JPWO2014010150A1 - 厚肉高強度耐サワーラインパイプおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
管厚が20mm以上で、引張り強度が560MPa以上の厚肉高強度耐サワーラインパイプとして好適なものおよびその製造方法を提供する。母材部が、特定量のC、Si、Mn、P、S、Al、Nb、Ca、N、O、選択成分としてCu、Ni、Cr、Mo、V、Tiの一種または二種以上、残部Fe及び不可避的不純物で、管厚方向のミクロ組織が、内表面+2mm〜外表面+2mmの領域で、90%以上のベイナイトを含み、管厚方向の硬さ分布において、中心偏析部を除く領域の硬さが220Hv10以下、中心偏析部の硬さが250Hv10以下で、管厚方向の内表面+1mm〜管厚の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚の13/16までの位置に存在する気泡や介在物および介在物クラスタの長径が1.5mm以下であるラインパイプ。上記組成のCCスラブを特定条件で熱間圧延後、加速冷却を行う。
Description
本発明は、厚肉(heavy wall)高強度(high-strength)耐サワーラインパイプ(line pipe for sour gas service)およびその製造方法に関し、好適には管厚が20mm以上で、引張り強度が560MPa以上のものに関する。
世界的なエネルギ需要の高まりを背景に、原油(crude oil)や天然ガス(natural gas)の採掘量が年々増加した結果、高品質な原油や天然ガスが徐々に枯渇し、硫化水素(hydrogen sulfide)濃度の高い低品質の原油や天然ガスを使用する必要に迫られている。
このような原油や天然ガスを採掘するために敷設されるパイプラインや原油精製プラントの圧力容器および配管には、安全性確保のために耐サワー性能(sour resistant property)(耐HIC性能(resistance to Hydrogen Induced Cracking)および耐SSC性能(resistance to Sulfide Stress Corrosion Cracking))に優れるものが必要である。また、ラインパイプの長距離化や輸送効率向上のために厚肉、高強度化した鋼板および鋼管を適用しなければならない。
そのため、強度グレードがAPI(American Petroleum Institute) 5L X60〜X65、管厚が20〜40mm程度でNACE−TM0284およびNACE−TM0177のA溶液環境において優れた耐サワー性能を確保した厚肉高強度耐サワーラインパイプの安定供給が課題となっている。
現在、耐サワーラインパイプの安定供給には、連続鋳造スラブ(continuous casting slab)からTMCP(Thermo-Mechanical Control Process)により製造した厚鋼板を鋼管素材として用いることが必須である。このような制約下において、耐HIC性能を向上させる要因として、1)Mn、Pなどの中心偏析(center segregation)元素の低減や鋳造速度の低減、軽圧下の適用による中心偏析硬さの低減、2)S、Oの低減およびCaの最適量添加による中心偏析における伸長MnSの発生抑制、介在物集積帯(垂直曲げ型連続鋳造機においては、スラブ表面側1/4t位置付近)におけるCaクラスタの生成抑制、3)TMCPにおける加速冷却条件の最適化によるミクロ組織のベイナイト単相化、島状マルテンサイト(Martensite-Austenite constituent, MA)の発生抑制、中心偏析の硬化抑制などが明らかにされ、特許文献1〜25が提案されている。
特許文献1〜3には、中心偏析に濃化する合金元素の中心偏析硬さに及ぼす影響を定量化した化学成分パラメータや中心偏析におけるMnSおよび介在物集積帯におけるCaクラスタの生成を定量化した化学成分パラメータを導入することで、優れた耐HIC性能を合理的な化学成分設計で行なうことを可能とする技術が開示されている。
特許文献4〜7には、中心偏析部におけるMn濃度やNb、Ti濃度を測定し、その濃度を一定以下に制御することにより優れた耐HIC性能を確保する方法が開示されている。特許文献8には、中心偏析部の未圧着部長さを一定以下に制御することにより中心偏析部への合金元素の濃化およびそれに伴う硬さの上昇を抑制し、優れた耐HIC性能を確保する方法が開示されている。
特許文献9には、中心偏析に生成するS、N、Oと結合した介在物やNbTiCNの大きさの上限を規定し、化学成分やスラブ加熱条件でその範囲に制御することで、優れた耐HIC性能を確保する方法が開示されている。特許文献10には、Nbを0.01%未満に低減することで、中心偏析でのHIC起点となるNbCNの発生を抑制することで、優れた耐HIC性能を確保する方法が開示されている。
特許文献11には、厚肉高強度ラインパイプにおいて、スラブ再加熱時の加熱温度をスラブ中のNbCNが固溶し、オーステナイト粒の粗大化ができるだけ抑制される条件にすることにより、優れたDWTT性能とHIC性能を両立する方法が開示されている。特許文献12および13には、中心偏析でのMnS生成抑制のために添加したCaの形態を最適制御するために、Ca−Al−Oの組成比を最適化し、微細な球状にすることにより、Caクラスタや粗大なTiNを起点としたHIC発生を抑制し、優れた耐HIC性能を確保する方法が開示されている。
特許文献14には、加速冷却開始温度の下限の決定に関し、C/Mnと未再結晶域全圧下量を考慮することで、バンド状組織の発生を抑制し、優れた耐HIC性能を確保する方法が開示されている。特許文献15および16には、未再結晶域圧延による結晶粒の偏平化に伴うミクロ組織のHIC伝播停止性能の劣化を抑制するために、圧延終了温度を高くすることで、優れた耐HIC性能を確保する方法が開示されている。
特許文献17には、加速冷却の最適化およびオンライン急速加熱の適用により、フェライト組織中に微細な析出物が分散する組織形態とし、表層フェライト化による表層硬さの低減および析出強化による高強度化を両立し、優れた耐HIC性能を確保する方法が開示されている。特許文献18〜20には、特許文献17と同様の手法でミクロ組織をベイナイト主体とすることで、強度とHIC性能を両立する方法が開示されている。
特許文献22〜25には、加速冷却後、オンラインに設置された誘導加熱装置により急速加熱を行なうことで、鋼板板厚方向のミクロ組織や硬さ分布を調整して優れた耐HIC性能を確保する方法が開示されている。
特許文献22にはミクロ組織中のMAの生成を抑制し、且つ均一な板厚方向の硬度分布としてHICの伝播停止性能を高めることが記載され、特許文献23には高強度と耐HIC性を両立させるため、成分組成を偏析が抑制され、析出強化が可能な系とし、ミクロ組織内における硬度差が小さいフェライト+ベイナイト2相組織とすることが記載されている。
特許文献24には、成分組成を、各合金元素の中心偏析部の濃度が低くなるように調整して、中心偏析部の硬さを低減し、鋼板表層部における金属組織はベイナイトまたはベイナイト+フェライトの混合組織として、島状マルテンサイトの体積分率を2%以下とすることが記載されている。
特許文献25には、加速冷却における板厚中央の冷却速度を規定し、冷却の初期では冷却速度を遅くして表層温度を500℃以下まで下げ、その後は、冷却速度を早くして強度が確保できる冷却停止温度まで冷却することにより、表層硬さの低減と中心偏析部の硬化の抑制を実現し、優れた耐HIC性能を確保する方法が開示されている。
ところで、厚肉高強度耐サワーラインパイプの場合、UOE(UOE forming)やプレスベンド(press bend forming)などの冷間加工の際に受けるひずみ量が大きい。また、強度を確保するためにより多くの合金元素を添加するため、加速冷却における表層と板厚中心の冷却速度の差(厚肉材ほど差が大きくなる)によって、表層硬さが上昇しやすくなる。そのため、表層近傍におけるHICの発生が特に問題とされている。
しかしながら、特許文献1〜21には、厚肉高強度耐サワーラインパイプの表層に発生するHICの解決手段は記載されていない。特許文献22〜25は、加速冷却等により硬化した表層近傍から発生するHICを防止することを目的とするものの、中心偏析部においてHICの発生に関与する介在物が、表層部近傍にあった場合の影響については全く検討されておらず、表層近傍に発生するHICの抑制方法として不十分なことが懸念される。
また、最近の厚肉高強度耐サワーラインパイプは低O、極低S鋼として製造されるが、HICへの影響について、十分検討されていない。
そこで、本発明は表面近傍から発生するHICを防止し、優れた耐HIC性能を備えた管厚20mm以上の厚肉高強度耐サワーラインパイプおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、低O、極低S鋼として製造される厚肉高強度耐サワーラインパイプの耐HIC性能について知見を得るため、ミクロ組織を均一なベイナイトに造りこんだ管厚20mm以上の溶接鋼管を対象に、管厚方向の各位置に発生するHICについて検討を行い以下の知見を得た。
1.管厚20mm以上の厚肉の溶接鋼管の場合であっても、中心偏析(center segregation area)に発生するHICの抑制には、中心偏析硬さを250Hv10以下とし、MnSの生成を抑制することが有効である。
2.また、MnSの発生は、下式に示すACRMとの相関が高く、ACRMを1.0以上にすることで、中心偏析におけるMnSの生成を抑制することができる。
ACRM=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)、
但し、Ca、O、Sは含有量(質量%)
3.垂直曲げ型連続鋳造機で発生する介在物集積帯に発生するHICは、ACRMを4.0以下にするとCaクラスタの生成が抑制でき、HICの発生も抑制できる。
2.また、MnSの発生は、下式に示すACRMとの相関が高く、ACRMを1.0以上にすることで、中心偏析におけるMnSの生成を抑制することができる。
ACRM=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)、
但し、Ca、O、Sは含有量(質量%)
3.垂直曲げ型連続鋳造機で発生する介在物集積帯に発生するHICは、ACRMを4.0以下にするとCaクラスタの生成が抑制でき、HICの発生も抑制できる。
4.表層近傍のHICの発生は、表層硬さのみでは整理できず、表層近傍に生成する気泡や介在物の状態が大きく影響する。
5.表層近傍に発生するHICの破面について調査した結果、HICの起点は長径で200μ以上の気泡あるいはCaOクラスタである。また、表層近傍の硬さが220Hv10を超えるとこれらの気泡や介在物を起点としたHICが発生し、気泡や介在物の長径が1.5mmを越えると表層近傍硬さを220Hv10以下にしてもHICが発生する。
5.表層近傍に発生するHICの破面について調査した結果、HICの起点は長径で200μ以上の気泡あるいはCaOクラスタである。また、表層近傍の硬さが220Hv10を超えるとこれらの気泡や介在物を起点としたHICが発生し、気泡や介在物の長径が1.5mmを越えると表層近傍硬さを220Hv10以下にしてもHICが発生する。
6.すなわち、表層近傍HICを抑制するためには、a.表層近傍において長径200μm以上の気泡や介在物の発生を抑制する、b.表層近傍の硬さを220Hv10以下にし、表層近傍の長径1.5mm以上の気泡や介在物の発生を抑制するのいずれかの手法を適用する必要がある。
7.aの場合、製鋼プロセスにおける気泡や粗大クラスタを鋼中で残存させないことにより達成可能である。しかし、粗大クラスタ(介在物)を残存させないためには、気泡を残存させて介在物を浮上促進させなければならず、製鋼プロセスにおける微妙なバランスを制御する必要があり、製造安定性が十分に確保できない可能性が非常に高い。
7.aの場合、製鋼プロセスにおける気泡や粗大クラスタを鋼中で残存させないことにより達成可能である。しかし、粗大クラスタ(介在物)を残存させないためには、気泡を残存させて介在物を浮上促進させなければならず、製鋼プロセスにおける微妙なバランスを制御する必要があり、製造安定性が十分に確保できない可能性が非常に高い。
さらに、表層近傍の気泡や、長径で200μm以上の介在物を確実に捕らえるためには、非常に高感度な検査方法を適用する必要があり現実的でない。
8.bの場合、鋼板製造プロセスにおいて表層硬さを低減し、造管後の表層近傍硬さを220Hv10以下に低減することができればHICの発生を抑制することが可能で、1.5mm以上の気泡や介在物を検知することは、比較的容易である。
8.bの場合、鋼板製造プロセスにおいて表層硬さを低減し、造管後の表層近傍硬さを220Hv10以下に低減することができればHICの発生を抑制することが可能で、1.5mm以上の気泡や介在物を検知することは、比較的容易である。
9.溶接鋼管において表層硬さを220Hv10以下にすることは、T/D(Tは管厚、Dは鋼管径)が0.02以上の場合、当該溶接鋼管の表層+1mm(表層下、1mmの位置)の700→600℃の冷却速度を120℃/s以下にすることができれば加速冷却ままでも達成可能である。
なお、表層下でのHICが問題となるのは、厚肉材の場合であり、管厚が20m未満では問題とならないため、本発明は管厚20mm以上、特に25mm以上を対象とする。
また、管厚が厚くなるほど、外径が小さくなるほど、造管によるひずみが大きくなり表層近傍のHICが発生しやすくなる。t/Dが0.045を超えると、表層近傍のひずみによるHIC性能の劣化と硬さの上昇によって、表層近傍のHICを防げなくなるため、t/Dが0.045以下の鋼管を対象とする。
また、管厚が厚くなるほど、外径が小さくなるほど、造管によるひずみが大きくなり表層近傍のHICが発生しやすくなる。t/Dが0.045を超えると、表層近傍のひずみによるHIC性能の劣化と硬さの上昇によって、表層近傍のHICを防げなくなるため、t/Dが0.045以下の鋼管を対象とする。
本発明は、得られた知見にさらに検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
(1)鋼管母材部の化学成分が、質量%で、C:0.020〜0.060%、Si:0.50%以下、Mn:0.80〜1.50%、P:0.008%以下、S:0.0015%以下、Al:0.080%以下、Nb:0.005〜0.050%、Ca:0.0010〜0.0040%、N:0.0080%以下、O:0.0030%以下を含有し、式(1)によるCeqが0.320以上、式(2)によるPHICが0.960以下、式(3)によるACRMが1.00〜4.00、式(4)によるPCAが4.00以下、残部Fe及び不可避的不純物で、管厚方向のミクロ組織が、内表面+2mm〜外表面+2mmの領域で、90%以上のベイナイトを含み、管厚方向の硬さ分布において、中心偏析部を除く領域の硬さが220Hv10以下、中心偏析部の硬さが250Hv10以下で、管厚方向の内表面+1mm〜管厚(T)の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚(T)の13/16までの位置に存在する気泡や介在物および介在物クラスタの長径が1.5mm以下であることを特徴とする厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・式(1)
PHIC=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/5+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/15+22.36P・・・式(2)
ACRM=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)・・・式(3)
PCA=10000CaS0.28・・・式(4)
式(1)〜(4)において、各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
(2)鋼管母材部の化学成分が更に、質量%で、Cu:0.50%以下、Ni:1.00%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下、V:0.100%以下、Ti:0.030%以下の1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
(3)管厚が20mm以上で、T/Dが0.045以下(Tは管厚(mm)、Dは管径(mm))であることを特徴とする(1)または(2)記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
(1)鋼管母材部の化学成分が、質量%で、C:0.020〜0.060%、Si:0.50%以下、Mn:0.80〜1.50%、P:0.008%以下、S:0.0015%以下、Al:0.080%以下、Nb:0.005〜0.050%、Ca:0.0010〜0.0040%、N:0.0080%以下、O:0.0030%以下を含有し、式(1)によるCeqが0.320以上、式(2)によるPHICが0.960以下、式(3)によるACRMが1.00〜4.00、式(4)によるPCAが4.00以下、残部Fe及び不可避的不純物で、管厚方向のミクロ組織が、内表面+2mm〜外表面+2mmの領域で、90%以上のベイナイトを含み、管厚方向の硬さ分布において、中心偏析部を除く領域の硬さが220Hv10以下、中心偏析部の硬さが250Hv10以下で、管厚方向の内表面+1mm〜管厚(T)の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚(T)の13/16までの位置に存在する気泡や介在物および介在物クラスタの長径が1.5mm以下であることを特徴とする厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・式(1)
PHIC=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/5+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/15+22.36P・・・式(2)
ACRM=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)・・・式(3)
PCA=10000CaS0.28・・・式(4)
式(1)〜(4)において、各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
(2)鋼管母材部の化学成分が更に、質量%で、Cu:0.50%以下、Ni:1.00%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下、V:0.100%以下、Ti:0.030%以下の1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
(3)管厚が20mm以上で、T/Dが0.045以下(Tは管厚(mm)、Dは管径(mm))であることを特徴とする(1)または(2)記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
(4)(1)または(2)記載の化学成分を有する連続鋳造スラブを、1000〜1150℃に再加熱し、未再結晶域での全圧下率が40〜90%で熱間圧延後、表層温度がAr3−t℃以上(tは板厚(mm))より350〜550℃まで、700℃〜600℃の平均冷却速度が、板厚方向に表層+1mm〜板厚の3/16位置および裏層+1mm〜板厚の13/16位置において120℃/s以下、板厚中心において20℃/s以上で加速冷却した後、冷間加工によりパイプ状に曲げ加工し、両端部の突合せ部を溶接して溶接鋼管とすることを特徴とする厚肉高強度耐サワーラインパイプの製造方法。
(5)熱間圧延後、加速冷却直前に鋼板表面での噴射流衝突圧が1MPa以上のデスケーリングを行なうことを特徴とする(4)記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプの製造方法。
(5)熱間圧延後、加速冷却直前に鋼板表面での噴射流衝突圧が1MPa以上のデスケーリングを行なうことを特徴とする(4)記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプの製造方法。
(6)管厚が20mm以上で、T/Dが0.045以下(Tは管厚(mm)、Dは管径(mm))であることを特徴とする(4)または(5)記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプの製造方法。
(7)(4)乃至(6)のいずれか一つに記載の製造方法で溶接鋼管とした後、鋼管母材からサンプルを切り出して、管周方向と管長手方向において200mm2以上、管厚方向の内表面+1mm〜管厚の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚の13/16までの位置を20MHz以上の探触子を用いて超音波探傷を行い、1.5mm以上の指示の有無を確認することを特徴とする厚肉高強度耐サワーラインパイプの耐HIC性能の判定方法。
(7)(4)乃至(6)のいずれか一つに記載の製造方法で溶接鋼管とした後、鋼管母材からサンプルを切り出して、管周方向と管長手方向において200mm2以上、管厚方向の内表面+1mm〜管厚の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚の13/16までの位置を20MHz以上の探触子を用いて超音波探傷を行い、1.5mm以上の指示の有無を確認することを特徴とする厚肉高強度耐サワーラインパイプの耐HIC性能の判定方法。
本発明によれば、管厚方向の各位置において優れた耐HIC性能を備えた管厚20mm以上の厚肉高強度耐サワーラインパイプおよびその製造条件が得られ、産業上極めて有効である。
本発明に係る厚肉高強度耐サワーラインパイプの鋼管母材部の、化学成分、ミクロ組織、硬さ分布について説明する。
[化学成分]以下の説明において%表示は、質量%とする。
C:0.020〜0.060%
Cは、中心偏析に濃化し、さらに中心偏析への他の元素の偏析を助長する元素であるため、HIC性能確保の観点からは低減した方がよく、0.060%以下に制限する。一方、安価かつ高強度化に有効な元素であるため、母材強度を確保する観点から、0.020%以上を含有する。好ましくは0.025〜0.055%である。
[化学成分]以下の説明において%表示は、質量%とする。
C:0.020〜0.060%
Cは、中心偏析に濃化し、さらに中心偏析への他の元素の偏析を助長する元素であるため、HIC性能確保の観点からは低減した方がよく、0.060%以下に制限する。一方、安価かつ高強度化に有効な元素であるため、母材強度を確保する観点から、0.020%以上を含有する。好ましくは0.025〜0.055%である。
Si:0.50%以下
Siは、脱酸に用いる元素で、介在物を低減し、高強度化に寄与するため含有する。Siを0.50%を超えて含有すると、HAZ靭性が著しく劣化し、溶接性も劣化するため、上限を0.50%とする。より好ましくは、0.40%以下、さらに好ましくは、0.05〜0.40%である。
Siは、脱酸に用いる元素で、介在物を低減し、高強度化に寄与するため含有する。Siを0.50%を超えて含有すると、HAZ靭性が著しく劣化し、溶接性も劣化するため、上限を0.50%とする。より好ましくは、0.40%以下、さらに好ましくは、0.05〜0.40%である。
Mn:0.80〜1.50%
Mnは、中心偏析に顕著に濃化して、中心偏析の硬さを上昇させるためHIC性能確保の観点から、低減することが望ましい。Mnが1.50%超えになると、他の合金元素の調整を行なっても中心偏析の硬さが高くHIC性能が確保できないため、上限を1.50%とする。一方で、Mnは、安価でかつ高強度化に寄与し、冷却中のフェライトの生成を抑制する。その効果を得るためには、0.80%以上の添加が必要である。より好ましくは、1.00〜1.50%である。
Mnは、中心偏析に顕著に濃化して、中心偏析の硬さを上昇させるためHIC性能確保の観点から、低減することが望ましい。Mnが1.50%超えになると、他の合金元素の調整を行なっても中心偏析の硬さが高くHIC性能が確保できないため、上限を1.50%とする。一方で、Mnは、安価でかつ高強度化に寄与し、冷却中のフェライトの生成を抑制する。その効果を得るためには、0.80%以上の添加が必要である。より好ましくは、1.00〜1.50%である。
P:0.008%以下
Pは、中心偏析に顕著に濃化して、中心偏析の硬さを著しく増加させるためできるだけ低減する。しかしながら、Pを低減することは、製鋼コストの増大を招くため、0.008%まで許容する。より好ましくは、0.006%以下である。
Pは、中心偏析に顕著に濃化して、中心偏析の硬さを著しく増加させるためできるだけ低減する。しかしながら、Pを低減することは、製鋼コストの増大を招くため、0.008%まで許容する。より好ましくは、0.006%以下である。
S:0.0015%以下
Sは、中心偏析に顕著に濃化して、中心偏析部でMnSを形成し、HIC性能を顕著に劣化させるため、できるだけ低減する。しかしながら、Sを低減することは、製鋼コストの増大を招くため、0.0015%まで許容する。より好ましくは、0.008%以下である。
Sは、中心偏析に顕著に濃化して、中心偏析部でMnSを形成し、HIC性能を顕著に劣化させるため、できるだけ低減する。しかしながら、Sを低減することは、製鋼コストの増大を招くため、0.0015%まで許容する。より好ましくは、0.008%以下である。
Al:0.080%以下
Alは脱酸により介在物を低減するために必須の元素である。一方で、0.08%を超えて含有するとHAZ靭性の劣化、溶接性の低下さらには連続鋳造時の浸漬ノズルのアルミナ詰りなどの問題が生じるため上限を0.08%とする。より好ましくは、0.05%以下である。
Alは脱酸により介在物を低減するために必須の元素である。一方で、0.08%を超えて含有するとHAZ靭性の劣化、溶接性の低下さらには連続鋳造時の浸漬ノズルのアルミナ詰りなどの問題が生じるため上限を0.08%とする。より好ましくは、0.05%以下である。
Nb:0.005〜0.050%
Nbは、固溶Nbとして存在すると制御圧延時の未再結晶域を拡大し、母材の靭性確保に付与する。その効果を得るためには少なくとも0.005%以上は添加する必要がある。一方で、Nbは中心偏析に濃化し、凝固時に粗大なNbCNあるいはNbTiCNを晶出しHICの起点となり、HIC性能を劣化させるため、上限を0.05%とする。より好ましくは、0.010〜0.040%である。
Nbは、固溶Nbとして存在すると制御圧延時の未再結晶域を拡大し、母材の靭性確保に付与する。その効果を得るためには少なくとも0.005%以上は添加する必要がある。一方で、Nbは中心偏析に濃化し、凝固時に粗大なNbCNあるいはNbTiCNを晶出しHICの起点となり、HIC性能を劣化させるため、上限を0.05%とする。より好ましくは、0.010〜0.040%である。
Ca:0.0010〜0.0040%
Caは、中心偏析に生成するMnSの生成を抑制し、HIC性能を向上させる。その効果が得られるためには、少なくとも0.0010%は必要である。一方で、Caを過剰に添加すると、表層近傍や介在物集積帯でCaOクラスタが生成し、HIC性能を劣化させるため、上限を0.0040%とする。
Caは、中心偏析に生成するMnSの生成を抑制し、HIC性能を向上させる。その効果が得られるためには、少なくとも0.0010%は必要である。一方で、Caを過剰に添加すると、表層近傍や介在物集積帯でCaOクラスタが生成し、HIC性能を劣化させるため、上限を0.0040%とする。
N:0.0080%以下
Nは、不可避的不純物元素であるが、0.0080%以下の含有であれば、母材靭性やHIC性能を劣化させないため、上限を0.0080%とする。
Nは、不可避的不純物元素であるが、0.0080%以下の含有であれば、母材靭性やHIC性能を劣化させないため、上限を0.0080%とする。
O:0.0030%以下
Oは、不可避的不純物元素であり、Al2O3やCaOの生成量が増えることによって、表層下や介在物集積帯でのHIC性能を劣化させるため低減することが好ましい。しかしながら、Oを低減することは、製鋼コストの増大を招くため、0.0030%まで許容する。より好ましくは、0.0020%以下である。
Oは、不可避的不純物元素であり、Al2O3やCaOの生成量が増えることによって、表層下や介在物集積帯でのHIC性能を劣化させるため低減することが好ましい。しかしながら、Oを低減することは、製鋼コストの増大を招くため、0.0030%まで許容する。より好ましくは、0.0020%以下である。
Ceq(%):0.320以下
Ceq(%)は、厚肉高強度耐サワーラインパイプの母材強度を確保するために必要な合金元素量を表す指標で、0.320以上とする。上限については、特に規定しないが、溶接性の観点から0.400以下とすることが好ましい。Ceq(%)は下式で求める。
Ceq(%)=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5
各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
Ceq(%)は、厚肉高強度耐サワーラインパイプの母材強度を確保するために必要な合金元素量を表す指標で、0.320以上とする。上限については、特に規定しないが、溶接性の観点から0.400以下とすることが好ましい。Ceq(%)は下式で求める。
Ceq(%)=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5
各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
PHIC(%):0.960以下
PHIC(%)は、中心偏析の硬化度を示すパラメータで、この値が大きいほど中心偏析の硬さが高くなり、管厚中心でのHIC発生を助長する。PHIC(%)が0.960以下であれば、中心偏析の硬さを250Hv10以下とすることができ、優れた耐HIC性能を確保できるため、上限を0.960とする。より好ましくは、0.940以下である。PHIC(%)は下式で求める。
PHIC(%)=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/5+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/15+22.36P
各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
PHIC(%)は、中心偏析の硬化度を示すパラメータで、この値が大きいほど中心偏析の硬さが高くなり、管厚中心でのHIC発生を助長する。PHIC(%)が0.960以下であれば、中心偏析の硬さを250Hv10以下とすることができ、優れた耐HIC性能を確保できるため、上限を0.960とする。より好ましくは、0.940以下である。PHIC(%)は下式で求める。
PHIC(%)=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/5+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/15+22.36P
各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
ACRM(%):1.00〜4.00
ACRM(%)は、CaによるMnSの形態制御の効果を定量化する指標で、ACRM(%)が1.00以上になると、中心偏析でのMnSの生成が抑制されて管厚中心でのHICの発生が抑制される。一方で、ACRM(%)が4.00を超えるとCaOクラスタが生成しやすくなり、HICが発生しやすくなるため、上限を4.00とする。より好ましくは、1.00〜3.50である。ACRM(%)は下式で求める。
ACRM(%)=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)
各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
ACRM(%)は、CaによるMnSの形態制御の効果を定量化する指標で、ACRM(%)が1.00以上になると、中心偏析でのMnSの生成が抑制されて管厚中心でのHICの発生が抑制される。一方で、ACRM(%)が4.00を超えるとCaOクラスタが生成しやすくなり、HICが発生しやすくなるため、上限を4.00とする。より好ましくは、1.00〜3.50である。ACRM(%)は下式で求める。
ACRM(%)=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)
各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
PCA(%):4.00以下
PCA(%)は、CaによるCaOクラスタ発生限界を示す指標で、PCA(%)が4.00を超えるとCaOクラスタが生成しやすくなり、表層近傍や介在物集積帯でのHICが発生しやすくなるため、上限を4.00とする。PCA(%)は下式で求める。
PCA(%)=10000CaS0.28
各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
PCA(%)は、CaによるCaOクラスタ発生限界を示す指標で、PCA(%)が4.00を超えるとCaOクラスタが生成しやすくなり、表層近傍や介在物集積帯でのHICが発生しやすくなるため、上限を4.00とする。PCA(%)は下式で求める。
PCA(%)=10000CaS0.28
各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
以上が本発明に係る厚肉高強度耐サワーラインパイプの基本成分組成で、残部Fe及び不可避的不純物である。本発明では、さらに母材強度およびHAZ靭性を向上させる観点から以下の合金元素を1種以上含有することができる。
Cu:0.50%以下
Cuは、母材の高強度化に寄与する元素であるが、中心偏析に濃化する元素でもあるので過度な含有は控えるべきである。また、Cuを0.50%を超えて含有すると、溶接性およびHAZ靭性の劣化を招くため、含有させる場合は、上限を0.50%とする。
Cuは、母材の高強度化に寄与する元素であるが、中心偏析に濃化する元素でもあるので過度な含有は控えるべきである。また、Cuを0.50%を超えて含有すると、溶接性およびHAZ靭性の劣化を招くため、含有させる場合は、上限を0.50%とする。
Ni:1.00%以下
Niは、母材の高強度化に寄与する元素であるが、中心偏析に濃化する元素でもあるので過度な含有は控えるべきである。また、Niを1.00%を超えて含有すると、溶接性の劣化を招き、また高価な元素であるため、含有させる場合は、上限を1.00%とする。
Niは、母材の高強度化に寄与する元素であるが、中心偏析に濃化する元素でもあるので過度な含有は控えるべきである。また、Niを1.00%を超えて含有すると、溶接性の劣化を招き、また高価な元素であるため、含有させる場合は、上限を1.00%とする。
Cr:0.50%以下
Crは、母材の高強度化に寄与する元素であるが、中心偏析に濃化する元素でもあるので過度な含有は控えるべきである。また、Crを0.50%を超えて含有すると、溶接性およびHAZ靭性の劣化を招くため、含有させる場合は、上限を0.50%とする。
Crは、母材の高強度化に寄与する元素であるが、中心偏析に濃化する元素でもあるので過度な含有は控えるべきである。また、Crを0.50%を超えて含有すると、溶接性およびHAZ靭性の劣化を招くため、含有させる場合は、上限を0.50%とする。
Mo:0.50%以下
Moは、母材の高強度化に寄与する元素であるが、中心偏析に濃化する元素でもあるので過度な含有は控えるべきである。また、Moを0.50%を超えて含有すると、溶接性およびHAZ靭性の劣化を招くため、含有させる場合は、上限を0.50%とする。
Moは、母材の高強度化に寄与する元素であるが、中心偏析に濃化する元素でもあるので過度な含有は控えるべきである。また、Moを0.50%を超えて含有すると、溶接性およびHAZ靭性の劣化を招くため、含有させる場合は、上限を0.50%とする。
V:0.100%以下
Vは、母材の高強度化に寄与する元素であるが、中心偏析に濃化する元素でもあるので過度な含有は控えるべきである。また、Vを0.100%を超えて含有すると、溶接性およびHAZ靭性の劣化を招くため、含有させる場合は、上限を0.100%とする。
Vは、母材の高強度化に寄与する元素であるが、中心偏析に濃化する元素でもあるので過度な含有は控えるべきである。また、Vを0.100%を超えて含有すると、溶接性およびHAZ靭性の劣化を招くため、含有させる場合は、上限を0.100%とする。
Ti:0.030%以下
Tiは、TiNを形成することにより固溶Nを減少させて母材靭性の劣化を抑制するだけでなく、HAZ靭性を向上させる効果がある。一方で、Tiを過剰に含有すると、中心偏析でNbTiCNの発生を助長し、HICを発生しやすくするため、含有する場合は、上限を0.030%とする。
Tiは、TiNを形成することにより固溶Nを減少させて母材靭性の劣化を抑制するだけでなく、HAZ靭性を向上させる効果がある。一方で、Tiを過剰に含有すると、中心偏析でNbTiCNの発生を助長し、HICを発生しやすくするため、含有する場合は、上限を0.030%とする。
[ミクロ組織]
鋼管母材部のミクロ組織は、管厚方向で少なくとも内表面+2mm〜外表面+2mmの位置のミクロ組織を90%以上のベイナイトとする。内表面は鋼管内側の表面、外表面は鋼管外側の表面とする。
鋼管母材部のミクロ組織は、管厚方向で少なくとも内表面+2mm〜外表面+2mmの位置のミクロ組織を90%以上のベイナイトとする。内表面は鋼管内側の表面、外表面は鋼管外側の表面とする。
鋼管母材部の組織は、HICの発生防止の観点から、単相組織にすることが望ましく、また、厚肉高強度耐サワーラインパイプとしての所望の強度を得るため、ベイナイト組織とすることが必要なため、ベイナイト単相組織とする。
ベイナイトの組織分率(面積率)は100%とすることが望ましいが、10%未満のフェライト、セメンタイト及びMAの一種または二種以上が含まれていてもHICの発生防止には影響を与えないため、90%以上とする。より好ましくは95%以上である。
[硬さ分布]
管厚方向の硬さ分布において、中心偏析部を除く領域の硬さが220Hv10以下、中心偏析部の硬さが250Hv10以下
厚肉高強度ラインパイプでは、表層近傍のHICが問題となるため、表層硬さは低い方が望ましい。表層近傍における介在物や気泡の最大径が1.5mm以下であれば、表層近傍の硬さを220Hv10以下、より好ましくは210Hv10以下にすることで表層近傍におけるHICの発生を抑制することが可能である。
管厚方向の硬さ分布において、中心偏析部を除く領域の硬さが220Hv10以下、中心偏析部の硬さが250Hv10以下
厚肉高強度ラインパイプでは、表層近傍のHICが問題となるため、表層硬さは低い方が望ましい。表層近傍における介在物や気泡の最大径が1.5mm以下であれば、表層近傍の硬さを220Hv10以下、より好ましくは210Hv10以下にすることで表層近傍におけるHICの発生を抑制することが可能である。
また、上述した成分組成の鋼であれば、中心偏析部の硬さが250Hv10以下の場合、中心偏析部のHICの発生を抑制できるため、上限を250Hv10とする。
[表層近傍の気泡や介在物]
管厚方向の内表面+1mm〜管厚(T)の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚(T)の13/16までの位置に存在する気泡や介在物および介在物クラスタの長径が1.5mm以下
表層近傍のHICは気泡や介在物および介在物クラスタ(CaOクラスタ)の一種または二種以上が存在することで発生する。表層近傍の硬さを220Hv10以下、より好ましくは210Hv10以下に低減した場合、CaOクラスタや気泡の大きさが、それらの長径寸法で1.5mm以下の場合、HIC性能を劣化させない。なお、介在物の測定方法としては、表層近傍の断面の顕微鏡観察によるもの、非破壊検査によるものいずれの方法によってもよいが、大きな体積について測定する必要があるため、超音波探傷などの非破壊検査によるものが望ましい。
[表層近傍の気泡や介在物]
管厚方向の内表面+1mm〜管厚(T)の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚(T)の13/16までの位置に存在する気泡や介在物および介在物クラスタの長径が1.5mm以下
表層近傍のHICは気泡や介在物および介在物クラスタ(CaOクラスタ)の一種または二種以上が存在することで発生する。表層近傍の硬さを220Hv10以下、より好ましくは210Hv10以下に低減した場合、CaOクラスタや気泡の大きさが、それらの長径寸法で1.5mm以下の場合、HIC性能を劣化させない。なお、介在物の測定方法としては、表層近傍の断面の顕微鏡観察によるもの、非破壊検査によるものいずれの方法によってもよいが、大きな体積について測定する必要があるため、超音波探傷などの非破壊検査によるものが望ましい。
超音波探傷を行う場合、鋼管母材部から切り出したサンプルについて、測定位置を表層近傍のHIC発生位置と同じ位置(管厚方向の内表面+1mm〜管厚(T)の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚(T)の13/16までの位置)として管周方向と管長手方向において少なくとも面積で200mm2以上の領域を、20MHz以上の探触子を用いて行い、1.5mm以上の指示がないことを確認する。
1.5mm以上の介在物を検出するため、20MHz以上の探触子を用いることが必要である。1.5mmの空孔を開けた鋼管母材から切り出したサンプルと同じ板厚のダミー材を予め探傷しておき、その後、鋼管母材から切り出したサンプルを探傷し、その反射エコーがダミー材で検出したエコーよりも高い場合に1.5mm以上の介在物があるものとして判定する。
[鋼管母材の製造方法]
本発明に係る厚肉高強度耐サワーラインパイプの好ましい製造方法について説明する。
スラブ加熱温度(slab heating temperature):1000〜1150℃
スラブ加熱温度は、高いほど強度が上昇するが、靭性が劣化するため、所望の強度、靭性に応じて最適な範囲に設定する必要がある。スラブ加熱温度が1000℃未満になると、固溶Nbが確保できず、母材の強度、靭性ともに劣化するため、下限を1000℃とする。一方で、1150℃を超えると中心偏析に生成した粗大なNbCNがさらに凝集粗大化してHICの発生を容易とするため、上限を1150℃とする。
本発明に係る厚肉高強度耐サワーラインパイプの好ましい製造方法について説明する。
スラブ加熱温度(slab heating temperature):1000〜1150℃
スラブ加熱温度は、高いほど強度が上昇するが、靭性が劣化するため、所望の強度、靭性に応じて最適な範囲に設定する必要がある。スラブ加熱温度が1000℃未満になると、固溶Nbが確保できず、母材の強度、靭性ともに劣化するため、下限を1000℃とする。一方で、1150℃を超えると中心偏析に生成した粗大なNbCNがさらに凝集粗大化してHICの発生を容易とするため、上限を1150℃とする。
未再結晶域での全圧下率:40〜90%
未再結晶域での圧延は、ミクロ組織を偏平化し、母材靭性を向上させる効果がある。その効果を得るためには、40%以上の圧下が必要であるため下限を40%とする。一方で、90%を超えて圧下すると母材靭性の向上効果がすでに飽和しているため大きく得られないことと、HICの伝播停止性能を劣化させるため、上限を90%とする。より好ましくは、60〜85%である。
未再結晶域での圧延は、ミクロ組織を偏平化し、母材靭性を向上させる効果がある。その効果を得るためには、40%以上の圧下が必要であるため下限を40%とする。一方で、90%を超えて圧下すると母材靭性の向上効果がすでに飽和しているため大きく得られないことと、HICの伝播停止性能を劣化させるため、上限を90%とする。より好ましくは、60〜85%である。
加速冷却(accelerated cooling)開始温度(starting temperature):鋼板の表層温度でAr3−t℃以上(tは板厚(mm))
均一なベイナイト組織とするため、加速冷却開始温度をAr3−t℃以上(tは板厚(mm))、より好ましくは、Ar3−t/2℃以上(tは板厚(mm))とする。
均一なベイナイト組織とするため、加速冷却開始温度をAr3−t℃以上(tは板厚(mm))、より好ましくは、Ar3−t/2℃以上(tは板厚(mm))とする。
加速冷却停止温度(stopping temperature):鋼板の表層温度で350〜550℃
加速冷却の停止温度は低いほど高強度化が可能となる。一方で、冷却停止温度が350℃未満になると、ベイナイトのラス間がMAに変態する。さらには、中心偏析部がマルテンサイト変態することによりHICの発生が容易となる。また、550℃を超えると未変態オーステナイトの一部がMAに変態し、HICが発生しやすくなるため、上限を550℃とする。
加速冷却の停止温度は低いほど高強度化が可能となる。一方で、冷却停止温度が350℃未満になると、ベイナイトのラス間がMAに変態する。さらには、中心偏析部がマルテンサイト変態することによりHICの発生が容易となる。また、550℃を超えると未変態オーステナイトの一部がMAに変態し、HICが発生しやすくなるため、上限を550℃とする。
加速冷却の平均冷却速度:表層近傍で120℃/s以下、板厚中心において20℃/s以上
表層近傍の加速冷却の冷却速度が速いと表層硬さが上昇してHICが発生しやすくなる。造管後の表層硬さを220Hv10以下にするためには、表層近傍の冷却速度を120℃/s以下にする必要があるため、上限を120℃/sとする。表層近傍は、板厚方向の内表面+1mm〜板厚(t)の3/16までの位置および外表面+1mm〜板厚(t)の13/16までの位置とする。
表層近傍の加速冷却の冷却速度が速いと表層硬さが上昇してHICが発生しやすくなる。造管後の表層硬さを220Hv10以下にするためには、表層近傍の冷却速度を120℃/s以下にする必要があるため、上限を120℃/sとする。表層近傍は、板厚方向の内表面+1mm〜板厚(t)の3/16までの位置および外表面+1mm〜板厚(t)の13/16までの位置とする。
また、板厚中心の冷却速度が速いほど母材が高強度化される。厚肉材において所望する強度を得るために、板厚中心の冷却速度を20℃/s以上とする。
表層近傍の冷却速度は表層に厚いスケールが残存する場合に局所的に速くなる場合がある。安定的に表層硬さを低減するためには、加速冷却の直前に噴射流衝突圧を1MPa以上とするデスケーリングを行ってスケールを剥離させることが望ましい。上述した成分組成と製造方法を満足した場合、ラインパイプ材として必要な強度とDWTT特性を満足しつつ、優れた耐HIC性能を備えることが可能である。
表1に示す化学成分の鋼を連続鋳造法によりスラブとし、表2に示す条件でスラブを再加熱し、熱間圧延、加速冷却した後空冷した。製造した厚鋼板をUOE成形で造管し(Oプレス圧縮率=0.25%、拡管率=0.95%)、溶接鋼管とした。なお、加速冷却の板厚中心の冷却速度は、板表面の温度より熱伝導計算により求めた。
鋼管母材部のミクロ組織のベイナイト分率は、内表面+2mm位置、外表面+2mm位置、管厚中央についてナイタールエッチングをしたサンプルを作製し、光学顕微鏡で観察することで測定し、3箇所で最もベイナイト分率が低い箇所の値を採用した。
鋼管の中心偏析部以外の硬さは、荷重10kgのビッカース硬さ試験機により内面+1mmから外面+1mmにかけて1mmピッチで測定し、その最大値を用いた。中心偏析部の硬さは、荷重50gの微小ビッカース硬さ試験機により中心偏析部の硬さを20点測定し、その最大値を用いた。
表層近傍の気泡および介在物は、Cスキャン(探触子は25MHz)によって測定した。測定方法は、鋼管内表面から10mm厚で長手方向に100mm、管周方向に20mmの矩形サンプルを5つ切出し、内表面側が底面になるようにセットし、内表面+1mmから3/16Tまでの位置に探傷ゲートを設定して探傷した。その際に、あらかじめサンプルと同じ板厚で1.5mm径の空孔のあいたダミー材を探傷し、空孔による指示が100%の感度になるように設定した条件で、サンプルについても測定し、100%を超える指示が出た場合について、1.5mm以上の介在物あるいは空孔があるものとして判断した。
鋼管の強度は、管周方向から採取したAPI全厚引張試験片で評価し、引張強度が560MPaに達したものを合格とした。DWTT試験(drop weight tear test)は、0℃で各2本行い、そのせん断破面率の平均が85%以上になるものを合格とした。また、HIC試験は、NACE TM0284−2003の溶液Aについて各3本実施し、鋼管のCLR評価で最大値が10%以下のものを合格(優れた耐HIC性能)とした。
表3に得られた溶接鋼管のミクロ組織観察結果、超音波探傷結果、材料試験結果を示す。本発明範囲内の溶接鋼管はいずれもラインパイプとして必要とされる強度、DWTT性能を満たしつつ、優れた耐HIC性能を備えていることが確認された。一方で、成分組成および/または製造条件が本発明範囲外の溶接鋼管のうち、ミクロ組織のベイナイト分率または硬さ分布が本発明範囲外のものは、HIC試験でのCLR評価が本発明例と比較して劣っていた。
ミクロ組織のベイナイト分率または硬さ分布が本発明範囲内であっても、製造条件が本発明範囲外のものは、HIC試験でのCLR評価が本発明例と同等であっても、引張強度またはDWTT性能が劣っていた(鋼管No.11、12、14)。
1.管厚20mm以上の厚肉の溶接鋼管の場合であっても、中心偏析(center segregation area)に発生するHICの抑制には、中心偏析硬さを250Hv0.05以下とし、MnSの生成を抑制することが有効である。
2.また、MnSの発生は、下式に示すACRMとの相関が高く、ACRMを1.0以上にすることで、中心偏析におけるMnSの生成を抑制することができる。
ACRM=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)、
但し、Ca、O、Sは含有量(質量%)
3.垂直曲げ型連続鋳造機で発生する介在物集積帯に発生するHICは、ACRMを4.0以下にするとCaクラスタの生成が抑制でき、HICの発生も抑制できる。
2.また、MnSの発生は、下式に示すACRMとの相関が高く、ACRMを1.0以上にすることで、中心偏析におけるMnSの生成を抑制することができる。
ACRM=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)、
但し、Ca、O、Sは含有量(質量%)
3.垂直曲げ型連続鋳造機で発生する介在物集積帯に発生するHICは、ACRMを4.0以下にするとCaクラスタの生成が抑制でき、HICの発生も抑制できる。
本発明は、得られた知見にさらに検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
(1)鋼管母材部の化学成分が、質量%で、C:0.020〜0.060%、Si:0.50%以下、Mn:0.80〜1.50%、P:0.008%以下、S:0.0015%以下、Al:0.080%以下、Nb:0.005〜0.050%、Ca:0.0010〜0.0040%、N:0.0080%以下、O:0.0030%以下を含有し、式(1)によるCeqが0.320以上、式(2)によるPHICが0.960以下、式(3)によるACRMが1.00〜4.00、式(4)によるPCAが4.00以下、残部Fe及び不可避的不純物で、管厚方向のミクロ組織が、内表面+2mm〜外表面+2mmの領域で、90%以上のベイナイトを含み、管厚方向の硬さ分布において、中心偏析部を除く領域の硬さが220Hv10以下、中心偏析部の硬さが250Hv0.05以下で、管厚方向の内表面+1mm〜管厚(T)の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚(T)の13/16までの位置に存在する気泡や介在物および介在物クラスタの長径が1.5mm以下であることを特徴とする厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・式(1)
PHIC=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/5+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/15+22.36P・・・式(2)
ACRM=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)・・・式(3)
PCA=10000CaS0.28・・・式(4)
式(1)〜(4)において、各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
(2)鋼管母材部の化学成分が更に、質量%で、Cu:0.50%以下、Ni:1.00%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下、V:0.100%以下、Ti:0.030%以下の1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
(3)管厚が20mm以上で、T/Dが0.045以下(Tは管厚(mm)、Dは管径(mm))であることを特徴とする(1)または(2)記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
(1)鋼管母材部の化学成分が、質量%で、C:0.020〜0.060%、Si:0.50%以下、Mn:0.80〜1.50%、P:0.008%以下、S:0.0015%以下、Al:0.080%以下、Nb:0.005〜0.050%、Ca:0.0010〜0.0040%、N:0.0080%以下、O:0.0030%以下を含有し、式(1)によるCeqが0.320以上、式(2)によるPHICが0.960以下、式(3)によるACRMが1.00〜4.00、式(4)によるPCAが4.00以下、残部Fe及び不可避的不純物で、管厚方向のミクロ組織が、内表面+2mm〜外表面+2mmの領域で、90%以上のベイナイトを含み、管厚方向の硬さ分布において、中心偏析部を除く領域の硬さが220Hv10以下、中心偏析部の硬さが250Hv0.05以下で、管厚方向の内表面+1mm〜管厚(T)の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚(T)の13/16までの位置に存在する気泡や介在物および介在物クラスタの長径が1.5mm以下であることを特徴とする厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・式(1)
PHIC=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/5+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/15+22.36P・・・式(2)
ACRM=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)・・・式(3)
PCA=10000CaS0.28・・・式(4)
式(1)〜(4)において、各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
(2)鋼管母材部の化学成分が更に、質量%で、Cu:0.50%以下、Ni:1.00%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下、V:0.100%以下、Ti:0.030%以下の1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
(3)管厚が20mm以上で、T/Dが0.045以下(Tは管厚(mm)、Dは管径(mm))であることを特徴とする(1)または(2)記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
PHIC(%):0.960以下
PHIC(%)は、中心偏析の硬化度を示すパラメータで、この値が大きいほど中心偏析の硬さが高くなり、管厚中心でのHIC発生を助長する。PHIC(%)が0.960以下であれば、中心偏析の硬さを250Hv0.05以下とすることができ、優れた耐HIC性能を確保できるため、上限を0.960とする。より好ましくは、0.940以下である。PHIC(%)は下式で求める。
PHIC(%)=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/5+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/15+22.36P
各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
PHIC(%)は、中心偏析の硬化度を示すパラメータで、この値が大きいほど中心偏析の硬さが高くなり、管厚中心でのHIC発生を助長する。PHIC(%)が0.960以下であれば、中心偏析の硬さを250Hv0.05以下とすることができ、優れた耐HIC性能を確保できるため、上限を0.960とする。より好ましくは、0.940以下である。PHIC(%)は下式で求める。
PHIC(%)=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/5+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/15+22.36P
各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
[硬さ分布]
管厚方向の硬さ分布において、中心偏析部を除く領域の硬さが220Hv10以下、中心偏析部の硬さが250Hv0.05以下
厚肉高強度ラインパイプでは、表層近傍のHICが問題となるため、表層硬さは低い方が望ましい。表層近傍における介在物や気泡の最大径が1.5mm以下であれば、表層近傍の硬さを220Hv10以下、より好ましくは210Hv10以下にすることで表層近傍におけるHICの発生を抑制することが可能である。
管厚方向の硬さ分布において、中心偏析部を除く領域の硬さが220Hv10以下、中心偏析部の硬さが250Hv0.05以下
厚肉高強度ラインパイプでは、表層近傍のHICが問題となるため、表層硬さは低い方が望ましい。表層近傍における介在物や気泡の最大径が1.5mm以下であれば、表層近傍の硬さを220Hv10以下、より好ましくは210Hv10以下にすることで表層近傍におけるHICの発生を抑制することが可能である。
また、上述した成分組成の鋼であれば、中心偏析部の硬さが250Hv0.05以下の場合、中心偏析部のHICの発生を抑制できるため、上限を250Hv0.05とする。
[表層近傍の気泡や介在物]
管厚方向の内表面+1mm〜管厚(T)の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚(T)の13/16までの位置に存在する気泡や介在物および介在物クラスタの長径が1.5mm以下
表層近傍のHICは気泡や介在物および介在物クラスタ(CaOクラスタ)の一種または二種以上が存在することで発生する。表層近傍の硬さを220Hv10以下、より好ましくは210Hv10以下に低減した場合、CaOクラスタや気泡の大きさが、それらの長径寸法で1.5mm以下の場合、HIC性能を劣化させない。なお、介在物の測定方法としては、表層近傍の断面の顕微鏡観察によるもの、非破壊検査によるものいずれの方法によってもよいが、大きな体積について測定する必要があるため、超音波探傷などの非破壊検査によるものが望ましい。
[表層近傍の気泡や介在物]
管厚方向の内表面+1mm〜管厚(T)の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚(T)の13/16までの位置に存在する気泡や介在物および介在物クラスタの長径が1.5mm以下
表層近傍のHICは気泡や介在物および介在物クラスタ(CaOクラスタ)の一種または二種以上が存在することで発生する。表層近傍の硬さを220Hv10以下、より好ましくは210Hv10以下に低減した場合、CaOクラスタや気泡の大きさが、それらの長径寸法で1.5mm以下の場合、HIC性能を劣化させない。なお、介在物の測定方法としては、表層近傍の断面の顕微鏡観察によるもの、非破壊検査によるものいずれの方法によってもよいが、大きな体積について測定する必要があるため、超音波探傷などの非破壊検査によるものが望ましい。
本発明は、得られた知見にさらに検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
(1)鋼管母材部の化学成分が、質量%で、C:0.020〜0.060%、Si:0.50%以下、Mn:0.80〜1.50%、P:0.008%以下、S:0.0015%以下、Al:0.080%以下、Nb:0.005〜0.050%、Ca:0.0010〜0.0040%、N:0.0080%以下、O:0.0030%以下を含有し、式(1)によるCeqが0.320以上、式(2)によるPHICが0.960以下、式(3)によるACRMが1.00〜4.00、式(4)によるPCAが4.00以下、残部Fe及び不可避的不純物で、管厚方向のミクロ組織が、内表面+2mm〜外表面+2mmの領域で、90%以上のベイナイトを含み、管厚方向の硬さ分布において、中心偏析部を除く領域の硬さが220Hv10以下、中心偏析部の硬さが250Hv10以下で、管厚方向の内表面+1mm〜管厚(T)の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚(T)の13/16までの位置に存在する気泡や介在物および介在物クラスタの長径が1.5mm以下であることを特徴とする厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・式(1)
PHIC=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/15+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/5+22.36P・・・式(2)
ACRM=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)・・・式(3)
PCA=10000CaS0.28・・・式(4)
式(1)〜(4)において、各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
(2)鋼管母材部の化学成分が更に、質量%で、Cu:0.50%以下、Ni:1.00%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下、V:0.100%以下、Ti:0.030%以下の1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
(3)管厚が20mm以上で、T/Dが0.045以下(Tは管厚(mm)、Dは管径(mm))であることを特徴とする(1)または(2)記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
(1)鋼管母材部の化学成分が、質量%で、C:0.020〜0.060%、Si:0.50%以下、Mn:0.80〜1.50%、P:0.008%以下、S:0.0015%以下、Al:0.080%以下、Nb:0.005〜0.050%、Ca:0.0010〜0.0040%、N:0.0080%以下、O:0.0030%以下を含有し、式(1)によるCeqが0.320以上、式(2)によるPHICが0.960以下、式(3)によるACRMが1.00〜4.00、式(4)によるPCAが4.00以下、残部Fe及び不可避的不純物で、管厚方向のミクロ組織が、内表面+2mm〜外表面+2mmの領域で、90%以上のベイナイトを含み、管厚方向の硬さ分布において、中心偏析部を除く領域の硬さが220Hv10以下、中心偏析部の硬さが250Hv10以下で、管厚方向の内表面+1mm〜管厚(T)の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚(T)の13/16までの位置に存在する気泡や介在物および介在物クラスタの長径が1.5mm以下であることを特徴とする厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・式(1)
PHIC=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/15+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/5+22.36P・・・式(2)
ACRM=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)・・・式(3)
PCA=10000CaS0.28・・・式(4)
式(1)〜(4)において、各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
(2)鋼管母材部の化学成分が更に、質量%で、Cu:0.50%以下、Ni:1.00%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下、V:0.100%以下、Ti:0.030%以下の1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
(3)管厚が20mm以上で、T/Dが0.045以下(Tは管厚(mm)、Dは管径(mm))であることを特徴とする(1)または(2)記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
PHIC(%):0.960以下
PHIC(%)は、中心偏析の硬化度を示すパラメータで、この値が大きいほど中心偏析の硬さが高くなり、管厚中心でのHIC発生を助長する。PHIC(%)が0.960以下であれば、中心偏析の硬さを250Hv10以下とすることができ、優れた耐HIC性能を確保できるため、上限を0.960とする。より好ましくは、0.940以下である。PHIC(%)は下式で求める。
PHIC(%)=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/15+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/5+22.36P
各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
PHIC(%)は、中心偏析の硬化度を示すパラメータで、この値が大きいほど中心偏析の硬さが高くなり、管厚中心でのHIC発生を助長する。PHIC(%)が0.960以下であれば、中心偏析の硬さを250Hv10以下とすることができ、優れた耐HIC性能を確保できるため、上限を0.960とする。より好ましくは、0.940以下である。PHIC(%)は下式で求める。
PHIC(%)=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/15+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/5+22.36P
各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。
Claims (7)
- 鋼管母材部の化学成分が、質量%で、C:0.020〜0.060%、Si:0.50%以下、Mn:0.80〜1.50%、P:0.008%以下、S:0.0015%以下、Al:0.080%以下、Nb:0.005〜0.050%、Ca:0.0010〜0.0040%、N:0.0080%以下、O:0.0030%以下を含有し、式(1)によるCeqが0.320以上、式(2)によるPHICが0.960以下、式(3)によるACRMが1.00〜4.00、式(4)によるPCAが4.00以下、残部Fe及び不可避的不純物で、
管厚方向のミクロ組織が、内表面+2mm〜外表面+2mmの領域で、90%以上のベイナイトを含み、
管厚方向の硬さ分布において、中心偏析部を除く領域の硬さが220Hv10以下、中心偏析部の硬さが250Hv10以下で、
管厚方向の内表面+1mm〜管厚の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚の13/16までの位置に存在する気泡や介在物および介在物クラスタの長径が1.5mm以下であることを特徴とする厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・式(1)
PHIC=4.46C+2.37Mn/6+(1.74Cu+1.7Ni)/5+(1.18Cr+1.95Mo+1.74V)/15+22.36P・・・式(2)
ACRM=(Ca−(1.23O−0.000365))/(1.25S)・・・式(3)
PCA=10000CaS0.28・・・式(4)
式(1)〜(4)において、各合金元素は化学成分中の含有量(質量%)とする。 - 鋼管母材部の化学成分が更に、質量%で、Cu:0.50%以下、Ni:1.00%以下、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下、V:0.100%以下、Ti:0.030%以下の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
- 管厚が20mm以上で、T/Dが0.045以下(Tは管厚(mm)、Dは管径(mm))であることを特徴とする請求項1または2記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプ。
- 請求項1または2記載の化学成分を有する連続鋳造スラブを、1000〜1150℃に再加熱し、未再結晶域での全圧下率が40〜90%で熱間圧延後、表層温度がAr3−t℃以上(tは板厚(mm))より350〜550℃まで、700℃〜600℃の平均冷却速度が、板厚方向に表層+1mm〜板厚の3/16位置および裏層+1mm〜板厚の13/16位置において120℃/s以下、板厚中心において20℃/s以上で加速冷却した後、冷間加工によりパイプ状に曲げ加工し、両端部の突合せ部を溶接して溶接鋼管とすることを特徴とする厚肉高強度耐サワーラインパイプの製造方法。
- 熱間圧延後、加速冷却直前に鋼板表面での噴射流衝突圧が1MPa以上のデスケーリングを行なうことを特徴とする請求項4記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプの製造方法。
- 管厚が20mm以上で、T/Dが0.045以下(Tは管厚(mm)、Dは管径(mm))であることを特徴とする請求項4または5記載の厚肉高強度耐サワーラインパイプの製造方法。
- 請求項4乃至6のいずれか一つに記載の製造方法で溶接鋼管とした後、鋼管母材からサンプルを切り出して、管周方向と管長手方向において200mm2以上、管厚方向の内表面+1mm〜管厚の3/16までの位置および外表面+1mm〜管厚の13/16までの位置を20MHz以上の探触子を用いて超音波探傷を行い、1.5mm以上の指示の有無を確認することを特徴とする厚肉高強度耐サワーラインパイプの耐HIC性能の判定方法。
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