JPH10265848A - 低温靱性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 適切な化学成分により、通常の設備能力で組
織を微細化できる低温靱性に優れた高強度熱延鋼板の製
造方法を提供する。 【解決手段】 重量％で、 Ｃ：０．０３％〜０．２０
％、 Ｓｉ：１．０％以下、 Ｍｎ：１．０％〜２．０
％、 Ｎｂ：０．０２５％〜０．０５％、 Ｔｉ：０．
０３％〜０．０８％、 Ｖ： ０．０３％〜０．０７
％、を含有する鋼を、１２００〜１２４０℃の温度に加
熱し、粗圧延を９５０℃以上の温度かつ７５％以上の圧
下率で行い、次いで仕上圧延を８５０℃未満の温度かつ
７５％以上の圧下率で行い、その後、巻取を５００〜６
００℃の温度で行うことを特徴とする低温靱性に優れた
高強度熱延鋼板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ラインパイプ等
に用いられる低温靱性に優れた高強度熱延鋼板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】寒冷地やオフショアにおける原油や天然
ガスの輸送用のラインパイプに対しては、高い強度と優
れた低温靱性および溶接性が要求される。その場合、従
来は製造能力や信頼性の面において、比較的小径のパイ
プにはシームレスパイプが、また大径サイズには厚板を
使用したＵＯＥパイプが主流を占めていた。

【０００３】近年、熱延鋼板を用いる電縫鋼管やスパイ
ラル鋼管の造管技術、特に溶接部（電縫部）の信頼性が
向上している。これに伴い、製造コストの面から電縫鋼
管やスパイラル鋼管の需要が増えている。その中で、従
来はＵＯＥパイプが対象となっていた大径サイズのライ
ンパイプにおいても、これら電縫鋼管やスパイラル鋼管
の適用が検討され、実際の使用が開始されている。その
結果、ラインパイプ用鋼板としての熱延鋼板の製造も拡
大の方向となりつつある。

【０００４】このようなラインパイプ等の用途のため
に、熱延鋼板を製造する場合、温度と圧下率を適切にす
ることにより、低温靱性に優れた鋼板を製造する方法が
提案されている。

【０００５】例えば、特開昭６１−２８４５２１号公報
には、８５０℃以下の全圧下率を３０％以上、５０％未
満、１パスあたりの圧下率は５％以上とする熱延鋼板の
製造方法が提案されている。この製造方法は、Ｎｂ、
Ｖ、Ｍｏ等の添加が不要であり、コスト低減が図れ、特
にスパイラル鋼管用の素材に適した鋼板と記載されてい
る。実施例では、０．０５２〜０．０７１％のＴｉ添加
鋼を、全圧下率を３７〜４１％、１パスあたりの圧下率
を５．３〜８．２％で圧延している。

【０００６】特開平２−１６３３１６号公報には、Ｔ
ｉ、Ｎｂの一種又は二種を含有する鋼を１１００〜１２
８０℃に加熱し、１０００℃以上で５０％以上の累積圧
下率を加え、仕上圧延後５２０℃以下で巻取る電縫鋼管
用鋼板の製造方法が提案されている。また、この製造方
法では、Ａｌが低いことが特徴で、０．０１３％以下に
限定している。その実施例に記載された鋼を見ると、発
明範囲内の熱延条件としては、加熱温度が１１５０℃、
巻取温度が４７０℃である。

【０００７】特開平４−２１７１９号公報には、Ｔｉ−
Ｎｂ添加鋼を、加熱温度：１１００〜１３００℃、仕上
圧延開始温度１０００℃以下、かつ、Ｃ、Ｍｎ、目標Ｄ
ＷＴＴ８５％ＦＡＴＴ値等の式で決まる条件で圧延する
熱延鋼板の製造方法が提案されている。その実施例で
は、発明例はいずれも、Ｎｂが０．０４０〜０．０５４
％、Ｔｉが０．０１６〜０．０４２％添加されている。
また、加熱温度は１１５０〜１２８０℃と広い範囲であ
り、仕上圧延開始温度は８５０〜９５０℃である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような、ラインパ
イプ用の熱延鋼板の材質としては、強度では引張試験で
ＹＳ：５３０ＭＰａ以上、ＴＳ：６３０ＭＰａ以上、靱
性ではシャルピー衝撃試験の０℃における吸収エネルギ
（ｖＥｏ）で２００Ｊ以上が必要であり、これが目標値
となる。しかしながら、前述の従来技術はいずれも次の
ような問題点があった。

【０００９】例えば、特開昭６１−２８４５２１号公報
記載の技術では、オーステナイトの未再結晶域における
圧下率が低く、実際には低温靱性を飛躍的に向上させる
ことはできない。また、Ｔｉの単独添加であり低コスト
ではあるが、高強度ラインパイプ用鋼板としては、目標
の材質を得るには不十分である。

【００１０】特開平２−１６３３１６号公報記載の技術
では、加熱温度の範囲が広過ぎるため、炭窒化物が十分
に溶解できなかったり、結晶粒の粗大化が起こったりす
る。特に、実施例の加熱温度１１５０℃は低過ぎるた
め、炭窒化物が十分に溶解できない。また、巻取温度が
低過ぎるため、板厚の厚い鋼板では巻取トラブル等が予
測される。特に、実施例の巻取温度４７０℃では、板厚
と強度が巻取装置にとって能力（トルク）的に厳しいた
め、良好な巻形状（コイルの形状）を維持するのは困難
であると予測される。

【００１１】特開平４−２１７１９号公報記載の技術で
は、仕上圧延の開始温度が１０００℃以下とかなり高
く、オーステナイトの未再結晶域における圧下率が十分
にとれない。実施例の仕上圧延の開始温度は９００℃前
後、圧下比は最高５．１で、未再結晶域における圧下比
は４．０（圧下率７５％）を切っていると推定される。
また、加熱温度は、実施例の大半が１２００℃未満ある
いは１２５０℃以上であり、低過ぎあるいは高過ぎとな
っている。さらに、Ｎｂを０．０４０〜０．０５４％と
必要以上に添加しており、スラブ製造コストが高いとい
う問題がある。

【００１２】この発明は、これらの問題点を解決し、適
切な化学成分によりスラブ製造コストを低減し、通常の
設備能力で組織を微細化して低温靱性を向上させること
が可能な低温靱性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法を
提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、重量
％で、 Ｃ： ０．０３％〜０．２０％、 Ｓｉ： １．０％以下、 Ｍｎ： １．０％〜２．０％、 Ｎｂ： ０．０２５％〜０．０５％、 Ｔｉ： ０．０３％〜０．０８％、 Ｖ： ０．０３％〜０．０７％、 を含有する鋼を、１２００〜１２４０℃の温度に加熱
し、粗圧延を９５０℃以上の温度かつ７５％以上の圧下
率で行い、次いで仕上圧延を８５０℃未満の温度かつ７
５％以上の圧下率で行い、その後、巻取を５００〜６０
０℃の温度で行うことを特徴とする低温靱性に優れた高
強度熱延鋼板の製造方法である。

【００１４】まず、化学成分の限定理由について説明す
る。 Ｃ： Ｃは、強度の向上に有効に寄与する。しかし、Ｃ
が０．０３％未満ではその効果を発揮できない。一方、
Ｃが０．２０％を超えると、靱性の劣化と溶接性の劣化
が著しくなり、ラインパイプ用鋼板としては好ましくな
い。従って、Ｃ量を０．０３％以上、０．２０％以下の
範囲に限定する。

【００１５】Ｓｉ： Ｓｉは脱酸材として有効に寄与す
る。しかし、１．０％を超えてＳｉを添加すると、加工
性を損ない、靱性および溶接性の劣化をまねく。従っ
て、Ｓｉ量を１．０％以下に限定する。

【００１６】Ｍｎ： Ｍｎは母材および溶接部の強度の
改善に有効に寄与する。しかし、Ｍｎ量が１．０％未満
では、その効果を発揮できない。一方、２．０％を超え
てＭｎを添加すると、靱性と溶接性の劣化をまねく。従
って、Ｍｎ量を１．０％以上、２．０％以下の範囲に限
定する。

【００１７】Ｎｂ： Ｎｂは析出強化元素として有用な
元素である。しかし、Ｎｂが０．０２５％未満ではその
効果を発揮できない。一方、Ｎｂを過剰に添加しても溶
接性が劣化するので、０．０５％が限度である。また析
出強化の効果も飽和し、コスト面からもこれが上限であ
る。従って、Ｎｂ量を０．０２５％以上、０．０５％以
下の範囲に限定する。なお、析出強化の観点からは、Ｎ
ｂは０．０３９％でも十分であり、の上限を０．０４０
％未満としてもよい。

【００１８】Ｔｉ： ＴｉはＮｂと同様、析出強化元素
として有用な元素である。しかし、Ｔｉが０．０３％未
満では、その大半がＮを固定するために消費され、本来
の効果を発揮できない。一方、Ｔｉを過剰に添加しても
溶接性が劣化するので、０．０８％が限度である。また
析出強化の効果も飽和し、Ｔｉの添加はコスト面からも
これが上限である。従って、Ｔｉ量を０．０３％以上、
０．０８％以下の範囲に限定する。

【００１９】Ｖ： ＶはＮｂと同様、析出強化元素とし
て有用な元素である。しかし、Ｖが０．０３％未満では
その効果を発揮できない。一方、Ｖを過剰に添加しても
溶接性が劣化するので、０．０７％が限度である。また
析出強化の効果も飽和し、Ｖの添加はコスト面からもこ
れが上限である。従って、Ｖ量を０．０３％以上、０．
０７％以下の範囲に限定する。

【００２０】上記の元素以外の元素については、炭窒化
物の溶解と析出に影響を与えない限り、通常の化学成分
の範囲内であればよく、この発明では特に限定しない。
次に熱延条件について説明する。

【００２１】熱延の加熱温度は、温度域が通常よりかな
り狭く、１２００〜１２４０℃である。加熱温度の下限
は、スラブ中に析出しているＮｂ、Ｔｉ、Ｖの炭窒化物
を完全に固溶させるためこの温度が必要である。炭窒化
物を完全に固溶させることは、圧延以降の結晶粒の微細
化と析出硬化を効果的に行うため必要である。上限温度
は、金属組織の粗大化等による靱性の低下を避けるため
にこの温度以下とする必要がある。

【００２２】粗圧延の温度については、９５０℃以下で
は炭窒化物の析出が開始するためこれを防止する必要が
ある。この温度域での炭窒化物の析出は、析出温度が高
く析出物が比較的粗大なため、結晶粒の微細化あるいは
析出硬化のいずれにも、ほとんど寄与しない。そればか
りか、粗圧延における炭窒化物の析出により、仕上圧延
以降の結晶粒の微細化あるいは析出硬化に寄与する固溶
量が減少する。その結果、却って鋼板の強度と靱性を損
なうので、むしろ析出させないことが重要となる。以上
より、粗圧延の下限温度を９５０℃とする。

【００２３】粗圧延の圧下率については、仕上圧延前の
オーステナイトの再結晶を促進し、粒径を均一にするた
めに、一定程度の圧下を加える必要がある。このために
必要な圧下率は７５％であり、これ以下ではオーステナ
イト粒径が不均一となり、鋼板全体の結晶粒の微細化を
図ることができなくなる。

【００２４】仕上圧延では、圧延温度を８５０℃未満、
圧下率を７５％以上とする。これは、熱間加工による組
織制御により、靱性を向上させる観点から必要な条件で
あり、オーステナイトの未再結晶組織を形成し、相変態
後の結晶粒を細粒化する。この温度以上では、オーステ
ナイトが部分的に再結晶し混粒となるので、低温靱性が
損なわれる。また、圧下率が７５％未満では、未再結晶
組織とはなるが加工歪が不足で、相変態後の結晶粒が十
分細粒化しない。

【００２５】巻取温度は、５００〜６００℃とする。上
限温度を超えると、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖの炭窒化物が粗大化
し、析出硬化が小さくなる。下限温度より低温では、ラ
インパイプ用熱延鋼板は、サイズ、特に板厚が厚いた
め、コイラの巻取能力の問題から、コイル形状不良等の
トラブルが発生し、あるいは巻取不能となる。なお、コ
イル形状の観点からは、巻取温度の下限温度として好ま
しくは５２０℃超である。

【００２６】請求項２の発明は、鋼を加熱する際は、常
温から１０００℃までの時間を１２０分以上、次いで１
１５０℃までを５０分以上、次いで１２００℃までを４
０分以上で昇温した後、１２００〜１２４０℃の温度域
で４０分以上保持することを特徴とする請求項１記載の
低温靱性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法である。

【００２７】この発明は、スラブ加熱に際しての昇温速
度を、各温度域における滞在時間として規定したもので
ある。このような、昇温速度（昇温パターン）を用いる
ことにより、全体としての加熱時間を抑えつつ、炭窒化
物を十分に溶解させると同時に、スラブ温度の均一性を
高めることができる。また、加熱温度域（１２００〜１
２４０℃）における加熱時間を、比較的短時間（４０分
またはそれ以上）に抑えることができるので、スラブの
スケール生成を抑えることができ、スケールロスや表面
疵の発生を軽減できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】この発明の鋼の溶製は、転炉、電
気炉、その他、化学成分を発明の範囲内に制御できる製
造方法であれば、いずれの方法を用いてもよい。また、
発明で規定する化学成分以外の主な元素については、好
ましくは次のようにする。

【００２９】Ｐ： Ｐは靱性に対して有害な元素であり
少ない方がよい。特に、０．０２５％を超えると、靱性
の劣化が著しい。従って、Ｐ量を０．０２５％以下に限
定する。

【００３０】Ｓ： Ｓは有害元素であり少ない方がよ
い。Ｓが０．０１０％を超えると、目的とする低温靱性
の確保ができない。従って、Ｓ量を０．０１０％以下に
限定する。

【００３１】Ａｌ： Ａｌは脱酸材として有効に寄与す
る。しかも、Ａｌが０．０１％未満では、鋼の清浄度が
低下する。一方、０．１０％を超えてＡｌを添加して
も、その効果が飽和する。従って、Ａｌ量を０．０１％
以上、０．１０％以下に限定する。なお清浄度の観点か
らは、Ａｌの下限として好ましくは０．０１３％超であ
る。

【００３２】この鋼をスラブの形状に鋳造して、発明の
熱延条件により圧延すれば、ラインパイプ用の熱延鋼板
が得られる。圧延においては、圧延機（特に仕上圧延
機）の能力に応じて、圧延温度、圧下率等を適切に配分
することが望ましい。

【００３３】図１は、仕上圧延の圧延条件について最適
な範囲を示す図である。図の横軸は仕上入口温度、縦軸
は仕上圧下率を示す。図中の斜めの直線は、通常の仕上
圧延機で制御可能な圧下率の上限又は仕上入口温度の下
限を示す直線である。この直線を超える圧下率又はこの
直線より低い仕上入口温度では、通常の仕上圧延機では
動作が不安定となり（通称トリップと呼ばれる）、制御
不能となる。

【００３４】図１の斜めの直線は、仕上入口温度をＴ
℃、仕上圧下率をＲ％とすると、次の式で表すことがで
きる。 Ｔ＝Ｒ×５＋４００ （１）

【００３５】従って、仕上圧延の好ましい圧延条件は、
次の式で表される。 Ｔ≧Ｒ×５＋４００ （２）

【００３６】これを手段として表すと、仕上圧延におい
ては、仕上入口温度Ｔ℃と仕上圧下率Ｒ％が不等式
（２）を満たすことを特徴とする請求項１または請求項
２記載の低温靱性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法と
なる。

【００３７】

【実施例】表１に示す化学成分の鋼を用いて、製造試験
により化学成分の影響を調べた。この表で鋼１〜３はこ
の発明の化学成分の範囲内の発明鋼、鋼４〜７はこの発
明の化学成分の範囲外の比較鋼である。比較鋼のうち、
鋼４はＭｎが０．８５％で発明の範囲より低く、鋼５、
６、７はそれぞれＮｂが０．０２４％、Ｖが０．０２５
％、Ｔｉが０．０２２％で発明の範囲より低い。これら
の化学成分の鋼を溶製し、熱延鋼板を製造した。圧延条
件は、比較鋼も含めていずれも発明の範囲内である。

【００３８】

【表１】

【００３９】表２に、製造された熱延鋼板について、機
械試験により強度と靱性を調べた試験結果を示す。靱性
の調査は、熱延鋼板からＶノッチシャルピー試験片を切
り出し、衝撃試験により０℃における吸収エネルギを測
定して行った。なお、材質の目標値は前述のように、Ｙ
Ｓ：５３０ＭＰａ以上、ＴＳ：６３０ＭＰａ以上、ｖＥ
ｏ：２００Ｊ以上である。

【００４０】

【表２】

【００４１】発明鋼１〜３は、目標の強度（ＹＳ、Ｔ
Ｓ）が得られ、靱性も吸収エネルギｖＥｏが２２５〜２
６４Ｊで目標値２００Ｊ以上を達成している。これに対
して、比較鋼はこれらの目標値のいずれかが達成されて
おらず、それぞれ次のようになっている。Ｍｎが発明の
範囲より低い鋼４は、ＴＳが低い。Ｎｂが発明の範囲よ
り低い鋼５は、ＹＳが低く、靱性（ｖＥｏ）も劣ってい
る。Ｔｉ、Ｖが発明の範囲より低い鋼６、７は、強度が
ＹＳ、ＴＳともに低い。

【００４２】化学成分が発明の範囲内の鋼を用いて、製
造条件の影響を調べた。表３に、粗圧延と仕上圧延の圧
延条件を示す。ここで、鋼板１１〜１３は製造条件が発
明の範囲内の鋼板であるが、鋼板１４は粗圧延の終了温
度が発明の範囲より低く、鋼板１５は粗圧延の圧下率が
発明の範囲より低く、鋼板１６は仕上圧延の入口温度が
発明の範囲より高く、鋼板１７は仕上圧延の圧下率が発
明の範囲より低くなっている。

【００４３】

【表３】

【００４４】これらの熱延鋼板の機械試験結果を、表３
に併せて示す。発明例の鋼板１１〜１３は、いずれも目
標のＹＳ：５３０ＭＰａ以上、ＴＳ：６３０ＭＰａ以
上、ｖＥｏ：２００Ｊ以上を達成している。

【００４５】比較例では、粗圧延の終了温度が発明の範
囲より低い鋼板１４はＹＳが低く、粗圧延の圧下率が発
明の範囲より低い鋼板１５はｖＥｏが低い。仕上圧延の
入口温度が発明の範囲より高い鋼板１６、仕上圧延の圧
下率が発明の範囲より低い鋼板１７は、いずれもｖＥｏ
が低い。

【００４６】スラブ加熱に際しての昇温パターンの影響
を調べるため、発明鋼を用いて、各温度域における滞在
時間を変えてスラブを加熱し、発明範囲の熱延条件で熱
延鋼板を製造した。表４に各温度域における滞在時間と
熱延鋼板の機械試験結果を示す。鋼板２１〜２３は発明
例であり、鋼板２４〜２７は比較例である。

【００４７】比較例の鋼板は、鋼板２４は常温から１０
００℃までの昇温時間が１２０分未満、鋼板２５は１０
００〜１１５０℃までの昇温時間が５０分未満、鋼板２
６は１１５０〜１２００℃までの昇温時間が４０分未満
で、いずれも発明の下限より短い。また、鋼板２７は１
２００〜１２４０℃における保持時間が、発明の下限４
０分より短い。

【００４８】

【表４】

【００４９】発明例の鋼板２１〜２３は、いずれも目標
のＹＳ：５３０ＭＰａ以上、ＴＳ：６３０ＭＰａ以上、
ｖＥｏ：２００Ｊ以上を達成している。これに対して、
比較例では、鋼板２４はＹＳが５１２ＭＰａと低く、鋼
板２５〜２７はＹＳが４９５〜５０６ＭＰａ、ＴＳが５
９８〜６１２ＭＰａで、いずれも目標値より低くなって
いる。

【００５０】以上の実施例においては、仕上入口温度と
仕上圧下率は図１に示す範囲内である。そこで、粗圧延
終了温度９７７℃、粗圧延圧下率８５％で圧延してきた
鋼板に対して、意図的に図１に示す範囲から外れた条
件：仕上入口温度８０１℃、仕上圧下率８８％で圧延し
たところ、仕上圧延機がトリップを起こした。

【００５１】これは、仕上圧延の入口温度が低めなのに
対して、ここで用いた圧延機の能力では仕上圧延の圧下
率が高過ぎるため、制御不能となったものである。この
場合は式（２）（図１）より、鋼板１８の仕上入口温度
８０１℃に対しては仕上圧下率を８０．２％以下とする
必要があり、圧下率８８％はこの値を超えているためで
ある。仕上圧延の操業安定性の観点からは、仕上入口温
度と仕上圧下率を図１に示す範囲内に設定することが望
ましい。

【００５２】

【発明の効果】この発明は、粗圧延と仕上圧延の圧延温
度と圧下率に着目し、適切な条件とすることにより、低
温靱性の大幅な向上を図ることができ、低温靱性に優れ
た高強度熱延鋼板の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】仕上圧延の圧延条件について最適な範囲を示す
図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ： ０．０３％〜０．２０％、 Ｓｉ： １．０％以下、 Ｍｎ： １．０％〜２．０％、 Ｎｂ： ０．０２５％〜０．０５％、 Ｔｉ： ０．０３％〜０．０８％、 Ｖ： ０．０３％〜０．０７％、 を含有する鋼を、１２００〜１２４０℃の温度に加熱
   し、粗圧延を９５０℃以上の温度かつ７５％以上の圧下
   率で行い、次いで仕上圧延を８５０℃未満の温度かつ７
   ５％以上の圧下率で行い、その後、巻取を５００〜６０
   ０℃の温度で行うことを特徴とする低温靱性に優れた高
   強度熱延鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 鋼を加熱する際は、常温から１０００℃
   までの時間を１２０分以上、次いで１１５０℃までを５
   ０分以上、次いで１２００℃までを４０分以上で昇温し
   た後、１２００〜１２４０℃の温度域で４０分以上保持
   することを特徴とする請求項１記載の低温靱性に優れた
   高強度熱延鋼板の製造方法。