JP2020012169A - Thick steel sheet for linepipe and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラインパイプ用厚鋼板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a thick steel plate for a line pipe and a method for producing the same.
石油、天然ガス輸送用のパイプラインに使用される鋼管には、様々な性能が要求される。その一例としては、「耐HIC特性」および「DWTT特性」が例示される。 Various performances are required for steel pipes used for oil and natural gas pipelines. As one example, “HIC resistance characteristics” and “DWTT characteristics” are exemplified.
「耐HIC特性」とは、外部応力が作用しない場合でも発生する水素誘起割れ(以下、「HIC」と記載する。)について、そのしにくさを示す特性である。そして、「HIC」は、例えば、ラインパイプ用鋼管の使用環境のような、硫化水素等と水分とが共存する環境において発生することが知られている。また、「DWTT特性」とは、低温における靭性、特に脆性亀裂伝播停止特性の評価手法の一つである落重引裂試験(DWTT)を行なった際の特性である。 The “HIC resistance characteristic” is a characteristic that indicates the difficulty of hydrogen-induced cracking (hereinafter referred to as “HIC”) that occurs even when no external stress is applied. It is known that “HIC” occurs in an environment where hydrogen sulfide and the like coexist with moisture, such as an environment in which a steel pipe for a line pipe is used. The “DWTT characteristic” is a characteristic obtained by performing a drop-weight tear test (DWTT), which is one of the evaluation methods of toughness at low temperature, particularly, a brittle crack propagation stopping characteristic.
さらに、近年では、水深の深い領域、具体的には、水深1000mm以上の領域でラインパイプが使用される場合がある。このような場合、耐圧の観点から、ラインパイプ用鋼管には、肉厚を厚くする、いわゆる厚肉化が要求される。従来は、ラインパイプ用鋼管の肉厚が概ね25mm以下であった。一方、使用環境が水深の深い領域となるにつれ、肉厚が30〜45mmであることが要求されつつある。そのため、ラインパイプ用鋼管の素材となる鋼板においても、板厚を厚くすることが要求されている。 Furthermore, in recent years, the line pipe may be used in a region having a deep water depth, specifically, a region having a water depth of 1000 mm or more. In such a case, from the viewpoint of the pressure resistance, the steel pipe for a line pipe is required to be thick, that is, so-called thickened. Conventionally, the wall thickness of a steel pipe for a line pipe was approximately 25 mm or less. On the other hand, as the use environment becomes an area having a deep water depth, it is required that the wall thickness be 30 to 45 mm. Therefore, it is required to increase the thickness of a steel plate used as a material of a steel pipe for a line pipe.
しかしながら、鋼板の板厚が厚くなると、その金属組織を適切に制御することが難しくなる。つまり、鋼管用素材となる板厚の厚い鋼板を、肉厚25mm以下である従来の鋼管の素材鋼板と同じ条件で製造すると、目的とする金属組織を得ることが難しい。その結果、ラインパイプ用鋼管に、要求される特性、例えば、DWTT特性等を具備させることが難しい場合がある。 However, as the thickness of the steel sheet increases, it becomes difficult to appropriately control the metal structure. That is, if a thick steel plate as a steel pipe material is manufactured under the same conditions as a conventional steel pipe material steel plate having a thickness of 25 mm or less, it is difficult to obtain a desired metallographic structure. As a result, it may be difficult for the line pipe steel pipe to have required characteristics, for example, DWTT characteristics.
特許文献1では、深海での使用を想定した板厚25〜45mmの耐サワーラインパイプ用鋼板が開示されている。特許文献1で開示された鋼板は、表層部および板厚中心部の金属組織を異なる組織に制御し、表層部において加工フェライトを形成させることで、DWTT特性、耐HIC特性だけでなく、耐圧潰特性を具備させている。 Patent Literature 1 discloses a steel plate for a sour-resistant line pipe having a plate thickness of 25 to 45 mm assuming use in the deep sea. The steel sheet disclosed in Patent Literature 1 controls the metal structures of the surface layer and the center of the sheet thickness to be different from each other, and forms a processed ferrite in the surface layer, so that not only the DWTT characteristics and the HIC resistance characteristics but also the pressure crush resistance. It has characteristics.
本発明は、DWTT特性および耐HIC特性に優れたラインパイプ用厚鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a thick steel plate for a line pipe having excellent DWTT characteristics and HIC resistance, and a method for producing the same.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のラインパイプ用厚鋼板およびその製造方法を要旨とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a gist of the following steel plate for a line pipe and a method of manufacturing the same.
(1)化学組成が、質量%で、
C:0.03〜0.08%、
Si:0.10〜0.50%、
Mn:1.00〜1.80%、
P:0.020%以下、
S:0.0010%以下、
Cu:0.10〜0.50%、
Ni:0.10〜0.50%、
Nb:0.005〜0.050%、
Ti:0.005〜0.030%、
Al:0.010〜0.040%、
N:0.0010〜0.0050%、
B:0.001%以下、
Cr:0〜0.50%、
Mo:0〜0.10%、
V:0〜0.05%、
Ca:0〜0.02%、
Mg:0〜0.02%、
REM:0〜0.02%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で示すPcmが0.15〜0.23であり、
下記(ii)式で示すCeqが0.35〜0.43であり、
板厚中心部における金属組織が、面積率で、
20〜35%のフェライト、および
2.0%以下の硬質相を含み、
残部がベイナイトであり、かつ、
板厚中心部のフェライトの平均結晶粒径が20.0μm以下であり、
鋼板表層におけるフェライトの面積率と板厚中心部におけるフェライトの面積率との差が5.0%以下であり、
介在物の最大長径が30.0μm以下であり、
板厚が30〜45mmである、ラインパイプ用厚鋼板。
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B ・・・(i)
Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 ・・・(ii)
但し、上記(i)および(ii)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
(1) The chemical composition is expressed in mass%
C: 0.03 to 0.08%,
Si: 0.10 to 0.50%,
Mn: 1.00 to 1.80%,
P: 0.020% or less,
S: 0.0010% or less,
Cu: 0.10 to 0.50%,
Ni: 0.10 to 0.50%,
Nb: 0.005 to 0.050%,
Ti: 0.005 to 0.030%,
Al: 0.010-0.040%,
N: 0.0010 to 0.0050%,
B: 0.001% or less,
Cr: 0 to 0.50%,
Mo: 0 to 0.10%,
V: 0 to 0.05%,
Ca: 0 to 0.02%,
Mg: 0 to 0.02%,
REM: 0-0.02%,
The balance: Fe and impurities,
Pcm represented by the following formula (i) is 0.15 to 0.23,
Ceq represented by the following formula (ii) is 0.35 to 0.43,
The metal structure at the center of the sheet thickness is the area ratio,
20 to 35% ferrite, and no more than 2.0% hard phase,
The rest is bainite, and
The average crystal grain size of the ferrite at the center of the plate thickness is 20.0 μm or less,
The difference between the area ratio of ferrite in the surface layer of the steel sheet and the area ratio of ferrite in the center part of the sheet thickness is 5.0% or less;
The maximum major axis of the inclusion is 30.0 μm or less;
Thick steel plate for line pipes having a thickness of 30 to 45 mm.
Pcm = C + Si / 30 + Mn / 20 + Cu / 20 + Ni / 60 + Cr / 20 + Mo / 15 + V / 10 + 5B (i)
Ceq = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14 (ii)
However, each element symbol in the above formulas (i) and (ii) represents the content (% by mass) of each element contained in the steel, and is zero if not contained.
(2)前記化学組成が、質量%で、
Cr:0.10〜0.50%、
Mo:0.05〜0.10%、および
V:0.01〜0.05%、
から選択される1種以上を含有する、上記(1)に記載のラインパイプ用厚鋼板。
(2) The chemical composition is represented by mass%
Cr: 0.10 to 0.50%,
Mo: 0.05-0.10%, and V: 0.01-0.05%,
The thick steel plate for a line pipe according to the above (1), comprising at least one member selected from the group consisting of:
(3)前記化学組成が、質量%で、
Ca:0.0005〜0.02%、
Mg:0.0005〜0.02%、および
REM:0.0005〜0.02%、
から選択される1種以上を含有する、上記(1)または(2)に記載のラインパイプ用厚鋼板。
(3) the chemical composition is expressed in mass%;
Ca: 0.0005-0.02%,
Mg: 0.0005-0.02%, and REM: 0.0005-0.02%,
The thick steel plate for a line pipe according to the above (1) or (2), comprising at least one member selected from the group consisting of:
(4)上記(1)〜(3)のいずれかに記載のラインパイプ用厚鋼板を製造する方法であって、
(a)鋼片を1100〜1250℃の温度域に加熱し、均熱化する工程と、
(b)前記鋼片に粗圧延を行い、被圧延体とする工程と、
(c)前記被圧延体の表面温度がAr3点−10℃〜Ar3点+60℃の範囲で仕上圧延を開始し、前記仕上圧延開始時より高い表面温度で前記仕上圧延を完了し、鋼板とする工程と、
(d)前記鋼板の表面温度がAr3点+10℃〜Ar3点+50℃の範囲で、かつ仕上圧延開始時の表面温度よりも高い温度で水冷を開始し、
400〜500℃の温度域で前記水冷を停止し、室温まで空冷する工程と、
を備える、ラインパイプ用厚鋼板の製造方法。
(4) A method for producing a thick steel plate for a line pipe according to any one of the above (1) to (3),
(A) heating a billet to a temperature range of 1100 to 1250 ° C. and soaking;
(B) a step of subjecting the slab to rough rolling to form a rolled body;
(C) Finish rolling is started when the surface temperature of the rolled body is in the range of Ar 3 points −10 ° C. to Ar 3 points + 60 ° C., and the finish rolling is completed at a higher surface temperature than at the start of the finish rolling. And the process of
(D) water cooling is started at a surface temperature of the steel sheet in the range of Ar 3 points + 10 ° C. to Ar 3 points + 50 ° C. and higher than the surface temperature at the start of finish rolling;
Stopping the water cooling in a temperature range of 400 to 500 ° C., and air cooling to room temperature;
A method for producing a thick steel plate for a line pipe, comprising:
本発明によれば、DWTT特性および耐HIC特性に優れたラインパイプ用厚鋼板を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thick steel plate for line pipes excellent in DWTT characteristic and HIC resistance can be obtained.
本発明者らは、30〜45mm厚の鋼板を用いても、所望する特性を満足するラインパイプ用鋼管を製造するため、以下の検討を行なった。具体的には、本発明者らは、25mm以下の厚さの鋼板を製造する際の条件で、上記30〜45mm厚の鋼板を製造し、その組織の違いについて調査した。その結果、以下(a)〜(e)の知見を得た。 The present inventors have made the following studies in order to manufacture a steel pipe for line pipe that satisfies desired characteristics even when a steel plate having a thickness of 30 to 45 mm is used. Specifically, the present inventors manufactured the steel plate having a thickness of 30 to 45 mm under the conditions for manufacturing a steel plate having a thickness of 25 mm or less, and investigated differences in the structure. As a result, the following findings (a) to (e) were obtained.
(a)25mm以下の厚さの鋼板では、表層と板厚中心部とにおける金属組織の差が少なかった。一方、30mm以上の厚さの鋼板では、板厚中心部における結晶粒が変化し、表層と板厚中心部とにおける金属組織は大きく相違していた。 (A) In a steel plate having a thickness of 25 mm or less, the difference in the metal structure between the surface layer and the center of the plate thickness was small. On the other hand, in a steel plate having a thickness of 30 mm or more, the crystal grains in the central portion of the plate thickness changed, and the metal structures in the surface layer and the central portion of the plate thickness were greatly different.
(b)30mm以上の鋼鈑では、板厚中心部においてDWTT特性が低下した。これは、板厚中心部において、フェライト量が低下し、かつ結晶粒が粗大化したためと考えられる。 (B) With a steel plate having a thickness of 30 mm or more, the DWTT characteristics decreased at the center of the plate thickness. This is presumably because the ferrite content was reduced and the crystal grains were coarsened in the center of the plate thickness.
(c)上記を踏まえ、30mm以上の板厚の鋼板において、目的とする特性を得るために、表層と板厚中心部との金属組織の差異を小さくし、両部位における特性のばらつきを小さくする必要がある。 (C) Based on the above, in a steel plate having a thickness of 30 mm or more, in order to obtain desired characteristics, the difference in the metal structure between the surface layer and the central portion of the thickness is reduced, and the variation in the characteristics in both portions is reduced. There is a need.
(d)表層と板厚中心部との金属組織の差異を小さくするためには、製造工程において、両部位における温度差を小さくし、同じような熱履歴をたどるのが好ましい。 (D) In order to reduce the difference in the metal structure between the surface layer and the central part of the sheet thickness, it is preferable to reduce the temperature difference between the two parts and follow the same thermal history in the manufacturing process.
(e)このためには、圧延時に復熱を利用して、表層と板厚中心部との温度差を小さくすることが有効である。ここで、復熱とは、冷却を止めることで、鋼板内部の熱が伝熱し、鋼板の表面温度が上昇する現象をいう。板厚の厚い鋼板では、水冷により鋼板表面においては直接水がかかるため、鋼板表面は比較的冷却されやすい。一方、鋼板内部は抜熱ができず冷却されにくい。一旦、冷却を停止すれば、鋼板内部の熱を鋼板表面に伝熱して鋼板表面の温度が上昇するため、表層と板厚中心部との温度差を小さくできる。これにより、表層と板厚中心部とにおいて、全く同じ熱履歴をたどることはできないが、板厚中心部における金属組織は、表層における金属組織に近い組織となる。また、粗大化しやすい板厚中心部における結晶粒についても微細化することができる。 (E) For this purpose, it is effective to reduce the temperature difference between the surface layer and the center of the sheet thickness by utilizing recuperation during rolling. Here, the recuperation refers to a phenomenon in which, when cooling is stopped, heat inside the steel sheet is transferred, and the surface temperature of the steel sheet rises. In the case of a thick steel plate, water is directly sprayed on the surface of the steel plate by water cooling, so that the steel plate surface is relatively easily cooled. On the other hand, the inside of the steel sheet cannot be cooled and is hardly cooled. Once the cooling is stopped, the heat inside the steel sheet is transferred to the steel sheet surface and the temperature of the steel sheet surface rises, so that the temperature difference between the surface layer and the center of the sheet thickness can be reduced. As a result, the same thermal history cannot be traced between the surface layer and the center of the sheet thickness, but the metal structure at the center of the sheet thickness becomes similar to the metal structure of the surface layer. In addition, the crystal grains in the center portion of the plate thickness, which tends to be coarsened, can be made finer.
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。 The present invention has been made based on the above findings. Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail.
1.化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
1. Chemical composition Reasons for limiting each element are as follows. In the following description, “%” for the content means “% by mass”.
C:0.03〜0.08%
Cは鋼の強度を改善する。このため、C含有量は0.03%以上とし、0.04%以上であるのが好ましい。しかしながら、過剰にCを含有させると、圧延工程または圧延後の冷却工程におけるパーライト変態時にCの偏析を引き起こし、局所的に硬化させる。このような局所的な硬化は、耐HIC性を低下させる。このため、C含有量は0.08%以下とし、0.06%以下であるのが好ましい。
C: 0.03 to 0.08%
C improves the strength of the steel. Therefore, the C content is set to 0.03% or more, and preferably 0.04% or more. However, when C is excessively contained, segregation of C is caused at the time of pearlite transformation in a rolling step or a cooling step after rolling, and the C is locally hardened. Such local curing reduces HIC resistance. Therefore, the C content is set to 0.08% or less, and preferably 0.06% or less.
Si:0.10〜0.50%
Siは、脱酸剤として有効であり、その含有量が少なすぎると脱酸が不十分になる。また、Siは鋼の強度、および耐HIC特性を向上させる。このため、Si含有量は0.10%以上とし、0.12%以上であるのが好ましい。しかしながら、Si含有量が過剰であると、却って、粗大介在物が生成し、耐HIC特性が低下する。加えて、溶接熱影響部(HAZ:Heat Affected Zone)にマルテンサイトが生成し、靭性低下を引き起こす。このため、Si含有量は0.50%以下とし、0.30%以下であるのが好ましい。
Si: 0.10 to 0.50%
Si is effective as a deoxidizing agent, and if its content is too small, deoxidizing becomes insufficient. Further, Si improves the strength of the steel and the HIC resistance. Therefore, the Si content is 0.10% or more, and preferably 0.12% or more. However, if the Si content is excessive, coarse inclusions are generated instead, and the HIC resistance decreases. In addition, martensite is generated in a heat-affected zone (HAZ), which causes a decrease in toughness. Therefore, the Si content is set to 0.50% or less, and preferably 0.30% or less.
Mn:1.00〜1.80%
Mnは、鋼の強度および靭性の向上に寄与する。Mn含有量が不足すると、強度を向上させるため、他の合金元素を添加しなければならない。これにより、製造コストを増加させる。このため、Mn含有量は1.00%以上とし、1.10%以上であるのが好ましい。しかしながら、Mn含有量が過剰であると、連続鋳造スラブに中心偏析を引き起こし、圧延工程または圧延後の水冷工程で、Mn偏析部にCが濃化し、鋼板を局所的に硬化させる。この結果、耐HIC性が低下する。このため、Mn含有量は1.80%以下とし、1.50%以下であるのが好ましい。
Mn: 1.00 to 1.80%
Mn contributes to improvement in the strength and toughness of steel. If the Mn content is insufficient, other alloying elements must be added to improve the strength. This increases manufacturing costs. Therefore, the Mn content is set to 1.00% or more, and preferably 1.10% or more. However, if the Mn content is excessive, central segregation is caused in the continuously cast slab, and C is concentrated in the Mn segregated portion in the rolling step or the water cooling step after rolling, and the steel sheet is locally hardened. As a result, the HIC resistance decreases. Therefore, the Mn content is set to 1.80% or less, and preferably 1.50% or less.
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、HICを引き起こす。また、Pは、DWTT特性をも低下させる。このため、P含有量は0.020%以下とする。
P: 0.020% or less P is an impurity. P segregates in the center of the slab, hardens the structure, and causes HIC. P also lowers the DWTT characteristics. Therefore, the P content is set to 0.020% or less.
S:0.0010%以下
Sは不純物である。Sは、Mnと結合してMnSを形成する。このMnSは、HICの起点となるため、Sは低減されるのが好ましい。また、SはDWTT特性を低下させる。このため、S含有量は、0.0010%以下とする。
S: 0.0010% or less S is an impurity. S combines with Mn to form MnS. Since this MnS becomes the starting point of HIC, it is preferable that S is reduced. S lowers the DWTT characteristics. Therefore, the S content is set to 0.0010% or less.
Cu:0.10〜0.50%
Cuは靭性および耐HIC性の向上に寄与する。このため、Cu含有量は0.10%以上とし、0.12%以上であるのが好ましい。しかしながら、Cuの過度な含有は、製造コストを増加させる。このため、Cu含有量は0.50%以下とし、0.40%以下であるのが好ましい。
Cu: 0.10 to 0.50%
Cu contributes to improvement in toughness and HIC resistance. Therefore, the Cu content is 0.10% or more, and preferably 0.12% or more. However, excessive Cu content increases the production cost. For this reason, the Cu content is set to 0.50% or less, and preferably 0.40% or less.
Ni:0.10〜0.50%
Niは強度および靭性の向上に寄与する。また、Cuの1/2倍以上のNi量を含有させると、Cuチェッキングを防止する効果がある。このため、Ni含有量は0.10%以上とし、0.12%以上であるのが好ましい。しかしながら、過剰なNiは製造コストを増加させる。また、溶接性をも低下させる。このため、Ni含有量は0.50%以下とし、0.45%以下であるのが好ましい。
Ni: 0.10 to 0.50%
Ni contributes to improvement in strength and toughness. Further, when the content of Ni is 1/2 or more of that of Cu, the effect of preventing Cu checking is obtained. Therefore, the Ni content is 0.10% or more, and preferably 0.12% or more. However, excess Ni increases manufacturing costs. Also, the weldability is reduced. Therefore, the Ni content is 0.50% or less, and preferably 0.45% or less.
Nb:0.005〜0.050%
Nbは結晶粒を微細化し、強度および靭性を改善する。Nbは、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で、金属組織を細粒な下部ベイナイト組織にする。このため、Nb含有量は0.005%以上とし、0.010%以上であるのが好ましい。しかしながら、Nb含有量が過剰であると、スラブを加熱する際、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。このため、Nb含有量は0.050%以下とし、0.040%以下であるのが好ましい。
Nb: 0.005 to 0.050%
Nb refines crystal grains and improves strength and toughness. Nb is rolled in an austenite unrecrystallized region and then rapidly cooled from a temperature not lower than the Ar 3 transformation point, thereby turning the metal structure into a fine lower bainite structure. Therefore, the Nb content is 0.005% or more, and preferably 0.010% or more. However, when the Nb content is excessive, when the slab is heated, the Nb carbonitride in the slab is not completely dissolved, and the undissolved Nb carbonitride becomes the starting point of HIC. For this reason, the Nb content is set to 0.050% or less, and preferably 0.040% or less.
Ti:0.005〜0.030%
TiはTi炭窒化物を形成し、鋼の強度向上に寄与する。このため、Ti含有量は0.005%以上とし、0.007%以上であるのが好ましい。しかしながら、Ti含有量が過剰であると、Ti炭窒化物が粗大化し、HAZにおける靭性を低下させる。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。このため、Ti含有量は0.030%以下とし、0.025%以下であるのが好ましい。
Ti: 0.005 to 0.030%
Ti forms Ti carbonitride and contributes to the improvement of steel strength. Therefore, the Ti content is 0.005% or more, and preferably 0.007% or more. However, if the Ti content is excessive, the Ti carbonitride coarsens and the toughness in the HAZ decreases. In addition, excess Ti carbonitride forms in the center of the continuously cast slab, causing HIC. For this reason, the Ti content is set to 0.030% or less, preferably 0.025% or less.
Al:0.010〜0.040%
Alは脱酸剤であり、また、靭性の向上に寄与する。このため、Al含有量は0.010%以上とし、0.015%以上であるのが好ましい。しかしながら、Al含有量が過剰であると、介在物が過剰に形成し、鋼の清浄性を低下させる。この結果、耐HIC特性が低下する。また、過剰なAlは、却って靭性をも低下させる。このため、Al含有量は0.040%以下とし、0.035%以下であるのが好ましい。
Al: 0.010-0.040%
Al is a deoxidizing agent and contributes to improvement in toughness. Therefore, the Al content is set to 0.010% or more, and preferably 0.015% or more. However, if the Al content is excessive, inclusions are excessively formed, and the cleanliness of the steel is reduced. As a result, the HIC resistance decreases. Excessive Al also lowers toughness. For this reason, the Al content is set to 0.040% or less, and preferably 0.035% or less.
N:0.0010〜0.0050%
Nは、鋼を転炉などの大気雰囲気で溶製する場合、鋼中に不可避的に侵入する元素である。また、Nは、鋼材中でAlおよび/またはTiなどと窒化物を形成する元素である。これらの窒化物は、熱間加工の過程でピン留め粒子として結晶粒を微細化する効果を有する。この結果、Nは鋼材の機械特性に影響を与えるとともに、金属組織の形成にも影響を与え、靭性を向上させる。このため、N含有量は0.0010%以上とし、0.0015%以上であるのが好ましい。しかしながら、N含有量が過剰であると、窒化物が連続鋳造時にオーステナイト粒界に動的析出し、鋳片表面割れの原因となる。このため、N含有量は0.0050%以下とし、0.0040%以下であるのが好ましい。
N: 0.0010 to 0.0050%
N is an element that inevitably penetrates into steel when the steel is melted in an air atmosphere such as a converter. N is an element that forms a nitride with Al and / or Ti in a steel material. These nitrides have the effect of refining crystal grains as pinned particles during hot working. As a result, N affects not only the mechanical properties of the steel material but also the formation of the metal structure, and improves the toughness. For this reason, the N content is set to 0.0010% or more, preferably 0.0015% or more. However, when the N content is excessive, the nitride is dynamically precipitated at the austenite grain boundary during continuous casting, which causes a slab surface crack. Therefore, the N content is 0.0050% or less, and preferably 0.0040% or less.
B:0.001%以下
Bは不純物である。Bが鋼中に多く含有すると、靭性低下を招くので、不純物として含有していたとしても、B含有量は0.001%以下とし、0.0005%以下であるのが好ましい。なお、後述する表1および表2に示す鋼片の組成のうちBが「−」で示された鋼片は、当該鋼片を組成分析した際にBが検出されなかったことを示す。
B: 0.001% or less B is an impurity. If B is contained in a large amount in steel, the toughness is reduced. Therefore, even if B is contained as an impurity, the B content is set to 0.001% or less, preferably 0.0005% or less. In addition, among the compositions of the steel slabs shown in Tables 1 and 2 described below, a steel slab in which B is indicated by "-" indicates that B was not detected when the composition of the steel slab was analyzed.
本発明に係る鋼板は、上記元素に加え、Cr、Mo、V、Ca、MgおよびREMから選択される1種以上の元素を含有させてもよい。 The steel sheet according to the present invention may contain one or more elements selected from Cr, Mo, V, Ca, Mg and REM, in addition to the above elements.
Cr:0〜0.50%
Crは、強度および耐食性の向上に寄与するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Cr含有量が過剰であると、製造コストを増加させ、溶接性を低下させる。このため、Cr含有量は0.50%以下とし、0.45%以下であるのが好ましい。一方、上記効果を確実に得るためには、Cr含有量は0.10%以上であるのが好ましく、0.12%以上であるのがより好ましい。
Cr: 0 to 0.50%
Since Cr contributes to improvement in strength and corrosion resistance, it may be contained as necessary. However, when the Cr content is excessive, the production cost increases and the weldability decreases. Therefore, the Cr content is set to 0.50% or less, and preferably 0.45% or less. On the other hand, in order to reliably obtain the above effects, the Cr content is preferably 0.10% or more, and more preferably 0.12% or more.
Mo:0〜0.10%
Moは焼入性を改善することで、強度向上に寄与する。具体的には、Moはオーステナイトからフェライトおよび/またはパーライトへの変態を遅らせる。このように鋼板を所望する強度にするため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Moを過剰に含有させると、製造コストを増加させる。このため、Mo含有量は0.10%以下とし、0.08%以下であるのが好ましい。一方、上記効果を確実に得るためには、Mo含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.06%以上であるのがより好ましい。
Mo: 0 to 0.10%
Mo contributes to improvement in strength by improving hardenability. Specifically, Mo delays the transformation of austenite to ferrite and / or pearlite. As described above, the steel sheet may be contained as necessary to obtain a desired strength. However, when Mo is contained excessively, the production cost increases. For this reason, the Mo content is set to 0.10% or less, preferably 0.08% or less. On the other hand, in order to reliably obtain the above effects, the Mo content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.06% or more.
V:0〜0.05%
Vは、析出硬化により強度向上に寄与する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、V含有量が過剰であると、製造コストを増加させる。このため、V含有量は0.05%以下とし、0.04%以下であるのが好ましい。一方、上記効果を確実に得るためには、V含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.02%以上であるのがより好ましい。
V: 0 to 0.05%
V contributes to the improvement in strength by precipitation hardening. For this reason, you may make it contain as needed. However, an excessive V content increases the production cost. For this reason, the V content is set to 0.05% or less, and preferably 0.04% or less. On the other hand, the V content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.02% or more, in order to surely obtain the above effects.
Ca:0〜0.02%
Caは、熱間加工性を高める効果を有する。また、Caは、鋼中のSと反応し、溶鋼中で酸・硫化物(以下、「オキシサルファイド」ともいう。)を形成する。一般的に、MnSなどの介在物は、熱間加工、例えば、圧延加工において、介在物が延伸し、延伸した介在物の先端などが割れの起点となる場合がある。これに対し、上述のオキシサルファイドは、圧延加工において圧延方向に伸びることなく、その形状は球状のままである。このため、Caは溶接割れまたはHICを抑制する作用があり、Caを必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ca含有量が0.002%を超えると、靱性の劣化を招くことがある。このため、Ca含有量は0.02%以下とし、0.005%以下であるのが好ましい。一方、上記効果を確実に得るためには、Ca含有量は0.0005%以上であるのが好ましく、0.001%以上であるのがより好ましい。
Ca: 0 to 0.02%
Ca has an effect of improving hot workability. In addition, Ca reacts with S in steel to form acids and sulfides (hereinafter also referred to as “oxysulfides”) in molten steel. In general, inclusions such as MnS may be elongated during hot working, for example, rolling, and the tip of the elongated inclusion may be a starting point of cracking. On the other hand, the above-mentioned oxysulfide does not extend in the rolling direction in the rolling process, and its shape remains spherical. For this reason, Ca has an effect of suppressing welding cracks or HIC, and Ca may be contained as necessary. However, if the Ca content exceeds 0.002%, the toughness may deteriorate. Therefore, the Ca content is set to 0.02% or less, preferably 0.005% or less. On the other hand, in order to reliably obtain the above effects, the Ca content is preferably at least 0.0005%, more preferably at least 0.001%.
Mg:0〜0.02%
Mgは、熱間加工性を高める効果を有する。また、Mgには、Mg含有酸化物を生成して、TiNの発生核となり、TiNを微細分散させる効果もある。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Mg含有量が0.02%を超えると、酸化物の形成量が過剰となり、延性低下をもたらす。このため、Mg含有量は0.02%以下とし、0.005%以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Mg含有量は0.0005%以上であるのが好ましく、0.001%以上であるのがより好ましい。
Mg: 0 to 0.02%
Mg has an effect of improving hot workability. In addition, Mg has an effect of generating an Mg-containing oxide, serving as a nucleus for generating TiN, and finely dispersing TiN. For this reason, you may make it contain as needed. However, if the Mg content exceeds 0.02%, the amount of oxide formation becomes excessive, resulting in a decrease in ductility. For this reason, the Mg content is set to 0.02% or less, and preferably 0.005% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Mg content is preferably 0.0005% or more, and more preferably 0.001% or more.
REM:0〜0.02%
REMは、熱間加工性を高める効果を有する。また、REMには、HAZ組織を微細化させる作用もある。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、REM含有量が過剰であると、介在物となって清浄性を低下させる。また、REMの添加により形成される介在物は、比較的、靱性を劣化させにくい。とはいえ、REM含有量が0.02%超であると、介在物による母材の靱性の低下を無視できない。このため、REM含有量は0.02%以下とし、0.005%以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、REM含有量は0.0005%以上であるのが好ましく、0.001%以上であるのがより好ましい。
REM: 0-0.02%
REM has the effect of increasing hot workability. REM also has the effect of making the HAZ structure finer. For this reason, you may make it contain as needed. However, if the REM content is excessive, it becomes an inclusion and reduces cleanliness. In addition, inclusions formed by adding REM are relatively hard to deteriorate toughness. However, if the REM content is more than 0.02%, the decrease in toughness of the base material due to inclusions cannot be ignored. For this reason, the REM content is set to 0.02% or less, and preferably 0.005% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the REM content is preferably 0.0005% or more, and more preferably 0.001% or more.
なお、本発明における「REM」は、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素の総称であり、REMの含有量は、REMのうちの1種以上の元素の合計含有量を指す。 In the present invention, “REM” is a general term for a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and the content of REM indicates the total content of one or more elements of REM.
本発明に係る鋼板の残部は、Feおよび不純物である。ここで、不純物とは、鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものであって、本発明の鋼板に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 The balance of the steel sheet according to the present invention is Fe and impurities. Here, the impurities are those that are mixed from the ore, scrap, or the production environment as raw materials when industrially producing steel, and are allowed in a range that does not adversely affect the steel sheet of the present invention. Means something.
2.溶接割れ感受性指数
Pcm:0.15〜0.23
Pcmは、いわゆる「溶接割れ感受性指数」であり、低温割れの生じやすさを評価する指標として、一般に広く用いられている。Pcmは下記(i)式で示される。
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
2. Weld crack susceptibility index Pcm: 0.15 to 0.23
Pcm is a so-called “weld crack susceptibility index” and is generally and widely used as an index for evaluating the likelihood of low-temperature cracking. Pcm is represented by the following equation (i).
Pcm = C + Si / 30 + Mn / 20 + Cu / 20 + Ni / 60 + Cr / 20 + Mo / 15 + V / 10 + 5B (i)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (% by mass) of each element contained in the steel, and is zero if not contained.
本発明に係る鋼板においては、上記Pcmを0.15〜0.23とする。ところで、水深の深い領域で使用するためには、460MP以上の引張強度を有することが目安とされる。そして、Pcmが0.15未満であると、上記範囲の引張強度を得にくくなる。このため、Pcmは0.15以上とし、0.16以上であるのが好ましく、0.17以上であるのがより好ましい。一方、Pcmが0.23を超えると、鋼板を管状にして溶接した際に、溶接割れが生じやすくなる。このため、Pcmは0.23以下とし、0.22以下であるのが好ましく、0.21以下であるのがより好ましい。 In the steel sheet according to the present invention, the Pcm is set to 0.15 to 0.23. By the way, in order to use in a deep water region, it is a standard to have a tensile strength of 460MP or more. When Pcm is less than 0.15, it becomes difficult to obtain the tensile strength in the above range. For this reason, Pcm is set to 0.15 or more, preferably 0.16 or more, and more preferably 0.17 or more. On the other hand, if Pcm exceeds 0.23, welding cracks are likely to occur when the steel sheet is formed into a tube and welded. For this reason, Pcm is set to 0.23 or less, preferably 0.22 or less, and more preferably 0.21 or less.
3.炭素当量
Ceq:0.35〜0.43
Ceqは、いわゆる「炭素当量」であり、鋼板の焼入性または溶接性を評価する指標として、一般に広く用いられている。Ceqは下記(ii)式で示される。
Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 ・・・(ii)
但し、上記(ii)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
3. Carbon equivalent Ceq: 0.35-0.43
Ceq is a so-called “carbon equivalent” and is generally widely used as an index for evaluating the hardenability or weldability of a steel sheet. Ceq is represented by the following formula (ii).
Ceq = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14 (ii)
However, each element symbol in the above formula (ii) represents the content (% by mass) of each element contained in the steel, and is zero if not contained.
本発明に係る鋼板においては、上記Ceqを0.35〜0.43とする。Ceqが0.35未満では、Pcmと同様、460MPa以上の引張強度を得にくくなる。このため、Ceqは0.35以上とし、0.36以上であるのが好ましく、0.37以上であるのがより好ましい。一方、Ceqが0.43を超えると、焼入性が過度に高まり、溶接性の劣化を引き起こし、溶接施工が困難になる。このため、Ceqは0.43以下とし、0.42以下であるのが好ましく、0.41以下であるのがより好ましい。 In the steel sheet according to the present invention, the Ceq is set to 0.35 to 0.43. If Ceq is less than 0.35, it becomes difficult to obtain a tensile strength of 460 MPa or more, as with Pcm. Therefore, Ceq is set to 0.35 or more, preferably 0.36 or more, and more preferably 0.37 or more. On the other hand, when Ceq exceeds 0.43, hardenability is excessively increased, causing deterioration of weldability and making welding work difficult. Therefore, Ceq is set to 0.43 or less, preferably 0.42 or less, and more preferably 0.41 or less.
4.金属組織
4−1.板厚中心部における金属組織
本発明における鋼板では、鋼板表層に比べ、冷却されにくく,組織制御が難しい板厚中心部における金属組織を先ず規定する。具体的には、板厚中心部における金属組織が、面積率で、20〜35%のフェライト、および2.0%以下の硬質相を含み、残部をベイナイトとする。
4. Metal structure 4-1. Metal Structure at the Center of Sheet Thickness In the steel sheet according to the present invention, the metal structure at the center of the sheet thickness that is harder to cool than the surface layer of the steel sheet and difficult to control the structure is first defined. More specifically, the metal structure at the center of the plate thickness contains 20 to 35% of ferrite and 2.0% or less of a hard phase in area ratio, and the rest is bainite.
4−1−1.フェライト
耐サワー性能および強度を両立するために、本発明に係る鋼板の板厚中心部における組織は、ベイナイトを主相とする。しかしながら、ベイナイトは低温靭性に欠けるため、ベイナイト単相では、所望するDWTT特性を得ることができない。DWTT特性を具備させるためには、板厚中心部においてフェライトを有する金属組織とする。
4-1-1. Ferrite In order to achieve both sour resistance and strength, the structure of the steel sheet according to the present invention at the center of the thickness is bainite. However, bainite lacks low-temperature toughness, so that a bainite single phase cannot provide desired DWTT characteristics. In order to provide the DWTT characteristic, a metal structure having a ferrite at the center of the thickness is required.
本発明に係る鋼板では、板厚中心部において、フェライトは、面積率で、20〜35%とする。板厚中心部におけるフェライトが、面積率で、20%未満であると、十分なDWTT特性を得ることができない。このため、板厚中心部におけるフェライトは、面積率で、20%以上とし、25%以上であるのが好ましい。 In the steel sheet according to the present invention, the ferrite has an area ratio of 20% to 35% at the center of the thickness. If the area ratio of ferrite at the center of the thickness is less than 20%, sufficient DWTT characteristics cannot be obtained. For this reason, the area ratio of ferrite at the center of the thickness is set to 20% or more, and preferably 25% or more.
一方、板厚中心部におけるフェライトが、面積率で、35%を超えると、強度が低下するだけでなく、耐HIC性能も低下する。このため、板厚中心部におけるフェライト量は、面積率で、35%以下とし、30%以下であるのが好ましい。 On the other hand, when the area ratio of ferrite at the center of the thickness exceeds 35%, not only the strength is reduced but also the HIC resistance is reduced. For this reason, the amount of ferrite at the center of the plate thickness is 35% or less in area ratio, and preferably 30% or less.
4−1−2.硬質相
本発明に係る鋼板は、板厚中心部において、基本的には、ベイナイトおよびフェライトからなる組織とするが好ましい。しかしながら、フェライトの生成時に、固溶していたC(炭素)が周囲に排出され、Cが濃化した硬質相が形成される場合がある。この硬質相はHICの起点となるため、極力生成させないことが望ましく、硬質相が、面積率で、2.0%以下であれば、ラインパイプとしての特性に影響はない。このため、硬質相は、面積率で2.0%以下とし、1.5%以下であるのが好ましい。なお、硬質相としては、例えば、セメンタイト、MAなどが例示される。
4-1-2. Hard Phase It is preferable that the steel sheet according to the present invention basically has a structure composed of bainite and ferrite at the center of the thickness. However, when ferrite is formed, solid solution C (carbon) is discharged to the surroundings, and a hard phase enriched in C may be formed. Since this hard phase serves as a starting point of HIC, it is desirable that the hard phase is not generated as much as possible. If the hard phase has an area ratio of 2.0% or less, it does not affect the characteristics as a line pipe. Therefore, the area ratio of the hard phase is 2.0% or less, and preferably 1.5% or less. In addition, as a hard phase, a cementite, MA, etc. are illustrated, for example.
4−1−3.ベイナイト
上述したように耐サワー特性および強度を両立するために、本発明に係る鋼板の板厚中心部における組織は、フェライトおよび硬質相を除く残部をベイナイトとする。ここで、上記ベイナイトには、いわゆる「ベイニティックフェライト」、および「アシキュラーフェライト」を含む。
4-1-3. Bainite As described above, in order to achieve both the sour resistance and the strength, the structure of the steel sheet according to the present invention in the central part of the thickness is bainite except for the ferrite and the hard phase. Here, the bainite includes so-called “bainitic ferrite” and “acicular ferrite”.
4−1−4.板厚中心部における平均結晶粒径
板厚中心部は、最も結晶粒径が粗大化しやすく、靭性低下が生じやすい。このような板厚中心部における結晶粒の粗大化は、DWTT特性を低下させる。このため、DWTT特性においては、板厚中心部における平均結晶粒径が特に重要である。具体的には、板厚中心部のフェライトの平均結晶粒径が20.0μmを超えると、DWTT特性が低下する。このため、本発明に係る鋼板では、板厚中心部におけるフェライトの平均結晶粒径が20.0μm以下とし、18.0μm以下であるのが好ましい。
4-1-4. Average crystal grain size at the center of the plate thickness In the center of the plate thickness, the crystal grain size is most easily coarsened, and the toughness is apt to be reduced. Such coarsening of crystal grains in the center portion of the plate thickness lowers DWTT characteristics. For this reason, in the DWTT characteristic, the average crystal grain size at the center of the plate thickness is particularly important. Specifically, when the average crystal grain size of the ferrite at the center of the plate thickness exceeds 20.0 μm, the DWTT characteristics deteriorate. Therefore, in the steel sheet according to the present invention, the average crystal grain size of ferrite at the center of the sheet thickness is set to 20.0 μm or less, and preferably 18.0 μm or less.
なお、フェライトの平均結晶粒径の下限については、特に規定しないが、通常、板厚中心部におけるフェライトの平均結晶粒径は10.0μm以上となる。 The lower limit of the average crystal grain size of the ferrite is not particularly defined, but usually, the average crystal grain size of the ferrite at the center of the plate thickness is 10.0 μm or more.
4−2.表層および板厚中心部におけるフェライトの面積率の差
本発明に係る鋼板では、表層と板厚中心部における特性差を少なくするため、表層におけるフェライトの面積率と、板厚中心部におけるフェライトの面積率との差(以下、単に「フェライト面積率の差」と記載する。)を5.0%以下とする。
4-2. In the steel sheet according to the present invention, in order to reduce the characteristic difference between the surface layer and the center of the sheet thickness, the area ratio of the ferrite in the surface layer and the area of the ferrite in the center of the sheet thickness are reduced. (Hereinafter simply referred to as “difference in ferrite area ratio”) is set to 5.0% or less.
すなわち、鋼板表層におけるフェライトの面積率から板厚中心部におけるフェライトの面積率を差し引いた値を−5.0〜5.0%の範囲内とする。なお、本発明における表層とは、鋼板の表面から板厚方向に1.0mmの深さ位置を指す。 That is, the value obtained by subtracting the area ratio of the ferrite at the center of the thickness from the area ratio of the ferrite in the surface layer of the steel sheet is in the range of -5.0 to 5.0%. The surface layer in the present invention refers to a position at a depth of 1.0 mm from the surface of the steel sheet in the thickness direction.
DWTT特性は、表層または板厚中心部等、一部の部位だけでなく、鋼板全体において、その特性が良好であることが要求される。フェライト面積率の差が、5.0%超であると、表層と板厚中央部とにおいて衝撃時の伸びに大きな差が生じ、DWTT特性が低下する。このため、フェライト面積率の差は5.0%以下とし、4.0%以下であるのが好ましい。なお、フェライト面積率の差は、上述した方法で表層および板厚中心部におけるフェライト面積率を算出し、その差を求めることにより導出する。 The DWTT characteristic is required to be good not only in a part such as a surface layer or a central part of a sheet thickness but also in the whole steel sheet. If the difference in the ferrite area ratio is more than 5.0%, a large difference occurs in the elongation at impact between the surface layer and the central part of the sheet thickness, and the DWTT characteristics deteriorate. Therefore, the difference in the ferrite area ratio is set to 5.0% or less, and preferably 4.0% or less. Note that the difference in the ferrite area ratio is derived by calculating the ferrite area ratio in the surface layer and the center portion of the plate thickness by the above-described method, and calculating the difference.
4−3.介在物の最大長径
粗大な介在物は、HICの原因となるため、可能な限り生成を抑制するのが好ましい。ここで、介在物とは、例えば、MnS(マンガンサルファイド)、NbC(ニオブカーバイド)等が例示される。本発明に係る鋼板では、介在物の最大長径を30.0μm以下とし、25.0μm以下であるのが好ましい。上述のように、介在物の最大長径が30.0μmを超えると、HICが生じやすくなるためである。
4-3. Maximum long diameter of inclusions Since coarse inclusions cause HIC, it is preferable to suppress generation as much as possible. Here, examples of the inclusion include MnS (manganese sulfide) and NbC (niobium carbide). In the steel sheet according to the present invention, the maximum major axis of the inclusions is 30.0 μm or less, and preferably 25.0 μm or less. As described above, if the maximum major axis of the inclusions exceeds 30.0 μm, HIC is likely to occur.
なお、介在物の長径は、倍率を1000倍として電子走査顕微鏡(SEM)で介在物を撮影し画像データから介在物を特定して最も長い直線端部を長径として測定する。また、測定視野数は5視野とする。 The major axis of the inclusion is measured by setting the magnification to 1000 times, photographing the inclusion with an electronic scanning microscope (SEM), identifying the inclusion from the image data, and measuring the longest linear end as the major axis. In addition, the number of measurement visual fields is five.
5.板厚
本発明に係る鋼板の板厚は、その用途から30〜45mmの範囲とする。
5. The thickness of the steel sheet according to the present invention is in the range of 30 to 45 mm depending on the use.
6.特性
本発明に係る鋼板においては、鋼管に製造した際の強度が、アメリカ石油協会規格API 5L(以下、単に「API 5L」とする。)のX52〜65グレードの強度、つまり引張強度(以下、「TS」ともいう。)が460〜760MPa、降伏強度(以下、「YS」ともいう。)が360〜600MPaの範囲を満足することを目標とする。また、DWTT延性破面率が85%以上の場合を、DWTT特性が良好なものとして判断し、耐HIC特性については、HIC試験を行い、割れが認められない場合、同特性が良好であると判断する。
6. Characteristics In the steel sheet according to the present invention, the strength when manufactured into a steel pipe has a strength of X52 to 65 grade of American Petroleum Institute Standard API 5L (hereinafter, simply referred to as “API 5L”), that is, tensile strength (hereinafter, referred to as “API 5L”). The target is to satisfy the range of 460 to 760 MPa and the yield strength (hereinafter also referred to as “YS”) of 360 to 600 MPa. When the DWTT ductile fracture rate is 85% or more, the DWTT characteristic is judged to be good, and the HIC resistance is evaluated by performing an HIC test. to decide.
7.製造方法
上記の化学組成を有する鋼片を連続鋳造法により製造する。以下において、本発明に係る鋼板の製造方法について説明する。
7. Manufacturing Method A steel slab having the above chemical composition is manufactured by a continuous casting method. Hereinafter, a method for manufacturing a steel sheet according to the present invention will be described.
7−1.加熱工程
鋼片は1100〜1250℃の温度域で加熱し、均熱化する。鋼片の加熱は、加熱による軟化作用により圧延工程をスムーズに行うことが主目的である。また、鋼片中に存在するNb炭窒化物を溶解し、Nbを固溶させればHICの発生を防止することができる。このため、鋼片は1100℃以上に加熱し、1130℃以上で加熱するのが好ましい。
7-1. Heating process The steel slab is heated in a temperature range of 1100 to 1250 ° C. and soaked. The main purpose of heating the steel slab is to smoothly perform the rolling process by the softening effect of the heating. Further, HIC can be prevented from being generated by dissolving Nb carbonitride present in the steel slab and dissolving Nb in solid solution. For this reason, it is preferable to heat the slab to 1100 ° C. or higher, and to heat to 1130 ° C. or higher.
一方、加熱温度が高すぎても、加熱に使用するエネルギーが無駄となる。また、スケール疵の発生も多くなる。また、加熱温度が高すぎると、結晶粒が粗大化し、DWTT特性が低下する場合もある。このため、鋼片は1250℃以下で加熱し、1200℃以下で加熱するのが好ましい。また、加熱後は十分な均熱を行うことが必要である。均熱が不十分であり、鋼片の温度がそれぞれの部位で大きく異なると、後工程である圧延工程で圧延が不均一になるだけでなく、圧延工程後の冷却工程でも組織制御を上手く行うことができない。この結果、目的とする金属組織を得ることが出来ない。 On the other hand, if the heating temperature is too high, energy used for heating is wasted. Also, the occurrence of scale flaws increases. On the other hand, if the heating temperature is too high, the crystal grains become coarse, and the DWTT characteristics may decrease. For this reason, it is preferable to heat the slab at 1250 ° C. or lower and at 1200 ° C. or lower. Further, after heating, it is necessary to perform sufficient soaking. If the soaking temperature is insufficient and the temperature of the billet greatly differs in each part, not only the rolling becomes uneven in the subsequent rolling process, but also the structure control is well performed in the cooling process after the rolling process. Can not do. As a result, a desired metal structure cannot be obtained.
7−2.圧延工程
圧延は、鋼片に粗圧延を行ない、鋼片を被圧延体とする。続いて、前述の被圧延体に仕上圧延を行ない、鋼板とする。なお、粗圧延終了時の表面温度よりも低い温度から仕上圧延を開始する。仕上圧延では、被圧延体の表面温度がAr3点−10℃〜Ar3点+60℃の範囲で仕上圧延を開始し、仕上圧延開始時より高い表面温度で仕上圧延を完了する。
7-2. Rolling process In rolling, rough rolling is performed on a steel slab, and the steel slab is used as a rolled body. Subsequently, finish rolling is performed on the above-mentioned rolled body to obtain a steel sheet. Note that the finish rolling is started from a temperature lower than the surface temperature at the end of the rough rolling. In the finish rolling, the finish rolling is started when the surface temperature of the rolled body is in the range of Ar 3 points −10 ° C. to Ar 3 points + 60 ° C., and the finish rolling is completed at a higher surface temperature than at the start of the finish rolling.
仕上圧延では、被圧延体の内部まで未再結晶温度域とし、圧下することで結晶粒の微細化する。仕上圧延開始温度が、Ar3点−10℃未満であると、後述するように、仕上圧延中に被圧延体が十分に復熱しない。一方、被圧延体の仕上圧延開始時における表面温度が、Ar3点+60℃超であると、再結晶温度域での圧下となり結晶粒が粗大化する。この結果、DWTT特性が低下する。この結果、フェライトが過剰に生成し、十分な強度を得ることができず、耐HIC特性も低下する。 In finish rolling, the inside of the rolled body is brought into a non-recrystallization temperature range, and the grains are refined by rolling down. If the finish rolling start temperature is lower than the Ar 3 point −10 ° C., the rolled body does not sufficiently reheat during the finish rolling as described later. On the other hand, if the surface temperature of the rolled body at the start of the finish rolling is more than the three points of Ar + 60 ° C., the pressure is reduced in the recrystallization temperature range, and the crystal grains are coarsened. As a result, the DWTT characteristics deteriorate. As a result, ferrite is excessively generated, sufficient strength cannot be obtained, and the HIC resistance decreases.
なお、本発明においては、Ar3点か、下記の(a)式により定義される。
Ar3(℃)=910−310C−80Mn−20Cu−15Cr−55Ni−80Mo+0.35(t−8) ・・・(a)
但し、上記式中の記号は以下により定義され、元素記号は各元素の含有量(質量%)を表し、含有しない場合は0とする。
t(mm):圧延完了後の鋼板の板厚
Note that, in the present invention, the Ar 3 points are defined by the following formula (a).
Ar 3 (° C.) = 910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni-80Mo + 0.35 (t-8) (a)
However, the symbols in the above formula are defined as follows, and the element symbols represent the contents (% by mass) of each element, and are 0 when not contained.
t (mm): thickness of steel sheet after rolling is completed
また、仕上圧延は、仕上圧延開始時より高い表面温度で仕上圧延を完了する。仕上圧延においては、内部の熱により鋼板の表面温度が上昇する、復熱を利用する。通常、圧延時の抜熱により、仕上圧延完了時の方が、仕上げ圧延開始時より表面温度が低くなる。しかしながら、本発明に係る鋼板の製造では、鋼板内部に蓄熱された熱を利用し、復熱により表面温度を上昇させる。これにより、仕上圧延開始時より仕上圧延完了時の方が高い表面温度となるよう制御できる。このように、復熱により表面温度を上昇させることで、鋼板表層および板厚中央部における温度差が小さくなり、この結果、板厚全体における組織を均一化させることができる。 In the finish rolling, the finish rolling is completed at a higher surface temperature than at the start of the finish rolling. In the finish rolling, recuperation in which the surface temperature of a steel sheet rises due to internal heat is used. Usually, due to heat removal during rolling, the surface temperature at the time of finish rolling is lower than at the start of finish rolling. However, in the production of the steel sheet according to the present invention, heat stored inside the steel sheet is used, and the surface temperature is increased by recuperation. Thereby, it is possible to control so that the surface temperature is higher at the time of finishing rolling than at the time of starting finishing rolling. As described above, by increasing the surface temperature by the recuperation, the temperature difference between the surface layer of the steel sheet and the central part of the sheet thickness is reduced, and as a result, the structure in the entire sheet thickness can be made uniform.
なお、粗圧延では、おおよそ鋼板の最終板厚の3〜5倍まで圧下する。そして、仕上圧延でさらに圧下し、板厚25〜40mmの鋼板とする。 In the rough rolling, the pressure is reduced to approximately 3 to 5 times the final thickness of the steel sheet. Then, it is further reduced by finish rolling to obtain a steel plate having a thickness of 25 to 40 mm.
7−3.冷却工程
圧延後においても、鋼板をそのまま復熱させ、その後、鋼板を水冷する。鋼板の表面温度がAr3点+10℃〜Ar3点+50℃の温度域から、水冷を開始する。また、鋼板の表面温度が仕上圧延開始時の表面温度よりも高い温度で、水冷を開始する。水冷開始温度(表面温度)がAr3点+10℃未満であるとフェライトの生成が過剰になり、十分な強度を得ることができない。また、フェライト量が過剰により耐HIC特性も低下する。一方、水冷開始温度がAr3点+50℃超であると、鋼板の結晶粒が粗大化し、所望するDWTT特性を得ることができない。
7-3. Cooling process Even after rolling, the steel sheet is reheated as it is, and then the steel sheet is water-cooled. Water cooling is started from a temperature range where the surface temperature of the steel sheet is Ar 3 points + 10 ° C. to Ar 3 points + 50 ° C. In addition, water cooling is started at a temperature at which the surface temperature of the steel sheet is higher than the surface temperature at the start of finish rolling. If the water-cooling start temperature (surface temperature) is lower than the Ar 3 point + 10 ° C., the production of ferrite becomes excessive and sufficient strength cannot be obtained. In addition, the HIC resistance is deteriorated due to an excessive amount of ferrite. On the other hand, if the water-cooling start temperature is more than the Ar 3 point + 50 ° C., the crystal grains of the steel sheet become coarse, and the desired DWTT characteristics cannot be obtained.
上述したように、鋼板の表面温度が仕上圧延開始時より高い温度で、水冷を開始する。本発明に係る鋼板は板厚が厚いため、上述したように、復熱により仕上圧延中から仕上圧延終了直後において、鋼板の内部熱により表面温度が上昇する。そして、仕上圧延終了後、しばらく時間が経過すると、鋼板の表面温度は徐々に低下する。鋼板温度が低下してから水冷を開始すると、鋼板表層および板厚中心部における温度差が大きくなる。このため、鋼板の温度を均一化し、鋼板全体における組織を均一化させるため、鋼板の表面温度が仕上圧延開始時より高い温度で、水冷を開始する。 As described above, water cooling is started at a temperature at which the surface temperature of the steel sheet is higher than at the start of finish rolling. Since the steel sheet according to the present invention has a large thickness, as described above, the surface temperature increases due to internal heat of the steel sheet immediately after finish rolling from finish rolling due to reheating. Then, after a certain time has passed after the finish rolling, the surface temperature of the steel sheet gradually decreases. When water cooling is started after the temperature of the steel sheet decreases, the temperature difference between the surface layer of the steel sheet and the center of the thickness increases. Therefore, in order to equalize the temperature of the steel sheet and to equalize the structure of the entire steel sheet, water cooling is started at a temperature higher than that at the start of finish rolling of the steel sheet.
そして、400〜500℃の温度域で水冷を停止し、室温まで空冷する。水冷を停止する温度が500℃超であると、生成するフェライト量が多くなり、所望する強度および耐HIC特性を得ることができない。一方、水冷停止温度が400℃未満であると、フェライト量が低下し、ベイナイト相が増加しすぎてDWTT特性が低下する。 Then, water cooling is stopped in a temperature range of 400 to 500 ° C., and air cooling is performed to room temperature. If the temperature at which the water cooling is stopped is higher than 500 ° C., the amount of ferrite generated increases, and the desired strength and HIC resistance cannot be obtained. On the other hand, if the water cooling stop temperature is less than 400 ° C., the amount of ferrite decreases, the bainite phase increases too much, and the DWTT characteristics deteriorate.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
表1および2に示す組成を有する300mm厚の鋼片を連続鋳造法にて作製した。表3および4に示す製造条件により製造し、その後、室温まで空冷し、鋼板を製造した。 A 300 mm thick slab having the composition shown in Tables 1 and 2 was produced by a continuous casting method. It was manufactured under the manufacturing conditions shown in Tables 3 and 4, and then air-cooled to room temperature to manufacture a steel sheet.
製造した鋼板は以下に示す方法により、金属組織および特性を調査した。鋼板の板幅中心部から、鋼板全厚のサンプルを切り出し、L断面を鏡面研磨後、レペラー腐食し鋼板の表面から板厚方向に深さ1.0mmの部位および板厚中心部の部位について、光学顕微鏡により500倍の倍率でミクロ組織を撮影し、画像解析によりMAの面積率を求めた。一方、フェライトおよびMA以外の硬質相のミクロ組織については、レペラー腐食したサンプルを再利用し、再度鏡面研磨後、ナイタール腐食し、光学顕微鏡により500倍の倍率でミクロ組織を撮影し画像解析により面積率を求めた。面積率を求めるにあたり撮影視野を5視野として、その平均値をMA、フェライトおよびMA以外の硬質相の面積率とし、これらの面積率の和から計算される残部をベイナイトの面積率とした。 The metal structure and properties of the manufactured steel sheet were examined by the following methods. From the center of the width of the steel sheet, cut out a sample of the entire thickness of the steel sheet, mirror-polished the L cross section, repeller eroded, 1.0 mm deep in the thickness direction from the surface of the steel sheet, and the center of the thickness, The microstructure was photographed at a magnification of 500 times with an optical microscope, and the area ratio of MA was determined by image analysis. On the other hand, for the microstructure of the hard phase other than ferrite and MA, the repeller-corroded sample is reused, mirror-polished again, nital-corroded, and the microstructure is photographed at a magnification of 500 times with an optical microscope, and the area is determined by image analysis. The rate was determined. In calculating the area ratio, five photographing visual fields were set, the average value was defined as the area ratio of MA, ferrite, and a hard phase other than MA, and the remainder calculated from the sum of these area ratios was defined as the bainite area ratio.
板厚中心部のフェライトの平均結晶粒径は、ナイタール腐食したサンプルからの画像解析の結果を用いて各フェライト粒の円相当粒径を求めてその平均値を平均結晶粒径とした。この場合も撮影視野を5視野とした。介在物サイズはSEMにより1000倍で介在物を撮影し画像データから介在物を特定して最も長い直線端部を長径として測定した。 The average grain size of the ferrite at the center of the plate thickness was obtained by obtaining the equivalent circle grain size of each ferrite grain using the result of image analysis from a sample subjected to nital corrosion, and using the average value as the average grain size. Also in this case, the photographing visual field was set to 5 visual fields. The inclusions were photographed at a magnification of 1000 times by SEM, the inclusions were identified from the image data, and the longest straight end was measured as the major axis.
鋼板の板幅中心部から、幅方向を長手方向とし、アメリカ石油協会規格API 5Lに準拠した全厚試験片を2本ずつ採取し、室温で引張試験を行い降伏応力及び引張強度を求めた。深海で使用することを考慮して、X52〜X65グレード(引張強度460〜760MPa、降伏強度360〜600MPa)を満足するものを良好なものとして判断した。 From the center of the width of the steel sheet, two full-length test specimens each conforming to the American Petroleum Institute Standard API 5L were sampled, and the tensile test was performed at room temperature to determine the yield stress and the tensile strength. Considering use in the deep sea, those satisfying X52 to X65 grades (tensile strength of 460 to 760 MPa, yield strength of 360 to 600 MPa) were judged as good.
鋼板の板幅中心部から、幅方向を長手方向とする全厚のDWT試験片を採取した。DWT試験もAPI 5Lに準拠して−20℃で行い、DWTT延性破面率を測定した。ここで、DWTT延性破面率が85%以上の場合を耐DWTT特性が良好なものとした。 From the center of the steel sheet in the width direction, a DWT test piece having the entire thickness in the width direction was sampled. The DWT test was also performed at −20 ° C. based on API 5L, and the DWTT ductile fracture rate was measured. Here, when the DWTT ductile fracture rate was 85% or more, the DWTT resistance was determined to be good.
耐HIC特性はNACE Standard TM 0284に準じた、A溶液中浸漬時間96時間のHIC試験を行い、割れが認められない場合を耐HIC特性が良好と判断して○で、割れが発生した場合を×で示した。 The HIC resistance was evaluated by performing a HIC test for 96 hours in an A solution immersion time according to NACE Standard TM 0284. If no cracks were observed, the HIC resistance was judged to be good, and a circle was given. Indicated by x.
これらの特性を表5および6に示す。 These properties are shown in Tables 5 and 6.
鋼種No.1〜20は、本発明の規定および好ましい製造条件を満足するため、良好な強度、DWTT特性、および耐HIC特性を得ることができた。一方で、鋼種No.21〜37は、本発明で規定する化学組成を満足せず、強度、DWTT特性、耐HIC特性の少なくともいずれかが劣る結果となった。そして、本発明で規定する化学組成を満足するが、好ましい製造条件を満足しないNo.38〜47についても、強度、DWTT特性、耐HIC特性の少なくともいずれかが劣る結果となった。
Steel type No. Samples Nos. 1 to 20 satisfied the requirements of the present invention and preferred production conditions, and were thus able to obtain good strength, DWTT characteristics, and HIC resistance. On the other hand, steel type No. Samples Nos. 21 to 37 did not satisfy the chemical composition defined in the present invention and resulted in inferior strength, at least one of DWTT characteristics and HIC resistance. No. 1 satisfies the chemical composition specified in the present invention but does not satisfy the preferable production conditions. As for 38 to 47, at least one of the strength, the DWTT characteristic, and the HIC resistance was inferior.
Claims (4)
C:0.03〜0.08%、
Si:0.10〜0.50%、
Mn:1.00〜1.80%、
P:0.020%以下、
S:0.0010%以下、
Cu:0.10〜0.50%、
Ni:0.10〜0.50%、
Nb:0.005〜0.050%、
Ti:0.005〜0.030%、
Al:0.010〜0.040%、
N:0.0010〜0.0050%、
B:0.001%以下、
Cr:0〜0.50%、
Mo:0〜0.10%、
V:0〜0.05%、
Ca:0〜0.02%、
Mg:0〜0.02%、
REM:0〜0.02%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で示すPcmが0.15〜0.23であり、
下記(ii)式で示すCeqが0.35〜0.43であり、
板厚中心部における金属組織が、面積率で、
20〜35%のフェライト、および
2.0%以下の硬質相を含み、
残部がベイナイトであり、かつ、
板厚中心部のフェライトの平均結晶粒径が20.0μm以下であり、
前記鋼板表層におけるフェライトの面積率と板厚中心部におけるフェライトの面積率との差が5.0%以下であり、
介在物の最大長径が30.0μm以下であり、
板厚が30〜45mmである、ラインパイプ用厚鋼板。
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B ・・・(i)
Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 ・・・(ii)
但し、上記(i)および(ii)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。 The chemical composition of the steel sheet is expressed in mass%
C: 0.03 to 0.08%,
Si: 0.10 to 0.50%,
Mn: 1.00 to 1.80%,
P: 0.020% or less,
S: 0.0010% or less,
Cu: 0.10 to 0.50%,
Ni: 0.10 to 0.50%,
Nb: 0.005 to 0.050%,
Ti: 0.005 to 0.030%,
Al: 0.010-0.040%,
N: 0.0010 to 0.0050%,
B: 0.001% or less,
Cr: 0 to 0.50%,
Mo: 0 to 0.10%,
V: 0 to 0.05%,
Ca: 0 to 0.02%,
Mg: 0 to 0.02%,
REM: 0-0.02%,
The balance: Fe and impurities,
Pcm represented by the following formula (i) is 0.15 to 0.23,
Ceq represented by the following formula (ii) is 0.35 to 0.43,
The metal structure at the center of the sheet thickness is the area ratio,
20 to 35% ferrite, and no more than 2.0% hard phase,
The rest is bainite, and
The average crystal grain size of the ferrite at the center of the plate thickness is 20.0 μm or less,
A difference between the area ratio of ferrite in the surface layer of the steel sheet and the area ratio of ferrite in the center part of the sheet thickness is 5.0% or less;
The maximum major axis of the inclusion is 30.0 μm or less;
Thick steel plate for line pipes having a thickness of 30 to 45 mm.
Pcm = C + Si / 30 + Mn / 20 + Cu / 20 + Ni / 60 + Cr / 20 + Mo / 15 + V / 10 + 5B (i)
Ceq = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14 (ii)
However, each element symbol in the above formulas (i) and (ii) represents the content (% by mass) of each element contained in the steel, and is zero if not contained.
Cr:0.10〜0.50%、
Mo:0.05〜0.10%、および
V:0.01〜0.05%、
から選択される1種以上を含有する、請求項1に記載のラインパイプ用厚鋼板。 The chemical composition is expressed in mass%;
Cr: 0.10 to 0.50%,
Mo: 0.05-0.10%, and V: 0.01-0.05%,
The thick steel plate for line pipes according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of:
Ca:0.0005〜0.02%、
Mg:0.0005〜0.02%、および
REM:0.0005〜0.02%、
から選択される1種以上を含有する、請求項1または2に記載のラインパイプ用厚鋼板。 The chemical composition is expressed in mass%;
Ca: 0.0005-0.02%,
Mg: 0.0005-0.02%, and REM: 0.0005-0.02%,
The thick steel plate for a line pipe according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of:
(a)鋼片を1100〜1250℃の温度域に加熱し、均熱化する工程と、
(b)前記鋼片に粗圧延を行い、被圧延体とする工程と、
(c)前記被圧延体の表面温度がAr3点−10℃〜Ar3点+60℃の範囲で仕上圧延を開始し、前記仕上圧延開始時より高い表面温度で前記仕上圧延を完了し、鋼板とする工程と、
(d)前記鋼板の表面温度がAr3点+10℃〜Ar3点+50℃の範囲で、かつ仕上圧延開始時の表面温度よりも高い温度で水冷を開始し、
400〜500℃の温度域で前記水冷を停止し、室温まで空冷する工程と、
を備える、ラインパイプ用厚鋼板の製造方法。
A method for producing a thick steel plate for a line pipe according to any one of claims 1 to 3,
(A) heating a billet to a temperature range of 1100 to 1250 ° C. and soaking;
(B) a step of subjecting the slab to rough rolling to form a rolled body;
(C) Finish rolling is started when the surface temperature of the rolled body is in the range of Ar 3 points −10 ° C. to Ar 3 points + 60 ° C., and the finish rolling is completed at a higher surface temperature than at the start of the finish rolling. And the process of
(D) water cooling is started at a surface temperature of the steel sheet in the range of Ar 3 points + 10 ° C. to Ar 3 points + 50 ° C. and higher than the surface temperature at the start of finish rolling;
Stopping the water cooling in a temperature range of 400 to 500 ° C., and air cooling to room temperature;
A method for producing a thick steel plate for a line pipe, comprising:
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