JP2008530366A - ラインパイプ用スチール - Google Patents

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Abstract

ホットストリップミルにおけるコイルプレートの製造方法を開示する。この方法は、熱間圧延コイルプレートストリップを、（ａ）Ｃｒ／Ｍｏカーバイドの沈着を最小化する温度または（ｂ）いずれの生じるＣｒ／Ｍｏカーバイドもこのストリップから製造されるコイルプレートの次の熱処理において溶液になるほど充分細かくなるような温度、から選択される温度においてコイル状に巻く工程を含む。

Description

本発明は、ラインパイプ用スチール、ラインパイプ用スチールストリップの製造方法、ラインパイプ用スチールストリップからのラインパイプの製造方法、およびラインパイプ用スチールから製造されるＡＰＩ ５Ｌグレードの既定要求事項に適合するラインパイプに関する。
オーストラリアでは、電気抵抗溶接（ＥＲＷ）法がラインパイプ製造の主な方法である。ＥＲＷは、熱間圧延機から供給されたスチールストリップ供給を必要とする。ＥＲＷは、ストリップの側端をスチールの融点以上の温度に加熱する工程および、その後突き合わせ、それによって側端を互いに溶接する工程を含む。
本出願人により製造されるラインパイプ用スチール中のＭｎレベルは、歴史的に０．８〜１．５ｗｔ．％の範囲内であった。Ｍｎ添加の主目的は、固溶体強化を提供することである。
しかしながら、Ｍｎの一つの欠点は、典型的には連続鋳造スチールスラブを熱間圧延することにより製造されるストリップのセンターラインに特異な（高硬度かつ低靱性の）微細構造を表す、強い偏析傾向を有することである。
そのような特異な微細構造は、ＥＲＷ溶接線の機械的特性に、特にラインパイプがセンタースリットストリップ供給から製造される場合に悪影響を有し得る。特に、ＥＲＷにおけるストリップの側端を互いに突き合わせる工程は、ストリップのスリット側端においてＭｎリッチなセンターライン偏析バンドを、形成する溶接部の面にそらす。この結果は、溶接線の靱性を低下させることである。
センターライン偏析から生じるそのような特異な微細構造は、アプセット溶接法、例えばＭＩＡＢおよびフラッシュ溶接を使用するラインの建設中の、ラインパイプの整列した端の溶接により製造される溶接部における悪影響も更に有し得る。これらの方法は、端を互いに突き合わせることによる整列した端の縁の誘導加熱および次の自生溶接を含む。現在、通常使用されるラインパイプの手溶接に優る幾つかの操作上の利点と経済的利点とを有するＭＩＡＢ溶接法は、パイプライン建設に広く使用されていない。
センターライン偏析の悪影響は、ストリップにおける伸長ＭｎＳ包含物の同時発生により強調される。熱間圧延プロセスにおけるＭｎＳ包含物の可塑性は、Ｍｎレベルの増加に比例して増加する。パイプライン用スチールの延性破壊伝播抵抗に対するＭｎＳ包含物の悪影響は、よく知られている。これらの包含物は、パイプ本体と溶接線との両方の破壊靱性への影響を制御する。溶接線の靱性への悪影響は、特にセンタースリットストリップから製造されるパイプの場合に明らかである。
従来、伸長ＭｎＳ包含物の悪影響およびセンターライン偏析は、パイプラインの特定の要求に依存して、スチール中のＳ濃度を０．００５％以下（または更に低い範囲）に制限することにより制御されてきた。
加えて、幾つかのスチール製造は、別の対応策として、Ｃａ注入プロセスを使用して完全なスルフィド形制御を達成する可能性を有する。
しかしながら、上記方法両方に関して大きな資本コストと運転コストがあり、これらの方法はこれらの理由により魅力的な選択ではない。
本発明は、別の大きな資本支出と操作支出とを含まないラインパイプ用スチールの組成選択に基づく、別の解決策を提供する。品質改良ラインパイプを製造することを可能にすることに加えて、ラインパイプ用スチールは、更に、特に現場でのアプセット溶接法、例えばＭＩＡＢ法およびフラッシュ溶接法に適している。
この解決策は、（ａ）ラインパイプ製造に通常使用されるよりかなり減少したＭｎ濃度（典型的には０．５０ｗｔ．％以下、好ましくは０．３５％以下）および（ｂ）低濃度のＴｉ（典型的には少なくとも０．０１ｗｔ．％）、を有するスチールを使用することである。
更に、高強度ＡＰＩラインパイプグレードに関して、解決策としてはスチール中のＣｒの添加が挙げられ得る。本出願人は、Ｃｒの合金添加が更に硬度の増加およびＭｎＳ包含物の可塑性の減少に効果的であることを発見した。一般的に、ラインパイプ用スチールの特定の靱性要求は、強度レベルの増加に伴って増加する。高強度ＡＰＩラインパイプグレードに関して、Ｍｎの代わりのＣｒ添加の使用は、増加した強度と靱性の両方に寄与する複合メリットを有し得る。
低Ｍｎ濃度は、センターライン偏析の度合いを減少し、従って、そうでなければ鋳造スラブを連続的に熱間圧延することにより形成されるストリップ中に形成される特異な微細構造を減少する。加えて、ＭｎＳ包含物の熱可塑性は、低Ｍｎ濃度において大きく減少する。この包含物は、比較的硬く、熱間圧延ストリップ製品中で略球形の形態のままである。Ｔｉの添加は、更にＭｎＳ包含物の硬度を高め、更に表面特性の改良およびスチールおよび関連する溶接熱影響部中の粒子改良を達成することを補助する。
本発明により、以下の組成
Ｃ ：０．１８ｗｔ．％以下；
Ｍｎ：０．１０〜０．５０ｗｔ．％；
Ｔｉ：少なくとも０．０１ｗｔ．％；
Ｓｉ：０．３５ｗｔ．％以下；
Ｎｂ：０．１０ｗｔ．％以下；
Ａｌ：０．０５ｗｔ．％以下；
Ｃａ：０．００５ｗｔ．％以下；
Ｓ ：０．０１５ｗｔ．％以下；
Ｐ ：０．０２０ｗｔ．％以下；
Ｃｒ：１．０ｗｔ．％以下；
Ｍｏ：０．５ｗｔ．％以下；
Ｂ ：０．００２ｗｔ．％以下；
Ｎｉ：０．３５ｗｔ．％以下；
Ｃｕ：０．３５ｗｔ．％以下；
Ｖ ：０．０６ｗｔ．％以下；
Ｆｅ：残量；および
不純物
を有するラインパイプ用スチールを提供する。
用語「不純物」は、本明細書中、スチール製造プロセスの結果およびスチール製造プロセスにおいて使用される供給材料であり、組成への意図的な添加剤ではなく、要素のリストに存在していない不純物を意味すると解釈されるべきである。Ｓｎはそのような要素の一つである。
このラインパイプ用スチールは、組成の意図的な添加剤として、ＭｎおよびＴｉを含む。
このラインパイプ用スチールは、更に別の要素を意図的な添加剤としてこの組成に含んでもよい。
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、およびＶは、別の要素の例である。
要素の意図的な添加が、このスチールから製造されるラインパイプに必要とされる機械的特性に依存して必要とされ得る。例えば、従来、強度の目的に関して比較的高いＭｎ濃度に依存していた、高強度ラインパイプグレード、例えばＡＰＩ ５Ｌ Ｘ６５およびＸ７０に関して、ＣｒおよびＭｏが低濃度Ｍｎを補うために添加されてもよい。更に、Ｂが添加され、保護溶質形態で存在して硬化性を高めてもよい。Ｂが添加されると、好ましくは組成物は組成物中の全てのＮと結合するのに十分なＴｉを含み、従ってＢＮの形成を防止することが知られている。
加えて、意図的な添加剤要素は、ラインパイプ用スチールの最終用途に関係する特定の要求に依存して必要とされ得る。例えば、ＮｉおよびＣｕがサワー（ｓｏｕｒ）供給用途の組成物における要素として必要とされ得る。
典型的には、このスチール組成物は、Ｃ０．１０ｗｔ．％未満を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｃ少なくとも０．０２ｗｔ．％を含む。
好ましくは、このスチール組成物は、Ｃ少なくとも０．０３ｗｔ．％を含む。
より好ましくは、このスチール組成物は、Ｃ少なくとも０．０４ｗｔ．％を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｍｎ０．３５ｗｔ．％未満を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｍｎ少なくとも０．１５ｗｔ．％を含む。
好ましくは、このスチール組成物は、Ｍｎ少なくとも０．２０ｗｔ．％を含む。
より好ましくは、このスチール組成物は、Ｍｎ少なくとも０．２５ｗｔ．％を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｔｉ０．０５ｗｔ．％未満を含む。
好ましくは、このスチール組成物は、Ｔｉ０．０３ｗｔ．％未満を含む。
より好ましくは、このスチール組成物は、Ｔｉ０．０４ｗｔ．％未満を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｓｉ０．２５ｗｔ．％未満を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｓｉ少なくとも０．００５ｗｔ．％を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｎｂ０．０８ｗｔ．％未満を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｎｂ少なくとも０．００１ｗｔ．％を含む。
好ましくは、このスチール組成物は、Ｎｂ少なくとも０．０１ｗｔ．％を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ａｌ少なくとも０．０１ｗｔ．％を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｃａ０．００１ｗｔ．％未満を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｓ０．０１２ｗｔ．％未満を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｓ０．０１ｗｔ．％未満を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｓ少なくとも０．００５ｗｔ．％を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｐ０．０２０ｗｔ．％未満を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｃｒ０．７ｗｔ．％未満を含む。
好ましくは、このスチール組成物は、Ｃｒ０．５ｗｔ．％未満を含む。
典型的には、このスチール組成物は、Ｍｏ０．３ｗｔ．％未満を含む。
本発明によると、上記ラインパイプ用スチールから製造されるラインパイプも更に提供される。
本発明によると、
（ａ）上記ラインパイプ用スチールのスラブを鋳造する工程；
（ｂ）上記スラブを熱間圧延して所望の厚さ、典型的には５〜１０ｍｍを有するストリップを形成する工程；および
（ｃ）上記ストリップをコイル状に巻く工程
を含む、ラインパイプ製造用供給原料として使用されるのに好適な上記ラインパイプ用スチールのコイルストリップの製造方法も更に提供される。
好ましくは、上記方法により製造されるコイルストリップ中のラインパイプ用スチールの微細構造は、主に微粒子多角形フェライトである。
好ましくは、中強度ラインパイプグレード（例えば、ＡＰＩ ５Ｌ Ｘ４２およびＸ６０）の場合、微細構造は、小さい容積率（１５％以下）のパーライトを含む。
好ましくは、高強度ラインパイプグレード（例えば、ＡＰＩ ５Ｌ Ｘ６５およびＸ７０）の場合、微細構造は、針状フェライトおよび／またはマルテンサイト／オーステナイトを含む。
本発明によると、上記ラインパイプ用スチールストリップの電気抵抗溶接工程およびラインパイプの形成工程を含むラインパイプの製造方法も更に提供される。
ＥＲＷ溶接ゾーンのアニールされた範囲の細いシームは別として、ラインパイプの微細構造は本質的にパイプ形成プロセスによって変わらず、上記ラインパイプ用スチールストリップにおけるラインパイプ用スチールの微細構造と同じである。
本出願人は、上記電気抵抗溶接ラインパイプ用スチールストリップから製造されるラインパイプおよび常套の高Ｍｎラインパイプ用スチールストリップ電気抵抗溶接から製造されるラインパイプにおけるセンターライン偏析度を評価する研究活動を行った。
図１は、研究活動の結果を示す。
図１は、二つのグラフを包含する。各グラフは、試験される特定のスチールストリップのセンターラインからの距離に対するこのスチール中のＭｎの濃度（電子プローブマイクロアナリシスにより測定）をプロットしている。
図１の上のグラフは、常套のＭｎ濃度１．１ｗｔ．％を有する高Ｍｎラインパイプ用スチールに関する。
図１の下のグラフは、低Ｍｎ濃度０．３ｗｔ．％を有する本発明によるラインパイプ用スチールに関する。
本発明によるラインパイプ用スチールのストリップセンターラインの付近におけるＭｎ濃度の変化が著しく低いことが二つのグラフの比較から容易に解る。このことは、このラインパイプ用スチール中の著しく少ない偏析を示す。従って、センタースリットストリップから製造されるパイプのＥＲＷ溶接線の靱性が著しく改良され得る。
改良された靱性は、以下の表１中に要約されている別の研究活動の結果により示されている。
表１は、常套の高Ｍｎラインパイプ用スチールおよび本発明による低Ｍｎラインパイプ用スチールから製造される２１９ｍｍ×６．４ｍｍパイプから製造される「ガルウイング」壁厚試験片における溶接線シャルピーＶ衝撃試験の結果を提供する。この試験は、ノッチ位置を溶接ラインに合わせた試験片で行った。この方法で試験される高Ｍｎおよび低Ｍｎスチールパイプ両方の化学組成を表２に提供する。
Figure 2008530366
Figure 2008530366
表１における結果は、出願人により研究活動において得られる、典型的な溶接線シャルピー試験結果である。
本発明のラインパイプ用スチールが常に、試験される常套の高Ｍｎラインパイプ用スチールより高い溶接線靱性を有することが、表１から明らかである。
出願人により行われる研究活動は、更に本発明によるラインパイプ用スチールストリップのシャルピーＶ衝撃エネルギーにおける低Ｍｎ濃度の効果を調査した。
更なる研究活動の結果を図２に示す。
図２は、Ｃ含量が０．０８〜０．１０％の範囲に保持され、Ｓ含量が０．００３〜０．０１０％の範囲にわたって変化されている複数のラインパイプストリップのＭｎ濃度（ｗｔ．％）に対する−１５℃におけるシャルピーＶエネルギーのグラフである。
図２は、本発明の低Ｍｎスチールが高Ｍｎスチールよりも高Ｓ濃度を許容して、所定の靱性を得ることができることを示す。このことは、低Ｓ濃度スチール製造の実質上の問題の観点から有利である。言い換えると、図２から、本発明の低Ｍｎアロイデザインアプローチが大幅に高いＳ濃度がシャルピーＶ衝撃エネルギーの所定の仕様の要求を達成するのに使用されることを可能にすることが明らかである。
本発明の精神および範囲から逸脱しないで上記本発明に多くの変更がなされ得る。
図１は、研究活動の結果を表す。 図２は、更なる研究活動の結果を表す。

Claims (30)

  1. 以下の組成
    Ｃ ：０．１８ｗｔ．％以下；
    Ｍｎ：０．１０〜０．５０ｗｔ．％；
    Ｔｉ：少なくとも０．０１ｗｔ．％；
    Ｓｉ：０．３５ｗｔ．％以下；
    Ｎｂ：０．１０ｗｔ．％以下；
    Ａｌ：０．０５ｗｔ．％以下；
    Ｃａ：０．００５ｗｔ．％以下；
    Ｓ ：０．０１５ｗｔ．％以下；
    Ｐ ：０．０２０ｗｔ．％以下；
    Ｃｒ：１．０ｗｔ．％以下；
    Ｍｏ：０．５ｗｔ．％以下；
    Ｂ ：０．００２ｗｔ．％以下；
    Ｎｉ：０．３５ｗｔ．％以下；
    Ｃｕ：０．３５ｗｔ．％以下；
    Ｖ ：０．０６ｗｔ．％以下；
    Ｆｅ：残量；および
    不純物
    を含む、ラインパイプ用スチール。
  2. Ｃを０．１０ｗｔ．％未満含む、請求項１に記載のラインパイプ用スチール。
  3. Ｃを少なくとも０．０２ｗｔ．％含む、請求項１または請求項２に記載のラインパイプ用スチール。
  4. Ｃを少なくとも０．０３ｗｔ．％含む、請求項３に記載のラインパイプ用スチール。
  5. Ｃを少なくとも０．０４ｗｔ．％含む、請求項４に記載のラインパイプ用スチール。
  6. Ｍｎを０．３５ｗｔ．％未満含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  7. Ｍｎを少なくとも０．１５ｗｔ．％含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  8. Ｍｎを少なくとも０．２０ｗｔ．％含む、請求項７に記載のラインパイプ用スチール。
  9. Ｍｎを少なくとも０．２５ｗｔ．％含む、請求項８に記載のラインパイプ用スチール。
  10. Ｔｉを０．０５ｗｔ．％未満含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  11. Ｔｉを０．０３ｗｔ．％未満含む、請求項１０に記載のラインパイプ用スチール。
  12. Ｓｉを０．２５ｗｔ．％未満含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  13. Ｓｉを少なくとも０．００５ｗｔ．％含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  14. Ｎｂを０．０８ｗｔ．％未満含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  15. Ｎｂを少なくとも０．００１ｗｔ．％含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  16. Ｎｂを少なくとも０．０１ｗｔ．％含む、請求項１５に記載のラインパイプ用スチール。
  17. Ａｌを少なくとも０．０１ｗｔ．％含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  18. Ｃａを０．００１ｗｔ．％未満含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  19. Ｓを０．０１２ｗｔ．％未満含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  20. Ｓを０．０１ｗｔ．％未満含む、請求項１９に記載のラインパイプ用スチール。
  21. Ｓを少なくとも０．００５ｗｔ．％含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  22. Ｃｒを０．７ｗｔ．％未満含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  23. Ｃｒを０．５ｗｔ．％未満含む、請求項２２に記載のラインパイプ用スチール。
  24. Ｍｏを０．３ｗｔ．％未満含む、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチール。
  25. 従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチールから製造されるラインパイプ。
  26. （ａ）従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチールのスラブを鋳造する工程；
    （ｂ）該スラブを熱間圧延して所望の厚さ、典型的には５〜１０ｍｍ、を有するストリップを形成する工程；および
    （ｃ）該ストリップをコイル状に巻く工程
    を含む、ラインパイプの製造用供給原料として使用するのに好適である、従前請求項のいずれかに記載のラインパイプ用スチールのコイルストリップの製造方法。
  27. コイルストリップにおけるラインパイプ用スチールの微細構造が主に微粒子多角形フェライトである、請求項２６に記載の方法。
  28. 中強度ラインパイプグレード、例えばＸ４２〜Ｘ６０の場合、該微細構造が小さい容積率（１５％以下）のパーライトを含む、請求項２６または請求項２７に記載の方法。
  29. 高強度ラインパイプグレード、例えばＸ６５およびＸ７０の場合、該微細構造が針状フェライトおよび／またはマルテンサイト／オーステナイトを含む、請求項２６または請求項２７に記載の方法。
  30. 請求項２６〜２９のいずれかに記載のラインパイプ用スチールストリップの電気抵抗溶接工程およびラインパイプ形成工程を含む、ラインパイプの製造方法。
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