JPS6067620A - 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】 本発明は鋼板の製造方法に関し、特に高強度（引張り強
さ４５〜９０　Ｋｆｌｆ　／ｌｎｍ２）ラインパイプ用
鋼板や油井管用鋼板等の重要な要求性能である耐水素誘
起割れ性（以下耐ＨＩＣ性という）及び耐応力腐食割れ
性（以下耐ＳＣＣ性という）の優れた銅板の製造方法に
関するものである。

採堀可６Ｃな油井が枯渇化してくるにつれて新具油田囲
拓に対する要請はますます強まってきて右り、それに伴
なってより苛酷な腐食ｆＲ１−Ｑ（いわゆるサワー環境
）下での使用にも十分耐えるｍＷが必要とされている。

これは湿潤硫化水素を含む上記の様な腐食環境において
は、鋼材表面に生成した水素が鋼中へ侵入して割れを誘
起或は助長し、ラインパイプや油井管の破損事故を招く
からである。こうした要請に応する為、以下に示す如く
鋼板の化学成分や金属組織等の観点から種々の対策カ楯
；・３じられているものの、依然として満足し得るもの
はない。

即ち６食環境下でのり１板の割れに最も影響を及ぼす因
子はマクロイら１析及びミクロ偏析と非金属介在物であ
るところから、例えば特開ｗ３５０−１０８１１９号に
みられる如く銅板中のＳやＰを低減すると共にヅ３人れ
φ焼もどし処理を施して耐食性の調質ベイナイト組織と
する方法がある。この方法であれば耐ＨＩ　Ｃ性及び耐
ＳＣＣ性の優れた円板を得ることができるものの０、調
質処理に伴なって生じる消費エネルギーの増大及び生産
能率の低下は相当太き（実用化の障害となっている。

そこで最近では生産性と経済性も考慮して非調質のまま
でも要求性能を確保し得る様な改良研究が主流となって
きており、例えばフェライト−パーライト組織曙を用い
て■Ｐ１ｓ含有率の低減、■Ｃａや希土類元素の添加（
特開昭５６−５１５Ｌ４号専）、■ＣＸＭｎ量の低減（
特開昭５６−３８４５９号等）、■ＣｕやＣＯの添加（
特開昭５８−５８９１９号蔓）、■Ｎ　ｂ　％　Ｔ　ｉ
等の添加（特開昭５７−４７２５７号等）、などの改善
策が提案されている。即ち上記■の方法は割れ発生源と
なる展伸硫化物思を少なくしようとするものであるが、
Ｓ量自体をｏ、ｏｏａ％程度以下に抑えたとしても、前
述の如くｍ板表面で発生し侵入してくる水素に起因する
割れは回避できない。また■の方法は硫化物系介在物を
希土類元素等で形状制御し割れの発生サイトを低減させ
ようとするものであるが、希土類元素等はクラスクー状
の酸化物を形成する傾向がある為、この部分への水素の
侵入に−より逆に割れが発生し易くなることもある。

■はＣやＭ　ｎに起因する低温異常組織を極力他派しよ
うとするものであるが、その効果は乏しくかえって強度
不足の問題が現われてくる。■は日中への水素の侵入ゆ
拡散を制御しようとするものであるが、ＣｕやＣＯは溶
接性阻害作用が大きく、且つ熱間脆性を引き起こす傾向
がある為Ｎｉの添加が不可欠でコスト高となる。■は釧
中に水素トラップサイトたるＮｂ−やＴｉの炭窒化物を
導入し、割れ発生サイトへの水素の集積を抑えようとす
るものであるが、この効果は時間の経過と共に消滅して
しまうので本質的な改善策とはならない。

上記の様な化学成分面からの改善策の他、制御冷却技術
を印使した金月組職の改壱によって、非に（′！質のま
まで１ｌｔｊｆＨＩ　Ｃ性及び耐ＳＣＣ性を高めようと
する試みもなされている。即ちフェライト−パーライト
組繊は変形抵抗が小さく騰接する割れ同士が脂性変形に
よって容易に連絡される為、これを制御冷却によって微
細なベイナイト組織やアシキュラーフェライトｍ織とし
、バンド状組繊の生成を制御して割れの連絡を防止しよ
うとするものである（特開昭５３−５２２２８号、特開
昭５５−８８９０１号＠）。そしてこの方法では、仕上
げ圧延後の冷却過程におけるベイナイトの生成を容易に
する為ＭＯの添加が必須とされているが、ＭＯは高価で
あるのでコスト高になる。しかも八ＩＯはＭｎと同ね島
状マルテンサイトや偏析帯の生成を促進させる作用があ
り、耐ＳＣＣ性を悪化さぜるという報告もなされている
。また上記の方法ではベイナイトの面積率を高めるとこ
ろに物性改善の１つのポイントがあるが、一般にベイナ
イト面積率が高くなるほどベイナイト組織は粗となり、
耐ＨＩＣ性はかえって悪化する傾向がある。

これは、ベイナイト組織にょる偏析抑制効墨及□２割れ
の連絡阻止効果よりも、割れ発生サイトが連続的に発生
する傾向の方が強くなって割れの伝播が促進される為と
考えられる。

この様に従来の非調質ベイナイトタイプのｍ板では、要
求性能、生産性及び経済性のすべてを満足することはで
きない。

本発明者等はこうした事情に着目し、非調質のままで優
れた耐ｒ−ｒ　Ｉ　Ｃ性や耐ＳＣＣ性を確保し得ると共
に、生産性や経済性等も同時に満足することのできる様
な技術を確立しようとして種々研究を進めてきた。その
結栗、円板化学成分の観点がら耐）（ＩＣ性及び耐ＳＣ
Ｃ性の改善策を罰すると共に、仕上げ圧延後の制御冷却
条件をｒ＆密に貌定してやれば、少量のベイナイト組織
を微細均一に含む複合組織鋼となり、卓越した耐ＨＩ　
Ｃ性と剛ＳＣＣ性を有する鋼板が得られることを知り、
絃に本発明を完成した。

即ち本発明に係る鋼板の製造方法の構成は、Ｃ：Ｏ，ａ
％（重且％：以下同じ）以下Ｓｉ：１．０％以下 Δ４ｎ：Ｏ１５〜２．０％ Ａｌ：０．０５％以下 を含有すると共に、Ｐ：０．０８＊以下、Ｓ：０．０１
％以下に夫々制限され、残部が鉄及び不可避不純物より
なる鋼材を、９５０℃以下での全圧下率が５０％以上で
圧延を行ない、 ■圧延終了後、８００〜７００℃の温度から８〜ｂ たは ■圧延終了後直ちに８〜ｂ 度で７００〜７５０℃の範囲まで急冷し、その後８℃／
　Ｓｅｃ以下の冷却速度で６５０〜７００℃の範囲まで
徐冷した筏、該温度範囲から８〜８０°Ｃ／ＳｅＣの冷
却速度で急冷し、３５０〜５５０℃で巻取ることにより
、均一微細なベイナイト組織の面積率を１０〜５０％と
するところに要旨を有す、るものである。

本発明では、前述の如く高価で且つ耐ＳＣＣ性を阻害す
るＭ、を使用する仁−となく、他の化学成分の観点から
耐ＨＩＣ性、耐ＳＣＣ性の向上対策（＃Ｉ板清浄度の向
上、トラップサイトの導入、水素侵入・拡散の抑制等）
を講すると共に、仕上げ圧延後に適切な制御冷却を行な
うことによって微細均一なベイナイトの面積率が１０〜
５０％であるフェライト−ベイナイト複合組織とし、そ
れにより耐ＨＩＣ性及び耐ＳＣＣ性の卓越した鋼板を生
産性良く安価に提供するものである。

以下銅板化学成分及び制御冷却条件の設定理由を説明す
る。

〔化学成分の限定理由〕

ｃ：ｏ、ａ９６以下 Ｃは強度向上元素として極めて重要であるが、Ｏ，ａ９
５を越えると靭性及び溶接性が悪化する。しかも連鋳材
では中心偏析の異常発生を起こす原因となる他、腐食環
境下でのカソード反応を促進させる作用もあるので０．
８９６以下に抑えなければならない。

Ｓｉ：１．０％以下 ＳｉはＡｌと同様強力な脱酸剤として作用する他、朗材
素馳に固溶して銅板の伸びや延性を高める。しかし多す
ぎると溶接性の劣化、清浄度の悪化、表面スケールの発
生等の問題がＲ著に現われてくるので１．０％以下に抑
えなければならない。

Ｍｒｌ：０．５〜２．０％ Ｍｎは銅の強度及び靭性を高めるうえで不可欠の元素で
あり、目的達成の為には０．５％以上合有させなければ
ならない。しかし多すぎるとミクロ色、ｉ析が顕薯にな
って異常組織が発生し、耐水素割れ性や靭性が悪化する
と共に溶接性も劣化するので２．０９６以下に抑えなけ
ればならない。

Ａｌ：０．０５％以下 Ａ１は脱酸剤として不可欠の元素であるが、多ずきると
靭性が劣化すると共に鋳造欠陥も発生し易くなるので０
．０５％以下に抑えなければならない。

Ｐ：０．０：ｌＥ’ｌｉ以下 Ｐはミクロ偏析を生じて鋼塊中央部に異常組織を生ぜし
め、耐ＨＩＣ性を著しく劣化させる。従ってその含有率
は低いほど好ましく、多くとも０．０８９６以下に抑え
る必要がある。

ｓ：ｏ、ｏｉ％以下 ＳはＭｎと結合して硫化物系介在物となり割れ発生の起
点となる。またＣａを添加しＣａＳとして捕捉しても、
Ｓの量が多くなるとクラスター状の組織となって割れを
誘発させることがあり、何れにしても少ないに越したこ
とはない。しかし０．旧％以下であれば上記の併置は実
質上問題とはならない。

本発明における鋼板中の必須元素及び制限元素は上記の
通りであるが、更に必要に応じて下記の元素を１種以上
含有させることによって各器物性を高めることも有効で
ある。

Ｃａ：５０ｐｐｍ以下 Ｃａは前述の様に鋼中の硫化物系介在物の形態及び組成
を変えてＳに起因する割れを抑制するのに極めて有効な
元素である。特にＣａ／Ｓ≧２を’ｊｆｉｊたす様にＣ
ａを含有させると硫化物系介在物は完全に球状化し、ｎ
板の耐ＨＩ　Ｃ性は着しく高まる。しかし５０　ｐｐｍ
を越えるとクラスクー状の組！’２になり、かえって割
れが発生し易くなる。

Ｃｒ：１．０％以下 ｎ板の強度及び耐食性を高めるのに有効な元素であるが
、１．０％を越えると溶接時にペネトレークが発生し溶
接性が劣化する。

Ｔｉ：０．０５％以下 Ｔｉを含む徽紅な炭窒化物はｍ中の水素トラップサイト
として有効に○き、ＮＪＨＩＣ性の向上に春与する。し
かし０．０５％を超えると炭窒化物が粗大化して割れが
発生し易くなる。

ｃｕ　：　０．１〜１．０９６ Ｃ１中への水套の侵入を防止すると共に、弱酸性腐食扉
境下に台ける耐食性向上に極めて有効な元素であり、こ
れらの効果は０．１％以上合有させることによって有効
に発揮される。しかし１．０％を越えると熱間脆性の低
下傾向が現われてくるので注意しなければならない。

Ｂ　：　６０　ｐｐｍ以下 Ｂはフェライト変態を抑制してベイナイト組織１ｍを生
じ易（する作用があり、−前記Ｍｎの必要添加量を減少
させるうえでも有効である。しかし６０ｐｐｍでその効
果は飽和するとともにそれ以上に添加されると粗大なボ
ロン炭窒化物がオースブナイト粒界に析出し靭性が劣化
する。尚曙中にＮが存在するとボロン窒化物を形成して
Ｂの効果が減殺されるので、適量のＴｉを加えてＮを固
定したうえでＢを添加するのが有利である。

Ｎｂ≦０．１％、■≦０．１９に れらの元素は鋼の強度及び靭性を高めるのに有効である
が、夫々規定範囲を越えても強度及（〕靭性のより一胴
の向上には寄与せずコストアップとなるだけである。

本発明では上記の如くｎ板の化学成分を厳密１こ規定し
ているが、目的とする耐ＨＩｃ性及び耐ＳＣＣ性を確保
する為には化学成分を特定するだけでは不十分であり、
仕上げ圧延後に適切な制御冷却を行なうことによって均
−且つ微細なベイナイト組織を比較的少ない面積率で生
成せしめ、フェライト−ベイナイト複合組織にする必要
がある。

即ち上記化学成分を満足する銅を９５０’Ｃ以下で圧下
率５０９６以上の仕上圧延を施し、仕上温度をＡｒ３以
上に箔体する。この仕上げ圧延鋼板を以下に詳述する様
な条件で制御冷却を行なうと、平均粒径が３０μｍ　以
下で硬度が８００　Ｈｖ以下の均Ｑ　ｌ’ｆＱなベイナ
イトが生成し、これにより■剖れ発生サイト（ベイナイ
ト内部）が分散され、■変形抵抗の大きい微細ベイナイ
ト中での割れ伝播が抑制されると共に、■微細ベイナイ
トとフェラ・ｆト相との界面が良好な水素トラップサイ
トとなる、■フェライト粒界に析出するセメンタイトが
少なくなるため、粒界割れが抑制される、■ベイナイト
中のセメンタイトが伸長していないためベイナイトの割
れ感受性がきわめて鈍い、等の効果が有効に発揮され、
耐ＨＩＣ性及び耐ＳＣＣ性は飛躍的に向上するものと考
えられる。そして上記■〜■の効果は、均−微細ベイナ
イトを面積率にして１０〜５０％含む金Ｆ；組巖の場合
に最も効果的に発揮されることが確認された。本発明に
おいて制御冷却の条件を定めた理由は、この様な均−ｆ
ｌ＆ｌ＋１ベイナイト組織を所定の面積率で生成させる
べく定めたものである。加熱温度やヒートパターンに特
別の制限はないが、再結晶オーステナイトゎζは、極力
微細であることが好ましい。良質な材質を得るためには
、９５０℃以下の未再結晶温度域での全圧下率が５０９
６以上必要である。これは、未再結晶温度で十分な圧延
を加えることによって細＞’＋１オーステナイトの延伸
化を徹底し、冷却後に生成す−る変態組織を細粒均一化
するためであり、全圧下率が５０％未満であるとその効
果は得られにくい。この様にｍ粒寸−ステナイトを十分
延伸化させることにより、圧延冷却後に生成するフェラ
イト−ベイナイト組繊を十分細粒化することができる。

熱間圧延の仕上げ温度は、フェライト変態を避けるため
、またＭｎＳの伸長化を防止するためＡｒ３変態点以上
が好ましい。

又、良好な強度、靭性及び耐ＨＩ　Ｃ性能、劃ＳＣＣ性
能を得るためには、均−徽細なベイナイト組繊の面積率
が１０〜５０９６を占めるフェライト−ベイナイト複合
組繊を得る必要がある。

本発明の如＜　Ｍｏ　黛添加の日程で面積率１０〜５０
９６の均一な微細ベイナイト組織を得る為には、仕上げ
圧延の後第１図に示したようにＣＩ）あるいは（Ｉｎな
る制御冷却際件をとらなければならない。特に、（Ｉ［
）は、Ｃ％　Ｍ　ｎ　％　Ｎ　ｂ等を表出に合有しフェ
ライト変態の遅い曙程について用いられると好ましい。

冷却方法（Ｉ）、ＣＩＩ）により、従来の冷却方法に較
べてＣ９度の低いフェライトをｆ５ることが可能となり
、また上記■、■に述べたごとくのセメンタイトの析出
形態を得ることができ、ＭＨｘｃ性と耐ＳＣＣ性にきわ
めて良好な結采をもたらす。すなわち、〔工〕の冷却条
件について説明すると、圧延終了後８００〜７００℃の
温度範囲から８〜ｂ でやや早めの冷却を行ない、３５０〜５５０℃の低温で
巻取らなければならない。しかして急冷開始温度が７０
０°Ｃ未ｒ１ではベイナイト面積率が１０％未満となっ
て所定の強度を確保し得なくなる他、ベイナイト中のＣ
量が多くなり過ぎて割れの発生と伝播の起こり易い組ｍ
吉なる。一方急冷開始温度が８００℃を越えるとベイナ
イト面積率が５０％超となり、割れ伝播阻止効果よりも
連続割れ発生の障害効果が大きくなってくる。この冷却
開始温度は圧延仕上温度にもよるが仕上温度がＡｒ３以
上であれば８°Ｃ／ｓｅｃ以下の冷却速度で徐冷して前
記冷却開始温度とする。

次に〔■〕の冷却条件について説明する。仕上圧延した
あと直ちにＡｒ５−Ａｒ工の温度域に急冷する際の平均
冷却速度は、８〜ｂ Ａｒ３−Ａｒ１温度域の温度で例えば２〜２０秒放冷な
いし徐冷して６５０〜７００℃の温度としたのち再び８
〜ｂ の冷却を行ない、８５０〜５５０℃の低温で巻取らなけ
ればならない。前段の冷却速度が８０℃／ｓｅｃ以′上
に速い場合には温度制御が困難になり、また８℃／ｓｅ
ｃ未満では時間がかかりすぎる。

Ａｒ３　Ａｒ１温度域の温度での放冷又は徐冷は、フェ
ライト変態ノーズ付近で実施される。この理由は、フェ
ライト変態を促進して短時間にて所定のフェライト量を
得るため、さらにこの徐冷中に変態したフェライト相中
の固溶炭素を未変態オーステナイト相中へ０綜するため
である。炭素丞の増加した未変態オーステナイトは、安
定化するためにその後の冷却過程にて、低温変態生成物
が得やすくなる。この徐冷時間は、短かすぎると所望の
フェライト岳が得られず長時間すぎるとパーライト変態
も起ること、さらにはランアウトテーブルの畏さによっ
てもおのずと制限されることがら放冷時間を２〜２０秒
とする。徐冷後の冷却速度は、所望の組繊を得るため〔
Ｉ〕と同様の理由で急冷速度；８〜ｂ た巻取温度が５５０℃を越えると耐ＨＩＣ性や耐ＳＣＣ
性に悪影響を及ぼす粗大セメンタイト（２μｎ１以上）
の生成がフェライト粒界やベイナイト中で顕奢となるの
で微細な炭化物を得る為には巻取温度を５５０℃以下と
しなければならない。ちなみに第２図は、フェライト粒
界およびベイナイト中のセメンタイトの大きさくμｍ：
長軸方向）に及ぼす巻取温度の影春を示した実賎結果の
グラフであり、巻取温度が５５０℃を越えるとセメンタ
イトの大きさは急激な増大傾向を示している。但し巻取
温度が８５０℃未満になると、大きな剪断応力場を有す
るマルテンサイトが生成しこれが悪影・を及ぼす様にな
る。また冷却速度が８℃／ｓＣｃ未満では８０μｍ以下
の微細ベイナイトを得ることができないので、目的達成
の為にはこれ以上の速度で急速冷却しなければならない
。冷却速度の上限は割れ感受性の高いマルテンサイトの
生成を避けること及び冷却・巻取設備の能力等を考えれ
ば８０℃／ｓｅｃ程度が実用上の上限と考えられる。

次に実験例を挙げて本発明の構成及び作用効♀を一層明
確にする。

実験例 第１表に示す化学成分の鋼板を用い、同表に示す制御冷
却を行なって得た熱延板から、長さ１００間Ｘ幅２０　
ｔｒｍ　Ｘ厚さ１０πｍの試験片を採取して全面を上仕
上げした。各試験片を端面コーティングすることなく〔
（５％ＮａＣ１＋　０．５９６酢酸）に１気圧の硫化氷
水を飽和させた水溶液〕中に応力無負荷の状態で９６時
間浸漬した。その後試験片を取り出し、６断面の検鏡観
察と超音波探傷試験によって耐水素誘起割れ性を調べた
。また各試料に降伏応力の７５％に相当する応力を負荷
した状態で」二記と同じ水溶液中に同時間浸漬した後、
上記と同槌の方法で耐応力腐食割れ性を調べた。結果を
浸漬処理前の各試料片の強度と共に第１表に一括して示
す。

但し耐水素誘起割れ性の判定は下記の通りとした。

割れの判定・・・○：割れなし △；割れ長さ率３９６未満 ｘ：ｉ！７１れ長さ率３％以上 割れ長さ率は、ｌ銅皿あたり６断面の検臆面に生じてい
る割れ長さの総長さく してめた。

また第１表の（※印）は調質の為の焼入れ・焼戻し熱処
理（９５０℃Ｘ４０ｍ１ｎＷ、Ｑ−６００℃Ｘ４５ｍ１
ｎ→Ａ、Ｃ）を施こしたことを示している。

また第８図は第１表に示した各試料片から得たベイナイ
ト面頂率と引張り強さ並びに割れ試鹸結果を一括して示
したものであり、図中の○、△、×は割れ判定決果、符
号は第１表の符号に対応さ第１表及び第８図の結平から
次の様に考察することができる。

符号Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｉ、Ｊは制御冷却条件の何れ
かが本発明の規定範囲を外れる比較例であり、何れも耐
水素誘起割れ性が劣悪である。尚符号Ａ及びＨに示す如
く制御冷却条件が適切でなくとも冷却後調質処理を施せ
ば耐水素誘起割れ性及び耐応力何食割れ性を改善するこ
とができるが、非調質のままでは要求性能を満足するこ
とができない。また制御冷却条件が現定範囲に入ってい
ても、ベイナイト面０率が５０９６を越えるものは耐水
素誘起割れ性、耐応力何食割れ性共に劣悪である（符号
Ｆ）。

符号Ｉ（１〜に２はａｈ中に夕景のＭＯを含有させた比
較鋼であるが、耐水素誘起割れ性、耐応力腐食割れ性共
に劣悪である。

これらに対し本発明の郭定要件をすべて満足する符′０
１〜１３の１板は、耐水素誘起割れ注及び耐応力腐食割
れ性共に極めて良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で採用される冷却条（’Ｆ　’ａ４示１
−毛明図、第２図はベイナイト中のセメンタイトの大き
さに与える巻取温度の影響を示す実助グラフ、８８図は
ペイプ°イト面積率と引張り強さ及びＦｉｓｔ　ｙＪ＜
素誘起割れ性の関係を示す実験グラフである。 出願人株式会社神戸ｔ、ａ　＋＊所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１）Ｃ：　０．８９６　（重Ｑ９６：以下同１：）以
   下Ｓｉ：１．ＯＬＮ以下 五ｆ：０．５〜２．０％ Ａｌ：０．０５％以下 を含有すると共に、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ二〇、０１
   ％以下に夫々制限され、残部が鉄及び不可避不純物より
   なるｑ材を、９５０℃以下での全圧下率が５０％以上で
   圧延を行ない、 ■圧延終了後、８００〜７００℃の温度から８〜ｂ たは ■圧延終了後直ちに８〜ｂ 度で７００〜７５０℃の範囲まで急冷し、その後８℃／
   ｓｅｃ以下の冷却速度で６５０〜７００℃の範囲まで徐
   冷した後、該温度範囲から８〜ｂ ８５０〜６５０℃で巻取ることにより、均−ＵａＫＴＨ
   なベイナイト組織の面積率を１０〜５０％とすることを
   特徴とする鋼板の製造方法。