JP4277405B2

JP4277405B2 - 低温靱性および溶接性に優れた高強度電縫鋼管用熱延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP4277405B2
Application number: JP2000016432A
Authority: JP
Inventors: 伸隆黒澤; 敬坂田; 修古君
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: JP2001207220A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ラインパイプ用鋼管や油井管等の用途に供して好適な低温靱性および溶接性に優れた高強度電縫鋼管用熱延鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油危機以来、北海、カナダ、アラスカ等のような極寒地での原油、天然ガスの採掘およびパイプラインの敷設が活発に行われるようになっている。特にラインパイプの分野では、天然ガスやオイルの輸送効率向上のために高圧操業が指向されていることもあって、高強度で低温靱性に優れたラインパイプ用鋼材が必要とされている。
また、ラインパイプ用鋼材については、現地で周溶接を施す必要があることから、同時に低炭素当量化とすることも重要とされる。
【０００３】
このような要求を満たす従来鋼としては、Niを含有し、焼き入れ・焼き戻しを前提とした調質鋼が知られているが、この鋼は、成分コストが高いだけでなく、鋼管成形後に焼き入れ・焼き戻し処理を必要とすることから、経済性および生産性の両面で問題を残していた。
【０００４】
一方、熱延ままで高強度・高靱性を得る方法として、Nbを含有する鋼を、低温かつ大きな圧下率で圧延する制御圧延が知られており、主に厚板圧延の分野において多用されている。
この制御圧延は、低温で大きな圧下率を確保することにより、高靭性を得られることから、圧延スケジュールの制約が少なく、一般に圧延機能力の大きい厚板圧延においては有効ではあるが、仕上温度域において連続圧延される熱延ミルにおいては、設備上の制約から圧延素材サイズの上限が制限されることになる。
【０００５】
その他、低温での圧下率が小さくても組織を微細化し、高靱性を得る手段として、特開平４−17614 号公報に、スラブ加熱温度を1000℃以下と低温にする方法が提示されている。
この方法によれば、低温での圧下率を大きくせずとも微細な組織を得ることができるが、通常の熱延工場では粗圧延工程における負荷が増大し、やはり設備上の制約から圧延素材サイズの上限が制限されることになる。また、スラブ加熱温度の自由度の少なさから、生産性が阻害されるという問題もあった。
【０００６】
また、靱性を改善する別の観点からの提案として、一旦発生した脆性き裂の伝播を停止させる特性に優れた鋼板という考え方がある。これには、素材全体のき裂伝播特性を改善する方法と、特公平７−100814号公報に開示されているように、表面層を微細組織としてき裂伝播特性を改善する方法がある。
上記公報に記載の方法は、鋼材の厚みの２〜33％に対応する上下各表層部の領域をＡr₃点以上の温度から冷却速度：２℃/s以上で冷却を開始し、Ａr₃点以下に冷却して該冷却を中止して復熱させることを１回以上経由させる経過で、鋼材の表層部を、最後の冷却後の復熱が終了するまでの間に仕上圧延することによって、表層部を微細組織とするものであるが、この方法は、従来より表面の変形抵抗を増大するため、圧延荷重の増大を招き、やはり設備的な制約からの圧延素材のサイズの上限が制限されるという問題を残していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、設備的な制約なしに、通常の熱延工場でも容易に実施が可能な、低温靱性および溶接性に優れた高強度電縫綱管用熱延鋼板の有利な製造方法を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するために、従来、あまり検討されることのなかった比較的高温域での圧延、すなわち通常の熱延工場における粗圧廷と粗圧延から仕上圧延にかけての冷却処理について綿密な検討を重ねた結果、開発されたもので、鋼成分を所定の範囲に限定すると共に、圧延および冷却スケジュールを最適化することによって、所期した目的を達成したものである。
【０００９】
すなわち、この発明は、質量百分率で
Ｃ：0.01〜0.10％、
Si：0.3 ％以下、
Mn：0.5 〜2.0 ％、
Ｐ：0.03％以下、
Ｓ：0.005 ％以下、
Ｎ：0.005 ％以下および
Nb：0.01〜0.1 ％
を、次式(1)
５≦Mn／Si≦８ --- (1)
を満足する範囲において含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる鋼片を、1100〜1250℃に加熱後、熱間圧延に際し、1100℃以上で行う最初の圧延の圧下率：15〜30％、1000℃以上での合計圧下率：60％以上、最終圧延の圧下率：15〜30％の条件下で粗圧延を行ったのち、５℃/s以上の冷却速度で、鋼板の表層部（板厚の２〜５％の領域）をＡr₃点以下まで冷却し、ついで復熱または強制加熱により、表層部の温度が（Ａc₃−40℃）〜（Ａc₃＋40℃）となった時点で仕上圧延を開始し、950 ℃以下での合計圧下率：60％以上、圧延終了温度：Ａr₃点以上の条件で仕上圧延を終了し、この仕上圧延終了後２秒以内に冷却を開始し、10℃/s以上の速度で 600℃以下まで冷却し、 600〜350 ℃の温度範囲で巻取ることを特徴とする、低温靱性および溶接性に優れた高強度電縫鋼管用熱延鋼板の製造方法である。
【００１０】
また、この発明では、鋼片中に、さらに、次の(a), (b)および(c) 群のうちから選んだ少なくとも１群の元素を含有させることが好ましい。
(a)群 Ti：0.15％以下、Ｖ：0.1 ％以下のうちから選んだ１種または２種
(b)群 Mo：0.5 ％以下、Cr：0.5 ％以下のうちから選んだ１種または２種
(c)群 Cu：0.5 ％以下、Ni：0.5 ％以下のうちから選んだ１種または２種
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体的に説明する。
まず、この発明において、鋼片の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
Ｃ：0.01〜0.10mass％
Ｃは、強度上昇に有効な元素であり、所望強度を確保するためには0.01mass％以上の添加が必要であるが、多量に添加すると鋼の靱性および溶接性が阻害されるので、上限を0.10mass％に制限した。
【００１２】
Si：0.3 mass％以下
Siは、鋼の脱酸剤として有用であるが、電縫溶接時にペネトレータと呼ばれるMn−Si系の非金属介在物を形成し、溶接部の靱性低下の原因となりやすいため、0.3 mass％以下で含有させるものとした。
【００１３】
Mn：0.5 〜2.0 mass％
Mnは、強度確保のために0.5 mass％以上の添加が必要であるが、多くなると靱性、溶接性の低下を招くため、上限を2.0 mass％とした。
【００１４】
５≦Mn／Si≦８
また、電縫溶接時のペネトレータを減少するためには、MnとSiの比（Mn／Si）を所定の範囲に制限することが重要で、このMn／Si比が上記の範囲を外れると、Mn，Siの複合酸化物の融点が高くなり、ペネトレータが残存し易くなるので、Mn／Si比は次式(1) の範囲に制限した。
５≦Mn／Si≦８ --- (1)
【００１５】
Ｐ：0.03mass％以下
Ｐは、鋼中に不純物として存在し、偏析し易い元素であり、靱性の低下を招き易いので、極力低減することが望ましいが、0.03mass％以下であれば許容できる。
【００１６】
Ｓ：0.005 mass％以下
Ｓは、Ｐと同様に、靱性を低下させるので、極力低減することが望ましいが、0.005 mass％以下であれば許容できる。
【００１７】
Ｎ：0.005 mass％以下
Ｎは、ＰやＳと同様、靱性を低下させるので、極力低減することが望ましいが、0.005 mass％以下であれば許容できる。
【００１８】
Nb：0.01〜0.1 mass％
Nbは、オーステナイト粒の粗大化防止と、再結晶の抑制および強度確保のために添加されるが、含有量が0.01mass％に満たないとその添加効果に乏しく、一方0.1 mass％を超えると溶接性が阻害されるため、0.01〜0.1 mass％の範囲に限定した。
【００１９】
以上、必須成分について説明したが、この発明ではその他にも、
(a) 群：析出硬化元素、
(b) 群：焼入性改善元素および
(c) 群：強度改善元素
のうちから選んだ少なくとも１群の元素を適宜含有させることができる。各元素の好適含有量については次のとおりである。
Ti：0.15mass％以下
Tiは、オーステナイト粒の粗大化を防止して靱性を確保する上で有用なだけでなく、析出硬化により強度上昇にも有効に寄与するが、過剰の添加は溶接性を阻害するので、0.15mass％以下で含有させるものとした。
【００２０】
Ｖ：0.1 mass％以下
Ｖは、析出硬化による強度上昇に有用な元素であるが、多くなると溶接性を阻害するので、0.1 mass％以下に限定した。
【００２１】
Mo：0.5 mass％以下
Moは、焼入性を向上させ、強度上昇に有用な元素であるが、多くなると溶接性および靱性の低下を招くので、0.5 mass％以下に限定した。
【００２２】
Cr：0.5 mass％以下
Crは、Moと同様、焼入性を向上させ、強度を上昇させる有用な元素であるが、多くなると溶接性および靱性を低下させるので、0.5 mass％以下に限定した。
【００２３】
Cu：0.5 mass％以下
Cuは、強度上昇に有用な元素であるが、多くなると熱間加工の際、割れの発生が懸念されるだけでなく、溶接性も阻害されるので、0.5 mass％以下に限定した。
【００２４】
Ni：0.5 mass％以下
Niは、靱性向上に有用な元素であるが、多くなると溶接部の靱性がかえって劣化するので、Niは0.5 mass％以下で含有させるものとした。
【００２５】
この発明では、その他、脱酸剤としてAlを含有させることができる。しかしながら、多量添加は靱性の低下を招くので、Alは0.05mass％以下で含有させることが好ましい。
【００２６】
次に、この発明に従う、製造工程について具体的に説明する。
加熱温度：1100〜1250℃
オーステナイト粒の細粒化のためには低温加熱が好ましいが、低すぎると析出強化元素が固溶しなくなるだけでなく、圧延負荷が増大するので、これらを勘案して加熱温度は1100〜1250℃の範囲に限定した。
【００２７】
1100℃以上で行う最初の圧延の圧下率：15〜30％
熱間粗圧延工程において、圧延歪みにより完全な再結晶を生じさせるためには、圧下率は15％以上とする必要があるが、１パスでの大きな圧延は形状不良を招き易いので圧下率の上限を30％とした。また、かような圧延は、再結晶が生じ易いように1100℃以上の温度域で行うものとした。
【００２８】
1000℃以上での合計圧下率：60％以上、最終圧延の圧下率：15〜30％
1000℃以上での圧延は、再結晶によるオーステナイト粒の微細化のための圧延であり、その細粒化効果を充分に発揮させるためには合計圧下率を60％以上とする必要がある。
また、この時、最終圧下は、特にオーステナイト粒の微細化に重要であり、粗大な粒を含む混粒を含まないようにするためには15％以上の圧下率とする必要があるが、１パスでの大きな圧延は形状不良を招き易いため30％以下とする。
【００２９】
中間冷却と加熱工程
熱間粗圧延板の表層部のオーステナイト粒を微細化するためには、一旦、Ａr₃点以下まで冷却したのち、復熱あるいは外部からの加熱処理により温度上昇過程のフェライトからオーステナイトへの逆変態過程で圧延を施すことが有効である。加熱方法としては誘導加熱等の方法があるが特に限定するものではない。
上記の処理において、中間冷却速度が遅いと、表層部をＡr₃点以下まで低下させるのに長時間を要し、中央部の粒成長を招くだけでなく、生産性が阻害されるので、かかる中間冷却における冷却速度は５℃/s以上とした。なお、かかる中間冷却は、必ずしも強制冷却とする必要はなく、放冷処理によっても５℃/s以上の冷却が可能であれば、放冷処理で差し支えない。
また、この際、Ａr₃点以下まで低下させる鋼板表層部について、その厚みが板厚の２％以下では実質的な効果がなく、一方５％を超えると変形抵抗の増大による圧延負荷の増大を招くため、２〜５％の範囲とする必要がある。
【００３０】
仕上圧延工程
ついで、復熱あるいは外部からの加熱処理により、表層部の温度が（Ａc₃−40℃）〜（Ａc₃＋40℃）となった時点で仕上圧延を開始する。なお、圧延開始温度を上記の範囲としたのは、圧延温度が低すぎると、加工歪みによる粒成長が生じると共に変形抵抗が大きくなって圧延負荷が増大し、一方高すぎるとやはり粒成長が生じて、微細粒とならないからである。
また、この仕上圧延において、950 ℃以下の温度域は未再結晶域であるので、変態時に微細なフェライト粒を生成させるためには合計圧下率を60％以上とする必要がある。
さらに、Ａr₃点以下で圧延すると集合組織を形成し、靱性を低下させるので、圧延終了温度はＡr₃点以上とした。
【００３１】
冷却工程
圧延後の粒成長を抑制するために、冷却は圧延後直ちに行うのが好ましく、この観点からこの発明では、圧延後２秒以内に冷却を開始するものとした。
また、微細なフェライトを中心とする組織を得るためには、できるだけ速い速度で冷却することが好ましいので、冷却速度は10℃/s以上に限定した。
【００３２】
巻取り工程
コイルの巻取り温度が高いと、パーライト主体の組織となって、フェライト粒の粒成長が起こり易くなり、逆に巻取り温度が低いと第２相がマルテンサイト主体の組織となり、靱性が低下し易いので、コイルの巻取り温度は 600〜350 ℃の範囲に限定した。
なお、巻取り後の冷却速度は特に限定するものではなく、自然空冷、強制水冷等いずれの冷却方法を用いるかは製造する鋼板に応じて適宜決めれば良い。
【００３３】
【実施例】
表１に示す種々の組成組成に調整した溶鋼から、連続鋳造法によってスラブを製造し、得られた各スラブを、表２に示す種々の条件で熱間圧延することにより、板厚：15mmの熱延板とした。
かくして得られた熱延板の機械的諸特性について調べた結果を表３に示す。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【表２】

【００３６】
【表３】

【００３７】
表３から明らかなように、この発明法に従い得られた熱延板はいずれも、シヤルピー遷移温度および85％ＤＷＴＴ温度が良好であり、低温靱性および溶接性に優れていることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
かくして、この発明によれば、高価な合金元素を添加することなく、また鋼管全体を熱処理する必要なしに、低温靱性および溶接性に優れた高強度電縫鋼管の製造を得ることができ、製造コストおよび生産性の面で偉功を奏する。

Claims

質量百分率で
Ｃ：0.01〜0.10％、
Si：0.3 ％以下、
Mn：0.5 〜2.0 ％、
Ｐ：0.03％以下、
Ｓ：0.005 ％以下、
Ｎ：0.005 ％以下および
Nb：0.01〜0.1 ％
を、次式(1)
５≦Mn／Si≦８ --- (1)
を満足する範囲において含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる鋼片を、1100〜1250℃に加熱後、熱間圧延に際し、1100℃以上で行う最初の圧延の圧下率：15〜30％、1000℃以上での合計圧下率：60％以上、最終圧延の圧下率：15〜30％の条件下で粗圧延を行ったのち、５℃/s以上の冷却速度で、鋼板の表層部（板厚の２〜５％の領域）をＡr₃点以下まで冷却し、ついで復熱または強制加熱により、表層部の温度が（Ａc₃−40℃）〜（Ａc₃＋40℃）となった時点で仕上圧延を開始し、950 ℃以下での合計圧下率：60％以上、圧延終了温度：Ａr₃点以上の条件で仕上圧延を終了し、この仕上圧延終了後２秒以内に冷却を開始し、10℃/s以上の速度で 600℃以下まで冷却し、 600〜350 ℃の温度範囲で巻取ることを特徴とする、低温靱性および溶接性に優れた高強度電縫鋼管用熱延鋼板の製造方法。
請求項１において、鋼片が、さらに、次の(a), (b)および(c) 群のうちから選んだ少なくとも１群の元素を含有する組成になることを特徴とする、低温靱性および溶接性に優れた高強度電縫鋼管用熱延鋼板の製造方法。
(a)群 Ti：0.15％以下、Ｖ：0.1 ％以下のうちから選んだ１種または２種
(b)群 Mo：0.5 ％以下、Cr：0.5 ％以下のうちから選んだ１種または２種
(c)群 Cu：0.5 ％以下、Ni：0.5 ％以下のうちから選んだ１種または２種