JP2013133476A - 耐サワー特性と溶接熱影響部靭性に優れたラインパイプ用高強度鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.015〜0.040%、Si:0.01〜0.50%、Mn:0.50〜1.60%、P、S、Ca:0.0005〜0.0050%、Ti:0.010〜0.040%、Al、N、さらに、Nb、V、Moの1種または2種以上、必要に応じてCu、Ni、Cr、Bの1種または2種以上、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、特定の成分からなるパラメータ式を満足する化学成分を有し、金属組織がフェライト相とベイナイト相の2相組織を主相とし、島状マルテンサイト(MA)の分率が体積分率で4%以下、且つTiと(Nb、V、Mo)の1種または2種以上を含む粒子径20nm以下の複合炭化物が分散析出していることを特徴とする鋼板。上述した化学成分を有する鋼を、所定のスラブ加熱温度と圧延終了温度で熱間圧延した後、所定の条件で加速冷却し、その後直ちに再加熱を行う
【選択図】図1
Description
1.高強度と耐サワー特性の両立には、高強度を確保しつつも偏析を抑制して割れ感受性の低い成分系となるように、偏析を考慮したCP値を適正化し、ミクロ組織をフェライト相とベイナイト相との強度差の小さいフェライト+ベイナイト2相組織とすることが最も効果的である。
2.制御圧延後の加速冷却とその後の再加熱という製造プロセスを採ることで、Ti、Nb、V、Mo等を含む微細析出物による軟質相であるフェライト相の強化と、硬質相であるベイナイト相の軟化が起こり、強度差の小さいフェライト+ベイナイト2相組織を得ることができる。
3.加速冷却時のベイナイト変態による強化に加え、Cに対するTi、Nb、V、Moの添加量を適正化することで、再加熱時に析出する微細炭化物による析出強化を最大限に活用することができ、合金元素の少ない低成分系の鋼においても高強度化が可能になる。
1.質量%で、C:0.015〜0.040%、Si:0.01〜0.50%、Mn:0.50〜1.60%、P:0.008%以下、S:0.0010%以下、Ca:0.0005〜0.0050%、N:0.0010〜0.0050%、Ti:0.010〜0.040%、Al:0.005〜0.080%、さらに、Nb:0.005〜0.050%、V:0.005〜0.150%、Mo:0.01〜0.50%の1種または2種以上、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、下記(1)〜(4)式を満足する化学成分を有し、金属組織がフェライト相とベイナイト相の2相組織を主相とし、島状マルテンサイト(MA)の分率が体積分率で4%以下、且つTiと(Nb、V、Mo)の1種または2種以上を含む粒子径20nm以下の複合炭化物が分散析出していることを特徴とする、耐サワー特性と溶接熱影響部靭性に優れたラインパイプ用高強度鋼板。
4.0<Ti/N≦10.0 (1)
但し、各合金元素は含有量(質量%)
Ti−3.4N≧0.003 (2)
但し、各合金元素は含有量(質量%)
0.50≦C/(Ti+Nb+V+Mo)≦3.00 (3)
但し、各合金元素は含有量(原子%)
CP≦1.00 (4)
但し、CP=4.46C+2.37Mn/6+{1.74Cu+1.7Ni}/15+{1.18Cr+1.95Mo+1.74V}/5+22.36Pで各合金元素は含有量(質量%)
PCM≦0.180 (5)
但し、PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bで各合金元素は含有量(質量%)
2.さらに、質量%で、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%以下、Cr:0.50%、B:0.0050%以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする、1に記載の耐サワー特性と溶接熱影響部靭性に優れたラインパイプ用高強度鋼板。
3.1または2に記載の化学成分を有する鋼を、1000〜1300℃の温度に加熱し、Ar3温度以上の圧延終了温度で熱間圧延した後、5℃/sec以上の冷却速度で300〜600℃まで加速冷却を行い、その後直ちに0.5℃/sec以上の昇温速度で、冷却停止温度以上であって且つ550〜700℃まで再加熱を行うことを特徴とする、耐サワー特性と溶接熱影響部靭性に優れたラインパイプ用高強度鋼板の製造方法。
4.1または2に記載の鋼板を用いて製造されたことを特徴とする、耐サワー特性と溶接熱影響部靭性に優れたラインパイプ用高強度鋼管。
[ミクロ組織]
金属組織は、フェライト相とベイナイト相の2相組織を主相とする。フェライト相とベイナイト相の2相組織において、フェライト相は、加速冷却後に残存する未変態オーステナイトがフェライトに変態した、微細なグラニュラーフェライトまたはベイニティックフェライトとする。
フェライト相内に分散析出する析出物はTiと(Nb、V、Mo)の1種または2種以上を含む粒子径20nm以下の複合炭化物とする。
[化学成分]
以下の説明において個々の合金元素の含有量の限定を説明する%で示す単位は全て質量%とする。また、残部はFeおよび不可避的不純物とする。
Cは炭化物として析出強化に寄与する元素であるが、0.015%未満では十分な強度が確保できず、また溶接部が多サイクルの熱履歴を受ける場合は、溶接熱影響部靭性が劣化する虞がある。一方、0.040%を超えると、未変態オーステナイトへのC濃縮が増大し、中心偏析部や表層部でMAなどの硬質相が生成し易くなり、耐HIC性や耐SSC性が劣化する虞がある。また、0.040%を超えると溶接部でも硬質相が生成する場合があり、溶接熱影響部靭性が劣化する。
Siは脱酸のため添加するが、0.01%未満では脱酸効果が十分でなく、一方、0.50%を超えると靭性や溶接性を劣化させる。
Mnは強度、靭性のため添加するが、0.50%未満ではその効果が十分でなく、一方、1.60%を超えると溶接性と耐HIC性や耐SSC性が劣化する。特に、耐HIC性と耐SSC性の観点から、より好ましいMn量は0.50〜1.50%である。
Pは不可避不純物元素であり、溶接性を劣化させるとともに、中心偏析部の硬さを上昇させることで耐HIC性や耐SSC性を劣化させ、0.008%を超えるとその傾向が顕著となる。特に、耐HIC性と耐SSC性の観点から、より好ましいP量は0.006%以下である。
Sは一般的には鋼中においてはMnS介在物となり耐HIC性や耐SSC性を劣化させるため少ないほどよいが、0.0010%以下であれば問題ない。
Caは硫化物系介在物の形態制御による耐HIC性や耐SSC性向上に有効な元素であるが、0.0005%未満ではその効果が十分でなく、一方、0.0050%を超えて添加しても効果が飽和し、むしろ、鋼の清浄度の低下により耐HIC性や耐SSC性を劣化させる。
NはTiと共に析出物を形成するが、TiN析出物は1350℃以上に達する溶接熱影響部の高温域において微細分散することにより、溶接熱影響部の旧オーステナイト粒を細粒化し、溶接熱影響部の靭性向上に大きく寄与する。0.0010%未満ではその効果が十分でなく、一方、0.0050%を超えると、溶接部の靭性劣化を招くと共に製鋼段階でのスラブ割れを招く危険性がある。
Tiは本発明において重要な元素である。Tiは、Nb、V、Moと共に微細な複合炭化物を形成し、強度上昇に大きく寄与する。Tiを含む複合炭化物は、再加熱時に効果的に微細析出するとともに、Nb、V、Moと共に熱的に安定な複合炭化物を形成することにより再加熱時の粗大化が抑制される。しかし、0.010%未満ではその効果が十分でなく、一方、0.040%を超える添加は溶接熱影響部の靭性が劣化する。析出強化を十分に活用し、且つ溶接熱影響部の靭性劣化を抑制するという観点から、Ti量は0.015〜0. 035%とすることがより好ましい。
Alは脱酸剤として添加されるが、0.0051%未満では効果がなく、一方、0.080%を超えると鋼の清浄度が低下し、靱性が劣化する。
Nbは、変態強化の増大と組織の微細粒化により、強度と靭性を向上させるとともに、TiおよびV、Moと共に微細な複合炭化物を形成して強度上昇に寄与する。しかし、0.005%未満ではその効果が十分でなく、一方、0. 050%を超えると溶接熱影響部の靭性が劣化する。このため、Nbを添加する場合、Nb量は0.005〜0.050%とする。変態強化と析出強化を十分に活用するという観点から、Nb量は0.010〜0. 050%とすることがより好ましい。
質量%でのTi量とN量の比:4.0<Ti/N≦10.0とする。本発明による高強度化はTiとNb、V、Moの1種または2種以上を含む複合析出物(主に炭化物)の微細析出によるものであるが、Ti/N≦4.0ではTiがTiNの析出に消費されてしまい、析出強化に有効なTiとNb、V、Moの1種または2種以上を含む複合析出物を十分に得ることができない。
質量%でTi−3.4N≧0.003とする。TiとNb、V、Moの1種または2種以上を含む複合炭化物を十分に得るためには、Tiの役割が重要である。Ti−3.4N<0.003では、微細な複合炭化物を形成するために必要なTi量を十分に確保することが困難である。
原子%でのC量とNb、V、MoおよびTiの合計量の比であるC/(Nb+V+Mo+Ti)を0.50〜3.00とする。複合析出物による析出強化を有効に利用するためには、C量と炭化物形成元素であるNb、V、Mo、Ti量との関係が重要であり、これらの元素を適正なバランスのもとで添加することによって、熱的に安定し、且つ非常に微細な複合炭化物を得ることができる。
但し、CP=4.46C+2.37Mn/6+{1.74Cu+1.7Ni}/15+{1.18Cr+1.95Mo+1.74V}/5+22.36Pで各元素の含有量(質量%)であり、添加しない元素は0とする。
但し、PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bで各合金元素は含有量(質量%)
良好な溶接熱影響部靱性を確保するために、PCM≦0.180とする。さらに良好な溶接熱影響部靱性が必要な場合は、その上限を0.16とすることが望ましい。
Bは強度上昇、HAZ靭性改善に寄与する元素であるが、過剰に添加すると溶接性が劣化するため、添加する場合は0.0050%を上限とする。
以下の説明において、温度はスラブや鋼板の平均温度とする。
本発明では、上述した化学成分を有する鋼(スラブ)を、所定のスラブ加熱温度と圧延終了温度で熱間圧延した後、所定の条件で加速冷却し、その後直ちに再加熱を行う。
加熱温度が1000℃未満では炭化物の固溶が不十分で必要な強度が得られず、一方、1300℃を超えると靭性が劣化する。
圧延終了温度がAr3温度未満になると、その後のフェライト変態速度が低下するため、再加熱によるフェライト変態時に十分な微細析出物の分散析出が得られず、強度が低下する。
圧延終了後、直ちに5℃/sec以上の冷却速度で300〜600℃まで加速冷却する。圧延終了後に放冷または徐冷を行うと、高温域から析出物が析出して析出物が容易に粗大化し十分な強度が得られないとともに、十分な変態強化が得られない。よって、析出強化と変態強化に最適な温度まで急冷(加速冷却)を行い、高温域からの析出を防止し、且つ変態強化の効果を得る。冷却設備としては任意の設備を用いることが可能であり、特に規定しない。
上述した加速冷却後、直ちに0.5℃/sec以上の昇温速度で、冷却停止温度以上であって且つ550〜700℃の温度まで再加熱を行う。このプロセスは本発明における重要な製造条件である。フェライト相の強化に寄与する微細析出物は、再加熱時のフェライト変態と同時に析出する。微細析出物によるフェライト相の強化とベイナイト相の軟化を同時に行い、フェライト相とベイナイト相の強度差の小さい組織を得るためには、加速冷却後、直ちに冷却停止温度以上であって且つ550〜700℃の温度まで再加熱することが必要である。また、この再加熱の際には、冷却停止温度よりも50℃以上高い温度に昇温することが望ましい。
2:鋼板
3:熱間圧延機
4:加速冷却装置
5:ホットレベラー
6:インライン型誘導加熱装置
Claims (4)
- 質量%で、C:0.015〜0.040%、Si:0.01〜0.50%、Mn:0.50〜1.60%、P:0.008%以下、S:0.0010%以下、Ca:0.0005〜0.0050%、N:0.0010〜0.0050%、Ti:0.010〜0.040%、Al:0.005〜0.080%、さらに、Nb:0.005〜0.050%、V:0.005〜0.150%、Mo:0.01〜0.50%の1種または2種以上、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、下記(1)〜(4)式を満足する化学成分を有し、金属組織がフェライト相とベイナイト相の2相組織を主相とし、島状マルテンサイト(MA)の分率が体積分率で4%以下、且つTiと(Nb、V、Mo)の1種または2種以上を含む粒子径20nm以下の複合炭化物が分散析出していることを特徴とする、耐サワー特性と溶接熱影響部靭性に優れたラインパイプ用高強度鋼板。
4.0<Ti/N≦10.0 (1)
但し、各合金元素は含有量(質量%)
Ti−3.4N≧0.003 (2)
但し、各合金元素は含有量(質量%)
0.50≦C/(Ti+Nb+V+Mo)≦3.00 (3)
但し、各合金元素は含有量(原子%)
CP≦1.00 (4)
但し、CP=4.46C+2.37Mn/6+{1.74Cu+1.7Ni}/15+{1.18Cr+1.95Mo+1.74V}/5+22.36Pで各合金元素は含有量(質量%)
PCM≦0.180 (5)
但し、PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bで各合金元素は含有量(質量%) - さらに、質量%で、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%以下、Cr:0.50%、B:0.0050%以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の耐サワー特性と溶接熱影響部靭性に優れたラインパイプ用高強度鋼板。
- 請求項1または請求項2に記載の化学成分を有する鋼を、1000〜1300℃の温度に加熱し、Ar3温度以上の圧延終了温度で熱間圧延した後、5℃/sec以上の冷却速度で300〜600℃まで加速冷却を行い、その後直ちに0.5℃/sec以上の昇温速度で、冷却停止温度以上であって且つ550〜700℃まで再加熱を行うことを特徴とする、耐サワー特性と溶接熱影響部靭性に優れたラインパイプ用高強度鋼板の製造方法。
- 請求項1または請求項2に記載の鋼板を用いて製造されたことを特徴とする、耐サワー特性と溶接熱影響部靭性に優れたラインパイプ用高強度鋼管。
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