JP4432719B2 - ラインパイプ用厚鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、厚鋼板及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、ラインパイプ用厚鋼板及びその製造方法に関する。
原油や天然ガスは、湿潤な硫化水素を含む。そのため、原油や天然ガスを掘削するために使用される油井管や、掘削された原油や天然ガスを搬送するラインパイプでは、硫化水素に起因した水素脆化が問題となる。
水素脆化には、静的な外部応力下で鋼材に生じる硫化水素割れと、外部応力のない状態で鋼材に生じる水素誘起割れ（Hydrogen Induced Cracking：以下、ＨＩＣと称する）とがある。ラインパイプは油井管よりも静的な外部応力が掛からない。そのためラインパイプでは特に耐ＨＩＣ性が要求される。特に、強度グレードがＡＰＩ５Ｌ Ｘ６０〜Ｘ８０であるラインパイプ（以下、高強度ラインパイプと称する）ではＨＩＣが発生しやすいため、耐ＨＩＣ対策が重要である。
上述した高強度ラインパイプには一般的にＣａ処理が実行される。Ｃａ処理は硫化物系介在物の形態を熱間圧延時に延伸しやすいＭｎＳから延伸しにくいＣａＳにする。そのため介在物と母相との界面でＨＩＣが発生するのを防止できる。
Ｃａ処理は１ａｔｍの硫化水素分圧のサワー環境で使用される高強度ラインパイプのＨＩＣの発生を抑制するのに有効であるが、この処理によりラインパイプの製造コストは高くなる。
ところで、高強度ラインパイプが使用されるサワー環境には、硫化水素分圧が０．１〜０．３ａｔｍ程度である硫化水素分圧の比較的低いサワー環境（以下、少量硫化水素環境と称する）がある。１ａｔｍの硫化水素分圧のサワー環境での使用を想定したラインパイプは少量硫化水素環境に対しては過剰な材料設計であり、高い製造コストが問題となっている。
特許第３４７８９５号公報
特開２００２−２９４３９４号公報
特開平５−９３２４３号公報
特開平５−９５７５号公報
特開平２−２４０２１１号公報
本発明の目的は、従来よりも製造コストが安く、硫化水素分圧が０．１ａｔｍ〜０．３ａｔｍ程度である少量硫化水素環境におけるＨＩＣの発生を抑制できる強度グレードがＡＰＩ Ｘ６０〜Ｘ８０のラインパイプ用厚鋼板及びその製造方法を提供することである。
本発明者は高強度ラインパイプの製造工程で通常実施されるＣａ処理を省略して製造コストを安くすることを考えた。そこで、本発明者らは、Ｃａ処理を省略しても少量硫化水素環境でＨＩＣの発生を防止できる製造方法を種々の実験に基づいて検討した。その結果、本発明者は、Ｍｎ及びＰの偏析度と化学組成とが耐ＨＩＣ性に影響を与えるだけでなく、さらに厚鋼板の製造条件である厚鋼板の板厚と、圧延前のスラブの加熱温度と、圧延時の圧延仕上温度と、圧延後の厚鋼板を水冷するときの水冷停止温度とが耐ＨＩＣ性に影響を与えることを新たに見出した。本発明者は偏析度と化学組成と製造条件（板厚、スラブ加熱温度、圧延仕上温度及び水冷停止温度）とが相互に関連して耐ＨＩＣ性に影響を与えていると考えた。
以上の考えに基づいて及び種々の実験を行った結果、Ｍｎ偏析度が１．２以下であり、Ｐ偏析度が２．０以下であり、かつ、式（１）を満たす化学組成及び製造条件で製造された厚鋼板は強度グレードがＡＰＩＸ６０〜Ｘ８０に相当し、かつ、少量硫化水素環境に対する耐ＨＩＣ性を有することを見出した。
５４７≦０．１０ＷＴ＋１４２８Ｃ＋９３Ｓｉ＋１０８Ｍｎ−１２Ｃｕ＋１１３Ｃｒ＋１１３Ｎｉ＋３０４Ｍｏ＋４３０Ｎｂ＋２３８Ｖ＋１３１５Ｔｉ＋０．２１Ｔ１＋０．０３Ｔ２−０．０４Ｔ３＋３０≦７３９ （１）
ここで、ＷＴ（ｍｍ）はラインパイプ用厚鋼板の板厚であり、Ｔ１（℃）はスラブ加熱温度であり、Ｔ２（℃）は圧延仕上温度であり、Ｔ３（℃）は冷却停止温度である。それ以外の記号は各元素の含有量（質量％）である。
なお、式（１）を満たす厚鋼板の降伏応力は４１４〜６９０ＭＰａとなり、かつ、引張強度は５１７〜８２７ＭＰａとなる。換言すれば、式（１）を満たすことによりＡＰＩ５Ｌ Ｘ６０〜Ｘ８０のラインパイプ用厚鋼板が得られる。
以上の知見に基づいて、本発明者は以下の発明を完成した。
本発明によるラインパイプ用厚鋼板の製造方法は、質量％でＣ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：０．０５〜０．３５％、Ｍｎ：１．２０〜１．８０％、Ｎｂ：０．０２〜０．０６％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ａｌ：０．０１０〜０．０６０％、Ｍｏ：０〜０．２５％、Ｃｕ：０〜０．４０％、Ｃｒ：０〜０．５０％、Ｎｉ：０〜０．５０％、Ｖ：０〜０．０６％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｃａ：０．０００５％未満を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、全体のＭｎ濃度に対する偏析部のＭｎ濃度の比であるＭｎ偏析度が１．２以下であり、全体のＰ濃度に対する偏析部のＰ濃度の比であるＰ偏析度が２．０以下である素材を加熱炉に装入し、Ｔ１℃に加熱する工程と、加熱した素材を加熱炉から抽出し、Ｔ２℃の圧延仕上温度で圧延して厚鋼板にする工程と、厚鋼板をＴ３℃まで水冷し、Ｔ３℃から室温まで空冷する工程とを備え、式（１）を満たす。
５４７≦０．１０ＷＴ＋１４２８Ｃ＋９３Ｓｉ＋１０８Ｍｎ−１２Ｃｕ＋１１３Ｃｒ＋１１３Ｎｉ＋３０４Ｍｏ＋４３０Ｎｂ＋２３８Ｖ＋１３１５Ｔｉ＋０．２１Ｔ１＋０．０３Ｔ２−０．０４Ｔ３＋３０≦７３９ （１）
ここで、ＷＴ（ｍｍ）はラインパイプ用厚鋼板の板厚であり、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉは各元素の含有量（質量％）である。また、Ｔ１は１０００〜１２００であり、Ｔ２は７００〜９５０であり、Ｔ３は４００〜５５０である。
本発明によれば、Ｃａ処理をしなくても上記Ｍｎ偏析度及びＰ偏析度を満足し、かつ、式（１）を満たす化学組成及び製造条件にすれば、高強度ラインパイプ用の厚鋼板であっても少量硫化水素環境においてＨＩＣの発生を抑制できる。そのため、Ｃａ処理をしない分従来の高強度ラインパイプ用厚鋼板よりも製造コストを安くでき、かつ、少量硫化水素環境での耐ＨＩＣ性に優れたラインパイプ用厚鋼板を得ることができる。
本発明によるラインパイプ用厚鋼板は、質量％でＣ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：０．０５〜０．３５％、Ｍｎ：１．２０〜１．８０％、Ｎｂ：０．０２〜０．０６％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ａｌ：０．０１０〜０．０６０％、Ｍｏ：０〜０．２５％、Ｃｕ：０〜０．４０％、Ｃｒ：０〜０．５０％、Ｎｉ：０〜０．５０％、Ｖ：０〜０．０６％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｃａ：０．０００５％未満を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、全体のＭｎ濃度に対する偏析部のＭｎ濃度の比であるＭｎ偏析度が１．２以下であり、全体のＰ濃度に対する偏析部のＰ濃度の比であるＰ偏析度が２．０以下であり、式（１）を満たす。
５４７≦０．１０ＷＴ＋１４２８Ｃ＋９３Ｓｉ＋１０８Ｍｎ−１２Ｃｕ＋１１３Ｃｒ＋１１３Ｎｉ＋３０４Ｍｏ＋４３０Ｎｂ＋２３８Ｖ＋１３１５Ｔｉ＋０．２１Ｔ１＋０．０３Ｔ２−０．０４Ｔ３≦７０９ （１）
ここで、ＷＴ（ｍｍ）はラインパイプ用厚板鋼板の板厚であり、Ｔ１（℃）はラインパイプ用厚板鋼板に圧延される素材の圧延前の加熱炉での加熱温度であり、Ｔ２（℃）は前記素材を圧延して厚板鋼板にするときの圧延仕上温度であり、Ｔ３（℃）は圧延後の厚板鋼板を水冷するときの水冷停止温度であり、それ以外は各元素の含有量（質量％）である。また、Ｔ１は１０００〜１２００であり、Ｔ２は７００〜９５０であり、Ｔ３は４００〜５５０である。
好ましくは、ラインパイプ用厚鋼板の降伏応力は４１４〜６９０ＭＰａであり、かつ、引張強度は５１７〜８２７ＭＰａである。
要するに、本発明のラインパイプ用厚鋼板の強度グレードはＡＰＩ５Ｌ Ｘ６０〜Ｘ８０に相当する。
好ましくは、ラインパイプ用厚鋼板の板厚ＷＴは、１０．０≦ＷＴ≦４５．０である。
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
１．化学組成
本発明の実施の形態によるラインパイプ用厚鋼板は、以下の組成を有する。以降、各元素に関する％は質量％を意味する。
本発明の実施の形態によるラインパイプ用厚鋼板は、以下の組成を有する。以降、各元素に関する％は質量％を意味する。
Ｃ：０．０４〜０．０８％
Ｃは鋼の強度を改善する。過剰なＣ含有量は圧延工程又は圧延後の冷却工程におけるパーライト変態時にＣ偏析を引き起こし、局所的に硬度を上昇する。局所的な硬度上昇は耐ＨＩＣ性を低下する。そのため、Ｃ含有量は０．０４〜０．０８％にする。
Ｃは鋼の強度を改善する。過剰なＣ含有量は圧延工程又は圧延後の冷却工程におけるパーライト変態時にＣ偏析を引き起こし、局所的に硬度を上昇する。局所的な硬度上昇は耐ＨＩＣ性を低下する。そのため、Ｃ含有量は０．０４〜０．０８％にする。
Ｓｉ：０．０５〜０．３５％
Ｓｉは脱酸剤として有効である。さらにＳｉは鋼の強度を増加する。Ｓｉ含有量が少なすぎると脱酸が不十分になる。またＳｉ含有量が多すぎると溶接熱影響部（ＨＡＺ：Heat Affected Zone）にマルテンサイトを生成し、靭性低下を引き起こす。そのためＳｉ含有量は０．０５〜０．３５％にする。好ましいＳｉ含有量は０．０５〜０．３０％である。
Ｓｉは脱酸剤として有効である。さらにＳｉは鋼の強度を増加する。Ｓｉ含有量が少なすぎると脱酸が不十分になる。またＳｉ含有量が多すぎると溶接熱影響部（ＨＡＺ：Heat Affected Zone）にマルテンサイトを生成し、靭性低下を引き起こす。そのためＳｉ含有量は０．０５〜０．３５％にする。好ましいＳｉ含有量は０．０５〜０．３０％である。
Ｍｎ：１．２０〜１．８０％
Ｍｎは鋼の強度と靭性に寄与する。Ｍｎ含有量が少なすぎると鋼の強度を得るために他の合金元素を添加しなければならず、製造コストを引き上げる。Ｍｎ含有量が多くなると連続鋳造スラブに中心偏析を引き起こし、耐ＨＩＣ性を低下する。圧延工程又は圧延後の水冷工程でＭｎ偏析部にＣが濃化し、局所的に硬度を上昇するためである。そのためＭｎ含有量を１．２０〜１．８０％にする。
Ｍｎは鋼の強度と靭性に寄与する。Ｍｎ含有量が少なすぎると鋼の強度を得るために他の合金元素を添加しなければならず、製造コストを引き上げる。Ｍｎ含有量が多くなると連続鋳造スラブに中心偏析を引き起こし、耐ＨＩＣ性を低下する。圧延工程又は圧延後の水冷工程でＭｎ偏析部にＣが濃化し、局所的に硬度を上昇するためである。そのためＭｎ含有量を１．２０〜１．８０％にする。
Ｎｂ：０．０２〜０．０６％
Ｎｂは結晶粒を微細化し、強度及び靭性を改善する。Ｎｂを添加した鋼をオーステナイト未再結晶域で圧延した後、Ａｒ３変態点以上の温度から急冷することにより鋼の組織を細粒な下部ベイナイト組織にすることができる。Ｎｂ含有量が多すぎるとスラブを加熱するときにスラブ中のＮｂ炭窒化物が完全に溶解せず、未溶解のＮｂ炭窒化物がＨＩＣの起点となる。そのためＮｂ含有量は０．０２〜０．０６％にする。好ましいＮｂ含有量は０．０２〜０．０５％である。
Ｎｂは結晶粒を微細化し、強度及び靭性を改善する。Ｎｂを添加した鋼をオーステナイト未再結晶域で圧延した後、Ａｒ３変態点以上の温度から急冷することにより鋼の組織を細粒な下部ベイナイト組織にすることができる。Ｎｂ含有量が多すぎるとスラブを加熱するときにスラブ中のＮｂ炭窒化物が完全に溶解せず、未溶解のＮｂ炭窒化物がＨＩＣの起点となる。そのためＮｂ含有量は０．０２〜０．０６％にする。好ましいＮｂ含有量は０．０２〜０．０５％である。
Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％
ＴｉはＴｉ炭窒化物を形成し、鋼の強度に寄与する。Ｔｉ含有量が多すぎるとＴｉ炭窒化物が粗大化し、ＨＡＺの靭性を低下する。さらに連続鋳造スラブの中央部に過剰なＴｉ炭窒化物が形成され、ＨＩＣを引き起こす。そのため、Ｔｉ含有量は０．００５〜０．０３０％にする。好ましいＴｉ含有量は０．００５〜０．０２５％である。
ＴｉはＴｉ炭窒化物を形成し、鋼の強度に寄与する。Ｔｉ含有量が多すぎるとＴｉ炭窒化物が粗大化し、ＨＡＺの靭性を低下する。さらに連続鋳造スラブの中央部に過剰なＴｉ炭窒化物が形成され、ＨＩＣを引き起こす。そのため、Ｔｉ含有量は０．００５〜０．０３０％にする。好ましいＴｉ含有量は０．００５〜０．０２５％である。
Ａｌ：０．０１０〜０．０６０％
Ａｌは脱酸剤である。さらにＡｌは靭性に寄与する。しかしながらＡｌ含有量が多すぎると過剰な介在物を形成し、鋼の清浄度を下げる。そのため、Ａｌ含有量は０．０１０〜０．０６０にする。好ましいＡｌ含有量は０．０１０〜０．０５５％である。
Ａｌは脱酸剤である。さらにＡｌは靭性に寄与する。しかしながらＡｌ含有量が多すぎると過剰な介在物を形成し、鋼の清浄度を下げる。そのため、Ａｌ含有量は０．０１０〜０．０６０にする。好ましいＡｌ含有量は０．０１０〜０．０５５％である。
Ｐ：０．０２０％以下
Ｐは不純物である。Ｐはスラブ中央部に偏析し、組織を硬化させることによりＨＩＣを引き起こす。そのため、Ｐ含有量は０．０２０％にする。
Ｐは不純物である。Ｐはスラブ中央部に偏析し、組織を硬化させることによりＨＩＣを引き起こす。そのため、Ｐ含有量は０．０２０％にする。
Ｓ：０．００３％以下
Ｓは不純物である。ＳはＭｎと結合してＭｎＳを形成し、ＭｎＳはＨＩＣの起点となる。そのため、Ｓ含有量は低い方が好ましい。Ｓ含有量は０．００３％以下にする。好ましいＳ含有量は０．００２％以下である。
Ｓは不純物である。ＳはＭｎと結合してＭｎＳを形成し、ＭｎＳはＨＩＣの起点となる。そのため、Ｓ含有量は低い方が好ましい。Ｓ含有量は０．００３％以下にする。好ましいＳ含有量は０．００２％以下である。
Ｃａ：０．０００５％未満
本発明ではＣａは不純物である。Ｃａは介在物を球状化しＨＩＣの発生を抑制するが、製造コストを引き上げる。そのため、本発明によるラインパイプ用厚鋼板にはＣａは添加されない。そのためＣａ含有量は０．０００５％未満になる。
本発明ではＣａは不純物である。Ｃａは介在物を球状化しＨＩＣの発生を抑制するが、製造コストを引き上げる。そのため、本発明によるラインパイプ用厚鋼板にはＣａは添加されない。そのためＣａ含有量は０．０００５％未満になる。
Ｃｕ：０〜０．４０％
Ｃｕは選択元素である。Ｃｕは靭性及び耐ＨＩＣ性に寄与する。しかしながら、Ｃｕは製造コストを引き上げる。さらにＣｕはフェライト形成元素であるため、Ｃｕ含有量が多すぎると組織中のフェライトの割合が増加し、鋼の強度が低下する。そのためＣｕ含有量は０〜０．４０％にする。
Ｃｕは選択元素である。Ｃｕは靭性及び耐ＨＩＣ性に寄与する。しかしながら、Ｃｕは製造コストを引き上げる。さらにＣｕはフェライト形成元素であるため、Ｃｕ含有量が多すぎると組織中のフェライトの割合が増加し、鋼の強度が低下する。そのためＣｕ含有量は０〜０．４０％にする。
Ｃｒ：０〜０．５０％
Ｃｒは選択元素である。Ｃｒは強度及び耐食性に寄与する。しかしながら、Ｃｒは製造コストを引き上げる。さらに、Ｃｒ含有量が多すぎると溶接性を低下する。そのため、Ｃｒ含有量は０〜０．５０％にする。
Ｃｒは選択元素である。Ｃｒは強度及び耐食性に寄与する。しかしながら、Ｃｒは製造コストを引き上げる。さらに、Ｃｒ含有量が多すぎると溶接性を低下する。そのため、Ｃｒ含有量は０〜０．５０％にする。
Ｎｉ：０〜０．５０％
Ｎｉは選択元素である。Ｎｉは強度及び靭性に寄与する。Ｃｕを添加する場合、Ｎｉも添加するのが好ましい。なぜならＮｉはＣｕチェッキングを防止するからである。ＣｕとともにＮｉを添加する場合、Ｃｕ含有量の約２倍以上のＮｉ含有量とするのが好ましい。Ｎｉ含有量が高すぎると、溶接性を低下する。そのため、Ｎｉ含有量は０〜０．５０％にする。
Ｎｉは選択元素である。Ｎｉは強度及び靭性に寄与する。Ｃｕを添加する場合、Ｎｉも添加するのが好ましい。なぜならＮｉはＣｕチェッキングを防止するからである。ＣｕとともにＮｉを添加する場合、Ｃｕ含有量の約２倍以上のＮｉ含有量とするのが好ましい。Ｎｉ含有量が高すぎると、溶接性を低下する。そのため、Ｎｉ含有量は０〜０．５０％にする。
Ｍｏ：０〜０．２５％
Ｍｏは選択元素である。Ｍｏは焼き入れ性を改善することにより強度に寄与する。具体的には、Ｍｏはオーステナイトからフェライト及びパーライトへの変態を遅らせる。そのため、厚鋼板を所望の強度にするために必要に応じて添加する。Ｍｏ含有量は０〜０．２５％にする。
Ｍｏは選択元素である。Ｍｏは焼き入れ性を改善することにより強度に寄与する。具体的には、Ｍｏはオーステナイトからフェライト及びパーライトへの変態を遅らせる。そのため、厚鋼板を所望の強度にするために必要に応じて添加する。Ｍｏ含有量は０〜０．２５％にする。
Ｖ：０〜０．０６％
Ｖは選択元素である。Ｖは析出硬化により強度に寄与する。Ｖ含有量が多すぎると製造コストが高くなる。そのため、Ｖ含有量は０〜０．０６％にする。
Ｖは選択元素である。Ｖは析出硬化により強度に寄与する。Ｖ含有量が多すぎると製造コストが高くなる。そのため、Ｖ含有量は０〜０．０６％にする。
なお、残部はＦｅで構成されるが、製造過程の種々の要因により他の不純物が含まれることもあり得る。他の不純物とは、たとえば酸化物である。なお、これら不純物により本発明のラインパイプ用厚鋼板の特徴が変わることはない。
本発明のラインパイプ用厚鋼板はＭｎ及びＰの偏析度が低い。具体的にはＭｎ偏析度が１．２以下であり、Ｐ偏析度が２．０以下である。これらの元素の偏析を抑えることで、ＨＩＣの発生を抑制できる。
ここで、Ｍｎ偏析度とは厚鋼板全体のＭｎ濃度に対するＭｎ偏析部のＭｎ濃度の比であり、たとえば、以下のように測定する。
図１Ａに示すように厚鋼板１０の幅方向に沿って複数のサンプルを採取する。具体的には、幅Ｗｍｍ及び板厚ＷＴｍｍの厚鋼板１０の端部１１からＷ／８、Ｗ／４、Ｗ／２、３Ｗ／４、７Ｗ／８の位置からそれぞれ５０ｍｍ×５０ｍｍ×板厚ＷＴｍｍのサンプル５０を採取する。採取した５つのサンプル５０の断面を研磨した後、図１Ｂに示すように板厚ＷＴ方向にＸ線による線分析を実施し、Ｍｎ濃度のピーク値を測定する。一方、厚鋼板全体のＭｎ濃度はレードル値又は製品チェック分析により測定した値（バルク値）を用いる。各サンプルでピーク値／バルク値を求め、それらの平均をＭｎ偏析度とする。
Ｐ偏析度とは厚鋼板全体のＰ濃度に対するＰ偏析部のＰ濃度の比であり、たとえばＭｎ偏析度と同様の測定方法により求められる。
また、本発明のラインパイプ用鋼板の降伏応力は４１４〜６９０ＭＰａであり、かつ、引張強度は５１７〜８２７ＭＰａである。換言すれば、本発明のラインパイプ用厚鋼板の強度グレードはＡＰＩ５Ｌ Ｘ６０〜Ｘ８０である。
３．製造方法
上記化学組成の鋼を溶製し、周知の精錬工程により精錬する。続いて溶鋼を素材にする。具体的には溶鋼を連続鋳造によりスラブにする。このとき、鋳込速度、鋳込温度及び冷却速度を調整することによりスラブでのＭｎ偏析度を１．２以下にし、Ｐ偏析度を２．０以下にする。上記Ｍｎ偏析度及びＰ偏析度にするために電磁誘導撹拌を実施してもよい。 続いて、スラブを熱間圧延して厚鋼板にする。具体的には、スラブを加熱炉に装入し、加熱温度Ｔ１℃で加熱する。好ましい加熱温度Ｔ１は、１０００〜１２００℃である。なお、好ましい加熱時間は１８０〜３００分である。
上記化学組成の鋼を溶製し、周知の精錬工程により精錬する。続いて溶鋼を素材にする。具体的には溶鋼を連続鋳造によりスラブにする。このとき、鋳込速度、鋳込温度及び冷却速度を調整することによりスラブでのＭｎ偏析度を１．２以下にし、Ｐ偏析度を２．０以下にする。上記Ｍｎ偏析度及びＰ偏析度にするために電磁誘導撹拌を実施してもよい。 続いて、スラブを熱間圧延して厚鋼板にする。具体的には、スラブを加熱炉に装入し、加熱温度Ｔ１℃で加熱する。好ましい加熱温度Ｔ１は、１０００〜１２００℃である。なお、好ましい加熱時間は１８０〜３００分である。
所定時間加熱した後、加熱炉からスラブを抽出する。抽出したスラブは粗圧延機及び仕上圧延機により圧延され、厚鋼板になる。このときの好ましい圧延仕上温度Ｔ２は７００〜９５０℃である。ここで、圧延仕上温度とは、スラブを圧延機により圧延して厚鋼板とするときの最終パス圧延前の素材の温度をいう。圧延後の好ましい板厚ＷＴは１０．０〜４５．０ｍｍである。
圧延された厚鋼板は水冷停止温度Ｔ３℃まで水冷した後、常温まで空冷する。水冷停止温度Ｔ３℃は４００〜５５０℃が好ましい。圧延後の厚鋼板の温度はＡｒ３変態点以上である。Ａｒ３変態点以上の温度から急冷することによりＣが中心偏析部に濃化するのを抑制し、耐ＨＩＣ性を向上させる。
さらに、本発明によるラインパイプ用厚鋼板の製造方法では、以下の式（１）を満たす。
５４７≦０．１０ＷＴ＋１４２８Ｃ＋９３Ｓｉ＋１０８Ｍｎ−１２Ｃｕ＋１１３Ｃｒ＋１１３Ｎｉ＋３０４Ｍｏ＋４３０Ｎｂ＋２３８Ｖ＋１３１５Ｔｉ＋０．２１Ｔ１＋０．０３Ｔ２−０．０４Ｔ３＋３０≦７３９ （１）
５４７≦０．１０ＷＴ＋１４２８Ｃ＋９３Ｓｉ＋１０８Ｍｎ−１２Ｃｕ＋１１３Ｃｒ＋１１３Ｎｉ＋３０４Ｍｏ＋４３０Ｎｂ＋２３８Ｖ＋１３１５Ｔｉ＋０．２１Ｔ１＋０．０３Ｔ２−０．０４Ｔ３＋３０≦７３９ （１）
すなわち、ラインパイプ用厚鋼板の耐ＨＩＣ性には、化学組成だけでなく、板厚ＷＴ、加熱温度Ｔ１、圧延仕上温度Ｔ２及び水冷停止温度Ｔ３が影響する。Ｍｎ偏析度を１．２以下、Ｐ偏析度を２．０以下にし、かつ、式（１）を満たす化学組成及び製造条件で製造することにより、Ｃａ処理をすることなく少量硫化水素環境における耐ＨＩＣ性に優れたラインパイプ用厚鋼板を得ることができる。
なお、式（１）を満たすことによりラインパイプ用厚鋼板の降伏応力（０．２％耐力）は４１４〜６９０ＭＰａになり、かつ、引張強度は５１７〜７５８ＭＰａになる。換言すれば、ＡＰＩ５Ｌ Ｘ６０〜Ｘ８０に相当するラインパイプ用厚鋼板を得ることができる。
さらに、式（２）に示すαが表１のα値欄の値を満たすことにより、表１中のαに対応した強度グレードを有するラインパイプ用厚鋼板を得ることができる。
さらに、式（２）に示すαが表１のα値欄の値を満たすことにより、表１中のαに対応した強度グレードを有するラインパイプ用厚鋼板を得ることができる。
α＝０．１０ＷＴ＋１４２８Ｃ＋９３Ｓｉ＋１０８Ｍｎ−１２Ｃｕ＋１１３Ｃｒ＋１１３Ｎｉ＋３０４Ｍｏ＋４３０Ｎｂ＋２３８Ｖ＋１３１５Ｔｉ＋０．２１Ｔ１＋０．０３Ｔ２−０．０４Ｔ３＋３０ （２）
たとえば、５４７≦α≦６１３であれば、ＡＰＩ５Ｌ Ｘ６０に相当する厚鋼板を得ることができる。
表２に示す化学組成の厚鋼板を製造し、製造した厚鋼板の強度及び耐ＨＩＣ性を評価した。
表２に示す化学組成を有する溶鋼を連続鋳造法によりスラブにした。鋳造したスラブを加熱炉に装入し、表２に示す加熱温度Ｔ１℃で１８０〜３３０分加熱した。加熱したスラブを加熱炉から抽出し、熱間圧延により表２に示す板厚ＷＴｍｍの厚鋼板にした。このとき、圧延仕上温度Ｔ２℃は表２に示す通りであった。圧延後の厚鋼板は表２に示す水冷停止温度Ｔ３℃まで水冷した後、常温まで空冷した。
空冷後、各厚鋼板のＭｎ偏析度及びＰ偏析度を調査した。具体的には、厚鋼板の一端からＷ／８、Ｗ／４、Ｗ／２、３Ｗ／４、７Ｗ／８の位置でそれぞれ５０ｍｍ×５０ｍｍ×板厚ＷＴｍｍのサンプルを採取した。採取した５つのサンプルの断面を研磨した後、板厚ＷＴ方向にＸ線による線分析を実施し、Ｍｎ濃度のピーク値を測定した。一方、厚鋼板全体のＭｎ濃度（バルク値）はレードル値を用いた。各サンプルでピーク値／バルク値を求め、それらの平均をＭｎ偏析度とした。同様の方法でＰ偏析度も求めた。Ｍｎ偏析度及びＰ偏析度を表２に示す。
さらに、各厚鋼板の化学組成及び製造条件に基づいてα値を算出した。各厚鋼板のα値を表２に示す。
［降伏応力及び引張強度調査］
引張試験を実施し、各厚鋼板の降伏応力ＹＳ及び引張強度ＴＳを調査した。試験片は平板試験片とし、ＡＰＩ規格に基づいて作成した。
引張試験を実施し、各厚鋼板の降伏応力ＹＳ及び引張強度ＴＳを調査した。試験片は平板試験片とし、ＡＰＩ規格に基づいて作成した。
［耐ＨＩＣ性の評価試験］
各厚鋼板に対して耐ＨＩＣ性の評価試験（ＨＩＣ試験）を実施した。このとき、ＮＡＣＥ溶液として０．３ａｔｍの硫化水素を飽和させた０．５％酢酸＋５％食塩水を使用した。その他の条件はＮＡＣＥ ＴＭ−０２８４ に基づいてＨＩＣ試験を実施した。なお、試験片は上記ＮＡＣＥ溶液に９６時間浸漬した。超音波探傷により試験後の各試験片の割れの有無を調査した。割れが無かった供試材を合格とし（表２のＨＩＣ欄に「○」で示す）、割れが発生した供試材を不合格とした（表２のＨＩＣ欄に「×」で示す）。
各厚鋼板に対して耐ＨＩＣ性の評価試験（ＨＩＣ試験）を実施した。このとき、ＮＡＣＥ溶液として０．３ａｔｍの硫化水素を飽和させた０．５％酢酸＋５％食塩水を使用した。その他の条件はＮＡＣＥ ＴＭ−０２８４ に基づいてＨＩＣ試験を実施した。なお、試験片は上記ＮＡＣＥ溶液に９６時間浸漬した。超音波探傷により試験後の各試験片の割れの有無を調査した。割れが無かった供試材を合格とし（表２のＨＩＣ欄に「○」で示す）、割れが発生した供試材を不合格とした（表２のＨＩＣ欄に「×」で示す）。
［調査結果］
供試材１〜８は化学組成、Ｍｎ偏析度、Ｐ偏析度及びαが本発明の規定範囲内であったため、ＨＩＣ試験でも割れが発生しなかった。さらに供試材１〜８の降伏応力ＹＳ及び引張強度ＴＳは本発明の規定範囲内となり、強度グレードがＡＰＩ５Ｌ Ｘ６０〜Ｘ８０の範囲内となった。具体的には、供試材１のα値は５９１であり、強度グレードがＸ６０であった。供試材２〜４のα値は５８３〜６１８であり、強度グレードはＸ６５であった。供試材５，６のα値はそれぞれ６３５，６２７であり、強度グレードがＸ７０であった。供試材７，８のα値はそれぞれ７２７，７２６であり、強度グレードがＸ８０であった。
供試材１〜８は化学組成、Ｍｎ偏析度、Ｐ偏析度及びαが本発明の規定範囲内であったため、ＨＩＣ試験でも割れが発生しなかった。さらに供試材１〜８の降伏応力ＹＳ及び引張強度ＴＳは本発明の規定範囲内となり、強度グレードがＡＰＩ５Ｌ Ｘ６０〜Ｘ８０の範囲内となった。具体的には、供試材１のα値は５９１であり、強度グレードがＸ６０であった。供試材２〜４のα値は５８３〜６１８であり、強度グレードはＸ６５であった。供試材５，６のα値はそれぞれ６３５，６２７であり、強度グレードがＸ７０であった。供試材７，８のα値はそれぞれ７２７，７２６であり、強度グレードがＸ８０であった。
一方、供試材９〜１８はＨＩＣが発生した。Ｍｎ偏析度又はＰ偏析度が本発明の規定範囲を超えたためと考えられる。また、供試材１９及び２０は、化学組成は本発明の範囲内であったものの、αが本発明の規定範囲を超えたためＨＩＣが発生した。
供試材２１〜４２は化学組成が本発明の規定範囲を超えたため、ＨＩＣが発生した。また、供試材４３〜４５は化学組成が本発明の規定範囲を超え、αが下限値未満であった。そのため、引張強度が本発明の下限値未満となり、ＡＰＩＬ５ Ｘ６０に相当する強度を得られなかった。
本発明によるラインパイプ用厚鋼板は、原油や天然ガスを搬送するラインパイプに利用可能であり、特に、硫化水素分圧が０．１〜０．３ａｔｍの少量硫化水素環境に使用されるラインパイプに利用可能である。
Claims (4)
- 質量％でＣ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：０．０５〜０．３５％、Ｍｎ：１．２０〜１．８０％、Ｎｂ：０．０２〜０．０６％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ａｌ：０．０１０〜０．０６０％、Ｍｏ：０〜０．２５％、Ｃｕ：０〜０．４０％、Ｃｒ：０〜０．５０％、Ｎｉ：０〜０．５０％、Ｖ：０〜０．０６％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｃａ：０．０００５％未満を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、全体のＭｎ濃度に対する偏析部のＭｎ濃度の比であるＭｎ偏析度が１．２以下であり、全体のＰ濃度に対する偏析部のＰ濃度の比であるＰ偏析度が２．０以下である素材を加熱炉に装入し、Ｔ１℃に加熱する工程と、
加熱した素材を前記加熱炉から抽出し、Ｔ２℃の圧延仕上温度で圧延して厚鋼板にする工程と、
前記厚鋼板をＴ３℃まで水冷し、Ｔ３℃から室温まで空冷する工程とを備え、
式（１）を満たすことを特徴とするラインパイプ用厚鋼板の製造方法。
５４７≦０．１０ＷＴ＋１４２８Ｃ＋９３Ｓｉ＋１０８Ｍｎ−１２Ｃｕ＋１１３Ｃｒ＋１１３Ｎｉ＋３０４Ｍｏ＋４３０Ｎｂ＋２３８Ｖ＋１３１５Ｔｉ＋０．２１Ｔ１＋０．０３Ｔ２−０．０４Ｔ３＋３０≦７３９ （１）
ここで、ＷＴ（ｍｍ）はラインパイプ用厚鋼板の板厚であり、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉは各元素の含有量（質量％）である。また、Ｔ１は１０００〜１２００であり、Ｔ２は７００〜９５０であり、Ｔ３は４００〜５５０である。 - 質量％でＣ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：０．０５〜０．３５％、Ｍｎ：１．２０〜１．８０％、Ｎｂ：０．０２〜０．０６％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ａｌ：０．０１０〜０．０６０％、Ｍｏ：０〜０．２５％、Ｃｕ：０〜０．４０％、Ｃｒ：０〜０．５０％、Ｎｉ：０〜０．５０％、Ｖ：０〜０．０６％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｃａ：０．０００５％未満を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
全体のＭｎ濃度に対する偏析部のＭｎ濃度の比であるＭｎ偏析度が１．２以下であり、全体のＰ濃度に対する偏析部のＰ濃度の比であるＰ偏析度が２．０以下であり、式（１）を満たすことを特徴とするラインパイプ用厚鋼板。
５４７≦０．１０ＷＴ＋１４２８Ｃ＋９３Ｓｉ＋１０８Ｍｎ−１２Ｃｕ＋１１３Ｃｒ＋１１３Ｎｉ＋３０４Ｍｏ＋４３０Ｎｂ＋２３８Ｖ＋１３１５Ｔｉ＋０．２１Ｔ１＋０．０３Ｔ２−０．０４Ｔ３＋３０≦７３９ （１）
ここで、ＷＴ（ｍｍ）はラインパイプ用厚鋼板の板厚であり、Ｔ１（℃）はラインパイプ用厚鋼板に圧延される素材の圧延前の加熱炉での加熱温度であり、Ｔ２（℃）は前記素材を圧延して厚鋼板にするときの圧延仕上温度であり、Ｔ３（℃）は圧延後の厚鋼板を水冷するときの水冷停止温度であり、それ以外は各元素の含有量（質量％）である。また、Ｔ１は１０００〜１２００であり、Ｔ２は７００〜９５０であり、Ｔ３は４００〜５５０である。 - 請求項２に記載のラインパイプ用厚鋼板であって、
降伏応力が４１４〜６９０ＭＰａであり、かつ、引張強度が５１７〜８２７ＭＰａであることを特徴とするラインパイプ用厚鋼板。 - 請求項２又は請求項３に記載のラインパイプ用厚鋼板であって、
１０．０≦ＷＴ≦４５．０であることを特徴とするラインパイプ用厚鋼板。
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