JPH08209240A - 耐co2 腐食性および低温靱性の優れたラインパイプ用鋼板の製造方法 - Google Patents

耐co2 腐食性および低温靱性の優れたラインパイプ用鋼板の製造方法

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JPH08209240A
JPH08209240A JP1627695A JP1627695A JPH08209240A JP H08209240 A JPH08209240 A JP H08209240A JP 1627695 A JP1627695 A JP 1627695A JP 1627695 A JP1627695 A JP 1627695A JP H08209240 A JPH08209240 A JP H08209240A
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rolling
plate thickness
steel
toughness
steel plate
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JP1627695A
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Inventor
Hajime Ishikawa
肇 石川
Yoshio Terada
好男 寺田
Akihiko Kojima
明彦 児島
Hiroshi Tamehiro
博 為広
Hiroyuki Ogawa
洋之 小川
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 CO2 を含んだ石油、天然ガスに用いる耐C
2 腐食性に優れたラインパイプ用高張力鋼板の製造方
法を提供する。 【構成】 C,Si,Mn,P,S,Nb,Cr,C
u,Ti,AL,N,V,Ni,Mo,Ca,Zrおよ
びREMを特定した鋼を1000〜1280℃の温度範
囲に加熱後、続く圧延において鋼板温度が1000℃以
下で累積圧下率が60%以上となる圧延に際して1パス
当たり10%以上の圧下回数の比率が80%以上であ
り、板厚がt2〜t1での鋼板温度が850〜1000
℃、板厚がt3〜t2での鋼板温度が700〜900℃
でt1,t2,t3の関係がt1>1.3・t2,t2
>2.0・t3を満足するように圧延を行った後、冷却
速度5〜40℃/sで350〜550℃まで水冷し、そ
の後放冷する。但し、t1:1000℃以下の圧延を開
始する板厚、t2:圧延途中での板厚、t3:最終の板
厚でt1>t2>t3である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CO2 を含んだ石油、
天然ガスに用いる耐CO2 腐食性に優れたラインパイプ
用高張力鋼板(引張強さ:500MPa以上、板厚40
mm以下)の製造方法に関するものである。本発明鋼板
は低温靱性および現地溶接性にも優れているので、寒冷
地やオフショアに使用可能である。
【0002】鉄鋼業においては厚板ミルに適用すること
が最も好ましいがホットコイルにも適用できる。また、
この方法で製造した鋼板は低温靱性、現地溶接性にも優
れているため寒冷地やオフショアにおける使用に最も適
する。
【0003】
【従来の技術】寒冷地やオフショアにおける石油、ガス
輸送用大径ラインパイプに対しては高強度とともに優れ
た低温靱性、現地溶接性が要求される。さらに、近年原
油の2次、3次回収におけるCO2 注入や深井戸化によ
るインヒビター効果の低下によって、CO2 ガスによる
ラインパイプの腐食が大きな問題となり、耐CO2 腐食
性が要求されるようになった。
【0004】耐CO2 腐食性を満足するラインパイプ用
鋼板の製造方法が、特開平3−211230号公報に開
示されている。この方法では、化学成分について、低C
化、Cr量の最適化および制御圧延により、耐CO2
食性と耐サワー性を両立させるという観点から限定して
いる。しかしながら、従来の製造技術では脆性亀裂の伝
播停止特性に対する低温靱性の要求を満足することは困
難であり、製造条件のさらなる検討が必要である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】かかる現状に鑑みて、
本発明の目的とするところは、耐CO2 腐食性および低
温靱性(特に脆性亀裂伝播停止特性)の優れた高強度ラ
インパイプ用鋼板の製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記のとおりである。 (1)重量%で C :0.01〜0.09% Si:0.5%以
下 Mn:0.7〜1.5% P :0.03%
以下 S :0.005%以下 Nb:0.01〜
0.06% Cr:0.4〜1.2% Cu:0.05〜
0.4% Ti:0.005〜0.03% Al:0.05%
以下 N :0.001〜0.005% を含有し、かつ下記の式 0.35≦C+Mn/6+(Cr+V)/5+(Cu+
Ni)/15≦0.50 を満たし、残部鉄および不可避不純物からなる鋼を10
00〜1280℃の温度範囲に加熱後、続く圧延におい
て鋼板温度が1000℃以下で累積圧下量が60%以上
となる圧延に際して1パス当り10%以上の圧下回数の
比率が80%以上であり、板厚がt2〜t1での鋼板温
度が850〜1000℃、板厚がt3〜t2での鋼板温
度が700〜900℃で、t1、t2、t3の関係が t1>1.3・t2 ・・・・・・(1) t2>2.0・t3 ・・・・・・(2) を満足するように圧延を行った後、冷却速度5〜40℃
/sで350〜550℃まで水冷し、その後放冷するこ
とを特徴とする耐CO2 腐食性および低温靱性の優れた
鋼板の製造方法。
【0007】但し、 t1:1000℃以下の圧延を開始する板厚 t2:圧延途中での板厚 t3:最終の板厚 であり、t1>t2>t3である。 (2)重量%で C :0.01〜0.09% Si:0.5%
以下 Mn:0.7〜1.5% P :0.03
%以下 S :0.005%以下 Nb:0.01
〜0.06% Cr:0.4〜1.2% Cu:0.05
〜0.4% Ti:0.005〜0.03% Al:0.05
%以下 N :0.001〜0.005% を含有し、さらに V :0.005〜0.060% Ni :0.05
〜1.0% Mo:0.05〜0.30% Ca :0.00
1〜0.005% Zr:0.005〜0.025% REM:0.00
05〜0.01% の1種以上を含み、かつ下記の式 0.35≦C+Mn/6+(Cr+V)/5+(Cu+
Ni)/15≦0.50 を満たし、残部鉄および不可避不純物からなる鋼を10
00〜1280℃の温度範囲に加熱後、続く圧延におい
て鋼板温度が1000℃以下で累積圧下量が60%以上
となる圧延に際して1パス当り10%以上の圧下回数の
比率が80%以上であり、板厚がt2〜t1での鋼板温
度が850〜1000℃、板厚がt3〜t2での鋼板温
度が700〜900℃で、t1、t2、t3の関係が t1>1.3・t2 ・・・・・・(1) t2>2.0・t3 ・・・・・・(2) を満足するように圧延を行った後、冷却速度5〜40℃
/sで350〜550℃まで水冷し、その後放冷するこ
とを特徴とする耐CO2 腐食性および低温靱性の優れた
鋼板の製造方法。
【0008】但し、 t1:1000℃以下の圧延を開始する板厚 t2:圧延途中での板厚 t3:最終の板厚 であり、t1>t2>t3である。
【0009】
【作用】本発明はCO2 による腐食を抑制する高靱性ラ
インパイプ用鋼を製造することを目的とした発明であ
る。本発明者らが耐CO2 腐食性におよぼす不均一腐食
の影響を主に化学成分に関して詳しく検討し、以下の知
見を得た。すなわち、CO 2 腐食に関してはCr添加が
有効であるが、過量のCr添加は低温靱性、現地溶接性
の劣化を引き起こす。これに対しCr量の上限値を規制
した上で、低C化して有効カソードサイトを低減するこ
とにより耐CO2 性が向上する。また、Cr添加鋼にC
uを添加することにより腐食生成物が安定化し耐腐食性
がさらに向上する。
【0010】本発明において化学成分を上記のように限
定した理由は次の通りである。 C:C量の下限を0.01%としたのは、母材および溶
接部の強度の確保ならびにNb,V等の添加時に、これ
らの効果を発揮させるための最小量である。しかし、C
が多すぎるとHAZ靱性に悪影響をおよぼすだけでな
く、母材靱性、溶接性を劣化させるので、上限を0.0
9%とした。C量が多いとマルテンサイトが生成し、低
温靱性を著しく劣化する。また過量のC添加はCO2
食の防止の観点からは炭化物などのカソードサイトを生
成するので、C量は低い方が望ましい。
【0011】Si:Siは脱酸上、好ましくは0.05
%以上鋼に必要であるが、多く添加すると溶接性および
溶接部の靱性が劣化するので上限を0.5%とした。 Mn:Mnは強度、靱性を確保する上で不可欠な元素で
あり、その下限は0.7%である。HAZ靱性を改善す
るには、γ粒界に生成する粗大な初析フェライトを防止
する必要があるが、Mn添加は、これを抑制する効果が
ある。しかし、Mnが多すぎると焼入性が増加して、溶
接性、HAZ靱性を劣化させるだけでなく、スラブのM
nS等の中心偏析を助長して、耐HIC性を劣化させる
ので、Mn添加の上限を1.5%とした。
【0012】P:本発明において不純物であるPは0.
03%以下とした。これは、母材、HAZの低温靱性を
より一層向上させ、スラブの中心偏析を軽減するためで
ある。P量の低減は、HAZにおける粒界破壊傾向を減
少させる傾向がある。好ましくはP量は0.01%以下
とする。
【0013】S:S量が0.005%を超えると、Mn
Sにより低温靱性が劣化する。従って、本発明ではS量
を0.005%以下とした。 Nb:高強度鋼においてはNbを添加することなく優れ
たHAZ靱性を得ることは困難である。Nbはγ粒界に
生成する初析フェライトを抑制し結晶粒を微細化し鋼を
高靱化する。この効果を得るためには最低0.01%の
Nb量が必要である。しかしながら、Nb量が多すぎる
と、逆に微細組織の生成が妨げられるので、その上限を
0.06%とした。
【0014】Cr:Crは耐CO2 腐食防止の観点から
重要な元素である。下限値0.4%は耐CO2 腐食性の
効果を得る最小値である。しかし、多すぎると現地溶接
性やHAZ靱性を劣化させる。そのため、上限を1.2
%とした。 Cu:CuはCr添加鋼の腐食生成物を安定化させるた
めには0.05%以上の添加が必要である。しかし、
0.4%を超えて添加すると熱間圧延時にCu−クラッ
クが発生し製造困難となる。このため、上限を0.4%
とした。
【0015】Ti:TiはTiNを形成して、HAZ組
織を微細化し、HAZ靱性を向上させる。下限の0.0
05%は、この効果を得るための最小量であり、また、
上限の0.03%はTiC形成によるHAZ靱性劣化を
防止するためである。 AlAlは、一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、
過量の添加は鋼清浄度が損なわれるため、その上限を
0.05%とした。
【0016】N:NはTiN等によるHAZ靱性を確保
するためには0.001%以上必要である。また、0.
005%を超えると耐HIC性が劣化するので、上限を
0.005%とした。
【0017】本発明の実施にあたっては、所望によりさ
らに強度調整元素として、V,Ni,Mo,Ca,Z
r,REMの少なくとも1種を添加することができる。 V:VはNbとほぼ同じ効果を持つ元素であるが、0.
005%未満では効果がなく、上限は0.060%まで
許容できる。
【0018】Ni:Niは0.05%以上の添加によ
り、溶接性、HAZ靱性に悪影響をおよぼすことなく、
母材の強度、靱性を向上させる。一方、1.0%を超え
ると経済性の点で好ましくないため、その上限を1.0
%とした。 Mo:Moは0.05%以上の添加により、母材の強
度、靱性を向上させる元素であるが、多すぎると母材、
HAZ靱性、溶接性の劣化を招き好ましくない。その上
限は0.30%である。
【0019】Ca:Caは硫化物(MnS)の形態を制
御し、低温靱性を向上させる。Ca量が0.001%未
満では実用上効果がなく、また0.005%を超えて添
加するとCaO,CaSが多量に生成して大型介在物と
なり鋼の清浄度を害するばかりでなく靱性、現地溶接性
に悪影響をおよぼす。
【0020】Zr:ZrはほぼTiと同様の効果を持つ
元素である。その下限は0.005%、上限は0.02
5%である。 REM:REMはほぼTiと同様の効果を持つ元素であ
る。その下限は0.0005%、上限は0.01%であ
る。
【0021】しかし、個々の量を限定するだけでは不十
分であり 0.35≦C+Mn/6+(Cr+V)/5+(Cu+
Ni)/15≦0.50 としなければならない。これは低温靱性や現地溶接性が
Crを含めた化学成分の全量で決まるからである。下限
の0.35%は必要な母材、溶接部の強度を得るための
最小量であり、0.50%は優れた低温靱性、溶接性を
得るための上限である。
【0022】上記のCr−Cu複合添加鋼において母材
の低温靱性(脆性亀裂伝播停止特性)を改善するため
に、本発明では製造条件について詳細に検討した。限定
理由については以下に説明する。まず、再加熱温度は上
限を1280℃とした。これは1280℃を超えるとγ
粒が粗大化し、靱性が劣化するためである。また、10
00℃より低くするとNb,Ti,V等の固溶が不十分
となり、良好な強度、靱性が得られない。
【0023】続く圧延において、鋼板温度が1000℃
以下での累積圧下量が60%以上となる圧延に際して1
パス当り10%以上の圧下回数の比率が80%以上であ
り、板厚がt2〜t1での鋼板温度が850〜1000
℃、板厚がt3〜t2での鋼板温度が700〜900℃
でt1、t2、t3の関係が t1>1.3・t2 ・・・・・・(1) t2>2.0・t3 ・・・・・・(2) を満足するように圧延を行わなければならない。
【0024】但し、 t1:1000℃以下の圧延を開始する板厚 t2:圧延途中での板厚 t3:最終の板厚 であり、t1>t2>t3である。
【0025】図1に本発明方法における温度履歴模式図
を示す。鋼板温度が1000℃以下での累積圧下量を6
0%以上とするのはγ低温域圧延によってγ粒を十分に
微細化および延伸化することにより、微細なフェライト
粒を得るためである。1000℃以下の累積圧下量が6
0%未満ではγ低温域圧延の効果が不十分となり微細な
フェライト粒は得られない。
【0026】1パス当りの圧下率を限定することはγ未
再結晶域での1パス当りの圧下率の増加によって加工γ
中の変形帯密度が増加することにより、フェライト核生
成サイトが増加し、フェライト粒が微細化するという新
知見に基づくものである。図2にフェライト粒径におよ
ぼすγ未再結晶域での1パス当りの圧下率の影響を示
す。一般にフェライト粒を微細化することは鋼板の高靱
化を達成する最も有効な手段である。1パス当り10%
以上の圧下回数の比率が80%未満の場合、γ粒内に導
入、蓄積される変形帯密度が不十分となり、微細なフェ
ライト粒が得られない。
【0027】また、厚手材の場合、板厚方向の表面側に
比較して中心部は圧延の効果が減少するため、板厚中心
部のフェライト粒が混粒および粗大となって低温靱性の
劣化をまねくことが知られている(特に板厚15mm以
上)。そこで本発明者らの検討の結果、板厚方向全域に
わたって微細なフェライト粒を得るためには、高γ温度
域での再結晶域圧延に引き続くγ低温域での圧延に際し
て、前述した各パス大圧下率圧延において、板厚表層
部よりも温度の高い板厚中心部については、圧延前段で
γ再結晶域圧延することによって均一で微細なγ粒とし
た後、圧延後段でγ未再結晶域圧延すること、板厚表
層部については圧延前段からγ未再結晶域圧延すること
が効果的であることがわかった。これが本発明における
高靱化の冶金的思想である。圧延前段のt2〜t1での
鋼板温度が850℃未満では板厚中心部が比較的低温で
γ未再結晶域圧延となるため、粗大な再結晶γ粒がその
まま延伸化され、板厚中心部のフェライト粒が粗大かつ
混粒となる。一方、t2〜t1での鋼板温度が1000
℃を超えると板厚表層部がγ再結晶域圧延となるため表
層部のフェライト粒が十分に微細化されない。従って、
圧延前段のt2〜t1においては板厚中心部はγ再結晶
域で圧延されなければならない。圧延後段のt3〜t2
での鋼板温度が900℃を超えると、板厚中心部が比較
的高温でγ再結晶域圧延となるため、板厚中心部のフェ
ライト粒が十分に微細化されない。一方、t3〜t2で
の鋼板温度が700℃未満では過度の(γ−α)二相域
圧延となるため、粗大な再結晶フェライトが生成して低
温靱性が大幅に劣化し、さらに圧延後の水冷開始温度が
低すぎるため加速冷却による中心偏析部の組織制御が不
十分となる。従って、圧延後段のt3〜t2においては
板厚全域にわたってγ未再結晶域、あるいは一部(γ−
α)二相域で圧延されなければならない。
【0028】次に板厚t1、t2、t3の関係について
説明する。本発明における最後の板厚t3は主として1
5〜40mmの範囲である。(1)式の関係をt1≦
1.3・t2とすると圧延前段(t1〜t2)における
板厚中心部の累積圧下量が小さくなるため、再結晶γ粒
が十分に微細化せず、板厚中心部のフェライト粒が混粒
および粗大となる。(2)式の関係をt2≦2.0・t
3とすると、圧延後段(t3〜t2)における板厚中心
部の累積圧下量が小さくなるため、たとえ各パス大圧下
率圧延においてもγ粒の延伸化およびγ粒内の変形帯密
度が不十分となり、板厚中心部のフェライト粒が粗大化
する。(1)式と(2)式からt1>2.6・t3の関
係が得られる。
【0029】圧延後、鋼板を加速冷却することは必須要
件である。加速冷却は中心偏析帯を含めたミクロ組織の
改善に有効で、靱性を損なわずに高強度化がはかれる。
加速冷却の条件として圧延後、ただちに加速冷却5〜4
0℃/sで350〜550℃の温度範囲まで冷却し、そ
の後空冷しなければならない。冷却速度が遅すぎたり水
冷停止温度が高すぎると加速冷却の効果が十分に得られ
ず、適正なミクロ組織を得ることができない。一方、冷
却速度が大きすぎたり停止温度が低すぎると硬化組織が
生成して低温靱性が大幅に劣化する。
【0030】なお、この鋼を製造後、焼戻し、脱水素な
どの目的でAc1点以下の温度で加熱処理しても本発明
の特徴を損なうものではない。また、省エネルギーなど
を目的としてCCスラブを加熱炉にホットチャージ圧延
してもよい。本発明は厚板ミルに適用することがもっと
も好ましいが、ホットコイルにも適用できる。
【0031】
【実施例】表1に示す化学成分の供試鋼を使い、CCス
ラブを表2に示すような製造条件で再加熱、熱間圧延そ
して加速冷却を行った。得られた鋼板の機械的性質、耐
CO2 腐食性を表3に示す。耐CO2 腐食試験は10%
NaCl+飽和CO2 水溶液(pH=5)にて80℃で
96hrで実施した。
【0032】本発明にしたがって製造した鋼板はすべて
良好な値を示した。これに対して鋼11〜26は適切な
製造条件ではないので、低温靱性および耐CO2 腐食性
が劣化している。鋼11はCr量が少なく、鋼17はC
uが無添加であるため耐CO 2 腐食性が劣化した。ま
た、鋼12はCr量、鋼18はCu量がそれぞれ多いた
めHAZ靱性が劣化した。鋼13はC量が多すぎるため
HAZ靱性、耐CO2 腐食性が低下した。鋼14ではM
n量が多すぎるためにHAZ靱性が劣化した。鋼15は
Nbが添加されていないため強度、低温靱性が劣化し
た。鋼16はTiが添加されていないために低温靱性、
HAZ靱性が低下した。鋼19、鋼20はそれぞれ1パ
ス当り10%以上の圧下回数の比率が小さいため、フェ
ライト粒の微細化が不十分となり、低温靱性が劣化し
た。鋼21は圧延後段におけるt2での温度が高すぎる
ため、板厚中心部が再結晶域圧延となり、フェライト粒
が粗大化して低温靱性が劣る。鋼22ではt3での温度
が低すぎるため、粗大再結晶フェライト粒が生成し、ま
た圧延後の水冷開始温度が低すぎるため加速冷却による
板厚中心部の組織制御が不十分なために低温靱性が劣化
した。鋼23はt1、t2の関係が、鋼24はt2、t
3の関係がそれぞれ不適切であるため、フェライト粒が
微細化されず低温靱性が劣化した。鋼25は圧延後の冷
却が空冷のため、鋼26は水冷停止温度が高すぎるた
め、ともに板厚中心部の組織制御が不十分となり低温靱
性が低下した。
【0033】なお、表1において、Pcは下記式の値を
示す。 Pc=C+Mn/6+(Cr+V)/5+(Cu+N
i)/15
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】
【表3】
【0037】
【発明の効果】本発明により得られた鋼板は、CO2
含有した環境における耐CO2 腐食性に優れ、特に母材
のみならず溶接部の靱性にも優れており、ラインパイプ
用鋼管材としての用途への適用を有効に高めることがで
きるので、本発明の産業上に及ぼす効果はきわめて大で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における温度履歴模式図である。
【図2】フェライト粒径におよぼすγ未再結晶域での1
パス当りの圧下率の影響を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 為広 博 東京都千代田区大手町二丁目6番3号 新 日本製鐵株式会社内 (72)発明者 小川 洋之 東京都千代田区大手町二丁目6番3号 新 日本製鐵株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で C :0.01〜0.09% Si:0.5%以
    下 Mn:0.7〜1.5% P :0.03%
    以下 S :0.005%以下 Nb:0.01〜
    0.06% Cr:0.4〜1.2% Cu:0.05〜
    0.4% Ti:0.005〜0.03% Al:0.05%
    以下 N :0.001〜0.005% を含有し、かつ下記の式 0.35≦C+Mn/6+(Cr+V)/5+(Cu+
    Ni)/15≦0.50 を満たし、残部鉄および不可避不純物からなる鋼を10
    00〜1280℃の温度範囲に加熱後、続く圧延におい
    て鋼板温度が1000℃以下で累積圧下量が60%以上
    となる圧延に際して1パス当り10%以上の圧下回数の
    比率が80%以上であり、板厚がt2〜t1での鋼板温
    度が850〜1000℃、板厚がt3〜t2での鋼板温
    度が700〜900℃で、t1、t2、t3の関係が t1>1.3・t2 ・・・・・・(1) t2>2.0・t3 ・・・・・・(2) を満足するように圧延を行った後、冷却速度5〜40℃
    /sで350〜550℃まで水冷し、その後放冷するこ
    とを特徴とする耐CO2 腐食性および低温靱性の優れた
    鋼板の製造方法。但し、 t1:1000℃以下の圧延を開始する板厚 t2:圧延途中での板厚 t3:最終の板厚 であり、t1>t2>t3である。
  2. 【請求項2】 重量%で C :0.01〜0.09% Si:0.5%
    以下 Mn:0.7〜1.5% P :0.03
    %以下 S :0.005%以下 Nb:0.01
    〜0.06% Cr:0.4〜1.2% Cu:0.05
    〜0.4% Ti:0.005〜0.03% Al:0.05
    %以下 N :0.001〜0.005% を含有し、さらに V :0.005〜0.060% Ni :0.05
    〜1.0% Mo:0.05〜0.30% Ca :0.00
    1〜0.005% Zr:0.005〜0.025% REM:0.00
    05〜0.01% の1種以上を含有し、かつ下記の式 0.35≦C+Mn/6+(Cr+V)/5+(Cu+
    Ni)/15≦0.50 を満たし、残部鉄および不可避不純物からなる鋼を10
    00〜1280℃の温度範囲に加熱後、続く圧延におい
    て鋼板温度が1000℃以下で累積圧下量が60%以上
    となる圧延に際して1パス当り10%以上の圧下回数の
    比率が80%以上であり、板厚がt2〜t1での鋼板温
    度が850〜1000℃、板厚がt3〜t2での鋼板温
    度が700〜900℃で、t1、t2、t3の関係が t1>1.3・t2 ・・・・・・(1) t2>2.0・t3 ・・・・・・(2) を満足するように圧延を行った後、冷却速度5〜40℃
    /sで350〜550℃まで水冷し、その後放冷するこ
    とを特徴とする耐CO2 腐食性および低温靱性の優れた
    鋼板の製造方法。但し、 t1:1000℃以下の圧延を開始する板厚 t2:圧延途中での板厚 t3:最終の板厚 であり、t1>t2>t3である。
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