JP3491148B2

JP3491148B2 - ラインパイプ用高強度高靱性継目無鋼管

Info

Publication number: JP3491148B2
Application number: JP2000123596A
Authority: JP
Inventors: 由紀夫宮田; 光男木村; 高明豊岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-02-02
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2004-01-26
Anticipated expiration: 2020-04-25
Also published as: JP2001288532A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラインパイプ用高
強度高靱性継目無鋼管に関し、とくに、ＡＰＩ−５Ｌの
Ｘ80級のラインパイプ用高強度高靱性継目無鋼管に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】原油や天然ガスを輸送するためのパイプ
ラインやライザー用として、要求特性に応じ種々の鋼管
が開発され、実用化されている。その中で、Ｘ80級の強
度（降伏強さＹＳ：551 MPa 以上、引張り強さＴＳ： 6
20〜 827MPa ）を有する継目無鋼管も開発されている
が、現状、靱性レベルは溶接部も含めると破面遷移温度
がせいぜい-60 ℃である。

【０００３】しかしながら、近年の油井環境の過酷化、
開発費の節約の観点から、材料にはさらなる高強度高靱
性が要求されるようになっている。また、Ｘ80級の強度
を有する継目無鋼管は、通常、次の熱処理方法により強
度調整される。継目無鋼管製造後一旦冷却し、再加熱して焼入れ、そ
の後焼き戻すいわゆる再加熱焼入れ−焼戻し（ＲＱ−
Ｔ）継目無鋼管製造後直ちに焼入れ、その後焼き戻すいわ
ゆる直接焼入れ−焼戻し（ＤＱ−Ｔ）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同じ組
成の鋼でも、サイズによって冷却速度が異なるので、焼
入れ後の強度は異なり、そのため、焼戻し条件を変更し
て対応することになる。したがって、適度な焼戻し軟化
抵抗性を確保することが課題となっていた。そこで、本
発明は、Ｘ80級の高強度と破面遷移温度−60℃以下の低
温靱性を有し、しかも適度な焼戻し軟化抵抗性を有する
ラインパイプ用の継目無鋼管を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために、鋭意考究・実験を重ね、以下に挙げ
る重要な知見を得た。高強度を確保するには、Ｃ量を高
めることが有効であるが、一方で低温靱性を著しく劣化
させてしまう。また、溶接性の確保のためには、Ｃ量は
低いほど好ましい。

【０００６】Ｃ量を低く抑えたうえで、高強度を確保す
るには、Mn、Ni、Moなどの合金元素の添加が有効であ
る。なお、低Ｃ鋼の焼入れ性改善にはＢの微量添加が有
効であることが知られているが、Ｂには溶接部の靱性に
悪影響を与えるという負の作用があり、しかも、その影
響はＮやTiなどの析出物生成元素の含有量に大きく左右
されるため、Ｂの微量添加によるのでは靱性の安定確保
が困難である。

【０００７】低温靱性を確保したうえで、Ｘ80級の強度
を得るための焼入れ性を確保するには、Mo量とＶ量とを
図１に示す適正範囲に制御する必要がある。さらに、焼
戻し条件の変更による強度調整を容易ならしめるため、
焼戻し軟化抵抗性を適正化する必要があり、そのために
は、Nb量とＶ量とを図２に示す適正範囲に制御する必要
がある。

【０００８】本発明は、これらの知見に基づいて完成さ
れたものであり、その要旨とするところは、質量％で、
Ｃ：0.03〜0.06％、Si：0.05〜0.15％、Mn：1.6 〜2.0
％、Al：0.010 〜0.10％、Ni：0.3 〜0.7 ％、Mo：0.10
〜0.40％、Ｖ：0.06％以下、Nb：0.03％以下、Ti：0.00
3 〜0.020 ％、Ｎ：0.0010〜0.0100％を含有し、かつ、
Mo＋５Ｖ≧0.4 ％、２Nb−Ｖ≦０％、なる関係を満足
し、残部Feおよび不可避的不純物からなるラインパイプ
用高強度高靱性継目無鋼管にある。

【０００９】この継目無鋼管は、Ｘ80級の強度、破面遷
移温度−60℃以下の低温靱性、および、600 ℃×30分の
焼戻しと650 ℃×30分の焼戻しでの降伏強さの差が30〜
70MPa になる焼戻し軟化抵抗性を有することが特徴的で
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明において鋼の組成（化学成
分）を上記のように限定した理由を以下に述べる。な
お、化学成分含有量（濃度）を表す％は質量％を意味す
る。Ｃ：0.03〜0.06％Ｃは、鋼の強度に関係する重要な元素であり、焼入れ性
を高めてＸ80級の強度を確保するために0.03％以上を必
要とするが、一方、0.06％を超えると溶接割れ感受性を
高めるため、0.03〜0.06％とする。

【００１１】Si：0.05〜0.15％ Siは、製鋼における脱酸剤として、また高強度化のため
に必要であり、0.05％未満ではその効果に乏しく、一
方、0.15％を超えると母材、ＨＡＺの靱性劣化や溶接性
の低下を招来するため、0.05〜0.15％とする。 Mn：1.6 〜2.0 ％ Mnは、焼入れ性を高めて高強度化するために必要であ
り、また母材およびＨＡＺの靱性を向上させる働きもあ
るが、1.6 ％未満ではこれらの諸効果を得難く、一方、
2.0 ％を超えて添加しても効果は飽和するため、1.6 〜
2.0 ％とする。

【００１２】Al：0.010 〜0.10％ Alは、製鋼における脱酸剤として作用するとともに、Ｎ
と結合してAlN を形成し結晶粒を微細化し靱性を向上さ
せる効果を有している。この効果を得るために0.010 ％
以上の添加を必要とするが、0.070 ％を超えるとAl₂O₃
系介在物が増加し靭性を劣化させるとともに、表面欠陥
が多発する懸念がある。そのため、Alは0.010 〜0.10％
とする。なお、安定した表面品質を確保する観点からは
0.010 〜0.050 ％が好ましい。

【００１３】Ni：0.3 〜0.7 ％ Niは、母材およびＨＡＺの靱性を向上させる働きがあ
る。この効果は0.3 ％以上の添加で顕現する。しかし、
0.7 ％を超えて添加しても靱性、耐食性の向上効果が飽
和し、徒にコスト高を招く結果となって不利である。こ
のためNi量は0.3〜0.7 ％とする。

【００１４】Mo：0.10〜0.40％ Moは、焼入れ性向上および固溶強化のために必須に添加
され、その効果を得るには0.10％以上を必要とするが、
0.40％を超える添加は特に溶接部の靱性の劣化を招くた
め、0.10〜0.40％とする。Ｖ：0.06％以下Ｖは、炭窒化物として基地中に析出させて焼戻し軟化抵
抗を適正化に資するために必須に添加されるが、0.06％
を超えると特に溶接部の靱性を劣化させるため、0.06％
以下に限定する。

【００１５】Nb：0.03％以下 Nbは、炭窒化物として基地中に析出させて焼戻し軟化抵
抗の適正化に資するために必須に添加されるが、0.03％
を超えて添加すると焼戻し軟化抵抗が過大となるため0.
03％以下に限定する。 Ti：0.003 〜0.020 ％ Tiは、炭化物を形成し結晶粒を微細化し靱性を向上させ
るとともに、基地中に析出して強度を増加させて高強度
化に寄与する。その効果は0.003 ％以上の添加で発現す
るが、一方、0.020 ％を超えて添加すると、焼入れ性の
確保が難しくなるとともに靭性も劣化する。このため、
Tiは0.003 〜0.020 ％とする。なお、より好ましくは0.
010 〜0.018 ％である。

【００１６】Ｎ：0.0010〜0.0100％Ｎは、AlN の形成やＶ、Nbの炭窒化物形成のために0.00
10％以上の含有を必要とするが、0.0100％を超える含有
はＨＡＺの靱性を劣化させるので、0.0010〜0.0100％と
する。なお、より好ましくは0.0030〜0.0080％である。 Mo＋５Ｖ≧0.4 ％個々の成分元素がそれぞれ上記の限定範囲内にあって
も、Mo量とＶ量の５倍の和が0.4 ％未満であると、焼入
れ性が不足してＸ80級の強度を確保するのが難しくな
る。よって、Mo量とＶ量とは、Mo＋５Ｖ≧0.4 ％なる関
係を満たす必要がある。（図１参照）２Nb−Ｖ≦０％個々の成分元素がそれぞれ上記の限定範囲内にあって
も、Nb量の２倍とＶ量の差が０％を超えると焼戻し軟化
抵抗が過大となり、サイズによらず焼戻し条件を変更す
るだけで強度調整を行うことが困難となる。そのため、
Nb量とＶ量とは、２Nb−Ｖ≦０％なる関係を満たす必要
がある。（図２参照）その他不可避的不純物としてＰ、Ｓ、Ｏを含有するが、
母材靱性確保の面からできるだけ低減するのが望まし
い。なお、Ｐ、Ｓ、Ｏはそれぞれ0.03％、0.01％、0.01
％までは許容できる。

【００１７】次に、本発明鋼管の好ましい製造プロセス
について説明する。上記組成になる鋼を転炉あるいは電
気炉で溶製し、連続鋳造法あるいは造塊法により凝固さ
せ鋳片を得る。その過程で溶鋼の取鍋精錬、真空脱ガス
等は必要に応じて実施する。得られた鋳片をそのまま、
あるいはさらに熱間圧延して鋼管素材とする。

【００１８】前記鋼管素材をAc₃点以上に加熱し、プラ
グミル方式、マンドレルミル方式等の熱間管圧延により
継目無鋼管とし、あるいはさらにサイザ、ストレッチレ
デューサにより熱間のまま所望の寸法に造管する。造管
後は、所望の強度−靱性バランスを得るために焼入れ−
焼戻し（Ｑ−Ｔ）からなる熱処理を行う。焼入れ（Ｑ）
は、造管後の熱間状態から直ちにMs点以下（200 ℃程度
以下）まで冷却する直接焼入れ（ＤＱ）、造管後常温付
近まで放冷しその後γ域に再加熱したうえでMs点以下ま
で冷却する再加熱焼入れ（ＲＱ）のいずれで行ってもよ
い。Ｑ−Ｔ後にＸ80級の強度を得るには、γ域の温度か
ら、好ましくは20℃/s以上の冷却速度で、焼入れた後、
Ac₁点未満（好ましくは550℃以上）の範囲内に適宜設
定した温度で焼き戻せばよい。焼戻し温度での保持時間
は適宜決定すればよく、通常は10〜 120min 程度に設定
される。

【００１９】

【実施例】表１に示す組成になる鋼を転炉で溶製し、真
空脱ガス処理を行い、連続鋳造法により凝固させて得た
鋳片をビレット圧延して鋼管素材とした。これら鋼管素
材をマンネスマン−プラグミル方式の管製造設備により
外径219mm ×肉厚11.1mmの継目無鋼管となし、該鋼管を
表２に示す条件で熱処理した。この熱処理は次のように
して行った。焼入れ・造管後、オーステナイト温度域から直接水焼入れ（Ｄ
Ｑ）、あるいは、・一旦室温まで冷却してから再加熱（950 ℃×15分）
し、900 ℃から水焼入れ（ＲＱ）焼戻し・600 ℃×30分、および、650 ℃×30分、あるいは、・620 ℃×30分焼入れ後の硬さ、焼戻し後の引張特性（強度：ＹＳ，Ｔ
Ｓ、伸び：Ｅl ）、シャルピー試験における50％破面遷
移温度（50%FATT ）を調査した。また、市販のＸ80級溶
接材料を用いてＴＩＧ溶接（電圧15V 、電流200A、溶接
速度10kJ/min、入熱18kJ/cm ）にて鋼管継手を作製しＨ
ＡＺ（ボンドから1mm ）の50%FATT を調査した。それら
の結果を表２に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】表２より、本発明範囲内のもの（本発明
例）では、Ｘ80級の強度、優れた低温靱性、および、適
度な焼戻し軟化抵抗性を呈したのに対し、本発明範囲外
のもの（比較例）では、強度、低温靱性、焼戻し軟化抵
抗性の少なくともいずれかが不十分もしくは過度であっ
た。

【００２３】

【発明の効果】本発明の継目無鋼管は、Ｘ80級の強度と
優れた低温靱性を有し、かつ適度な焼戻し軟化抵抗性を
有するので、サイズによらず目標強度を容易に達成で
き、複数サイズの成分統合が可能となってラインパイプ
用鋼管のコストダウンが図れるという優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】Mo量とＶ量の適正範囲を示す領域図である。

【図２】Nb量とＶ量の適正範囲を示す領域図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平９−41074（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：0.03〜0.06％、Si：0.05
〜0.15％、Mn：1.6〜2.0 ％、Al：0.010 〜0.10％、N
i：0.3 〜0.7 ％、Mo：0.10〜0.40％、Ｖ：0.06％以
下、Nb：0.03％以下、Ti：0.003 〜0.020 ％、Ｎ：0.00
10〜0.0100％を含有し、かつ、Mo＋５Ｖ≧0.4 ％、２Nb
−Ｖ≦０％、なる関係を満足し、残部Feおよび不可避的
不純物からなるラインパイプ用高強度高靱性継目無鋼
管。
【請求項２】Ｘ80級の強度、破面遷移温度−60℃以下
の低温靱性、および、600 ℃×30分の焼戻しと650 ℃×
30分の焼戻しでの降伏強さの差が30〜70MPaになる焼戻
し軟化抵抗性を有することを特徴とする請求項１記載継
目無鋼管。