JPH0364414A - 耐hic特性に優れた高張力高靭性鋼板の製造方法 - Google Patents

耐hic特性に優れた高張力高靭性鋼板の製造方法

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JPH0364414A
JPH0364414A JP19878789A JP19878789A JPH0364414A JP H0364414 A JPH0364414 A JP H0364414A JP 19878789 A JP19878789 A JP 19878789A JP 19878789 A JP19878789 A JP 19878789A JP H0364414 A JPH0364414 A JP H0364414A
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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] この発明は、耐HI C特性に優れた高張力高靭性鋼板
の製造方法に関するものである。
[従来の技術] 石油あるいはガス輸送ラインパイプに用いられる鋼板に
対して要求される性能は、その敷設環境により異なって
いる。
輸送ガス中の硫化水素濃度の高い環境では、耐水素割れ
性および耐硫化物応力腐食割れ性の高い鋼材が要求され
ている。耐1−I T C(耐水素右機制れ)特性の向
上のためには、HI Cの発生点となるM n Sの形
態制御にCa、REM等が添加されている。また、HI
 Cの伝播を防ぐため、低温変態生成物の制御および偏
析の低減、添加元素(C。
Mn、P)  の制限、加速冷却(急冷)により均一な
組織を得ること等の方法が従来から用いられている(特
開昭57−85928号公報、特開昭57−161.8
4号公報)。このとき、圧延および加速冷却条件として
は、α+γ二相領域での圧延後の加速冷却においては、
組織の不均一あるいは硬化相を現出させるため、圧延終
了温度をAF。
点点」二の温度が好ましいとされている(特開111”
?54− ]1−8325 )。
また、低温環境で使用される鋼材には飾性破壊防止のた
め、良好なりWTT特性が要求されている。良好なりW
TT特性を得る方法としては、α+γ二相領域での圧延
を行なうことにより、加工フェライ1−の伸長ならびに
衝撃破面のセパレーションを発生させ遷移温度の低下を
図る場合が多い(特開昭55〜115924.)。
一方、ラインパイプ材の強度は、輸送効率の」二昇、使
用鋼材量低減等のため、年々高強度化している。このよ
うな高強度材の製造らは、制御圧延および加速冷却を利
用した’r M CPにより製造されている。加速冷却
方法としては、Ar、点点上の温度で圧延を終了させた
後に、550〜650℃まで5〜20 ’C/seeの
冷却速度で冷却する方法(特開昭54−2191.7号
公報)および500℃以下の温度まで2〜25℃/se
eの冷却速度で冷却する方法(特開昭58−1.207
27号公報)等が開示されている。
[発明が解決しようとする課題] このように、ラインパイプ用の鋼板に要求される性能が
単一の場合には、上述した方法によってその要求性能を
満足させることは可能である。しかしなから、近年、低
温で且つ硫化水素濃度の高い環境で使用される、高強度
で1つ低い降伏比を有する鋼の要求が高まるにつれて、
従来の解決方法では、この要求を満足できなくなりつつ
ある。
即ち、ラインパイプ用の鋼板を製造する場合において、
γ領域での圧延は耐I−T T C特性を改善するがD
 W T T特性の劣化をまねき、一方、逆にα+γ領
域での圧延はDW、TT特性を向上させるが耐HI C
特性の劣化および降伏比の」二昇をまねく。
従って、上記2つの特性を同時に満足させることは従来
方法では非常に困難であった。
さらに、加速冷却方法においても、−上述の要求から、
炭素添加量を低減させ、Mn等の添加によって強度の上
昇を図った鋼においては、圧延終了後に起こる変態終了
温度が加速冷却停止温度以下となる場合がある。このよ
うも・場合、加速冷却停止後の放冷時にフエライ1ヘー
パーライト変態が起こり、目的とする均一な組織が得ら
れない場合がある。また、この組織の降伏比は高いもの
となる。
さらに、加速冷却停止温度の低下は、鋼穐によっては、
高強度が得られるものの著しい靭性の劣化をまねく場合
がある。
従って、この発明の目的は、上述した多様な要求性能を
満足させるためになされたものであって、耐HI C特
性に優れ、高強度、高靭性七つ低降伏比を有する鋼板の
製造方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 発明者等は、上述した問題を解決すべく鋭意努力した。
その結果、α+γ二相領域での圧延により牛しるセパレ
ーションを発生させず、且つ、合金元素(主に炭素)の
添加を低減し、高強度、高靭性を得るためには、微細且
つ均一なベイナイI・組織(アシキュラーフェライト)
が有効であること、および、低炭素鋼においては前記組
織とした場合に耐HIC特性が良好となることを知見し
た。
この発明は上述の知見に基いてなされたものであり、 C: 0,02 −0.06  ut、%、Si  :
 0.03 −0.50  wt.%、Mn  : 0
.5  −2.5   ul:、%、Nb  : 0.
005 −0.100  wt;、%、Tj: 0.0
05 −0.]00  tit;、%、/+Q :0.
005 〜0.100  リL1%、Ca  : 0.
0005〜0.008  wt.%、S:0.004す
t0%以下、 下記からなる群のうち少なくとも1つの元素、 Cu  : 0.5  wt、%以下、Ni  : 0
.5  wt.%以下、Cr  : 0.5  ut、
%以下、Mo  : 0.5  IIIt、%以下、V
  : 0.15 Wt、%以下、および、残部二Fe
  および 不ij■避不純物、からなるスラブを10
00〜1250℃の温度に加熱し、次いで、加熱された
前記スラブに対し、圧延温度:オーステナイト再結晶温
度域、の条件で第1段目の圧延を施し、次いで、圧延温
度ニオーステナイト未再結晶温度域、累積圧子率:70
%以」−1圧延仕上り温度:Ar3点以上、の条件で第
2段目の圧延を施し、次いで、鋼種により定まるバーラ
イ1へ生成の臨界冷却速度以上の冷却速度で、Ar3点
以」二の温度からAr3点−250℃以下の温度まで冷
却することに特徴を有するものである。
次に、この発明の鋼板の製造条件および鋼の化学成分組
成を上述のように限定した理由を以下に述べる。
■ スラブ加熱温度 我々は、スラブ加熱温度がDWTT特性に及ぼす影響を
下記の試験によって調べた。即ち、第1表に示す、本発
明内の化学成分組成を有する供試鋼(スラブ)を100
0〜1300″Cの種々の温度に加熱し、次いで、オー
ステナイト再結晶温度域で第1段目の圧延を施し、次い
で、圧延温度ニオ−ステナイト未再結晶温度域、累積圧
下率:75%、圧延終了温度二り00℃、の条件で第2
段目の圧延を施し、次いで800℃から500’Cまで
、15℃/seeの冷却速度で加速冷却(急冷)し、加
熱温度とDWTT試験結果との関係を調べ、第1−図に
その結果を示した。第1図に示すように、本発明供試鋼
においても、加熱温度が1250’Cを超えると良好な
りWTT特性が得られなくなる。
一方、設備1および圧延能率の制約から加熱温度は」O
OO′C以」二が好ましい。
0 ■ オ未再結晶ィ1−未再結品d1A度域での累積圧−
ト率 我々は、オーステナイト未再結晶温度域での累積圧下率
がDWTT特性に及ぼす影響を下記の試験によって調べ
た。即ち、第王表に示す、本発明内の化学成分組成を有
する供試鋼(スラブ)を、1200℃の温度に加熱し、
次いで、オーステナイト再結晶温度域で第1段目の圧延
を施し、次いで、オーステナイト未再結晶温度域で、圧
延終了温度を800℃とし、累積圧下率を50〜80%
の範囲に変化させて第2段目の圧延を施し、次いで、8
00℃から500 ’Cまで15℃/secの冷却速度
で加速冷却し、累積圧下率とDWTT特性との関係を調
へ、第2図にその結果を示した。第2図に示すように、
累積圧下率が70%以上となるとDWTT特性は向」ニ
し、α+γ二相域圧延を行なわずに良好なりWTT特性
が得られる。
■ 圧延終了温度 我々は、圧延終了温度(加速冷却開始温度)がHI C
特性[CL R: Cracking length 
ratjo (割れ長さ率)]に及ぼす影響を下記の試
験によって調へた。即ち、第1表に示す、本発明内の化
学成分組成を有する供試鋼(スラブ)を1.2’OO’
Cに加熱し、次いで、オーステナイト再結晶温度域で第
■段目の圧延に施し、次いで、圧延温度:オーステナイ
ト未再結晶温度域、累積ル下率:70%、圧延終了温度
を680〜800℃の範囲に変化させた条件で第2段目
の圧延を施し、次いで、680−800℃から500 
’Cまで15℃/secの冷却速度で加速冷却した。そ
して、得られた供試鋼板を硫化水素を飽和させた5wt
、%食塩−0,5れ、2酢酸からなる水溶液に96時間
浸漬して耐HIC特性を調べ、その結果を第3図しこ示
した。なお、供試鋼のAr3点(’C)は、下記(1)
式によって求められる。
Ar5=9]0−310C−80Mn−20Cu−15
Cr55Ni−80Mo  −41)式 第3図に示すように、圧延終了温度がAr3点((1)
式より760℃)未満では耐HIC特性の劣化か認めら
れる。従って、圧延終了温度はArJ1 2 点(Ar3温度)以りとすべきである。
■ 冷却速度 我々は、冷却速度が引張特性および靭性に及ぼす影響を
下記の試験によって調べた。即ち、第1表に示す、本発
明内の化学成分組成を有する供試鋼(スラブ)を120
0℃の磨度に加熱し、次いで、オーステナイト再結晶温
度域で第1段目の圧延を施し、次いで、圧延温度:オー
ステナイト・未再結晶温度域、累積圧下率:75%、圧
延終了温度:800’Cの条件で第2段目の圧延を施し
1次いで、800”Cから500℃まで、冷却速度を5
〜35℃/secの範囲に変化させて加速冷却した。
そして、得られた供試鋼板の引張特性および靭性を調へ
、その結果を第4図に示した。なお、パーライト生成の
臨界冷却速度は、下記(2)式によって求められる。
パーライト生成の臨界冷却速度= 300/kp(2)
式 %式% ただし、 kp:パーライトの生成に要する800℃から500 
’Cまでの冷却時間。
第4図に示すように、冷却速度がバーライl−生成の臨
界冷却速度以上となると、引張強度が上昇し、降伏強度
は低下する。このとき、靭性の劣化は認められない。ま
た、得られた供試鋼板の組織R察の結果では、臨界冷却
速度未満の5℃/sccで冷却した鋼板にはパーライト
の生成が認められるが、臨界速度以上となる15℃/s
eeで冷却した鋼板ではノ5〜ライトの生成は認められ
ず均一な組織となっている。このように、パーライト生
成の臨界冷却速度以」二で冷却した場合、均一なベイナ
イト組織により引張強度の」―昇がもたらされ、1つ、
靭性は劣化しない。従って、冷却速度は、鋼種によって
定まるパーライト生成の臨界冷却速度以」二とすべきで
ある。
■ 冷却停止温度 我々は、冷却停止温度が引張特性および靭性に及ぼす影
響を下記の試験によって調べた。即ち、第2表に示す、
本発明内の化学成分組成を有する供試鋼A、 B (ス
ラブ)を1200’Cの温度に加熱し、次いで、圧延温
度:オーステティ1−再結晶温度域で第1段目の圧延を
施し、次いで、圧延温度:オーステティ1へ未再結晶温
度域、累積圧下率:75%、圧延終了温度:800℃の
条件で第2段目の圧延を施し1次いで、800 ’Cか
ら1−5℃/secで室温から650″Cまで冷却停止
温度を変化させて加速冷却した。そして、得られた供試
鋼板の引張特性および靭性を調へ、その結果を第5図に
示した。
第5図に示すように、冷却Pj止湿温度ArJ点−25
0℃以下では、引張強度の」二昇ならびに降伏比の低下
が認められる。この場合、靭性の劣化も認められない。
これに対して、Ar3点−250℃を超える温度で加速
冷却を停止した場合、冷却速度が臨界冷却速度以上であ
っても、加速冷却後の放冷中にフェライト−パーライト
変態が進行し均一なベイナイ)−組織が得られない。一
方、冷却停止温度をAr3点−250’C以下とすると
変態は完了し、その後の放冷時に組織変化は起こらず均
一なヘイナイト組織が得られる。従って、冷却停止温度
はAr、点−250℃以下とすべきである。
なお、Ar3点−250℃以下の温度で冷却を停止した
後は、上述したように、室温まで放冷する。
5 6 ■ 鋼の化学成分組成 (1) C(炭素) 化学成分組成に関する本発明のポイントは、C含有量に
ある。我々は、C含有量が引張強度および靭性に及ぼす
影響を下記の試験によって調べた。
即ち、C含有量を0.03〜0.15まで種々変化させ
残りの化学成分組成は本発明範囲内の供試鋼(スラブ)
を1200℃に加熱し、次いでオーステナイト再結晶温
度域で第1段目の圧延を施し、次いで、圧延温度ニオ−
ステナイト末再結晶温度域、累積圧下率=75%、圧延
仕上り温度=800℃(Ar3点以上)、 の条件で第
2段目の圧延を施し、次いで、パーライト生成の臨界冷
却速度以上の冷却速度で、800 ’Cから500℃ま
たは350℃(面温度とも供試鋼のAr3点−250℃
以下)の温度まで加速冷却した。そして、得られた供試
鋼板の引張特性および靭性を調べ、その結果を第6図に
示した。
第6図に示すように、C含有量が0.06wt1%を超
えると、強度が上昇し靭性の劣化が生じる。
さらに、C含有量の上昇により加速冷却停止温度の変化
による強度変化も大きくなる。C含有量か0.06wt
、%以下であれば靭性の劣化が小さく口つ加速冷却(水
冷)停止温度による強度変化か少ない。一方、C含有量
が0.02wt、Z以上であれば、Nb、V、Ti等の
析出硬化を直効に利用することができる。従って、C含
有量は0.02〜0.06wt、%の範囲に限定すべき
である。
(2)Si(シリコン) Slは脱酸のため添加される。S〕含有量が0.03w
t、%未満では上述した作用に所望の効果が得られない
。一方、Sj含有量が0 、5 wt、%を超えると靭
性が劣化する。従って、Si含有量は0.03〜0.5
wt、%の範囲に限定すべきである。
(3) Mn (マンガン) Mnは脱酸のため添加される。 Mn含有量が0.5w
t、%未満では上述した作用に所望の効果が得られない
。一方、M、 n含有量が2 、5 wt.%を超える
と溶接性が劣化する。従って、M n含イi’fflは
、0.5へ2 、5 wt、%の範囲に限定す八きであ
る。
(4)Nbにオブ) Nbは強度および靭性を向上させる作用がある。
Nb含有量が0.005wt、%未満では」二連した作
用に所望の効果が得られない。一方、 Nb含有量が0
 、1 wt、%を超えると母材および溶接部の靭性を
劣化する。従って、 Nb含有量は0.005〜0.1
ψt、%の範囲に限定すべきである。
(5)Ti(チタン) Tiはスラブ加熱時のオーステナイトの粗大化を防止す
る作用を有する。T」含有量が0.005ψt0%未満
では上述の作用に所望の効果が得られない。一方、T]
含有量が0 、1 wt.%を超えると溶接部の靭性を
劣化する。従って、Tj含有量は0.005〜O0↓w
t、%の範囲に限定すにきである。
(6)Al (アルミニウム) A、 Qは脱酸のため添加される。Al含有量が0.0
05wt.%未満では上述した作用に所望の効果が得ら
れない。一方、Aff含有量がQ 、 1 wt、%を
超えると非金属介在物の増加をもたらしシャルピー吸収
エネルギーを低下させる。従って、Al】9 含有量は0.005〜O0]、wt、1の範囲に限定す
八きである。
(7) Ca (カルシウム) Caは介在物の形態を変化させI−I I Cの基点を
減少させる作用を有する。Ca含有量がO,0005ψ
t:。
%未満では上述した作用に所望の効果が得られない。一
方、Ca含有量が0.−008wt、%を超えると逆に
介在物の量の増加をもたらす。従って、Ca含有量は0
.0005〜0.008ut、%I7)範囲に限定すべ
きである。
(8) S (硫黄) Sは不純物として不可避の元素であるが。
0.004wt、%以下の含有量であれば実害はない。
ただし、 S含有量が0.004wt、%を超えるとH
ICの基点となる介在物が増加し、耐HI C特性を劣
化させる。従って、S含有量は0.004tit。
%以下とすべきである。
(9) Cu (銅) Cuは耐真性を向上させる作用をイfするが、Cu含有
量が0.5wt、%を超えると溶接部の靭性が劣0 化する。従って、Cu含有量は0 、5 wt、Z以下
に限定すべきである。
(10) Ni にッケル) Niは強度および靭性を向」二する作用を有するが、N
]含有量が0 、5 wt.%を超えると経済的に不利
である。従って、N〕含有量は0.5wt、%以下に限
定すべきである。
(+、1.) Cr (クロム) Crは耐食性を向上させる作用を有するが、Cr含有量
が0 、5 wt.%を超えると、溶接部の靭性が劣化
する。従って、C「含有量は0.5wt、%以下に限定
すべきである。
(12) Mo (モリブデン) Moは強度および靭性を向上させる作用を有するが、M
o含イイ量が0.5ψt:、%を超えると経済的に不利
である。従って、Mo含有量は0 、5 wt、%以下
に限定す尺きである。
(13) V (バナジウム) ■は強度および靭性を向上させる作用を有するが、■含
有量が0.1.5wt、%を超えると母材および溶接部
の靭性が劣化する。従って、■含有量は0.15wt、
%以下に限定すべきである。
次に、この発明を実施例により更に詳しく説明する。
[実施例] 第3表に示す化学l&分組成をイ「する、本発明鋼(ス
ラブ)A、B、C1および比較鋼(スラブ)Dの各々か
ら、本発明の製造方法または本発明外の製造方法によっ
て、仕上げ板厚25 nunの、本発明鋼板N(11−
,7,8,10、および、比較鋼板N。
2〜6 、9 、1. ]、 、 1.2を調製した。
圧延条件、冷却(水冷)条件は第4表に示した。また、
本発明鋼A−C1比較鋼りの未再結晶温度、前連の(1
)式から求めたArJ温度、 および、前連の(2)式
から求めた臨界冷却速度を第3表に併せて示した。
そして、本発明鋼板および比較ldA板の各々の降伏強
度、引張強さ、降伏比を調べその結果を第5表に示した
。さらに、本発明鋼板および比較鋼板の各々に対して、
シャルピー試験、D W ’I” T試験、HI C試
験を行ないその結果を第5表に併せて示した。
第3表〜第5表から明らかなように、本発明鋼板No、
 1は、卓越した強度靭性バランスおよび良好な耐HI
 C特性を有している。
比較鋼板Nα2〜6は、本発明鋼板Aを用いているが、
No、 2は加熱温度、Nα3は仕上げ温度、No、 
4は未再結晶温度域での圧下率、Nα5は水冷停止温度
、Nα6は冷却速度が本発明の製造条件から外れている
ため、本発明鋼板と比較し、劣化した材質および耐HI
 C特性を示した。比較鋼板No、2.4においてはD
WTT特性、比較鋼板Nα3においてはHIC特性、比
較鋼板Nα5,6においては降伏比、DWTT特性が、
本発明鋼板と比較して劣化していた。
本発明鋼B、Cにおいても、本発明の製造方法によって
製造された本発明鋼板NQ7,8.10においては、良
好な諸性性が得られるが、圧延冷却条件が本発明の条件
を外れた比較鋼板Nα9においてはI−I I C特性
が、比較鋼板No 11においては降伏比、DWTT特
性が本発明鋼板と比較して劣化し3 4 ていることが確認された。
C含有量が本発明外の比較tlllDにおいては、製造
条件が本発明の条件内であっても、靭性、耐■(IC特
性において良好な特性が得られていない。
特開平3 64414 (8) [発明の効果] 以」二説明したように、この発明によれば、耐HIC特
性に優れ、且つ、高強度、高靭性、低降伏比の鋼板が得
られる産業」二右用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図は供試鋼の加熱温度とDWTT試験結果との関係
を示すグラフ、第2図は供試鋼のオーステナイト未再結
晶温度域の累積圧下率とI) W T T試験結果との
関係を示すグラフ、第3図は供試鋼の圧延終了温度とH
IC試験結果との関係を示すグラフ、第4図は供試鋼の
加速冷却時の冷却速度と強度ならびに靭性との関係を示
すグラフ、第5図は供試鋼の加速冷却停止温度と強度な
らびに靭性との関係を示すグラフ、第6図は鋼中のC含
有量と鋼板の強度ならびに靭性との関係を示すグラフで
ある。 9 0  0  0  0  0 0   Q)   (f)   寸  NC%) (T
)9.J7) a9179)*担幹珊を可 OB  EB  寺 8 (%) (Tea、177 J7)9L19)墜担酔詣
罫 −85〜 第5図 岸却停止温痕(°G)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C:0.02〜0.06wt.%、 Si:0.03〜0.50wt.%、 Mn:0.5〜2.5wt.%、 Nb:0.005〜0.100wt.%、 Ti:0.005〜0.100wt.%、 Al:0.005〜0.100wt.%、 Ca:0.0005〜0.008wt.%、S:0.0
    04wt.%以下、 下記からなる群のうち少なくとも1つの元 素、 Cu:0.5wt.%以下、 Ni:0.5wt.%以下、 Cr:0.5wt.%以下、 Mo:0.5wt.%以下、 V:0.15wt.%以下、および、 残部:Feおよび不可避不純物、 からなるスラブを1000〜1250℃の温度に加熱し
    、次いで、加熱された前記スラブに対し、圧延温度:オ
    ーステナイト再結晶温度域、の条件で第1段目の圧延を
    施し、次いで、圧延温度:オーステナイト未再結晶温度
    域、累積圧下率:70%以上、圧延仕上り温度:Ar_
    3点以上、の条件で第2段目の圧延を施し、次いで、鋼
    種により定まるパーライト生成の臨界冷却速度以上の冷
    却速度で、Ar_3点以上の温度からAr_3点−25
    0℃以下の温度まで冷却することを特徴とする耐HIC
    特性に優れた高張力高靭性鋼板の製造方法。
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