JP7440741B2 - ラインパイプ用電縫鋼管及びラインパイプ用電縫鋼管の製造方法 - Google Patents
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Description
下記式(1)で示すAr3パラメーターが760~790、溶接部の平均フェライト粒径が6μm以下、溶接部のポリゴナルフェライト組織の面積率が80面積%以上、パーライト面積率が2~10%、かつパーライトの最大サイズが4.5μm以下、ベイナイト+マルテンサイトの面積率が10%以下であり、引張強度が400~700MPaであり、溶接部の平均転位密度が8×10-14(m-2)以下であることを特徴とするラインパイプ用電縫鋼管とする。
Ar3=868-396×[C]+25×[Si]‐68×[Mn]-21×[Cu]
-36×[Ni]-25×[Cr]-30×[Mo]・・・(1)
(ただし、[元素記号]は、各元素の質量%の値)
205≦Ar3×[C]×加熱温度(℃)/冷却速度(℃/s)-80×[Ni]≦700・・・(2)
(ただし、[元素記号]は各元素の質量%の値、加熱温度はシームノルマ時の加熱温度、冷却速度は冷却段階における800℃~500℃間の平均冷却速度)
Ar3=868-396×[C]+25×[Si]‐68×[Mn]-21×[Cu]-36×[Ni]-25×[Cr]-30×[Mo]・・・(1)
(ただし、[元素記号]は、各元素の質量%の値)
このため、低温の状況(-40℃~-80℃)での使用が可能な溶接部靭性に優れるラインパイプ用鋼管を提供することが可能となる。
フェライト粒径およびパーライト粒径を微細化するために重要なパラメーターである。変態温度を低くし粒径を微細化するために790以下とする必要がある。一方で値が小さすぎると変態温度が下がりすぎベイナイトおよびマルテンサイト主体の組織となってしまうために、760以上とする必要がある。
優れた低温靭性を有するために重要なパラメーターである。そのためには6μm以下とする必要がある。これを超えるとフェライト粒の脆性破壊応力が下がるため靭性が劣化する。
優れた低温靭性を有するために重要なパラメーターである。そのためには80%以上とする必要がある。これより少ないと硬質相の割合が多いため靭性が劣化する。
優れた低温靭性を有するために重要なパラメーターである。そのためには10%以下とする必要がある。これを超えると硬質相が多すぎるために靭性が劣化する。一方でラインパイプとしての強度を確保するためにはフェライト相のみでは不十分であり、2%以上のパーライト相が必要である。
優れた低温靭性を有するために、最も重要なパラメーターである。そのためには4.5μm以下とする必要がある。これを超えると脆性破壊の起点となりやすく十分な低温靭性が得られなくなる。小さければ小さい程良いが、工業的には1μm程度が限界である。
優れた低温靭性を有するために重要なパラメーターである。そのためには10%以下とする必要がある。これを超えると硬質相の割合が多いため、靭性が劣化する。なお、本願発明のような低C材では、ベイナイト組織およびマルテンサイト組織は隣接する粒の方位差がつきにくいため、結晶粒が粗大化しがちである。そのため硬質相はパーライト組織とするのが望ましく、ベイナイト及びマルテンサイトを足し合わせた面積率は0でも構わない。
ラインパイプの母材の最低強度として400MPa以上が必要である。一方で強度が高すぎると靭性が確保できないため、700MPa以下とする必要がある。
-80℃の環境で溶接部の低温靭性を確保するために、低温での転位の易動度を上げるべくNiを添加するが、その効果を得るためには溶接部の平均転位密度を8×10-14(m-2)以下に抑えておく必要がある。これを超えると、過剰に導入された転位自身が転位の移動に対する障害となり、脆性破壊が起こり易くなる。一方でこの値が低すぎても構わないが、工業的には1×10-15(m-2)程度が限界である。
205≦Ar3×[C]×加熱温度(℃)/冷却速度(℃/s)
-80×[Ni]≦700・・・(2)
(ただし、[元素記号]は各元素の質量%の値、加熱温度はシームノルマ時の加熱温度、冷却速度は冷却段階における800℃~500℃間の平均冷却速度)
Cは、鋼の強度を向上させる元素である。かかる効果を得る観点から、C含有量は、0.03%以上である。一方、C含有量が0.06%を超えると、炭化物の生成が促進されてパーライトサイズが大きくなり、靭性が劣化する。従って、C含有量は、0.06%以下である。
Siは、脱酸元素である。かかる効果を得る観点から、Si含有量は、0.10%以上である。一方、Si含有量が0.40%を超えると、Siの酸化物が多数生じ、靭性が劣化する場合がある。従って、Si含有量は、0.40%以下である。
Mnは、鋼の強度を向上させる元素である。また、変態温度を低下させ粒径を微細化する効果がある元素である。かかる効果を得る観点から、Mn含有量は、0.20%以上である。一方、Mn含有量が1.59%を超えると、変態点が下がりすぎベイナイトおよびマルテンサイト主体の組織となってしまう。従って、Mn含有量は、1.60%以下である。
Pは、不純物元素であり、少ない方が好ましい。P含有量が0.030%を超えると、靭性が劣化する場合がある。従って、P含有量は0.030%以下である。
Sは、不純物元素であり、少ない方が好ましい。S含有量が0.005%を超えると、圧延方向に伸長した粗大なMnSが生じ、靭性が劣化する場合がある。従って、S含有量は0.005%以下である。
Tiは、ピンニング効果によりγ粒径を微細化し、結果フェライト粒径およびパーライト粒径を微細化させるために必要な元素である。かかる効果を得る観点から、Ti含有量は、0.010%以上である。一方、Ti含有量が0.03%を超えると、TiN等の粗大な介在物が生じ靭性が劣化する場合がある。従って、Ti含有量は0.03%以下である。
Alは、脱酸元素である。かかる効果を得る観点から、Al含有量は0.005%以上である。一方、Al含有量が0.050%を超えると、粗大なAl-Ca系介在物が多数生じて靭性が劣化する。従って、Al含有量は、0.050%以下である。
Nbは、ピンニング効果によりγ粒径を微細化し、その結果として、フェライト粒径およびパーライト粒径を微細化させるために必要な元素である。かかる効果を得る観点から、Nb含有量は、0.010%以上である。一方、Nb含有量が0.050%を超えると、粗大なNb炭窒化物が生じ、靭性が劣化する場合がある。従って、Nb含有量は、0.050%以下である。
Nは、不純物元素であり、少ない方が好ましい。N含有量が0.006%を超えると、粗大な窒化物(例えば、TiN、NbN等)が生じ、靭性が劣化する場合がある。従って、N含有量は、0.006%以下である。N含有量は0%であってもよい。
Oは、不純物元素であり、少ない方が好ましい。O含有量が0.004%を超えると、酸化物が多く形成され靭性が劣化する場合がある。従って、O含有量は、0.004%以下である。
Caは、MnSとともに複合介在物を形成し、複合介在物の形態で微細分散化されることにより、介在物を無害化し靭性を向上させる元素である。かかる効果を得る観点から、Ca含有量は、0.0001%以上である。一方、Ca含有量が0.0200%を超えると、粗大なAl-Ca系介在物が生じ、靭性が劣化する場合がある。従って、Ca含有量は、0.0200%以下である。
Niは、本願発明で最も重要な必須元素であり、Ni添加により低温靭性がさらに向上する。この原因の一つは、Niを添加すると焼き入れ性の向上によりAr3値が低減し、フェライト粒径およびパーライト粒径をさらに微細化する効果があることにある。また、Niを添加すると、低温で転位の易動度が増し、添加しない場合と比較して公差すべりを起こしやすくなる。このため低温でも塑性変形を起こしやすくなり、脆性破壊に遷移し難くなるため、延性-脆性破面遷移温度をより低温とすることができる。この効果はNi添加量が多い程大きく、-80℃での靭性を確保するためには、0.3%以上の添加が必要である。一方、Ni含有量が2.000%を越えると、コストの上昇を招き、また強度が超過するおそれがある。従って、Ni含有量は、2.000%以下である。
Cuは、任意元素である。Cuは、鋼の強度向上に寄与し得る元素である。かかる効果を得る観点から、添加する場合のCu含有量は0.005%以上である。一方、Cu含有量が1.000%を越えると、効果が飽和し、コストの上昇を招くおそれがある。従って、Cu含有量は、1.000%以下である。
Crは、任意元素である。Crは、鋼の強度向上に寄与し得る元素である。かかる効果を得る観点から、添加する場合のCr含有量は、0.030%以上である。一方、Cr含有量が1.000%を越えると、効果が飽和し、コストの上昇を招くおそれがある。従って、Cr含有量は、1.000%以下である。
Moは、任意元素である。Moは、鋼の強度向上に寄与し得る元素である。かかる効果を得る観点から、添加する場合のMo含有量は、0.10%以上である。一方、Mo含有量が0.50%を越えると、効果が飽和し、コストの上昇を招くおそれがある。従って、Mo含有量は、0.50%以下である。
Vは、任意元素である。Vは、鋼の強度向上に寄与し得る元素である。かかる効果を得る観点から、添加する場合のV含有量は、0.001%以上である。一方、V含有量が0.200%を越えると、効果が飽和し、コストの上昇を招くおそれがある。従って、V含有量は、0.200%以下である。
Wは、任意元素である。Wは、鋼の強度向上に寄与し得る元素である。かかる効果を得る観点から、添加する場合のW含有量は、0.001%以上である。一方、W含有量が0.100%を越えると、効果が飽和し、コストの上昇を招くおそれがある。従って、W含有量は、0.100%以下である。
Bは、任意元素である。Bは、鋼の強度向上に寄与し得る元素である。かかる効果を得る観点から、添加する場合のB含有量は、0.0005%以上である。一方、B含有量が0.0050%を越えると、効果が飽和し、コストの上昇を招くおそれがある。従って、B含有量は、0.0050%以下である。
Mgは、任意元素である。Mgは、鋼の強度向上に寄与し得る元素である。かかる効果を得る観点から、添加する場合のMg含有量は、0.0001%以上である。一方、Mg含有量が0.0200%を越えると、効果が飽和し、コストの上昇を招くおそれがある。従って、Mg含有量は、0.0200%以下である。
Zrは、任意元素である。Zrは、鋼の強度向上に寄与し得る元素である。かかる効果を得る観点から、添加する場合のZr含有量は、0.0001%以上である。一方、Zr含有量が0.0200%を越えると、効果が飽和し、コストの上昇を招くおそれがある。従って、Zr含有量は、0.0200%以下である。
REMは、任意元素である。ここで、「REM」は希土類元素、即ち、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を指す。REMは、鋼中の介在物を制御し、鋼の強度向上に寄与し得る元素である。かかる効果を得る観点から、添加する場合のREM含有量は、0.0001%以上である。一方、REM含有量が0.0200%を超えると、粗大な介在物の個数が増え、靭性が劣化する場合がある。従って、REM含有量は0.0200%以下である。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.03~0.06%、
Si:0.10~0.40%、
Mn:0.20~1.59%、
P:0.030%以下、
S:0.005%以下、
Ti:0.010~0.030%、
Al:0.005~0.050%、
Nb:0.010~0.050%、
N:0.006%以下、
Ca:0.0001~0.0200%、
Ni:0.300~2.000%、
であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、
下記式(1)で示すAr3パラメーターが760~790、溶接部の平均フェライト粒径が6μm以下、溶接部のポリゴナルフェライト組織の面積率が80面積%以上、パーライト面積率が2~10%、かつパーライトの最大サイズが4.5μm以下、ベイナイト+マルテンサイトの面積率が10%以下であり、溶接部の平均転位密度が8×10-14(m-2)以下であることを特徴とする母材引張強度が400~700MPaであるラインパイプ用電縫鋼管。
Ar3=868-396×[C]+25×[Si]‐68×[Mn]-21×[Cu]
-36×[Ni]-25×[Cr]-30×[Mo]・・・(1)
(ただし、[元素記号]は、各元素の質量%の値) - 前記化学組成が、質量%で、
Cu:0.005~1.000%、
Cr:0.030~1.000%、
Mo:0.10~0.50%、
V:0.001~0.200%、
W:0.001~0.100%、
B:0.0005~0.0050%、
Mg:0.0001~0.020%、
Zr:0.0001~0.020%、
REM:0.0001~0.02%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1に記載の母材引張強度が400~700MPaであるラインパイプ用電縫鋼管。 - 鋼をコイルとした後に電縫溶接して鋼管とし、その後、溶接部を900~1050℃の温度に加熱し、当該加熱後、冷却速度40~100℃/sで400℃以下まで冷却し、その後加熱を行わず、サイザー工程での絞り率を1%以内とするラインパイプ用電縫鋼管の製造方法であって、
下記式(2)を満足することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載する母材引張強度が400~700MPaであるラインパイプ用電縫鋼管の製造方法。
205≦Ar3×[C]×加熱温度(℃)/冷却速度(℃/s)-80×[Ni]≦700・・・(2)
(ただし、[元素記号]は各元素の質量%の値、加熱温度はシームノルマ時の加熱温度、冷却速度は冷却段階における800℃~500℃間の平均冷却速度)
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