JP7464900B1 - 継目無鋼管及び継目無鋼管の製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Fn1=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15 (1)
式(1)中の各元素記号には対応する元素の含有量が質量%で代入される。
[化学組成]
本実施形態による継目無鋼管は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。
炭素(C)は、鋼の焼入れ性を高める。一方、C含有量が高すぎると、鋼の溶接性が低下する。そのため、C含有量は0.030~0.100%である。C含有量の下限は、好ましくは0.040%であり、さらに好ましくは0.045%であり、さらに好ましくは0.050%である。C含有量の上限は、好ましくは0.098%であり、さらに好ましくは0.095%であり、さらに好ましくは0.090%であり、さらに好ましくは0.085%である。
シリコン(Si)は、鋼を脱酸する。一方、Si含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Si含有量は0.05~0.50%である。Si含有量の下限は、好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.10%である。Si含有量の上限は、好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.35%である。
マンガン(Mn)は、鋼の焼入れ性を高める。一方、Mn含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Mn含有量は0.30~1.70%である。Mn含有量の下限は、好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.70%であり、さらに好ましくは0.90%であり、さらに好ましくは1.00%であり、さらに好ましくは1.10%である。Mn含有量の上限は、好ましくは1.65%であり、さらに好ましくは1.60%である。
リン(P)は不純物である。Pは鋼の靱性を低下させる。そのため、P含有量は0.020%以下である。P含有量はできるだけ低い方が好ましい。P含有量は、好ましくは0.018%以下であり、さらに好ましくは0.015%以下である。
硫黄(S)は不純物である。Sは鋼の靱性を低下させる。そのため、S含有量は0.0050%以下である。S含有量はできるだけ低い方が好ましい。S含有量は、好ましくは0.0040%以下であり、さらに好ましくは0.0030%以下であり、さらに好ましくは0.0020%以下である。
アルミニウム(Al)は、鋼を脱酸する。Alはまた、微細な析出物を形成して鋼の靱性の向上に寄与する。一方、Al含有量が高すぎると、析出物が粗大化して鋼の靱性が低下する。そのため、Al含有量は0.001~0.100%である。Al含有量の下限は、好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.015%である。Al含有量の上限は、好ましくは0.080%であり、さらに好ましくは0.060%である。なお、本明細書におけるAlは、酸可溶性アルミニウム(sol.Al)を意味する。
窒素(N)は不純物である。N含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、N含有量は0.0200%以下である。N含有量の上限は、好ましくは0.0100%であり、さらに好ましくは0.0080%であり、さらに好ましくは0.0060%である。一方、N含有量を過剰に制限しようとするとコストが増加する。N含有量の下限は、好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%であり、さらに好ましくは0.0020%である。
クロム(Cr)は、鋼の焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗を高める。一方、Cr含有量が高すぎると、鋼の靱性及び溶接性が低下する。そのため、Cr含有量は0.05~0.30%である。Cr含有量の下限は、好ましくは0.08%であり、より好ましくは0.10%であり、さらに好ましくは0.15%である。Cr含有量の上限は、好ましくは0.28%であり、さらに好ましくは0.25%である。
モリブデン(Mo)は、鋼の焼入れ性を高める。一方、Mo含有量が高すぎると、鋼の溶接性及び靱性が低下する。そのため、Mo含有量は0.05~0.23%である。Mo含有量の下限は、好ましくは0.08%であり、より好ましくは0.10%であり、さらに好ましくは0.12%である。Mo含有量の上限は、好ましくは0.22%であり、より好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.18%である。
銅(Cu)は、鋼の焼入れ性を高める。一方、Cu含有量が高すぎると、鋼の溶接性及び熱間加工性が低下する。そのため、Cu含有量は0.10~0.50%である。Cu含有量の下限は、好ましくは0.15%であり、さらに好ましくは0.20%である。Cu含有量の上限は、好ましくは0.45%であり、さらに好ましくは0.40%である。
ニッケル(Ni)は、鋼の焼入れ性及び靱性を高める。一方、Ni含有量が高すぎると、鋼の耐硫化物応力腐食割れ性が低下する。そのため、Ni含有量は0.20~0.50%である。Ni含有量の下限は、好ましくは0.22%であり、さらに好ましくは0.25%である。Ni含有量の上限は、好ましくは0.45%であり、さらに好ましくは0.40%である。
バナジウム(V)は、鋼の焼入れ性を高める。Vはまた、微細な炭化物(VC)として析出して、鋼の強度を向上させる効果も有する。一方、V含有量が高すぎると、炭化物が粗大化して鋼の靱性が低下する。そのため、V含有量は0.01~0.10%である。V含有量の下限は、好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。V含有量の上限は、好ましくは0.07%であり、さらに好ましくは0.06%であり、さらに好ましくは0.05%である。
本実施形態による継目無鋼管の化学組成は、Feの一部に代えて、以下に説明するA群、B群及びC群からなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。以下に説明する元素は、いずれも任意元素である。すなわち、本実施形態による継目無鋼管は、これらの元素の一部又は全部を含有していなくてもよい。
[A群]
Nb:0~0.020%、及び、
Ti:0~0.020%
[B群]
B :0~0.0005%
[C群]
Ca:0~0.0060%
ニオブ(Nb)及びチタン(Ti)は、微細な析出物を形成して鋼の靱性及び強度を向上させる。そのため、必要に応じてNb及びTiの1種又は2種を含有させてもよい。Nb及びTiのいずれかが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Nb及びTiの含有量が高すぎると、析出物が粗大化して鋼の靱性が低下する。そのため、Nb及びTiの各々の含有量は、0.020%以下である。
Nb含有量の下限は、好ましくは0.001%であり、より好ましくは0.002%であり、より好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Nb含有量の上限は、好ましくは0.018%であり、さらに好ましくは0.015%である。
Ti含有量の下限は、好ましくは0.001%であり、より好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.004%である。Ti含有量の上限は、好ましくは0.015%であり、さらに好ましくは0.010%である。
ホウ素(B)は、鋼の焼入れ性を向上させる。そのため、必要に応じて含有させてもよい。Bが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、B含有量が高すぎると、鋼の溶接性が低下する。そのため、B含有量は0.0005%以下である。B含有量の下限は、好ましくは0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%である。B含有量の上限は、好ましくは0.0004%であり、さらに好ましくは0.0003%である。
カルシウム(Ca)は、MnSの形成を抑制して鋼の靱性及び耐水素誘起割れ性を向上させる。そのため、必要に応じて含有させてもよい。Caが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ca含有量が高すぎると、鋼の清浄度が低下し、鋼の靱性及び耐水素誘起割れ性が低下する。したがって、Ca含有量は0.0060%以下である。Ca含有量の下限は、好ましくは0.0001%であり、より好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。Ca含有量の上限は、好ましくは0.0055%であり、より好ましくは0.0050%であり、さらに好ましくは0.0040%である。
本実施形態による継目無鋼管は、下記の式(1)で表されるFn1が0.44以上である。
Fn1=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15 (1)
式(1)中の各元素記号には対応する元素の含有量が質量%で代入される。
本実施形態による継目無鋼管は、好ましくは、下記の式(2)で表されるFn2が0.070以下である。
Fn2=V+Ti+Nb (2)
式(2)中の各元素記号には対応する元素の含有量が質量%で代入される。対応する元素を含有しない場合には0が代入される。
本実施形態による継目無鋼管は、肉厚中央部におけるASTM E112-13(2021)による結晶粒度番号が6.0以上である。結晶粒度番号が大きいほど、結晶粒が微細であることを意味する。結晶粒度番号が小さすぎると、必要な強度が得られない。結晶粒度番号は、好ましくは6.5以上であり、さらに好ましくは7.0以上であり、さらに好ましくは7.5以上である。一方、結晶粒度番号が大きすぎると、鋼の強度をAPI規格のX65グレードの範囲にすることが困難になる場合がある。結晶粒度番号の上限は、好ましくは10.0であり、さらに好ましくは9.5であり、さらに好ましくは9.0であり、さらに好ましくは8.5である。
本実施形態による継目無鋼管は、好ましくは、肉厚中央部から採取した、ASTM E8/E8M-21に規定された丸棒試験片(平行部直径:12.7mm、標点距離:50.8mm。以下この試験片を「平行部直径12.7mmの丸棒試験片」という。)で測定した管軸方向引張試験(以下「L方向引張試験」という。)での降伏強度が450MPa以上である。降伏強度は、0.5%全伸び法によって求めた値とする。
本実施形態による継目無鋼管の製造方法の一例を説明する。本発明の一実施形態による継目無鋼管の製造方法は、上述した化学組成を有する素管を準備する工程と、素管を焼入れする工程と、焼入れされた素管を焼戻しする工程と、を備える。
LMP=(T+273)×(20+log(t)) (3)
式(3)において、Tは焼戻し温度(単位は℃)であり、tは焼戻し温度での保持時間(単位は時間)である。log(t)は、10を底とするtの対数である。
各鋼管の肉厚中央部の結晶粒度番号を測定した。具体的には、焼入れ後、焼戻し前の鋼管から、鋼管の管軸方向に垂直な断面が被検面になるように、試験片を採取した。採取した試験片を樹脂に埋め込み、ピクリン酸飽和水溶液で腐食するBechet-Beaujard法によって旧オーステナイト粒界を現出させ、ASTM E112-13(2021)に準じて旧オーステナイト粒の結晶粒度番号を測定した。
各鋼管から、長手方向が管軸方向と平行になるように、ASTM E8/E8M-21に規定された全肉厚の弧状試験片(幅:38.1mm、標点距離:50.8mm)、及びASTM E8/E8M-21に規定された丸棒試験片(平行部直径:12.7mm、標点距離:50.8mm)を採取した。これらの試験片を用いて、L方向引張試験を行った。降伏強度(YS)、引張強度(TS)及び降伏比(YR)を表4に示す。
Claims (6)
- 質量%で、
C :0.030~0.100%、
Si:0.05~0.50%、
Mn:0.30~1.70%、
P :0.020%以下、
S :0.0050%以下、
Al:0.001~0.100%、
N :0.0200%以下、
Cr:0.05~0.30%、
Mo:0.05~0.23%、
Cu:0.10~0.50%、
Ni:0.20~0.50%、
V :0.01~0.10%、
Nb:0~0.020%、
Ti:0~0.020%、
B :0~0.0005%、
Ca:0~0.0060%、
残部:Fe及び不純物、である化学組成を有し、
下記の式(1)で表されるFn1が0.44以上であり、
肉厚中央部におけるASTM E112-13(2021)による結晶粒度番号が6.0以上であり、
対象元素をV、Nb、Ti、Mo及びAlとしてエネルギー分散型X線分析法による定量分析を行い、V含有量が30質量%以上である粒子をV含有粒子とし、管軸方向に垂直な断面において、鋼管外面から2mmの深さの位置における円相当径が10~100nmのV含有粒子の数密度をNDos、鋼管内面から2mmの深さの位置における円相当径が10~100nmのV含有粒子の数密度をNDis、肉厚中央部における円相当径が10~100nmのV含有粒子の数密度をNDcとし、NDos/NDc及びNDis/NDcの各々が0.60以上である、継目無鋼管。
Fn1=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15 (1)
式(1)中の各元素記号には対応する元素の含有量が質量%で代入される。 - 請求項1に記載の継目無鋼管であって、
前記化学組成が、質量%で、
Nb:0.001~0.020%、
Ti:0.001~0.020%、
B :0.0001~0.0005%、及び、
Ca:0.0001~0.0060%、
からなる群から選択される1種以上を含有する、継目無鋼管。 - 請求項1又は2に記載の継目無鋼管であって、
肉厚中央部から採取した、ASTM E8/E8M-21に規定された丸棒試験片(平行部直径12.7mm、評点距離50.8mm)で測定した管軸方向引張試験での降伏強度が450MPa以上である、継目無鋼管。 - 請求項1又は2に記載の継目無鋼管であって、
前記継目無鋼管は、ラインパイプ用継目無鋼管である、継目無鋼管。 - 請求項1又は2に記載の継目無鋼管であって、
40.0mm以上の肉厚を有する、継目無鋼管。 - 請求項1又は2に記載の継目無鋼管を製造する方法であって、
前記化学組成を有する素管を準備する工程と、
前記素管を焼入れする工程と、
前記焼入れされた素管を焼戻しする工程と、を備え、
前記焼入れする工程は、
400℃から600℃までの温度域を5℃/分以下の平均昇温速度で600℃以上の温度に前記素管を加熱する工程と、 600℃からAc3点以上の温度である保持温度までの温度域を10℃/分以上の平均昇温速度で前記保持温度に前記素管を加熱する工程と、
前記素管を前記保持温度で10分以上60分以下の時間保持する工程と、
前記保持温度に保持した前記素管を冷却する工程と、を含む、継目無鋼管の製造方法。
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