JP3879723B2 - 耐水素誘起割れ性に優れた高強度継目無鋼管およびその製造方法 - Google Patents
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Description
さらに、耐HIC鋼は、その主な用途が原油や天然ガスの輸送用パイプラインであるため、溶接施工性が重視される。このため、耐HIC鋼には低C鋼が適用されるが、鋼のC値が低いことから高強度のものが得にくい。一方、前述の通り、顧客からは高強度材を要請されることから、これを満足させるため、熱間圧延により鋼管を仕上げ圧延した後に、被圧延鋼管を加熱して焼入れを行い、引き続いて焼き戻しを実施することが多い。
(1) 質量%で、C:0.03〜0.11%、Si:0.05〜0.5%、Mn:0.8〜1.6%、P:0.025%以下、S:0.003%以下、Ti:0.002〜0.017%、Al:0.001〜0.10%、Cr:0.05〜0.5%、Mo:0.02〜0.3%、V:0.02〜0.20%、Ca:0.0005〜0.005%、N:0.008%以下およびO(酸素):0.004%以下を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、組織はベイナイトまたは/およびマルテンサイトで、その粒界にフェライトが析出しており、降伏応力が483MPa以上であることを特徴とする耐HIC性に優れた高強度継目無鋼管である。
(2)上記(1)の継目無鋼管は、高強度を確保するため、さらに、質量%で、Cu:0.05〜0.5%およびNi:0.05〜0.5%の1種以上を含有するのが望ましい。
(3)上記(1)または(2)に記載の組成を有する鋼片を、熱間圧延により継目無鋼管に圧延した後、直ちに均熱後、焼入れ開始温度を(Ar3点+50℃)〜1100℃として5℃/秒以上の冷却速度で冷却し、次いで550℃〜Ac1点で焼戻しを行うことにより、組織はベイナイトまたは/およびマルテンサイトで、その粒界にフェライトが析出しており、降伏応力が483MPa以上である継目無鋼管を製造することを特徴とする耐HIC性に優れた高強度継目無鋼管の製造方法である。
C:0.03〜0.11%
Cは、焼入れ性を高め、強度を上昇させるのに必要な元素である。0.03%未満では焼入れ性が低下し、高い強度を確保することが困難になる。0.11%を超えると、QTを適用した場合、ベイナイトまたは/およびマルテンサイトといった完全焼入れ組織となりやすく、耐HIC性が低下するのみならず、溶接性も低下する。
Siは、鋼の脱酸を目的として添加するだけでなく、強度の上昇および焼き戻し時の軟化抵抗を高めることに寄与する。これらの効果を得るためには0.05%以上の添加が必要である。しかし、過剰に添加すると靭性が低下するので0.5%以下とした。
Mnは、鋼の焼入れ性を高め、強度を上昇するとともに、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。特に、熱間加工性の向上を図るためには、0.8%以上が必要である。しかし、過剰に添加すると、靱性および溶接性が低下するので1.6%以下とした。
Pは、不純物として鋼中に存在するが、結晶粒界に偏析することにより靭性を劣化させるので、0.025%以下とした。好ましくは、0.015%以下であり、より好ましくは、0.009%以下である。
Sは、不純物として鋼中に存在するが、MnSなどの硫化物を生成して耐HIC性を劣化させるので0.003%以下とした。好ましくは、0.002%以下であり、より好ましくは0.001%以下である。
Tiは、鋳片の割れ防止に有効な元素であり、その効果を発揮するには、0.002%以上含有する必要がある。一方、過剰に添加すると、鋼の靭性を劣化させるので0.017%以下とし、好ましくは、0.010%以下とした。
Alは、鋼の脱酸に必須元素であり、添加量が少なすぎると脱酸不足となり、鋳片に表面疵等が発生して鋼質の劣化を招くので0.001%以上とした。一方、過剰に添加すると、鋳片に割れ等が発生して鋼質の劣化要因となるので、0.10%以下とし、好ましくは、0.040%以下とした。
Crは、鋼の強度を向上させる元素であり、その効果が顕著になるのは0.05%以上含有させた場合である。しかし、過剰に添加してもその効果は飽和するので、0.5%以下とした。
Moは、鋼の強度を向上させる元素であり、その効果は0.02%以上の含有で顕著になる。しかし、過剰に添加してもその効果は飽和するので、0.3%以下とした。
Vは、鋼の強度を向上させる元素であり、その効果は0.02%以上の含有で顕著になる。しかし、過剰に添加してもその効果は飽和するので、0.20%以下とし、好ましくは、0.09%以下とした。
Caは介在物の形態制御に用いられるが、MnSを球状化して耐HIC性を向上させるためには、0.0005%以上の含有が必要である。一方、含有が0.005%を超えると、飽和してそれ以上の効果が発揮されないばかりではなく、Ca系介在物がクラスター化し易くなり、逆に耐HIC性が低下するので、上限を0.005%とした。
Nは、不純物として鋼中に存在するが、濃度が高くなると、鋳片に割れ等が発生して鋼質の劣化を招くので、0.008%以下とした。さらに望ましくは0.006%以下である。
Oは、鋼中の溶存酸素と酸化物系介在物中の酸素の合計含有量を示すが、この量は、脱酸が充分に行われた鋼では、酸化物系介在物中の酸素含有量とほぼ等しくなる。したがって、O含有量が多くなるほど、鋼中の酸化物系介在物が多く存在することになり、耐HIC性を低下させる。このため、含有量はできる限り少ない方がよく0.004%以下とした。
これらの元素は、いずれも鋼の強度を向上させる元素である。したがって、鋼の強度を確保したい場合に、いずれかの元素を単独で、または2種の元素を複合して含有させることができる。その効果は、Cu、Niとも0.05%以上の含有で顕著になる。しかし、いずれの元素も過剰に添加してもその効果は飽和するので、0.5%以下とした。
Nb:Nbの含有の有無は、耐HIC性や強度には影響しないので、本発明では不純物元素として取り扱うことができ、特にその含有量は規定しない。但し、0.1%を超えて含有されると靱性の低下などの好ましくない影響が顕著となることから、その含有量は0.1%以下の範囲が望ましい。
2.鋼管組織および製造方法
本発明の継目無鋼管は、前述の化学組成で示すように、比較的低C鋼を用いて5L−X70グレード以上の強度を確保するために、鋼管組織をベイナイトまたは/およびマルテンサイトといった焼入れ組織とする必要がある。このためには、インラインQTを適用するのが望ましい。
しかしながら、ベイナイトまたは/およびマルテンサイトの完全焼入れ組織のみでは、あたかも硫化物応力腐食割れのような粒界破壊の形態を示すHICが発生し易くなるため、その粒界にフェライトを析出させることが重要である。
表1に示す化学組成の鋼種を転炉で溶製し、連続鋳造で製造したビレットを1100℃以上に加熱して、傾斜ロール穿孔機を用いて中空素管を得た。この中空素管をマンドレルミルおよびサイザーを用いて鋼管に仕上げ圧延を行った。そののち、Ar3点以下に冷却することなく、950℃に均熱後、焼入れおよび焼き戻し処理を行い、継目無鋼管を製造した。製造した鋼管寸法および熱処理条件を表2に示す。ただし、冷却速度は30℃/秒とした。
また、耐HIC試験後に耐HIC試験片の横断面を切り出し、光学顕微鏡にて組織観察を行い、観察結果を表2に示す。
(実施例2)
熱処理条件の影響を確認するため、前記表1中のNo.3の鋼種を転炉で溶製し、連続鋳造で製造したビレットを1100℃以上に加熱して、傾斜ロール穿孔機を用いて中空素管を得た。この中空素管をマンドレルミルおよびサイザーを用いて鋼管に仕上げ圧延を行った。そののち、920℃〜20℃の範囲で冷却した後、冷却開始温度、冷却速度および焼き戻し温度を変動させて、継目無鋼管を製造した。製造した鋼管寸法および熱処理条件を表3に示す。ただし、供試した鋼種No.3のAr3点は768℃、Ac1点は745℃であった。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.03〜0.11%、Si:0.05〜0.5%、Mn:0.8〜1.6%、P:0.025%以下、S:0.003%以下、Ti:0.002〜0.017%、Al:0.001〜0.10%、Cr:0.05〜0.5%、Mo:0.02〜0.3%、V:0.02〜0.20%、Ca:0.0005〜0.005%、N:0.008%以下およびO(酸素):0.004%以下を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、組織はベイナイトまたは/およびマルテンサイトで、その粒界にフェライトが析出しており、降伏応力が483MPa以上であることを特徴とする耐水素誘起割れ性に優れた高強度継目無鋼管。
- さらに、質量%で、Cu:0.05〜0.5%およびNi:0.05〜0.5%の1種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の耐水素誘起割れ性に優れた高強度継目無鋼管。
- 請求項1に記載の組成を有する鋼片を、熱間圧延により継目無鋼管に圧延した後、直ちに均熱後、焼入れ開始温度を(Ar3点+50℃)〜1100℃として5℃/秒以上の冷却速度で冷却し、次いで550℃〜Ac1点で焼戻しを行うことにより、組織はベイナイトまたは/およびマルテンサイトで、その粒界にフェライトが析出しており、降伏応力が483MPa以上である継目無鋼管を製造することを特徴とする耐水素誘起割れ性に優れた高強度継目無鋼管の製造方法。
- 請求項2に記載の組成を有する鋼片を、熱間圧延により継目無鋼管に圧延した後、直ちに均熱後、焼入れ開始温度を(Ar3点+50℃)〜1100℃として5℃/秒以上の冷却速度で冷却し、次いで550℃〜Ac1点で焼戻しを行うことにより、組織はベイナイトまたは/およびマルテンサイトで、その粒界にフェライトが析出しており、降伏応力が483MPa以上である継目無鋼管を製造することを特徴とする耐水素誘起割れ性に優れた高強度継目無鋼管の製造方法。
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