JPS6143413B2

JPS6143413B2 -

Info

Publication number: JPS6143413B2
Application number: JP1572981A
Authority: JP
Inventors: Isao Takada; Hiroshi Ootsubo
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1981-02-06
Filing date: 1981-02-06
Publication date: 1986-09-27
Also published as: JPS57131320A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は低温靭性がすぐれた高張力熱延鋼板、
好ましくは、寒冷地に敷設されるパイプライン用
高張力大径鋼管素材としての厚鋼板の製造に関す
るものである。近年石油、天然ガスなどのエネルギー資源の開
発が寒冷地においても広範囲に行なわれるように
なり、それにともなつてこれら資源の輸送を行う
パイプラインの敷設が数多く計画され、一部では
すでに実行されつつある。これらのパイプライン
に用いられる鋼管は次第に大径化する傾向にあ
り、それとともに鋼管の高張力化が要求されてき
ている。また、これらの寒冷地のパイプライン用
鋼管は、低温下に設置されるため、その靭性に対
する要求もはなはだ厳しいものがある。さらに最
近では現実にX80級パイプライン用鋼管の要求が
あり、ラインパイプ用素材にはより一層の高張力
化が要請されている。現在X70級までの強度が必要な大径鋼管素材は
主として制御圧延によつて製造されている。制御
圧延は比較的高い強度を持つとともに低温靭性に
もすぐれており、パイプライン用高張力大径鋼管
素材に適した材質特性を有する。制御圧延材は圧延後直ちに再結晶を開始するオ
ーステナイト温度領域（再結晶γ領域）、圧延の
パス間に再結晶が起こらないオーステナイト温度
領域（未再結晶γ領域）およびオーステナイト・
フエライト２相領域（γ＋α領域）の各領域に対
してそれぞれ圧下量および最終圧延仕上温度が規
制されており、各温度領域での圧下配分と仕上温
度を変えることにより、需要家の要求に応じてい
る。需要家の要求は最近のパイプライン敷設地の
寒冷地化にともなつてきびしくなつてきており、
高張力でかつすぐれた低温靭性を有する鋼管素材
を製造するに当つては、低温域での圧下量の増大
と仕上温度のより低温化が必要になる。低温領域における圧下量の大きい厳しい制御圧
延材を現行の加熱、圧延法で制造する場合には再
結晶γ領域で圧延後、未再結晶γ領域における圧
延開始温度までスラブを空冷させる必要があり、
また再結晶γ領域およびγ＋α領域での圧延中に
も、適当な圧延なしの空冷時間すなわち温度待ち
時間をとる必要が生じてくる。しかし、この圧延
なしの空冷時に、圧延後の再結晶と粒成長が進
み、γ粒が粗大化して低温靭性が劣化すること
と、空冷時間をとるために圧延能率が著しく劣化
することの２点が従来の制御圧延の難点であつ
た。そこで、圧延中の空冷をさせるためには、材質
確保に必要な低温領域における圧下量と仕上温度
から連続的な圧延が可能である圧延開始温度を逆
算し、加熱温度をその近傍まで低下させればよ
い。しかし、上記の条件を満たし得るまで加熱温
度を低下させると、その温度での長時間加熱時に
高張力パイプライン素材の制御圧延に不可欠な固
溶Nbがすべて炭窒化物として析出し、Nbの再結
晶遅延作用および析出硬化作用が消失するため、
十分な高強度が得られない。さらに、X80級以上の低温靭性にすぐれた高張
力鋼管素材を製造する場合には、高靭性の要請の
ために、仕上温度の低温化に限度があり、制御圧
延のみで素材に要求される特性を満足させるのは
困難である。本発明の目的は、これまでの制御圧延法にみら
れるこれらの欠点を解決した新しい制御圧延法に
さらに圧延終了後の加速冷却による組織強化およ
びその後の徐冷による焼もどし効果を組み合せ、
著しく高い強度とすぐれた低温靭性を有する熱延
鋼板の製造方法を提供することにある。本発明は、Ｃ：≦0.15％，Si≦0.70％，Mn：
0.50〜2.50％，Ｐ：≦0.025％，Ｓ：≦0.005％，
Nb：0.010〜0.150％，Ａ：≦0.070％、残部は
実質的にFeからなる組成の鋼を、連続鋳造法に
よつて、その厚さが300mmから最終製品の厚さの
３倍までのスラブに製造し、このスラブを連続鋳
造のまま、あるいはその表面、裏面及び端部を保
温するように、20分以内その放熱を適当な手段に
より防止するか、または加熱した後、スラブの表
面温度が1000℃〜750℃になつた時点で粗圧延を
開始し、次いでAr₃〜650℃で仕上圧延を終了す
るに当たり、圧延工程中の750℃以上における圧
延していない空冷の時間の総和を60秒以下とし、
かつ仕上圧延終了後の圧延鋼板が650℃から400℃
までの適当な温度まで冷却される間の平均冷却速
度Ｒ（ｃ）（℃／sec）がＲ（ｃ）≧1.62／Ｑを満足するものとし、〔ただし、ここで示す平均
冷却速度とは、圧延終了から加速冷却終了までの
降下温度を所要時間で除したものであり、Ｑは、
焼入性指標であつて、次の式のとおりのものとす
る。Ｑ＝√（１＋0.64Si）（１＋4.10Mn）（１＋
2.23Cr）（１＋0.52Ni）（１＋3.14Mo）（１＋
0.27Cu）Ｃ，Si，Mn，Cr，Ni，Mo，Cuは上記鋼の組
成の重量％数である。〕、かつ650℃から400℃の範
囲における、加速冷却終了温から室温までの平均
冷却速度を空冷以下とすることを特徴とする、低
温靭性にすぐれた高張力鋼板の製造方法を特定発
明とし、上記特定発明の鋼の成分組成に、さらに
Ｖ：0.010〜0.150％，Ti：0.005〜0.150％，Zr：
0.005〜0.150％，Mo：0.05〜0.50％，Cu：0.10〜
1.00％，Ni：0.10〜4.00％，Cr：0.10〜1.00％，
REM：≦0.020％，Ca：≦0.010％の１種または
２種以上を含む鋼について、特定発明と同様の処
理を施す製造方法を第２発明とするものである。以下に先づ本発明で対象とする鋼において、成
分範囲を限定した理由について説明する。Ｃは強度を高めるために必要な元素であるが、
0.15％を超えると溶接性および低温靭性が著しく
劣化する。 Siは鋼の脱酸と強度上昇のために添加されるが
0.70％を超えると低温靭性が劣化する。 Mnは低温靭性を劣化させずに強度を高めるの
で、高張力、高靭性鋼板には不可欠な元素である
が、0.50％未満では強度上昇に対する効果が小さ
く、2.50％を超えるとスラブ割れが多発する。Ｐは不可避的不純元素として鋼中に含まれる元
素であるが、0.025％を超えると低温靭性を著し
く劣化させるので、上限を0.025％とした。ＳもＰと同じく不可避的不純元素であるが、
0.005％を超えると圧延方向に対して直角方向の
衝撃吸収エネルギーを著しく低下させるので、上
限を0.005％とした。 Nbはその再結晶遅延作用および析出硬化作用
のために制御圧延材には不可欠な元素として添加
されるが、0.010％未満ではその効果がほとんど
なく、0.150％を超えると鋼管の溶接金属の低温
靭性が著しく劣化する。Ａは鋼の脱酸および結晶粒の微細化のために
添加されるが、0.070％を超えると鋼板の表面、
内部欠陥および鋼管溶接部の超音波探傷不良が多
発する。Ｖはその析出硬化作用のために強度上昇に有効
な元素として添加されることがあるが、0.010％
以下ではその効果は小さく、0.150％を超えると
低温靭性が劣化する。 Tiは結晶粒微細化および強度上昇のために添
加されることがあるが、0.005％以下ではその効
果はほとんどなく、0.150％を超えると鋼板の表
面欠陥が多発する。 Zrは硫化物の形態制御および結晶粒微細化のた
めに添加されることがあるが、0.005％未満では
その効果が小さく、0.150％を超えると表面欠陥
が多発する。 Moは低温靭性を劣化させずに強度を高める元
素として添加されることがあるが、0.05％未満で
はその効果は小さく、0.50％を超えると鋼管の溶
接熱影響部の低温靭性が著しく劣化する。 Cuは低温靭性を劣化させずに強度を高める元
素として添加されることがあるが、0.10％未満で
はその効果は小さく、1.00％を超えると赤熱脆性
が生じる。 Niは低温靭性を高め、かつ強度を上昇させる
元素として添加されることがあるが、0.10％未満
ではその効果は小さく、一方パイプライン用大径
鋼管に要求される低温靭性の範囲では4.00％を超
えるNi量は不必要であり、高価でもあるので上
限を4.00％におさえた。 Crは強度を高めるために添加されることがあ
るが、0.10％未満ではその効果はほとんどなく、
1.00％をを超えると低温靭性が著しく劣化する。 REMまたはCaは硫化物の形態態制御を行い、
圧延方向に直角な方向の衝撃吸収エネルギーを増
加させるために添加されることがあるが、それぞ
れ0.020％または0.010％を超えると表面および内
部欠陥が多発する。次に本発明における圧延条件の限定について、
その理由を説明する。スラブ厚さを300mmから最終製品厚さの３倍ま
でとしたのは、スラブ厚さが300mmを超えると本
発明における圧延開始温度までの冷却に長時間を
要し、その間にNbの炭窒化物が析出して、制御
圧延による強度と靭性の向上がほとんどなくな
り、また最終製品厚さの３倍未満のときには効果
的な制御圧延が行えないからである。圧延前のスラブの表面、裏面及び端部を保温す
るように20分以内スラブの放熱を防止するか又は
加熱を行なうのは、20分以上その時間が長くなる
と、その間にNbの炭窒化物がすべて析出してし
まつて、目的とする高強度が得られなくなるから
である。粗圧延開始温度を1100〜750℃としたのは、開
始温度が1100℃を超えるときには十分な強度と靭
性が得られず、また750℃未満のときにも低温靭
性、が劣化するからである。仕上圧延終了温度をAr₃〜650℃としたのは、
終了温度がこの範囲からはずれるときには低温靭
性が著しく劣化するからである。圧延工程中の700℃以上における圧延なしの空
冷時間、すなわち温度待ち時間を60秒以内とした
のは、60秒を超えるときには第１図に示す20mm厚
鋼板の例のように低温靭性が劣化するからであ
る。第１図は、Ｃ：0.07％，Si：0.25％，Mn：1.78
％，Ｐ：0.013％，Ｓ：0.002％，Nb：0.040％，
Ａ：0.027％，Ｖ：0.072％の組成の鋼につい
て、仕上圧延の終了から450℃までの平均冷却速
度の指標Ｒ（ｃ）／１．６２／Ｑとシヤルピー破面遷移
温度℃ （vTrs）との関係を、700℃以上における温度待
ち時間を65秒としたものと４秒としたものについ
てそれぞれ表わしたものである。圧延終了後650℃から400℃の範囲の加速冷却終
了温度までの平均冷却速度Ｒ（Ｃ）をＲ（ｃ）（℃／sec）≧1.62／Ｑ（℃／sec）としたのは、Ｒ（Ｃ）がこの範囲からはずれると
きには第１図と第２図に示すように強度が低下し
かつ低温靭性も劣化するからである。第２図は、Ｃ：0.07％，Si：0.25％，Mn：1.79
％，Ｐ：0.013％、Ｓ：0.002％，Nb：0.042％，
Ａ：0.025％，Ｖ：0.070％の組成の鋼につい
て、圧延終了から450℃までの、平均冷却速度の
指標Ｒ（Ｃ）／１．６２／Ｑと鋼板の降伏応力及び引張
応力との関係を表わしたものである。またＲ（Ｃ）≧1.62／Ｑ（℃／sec）で加速冷却
する温度区間を仕上温度から650℃〜400℃の範囲
の適当な温度としたのは、650℃を超える温度で
この冷却を止めると、その温度までの冷却速度を
いかに大きくしても、高い強度が得られず、一方
400℃以下の温度まで加速冷却を行えば、以後の
冷却が空冷以下の徐冷でも十分な焼もどし効果が
得られず、この場合シヤルピー吸収エネルギーの
低下を招くからである。加速冷却終了温度を650
℃から400℃の範囲内の適当な温度により、以後
の、冷却を空冷以下とすることにより、要求され
る強度と靭性に即座に対処し得る鋼板の製造が可
能になる。加速冷却終了後室温までの冷却速度を
空冷以下としたのは、冷却効果がこれを超えると
きには焼もどし効果がなく、高い吸収エネルギー
を持つ鋼板が得られないからである。なお、空冷
以下の冷却速度を得るには、徐冷ボツクスに装入
するか、スラブを重ね合わせる等で行なう。以下に本発明の実施例を述べる。次の表に示されている化学組成をもつ、鋼Ａ〜
Ｑから連続鋳造法によつて、それぞれ150〜250mm
厚のスラブを製造した、これを連続鋳造のまま
（鋼種Ａ，Ｂ，Ｇ，Ｈ）、あるいは表の「スラブ加
熱条件」に示した時間で保温のため加熱した後、
1000〜850℃で粗圧延を開始し、710〜700℃で仕
上圧延を終了した。なおスラブの保温は誘導加熱
コイルにより行つた。圧延工程中の700℃以上に
おける圧延を停止している時間の総和は表に示す
とおりである。圧延終了後加速冷却を表に示す温度まで行つ
た。その後室温まで空冷した。加速冷却として
の、仕上温度から650℃〜400℃の範囲の適当な温
度までの平均冷却速度の指標Ｒ（Ｃ）／１．６２／Ｑは
、表に示すとおりである。

【表】

【表】以上の圧延条件によつて20mm厚の熱延鋼板を製
造した。得られた熱延厚鋼板は、表に示すとおりの材質
特性を有している。本発明方法により得られた熱延厚鋼板と比較す
るため、上記表に示した本発明で対象とする鋼と
ほゞ同一ないし類似する組成をもつ鋼Ｒ〜Ｚ，
α，β，およびγから連続鋳造により150〜250mm
厚のスラブを製造し、このスラブを本発明におけ
る圧延条件に適合しない圧延条件で圧延して同じ
厚さの厚鋼板を製造した。その厚鋼板の材質特性
は同表に示した。なお、本発明によらない比較厚鋼板におけるス
ラブの加熱及び圧延条件は、アンダーラインを付
したものが本発明の条件から外れている。同表によれば、本発明方法による熱延厚鋼板の
降伏応力及び引張強さは、比較厚鋼板のそれらを
著しく超えており、また本発明による鋼板のシヤ
ルピー破面遷移温度は−109℃以下で最低として
−128℃を示しているのに対し、比較厚鋼板のそ
れは最低で−100℃を示している。本発明によるものの−80℃シヤルピー吸収エネ
ルギーは、12.7〜19.5Kg・ｍを示すのに対して、
比較厚鋼板のそれは、ほとんどのものが4.2Kg・
ｍ以下である。すなわち、本発明において対象としている鋼
は、本発明で規定する圧延条件に適合する製造方
法による場合にのみ、高強度で低温靭性のすぐれ
た熱延厚鋼板を製造し得ることが明らかである。なお、本発明方法により製造される厚鋼板は、
パイプライン用高張力大径鋼管用のみならず、圧
力容器、寒冷地向け構造物などの高張力、高靭性
が要求されるすべての分野に使用される部材に適
用することができる。以上詳細に述べてきたとおり、本発明の方法
は、特定組成の鋼から連続鋳造法により特定厚さ
のスラブを作り、これを特定した圧延の各条件に
よつて圧延し、圧延後の鋼板の冷却を規制するも
のであつて、この方法によつて低温靭性のすぐれ
た高張力熱延鋼板を得ることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法による熱延厚鋼板につい
て、圧延終了から450℃までの平均冷却速度指標
Ｒ（Ｃ）／１．６２／Ｑと鋼板のシヤルピー破面遷移温
度（℃）（vTrs）との関係を、700℃以上における温度待
ち時間65秒と４秒とした場合について表わしたも
のである。第２図は、本発明方法による熱延厚鋼
板について、圧延終了から450℃までの上記冷却
速度指標と鋼板の強度（降伏応力、引張強さ）と
の関係を表わしたものである。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：≦0.15％，Si：≦0.70％，Mn：0.50〜
2.50％，Ｐ：≦0.025％，Ｓ：≦0.005％，Nb：
0.01〜0.150％，Al：≦0.070％を含み、残部は実
質的にFeからなる組成の鋼を、連続鋳造法によ
つて、その厚さが300mmから最終製品の厚さの３
倍までのスラブに製造し、このスラブを連続鋳造
のまま、あるいはその表面、裏面及び端部を保温
するように、20分以内その放熱を防止するか、ま
たは加熱した後、スラブの表面温度が1100〜750
℃になつた時点で粗圧延を開始し、次いでAr₃〜
650℃で、仕上圧延を終了するに当たり、圧延工
程中の700℃以上における圧延していない空冷の
時間の総和を60秒以下とし、かつ仕上圧延終了後
圧延鋼板が650℃から400℃の間の適当な温度まで
冷却される間の平均冷却速度Ｒ（ｃ）（℃／sec）
が、Ｒ（ｃ）≧1.62／Ｑを満足するものとし、〔ただし、ここで示す平均冷却速度とは、圧延終
了から加速冷却終了までの降下温度を所要時間で
除したものであり、Ｑは上記鋼の焼入性指標であ
つて、次のとおりのものとする。Ｑ＝√（１＋0.64Si）（１＋4.10Mn）（１＋
2.23Cr）（１＋0.52Ni）（１＋3.14Mo）（１＋
0.27Cu）Ｃ，Si，Mn，Cr，Ni， Mo，Cuは重量％数
である。〕かつ、650℃から400℃の範囲における加速冷却
終了温度から室温までの平均冷却速度を空冷以下
とすることを特徴とする、低温靭性のすぐれた高
張力鋼板の製造方法。２Ｃ：≦0.15％，Si：≦0.70％，Mn：0.50〜
2.50％，Ｐ：≦0.025％，Ｓ：≦0.005％，Nb：
0.01〜0.150％，Al：≦0.070％、さらにＶ：0.010
〜0.150％，Ti：0.005〜0.150％，Zr：0.005〜
0.150％，Mo：0.05〜0.50％，Cu：0.10〜1.00
％，Ni：0.10〜4.00％，Cr：0.10〜1.00％，
REM：≦0.020％，Ca：≦0.010％の１種または
２種以上を含み、残部は実質的にFeからなる組
成の鋼を、連続鋳造法によつて、その厚さが300
mmから最終製品の厚さの３倍までのスラブに製造
し、このスラブを連続鋳造のまま、あるいはその
表面、裏面及び端部を保温するように、20分以内
その放熱を防止するか、または加熱した後、スラ
ブの表面温度が1100〜750℃になつた時点で粗圧
延を開始し、次いでAr₃〜650℃で仕上圧延を終
了するに当たり、圧延工程中の700℃以上におけ
る圧延していない空冷の時間の総和を60秒以下と
し、かつ仕上圧延終了後圧延鋼板が650℃から400
℃の間の適当な温度まで冷却される間の平均冷却
速度Ｒ（ｃ）（℃／sec）が、Ｒ（ｃ）≧1.62／Ｑを満足するものとし、〔ただし、ここで示す平均冷却速度とは、圧延終
了から加速冷却終了までの降下温度を所要時間で
除したものであり、Ｑは、上記鋼の焼入性指標で
あつて、次のとおりのものとする。Ｑ＝√（１＋0.64Si）（１＋4.10Mn）（１＋
2.23Cr）（１＋0.52Ni）（１＋3.14Mo）（１＋
0.27Cu）Ｃ，Si，Mn，Cr，Ni，Mo，Cuは重量％数で
ある。かつ、650℃から400℃の範囲における加速
冷却終了温度から室温までの平均冷却速度を空冷
以下とすることを特徴とする、低温靭性のすぐた
高張力鋼板の製造方法。