとベイナイトを合わせた面積率が80%以上かつ、島状マルテンサイトの面積率が5%以下であるミクロ組織を有することを特徴とする、
高一様伸びを備え、かつ溶接部靱性に優れた高強度溶接鋼管。
2.母材部の成分組成が、更に、質量%で、
Ca:0.0005〜0.01%、
REM:0.0005〜0.02%、
Zr:0.0005〜0.01%、
Mg:0.0005〜0.01%、
の1種または2種以上を含有することを特徴とする、1記載の高一様伸びを備え、かつ溶接部靱性に優れた高強度溶接鋼管。
3.質量%で、
C:0.05〜0.08%、
Si:0.1%以下、
Mn:1.8〜4.0%、
Al:0.003〜0.08%、
Nb:0.01〜0.03%、
Ti:0.005〜0.025%、
を含有し、さらに
Cu:0.1〜1.0%、
Ni:0.1〜2.0%、
Mo:0.1〜1.0%、
Cr:0.1〜1.0%、
B:0.0010〜0.0030%、
の1種または2種以上を含有し
残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼片を、Ac3以上に再加熱後、圧延終了温度Ar3以上で熱間圧延し、冷却速度10〜80℃/sで400℃未満の温度域まで加速冷却を行い、その後、空冷して得られた鋼板を冷間成形により筒状に成形した後、Ac1以上Ac3以下に急速加熱し、引続き空冷あるいは水冷で室温まで冷却後、端部を溶接し、最後に拡管をすることを特徴とする、高一様伸びを備え、かつ溶接部靱性に優れた高強度溶接鋼管の製造方法。
4.鋼片の成分組成が更に、質量%で、
Ca:0.0005〜0.01%、
REM:0.0005〜0.02%、
Zr:0.0005〜0.01%、
Mg:0.0005〜0.01%、
の1種または2種以上を含有することを特徴とする3記載の高一様伸びを備え、かつ溶接部靱性に優れた高強度溶接鋼管の製造方法。
The present invention has been made by further investigation based on the obtained knowledge. The composition of the base material part is mass%,
C: 0.05-0.08%
Si: 0.1% or less,
Mn: 1.8-4.0%,
Al: 0.003 to 0.08%,
Nb: 0.01-0.03%,
Ti: 0.005 to 0.025%,
Further Cu: 0.1 to 1.0%,
Ni: 0.1 to 2.0%,
Mo: 0.1 to 1.0%,
Cr: 0.1 to 1.0%,
B: 0.0010 to 0.0030%,
1 type or 2 types or more, and the balance Fe and unavoidable impurities,
The component composition of the weld metal part is mass%,
C: 0.06 to 0.10%,
Si: 0.2 to 0.5%
Mn: 1.6-2.0%,
Al: 0.03% or less,
Nb: 0.005 to 0.025%,
Ti: 0.015-0.040%,
O: 0.015-0.04%,
N: 0.01% or less,
In addition, Cu: 0.1-0.3%,
Ni: 0.1 to 3.5%
Mo: 0.05-1.5%,
Cr: 0.1 to 1.5%
V: 0.025 to 0.1%,
B: 0.0005 to 0.003%,
1 type or 2 types or more, and the balance Fe and unavoidable impurities,
The base material part is an island-shaped martensite having an average aspect ratio of 2.0 or less in which the first phase is bainite and the second phase is dispersed in an area ratio of 5 to 20% in the first phase. 90% or more of martensite has a microstructure present in the prior austenite grain boundaries,
The weld metal part has a microstructure in which the area ratio of acicular ferrite and bainite is 80% or more and the area ratio of island martensite is 5% or less,
High strength welded steel pipe with high uniform elongation and excellent weld toughness.
2. The component composition of the base material part is further mass%,
Ca: 0.0005 to 0.01%,
REM: 0.0005 to 0.02%,
Zr: 0.0005 to 0.01%,
Mg: 0.0005 to 0.01%,
A high-strength welded steel pipe having high uniform elongation as described in 1 and having excellent weld toughness, characterized by containing one or more of the following.
3. % By mass
C: 0.05-0.08%
Si: 0.1% or less,
Mn: 1.8-4.0%,
Al: 0.003 to 0.08%,
Nb: 0.01-0.03%,
Ti: 0.005 to 0.025%,
Further Cu: 0.1 to 1.0%,
Ni: 0.1 to 2.0%,
Mo: 0.1 to 1.0%,
Cr: 0.1 to 1.0%,
B: 0.0010 to 0.0030%,
A steel slab containing one or more of the above and comprising the balance Fe and inevitable impurities is re-heated to Ac 3 or higher, then hot-rolled at a rolling end temperature Ar 3 or higher, and a cooling rate of 10 to 80 ° C./s The steel sheet obtained by accelerating cooling to a temperature range of less than 400 ° C. and then air-cooled is formed into a cylindrical shape by cold forming, and then rapidly heated to Ac 1 or more and Ac 3 or less, followed by air cooling or water cooling. A method for producing a high-strength welded steel pipe having high uniform elongation and excellent weld toughness, characterized in that after cooling to room temperature, the ends are welded and finally expanded.
4). The component composition of the billet is further mass%,
Ca: 0.0005 to 0.01%,
REM: 0.0005 to 0.02%,
Zr: 0.0005 to 0.01%,
Mg: 0.0005 to 0.01%,
A method for producing a high-strength welded steel pipe having high uniform elongation as described in 3 and having excellent weld toughness, characterized by containing one or more of the following.
本発明によれば、地震等の地盤変動によってもパイプの座屈およびその後の延性破壊がそれぞれを生じにくく、かつ−20℃までの溶接部低温靱性を有するAPI規格X80級以上の高強度鋼管を提供することが可能で、産業上極めて有用である。 According to the present invention, a high-strength steel pipe of API standard X80 class or higher that is unlikely to cause pipe buckling and subsequent ductile fracture due to ground deformation such as an earthquake, and has low-temperature toughness of a welded portion up to −20 ° C. It can be provided and is extremely useful in industry.
本発明では、母材部および溶接金属部の成分組成とミクロ組織をそれぞれ規定する。
[母材部成分組成]以下の説明において%は質量%とする。
C:0.05%以上、0.08%以下
CはX80級以上の高強度を得るために必要なMA面積率を確保するために0.05%以上の含有が必要である。一方、0.08%を超えて添加すると、第2相のMAに加えてセメンタイトの生成を招き延性の低下につながるため、上限を0.08%とする。
In the present invention, the component composition and the microstructure of the base metal part and the weld metal part are respectively defined.
[Base Material Component Composition] In the following description,% is mass%.
C: 0.05% or more, 0.08% or less C needs to be contained in an amount of 0.05% or more in order to secure the MA area ratio necessary for obtaining high strength of X80 grade or more. On the other hand, if added over 0.08%, in addition to the second phase MA, the formation of cementite leads to a decrease in ductility, so the upper limit is made 0.08%.
Si:0.1%以下
Siは溶接熱影響部においてはMAの生成を助長し、溶接部靱性の低下をもたらすため、溶接部におけるMAの生成を抑制するため上限を0.1%とする。
Si: 0.1% or less Since Si promotes the formation of MA in the weld heat affected zone and causes a reduction in weld toughness, the upper limit is made 0.1% in order to suppress the formation of MA in the weld.
Mn:1.8〜4.0%
Mnは焼入性向上元素として作用し、鋼の加速冷却時にフェライト変態を抑制させ第1相をベイナイトとするために必要な元素である。さらに、多量に添加することで、フェライト相に固溶できるC量を低減する効果があり、未変態オーステナイト領域へのC濃化を大きくするので、MAの生成量を増加させる。母材部の第1相をベイナイトとし、かつ第2相のMAの面積率を後述するように5%以上とするためには、1.8%以上含有することが必要である。一方、4.0%を超える添加を行うと、ミクロ組織がマルテンサイト主体となり延性が大きく低下するため、上限を4.0%とする。
Mn: 1.8-4.0%
Mn acts as a hardenability improving element, and is an element necessary for suppressing ferrite transformation during accelerated cooling of steel and making the first phase bainite. Furthermore, the addition of a large amount has the effect of reducing the amount of C that can be dissolved in the ferrite phase and increases the C concentration in the untransformed austenite region, thereby increasing the amount of MA produced. In order to make the first phase of the base metal part bainite and the area ratio of MA of the second phase to be 5% or more as described later, it is necessary to contain 1.8% or more. On the other hand, if the addition exceeds 4.0%, the microstructure becomes martensite mainly and the ductility is greatly reduced, so the upper limit is made 4.0%.
Al:0.003〜0.08%
Alは脱酸元素として作用する。Siと同時添加で十分な脱酸効果を得るためには0.003%以上の含有が必要である。一方、0.08%を超えて添加すると鋼の清浄度が低下し、一様伸び低下の原因となるため、上限を0.08%とする。
Al: 0.003 to 0.08%
Al acts as a deoxidizing element. In order to obtain a sufficient deoxidation effect by simultaneous addition with Si, a content of 0.003% or more is necessary. On the other hand, if added over 0.08%, the cleanliness of the steel is lowered and the uniform elongation is reduced, so the upper limit is made 0.08%.
Nb:0.01〜0.03%
Nbは熱間圧延中のオーステナイト未再結晶域を拡大し、鋼の焼入れ性向上元素としても作用する。また、Mnと同様に未変態オーステナイト領域へのC濃化を大きくするので、MAの生成量を増加させる。後述するようにミクロ組織において、MAの面積率を5%以上とするためには、0.01%以上の添加が必要である。一方、0.03%を超えて添加すると溶接部靱性を低下させることから、上限を0.03%とする。
Nb: 0.01-0.03%
Nb expands the austenite non-recrystallized region during hot rolling, and also acts as an element for improving the hardenability of steel. Further, since the C concentration in the untransformed austenite region is increased similarly to Mn, the amount of MA produced is increased. As will be described later, in order to make the area ratio of MA 5% or more in the microstructure, it is necessary to add 0.01% or more. On the other hand, if added over 0.03%, the toughness of the weld is reduced, so the upper limit is made 0.03%.
Ti:0.005〜0.025%
Tiは窒化物を形成し、靭性に悪影響を与える、鋼中の固溶N量の低減に有効であるほか、析出したTiNがピンニング効果でオーステナイト粒の粗大化を抑制して、ミクロ組織の粗大化を抑制する。そのような効果を得るため、0.005%以上含有させる。一方、0.025%を超えて添加するとTiCを形成するようになり、その析出硬化で延性が低下することから、上限を0.025%とする。
Ti: 0.005-0.025%
Ti forms nitrides and has an adverse effect on toughness. It is effective in reducing the amount of dissolved N in steel. In addition, the precipitated TiN suppresses the coarsening of austenite grains due to the pinning effect, and the microstructure is coarse. Control. In order to obtain such an effect, 0.005% or more is contained. On the other hand, if added over 0.025%, TiC is formed, and ductility is lowered by precipitation hardening, so the upper limit is made 0.025%.
Cu、Ni、Mo、Cr、Bの1種または2種以上
本発明では、母材部の強度としてAPI規格のX80級を超える高強度を達成し、溶接熱影響部の強度を向上させるため、Cu、Ni、Mo、Cr、Bの1種または2種以上を含有する。
In the present invention, one or more of Cu, Ni, Mo, Cr, B, in the present invention, to achieve a high strength exceeding the API standard X80 class as the strength of the base material portion, to improve the strength of the weld heat affected zone, Contains one or more of Cu, Ni, Mo, Cr, B.
Cu:0.1〜1.0%
Cuは0.1%以上含有することによって焼入性向上元素として作用し、多量のMn添加の代替とすることができる。しかし、1.0%を超えて含有すると、Cuが析出し、その析出硬化で0.5%耐力に対する1.5%耐力の比が小さくなることから、含有する場合には上限を1.0%とする。
Cu: 0.1 to 1.0%
When Cu is contained in an amount of 0.1% or more, it acts as a hardenability improving element and can replace a large amount of Mn addition. However, if the content exceeds 1.0%, Cu is precipitated, and the ratio of 1.5% proof stress to 0.5% proof stress is reduced by precipitation hardening. %.
Ni:0.1〜2.0%
Niは、焼入性向上元素として作用し、添加しても靱性劣化を起こさないため、本発明において有用な元素である。この効果は、0.1%以上含有することにより発揮されるが、2.0%を超えて含有しても焼入性向上効果が飽和するため、含有する場合には上限を2.0%とする。
Ni: 0.1 to 2.0%
Ni is a useful element in the present invention because it acts as a hardenability improving element and does not cause toughness deterioration even when added. This effect is exhibited by containing 0.1% or more, but even if it contains more than 2.0%, the effect of improving the hardenability is saturated. And
Mo:0.1〜1.0%
Moは母材あるいは溶接熱影響部の強度を向上させるため含有させることができる。0.1%以上含有することによって焼入性向上元素として作用し、多量のMn添加の代替とすることができる。しかし、高価な元素であり、かつ1.0%を超えて含有しても強度上昇は飽和するため、含有する場合は、上限を1.0%とする。
Mo: 0.1 to 1.0%
Mo can be contained in order to improve the strength of the base material or the weld heat affected zone. By containing 0.1% or more, it acts as a hardenability improving element and can be used as a substitute for adding a large amount of Mn. However, since it is an expensive element and the increase in strength is saturated even if it is contained in excess of 1.0%, the upper limit is made 1.0%.
Cr:0.1〜1.0%
Crは母材あるいは溶接熱影響部の強度を向上させるため含有させることができる。0.1%以上含有することによって焼入性向上元素として作用し、多量のMn添加の代替とすることができる。しかし、1.0%を超えて含有するとHAZ靱性が著しく劣化するため、含有する場合は、上限を1.0%とする。
Cr: 0.1 to 1.0%
Cr can be contained in order to improve the strength of the base material or the weld heat affected zone. By containing 0.1% or more, it acts as a hardenability improving element and can be used as a substitute for adding a large amount of Mn. However, if the content exceeds 1.0%, the HAZ toughness is remarkably deteriorated. If contained, the upper limit is made 1.0%.
B:0.0010〜0.0030%
Bは母材あるいは溶接熱影響部の強度を向上させるため含有させることができる。Bはオーステナイト粒界に偏析してフェライト変態を抑制して、母相(第1相と言うこともある)組織をベイナイト主体として、引張強度800MPa以上の高強度化を可能とする。フェライト変態抑制効果は、0.0010%以上含有することにより発揮されるが、0.0030%を超えて含有しても効果が飽和するため、含有する場合には上限を0.0030%とする。
B: 0.0010 to 0.0030%
B can be contained in order to improve the strength of the base material or the weld heat affected zone. B segregates at the austenite grain boundaries and suppresses ferrite transformation, and allows the parent phase (sometimes referred to as the first phase) to be a bainite-based structure and to increase the tensile strength to 800 MPa or more. The ferrite transformation inhibitory effect is exhibited by containing 0.0010% or more, but the effect is saturated even if contained over 0.0030%, so when it is contained, the upper limit is made 0.0030% .
以上が本発明鋼母材部の基本成分組成であるが、一様伸び特性をさらに向上させる場合、Ca、REM、Zr、Mgの一種または二種以上を含有させることができる。Ca、REM、Zr、Mgは鋼中の非金属介在物であるMnSの形態制御、あるいは酸化物あるいは窒化物を形成し、清浄度を向上させて一様伸びを向上させる。 The above is the basic component composition of the steel base material of the present invention. When the uniform elongation characteristics are further improved, one or more of Ca, REM, Zr, and Mg can be contained. Ca, REM, Zr, and Mg control the form of MnS, which is a non-metallic inclusion in steel, or form oxides or nitrides to improve cleanliness and improve uniform elongation.
Ca:0.0005〜0.01%
Caは鋼中の硫化物の形態制御に有効な元素であり、0.0005%以上含有すると延性に有害なMnSの生成を抑制する。一方、0.01%を超えて含有すると、CaO−CaSのクラスターを形成し、かえって延性を劣化させるので、含有する場合は、上限を0.01%とすることが好ましい。
Ca: 0.0005 to 0.01%
Ca is an element effective for controlling the form of sulfide in steel, and when contained in an amount of 0.0005% or more, the production of MnS harmful to ductility is suppressed. On the other hand, when the content exceeds 0.01%, a CaO-CaS cluster is formed, and ductility is deteriorated. Therefore, when it is contained, the upper limit is preferably made 0.01%.
REM:0.0005〜0.02%
REMは鋼中の硫化物の形態制御に有効な元素であり、0.0005%以上含有すると延性に有害なMnSの生成を抑制する。一方、高価な元素であり、かつ0.02%を超えて含有しても効果が飽和するため、含有する場合は、上限を0.02%とすることが好ましい。
REM: 0.0005 to 0.02%
REM is an effective element for controlling the form of sulfide in steel, and when it is contained in an amount of 0.0005% or more, it suppresses the generation of MnS harmful to ductility. On the other hand, since it is an expensive element and the effect is saturated even if it contains more than 0.02%, when it is contained, the upper limit is preferably made 0.02%.
Zr:0.0005〜0.01%
Zrは鋼中で炭窒化物を形成し、オーステナイト粒の粗大化を抑制するピンニング効果をもたらす。十分なピンニング効果を得るためには、0.0005%以上含有することが好ましいが、0.01%を超えて含有すると、鋼中の清浄度が著しく低下し、かえって延性の低下につながるため、含有する場合は、上限を0.01%とすることが好ましい。
Zr: 0.0005 to 0.01%
Zr forms carbonitrides in steel and brings about a pinning effect that suppresses coarsening of austenite grains. In order to obtain a sufficient pinning effect, it is preferable to contain 0.0005% or more, but if it exceeds 0.01%, the cleanliness in the steel is remarkably lowered, which leads to a reduction in ductility. When it contains, it is preferable that an upper limit shall be 0.01%.
Mg:0.0005〜0.01%
Mgは製鋼過程で酸化物を微細化する効果があり、延性低下の原因となる粗大酸化物の抑制に有効である。十分な、酸化物の微細化効果を得るためには0.0005%以上含有することが好ましいが、0.01%を超えて含有しても効果が飽和することから、含有する場合には、上限を0.01%とすることが好ましい。
Mg: 0.0005 to 0.01%
Mg has the effect of refining oxides in the steelmaking process and is effective in suppressing coarse oxides that cause ductility reduction. In order to obtain a sufficient oxide refining effect, it is preferable to contain 0.0005% or more, but even if contained over 0.01%, the effect is saturated. The upper limit is preferably 0.01%.
本発明に係る鋼管母材部において、上記以外の成分は、Feおよび不可避的不純物である。なお、本発明においてPおよびSは不可避的不純物で、過度のP含有は鋳造時に中心偏析して鋼の延性を低下させるため、また、過度のS含有は延性に有害なMnSの生成を助長するため、いずれも、経済性を考慮して可能な範囲で低減することが好ましく、P量は0.01%以下、S量は0.003%以下であることが好ましい。 In the steel pipe base material part according to the present invention, the components other than the above are Fe and inevitable impurities. In the present invention, P and S are unavoidable impurities, and excessive P content segregates at the time of casting to lower the ductility of the steel, and excessive S content promotes the generation of MnS harmful to ductility. Therefore, in any case, it is preferable to reduce as much as possible in consideration of economic efficiency, and the P amount is preferably 0.01% or less and the S amount is preferably 0.003% or less.
[溶接金属成分組成]以下の説明において%は質量%とする。
C:0.06%〜0.10%
溶接金属においてCは溶接金属高温割れを防止するために0.06%以上必要である。一方、0.10%を超えると、溶接金属のミクロ組織がマルテンサイト主体となり靱性が著しく低下するため、上限を0.10%とする。
[Welding metal component composition] In the following description, "%" means "mass%".
C: 0.06% to 0.10%
In the weld metal, C is required to be 0.06% or more in order to prevent hot cracking of the weld metal. On the other hand, if it exceeds 0.10%, the microstructure of the weld metal is mainly martensite and the toughness is remarkably lowered, so the upper limit is made 0.10%.
Si:0.2〜0.5%
Siは溶接金属中では脱酸元素として働き、溶接金属中の酸素量を制御するために必要な元素である。溶接金属中のSiが0.2%未満の場合、脱酸が不十分となり溶接金属中の酸素量が増加し靱性の低下をもたらすため0.2%以上必要である。一方、0.5%を超えると溶接金属靱性にとっては有害なMAの生成が著しくなるため、上限を0.5%とする。
Si: 0.2 to 0.5%
Si acts as a deoxidizing element in the weld metal and is an element necessary for controlling the amount of oxygen in the weld metal. If the Si content in the weld metal is less than 0.2%, deoxidation is insufficient and the amount of oxygen in the weld metal increases, resulting in a decrease in toughness. On the other hand, if it exceeds 0.5%, the production of MA harmful to weld metal toughness becomes remarkable, so the upper limit is made 0.5%.
Mn:1.6〜2.0%
Mnは溶接金属においても焼入性向上元素として作用する。溶接金属の引張強度を母材部と同等かそれ以上(700MPa以上)とするためにはアシキュラフェライトとベイナイトとの混合組織とする必要があり、1.6%以上のMnが必要である。一方、2.0%を超えて含有すると溶接金属のミクロ組織がマルテンサイト主体となり、靱性が著しく低下するため、上限を2.0%とする。
Mn: 1.6-2.0%
Mn also acts as a hardenability improving element in the weld metal. In order to make the tensile strength of the weld metal equal to or higher than the base metal part (700 MPa or more), it is necessary to have a mixed structure of acicular ferrite and bainite, and 1.6% or more of Mn is required. On the other hand, if the content exceeds 2.0%, the microstructure of the weld metal is mainly martensite, and the toughness is significantly reduced, so the upper limit is made 2.0%.
Al:0.03%以下
Alは母材部からの希釈で不可避的不純物として溶接金属中に存在するが、0.03%を超えると後述するTiOの生成を阻害し、溶接金属のアシキュラフェライトの微細化が抑制され優れた低温靱性を得ることができないため、上限を0.03%とする。
Al: 0.03% or less Al is present in the weld metal as an unavoidable impurity due to dilution from the base metal part, but when it exceeds 0.03%, the formation of TiO described later is inhibited, and the acicular ferrite of the weld metal Therefore, the upper limit is made 0.03%.
Nb:0.005〜0.025%
Nbは、溶接金属中の固溶Nに対して、Bより先に窒化物を形成することにより、オーステナイト粒界においてBを固溶Bとして存在させるため、0.005%以上含有することが必要である。一方、0.025%を超えると炭化物を形成し、溶接金属を析出硬化させ靱性の低下をもたらすため、上限を0.025%とする。
Nb: 0.005 to 0.025%
Nb needs to be contained in an amount of 0.005% or more in order to make B exist as a solid solution B at the austenite grain boundary by forming a nitride prior to B with respect to solid solution N in the weld metal. It is. On the other hand, if it exceeds 0.025%, carbides are formed, the weld metal is precipitated and hardened, and the toughness is reduced, so the upper limit is made 0.025%.
Ti:0.015〜0.040%
Tiは溶接金属中の酸素と反応してTiOを形成し、溶接金属オーステナイト粒内からのアシキュラフェライト変態核として機能する。微細なアシキュラフェライト組織とするためには多数のTiOの生成が必要であり、Tiは0.015%以上必要である。一方、0.040%を超えると溶接金属中のTiOが凝集・粗大化してシャルピー衝撃値の低下をもたらすため、上限を0.040%とする。
Ti: 0.015-0.040%
Ti reacts with oxygen in the weld metal to form TiO and functions as an acicular ferrite transformation nucleus from within the weld metal austenite grains. In order to obtain a fine acicular ferrite structure, it is necessary to generate a large number of TiO, and Ti is required to be 0.015% or more. On the other hand, if it exceeds 0.040%, TiO in the weld metal is aggregated and coarsened to reduce the Charpy impact value, so the upper limit is made 0.040%.
O:0.015〜0.04%
Oは、上述のTiと反応してTiOを形成し、溶接金属オーステナイト粒内からのアシキュラフェライト変態核として機能する。微細なアシキュラフェライト組織とするためには多数のTiOの生成が必要であり、Oは少なくとも0.015%必要である。一方、0.04%を超えると溶接金属中のTiOが凝集・粗大化してシャルピー衝撃値の低下をもたらすため、上限を0.04%とする。
O: 0.015-0.04%
O reacts with the above-mentioned Ti to form TiO and functions as an acicular ferrite transformation nucleus from within the weld metal austenite grains. In order to obtain a fine acicular ferrite structure, it is necessary to produce a large number of TiO, and O is required to be at least 0.015%. On the other hand, if it exceeds 0.04%, TiO in the weld metal is aggregated and coarsened to reduce the Charpy impact value, so the upper limit is made 0.04%.
N:0.01%以下
溶接金属中のNは不可避的不純物として存在するが、0.01%を超えて含む場合、固溶して溶接金属靱性を著しく劣化させるため、上限を0.01%とする。
N: 0.01% or less N in the weld metal exists as an unavoidable impurity. However, when it exceeds 0.01%, the upper limit is set to 0.01% because it dissolves and significantly deteriorates the weld metal toughness. And
Cu、Ni、Mo、Cr、V、Bの1種または2種以上
本発明では、溶接金属の強度を上昇させるため、Cu、Ni、Mo、Cr、V、Bの1種または2種以上を添加する。
In the present invention, one or more of Cu, Ni, Mo, Cr, V, and B are used. In the present invention, one or more of Cu, Ni, Mo, Cr, V, and B are used in order to increase the strength of the weld metal. Added.
Cu:0.1〜0.3%
Cuは0.1%以上含有することによって焼入性向上元素として作用し、Mn添加の代替とすることができる。しかし、0.3%を超えるとCu液化割れが著しく溶接欠陥の原因となるため、含有する場合には上限を0.3%とする。
Cu: 0.1 to 0.3%
When Cu is contained in an amount of 0.1% or more, it acts as a hardenability improving element and can be substituted for Mn addition. However, if it exceeds 0.3%, Cu liquefaction cracks cause marked weld defects, so when it is contained, the upper limit is made 0.3%.
Ni:0.1〜3.5%
Niは、焼入性向上元素として作用し、添加しても靱性劣化を起こさないため、溶接金属においても有用な元素である。この効果は、0.1%以上含有することにより発揮されるが、3.5%を超えると溶接金属の高温割れ感受性が高まり溶接欠陥の原因となるため、含有する場合には上限を3.5%とする。
Ni: 0.1 to 3.5%
Ni acts as a hardenability improving element and does not cause toughness deterioration even when added, so it is a useful element in weld metals. This effect is exhibited when the content is 0.1% or more. However, if it exceeds 3.5%, the hot cracking susceptibility of the weld metal increases and causes weld defects. 5%.
Mo:0.05〜1.5%
Moは0.05%以上含有することによって焼入性向上元素として作用し、Mn添加の代替とすることができる。しかし、1.5%を超えて添加すると溶接金属のミクロ組織がマルテンサイト主体となり、著しく靱性が低下するため、含有する場合には上限を1.5%とする。
Mo: 0.05-1.5%
By containing 0.05% or more of Mo, it acts as a hardenability improving element and can be used as an alternative to the addition of Mn. However, if added over 1.5%, the microstructure of the weld metal becomes mainly martensite and the toughness is remarkably reduced. Therefore, when it is contained, the upper limit is made 1.5%.
Cr:0.1〜1.5%
Crもまた0.1%以上含有することによって焼入性向上元素として作用し、Mn添加の代替とすることができる。しかし、高価な元素であり、かつ1.5%を超えて含有しても強度上昇の効果が飽和するため、含有する場合には上限を1.5%とする。
Cr: 0.1 to 1.5%
When Cr is also contained in an amount of 0.1% or more, it acts as a hardenability improving element and can be used as an alternative to Mn addition. However, since it is an expensive element and the effect of increasing the strength is saturated even if the content exceeds 1.5%, the upper limit is made 1.5%.
V:0.025〜0.1%
Vは0.025%以上含有することで溶接金属中でも炭化物を形成しその析出強化によって、溶接金属強度の高強度化に寄与するため、Mn添加の代替とすることができる。しかし、0.1%を超えて含有すると、析出強化が著しく溶接金属靱性を大きく損なうことから、含有する場合には上限を0.1%とする。
V: 0.025 to 0.1%
By containing V in an amount of 0.025% or more, carbides are formed even in the weld metal, and the precipitation strengthening contributes to an increase in the strength of the weld metal. Therefore, V can be substituted for the addition of Mn. However, if the content exceeds 0.1%, precipitation strengthening remarkably impairs the weld metal toughness, so the upper limit is made 0.1%.
B:0.0005〜0.003%
Bは溶接金属のオーステナイト粒界からのポリゴナルフェライト生成を抑制し、溶接金属のミクロ組織をアシキュラフェライト主体組織とする効果がある。粒界からのポリゴナルフェライト生成を抑制する効果は0.0005%以上含有することにより発揮されるが好ましいが、0.003%を超えても効果が飽和するため、含有する場合には上限を0.003%とする。
B: 0.0005 to 0.003%
B has the effect of suppressing the formation of polygonal ferrite from the austenite grain boundaries of the weld metal and making the microstructure of the weld metal a main structure of acicular ferrite. Although the effect of suppressing the formation of polygonal ferrite from the grain boundary is exhibited by inclusion of 0.0005% or more, the effect is saturated even if it exceeds 0.003%, so when it is contained, the upper limit is set 0.003%.
本発明に係る鋼管溶接金属において、上記以外の成分は、Feおよび不可避的不純物である。なお、本発明においてPおよびSは不可避的不純物で、過度のP含有は溶接金属部の粒界に偏析して延性・靭性を低下させるため、また、過度のS含有は延性に有害なMnSの生成を助長するため、いずれも、経済性を考慮して可能な範囲で低減することが好ましく、P量は0.01%以下、S量は0.003%以下であることが好ましい。
[母材部ミクロ組織]
本発明では、鋼管母材部のミクロ組織を、ベイナイト主体の母相と、前記母相中に分散して存在する第2相とを有する組織とする。該第2相は平均アスペクト比が2.0以下の島状マルテンサイト(MAと言う場合がある)で、面積率が5〜20%であり、さらに、90%以上が、旧オーステナイト粒界に存在している組織に規定する。
In the steel pipe weld metal according to the present invention, the components other than the above are Fe and inevitable impurities. In the present invention, P and S are unavoidable impurities, and excessive P content segregates at the grain boundaries of the weld metal part to lower ductility and toughness. Excessive S content is a harmful component of MnS. In order to promote the generation, it is preferable to reduce the amount as much as possible in consideration of economic efficiency. The P amount is preferably 0.01% or less, and the S amount is preferably 0.003% or less.
[Base material microstructure]
In the present invention, the microstructure of the steel pipe base material portion is a structure having a bainite-based parent phase and a second phase dispersed and present in the parent phase. The second phase is island martensite (may be referred to as MA) having an average aspect ratio of 2.0 or less, the area ratio is 5 to 20%, and more than 90% is in the prior austenite grain boundaries. It prescribes to the existing organization.
鋼管の曲げ座屈限界歪の指標となる、0.5%耐力に対する1.5%耐力の比(以下、耐力比とも称する)を高めるため、母材部において、MAを第2相として、面積率で5〜20%分散させる。 In order to increase the ratio of the 1.5% proof stress to the 0.5% proof stress (hereinafter also referred to as the proof stress ratio), which is an index of the bending buckling limit strain of the steel pipe, Disperse at a rate of 5-20%.
面積率5%未満では、十分な耐力比とならず、一方、面積率が20%を超えた場合、後述するMAのアスペクト比が規定を満足していても、一様伸び低下が著しくなることから上限を20%とする。 When the area ratio is less than 5%, the sufficient yield strength ratio is not obtained. On the other hand, when the area ratio exceeds 20%, even if the aspect ratio of MA described later satisfies the specified condition, the uniform elongation decrease becomes remarkable. To an upper limit of 20%.
MA面積率は倍率1000〜3000倍程度で鋼の断面SEM(走査型電子顕微鏡)写真を4視野以上撮影し、それぞれの写真中に見えるMA粒の個々の面積を画像解析によって測定後、全視野分を積算し、全視野面積で除することによって算出する。 The MA area ratio is about 1000 to 3000 times magnification, and the cross-sectional SEM (scanning electron microscope) photographs of the steel are photographed in four or more fields of view. Calculate by adding the minutes and dividing by the total visual field area.
MAのアスペクト比は2.0以下とする。MA粒の形状は、細長い状態であるほどMAと第1相であるベイナイト相との界面から微視的な破壊が生じやすくなり、その結果、一様伸びが低下する。 The aspect ratio of MA is 2.0 or less. As the shape of the MA grain becomes longer, microscopic breakage tends to occur from the interface between the MA and the first phase, the bainite phase, and as a result, the uniform elongation decreases.
MAのアスペクト比は、1000〜3000倍程度の倍率で鋼の断面SEM写真を4視野以上撮影し、視野毎に、個々のMA粒について、長径および短径を画像解析により計測して、アスペクト比(=長径/短径)を求めた後、平均値を算出し、更に全視野での平均値を求める。 The aspect ratio of MA is a cross-sectional SEM photograph of steel taken at a magnification of about 1000 to 3000 times, and more than 4 fields of view. For each field of view, the major axis and minor axis of each MA grain are measured by image analysis. After obtaining (= major axis / minor axis), an average value is calculated, and an average value in the entire visual field is further obtained.
さらに、これらアスペクト比2.0以下のMAがベイナイトのラス間に存在する場合、高い耐力比は得られるものの、強度が上昇したときの一様伸びの低下が著しいため、MAが第1相の結晶粒界面に存在することが必要である。具体的には、ベイナイト変態前の旧オーステナイト粒界上に存在するMAが、全MAの90%以上となる必要がある。 Further, when MA having an aspect ratio of 2.0 or less is present between laths of bainite, although a high yield strength ratio is obtained, the decrease in uniform elongation when the strength is increased is significant. It must be present at the crystal grain interface. Specifically, the MA existing on the prior austenite grain boundary before the bainite transformation needs to be 90% or more of the total MA.
旧オーステナイト粒界上に存在するMAの分率は、上述の面積率測定で計測した全MA粒子についてSEM写真で粒界との位置関係を確認し、粒界上に存在している粒子の数を数え、全MA粒子数で割ることで算出する。なお、旧オーステナイト粒界は例えばピクリン酸腐食によって現出することができる。 The fraction of MA present on the prior austenite grain boundaries is the number of particles present on the grain boundaries by confirming the positional relationship with the grain boundaries in the SEM photograph of all MA particles measured by the area ratio measurement described above. And dividing by the total number of MA particles. The prior austenite grain boundaries can be revealed by, for example, picric acid corrosion.
本発明においては、母相の主体であるベイナイト、および第2相である島状マルテンサイト以外のミクロ組織として面積率で5%以下の他の金属組織、例えばフェライト、パーライトやセメンタイトなどを1種または2種以上を含有してもよい。 In the present invention, as a microstructure other than the bainite which is the main phase of the matrix and the island-like martensite which is the second phase, other metal structures having an area ratio of 5% or less, such as ferrite, pearlite and cementite, are used. Or you may contain 2 or more types.
但し、ベイナイト、および島状マルテンサイト以外のミクロ組織として、残留オーステナイトが存在する場合、加工誘起変態に伴う伸び向上効果が期待できるものの、一旦塑性加工した後は硬質なマルテンサイト化して、むしろ延性低下の原因になることから、その面積率は2%未満であることが好ましく、1%未満であることがさらに好ましい。 However, if there is residual austenite as a microstructure other than bainite and island-like martensite, it can be expected to have an effect of improving elongation due to processing-induced transformation. In order to cause a decrease, the area ratio is preferably less than 2%, and more preferably less than 1%.
[溶接金属ミクロ組織]
本発明では、鋼管溶接金属のミクロ組織がアシキュラフェライトとベイナイトの混合組織とし、それぞれの面積率の和が80%以上でかつ、島状マルテンサイトの面積率が5%以下の組織に規定する。
[Welding metal microstructure]
In the present invention, the microstructure of the steel pipe weld metal is a mixed structure of acicular ferrite and bainite, the sum of the respective area ratios being 80% or more, and the area ratio of island martensite being 5% or less. .
溶接金属において引張り強さ700MPa以上の高強度を得るためには、多数のTiOを核として変態生成した微細なアシキュラフェライト組織にベイナイト組織を混合させることが必要で、熱処理等により一部オーステナイト化してから再変態して生成するマルテンサイト、パーライト、セメンタイト等が多くなるほど靱性が著しく低下する。 In order to obtain a high strength of 700 MPa or more in the weld metal, it is necessary to mix the bainite structure with the fine acicular ferrite structure that is transformed with a large number of TiO as nuclei. As the amount of martensite, pearlite, cementite, and the like produced by retransformation afterwards increases, the toughness significantly decreases.
このため溶接金属中のアシキュラフェライトとベイナイトの面積率の和を80%以上とする必要があり、好ましくは90%以上とする。また、溶接金属においては硬質なMAは少量でも著しく靱性を劣化させるため、面積率を5%以下、好ましくは2%以下とする。
以下、上記成分組成と上記ミクロ組織を備えた鋼の、好適な製造方法について述べる。
Therefore, the sum of the area ratios of acicular ferrite and bainite in the weld metal needs to be 80% or more, and preferably 90% or more. Further, in the weld metal, hard MA significantly deteriorates toughness even in a small amount, so the area ratio is set to 5% or less, preferably 2% or less.
Hereinafter, a suitable manufacturing method of the steel having the above component composition and the above microstructure will be described.
本発明において規定される鋼の温度条件は、鋼片あるいは鋼板板厚方向平均温度を指すものとする。 The steel temperature condition defined in the present invention refers to the average temperature in the thickness direction of the steel slab or the steel plate.
鋼片加熱温度:Ac3以上
熱間圧延により形状およびミクロ組織を造り込むため、鋼片をオーステナイト化する目的で、Ac3以上の温度に加熱する。Ac3未満の場合、未変態フェライト等が残存し、その後のミクロ組織制御に悪影響を及ぼす。完全にオーステナイト化するためには1000℃以上とすることが好ましい。
Steel slab heating temperature: Ac 3 or higher In order to build the shape and microstructure by hot rolling, the steel slab is heated to a temperature of Ac 3 or higher for the purpose of austenitizing the steel slab. If it is less than Ac 3 , untransformed ferrite or the like remains and adversely affects the subsequent microstructure control. In order to completely austenite, the temperature is preferably 1000 ° C. or higher.
一方、鋼片加熱温度の上限は、母材靱性の観点からは1200℃以下とすることが好ましい。直送圧延の場合は、再加熱せず、Ac3以上の温度で熱間圧延を開始する。なお、Ac3温度は鋼の合金元素含有量を下記式(1)に代入することで簡易に求めることができる。
Ac3=961.6−311.9C+49.5Si−36.4Mn+12.7Al−51Cu−29Ni−8.7Cr+13.5Mo+308.1Nb−140V+318.9Ti+611.2B (1)
式中、M(%)は元素Mの含有量(質量%)を示し、元素Mが無添加の場合は、0%として計算する。
On the other hand, the upper limit of the billet heating temperature is preferably 1200 ° C. or less from the viewpoint of base material toughness. In the case of direct feed rolling, hot rolling is started at a temperature of Ac 3 or higher without reheating. Incidentally, Ac 3 temperature can be obtained simply by substituting the alloy element content of the steel in the following formula (1).
Ac 3 = 961.6-311.9C + 49.5Si-36.4Mn + 12.7Al-51Cu-29Ni-8.7Cr + 13.5Mo + 308.1Nb-140V + 318.9Ti + 611.2B (1)
In the formula, M (%) indicates the content (mass%) of the element M, and when the element M is not added, it is calculated as 0%.
熱間圧延終了温度:Ar3以上
熱間圧延終了温度(圧延最終パスの温度)がAr3以下まで低下した場合、圧延中に変態生成したフェライトが加工を受けた、いわゆる加工フェライトが形成される。加工フェライト量の増加に伴い、降伏強度が上昇し、鋼管の曲げ座屈歪向上に必要な耐力比を達成することが難しくなることから、圧延最終パスの温度をAr3以上とする。好ましくは、800℃以上とする。なお、Ar3温度は鋼の合金元素添加量を下記式(2)に代入することで簡易に求めることができる。
Ar3=910−273C−74Mn−56Ni−16Cr−9Mo−5Cu (2)
式中、M(%)は元素Mの含有量(質量%)を示し、元素Mが無添加の場合は、0%として計算する。
Hot rolling end temperature: Ar 3 or higher When the hot rolling end temperature (temperature of the final rolling pass) is lowered to Ar 3 or lower, so-called processed ferrite is formed in which the ferrite that has undergone transformation during rolling is processed. . As the amount of processed ferrite increases, the yield strength increases and it becomes difficult to achieve the yield ratio necessary for improving the bending buckling strain of the steel pipe. Therefore, the temperature of the final rolling pass is set to Ar 3 or higher. Preferably, it is set to 800 ° C. or higher. Incidentally, Ar 3 temperature can be obtained simply by substituting the alloy element addition of the steel in the following formula (2).
Ar 3 = 910-273C-74Mn-56Ni-16Cr-9Mo-5Cu (2)
In the formula, M (%) indicates the content (mass%) of the element M, and when the element M is not added, it is calculated as 0%.
熱間圧延後はミクロ組織第1相をベイナイトとするために加速冷却を実施する。なお、加速冷却は、フェライトの生成を抑制するため、冷却開始温度をAr3以上とすることが好ましい。 After the hot rolling, accelerated cooling is performed to make the microstructure first phase bainite. In accelerated cooling, in order to suppress the formation of ferrite, the cooling start temperature is preferably Ar 3 or higher.
冷却速度:10〜80℃/s
加速冷却の冷却速度は、加速冷却の途中でフェライトが生成することを避けるため、10℃/s以上とする。一方、冷却速度が80℃/sを超えると、一部マルテンサイト変態が生じ延性が著しく低下するため、上限を80℃/sとする。
Cooling rate: 10-80 ° C / s
The cooling rate of the accelerated cooling is set to 10 ° C./s or more in order to avoid the formation of ferrite during the accelerated cooling. On the other hand, when the cooling rate exceeds 80 ° C./s, part of martensite transformation occurs and the ductility is remarkably lowered. Therefore, the upper limit is set to 80 ° C./s.
冷却停止温度:400℃未満
加速冷却の冷却停止温度はベイナイト変態を完了させるため400℃未満とする。冷却停止温度が400℃以上でベイナイト変態が完了していない場合、ベイナイト中に残る未変態オーステナイトがその後の再加熱処理を経てMAとなるが、アスペクト比が大きい細長いMAとなりやすく、かつ旧オーステナイト粒内に存在するため、一様伸びが低下する。
Cooling stop temperature: less than 400 ° C. The cooling stop temperature for accelerated cooling is set to less than 400 ° C. in order to complete the bainite transformation. When the cooling stop temperature is 400 ° C. or higher and the bainite transformation is not completed, untransformed austenite remaining in the bainite becomes MA through the subsequent reheating treatment. Since it exists in the inside, uniform elongation falls.
本発明に係る鋼管は上述の製造方法によって製造された鋼板を冷間加工法によって筒状に成形する。成形方法はUOE法、ロールベンド法等があるがいずれでもかまわない。鋼板を筒状に成形した後、再加熱処理を実施する。 The steel pipe which concerns on this invention shape | molds the steel plate manufactured by the above-mentioned manufacturing method into a cylinder shape by the cold working method. There are UOE method, roll bend method and the like as the forming method, and any of them may be used. After the steel plate is formed into a cylindrical shape, reheating treatment is performed.
再加熱温度:Ac1以上Ac3以下
ミクロ組織第1相であるベイナイトを加熱してその一部をオーステナイトに逆変態させる。逆変態オーステナイトは粒界3重点より変態し、かつ、拡散的に変態することから、後の冷却過程でさらに変態生成するMAがベイナイトラス間に生成することが抑制され、さらに、アスペクト比が小さい、一様伸び劣化が少ない形状のMAを生成させることができる。
Reheating temperature: Ac 1 or more and Ac 3 or less The bainite which is the first phase of the microstructure is heated to reversely transform a part thereof into austenite. Reverse-transformed austenite is transformed from the triple point of the grain boundary and is transformed in a diffusive manner, so that further transformation-generated MA is prevented from being generated between bainite laths in the subsequent cooling process, and the aspect ratio is small. Further, it is possible to generate MA having a shape with little uniform elongation deterioration.
再加熱温度がAc1未満の場合、オーステナイトに逆変態しないため硬質第2相としてのMAを生成させることができない。一方、再加熱温度がAc3を超えると、全面的にオーステナイトに逆変態してしまい、硬質相を所定の面積率で分散させた状態を得ることが極めて困難となるため、再加熱温度をAc1以上Ac3以下の二相域とする。なお、Ac1温度は鋼の合金元素添加量を下記式(3)に代入することで簡易に求めることができる。
Ac1=751−26.6C+17.6Si−11.6Mn−169Al−23Cu−23Ni+24.1Cr+22.5Mo+233Nb−39.7V−5.7Ti−895B (3)
式中、M(%)は元素Mの含有量(質量%)を示し、元素Mが無添加の場合は、0%として計算する。
When the reheating temperature is less than Ac 1 , since it does not reversely transform to austenite, MA as a hard second phase cannot be generated. On the other hand, when the reheating temperature exceeds Ac 3 , the entire surface is reversely transformed into austenite, and it is extremely difficult to obtain a state in which the hard phase is dispersed at a predetermined area ratio. A two-phase region of 1 to Ac 3 is used. Incidentally, Ac 1 temperature can be obtained simply by substituting the alloy element addition of the steel in the following equation (3).
Ac 1 = 751-26.6C + 17.6Si-11.6Mn -169Al-23Cu-23Ni + 24.1Cr + 22.5Mo + 233Nb-39.7V-5.7Ti-895B (3)
In the formula, M (%) indicates the content (mass%) of the element M, and when the element M is not added, it is calculated as 0%.
再加熱する際の加熱速度は、加熱時に生成する逆変態オーステナイトがベイナイトのラス間から生成することを抑制するために、2℃/s以上とすることが好ましい。再加熱後は空冷あるいは水冷を実施する。 The heating rate at the time of reheating is preferably 2 ° C./s or more in order to suppress the generation of reverse transformed austenite generated during heating from between the laths of bainite. After reheating, air cooling or water cooling is performed.
硬質相であるMAの硬さを上げてより安定的に高い耐力比を得るためには、10℃/s以上の冷却速度で200℃以下まで水冷することが好ましい。 In order to increase the hardness of MA which is a hard phase and to obtain a higher yield strength ratio stably, it is preferable to water-cool to 200 ° C. or less at a cooling rate of 10 ° C./s or more.
二相域に再加熱、冷却後に、端部(通常、鋼板の圧延方向の端部)を溶接する(端部の溶接をシーム溶接と言う場合がある)。シーム溶接後、上述した再加熱を行うと、溶接金属が再変態して、マルテンサイト、パーライト、セメンタイトあるいはMAが生成し、本発明が目標とするアシキュラフェライトとベイナイトの面積率の和が80%以上のミクロ組織が得られない。特に、溶接金属の場合、Ac1以上Ac3以下の二相域の温度域に加熱されると、多量のMAが生成し、MA面積率の目標値である5%以下を満足しない。以上の理由により、本発明ではシーム溶接は必ず母材部の二相域再加熱、冷却後に行い、溶接金属のミクロ組織がアシキュラフェライト主体の組織となるようにする。
シーム溶接はサブマージドアーク溶接による内外面1層溶接が一般的であるが、レーザーあるいはレーザーアークハイブリッド溶接等による1層溶接でもかまわない。シーム溶接後、管の真円度向上を目的とした拡管成形を行う。拡管条件は形状確保の観点から拡管率を0.6%以上、2.0%以下とすることが好ましい。
After reheating and cooling in the two-phase region, the end (usually, the end in the rolling direction of the steel sheet) is welded (the end welding may be referred to as seam welding). When the above-described reheating is performed after seam welding, the weld metal is retransformed to produce martensite, pearlite, cementite, or MA, and the sum of the area ratios of acicular ferrite and bainite targeted by the present invention is 80. % Microstructure cannot be obtained. In particular, in the case of a weld metal, a large amount of MA is generated when heated in a temperature range of a two-phase region of Ac 1 or more and Ac 3 or less, and does not satisfy the target value of 5% or less of the MA area ratio. For the above reasons, in the present invention, seam welding is always performed after reheating and cooling of the base metal part in the two-phase region so that the microstructure of the weld metal becomes a structure mainly composed of acicular ferrite.
Seam welding is generally single layer welding on the inner and outer surfaces by submerged arc welding, but may be one layer welding by laser or laser arc hybrid welding. After seam welding, pipe expansion is performed to improve the roundness of the pipe. As for the tube expansion condition, it is preferable that the tube expansion rate is 0.6% or more and 2.0% or less from the viewpoint of securing the shape.
表1に示す化学組成A〜Jの鋼を用い、表2に示す条件の鋼片加熱、圧延、冷却を施して、鋼板No.1〜14を作製した。なお、表1に表示していないが、不可避的不純物であるPおよびSの含有量は、いずれも、P量:0.01%以下、S量:0.003%以下であった。 Using steels having chemical compositions A to J shown in Table 1, steel slab heating, rolling and cooling under the conditions shown in Table 2 were performed. 1-14 were produced. Although not shown in Table 1, the contents of P and S, which are inevitable impurities, were both P amount: 0.01% or less and S amount: 0.003% or less.
これらの鋼板より圧延方向と直交する方向に、平行部幅150mm、平行部長さ600mmとする平板引張試験片を採取し、UOE鋼管のU−Oプレス成形に相当する引張歪を付与してから、加熱・冷却を実施した。 From these steel plates, in a direction perpendicular to the rolling direction, a flat plate tensile test piece having a parallel part width of 150 mm and a parallel part length of 600 mm was collected, and after applying a tensile strain corresponding to U-O press forming of a UOE steel pipe, Heating and cooling were performed.
次に、この熱処理後の試料を使い、鋼管のシーム溶接を模擬する内外面1層サブマージドアーク溶接を実施した。表3に熱処理条件、溶接入熱条件を示す。 Next, the inner and outer surface single layer submerged arc welding for simulating the seam welding of the steel pipe was performed using the sample after the heat treatment. Table 3 shows heat treatment conditions and welding heat input conditions.
最後に、サブマージドアーク溶接部を含む試験体に、UOE鋼管の拡管成形に相当する引張歪を付与した。なお、比較として、平板引張試験片に引張歪を付与した後、先にサブマージドアーク溶接を行ってから加熱・冷却を行い、最後に再び引張歪を付与する試験体も作製した. Finally, a tensile strain corresponding to UOE steel pipe expansion forming was applied to a test body including a submerged arc weld. As a comparison, after applying tensile strain to the flat plate tensile test piece, submerged arc welding was performed first, followed by heating and cooling, and finally a test specimen that applied tensile strain again was prepared.
サブマージドアーク溶接部を含む試験体の母材部中央よりミクロ組織観察用サンプルを採取し、元の鋼板の圧延長手方向と平行な板厚断面を鏡面研磨したあと、2段エッチング法を用いてMAを現出させた。 A sample for microstructural observation is collected from the center of the base metal part of the specimen including the submerged arc weld, and the two-stage etching method is used after mirror-polishing the plate thickness section parallel to the rolling longitudinal direction of the original steel sheet. MA appeared.
その後、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い2000倍の倍率で無作為に5視野ミクロ組織写真を撮影し、写真中のMAの面積率、平均アスペクト比、およびフェライト粒界に属するMAの割合を画像解析によって計測・算出した。 After that, using a scanning electron microscope (SEM), a five-view microstructure photograph was randomly taken at a magnification of 2000 times, and the area ratio of MA, the average aspect ratio, and the proportion of MA belonging to ferrite grain boundaries in the photograph were determined. Measured and calculated by image analysis.
さらに、同じ試料を再度鏡面研磨した後、3%硝酸アルコール腐食液にてエッチングを行い、光学顕微鏡にて400倍の倍率で観察を行い、ミクロ組織の第1相の種類を確認した。 Furthermore, after the same sample was mirror-polished again, it was etched with a 3% nitric acid alcohol etchant and observed with an optical microscope at a magnification of 400 times to confirm the type of the first phase of the microstructure.
次に、同じ試験体の母材部中央よりJIS Z2201に従って14A号引張試験片を採取し、引張試験を行った。引張試験はJIZ Z2241に従い、降伏強度、引張強度、一様伸びを計測した。 Next, a No. 14A tensile test piece was sampled from the center of the base material part of the same specimen in accordance with JIS Z2201, and a tensile test was performed. The tensile test measured yield strength, tensile strength, and uniform elongation according to JIZ Z2241.
同じく、試験体の母材部中央よりJIS Z2202に従って2mmVノッチシャルピー衝撃試験片を採取し、シャルピー衝撃試験を行った。シャルピー試験はJIS Z2242に従い、延性−脆性破面遷移温度(vTrs)を計測した。 Similarly, a 2 mm V-notch Charpy impact test piece was sampled from the center of the base material part of the test body according to JIS Z2202, and a Charpy impact test was performed. The Charpy test measured ductile-brittle fracture surface transition temperature (vTrs) according to JIS Z2242.
次に、サブマージドアーク溶接部の溶接金属より化学成分分析試料を採取し、溶接金属の化学成分を測定した。表4に測定結果を示す。 Next, a chemical component analysis sample was collected from the weld metal of the submerged arc weld, and the chemical component of the weld metal was measured. Table 4 shows the measurement results.
サブマージドアーク溶接部より、溶接金属のミクロ組織観察用サンプルを採取し、板厚断面を鏡面研磨したあと、2段エッチング法を用いてMAを現出させた。その後、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い2000倍の倍率で無作為に5視野ミクロ組織写真を撮影し、写真中のMAの面積率を画像解析によって計測・算出した。 A sample for observing the microstructure of the weld metal was collected from the submerged arc weld, and the plate thickness section was mirror-polished, and then MA was revealed using a two-step etching method. Thereafter, a five-view microstructure photograph was randomly taken at a magnification of 2000 using a scanning electron microscope (SEM), and the area ratio of MA in the photograph was measured and calculated by image analysis.
さらに、同じ試料を再度鏡面研磨した後、3%硝酸アルコール腐食液にてエッチングを行い、光学顕微鏡にて400倍の倍率で観察を行い、ミクロ組織の種類を確認した。また、サブマージドアーク溶接部からJIS Z2202に従って2mmVノッチシャルピー衝撃試験片を採取し、溶接金属のシャルピー衝撃試験を行った。シャルピー試験はJIS Z2242に従い、試験温度−20℃における吸収エネルギー(3本平均値)を計測した。 Furthermore, after the same sample was mirror-polished again, it was etched with a 3% nitric acid alcohol etchant and observed with an optical microscope at a magnification of 400 times to confirm the type of microstructure. Further, a 2 mm V notch Charpy impact test piece was sampled from the submerged arc welded part according to JIS Z2202, and a Charpy impact test of the weld metal was performed. The Charpy test was performed according to JIS Z2242, and the absorbed energy (average value of 3 bars) at a test temperature of −20 ° C. was measured.
UOE鋼管の製造工程を模擬する冷間加工+熱処理後+内外面1層サブマージドアーク溶接+拡管相当冷間加工を実施した試験体の母材部および溶接金属部のミクロ組織画像解析結果および機械的性質を調査した結果をまとめて表5に示す。 Results of microstructure analysis and machine of the base metal part and weld metal part of the specimen subjected to cold working + simulated heat treatment + inner / outer surface 1 layer submerged arc welding + pipe expansion equivalent cold working to simulate UOE steel pipe manufacturing process Table 5 summarizes the results of the investigation of the physical properties.
No.1−1〜6は母材部化学組成、溶接金属化学組成、母材部ミクロ組織、および溶接金属ミクロ組織が本発明範囲内となる発明例で、いずれもAPI X80以上の強度、1.10以上の1.5%耐力と0.5%耐力の比および引張強度と一様伸びの積が7500MPa・%を超える値を示し、さらに試験温度−20℃における溶接金属シャルピー吸収エネルギー(3本平均値)が100Jを超える、優れた低温靱性を示した。 No. 1-1 to 6 are examples in which the base material chemical composition, the weld metal chemical composition, the base metal microstructure, and the weld metal microstructure are within the scope of the present invention. The ratio of the above 1.5% proof stress and 0.5% proof stress, and the product of tensile strength and uniform elongation exceeds 7500 MPa ·%. Furthermore, the weld metal Charpy absorbed energy at the test temperature of −20 ° C. (average of three) Value) exceeded 100 J, and exhibited excellent low temperature toughness.
一方、U−Oプレス相当の冷間加工歪付与後にサブマージドアーク溶接を行ってから加熱・冷却をした比較例No.1−2は、溶接金属のミクロ組織が加熱・冷却の熱影響でアシキュラフェライトとベイナイトとの合計面積率およびMA面積率の両方が本発明の範囲外となり、溶接金属シャルピー吸収エネルギーが著しく低下した。 On the other hand, comparative example No. which heated / cooled after submerged arc welding was performed after cold work distortion equivalent to a U-O press was given. 1-2, the total area ratio of acicular ferrite and bainite and the MA area ratio are both out of the scope of the present invention due to the heat effect of heating and cooling of the microstructure of the weld metal, and the Charpy absorbed energy of the weld metal is significantly reduced. did.
また、U−Oプレス相当の冷間加工歪付与後の再加熱温度が本発明下限を下回った比較例1−3は、再加熱時にオーステナイト化が起こらなかったため、MAの面積率が下限の5%を下回った結果、引張強度が低く、かつ0.5%耐力に対する1.5%耐力の比が本発明の目標に達しなかった。 In Comparative Example 1-3 in which the reheating temperature after applying cold working strain equivalent to the U-O press was below the lower limit of the present invention, austenitization did not occur during reheating, so the area ratio of MA was 5 which is the lower limit. As a result, the tensile strength was low and the ratio of 1.5% proof stress to 0.5% proof strength did not reach the target of the present invention.
再加熱温度が本発明上限を上回った比較例1−4は、再加熱によって全面的にオーステナイトに逆変態し、その後の空冷時にベイナイト変態をし、ベイナイトラス間にアスペクト比が大きいMAが生成した。その結果、引張強度と一様伸びの積が7500MPa・%を下回った。 In Comparative Examples 1-4 in which the reheating temperature exceeded the upper limit of the present invention, MA was reversely transformed into austenite entirely by reheating, and then bainite transformation was performed during air cooling, and MA having a large aspect ratio was generated between bainite laths. . As a result, the product of tensile strength and uniform elongation was less than 7500 MPa ·%.
熱間圧延時の鋼片加熱温度が本発明下限を下回った比較例7は、鋼片が完全にオーステナイト化せず、残留したフェライト相が圧延・成形・加熱の履歴を経ても最後まで残ってしまい、再加熱後のMA生成に影響して旧オーステナイト粒界上のMA分率が本発明の範囲を下回った結果、引張強度と一様伸びの積が7500MPa・%を下回った。 In Comparative Example 7 in which the steel slab heating temperature during hot rolling was below the lower limit of the present invention, the steel slab was not completely austenitic, and the remaining ferrite phase remained to the end even after rolling, forming, and heating history. As a result, the MA fraction on the prior austenite grain boundaries was below the range of the present invention due to the influence of MA formation after reheating, and as a result, the product of tensile strength and uniform elongation was below 7500 MPa ·%.
同様に、熱間圧延時の圧延終了温度が本発明下限を下回った比較例8も、圧延中に初析フェライトが生成したため、引張強度が低下したほか、再加熱後に旧オーステナイト粒界上のMA分率が本発明の範囲を下回ったため、一様伸びが低下し、引張強度と一様伸びの積が7500を下回った。 Similarly, in Comparative Example 8 in which the rolling end temperature during hot rolling was lower than the lower limit of the present invention, proeutectoid ferrite was generated during rolling, so that the tensile strength was reduced, and the MA on the prior austenite grain boundaries after reheating. Since the fraction was below the range of the present invention, the uniform elongation was reduced and the product of tensile strength and uniform elongation was below 7500.
また、熱間圧延後の加速冷却の冷却速度が本発明下限を下回った比較例9は、母材部の第1相ミクロ組織がフェライトとなってしまい、目標とするAPI X80級の引張強度が達成できなかった。 Further, in Comparative Example 9 in which the cooling rate of accelerated cooling after hot rolling falls below the lower limit of the present invention, the first phase microstructure of the base material part becomes ferrite, and the target API X80 grade tensile strength is Could not be achieved.
加速冷却の冷却停止温度が本発明上限を上回った比較例10は、変態生成したベイナイトのラス間にすでにMAが存在し、再加熱処理後もこのMAが残留したため、MAの平均アスペクト比が本発明の範囲を上回った結果、引張強度と一様伸びの積が7500MPa・%を下回った。 In Comparative Example 10 in which the cooling stop temperature of the accelerated cooling exceeded the upper limit of the present invention, MA already existed between the laths of the bainite that had undergone transformation, and this MA remained after the reheating treatment, so that the average aspect ratio of MA was range results around top of the present invention, the product of the tensile strength and the uniform elongation drops below ·% 7500MPa.
母材部のC量が本発明の上限を上回った比較例No.11は、第1相がマルテンサイトであり、その結果一様伸びが低下し、引張強度と一様伸びの積が7500MPa・%を下回った。母材部のSi量が本発明の上限を上回った比較例No.12は、溶接金属のSi量も上限を上回り、母材部および溶接金属中のMA面積率が高くなった結果、母材部においては引張強度と一様伸びの積が7500MPa・%を下回り、溶接金属ではシャルピー吸収エネルギーが低下した。 Comparative Example No. in which the amount of C in the base material part exceeded the upper limit of the present invention. 11, the first phase is Ri martensite der, as a result the uniform elongation is lowered, the product of the tensile strength and the uniform elongation drops below ·% 7500MPa. Comparative Example No. in which the amount of Si in the base material part exceeded the upper limit of the present invention. 12, the amount of Si in the weld metal also exceeds the upper limit, and as a result of the increase in the MA area ratio in the base metal part and the weld metal, the product of tensile strength and uniform elongation in the base metal part is less than 7500 MPa ·%, Charpy absorbed energy decreased in the weld metal.
母材部のMn量が本発明の上限を上回った比較例No.13は、母材部のミクロ組織がマルテンサイト主体となり、一様伸びが低く、引張強度と一様伸びの積が7500MPa・%を下回った。鋼のNb量が本発明の上限を上回った比較例No.14は、母材部のMA面積率が本発明の範囲を外れたため、一様伸びが低く、引張強度と一様伸びの積が7500MPa・%を下回った。 Comparative Example No. in which the amount of Mn in the base material part exceeded the upper limit of the present invention. In No. 13, the microstructure of the base material part was mainly martensite, the uniform elongation was low, and the product of tensile strength and uniform elongation was less than 7500 MPa ·%. Comparative Example No. in which the Nb content of the steel exceeded the upper limit of the present invention. No. 14, since the MA area ratio of the base material part was out of the range of the present invention, the uniform elongation was low, and the product of tensile strength and uniform elongation was less than 7500 MPa ·%.
溶接金属の化学成分が本発明範囲を外れた比較例2−a、2−b、2−c、2−d、2−e、2−f、2−g、2−hは、いずれも母材部は目標とする機械的性質を満足したものの、溶接金属ミクロ組織が本発明の範囲外となるか、TiO過剰、あるいはNbないしVの析出硬化の結果、いずれも溶接金属シャルピー吸収エネルギーが低下した。 Comparative Examples 2-a, 2-b, 2-c, 2-d, 2-e, 2-f, 2-g, and 2-h, in which the chemical components of the weld metal are outside the scope of the present invention, are all mother Although the material part satisfies the target mechanical properties, the weld metal microstructure is outside the scope of the present invention, or as a result of excess TiO or precipitation hardening of Nb or V, the weld metal Charpy absorbed energy is reduced. did.
Claims (4)
C:0.05〜0.08%、
Si:0.1%以下、
Mn:1.8〜4.0%、
Al:0.003〜0.08%、
Nb:0.01〜0.03%、
Ti:0.005〜0.025%、
を含有し、さらに
Cu:0.1〜1.0%、
Ni:0.1〜2.0%、
Mo:0.1〜1.0%、
Cr:0.1〜1.0%、
B:0.0010〜0.0030%、
の1種または2種以上を含有し
残部Feおよび不可避的不純物からなり、
溶接金属部の成分組成が、質量%で、
C:0.06〜0.10%、
Si:0.2〜0.5%、
Mn:1.6〜2.0%、
Al:0.03%以下、
Nb:0.005〜0.025%、
Ti:0.015〜0.040%、
O:0.015〜0.04%、
N:0.01%以下、
を含有し、さらに
Cu:0.1〜0.3%、
Ni:0.1〜3.5%、
Mo:0.05〜1.5%、
Cr:0.1〜1.5%、
V:0.025〜0.1%、
B:0.0005〜0.003%、
の1種または2種以上を含有し
残部Feおよび不可避的不純物からなり、
前記母材部は、第1相がベイナイトで、第2相が第1相中に面積率で5〜20%分散した平均アスペクト比が2.0以下である島状マルテンサイトで、前記島状マルテンサイトの90%以上が旧オーステナイト粒界に存在したミクロ組織を有し、
前記溶接金属部は、アシキュラフェライトとベイナイトを合わせた面積率が80%以上、かつ島状マルテンサイトの面積率が5%以下であるミクロ組織を有することを特徴とする、高一様伸びを備え、かつ溶接部靱性に優れた高強度溶接鋼管。 The composition of the base material part is mass%,
C: 0.05-0.08%
Si: 0.1% or less,
Mn: 1.8-4.0%,
Al: 0.003 to 0.08%,
Nb: 0.01-0.03%,
Ti: 0.005 to 0.025%,
Further Cu: 0.1 to 1.0%,
Ni: 0.1 to 2.0%,
Mo: 0.1 to 1.0%,
Cr: 0.1 to 1.0%,
B: 0.0010 to 0.0030%,
1 type or 2 types or more, and the balance Fe and unavoidable impurities,
The component composition of the weld metal part is mass%,
C: 0.06 to 0.10%,
Si: 0.2 to 0.5%
Mn: 1.6-2.0%,
Al: 0.03% or less,
Nb: 0.005 to 0.025%,
Ti: 0.015-0.040%,
O: 0.015-0.04%,
N: 0.01% or less,
In addition, Cu: 0.1-0.3%,
Ni: 0.1 to 3.5%
Mo: 0.05-1.5%,
Cr: 0.1 to 1.5%
V: 0.025 to 0.1%,
B: 0.0005 to 0.003%,
1 type or 2 types or more, and the balance Fe and unavoidable impurities,
The base material part is an island-shaped martensite having an average aspect ratio of 2.0 or less in which the first phase is bainite and the second phase is dispersed in an area ratio of 5 to 20% in the first phase. 90% or more of martensite has a microstructure present in the prior austenite grain boundaries,
The weld metal part has a microstructure in which the area ratio of acicular ferrite and bainite is 80% or more and the area ratio of island martensite is 5% or less. High strength welded steel pipe with excellent weld toughness.
Ca:0.0005〜0.01%、
REM:0.0005〜0.02%、
Zr:0.0005〜0.01%、
Mg:0.0005〜0.01%、
の1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1記載の高一様伸びを備え、かつ溶接部靱性に優れた高強度溶接鋼管。 The component composition of the base material part is further mass%,
Ca: 0.0005 to 0.01%,
REM: 0.0005 to 0.02%,
Zr: 0.0005 to 0.01%,
Mg: 0.0005 to 0.01%,
A high-strength welded steel pipe having high uniform elongation according to claim 1 and excellent in weld zone toughness.
C:0.05〜0.08%、
Si:0.1%以下、
Mn:1.8〜4.0%、
Al:0.003〜0.08%、
Nb:0.01〜0.03%、
Ti:0.005〜0.025%、
を含有し、さらに
Cu:0.1〜1.0%、
Ni:0.1〜2.0%、
Mo:0.1〜1.0%、
Cr:0.1〜1.0%、
B:0.0010〜0.0030%、
の1種または2種以上を含有し
残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼片を、Ac3以上に再加熱後、圧延終了温度Ar3以上で熱間圧延し、冷却速度10〜80℃/sで400℃未満の温度域まで加速冷却を行い、その後、空冷して得られた鋼板を冷間成形により筒状に成形した後、Ac1以上Ac3以下に急速加熱し、引続き空冷あるいは水冷で室温まで冷却後、端部を溶接し、最後に拡管をすることを特徴とする、母材部は、第1相がベイナイトで、第2相が第1相中に面積率で5〜20%分散した平均アスペクト比が2.0以下である島状マルテンサイトで、前記島状マルテンサイトの90%以上が旧オーステナイト粒界に存在したミクロ組織を有し、溶接金属部は、アシキュラフェライトとベイナイトを合わせた面積率が80%以上、かつ島状マルテンサイトの面積率が5%以下であるミクロ組織を有し、高一様伸びを備え、かつ溶接部靱性に優れた高強度溶接鋼管の製造方法。 % By mass
C: 0.05-0.08%
Si: 0.1% or less,
Mn: 1.8-4.0%,
Al: 0.003 to 0.08%,
Nb: 0.01-0.03%,
Ti: 0.005 to 0.025%,
Further Cu: 0.1 to 1.0%,
Ni: 0.1 to 2.0%,
Mo: 0.1 to 1.0%,
Cr: 0.1 to 1.0%,
B: 0.0010 to 0.0030%,
A steel slab containing one or more of the above and comprising the balance Fe and inevitable impurities is re-heated to Ac 3 or higher, then hot-rolled at a rolling end temperature Ar 3 or higher, and a cooling rate of 10 to 80 ° C./s The steel sheet obtained by accelerating cooling to a temperature range of less than 400 ° C. and then air-cooled is formed into a cylindrical shape by cold forming, and then rapidly heated to Ac 1 or more and Ac 3 or less, followed by air cooling or water cooling. After cooling to room temperature, the end part is welded, and finally the pipe is expanded. The base material part is composed of bainite in the first phase and 5 to 20% in area ratio in the second phase in the first phase. The island-shaped martensite having a dispersed average aspect ratio of 2.0 or less has a microstructure in which 90% or more of the island-shaped martensite is present in the prior austenite grain boundaries, and the weld metal part is composed of acicular ferrite and The area ratio of bainite is 80 %, And an area ratio of island martensite is 5% or less, a method for producing a high strength welded steel pipe having high uniform elongation and excellent weld toughness.
Ca:0.0005〜0.01%、
REM:0.0005〜0.02%、
Zr:0.0005〜0.01%、
Mg:0.0005〜0.01%、の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項3記載の高一様伸びを備え、かつ溶接部靱性に優れた高強度溶接鋼管の製造方法。 The component composition of the billet is further mass%,
Ca: 0.0005 to 0.01%,
REM: 0.0005 to 0.02%,
Zr: 0.0005 to 0.01%,
The high-strength welded steel pipe having high uniform elongation and excellent weld toughness according to claim 3, characterized by containing one or more of Mg: 0.0005 to 0.01%. Production method.
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