JPWO2015012317A1 - ラインパイプ用鋼板及びラインパイプ - Google Patents
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Abstract
質量%で、C:0.040〜0.080%、Si:0.05〜0.40%、Mn:1.60〜2.00%、P:0.020%以下、S:0.0025%以下、Mo:0.05〜0.20%、Ca:0.0011〜0.0050%、Al:0.060%以下、Nb:0.010〜0.030%、Ti:0.008〜0.020%、N:0.0015〜0.0060%、及びO:0.0040%以下を含有し、Ca/Sが0.90〜2.70であり、Ti/Nが2.20以上であり、残部がFe及び不純物からなり、下記Ceqが0.380〜0.480であり、板厚1/4位置におけるフェライト分率F1が20〜60%であって残部がベイナイトであり、板厚1/2位置におけるフェライト分率F2が5〜60%であって残部がベイナイトまたはベイナイト及びマルテンサイトであり、F1/F2が1.00〜5.00であり、板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が2.0〜15.0μmであり、板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が5.0〜20.0μmであり、板厚1/2位置における硬さが400Hv以下であってMnSの長さが1.00mm以下であり、板厚が25mm以上であるラインパイプ用鋼板。Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5
Description
本発明は、ラインパイプ用鋼板及びラインパイプに関する。
現在、原油及び天然ガスの生産地が極地に広がりつつあり、原油や天然ガスを輸送するラインパイプの敷設環境はますます苛酷化している。例えば、ラインパイプによって、硫化水素を含む原油や天然ガスを輸送する場合が増えている。このため、ラインパイプや、ラインパイプの素材であるラインパイプ用鋼板には、耐サワー性が要求されることがある。なお、耐サワー性とは、硫化水素を含む腐食環境における、耐水素誘起割れ性(耐HIC性)(Hydrogen-Induced Cracking Resistance)及び耐硫化物応力割れ性(耐SSC性)(Sulfide Stress Cracking Resistance)である。
ところで、鋼の耐サワー性は、圧延方向に伸長したMnSやクラスター状の介在物の存在によって劣化することが知られている。
鋼板の耐サワー性を向上させるために、P、S、O、Nといった不純物元素の含有量が低減され、Caの含有によりMnSが形態制御(Shape Control)された鋼を制御圧延し、水冷する方法が提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。
鋼板の耐サワー性を向上させるために、P、S、O、Nといった不純物元素の含有量が低減され、Caの含有によりMnSが形態制御(Shape Control)された鋼を制御圧延し、水冷する方法が提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。
また、陸上ラインパイプについては、流体の輸送効率向上や敷設コスト低減の観点から、ラインパイプを高強度化し肉厚を低減することが要求されることがある。
このような要求に対して、板厚方向に均一で微細なベイナイトが生成された、X70程度の耐サワー性を有する高強度鋼板が提案されている(例えば、下記特許文献2参照)。
このような要求に対して、板厚方向に均一で微細なベイナイトが生成された、X70程度の耐サワー性を有する高強度鋼板が提案されている(例えば、下記特許文献2参照)。
一方、海底ラインパイプについては、水深2000mを超える深海での敷設が試みられている。深海では、水圧によってラインパイプが圧潰(collapse)しやすくなる。このため、海底ラインパイプには、一般的に、肉厚25mm以上の厚肉の鋼管とすること、及び、高い周方向の圧縮強度を有することが要求されることがある。
このような要求に対して、80%以上のベイナイト分率が確保され、圧縮強度に優れた高圧縮強度耐サワーラインパイプ用溶接鋼管が提案されている(例えば、下記特許文献3参照)。
このような要求に対して、80%以上のベイナイト分率が確保され、圧縮強度に優れた高圧縮強度耐サワーラインパイプ用溶接鋼管が提案されている(例えば、下記特許文献3参照)。
また、厚肉の鋼板(例えば、板厚25mm以上の鋼板)を製造する際には、再結晶域及び未再結晶域での圧下が不十分になり、靭性評価、特に落重引裂試験(Drop Weight Tear Test; DWTT)による靭性評価において、特性(以下、「DWTT特性」ともいう)を確保することが困難となる場合がある。
これに対し、微細なフェライトと70%以上のベイナイトとの複相組織を生成させることにより、DWTT特性に優れた厚肉耐サワーラインパイプ用鋼板を製造する方法が提案されている(例えば、下記特許文献4参照)。
これに対し、微細なフェライトと70%以上のベイナイトとの複相組織を生成させることにより、DWTT特性に優れた厚肉耐サワーラインパイプ用鋼板を製造する方法が提案されている(例えば、下記特許文献4参照)。
特許文献1:特開昭62−112722号公報
特許文献2:特開昭61−165207号公報
特許文献3:特開2011−132600号公報
特許文献4:特開2010−189722号公報
特許文献2:特開昭61−165207号公報
特許文献3:特開2011−132600号公報
特許文献4:特開2010−189722号公報
以上のように、耐サワー性や高圧縮強度を得るためには出来るだけ微細な単一の組織(例えば、微細なベイナイト単一の組織)を生成させることが提案されているのに対し、DWTT特性を得るためには微細なフェライトを含む複相組織を生成させることが提案されている。
しかしながら、これまでに、耐サワー性、圧縮強度、及びDWTT特性の全てを追及した組織制御指針は提案されておらず、これら全てを満足させることは困難であった。
しかしながら、これまでに、耐サワー性、圧縮強度、及びDWTT特性の全てを追及した組織制御指針は提案されておらず、これら全てを満足させることは困難であった。
一方、最近では、耐サワー性評価の環境(条件)を、NACE(National Association of Corrosion and Engineer)のTM0284の「Solution A」(pH2.7)に代表される厳しいサワー環境から、実環境に近いマイルドなサワー環境(例えばpH5.0以上のサワー環境)へ緩和することが検討され始めている。
かかるマイルドなサワー環境の下では、耐サワー性、圧縮強度、及びDWTT特性の全てを満足するラインパイプ用鋼板及びラインパイプの可能性が秘められている。
かかるマイルドなサワー環境の下では、耐サワー性、圧縮強度、及びDWTT特性の全てを満足するラインパイプ用鋼板及びラインパイプの可能性が秘められている。
本発明は上記に事情に鑑みなされたものであり、耐HIC性(特にpH5.0以上のサワー環境下における耐HIC性)に優れ、圧縮強度とDWTT特性とが両立されたラインパイプ用鋼板、及びこのラインパイプ用鋼板を用いて製造されたラインパイプを提供することである。
本発明者らは、耐HIC性(特にpH5.0以上のサワー環境下における耐HIC性)に優れ、圧縮強度とDWTT特性とが両立されたラインパイプ用鋼板が満足すべき条件について鋭意検討を行い、本発明を完成するに至った。
即ち、上記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
<1> 質量%で、
C:0.040〜0.080%、
Si:0.05〜0.40%、
Mn:1.60〜2.00%、
P:0.020%以下、
S:0.0025%以下、
Mo:0.05〜0.20%、
Ca:0.0011〜0.0050%、
Al:0.060%以下、
Nb:0.010〜0.030%、
Ti:0.008〜0.020%、
N:0.0015〜0.0060%、及び
O:0.0040%以下を含有し、
Sに対するCaの含有量比〔Ca/S〕が0.90〜2.70であり、
Nに対するTiの含有量比〔Ti/N〕が2.20以上であり、
残部がFe及び不可避的不純物からなり、
下記式(1)によって定義されるCeqが0.380〜0.480であり、
板厚1/4位置におけるフェライト分率(F1)が20〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であり、
板厚1/2位置の組織におけるフェライト分率(F2)が5〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であるか又はベイナイト及びマルテンサイトからなる組織であり、
前記フェライト分率(F1)と前記フェライト分率(F2)との比(F1/F2)が1.00〜5.00であり、
板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が2.0〜15.0μmであり、板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が5.0〜20.0μmであり、
板厚1/2位置における硬さが400Hv以下であって板厚1/2位置におけるMnSの長さが1.00mm以下であり、
板厚が25mm以上であるラインパイプ用鋼板。
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・(1)
〔式(1)において、C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、及びVは、それぞれ、各元素の含有量(質量%)を表す。〕
<2> Alの含有量が、質量%で0.008%以下である<1>に記載のラインパイプ用鋼板。
<3> 質量%で、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Cu:0.50%以下、
Mg:0.0050%以下、
REM:0.0050%以下、及び
V:0.100%以下のうちの1種または2種以上を含有する<1>又は<2>に記載のラインパイプ用鋼板。
<4> <1>〜<3>のいずれか1項に記載のラインパイプ用鋼板を用いて製造されたラインパイプ。
即ち、上記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
<1> 質量%で、
C:0.040〜0.080%、
Si:0.05〜0.40%、
Mn:1.60〜2.00%、
P:0.020%以下、
S:0.0025%以下、
Mo:0.05〜0.20%、
Ca:0.0011〜0.0050%、
Al:0.060%以下、
Nb:0.010〜0.030%、
Ti:0.008〜0.020%、
N:0.0015〜0.0060%、及び
O:0.0040%以下を含有し、
Sに対するCaの含有量比〔Ca/S〕が0.90〜2.70であり、
Nに対するTiの含有量比〔Ti/N〕が2.20以上であり、
残部がFe及び不可避的不純物からなり、
下記式(1)によって定義されるCeqが0.380〜0.480であり、
板厚1/4位置におけるフェライト分率(F1)が20〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であり、
板厚1/2位置の組織におけるフェライト分率(F2)が5〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であるか又はベイナイト及びマルテンサイトからなる組織であり、
前記フェライト分率(F1)と前記フェライト分率(F2)との比(F1/F2)が1.00〜5.00であり、
板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が2.0〜15.0μmであり、板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が5.0〜20.0μmであり、
板厚1/2位置における硬さが400Hv以下であって板厚1/2位置におけるMnSの長さが1.00mm以下であり、
板厚が25mm以上であるラインパイプ用鋼板。
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・(1)
〔式(1)において、C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、及びVは、それぞれ、各元素の含有量(質量%)を表す。〕
<2> Alの含有量が、質量%で0.008%以下である<1>に記載のラインパイプ用鋼板。
<3> 質量%で、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Cu:0.50%以下、
Mg:0.0050%以下、
REM:0.0050%以下、及び
V:0.100%以下のうちの1種または2種以上を含有する<1>又は<2>に記載のラインパイプ用鋼板。
<4> <1>〜<3>のいずれか1項に記載のラインパイプ用鋼板を用いて製造されたラインパイプ。
本発明によれば、耐HIC性(特にpH5.0以上のサワー環境下における耐HIC性)に優れ、圧縮強度とDWTT特性とが両立されたラインパイプ用鋼板、及びこのラインパイプ用鋼板を用いて製造されたラインパイプが提供される。
以下、本発明のラインパイプ用鋼板及びラインパイプについて詳細に説明する。
本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書中において、成分(元素)の含有量を示す「%」は、「質量%」を意味する。
また、本明細書中において、「板厚1/2位置」とは、鋼板の板厚の1/2に相当する位置、即ち、鋼板の板厚中心部を指す。
また、本明細書中において、「板厚1/4位置」とは、鋼板の板厚中心部(板厚1/2位置)からの板厚方向についての距離が、板厚の1/4である位置を指す。
また、本明細書中では、C(炭素)の含有量を、「C量」と表記することがある。他の元素についても同様に表記することがある。
本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書中において、成分(元素)の含有量を示す「%」は、「質量%」を意味する。
また、本明細書中において、「板厚1/2位置」とは、鋼板の板厚の1/2に相当する位置、即ち、鋼板の板厚中心部を指す。
また、本明細書中において、「板厚1/4位置」とは、鋼板の板厚中心部(板厚1/2位置)からの板厚方向についての距離が、板厚の1/4である位置を指す。
また、本明細書中では、C(炭素)の含有量を、「C量」と表記することがある。他の元素についても同様に表記することがある。
〔ラインパイプ用鋼板〕
本発明のラインパイプ用鋼板(以下、単に「鋼板」ともいう)は、質量%で、C:0.040〜0.080%、Si:0.05〜0.40%、Mn:1.60〜2.00%、P:0.020%以下、S:0.0025%以下、Mo:0.05〜0.20%、Ca:0.0011〜0.0050%、Al:0.060%以下、Nb:0.010〜0.030%、Ti:0.008〜0.020%、N:0.0015〜0.0060%、及びO:0.0040%以下を含有し、Sに対するCaの含有量比〔Ca/S〕が0.90〜2.70であり、Nに対するTiの含有量比〔Ti/N〕が2.20以上であり、残部がFe及び不可避的不純物からなり、下記式(1)によって定義されるCeqが0.380〜0.480であり、板厚1/4位置におけるフェライト分率(F1)が20〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であり、板厚1/2位置におけるフェライト分率(F2)が5〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であるか又はベイナイト及びマルテンサイトからなる組織であり、前記フェライト分率(F1)と前記フェライト分率(F2)との比(F1/F2)が1.00〜5.00であり、板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が2.0〜15.0μmであり、板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が5.0〜20.0μmであり、板厚1/2位置の硬さが400Hv以下であって板厚1/2位置におけるMnSの長さが1.00mm以下であり、板厚が25mm以上である。
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・(1)
〔式(1)において、C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、及びVは、それぞれ、各元素の質量%を表す。〕
本発明のラインパイプ用鋼板(以下、単に「鋼板」ともいう)は、質量%で、C:0.040〜0.080%、Si:0.05〜0.40%、Mn:1.60〜2.00%、P:0.020%以下、S:0.0025%以下、Mo:0.05〜0.20%、Ca:0.0011〜0.0050%、Al:0.060%以下、Nb:0.010〜0.030%、Ti:0.008〜0.020%、N:0.0015〜0.0060%、及びO:0.0040%以下を含有し、Sに対するCaの含有量比〔Ca/S〕が0.90〜2.70であり、Nに対するTiの含有量比〔Ti/N〕が2.20以上であり、残部がFe及び不可避的不純物からなり、下記式(1)によって定義されるCeqが0.380〜0.480であり、板厚1/4位置におけるフェライト分率(F1)が20〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であり、板厚1/2位置におけるフェライト分率(F2)が5〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であるか又はベイナイト及びマルテンサイトからなる組織であり、前記フェライト分率(F1)と前記フェライト分率(F2)との比(F1/F2)が1.00〜5.00であり、板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が2.0〜15.0μmであり、板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が5.0〜20.0μmであり、板厚1/2位置の硬さが400Hv以下であって板厚1/2位置におけるMnSの長さが1.00mm以下であり、板厚が25mm以上である。
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・(1)
〔式(1)において、C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、及びVは、それぞれ、各元素の質量%を表す。〕
本発明の鋼板は、上記構成としたことにより、耐HIC性(特にpH5.0以上の環境下における耐HIC性)が向上し、かつ、圧縮強度とDWTT特性とを両立させることができる。
本発明は、以下の検討結果に基づいてなされたものである。
本発明者らは、組成の異なる種々の鋼板を用い、pH5.0以上のサワー環境下で、水素誘起割れ(Hydrogen-Induced Cracking;HIC)を発生させないための鋼材が具備すべき条件について検討した。
本発明者らは、組成の異なる種々の鋼板を用い、pH5.0以上のサワー環境下で、水素誘起割れ(Hydrogen-Induced Cracking;HIC)を発生させないための鋼材が具備すべき条件について検討した。
本発明において、耐サワー性は、HICの発生有無、及び、HIC破面率(以下、「HIC試験のCAR」ともいう)を調べることによって評価した。
この評価は、硫化水素ガスを飽和させたpH5.0の溶液(例えば、NACEのTM0284の「Solution B」)に鋼板を浸漬し、96時間後のHIC破面率(HIC試験のCAR)を調べることによって行った。HIC破面率が5%以下であれば、耐サワー性が良好であるとした。
この評価は、硫化水素ガスを飽和させたpH5.0の溶液(例えば、NACEのTM0284の「Solution B」)に鋼板を浸漬し、96時間後のHIC破面率(HIC試験のCAR)を調べることによって行った。HIC破面率が5%以下であれば、耐サワー性が良好であるとした。
本発明者らは、次に、HICが発生した試料の組織、及び、HICの起点となる介在物について調査した。その結果、HICは、いずれも板厚1/2位置に存在する、伸長したMnS(以下、「伸長MnS」や、単に「MnS」ともいう)を起点として発生し、この伸長MnSの長さが1.00mm超であることを突き止めた。
従って、板厚1/2位置におけるMnSの長さを1.00mm以下に制御することによりpH5.0以上のサワー環境下で、HICの発生を抑制できることを見出した。
従って、板厚1/2位置におけるMnSの長さを1.00mm以下に制御することによりpH5.0以上のサワー環境下で、HICの発生を抑制できることを見出した。
本発明者らは、次に、MnSの長さを1.00mm以下にするためには以下の条件が必要であることを見出した。
即ち、S量を0.0025%以下にすること、及び、含有量比〔Ca/S〕を0.90〜2.70にすることである。
本発明者らは、含有量比〔Ca/S〕が0.90未満であると、MnSの長さを1.00mm以下に制御できない場合があることを明らかにした。また、本発明者らは、含有量比〔Ca/S〕が2.70超であると、Ca系酸化物の粗大な凝集体が形成され、かかる凝集体が起点となってHICが発生する場合があることを明らかにした。
即ち、S量を0.0025%以下にすること、及び、含有量比〔Ca/S〕を0.90〜2.70にすることである。
本発明者らは、含有量比〔Ca/S〕が0.90未満であると、MnSの長さを1.00mm以下に制御できない場合があることを明らかにした。また、本発明者らは、含有量比〔Ca/S〕が2.70超であると、Ca系酸化物の粗大な凝集体が形成され、かかる凝集体が起点となってHICが発生する場合があることを明らかにした。
本発明者らは、次に、鋼板の板厚1/2位置の硬さを400Hv以下とすることにより、pH5.0以上のサワー環境でHICを抑制できることを見出した。
更に、板厚1/2位置の硬さとフェライト分率との関係を詳細に調査した結果、板厚1/2位置における組織のフェライト分率が60%より高くとなると、鋼板の硬度が400Hvを超える場合があることを見出した。この理由は、板厚1/2位置でフェライトが生成すると残部にC量が濃化し、結果、高C量を含んだベイナイトもしくはマルテンサイトが形成されるためと考えられる。
即ち、本発明の鋼板では、板厚1/2位置におけるフェライト分率を60%以下としたことにより、板厚1/2位置における硬さが400Hv以下となっている。
更に、板厚1/2位置の硬さとフェライト分率との関係を詳細に調査した結果、板厚1/2位置における組織のフェライト分率が60%より高くとなると、鋼板の硬度が400Hvを超える場合があることを見出した。この理由は、板厚1/2位置でフェライトが生成すると残部にC量が濃化し、結果、高C量を含んだベイナイトもしくはマルテンサイトが形成されるためと考えられる。
即ち、本発明の鋼板では、板厚1/2位置におけるフェライト分率を60%以下としたことにより、板厚1/2位置における硬さが400Hv以下となっている。
更に、鋼板の板厚1/2位置は、該鋼板の中心偏析部に含まれることを確認した。
ここで、中心偏析部とは、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)によって鋼板の板厚方向のMn濃度分布を測定したときに、Mn濃度が最も高い部位を指す。
ここで、中心偏析部とは、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)によって鋼板の板厚方向のMn濃度分布を測定したときに、Mn濃度が最も高い部位を指す。
なお、板厚1/2位置における硬さ、及び、フェライト分率(F1、F2)の測定方法は、後述の実施例に示すとおりである。
次に、圧縮強度、DWTT特性、及び耐HIC性を満足させるための鋼材組織について鋭意検討した。
その結果、板厚1/4位置におけるフェライト分率(F1)を20〜60%とし、かつ、板厚1/2位置におけるフェライト分率(F2)を5〜60%とすればよいことを新たに知見した。
圧縮強度は、フェライト分率(F1)と相関が高く、板厚1/4位置において、軟質なフェライトの分率が高くなると圧縮強度は下がる。フェライト分率(F1)及びフェライト分率(F2)が、それぞれ60%超となると、圧縮強度の低下代は著しくなる。
即ち、本発明の鋼板は、フェライト分率(F1)及びフェライト分率(F2)が、それぞれ60%以下であることにより、高い圧縮強度を示す。
一方、鋼板のDWTT特性は、鋼板のフェライト分率が高くなると向上する。かかる効果を発揮するには、鋼板において、フェライト分率(F1)が20%以上であり、かつ、フェライト分率(F2)が5%以上であればよいことを知見した。
その結果、板厚1/4位置におけるフェライト分率(F1)を20〜60%とし、かつ、板厚1/2位置におけるフェライト分率(F2)を5〜60%とすればよいことを新たに知見した。
圧縮強度は、フェライト分率(F1)と相関が高く、板厚1/4位置において、軟質なフェライトの分率が高くなると圧縮強度は下がる。フェライト分率(F1)及びフェライト分率(F2)が、それぞれ60%超となると、圧縮強度の低下代は著しくなる。
即ち、本発明の鋼板は、フェライト分率(F1)及びフェライト分率(F2)が、それぞれ60%以下であることにより、高い圧縮強度を示す。
一方、鋼板のDWTT特性は、鋼板のフェライト分率が高くなると向上する。かかる効果を発揮するには、鋼板において、フェライト分率(F1)が20%以上であり、かつ、フェライト分率(F2)が5%以上であればよいことを知見した。
さらに、本発明者らは、圧縮強度とDWTT特性とを両立させるには、板厚1/4位置におけるフェライト分率(F1)と板厚1/2位置におけるフェライト分率(F2)との比(F1/F2)が1.00以上であればよいことを知見した。
即ち、本発明の鋼板は、比(F1/F2)が1.00以上であることにより、圧縮強度とDWTT特性とが両立される。比(F1/F2)が1.00未満であると、特に、DWTT特性が劣化する(例えば、後述の比較例6参照)。
以上の検討の結果、本発明では、比(F1/F2)を1.00以上とした。
また、比(F1/F2)を5.00超とすることは製造上困難であるため、本発明では比(F1/F2)を5.00以下とした。
即ち、本発明の鋼板は、比(F1/F2)が1.00以上であることにより、圧縮強度とDWTT特性とが両立される。比(F1/F2)が1.00未満であると、特に、DWTT特性が劣化する(例えば、後述の比較例6参照)。
以上の検討の結果、本発明では、比(F1/F2)を1.00以上とした。
また、比(F1/F2)を5.00超とすることは製造上困難であるため、本発明では比(F1/F2)を5.00以下とした。
上記比(F1/F2)に関し、通常の鋼板では、以下の理由により、上記比(F1/F2)が1.00未満となっている。
即ち、通常は、鋼板を得るための圧延後の冷却過程において、冷却速度が最も遅いのは、板厚1/2位置(板厚中心部)である。このため、通常の鋼板では、板厚方向においてフェライト分率が最も高いのは、板厚1/2位置である。よって、通常の鋼板では、上記比(F1/F2)が1.00未満となっている(例えば、後述の比較例6参照)。
しかし本発明者らは、フェライトが生成される600〜700℃の温度域において、板厚1/4位置における冷却速度(V1)を、板厚1/2位置における冷却速度(V2)よりも遅くすることにより、比(F1/F2)を1.00以上とすることに成功した。
なお、本発明の鋼板では、比(F1/F2)が1.00〜5.00となっていればよく、その製造方法(例えば圧延後の冷却方法)には特に制限はない。
即ち、通常は、鋼板を得るための圧延後の冷却過程において、冷却速度が最も遅いのは、板厚1/2位置(板厚中心部)である。このため、通常の鋼板では、板厚方向においてフェライト分率が最も高いのは、板厚1/2位置である。よって、通常の鋼板では、上記比(F1/F2)が1.00未満となっている(例えば、後述の比較例6参照)。
しかし本発明者らは、フェライトが生成される600〜700℃の温度域において、板厚1/4位置における冷却速度(V1)を、板厚1/2位置における冷却速度(V2)よりも遅くすることにより、比(F1/F2)を1.00以上とすることに成功した。
なお、本発明の鋼板では、比(F1/F2)が1.00〜5.00となっていればよく、その製造方法(例えば圧延後の冷却方法)には特に制限はない。
本発明の鋼板において、板厚1/4位置における残部は、ベイナイトからなる組織である。これにより、HICの発生が抑制される。板厚1/4位置における残部がパーライトであると、HICが発生する。
また、本発明の鋼板において、板厚1/2位置における残部は、ベイナイトからなる組織であるか、または、ベイナイト及びマルテンサイトからなる組織である。これにより、HICの発生が抑制される。板厚1/2位置における残部がパーライトであると、HICが発生する。
また、本発明の鋼板において、板厚1/2位置における残部は、ベイナイトからなる組織であるか、または、ベイナイト及びマルテンサイトからなる組織である。これにより、HICの発生が抑制される。板厚1/2位置における残部がパーライトであると、HICが発生する。
また、本発明において、鋼板の圧縮強度は、鋼板を鋼管(ラインパイプ)に成形(造管)し、次いで防食を目的とした塗装加熱を施した後に、鋼管周方向の圧縮強度を測定することによって評価するか、または、後述の実施例に示すように、上記造管及び上記塗装加熱に相当する処理を施した鋼板の圧縮強度を測定することによって評価する。
その理由は、ラインパイプ等の鋼管の圧潰は、鋼管の周方向の圧縮強度と最も相関が高いためである。
また、鋼管の周方向の圧縮強度は、造管によるバウシンガー効果によって大きく低下するが、塗装加熱時に強度は回復する。この回復は、造管時に導入された転位に塗装加熱時のC(炭素)が拡散してコットレル雰囲気を作る、いわゆる静的ひずみ時効によるものである。
その理由は、ラインパイプ等の鋼管の圧潰は、鋼管の周方向の圧縮強度と最も相関が高いためである。
また、鋼管の周方向の圧縮強度は、造管によるバウシンガー効果によって大きく低下するが、塗装加熱時に強度は回復する。この回復は、造管時に導入された転位に塗装加熱時のC(炭素)が拡散してコットレル雰囲気を作る、いわゆる静的ひずみ時効によるものである。
本発明者らは、鋼板の圧縮強度を高めることを目的とし、静的ひずみ時効をいかんなく発揮する合金元素について鋭意調査した。その結果、かかる合金元素として、Moが有効であることを見出した。
上記合金元素としてMoが有効である理由は、以下のように考えられる。
即ち、MoはCと弱い相互作用を持つため、Moを含有する鋼板中では、Moが多くのCを固定している。しかし、加熱により上記相互作用が更に弱まり、C原子がMo原子から離れ転位に移動する。かかる移動により、静的ひずみ時効がいかんなく発揮されると考えられる。
上述した効果を発揮するために、本発明では、Mo量を0.05%以上とした。
また、本発明者らは、Mo量が多すぎると、板厚1/2位置(板厚中央部)の硬度が著しく高められるため、Mo量の上限は0.20%がよいことを新たに知見した。
上記合金元素としてMoが有効である理由は、以下のように考えられる。
即ち、MoはCと弱い相互作用を持つため、Moを含有する鋼板中では、Moが多くのCを固定している。しかし、加熱により上記相互作用が更に弱まり、C原子がMo原子から離れ転位に移動する。かかる移動により、静的ひずみ時効がいかんなく発揮されると考えられる。
上述した効果を発揮するために、本発明では、Mo量を0.05%以上とした。
また、本発明者らは、Mo量が多すぎると、板厚1/2位置(板厚中央部)の硬度が著しく高められるため、Mo量の上限は0.20%がよいことを新たに知見した。
以上の検討結果に基づいてなされた本発明について、以下詳細に説明する。
まず、本発明の鋼板の成分(組成)について述べる。
本発明の鋼板は、C(炭素):0.040〜0.080%、Si(ケイ素):0.05〜0.40%、Mn(マンガン):1.60〜2.00%、P(リン):0.020%以下、S(硫黄):0.0025%以下、Mo(モリブデン):0.05〜0.20%、Ca(カルシウム):0.0011〜0.0050%、Al(アルミニウム):0.060%以下、Nb(ニオブ):0.010〜0.030%、Ti(チタン):0.008〜0.020%、N(窒素):0.0015〜0.0060%、及びO(酸素):0.0040%以下を含有し、含有量比〔Ca/S〕が0.90〜2.70であり、含有量比〔Ti/N〕が2.20以上であり、残部がFe(鉄)及び不可避的不純物からなり、上記Ceqが0.380〜0.480である。
まず、本発明の鋼板の成分(組成)について述べる。
本発明の鋼板は、C(炭素):0.040〜0.080%、Si(ケイ素):0.05〜0.40%、Mn(マンガン):1.60〜2.00%、P(リン):0.020%以下、S(硫黄):0.0025%以下、Mo(モリブデン):0.05〜0.20%、Ca(カルシウム):0.0011〜0.0050%、Al(アルミニウム):0.060%以下、Nb(ニオブ):0.010〜0.030%、Ti(チタン):0.008〜0.020%、N(窒素):0.0015〜0.0060%、及びO(酸素):0.0040%以下を含有し、含有量比〔Ca/S〕が0.90〜2.70であり、含有量比〔Ti/N〕が2.20以上であり、残部がFe(鉄)及び不可避的不純物からなり、上記Ceqが0.380〜0.480である。
C:0.040〜0.080%
Cは、鋼の強度を向上させる元素である。かかる効果の観点から、C量の下限は0.040%である。一方、C量が0.080%を超えると、炭化物の生成が促進されて耐HIC性を損なう。このため、C量の上限は、0.080%とする。また、耐HIC性、溶接性、及び靱性の低下を抑制するには、C量の上限を0.060%とすることが好ましい。
Cは、鋼の強度を向上させる元素である。かかる効果の観点から、C量の下限は0.040%である。一方、C量が0.080%を超えると、炭化物の生成が促進されて耐HIC性を損なう。このため、C量の上限は、0.080%とする。また、耐HIC性、溶接性、及び靱性の低下を抑制するには、C量の上限を0.060%とすることが好ましい。
Si:0.05〜0.40%
Siは、脱酸元素である。かかる効果の観点から、Si量の下限は0.05%である。一方、Si量が0.40%を超えると、溶接熱影響部(HAZ;Heat Affected Zone)の靱性(以下、「HAZ靱性」ともいう)が低下する。このため、Si量の上限は0.40%とする。
Siは、脱酸元素である。かかる効果の観点から、Si量の下限は0.05%である。一方、Si量が0.40%を超えると、溶接熱影響部(HAZ;Heat Affected Zone)の靱性(以下、「HAZ靱性」ともいう)が低下する。このため、Si量の上限は0.40%とする。
Mn:1.60〜2.00%
Mnは、強度及び靱性を向上させる元素である。かかる効果の観点から、Mn量の下限は1.60%である。一方、Mn量が2.00%を超えると、HAZ靱性が低下する。このため、Mn量の上限は2.00%とする。また、HICを抑制するには、Mn量を1.75%未満とすることが好ましい。
Mnは、強度及び靱性を向上させる元素である。かかる効果の観点から、Mn量の下限は1.60%である。一方、Mn量が2.00%を超えると、HAZ靱性が低下する。このため、Mn量の上限は2.00%とする。また、HICを抑制するには、Mn量を1.75%未満とすることが好ましい。
P:0.020%以下
Pは不純物であり、含有量が0.020%を超えると、耐HIC性を損ない、また、HAZの靱性が低下する。したがって、P量は0.020%以下に制限する。
一方、P量は、少ないほど好ましいため、P量の下限には特に制限はない。但し、製造コストの点からは、P量は0.001%以上が好ましい。
Pは不純物であり、含有量が0.020%を超えると、耐HIC性を損ない、また、HAZの靱性が低下する。したがって、P量は0.020%以下に制限する。
一方、P量は、少ないほど好ましいため、P量の下限には特に制限はない。但し、製造コストの点からは、P量は0.001%以上が好ましい。
S:0.0025%以下
Sは、熱間圧延時に圧延方向に伸長するMnSを生成して、耐HIC性を低下させる元素である。したがって、本発明では、S量を低減することが必要であり、S量を0.0025%以下に制限する。S量は、少ないほど好ましいため、S量の下限には特に制限はない。但し、二次精錬の製造コスト及び製造制約の点から、S量は0.0008%以上としてもよい。
Sは、熱間圧延時に圧延方向に伸長するMnSを生成して、耐HIC性を低下させる元素である。したがって、本発明では、S量を低減することが必要であり、S量を0.0025%以下に制限する。S量は、少ないほど好ましいため、S量の下限には特に制限はない。但し、二次精錬の製造コスト及び製造制約の点から、S量は0.0008%以上としてもよい。
Mo:0.05〜0.20%
Moは、焼入れ性を向上させると同時に、炭窒化物を形成し強度を改善する元素である。また、上述したとおり、本発明では、鋼管(ラインパイプ)にした後の塗装加熱時の静的ひずみ時効を促進させ、高い圧縮強度を確保する観点からMoを含有させる。本発明では、上記効果を得るために、Mo量の下限を0.05%とする。
一方、Mo量が多すぎると、鋼の強度が上昇し、HIC性及び靱性(例えばDWTT特性)が低下することがある。このため、Mo量の上限は0.20%とする。
Moは、焼入れ性を向上させると同時に、炭窒化物を形成し強度を改善する元素である。また、上述したとおり、本発明では、鋼管(ラインパイプ)にした後の塗装加熱時の静的ひずみ時効を促進させ、高い圧縮強度を確保する観点からMoを含有させる。本発明では、上記効果を得るために、Mo量の下限を0.05%とする。
一方、Mo量が多すぎると、鋼の強度が上昇し、HIC性及び靱性(例えばDWTT特性)が低下することがある。このため、Mo量の上限は0.20%とする。
Ca:0.0011〜0.0050%
Caは、硫化物CaSを生成し、圧延方向に伸長するMnSの生成を抑制し、耐HIC性の改善に顕著に寄与する元素である。Ca量が0.0011%未満では、上記効果が得られないため、本発明では、Ca量の下限を0.0011%とする。一方、Ca量が0.0050%を超えると、酸化物が集積し、耐HIC性を損なうため、Ca量の上限を0.0050%以下とする。
Caは、硫化物CaSを生成し、圧延方向に伸長するMnSの生成を抑制し、耐HIC性の改善に顕著に寄与する元素である。Ca量が0.0011%未満では、上記効果が得られないため、本発明では、Ca量の下限を0.0011%とする。一方、Ca量が0.0050%を超えると、酸化物が集積し、耐HIC性を損なうため、Ca量の上限を0.0050%以下とする。
含有量比〔Ca/S〕:0.90〜2.70
本発明では、鋼板にCaを含有させることによってCaSを形成させることにより、Sを固定する。このため、本発明において、Sに対するCaの含有量比〔Ca/S〕は、重要な指標である。含有量比〔Ca/S〕が0.90未満ではMnSが生成され、圧延時に伸長したMnSが形成される。その結果、耐HIC性が劣化する。一方、含有量比〔Ca/S〕が2.70を超えるとCa系の酸化物が凝集し、耐HIC性を劣化させる。
したがって、本発明では、含有量比〔Ca/S〕を0.90〜2.70に限定した。
本発明では、鋼板にCaを含有させることによってCaSを形成させることにより、Sを固定する。このため、本発明において、Sに対するCaの含有量比〔Ca/S〕は、重要な指標である。含有量比〔Ca/S〕が0.90未満ではMnSが生成され、圧延時に伸長したMnSが形成される。その結果、耐HIC性が劣化する。一方、含有量比〔Ca/S〕が2.70を超えるとCa系の酸化物が凝集し、耐HIC性を劣化させる。
したがって、本発明では、含有量比〔Ca/S〕を0.90〜2.70に限定した。
Al:0.060%以下
Alは通常、脱酸元素としての含有される元素である。
しかし、Al量が多すぎると、介在物が増加して、延性や靭性が損なわれる。このため、Al量の上限は0.060%である。
また、Alは、MA(Martensite Austenite)の混合組織の形成を助長する元素でもある。MAの分率を低減する観点からみると、Al量は0.008%以下であることが好ましい。また、Al量が0.008%以下であると、HAZ靱性向上の点でも有利である。
Alは通常、脱酸元素としての含有される元素である。
しかし、Al量が多すぎると、介在物が増加して、延性や靭性が損なわれる。このため、Al量の上限は0.060%である。
また、Alは、MA(Martensite Austenite)の混合組織の形成を助長する元素でもある。MAの分率を低減する観点からみると、Al量は0.008%以下であることが好ましい。また、Al量が0.008%以下であると、HAZ靱性向上の点でも有利である。
一方、脱酸元素としての効果をより効果的に得る点から、Al量は0.0002%以上が好ましい。
なお、Alは、鋼中に意図的に含有させる場合だけでなく、鋼中に不純物として混入する場合もあり得る。Alが鋼中に不純物として混入する場合、Al量は少ないほど好ましいので、Al量の下限には特に制限はない。
なお、Alは、鋼中に意図的に含有させる場合だけでなく、鋼中に不純物として混入する場合もあり得る。Alが鋼中に不純物として混入する場合、Al量は少ないほど好ましいので、Al量の下限には特に制限はない。
Nb:0.010〜0.030%
Nbは、炭化物、窒化物を形成し、強度の向上に寄与する元素である。かかる効果を得るために、本発明では、Nb量を0.010%以上とする。しかし、Nb量が多すぎると、粗大なNbの炭窒化物の集積を招いて、靭性が低下する。したがって、本発明においては、Nb量を0.030%以下とする。また、Nb量は0.020%以下が好ましい。
Nbは、炭化物、窒化物を形成し、強度の向上に寄与する元素である。かかる効果を得るために、本発明では、Nb量を0.010%以上とする。しかし、Nb量が多すぎると、粗大なNbの炭窒化物の集積を招いて、靭性が低下する。したがって、本発明においては、Nb量を0.030%以下とする。また、Nb量は0.020%以下が好ましい。
Ti:0.008〜0.020%
Tiは、通常、脱酸剤や窒化物形成元素として、結晶粒の細粒化に利用される元素である。かかる効果を得るために、本発明では、Ti量を0.008%以上とする。しかし、Tiは、過剰に含有されると、粗大な炭窒化物の形成によって靱性を低下させる元素でもある。したがって、本発明では、Ti量を0.020%以下に制限する。
Tiは、通常、脱酸剤や窒化物形成元素として、結晶粒の細粒化に利用される元素である。かかる効果を得るために、本発明では、Ti量を0.008%以上とする。しかし、Tiは、過剰に含有されると、粗大な炭窒化物の形成によって靱性を低下させる元素でもある。したがって、本発明では、Ti量を0.020%以下に制限する。
N:0.0015〜0.0060%
N(窒素)は、TiN、NbNなどの窒化物を形成する元素である。本発明では、窒化物を利用して加熱時のオーステナイト粒径を微細にするために、N量を0.0015%以上とする。しかし、Nの含有量が0.0060%を超えると、TiとNbの炭窒化物が集積しやすくなり、靭性を損なう。したがって、本発明では、N量の上限を0.0060%とする。
N(窒素)は、TiN、NbNなどの窒化物を形成する元素である。本発明では、窒化物を利用して加熱時のオーステナイト粒径を微細にするために、N量を0.0015%以上とする。しかし、Nの含有量が0.0060%を超えると、TiとNbの炭窒化物が集積しやすくなり、靭性を損なう。したがって、本発明では、N量の上限を0.0060%とする。
含有量比〔Ti/N〕:2.20以上
本発明において、加熱時のオーステナイト粒径を微細にするには、Nに対するTiの含有量比〔Ti/N〕が重要である。含有量比〔Ti/N〕が2.20未満では、十分なTiN析出が起こらず、オーステナイトの微細化は達成できない。このため、本発明では、含有量比〔Ti/N〕を2.20以上とする。含有量比〔Ti/N〕は、3.00以上が好ましい。
一方、過剰なTi炭化物による靱性の劣化をより抑制する観点から、含有量比〔Ti/N〕は、5.00以下が好ましく、4.00以下がより好ましい。
本発明において、加熱時のオーステナイト粒径を微細にするには、Nに対するTiの含有量比〔Ti/N〕が重要である。含有量比〔Ti/N〕が2.20未満では、十分なTiN析出が起こらず、オーステナイトの微細化は達成できない。このため、本発明では、含有量比〔Ti/N〕を2.20以上とする。含有量比〔Ti/N〕は、3.00以上が好ましい。
一方、過剰なTi炭化物による靱性の劣化をより抑制する観点から、含有量比〔Ti/N〕は、5.00以下が好ましく、4.00以下がより好ましい。
O:0.0040%以下
Oは、不純物元素である。本発明では、O量を0.0040%以下に規制する。Oは、少ないほど好ましいため、O量の下限には特に制限はない。但し、製造コスト及び製造制約の点から、O量は0.0010%以上としてもよい。
Oは、不純物元素である。本発明では、O量を0.0040%以下に規制する。Oは、少ないほど好ましいため、O量の下限には特に制限はない。但し、製造コスト及び製造制約の点から、O量は0.0010%以上としてもよい。
Ceq:0.380〜0.480
Ceqは、下記式(1)で規定される量である。
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・(1)
Ceqは、下記式(1)で規定される量である。
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・(1)
上記式(1)において、C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、及びVは、それぞれ、C(炭素)、Mn(マンガン)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Cr(クロム)、Mo(モリブデン)、及びV(バナジウム)の各元素の含有量(質量%)を表す。
これらの元素のうち、Ni、Cu、Cr、及びVは、任意の元素であり、各々の含有量は0%であってもよい。これら任意の元素の好ましい含有量については後述する。
これらの元素のうち、Ni、Cu、Cr、及びVは、任意の元素であり、各々の含有量は0%であってもよい。これら任意の元素の好ましい含有量については後述する。
本発明では、上記式(1)によって定義されるCeqを0.380〜0.480に限定する。Ceqが0.380未満であると、本発明の鋼板によって得られるラインパイプの強度が低下する。例えば、Ceqが0.380未満であると、上記ラインパイプが、強度グレードX60以上の要求引張強度(520MPa以上)を満足できない。一方、Ceqが0.480を超えると、靱性(例えばDWTT特性)や耐サワー性(例えば耐HIC性)が劣化する。
従って、本発明では、Ceqを0.380〜0.480に限定した。
従って、本発明では、Ceqを0.380〜0.480に限定した。
本発明の鋼板において、不可避的不純物とは、原材料に含まれる成分、または、製造の過程で混入する成分であって、意図的に鋼に含有させたものではない成分を指す。
不可避的不純物として、具体的には、Sb(アンチモン)、Sn(スズ)、W(タングステン)、Co(コバルト)、As(ヒ素)、Pb(鉛)、Bi(ビスマス)、B(ホウ素)、H(水素)が挙げられる。
通常、Sb、Sn、W、Co、及びAsについては含有量0.1%以下の混入が、Pb及びBiについては含有量0.005%以下の混入が、B及びHについては含有量0.0004%以下の混入が、それぞれあり得るが、その他の元素の含有量については、通常の範囲であれば、特に制御する必要はない。
不可避的不純物として、具体的には、Sb(アンチモン)、Sn(スズ)、W(タングステン)、Co(コバルト)、As(ヒ素)、Pb(鉛)、Bi(ビスマス)、B(ホウ素)、H(水素)が挙げられる。
通常、Sb、Sn、W、Co、及びAsについては含有量0.1%以下の混入が、Pb及びBiについては含有量0.005%以下の混入が、B及びHについては含有量0.0004%以下の混入が、それぞれあり得るが、その他の元素の含有量については、通常の範囲であれば、特に制御する必要はない。
また、本発明の鋼板は、Ni(ニッケル):0.50%以下、Cr(クロム):0.50%以下、Cu(銅):0.50%以下、Mg(マグネシウム):0.0050%以下、REM(希土類元素):0.0050%以下、及びV(バナジウム):0.100%以下のうちの1種または2種以上を含有していてもよい。
例えば、本発明の鋼板は、Ni:0.50%以下、Cr:0.50%以下、及びCu:0.50%以下のうちの1種または2種以上を含有していてもよい。また、Mg:0.0050%以下、REM:0.0050%以下、及びV:0.100%以下のうちの1種または2種以上を含有していてもよい。
これらの元素は、鋼中に意図して含有させる場合以外にも、鋼中に不可避的不純物として混入する場合もあり得る。従って、これらの元素の含有量の下限には特に制限はない。
以下、これらの元素、及び、本発明の鋼板がこれらの元素を含有する場合の好ましい含有量について説明する。
例えば、本発明の鋼板は、Ni:0.50%以下、Cr:0.50%以下、及びCu:0.50%以下のうちの1種または2種以上を含有していてもよい。また、Mg:0.0050%以下、REM:0.0050%以下、及びV:0.100%以下のうちの1種または2種以上を含有していてもよい。
これらの元素は、鋼中に意図して含有させる場合以外にも、鋼中に不可避的不純物として混入する場合もあり得る。従って、これらの元素の含有量の下限には特に制限はない。
以下、これらの元素、及び、本発明の鋼板がこれらの元素を含有する場合の好ましい含有量について説明する。
Ni:0.50%以下
Ni(ニッケル)は、靱性及び強度の改善に有効な元素である。
しかし、Ni量が多すぎると、耐HIC性及び溶接性が低下する場合がある。従って、Ni量は0.50%以下が好ましい。
一方、Ni量は0.05%以上が好ましい。
Ni(ニッケル)は、靱性及び強度の改善に有効な元素である。
しかし、Ni量が多すぎると、耐HIC性及び溶接性が低下する場合がある。従って、Ni量は0.50%以下が好ましい。
一方、Ni量は0.05%以上が好ましい。
Cr:0.50%以下
Cr(クロム)は析出強化による鋼の強度を向上させるために有効な元素である。
しかし、Cr量が多すぎると、焼入れ性を上昇させ、ベイナイトが過剰となり、靱性が低下する場合がある。従って、Cr量は0.50%以下が好ましい。
一方、Cr量は0.05%以上が好ましい。
Cr(クロム)は析出強化による鋼の強度を向上させるために有効な元素である。
しかし、Cr量が多すぎると、焼入れ性を上昇させ、ベイナイトが過剰となり、靱性が低下する場合がある。従って、Cr量は0.50%以下が好ましい。
一方、Cr量は0.05%以上が好ましい。
Cu:0.50%以下
Cuは、靱性を低下させずに強度を上昇させることに有効な元素である。
しかし、Cu量が多すぎると、鋼片加熱時や溶接時に割れを生じやすくする。従って、Cu量は0.50%以下が好ましい。
一方、Cu量は0.05%以上が好ましい。
Cuは、靱性を低下させずに強度を上昇させることに有効な元素である。
しかし、Cu量が多すぎると、鋼片加熱時や溶接時に割れを生じやすくする。従って、Cu量は0.50%以下が好ましい。
一方、Cu量は0.05%以上が好ましい。
Mg:0.0050%以下
Mgは、脱酸剤及び脱硫剤として有効な元素であり、特に、微細な酸化物を生じて、HAZ靭性の向上にも寄与する元素である。
しかし、Mg量が多すぎると、酸化物が凝集及び粗大化し易くなり、耐HIC性の劣化をもたらすことや、母材及びHAZの靱性の低下をもたらすことがある。従って、Mg量は0.0050%以下が好ましい。
一方、Mg量は0.0001%以上が好ましい。
Mgは、脱酸剤及び脱硫剤として有効な元素であり、特に、微細な酸化物を生じて、HAZ靭性の向上にも寄与する元素である。
しかし、Mg量が多すぎると、酸化物が凝集及び粗大化し易くなり、耐HIC性の劣化をもたらすことや、母材及びHAZの靱性の低下をもたらすことがある。従って、Mg量は0.0050%以下が好ましい。
一方、Mg量は0.0001%以上が好ましい。
REM:0.0050%以下
本明細書中において、「REM」とは希土類元素を意味し、Sc(スカンジウム)、Y(イットリウム)、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Pm(プロメチウム)、Sm(サマリウム)、Eu(ユウロピウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Yb(イッテルビウム)、及びLu(ルテチウム)からなる17種の元素の総称である。また、「REM:0.0050%以下」とは、上記17種の元素の合計含有量が0.0050%以下であることを指す。
REMは、脱酸剤及び脱硫剤として有効な元素である。
しかし、REM量が多すぎると、粗大な酸化物を生じ、耐HIC性の劣化をもたらすことや、母材及びHAZの靱性の低下をもたらすことがある。従って、REM量は0.0050%以下が好ましい。
一方、REM量は0.0001%以上が好ましい。
本明細書中において、「REM」とは希土類元素を意味し、Sc(スカンジウム)、Y(イットリウム)、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Pm(プロメチウム)、Sm(サマリウム)、Eu(ユウロピウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Yb(イッテルビウム)、及びLu(ルテチウム)からなる17種の元素の総称である。また、「REM:0.0050%以下」とは、上記17種の元素の合計含有量が0.0050%以下であることを指す。
REMは、脱酸剤及び脱硫剤として有効な元素である。
しかし、REM量が多すぎると、粗大な酸化物を生じ、耐HIC性の劣化をもたらすことや、母材及びHAZの靱性の低下をもたらすことがある。従って、REM量は0.0050%以下が好ましい。
一方、REM量は0.0001%以上が好ましい。
V:0.100%以下
Vは、炭化物、窒化物を形成し、強度の向上に寄与する元素である。
しかし、V量が多すぎると、靱性の低下を招くことがある。このため、V量は、0.100%以下が好ましい。
一方、V量は0.010%以上が好ましい。
Vは、炭化物、窒化物を形成し、強度の向上に寄与する元素である。
しかし、V量が多すぎると、靱性の低下を招くことがある。このため、V量は、0.100%以下が好ましい。
一方、V量は0.010%以上が好ましい。
以下、本発明の鋼板の組織形態などについて説明する。
本発明の鋼板は、上述のとおり、板厚1/4位置の組織におけるフェライト分率(F1)が20%以上であること、及び、板厚1/2位置の組織におけるフェライト分率(F2)が5%以上であることにより、DWTT特性が向上する。フェライト分率(F1)が20%未満であること、及び、フェライト分率(F2)が5%未満であることの少なくとも一方に該当すると、DWTT特性が劣化する。
また、本発明の鋼板は、上述のとおり、フェライト分率(F1)が60%以下であること、及び、フェライト分率(F2)が60%以下であることにより、圧縮強度が向上する。フェライト分率(F1)が60%超であること、及び、フェライト分率(F2)が60%超であることの少なくとも一方に該当すると、圧縮強度が低下する。
また、本発明の鋼板は、上述のとおり、比(F1/F2)が1.00以上であることにより、圧縮強度とDWTT特性とが両立される。比(F1/F2)が1.00未満であると、特に、DWTT特性が劣化する。
また、比(F1/F2)を5.00超とすることは、製造上困難である。
また、比(F1/F2)を5.00超とすることは、製造上困難である。
上記比(F1/F2)は、1.00以上5.00以下であるが、1.00超5.00以下が好ましく、1.05以上5.00以下がより好ましい。
また、本発明の鋼板は、板厚1/2位置の硬さが400Hv以下であって板厚1/2位置におけるMnSの長さが1.00mm以下である。
これにより、耐HIC性が向上する。また、DWTT特性にも有利である。
これにより、耐HIC性が向上する。また、DWTT特性にも有利である。
板厚1/2位置におけるMnSの長さは、上述したとおり1.00mm以下であるが、耐HIC性をより向上させる観点から、下記式(2)を満たす範囲であることがより好ましい。
板厚1/2位置におけるMnSの長さ≦10{(1350−X)/350}/1000
・・・ (2)
〔式(2)中、Xは、板厚1/2位置の硬さ(Hv)であり、400(Hv)以下の値である〕
板厚1/2位置におけるMnSの長さ≦10{(1350−X)/350}/1000
・・・ (2)
〔式(2)中、Xは、板厚1/2位置の硬さ(Hv)であり、400(Hv)以下の値である〕
板厚1/2位置におけるMnSの長さが上記式(2)を満たすようにする方法としては、鋼片の中心偏析部の最大Mn偏析度が2.2以下であり、かつ、中心偏析部厚みが1.0mm以下である鋼片に対し、再加熱、厚板圧延(粗圧延及び仕上圧延)、及び冷却の処理を順次施して鋼板を製造する方法が挙げられる。各処理の好ましい態様については後述する。
また、本発明の鋼板は、板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が2.0〜15.0μmである。
板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が15.0μm以下であると、DWTT特性が向上する。
板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が2.0μm以上であると、圧延負荷の増大が抑制されるので、製造コストの点で有利である。
板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が15.0μm以下であると、DWTT特性が向上する。
板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が2.0μm以上であると、圧延負荷の増大が抑制されるので、製造コストの点で有利である。
また、本発明の鋼板は、板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が5.0〜20.0μmである。
板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が20.0μm以下であると、DWTT特性が向上する。
板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が5.0μm以上であると、圧延負荷の増大が抑制されるので、製造コストの点で有利である。
板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が20.0μm以下であると、DWTT特性が向上する。
板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が5.0μm以上であると、圧延負荷の増大が抑制されるので、製造コストの点で有利である。
また、本発明の鋼板は、板厚が25mm以上である。
これにより、高い圧縮強度が確保される。
板厚は、好ましくは25mm超であり、より好ましくは30mm以上であり、さらに好ましくは32mm以上であり、特に好ましくは35mm以上である。
板厚の上限には特に制限はないが、板厚は、例えば45mm以下とすることができる。
これにより、高い圧縮強度が確保される。
板厚は、好ましくは25mm超であり、より好ましくは30mm以上であり、さらに好ましくは32mm以上であり、特に好ましくは35mm以上である。
板厚の上限には特に制限はないが、板厚は、例えば45mm以下とすることができる。
本発明の鋼板は、製鋼工程で溶製後、連続鋳造によって鋼片とし、鋼片に対し、再加熱、厚板圧延、及び冷却を順次施すことによって製造することができる。
上記鋼片の厚みは、板厚25mm以上の鋼板を得やすい点で、300mm以上であることが好ましい。
また、鋼片を再加熱する際の再加熱温度は、耐HIC性をより向上させる観点より、950℃以上が好ましい。
また、上記再加熱温度は、DWTT特性の劣化をより抑制する観点より、1150℃以下であることが好ましい。
また、上記厚板圧延では、再結晶温度域(例えば900℃超の温度域)で1パスあたりの平均圧下率を10%以上で120mm以上まで粗圧延することが好ましい。1パスあたりの平均圧下率を10%以上とすることは、オーステナイトの再結晶を促進させ粒径を細かくできる点で有利である。また、120mm以上まで粗圧延することは、その後の未再結晶域圧延において、累積圧下量を増大させることができる点で有利である。即ち、未再結晶域圧延における累積圧下量を増大させると、オーステナイト粒に転位を多く導入することができる。オーステナイト粒に導入された転位は、その後の冷却過程でのフェライトへの変態の核生成サイトとなるので、粒径の微細化に寄与する。
また、上記厚板圧延では、上記粗圧延の後、25mm以上の最終板厚まで、未再結晶域(例えば750〜900℃の温度域)にて圧延(仕上げ圧延)を行うことが好ましい。
上記鋼片の厚みは、板厚25mm以上の鋼板を得やすい点で、300mm以上であることが好ましい。
また、鋼片を再加熱する際の再加熱温度は、耐HIC性をより向上させる観点より、950℃以上が好ましい。
また、上記再加熱温度は、DWTT特性の劣化をより抑制する観点より、1150℃以下であることが好ましい。
また、上記厚板圧延では、再結晶温度域(例えば900℃超の温度域)で1パスあたりの平均圧下率を10%以上で120mm以上まで粗圧延することが好ましい。1パスあたりの平均圧下率を10%以上とすることは、オーステナイトの再結晶を促進させ粒径を細かくできる点で有利である。また、120mm以上まで粗圧延することは、その後の未再結晶域圧延において、累積圧下量を増大させることができる点で有利である。即ち、未再結晶域圧延における累積圧下量を増大させると、オーステナイト粒に転位を多く導入することができる。オーステナイト粒に導入された転位は、その後の冷却過程でのフェライトへの変態の核生成サイトとなるので、粒径の微細化に寄与する。
また、上記厚板圧延では、上記粗圧延の後、25mm以上の最終板厚まで、未再結晶域(例えば750〜900℃の温度域)にて圧延(仕上げ圧延)を行うことが好ましい。
厚板圧延の終了後の冷却(例えば水冷)は、冷却開始温度を700〜820℃として行うことが好ましい。冷却開始温度を700℃以上とすることは、板厚1/2位置でのフェライト分率(F2)を60%以下にし易い点、及び、板厚1/2位置での最大高度を400Hv以下にし易い点で有利である。冷却開始温度を820℃以下とすることは、フェライト分率(F2)を5%以上に調整し易く、DWTT特性を向上させ易い点で有利である。
また、上記冷却における冷却速度は、強度をより向上させる観点から、10℃/s以上とすることが好ましい。
また、冷却停止温度は、板厚1/2位置でのHICをより抑制し、靱性の劣化をより抑制する観点から、200℃以上が好ましい。また、冷却停止温度は、強度をより向上させる観点から、450℃以下が好ましい。
また、冷却停止温度は、板厚1/2位置でのHICをより抑制し、靱性の劣化をより抑制する観点から、200℃以上が好ましい。また、冷却停止温度は、強度をより向上させる観点から、450℃以下が好ましい。
また、上記冷却は、600〜700℃の温度域において、板厚1/4位置の冷却速度(V1)を板厚1/2位置の冷却速度(V2)よりも遅くすることが好ましい。これにより、板厚1/4位置におけるフェライト生成量を板厚1/2位置におけるフェライト生成量よりも高くすることができるので、比(F1/F2)を1.00以上に調整し易い。
なお、前述したとおり、通常の鋼板の製造では、冷却速度(V1)が冷却速度(V2)よりも速いために、得られた鋼板では、比(F1/F2)が1.00未満となっている。
なお、前述したとおり、通常の鋼板の製造では、冷却速度(V1)が冷却速度(V2)よりも速いために、得られた鋼板では、比(F1/F2)が1.00未満となっている。
また、上記冷却は、600℃以下の温度域における冷却速度(V3)を15℃/s以上とすることが好ましい。これにより、板厚1/4位置及び板厚1/2位置での残部組織中におけるパーライト組織の生成をより抑制できるので、HICをより抑制できる。
〔ラインパイプ〕
本発明のラインパイプは、上記本発明のラインパイプ用鋼板を用いて製造された鋼管である。
従って、本発明のラインパイプは、本発明の鋼板と同様に、耐HIC性(特に、pH5.0以上の環境下における耐HIC性)に優れ、かつ、圧縮強度とDWTT特性とが両立されている。
本発明のラインパイプは、上記本発明のラインパイプ用鋼板を用いて製造された鋼管である。
従って、本発明のラインパイプは、本発明の鋼板と同様に、耐HIC性(特に、pH5.0以上の環境下における耐HIC性)に優れ、かつ、圧縮強度とDWTT特性とが両立されている。
本発明のラインパイプは、上記本発明のラインパイプ用鋼板を素材として用い、公知の造管方法によって製造することができる。
公知の造管方法としては、UOE成形法、JCOE成形法、等が挙げられる。
公知の造管方法としては、UOE成形法、JCOE成形法、等が挙げられる。
次に、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
〔本発明例1〜10、比較例1〜12〕
<鋼板の作製>
下記表1に示す化学成分を有する鋼(鋼1〜鋼15)を溶製し、連続鋳造により、下記表2に示す厚み(鋼片厚み)の各鋼片を製造した。連続鋳造では、中心偏析部のMnの偏析を抑制するため最終凝固時の軽圧下を実施した。
ここで、鋼中、下記表1中に示された成分以外の成分(残部)は、Fe及び不可避的不純物である。
また、鋼6における「REM」は、具体的にはCeであり、鋼9における「REM」は、具体的にはLaである。
<鋼板の作製>
下記表1に示す化学成分を有する鋼(鋼1〜鋼15)を溶製し、連続鋳造により、下記表2に示す厚み(鋼片厚み)の各鋼片を製造した。連続鋳造では、中心偏析部のMnの偏析を抑制するため最終凝固時の軽圧下を実施した。
ここで、鋼中、下記表1中に示された成分以外の成分(残部)は、Fe及び不可避的不純物である。
また、鋼6における「REM」は、具体的にはCeであり、鋼9における「REM」は、具体的にはLaである。
上記で得られた鋼片を950〜1150℃(但し、比較例2では1180℃)に加熱し、900℃超で平均圧下率10%以上(但し、比較例3では8%)の粗圧延を、厚みが120mm以上(但し、比較例4では100mm)となるまで行い、引き続き、900℃以下(但し、比較例5では930℃)の未再結晶温度域で最終板厚まで仕上圧延を行った。
熱間圧延後は、700〜820℃の温度域で加速冷却(水冷)を開始し、200〜450℃の温度で加速冷却(水冷)を停止し、下記表2に示す種々異なる板厚(最終板厚)の鋼板を作製した。
各例における詳細な条件は下記表2に示すとおりである。
熱間圧延後は、700〜820℃の温度域で加速冷却(水冷)を開始し、200〜450℃の温度で加速冷却(水冷)を停止し、下記表2に示す種々異なる板厚(最終板厚)の鋼板を作製した。
各例における詳細な条件は下記表2に示すとおりである。
特に、本発明例1〜10及び比較例1〜5及び7〜13における加速冷却(水冷)では、フェライトが生成する600〜700℃の温度域において、板厚1/4位置の冷却速度(V1)が、板厚1/2位置の冷却速度(V2)よりも遅くなるように、加速冷却(水冷)を制御した。具体的には、仕上圧延後の鋼板が通過する水冷ゾーンを細分化し、水を出すゾーンと水を出さないゾーンとを設定し、鋼板を間欠的に水冷するようにした。これにより、表面の冷却と複熱とを適正に制御し、V1がV2よりも遅くなるようにした。
また、比較例6における加速冷却(水冷)では、通常の鋼板の製造方法と同様に、鋼板を連続的に水冷することにより、V1がV2よりも速くなるようにした。
また、比較例6における加速冷却(水冷)では、通常の鋼板の製造方法と同様に、鋼板を連続的に水冷することにより、V1がV2よりも速くなるようにした。
<測定及び評価>
以上で得られた鋼板について、以下の測定及び評価を行った。
結果を下記表3に示す。
以上で得られた鋼板について、以下の測定及び評価を行った。
結果を下記表3に示す。
−フェライト分率(F1、F2)、フェライト粒径、残部組織−
鋼板を板厚1/2位置で切断した断面、及び、鋼板を板厚1/4位置で切断した断面のそれぞれについて、フェライト分率(フェライト面積率)及びフェライト粒径(フェライトの平均粒径)の測定を行い、さらに、残部組織の特定を行った。
詳細には、鋼板断面を研磨しレペラ(LePera)試薬で腐食した後、光学顕微鏡にて500倍の倍率で組織を写真撮影した。得られた光学顕微鏡写真(倍率500倍)に基づき、画像処理によって、フェライト分率(フェライト面積率)及びフェライト粒径(フェライトの平均粒径)を求め、さらに、残部組織を特定した。
画像処理は、(株)ニレコ製の小型汎用画像解析装置LUZEX APを用いて行った。
また、フェライトの平均粒径は、フェライト30個についてそれぞれ円相当径を求め、得られた30個の円相当径を単純平均することによって求めた。
以上により、下記表3に示す、板厚1/4位置のフェライト分率F1、板厚1/2位置のフェライト分率F2、板厚1/4位置のフェライト粒径、及び板厚1/2位置のフェライト粒径をそれぞれ求め、下記表3に示す、板厚1/4位置の残部組織及び板厚1/2位置の残部組織をそれぞれ特定した。
鋼板を板厚1/2位置で切断した断面、及び、鋼板を板厚1/4位置で切断した断面のそれぞれについて、フェライト分率(フェライト面積率)及びフェライト粒径(フェライトの平均粒径)の測定を行い、さらに、残部組織の特定を行った。
詳細には、鋼板断面を研磨しレペラ(LePera)試薬で腐食した後、光学顕微鏡にて500倍の倍率で組織を写真撮影した。得られた光学顕微鏡写真(倍率500倍)に基づき、画像処理によって、フェライト分率(フェライト面積率)及びフェライト粒径(フェライトの平均粒径)を求め、さらに、残部組織を特定した。
画像処理は、(株)ニレコ製の小型汎用画像解析装置LUZEX APを用いて行った。
また、フェライトの平均粒径は、フェライト30個についてそれぞれ円相当径を求め、得られた30個の円相当径を単純平均することによって求めた。
以上により、下記表3に示す、板厚1/4位置のフェライト分率F1、板厚1/2位置のフェライト分率F2、板厚1/4位置のフェライト粒径、及び板厚1/2位置のフェライト粒径をそれぞれ求め、下記表3に示す、板厚1/4位置の残部組織及び板厚1/2位置の残部組織をそれぞれ特定した。
図1に、一例として、本発明例10の鋼板における、板厚1/2位置の断面(研磨、及び、レペラ試薬での腐食後の断面)の光学顕微鏡写真(倍率500倍)を示す。
−比〔F1/F2〕の算出−
上記で測定された、板厚1/4位置におけるフェライト分率(F1)、及び、板厚1/2位置におけるフェライト分率(F2)に基づき、比〔F1/F2〕を求めた。
上記で測定された、板厚1/4位置におけるフェライト分率(F1)、及び、板厚1/2位置におけるフェライト分率(F2)に基づき、比〔F1/F2〕を求めた。
−板厚1/2位置の硬さ−
上記で得られた鋼板を板厚方向に沿って切断し、得られた断面を鏡面研磨し、鏡面研磨された断面について、JIS Z 2244(2009)に準拠し、25gの荷重でビッカース硬さ試験を行った。
上記ビッカース硬さ試験は、板厚1/2位置の400点について行った。得られた400点の測定結果のうちの最大値を「板厚1/2位置の硬さ」(下記表3)とした。
上記で得られた鋼板を板厚方向に沿って切断し、得られた断面を鏡面研磨し、鏡面研磨された断面について、JIS Z 2244(2009)に準拠し、25gの荷重でビッカース硬さ試験を行った。
上記ビッカース硬さ試験は、板厚1/2位置の400点について行った。得られた400点の測定結果のうちの最大値を「板厚1/2位置の硬さ」(下記表3)とした。
−板厚1/2位置のMnS長さ−
鋼板からマクロ試験片を採取した後、採取されたマクロ試験片について、NACE TM0284に準拠した腐食試験を行った。これにより、マクロ試験片に対し、強制的に伸長MnS起因の割れを発生させ、その後、液体窒素中で強制破断させた。これにより、破面上に伸長MnSを現出させ、破面を走査型電子顕微鏡で観察し、観察される全ての伸長MnSの長さを測定した。この長さの測定結果より、板厚1/2位置に存在する伸長MnSの長さを選定し、選定された値(長さ)のうちの最大値を、「板厚1/2位置のMnS長さ」(下記表3)とした。
鋼板からマクロ試験片を採取した後、採取されたマクロ試験片について、NACE TM0284に準拠した腐食試験を行った。これにより、マクロ試験片に対し、強制的に伸長MnS起因の割れを発生させ、その後、液体窒素中で強制破断させた。これにより、破面上に伸長MnSを現出させ、破面を走査型電子顕微鏡で観察し、観察される全ての伸長MnSの長さを測定した。この長さの測定結果より、板厚1/2位置に存在する伸長MnSの長さを選定し、選定された値(長さ)のうちの最大値を、「板厚1/2位置のMnS長さ」(下記表3)とした。
−引張強度−
鋼板から引張試験用の試験片を、鋼板の幅方向と試験片の長手方向とが平行となるように採取した。ここで、試験片の形状は、アメリカ石油協会規格API 5L(以下、単に「API 5L」とする)に準拠する平板形状とした。
採取した試験片について、室温にて、API 5Lに準拠して引張試験を行った。この引張試験における最大荷重に基づき、引張強度を求めた。
鋼板から引張試験用の試験片を、鋼板の幅方向と試験片の長手方向とが平行となるように採取した。ここで、試験片の形状は、アメリカ石油協会規格API 5L(以下、単に「API 5L」とする)に準拠する平板形状とした。
採取した試験片について、室温にて、API 5Lに準拠して引張試験を行った。この引張試験における最大荷重に基づき、引張強度を求めた。
−圧縮強度−
圧縮強度の測定は、鋼板を鋼管(ラインパイプ)にし、防食を目的とした塗装加熱した後の鋼管周方向での特性を評価するために、以下の方法で行った。
鋼板から幅広の試験片(全厚試験片)を、鋼板の幅方向とこの試験片の長手方向とが平行となるように採取した。採取した幅広の試験片に対し、造管相当のひずみを与えるために、2%の予ひずみを付与した。
次に、予ひずみを付与した幅広の試験片から圧縮試験片を採取した。
ここで、圧縮試験片は、直径22mm×長さ66mmの円柱形状とし、鋼板の板厚中央部を含み、かつ、鋼板の幅方向と圧縮試験片の長手方向(圧縮試験の試験方向)とが平行となるように採取した。
採取された圧縮試験片を220℃のソルトバスにて5分熱処理した後、熱処理後の圧縮試験片について、ASTM E9−09に準拠し、圧縮試験を行った。圧縮試験における0.5%オフセット耐力を、降伏強度(圧縮強度)として求めた。
圧縮強度の測定は、鋼板を鋼管(ラインパイプ)にし、防食を目的とした塗装加熱した後の鋼管周方向での特性を評価するために、以下の方法で行った。
鋼板から幅広の試験片(全厚試験片)を、鋼板の幅方向とこの試験片の長手方向とが平行となるように採取した。採取した幅広の試験片に対し、造管相当のひずみを与えるために、2%の予ひずみを付与した。
次に、予ひずみを付与した幅広の試験片から圧縮試験片を採取した。
ここで、圧縮試験片は、直径22mm×長さ66mmの円柱形状とし、鋼板の板厚中央部を含み、かつ、鋼板の幅方向と圧縮試験片の長手方向(圧縮試験の試験方向)とが平行となるように採取した。
採取された圧縮試験片を220℃のソルトバスにて5分熱処理した後、熱処理後の圧縮試験片について、ASTM E9−09に準拠し、圧縮試験を行った。圧縮試験における0.5%オフセット耐力を、降伏強度(圧縮強度)として求めた。
−DWTT特性の評価(DWTT破面率(−20℃))−
鋼板からDWTT試験片を、鋼板と幅方向とDWTT試験片の長手方向とが平行となるように採取した。
ここで、DWTT試験片は、プレスノッチ付き形状の全厚試験片とした。
採取したDWTT試験片について、−20℃にて、API 5Lに準拠してDWTT試験を行い、破面全体に占める延性破面の率(DWTT破面率(%))を測定した。
本評価では、DWTT破面率(%)の数値が高い程(最も好ましくは100%であると)、DWTT特性に優れることを示す。
鋼板からDWTT試験片を、鋼板と幅方向とDWTT試験片の長手方向とが平行となるように採取した。
ここで、DWTT試験片は、プレスノッチ付き形状の全厚試験片とした。
採取したDWTT試験片について、−20℃にて、API 5Lに準拠してDWTT試験を行い、破面全体に占める延性破面の率(DWTT破面率(%))を測定した。
本評価では、DWTT破面率(%)の数値が高い程(最も好ましくは100%であると)、DWTT特性に優れることを示す。
−耐HIC性の評価(HIC試験のCAR)−
上記鋼板から耐HIC性評価用の試験片(全厚試験片)を採取した。
採取した試験片を、NACE TM0284の「Solution B」の溶液に96時間浸漬した後、浸漬後の試験片について、超音波探傷機にてHICの発生の有無を測定した。この測定結果に基づき、割れの面積率(CAR)を求めた。
本評価では、CARが小さい程(最も好ましくは0%であると)、耐HIC性に優れることを示す。
上記鋼板から耐HIC性評価用の試験片(全厚試験片)を採取した。
採取した試験片を、NACE TM0284の「Solution B」の溶液に96時間浸漬した後、浸漬後の試験片について、超音波探傷機にてHICの発生の有無を測定した。この測定結果に基づき、割れの面積率(CAR)を求めた。
本評価では、CARが小さい程(最も好ましくは0%であると)、耐HIC性に優れることを示す。
*上記表3における圧縮強度は、2%予ひずみ後に220℃熱処理を行った後の圧縮強度である。
表1〜表3に示すように、本発明例である鋼1〜鋼10の成分組成を有し、かつ、フェライト分率(F1)、フェライト分率(F2)、比〔F1/F2〕、板厚1/4位置の残部組織、板厚1/2位置の残部組織、板厚1/4位置のフェライト粒径、板厚1/2位置のフェライト粒径、板厚1/2位置の硬さ、及び板厚1/2位置のMnSの長さが本発明の範囲内である本発明例1〜10の鋼板は、圧縮強度、DWTT特性、及び耐HIC性に優れていた。
これに対し、本発明例である鋼8〜鋼10の成分組成を有するが、フェライト分率(F1)、フェライト分率(F2)、比〔F1/F2〕、板厚1/4位置の残部組織、板厚1/2位置の残部組織、板厚1/4位置のフェライト粒径、板厚1/2位置のフェライト粒径、板厚1/2位置の硬さ、及び板厚1/2位置のMnSの長さのうちの少なくとも一つが本発明の範囲外である比較例1〜7の鋼板では、圧縮強度、DWTT特性、及び耐HIC性のうちの少なくとも一つが劣っていた。
また、比較例である鋼11〜鋼15の成分組成を有する比較例8〜12の鋼板は、圧縮強度、DWTT特性、及び耐HIC性のうちの少なくとも一つが劣っていた。
これに対し、本発明例である鋼8〜鋼10の成分組成を有するが、フェライト分率(F1)、フェライト分率(F2)、比〔F1/F2〕、板厚1/4位置の残部組織、板厚1/2位置の残部組織、板厚1/4位置のフェライト粒径、板厚1/2位置のフェライト粒径、板厚1/2位置の硬さ、及び板厚1/2位置のMnSの長さのうちの少なくとも一つが本発明の範囲外である比較例1〜7の鋼板では、圧縮強度、DWTT特性、及び耐HIC性のうちの少なくとも一つが劣っていた。
また、比較例である鋼11〜鋼15の成分組成を有する比較例8〜12の鋼板は、圧縮強度、DWTT特性、及び耐HIC性のうちの少なくとも一つが劣っていた。
〔ラインパイプの作製〕
<ラインパイプ1の作製及び評価>
本発明例10の鋼板をUOE成形法によって造管し、表4に示す外径及び肉厚のラインパイプ1を得た。
<ラインパイプ1の作製及び評価>
本発明例10の鋼板をUOE成形法によって造管し、表4に示す外径及び肉厚のラインパイプ1を得た。
得られたラインパイプ1について、引張強度、降伏強度、圧縮強度、DWTT破面率(−20℃)、HIC試験のCAR、HAZ靱性、及びWM(Weld Metal)靱性を測定した。
測定結果を表4に示す。
測定結果を表4に示す。
このうち、引張強度、DWTT破面率(−20℃)、及びHIC試験のCARについては、上述した鋼板における各測定と同様にして測定した。
降伏強度、圧縮強度、HAZ靱性、及びWM靱性の測定は、以下のようにして行った。
降伏強度、圧縮強度、HAZ靱性、及びWM靱性の測定は、以下のようにして行った。
−降伏強度の測定−
ASTM E9−09に準拠し、ラインパイプの長手方向の降伏強度を測定した。ここでは、0.5%アンダーロード耐力を、降伏強度と定義した。
ASTM E9−09に準拠し、ラインパイプの長手方向の降伏強度を測定した。ここでは、0.5%アンダーロード耐力を、降伏強度と定義した。
−圧縮強度の測定−
ASTM E9−09に準拠し、ラインパイプの周方向の圧縮強度を測定した。ここでは、0.5%アンダーロード耐力を、圧縮強度と定義した。
ASTM E9−09に準拠し、ラインパイプの周方向の圧縮強度を測定した。ここでは、0.5%アンダーロード耐力を、圧縮強度と定義した。
−HAZ靱性の測定−
ラインパイプの外周面から深さ2mmの位置より、Vノッチ付きシャルピー試験片を採取した。この試験片のVノッチは、シャルピー衝撃試験後の破面がHAZとWMとを面積比で50%ずつ含むようにして設けた。
得られたVノッチ付きシャルピー試験片を用い、−20℃の温度条件下で、JIS Z2242(2005)に準拠してシャルピー衝撃試験を行い、シャルピー吸収エネルギー(J)をHAZ靱性(J)とした。
ラインパイプの外周面から深さ2mmの位置より、Vノッチ付きシャルピー試験片を採取した。この試験片のVノッチは、シャルピー衝撃試験後の破面がHAZとWMとを面積比で50%ずつ含むようにして設けた。
得られたVノッチ付きシャルピー試験片を用い、−20℃の温度条件下で、JIS Z2242(2005)に準拠してシャルピー衝撃試験を行い、シャルピー吸収エネルギー(J)をHAZ靱性(J)とした。
−WM靱性の測定−
ラインパイプの外周面から深さ2mmの位置より、Vノッチ付きシャルピー試験片を採取した。この試験片のVノッチは、Vノッチの中心がWMの中心となるようにして設けた。
得られたVノッチ付きシャルピー試験片を用い、−20℃の温度条件下で、JIS Z2242(2005)に準拠してシャルピー衝撃試験を行い、シャルピー吸収エネルギー(J)をWM靱性(J)とした。
ラインパイプの外周面から深さ2mmの位置より、Vノッチ付きシャルピー試験片を採取した。この試験片のVノッチは、Vノッチの中心がWMの中心となるようにして設けた。
得られたVノッチ付きシャルピー試験片を用い、−20℃の温度条件下で、JIS Z2242(2005)に準拠してシャルピー衝撃試験を行い、シャルピー吸収エネルギー(J)をWM靱性(J)とした。
<ラインパイプ2の作製及び評価>
本発明例10の鋼板において、板厚のみを45mmに変更した鋼板を準備した。
準備した厚み45mmの鋼板をJCOE成形法によって造管し、表4に示す外径及び肉厚のラインパイプ2を得た。
ラインパイプ2について、ラインパイプ1と同様の測定を行った。結果を表4に示す。
本発明例10の鋼板において、板厚のみを45mmに変更した鋼板を準備した。
準備した厚み45mmの鋼板をJCOE成形法によって造管し、表4に示す外径及び肉厚のラインパイプ2を得た。
ラインパイプ2について、ラインパイプ1と同様の測定を行った。結果を表4に示す。
表4に示すように、本発明例の鋼板を用いて作製されたラインパイプ1及び2も、本発明例の鋼板と同様に、圧縮強度、DWTT特性、及び耐HIC性に優れていた。
更に、ラインパイプ1及び2では、HAZ靱性及びWM靱性についても、良好な結果が得られた。
更に、ラインパイプ1及び2では、HAZ靱性及びWM靱性についても、良好な結果が得られた。
日本出願2013−155063及び日本出願2013−155064の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
本発明者らは、耐HIC性(特にpH5.0以上のサワー環境下における耐HIC性)に優れ、圧縮強度とDWTT特性とが両立されたラインパイプ用鋼板が満足すべき条件について鋭意検討を行い、本発明を完成するに至った。
即ち、上記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
<1> 質量%で、
C:0.040〜0.080%、
Si:0.05〜0.40%、
Mn:1.60〜2.00%、
P:0.020%以下、
S:0.0025%以下、
Mo:0.05〜0.20%、
Ca:0.0011〜0.0050%、
Al:0.060%以下、
Nb:0.010〜0.030%、
Ti:0.008〜0.020%、
N:0.0015〜0.0060%、及び
O:0.0040%以下を含有し、
Sに対するCaの含有量比〔Ca/S〕が0.90〜2.70であり、
Nに対するTiの含有量比〔Ti/N〕が2.20〜4.00であり、
残部がFe及び不可避的不純物からなり、
下記式(1)によって定義されるCeqが0.380〜0.480であり、
板厚1/4位置におけるフェライト分率(F1)が20〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であり、
板厚1/2位置の組織におけるフェライト分率(F2)が5〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であるか又はベイナイト及びマルテンサイトからなる組織であり、
前記フェライト分率(F1)と前記フェライト分率(F2)との比(F1/F2)が1.00〜5.00であり、
板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が2.0〜15.0μmであり、板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が5.0〜20.0μmであり、
板厚1/2位置における硬さが400Hv以下であって板厚1/2位置におけるMnSの長さが1.00mm以下であり、
板厚が25mm以上であるラインパイプ用鋼板。
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・(1)
〔式(1)において、C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、及びVは、それぞれ、各元素の含有量(質量%)を表す。〕
<2> Alの含有量が、質量%で0.008%以下である<1>に記載のラインパイプ用鋼板。
<3> 質量%で、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Cu:0.50%以下、
Mg:0.0050%以下、
REM:0.0050%以下、及び
V:0.100%以下のうちの1種または2種以上を含有する<1>又は<2>に記載のラインパイプ用鋼板。
<4> <1>〜<3>のいずれか1項に記載のラインパイプ用鋼板を用いて製造されたラインパイプ。
即ち、上記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
<1> 質量%で、
C:0.040〜0.080%、
Si:0.05〜0.40%、
Mn:1.60〜2.00%、
P:0.020%以下、
S:0.0025%以下、
Mo:0.05〜0.20%、
Ca:0.0011〜0.0050%、
Al:0.060%以下、
Nb:0.010〜0.030%、
Ti:0.008〜0.020%、
N:0.0015〜0.0060%、及び
O:0.0040%以下を含有し、
Sに対するCaの含有量比〔Ca/S〕が0.90〜2.70であり、
Nに対するTiの含有量比〔Ti/N〕が2.20〜4.00であり、
残部がFe及び不可避的不純物からなり、
下記式(1)によって定義されるCeqが0.380〜0.480であり、
板厚1/4位置におけるフェライト分率(F1)が20〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であり、
板厚1/2位置の組織におけるフェライト分率(F2)が5〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であるか又はベイナイト及びマルテンサイトからなる組織であり、
前記フェライト分率(F1)と前記フェライト分率(F2)との比(F1/F2)が1.00〜5.00であり、
板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が2.0〜15.0μmであり、板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が5.0〜20.0μmであり、
板厚1/2位置における硬さが400Hv以下であって板厚1/2位置におけるMnSの長さが1.00mm以下であり、
板厚が25mm以上であるラインパイプ用鋼板。
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・(1)
〔式(1)において、C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、及びVは、それぞれ、各元素の含有量(質量%)を表す。〕
<2> Alの含有量が、質量%で0.008%以下である<1>に記載のラインパイプ用鋼板。
<3> 質量%で、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Cu:0.50%以下、
Mg:0.0050%以下、
REM:0.0050%以下、及び
V:0.100%以下のうちの1種または2種以上を含有する<1>又は<2>に記載のラインパイプ用鋼板。
<4> <1>〜<3>のいずれか1項に記載のラインパイプ用鋼板を用いて製造されたラインパイプ。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.040〜0.080%、
Si:0.05〜0.40%、
Mn:1.60〜2.00%、
P:0.020%以下、
S:0.0025%以下、
Mo:0.05〜0.20%、
Ca:0.0011〜0.0050%、
Al:0.060%以下、
Nb:0.010〜0.030%、
Ti:0.008〜0.020%、
N:0.0015〜0.0060%、及び
O:0.0040%以下を含有し、
Sに対するCaの含有量比〔Ca/S〕が0.90〜2.70であり、
Nに対するTiの含有量比〔Ti/N〕が2.20以上であり、
残部がFe及び不可避的不純物からなり、
下記式(1)によって定義されるCeqが0.380〜0.480であり、
板厚1/4位置におけるフェライト分率(F1)が20〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であり、
板厚1/2位置におけるフェライト分率(F2)が5〜60%であって残部がベイナイトからなる組織であるか又はベイナイト及びマルテンサイトからなる組織であり、
前記フェライト分率(F1)と前記フェライト分率(F2)との比(F1/F2)が1.00〜5.00であり、
板厚1/4位置におけるフェライトの平均粒径が2.0〜15.0μmであり、板厚1/2位置におけるフェライトの平均粒径が5.0〜20.0μmであり、
板厚1/2位置の硬さが400Hv以下であって板厚1/2位置におけるMnSの長さが1.00mm以下であり、
板厚が25mm以上であるラインパイプ用鋼板。
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・(1)
〔式(1)において、C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、及びVは、それぞれ、各元素の含有量(質量%)を表す。〕 - Alの含有量が、質量%で0.008%以下である請求項1に記載のラインパイプ用鋼板。
- 質量%で、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Cu:0.50%以下、
Mg:0.0050%以下、
REM:0.0050%以下、及び
V:0.100%以下のうちの1種または2種以上を含有する請求項1又は請求項2に記載のラインパイプ用鋼板。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のラインパイプ用鋼板を用いて製造されたラインパイプ。
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