JP2013250113A

JP2013250113A - 鋼材の耐ｈｉｃ性能の判定方法

Info

Publication number: JP2013250113A
Application number: JP2012124147A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Tanizawa; 彰彦谷澤; Jiro Nakamichi; 治郎仲道; Yasufumi Koike; 康文小池; Hisafumi Maeda; 尚史前田; Kimihiro Nishimura; 公宏西村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-12

Abstract

【課題】パイプラインに用いて好適なＴＭＣＰ非調質厚肉高強度鋼板、または前記鋼板を素材としたＵＯＥ鋼管のＨＩＣ試験での合否を予測する鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法を提供する。
【解決手段】ＴＭＣＰ非調質厚肉高強度鋼板または前記鋼板を素材としたＵＯＥ鋼管のＨＩＣ試験での合否を予測する鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法であって、前記鋼板または前記ＵＯＥ鋼管の（１）化学成分分析、（２）圧延・冷却条件（実績）（但し、ＵＯＥ鋼管の場合は、素材となる鋼板の圧延条件実績）、（３）表層近傍の超音波探傷を判定項目とし、前記判定項目毎に得られた値をそれぞれについて予め設けられている判定基準と比較し、耐ＨＩＣ性能の判定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力容器用鋼板やラインパイプ用溶接鋼管などの鋼材の耐ＨＩＣ性能の判定方法に関し、詳しくはＨＩＣ試験での割れ面積率ＣＡＲが５％以下となる耐ＨＩＣ性能を判定することが可能なものに関する。

世界的なエネルギ需要の高まりを背景に、原油や天然ガスの採掘量が年々増加した結果、高品質な原油や天然ガスが徐々に枯渇し、硫化水素濃度の高い低品質の原油や天然ガスを採掘する必要に迫られている。

このような原油や天然ガスを採掘するために敷設されるパイプラインや原油精製プラントの圧力容器および配管には、安全性確保のために耐サワー性能（耐ＨＩＣ性能および耐ＳＳＣ性能）に優れた鋼板および鋼管を適用しなければならず、耐ＨＩＣ鋼板や耐サワーラインパイプを短納期で大量安定供給する技術の確立が求められている。

従来、耐ＨＩＣ鋼板や耐サワーラインパイプを安定供給する技術は、連続鋳造スラブを用いてＴＭＣＰにより製造することを前提に検討され、１）Ｍｎ、Ｐなどの中心偏析元素の低減や鋳造速度の低減、軽圧下の適用による中心偏析部硬さの低減、２）Ｓ、Ｏの低減およびＣａの最適量添加による中心偏析における伸長ＭｎＳの発生抑制、介在物集積帯（垂直曲げ型連続鋳造機においては、スラブ表面側１／４ｔ（ｔは板厚）位置付近）におけるＣａクラスタの生成抑制、３）ＴＭＣＰにおける加速冷却条件の最適化によるミクロ組織のベイナイト単相化、ＭＡの発生抑制、中心偏析部の硬化抑制などの技術が広く用いられるようになっている。

しかしながら、耐ＨＩＣ性能は微妙な製造条件のばらつきにより生じることのある、中心偏析の悪化や粗大介在物の生成、ミクロ組織の異常などの影響を受けるため、出荷前にＨＩＣ試験を行って耐ＨＩＣ性能を保証することが必須となっている。

ＨＩＣ試験は一般に９６時間の浸漬時間を必要とし、製造した鋼板や鋼管の耐ＨＩＣ性能を把握するまでに多くの時間を要するが、生産現場においては耐ＨＩＣ性能の迅速評価を必要とする場合がある。例えば、耐ＨＩＣ性能を安定化させるための製造条件変更の効果を短期間で知りたい場合、鋼管製造に用いる鋼板の耐ＨＩＣ性能を予め評価したい場合あるいは鋼管での耐ＨＩＣ性能を鋼板のＨＩＣ試験により推定したい場合などが挙げられる。

そのため、ＨＩＣ試験方法や鋼板の物理分析などによる耐ＨＩＣ性能の迅速評価手法が種々提案され、特許文献１〜３では、ＨＩＣ試験片を採取する鋼板に予め造管時のひずみに相当する曲げ加工を加え、鋼板段階で鋼管の耐ＨＩＣ性能を推定する方法が開示されている。

特許文献４〜７では、中心偏析部におけるＭｎ濃度やＮｂ、Ｔｉ濃度を測定し、その濃度を一定以下に制御することにより優れた耐ＨＩＣ性能を確保する方法が開示されている。特許文献８では、中心偏析部の未圧着部長さが一定以下であることを測定により求め、優れた耐ＨＩＣ性能を確保する方法が開示されている。

特許文献９では、中心偏析部に生成するＳ、Ｎ、Ｏと結合した介在物やＮｂＴｉＣＮの大きさを測定し、それらが許容範囲内に収まるように化学成分やスラブ加熱条件で制御することで、優れた耐ＨＩＣ性能を確保する方法が開示されている。

特許文献１０〜１２では、中心偏析に濃化する合金元素の中心偏析硬さに及ぼす影響を定量化した化学成分パラメータや中心偏析におけるＭｎＳおよび介在物集積帯におけるＣａクラスタの生成を定量化した化学成分パラメータを管理することで、優れた耐ＨＩＣ性能を確保する技術が開示されている。

特開平６−３３１５３０号公報特開２００３−２７０１２２号公報特開２００６−２７５５９１号公報特開平６−２２０５７７号公報特開２００３−１３１７５号公報特開２０１０−２０９４６１号公報特開２０１１−６３８４０号公報特開２０１０−２０９４６０号公報特開２００６−６３３５１号公報特開２００９−２２１５３４号公報特開２０１０−７７４９２号公報特開２００９−１３３００５号公報

しかしながら、特許文献１〜３記載の技術では、ＨＩＣ試験を行う必要があり、工期を短縮することはできない。また、特許文献４〜７および特許文献９記載の技術では、高度な物理分析装置を必要とし、必ずしも簡便な方法とはいえない。

また、特許文献８記載の技術では、スラブ段階での抜き取り評価を必要とし、鋳造から鋼板製造の間のリードタイムが大きくなる。特許文献１０〜１２記載の技術では、製鋼条件のばらつきによる中心偏析の局所的な悪化や粗大な介在物生成が耐サワ−性能に及ぼす影響を反映できない。

以上のように、従来の技術では簡便に耐ＨＩＣ性能を評価できない、あるいは、耐ＨＩＣ性能を評価するための必要な情報が不足し、実製造の場において十分迅速に耐ＨＩＣ性能を評価できなかった。特に、ＴＭＣＰ非調質厚肉高強度鋼板または前記鋼板を素材としたＵＯＥ鋼管で問題となる、表層近傍のＨＩＣの発生を評価するための知見にいたっては、皆無であった。

そこで、本発明では、ＴＭＣＰ非調質厚肉高強度鋼板または前記鋼板を素材としたＵＯＥ鋼管の耐ＨＩＣ性能を簡便かつ迅速に評価できる方法を供給することを目的とする。

本発明者らは、ＴＭＣＰ非調質厚肉高強度鋼板（鋼板と言う場合がある）または前記鋼板を素材としたＵＯＥ鋼管（鋼管と言う場合がある）を対象に、耐ＨＩＣ性能（本発明は、中心偏析に発生するＨＩＣ、垂直曲げ型連続鋳造機による鋳造材の介在物集積帯に発生するＨＩＣ及び表層近傍のＨＩＣの３種類のＨＩＣに対する耐ＨＩＣ性能を対象とする）について鋭意検討を行い、以下の知見を得た。

（１）中心偏析に発生するＨＩＣの予測では、中心偏析硬さ、および中心偏析におけるＭｎＳの生成状態が重要である。中心偏析の硬さの管理では、硬さ試験を行ってＨ_Ｖ１０２５０以下に管理することが望ましいが、成分組成中の特定の合金元素の含有量からなるパラメータ式の値を特定値以下に管理することでも高い精度でＨＩＣの発生が予測できる。

（２）最近の低Ｏ、極低Ｓ鋼の場合でも、従来と同様にＭｎＳの生成抑制には、Ｃａ添加量の最適化が有効であり、Ｃａ、Ｏ、Ｓの含有量からなるパラメータ式の値を特定値以下に管理することでＭｎＳの生成を抑制できる。

（３）垂直曲げ型連続鋳造機で発生する介在物集積帯に発生するＨＩＣも、上記（２）のパラメータ式との相関が高く、式の値を特定値以下に管理することでＣａクラスタの生成が抑制でき、ＨＩＣの発生を抑制できる。

（４）厚肉高強度ラインパイプでの表層近傍のＨＩＣの発生状況は、表層硬さのみでは整理できず、表層近傍に生成する気泡や介在物の状態が大きく影響する。表層近傍に発生するＨＩＣの破面について調査した結果、ＨＩＣ起点は長径で２００μ以上の気泡あるいはＣａＯクラスタである。

（５）このような粗大な気泡または介在物が生成する場合、表層近傍の硬さをある値以下とすることによりＨＩＣの発生を抑制できるが、高強度でなおかつ厚肉、小径ラインパイプのように表層近傍が大きく塑性加工を受ける鋼管などにおいては、表層硬さの低減のみでは、ＨＩＣの発生を防止することは不可能である。

（６）表層近傍のＨＩＣ起点となるような粗大な介在物や気泡を定量化する方法として高感度の超音波探傷が有効である。図１は同じ素材と製造条件を用いて製造した溶接鋼管の耐ＨＩＣ性能と超音波探傷で測定した粗大な介在物や気泡の面積率の関係を示し、粗大な介在物や気泡の面積率を一定以下に管理することにより表層近傍のＨＩＣの発生を防止できる。

超音波探傷方法は、鋼板または鋼管の表面から切り出した２０ｍｍ幅の矩形サンプルを切出し、これらの試験片を表面側が底面になるようにセットし、表面下＋１ｍｍから３／１６ｔまでの位置に探傷ゲートを設定して探傷する。その際に、あらかじめサンプルと同じ板厚で１．０ｍｍ径の空孔のあいたダミー材を探傷し、空孔による指示が１００％の感度になるように設定した条件で、サンプルについても測定し、２０％を超える指示が出た場合についてその面積率を測定することが好ましい。
鋼板として需要家に供給する際、その後に鋼板が受ける冷間加工の度合いを予め把握できないこともあるため、表層硬さのみによる耐ＨＩＣ性能の保証および予測は危険で、表層ＨＩＣの起点となる介在物や気泡を管理することで耐ＨＩＣ性能を予測することが重要である。

本発明は、以上の知見にさらに検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１．ＴＭＣＰ非調質厚肉高強度鋼板または該鋼板を素材としたＵＯＥ鋼管のＨＩＣ試験での合否を予測する鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法であって、前記鋼板または前記鋼管の（１）化学成分、（２）圧延・冷却（実績値）（但し、ＵＯＥ鋼管の場合は、素材となる鋼板の圧延（実績）、（３）表層近傍の気泡や介在物状況を判定項目とし、前記判定項目毎にそれぞれについて予め設けられている判定基準と比較し、耐ＨＩＣ性能判定を行うことを特徴とする鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
２．更に、判定項目として（４）ミクロ組織形態、（５）板厚方向の硬さ分布、（６）中心偏析の硬さを用いることを特徴とする１記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
３．化学成分における判定基準を、前記鋼板の連続鋳造スラブにおけるものが式（１）で示すＰＨＩＣが０．９６以下、式（２）で示すＡＣＲＭが１．０〜４．０、式（３）で示すＰＣＡが４．０以下であることを特徴とする１または２記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
ここで、
ＰＨＩＣ＝４．４６Ｃ＋２．３７Ｍｎ／６＋（１．７４Ｃｕ＋１．７Ｎｉ）／５＋（１．１８Ｃｒ＋１．９５Ｍｏ＋１．７４Ｖ）／１５＋２２．３６Ｐ・・・式（１）
ＡＣＲＭ＝（Ｃａ−（１．２３Ｏ−０．０００３６５））／（１．２５Ｓ）・・・式（２）
ＰＣＡ＝１００００ＣａＳ^０．２８・・・式（３）
式（１）〜（３）において、各合金元素は鋼板の含有量（質量％）とする。
４．圧延・冷却（実績値）における判定基準を、スラブ加熱温度を１１５０℃以下、熱間圧延終了温度をＡｒ３以上、熱間圧延終了後に行う加速冷却の開始温度を（Ａｒ３−ｔ）以上（但し、ｔは板厚（ｍｍ））、加速冷却停止温度を５８０℃以下とすることを特徴とする１乃至３のいずれか一つに記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
５．表層近傍の気泡や介在物の発生状況による判定基準を、前記鋼板または前記鋼管から切り出したサンプル材についての表層近傍を超音波探傷し、前記サンプル材の板厚方向に板表面下＋１ｍｍから板厚の３／１６位置までを２０ＭＨｚ以上の探触子を用いて探傷し、２００μｍ以上の指示となる面積率が所定の値以下であることを特徴とする１乃至４のいずれか一つに記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
６．超音波探傷前に、前記鋼板または前記鋼管から切り出したサンプル材に予め（ａ）１％以上の圧縮予ひずみの付与、（ｂ）水素チャージ処理、（ｃ）焼入れ処理の１種または２種以上を行うことを特徴とする５記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
７．ミクロ組織形態における判定基準が、前記鋼板または前記鋼管から切り出したサンプル材において板厚方向に表面下＋２ｍｍまでを除く領域が面積率で９０％以上のベイナイトを含有するミクロ組織であることを特徴とする２乃至６のいずれか一つに記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
８．板厚方向の硬さ分布における判定基準が、前記鋼板のサンプル材の場合はＨｖ_{１０ｍａｘ}２３０、前記鋼管のサンプル材の場合はＨｖ_{１０ｍａｘ}２５０であることを特徴とする２乃至７のいずれか一つに記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
９．中心偏析部の硬さにおける判定基準が、前記鋼板または前記鋼管から切り出したサンプル材においてＨ_{Ｖ１０ｍａｘ}２５０であることを特徴とする２乃至８のいずれか一つに記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。

本発明によれば、ＴＭＣＰ非調質厚肉高強度鋼板または前記鋼板を素材としたＵＯＥ鋼管の耐ＨＩＣ性能を迅速に判定することが可能で、製造安定性の向上に著しく貢献し、産業上極めて有効である。

超音波探傷による表層近傍の指示面積率（％）と耐ＨＩＣ性能（ＨＩＣ割れ率（％）の関係を示す図。

本発明は、ＴＭＣＰ非調質厚肉高強度鋼板または前記鋼板を素材としたＵＯＥ鋼管の（１）化学成分分析、（２）圧延・冷却条件（実績）（但し、ＵＯＥ鋼管の場合は、素材となる鋼板の圧延条件実績）、（３）表層近傍の超音波探傷を判定項目としてＨＩＣ試験での合否を判定する。上記（１）〜（３）の判定項目の全てを満足した場合、９６時間の浸漬時間を必要とする通常のＨＩＣ試験（実施例において説明する）に合格（前記ＨＩＣ試験での割れ面積率ＣＡＲが５％以下）するものと同等の耐ＨＩＣ性能を備えていると判定する。

鋼板または鋼管の中心偏析に発生するＨＩＣは、鋼片の成分組成に依存する中心偏析の硬さやＭｎＳの生成に影響され、垂直曲げ型連続鋳造機で発生する介在物集積帯に発生するＨＩＣもＭｎＳ、Ｃａクラスタの生成に影響されるため、鋼片の化学成分分析を判定項目の一つとする。

厚肉高強度ラインパイプでの表層近傍のＨＩＣは、表層近傍の硬さが影響するため、圧延条件を判定項目の一つとする。圧延条件は鋼板を製造した実績値とし、ＵＯＥ鋼管についてＨＩＣ試験での合否を判定する場合は、素材となる鋼板の圧延条件の実績値とする。

高強度でなおかつ厚肉、小径ラインパイプのように表層近傍が大きく塑性加工を受ける鋼管などにおいては、表層硬さの低減のみでは、ＨＩＣの発生を防止することは不可能で、表層近傍に生成する気泡や介在物の状態に影響を受けるため、表層近傍の超音波探傷を判定項目とする。

［化学成分分析］
ＰＨＩＣ：０．９６以下
ＰＨＩＣは、中心偏析の硬さを定量化するためのパラメータで、この値が大きいほど中心偏析の硬さが高くなり、板厚（管厚）中心でのＨＩＣ発生を助長する。ＰＨＩＣが０．９６以下であれば、中心偏析の硬さをＨｖ_１０２５０以下にでき、耐ＨＩＣ性能を確保できるため、上限を０．９６とする。より好ましくは、０．９４以下である。ＰＨＩＣは式（１）で示される。
ＰＨＩＣ＝４．４６Ｃ＋２．３７Ｍｎ／６＋（１．７４Ｃｕ＋１．７Ｎｉ）／５＋（１．１８Ｃｒ＋１．９５Ｍｏ＋１．７４Ｖ）／１５＋２２．３６Ｐ・・・式（１）
式（１）において、各合金元素は鋼板の含有量（質量％）とする。

ＡＣＲＭ：１．０〜４．０
ＡＣＲＭは、ＣａによるＭｎＳの形態制御を定量化するための指標であり、ＡＣＲＭが１．０以上になると、中心偏析でのＭｎＳの生成が抑制されて板厚（管厚）中心での耐ＨＩＣ性能が改善される。一方で、ＡＣＲＭが４．０を超えるとＣａクラスタが生成しやすくなり、表層近傍や介在物集積帯でも耐ＨＩＣ性能が劣化するため、上限を４．０とする。より好ましくは、１．０〜３．５である。ＡＣＲＭは式（２）で示される。
ＡＣＲＭ＝（Ｃａ−（１．２３Ｏ−０．０００３６５））／（１．２５Ｓ）・・・式（２）式（２）において、各合金元素は鋼板の含有量（質量％）とする。

ＰＣＡ：４．０以下
ＰＣＡは、ＣａによるＣａクラスタ発生限界を定量化するための指標であり、ＰＣＡが４．０を超えるとＣａクラスタが生成しやすくなり、表層近傍や介在物集積帯での耐ＨＩＣ性能が劣化するため、上限を４．０とする。ＰＣＡは式（３）で示される。
ＰＣＡ＝１００００ＣａＳ^０．２８・・・式（３）
式（３）において、各合金元素は鋼板の含有量（質量％）とする。

本発明における鋼材はラインパイプとして必要な強度靱性と耐ＨＩＣ性を得るために以下の成分範囲とすることが好ましい。なお、成分は全て質量％である。
Ｃ：０．０２〜０．０６％
Ｃは、加速冷却によって製造される鋼板の強度を高めるために最も有効な元素である。しかし、０．０２％未満では十分な強度を確保できず、０．０６％を超えると靭性および耐ＨＩＣ性を劣化させる。従って、Ｃ量を０．０２〜０．０６％の範囲内とすることが好ましい。

Ｓｉ：０．５％以下
Ｓｉは脱酸のために添加するが、０．５％を越えると靭性や溶接性を劣化させる。従ってＳｉ量を０．５％以下の範囲内とすることが好ましい。

Ｍｎ：０．５〜１．５％
Ｍｎは鋼の強度および靭性の向上のため添加するが、０．５%未満ではその効果が十分ではなく、１．５％を越えると溶接性と耐ＨＩＣ性が劣化する。従って、Ｍｎ量を０．５〜１．５％の範囲内とすることが好ましい。

Ｐ：０．０１５％以下
Ｐは不可避不純物元素であり、中心偏析部の硬さを上昇させることで耐ＨＩＣ性を劣化させる。この傾向は０．０１５％を超えると顕著となる。従って、Ｐ量を０．０１５以下とすることが好ましい。より好ましくは、０．０１０％以下とする。

Ｓ：０．００１５％以下
Ｓは、鋼中においては一般にＭｎＳ系の介在物となるが、Ｃａ添加によりＭｎＳ系からＣａＳ系介在物に形態制御される。しかしＳの含有量が多いとＣａＳ系介在物の量も多くなり、高強度材では割れの起点となり得る。この傾向は、Ｓ量が０．００１５％を超えると顕著となる。従って、Ｓ量を０．００１５％以下とすることが好ましい。より好ましくは、０．０１０％以下とすることが好ましい。

Ａｌ：０．０８％以下
Ａｌは脱酸剤として添加されるが、０．０８％を超えると清浄度の低下により延性を劣化させる。従って、Ａｌ量を０．０８％以下とすることが好ましい。

Ｃａ：０．０００５〜０．００３５％
Ｃａは硫化物系介在物の形態を制御し、延性を改善するために有効な元素であるが、０．０００５％未満ではその効果がなく、０．００３５％を超えて添加しても効果が飽和し、むしろ清浄度の低下により靱性を劣化させる。従って、Ｃａ量を０．０００５〜０．００３５％の範囲内とすることが好ましい。

上記の化学成分の他に、以下の元素を選択元素として含有することができる。
Ｎｂ：０．００５〜０．０３５％
Ｎｂは、圧延時の粒成長を抑制し、微細粒化により靭性を向上させる。しかし、Ｎｂ量が０．００５％未満ではその効果がなく、０．０３５％を超えると溶接熱影響部の靭性が劣化するだけでなく，粗大なＮｂ炭窒化物の生成を招き耐ＨＩＣ性能を劣化させる。従って、Ｎｂ量を０．００５〜０．０３５％の範囲内とすることが好ましい。

Ｔｉ：０．００５〜０．０２５％
Ｔｉは、ＴｉＮを形成してスラブ加熱時の粒成長を抑制するだけでなく、溶接熱影響部の粒成長を抑制し、母材及び溶接熱影響部の微細粒化により靭性を向上させる。しかし、Ｔｉ量が０．００５％未満ではその効果がなく、０．０２５％を越えると靭性を劣化させる。従って、Ｔｉ量を０．００５〜０．０２５％の範囲内とすることが好ましい。

Ｃｕ：０．５％以下
Ｃｕは、靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、０．５％を超えて添加すると溶接性が劣化する。従って、Ｃｕを添加する場合は０．５％以下とすることが好ましい。

Ｎｉ：１％以下
Ｎｉは、靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、１％を超えて添加すると溶接性が劣化する。従って、Ｎｉを添加する場合は１．０％以下とすることが好ましい。

Ｃｒ：０．５％以下
Ｃｒは、焼き入れ性を高めることで強度の上昇に有効な元素であるが、０．５％を超えて添加すると溶接性を劣化させる。従って、Ｃｒを添加する場合は０．５％以下とすることが好ましい。

Ｍｏ：０．５％以下
Ｍｏは、靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、０．５％を超えて添加すると溶接性が劣化する。従って、Ｍｏを添加する場合は０．５％以下とすることが好ましい。

Ｖ：０．１％以下
Ｖは靭性を劣化させずに強度を上昇させる元素であるが、０．１％を超えて添加すると溶接性を著しく損なう。従って、Ｖを添加する場合は、０．１％以下とすることが好ましい。

［圧延・冷却条件実績］
以下の説明において温度（℃）は測定した板表面温度から熱伝導計算により求めた板中心部での温度とする。
スラブ加熱温度：１１５０℃以下
スラブ加熱温度が１１５０℃を超えると中心偏析に生成した粗大なＮｂＣＮがさらに凝集粗大化して耐ＨＩＣ性能を劣化させるため、上限を１１５０℃とする。

圧延終了温度：Ａｒ３（℃）以上
表層近傍の加工フェライトの生成などを抑制し、優れた耐ＨＩＣ性能が得られる均一なベイナイト組織とするため、圧延終了温度をＡｒ３以上とする。本発明で均一なベイナイト組織とは面積率で９０％以上のベイナイトを含有するもので、他の組織を含んでも良いものとする。ミクロ組織については後述する。Ａｒ３は例えば以下の式で求めることができる。
Ａｒ３＝８６８−３９６Ｃ＋２５Ｓｉ−６８Ｍｎ−２１Ｃｕ−３６Ｎｉ−２５Ｃｒ−３０Ｍｏ各合金元素は鋼板の含有量（質量％）とする。

加速冷却開始温度：Ａｒ３−ｔ（℃）以上、但し、ｔは板厚（管厚）（ｍｍ）とする。
優れた耐ＨＩＣ性能が得られる均一なベイナイト組織とするため、加速冷却開始温度をＡｒ３−ｔ（℃）以上とする。より好ましくは、Ａｒ３−ｔ／２（℃）である。

加速冷却停止温度：５８０℃以下
加速冷却停止温度が５８０℃を超えると未変態オーステナイトの一部がＭＡに変態し、耐ＨＩＣ性能を劣化させるため、上限を５８０℃とする。より好ましくは、５５０℃以下、さらに好ましくは、３００℃以上５５０℃以下である。

［表層近傍の超音波探傷］
鋼板の板厚方向に板表面下＋１ｍｍから板厚（ｔ）（ｍｍ）の３／１６位置までを２０ＭＨｚ以上の探触子を用いて探傷し、２００μｍ以上の指示となる面積率が所定の値以下
鋼板または鋼管の表層近傍の耐ＨＩＣ性能を予測するために、ＨＩＣ起点となる介在物および気泡が存在しやすい表層近傍について超音波探傷を行う。本発明では表層近傍を板厚方向に板表面下＋１ｍｍから板厚（ｔ）（ｍｍ）の３／１６位置までとする。超音波探傷は鋼板または鋼管から切り出したサンプル材について行っても良い。鋼管からサンプル材を切り出した場合、板表面は内外面のどちらでも良い。

２００μｍ以上の介在物および気泡がＨＩＣの起点となるので、面積率を求める指示は２００μｍ以上のものとする。また、２００μｍ以上の介在物や気泡を精度よく捕捉するためには、２０ＭＨｚ以上の探触子を用いる必要がある。

２００μｍ以上の指示とは、孔径２００μｍの標準片を準備して、それよりも大きな指示とすることが望ましいが、例えば、孔径１ｍｍの標準片を準備して、その２０％の指示以上の面積率を求めてもよい。

ＨＩＣ試験の合否判定の閾値となる面積率は、必要とする耐ＨＩＣ性能などによって異なるため特に規定しないが、ＣＡＲ≦５％の場合、０．１５とすることが望ましい。

超音波探傷では、介在物に比べ気泡の捕捉が難しいため、気泡が多く発生している鋼板については、（ａ）１％以上の圧縮予ひずみを加える、（ｂ）水素チャージを行う、（ｃ）Ａｃ３点以上に加熱し、焼入れ処理を行うことのいずれかを適用して、あらかじめ気泡を開口させておくことが望ましい。超音波探傷方法は実施例で説明する。

更に、耐ＨＩＣ性能の予測精度を向上させる場合、判定項目として、上記（１）〜（３）の判定項目の他に（４）ミクロ組織形態、（５）板厚方向の硬さ分布、（６）中心偏析の硬さを用いる。（４）〜（６）はミクロ観察や硬さ試験を行って、（１）〜（３）の判定基準を全て満足した場合に得られる鋼板のミクロ組織や硬さ分布を確認するもので、ＨＩＣ試験の合否判定の確度が向上する。ミクロ観察や硬さ試験は鋼板または鋼管から切り出したサンプル材を利用しても良い。

［ミクロ組織形態］
鋼板（鋼管）の板厚（管厚）方向に表面下＋２ｍｍまでを除いた領域が面積率で９０％以上のベイナイトを含有するミクロ組織
鋼管母材の組織は耐ＨＩＣ性能確保の観点から、単相組織にすることが望ましく、パイプラインとして所望の強度を確保するため、ベイナイト組織とする。ベイナイト組織分率は１００％とすることが望ましいが、１０％以下のフェライトやセメンタイト、ＭＡなどが生成しても耐ＨＩＣ性能は確保されるので、下限を９０％とする。より好ましくは９５％以上である。

［板厚方向の硬さ分布］
板厚方向の硬さ分布（但し、中心偏析部を除く）において鋼板の場合はＨｖ_{１０ｍａｘ}２３０、鋼管の場合はＨｖ_{１０ｍａｘ}２５０
厚肉高強度ラインパイプでは、表層近傍のＨＩＣが問題となるため、表層近傍の硬さは低い方が望ましい。鋼板においては中心偏析部を除く硬さをＨｖ_１０２３０以下にすることで、また鋼管に成形後においてはＨｖ_１０２５０以下にすることで、耐ＨＩＣ性能が確保可能である。より好ましくは鋼板、鋼管のいずれにおいてもＨｖ_１０２２０以下である。なお、板厚方向の硬さ分布は表裏面下１ｍｍから１ｍｍＰで測定することが望ましい。

［中心偏析部の硬さ］
中心偏析部の硬さがＨｖ_１０２５０以下
中心偏析部の硬さが上昇すると耐ＨＩＣ性能が劣化する。ＭｎＳの生成をＣａで抑制し、ＮｂやＴｉを本発明の範囲まで抑制した鋼であれば、Ｈｖ_１０２５０以下で、ＨＩＣの発生を抑制できる。

表１に示す化学成分の鋼を連続鋳造法によりスラブとした後、表２に示す条件で再加熱し、熱間加工、加速冷却した後、空冷してＴＭＣＰ型鋼板とした。製造した鋼板の一部はＵＯＥ成形で造管し（Ｏプレス圧縮率＝０．２５％、拡管率＝０．９５％）、その後、突合せ部をシーム溶接して溶接鋼管とした。加速冷却の冷却速度は、熱伝導計算により求めた。鋼板からミクロ組織観察用、硬さ試験用のサンプル材を採取し、硬さ試験用のサンプル材は溶接鋼管からも採取した。

鋼板のミクロ組織は、表裏面下＋２ｍｍ位置、板厚中央についてナイタールエッチングをしたサンプルを作製し、光学顕微鏡で観察した。上記３箇所からのサンプル材のうち、最もベイナイト面積率が低い箇所の値を鋼板のベイナイト面積率とした。

鋼板（鋼管）の板厚方向の硬さは、荷重１０ｋｇのビッカース硬さ試験機により表面下＋１ｍｍから裏面下＋１ｍｍにかけて１ｍｍピッチで測定し、その最大値を用いた。中心偏析部の硬さは、荷重５０ｇの微小ビッカース硬さ試験機により中心偏析部を２０点測定し、その最大値を用いた。

表層近傍の気泡および介在物は、Ｃスキャン（探触子は２５ＭＨｚ）によって測定した。鋼板（鋼管）の表面から１０ｍｍ厚で長手方向に１００ｍｍ、幅方向に２０ｍｍの矩形サンプルを５つ切出し、一部について、曲げ加工、水素チャージ処理（ＮＡＣＥＴＭ０２８４−２００３に準拠した試験を３時間行って取り出した）、焼入れ焼戻し処理を行った。

これらの試験片を表面側が底面になるようにセットし、表面下＋１ｍｍから３／１６ｔまでの位置に探傷ゲートを設定して探傷した。その際に、あらかじめサンプルと同じ板厚で１．０ｍｍ径の空孔のあいたダミー材を探傷し、空孔による指示が１００％の感度になるように設定した条件で、サンプルについても測定し、２０％を超える指示が出た場合について、２００μｍ以上の介在物あるいは空孔があるものとしてその面積率を測定した。

実施例における耐ＨＩＣ性能の判定基準は、超音波探傷以外の項目は、請求項に記載のものとし、超音波探傷の面積率は、０．１５を閾値とした。

本発明の効果を検証するためのＨＩＣ試験は、鋼板の場合はその後の冷間加工の付与を考慮して３００Ｒ（ｍｍ）の曲げパンチで圧延方向直角方向に曲げた鋼板から採取した試験片を用い、鋼管の場合は上述した溶接鋼管から切り出したものを用いた。ＨＩＣ試験は、ＮＡＣＥＴＭ０２８４−２００３の溶液Ａについて各３本実施し、鋼板のＣＡＲ評価で最大値が５％以下のものを合格とした。

表２に得られた鋼板および鋼管のミクロ組織、材料試験結果および超音波探傷結果を示す。本発明で耐ＨＩＣ性能が合格と判断した鋼板および鋼管についてはＨＩＣ試験結果も合格になっているが、ＮＧと判断した鋼板および鋼管はＨＩＣ試験結果もＮＧとなっていることが認められる。

Claims

ＴＭＣＰ非調質厚肉高強度鋼板、または該鋼板を素材としたＵＯＥ鋼管のＨＩＣ試験での合否を予測する鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法であって、前記鋼板または前記鋼管の（１）化学成分、（２）圧延・冷却（実績値）（但し、ＵＯＥ鋼管の場合は、素材となる鋼板の圧延（実績）、（３）表層近傍の気泡や介在物の発生状況を判定項目とし、前記判定項目毎にそれぞれについて予め設けられている判定基準と比較し、耐ＨＩＣ性能判定を行うことを特徴とする鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
更に、判定項目として（４）ミクロ組織形態、（５）板厚方向の硬さ分布、（６）中心偏析の硬さを用いることを特徴とする請求項１記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
化学成分における判定基準を、前記鋼板の連続鋳造スラブにおけるものが式（１）で示すＰＨＩＣが０．９６以下、式（２）で示すＡＣＲＭが１．０〜４．０、式（３）で示すＰＣＡが４．０以下であることを特徴とする請求項１または２記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
ここで、
ＰＨＩＣ＝４．４６Ｃ＋２．３７Ｍｎ／６＋（１．７４Ｃｕ＋１．７Ｎｉ）／５＋（１．１８Ｃｒ＋１．９５Ｍｏ＋１．７４Ｖ）／１５＋２２．３６Ｐ・・・式（１）
ＡＣＲＭ＝（Ｃａ−（１．２３Ｏ−０．０００３６５））／（１．２５Ｓ）・・・式（２）
ＰＣＡ＝１００００ＣａＳ^０．２８・・・式（３）
式（１）〜（３）において、各合金元素は鋼板の含有量（質量％）とする。
圧延・冷却（実績値）における判定基準を、スラブ加熱温度を１１５０℃以下、熱間圧延終了温度をＡｒ３以上、熱間圧延終了後に行う加速冷却の開始温度を（Ａｒ３−ｔ）以上（但し、ｔは板厚（ｍｍ））、加速冷却停止温度を５８０℃以下とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
表層近傍の気泡や介在物の発生状況による判定基準を、前記鋼板または前記鋼管から切り出したサンプル材についての表層近傍を超音波探傷し、前記サンプル材の板厚方向に板表面下＋１ｍｍから板厚の３／１６位置までを２０ＭＨｚ以上の探触子を用いて探傷し、２００μｍ以上の指示となる面積率が所定の値以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
超音波探傷前に、前記鋼板または前記鋼管から切り出したサンプル材に予め（ａ）１％以上の圧縮予ひずみの付与、（ｂ）水素チャージ処理、（ｃ）焼入れ処理の１種または２種以上を行うことを特徴とする請求項５記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
ミクロ組織形態における判定基準が、前記鋼板または前記鋼管から切り出したサンプル材において板厚方向に表面下＋２ｍｍまでを除く領域が面積率で９０％以上のベイナイトを含有するミクロ組織であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一つに記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
板厚方向の硬さ分布における判定基準が、前記鋼板のサンプル材の場合はＨｖ_{１０ｍａｘ}２３０、前記鋼管のサンプル材の場合はＨｖ_{１０ｍａｘ}２５０であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一つに記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。
中心偏析部の硬さにおける判定基準が、前記鋼板または前記鋼管から切り出したサンプル材においてＨ_{Ｖ１０ｍａｘ}２５０であることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一つに記載の鋼材の耐ＨＩＣ性能判定方法。