JPH06136440A - 耐サワー性の優れた高強度鋼板の製造法 - Google Patents

耐サワー性の優れた高強度鋼板の製造法

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JPH06136440A
JPH06136440A JP29039092A JP29039092A JPH06136440A JP H06136440 A JPH06136440 A JP H06136440A JP 29039092 A JP29039092 A JP 29039092A JP 29039092 A JP29039092 A JP 29039092A JP H06136440 A JPH06136440 A JP H06136440A
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博 為広
Hajime Ishikawa
肇 石川
Tadashi Ayukawa
直史 鮎川
Yasuyuki Kawada
保幸 川田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐サワー性の優れた高強度パイプライン用鋼
板(API規格X60以上)の製造法。 【構成】 MoやNi,Cuを含有しない低C−低Mn
−Nb−微量Ti鋼をベースに、CCスラブで中心偏析
し難いCrを0.1〜0.3%添加し、圧延後加速冷却
して高強度化する。これによって、耐サワー性を劣化さ
せずに、現地溶接性、HAZ靭性の大幅な改善が可能に
なった。 【効果】 現地溶接性、HAZ靭性の格段に優れた耐サ
ワーパイプラインの製造が可能になり、現場での溶接施
工能率やパイプラインの安全性が著しく向上した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐水素誘起割れ(HI
C)性および耐硫化物応力腐食割れ(SSC)性の優れ
た耐サワーパイプライン用高強度鋼板(米国石油協会
(API)規格X60以上の強度、厚み40mm以下)の
製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】寒冷地、オフショアーにおける原油、天
然ガス輸送用大径ラインパイプに対しては高強度ととも
に優れた低温靭性、現地溶接性が要求される。さらに近
年、海水の注入による原油・ガス井戸のサワー化や劣質
資源の開発にともなって、パイプラインのサワー化が進
行し、HIC,SSCに対する優れた抵抗(耐サワー
性)が求められるようになった。
【0003】従来、優れた耐サワー性を有するラインパ
イプは、(1)鋼の高純化、介在物の低減、(2)硫化
物系介在物のCa添加による形態制御、(3)連続鋳造
時の軽圧下や加速冷却による中心偏析の改善などの技術
を駆使して製造されてきた(たとえば特公昭63−00
1369号公報、特開昭62−112722号公報)。
【0004】しかし、これらの鋼には、高強度化、耐H
IC性の改善などの目的でMoまたはNi,Cuが添加
されており、その特性(現地溶接性、靭性など)は必ず
しも十分ではなかった。Mo添加は溶接熱影響部(HA
Z)の硬さを上昇させ、現地溶接性やHAZ靭性に好ま
しくない。
【0005】またNi,Cu添加は湿潤な硫化水素(H
2 S)環境化では鋼表面にフィシャーとよばれる微小な
割れの発生を助長し、耐SSC性を劣化させることが明
らかになった。このため従来の耐サワーラインパイプよ
りも格段に優れた現地溶接性、HAZ靭性の優れたサワ
ーラインパイプの開発が強く望まれていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は耐サワー性の
優れたAPI規格5L−X60以上の高強度を有する鋼
管(電縫鋼管、UOE鋼管など)の製造法を提供するも
のである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、重量%
でC:0.02〜0.07%、Si:0.5%以下、M
n:0.8〜1.5%、P:0.010%以下、S:
0.001%以下、Nb:0.01〜0.05%、C
r:0.1〜0.3%以下、Ti:0.005〜0.0
3%、Al:0.05%以下、Ca:0.001〜0.
005%、N:0.001〜0.005%、O:0.0
025%以下に、さらに必要に応じてV:0.01〜
0.08%を含有させ、かつ1.0≦〔Ca〕(1−1
24〔O〕)/1.25〔S〕≦7.0を満足する残部
が鉄および不可避的不純物からなる鋼を1050℃〜1
300℃の温度範囲に加熱して、950℃以下の累積圧
下量60%以上、圧延終了温度750℃〜900℃で圧
延を行なった後、ただちに冷却速度3〜40℃/秒で3
50〜600℃まで水冷、その後放冷することである。
【0008】以下、本発明について詳細に説明する。高
強度、優れた低温靭性、現地溶接性とともに優れた耐サ
ワー性を得るためには、まず第一にその化学成分を限定
する必要がある。このためC,Mn,P量を低減し、そ
の代替としてCrを添加した。
【0009】この理由は連続鋳造(CC)スラブの中心
偏析を改善し、HICの発生・伝播を防止するためであ
る。X60以上の高強度鋼では必然的にC量が高くなる
が、C量の増加はCCスラブの中心偏析帯をおけるM
n,P偏析を強め、硬化組織の生成を助長して耐サワー
性を著しく劣化させる。
【0010】これを防止するためC量の上限は0.07
%としなければならない。C量の下限0.02%は強度
・靭性を確保するための最小量である。C量の低減に加
えて、さらにMn,P量を低減することは中心偏析を軽
減、すなわち硬化組織の生成抑制に有効である。
【0011】このためMn,P量の上限を、それぞれ
1.5,0.010%に限定した。Mn量の下限0.8
%は母材・溶接部の強度を確保するための最小量であ
る。一方、P量は低いほど、耐サワー性は向上する。
【0012】C,Mn量の低減はCCスラブの中心偏
析、現地溶接性の改善などに極めて有効であるが、高強
度を低下させ、X60以上の高強度を安定して得ること
は困難となる。しかしMoやNi,Cuの添加は、現地
溶接性・HAZ靭性の劣化やフィシャーの発生を招き、
好ましくない。
【0013】そこで発明者らは鋭意研究の結果、Cr添
加が極めて有効であることを見出した。CrはCCスラ
ブにおいても中心偏析し難く、かつ制御圧延−加速冷却
プロセスにおいて低C,Mn鋼の高強度化に有効で、低
温靭性や現地溶接性を損なわないことが明らかになっ
た。しかもCr添加は湿潤な硫化水素環境下でも、フィ
シャーを発生させないことが明らかになった。
【0014】Cr量の下限の0.1%は低C,Mn鋼に
おいて必要な母材、溶接部の強度を得るための最小量で
ある。一方、Cr量の上限は優れた低温靭性、現地溶接
性を維持するため0.3%とした。
【0015】本発明鋼は必須の元素としてNb:0.0
1〜0.05%、Ti:0.005〜0.03%を含有
する。Nbは制御圧延における結晶粒の微細化や析出硬
化に寄与し、鋼を強靭化する。またTi添加は微細なT
iNを形成し、スラブ加熱時、溶接時のγ粒粗大化を抑
制して母材靭性、HAZ靭性の改善に効果がある。Cr
を添加すると制御圧延鋼においてもシャルピー衝撃試験
などの破面にセパレーションが発生しにくくなり、低温
靭性がやや劣化する傾向にある。
【0016】とくに良好な低温靭性を必要とする本発明
鋼では、Nb,Ti添加は必須であることがわかった。
Nb,Ti量の下限は、これらの元素がその効果を発揮
するための最小量であり、その上限はHAZ靭性や現地
溶接性を劣化させない添加量の限界である。
【0017】つぎに、その他元素の限定理由について説
明する。Siは多く添加すると現地溶接性、HAZ靭性
を劣化させるため、その上限を0.5%とした。鋼の脱
酸はAl,Tiのみでも十分であり、Siは必ずしも添
加する必要はない。
【0018】本発明鋼においては不純物であるSを0.
001%以下とし、かつCaを添加して、1.0≦〔C
a〕(1−124〔O〕)/1.25〔S〕≦7.0と
する。SはMnS系介在物を形成し、MnSは圧延で伸
長してHICの発生起点となる。これを防止するには、
介在物の絶対量を低減するとともに、硫化物の形態を制
御して圧延で延伸化し難いCaS(−O)としなければ
ならない。
【0019】そこでS量を0.001%以下とし、Ca
を0.001〜0.005%添加し、Caによる硫化物
の形態制御を十分に行なうため、ESSP=〔Ca〕
(1−124〔O〕)/1.25〔S〕≧1.0とし
た。しかしESSPが大きすぎると、Ca系介在物が増
加、HICの発生起点となるので、その上限を7.0と
した。
【0020】上記に関連してO量を0.0025%以下
に限定した。これはHICの起点となる酸化物系介在物
を低減し、Ca量で硫化物の形態制御を行なうためであ
る。Alは脱酸元素として鋼に含まれる元素であるが、
脱酸はTiあるいはSiでも可能であり、必ずしも添加
する必要はない。Al量が0.05%以上になるとAl
系非金属介在物が増加して鋼の清浄度を害するので、そ
の上限を0.05%とした。
【0021】NはTiNを形成しスラブ再加熱時や溶接
時のγ粒の粗大化抑制を通じて母材、HAZ靭性を向上
させる。このために必要な最小量は0.001%であ
る。しかし多過ぎるとスラブ表面疵や固溶NによるHA
Z靭性劣化の原因となるので、その上限は0.005%
以下に抑える必要がある。
【0022】つぎに選択元素であるVを添加する理由に
ついて説明する。基本となる成分に、さらにVを添加す
る主たる目的は本発明鋼の優れた特徴を損なうことな
く、強度・靭性などの特性向上を図るためである。した
がって、その添加量は自ら制限される性質のものであ
る。VはほぼNbと同様な効果を有し、ミクロ組織の微
細化による低温靭性の向上や焼入性の増大、析出硬化に
よる高強度化などに効果がある。
【0023】しかし、添加量が多過ぎると現地溶接性や
HAZ靭性の劣化を招くので、その上限を0.08%と
した。V添加量の下限は、前述の効果を発揮するための
最小量である。
【0024】上記のようなCr添加鋼において母材の低
温靭性を改善するためには、さらに製造法が適切でなけ
ればならない。このため鋼(スラブ)の再加熱、圧延、
冷却条件を限定する必要がある。まず再加熱温度を10
50〜1300℃の範囲に限定する。再加熱温度はNb
析出物を固溶させ、かつ圧延終了温度を確保するために
1050℃以上としなければならない(望ましい再加熱
温度は1150〜1200℃である)。
【0025】しかし再加熱温度が1300℃以上では、
γ粒が著しく粗大化し圧延によっても完全に微細化でき
ないため、優れた低温靭性が得られない。このため再加
熱温度を1300℃以下とした。
【0026】さらに950℃以下の累積圧下量を60%
以上、圧延終了温度を750〜900℃としなければな
らない(望ましくはAr3 変態点以上)。これは再結晶
域圧延で微細化したγ粒を低温圧延によって延伸化し、
結晶粒の徹底的な微細化をはかって低温靭性を改善する
ためである。
【0027】累積圧下量が60%未満ではγ組織の延伸
化が不十分で、微細な結晶粒が得られない。また圧延終
了温度が900℃以上では、たとえ累積圧下量が60%
以上でも微細な結晶粒は達成できない。しかし圧延終了
温度が低下し、(γ+α)2相域から水冷すると組織の
制御が困難となり、耐HIC性や強度・靭性の劣化を招
くので、圧延終了温度の下限を750℃とした。
【0028】圧延後、鋼板を加速冷却することが必須で
ある。加速冷却は中心偏析帯を含めたミクロ組織の改善
に有効で、靭性を損なわずに強度の増加、耐HIC性の
向上を可能にする。加速冷却の条件としては圧延後、た
だちに冷却速度3〜40℃/秒で350℃以上600℃
以下の温度まで冷却、その後空冷しなければならない。
【0029】冷却速度が遅すぎたり、冷却停止温度が高
すぎると加速冷却の効果が十分に得られず、適正なミク
ロ組織を得ることができない。一方、冷却速度が大きす
ぎたり、停止温度が低すぎると硬化組織が生成して低温
靭性や耐HIC性が大幅に劣化する。
【0030】なお、この鋼を製造後、焼戻、脱水素など
の目的でAc1 点以下の温度で再加熱処理しても本発明
の特徴を損なうものではない。また省エネルギーなどを
目的としてCCスラブを加熱炉にホットチャージ、圧延
してもよい。
【0031】本発明は厚板ミルに適用することがもっと
も好ましいが、ホットコイルにも適用できる(この場
合、圧延冷却後の鋼板は巻き取られ、冷却される)。ま
た、この方法で製造した鋼板は低温靭性、現地溶接性も
優れているので、寒冷地におけるパイプラインのほか圧
力容器などにも適用できる。
【0032】
【実施例】転炉−連続鋳造−厚板工程で種々の鋼成分の
鋼板(厚み10〜32mm)を製造し、その強度、低温靭
性、HAZ靭性および耐HIC性を調査した。
【0033】表1に実施例を示す。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】本発明法にしたがって製造した鋼板(本発
明鋼)はすべて良好な特性を有する。これに対して本発
明によらない比較鋼は強度、低温靭性、HAZ靭性、耐
HIC性のいずれかが劣る。
【0037】比較鋼7〜16において、鋼7,8はそれ
ぞれC量,Mn量が高すぎるために、母材・HAZ靭性
あるいは耐HIC性が劣る。比較鋼9はP,S量が高
く、かつ硫化物の形態制御ESSPが1.0以上を満足
しないため、HAZ靭性、耐HIC性がともに劣る。比
較鋼10はNbを含有しないため、母材の強度、靭性が
悪い。
【0038】比較鋼11はCr量が高すぎるために、現
地溶接性のほかHAZ靭性が劣る。鋼12はCaが添加
されていないため、耐HIC性が劣る。鋼13〜16は
成分は本発明鋼と同様であるが、製造条件が適当でない
ために母材強度、靭性あるいは耐HIC性が劣る。鋼1
3は圧延後の冷却速度が遅く、鋼14はスラブ再加熱温
度が低く、鋼15は水冷停止温度が高く、また鋼16は
950℃以下での累積圧下量が低い。
【0039】
【発明の効果】本発明により、耐サワー性の優れた高強
度パイプライン用鋼を安価に大量生産することが可能と
なった。その結果、現場での溶接施工能率やパイプライ
ンの安全性が著しく向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】両面潜弧溶接部からのシャルピー試験片の採取
位置を示す説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川田 保幸 君津市君津1番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】 スラブ
  1. 【請求項1】 重量%で C :0.02〜0.07%、 Si:0.5%以下、 Mn:0.8〜1.5%、 P :0.010%以下、 S :0.001%以下、 Nb:0.01〜0.05%、 Cr:0.1〜0.3%以下、 Ti:0.005〜0.03%、 Al:0.05%以下、 Ca:0.001〜0.005%、 N :0.001〜0.005%、 O :0.0025%以下 を含有し、かつ 1.0≦〔Ca〕(1−124〔O〕)/1.25
    〔S〕≦7.0 を満足する残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を
    1050℃〜1300℃の温度範囲に加熱して、950
    ℃以下の累積圧下量60%以上、圧延終了温度750℃
    〜900℃で圧延を行なった後、ただちに冷却速度3〜
    40℃/秒で350〜600℃まで水冷、その後放冷す
    ることを特徴とする耐サワー性の優れた高強度鋼板の製
    造法。
  2. 【請求項2】 重量%でV:0.01〜0.08%を含
    有することを特徴とする請求項1記載の耐サワー性の優
    れた高強度鋼板の製造法。
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