JP6528895B2 - 耐水素誘起割れ性に優れた高強度平鋼線 - Google Patents

Description

本発明は、原油等高圧流体輸送用のフレキシブルパイプなど硫化水素を含むサワー環境で使用される部品の張力補強等を目的として使用される高強度平鋼線に関する。

天然ガス、原油等の高圧流体輸送用のフレキシブルパイプには、補強材として平鋼線が用いられている。海底油田の開発は、石油需要の増大と共に、採掘深度が深遠化する傾向にあり、フレキシブルパイプの補強材には、高強度化の要望が高まっている。また、フレキシブルパイプは硫化水素を含むサワー環境下で使用されることから、補強材に使用される平鋼線には水素誘起割れ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｒａｃｋｉｎｇ；ＨＩＣ）をしない特性、耐水素誘起割れ性が必要である。しかし、一般的に高強度線になるほど水素誘起割れが発生しやすいため、サワー環境で使用される、フレキシブルパイプのような部品への高強度線材の適用を難しくさせている。これまで、このようなサワー環境で使用される高強度線を提供する技術が提案されている。

特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．２５〜０．３５％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：０．８％以下、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ａｌ：０．００３〜０．１％、Ｎ：０．００４０％以下、Ｃｒ：０．５〜０．７％、Ｍｏ：０．５〜１．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．８％、Ｔｉ：０．０１５〜０．０３０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０２５％、Ｖ：０．０５〜０．１０％、Ｂ：０．０００５〜０．００１５％を含み、かつＰ、Ｔｉ、ＮをＰ／有効Ｔｉ量＜１．６（有効Ｔｉ量＝Ｔｉ−３．４×Ｎ）を満足するように調整して含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成と、Ｍｏ偏析度が１．５以下であり、旧オーステナイト粒の平均粒径が１２μｍ以下である焼戻しマルテンサイト相からなる組織を有する高強度鋼材が提案されている。

特許文献２には、質量％で、Ｃ：０．２０〜０．５％、Ｓｉ：０．０５〜０．３％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｐ：０％超、０．０１％以下、Ｓ：０％超、０．０１％以下、およびその他の元素を含有し、Ｓ量を電子線マイクロアナライザーを用いて２００μｍ間隔で３００箇所以上測定し、Ｓ量の平均値Ｓａｖｅ（質量％）に対するＳ量の最大値Ｓｍａｘ（質量％）を偏析度（Ｓｍａｘ／Ｓａｖｅ）としたとき、該偏析度が３０以下である熱間圧延線材が提案されている。

特許文献３には、海洋油田掘削用の可堯性のチューブ部品として、高い機械的性質と水素脆化に対する耐性に優れており、０．７５＜Ｃ％＜０．９５、０．３０＜Ｍｎ％＜０．８５、かつＣｒ≦０．４％、Ｖ≦０．１６％、Ｓｉ≦１．４０％、好ましくは≧０．１５％であり、場合によってＡｌ：０．０６％以下、Ｎｉ：０．１％以下、Ｃｕ：０．１％以下を含有し、異形線が９００℃超でそのオーステナイト領域で熱間圧延され室温まで冷却された線材から出発し、第１に、前記線材を２つの連続して順番に行われるフェーズによる熱機械的処理、すなわち、線材に均一なパーライト微細構造を付与する等温焼戻しと、その後の、その最終的形状を与えるための、５０と最大で８０％の間に含まれる全体的な加工硬化率での冷間の機械的変態操作を施すことにより得られ、次いで、得られた異形線が作業元の鋼のＡｃｌ温度より低い温度で短期間回復熱処理を施され、所望の最終的な機械的特性が付与されることを特徴とする、異形線が開示されている。

特開２０１３−２２７６１１号公報 特開２０１５−２１２４１２号公報 特表２０１３−５３４９６６号公報

特許文献１に開示されている技術では、Ｓｉ量が低く、平鋼線の形状にした際に硫化物が長手方向に延ばされるため、引張強度が１０００ＭＰａ以上の平鋼線とした場合に、ｐＨ５．５未満のサワー環境で水素誘起割れを起こすため、平鋼線の強度を高めるには限界がある。

特許文献２に開示されている技術では、引張強度が１０００ＭＰａ以上の高強度平鋼線とした場合、Ｓｉ量が低いために水素誘起割れを起こしやすい。また硫化物が長手方向に延ばされるため、引張強度が１０００ＭＰａ以上の平鋼線とした場合に、サワー環境で水素誘起割れを起こしやすく、平鋼線の強度を高めるには限界がある。

特許文献３に開示されている技術では、Ｃ量が高く異形線断面内の硬さ分布が非均一であることや、平鋼線の形状にした際に硫化物が長手方向に延ばされるため、引張強度が１０００ＭＰａ以上の平鋼線とした場合に、ｐＨ５．５未満の厳しいサワー環境において、水素誘起割れを起こしやすいため、平鋼線の強度を高めるには限界がある。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、引張強度が１０００ＭＰａ以上の高強度平鋼線であって、ｐＨ５．５未満である厳しいサワー環境であっても、水素誘起割れを起こしにくく、フレキシブルパイプ等の補強線材として使用できる平鋼線を提供することを目的としている。

本発明者らは、前記した課題を解決するために種々の検討を実施した。その結果、下記（ａ）〜（ｄ）の知見を得た。

（ａ）平鋼線の水素誘起割れは、平鋼線に含まれる粗大な硫化物を起点に発生する。特に、ＭｎＳなどの硫化物が粗大である場合、熱間圧延した線材から平鋼線として成形する工程として必要な１次伸線加工、および平圧加工を行った際に粗大な硫化物の周囲に空隙が生じ、ｐＨ５．５未満の厳しいサワー環境において水素誘起割れを促進する要因となる。

（ｂ）そのため、線材に不可避的に含有される硫化物をなるべく微細化する必要がある。硫化物を微細化するためには、ＣａあるいはＭｇを微量に添加し、ＣａやＭｇを一部固溶したＭｎＳまたはＣａＳやＭｇＳとすることが効果的である。

（ｃ）平鋼線の耐水素誘起割れ性を改善するには、マトリックス中にＳｉを固溶させることが効果的である。母材であるＦｅマトリックスに固溶するＳｉが平鋼線に侵入する水素のトラップサイトとして働き、水素誘起割れに悪影響を及ぼす水素の拡散を抑制するためではないかと推定される。

（ｄ）線材から平鋼線へは、例えば、圧延された線材を１次伸線した後、平鋼線の形状に加工したダイスを用いた異形伸線加工や、あるいは冷間圧延機を用いた冷間圧延によって加工される。このような工程で製造される平鋼線は、冷間加工に伴う加工歪みによって平鋼線の厚み方向中心部の硬さが高くなる傾向があり、断面内に大きな硬さばらつきが生じる。特に、引張強度が１０００ＭＰａ以上の平鋼線では、断面内の硬さのばらつきが水素誘起割れを誘発するため、平鋼線断面内での硬さばらつきは極力小さくすることが必要である。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記（１）〜（４）に示す耐水素誘起割れ性に優れた高強度平鋼線にある。

（１）
質量％で、Ｃ：０．２５〜０．６０％、Ｓｉ：０．５０％を超え、２．０％未満、Ｍｎ：０．２０〜１．５０％、Ｓ：０．０１５％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｃｒ：０．００５〜１．５０％、Ａｌ：０．００５〜０．０８０％及びＮ：０．００２０〜０．００８０％を含有し、さらにＣａ：０〜０．００５０％及びＭｇ：０〜０．００５０％のうち、１種又は２種を下記式＜１＞を満足するように含有し、任意に含有される成分が、Ｔｉ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．０５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．５０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｂ：０．０１％以下、ＲＥＭ：０．１０％以下及びＺｒ：０．１０％以下であり、残部はＦｅ及び不純物からなり、引張強度が１０００ＭＰａ以上、かつ長手方向に垂直な断面において測定されるＨｖ硬さの平均値が３２０以上４５０未満、Ｈｖ硬さの測定値の標準偏差σＨｖが１５以下であって、幅／厚み比が１．５以上１０以下であることを特徴とする、耐水素誘起割れ性に優れた高強度平鋼線。
［Ｃａ］＋［Ｍｇ］＞０．２０×［Ｓ］ ・・・＜１＞
ただし、上記式における［Ｃａ］、［Ｍｇ］、［Ｓ］は、それぞれの元素の質量％での含有量を表す。

（２）
質量％で、Ｔｉ：０．００１〜０．１０％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５０％及びＶ：０．０１〜０．５０％から選択される少なくとも１種または２種以上を含有することを特徴とする、（１）に記載の耐水素誘起割れ性に優れた高強度平鋼線。

（３）
質量％で、Ｃｕ：０．０１〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜１．５０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％及びＢ：０．０００２〜０．０１％から選択される少なくとも１種または２種以上を含有することを特徴とする、（１）または（２）に記載の耐水素誘起割れ性に優れた高強度平鋼線。

（４）
質量％で、ＲＥＭ：０．０００２〜０．１０％及びＺｒ：０．０００２〜０．１０％から選択される少なくとも１種または２種を含有することを特徴とする、（１）〜（３）のいずれか一つに記載の耐水素誘起割れ性に優れた高強度平鋼線。

なお、残部としての「Ｆｅ及び不純物」における「不純物」とは、意図せずに鋼材中に含有される成分であり、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入するものを指す。

本発明の平鋼線は、１０００ＭＰａ以上の高い引張強度でありながら、ｐＨ５．５未満の厳しいサワー環境であっても、水素誘起割れを起こしにくいため、フレキシブルパイプの張力補強材として使用することが出来る。

（Ａ）化学成分について：
以下、化学成分についての％は質量％である。

Ｃ：０．２５〜０．６０％
Ｃは、鋼を強化する元素であり、０．２５％以上含有させなくてはならない。一方、Ｃの含有量が０．６０％を超えると、平鋼線同士を溶接で接合した場合に接合部の強度が不足する。また、偏析によって平鋼線断面内での硬さ分布にばらつきが生じ、耐水素誘起割れ性を低下させる。したがって、適切なＣの含有量は０．２５〜０．６０％である。さらに強度を高めたい場合はＣの含有量を０．３０％以上とすることが好ましく、さらには０．３５％以上であることが好ましい。一方、溶接性を確保するとともに平鋼線断面内での偏析を極力少なくし、耐水素誘起割れ性を高めたい場合は０．５５％以下とすることが好ましく、さらに耐水素誘起割れ性を改善するには０．５０％以下とすることが望ましい。

Ｓｉ：０．５０％を超え、２．０％未満
Ｓｉはマトリックスに固溶し、平鋼線の強度を向上させるとともに、耐水素誘起割れ性の向上に有効な元素であり、０．５０％を超えて含有させなくてはならない。しかし、Ｓｉを２．０％以上含有させると平鋼線の形状に冷間加工する際、線材に割れが生じるなどの問題が生じる。よって、Ｓｉの含有量は０．５０％を超え、２．０％未満である。より強度を高めたい場合や耐水素誘起割れ性を向上させたい場合には、Ｓｉは０．７０％以上含有させることが好ましく、１．０％以上含有させれば一層好ましい。平鋼線へ加工する際に線材の割れを抑制したい場合には、Ｓｉは１．８０％以下とすることが好ましい。

Ｍｎ：０．２０〜１．５０％
Ｍｎは、鋼の焼入れ性を高め、高強度化に必要な元素であり、０．２０％以上含有させなくてはならない。しかし、Ｍｎの含有量が１．５０％を超えると、線材の強度が高くなりすぎてしまい、平鋼線へ加工する際に線材に割れが発生するなどの問題が生じる。そのため、本発明の平鋼線におけるＭｎの含有量は０．２０〜１．５０％である。なお、さらに平鋼線の焼入れ性を高める場合や高強度化する場合には、Ｍｎは０．５０％以上含有させればよく、０．７０％以上含有させることが一層好ましい。平鋼線へ加工する際に線材の割れを抑制したい場合には、Ｍｎは１．３０％以下とすることが好ましく、１．１０％以下であればより一層好ましい。

Ｓ：０．０１５％以下
Ｓは、不純物として含有される。但し、Ｓの含有量が０．０１５％を超えると、ＭｎＳは延伸された粗大な形態となり、耐水素誘起割れ性を低下させる。そのため、本発明の平鋼線におけるＳの含有量は０．０１５％以下とする必要がある。１０００ＭＰａ以上の引張強度の平鋼線で耐水素誘起割れ性を改善するには、ＣａやＭｇなどＳと結合して硫化物を生成しやすい元素とのバランスを考えて含有させなければならない。耐水素誘起割れ性を改善する観点からＳの含有量は、０．０１０％以下であれば好ましく、０．００８％以下であればより一層好ましい。Ｓ含有量の下限値は特に限定されないが、Ｓ含有量を０％まで減らすことは技術的に難しく、また、製鋼コストの上昇を招く。そのため、Ｓ含有量の下限値は０．０００５％としてもよい。

Ｐ：０．０１５％以下
Ｐは、不純物として含有される。但し、Ｐの含有量が０．０１５％を超えると、水素誘起割れが発生しやすくなり、１０００ＭＰａ以上の引張強度の平鋼線では、ｐＨ５．５未満の厳しいサワー環境で水素誘起割れを抑制することができない。耐水素誘起割れ性を改善する観点からＰの含有量は、０．０１０％以下であれば好ましく、０．００８％以下であればより一層好ましい。Ｐ含有量の下限値は特に限定されないが、Ｐ含有量を０％まで減らすことは技術的に難しく、また、製鋼コストの上昇を招く。そのため、Ｐ含有量の下限値は０．０００５％としてもよい。

Ｃｒ：０．００５〜１．５０％
Ｃｒは、Ｍｎと同様に、鋼の焼入れ性を高め、高強度化に必要な元素であり、０．００５％以上含有させなくてはならない。しかし、Ｃｒの含有量が１．５０％を超えると、線材の強度が高くなりすぎてしまい、平鋼線へ加工する際に線材に割れが発生するなどの問題が生じる。そのため、本発明の平鋼線における適正なＣｒの含有量は０．００５〜１．５０％である。なお、さらに平鋼線の焼入れ性を高める場合や高強度化する場合には、Ｃｒは０．１０％以上含有させることが好ましく、０．３０％以上含有させれば一層好ましい。平鋼線へ冷間加工する際に線材の割れを抑制したい場合には、１．３０％以下とすることが好ましく、１．１０％以下であればより一層好ましい。

Ａｌ：０．００５〜０．０８０％
Ａｌは脱酸作用を有するだけでなく、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、そのピンニング効果により熱間圧延時のオーステナイト粒を微細化する効果があり、平鋼線の耐水素誘起割れ性を改善する効果がある。このため、Ａｌは０．００５％以上含有させなくてはならない。耐水素誘起割れ性を改善する観点から、Ａｌの含有量を０．０１５％以上とするのが望ましく、さらには０．０２０％以上含有させることが望ましい。一方、Ａｌの含有量が０．０８０％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、粗大なＡｌＮが生成し、平鋼線の耐水素誘起割れ性をかえって低下させる。よって、Ａｌの含有量は０．０６０％以下であることが好ましく、さらには０．０５０％以下であることが一層好ましい。

Ｎ：０．００２０〜０．００８０％
Ｎはマトリックスに固溶し、平鋼線材の強度を向上する効果がある。また、ＡｌやＴｉなどと結合して窒化物や炭窒化物を生成し、熱間圧延時のオーステナイト粒を微細化する効果があり、平鋼線の耐水素誘起割れ性を改善する効果がある。これらの効果を得るために、Ｎは０．００２０％以上含有させなければならず、さらには０．００３０％以上含有させることが好ましい。しかし、過剰に含有させてもその効果が飽和するばかりではなく、鋼を鋳造する際に割れを発生させるなど製造性を悪化させることから、Ｎの含有量は０．００８０％以下とする必要がある。安定した製造性を確保するには０．００６０％以下とするのが好ましく、さらには０．００５０％以下とするのがより一層好ましい。

Ｃａ：０〜０．００５０％
Ｃａは、ＭｎＳ中に固溶し、ＭｎＳを微細に分散する効果がある。ＭｎＳを微細に分散することで、高強度の平鋼線であっても耐水素誘起割れ性を改善することが出来る。Ｃａは含有しなくても良いが（Ｃａ：０％）、Ｃａによって水素誘起割れを抑制する効果を得るためには、Ｃａは０．０００２％以上含有させればよく、より高い効果を得たい場合には、０．０００５％以上含有させれば良い。しかし、Ｃａの含有量が０．００５０％を超えても、その効果は飽和するし、ＡｌやＭｇとともに鋼中の酸素と反応して生成する酸化物が粗大となり、かえって耐水素誘起割れ性の低下を招く。したがって、含有させる場合の適正なＣａの含有量は、０．００５０％以下である。耐水素誘起割れ性を向上させる観点から、Ｃａの含有量は０．００３０％以下であることが好ましく、０．００２５％以下であれば一層好ましい。

Ｍｇ：０〜０．００５０％
Ｍｇは、ＭｎＳ中に固溶し、ＭｎＳを微細に分散する効果がある。ＭｎＳを微細に分散することで、高強度の平鋼線であっても耐水素誘起割れ性を改善することが出来る。Ｍｇは含有しなくても良いが（Ｍｇ：０％）、Ｍｇによって水素誘起割れを抑制する効果を得るためには、Ｍｇは０．０００２％以上含有させればよく、より高い効果を得たい場合には、０．０００５％以上を含有させれば良い。しかし、Ｍｇの含有量が０．００５０％を超えても、その効果は飽和するし、ＡｌやＣａとともに鋼中の酸素と反応して生成する酸化物が粗大となり、かえって耐水素誘起割れ性の低下を招く。したがって、含有させる場合の適正なＭｇの含有量は、０．００５０％以下である。耐水素誘起割れ性を向上させる観点から、Ｍｇの含有量は０．００３０％以下であることが好ましく、０．００２５％以下であれば一層好ましい。

本発明の耐水素誘起割れ性に優れた平鋼線では、Ｃａ及びＭｇのうち１種または２種を含有し、下記式＜１＞で表される関係を満足しなければならない。
［Ｃａ］＋［Ｍｇ］＞０．２０×［Ｓ］ ・・・＜１＞
ただし、上記式における［Ｃａ］、［Ｍｇ］、［Ｓ］は、それぞれの元素の質量％での含有量を表す。

これは、ｐＨ５．５未満の厳しいサワー環境では、主に粗大なＭｎＳを起点に水素誘起割れが発生するが、ＭｎＳ中に一部ＣａやＭｇを固溶させることで、ＭｎＳが微細に分散するため、耐水素誘起割れ性を改善する。ＭｎＳへのＣａやＭｇの固溶量が多くなればなるほど、ＭｎＳは微細化し、耐水素誘起割れ性を改善するので、［Ｃａ］＋［Ｍｇ］の値について、特に上限は設けない。しかし、ＭｎＳへのＣａやＭｇの固溶量があまり多くなりすぎると、かえってＭｎＳが微細化しにくくなることから、［Ｃａ］＋［Ｍｇ］の値は［Ｓ］の１．２倍を超えて含有させないことが望ましい。

（Ｂ）特性および製造方法について：
サワー環境下では、鋼の強度が高ければ高いほど、水素誘起割れを発生しやすいが、本発明における平鋼線は耐水素誘起割れ性に優れており、引張強度が１０００ＭＰａ以上であってもｐＨ５．５未満の厳しいサワー環境で水素誘起割れを抑制することができる。さらに厳格に介在物や成分の調整を行って製造条件を最適化すれば、さらに高い引張強度であっても水素誘起割れが発生しにくくなる。一定のサワー環境下で水素誘起割れを起こさない範囲で平鋼線材の強度は１１００ＭＰａ以上であることが好ましい。

本発明の効果は、鋼を溶製する段階での成分調整や介在物の制御、圧延・加熱条件の制御により、線材長手方向に垂直な断面内での成分偏析や、平鋼線材へ加工する際に付与される加工歪みを熱処理等によって除去するなど、平鋼線の製造条件によって長手方向に垂直な断面内での硬さばらつきを抑えた結果として得ることが出来る。

平鋼線の長手方向に垂直な断面において測定されるＨｖ硬さの平均値が３２０未満である場合、張力補強材として引張強度が不足する。逆に、４５０以上である場合、強度が高すぎるため、水素誘起割れが発生する。ｐＨ５．５未満の厳しいサワー環境で、水素誘起割れを抑制したい場合、長手方向垂直断面のＨｖ硬さの平均値は４３０以下であることが望ましく、４００以下であれば、より一層好ましい。

さらに、ｐＨ５．５未満のサワー環境で１０００ＭＰａを超える引張強度の平鋼線の耐水素誘起割れ性を改善するためには、平鋼線長手方向の垂直断面のＨｖ硬さのばらつきも併せて制御しなければならない。ｐＨ５．５未満のサワー環境で水素誘起割れを発生しなかった平鋼線について、長手方向垂直断面でのＨｖ硬さ（ビッカース硬さ）を測定したところ、測定値の標準偏差（σＨｖ）がいずれも１５以下であった。これに対し、水素誘起割れを発生した平鋼線の断面Ｈｖ硬さの測定値の標準偏差（σＨｖ）はいずれも１５を超えていた。成分偏析や平鋼線へ加工する段階で付与される加工歪みにより、長手方向垂直断面内で硬さばらつきが生じ、水素誘起割れに悪影響を与えたと推察される。平鋼線断面内の硬さばらつきは、小さければ小さいほど耐水素誘起割れ性の改善に効果的であり、断面Ｈｖ硬さの測定値の標準偏差（σＨｖ）は１３以下であることが好ましい。さらに一層耐水素誘起割れ性を改善したい場合には、標準偏差（σＨｖ）は１１以下であることがより望ましい。

本発明では、水素誘起割れを抑制するために、鋼を溶製する段階での化学成分だけでなく、圧延・加熱条件や平鋼線の製造条件によって、介在物を制御したり、線材長手方向に垂直な断面内での成分偏析を抑えたり、平鋼線へ加工後に熱処理を加えるなど、平鋼線の製造条件をコントロールして断面内の平均硬さや硬さのばらつきを制御する。

本発明の要件を満たせば、平鋼線の製造方法によらず、本発明の効果を得ることが出来るが、例えば、下記に示す製造方法によって、線材を製造し、それを素材として平鋼線を製造すればよい。なお、下記の製造プロセスは一例であり、下記以外のプロセスによって化学成分及びその他の要件が本発明の範囲である平鋼線が得られた場合であっても、その平鋼線が本発明に含まれることはいうまでもない。

具体的には、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ等の化学成分を調整し、転炉や通常の電気炉等によって溶製、鋳造された鋼塊や鋳片は、分塊圧延の工程を経て、鋼片である製品圧延用素材とする。製品圧延前、すなわち分塊圧延の加熱時か、あるいはその前の段階で、鋳造された鋼片は１２５０℃以上の温度で、１２ｈｒ以上の加熱処理をする。これにより、ＭｎＳの一部が固溶して微細化するし、圧延した線材の成分偏析を抑えることが出来る。

その後、鋼片を再加熱して熱間で製品圧延し、所定の径の棒鋼や線材に最終的に仕上げる。

圧延した線材は、１次伸線加工を行った後、平鋼線に加工する。このとき、圧延した線材から平鋼線へ加工したときの総加工減面率は８０％以下であることが望ましい。平鋼線は、冷間圧延機を用いて、１次伸線した線材を冷間圧延することで所定のサイズに整える。冷間圧延したままの状態では、長手方向に垂直な断面内での硬さばらつきが大きいため、平鋼線を加熱処理する。このとき、加熱温度は４００℃以上とし、Ａ１点以下の温度とすればよい。または、オーステナイト域へ再加熱した後、油焼入れを行い、４００℃以上の温度で焼戻しする、焼入れ・焼戻し処理を行っても良い。

なお、平鋼線は伸線加工した丸棒から冷間圧延によって仕上げると、厚み方向の両端面が平行で、幅方向の両端面は長手方向垂直断面がそれぞれ半楕円状または円弧状となる。異形ダイスを用いた伸線加工で同じ形状に仕上げてもよい。平鋼線の幅方向の最大幅と厚みの比、幅／厚み比が１．５未満の場合、平鋼線への加工量が小さく、十分な引張強度が得られない場合がある。また鋼の焼入れ性が低い場合には、平鋼線の内部まで焼入れ出来ず、十分な引張強度が得られないといった問題が生じる。さらにフレキシブルパイプに組み込む加工のときに曲げ加工が難しく、割れが生じるなど不具合も生じる。一方、平鋼線の幅／厚み比が１０を超える場合、平鋼線へ冷間圧延を行った後や平鋼線を熱処理した後に、平鋼線に反りが生じ、フレキシブルパイプに組み込むことが出来ないなどの問題が生じる。

（Ｃ）任意成分について：
本発明の高強度平鋼線は、必要に応じて、Ｔｉ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．０５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．５０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｂ：０．０１％以下、ＲＥＭ：０．１０％以下及びＺｒ：０．１０％以下から選択される少なくとも１種または２種以上の元素を含有させてもよい。以下、任意元素であるＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｂ、ＲＥＭ、Ｚｒの作用効果と、含有量の限定理由について説明する。任意成分についての％は質量％である。

Ｔｉ：０〜０．１０％
Ｔｉは、ＮやＣと結合して、炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成し、それらのピンニング効果によって熱間圧延時にオーステナイト粒を微細化する効果があり、平鋼線の耐水素誘起割れ性を改善する効果があるため、含有させても良い。この効果を得るためには、Ｔｉは０．００１％以上含有させればよい。耐水素誘起割れ性を改善する観点から、Ｔｉの含有量を０．００５％以上とするのが望ましく、さらには０．０１０％以上含有させることが望ましい。一方、Ｔｉの含有量が０．１０％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、粗大なＴｉＮが多数生成し、かえって平鋼線の耐水素誘起割れ性を低下させる。よって、Ｔｉの含有量は０．０５０％以下であることが好ましく、さらには０．０３５％以下であることが一層好ましい。

Ｎｂ：０〜０．０５０％
Ｎｂは、ＮやＣと結合して、炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成し、それらのピンニング効果によって熱間圧延時にオーステナイト粒を微細化する効果があり、平鋼線の耐水素誘起割れ性を改善する効果があるため、含有させても良い。この効果を得るためには、Ｎｂは０．００１％以上含有させればよい。耐水素誘起割れ性を改善する観点から、Ｎｂの含有量を０．００５％以上とするのが望ましく、さらには０．０１０％以上含有させることが望ましい。一方、Ｎｂの含有量が０．０５０％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、鋼塊や鋳片を分塊圧延する工程で鋼片に割れが生じるなど鋼の製造性に悪影響を及ぼす。よって、Ｎｂの含有量は０．０３５％以下であることが好ましく、さらには０．０３０％以下であることが一層好ましい。

Ｖ：０〜０．５０％
ＶはＣ及びＮと結合して、炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成し、平鋼線の強度を高めることが出来る。この目的で、０．０１％以上のＶを含有させてもよいが、Ｖの含有量が０．５０％を超えると、析出する炭化物や炭窒化物によって平鋼線の強度が増大し、かえって耐水素誘起割れ性が低下する。平鋼線の水素誘起割れを抑制する観点から、含有させる場合のＶの量は０．２０％以下であることが好ましく、０．１０％以下であれば一層好ましい。なお、前述したＶの効果を安定して得るためには、Ｖの量は０．０２％以上含有させることが好ましい。

Ｃｕ：０〜１．０％
Ｃｕは、鋼の焼入れ性を高める元素であり、含有させても良い。ただし、焼入れ性を高める効果を得るためには、０．０１％以上含有させればよい。しかし、Ｃｕの含有量が１．０％を超えると、線材の強度が高くなりすぎてしまい、平鋼線へ加工する際に線材に割れが発生するなどの問題が生じる。したがって、含有させる場合のＣｕの含有量は０．０１〜１．０％である。焼入れ性を向上させる観点から含有させる場合のＣｕの含有量は０．１０％以上であることが好ましく、０．３０％以上含有させれば一層好ましい。なお、平鋼線への加工性を考慮して、含有させる場合のＣｕの含有量は０．８０％以下とすることが好ましく、０．５０％以下であればより一層好ましい。

Ｎｉ：０〜１．５０％
Ｎｉは、鋼の焼入れ性を高める元素であり、含有させても良い。ただし、焼入れ性を高める効果を得るためには、０．０１％以上含有させればよい。しかし、Ｎｉの含有量が１．５０％を超えると、線材の強度が高くなりすぎてしまい、平鋼線へ加工する際に線材に割れが発生するなどの問題が生じる。したがって、含有させる場合のＮｉの含有量は０．０１〜１．５０％である。焼入れ性を向上させる観点から含有させる場合のＮｉの含有量は０．１０％以上であることが好ましく、０．３０％以上含有させれば一層好ましい。なお、平鋼線への加工性を考慮して、含有させる場合のＮｉの含有量は１．０％以下とすることが好ましく、０．６０％以下であればより一層好ましい。

Ｍｏ：０〜１．０％
Ｍｏは、鋼の焼入れ性を高める元素であり、含有させても良い。ただし、焼入れ性を高める効果を得るためには、０．０１％以上含有させればよい。しかし、Ｍｏの含有量が１．０％を超えると、線材の強度が高くなりすぎてしまい、平鋼線へ加工する際に線材に割れが発生するなどの問題が生じる。したがって、含有させる場合のＭｏの含有量は０．０１〜１．０％である。焼入れ性を向上させる観点から含有させる場合のＭｏの含有量は０．０２％以上であることが好ましく、０．０５％以上含有させればより一層好ましい。なお、平鋼線への加工性を考慮して、含有させる場合のＭｏの含有量は０．５０％以下とすることが好ましく、０．３０％以下であればより一層好ましい。

Ｂ：０〜０．０１％
Ｂは、微量添加することで鋼の焼入れ性を高めるのに有効であり、効果を得たい場合には０．０００２％以上含有させても良い。０．０１％を超えて含有させても効果が飽和するだけでなく、粗大な窒化物が生成するので、水素誘起割れが発生しやすくなる。したがって、含有させる場合のＢの含有量は０．０００２〜０．０１％である。さらに焼入れ性を高めたい場合には、Ｂの含有量を０．００１％以上とすればよく、０．００２％以上であればより一層好ましい。なお、水素誘起割れを考慮して、含有させる場合のＢの含有量は０．００５％以下とすることが好ましく、０．００３％以下であればより一層好ましい。

ＲＥＭ：０〜０．１０％
ＲＥＭは希土類元素の総称であり、ＲＥＭの含有量は希土類元素の合計含有量である。ＲＥＭはＣａやＭｇと同じようにＭｎＳ中に固溶し、ＭｎＳを微細に分散する効果がある。ＭｎＳを微細に分散することで、耐水素誘起割れ性を改善することが出来るため、添加してもよい。水素誘起割れを抑制する効果を得るためには、ＲＥＭは０．０００２％以上含有させればよく、より高い効果を得たい場合には、０．０００５％以上を含有させれば良い。しかし、ＲＥＭの含有量が０．１０％を超えても、その効果は飽和するし、鋼中の酸素と反応して生成する酸化物が粗大となり、耐水素誘起割れ性の低下を招く。したがって、含有させる場合のＲＥＭの含有量は、０．１０％以下である。耐水素誘起割れ性を向上させる観点から、ＲＥＭの含有量は０．０５％以下であることが好ましく、０．０３％以下であれば一層好ましい。

Ｚｒ：０〜０．１０％
Ｚｒは、Ｏと反応して酸化物を生成し、微量に添加すれば酸化物を微細に分散し、水素誘起割れを抑制する効果があり、その効果を得たい場合に添加しても良い。水素誘起割れを抑制する効果を得るためには、Ｚｒは０．０００２％以上含有させればよく、より高い効果を得たい場合には、０．００１％以上を含有させれば良い。しかし、Ｚｒの含有量が０．１０％を超えて含有させた場合、その効果は飽和するし、鋼中のＮやＳと反応し、粗大な窒化物や硫化物を生成するため、逆に耐水素誘起割れ性の低下を招く。したがって、含有させる場合のＺｒの含有量は、０．１０％以下である。耐水素誘起割れ性に悪影響を与える介在物を低減させる観点から、Ｚｒの含有量は０．０８％以下であることが好ましく、０．０５％以下であれば一層好ましい。

残部は「Ｆｅ及び不純物」である。「不純物」とは、意図せずに鋼材中に含有される成分であり、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入するものを指す。

以下に実施例によって本発明を具体的に説明する。
具体的には、表１、表２に示す化学成分の鋼を溶製し、以下の方法で平鋼線を作製した。なお、表１、表２中の「−」の表記は、当該元素の含有量が不純物レベルであり、実質的に含有されていないと判断できることを示す。

表１に示す化学成分の鋼Ａ、Ｂを電気炉にて溶製し、得た鋼塊を１２５０℃で１２ｈｒ加熱後、１２２ｍｍ角の鋼片に分塊圧延した鋼片を圧延用素材とした。次いで圧延用素材を１０５０℃で加熱して直径１２ｍｍの線材に圧延した。圧延後、線材の表面を潤滑処理した後、直径１１ｍｍの線材となるよう１次伸線加工を行った。その後、伸線加工した線材を冷間圧延機で圧延し、平鋼線に成形した。
同成分であっても引張強度や長手方向に垂直な断面内の硬さばらつきが異なる平鋼線を造り分けるために、試験番号Ａ１〜Ａ５については、幅１５ｍｍ、厚み３ｍｍに冷間圧延した平鋼線を９００℃で１５ｍｉｎの加熱を行った後に、コールド油に浸漬して焼入れ処理を行い、４００〜６００℃の温度で１ｍｉｎまたは６０ｍｉｎの加熱処理を行って引張強度が異なる平鋼線を作製した。試験番号Ａ６については、冷間圧延後に熱処理を行わなかった。
一方、試験番号Ｂ１〜Ｂ４については、幅１３．５ｍｍ、厚み５ｍｍの平鋼線に冷間圧延した後、焼入れ処理を行わず、試験番号Ｂ１は６００℃で１０ｍｉｎ、試験番号Ｂ２は４５０℃で３０ｓｅｃ、Ｂ３は６００℃で２４０ｍｉｎの加熱処理をし、室温まで冷却した。試験番号Ｂ４は熱処理を行わなかった。また、試験番号Ｂ５については、幅１０ｍｍ、厚み８ｍｍの平鋼線に冷間圧延し、熱処理を行わなかった。こうして引張強度や長手方向に垂直な断面内の硬さばらつき、形状が異なる平鋼線を作製した。なお、試験番号Ｂ６は幅１７ｍｍ、厚み１．５ｍｍの平鋼線を作製し、９００℃で１５ｍｉｎの加熱後、コールド油に浸漬して焼入れ処理をした。その際、平鋼線の長手方向に大きな反りが生じたため、以降の試験を中止した。

表２に示す化学成分の試験Ｎｏ．１〜３１を電気炉にて溶製し、得た鋼塊を１２５０℃で１２ｈｒ加熱した後、１２２ｍｍ角の鋼片に分塊圧延した鋼片を圧延用素材とした。次いで圧延用素材を１０５０℃で加熱して直径１２ｍｍの線材に圧延した。圧延後、線材の表面を潤滑処理した後、直径１１ｍｍの線材となるよう１次伸線加工を行った。その後、伸線加工した線材を冷間圧延機で圧延し、幅１５ｍｍ、厚み３ｍｍまたは幅１３．５ｍｍ、厚み５ｍｍの平鋼線に成形した。試験Ｎｏ．１〜９、１２〜２４、２８、３０、３１については、成形した平鋼線について、冷間圧延後に９００℃で１５ｍｉｎの加熱を行った後、コールド油に浸漬して焼入れ処理を行い、４５０〜５００℃の温度で６０ｍｉｎの加熱処理を行った。試験Ｎｏ．１０、１１については焼入れ処理を行わず、６００℃で２ｍｉｎ加熱または５８０℃で５ｍｉｎの加熱後、室温まで冷却した。試験Ｎｏ．２５〜２７、２９は鋼の化学成分のいずれかが、本発明の範囲外であり、平鋼線に冷間圧延した際に、平鋼線に割れが生じたため、熱処理以降の工程を行わずに試験を中止した。なお、表２中、アンダーラインは成分組成が本発明範囲から外れていることを示す。

上記方法で作製した平鋼線の引張強度、長手方向に垂直な断面内の平均硬さ、硬さばらつきを表す硬さの標準偏差、耐水素誘起割れ性について調査した結果を表３、表４に示す。なお、表３、４中、アンダーラインは特性が本発明範囲から外れていることを示す。

平鋼線の引張強度、長手方向に垂直な断面内の平均硬さ、硬さばらつきを表す標準偏差、耐水素誘起割れ性はそれぞれ下記に記載する方法によって調査した。

〈１〉平鋼線の引張強度の調査：
平鋼線の引張強度は、ＪＩＳ Ｇ ３５４６に記載の破断試験によって測定した。標点距離は３０ｍｍとして室温で破断試験を実施し、引張強度を求めた。なお、平鋼線の断面積（Ｓ（ｍｍ^２））は下記式＜２＞を用いて算出し、試験片が破断に至るまでの最大試験力を断面積で除して求めた。
Ｓ＝ｗ×ｔ−０．２１５ｔ^２ ・・・＜２＞
ここで、ｗ：平鋼線の幅（ｍｍ）、ｔ：平鋼線の厚さ（ｍｍ）である。

〈２〉長手方向垂直断面内の硬さの調査：
平鋼線を１０ｍｍの長さに切断した後、横断面（長手方向垂直断面）が被検面になるように樹脂埋め、鏡面研磨を行い、ビッカース硬度計を用いてＨｖ硬さを測定した。試験荷重は１００ｇｆであり、表面から５０μｍ以上離れた位置から厚み方向に等間隔で１０点測定することを、幅方向に１ｍｍずつずらして９回以上繰り返すことによって断面内の硬さ分布を測定し、平均硬さ及び硬さばらつきの指標としての標準偏差（σＨｖ）を求めた。硬さのばらつきの指標となる標準偏差σＨｖは下記式＜３＞によって求めればよい。

ここで、ｎは断面内での硬さ測定点数、Ｈｖ_ＡＶは平均硬さ、Ｈｖ_ｉは測定点ｉの位置での硬さである。

〈３〉耐水素誘起割れ性の調査：
１５０ｍｍ長さに切断した平鋼線を用いて耐水素誘起割れ性を評価した。５％ＮａＣｌ＋ＣＨ_３ＣＯＯＨ溶液にＨＣｌを用いてｐＨを調整し、ｐＨ５．０とした。窒素ガスで脱気後、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）＋二酸化炭素（ＣＯ_２）混合ガスを導入し、溶液中に平鋼線を浸漬して割れの発生を調査した。このとき、硫化水素の分圧は０．０１ＭＰａ、試験温度は２５℃であり、試験時間は９６時間である。試験後、平鋼線の厚み方向に対して超音波探傷試験（ＵＳＴ：Ｕｌｔｒａ−ｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔ）によって割れ発生の有無を確認した。超音波探傷によって割れが生じたと判定される割れ発生部の面積の合計を画像解析によって求め、下記式＜４＞を用いて水素誘起割れ発生率（χ（％））を求めた。

ここで、Ａ_ｆ：ＵＳＴで測定された割れ発生部の合計面積（ｍｍ^２）、ｗ：平鋼線の幅（ｍｍ）、Ｌ：平鋼線の長さ（ｍｍ）である。

表３から、本発明例である試験番号Ａ２〜Ａ５、Ｂ１は、いずれも化学成分と本発明要件を満足し、かつ鋼材の製造条件が適切であることから、引張強度がいずれも１０００ＭＰａ以上であっても、水素誘起割れが発生しておらず、問題ない。

これに対して、試験番号Ａ１、Ａ６、Ｂ２、Ｂ４は断面内の平均硬さや硬さばらつきを表す標準偏差（σＨｖ）は本発明の範囲外であり、水素誘起割れが発生している。
試験番号Ａ１は断面内の平均Ｈｖ硬さが４５０を超えており、硬さが高すぎるため、水素誘起割れ発生率が１０％以上となっている。
試験番号Ａ６、Ｂ４は、平鋼線に加工した後、熱処理を行わず、断面内硬さの標準偏差（σＨｖ）が１５以上であり、断面内硬さのばらつきが大きかったことから、水素誘起割れ発生率が１０％以上となっている。
試験番号Ｂ２は、平鋼線に加工した後、熱処理を行ったが、断面内硬さの標準偏差（σＨｖ）が１５以上であり、断面内硬さのばらつきが大きかったことから、水素誘起割れ発生率が１０％以上となっている。
試験番号Ｂ３は、平鋼線に加工した後、熱処理を行ったが、平均硬さがＨｖ３２０を下回っており、引張強度が１０００ＭＰａ未満であった。
試験番号Ｂ５は、平鋼線の形状が本発明の範囲外であり、平鋼線への加工量が小さいため、引張強度が１０００ＭＰａ未満である。さらに、熱処理されておらず、断面内硬さの標準偏差（σＨｖ）が１５以上であり、水素誘起割れ発生率が１０％以上となっている。
試験番号Ｂ６は、平鋼線の形状が本発明の範囲外であるために、焼入れ処理時に平鋼線が長手方向に大きな反りが生じたため、引張試験等の試験を行わなかった。

表４から、本発明例である試験番号１〜１９は、いずれも化学成分と本発明要件を満足し、かつ鋼材の製造条件が適切であることから、引張強度がいずれも１０００ＭＰａ以上であっても、水素誘起割れが発生していない、または水素誘起割れ発生率が１０％未満であり、問題ない。

試験番号２０〜２４、２８、３０、３１については、化学成分のいずれか、または式＜１＞を満足していないために、水素誘起割れ発生率が１０％以上の水素誘起割れが発生している。
試験番号２５〜２７、２９は、鋼の化学成分のいずれかが、本発明の範囲外であり、平鋼線に冷間圧延した際に、平鋼線に割れが生じたため、熱処理以降の工程を行わずに試験を中止した。
試験番号２０はＳｉの含有量が本発明の範囲外であり、水素誘起割れ発生率が１０％以上の水素誘起割れが発生している。
試験番号２１は化学成分は本発明の範囲内であるが、式＜１＞を満足していないため、水素誘起割れ発生率が１０％以上の水素誘起割れが発生している。
試験番号２２はＣａ、Ｍｇの両方が添加されておらず、式＜１＞も満足していないため、水素誘起割れ発生率が１０％以上の水素誘起割れが発生している。
試験番号２３はＳの含有量が本発明の範囲外であり、水素誘起割れ発生率が１０％以上の水素誘起割れが発生している。
試験番号２４はＣの含有量が本発明の範囲外であり、断面内の硬さばらつきを表す標準偏差が１５を超えたため、水素誘起割れ発生率が１０％以上の水素誘起割れが発生している。
試験番号２５はＳｉの含有量が本発明の範囲外であり、平鋼線に冷間圧延を行った際、平鋼線に割れが生じた。
試験番号２６はＭｎの含有量が本発明の範囲外であり、平鋼線に冷間圧延を行った際、平鋼線材に割れが生じた。
試験番号２７はＣｒの含有量が本発明の範囲外であり、平鋼線に冷間圧延を行った際、平鋼線材に割れが生じた。
試験番号２８はＰの含有量が本発明の範囲外であり、水素誘起割れ発生率が１０％以上の水素誘起割れが発生している。
試験番号２９はＮの含有量が本発明の範囲外であり、平鋼線に冷間圧延を行った際、平鋼線材に割れが生じた。
試験番号３０、３１はＡｌの含有量が本発明の範囲外であり、水素誘起割れ発生率が１０％以上の水素誘起割れが発生している。

２０１６年３月７日に出願された日本国特許出願第２０１６−０４３９６１号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が、具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (4)

1. 質量％で、
   Ｃ：０．２５〜０．６０％、
   Ｓｉ：０．５０％を超え、２．０％未満、
   Ｍｎ：０．２０〜１．５０％、
   Ｓ：０．０１５％以下、
   Ｐ：０．０１５％以下、
   Ｃｒ：０．００５〜１．５０％、
   Ａｌ：０．００５〜０．０８０％及び
   Ｎ：０．００２０〜０．００８０％
   を含有し、
   さらにＣａ：０〜０．００５０％及びＭｇ：０〜０．００５０％のうち、１種または２種を下記式＜１＞を満足するように含有し、
   任意に含有される成分が、
   Ｔｉ：０．１０％以下、
   Ｎｂ：０．０５０％以下、
   Ｖ：０．５０％以下、
   Ｃｕ：１．０％以下、
   Ｎｉ：１．５０％以下、
   Ｍｏ：１．０％以下、
   Ｂ：０．０１％以下、
   ＲＥＭ：０．１０％以下及び
   Ｚｒ：０．１０％以下であり、
   残部はＦｅおよび不純物からなり、
   引張強度が１０００ＭＰａ以上、かつ長手方向に垂直な断面において測定されるＨｖ硬さの平均値が３２０以上４５０未満、測定値の標準偏差σＨｖが１５以下であって、幅／厚み比が１．５以上１０以下であることを特徴とする、耐水素誘起割れ性に優れた高強度平鋼線。
   ［Ｃａ］＋［Ｍｇ］＞０．２０×［Ｓ］ ・・・＜１＞
   ただし、上記式＜１＞における［Ｃａ］、［Ｍｇ］、［Ｓ］は、それぞれの元素の質量％での含有量を表す。
2. 質量％で、
   Ｔｉ：０．００１〜０．１０％、
   Ｎｂ：０．００１〜０．０５０％及び
   Ｖ：０．０１〜０．５０％
   から選択される少なくとも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に記載の耐水素誘起割れ性に優れた高強度平鋼線。
3. 質量％で、
   Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
   Ｎｉ：０．０１〜１．５０％、
   Ｍｏ：０．０１〜１．０％及び
   Ｂ：０．０００２〜０．０１％
   から選択される少なくとも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または２に記載の耐水素誘起割れ性に優れた高強度平鋼線。
4. 質量％で、
   ＲＥＭ：０．０００２〜０．１０％及び
   Ｚｒ：０．０００２〜０．１０％
   から選択される少なくとも１種または２種を含有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の耐水素誘起割れ性に優れた高強度平鋼線。