JP2015190042A - 低温靭性に優れた高強度ラインパイプ用鋼板および高強度ラインパイプ用鋼管 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】化学成分組成を適切に調整し、t/4(t:板厚)の位置における平均結晶粒径が10μm以下であると共に、指定温度のシャルピー試験片破面から測定したセパレーション指数SIが0.30mm/mm2以下(0mm/mm2を含まない)である。
【選択図】なし
Description
C :0.02〜0.20%(質量%の意味。以下、化学成分組成について同じ。)、
Si:0.02〜0.50%、
Mn:0.6〜2.0%、
P :0.02%以下(0%を含まない)、
S :0.01%以下(0%を含まない)、
Al:0.010〜0.080%、
Nb:0.002〜0.060%、
Ti:0.003〜0.030%、
Ca:0.0003〜0.0060%、
N :0.0010〜0.010%、
REM:0.0001〜0.0300%、および
Zr:0.0001〜0.0200%、
を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物であり、
t/4(t:板厚)の位置における平均結晶粒径が10μm以下であると共に、指定温度のシャルピー試験片破面から測定したセパレーション指数SIが0.30mm/mm2以下(0mm/mm2を含まない)であることを特徴とする。
優れた低温靭性を確保するためには、結晶粒の微細化による母材靭性の確保が必要となる。目的とする低温靭性を確保するためには、鋼板特性を評価する上での代表的な位置であるt/4(t:板厚)の位置で測定したときの平均結晶粒径を10μm以下とする必要がある。好ましくは、8.0μm以下であり、より好ましくは7.0μm以下である。
指定温度でのシャルピー試験片破面のセパレーション指数SIを、0.30mm/mm2以下とすることで、CTOD試験においてセパレーションが発生しても目標とする限界CTOD値が確保できる。目標とする限界CTOD値は、試験温度を−10℃としたときに、0.15mm以上となる。尚、上記指定温度とは、下記(1)式から求めることができる。即ち、シャルピー試験を行なうときの試験温度(指定温度)は、板厚によって異なることになり、試験温度を−10℃としたときに目標とする限界CTOD値を評価するためには、この指定温度(T1)も考慮する必要がある。
T1=T2−6(t)1/2+20 …(1)
但し、T1:シャルピー試験温度(℃)、T2:CTOD試験温度(℃)(=−10℃)、t:板厚(mm)を夫々示す。
SI=Σ(Ln)/SA …(2)
但し、Lnはn番目のセパレーション長さ(mm)、SAは破面の断面積(mm2)を夫々示す。
Cは、母材(鋼板)および溶接部の強度を確保するために必要不可欠な元素であり、そのためには、Cは0.02%以上含有させる必要がある。好ましくは0.03%以上であり、より好ましくは0.05%以上である。しかしながら、C量が過剰になると島状マルテンサイト(MA:Martensite−Austenite contituent)が生成しやすくなり、HAZ(熱影響部:Heat Affected zone)の靭性が低下すると共に、溶接性が低下する。こうした観点から、C量は0.20%以下とする必要がある。好ましくは0.15%以下、より好ましくは0.12%以下である。
Siは、脱酸作用を有する上に、母材(鋼板)および溶接部の強度向上に有効である。これらの効果を発揮させるためには、Si量は0.02%以上とする。好ましくは0.05%以上であり、より好ましくは0.15%以上である。しかしながら、Si量が過剰になると溶接性や靭性が劣化する。よってSi量は、0.50%以下に抑える必要がある。好ましくは0.45%以下、より好ましくは0.35%以下である。
Mnは、母材(鋼板)および溶接部の強度向上に有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Mnは0.6%以上含有させる必要がある。好ましくは1.0%以上であり、より好ましくは1.2%以上である。しかしながら、Mn量が過剰になると、MnSを生成してセパレーションの発生が促進されるだけでなく、HAZ靭性や溶接性も劣化するため、Mn量の上限を2.0%以下とする。好ましくは1.9%以下であり、より好ましくは1.8%以下である。
Pは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であり、P量が0.02%を超えると母材靭性およびHAZ靭性の劣化が著しい。よって本発明では、P量を0.02%以下に抑える。好ましくは0.015%以下、より好ましくは0.010%以下である。
S量が過剰になると、MnSを生成し、セパレーションの発生を促進させるため、その上限を0.01%以下とする。S量は、好ましくは0.008%以下であり、より好ましくは0.0060%以下、更に好ましくは0.0050%以下である。この様にセパレーションの発生を抑制するという観点からは、S量は少ない方が望ましいものの、工業的に0.0001%未満とすることは困難であることから、S量の下限は概ね0.0001%以上である。
Alは強脱酸元素であり、脱酸効果を得るためには0.010%以上含有させる必要がある。好ましくは0.020%以上、より好ましくは0.030%以上である。一方、Al量が過剰になると、AlNが多量に生成し、TiN析出量が減少することでHAZでの靭性が損なわれてしまう。よってAl量は0.080%以下とする必要がある。好ましくは0.060%以下であり、より好ましくは0.050%以下である。
Nbは、溶接性を劣化させることなく強度と母材靭性を高めるのに有効な元素である。このような効果を発揮させるためには、Nb量は0.002%以上とする必要がある。好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.010%以上である。しかしながら、Nb量が過剰になって0.060%を超えると、母材とHAZの靭性が劣化する。よってNb量の上限を0.060%以下とする。好ましくは0.050%以下、より好ましくは0.040%以下である。
Tiは、鋼中にTiNとして析出することで、スラブ加熱時のオーステナイト粒の粗大化の抑制による母材靭性の向上や、溶接時のHAZでのオーステナイト粒の粗大化によるHAZの靭性の向上に必要な元素である。このような効果を発揮させるためには、Ti量を0.003%以上とする必要がある。好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.010%以上である。一方、Ti量が過剰になると、固溶TiやTiCが析出して母材とHAZの靭性が劣化するため、0.030%以下とする必要がある。好ましくは0.025%以下、より好ましくは0.020%以下である。
Caは、硫化物の形態を制御する作用があり、CaSを形成することによってMnSの形成を抑制する効果がある。このような効果を発揮させるために、Ca量を0.0003%以上とする必要がある。好ましくは0.0005%以上であり、より好ましくは0.0010%以上である。一方、Ca量が0.0060%を超えて過剰になると、靭性が劣化するため、Ca量の上限を0.0060%以下とする。Ca量は、好ましくは0.0050%以下であり、より好ましくは0.0040%以下である。
Nは、鋼中にTiNとして析出することで、スラブ加熱時のオーステナイト粒の粗大化の抑制による母材靭性の向上や、溶接時のHAZでのオーステナイト粒の粗大化によるHAZ靭性の向上に必要な元素である。これらの効果を発揮させるためには、Nは0.0010%以上含有させる必要がある。好ましくは0.0030%以上であり、より好ましくは0.0040%以上である。しかしながら、N量が過剰になると、固溶Nの存在によりHAZでの靭性が劣化するため、0.010%以下にする必要がある。好ましくは0.0080%以下であり、より好ましくは0.0060%以下である。
REM(希土類元素)は、硫化物の形態制御に有効な元素であり、REMSを形成することによりMnSの形成を抑制する効果がある。このような効果を発揮させるためには、REMを0.0001%以上含有させる必要がある。REM量は好ましくは0.0003%以上、より好ましくは0.0005%以上である。一方、REMを多量に含有させても効果が飽和するため、REM量の上限は0.0300%以下とする。尚、本発明において、REMとは、ランタノイド元素(LaからLuまでの15元素)とSc(スカンジウム)およびYを意味する。
Zrは、酸化物を形成して微細に分散することでHAZでの靭性の向上に寄与する。このような効果を発揮させるためには、Zr量を0.0001%以上とする必要がある。Zr量は、好ましくは0.0003%以上、より好ましくは0.0005%以上である。一方、Zr量が過剰になると、粗大な介在物を形成して母材靭性を劣化させるため、Zr量は0.0200%以下とする必要がある。好ましくは0.0100%以下、より好ましくは0.0050%以下である。
Cuは、強度を高めるのに有効な元素である。このような効果を発揮させるためには、Cuを0.01%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.05%以上、更に好ましくは0.10%以上である。しかしながら、Cu量が過剰になると、母材の靭性が劣化するため、1.50%以下とすることが好ましい。より好ましくは1.0%以下、更に好ましくは0.50%以下である。
Niは、母材および溶接部の強度と靭性の向上に有効な元素である。このような効果を得るためには、Ni量を0.01%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.05%以上、更に好ましくは0.10%以上である。しかしながら、Niが多量に含まれると、構造用鋼材として極めて高価となるため、経済的な観点からNi量は1.50%以下とすることが好ましい。より好ましくは1.0%以下、更に好ましくは0.50%以下である。
Crは、強度の向上に有効な元素であり、このような効果を得るには0.01%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.05%以上、更に好ましくは0.10%以上である。一方、Cr量が1.50%を超えるとHAZ靭性が劣化する。よってCr量は1.50%以下とすることが好ましい。より好ましくは1.0%以下、更に好ましくは0.50%以下である。
Moは、母材の強度と靭性の向上に有効な元素である。このような効果を得るには、Mo量を0.01%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.05%以上、更に好ましくは0.10%以上である。しかし、Mo量が1.50%を超えるとHAZでの靭性および溶接性が劣化する。よってMo量は1.50%以下とすることが好ましく、より好ましくは1.0%以下、更に好ましくは0.50%以下である。
Vは、強度の向上に有効な元素であり、このような効果を得るには0.003%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.010%以上である。一方、V含有量が0.1%を超えると溶接性と母材靭性が劣化する。よってV量は0.1%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.08%以下である。
累積圧下率=(t0−t1)/t2×100 …(3)
[(3)式中、t0は平均温度が圧延温度範囲にあるときの鋼板の圧延開始厚み(mm)、t1は平均温度が圧延温度範囲にあるときの鋼板の圧延終了厚み(mm)、t2は圧延前の鋳片(例えばスラブ)の厚みを、夫々示す]
Ar3(℃)=910−310×[C]−80×[Mn]−20×[Cu]−15×[Cr]−55×[Ni]−80×[Mo]+0.35(t−8) …(4)
[(4)式中、[C]、[Mn]、[Cu]、[Cr]、[Ni]および[Mo]は、夫々C、Mn、Cu、Cr、NiおよびMoの含有量(質量%)を示し、tは温度測定時の板厚(mm)を示す]
鋼板表面と垂直且つ圧延方向に平行な断面(L断面)を研磨し、ナイタールで腐食を行なった試験片を用いた。板厚tに対してt/4の位置を測定位置として、400倍で撮影した組織写真から切断法を用いてフェライトの平均結晶粒径を求めた。
引張特性は、API−5Lに準拠した全厚引張試験片を用いて、規格に準拠した試験方法で引張特性(降伏強度、引張強度)を評価した。
ASTM−A370に準拠した2mmVノッチシャルピー試験片を用いて、規格に準拠した試験方法で評価した。その際、シャルピー試験片は、t/4(t:板厚)の位置からCTOD試験片と同じ方向となる様に採取し、各温度(指定温度:下記表3)で3本試験を行ない、セパレーション指数を測定した上で、その値が最大となるものをセパレーション指数SIとして採用した。図1は、セパレーション指数SIを測定するときのシャルピー試験片破面を模式的に示した図である。セパレーション指数SIは、シャルピー試験片の破面に発生したセパレーションの各長さL1〜L3を測定し、その総長さを前記(2)式に従って測定したものである。
BS7448に準拠したB×2B形状の3点曲げCTOD試験片を用いて、規格に準拠した試験方法で評価した。CTOD試験は、−10℃において各鋼板で2本ずつ行ない、2本のうち値が低い方を限界CTOD値として採用した。
Claims (3)
- C :0.02〜0.20%(質量%の意味。以下、化学成分組成について同じ。)、
Si:0.02〜0.50%、
Mn:0.6〜2.0%、
P :0.02%以下(0%を含まない)、
S :0.01%以下(0%を含まない)、
Al:0.010〜0.080%、
Nb:0.002〜0.060%、
Ti:0.003〜0.030%、
Ca:0.0003〜0.0060%、
N :0.0010〜0.010%、
REM:0.0001〜0.0300%、および
Zr:0.0001〜0.0200%、
を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物であり、
t/4(t:板厚)の位置における平均結晶粒径が10μm以下であると共に、指定温度のシャルピー試験片破面から測定したセパレーション指数SIが0.30mm/mm2以下(0mm/mm2を含まない)であることを特徴とする低温靭性に優れた高強度ラインパイプ用鋼板。 - 更に、Cu:1.50%以下(0%を含まない)、Ni:1.50%以下(0%を含まない)、Cr:1.50%以下(0%を含まない)、Mo:1.50%以下(0%を含まない)およびV:0.1%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される1種または2種以上を含有する請求項1に記載の高強度ラインパイプ用鋼板。
- 請求項1または2に記載の高強度ラインパイプ用鋼板を用いて製造される低温靭性に優れた高強度ラインパイプ用鋼管。
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