JPS5834131A - 靭性と溶接性の優れた非調質高張力鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高靭性高張力鋼板の製造方法に関するもので
あり、！に本発明は、脆性破壊伝播停止特性などの低温
靭性及び溶接性の優れ喪主として６０〜ｔ０ｋＩ／−級
非鯛質低温用鋼板の製造方法に関する４のである。本発
明により製造される鋼板は主として寒冷地での天然ガス
輸送に用いる６０〜ｔｏｋｇ／−級大径２イ／パイプ用
鋼板として、あるいは従来のＶ〜りｏｋｐ／−級ＱＴ熱
処理鋼板に代り得る鋼板として使用することができる。

近年エネルギー需要が高まるにつれて天然ガスの大量輸
送が望まれ、ラインパイプの操業圧も従来の７Ｓ気圧か
ら１００気圧、／コ０気圧へと上昇の傾向にある。これ
にともない使用される素材社高張力化、厚内化が求めら
れるようになっておや、１０〜４０ｋｌｉ／−級であれ
はコ■厚以上の厚内化と、そして／１Ｗ１１厚であれば
７０−１０　ｋｇ　／−級の高強度化が必要とされてい
る。また同時に、これらのラインパイプには、現地での
円周溶接の能率の点から溶接性の向上が望まれ低炭素当
量化が要求され始めている。たとえば、強度的１０ゆ／
−級で□、Ｊ１−以下、ま良強度約７０ゆ／−級で０．
４１−チリ下の非常に低い炭素当量を要求し、なおかつ
優れた低温靭性を有するラインパイプ用鋼板が求められ
ている。このような要求を温良す従来鋼板として、ｌ−
以上のＮ１を添加し７ｔＱＴ熱処理鋼板が知られている
が、成分コスト、生産性の面から非常に経済的に不利で
ある。ま九従来の制御圧延後空冷して得られる微細化し
たフェライト＋パーライト組織よシなる鋼板では、いか
に析出強化を強めても上記の要求を温良すことはできな
い。

本発明は、低い炭ｌＡ轟量の成分鋼を素材に用いて、高
靭性化並びに高張力化させることのできる高靭性高張力
鋼板の製造方法を提供することを目的とするものであり
、すなわち０．３！−以下の炭素当量のもので６０ゆ／
−級の、またθ、りチリ下の炭素当量のもので、７０に
９／−級の強度をもつ鋼板の製造を対象とするものであ
り、本発明の方法によって、このような鋼板を製造する
ことが可能である。

しかして本発明の要旨は、以下のとおシのものである。

ａ：Ｏ，Ｏ参〜Ｏ，／２−、　Ｓｉ　：　０．θ５　Ａ
−０，３０−。

Ｍｎ　　：　／、コＯ〜　コ、！ＴＯ’４．　　Ｗｂ　
　：　　０．θ／　〜０．１０　−　。

Ｂ　：　０．０００ｆ　〜０．００３０　％　、　Ｎ　
：≦ｏ、　ｏｏｔｏ　−。

τｉ　：　０．００！Ｉ〜０．０参〇’ｌｋ、ムｌ　：
　０．００Ｚ〜ｏ、　ｏｓｏチを含有し、必要によシＭ
１：≦／−００％、ＭｏＨ≦０、ＳＯ＠　、　Ｏｕ　：
≦００ｊＯ＠　、　Ｑｒ　、≦ｏ、　ｓｏ　＊のうちか
ら選ばれる１種又はコ種以上と、更に必ｌ！によりＶ：
≦０．１０％、　Ｏａ　：　０．００２〜０．００３０
　ＲＩＭ＝０．００λ〜０．０１０−のうちから選ばれ
る１種又はコ種以上を含有し、残部不可避的不純物（８
はｏ、　ｏｏｔ−以下とする。）及びｒθよりなる鋼の
スラブを、鋼スラブ中Ｉｔ）が少くとも０．０／−固溶
する温度に加熱した後、Ａｒ、点＋／１０℃颯上を越え
る温度で累積臣下率が少くとも舅−となるように圧延を
施し、引続いてム勺点＋／ＳＯ℃以下で、かつＡｒ３点
以上の未再結晶オーステナイト域の温度範囲内で累積臣
下率が少くとも！ｆＱ−となるよう圧延を施し、次いで
ムｒ、７点未満で、かつムｒ　Ｊ　　ｇ　０℃以上のオ
ーステナイトとフェライトとの２相域の温度範囲内で累
積臣下率が少くと％１０％となるよう圧延を施し、その
後空冷して、このようにして得られ九熱延鋼板に、７エ
ライト、微細ベイナイト、島状マルテンサイト及び微細
加エフエライトを主体とする組織を形成させることを特
徴とする、靭性と＊＊性の優れた非調質高張力鋼板の製
造方法。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明者等は低い炭素当量で高張力化１高靭性化させる
ことのできる製造法について研究を重ねてき喪結果、非
常に細かいフェライト（大きくとも、ｙ４）を加工する
ことによって得られる１微細加エフエライト”と細粒オ
ーステナイトに・フェライト変態に引続きパーライト変
態に代って剪断変ｌｌ（ベイナイト質重とマルテンサイ
ト変態）を起こさせることによって得られる“低炭素の
微細ベイナイト及び島状マルテンサイト”が強度の上昇
と靭性の向上を同時にも友らすことがわかった。

そしてこれらのコ因子は、下記の適切な成分鋼を用いそ
して下記の製造１鶏を経由させることによって同時に得
られることを新規に知見し九。

すなわち炭素当量を上げずに焼入れ性の高いＢ元素を添
加した含ｗｂ鋼を用い、高温オーステナイト域において
細粒化圧延を施し、未再結晶オーステナイト域において
圧延を施して一部の未再結晶オーステナイト粒からフェ
ライト変態を先行させ、引続いてム勺とムｒ　ａ　　Ｉ
　０℃の温度範囲内で圧延を施し、°微細加エフエライ
ト”を生成させると同時に、残りの未再結晶オーステナ
イト粒からフエライ）ｌｉｌｌｌｌｌｌ−引続きベイナ
イト変態次いでマルテンサイト変態を起こさせ、１黴細
ベイナイトおよび島状マルチ／Ｖイト１を生成させるこ
とによって、フェライトを主体として微細ベイナイト、
島状マルテンサイＦおよび微細加工フェライトからなる
圧延組繊が得られ、この結果低い炭素１量の成分鋼を用
いて高強度化と高靭性化を同時に達成することができる
ことを確認した。

ここでいうフェライトの大きさは平均粒径でｌθμ票以
下で、微細ベイナイトの大きさｄ？μ票以下、做細加エ
フエライトの大きさはＪＲ以下、島状マルテンサイトの
大きさも３声重以下であシ、　これらの量比は、フェラ
イトが約ｔｏｇｂ以上、微細ペイ英イト＋微細加工７工
２イト十島状マルテンサイトの和が釣りチリ下で、鋼板
の強度が４０゜９０　、１０　ｋｇｆ　／−と増加する
にともないフェライト率が６０−に、また第１相が餐−
に近づく。

−例として、ｔＯｋ１ｇｆ／−級強直の鋼板で島状マル
テンサイトが約１０％、微細ベイナイトが約ｔｚ　１１
　＃微細加工フェライトが１０−、フェライトが６ｊ−
の量比を示す。

本発明の方法において、出発材とし九スラブの素材鋼の
４Ｉ愼は、０．Ｍ、Ｂ１含有量の低減及びＢ、〒１の有
効利用にある。　Ｃ含有量の軽減は、フェライト−ベイ
ナイト組織のベイナイト粒の靭性を良好にして母材Ｏ靭
性の向上を第１目的とするもので、その弛炭素当量を下
げ溶接部の靭性の向上及び溶接割れの防止を同時に計ろ
うとするものである。従来のベイナイト鋼の中にＦｉａ
含有量を０．０：１％以下として極度に低くして用いら
れているものもあるが、ベイナイトの靭性はＣ含有量の
他にその粒１１に強く依存し、微細化が十分であればｏ
３参〜０．７−−〇含有量でも靭性を十分確保すること
が出来るし、むしろ安価でベイナイト体積率を増やせて
強度の確保を容易にする利点があ八本発明で用いる鋼は
、ｏ、ｏｑ〜０．／２襲Ｃ含膚とするのが幹、黴の一つ
である。Ｂの微量添加は、ベイナイト化および島状マル
テンサイト化を促進し、０威分と他の添加合金成分の軽
減を目的とするものである。Ｂのこのような焼入れ性の
促進効果は未再結晶オーステナイト粒でＢが固溶してい
ることが重要で、そのためにはＢがＢＮ析出物にならな
いように（ｉ）Ｎ含有量を下げるか、又は（’＋ｉ）　
Ｔ　ｉを添加してＴｉＷ析出物にしてｙを固定してしま
うことが大切である。

またベイナイト化の促進には日１含有量の低下も非常に
有効である。

次に本発明の構成要件のうちスラブの圧延及び熱処理の
条件を限定する理由を説明する。

本発明は、前述のとお抄、微細加エフエライト驚１び微
細ベイナイト組織を有する鋼を製造することを目的とし
ており、これらの微細粒を生成させるためにＷｂを含有
させる必要かあり、Ｍｌ）が０．０／−以上固溶するよ
うに先ず鋼スラブを加熱しなければならない。

その理由は、Ｗｂが未固溶のときには、未再結晶オース
テナイト域の上限はムｒｊ＋４Ｏ℃であるが、０．０１
−以上Ｍｂを固溶すると、前記未再結晶オーステナイト
域はムｒ、７　＋　／！０　’Ｃまで上昇し、この未再
結晶オーステナイト域において舅−以上の圧延が可能と
なるようこの未再結晶オーステナイト域が拡大する丸め
であ抄、更にまた固溶ｌｉｂは鋼の焼入れ性を増し、ベ
イナイトならびに島状マルチ／サイトを生成させ易くす
るからでおる。

ＡｒＪ＋　１１０℃を越える高温再結晶オーステナイト
域におけるｓＯ％の累積圧下率は、約Ｘμ以下の細粒に
する九めに必要な圧下率の下限である。

、Ａ？７点＋メＳＱ℃以下でかつＡｒ、？点以上の未再
結晶オーステナイト域の温度範囲内で累積圧下率が少く
と４まθ−となるように圧延を施すのは、未再結晶オー
ステナイト粒をノくンケーキ状に伸展させ、その粒内に
亭〈の変形帯を導入しフェライト核を生成させるための
もので、それには少くとも３θ−の累積圧下量が必要で
ある。そこでこの温度域での圧下率の下限をｖ嘩にした
。

ムＴから計、　−１０℃までの（γ＋α）ユ相域での圧
延は、残夛の未再結晶オーステナイト粒から変態して生
じ九未成畏の細粒フェライトからは、微細加エフエライ
ト粒を生成するし、また、一方未再結晶オーステナイト
に有効に歪を蓄積させるので、フェライト粒とベイナイ
ト粒の微細化に有効である。しかしムｒ、ｙ　−ｇｏ　
”Ｃよシ低い温度域で圧延すると大きな７工２イト粒を
加工することになシ、φＴｒｓが劣化する。シ九がって
本発明は、ムｒ３−１０℃を２相域における圧延の下限
温度となし、またコ相域での圧延の圧下率が１０−より
小さいとＴ８の上昇効果がないので、前記圧下率は１０
−以上にする必要がある。

次に本発明において成分組成を限定する理由を説明する
。

ｏｕ、ｏ、ｏ＊哄未満では鋼板の強度が低下すること及
び溶接熱影譬部（以下ＨＡＺと略記する）の軟化が大き
い喪めと製造コストが著しく高くなる友め、０含有量の
下限は０．０ダ一とした。を九Ｃが０．／Ｊ−を越える
と、母材の靭性が劣化するとともに溶接部の硬化、耐割
れ性の劣化が着しいので上限をｏ、ｔｘ−とした。

ｅｌは、鋼精錬時に脱酸上必然的に含有される元素であ
るが、０．０２−未満になると、母材靭性が劣化するた
め下限をＯ，ＯＸ　＠とした。一方８１含有量が０．３
０−を越えると、ベイナイトの促進が低下するので上限
をｏ、　、ｙｏ　１１にとした。

Ｍｎは／、−〇−未満では、鋼板の強度および靭性が低
下すること、そしてＨＡＺの軟化が大きくなる丸め下限
を／、−０％とした。一方Ｍｎが多過ぎると、■ム２の
靭性が劣化するため上限をコ、ＳＯ＠とじた。

ムＩは、鋼の脱酸上最低ｏ、　ｏｏｓ　＊のムｌが固溶
するよう添加することが必要であることがらＡ／　ｔｏ
ｔａｌの下限をｏ、ｏａｒ　＊　トした。一方向１１Ａ
／がｏ、ｏｒ４以上になるとＨＡＺの靭性のみならず溶
接金属の靭性も劣化する。このためＡ／　ｔｏｔａｌの
上限をｏ、ｏｓ。

囁とした。

Ｂは、０．００１−以下でないと、本発明の製造方法で
はＣ方向のマＴｒ−が一７０’Ｃ以下にならないし、吸
収エネルギーも著しく低くなる。そこで不純物中％４１
Ｋ１３の上限を０．００ざチとした。

Ｗｂは、溶接部の溶接金属靭性の劣化を避ける大めに０
−１０ｆｌＪＪ、下でなければならないので、Ｎｂの上
限を００１０−とした。一方Ｗｂ含有量が。、ｏｉφ未
構では、遷移温度を向上させる細粒効果が得られす、こ
のことから全Ｍｂ量の下限を０．０／ｌｌｉとした。

Ｂは、ｏ、ｏｏｏｓｓ未満ではベイナイト化の促進には
有効でないし、一方０．００３０−を越えるとＨＡＺの
硬化が大きいのでＢの上限を０．００３０−とした。

テ１は、ｒ粒の微細効果による靭性向上と、上述のとお
りテ１炭窪化物の生成による未再結晶オーステナイト粒
中の固溶Ｎ量を低下させ、その結果Ｂ窒化物の生成を防
止することを目的として添加する。しかしＴｉ量がｏ、
　ｏｏｓ−未満では、その効果はなく、また０、ＯＱＯ
％を越えると靭性が劣化するのでＴ１の下限をｏ、ｏａ
ｒ嘩、上限を０．０ダＯ嘩とした。

■は０．００ｔ０−以上含有すると本発明の範囲のム４
Ｔ１量ではＴ１窒化物、ムｌ窒化物として固定するＫは
不十分で、その結果ＢがＢ窒化物を生成することになり
、Ｂの焼き入れ性を悪くするので、璽含有量の上限をｏ
、　ｏａｒ０−とした。

以上が本発明において使用される鋼スラブの基本成分で
与り、必要によりＭｌ、　Ｍｏ、　Ｃｕ、　Ｏｒのうち
の１種以上と、更に必要によりＶ、Ｏａ、ＲＩＭのうち
から選んだいずれか少くとも１種を添加含有させること
かで龜、それぞれの元素の適正な量の含有によって後述
するように特有な効果が付加される。

すなわち、Ｎｉは、ＨＡＺの硬化性および靭性に悪い影
響を与えることなく、母材の強度、靭性を向上させるが
、１．００−を越えて添加含有させると製造コストの上
昇を招き、また本発明の目的ならびに効果を達成するた
めに必要ではないので、Ｍｉの上限１１；　ｔ、ｏｏ　
＊　トＩ、＊。

Ｃｔｔは、Ｍｉとほぼ同様の効果があるだけでなく、耐
食性も向上させるが、ｏ、ｒｏ＠を越えると熱間圧延中
にクラックが発生しやすくなり、鋼板の表面性状が劣化
するので、上限を０．　ｊｏ−とした。

勤は圧延時のｒ粒を整粒にし、なおかつ微細なベイナイ
トを生成するので強度、靭性を向上させるが、この発明
の目的を達成するには、ｏ、ｒ−を越えて添加する必要
はなく、それ以上は製造コストの上昇を招くので、上限
をＯ，Ｓ＠とした。

マは、この発明による鋼板の母材強度と靭性向上、継手
部強度確保のために添加するものである。

しかし添加量が多きに失すると、母材及びＨＡＺの靭性
を著しく劣化させる九め、上限な０．１０−とじた。

０＆は、０．００２−未満では、Ｍｎ８の形態制御に不
十分で、Ｃ方向の靭性向上に効果がないので、Ｏａの下
限を０．００コチとした。一方ＣＩ！Ｌをｏ、ｏｔｏ−
を越えると、鋼の清浄度が悪くなり内部欠陥の原因とな
るので、Ｏａの上限をｏ、ｙｉｏ−とした。

ＲＩＭは、０．００コ一未満では、Ｍｎ８０形態制御に
不十分で鋼板のＣ方向の靭性向上に有効でないので、Ｒ
ＩＭの下限をｏ、ｏｏｓ−とした、−万ＲＩＭが、０．
０１０％を越えると、鋼の清浄度が悪くなり、またアー
ク溶接面でも不利であるので、ＲＢＭの上限を０．０１
０−とした。

次に本発明の実施例について説明する。

第１表に成分組成を示す供試鋼種のス２プｌム〜ｌｌム
（比較例に係るもの）、ｔｙｓ−ｔｔｙｙａ（実施例に
係るもの）を用いて、それぞれ第２表に示すとおシの正
弧条件により鋼板の製造試験を行なつた。

各例によって製造された鋼板の機械的性質を第２表に併
せて示す。

試験例４／−／／は、本発明において用いることのでき
る成分組成を有するｌＢ鋼のスラブについて種々圧嬌条
件を変えて製造したものである。

ムｌとムコは、スラブの固溶Ｎｌ）量がｏ、ｏｔｓに達
せず、雇雫はｋｒｙ点以下の臣下量が零であり、すなわ
ちそれぞれ本発明の構成要件が完全には満喪されていな
いために、製造された鋼板の強度は？（７Ｍ　／　−に
達していない。／ＷＡＳは、オーステナイト再結晶域に
おける圧下量が５０−未満であり、屑りと７％ｔは、Ａ
ｒ、点＋ｉｒｏ℃からムｒ３点に至る未再結晶オーステ
ナイト域における累横圧下車がｇ。

哄未満でお抄、ム／ｌは、仕上は温度がＡｒ）点−１０
℃未満であり、すなわち、それぞれ本発明の構成要件が
完全には満たされていない九めに、製造さスラブを出発
材とし九試験例のＡ、７．Ｉ’、Ａ、／θは、本発明の
実施例であって、それらにより製造され喪鋼板は、それ
ぞれγＯｋｇ／−以上の’ｒ８と一７０℃以下のマチｒ
ｓを有し、上記の諸比較例の方法より優れた高張力かつ
高靭性を有する鋼板であることが判る。

比較例＆／２とＡｌ１により製造された鋼板は、スラブ
においてＮｂを含有しないため、靭性が本発明の実施例
によるものに比し劣っている。比較例Ａ／ダｔ　／ｊ　
ｅ　／りは、スラブにおいてＴ１を本発明の下限値０．
ｏｏ、ｌｔ　３以上含有しないため、またＡ／Ａでは、
スラブの＄１含有量が０．３％以上であるため、強度が
７０／ｌｌ５２未満で実施例による鋼板に比し劣ってい
る。比較例＆／ｌは、そのスラブにおいてＴ１を本発明
の上限値ｏ、ｏ４Ｉａ＠を越える量で含有しているため
、その鋼板の衝撃吸収工専ルギーマＥ−，Ｊｊが実施例
による鋼板に比し劣っている。比較例ムｉｔは、そのス
ラブＢ含有量が本発明の下限値のｏ、ｏｏｏｓ−に満た
ないため、また比較例ＡＪでは同じくＮ含有量が本発明
の上限値を越しているため、それによる鋼板の強度がり
Ｏｋｖ’−未満で実施例による鋼板に比し劣っている。

比較例コｌは、同じく０含有量が本発明におけるＯの上
限値を越しているため、それによる鋼板のマ！ｒ−は一
７０℃以上である。

、実施例である７％μ、刀、評、コ、コアは、本発明に
おいて用いることのできる成分組成の鋼種のスラブを出
発材とするものであって、これら実施例によって、０．
４４２％以下のＣ当量で、りθｋｇ／−以上の強度と一
７０℃以下のｖＴｒｓを有する鋼板が得られている。ま
た実施例の／１６２４９コ、コ？、、７１７も、本発明
において用いることのできる成分組成スラブから、ｏ、
、ｔｒ＊以下のＣ当量でｂｏｋｇ／−以上の強度と一７
０℃以下のｖＴｒｓを有する鋼板が得られている。

比較例の／％３１．３２による鋼板は、それぞれ７０に
９／−以上、ｂｏ’ｋｇ／−以上の強度、そしてまた−
７０℃以下のｖＴｒｅを有している。しかし、０轟量が
それぞれ０．ＩＩコチ以上と０．３！−以上であるので
、それらの溶接性は、実施例による鋼板に比べて劣って
いることは明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　　　Ｃ：　　０．０４１〜ａ、／Ａ％、　　８１　
   　：　　０．０！　〜０．ＪＯ’ｌ。 Ｍｎ　：　／、−〇、〜コ＃０％、　Ｗｂ　：　０．０
   ／　〜０．０１０゜Ｂ　：　０．０００に〜０．００３
   ０　％　、　Ｍ　：≦０．００１０１　。 テｉ　　：　　０．００に−０，０参０１１Ｇ　、　　
   ムｌ　　：　　０．０（Ｄ　〜６０１０れる１種又は一
   種以上と、更に必要によりＶ：≦０．１０　　％　、　
   　Ｃａ　　：　　０．００２〜０．０１０　　’４　　
   、　　ＲＩＭ　　：ｏ、ｏｏコ〜ｏ、　ｏｉｏ−のうち
   から遺ばれる／１ｍ又は２１１以上を含有し、残部不可
   避的不純物（８はｏ、゛ｏｏｔ−以下とする。）及び１
   Ｆｅよりなる鋼のスラブを、鋼スラブ中Ｗｂが少くとも
   ０．０／−固溶する温度に加熱した後、ムｒ１点＋ｔｚ
   ｏ”ｃ。 を越える温度で累積圧下率が少くともｍｌとなるように
   圧延を施し、引続いてムｒ１点＋／ｋＯ℃以下で、かつ
   ム勺点以上の未再結晶オーステナイト域の温度範囲内で
   累積圧下率が少くともｊＯ−となるよう圧延を施し、次
   いでム勺点未満でかつムｒ５点−１０℃以上のオーステ
   ナイトとフェライトとのコ相域の温度範囲内で累積圧下
   率が少くとも１０％となるよう圧延を施し、その後空冷
   して、このようにして得られ友熱砥鋼板に、フェライト
   、微細ベイナイト、島状マルテンナイト及び黴細加エフ
   エライトを主体とする組機を形成させることを特徴とす
   る、靭性と溶接性の優れ良非調質高張力鋼板の製造方法
   。