JPH01150453A - 低温靭性の優れた大径鋼管の製造方法 - Google Patents

低温靭性の優れた大径鋼管の製造方法

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JPH01150453A
JPH01150453A JP30853487A JP30853487A JPH01150453A JP H01150453 A JPH01150453 A JP H01150453A JP 30853487 A JP30853487 A JP 30853487A JP 30853487 A JP30853487 A JP 30853487A JP H01150453 A JPH01150453 A JP H01150453A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は小人熱溶接から大入熱溶接に至るまで熱影響部
(HAZ)の低温靭性が優れた大径鋼管の製造法に関す
るものである。〔鉄鋼業においてはUOE、スパイラル
、ケージ鋼管に適用することが最も望ましい。この製造
法で製造された大径鋼管は天然ガス、原油輸送用大径ラ
インパイプ等に用いることができる。〕 (従来の技術) 低合金鋼のHA Z靭性は、(1)結晶粒のサイズ、く
2)高炭素島状マルテンサイト(M )、上部ベイナイ
I−(Bu)などの硬化相の分散状態、(3)粒界脆化
の有無、(4)元素のミクロ偏析など種々の冶金学的要
因に支配される。
なかでもHAZの結晶粒のサイズは低温靭性に大きな影
響を与えることが知られており、HAZ組織を微細化す
る数多く技術が開発実用化されている。
特開昭61−79745号公報によればTi酸化物(主
としてTi、O,)を微細分+1&させた鋼は、溶融線
近傍でもHAZ&tl織を小さくすることができ、優れ
た低温靭性が得られることが開示されている。
また、Ti酸化物を微細分散させる方法として特開昭6
1−229461号公報には凝固時の冷却速度20〜b されている。しかしながら実際に連続鋳造法によって鋳
片を製造する場合、幅方向、厚み方向を含めた鋳片全体
にわたり冷却速度を制御することは非常に困難である。
冷却速度の遅くなる鋳片中心部は、Ti酸化物が粗大化
する傾向にあり、その個数も著しく減少するため、HA
Zの組織が十分に微細化されずHAZの靭性劣化は避け
られない。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は低温靭性の優れた大径鋼管を安価に製造するた
めの製造法を提案するもので、本発明法で製造した大径
鋼管は、溶融線近傍を含めたHAZ全域で組織が微細化
し、優れた低温靭性を存する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の要旨は、C:0.005〜0.15%、Si:
o、5%以下、Mn : 0.5〜2.2%、P:0.
02%以下、S:0.005%以下、Ap : 0.0
05%以下、Nb:0.01〜0.1%、Ti:0.0
05〜0.03%、N:0.OO1〜0.005%、0
:0.0015〜0.006%を基本成分とし、必要に
応じてV : 0.01〜0.1%、N i : 0.
05〜1.0%、Cu  :  0.05 〜1.0%
、 Cr  :  0.05 〜0.5%、Mo:Q、
Q5 〜0.4%、 B:O,0O05〜 0.003
 %、 Ca  :  0.00 1 〜0.00 5
  %、 REM:0.01〜0.05%の一種または
二種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物から
なる溶鋼から連続鋳造法によって鋳片を製造するに際し
、鋳片短片側の2次冷却水を水量密度350〜8401
!/Mとし、Tiを含有する酸化物を50〜500個/
l−2含有する鋳片を製造し、引き続いて加熱・圧延を
行ない、その後鋼板エツジ部を突き合わせ溶接すること
を特徴とする低温靭性の優れた大径鋼管の製造方法であ
る。
以下本発明について説明する。
Ti酸化物(主としてT i ! 03 )はγ粒の粗
大化抑制能力は小さいが、γ−α変態時にγ粒内に存在
するTi、03を主成分として、放射状に微細なアシキ
ュラーフェライト(AF)が生成し、HAZ組織を著し
く微細化する。
Ti2O3は溶融線近傍の1400℃以上に加熱される
領域(粗粒域)でも安定であり、この領域でも組織の微
細化に効果を発揮する。またTi5O,Nのバランスが
適正であると微細なTiNも生成し、これは1350℃
以下に加熱された領域(亜粗粒域)の1粒の粗大化を抑
制して、HA Z3■織を微細化する。この結果、HA
ZMiHliは全域にわたって微細化し、極めて優れた
低温靭性が得られる。
鋼中にT iz Oa 、T iNを微細分散させるた
めには、■Ti、O1およびNlの適正化、■溶鋼から
連続鋳造法によって鋳片を製造する際の液相線〜固相線
間の冷却速度の適正化が必要である。
以下にこの点について説明する。
まずTi、O1N量を、それぞれTi:Q、QQ5〜0
.03%、O:0.0015〜0.006%、N:0.
001〜0.005%に限定した。Ti、O1N量の下
限はT iz 03 、T I Nを生成するための必
要最小量である。Tiの上限はTiCの生成による低温
靭性の劣化を防止するためであり、0の上限は非金属介
在物の生成による鋼の清浄度、靭性の劣化を防止するた
めである。またNfiFの上限は、固溶NによるHAZ
靭性の劣化を防止するために0.005%とした。
しかし単に個々の元素量を限定するだけでは微細なTj
gOs、TiNの両折出物を同時に安定して得ることが
できないので、Ti、01Nffiのバランスを−o、
oio%≦(Ti)−2(0)−3,4(N)≦+0.
015%にすることが望ましい。
つぎにTi、O,を鋼中に微細分散させるためには、溶
鋼から連続鋳造法によって鋳片を製造する際に、凝固6
速を規定しかつ制御することが重要であるが、鋳片全体
にわたり凝固6速を規定しかつ制御することは実際上非
常に困難である。
さらに、大径鋼管を製造する場合、通常鋼板エツジ部を
突合せ溶接することを考えると、必ずしも鋳片全体の凝
固6速を規定する必要がない。
この点に関して本発明者らの研究の結果、連続鋳造時の
鋳片短片側の2次冷却の水量の適正化をはかることによ
って、鋳片の短片側エツジ部だけ凝固時の6速を制御で
き、その後エツジ部を突合せ溶接する新しい大径鋼管の
製造法を発明した。
鋳片短片側の2次冷却を水量密度を、350〜840 
ff/rrrとすることによってTiを含有する酸化物
を50〜500個/ it ”含有させることができる
。この結果、鋼板エツジ部を突合せ溶接した場合に極め
て優れたHAZ靭性が得られる。
鋳片短片側の2次冷却の水量密度を、350〜840β
/Mと限定した理由は、2次冷却の水量密度が350 
e/rd未満となると、鋳片短片側のTi酸化物の個数
が減少しHAZ靭性が劣化するためである。また2次冷
却の水量密度が840β/M以上となると鋳片に表面疵
が発生ずるためである。
鋳片を圧延した後、鋼板エツジ部を突合せ溶接する際、
開先加工するための最大量は、鋳片短片側のJ7み50
m1に相当するので、鋳片短片側の2次冷却帯は凝固J
!X 50 龍以内の範囲で十分である。
本発明でのTt含有酸化物の個数は、1000倍の光学
顕微鏡で観察される0、1μm以上のTt含有酸化物を
指す。鋳片エツジ部に微細なTi酸化物を50〜500
個/ NX ”分散させた後、この鋳片を加熱・圧延し
た鋼板のエツジ部同士を突き合せ溶接した大径鋼管は、
溶融線近傍でもHAZ組織が微細化され、優れた低温靭
性を有する。
また、たとえT it Ox 、T i Nが鋼中に微
細分散していても基本成分が適当でないと優れたHAZ
靭性は得られない。
以下、この点について説明する。
Cの下限0.005%は母材および溶接部の強度の確保
ならびにNb、Vなどの添加時に、これらの効果を発揮
させるための最小量である。しかしC量が多すぎると、
母材、溶接部の低温靭性に悪影響を及ぼすだけでなく、
溶接性、HAZ靭性も劣化させる元素であるため、その
上限を0.15%に限定した。
Stは脱酸上鋼に含まれる元素であるが、溶接性、HA
Z靭性を劣化させる元素であるため上限を0.5%とし
た。
Mnは強度靭性を確保する上で不可欠な元素であり、そ
の下限は0.6%である。しかしMnが多すぎると綱の
焼入れ性が増加して溶接性、HAZ靭性を劣化させるの
で上限を2.5%とした。
本発明鋼において不純物であるP、Sをそれぞれ0.0
2%以下、0.005%以下とした理由は、母材、HA
Zの低温靭性をより一層向上させるためである。 P!
iの低減は、接合部における粒界破壊傾向を減少させ、
Slの低減は、粒界フェライトの生成を抑制する傾向が
ある。最も好ましいP1S量は、それぞれ0.01%、
0.002Q%以下である。
A6は一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、本発明
では好ましくない元素であり、その上限を0.005%
とした。これはAlが鋼中に含まれているとOと結合し
てTizOsができないためである。脱酸はTiだけで
も可能であり、本発明においてAl量は少ないほど良く
、0.002%以下が望ましい。
Nbは本発明鋼において重要な必須元素であり、貰強度
鋼においてはNbを添加することなく優れた接合部の靭
性を得ることは困難である。Nbはγ粒界に生成するフ
ェライトを抑制し、Ti、0、を主成分とする微細なA
Fの生成を促進する働きがある。この効果を得るために
は最低0.01%のNbiが必要である。しかしながら
Nbiが多すぎると、逆に微細なAFの生成を妨げるの
でその上限を0.1%とした。
つぎに■、Ni、、Cub Cr、、Mo、B、Ca。
REMを添加する理由について説明する。
基本成分にさらに、これらの元素を添加する主たる目的
は、本発明鋼の特徴を損なうことなく、強度、靭性など
特性の向上をはかるためである。
したがって、その添加量は自ら制限されるべき性質のも
のである。
■はNbとほぼ同じ効果を持つ元素であるが、0.01
%以下では効果が少なく、上限は0.06%まで許容で
きる。
Niは溶接性、接合部靭性に悪影響をおよぼすことなく
、母材の強度、靭性を向上させるが、1.0%を超える
と溶接性に好ましくないため上限を2.0%とした。
CuはNtとほぼ同様の効果とともに耐食性、耐水素誘
起割れ性などにも効果があるが、1.0%を超えると熱
間圧延時にCu−クランクが発生し、製造困難となる。
このため上限を1.0%とした。
Crは母材、溶接部の強度を高めるが、多すぎると溶接
性や接合部靭性を劣化させる。その上限は0.5%であ
る。
Moは母材の強度、靭性をともに向上させる元素である
が、多すぎるとCrと同様に母材、接合部の靭性、溶接
性の劣化を招き好ましくない。その上限は0.4%であ
る。
なおN i SCu SCr SM oの添加量の下限
は、材質上での効果が得られるための最小量とすべきで
、いずれも0.05%である。
Bは鋼の焼入れ性を増大させ強度を増加させる元素であ
る。接合部のγ粒界に偏析した固溶Bはフェライトの生
成を抑制し、TizOsからの微細なAFの生成を助け
る。またNと結合したBNはフェライト発生核としての
作用をもちHAZ組織を微細化する。
このようなりの効果を得るためには、最低0.0005
%のBfiが必要である。しかしBiが多すぎるとF 
ezz (CB)bなどの粗大な析出物がT粒界に析出
して低温靭性を劣化させる。このためB量の上限を0.
003%に制限する必要がある。
Ca、REMは硫化物(M n S )の形態を制御し
、低温靭性を向上(シャルピー吸収工矛ルギーを増加)
させるほか、耐水素誘起割れ性の改善にも効果を発揮す
る。しかしCaff1O,001%以下では実用上効果
がなく、また0、005%を超えて添加するとCa O
% Ca Sが多量に生成して大型介在物となり、鋼の
靭性のみならず清浄度も害し、また溶接性にも悪影響を
与える。このため添加量の範囲を0.001〜0.00
5%に制限した。
REMについてもCaと同様の効果をもち、その適正範
囲は0.001〜0.005%である。
さて、本発明における鋳片再加熱後の圧延方法としては
、いわゆる普通圧延あるいは加工熱処理が挙げられる。
加工熱処理の方法としては、1)制御圧延、2)制御圧
延−加速冷却、3)圧延直接焼入れ一焼戻しなどがある
最も好ましいのは制御圧延と加速冷却の組合せである。
なお、製造後脱水素などの目的でAc1変態点以下の温
度に再加熱しても本発明の特徴をt員なうものではない
また造管時の溶接方法としてはサブマージアーク溶接、
フラッシュバント溶接、電子ビーム溶接等が挙げられ、
いずれの溶接方法で溶接を行なっても、本発明の特徴を
損なうものではない。
(実施例) 転炉一連′tE鋳造−厚板−造管工程において種々の成
分の鋼板から大径鋼管を製造し、溶接部のHAZ靭性を
調査した。
なおHA Z部の靭性は板厚1/2tから採取したシャ
ルピー試験片を用いた。
表1に実施例を示す。
本発明法で製造した大径鋼管は全て良好な母材特性およ
びHAZ靭性を有するのに対して、本発明法によらない
比較鋼はHA Z靭性が劣り、厳しい環境下で使用され
る鋼板として適切でない。
比較網においてWJ8および綱9はAl量が多すぎるた
めに、Tiを含有する酸化物の個数が少なく HA Z
の組織が微細化されず、HAZ靭性が悪い。鋼10、t
liilllおよび鋼12は鋳片短片側の2次冷却水の
水量密度が小さいために、凝固6速か遅く、溶接部での
Tiを含有する酸化物の個数が少ないため、HA Zの
組織が微細化されずHAZ靭性が悪い、#13は鋳片短
片側の2次冷却水の水量密度が大きいために、鋳片に表
面疵ができて大径鋼管として使用できない。
(以下余白、次頁へつづく) (発明の効果) 本発明により溶接部の低温靭性が優れた大径鋼管を、安
価に製造することが可能となり、極寒地などの厳しい環
境下で使用されるラインパイプの安全性を、大きく向上
させることができた。
代理人 弁理士 茶 野 木 立 夫

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で C:0.005〜0.15%、 Si:0.5%以下、 Mn:0.5%〜2.2%、 P:0.02%以下、 S:0.005%以下、 Al:0.005%以下、 Nb:0.01〜0.1%、 Ti:0.005〜0.03%、 N:0.001〜0.005%、 0:0.0015〜0.006%、 を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる溶鋼
    から連続鋳造法によって鋳片を製造するに際し、鋳片短
    片側の2次冷却水を水量密度350〜840l/m^2
    とし、Tiを含有する酸化物を50〜500個/mm^
    2含有する鋳片を製造し、引き続いて加熱・圧延を行な
    い、その後鋼板エッジ部を突き合わせ溶接することを特
    徴とする低温靭性の優れた大径鋼管の製造方法。
  2. (2)重量%で C:0.005〜0.15%、 Si:0.5%以下、 Mn:0.5%〜2.2%、 P:0.02%以下、 S:0.005%以下、 Al:0.005%以下、 Nb:0.01〜0.1%、 Ti:0.005〜0.03%、 N:0.001〜0.005%、 O:0.0015〜0.006%、 に必要に応じて V:0.01〜0.1%、 Ni:0.05〜1.0%、 Cu:0.05〜1.0%、 Cr:0.05〜0.5%、 Mo:0.05〜0.4%、 B:0.0005〜0.003%、 Ca:0.001〜0.005%、 REM:0.01〜0.05%、 の一種または二種以上を含有し、残部が鉄および不可避
    的不純物からなる溶鋼から連続鋳造法によって鋳片を製
    造するに際し、鋳片短片側の2次冷却水を水量密度35
    .0〜840l/m^2とし、Tiを含有する酸化物を
    50〜500個/mm^2含有する鋳片を製造し、引き
    続いて加熱・圧延を行ない、その後鋼板エッジ部を突き
    合わせ溶接することを特徴とする低温靭性の優れた大径
    鋼管の製造方法。
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