WO2009119570A1 - ラインパイプ用ｕｏｅ鋼管及びその製造方法 - Google Patents

ラインパイプ用ｕｏｅ鋼管及びその製造方法 Download PDF

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昭夫 山本
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    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
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    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Definitions

  • This invention relates to the UOE steel pipe for line pipes, and its manufacturing method.
  • the present invention is a line pipe of X70 grade or more (pipe axis direction strength of 485 MPa or more) excellent in earthquake resistance, which is designed by a strain-based design and is used in cold regions such as Canada.
  • the present invention relates to a UOE steel pipe for use and a manufacturing method thereof.
  • UOE steel pipes composing line pipes laid in cold regions such as Canada are deformed by tensile stress acting in the axial direction as frozen soil (ground) repeatedly expands and contracts due to seasonal temperature fluctuations. There is concern. In particular, it is absolutely necessary to prevent major accidents from occurring due to the destruction of long-distance pipelines that transport natural gas and oil. For this reason, in order to apply a high-strength UOE steel pipe to a pipeline, the high-strength UOE steel pipe needs to have higher fracture safety than a conventional strength UOE steel pipe.
  • the high-strength UOE steel pipe that constitutes a line pipe used particularly in cold regions is excellent not only in strength but also in earthquake resistance evaluated by deformability (for example, yield ratio and uniform elongation) against fracture deformation. Is required.
  • a high-strength UOE steel pipe for a line pipe used in a cold region is designed based on stress design that emphasizes not only strength but also yield ratio and uniform elongation, for example.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 as a steel pipe excellent in earthquake resistance
  • Patent Document 3 as a method of manufacturing a line pipe having high strength, high toughness and excellent earthquake resistance
  • both UOE steel pipes are used. It is disclosed that having a round-shaped stress-strain curve with no yield point improves seismic resistance.
  • Patent Document 4 discloses that a steel pipe excellent in earthquake resistance is manufactured on a trial basis by cooling after rolling. JP-A-9-196243 Japanese Patent Laid-Open No. 11-80900 Japanese Patent Laid-Open No. 9-202922 JP 2004-131810 A
  • all pipeline UOE steel pipes are typically 150 ° C or higher and 250 ° C or lower by high-frequency heating, for example, at the site where they are laid, in order to prevent damage during construction and external corrosion during operation.
  • An external coating is applied with a heat treatment that is held at temperature for about 5 minutes (referred to herein as “pre-coating heat-treatment”).
  • the shape of the stress-strain curve of a UOE steel pipe after pipe making is always Round House type because many cold strains are imparted to the UOE steel pipe. Therefore, in order to improve the earthquake resistance of the UOE steel pipe, the stress-strain curve after the pre-coating heat treatment can maintain the Round House type stress-strain curve without changing to the Yield Point type having the upper yield point. At the same time, a low yield ratio can be achieved.
  • the inventors of the present invention among various factors that affect the earthquake resistance of high-strength UOE steel pipes (UOE steel pipe dimensions, yield ratio, uniform elongation, and stress-strain curve shape, etc.)
  • the present inventors have intensively studied means for maintaining the Round House type in which the shape of the stress-strain curve after the heat treatment does not have an upper yield point.
  • the inventors have (A) Controlling the content ratio (Ti / N) of each of Ti and N in the UOE steel pipe to an appropriate value, and (b) accelerating after rolling is completed in the production stage of the rolled steel sheet as the base material By reducing the free N that fixes dislocations by cooling, and manufacturing the UOE steel pipe by the UOE pipe manufacturing method using this rolled steel sheet as a raw material, the stress of the Round House type shape even after the pre-coating heat treatment is performed. -The inventors have found that high strength UOE steel pipes with strain curves can be produced and have completed the present invention.
  • C 0.03% or more and 0.10% or less (unless otherwise specified, “%” in terms of composition means “mass%”), Si: 0.05% or more and 0 50% or less, Mn: 1.50% or more and 2.2% or less, P: 0.025% or less, S: 0.002% or less, Cu: 1.0% or less, Cr: 1.0% or less, Ni: 2.0% or less, Mo: 1.0% or less, Nb: 0.1% or less, V: 0.1% or less, Ti: 0.025% or less, Al: 0.06% or less, N: 0.0050% or less, Ca: 0.0050% or less, and ratio of Ti and N content (Ti / N): 4.0 or more, having a steel composition composed of the balance Fe and impurities. More desirably, the circumferential strength is 550 MPa or more, X70 grade or more (pipe axis direction strength 485MPa or more) UOE steel pipe for line pipe.
  • the present invention provides C: 0.03% to 0.10%, Si: 0.05% to 0.50%, Mn: 1.50% to 2.2%, P : 0.025% or less, S: 0.002% or less, Cu: 1.0% or less, Cr: 1.0% or less, Ni: 2.0% or less, Mo: 1.0% or less, Nb: 0 0.1% or less, V: 0.1% or less, Ti: 0.025% or less, Al: 0.06% or less, N: 0.0050% or less, Ca: 0.0050% or less, and Ti The ratio of Ti and N content (Ti / N): 4.0 or more, and immediately after rolling at a finishing temperature of 700 ° C. or higher and 850 ° C.
  • the content ratio (Ti / N) of each of Ti and N in the UOE steel pipe is set to an appropriate range, and accelerated cooling is performed after the hot rolling of the rolled steel sheet that is the material of the UOE steel pipe is finished.
  • free N for fixing dislocations can be reduced, and a metal structure composed of ferrite and bainite or a metal structure composed of ferrite, bainite, and martensite can be desirably formed.
  • the stress-strain curve of the Round House type shape can be maintained even after the pre-coating heat treatment while reducing the yield ratio of the UOE steel pipe. It is possible to provide a high-strength UOE steel pipe for line pipe.
  • C 0.03% to 0.10%
  • C is an element effective for increasing the strength, and is contained in an amount of 0.03% or more in order to have strength of X70 grade or higher, particularly X100 grade.
  • C content if the C content exceeds 0.10%, the toughness is significantly lowered, which adversely affects the mechanical properties of the base material and promotes the occurrence of surface scratches on the slab. For this reason, C content shall be 0.03% or more and 0.10% or less.
  • Si 0.05% to 0.50%
  • Si acts as a deoxidizer and as a component for strengthening steel.
  • the Si content is limited to 0.05% or more and 0.50% or less.
  • the Si content is preferably determined in consideration of the balance with the plate thickness. (Mn: 1.50% or more and 2.2% or less) By containing 1.50% or more, Mn strengthens and strengthens steel. However, if the Mn content exceeds 2.2%, the toughness of the welded portion deteriorates. Therefore, the Mn content is 1.50% or more and 2.2% or less.
  • P 0.025% or less
  • P is an impurity contained in steel, and its content is preferably low. However, extreme reduction is accompanied by a corresponding increase in manufacturing costs. Therefore, the P content is 0.025% or less.
  • S 0.002% or less
  • S exceeds 0.002%, the target toughness of the base material cannot be secured. Therefore, the S content is set to 0.002% or less.
  • Cu 1.0% or less
  • Cu is desirably contained in an amount of 0.01% or more, it exerts an effect of strengthening without greatly impairing toughness due to solid solution strengthening and structural change due to the effect of increasing hardenability.
  • the Cu content exceeds 1.0%, Cu checking that is harmful to the surface defects of the slab occurs, which necessitates low-temperature heating of the slab, and increases the restrictions on the manufacturing conditions. Therefore, the Cu content is 1.0% or less.
  • Cr 1.0% or less
  • Cr like Cu and Ni, desirably contains 0.01% or more, thereby exerting an effect of strengthening without greatly impairing toughness due to solid solution strengthening and structural change due to the effect of increasing hardenability.
  • the Cr content exceeds 1.0%, the toughness of the heat-affected zone is lowered. Therefore, the Cr content is 1.0% or less.
  • Ni like Cu, desirably contains 0.01% or more, thereby exerting an effect of strengthening without greatly impairing toughness due to solid solution strengthening and structural change due to the effect of increasing hardenability. At the same time, it exerts an effect of suppressing deterioration of the toughness of the base material and the heat-affected zone after hot bending.
  • the Ni content is set to 2.0% or less.
  • Mo 1.0% or less
  • Mo is desirably contained in an amount of 0.01% or more, it is effective for increasing the strength of the base material and the welded portion.
  • the Mo content exceeds 1.0%, the circumferential weldability at the construction site and the toughness of the heat affected zone are deteriorated. Therefore, the Mo content is 1.0% or less.
  • Nb and Ti both have a great effect on the increase in strength due to precipitation strengthening and hardenability increasing effects, or on the improvement of toughness accompanying crystal grain refinement.
  • the Nb content exceeds 0.1% or the V content exceeds 0.1%, the toughness of the welded portion decreases. Therefore, the Nb content is 0.1% or less, and the V content is 0.1% or less.
  • Ti 0.025% or less
  • Al 0.06% or less
  • Al has an effect as a deoxidizing material, but is preferably contained in an amount of 0.010% or more for complete grain sizing.
  • Al content is set to 0.06% or less.
  • N 0.0050% or less
  • N forms nitrides with V, Ti, etc., and brings about an effect of improving high temperature strength.
  • N content exceeds 0.0050%, Nb, V, Ti and carbonitride are formed, and the toughness of the base material and the heat-affected zone is lowered.
  • the N content is 0.0050% or less.
  • the N content is preferably 0.0035% or less.
  • Ca is effective in controlling the form of inclusions, specifically in spheroidization, and prevents hydrogen-induced cracking and lamellar tear.
  • the Ca content is set to 0.0050% or less.
  • the Ca content is closely related to the S content, and when the S content is 0.0010% or more, it is 0.0005% or more due to the spheroidization of MnS inclusions. Is desirable.
  • the lower limit of the Ca content is not particularly required to be set. For these reasons, the Ca content is set to 0.0050% or less.
  • FIG. 1 is a graph showing changes in the stress-strain curve before and after the pre-coating heat treatment. Case 1 in FIG.
  • Case 1 is based on the conditions that the finishing temperature is 800 ° C. and the cooling rate after rolling is 20 ° C./sec.
  • 2 shows a stress-strain curve after heat treatment before coating at 200 ° C. for a UOE steel pipe made of the produced rolled steel sheet.
  • Case 2 is a rolled product manufactured under the conditions of a finishing temperature of 800 ° C. and a cooling rate of 20 ° C./sec after rolling. 2 shows a stress-strain curve of a UOE steel pipe made of a steel plate after heat treatment before coating at 270 ° C.
  • both cases 1 and 2 have Round House type stress-strain curves.
  • heat treatment before coating is performed.
  • the shape of the stress-strain curve after the heat treatment before coating in the case 2 that satisfies the conditions specified in the present invention is maintained in the Round House type while the shape of the stress-strain curve after that changes to the Yield Point type.
  • the stress after the pre-coating heat treatment is performed with particular attention to the shape of the stress-strain curve.
  • C or N which is an element that fixes dislocations, and among these, attention was focused on the ratio of Ti and N content (Ti / N).
  • FIG. 2 is a graph showing the influence of (Ti / N) on the relationship between stress and strain in a tensile test in the L direction of a test piece.
  • the slab having the steel composition described above is rolled at a cooling rate of 3 ° C./sec to 30 ° C./sec immediately after rolling at a finishing temperature of 700 ° C. or more and 850 ° C. or less according to a conventional method.
  • a rolled steel sheet is obtained.
  • the rolled steel sheet has a metal structure composed of ferrite and bainite or a metal structure composed of ferrite, bainite and martensite.
  • a UOE steel pipe is manufactured using the rolled steel plate manufactured in this way as a raw material using the well-known UOE pipe manufacturing method.
  • a rolled steel sheet which is a material, is U-pressed and formed into a U shape, further O-pressed into an O shape and formed into a cylindrical shape, and then a seam at the end. Butt and weld.
  • this is the surrounding pipe making method, and further explanation regarding the UOE pipe making method is omitted.
  • C 0.03% to 0.10%
  • Si 0.05% to 0.50%
  • Mn 1.50% to 2.2%
  • P 0.025% or less
  • S 0.002% or less
  • Cu 1.0% or less
  • Cr 1.0% or less
  • Ni 2.0% or less
  • Mo 1.0% or less
  • Nb 0.0.
  • Ti 0.025% or less
  • Al 0.06% or less
  • N 0.0050% or less
  • Ca 0.0050% or less
  • the ratio (Ti / N) is limited to an appropriate range, and accelerated cooling is performed after hot rolling of the rolled steel sheet that is the material of the UOE steel pipe, thereby reducing free N and desirably
  • a metal structure consisting of ferrite and bainite or a metal structure consisting of ferrite, bainite and martensite the shape of the stress-strain curve of the UOE steel pipe can be maintained in the Round House type even after heat treatment before coating.
  • the yield ratio YR of the UOE steel pipe can be suppressed to 90% or less, desirably 85% or less. In this way, it is possible to provide a UOE steel pipe for line pipes of X70 grade or higher that is excellent in earthquake resistance.
  • the UOE steel pipe constituting the laid line pipe may be deformed by the tensile stress acting in the axial direction due to repeated expansion and contraction of frozen soil (ground) due to seasonal temperature fluctuations.
  • the earthquake resistance which is a deformability against fracture deformation, is extremely desirable.
  • the tensile test pieces 1 to 7 cut out from these UOE steel pipes were subjected to a heat treatment simulating a pre-coating heat treatment held at 250 ° C. for 5 minutes, and then subjected to a tensile test.
  • the chemical compositions and metal structures of the tensile test pieces 1 to 7 are shown in Table 1, and the rolling finishing temperature and cooling rate of the rolled steel sheet as the material, the mechanical properties of the tensile test pieces 1 to 7 (tensile strength TS, yield strength YS). , Yield ratio YR) and toughness (Charpy impact test absorbed energy vE-10 (° C.)) are shown in Table 2.
  • the shape of the stress-strain curve in the tensile test is shown in graphs in FIGS. 3 (a) to 3 (g).
  • the shape of the stress-strain curve is classified into two types (I) and (II) as shown below, and is important for evaluating the quality of earthquake resistance.
  • (I) Round House type This is the shape of the stress-strain curve that appears in normal UOE steel pipes that are not heat-treated before coating, and shows excellent earthquake resistance.
  • (II) Yield Point type The shape of the stress-strain curve often appears in the UOE steel pipe after the pre-coating heat treatment, which is inferior to the round type in buckling resistance and unsuitable for use in the strain based design.
  • the ratio of Ti and N in the UOE steel pipe (Ti / N) is within an appropriate range, and rolling is the material of the UOE steel pipe. Accelerated cooling is performed after hot rolling of the steel sheet is completed.
  • it can be set as the metal structure which consists of a ferrite and a bainite, or the metal structure which consists of a ferrite, a bainite, and a martensite, and low yield ratio reduction of a UOE steel pipe
  • it has a Round House type stress-strain curve. For this reason, it turns out that the UOE steel pipe for line pipes excellent in earthquake resistance can be provided.

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Abstract

　耐震性に優れた高強度ＵＯＥ鋼管を提供する。 　Ｃ：０．０３％以上０．１０％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．５０％以下、Ｍｎ：１．５０％以上２．２％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００２％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０２５％以下、Ａｌ：０．０６％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｃａ：０．００５０％以下を含有するとともに（Ｔｉ／Ｎ）：４．０以上であり、残部Ｆｅ及び不純物からなる鋼組成を有し、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、または、フェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織を有するラインパイプ用高強度ＵＯＥ鋼管である。

Description

ラインパイプ用ＵＯＥ鋼管及びその製造方法
　本発明は、ラインパイプ用ＵＯＥ鋼管及びその製造方法に関する。本発明は、具体的には、歪む設計（Ｓｔｒａｉｎ－Ｂａｓｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ）により設計され、カナダ等の寒冷地で使用される、耐震性に優れたＸ７０グレード以上（管軸方向強度４８５ＭＰａ以上）のラインパイプ用ＵＯＥ鋼管及びその製造方法に関する。
　近年、パイプラインに対するコストダウンの要望は極めて大きい。このため、パイプライン用のＵＯＥ鋼管は高強度化される傾向にある。ラインパイプ用の高強度ＵＯＥ鋼管は、これまで、（ａ）十分な強度（ＴＳ：最高強度）を有すること、及び（ｂ）使用時の内圧に耐え得ることを重視する応力設計（Ｓｔｒｅｓｓ－Ｂａｓｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ）に基づいて、設計されてきた。
　近年、カナダ等の寒冷地に敷設されたラインパイプを構成するＵＯＥ鋼管が、季節毎の気温変動により凍土（大地）が膨張や収縮等を繰り返すことによって、軸方向へ作用する引張応力により変形することが懸念される。特に天然ガスやオイルを輸送する長距離パイプラインの破壊に起因して大事故が発生することは、絶対に防止しなければならない。このため、高強度のＵＯＥ鋼管をパイプラインに適用するためには、高強度のＵＯＥ鋼管が従来の強度のＵＯＥ鋼管に比較して、さらに高い破壊安全性を有する必要がある。このため、特に寒冷地で使用されるラインパイプを構成する高強度のＵＯＥ鋼管には、強度のみならず、破壊変形に対する変形能（例えば降伏比や一様伸び）により評価される耐震性も優れることが要求される。
　鋼管の耐震性には、その寸法のみならず、降伏比や一様伸びの大小、さらには応力－ひずみ曲線の形状等といった様々な要素が影響することが、一般的に知られる。そこで、寒冷地で使用されるラインパイプ用の高強度のＵＯＥ鋼管は、強度のみならず、例えば降伏比や一様伸びをも重視する応力設計に基づいて、設計される。
　特許文献１や特許文献２には、耐震性に優れた鋼管として、特許文献３には、高強度、高靭性でかつ耐震性に優れたラインパイプの製造方法として、いずれも、ＵＯＥ鋼管が、降伏点を有さないラウンド型の形状の応力－ひずみ曲線を有することによって、耐震性が向上することが開示される。さらに、特許文献４には、圧延後に放冷することによって耐震性に優れた鋼管を試験的に製造したことが開示される。
特開平９－１９６２４３号公報 特開平１１－８０９００号公報 特開平９－２０２９２２号公報 特開２００４－１３１８１０号公報
　一般的に、全てのパイプライン用ＵＯＥ鋼管は、施工時の損傷、及び操業時の外面腐食をいずれも防止するために、敷設される現地において、例えば高周波加熱により通常１５０℃以上２５０℃以下の温度に５分間程度保持する熱処理（本明細書では「コーティング前熱処理（ｐｒｅ－ｃｏａｔｉｎｇ　ｈｅａｔ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）」という）を伴う外面コーティングが施工される。
　上述した特許文献１～４により開示された従来の技術により得られる鋼管は、いずれも、このコーティング前熱処理を行われた後の応力－ひずみ曲線の形状が、上降伏点を有するＹｉｅｌｄ　Ｐｏｉｎｔ型となるため、耐震性が芳しくない。
　通常、製管後のＵＯＥ鋼管の応力－ひずみ曲線の形状は、ＵＯＥ鋼管には多くの冷間歪が付与されるため、常にＲｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型である。このため、ＵＯＥ鋼管の耐震性を向上するためには、コーティング前熱処理後の応力－ひずみ曲線が、上降伏点を有するＹｉｅｌｄ　Ｐｏｉｎｔ型に変化せずにＲｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型の応力－ひずみ曲線を維持できるとともに低降伏比化を図ることができるようにすればよい。
　そこで、本発明者らは、高強度ＵＯＥ鋼管の耐震性に影響する様々な因子（ＵＯＥ鋼管の寸法、降伏比、一様伸び、さらには応力－ひずみ曲線の形状等）のうちで、コーティング前熱処理を行われた後の応力－ひずみ曲線の形状が、上降伏点を有さないＲｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型を維持できる手段を鋭意検討した。
　その結果、本発明者らは、
（ａ）ＵＯＥ鋼管のＴｉ及びＮそれぞれの含有量の比（Ｔｉ／Ｎ）を適正な値に制御すること、および
（ｂ）母材となる圧延鋼板の製造段階において、圧延を終了した後に加速冷却することによって転位を固着するフリーＮを低減し、この圧延鋼板を素材としてＵＯＥ製管法によりＵＯＥ鋼管を製造すること
によって、コーティング前熱処理を行われた後においてもＲｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型の形状の応力－ひずみ曲線を有する高強度ＵＯＥ鋼管を製造できることを知見し、本発明を完成した。
　本発明は、Ｃ：０．０３％以上０．１０％以下（本明細書では特に断りがない限り、組成に関する「％」は「質量％」を意味する）、Ｓｉ：０．０５％以上０．５０％以下、Ｍｎ：１．５０％以上２．２％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００２％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０２５％以下、Ａｌ：０．０６％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｃａ：０．００５０％以下を含有するとともに、Ｔｉ及びＮそれぞれの含有量の比（Ｔｉ／Ｎ）：４．０以上であり、残部Ｆｅ及び不純物からなる鋼組成を有し、さらに望ましくは周方向強度が５５０ＭＰａ以上であることを特徴とするＸ７０グレード以上（管軸方向強度４８５ＭＰａ以上）のラインパイプ用ＵＯＥ鋼管である。
　別の観点からは、本発明は、Ｃ：０．０３％以上０．１０％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．５０％以下、Ｍｎ：１．５０％以上２．２％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００２％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０２５％以下、Ａｌ：０．０６％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｃａ：０．００５０％以下を含有するとともに、Ｔｉ及びＮそれぞれの含有量の比（Ｔｉ／Ｎ）：４．０以上であり、残部Ｆｅ及び不純物からなる鋼組成を有するスラブに、７００℃以上８５０℃以下の仕上温度で圧延を行った後に直ちに３℃／ｓｅｃ以上３０℃／ｓｅｃ以下の冷却速度で冷却することにより得られる圧延鋼板を素材としてＵＯＥ製管法によりＵＯＥ鋼管を製造することを特徴とする、望ましくは周方向強度が５５０ＭＰａ以上であるＸ７０グレード以上のラインパイプ用ＵＯＥ鋼管の製造方法である。
　本発明では、ＵＯＥ鋼管のＴｉ及びＮそれぞれの含有量の比（Ｔｉ／Ｎ）を適正な範囲とするとともに、ＵＯＥ鋼管の素材である圧延鋼板の熱間圧延を終了した後に加速冷却を行う。このため、本発明によれば、転位を固着するフリーＮを低減するとともに、望ましくは、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、もしくはフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織とすることができる。これにより、本発明によれば、ＵＯＥ鋼管の低降伏比化を図りながら、コーティング前熱処理を行われた後においてもＲｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型の形状の応力－ひずみ曲線を維持することができるため、耐震性に優れた高強度のラインパイプ用ＵＯＥ鋼管を提供できる。
コーティング前熱処理の前後における応力－ひずみ曲線の変化を示すグラフである。 試験片のＬ方向の引張試験における応力とひずみとの関係に及ぼす（Ｔｉ／Ｎ）の影響を示すグラフである。 図３（ａ）～図３（ｇ）は、実施例１の引張試験における応力－ひずみ曲線の形状を示すグラフである。
発明を実施するための形態
　以下、本発明に係るラインパイプ用ＵＯＥ鋼管及びその製造方法を実施するための最良の形態を、添付図面も参照しながら詳細に説明する。
　本発明において用いるスラブの組成を限定する理由を説明する。
（Ｃ：０．０３％以上０．１０％以下）
　Ｃは、強度の上昇に有効な元素であり、Ｘ７０グレード以上、特にＸ１００グレードの強度を有するために０．０３％以上含有する。一方、Ｃ含有量が０．１０％を超えると靭性の低下が著しくなり、母材の機械的特性に悪影響を及ぼすとともにスラブの表面傷の発生を助長する。このため、Ｃ含有量は０．０３％以上０．１０％以下とする。
（Ｓｉ：０．０５％以上０．５０％以下）
　Ｓｉは、０．０５％以上含有することにより脱酸剤として、また鋼を強化する成分として作用する。しかし、Ｓｉ含有量が０．５０％を越えると、溶接熱影響部に縞状マルテンサイトが多く生成して靭性が極度に劣化し、ＵＯＥ鋼管の機械的性質が低下する。そこで、Ｓｉ含有量は０．０５％以上０．５０％以下と限定する。Ｓｉ含有量は、板厚とのバランスを考慮して決定することが望ましい。
（Ｍｎ：１．５０％以上２．２％以下）
　Ｍｎは、１．５０％以上含有することにより鋼を強化するとともに強靭化する。しかし、Ｍｎ含有量が２．２％を超えると溶接部の靭性が劣化する。そこで、Ｍｎ含有量は１．５０％以上２．２％以下とする。
（Ｐ：０．０２５％以下）
　Ｐは、鋼中に含まれる不純物であり、その含有量が低いほうが望ましい。しかし、極端な低減には相応の製造コストの上昇を伴う。そこで、Ｐ含有量は０．０２５％以下とする。
（Ｓ：０．００２％以下）
　Ｓは、０．００２％を超えて含有すると母材の目標の靭性を確保できなくなる。そこで、Ｓ含有量は０．００２％以下とする。
（Ｃｕ：１．０％以下）
　Ｃｕは、望ましくは０．０１％以上含有することにより、固溶強化と焼入れ性増大効果による組織変化とにより、靭性を大きく損なうことなく強化を図る作用を奏する。しかし、Ｃｕ含有量が１．０％を超えるとスラブの表面疵に有害なＣｕチェッキングが発生するためにスラブを低温加熱する必要が生じ、製造条件に対する制限が増加する。そこで、Ｃｕ含有量は１．０％以下とする。
（Ｃｒ：１．０％以下）
　Ｃｒは、ＣｕやＮｉと同様に、望ましくは０．０１％以上含有することにより、固溶強化と焼入れ性増大効果による組織変化とにより、靭性を大きく損なうことなく、強化を図る作用を奏する。しかし、Ｃｒ含有量が１．０％を超えると熱影響部の靭性を低下させる。そこで、Ｃｒ含有量は１．０％以下とする。
（Ｎｉ：２．０％以下）
　Ｎｉは、Ｃｕと同様に、望ましくは０．０１％以上含有することにより、固溶強化と焼入れ性増大効果による組織変化とにより、靭性を大きく損なうことなく、強化を図ることができる作用を奏するとともに、熱間曲げ加工後の母材及び熱影響部の靭性の劣化を抑制する作用を奏する。しかし、Ｎｉ含有量が２．０％を超えると製造コストが上昇し過ぎて実用性を損なう。そこで、Ｎｉ含有量は２．０％以下とする。
（Ｍｏ：１．０％以下）
　Ｍｏは、望ましくは０．０１％以上含有することにより、母材及び溶接部の強度上昇に有効である。しかし、Ｍｏ含有量が１．０％を超えると、施工現場での周溶接性や溶接熱影響部の靭性が劣化する。そこで、Ｍｏ含有量は１．０％以下とする。
（Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下）
　Ｎｂ、Ｔｉは、いずれも、析出強化や焼入れ性増大効果による強度上昇、あるいは結晶粒微細化に伴う靭性の改善に大きな効果をもたらす。しかし、Ｎｂ含有量が０．１％を超え、またはＶ含有量が０．１％を超えると、溶接部の靭性が低下する。そこで、Ｎｂ含有量は０．１％以下とし、Ｖ含有量は０．１％以下とする。
（Ｔｉ：０．０２５％以下）
　Ｔｉは、望ましくは０．００５％以上含有することにより、ＴｉＮを生成し、熱影響部における結晶粒の成長を抑制し、靭性を向上する作用を奏する。しかし、Ｔｉ含有量が０．０２５％を超えると溶存Ｎ量が増加して熱影響部の靭性が劣化する。そこで、Ｔｉ含有量は０．０２５％以下とする。
（Ａｌ：０．０６％以下）
　Ａｌは、Ｓｉと同様に、脱酸材としての作用があるが、結晶完全整粒化のために０．０１０％以上含有することが望ましい。一方、溶接部の低温靭性を確保することを目的として溶接金属の（Ａｌ／Ｏ）を適正に制御するために、Ａｌ含有量は０．０６％以下とする。
（Ｎ：０．００５０％以下）
　Ｎは、ＶやＴｉ等と窒化物を形成して高温強度の向上に効果をもたらす。しかし、Ｎ含有量が０．００５０％を超えるとＮｂ、Ｖ、Ｔｉと炭窒化物を形成し、母材及び熱影響部の靭性を低下させる。そこで、Ｎ含有量は０．００５０％以下とする。ただし、溶接熱影響部についての靱性の要求レベルが高い場合には、Ｎ含有量を０．００３５％以下とすることが望ましい。
（Ｃａ：０．００５０％以下）
　Ｃａは、介在物の形態制御、具体的には球状化に効果があり、水素誘起割れやラメラーティアーを防止する。しかし、Ｃａ含有量が０．００５０％を超えると、Ｃａ系介在物の発生量が過多になるため、Ｃａ含有量は０．００５０％以下とする。一方、Ｃａ含有量は、Ｓ含有量と密接な関係があり、Ｓ含有量が０．００１０％以上である場合にはＭｎＳ系介在物の球状化のために、０．０００５％以上であることが望ましい。なお、Ｓ含有量が０．００１０％以下である極めて清浄性の高い鋼では、Ｃａ含有量の下限は特に設定する必要はない。以上の理由により、Ｃａ含有量は０．００５０％以下とする。
　上述した以外は、Ｆｅ及び不純物である。
（Ｔｉ及びＮそれぞれの含有量の比（Ｔｉ／Ｎ）：４．０以上）
　Ｘ８０グレードの高強度ＵＯＥ鋼管を例にとって、外径Ｄと肉厚Ｔとの比（Ｄ／Ｔ）と耐震性との関係を調べた。その結果、比（Ｄ／Ｔ）が小さくなるほど座屈ひずみが大きくなり、耐震性が向上することが確認された。このため、高強度ＵＯＥ鋼管の耐震性を向上するには、まず最初にＵＯＥ鋼管の比（Ｄ／Ｔ）を３０以下にすることが望ましい。しかしながら、輸送圧力、輸送効率さらには輸送必要量によっては、比（Ｄ／Ｔ）を３０超に設定せざるを得ない場合もある。本発明では、このような場合にも耐震性の改善及び向上を図ることができるようにするために、材料の特性を改善する。
　Ｘ８０グレードのＵＯＥ鋼管を例にとって、（ｉ）降伏比ＹＲ（ＹＳ／ＴＳ）、（ｉｉ）一様伸び、及び（ｉｉｉ）応力－ひずみ曲線の形状の３項目が、耐震性（耐座屈性）に及ぼす影響を調査した。
　この調査により、
（Ａ）降伏比ＹＲは、８５、８８、９１％の順に、座屈発生時の曲げ角度が、１３．９°、１４．５°、１５．３°となり、降伏比ＹＲの値が大きいほど耐震性に優れること。
（Ｂ）一様伸びは、５．８８％、７．３８％、８．８８％である場合、座屈発生時の曲げ角度はそれぞれ１４．１°、１４．５°、１５．１°となり、一様伸びが大きいほど耐震性に優れること。及び
（Ｃ）図１は、コーティング前熱処理の前後における応力－ひずみ曲線の変化を示すグラフである、図１におけるケース１は、仕上温度８００℃、圧延後冷却速度２０℃／ｓｅｃである条件により製造された圧延鋼板を素材とするＵＯＥ鋼管の２００℃コーティング前熱処理後における応力－ひずみ曲線を示し、ケース２は仕上温度８００℃、圧延後冷却速度２０℃／ｓｅｃである条件により製造された圧延鋼板を素材とするＵＯＥ鋼管の２７０℃コーティング前熱処理後における応力－ひずみ曲線を示す。
　図１のグラフに示すように、コーティング前熱処理前においてはケース１、２のいずれもＲｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型の応力－ひずみ曲線を有するものの、本発明で規定する条件を満足しないケース１では、コーティング前熱処理後の応力－ひずみ曲線の形状が、Ｙｉｅｌｄ　Ｐｏｉｎｔ型に変化するのに対し、本発明で規定する条件を満足するケース２では、コーティング前熱処理後の応力－ひずみ曲線の形状がＲｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型を維持することがわかる。
　本発明では、降伏比ＹＲ及び一様伸びそれぞれの大小と、応力－ひずみ曲線の形状の３項目のうちで、特に応力－ひずみ曲線の形状に注目し、コーティング前熱処理を行われた後における応力－ひずみ曲線の形状が、Ｙｉｅｌｄ　Ｐｏｉｎｔ型であるＵＯＥ鋼管よりも、Ｒｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型であるＵＯＥ鋼管のほうが、耐震性が良好であることを利用する。このために、転位を固着する元素であるＣ又はＮに注目し、その中でも、Ｔｉ及びＮそれぞれの含有量の比（Ｔｉ／Ｎ）に注目した。
　そして、試験片を用いて比（Ｔｉ／Ｎ）を変化させる確認試験を行い、応力－ひずみ曲線の形状の変化を調べた。
　図２は、試験片のＬ方向の引張試験における応力とひずみとの関係に及ぼす（Ｔｉ／Ｎ）の影響を示すグラフである。
　同図のグラフに示すように、（Ｔｉ／Ｎ）が２．９である場合には応力－ひずみ曲線はＹｉｅｌｄ　Ｐｏｉｎｔ型の形状となり、（Ｔｉ／Ｎ）の値が４．１、５．６と大きくなるにつれて、上降伏点を有さないなだらかなＲｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型の形状となる。
　このように、コーティング前熱処理を行われた後におけるＵＯＥ鋼管の応力－ひずみ曲線の形状を、Ｒｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型に維持するには、転位を固着する作用を奏するフリーＮを低減することが有効である。このためには、（Ｔｉ／Ｎ）の値を４．０以上とすることが有効である。さらにこのような作用効果を安定して得るためには（Ｔｉ／Ｎ）を５．０以上とすることが望ましい。
　本発明では、上述した鋼組成を有するスラブに、常法にしたがって、７００℃以上８５０℃以下の仕上温度で圧延を行った後に直ちに３℃／ｓｅｃ以上３０℃／ｓｅｃ以下の冷却速度で冷却する加速冷却を行うことによって、圧延鋼板とする。
　この加速冷却を行うことにより、圧延鋼板は、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、もしくはフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織を有する。
　そして、本発明では、このようにして製造した圧延鋼板を素材として、公知のＵＯＥ製管法を用いてＵＯＥ鋼管を製造する。このＵＯＥ製管法は、素材である圧延鋼板にＵプレスを行ってＵ形に成形し、さらにＯプレスを行ってＯ形に成形して円筒状に成形し、その後に端部である継目を突き合わせて溶接するものである。これは当業者にとっては周囲の製管法であるので、ＵＯＥ製管法に関するこれ以上の説明は省略する。
　本発明では、このようにして、Ｃ：０．０３％以上０．１０％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．５０％以下、Ｍｎ：１．５０％以上２．２％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００２％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０２５％以下、Ａｌ：０．０６％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｃａ：０．００５０％以下を含有するとともに、Ｔｉ及びＮそれぞれの含有量の比（Ｔｉ／Ｎ）：４．０以上であり、残部Ｆｅ及び不純物からなる鋼組成を有し、望ましくは、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、もしくはフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織を有する、本発明のＸ７０グレード以上のラインパイプ用ＵＯＥ鋼管が提供される。
　本発明によれば、比（Ｔｉ／Ｎ）を適正な範囲に制限するとともに、ＵＯＥ鋼管の素材である圧延鋼板の熱間圧延後に加速冷却を行うことにより、フリーＮを低減するとともに、望ましくは、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、もしくはフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織とすることによって、ＵＯＥ鋼管の応力－ひずみ曲線の形状を、コーティング前熱処理後においてもＲｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型に維持することができるようになるとともに、ＵＯＥ鋼管の降伏比ＹＲを９０％以下、望ましくは８５％以下に抑制することができる。このようにして、耐震性に優れたＸ７０グレード以上のラインパイプ用ＵＯＥ鋼管を提供することができる。
　したがって、敷設されたラインパイプを構成するＵＯＥ鋼管が、季節毎の気温変動により凍土（大地）が膨張や収縮等を繰り返すことによってその軸方向へ作用する引張応力により、変形することが懸念されている、カナダ等の寒冷地において使用されるラインパイプを構成する高強度ＵＯＥ鋼管として、強度のみならず、破壊変形に対する変形能である耐震性も優れるので、極めて望ましい。
　本発明を、実施例を参照しながらより具体的に説明する。
　表１に示す鋼組成（表１に示す以外はＦｅ及び不純物）を有するスラブに、表２に示す仕上温度で圧延を行い、その後直ちに表２に示す冷却速度で冷却することにより得られる圧延鋼板を素材とし、ＵＯＥ製管法により、Ｘ８０グレードで肉厚が１６．２ｍｍであるＵＯＥ鋼管を製造した。
　そして、これらのＵＯＥ鋼管から切り出した引張試験片１～７に、２５０℃に５分間保持するコーティング前熱処理を模擬した熱処理を行ってから、引張試験を行った。
　この引張試験片１～７の化学組成及び金属組織を表１に示すとともに、素材である圧延鋼板の圧延仕上温度及び冷却速度、引張試験片１～７の機械特性（引張強度ＴＳ、降伏強度ＹＳ、降伏比ＹＲ）および靭性（シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーｖＥ－１０（℃））の測定値を表２に示す。また、引張試験における応力－ひずみ曲線の形状を図３（ａ）～図３（ｇ）にグラフで示す。
　特に、応力－ひずみ曲線の形状は、下記に示す通り２種類（Ｉ）、（ＩＩ）に分類され、耐震性の良否を評価するためには重要である。
（Ｉ）Ｒｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型：
　コーティング前熱処理を行われない通常のＵＯＥ鋼管に現れる応力－ひずみ曲線の形状であり、耐震性に優れることを示す。
（ＩＩ）Ｙｉｅｌｄ　Ｐｏｉｎｔ型：
　コーティング前熱処理を行われた後のＵＯＥ鋼管に表れることが多い応力－ひずみ曲線の形状であり、Ｒｏｕｎｄ型に比べると耐座屈性に劣り、Ｓｔｒａｉｎ　Ｂａｓｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎに用いるには不適である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１、２及び図３（ａ）～図３（ｇ）より、ＵＯＥ鋼管のＴｉ及びＮそれぞれの含有量の比（Ｔｉ／Ｎ）を適正な範囲とするとともに、ＵＯＥ鋼管の素材である圧延鋼板の熱間圧延を終了した後に加速冷却を行う。これにより、転位を固着するフリーＮを低減するとともに、望ましくは、フェライト及びベイナイトからなる金属組織、もしくはフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる金属組織とすることができ、ＵＯＥ鋼管の低降伏比化を図りながら、コーティング前熱処理を行われた後においてもＲｏｕｎｄ　Ｈｏｕｓｅ型の形状の応力－ひずみ曲線を有するようになる。このため、耐震性に優れた高強度のラインパイプ用ＵＯＥ鋼管を提供できるることがわかる。

Claims (2)

  1. 　質量％で、Ｃ：０．０３％以上０．１０％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．５０％以下、Ｍｎ：１．５０％以上２．２％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００２％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０２５％以下、Ａｌ：０．０６％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｃａ：０．００５０％以下を含有するとともに（Ｔｉ／Ｎ）：４．０以上であり、残部Ｆｅ及び不純物からなる鋼組成を有することを特徴とするＸ７０グレード以上のラインパイプ用ＵＯＥ鋼管。
  2. 　質量％で、Ｃ：０．０３％以上０．１０％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．５０％以下、Ｍｎ：１．５０％以上２．２％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００２％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０２５％以下、Ａｌ：０．０６％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｃａ：０．００５０％以下を含有するとともに（Ｔｉ／Ｎ）：４．０以上であり、残部Ｆｅ及び不純物からなる鋼組成を有するスラブに、７００℃以上８５０℃以下の仕上温度で圧延を行った後に直ちに３℃／ｓｅｃ以上３０℃／ｓｅｃ以下の冷却速度で冷却することにより得られる圧延鋼板を素材としてＵＯＥ製管法によりＵＯＥ鋼管を製造することを特徴とする、Ｘ７０グレード以上のラインパイプ用ＵＯＥ鋼管の製造方法。
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