JP5900303B2 - 鋼板内の材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼板とその製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献12記載の製造方法は、鋼板の成分により変態挙動が異なると、表層の硬化組織を抑制できない場合があり、十分な材質均質化の効果が得られない場合がある。
(1)質量%で、C:0.02〜0.08%、Si:0.01〜0.5%、Mn:0.5〜1.8%、P:0.01%以下、S:0.001%以下、Al:0.01〜0.08%、Ca:0.0005〜0.005%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、金属組織がベイナイト組織であり、板厚方向の硬さのばらつきがΔHV1025以下であり、板幅方向の硬さのばらつきがΔHV1025以下であり、鋼板表層部の最高硬さがHV10220以下であることを特徴とする、鋼板内の材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼板。
(2)さらに、質量%で、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下の1種又は2種以上を含有することを特徴とする、(1)に記載の鋼板内の材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼板。
(3)さらに、質量%で、Nb:0.005〜0.1%、V:0.005〜0.1%、Ti:0.005〜0.1%の1種又は2種以上を含有することを特徴とする、(1)または(2)に記載の鋼板内の材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼板。
(4)下記(1)式で示されるCP値(質量%)が1.0以下であり、下記(2)式で示されるCeq値(質量%)が0.30以上0.37以下であることを特徴とする、(1)乃至(3)のいずれか一つに記載の鋼板内の材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼板。
CP=4.46C(%)+2.37Mn(%)/6+{1.74Cu(%)+1.7Ni(%)}/15+{1.18Cr(%)+1.95Mo(%)+1.74V(%)}/5+22.36P(%) ・・・(1)
Ceq=C(%)+Mn(%)/6+(Cu(%)+Ni(%))/15+(Cr(%)+Mo(%)+V(%))/5 ・・・(2)
但し、各式において各元素記号は含有量(質量%)。
(5)(1)乃至(4)の何れか一つに記載の化学成分を有する鋼を、1000℃以上1300℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が鋼板表面温度でAr3温度以上で熱間圧延した後、制御冷却の直前に鋼板表面での噴射流の衝突圧が1MPa以上でデスケーリングを行い、冷却開始時の鋼板表面温度が(Ar3−10)℃以上から鋼板表面の冷却速度が200℃/s以下、且つ鋼板の平均冷却速度が15℃/s以上で、鋼板の平均温度で250℃以上550℃まで制御冷却し、その後直ちに誘導加熱により、冷却停止温度以上であって且つ鋼板表面温度で500〜700℃、鋼板平均温度で350〜600℃まで再加熱を行うことを特徴とする、鋼板内の材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼板の製造方法。
(6)(5)に記載の製造方法で製造された鋼板を用いた材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼管。
Cは0.02%未満では十分な強度が確保できず、0.08%超えでは加速冷却時に表層部の硬さが上昇するとともに、耐HIC特性と靭性を劣化させるため、含有量を0.02〜0.08%に規定する。
Siは脱酸のため添加するが、0.01%未満では脱酸効果が十分でなく、0.5%を超えると靭性や溶接性を劣化させるため、含有量を0.01〜0.5%に規定する。
Mnは強度、靭性のため添加するが、0.5%未満ではその効果が十分でなく、1.8%を超えると溶接性と耐HIC特性が劣化するため、含有量を0.5〜1.8%に規定する。
Pは不可避的不純物元素であり、溶接性を劣化させるとともに、中心偏析部の硬さを上昇させることで耐HIC性を劣化させる。0.01%を超えるとその傾向が顕著となるため、含有量の上限を0.01%に規定する。好ましくは0.008%以下である。
Sは一般的には鋼中においてはMnS介在物となり耐HIC特性を劣化させるため少ないほどよい。しかし、0.001%以下であれば問題ないため、含有量の上限を0.001%に規定する。
Alは脱酸剤として添加されるが、0.01%未満では効果がなく、0.08%を超えると鋼の清浄度が低下し、靱性が劣化するため、含有量を0.01〜0.08%に規定する。
Caは硫化物系介在物の形態制御による耐HIC特性向上に有効な元素であるが、0.0005%未満ではその効果が十分でなく、0.005%を超えて添加しても効果が飽和し、むしろ、鋼の清浄度の低下により耐HIC特性を劣化させるので、含有量を0.0005〜0.005%に規定する。上記以外の残部はFeおよび不可避的不純物とする。
但し、C(%)、Mn(%)、Cu(%)、Ni(%)、Cr(%)、Mo(%)、V(%)、P(%)は各元素の含有量(質量%)であり、添加しない元素は0とする。
Cuは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く添加すると溶接性が劣化するため、添加する場合は0.50%を上限とする。
Niは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く添加するとコスト的に不利になり、また、溶接熱影響部靱性が劣化するため、添加する場合は0.50%を上限とする。
CrはMnと同様に低Cでも十分な強度を得るために有効な元素であるが、多く添加すると溶接性を劣化するため、添加する場合は0.50%を上限とする。
Moは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く添加すると溶接性が劣化するため、添加する場合は0.50%を上限とする。
Nb、VおよびTiは、鋼板の強度および靭性を高めるために添加する選択元素であり、要求強度に応じて、1種または2種以上を添加することができる。各元素とも、0.005%未満では効果が無く、0.1%を超えると溶接部の靭性が劣化するので、添加する場合は0.005〜0.1%の範囲とするのが好ましい。
[金属組織]
金属組織は、引張強度520MPa以上の高強度化を達成するために、板厚方向に均一な、ベイナイト組織の混合したベイナイト主体組織とする。ここでベイナイト組織とは、オーステナイト温度域から加速冷却することにより生成する変態組織であり、ベイニティックフェライトやグラニュラーベイナイトを含む。
板厚方向の硬さのばらつきは荷重10kgでのビッカース硬さ(以下、HV10)でΔHV1025以下、板幅方向の硬さのばらつきはΔHV1025以下とする。ΔHV10は最高硬さと最低硬さの差とする。
API規格X65グレードの強度を有する高強度鋼板において、鋼板表層部の硬さが上昇すると、水素誘起割れ(HIC)を発生する危険性が高まる。鋼板表層部からの水素誘起割れ(HIC)を抑制するために、鋼板表層部の硬さ(表面下1mmでの硬さ)をHV10220以下とする。より厳しいサワー環境で鋼板が使用される場合には、耐サワー特性の観点から、鋼板表層部の硬さ(表面下1mmでの硬さ)はHV10210以下とすることが好ましい。
[スラブ加熱温度]
スラブ加熱温度は、1000〜1300℃とする。加熱温度が1000℃未満では炭化物の固溶が不十分で必要な強度が得られず、1300℃を超えると靭性が劣化するため、1000〜1300℃とする。なお、ここでの温度は加熱炉の炉内温度であり、スラブはこの温度に中心部まで十分に加熱されるものとする。
熱間圧延は、強度および耐HIC性能の観点から、圧延終了温度を鋼板表面温度でAr3温度以上とする。Ar3温度は、以下の式で求めることができる。
熱間圧延後、制御冷却の直前に鋼板表面での噴射流の衝突圧を1MPa以上とする高衝突圧のデスケーリングを行う。鋼板表面での噴射流の衝突圧が1MPa未満では、デスケーリングが不十分でスケールむらが生じる場合があり、表層硬さのばらつきが生じるため、1MPa以上とする。
[制御冷却]
制御冷却の冷却開始温度は鋼板表面温度で(Ar3−10℃)以上とする。冷却開始時の鋼板表面温度が低いと、制御冷却前のフェライト生成量が多くなり、Ar3変態点からの温度低下が10℃を超えると5%を超えるフェライトが生成する虞があり、強度が低下するとともに耐サワー特性が劣化するため、冷却開始時の鋼板表面温度は(Ar3−10℃)以上とする。
鋼板表面の冷却速度が200℃/s以下、且つ鋼板の平均の冷却速度が15℃/s以上とする。高強度化を図りつつ、鋼板内の硬さのばらつきを低減し、材質均一性を向上させるためには、表層部の冷却速度と鋼板の平均冷却速度の両方を制御することが重要である。鋼板の平均冷却速度とは、板厚方向の冷却速度の平均値を指す。
冷却停止温度は、鋼板の平均温度で250〜550℃とする。圧延終了後、制御冷却でベイナイト変態の温度域である250〜550℃まで急冷することにより、ベイナイト相を生成させる。なお、鋼板の平均温度は、鋼板板厚方向に温度分布がある場合は、その断面内で平均した温度である。
加速冷却後、直ちに誘導加熱により、冷却停止温度以上であって且つ鋼板表面温度で500〜700℃、鋼板平均温度で350〜600℃まで再加熱を行う。再加熱により表層部を焼戻すため、再加熱温度は冷却停止温度以上とする。ここで、誘導加熱装置を用いるのは、急速な加熱が可能で、鋼板の加熱温度を鋼板表層部と板厚中央部とで変化させることが可能であるためである。
各鋼板(No.1〜27)の製造条件と測定結果を表2に併せて示す。
2 熱間圧延機
3 高衝突圧デスケーリング装置
4 制御冷却装置
5 インライン型誘導加熱装置
6 鋼板
Claims (5)
- 質量%で、C:0.02〜0.08%、Si:0.01〜0.5%、Mn:0.5〜1.8%、P:0.01%以下、S:0.001%以下、Al:0.01〜0.08%、Ca:0.0005〜0.005%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、金属組織がベイナイト組織であり、板厚方向の硬さのばらつきがΔHV1025以下であり、板幅方向の硬さのばらつきがΔHV1025以下であり、鋼板表層部の最高硬さがHV10220以下であり、下記(1)式で示されるCP値(質量%)が1.0以下であることを特徴とする、鋼板内の材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼板。
CP=4.46C(%)+2.37Mn(%)/6+{1.74Cu(%)+1.7Ni(%)}/15+{1.18Cr(%)+1.95Mo(%)+1.74V(%)}/5+22.36P(%) ・・・(1)
但し、式において各元素記号は含有量(質量%)。 - さらに、質量%で、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下の1種又は2種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の鋼板内の材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼板。
- さらに、質量%で、Nb:0.005〜0.1%、V:0.005〜0.1%、Ti:0.005〜0.1%の1種又は2種以上を含有することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の鋼板内の材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼板。
- 請求項1乃至3の何れか一つに記載の耐サワーラインパイプ用高強度鋼板の製造方法であって、
請求項1乃至3の何れか一つに記載の化学成分を有する鋼を、1000℃以上1300℃以下の温度に加熱し、圧延終了温度が鋼板表面温度でAr3温度以上で熱間圧延した後、制御冷却の直前に鋼板表面での噴射流の衝突圧が1MPa以上でデスケーリングを行い、冷却開始時の鋼板表面温度が(Ar3−10)℃以上から鋼板表面の冷却速度が200℃/s以下、且つ鋼板の平均冷却速度が15℃/s以上で、鋼板の平均温度で250℃以上550℃まで制御冷却し、その後直ちに誘導加熱により、冷却停止温度以上であって且つ鋼板表面温度で500〜700℃、鋼板平均温度で350〜600℃まで再加熱を行うことを特徴とする、鋼板内の材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼板の製造方法。 - 請求項1乃至3の何れか一つに記載の耐サワーラインパイプ用高強度鋼板を成形してなる、材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼管。
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