JPWO2018020972A1 - High-strength seamless steel pipe and riser - Google Patents
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Abstract
溶接性を確保しつつ、高強度と低硬度とを安定して両立させることが可能な高強度継目無鋼管を提供する。高強度継目無鋼管は、化学組成が、質量%で、C:0.10〜0.18%、Si:0.03〜1.0%、Mn:0.5〜2.0%、P:0.020%以下、S:0.0080%以下、Cr:0.10〜0.60%、Mo:0.10〜0.40%、V:0.02〜0.40%、Ti:0.004〜0.020%、B:0.0005〜0.005%、Al:0.10%以下、N:0.008%以下、Ca:0.0004〜0.0040%、Cu:0.1〜1.0%、Ni:0.2〜1.0%、Nb:0〜0.05%、残部:Fe及び不純物であり、下記の式(1)を満たす。
C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B≦0.28 式(1)
式(1)の元素記号には、質量%で、対応する元素の含有量が代入される。Provided is a high-strength seamless steel pipe capable of stably achieving both high strength and low hardness while ensuring weldability. The high strength seamless steel pipe has a chemical composition of mass%, C: 0.10 to 0.18%, Si: 0.03 to 1.0%, Mn: 0.5 to 2.0%, P: 0.020% or less, S: 0.0080% or less, Cr: 0.10 to 0.60%, Mo: 0.10 to 0.40%, V: 0.02 to 0.40%, Ti: 0 0.004 to 0.020%, B: 0.0005 to 0.005%, Al: 0.10% or less, N: 0.008% or less, Ca: 0.0004 to 0.0040%, Cu: 0.00. 1 to 1.0%, Ni: 0.2 to 1.0%, Nb: 0 to 0.05%, balance: Fe and impurities, which satisfy the following formula (1).
C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) /20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B≦0.28 Formula (1)
In the element symbol of the formula (1), the content of the corresponding element is substituted by mass%.
Description
本発明は、高強度継目無鋼管及びそれを用いたライザーに関し、より詳しくは、ワークオーバーライザーに好適な高強度継目無鋼管及びそれを用いたライザーに関する。 The present invention relates to a high-strength seamless steel pipe and a riser using the same, and more particularly to a high-strength seamless steel pipe suitable for a work over riser and a riser using the same.
近年、陸上や浅海に位置する油田の石油・天然ガス資源は枯渇しつつあり、海底油田の開発が活発になっている。海底油田では、海底に設置された油井・天然ガス井の坑口から洋上のプラットフォームまで、フローラインやライザーと呼ばれる輸送用鋼管(ラインパイプ)を用いて原油・天然ガスを輸送する必要がある。 In recent years, oil and natural gas resources in oil fields located on land and in shallow water have been depleted, and development of subsea oil fields has become active. In the submarine oil field, it is necessary to transport crude oil and natural gas from the wells of oil and natural gas wells installed on the sea floor to offshore platforms using steel pipes (line pipes) called flow lines and risers.
フローラインとは、地上又は海底面の地勢に沿って敷設された輸送用鋼管である。ライザーとは、海底面から海上のプラットフォームまで立ち上がった輸送用鋼管である。深海に敷設されたフローラインやライザーは、深い地層圧が加わった高圧の流体から圧力を受ける。また、操業停止時には深海の海水圧の影響を受ける。ライザーは、さらに波浪による繰り返し歪の影響を受ける。そのため、フローラインやライザーには高い強度が要求され、肉厚30mm以上の厚肉の鋼管が用いられる。 A flow line is a steel pipe for transportation laid along the terrain on the ground or the sea bottom. A riser is a steel pipe for transportation that rises from the sea floor to an offshore platform. Flow lines and risers laid in the deep sea receive pressure from a high-pressure fluid with deep formation pressure. In addition, when operations are stopped, it is affected by seawater pressure in the deep sea. The riser is further affected by repeated distortion caused by waves. Therefore, high strength is required for the flow line and the riser, and a thick steel pipe having a thickness of 30 mm or more is used.
ワークオーバーライザーは、海底油田開発における油井機器の試運転やテスト生産に使用される。ワークオーバーライザーは、テスト生産時に生産流体に接する可能性がある。そのため、ワークオーバーライザーには、高強度に加えて、耐サワー性が要求されることがある。 Work-over risers are used for commissioning and test production of well equipment in offshore oil field development. The work over riser can come into contact with the production fluid during test production. Therefore, the work over riser may be required to have sour resistance in addition to high strength.
ライザーやフローラインには現在、アメリカ石油協会(API)規格X60グレード(降伏強度415MPa以上)や同X65グレード(降伏強度450MPa以上)の鋼管が用いられているが、同X80グレード(降伏強度555MPa以上)の鋼管も開発されている。
Currently, steel pipes of American Petroleum Institute (API) standard X60 grade (yield strength 415 MPa or more) and X65 grade (
特許第4502010号公報には、肉厚の大きい継目無鋼管で高強度と安定した靱性と良好な耐食性を確保できるラインパイプ用継目無鋼管及びその製造方法が開示されている。同公報には実施例として、肉厚40mmで降伏強度が555MPa以上であり、かつ耐硫化物応力腐食割れ性(耐SSC性)に優れたラインパイプ用鋼管が記載されている。 Japanese Patent No. 4502010 discloses a seamless steel pipe for a line pipe that can ensure high strength, stable toughness, and good corrosion resistance with a seamless steel pipe having a large thickness, and a method for manufacturing the same. As an example, this publication describes a steel pipe for a line pipe having a wall thickness of 40 mm, a yield strength of 555 MPa or more, and excellent resistance to sulfide stress corrosion cracking (SSC resistance).
特開2013−32584号公報には、耐サワー性に優れた厚肉高強度継目無鋼管及びその製造方法が開示されている。同公報には実施例として、肉厚30mmで降伏強度が600MPaであり、かつ耐サワー性に優れた継目無鋼管が記載されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2013-32584 discloses a thick high strength seamless steel pipe excellent in sour resistance and a method for manufacturing the same. As an example, this publication describes a seamless steel pipe having a wall thickness of 30 mm, a yield strength of 600 MPa, and excellent sour resistance.
特許第5516831号公報には、高強度及び優れた耐水素誘起割れ性(耐HIC性)を有し、円周溶接された場合であっても、溶接熱影響部(HAZ)の耐HIC性に優れる、ラインパイプ用に好適な継目無鋼管が開示されている。同公報には実施例として、肉厚40mmで降伏強度が555MPa以上であり、かつ耐HIC性に優れた継目無鋼管が記載されている。 Japanese Patent No. 5516831 has high strength and excellent hydrogen-induced cracking resistance (HIC resistance), and even in the case of circumferential welding, the HIC resistance of the heat affected zone (HAZ) is improved. An excellent seamless steel pipe suitable for a line pipe is disclosed. As an example, this publication describes a seamless steel pipe having a wall thickness of 40 mm, a yield strength of 555 MPa or more, and excellent HIC resistance.
ラインパイプ用の高強度継目無鋼管は一般的に、焼入れ焼戻しの熱処理をされて製造される。厚肉材で高強度を得ようとする場合、炭素当量を高くして焼入れ性を高くすることが考えられる。しかし、炭素当量を高くすると溶接性が低下する。ラインパイプは、円周溶接して使用されるため、溶接性を確保する必要がある。そのため、ラインパイプ用鋼管は、溶接されることなく施工される油井管用鋼管と比較して低炭素当量に成分設計されており、焼入れ性が低い。 High-strength seamless steel pipes for line pipes are generally manufactured by heat treatment of quenching and tempering. When trying to obtain high strength with a thick material, it is conceivable to increase the carbon equivalent to increase the hardenability. However, when the carbon equivalent is increased, the weldability decreases. Since the line pipe is used by circumferential welding, it is necessary to ensure weldability. Therefore, the line pipe steel pipe is designed to have a low carbon equivalent as compared with the oil well pipe steel pipe that is constructed without being welded, and has a low hardenability.
ISO15156は、耐SSC性が要求される炭素鋼ラインパイプの表層の硬度を250Hv以下に管理することを規定している。しかし、ラインパイプ用鋼管は上述のとおり焼入れ性が低いため、焼入れ時に冷却速度の小さい肉厚中央の硬度が高くなりにくく、冷却速度の大きい表層の硬度が相対的に高くなる。この硬度分布は焼戻し後も引き継がれる。その結果、特に厚肉の鋼管において、表層の硬度を低く管理することが困難である。 ISO 15156 specifies that the hardness of the surface layer of a carbon steel line pipe that requires SSC resistance is controlled to 250 Hv or less. However, since the steel pipe for line pipe has low hardenability as described above, the hardness at the center of the thickness with a small cooling rate is difficult to increase during quenching, and the hardness of the surface layer with a high cooling rate is relatively high. This hardness distribution is inherited even after tempering. As a result, it is difficult to manage the hardness of the surface layer low, particularly in thick steel pipes.
特開2013−32584号公報には、焼入れ後に表層の高硬度部を研削する方法、焼入れ前に表面脱炭させる方法、膜沸騰状態で焼入れする方法等が記載されている。しかしこれらの方法は、一般的な継目無鋼管の製造工程とは大きく異なるため、製造能率の低下が懸念される。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2013-32584 describes a method of grinding a high hardness portion of a surface layer after quenching, a method of decarburizing a surface before quenching, a method of quenching in a film boiling state, and the like. However, since these methods are greatly different from the manufacturing process of a general seamless steel pipe, there is a concern about a decrease in manufacturing efficiency.
特許第4502010号公報、及び特許第5516831号公報には、硬度管理のための具体的な手法は言及されていない。 Japanese Patent No. 4502010 and Japanese Patent No. 5516831 do not mention a specific method for hardness management.
本発明の目的は、溶接性を確保しつつ、高強度と低硬度とを安定して両立させることが可能な高強度継目無鋼管及びライザーを提供することである。 An object of the present invention is to provide a high-strength seamless steel pipe and a riser capable of stably achieving both high strength and low hardness while ensuring weldability.
本発明の一実施形態による高強度継目無鋼管は、化学組成が、質量%で、C:0.10〜0.18%、Si:0.03〜1.0%、Mn:0.5〜2.0%、P:0.020%以下、S:0.0080%以下、Cr:0.10〜0.60%、Mo:0.10〜0.40%、V:0.02〜0.40%、Ti:0.004〜0.020%、B:0.0005〜0.005%、Al:0.10%以下、N:0.008%以下、Ca:0.0004〜0.0040%、Cu:0.1〜1.0%、Ni:0.2〜1.0%、Nb:0〜0.05%、残部:Fe及び不純物であり、下記の式(1)を満たす。
C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B≦0.28 式(1)
式(1)の元素記号には、質量%で、対応する元素の含有量が代入される。The high-strength seamless steel pipe according to an embodiment of the present invention has a chemical composition of mass%, C: 0.10 to 0.18%, Si: 0.03 to 1.0%, Mn: 0.5 to 2.0%, P: 0.020% or less, S: 0.0080% or less, Cr: 0.10-0.60%, Mo: 0.10-0.40%, V: 0.02-0 .40%, Ti: 0.004-0.020%, B: 0.0005-0.005%, Al: 0.10% or less, N: 0.008% or less, Ca: 0.0004-0. 0040%, Cu: 0.1 to 1.0%, Ni: 0.2 to 1.0%, Nb: 0 to 0.05%, balance: Fe and impurities, satisfying the following formula (1) .
C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) /20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B≦0.28 Formula (1)
In the element symbol of the formula (1), the content of the corresponding element is substituted by mass%.
本発明によれば、溶接性を確保しつつ、高強度と低硬度とを安定して両立させることが可能な高強度継目無鋼管及びライザーが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a high-strength seamless steel pipe and a riser capable of ensuring both high strength and low hardness while ensuring weldability.
本発明者等は、溶接性を確保しつつ、高強度と低硬度との両立が可能な高強度継目無鋼管について検討した。その結果、以下の知見を得た。 The present inventors examined a high-strength seamless steel pipe that can achieve both high strength and low hardness while ensuring weldability. As a result, the following knowledge was obtained.
焼入れ性を高めるため、従来はラインパイプ用鋼材には適していないと考えられていた0.10〜0.18%の炭素(C)を含有する鋼材を使用する。上記のC含有量であっても、以下の式で定義されるPCMが0.28以下であれば、実用上必要な溶接性が得られる。具体的には、PCMが0.28以下であれば、予熱することなく溶接が可能である。
PCM=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B
上式の元素記号には、質量%で、対応する元素の含有量が代入される。In order to improve hardenability, a steel material containing 0.10 to 0.18% carbon (C), which has been conventionally considered to be unsuitable for a steel material for line pipes, is used. Even if it is said C content, if PCM defined by the following formula | equation is 0.28 or less, the weldability required practically will be acquired. Specifically, if PCM is 0.28 or less, welding is possible without preheating.
PCM = C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) / 20 + Ni / 60 + Mo / 15 + V / 10 + 5 × B
In the element symbol of the above formula, the content of the corresponding element is substituted by mass%.
硼素(B)は、溶接性を顕著に悪化させるため、ラインパイプ用鋼材に積極的に含有させる元素ではないと考えられている。しかし、PCM≦0.28を満足する範囲でBを適量含有させることで、鋼の焼入れ性を飛躍的に向上させることができる。また、焼入れ性を向上させる元素であり、かつ、PCMへの影響が比較的小さいCu及びNiを所定量含有させることが有効である。これによって、厚肉の鋼管であっても肉厚中央まで焼入れ組織が得られ、高強度と低硬度との両立が可能になる。 Boron (B) is considered not to be an element that is positively contained in the steel for line pipes because it significantly deteriorates the weldability. However, the hardenability of steel can be remarkably improved by containing an appropriate amount of B within a range that satisfies PCM ≦ 0.28. In addition, it is effective to contain a predetermined amount of Cu and Ni that are elements that improve hardenability and have a relatively small effect on PCM. As a result, a hardened structure can be obtained up to the center of the thickness even with a thick steel pipe, and both high strength and low hardness can be achieved.
鋼管の焼入れ性を向上させることで、管軸方向に垂直な断面における硬度ばらつきも小さくすることができる。このことは、鋼管の靱性の向上にも寄与する。硬度ばらつきを抑制し、かつPやS等の不純物を適切に制限することで、優れた靱性が得られる。 By improving the hardenability of the steel pipe, it is possible to reduce the hardness variation in the cross section perpendicular to the pipe axis direction. This also contributes to an improvement in the toughness of the steel pipe. Excellent toughness can be obtained by suppressing hardness variation and appropriately limiting impurities such as P and S.
以上の知見に基づいて、本発明は完成された。以下、本発明の一実施形態による高強度継目無鋼管を詳述する。 Based on the above findings, the present invention has been completed. Hereinafter, a high-strength seamless steel pipe according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
[化学組成]
本実施形態による高強度継目無鋼管は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。[Chemical composition]
The high-strength seamless steel pipe according to this embodiment has a chemical composition described below. In the following description, “%” of the element content means mass%.
C:0.10〜0.18%
炭素(C)は、鋼の焼入れ性を高める。C含有量が0.10%未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、C含有量が0.18%を超えると、鋼の溶接性が低下する。したがって、C含有量は0.10〜0.18%である。C含有量の下限は、好ましくは0.12%である。C含有量の上限は、好ましくは0.15%である。C: 0.10 to 0.18%
Carbon (C) increases the hardenability of the steel. If the C content is less than 0.10%, the above effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the C content exceeds 0.18%, the weldability of the steel decreases. Therefore, the C content is 0.10 to 0.18%. The lower limit of the C content is preferably 0.12%. The upper limit of the C content is preferably 0.15%.
Si:0.03〜1.0%
シリコン(Si)は、鋼を脱酸する。Si含有量が0.03%以上であれば、上記効果が顕著に得られる。しかしながら、Si含有量が1.0%を超えると、鋼の靱性が低下する。したがって、Si含有量は0.03〜1.0%である。Si含有量の下限は、好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。Si含有量の上限は、好ましくは0.8%であり、さらに好ましくは0.5%である。Si: 0.03-1.0%
Silicon (Si) deoxidizes steel. If the Si content is 0.03% or more, the above effect is remarkably obtained. However, if the Si content exceeds 1.0%, the toughness of the steel decreases. Therefore, the Si content is 0.03 to 1.0%. The lower limit of the Si content is preferably 0.05%, more preferably 0.10%. The upper limit of the Si content is preferably 0.8%, and more preferably 0.5%.
Mn:0.5〜2.0%
マンガン(Mn)は、鋼の焼入れ性を高める。Mn含有量が0.5%未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、Mn含有量が2.0%を超えると、Mnが鋼中で偏析し、鋼の靱性が低下する。したがって、Mn含有量は0.5〜2.0%である。Mn含有量の下限は、好ましくは0.6%である。Mn含有量の上限は、好ましくは1.5%であり、さらに好ましくは1.0%である。Mn: 0.5 to 2.0%
Manganese (Mn) increases the hardenability of the steel. If the Mn content is less than 0.5%, the above effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the Mn content exceeds 2.0%, Mn is segregated in the steel and the toughness of the steel is lowered. Therefore, the Mn content is 0.5 to 2.0%. The lower limit of the Mn content is preferably 0.6%. The upper limit of the Mn content is preferably 1.5%, more preferably 1.0%.
P:0.020%以下
燐(P)は不純物である。Pは鋼の靱性を低下させる。したがって、P含有量はなるべく低い方が好ましい。そのため、P含有量は0.020%以下である。P含有量は、好ましくは0.015%以下であり、さらに好ましくは0.013%以下である。P: 0.020% or less Phosphorus (P) is an impurity. P decreases the toughness of the steel. Therefore, the P content is preferably as low as possible. Therefore, the P content is 0.020% or less. The P content is preferably 0.015% or less, more preferably 0.013% or less.
S:0.0080%以下
硫黄(S)は不純物である。Sは、Mnと結合して粗大なMnSを形成し、鋼の靱性及び耐HIC性を低下させる。したがって、S含有量はなるべく低い方が好ましい。そのため、S含有量は0.0080%以下である。S含有量は、好ましくは0.0060%以下であり、さらに好ましくは、0.0040%以下である。S: 0.0080% or less Sulfur (S) is an impurity. S combines with Mn to form coarse MnS and lowers the toughness and HIC resistance of the steel. Accordingly, the S content is preferably as low as possible. Therefore, the S content is 0.0080% or less. The S content is preferably 0.0060% or less, and more preferably 0.0040% or less.
Cr:0.10〜0.60%
クロム(Cr)は鋼の焼入れ性を高める。Crはさらに、鋼の焼戻し軟化抵抗を高める。Cr含有量が0.10%未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Cr含有量が0.60%を超えると、溶接性及びHAZ靱性が低下する。したがって、Cr含有量は0.10〜0.60%である。Cr含有量の下限は、好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.25%であり、さらに好ましくは0.30%である。Cr含有量の上限は、好ましくは0.55%であり、さらに好ましくは0.50%である。Cr: 0.10 to 0.60%
Chromium (Cr) increases the hardenability of the steel. Cr further increases the temper softening resistance of the steel. If the Cr content is less than 0.10%, the above effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when the Cr content exceeds 0.60%, weldability and HAZ toughness are lowered. Therefore, the Cr content is 0.10 to 0.60%. The lower limit of the Cr content is preferably 0.20%, more preferably 0.25%, and further preferably 0.30%. The upper limit of the Cr content is preferably 0.55%, more preferably 0.50%.
Mo:0.10〜0.40%
モリブデン(Mo)は、鋼の焼入れ性を高める。Moはさらに、鋼中のC、Vと結合して鋼の強度を高める。Mo含有量が0.10%未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Mo含有量が0.40%を超えると、鋼の溶接性及びHAZ靱性が低下する。したがって、Mo含有量は0.10〜0.40%である。Mo含有量の下限は、好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.25%である。Mo含有量の上限は、好ましくは0.35%である。Mo: 0.10 to 0.40%
Molybdenum (Mo) increases the hardenability of the steel. Mo further combines with C and V in the steel to increase the strength of the steel. If the Mo content is less than 0.10%, the above effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the Mo content exceeds 0.40%, the weldability and the HAZ toughness of the steel decrease. Therefore, the Mo content is 0.10 to 0.40%. The lower limit of the Mo content is preferably 0.20%, and more preferably 0.25%. The upper limit of the Mo content is preferably 0.35%.
V:0.02〜0.40%
バナジウム(V)は、鋼中のCと結合してV炭化物を形成し、鋼の強度を高める。V含有量が0.02%未満では、上記効果が十分に得られない。一方、V含有量が0.40%よりも高ければ、炭化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する。したがって、V含有量は0.02〜0.40%である。V含有量の下限は、好ましくは0.03%である。V含有量の上限は、好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.10%である。V: 0.02 to 0.40%
Vanadium (V) combines with C in the steel to form a V carbide and increases the strength of the steel. If the V content is less than 0.02%, the above effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the V content is higher than 0.40%, the carbides become coarse and the toughness of the steel decreases. Therefore, the V content is 0.02 to 0.40%. The lower limit of the V content is preferably 0.03%. The upper limit of the V content is preferably 0.30%, more preferably 0.20%, and even more preferably 0.10%.
Ti:0.004〜0.020%
チタン(Ti)は、鋼中のNと結合してTiNを形成し、固溶したNによる鋼の靱性の低下を抑制する。さらに、分散析出した微細なTiNは鋼の靱性を高める。Ti含有量が0.004%未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ti含有量が0.020%よりも高ければ、TiNが粗大化したり、粗大なTiCが発生したりすることで、鋼の靱性が低下する。したがって、Ti含有量は0.004〜0.020%である。Ti含有量の下限は、好ましくは0.010%である。Ti: 0.004 to 0.020%
Titanium (Ti) combines with N in the steel to form TiN, and suppresses a decrease in the toughness of the steel due to the solid solution N. Furthermore, finely dispersed TiN increases the toughness of the steel. When the Ti content is less than 0.004%, the above effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the Ti content is higher than 0.020%, TiN coarsens or coarse TiC is generated, so that the toughness of the steel decreases. Therefore, the Ti content is 0.004 to 0.020%. The lower limit of the Ti content is preferably 0.010%.
B:0.0005〜0.005%
ボロン(B)は、微量の含有で焼入れ性を飛躍的に向上させる。これによって厚肉の鋼管であっても、肉厚中央まで焼入れ組織が得られ、高強度と低硬度との両立が可能になる。また、Bを含有することによって、所定の範囲の強度と硬度とを同時に満たすことができる焼戻し条件の範囲を広くすることができる。これによって、所定の範囲の強度と硬度とを同時に満たす継目無鋼管を工業的に安定的に生産することができる。B含有量が0.0005%未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Bを過度に含有すると溶接性が急激に低下する。したがって、B含有量は0.0005〜0.005%である。B含有量の下限は、好ましくは0.0008%であり、さらに好ましくは0.0010%である。B含有量の上限は、好ましくは0.0030%であり、さらに好ましくは0.0020%であり、さらに好ましくは0.0015%である。B: 0.0005 to 0.005%
Boron (B) drastically improves hardenability when contained in a small amount. This makes it possible to obtain a quenched structure up to the center of the wall thickness even for a thick steel pipe, and to achieve both high strength and low hardness. Moreover, by containing B, the range of the tempering conditions which can satisfy | fill the intensity | strength and hardness of a predetermined range simultaneously can be expanded. As a result, a seamless steel pipe that simultaneously satisfies a predetermined range of strength and hardness can be produced industrially and stably. If the B content is less than 0.0005%, the above effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when B is contained excessively, weldability will fall rapidly. Therefore, the B content is 0.0005 to 0.005%. The lower limit of the B content is preferably 0.0008%, and more preferably 0.0010%. The upper limit of the B content is preferably 0.0030%, more preferably 0.0020%, and further preferably 0.0015%.
Al:0.10%以下
アルミニウム(Al)は、Nと結合して微細な窒化物を形成し、鋼の靱性を高める。Alが少しでも含有されていれば、上記の効果が得られる。一方、Al含有量が0.10%よりも高ければ、Al窒化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する。したがって、Al含有量は0.10%以下である。Al含有量の下限は、好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.01%である。Al含有量の上限は、好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.06%である。本明細書におけるAl含有量は、酸可溶Al(いわゆるSol-Al)の含有量を意味する。Al: 0.10% or less Aluminum (Al) combines with N to form fine nitrides and enhances the toughness of the steel. If Al is contained even a little, the above effect can be obtained. On the other hand, if the Al content is higher than 0.10%, the Al nitride becomes coarse and the toughness of the steel decreases. Therefore, the Al content is 0.10% or less. The lower limit of the Al content is preferably 0.001%, and more preferably 0.01%. The upper limit of the Al content is preferably 0.08%, more preferably 0.06%. The Al content in this specification means the content of acid-soluble Al (so-called Sol-Al).
N:0.008%以下
窒素(N)は、Alと結合して微細なAl窒化物を形成し、鋼の靱性を高める。Nが少しでも含有されていれば、上記の効果が得られる。一方、N含有量が0.008%よりも高ければ、固溶したNが鋼の靱性を低下させる。N含有量が高すぎればさらに、炭窒化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する。したがって、N含有量は0.008%以下である。N含有量の下限は、好ましくは0.001%である。N含有量の上限は、好ましくは0.006%であり、さらに好ましくは0.005%である。N: 0.008% or less Nitrogen (N) combines with Al to form fine Al nitride and enhances the toughness of the steel. If N is contained even a little, the above effect can be obtained. On the other hand, if the N content is higher than 0.008%, the solid solution N reduces the toughness of the steel. If the N content is too high, the carbonitrides are further coarsened and the toughness of the steel is reduced. Therefore, the N content is 0.008% or less. The lower limit of the N content is preferably 0.001%. The upper limit of the N content is preferably 0.006%, and more preferably 0.005%.
Ca:0.0004〜0.0040%
カルシウム(Ca)は、鋼中のSと結合してCaSを形成する。CaSの形成により、MnSの形成が抑制される。そのため、Caは、鋼の靱性及び耐HIC性を高める。またアルミナ系介在物の粗大化も抑制し靱性及び耐HIC性を改善する働きもある。Ca含有量が0.0004%未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ca含有量が0.0040%よりも高ければ、鋼の清浄度が低下し、鋼の靱性及び耐HIC性が低下する。したがって、Ca含有量は0.0004〜0.0040%である。Ca含有量の下限は、好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0008%である。Ca含有量の上限は、好ましくは0.0035%であり、さらに好ましくは0.0030%である。Ca: 0.0004 to 0.0040%
Calcium (Ca) combines with S in steel to form CaS. The formation of MnS is suppressed by the formation of CaS. Therefore, Ca improves the toughness and HIC resistance of steel. It also has the function of suppressing toughening of alumina inclusions and improving toughness and HIC resistance. If the Ca content is less than 0.0004%, the above effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the Ca content is higher than 0.0040%, the cleanliness of the steel decreases, and the toughness and HIC resistance of the steel decrease. Therefore, the Ca content is 0.0004 to 0.0040%. The lower limit of the Ca content is preferably 0.0005%, more preferably 0.0008%. The upper limit of the Ca content is preferably 0.0035%, more preferably 0.0030%.
Cu:0.1〜1.0%
銅(Cu)は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Cu含有量が0.1%未満では、この効果が十分に得られない。一方、Cu含有量が1.0%よりも高ければ、鋼の溶接性が低下する。Cu含有量が高すぎればさらに、高温における鋼の粒界強度が低下し、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Cu含有量は0.1〜1.0%である。Cu含有量の下限は、好ましくは0.12%であり、さらに好ましくは0.15%である。Cu含有量の上限は、好ましくは0.5%であり、さらに好ましくは0.3%であり、さらに好ましくは0.2%である。Cu: 0.1 to 1.0%
Copper (Cu) increases the hardenability of the steel and increases the strength of the steel. If the Cu content is less than 0.1%, this effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the Cu content is higher than 1.0%, the weldability of steel decreases. If the Cu content is too high, the grain boundary strength of the steel at a high temperature is further lowered, and the hot workability of the steel is lowered. Therefore, the Cu content is 0.1 to 1.0%. The lower limit of the Cu content is preferably 0.12%, more preferably 0.15%. The upper limit of the Cu content is preferably 0.5%, more preferably 0.3%, and further preferably 0.2%.
Ni:0.2〜1.0%
ニッケル(Ni)は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Niはまた、焼入れ性を高める元素であるにもかかわらず、溶接性への悪影響が小さい。Niはさらに、鋼の靱性も向上する。Niが0.2%未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ni含有量が1.0%よりも高ければ、耐SSC性が低下する。したがって、Ni含有量は0.2〜1.0%である。Ni含有量の下限は、好ましくは0.3%であり、さらに好ましくは0.35%であり、さらに好ましくは0.4%である。Ni含有量の上限は、好ましくは0.9%であり、さらに好ましくは0.8%である。Ni: 0.2-1.0%
Nickel (Ni) increases the hardenability of the steel and increases the strength of the steel. Ni is also an element that enhances hardenability, but has little adverse effect on weldability. Ni further improves the toughness of the steel. If Ni is less than 0.2%, these effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the Ni content is higher than 1.0%, the SSC resistance decreases. Therefore, the Ni content is 0.2 to 1.0%. The lower limit of the Ni content is preferably 0.3%, more preferably 0.35%, and further preferably 0.4%. The upper limit of the Ni content is preferably 0.9%, more preferably 0.8%.
本実施形態による高強度継目無鋼管の化学組成の残部は、Fe及び不純物である。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップから混入される元素、あるいは製造過程の環境等から混入される元素をいう。 The balance of the chemical composition of the high-strength seamless steel pipe according to this embodiment is Fe and impurities. The impurity here refers to an element mixed from ore and scrap used as a raw material of steel, or an element mixed from the environment of the manufacturing process.
本実施形態による高強度継目無鋼管の化学組成は、Feの一部に代えて、Nbを含有してもよい。Nbは選択元素である。すなわち、本実施形態による高強度継目無鋼管の化学組成は、Nbを含有していなくてもよい。 The chemical composition of the high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment may contain Nb instead of part of Fe. Nb is a selective element. That is, the chemical composition of the high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment may not contain Nb.
Nb:0〜0.05%
ニオブ(Nb)は、鋼中のC及び/又はNと結合して微細なNb炭化物を形成し、鋼の強度及び靱性を高める。Nbはさらに、Mo炭化物中に固溶し、Mo炭化物の粗大化を抑制する。Nbが少しでも含有されていれば、上記の効果が得られる。一方、Nb含有量が0.05%よりも高ければ、炭化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する。したがって、Nb含有量は0〜0.05%である。Nb含有量の下限は、好ましくは0.005%である。Nb含有量の上限は、好ましくは0.04%であり、さらに好ましくは0.03%である。Nb: 0 to 0.05%
Niobium (Nb) combines with C and / or N in the steel to form fine Nb carbide, and increases the strength and toughness of the steel. Nb further dissolves in Mo carbide and suppresses coarsening of Mo carbide. If Nb is contained even a little, the above effect can be obtained. On the other hand, if the Nb content is higher than 0.05%, the carbides become coarse and the toughness of the steel decreases. Therefore, the Nb content is 0 to 0.05%. The lower limit of the Nb content is preferably 0.005%. The upper limit of the Nb content is preferably 0.04%, more preferably 0.03%.
本実施形態によるライザー用高強度継目無し鋼管の化学組成は、下記式(1)を満たす。
C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B≦0.28 式(1)
式(1)の元素記号には、質量%で、対応する元素の含有量が代入される。The chemical composition of the high-strength seamless steel pipe for the riser according to this embodiment satisfies the following formula (1).
C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) /20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B≦0.28 Formula (1)
In the element symbol of the formula (1), the content of the corresponding element is substituted by mass%.
式(1)の左辺の値は、PCMと呼ばれる。PCMが高いと、溶接性の低下、具体的には、溶接熱影響部(HAZ)の過度の硬度上昇、あるいは溶接割れが起こりやすくなる。そのため、PCMは0.28以下とする。PCMは、好ましくは0.27以下であり、より好ましくは0.26以下である。 The value on the left side of Equation (1) is called PCM. When the PCM is high, the weldability is lowered, specifically, the hardness of the weld heat affected zone (HAZ) is excessively increased or weld cracking is likely to occur. Therefore, the PCM is set to 0.28 or less. PCM is preferably 0.27 or less, more preferably 0.26 or less.
本実施形態によるライザー用高強度継目無し鋼管の化学組成は、好ましくは、下記式(2)で定義される炭素当量Ceqが0.40以上である。
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 式(2)
式(2)の元素記号には、質量%で、対応する元素の含有量が代入される。The chemical composition of the high-strength seamless steel pipe for riser according to the present embodiment preferably has a carbon equivalent Ceq defined by the following formula (2) of 0.40 or more.
Ceq = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15 Formula (2)
In the element symbol of the formula (2), the content of the corresponding element is substituted by mass%.
炭素当量Ceqは、焼入れ性の指標として用いられる。炭素当量Ceqが小さすぎると、十分な焼入れ性が得られず、特に肉厚の鋼管において、表層の硬度と肉中の硬度との差が大きくなる。そのため、高強度と低硬度とを両立することが難しくなる。炭素当量Ceqの下限は、好ましくは0.42であり、さらに好ましくは0.45である。一方、炭素当量Ceqが大きすぎると、溶接性を確保することが難しくなる。炭素当量Ceqの上限は、好ましくは0.55であり、さらに好ましくは0.50である。 The carbon equivalent Ceq is used as an index of hardenability. If the carbon equivalent Ceq is too small, sufficient hardenability cannot be obtained, and particularly in a thick steel pipe, the difference between the hardness of the surface layer and the hardness in the meat becomes large. Therefore, it becomes difficult to achieve both high strength and low hardness. The lower limit of the carbon equivalent Ceq is preferably 0.42, and more preferably 0.45. On the other hand, if the carbon equivalent Ceq is too large, it becomes difficult to ensure weldability. The upper limit of the carbon equivalent Ceq is preferably 0.55, and more preferably 0.50.
[機械的特性]
本実施形態による高強度継目無鋼管は、好ましくは555MPa以上の降伏強度と、625MPa以上の引張強度とを有する。本実施形態による高強度継目無鋼管は、より好ましくは600MPa以上の降伏強度と、670MPa以上の引張強度とを有する。[Mechanical properties]
The high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment preferably has a yield strength of 555 MPa or more and a tensile strength of 625 MPa or more. The high-strength seamless steel pipe according to this embodiment more preferably has a yield strength of 600 MPa or more and a tensile strength of 670 MPa or more.
本実施形態による高強度継目無鋼管は、好ましくは表層の硬度が250Hv以下である。より具体的には、鋼管の内面から1mmの位置の硬度、及び鋼管の外面から1mmの位置の硬度が、いずれも250Hv以下であることが好ましい。なお、硬度は、JIS Z 2244に準拠して測定する。本実施形態による高強度継目無鋼管は、より好ましくは、表層の硬度が240Hv以下である。 The high-strength seamless steel pipe according to this embodiment preferably has a surface layer hardness of 250 Hv or less. More specifically, it is preferable that the hardness at a position of 1 mm from the inner surface of the steel pipe and the hardness at a position of 1 mm from the outer surface of the steel pipe are both 250 Hv or less. The hardness is measured according to JIS Z 2244. More preferably, the high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment has a surface layer hardness of 240 Hv or less.
本実施形態による高強度継目無鋼管は、好ましくは管軸方向に垂直な断面における硬度のばらつき(以下「同一断面における硬度のばらつき」と呼ぶ。)が15Hv以下である。具体的には、鋼管の内面から1mmの位置及び外面から1mmの位置で測定した硬度の大きい方の値と、肉厚中央の硬度の平均値との差が、15Hv以下であることが好ましい。なお、肉厚中央の硬度の平均値は、肉厚中央位置(1/2肉厚位置)で4点測定した平均値とする。本実施形態による高強度継目無鋼管は、より好ましくは同一断面における硬度のばらつきが13Hv以下である。 The high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment preferably has a hardness variation in a cross section perpendicular to the tube axis direction (hereinafter referred to as “hardness variation in the same cross section”) of 15 Hv or less. Specifically, the difference between the larger hardness value measured at a position 1 mm from the inner surface and 1 mm from the outer surface of the steel pipe and the average value of the hardness at the center of the wall thickness is preferably 15 Hv or less. In addition, let the average value of the hardness of the thickness center be an average value measured at four points at the thickness center position (1/2 thickness position). The high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment more preferably has a hardness variation of 13 Hv or less in the same cross section.
本実施形態による高強度継目無鋼管は、好ましくは30mm以上の肉厚を有する。本実施形態による高強度継目無鋼管は、好ましくは35mm以上の肉厚を有し、さらに好ましくは40mm以上の肉厚を有する。 The high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment preferably has a thickness of 30 mm or more. The high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment preferably has a thickness of 35 mm or more, and more preferably has a thickness of 40 mm or more.
本実施形態による高強度継目無鋼管は、ライザーに好適である。本実施形態による高強度継目無鋼管は、特にワークオーバーライザーに好適である。 The high-strength seamless steel pipe according to this embodiment is suitable for a riser. The high-strength seamless steel pipe according to this embodiment is particularly suitable for a work over riser.
[製造方法]
以下、本実施形態による高強度継目無鋼管の製造方法の一例を説明する。ただし、本実施形態による高強度継目無鋼管の製造方法は、これに限定されない。[Production method]
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the high intensity | strength seamless steel pipe by this embodiment is demonstrated. However, the manufacturing method of the high-strength seamless steel pipe by this embodiment is not limited to this.
上述の化学組成の鋼を溶製し、精錬する。続いて、連続鋳造法によって溶鋼からビレットを製造する。溶鋼からスラブ又はブルームを製造し、スラブ又はブルームを熱間加工してビレットを製造してもよい。ビレットを熱間加工して素管を製造する。具体的には、穿孔圧延、延伸圧延及び定径圧延を実施して素管を製造する。 The steel having the above chemical composition is melted and refined. Subsequently, billets are produced from the molten steel by a continuous casting method. A slab or bloom may be produced from molten steel, and the billet may be produced by hot working the slab or bloom. The billet is hot-worked to produce a blank tube. Specifically, piercing rolling, stretching rolling, and constant diameter rolling are performed to manufacture a raw pipe.
製造した素管を焼入れする。焼入れは、素管をオーステナイト領域から急冷する熱処理である。焼入れは、熱間加工後の高温の素管を、Ar3点以上の温度からそのまま急冷する、いわゆる直接焼入れであってもよいし、熱間加工度の高温の素管を補熱炉でAc3点以上の温度に均熱してから急冷する、いわゆるインライン焼入れであってもよい。あるいは、一旦冷却した素管をAc3点以上の温度に再加熱してから急冷する、いわゆる再加熱焼入れであってもよい。Quench the manufactured tube. Quenching is a heat treatment in which the base tube is rapidly cooled from the austenite region. Quenching may be so-called direct quenching in which a hot raw tube after hot working is rapidly cooled as it is from a temperature of 3 or more points of Ar. So-called in-line quenching in which the temperature is soaked at three or more points and then rapidly cooled may be used. Alternatively, so-called reheating and quenching may be used, in which the elementary tube once cooled is reheated to a temperature of Ac 3 point or higher and then rapidly cooled.
焼入れした素管を焼戻しする。焼戻しは通常、Ac1点以下の温度で実施する。焼戻しの条件は、降伏強度及び硬度に応じて調整する。焼戻し条件は、下記の焼戻しパラメータTPを用いて管理できる。
TP=(T+273)×(20+log(t))
式中、Tは℃で表した焼戻し温度であり、tは時間で表した焼戻し時間であり、log(t)はtの常用対数である。Temper the quenched pipe. Tempering is usually carried out at a temperature of Ac 1 point or less. The tempering conditions are adjusted according to the yield strength and hardness. Tempering conditions can be managed using the following tempering parameter TP.
TP = (T + 273) × (20 + log (t))
In the formula, T is a tempering temperature expressed in ° C, t is a tempering time expressed in time, and log (t) is a common logarithm of t.
焼戻しパラメータTPが高い条件で焼戻しするほど、降伏強度及び表層の硬度が低くなる。上述のとおり、高強度継目無鋼管は、降伏強度が高く、表層の硬度が低いことが好ましい。必要な特性が得られるように、焼戻しパラメータTPを調整する。 The higher the tempering parameter TP, the lower the yield strength and surface hardness. As described above, the high-strength seamless steel pipe preferably has a high yield strength and a low surface hardness. The tempering parameter TP is adjusted so that necessary characteristics can be obtained.
以上、高強度継目無鋼管の製造方法の一例を説明した。本実施形態による高強度継目無鋼管及びこれを使用したライザーは、溶接性を確保しつつ、高強度と低硬度とを両立することができる。 Heretofore, an example of a method for producing a high-strength seamless steel pipe has been described. The high-strength seamless steel pipe and the riser using the same according to the present embodiment can achieve both high strength and low hardness while ensuring weldability.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.
表1に示す鋼種1〜10の化学組成の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造により丸ビレットを製造した。なお、表1中の「‐」は、該当する元素の含有量が不純物レベルであったことを示す。 Steels having chemical compositions of steel types 1 to 10 shown in Table 1 were melted in a converter and round billets were produced by continuous casting. In Table 1, “-” indicates that the content of the corresponding element was at the impurity level.
鋼種1、鋼種2、及び鋼種10は、本実施形態の好適な条件を満たす鋼である。鋼種3は、C含有量の低い一般的なラインパイプ用鋼材の化学組成から、炭素当量Ceqが鋼種1と同程度になるものを選んだ比較例である。鋼種4は、Nbを含有する一般的なラインパイプ用鋼材の化学組成から、炭素当量Ceqが鋼種1と同程度になるものを選んだ比較例である。鋼種5は、C含有量及び炭素当量Ceqを鋼種1と同程度にし、B含有量を低くした比較例である。鋼種6は、油井用鋼管等に用いられる高炭素当量の鋼材を模擬した比較例である。鋼種7は、Ca含有量を低くした比較例である。鋼種8は、Cu及びNi含有量を低くした比較例である。鋼種9は、Mo含有量を低くした比較例である。
Steel type 1, steel type 2, and steel type 10 are steels that satisfy the preferred conditions of this embodiment. Steel type 3 is a comparative example in which a carbon equivalent Ceq is about the same as steel type 1 from the chemical composition of a general steel product for line pipes with a low C content. Steel type 4 is a comparative example in which a carbon equivalent Ceq is about the same as that of steel type 1 from the chemical composition of a general steel product for line pipes containing Nb. Steel type 5 is a comparative example in which the C content and carbon equivalent Ceq are set to the same level as steel type 1 and the B content is lowered. Steel type 6 is a comparative example simulating a high carbon equivalent steel material used for oil well steel pipes and the like.
製造された丸ビレットを加熱炉で1100〜1300℃に加熱し、穿孔機によって穿孔圧延した。さらに、マンドレルミルによって延伸圧延し、サイザによって定径圧延して、表2に示す外径(OD)及び肉厚(WT)の継目無鋼管を製造した。各継目無鋼管を、表2に示す条件で焼入れ及び焼戻しを実施し、ItemA〜Lの継目無鋼管を製造した。 The manufactured round billet was heated to 1100 to 1300 ° C. in a heating furnace, and pierced and rolled by a piercing machine. Further, the steel pipe was drawn and rolled by a mandrel mill and fixed diameter rolled by a sizer to produce a seamless steel pipe having an outer diameter (OD) and a wall thickness (WT) shown in Table 2. Each seamless steel pipe was quenched and tempered under the conditions shown in Table 2 to produce Item A to L seamless steel pipes.
[硬度測定]
焼戻し後の各継目無鋼管から硬度測定用試験片を採取し、JIS Z 2244に準拠して硬度を測定した。鋼管の内面から1mmの位置の硬度、及び鋼管の外面から1mmの位置の硬度の高い方を、表2の「表層」の欄に示す。また、肉厚中央で測定した4点の平均硬度を、表2の「肉中」の欄に示す。「表層」の値と「肉中」の値の差を、表2の「差」の欄に示す。[Hardness measurement]
A test piece for hardness measurement was taken from each seamless steel pipe after tempering, and the hardness was measured in accordance with JIS Z 2244. The higher hardness at the position of 1 mm from the inner surface of the steel pipe and the higher hardness at the position of 1 mm from the outer surface of the steel pipe are shown in the “surface layer” column of Table 2. In addition, the average hardness at four points measured at the center of the thickness is shown in the column “in the meat” of Table 2. The difference between the “surface” value and the “meat” value is shown in the “Difference” column of Table 2.
[引張試験]
焼戻し後の各継目無鋼管から、ASTM E8/E8Mに規定された弧状試験片(幅38.1mm、標点距離50.8mm)を、試験片の長辺が鋼管の長手方向(L方向)に平行になるように採取した。採取した試験片を用いて、引張試験を常温(25℃)の大気中で実施し、降伏応力及び引張強度を求めた。降伏応力は、0.5%全伸び法によって求めた。降伏応力を表2の「YS」の欄に、引張強度を「TS」の欄に、それぞれ示す。[Tensile test]
From each seamless steel pipe after tempering, arc test pieces (width 38.1 mm, gauge distance 50.8 mm) specified in ASTM E8 / E8M, with the long sides of the test pieces in the longitudinal direction (L direction) of the steel pipe Collected in parallel. Using the collected specimens, a tensile test was carried out in the air at room temperature (25 ° C.) to determine yield stress and tensile strength. Yield stress was determined by the 0.5% total elongation method. The yield stress is shown in the “YS” column of Table 2, and the tensile strength is shown in the “TS” column of Table 2.
[HIC試験]
焼戻し後の各継目無鋼管から、内面を含む試験片、肉厚中央を含む試験片、及び外面を含む試験片を採取した。各試験片は、厚さ30mm、幅(円周方向)20mm、長さ100mmであった。NACE TM0284−2003にしたがって、各試験片の耐HIC性を評価した。試験浴は、1atmの硫化水素ガスを飽和させた常温の5%食塩+0.5%酢酸水溶液であった。浸漬してから96時間経過後、各試験片を長手方向に3等分に切断し、割れの有無を目視で確認した。さらに、鋼管の内面を含む試験片に対し、超音波探傷によって割れの有無を確認した。[HIC test]
From each seamless steel pipe after tempering, a test piece including the inner surface, a test piece including the wall thickness center, and a test piece including the outer surface were collected. Each test piece had a thickness of 30 mm, a width (circumferential direction) of 20 mm, and a length of 100 mm. According to NACE TM0284-2003, the HIC resistance of each test piece was evaluated. The test bath was a room temperature 5% salt + 0.5% acetic acid aqueous solution saturated with 1 atm hydrogen sulfide gas. After 96 hours from the immersion, each test piece was cut into three equal parts in the longitudinal direction, and the presence or absence of cracks was visually confirmed. Furthermore, the presence or absence of a crack was confirmed with respect to the test piece including the inner surface of the steel pipe by ultrasonic flaw detection.
結果を表2の「HIC」欄に示す。「HIC」欄の「No HIC」は、割れが確認されなかったことを示す。「HIC」は、割れが確認されたことを示す。 The results are shown in the “HIC” column of Table 2. “No HIC” in the “HIC” column indicates that no crack was confirmed. “HIC” indicates that a crack was confirmed.
[SSC試験]
焼戻し後の各継目無鋼管から、内面を含む試験片、肉厚中央を含む試験片、及び外面を含む試験片を採取した。各試験片は、厚さ2mm、幅(円周方向)20mm、長さ100mmであった。これらの試験片を、上述したHIC試験と同じNACE試験浴に、降伏強度の90%の応力を負荷した状態で720時間浸漬した。浸漬後の試験片の割れの有無を調査した。[SSC test]
From each seamless steel pipe after tempering, a test piece including the inner surface, a test piece including the wall thickness center, and a test piece including the outer surface were collected. Each test piece had a thickness of 2 mm, a width (circumferential direction) of 20 mm, and a length of 100 mm. These test pieces were immersed in the same NACE test bath as the HIC test described above for 720 hours in a state where a stress of 90% of the yield strength was applied. The presence or absence of the crack of the test piece after immersion was investigated.
結果を表2の「SSC」欄に示す。「SSC」欄の「No SSC」は、いずれの試験片においても割れが確認されなかったことを示す。「SSC」は、いずれかの試験片において割れが確認されたことを示す。 The results are shown in the “SSC” column of Table 2. “No SSC” in the “SSC” column indicates that no crack was observed in any of the test pieces. “SSC” indicates that a crack was confirmed in any of the test pieces.
[溶接性]
焼戻し後の各継目無鋼管を用いて円周溶接継手を作製し、HAZ硬さ試験を実施した。開先形状は5°狭開先、溶接プロセスはGMAW(ガスメタルアーク溶接)とし、溶接条件として、溶接時の入熱量は1.0kJ/mm、予熱/層間温度は200〜250℃、シールドガスはダイアルゴン(80体積%Ar+20体積%CO2)とした。[Weldability]
A circumferential welded joint was prepared using each seamless steel pipe after tempering, and a HAZ hardness test was performed. The groove shape is 5 ° narrow groove, the welding process is GMAW (gas metal arc welding), and the welding conditions are heat input at welding of 1.0 kJ / mm, preheating / interlayer temperature of 200-250 ° C, shielding gas It was dialed Gon (80 vol% Ar + 20 vol% CO 2).
図1は、HAZ硬さの測定位置を模式的に示す図である。円周溶接継手を、管軸方向と平行に切断した。溶融線(FL)から0.3mm離れた位置において、鋼管の内面から1.5mmの位置を起点に、肉厚方向外面に向かって、1.0mm間隔で硬さを7点測定した。測定点中の最高硬さを、最高HAZ硬さとした。結果を表2の「最高HAZ硬さ」の欄に示す。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a measurement position of HAZ hardness. The circumferential weld joint was cut in parallel with the pipe axis direction. At a position 0.3 mm away from the melting line (FL), 7 points of hardness were measured at intervals of 1.0 mm from the position of 1.5 mm from the inner surface of the steel pipe toward the outer surface in the thickness direction. The highest hardness in the measurement point was the highest HAZ hardness. The results are shown in the column of “maximum HAZ hardness” in Table 2.
[靱性]
製造した鋼管の靱性を、シャルピー衝撃試験によって確認した。鋼管の肉厚中央部付近から、試験片の長辺が鋼管の長手方向(L方向)と平行になるように断面10×10mm(ノッチ部では10×8mm)の2mmVノッチ試験片を採取し、−40℃にて試験を実施した。結果を表2の「吸収エネルギー」の欄に示す。このシャルピー衝撃試験において、100Jを越える吸収エネルギーを示した材料は高靱性であると判定した。[Toughness]
The toughness of the manufactured steel pipe was confirmed by a Charpy impact test. A 2 mm V notch test piece having a cross section of 10 × 10 mm (10 × 8 mm in the notch portion) is taken from the vicinity of the thickness center of the steel pipe so that the long side of the test piece is parallel to the longitudinal direction (L direction) of the steel pipe, The test was performed at -40 ° C. The results are shown in the “absorbed energy” column of Table 2. In this Charpy impact test, a material that showed an absorbed energy exceeding 100 J was determined to have high toughness.
[試験結果]
表2に示すように、本実施形態の好適な条件を満たす鋼種1、鋼種2、及び鋼種10からそれぞれ製造したItemA、ItemB、及びItemLは、降伏強度が555MPa以上、引張強度が625MPa以上であり、かつ表層の硬度が250Hv以下であった。ItemA、ItemB、及びItemLではさらに、同一断面における硬度のばらつき(表層の硬度と内厚中央の硬度との差)が15Hv以下であった。さらに、ItemA、ItemB、及びItemLでは、最高HAZ硬さが250Hv以下であった。またシャルピー衝撃試験においても100Jを越える吸収エネルギーであり高靱性であった。[Test results]
As shown in Table 2, Item A, Item B, and Item L manufactured from Steel Type 1, Steel Type 2, and Steel Type 10 that satisfy the preferred conditions of this embodiment have a yield strength of 555 MPa or more and a tensile strength of 625 MPa or more. And the hardness of the surface layer was 250 Hv or less. In Item A, Item B, and Item L, the variation in hardness in the same cross section (difference between the hardness of the surface layer and the hardness at the center of the inner thickness) was 15 Hv or less. Further, in Item A, Item B, and Item L, the maximum HAZ hardness was 250 Hv or less. Also in the Charpy impact test, the absorbed energy exceeded 100 J and the toughness was high.
鋼種3から製造したItemCは、降伏強度及び引張強度がX80グレードの規定を満たさなかった。また、同じ鋼種3から焼戻し条件を変えて製造したItemDは、X80グレードの規定は満たしたものの、表層の硬度が250Hvを超えた。そのため、ItemDではSSC試験で割れが確認された。 Item C manufactured from steel type 3 did not satisfy the requirements of the X80 grade in yield strength and tensile strength. In addition, Item D manufactured by changing the tempering conditions from the same steel type 3 satisfied the specification of the X80 grade, but the hardness of the surface layer exceeded 250 Hv. Therefore, Item D confirmed cracks in the SSC test.
鋼種4から製造したItemEは、降伏強度及び引張強度がX80グレードの規定を満たし、かつ表層の硬度も250Hv以下であった。しかし、同一断面の硬度のばらつきは15Hvよりも大きかった。ItemEの降伏強度及び引張強度はX80グレードの下限に近く、表層の硬度はISO15156の規定の上限に近い。そのため、操業条件の変動によってこれらの規定を満たさなくなる可能性がある。同じ鋼種4から焼戻し条件を変えて製造したItemFは、表層の硬度が250Hvを超えた。そのため、ItemFではSSC試験で割れが確認された。 Item E produced from steel type 4 had a yield strength and a tensile strength satisfying the specifications of the X80 grade, and the hardness of the surface layer was 250 Hv or less. However, the variation in hardness of the same cross section was greater than 15 Hv. The yield strength and tensile strength of Item E are close to the lower limit of the X80 grade, and the hardness of the surface layer is close to the upper limit specified in ISO 15156. Therefore, these regulations may not be met due to fluctuations in operating conditions. Item F manufactured by changing the tempering conditions from the same steel type 4 has a surface hardness exceeding 250 Hv. Therefore, in Item F, cracks were confirmed in the SSC test.
鋼種5から製造したItemGは、降伏強度がX80グレードの規定を満たさなかった。 Item G manufactured from steel type 5 did not satisfy the definition of the X80 grade in yield strength.
鋼種6から製造したItemHは、降伏強度及び引張強度がX80グレードの規定を満たし、かつ表層の硬度も250Hv以下であった。しかし、最高HAZ硬さは260Hvを超える高い値を示した。また、シャルピー衝撃試験において100Jを下回る吸収エネルギーであった。 Item H produced from steel type 6 had a yield strength and a tensile strength satisfying the rules of the X80 grade, and the hardness of the surface layer was 250 Hv or less. However, the maximum HAZ hardness showed a high value exceeding 260 Hv. Further, the absorbed energy was less than 100 J in the Charpy impact test.
鋼種7から製造したItemIは、降伏強度及び引張強度がX80グレードの規定を満たし、かつ表層の高度も250Hv以下であった。しかし、HIC試験で割れが発生し、また、シャルピー衝撃試験において100Jを下回る吸収エネルギーであった。
Item I produced from
鋼種8から製造したItemJは、表層の硬度が250Hvを超えた。そのため、ItemJではSSC試験で割れが確認された。 ItemJ manufactured from steel type 8 has a surface layer hardness exceeding 250 Hv. Therefore, ItemJ confirmed cracks in the SSC test.
鋼種9から製造したItemKは、降伏強度がX80グレードの規定を満たさなかった。 ItemK manufactured from steel type 9 did not satisfy the definition of the X80 grade in yield strength.
[強度−硬度バランス試験]
鋼種1〜10のそれぞれについて、焼戻し条件を変えながら継目無鋼管を製造し、降伏強度、引張強度、表層の硬度を測定した。測定値から、焼戻しパラメータTPとこれらの特性との関係を回帰分析によって求めた。そして、降伏強度が555MPa以上、引張強度が625MPa以上、表層の硬度が250Hv以下という3つの条件をすべて満たすTPの範囲(許容TP幅)を求めた。[Strength-hardness balance test]
For each of steel types 1 to 10, seamless steel pipes were produced while changing the tempering conditions, and the yield strength, tensile strength, and surface hardness were measured. From the measured values, the relationship between the tempering parameter TP and these characteristics was determined by regression analysis. Then, a TP range (allowable TP width) satisfying all the three conditions of yield strength of 555 MPa or more, tensile strength of 625 MPa or more, and surface layer hardness of 250 Hv or less was determined.
許容TP幅は、より具体的には、表層の硬度が250Hv以下になる最小のTPをTPMINとし、降伏強度が555MPa以上になる最大のTP、及び引張強度が625MPa以上になる最大のTPの小さい方をTPMAXとして、下記の式で定義される。
許容TP幅=TPMAX−TPMIN More specifically, the allowable TP width is defined as the minimum TP at which the hardness of the surface layer is 250 Hv or less as TP MIN , the maximum TP at which the yield strength is 555 MPa or more, and the maximum TP at which the tensile strength is 625 MPa or more. The smaller one is defined as TP MAX and is defined by the following equation.
Allowable TP width = TP MAX -TP MIN
許容TP幅が広ければ、操業条件が多少変動しても、X80グレードの強度と、250Hv以下の硬度とを両立できる。そのため、上記の性能を有する高強度継目無鋼管を工業的に安定して生産することができる。許容TP幅は、好ましくは200以上、さらに好ましくは300以上、さらに好ましくは400以上である。 If the allowable TP width is wide, the strength of the X80 grade and the hardness of 250 Hv or less can be achieved even if the operating conditions vary somewhat. Therefore, a high-strength seamless steel pipe having the above performance can be produced industrially stably. The allowable TP width is preferably 200 or more, more preferably 300 or more, and still more preferably 400 or more.
結果を図2〜図11、及び表2の「許容TP幅」の欄に示す。図2は、鋼種1における、焼戻しパラメータTPと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。同様に、図3〜図11はそれぞれ、鋼種2〜10における、焼戻しパラメータTPと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。 The results are shown in FIG. 2 to FIG. 11 and the column “Allowable TP width” in Table 2. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the tempering parameter TP, the yield strength, the tensile strength, and the hardness of the surface layer in the steel type 1. Similarly, FIGS. 3 to 11 are diagrams showing the relationship between the tempering parameter TP, the yield strength, the tensile strength, and the hardness of the surface layer in the steel types 2 to 10, respectively.
図2〜図11、及び表2に示すように、本実施形態の規定する好適な条件を満たす鋼種1、鋼種2、及び鋼種10は、鋼種3〜9と比較して、許容TP幅が広かった。そのため、操業条件が多少変動しても、X80グレードの強度と、250Hv以下の硬度とを両立することができる。したがって、鋼種1、鋼種2、及び鋼種10は、上記の性能を有する高強度継目無鋼管を工業的に安定して生産することができる。 As shown in FIGS. 2 to 11 and Table 2, Steel Type 1, Steel Type 2, and Steel Type 10 that satisfy the preferable conditions defined in this embodiment have a wider allowable TP width than Steel Types 3-9. It was. Therefore, even if the operating conditions fluctuate somewhat, it is possible to achieve both the strength of the X80 grade and the hardness of 250 Hv or less. Therefore, steel type 1, steel type 2, and steel type 10 can industrially stably produce a high-strength seamless steel pipe having the above performance.
以上、本発明の実施の形態を説明した。上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。 The embodiment of the present invention has been described above. The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.
Claims (5)
C :0.10〜0.18%、
Si:0.03〜1.0%、
Mn:0.5〜2.0%、
P :0.020%以下、
S :0.0080%以下、
Cr:0.10〜0.60%、
Mo:0.10〜0.40%、
V :0.02〜0.40%、
Ti:0.004〜0.020%、
B :0.0005〜0.005%、
Al:0.10%以下、
N :0.008%以下、
Ca:0.0004〜0.0040%、
Cu:0.1〜1.0%、
Ni:0.2〜1.0%、
Nb:0〜0.05%、
残部:Fe及び不純物であり、
下記の式(1)を満たす、高強度継目無鋼管。
C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B≦0.28 式(1)
式(1)の元素記号には、質量%で、対応する元素の含有量が代入される。Chemical composition is mass%,
C: 0.10 to 0.18%,
Si: 0.03-1.0%,
Mn: 0.5 to 2.0%
P: 0.020% or less,
S: 0.0080% or less,
Cr: 0.10 to 0.60%,
Mo: 0.10 to 0.40%,
V: 0.02 to 0.40%,
Ti: 0.004 to 0.020%,
B: 0.0005 to 0.005%,
Al: 0.10% or less,
N: 0.008% or less,
Ca: 0.0004 to 0.0040%,
Cu: 0.1 to 1.0%
Ni: 0.2-1.0%
Nb: 0 to 0.05%,
Balance: Fe and impurities,
A high-strength seamless steel pipe that satisfies the following formula (1).
C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) /20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B≦0.28 Formula (1)
In the element symbol of the formula (1), the content of the corresponding element is substituted by mass%.
前記化学組成が、質量%で、
Nb:0.005〜0.05%、
を含有する、高強度継目無鋼管。The high-strength seamless steel pipe according to claim 1,
The chemical composition is mass%,
Nb: 0.005 to 0.05%,
High strength seamless steel pipe containing
30mm以上の肉厚を有し、
555MPa以上の降伏強度と、625MPa以上の引張強度とを有し、
表層の硬度が250Hv以下である、高強度継目無鋼管。The high-strength seamless steel pipe according to claim 1 or 2,
Having a wall thickness of 30 mm or more,
Having a yield strength of 555 MPa or more and a tensile strength of 625 MPa or more;
A high-strength seamless steel pipe having a surface layer hardness of 250 Hv or less.
管軸方向に垂直な断面における硬度ばらつきが15Hv以下である、高強度継目無鋼管。The high-strength seamless steel pipe according to any one of claims 1 to 3,
A high-strength seamless steel pipe having a hardness variation of 15 Hv or less in a cross section perpendicular to the pipe axis direction.
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