JP5565420B2 - UOE steel pipe for line pipe - Google Patents
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Description
本発明は、UOE鋼管に関し、さらに詳しくは、ラインパイプ用UOE鋼管に関する。 The present invention relates to a UOE steel pipe, and more particularly to a UOE steel pipe for a line pipe.
近年生産される原油や天然ガスは、湿潤な硫化水素(H2S)を含む。掘削された原油や天然ガスを搬送するパイプラインでは、硫化水素に起因した水素誘起割れ(Hydrogen Induced Cracking:以下、HICと称する)の発生が問題となる。そのため、パイプラインに使用されるUOE鋼管は、優れた耐HIC性を要求される。 Crude oil and natural gas produced in recent years contain wet hydrogen sulfide (H 2 S). In pipelines that transport excavated crude oil and natural gas, the occurrence of hydrogen induced cracking (hereinafter referred to as HIC) due to hydrogen sulfide is a problem. Therefore, the UOE steel pipe used for the pipeline is required to have excellent HIC resistance.
さらに、最近のパイプラインでは、輸送効率の向上が求められている。操業圧力を上げれば輸送効率は向上するが、操業圧力を上げるためには、パイプラインを構成するUOE鋼管の強度を上げる必要がある。具体的には、API規格のX80グレード以上(引張強度が625MPa以上)の高強度を有するUOE鋼管が求められている。 Furthermore, recent pipelines are required to improve transportation efficiency. If the operating pressure is increased, the transportation efficiency is improved, but in order to increase the operating pressure, it is necessary to increase the strength of the UOE steel pipe constituting the pipeline. Specifically, a UOE steel pipe having a high strength of API standard X80 grade or higher (tensile strength of 625 MPa or higher) is required.
特開平5−271766号公報は、高強度であり、かつ、優れた耐HIC性を有するパイプライン用鋼板を提案する。この文献では、HICは中心偏析に起因するものと考え、中心偏析を引き起こすMn、P、Sの含有量を低減する。さらに、強度を高めるために、Cr、Moを含有する。これにより、高強度及び優れた耐HIC性が得られると記載されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 5-271766 proposes a steel plate for pipelines having high strength and excellent HIC resistance. In this document, HIC is considered to be caused by center segregation, and the contents of Mn, P, and S that cause center segregation are reduced. Furthermore, in order to increase the strength, Cr and Mo are contained. This describes that high strength and excellent HIC resistance can be obtained.
しかしながら、特開平5−271766号公報は、UOE鋼管ではなく鋼板に関する提案であり、耐HIC性の改善策として、中心偏析の改善を挙げているにとどまる。したがって、中心偏析が改善されても、他の要因でHICが発生する場合がある。 However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-271766 is a proposal related to a steel sheet, not a UOE steel pipe, and only mentions improvement of center segregation as a measure for improving HIC resistance. Therefore, even if the center segregation is improved, HIC may occur due to other factors.
本発明の目的は、高強度であっても優れた耐HIC性を有するラインパイプ用UOE鋼管を提供することである。 An object of the present invention is to provide a UOE steel pipe for line pipes having excellent HIC resistance even with high strength.
本実施形態によるラインパイプ用UOE鋼管は、質量%で、C:0.01〜0.1%、Si:0.01〜0.5%、Mn:1.0〜1.7%、P:0.015%以下、S:0.002%以下、Cr:0.01〜0.45%、Mo:0.03〜0.5%、Al:0.005〜0.05%、Ca:0.0005〜0.0050%、N:0.001〜0.005%、及び、Ti:0.005〜0.03%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、ベイナイト単相組織を有し、UOE鋼管の内外表層の硬さはHV10で200〜255であり、UOE鋼管の肉厚中心部の硬さはHV10で200〜248であり、625MPa以上の引張強度を有する。 The UOE steel pipe for line pipes according to the present embodiment is in mass%, C: 0.01 to 0.1%, Si: 0.01 to 0.5%, Mn: 1.0 to 1.7%, P: 0.015% or less, S: 0.002% or less, Cr: 0.01 to 0.45%, Mo: 0.03 to 0.5%, Al: 0.005 to 0.05%, Ca: 0 .0005 to 0.0050%, N: 0.001 to 0.005%, and Ti: 0.005 to 0.03%, with the balance being Fe and impurities and having a bainite single phase structure The hardness of the inner and outer surface layers of the UOE steel pipe is 200 to 255 at HV10, and the hardness of the thickness center part of the UOE steel pipe is 200 to 248 at HV10, and has a tensile strength of 625 MPa or more.
この場合、ラインパイプ用UOE鋼管は、高強度であっても優れた耐HIC性を有する。 In this case, the UOE steel pipe for line pipes has excellent HIC resistance even if it has high strength.
本実施形態によるラインパイプ用UOE鋼管はさらに、Feの一部に代えて、Cu:0.5%以下、Ni:0.5%以下、Nb:0.05%以下、及び、V:0.10%以下からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。 The UOE steel pipe for line pipe according to this embodiment is further replaced with a part of Fe: Cu: 0.5% or less, Ni: 0.5% or less, Nb: 0.05% or less, and V: 0.00. You may contain 1 or more types selected from the group which consists of 10% or less.
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。以下、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, “%” of the element content means mass%.
[本実施の形態によるUOE鋼管の概要]
本発明者らは、高強度のラインパイプ用UOE鋼管の耐HIC性について調査、検討を行った。その結果、次の知見を得た。
[Outline of UOE steel pipe according to this embodiment]
The present inventors investigated and examined the HIC resistance of high strength UOE steel pipes for line pipes. As a result, the following knowledge was obtained.
(A)中心偏析が抑えられた鋼板は、高強度であっても優れた耐HIC性を有する。しかしながら、そのような鋼板を用いてCプレス、Uプレス及びOプレス等の製管工程を実施してUOE鋼管を製造した場合、HICが発生する場合がある。 (A) A steel sheet in which center segregation is suppressed has excellent HIC resistance even if it has high strength. However, when a UOE steel pipe is manufactured by performing a pipe manufacturing process such as a C press, a U press, and an O press using such a steel plate, HIC may occur.
(B)上記HICの発生原因は、製管工程における鋼板の硬さの上昇である。図1は、UOE鋼管の横断面における径方向(肉厚方向)の硬さの分布図である。図1は次の方法で得られた。板厚方向の硬さがほぼ一定であり、互いに異なる硬さを有する鋼板を2枚準備した。これらの鋼板の化学組成は、後述する本実施形態の化学組成の範囲内であり、引張強度は、625MPa以上であった。各鋼板に対して、Cプレス、Uプレス及びOプレスを実施して2つのUOE鋼管(マークI、マークII)を製造した。製造された各UOE鋼管の横断面(UOE鋼管の軸方向と直交する断面)において、断面の頂上を原点(0度)と仮定した。時計回りに90度の位置(90度位置)と、180度の位置(180度位置)において、外面から内面に向かって径方向(肉厚方向)に0.5mmピッチで、JIS Z2244(2009)に準拠したビッカース硬さ試験を実施した。試験力は10kgf=98.07Nとした。得られた硬さ(HV10)に基づいて、図1を完成した。 (B) The cause of occurrence of the HIC is an increase in the hardness of the steel sheet in the pipe making process. FIG. 1 is a distribution diagram of hardness in the radial direction (thickness direction) in the cross section of the UOE steel pipe. FIG. 1 was obtained by the following method. Two steel plates having substantially constant hardness in the plate thickness direction and different hardnesses were prepared. The chemical composition of these steel sheets was within the range of the chemical composition of this embodiment described later, and the tensile strength was 625 MPa or more. Two UOE steel pipes (Mark I and Mark II) were manufactured by performing C press, U press and O press on each steel plate. In the cross section of each manufactured UOE steel pipe (cross section perpendicular to the axial direction of the UOE steel pipe), the top of the cross section was assumed to be the origin (0 degree). JIS Z2244 (2009) at a pitch of 0.5 mm in the radial direction (thickness direction) from the outer surface to the inner surface at 90 degrees clockwise position (90 degrees position) and 180 degrees position (180 degrees position). The Vickers hardness test based on the above was carried out. The test force was 10 kgf = 98.07N. Based on the hardness (HV10) obtained, FIG. 1 was completed.
図1中の△印は、マークIのUOE鋼管の試験結果であり、◇印は、マークIIの試験結果である。図1を参照して、いずれのUOE鋼管においても、鋼管の径方向(肉厚方向)において、肉厚中心部の硬さは、製管前の鋼板の硬さとほぼ同じであった。しかしながら、肉厚中心部から内面及び外面に向かうにしたがって、硬さが上昇した。そして、マークIでは、内面を含む内表層、及び、外面を含む外表層の硬さの最大値が255HV10を超えた。 In FIG. 1, Δ marks are test results of UOE steel pipes with mark I, and ◇ marks are test results of mark II. Referring to FIG. 1, in any UOE steel pipe, the hardness at the central portion in the radial direction (thickness direction) of the steel pipe was substantially the same as the hardness of the steel plate before pipe making. However, the hardness increased from the center of thickness toward the inner and outer surfaces. In the mark I, the maximum hardness of the inner surface layer including the inner surface and the outer surface layer including the outer surface exceeded 255 HV10.
マークI及びマークIIのUOE鋼管について、後述するHIC試験を実施した結果、マークIではHICが発生し、マークIIではHICが発生しなかった。図1及びHIC試験結果から、次の事項が推定される。 As a result of performing the HIC test described later on the UOE steel pipes of Mark I and Mark II, HIC was generated in Mark I, and no HIC was generated in Mark II. From FIG. 1 and the HIC test results, the following matters are estimated.
(C)HICの発生は、まずは、鋼中の水素濃度(C0)と、鋼がHICを発するまでに許容可能な水素濃度(Cth)と関係がある。内外表層は、内外表層及び肉厚中心部以外の他の部分と比較して、許容水素濃度Cthが低い。なぜならば、内外表層は、連続鋳造時に生成される浮上介在物(たとえば、Al2O3、CaO等の酸化物系介在物)を含有し、この浮上介在物は、許容可能な水素濃度(以下、許容水素濃度という)Cthを低下させるからである。 (C) The generation of HIC is first related to the hydrogen concentration (C0) in steel and the allowable hydrogen concentration (Cth) until the steel emits HIC. The inner and outer surface layers have a lower permissible hydrogen concentration Cth than other portions other than the inner and outer surface layers and the thickness center portion. This is because the inner and outer surface layers contain floating inclusions (for example, oxide inclusions such as Al 2 O 3 and CaO) generated during continuous casting. This is because Cth (referred to as allowable hydrogen concentration) is lowered.
(D)一方、肉厚中心部の許容水素濃度Cthは、内外表層の許容水素濃度Cthよりも低い。なぜならば、肉厚中心部には中心偏析により炭窒化物が生成され成長し、この炭窒化物は酸化物系介在物よりもHIC割れ感受性を高めるからである。さらに、肉厚中心部には、中心偏析により水素が凝集しやすいため、肉厚中心部における水素濃度C0は、肉厚中心部以外の他の部分よりも高い。つまり、水素濃度C0、Cthの観点からは、HIC割れ感受性は、肉厚中心部で最も高く、次いで内外表層部で高い。 (D) On the other hand, the allowable hydrogen concentration Cth at the center of the thickness is lower than the allowable hydrogen concentration Cth of the inner and outer surface layers. This is because carbonitrides are generated and grown by center segregation at the thickness center, and this carbonitride has higher HIC cracking susceptibility than oxide inclusions. Furthermore, since hydrogen tends to aggregate in the central thickness portion due to center segregation, the hydrogen concentration C0 in the central thickness portion is higher than in other portions other than the central thickness portion. That is, from the viewpoint of the hydrogen concentrations C0 and Cth, the HIC cracking susceptibility is highest at the thickness center portion and then at the inner and outer surface layer portions.
(E)ところで、UOE鋼管は、その母材である鋼板での板厚方向の硬さにばらつきがなくても、製管工程により内外表層の硬さが上昇する。製管時、外表層(外面を含む表層)には引張ひずみが掛かり、内表層(内面を含む表層)には圧縮ひずみが掛かる。一方、肉厚中心部には、内外表層と比較して、ひずみがあまり掛からない。そのため、肉厚中心部の硬さと比較して、内外表層の硬さが顕著に上昇する。この硬さの上昇はHIC割れ感受性を高める。 (E) By the way, the hardness of the inner and outer surface layers of the UOE steel pipe is increased by the pipe making process even if there is no variation in the thickness in the thickness direction of the steel sheet as the base material. During pipe production, tensile strain is applied to the outer surface layer (surface layer including the outer surface), and compressive strain is applied to the inner surface layer (surface layer including the inner surface). On the other hand, compared to the inner and outer surface layers, strain is not so much applied to the central wall portion. Therefore, the hardness of the inner and outer surface layers is remarkably increased as compared with the hardness of the thickness center portion. This increase in hardness increases HIC cracking susceptibility.
(F)以上より、UOE鋼管のHIC発生は、鋼中の水素濃度、許容可能な水素濃度と関連する割れ感受性のみならず、製管による硬さ変化によるHIC割れ感受性上昇の相乗効果をも考慮する必要がある。つまり、水素濃度の観点から割れ感受性が高い肉厚中心部の硬さを制限するだけでなく、製管時に上昇する内外表層の硬さも制限する必要がある。 (F) From the above, HIC generation in UOE steel pipes takes into account the synergistic effect of increased HIC cracking susceptibility due to changes in hardness due to pipemaking as well as cracking susceptibility related to hydrogen concentration and allowable hydrogen concentration in steel. There is a need to. That is, it is necessary not only to limit the hardness of the thickness center portion having high susceptibility to cracking from the viewpoint of hydrogen concentration, but also to limit the hardness of the inner and outer surface layers that rise during pipe making.
より具体的には、肉厚中心部の硬さの上限を248HV10とし、内外表層の硬さの上限を255HV10とすれば、API規格X80グレード以上の強度を有するUOE鋼管でもHICの発生が抑制される。 More specifically, if the upper limit of the hardness at the center of the wall thickness is 248 HV10 and the upper limit of the hardness of the inner and outer surface layers is 255 HV10, the generation of HIC is suppressed even in UOE steel pipes having a strength of API standard X80 grade or higher. The
以上の知見に基づいて、本実施形態によるラインパイプ用UOE鋼管は完成された。以下、本実施形態によるラインパイプ用UOE鋼管の詳細を説明する。 Based on the above knowledge, the UOE steel pipe for line pipes according to the present embodiment has been completed. Hereinafter, the details of the UOE steel pipe for line pipe according to the present embodiment will be described.
[化学組成]
本実施形態によるラインパイプ用UOE鋼管は、以下の化学組成を有する。上述のとおり、元素に関する%は、質量%を意味する。
[Chemical composition]
The UOE steel pipe for line pipes according to this embodiment has the following chemical composition. As above-mentioned,% regarding an element means the mass%.
C:0.01〜0.1%
炭素(C)は鋼の強度を高める。しかしながら、C含有量が高すぎれば、鋼の化学組成が包晶域に含まれる。そのため、連続鋳造により鋼を製造しにくくなる。したがって、C含有量は0.01〜0.1%である。好ましいC含有量の下限は、0.01%よりも高く、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは、0.04%である。好ましいC含有量の上限は、0.1%未満であり、さらに好ましくは、0.07%であり、さらに好ましくは、0.06%である。
C: 0.01 to 0.1%
Carbon (C) increases the strength of the steel. However, if the C content is too high, the chemical composition of the steel is included in the peritectic region. Therefore, it becomes difficult to manufacture steel by continuous casting. Therefore, the C content is 0.01 to 0.1%. The lower limit of the preferable C content is higher than 0.01%, more preferably 0.03%, and further preferably 0.04%. The upper limit of the preferable C content is less than 0.1%, more preferably 0.07%, and still more preferably 0.06%.
Si:0.01〜0.5%
シリコン(Si)は鋼を脱酸する。しかしながら、Si含有量が高すぎれば、靭性が低下する。したがって、Si含有量は0.01〜0.5%である。好ましいSi含有量の下限は、0.01%よりも高く、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは、0.05%である。好ましいSi含有量の上限は、0.5%未満であり、さらに好ましくは、0.40%であり、さらに好ましくは、0.35%である。
Si: 0.01 to 0.5%
Silicon (Si) deoxidizes steel. However, if the Si content is too high, the toughness decreases. Therefore, the Si content is 0.01 to 0.5%. The minimum of preferable Si content is higher than 0.01%, More preferably, it is 0.03%, More preferably, it is 0.05%. The upper limit of the preferable Si content is less than 0.5%, more preferably 0.40%, and still more preferably 0.35%.
Mn:1.0〜1.7%
マンガン(Mn)は鋼の強度を高める。しかしながら、Mn含有量が高すぎれば、肉厚中央部における正偏析帯のMn濃度が高くなり、湿潤H2S環境下においてHICが発生しやすくなる。したがって、Mn含有量は1.0〜1.7%である。好ましいMn含有量の下限は1.0%よりも高く、さらに好ましくは、1.1%であり、さらに好ましくは、1.2%である。好ましいMn含有量の上限は1.7%未満であり、さらに好ましくは、1.6%であり、さらに好ましくは、1.5%である。
Mn: 1.0 to 1.7%
Manganese (Mn) increases the strength of the steel. However, if the Mn content is too high, the Mn concentration in the positive segregation zone at the center of the thickness becomes high, and HIC tends to occur in a wet H 2 S environment. Therefore, the Mn content is 1.0 to 1.7%. The minimum of preferable Mn content is higher than 1.0%, More preferably, it is 1.1%, More preferably, it is 1.2%. The upper limit of the preferable Mn content is less than 1.7%, more preferably 1.6%, and still more preferably 1.5%.
P:0.015%以下
燐(P)は不純物である。Pは、Mnと同様に、肉厚中心部で正偏析しやすく、正偏析部を硬化する。正偏析部の硬化はHICを引き起こす。したがって、P含有量は少ない方が好ましい。P含有量は0.015%以下である。好ましいP含有量は、0.015%未満であり、さらに好ましくは、0.010%以下である。
P: 0.015% or less Phosphorus (P) is an impurity. P, like Mn, is easily segregated positively at the center of the thickness and hardens the positive segregation part. Curing of the positive segregation part causes HIC. Therefore, it is preferable that the P content is small. The P content is 0.015% or less. The preferable P content is less than 0.015%, and more preferably 0.010% or less.
S:0.002%以下
硫黄(S)は不純物である。SはMnSを形成する。MnSは、HICの発生起点となる。したがって、S含有量はなるべく低い方が好ましい。S含有量は、0.002%以下である。好ましいS含有量は、0.002%未満であり、さらに好ましくは、0.001%以下である。
S: 0.002% or less Sulfur (S) is an impurity. S forms MnS. MnS is a starting point for generating HIC. Accordingly, the S content is preferably as low as possible. The S content is 0.002% or less. The preferable S content is less than 0.002%, and more preferably 0.001% or less.
Cr:0.01〜0.45%
クロム(Cr)は、鋼の強度及び靭性を高める。しかしながら、Cr含有量が高すぎれば、溶接性が低下し、溶接割れが発生しやすくなる。したがって、Cr含有量は、0.01〜0.45%である。好ましいCr含有量の下限は、0.01%よりも高く、さらに好ましくは、0.05%であり、さらに好ましくは、0.1%である。好ましいCr含有量の上限は、0.45%未満であり、さらに好ましくは、0.35%であり、さらに好ましくは、0.3%である。
Cr: 0.01 to 0.45%
Chromium (Cr) increases the strength and toughness of the steel. However, if the Cr content is too high, weldability is lowered and weld cracks are likely to occur. Therefore, the Cr content is 0.01 to 0.45%. The minimum of preferable Cr content is higher than 0.01%, More preferably, it is 0.05%, More preferably, it is 0.1%. The upper limit of the preferable Cr content is less than 0.45%, more preferably 0.35%, and still more preferably 0.3%.
Mo:0.03〜0.5%
モリブデン(Mo)は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。さらに、Moのミクロ偏析は生じにくいため、中心偏析に起因するHICの発生が抑制される。しかしながら、Moは高価であるため、Moが過剰に含有されれば、製造コストが増大する。したがって、Mo含有量は、0.03〜0.5%である。好ましいMo含有量の下限は、0.03%を超え、さらに好ましくは、0.05%であり、さらに好ましくは、0.1%である。好ましいMo含有量の上限は、0.5%未満であり、さらに好ましくは、0.4%であり、さらに好ましくは、0.3%である。
Mo: 0.03-0.5%
Molybdenum (Mo) increases the hardenability of the steel and increases the strength of the steel. Furthermore, since micro segregation of Mo hardly occurs, generation of HIC due to center segregation is suppressed. However, since Mo is expensive, if Mo is contained excessively, the manufacturing cost increases. Therefore, the Mo content is 0.03 to 0.5%. The minimum of preferable Mo content exceeds 0.03%, More preferably, it is 0.05%, More preferably, it is 0.1%. The upper limit of the preferable Mo content is less than 0.5%, more preferably 0.4%, and still more preferably 0.3%.
Al:0.005〜0.05%
アルミニウム(Al)は、鋼を脱酸する。しかしながら、Al含有量が高すぎれば、鋼の清浄性及び靭性が低下する。したがって、Al含有量は0.005〜0.05%である。好ましいAl含有量の下限は、0.005%よりも高く、さらに好ましくは、0.01%であり、さらに好ましくは、0.015%である。好ましいAl含有量の上限は、0.05%未満であり、さらに好ましくは、0.045%であり、さらに好ましくは、0.04%である。
Al: 0.005 to 0.05%
Aluminum (Al) deoxidizes steel. However, if the Al content is too high, the cleanliness and toughness of the steel decrease. Therefore, the Al content is 0.005 to 0.05%. The minimum of preferable Al content is higher than 0.005%, More preferably, it is 0.01%, More preferably, it is 0.015%. The upper limit of the preferable Al content is less than 0.05%, more preferably 0.045%, and further preferably 0.04%.
なお、本実施の形態におけるAl含有量とは、sol.Al(酸可溶Al)の含有量を意味する。 The Al content in the present embodiment is sol. It means the content of Al (acid-soluble Al).
Ca:0.0005%〜0.0050%
カルシウム(Ca)は、HICの発生起点となるMnSの形態を球状に制御し、HICの発生を抑制する。Caはさらに、CaSを形成し、MnSの生成を抑制する。一方、Caが過剰に含有されれば、その効果は飽和し、製造コストが増加する。したがって、Ca含有量は、0.0005%〜0.0050%である。好ましいCa含有量の下限は、0.0005%を超え、さらに好ましくは、0.001%であり、さらに好ましくは、0.0015%である。好ましいCa含有量の上限は、0.0050%未満であり、さらに好ましくは0.0040%であり、さらに好ましくは、0.0030%である。
Ca: 0.0005% to 0.0050%
Calcium (Ca) suppresses the generation of HIC by controlling the form of MnS, which is the starting point of HIC, to be spherical. Ca further forms CaS and suppresses the generation of MnS. On the other hand, if Ca is contained excessively, the effect is saturated and the manufacturing cost increases. Therefore, the Ca content is 0.0005% to 0.0050%. The minimum of preferable Ca content exceeds 0.0005%, More preferably, it is 0.001%, More preferably, it is 0.0015%. The upper limit of the preferable Ca content is less than 0.0050%, more preferably 0.0040%, and still more preferably 0.0030%.
Ti:0.005%〜0.03%
チタン(Ti)は、窒素(N)と結合してTiNを形成する。TiNは、スラブ加熱時及びHAZ(溶接熱影響部)のオーステナイト粒の粗大化を抑制し、母材及びHAZの低温靭性を高める。しかしながら、Ti含有量が高すぎれば、過剰にTiNが生成され、靭性が低下する。したがって、Ti含有量は、0.005〜0.03%である。好ましいTi含有量の下限は、0.005%を超え、さらに好ましくは、0.008%であり、さらに好ましくは、0.01%である。好ましいTi含有量の上限は、0.03%未満であり、さらに好ましくは、0.025%であり、さらに好ましくは、0.02%である。
Ti: 0.005% to 0.03%
Titanium (Ti) combines with nitrogen (N) to form TiN. TiN suppresses the coarsening of austenite grains during slab heating and HAZ (welding heat affected zone), and improves the low temperature toughness of the base material and HAZ. However, if the Ti content is too high, TiN is excessively generated and the toughness is lowered. Therefore, the Ti content is 0.005 to 0.03%. The minimum of preferable Ti content exceeds 0.005%, More preferably, it is 0.008%, More preferably, it is 0.01%. The upper limit of the preferable Ti content is less than 0.03%, more preferably 0.025%, and still more preferably 0.02%.
N:0.001〜0.005%
窒素(N)は、上述のTiと結合してTiNを形成し、母材及びHAZの低温靭性を高める。しかしながら、N含有量が高すぎれば、過剰にTiNが形成され、靭性が低下する。したがって、N含有量は、0.001〜0.005%である。好ましいN含有量の下限は、0.001%よりも高く、さらに好ましくは、0.0015%であり、さらに好ましくは、0.002%である。好ましいN含有量の上限は、0.005%未満であり、さらに好ましくは、0.0045%であり、さらに好ましくは、0.004%である。
N: 0.001 to 0.005%
Nitrogen (N) combines with the above-mentioned Ti to form TiN and enhances the low temperature toughness of the base material and HAZ. However, if the N content is too high, TiN is excessively formed and the toughness is lowered. Therefore, the N content is 0.001 to 0.005%. The minimum of preferable N content is higher than 0.001%, More preferably, it is 0.0015%, More preferably, it is 0.002%. The upper limit of the preferable N content is less than 0.005%, more preferably 0.0045%, and still more preferably 0.004%.
本実施の形態によるUOE鋼管の化学組成の残部はFe及び不純物からなる。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップ、あるいは製造過程の環境等から混入される元素をいう。 The balance of the chemical composition of the UOE steel pipe according to this embodiment consists of Fe and impurities. The impurities here refer to ores and scraps used as raw materials for steel, or elements mixed in from the environment of the manufacturing process.
本実施の形態によるUOE鋼管はさらに、Feの一部に代えて、Cu、Ni、Nb及びVからなる群から選択された1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも選択元素であり、鋼の強度を高める。 The UOE steel pipe according to the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of Cu, Ni, Nb and V in place of part of Fe. All of these elements are selective elements and increase the strength of the steel.
Cu:0.5%以下
銅(Cu)は、選択元素である。Cuは、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Cuが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。しかしながら、Cu含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性が低下する。さらに、連続鋳造時にスラブの表面が割れやすくなる。したがって、Cu含有量は、0.5%以下である。好ましいCu含有量の下限は、0.05%であり、さらに好ましくは、0.05%よりも高く、さらに好ましくは、0.1%である。好ましいCu含有量の上限は、0.5%未満であり、さらに好ましくは、0.4%であり、さらに好ましくは、0.3%である。
Cu: 0.5% or less Copper (Cu) is a selective element. Cu increases the hardenability of the steel and increases the strength of the steel. If Cu is contained even a little, the above effect can be obtained. However, if the Cu content is too high, the hot workability of the steel decreases. Further, the surface of the slab is easily broken during continuous casting. Therefore, the Cu content is 0.5% or less. The minimum of preferable Cu content is 0.05%, More preferably, it is higher than 0.05%, More preferably, it is 0.1%. The upper limit of the preferable Cu content is less than 0.5%, more preferably 0.4%, and still more preferably 0.3%.
Ni:0.5%以下
ニッケル(Ni)は、選択元素である。Niは、固溶強化により鋼の強度を高める。Niはさらに、鋼の靭性を高める。Niが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。しかしながら、Ni含有量が高すぎれば、鋼の溶接性が低下する。したがって、Ni含有量は、0.5%以下である。好ましいNi含有量の下限は、0.05%であり、さらに好ましくは、0.05%よりも高く、さらに好ましくは、0.1%である。好ましいNi含有量の上限は、0.5%未満であり、さらに好ましくは、0.4%であり、さらに好ましくは、0.3%である。
Ni: 0.5% or less Nickel (Ni) is a selective element. Ni increases the strength of the steel by solid solution strengthening. Ni further increases the toughness of the steel. If Ni is contained even a little, the above effect can be obtained. However, if the Ni content is too high, the weldability of the steel decreases. Therefore, the Ni content is 0.5% or less. The lower limit of the preferred Ni content is 0.05%, more preferably higher than 0.05%, and still more preferably 0.1%. The upper limit of the preferable Ni content is less than 0.5%, more preferably 0.4%, and still more preferably 0.3%.
Nb:0.05%以下
ニオブ(Nb)は、選択元素である。Nbは、鋼中で炭化物を形成する。Nb炭化物は、鋼を細粒化して鋼の強度及び靭性を高める。Nbが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。しかしながら、Nb含有量が高すぎれば、溶接部の靭性が低下する。したがって、Nb含有量は、0.05%以下である。好ましいNb含有量の下限は、0.005%であり、さらに好ましくは、0.005%よりも高く、さらに好ましくは、0.01%である。好ましいNb含有量の上限は、0.05%未満であり、さらに好ましくは、0.045%であり、さらに好ましくは、0.04%である。
Nb: 0.05% or less Niobium (Nb) is a selective element. Nb forms carbides in the steel. Nb carbide refines the steel to increase the strength and toughness of the steel. If Nb is contained even a little, the above effect can be obtained. However, if the Nb content is too high, the toughness of the welded portion decreases. Therefore, the Nb content is 0.05% or less. The minimum of preferable Nb content is 0.005%, More preferably, it is higher than 0.005%, More preferably, it is 0.01%. The upper limit of the preferable Nb content is less than 0.05%, more preferably 0.045%, and further preferably 0.04%.
V:0.10%以下
バナジウム(V)は、鋼中に固溶し、又は、鋼中で炭窒化物を形成して、鋼の強度を高める。Vが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。しかしながら、V含有量が多すぎれば、HAZ内でV炭窒化物が粗大化し、HAZ靭性が低下する。したがって、V含有量は、0.10%以下である。好ましいV含有量の下限は、0.005%であり、さらに好ましくは、0.005%よりも高く、さらに好ましくは、0.01%である。好ましいV含有量の上限は、0.10%未満であり、さらに好ましくは、0.08%であり、さらに好ましくは、0.07%である。
V: 0.10% or less Vanadium (V) is dissolved in steel, or forms carbonitrides in the steel to increase the strength of the steel. If V is contained even a little, the above effect can be obtained. However, if there is too much V content, V carbonitride will coarsen in HAZ and HAZ toughness will fall. Therefore, the V content is 0.10% or less. The minimum of preferable V content is 0.005%, More preferably, it is higher than 0.005%, More preferably, it is 0.01%. The upper limit of the preferable V content is less than 0.10%, more preferably 0.08%, and still more preferably 0.07%.
[組織]
本実施の形態によるUOE鋼管の組織は、ベイナイト単相である。本明細書において、「ベイナイト単相」とは、グラニュラーベイニティックフェライト、ベイニティックフェライトを含有する。UOE鋼管の組織は、島状マルテンサイト(MA)、マルテンサイト及びパーライトを含んでもよいが、MA、マルテンサイト及びパーライトの合計含有率は面積比率で2%以下である。以降、MA、マルテンサイト及びパーライトを、「硬化組織」という。
[Organization]
The structure of the UOE steel pipe according to the present embodiment is a bainite single phase. As used herein, the term "bainite single phase", containing granular Rabe initiative tick ferrite, bainitic ferrite. The structure of the UOE steel pipe may include island martensite (MA), martensite and pearlite, but the total content of MA, martensite and pearlite is 2% or less in terms of area ratio. Hereinafter, MA, martensite, and pearlite are referred to as “hardened structure”.
組織は、たとえば、次のミクロ組織観察試験方法で特定される。UOE鋼管の横断面において、外面から肉厚の1/4の深さの部分をナイタール等でエッチングする。エッチングされた肉厚1/4部分内の任意の10〜30視野(各視野8〜24mm2)を観察する。観察には200倍の光学顕微鏡を使用する。エッチングにより、ベイナイト、MA、マルテンサイト、パーライトを認識できる。したがって、各視野のベイナイトの面積比率と、それ以外の組織(硬化組織)との面積比率とを求めることができる。各視野の硬化組織の面積比率を平均化したものを、硬化組織の面積比率(%)と定義する。 The tissue is specified by, for example, the following microstructure observation test method. In the cross section of the UOE steel pipe, a portion having a depth of 1/4 of the wall thickness from the outer surface is etched with nital or the like. Observe any 10 to 30 fields (each field 8 to 24 mm 2 ) in the etched thickness ¼ part. A 200 × optical microscope is used for observation. By etching, bainite, MA, martensite, and pearlite can be recognized. Therefore, the area ratio of bainite in each field of view and the area ratio of other structures (hardened structures) can be obtained. What averaged the area ratio of the hardening structure | tissue of each visual field is defined as the area ratio (%) of hardening structure | tissue.
UOE鋼管の組織はさらに、介在物及び析出物を含有してもよい。ベイナイト単相は、ポリゴナルフェライトを含まない。 The structure of the UOE steel pipe may further contain inclusions and precipitates. The bainite single phase does not contain polygonal ferrite.
本実施形態のUOE鋼管の組織は上述のとおり、ベイナイト単相であり、MA、マルテンサイト及びパーライトといった硬化組織の面積比率が低い。そのため、UOE鋼管は、高強度を有していても、耐HIC性に優れる。 As described above, the structure of the UOE steel pipe of this embodiment is a bainite single phase, and the area ratio of hardened structures such as MA, martensite, and pearlite is low. Therefore, UOE steel pipe is excellent in HIC resistance even if it has high strength.
[硬さ及び引張強度]
本実施形態によるUOE鋼管において、内外表層の硬さは、HV10で200〜255であり、肉厚中心部の硬さは、HV10で200〜248である。この肉厚中心部の硬さの上限が、内外表層部の硬さの上限よりも低く制限されるという条件は、発明者の試行錯誤の検討の結果によって見出された。
[Hardness and tensile strength]
In the UOE steel pipe according to this embodiment, the hardness of the inner and outer surface layers is 200 to 255 at HV10, and the hardness at the center of the wall thickness is 200 to 248 at HV10. The condition that the upper limit of the hardness of the thickness center portion is limited to be lower than the upper limit of the hardness of the inner and outer surface layer portions was found as a result of the inventors' trial and error.
内外表層の硬さは、次の方法で測定される。図2は、UOE鋼管の横断面図(つまり、UOE鋼管の径方向に切断された断面図)である。図2を参照して、UOE鋼管100を肉厚t方向に20等分する。UOE鋼管100の外面10から、内面20方向にt/5までの範囲を、外表層OLと定義する。内面20から、外面10方向にt/5までの範囲を、内表層ILと定義する。肉厚tの中心位置Pcを中心として、肉厚t方向にt/10の範囲を、肉厚中心部CNと定義する。
The hardness of the inner and outer surface layers is measured by the following method. FIG. 2 is a cross-sectional view of the UOE steel pipe (that is, a cross-sectional view cut in the radial direction of the UOE steel pipe). Referring to FIG. 2,
UOE鋼管の横断面の頂上を原点(0度)と仮定する。時計回りに90度の位置(90度位置)と、180度の位置(180度位置)の外表層OL、内表層IL、肉厚中心部CNを特定する。外表層OL、内表層IL及び肉厚中心部はいずれも母材であり、溶接部ではない。 The top of the cross section of the UOE steel pipe is assumed to be the origin (0 degree). The outer surface layer OL, the inner surface layer IL, and the thickness center portion CN at 90 degrees clockwise (90 degrees position) and 180 degrees (180 degrees position) are specified. The outer surface layer OL, the inner surface layer IL, and the thickness center portion are all base materials and not welded portions.
特定された外表層OL、内表層ILにおいて、径方向(肉厚t方向)に0.5mmピッチでJIS Z2244(2009)に準拠したビッカース硬さ試験を実施する。試験力は10kgf=98.07Nとする。試験力が10kgfである場合、ビッカース圧子により形成されるくぼみは、複数の結晶粒にまたがる。 In the specified outer surface layer OL and inner surface layer IL, a Vickers hardness test in accordance with JIS Z2244 (2009) is performed at a pitch of 0.5 mm in the radial direction (thickness t direction). The test force is 10 kgf = 98.07N. When the test force is 10 kgf, the depression formed by the Vickers indenter extends over a plurality of crystal grains.
内外表層OL及びILにおいて、ビッカース硬さ試験により得られた複数の値のうち、最大値と最小値とを特定し、これらを、内外表層OLの硬さ(最大値及び最小値)と定義する。 Among the plurality of values obtained by the Vickers hardness test in the inner and outer surface layers OL and IL, the maximum value and the minimum value are specified, and these are defined as the hardness (maximum value and minimum value) of the inner and outer surface layers OL. .
同様に、肉厚中心部において、ビッカース硬さ試験により得られた複数の値のうち、最大値と最小値とを特定し、これらを、肉厚中心部CNの硬さ(最大値及び最小値)と定義する。 Similarly, in the thickness center portion, the maximum value and the minimum value among the plurality of values obtained by the Vickers hardness test are specified, and these are determined as the hardness (maximum value and minimum value) of the thickness center portion CN. ).
以上の方法で定義された内外表層OL及びILの硬さの最大値は、255HV10以下である。そして、内外表層OL及びILの硬さの最小値は、200HV10以上である。同様に、肉厚中心部の硬さの最大値は、248HV10以下である。そして、肉厚中心部の硬さの最小値は、200HV10以上である。要するに、内外表層OL及びILの硬さは、200〜255HV10であり、肉厚中心部の硬さは、200〜248HV10である。 The maximum value of the hardness of the inner and outer surface layers OL and IL defined by the above method is 255 HV10 or less. And the minimum value of the hardness of inner and outer surface layers OL and IL is 200HV10 or more. Similarly, the maximum value of the hardness at the thickness center is 248 HV10 or less. And the minimum value of the hardness of thickness center part is 200HV10 or more. In short, the hardness of the inner and outer surface layers OL and IL is 200 to 255 HV10, and the hardness at the center of the thickness is 200 to 248 HV10.
つまり、内外表層と肉厚中心部とで、許容される硬さの上限を相違させる。この理由は、UOE鋼管のHIC発生は、鋼中の水素濃度、許容可能な水素濃度と関連する割れ感受性のみならず、加工による硬さ変化によるHIC割れ感受性上昇の相乗効果をも考慮する必要があり、水素濃度の観点から割れ感受性が高い肉厚中心部の硬さを制限するだけでなく、製管時に上昇する内外表層の硬さも制限する必要があるからである。 In other words, the upper limit of the allowable hardness is made different between the inner and outer surface layers and the thickness center portion. The reason for this is that the generation of HIC in UOE steel pipes must consider not only the hydrogen concentration in steel and the crack sensitivity associated with the allowable hydrogen concentration, but also the synergistic effect of increased HIC crack sensitivity due to hardness changes due to processing. This is because it is necessary not only to limit the hardness of the center of the wall with high cracking sensitivity from the viewpoint of hydrogen concentration, but also to limit the hardness of the inner and outer surface layers that rise during pipe making.
UOE鋼管の引張強度TSは625MPa以上になるためには、内外表層OL及びILの硬さ、及び、肉厚中心部の硬さが200HV10以上である必要がある。 In order for the tensile strength TS of the UOE steel pipe to be 625 MPa or more, the hardness of the inner and outer surface layers OL and IL and the hardness of the thickness center portion must be 200 HV10 or more.
[製造方法]
本実施の形態によるUOE鋼管の製造方法の一例について説明する。上述した化学組成を満たす溶鋼を用いて、連続鋳造法によりスラブを製造する(連続鋳造工程)。製造されたスラブを圧延してUOE鋼管用の鋼板を製造する(圧延工程)。製造された鋼板を製管してUOE鋼管を製造する(製管工程)。以下、それぞれの工程について詳細に説明する。
[Production method]
An example of the manufacturing method of the UOE steel pipe by this Embodiment is demonstrated. A slab is manufactured by a continuous casting method using molten steel that satisfies the chemical composition described above (continuous casting process). The manufactured slab is rolled to manufacture a steel sheet for UOE steel pipe (rolling process). The manufactured steel plate is piped to produce a UOE steel pipe (pipe making process). Hereinafter, each process will be described in detail.
[連続鋳造工程]
鋼を精錬して上記化学組成を満たす溶鋼を製造する。製造された溶鋼を用いて連続鋳造法によりスラブを製造する。
[Continuous casting process]
Steel is refined to produce molten steel that satisfies the above chemical composition. A slab is manufactured by the continuous casting method using the manufactured molten steel.
好ましくは、連続鋳造時の最終凝固位置近傍でスラブを圧下する。さらに、好ましくは、鋳込み巾方向、鋳込み長さ方向で顕著な凝固不均一が発生しないよう適正な水冷条件および鋳込み速度を選択する。この場合、肉厚中心部におけるMn、P、S等の偏析が抑制される。そのため、肉厚中心部の許容水素濃度Cthを高めることができる。 Preferably, the slab is crushed near the final solidification position during continuous casting. Furthermore, it is preferable to select an appropriate water cooling condition and casting speed so as not to cause significant solidification nonuniformity in the casting width direction and casting length direction. In this case, segregation of Mn, P, S, etc. in the thickness center is suppressed. Therefore, the allowable hydrogen concentration Cth at the thickness center can be increased.
[圧延工程]
圧延工程では、連続鋳造工程で製造されたスラブを加熱炉で加熱する(加熱工程)。加熱されたスラブを圧延機で圧延して鋼板にする(加工工程)。圧延後の鋼板を直ちに冷却する(冷却工程)。冷却後、必要に応じて焼きなましを実施する(焼きなまし工程)。以下に示す加熱工程、加工工程、冷却工程及び焼きなまし工程に基づいて圧延工程を実施すれば、UOE鋼管は、上述の組織、硬さ及び引張強度を有する。
[Rolling process]
In the rolling process, the slab manufactured in the continuous casting process is heated in a heating furnace (heating process). The heated slab is rolled into a steel plate with a rolling mill (processing step). The rolled steel sheet is immediately cooled (cooling process). After cooling, annealing is performed as necessary (annealing step). If the rolling process is performed based on the heating process, the processing process, the cooling process, and the annealing process described below, the UOE steel pipe has the above-described structure, hardness, and tensile strength.
[加熱工程]
加熱炉でのスラブの加熱温度は1000〜1250℃にする。加熱温度が高すぎれば、オーステナイト粒が粗大化するため、結晶粒を微細化できない。そのため、耐HIC性が低くなる。一方、加熱温度が低すぎれば、連続鋳造時にスラブ内に生成されるNb炭窒化物を固溶することができず、耐HIC性が低くなる。さらに、圧延中の結晶粒の微細化及び圧延後の析出強化が得られにくくなる。加熱温度を1000〜1250℃にすることで、オーステナイト粒の粗大化を抑制し、かつ、Nbを固溶させることができる。
[Heating process]
The heating temperature of the slab in the heating furnace is 1000 to 1250 ° C. If the heating temperature is too high, the austenite grains become coarse, so that the crystal grains cannot be refined. Therefore, the HIC resistance is lowered. On the other hand, if the heating temperature is too low, Nb carbonitride produced in the slab during continuous casting cannot be dissolved, and the HIC resistance is lowered. Furthermore, it becomes difficult to obtain crystal grain refinement during rolling and precipitation strengthening after rolling. By setting the heating temperature to 1000 to 1250 ° C., coarsening of austenite grains can be suppressed, and Nb can be dissolved.
好ましくは、加熱温度T(℃)は、以下の式(1)を満たす。
6770/(2.26−log(Nb×C))−73>T≧6770/(2.26−log(Nb×C))−273 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。
Preferably, the heating temperature T (° C.) satisfies the following formula (1).
6770 / (2.26-log (Nb × C)) − 73> T ≧ 6770 / (2.26-log (Nb × C)) − 273 (1)
Here, the content (mass%) of each element is substituted for each element symbol in the formula (1).
この場合、鋼中のNbが固溶しやすい。 In this case, Nb in steel tends to be dissolved.
スラブに対してソーキング(均熱)を実施してもよい。この場合、肉厚中心部の偏析が抑制される。好ましい均熱温度は1000〜1300℃であり、均熱時間は20〜50時間である。この場合、C、Mn、P、S等の偏析が抑制される。 Soaking (soaking) may be performed on the slab. In this case, segregation at the thickness center portion is suppressed. A preferable soaking temperature is 1000 to 1300 ° C., and a soaking time is 20 to 50 hours. In this case, segregation of C, Mn, P, S, etc. is suppressed.
[加工工程]
圧延中の素材表面温度はAr3点以上が好ましい。Ar3点は、以下の式(2)で定義される。
Ar3=910−310×C−80×Mn−20×Cu−15×Cr−55×Ni−80×Mo+0.35−(t0−8) (2)
ここで、式(2)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。また、記号t0には、最終圧延完了後の鋼板の厚さ(mm)が代入される。
[Processing process]
The surface temperature of the material during rolling is preferably Ar3 or higher. The Ar3 point is defined by the following equation (2).
A r3 = 910-310 × C-80 × Mn-20 × Cu-15 × Cr-55 × Ni-80 × Mo + 0.35- (t0-8) (2)
Here, the content (mass%) of each element is substituted for each element symbol in the formula (2). Further, the thickness (mm) of the steel sheet after completion of the final rolling is substituted for the symbol t0.
圧延率(%)は特に限定されない。一般的に圧延率は50%以上である。圧延率は以下の式(3)で定義される。
圧延率={スラブの断面積(厚さ×幅)}/{最終圧延完了後の鋼板の断面積(厚さ×幅)}×100 (3)
The rolling rate (%) is not particularly limited. Generally, the rolling rate is 50% or more. The rolling rate is defined by the following formula (3).
Rolling ratio = {cross-sectional area of slab (thickness × width)} / {cross-sectional area of steel plate after final rolling (thickness × width)} × 100 (3)
[冷却工程]
圧延完了後、速やかに鋼板を冷却する。つまり、加速冷却を実施する。冷却開始時の素材表面温度はAr3点以上が好ましい。素材表面温度がAr3点未満であれば、フェライトが生成して炭素の排出が開始される。フェライト相から排出された炭素により硬化組織が形成されやすくなるため、耐HIC性が低下する。
[Cooling process]
After the rolling is completed, the steel sheet is cooled immediately. That is, accelerated cooling is performed. The material surface temperature at the start of cooling is preferably Ar3 or higher. If the material surface temperature is less than the Ar3 point, ferrite is generated and carbon discharge is started. Since the hardened structure is easily formed by the carbon discharged from the ferrite phase, the HIC resistance is lowered.
圧延後の冷却速度は、10〜40℃/secとするのが好ましい。好ましくは、水冷する。冷却速度が遅すぎれば、C及びPの拡散が助長される。拡散された元素は、粒界又は介在物に偏析する。一方、冷却速度が速すぎれば、焼きが過度に入り、硬化組織が生成されるため、鋼の組織がベイナイト単相になりにくい。 The cooling rate after rolling is preferably 10 to 40 ° C./sec. Preferably, it is water cooled. If the cooling rate is too slow, diffusion of C and P is promoted. The diffused elements segregate at the grain boundaries or inclusions. On the other hand, if the cooling rate is too high, the steel structure becomes hard to be a bainite single phase because excessive baking occurs and a hardened structure is generated.
好ましい冷却停止温度は、350〜600℃である。つまり、鋼板の表面温度が350〜600℃になったとき、上記冷却速度での冷却を停止する。圧延後に上記冷却速度で冷却せずに直ちに放冷する場合、C及びPの拡散が助長される。 A preferable cooling stop temperature is 350 to 600 ° C. That is, when the surface temperature of the steel sheet reaches 350 to 600 ° C., cooling at the cooling rate is stopped. When cooling immediately after rolling without cooling at the above cooling rate, diffusion of C and P is promoted.
冷却停止温度において、上記冷却速度での冷却を停止した後は、放冷するのが好ましい。放冷時の焼きなまし効果により靭性が向上し、HICの発生を抑制できるからである。 After cooling at the cooling rate is stopped at the cooling stop temperature, it is preferably left to cool. This is because the toughness is improved by the annealing effect when allowed to cool and the generation of HIC can be suppressed.
[冷却後の鋼板の引張強度及び焼きなまし工程]
冷却後の鋼板の引張強度TS0(MPa)が、次の式(4)を満たすように調整する。
TS0≦−1.11×(t/D×100)2+4.32×(t/D×100)+693 (4)
ここで、tは製造予定のUOE鋼管の肉厚(mm)であり、Dは、製造予定のUOE鋼管の直径(mm)である。
[Tensile strength and annealing process of steel sheet after cooling]
It adjusts so that the tensile strength TS0 (MPa) of the steel plate after cooling may satisfy | fill following Formula (4).
TS0 ≦ −1.11 × (t / D × 100) 2 + 4.32 × (t / D × 100) +693 (4)
Here, t is the wall thickness (mm) of the UOE steel pipe to be manufactured, and D is the diameter (mm) of the UOE steel pipe to be manufactured.
図3は、上述の化学組成を有する鋼板を用いてUOE鋼管を製造したときの、鋼板の内外表層の硬さ及びUOE鋼管の内外表層の硬さの差分値Δと、UOE鋼管のt/D(%)との関係を示す図である。図3は、次の方法により得られた。 FIG. 3 shows a difference value Δ between the hardness of the inner and outer surface layers of the steel sheet and the hardness of the inner and outer surface layers of the UOE steel pipe, and t / D of the UOE steel pipe when the UOE steel pipe is manufactured using the steel plate having the above-described chemical composition. It is a figure which shows the relationship with (%). FIG. 3 was obtained by the following method.
上述の化学組成を有し、複数の鋼板を、上記製造方法により製造した。製造された鋼板を用いて後述する製管工程により、t/Dの異なる複数のUOE鋼管を製造した。製管時の拡管率は、0.7〜1.2%であった。製管前の鋼板、及び、UOE鋼管において、内外表層部の硬さの最大値を、上述のビッカース硬さ試験に準拠して求めた。そして、次の式(5)に基づいて、硬さの差分値Δ(HV10)を求めた。
Δ=UOE鋼管の内外表層の硬さの最大値−鋼板の内外表層の硬さの最大値 (5)
得られた差分値Δを利用して、図3を作成した。
A plurality of steel plates having the chemical composition described above were manufactured by the above manufacturing method. A plurality of UOE steel pipes having different t / D were manufactured by a pipe manufacturing process described later using the manufactured steel sheet. The pipe expansion rate during pipe making was 0.7 to 1.2%. In the steel plate before pipe making and the UOE steel pipe, the maximum value of the hardness of the inner and outer surface layer portions was determined based on the above-mentioned Vickers hardness test. And based on the following formula (5), a difference value Δ (HV10) in hardness was obtained.
Δ = maximum value of hardness of inner and outer surface layers of UOE steel pipe−maximum value of hardness of inner and outer surface layers of steel plate (5)
FIG. 3 was created by using the obtained difference value Δ.
図3を参照して、t/Dが大きくなるほど、差分値Δは大きくなる。より具体的には、t/Dが大きくなるほど、図3中の曲線C0に示すとおり、内外表層の硬さは二次関数的に顕著に上昇する。ここで、硬さと引張強度はほぼ正比例する。具体的には、硬さが上昇すれば、引張強度も一次関数的に増大する。以上の知見に基づいて得られた式が式(4)である。 Referring to FIG. 3, the difference value Δ increases as t / D increases. More specifically, as t / D increases, the hardness of the inner and outer surface layers increases remarkably in a quadratic function, as shown by the curve C0 in FIG. Here, hardness and tensile strength are almost directly proportional. Specifically, as the hardness increases, the tensile strength also increases in a linear function. An expression obtained based on the above knowledge is Expression (4).
本発明で規定している化学組成およびミクロ組織を満たしており、鋼板の引張強度TS0が式(4)を満たせば、製管後のUOE鋼管の内外表層の硬さは200〜255HV10を満たし、かつ、肉厚中心部の硬さは200〜248HV10を満たす。 If the chemical composition and microstructure defined in the present invention are satisfied, and the tensile strength TS0 of the steel sheet satisfies the formula (4), the hardness of the inner and outer surface layers of the UOE steel pipe after pipe forming satisfies 200 to 255HV10, And the hardness of thickness center part satisfy | fills 200-248HV10.
冷却工程後の鋼板の引張強度TS0が式(4)を満たさない場合、Ac1点未満で焼きなましを実施して、鋼板の引張強度TS0が式(4)を満たすようにする。好ましい焼きなまし温度は、350〜600℃であり、好ましい焼きなまし時間は、30〜90分である。なお、冷却後の鋼板の引張強度TS0が式(4)を満たしていれば、焼きなまし処理を実施しなくてもよい。 When the tensile strength TS0 of the steel plate after the cooling process does not satisfy the formula (4), annealing is performed at less than the Ac1 point so that the tensile strength TS0 of the steel plate satisfies the formula (4). A preferred annealing temperature is 350 to 600 ° C., and a preferred annealing time is 30 to 90 minutes. In addition, if the tensile strength TS0 of the steel plate after cooling satisfies the formula (4), the annealing process may not be performed.
[製管工程]
製造された鋼板をCプレス、Uプレス、Oプレス等により成形してオープンパイプにする。続いて、オープンパイプの長手方向の両端面をサブマージアーク溶接法等の溶接法により、溶接鋼管を形成する。製造された溶接鋼管に対して拡管を実施し、UOE鋼管を製造する。
[Pipe making process]
The manufactured steel sheet is formed into a open pipe by C press, U press, O press or the like. Subsequently, a welded steel pipe is formed on both end faces of the open pipe in the longitudinal direction by a welding method such as a submerged arc welding method. Pipe expansion is performed on the manufactured welded steel pipe to manufacture a UOE steel pipe.
表1に示す鋼種A〜Gの溶鋼を連続鋳造してスラブを製造した。 Slabs were produced by continuously casting molten steels of steel types A to G shown in Table 1.
表1中の鋼種A〜D、F及びGの化学組成は、本発明のUOE鋼管の化学組成の範囲内であった。一方、鋼種EのMn含有量、P含有量及びS含有量は、本発明のMn含有量、P含有量及びS含有量の上限を超えた。 The chemical compositions of steel types A to D, F and G in Table 1 were within the range of the chemical composition of the UOE steel pipe of the present invention. On the other hand, the Mn content, P content and S content of the steel type E exceeded the upper limits of the Mn content, P content and S content of the present invention.
鋼種A〜Gの複数のスラブを用いて、表2に示すマーク1〜18のUOE鋼管を製造した。 Using a plurality of slabs of steel types A to G, UOE steel pipes with marks 1 to 18 shown in Table 2 were manufactured.
各マークのスラブを、加熱炉で加熱した。加熱温度(℃)は表2に示すとおりであった。加熱後のスラブを圧延して鋼板を製造した。各鋼板を、圧延直後に水冷した。水冷による冷却速度は、10〜40℃/secの範囲内であった。各マークの鋼板の冷却開始温度(℃)は、表2に示すとおりであった。さらに、表2に示す冷却停止温度(℃)で、水冷を停止した。水冷停止後の鋼板を放冷した。 The slab of each mark was heated in a heating furnace. The heating temperature (° C.) was as shown in Table 2. The slab after heating was rolled to produce a steel plate. Each steel plate was water cooled immediately after rolling. The cooling rate by water cooling was in the range of 10 to 40 ° C./sec. The cooling start temperature (° C.) of the steel plate of each mark was as shown in Table 2. Furthermore, water cooling was stopped at the cooling stop temperature (° C.) shown in Table 2. The steel plate after the water cooling stop was allowed to cool.
放冷後の鋼板の一部から引張試験片を採取して、常温(25℃)において引張試験を実施して、引張強度TS0(MPa)を求めた。さらに、次の式(6)に基づいて、F1値を求めた。
F1=−1.11×(t/D×100)2+4.32×(t/D×100)+693 (6)
要するに、F1値は式(4)の右辺である。
Tensile test pieces were collected from a part of the steel sheet after being allowed to cool, and subjected to a tensile test at room temperature (25 ° C.) to obtain a tensile strength TS0 (MPa). Furthermore, F1 value was calculated | required based on following Formula (6).
F1 = −1.11 × (t / D × 100) 2 + 4.32 × (t / D × 100) +693 (6)
In short, the F1 value is the right side of Equation (4).
マーク8〜10及び13〜15では、冷却後の鋼板の降伏強度TS0がF1値を超えた。そのため、マーク8〜11の鋼板に対して焼きなましを実施した。焼きなまし温度は350〜600℃の範囲内であり、焼きなまし時間は30〜90分であった。表2中のマーク8〜10の引張強度TS0(MPa)及びF1値は、焼きなまし後の値である。マーク8〜10、17以外の他のマークの鋼板に対しては、焼きなましを実施しなかった。 In the marks 8 to 10 and 13 to 15, the yield strength TS0 of the steel plate after cooling exceeded the F1 value. Therefore, annealing was performed on the steel plates marked 8-11. The annealing temperature was in the range of 350-600 ° C., and the annealing time was 30-90 minutes. The tensile strength TS0 (MPa) and F1 value of the marks 8 to 10 in Table 2 are values after annealing. Annealing was not performed on the steel plates of marks other than marks 8 to 10 and 17.
なお、マーク8とマーク13では、焼きなまし実施の有無以外の製造条件及び鋼種は同じであった。同様に、マーク9とマーク14、マーク10とマーク15についても、焼きなまし実施の有無以外の製造条件及び鋼種は同じであった。上述のとおり、マーク13〜15に対しては、焼きなましを実施しなかった。 In addition, in the mark 8 and the mark 13, manufacturing conditions and steel types other than the presence or absence of annealing were the same. Similarly, marks 9 and 14 and marks 10 and 15 have the same manufacturing conditions and steel types other than the presence or absence of annealing. As described above, the marks 13 to 15 were not annealed.
以上の工程により鋼板を製造後、各マークの鋼板を上述の方法で製管してUOE鋼管を製造した。製造されたUOE鋼管の肉厚t(mm)及び外径D(mm)を測定した。そして、UOE鋼管から引張試験片を採取して、常温(25℃)において引張試験を実施し、降伏強度YS(MPa)及び引張強度TS(MPa)を求めた。 After manufacturing a steel plate by the above process, the steel plate of each mark was piped by the above-mentioned method, and the UOE steel pipe was manufactured. The wall thickness t (mm) and outer diameter D (mm) of the manufactured UOE steel pipe were measured. And the tensile test piece was extract | collected from the UOE steel pipe, the tensile test was implemented in normal temperature (25 degreeC), and the yield strength YS (MPa) and tensile strength TS (MPa) were calculated | required.
[ミクロ組織観察]
上述のミクロ組織観察試験方法に基づいて、各マークの組織を観察した。硬化組織の面積比率が2%以下である場合、そのマークの組織はベイナイト単相であると判断した。表2に組織観察結果を示す。表2の「組織」欄中の「B」は、対応するマークの組織がベイナイト単相であることを意味する。
[Microstructure observation]
Based on the microstructural observation test method described above, the structure of each mark was observed. When the area ratio of the hardened structure was 2% or less, the mark structure was judged to be a bainite single phase. Table 2 shows the structure observation results. “B” in the “Structure” column of Table 2 means that the structure of the corresponding mark is a bainite single phase.
[ビッカース硬さ試験]
さらに、上述のビッカース硬さ試験方法に基づいて、各マークのUOE鋼管の内外表層の硬さの最大値及び最小値(HV10)と、肉厚中心部の硬さの最大値及び最小値(HV10)とを求めた。
[Vickers hardness test]
Furthermore, based on the above-mentioned Vickers hardness test method, the maximum and minimum values (HV10) of the hardness of the inner and outer surface layers of the UOE steel pipe of each mark, and the maximum and minimum values (HV10) of the hardness at the center of the wall thickness. )
[HIC試験]
各マークのUOE鋼管から試験片(厚さ10mm、幅20mm、長さ100mm)を採取した。採取された試験片を用いてHIC試験を行った。HIC試験として、NACE TM−02−84で規定されるNACE試験に供し、試験後の各試験片にHICが発生したか否かを超音波探傷法により判断した。
[HIC test]
Test pieces (
[試験結果]
表2に試験結果を示す。表2中の「ビッカース硬さ」の「内外表層」の「min」欄には、対応するマークのUOE鋼管の内外表層の硬さの最小値(HV10)が記載されている。「max」欄には、UOE鋼管の内外表層の硬さの最大値(HV10)が記載されている。同様に、「ビッカース硬さ」の「肉厚中心部」の「min」欄には、UOE鋼管の肉厚中心部の硬さの最小値(HV10)が記載されており、「max」欄には、肉厚中心部の硬さの最大値が記載されている。
[Test results]
Table 2 shows the test results. In the “min” column of “inside / outside surface layer” of “Vickers hardness” in Table 2, the minimum value (HV10) of the hardness of the inside and outside surface layers of the UOE steel pipe of the corresponding mark is described. In the “max” column, the maximum hardness value (HV10) of the inner and outer surface layers of the UOE steel pipe is described. Similarly, in the “min” column of “wall thickness center” of “Vickers hardness”, the minimum hardness value (HV10) of the wall thickness center of UOE steel pipe is described, and in “max” column Describes the maximum value of the hardness at the center of the wall thickness.
さらに、表2中の「HIC試験」欄の「割れ無し」は、対応するマークのUOE鋼管でHICが観測されなかったことを意味する。「割れ有り」はHICが観測されたことを意味する。 Furthermore, “no crack” in the “HIC test” column in Table 2 means that no HIC was observed in the UOE steel pipe of the corresponding mark. “With crack” means that HIC was observed.
表2を参照して、マーク1〜12の化学組成は、本発明の範囲内であった。さらに、引張強度は625MPa以上であり、API規格のX80グレード以上の強度を有した。さらに、UOE鋼管の内外表層の硬さの最大値及び最小値はいずれも、本発明の範囲内(200〜255)であった。肉厚中心部の硬さの最大値及び最小値も、本発明の範囲内(200〜248)であった。そのため、マーク1〜12のUOE鋼管では、HICが発生しなかった。 Referring to Table 2, the chemical composition of marks 1-12 was within the scope of the present invention. Further, the tensile strength was 625 MPa or more, and the strength was API standard X80 grade or more. Furthermore, the maximum value and the minimum value of the hardness of the inner and outer surface layers of the UOE steel pipe were both within the range of the present invention (200 to 255). The maximum value and the minimum value of the hardness at the center of the wall thickness were also within the range of the present invention (200 to 248). Therefore, HIC did not occur in the UOE steel pipes with marks 1 to 12.
一方、マーク13〜15では、化学組成は本発明の範囲内であったものの、鋼板の引張強度TS0が、F1よりも高かった。そのため、UOE鋼管の内外表層の硬さの最大値が、本発明の内外表層の硬さの上限(255)を超えた。そのため、HIC試験において、HICが観察された。 On the other hand, in the marks 13 to 15, the chemical composition was within the range of the present invention, but the tensile strength TS0 of the steel sheet was higher than F1. Therefore, the maximum value of the hardness of the inner and outer surface layers of the UOE steel pipe exceeded the upper limit (255) of the hardness of the inner and outer surface layers of the present invention. Therefore, HIC was observed in the HIC test.
マーク16及び17のMn含有量、P含有量及びS含有量はいずれも、本発明の上限を超えた。そのため、UOE鋼管の肉厚中心部の硬さの最大値が本発明の肉厚中心部の硬さの上限(248)を超えた。そのため、HICが観察された。肉厚中心部にMn、P、Sが過剰に偏析したため、肉厚中心部の硬さが過剰に高くなったと考えられる。 The Mn content, P content and S content of the marks 16 and 17 all exceeded the upper limit of the present invention. Therefore, the maximum value of the hardness of the thickness center portion of the UOE steel pipe exceeded the upper limit (248) of the hardness of the thickness center portion of the present invention. Therefore, HIC was observed. Since Mn, P, and S are excessively segregated in the thickness center portion, it is considered that the hardness of the thickness center portion is excessively increased.
マーク18では、化学組成は本発明の範囲内であったものの、連続鋳造においてスラブへ適切な圧下が付与されず、中心偏析を抑制する制御が十分でなかった。そのため、UOE鋼管の肉厚中心部の硬さの最大値が、本発明の上限(248)を超え、HICが観察された。 In the mark 18, although the chemical composition was within the range of the present invention, an appropriate reduction was not applied to the slab in the continuous casting, and the control for suppressing the center segregation was not sufficient. Therefore, the maximum value of the hardness at the central portion of the UOE steel pipe exceeded the upper limit (248) of the present invention, and HIC was observed.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。 While the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.
Claims (2)
質量%で、
C:0.01〜0.1%、
Si:0.01〜0.5%、
Mn:1.0〜1.7%、
P:0.015%以下、
S:0.002%以下、
Cr:0.01〜0.45%、
Mo:0.03〜0.5%、
Al:0.005〜0.05%、
Ca:0.0005〜0.0050%、
N:0.001〜0.005%、及び、
Ti:0.005〜0.03%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
ベイナイト単相組織を有し、
肉厚tを有する前記UOE鋼管の外面から内面方向にt/5までの範囲であって、かつ、硬さがHV10で200〜255である外表層と、
前記UOE鋼管の内面から外面方向にt/5までの範囲であって、かつ、硬さがHV10で200〜255である内表層と、
前記UOE鋼管の肉厚tの中心位置を中心として、肉厚t方向にt/10の範囲であって、かつ、硬さがHV10で200〜248である肉厚中心部と、を含み、
625MPa以上の引張強度を有する、ラインパイプ用UOE鋼管。 UOE steel pipe for line pipe,
% By mass
C: 0.01 to 0.1%
Si: 0.01 to 0.5%,
Mn: 1.0-1.7%,
P: 0.015% or less,
S: 0.002% or less,
Cr: 0.01 to 0.45%,
Mo: 0.03-0.5%,
Al: 0.005 to 0.05%,
Ca: 0.0005 to 0.0050%,
N: 0.001 to 0.005% and
Ti: 0.005 to 0.03% is contained, the balance consists of Fe and impurities,
It has a bainite single phase structure,
An outer surface layer in the range from the outer surface of the UOE steel pipe having a wall thickness t to t / 5 in the inner surface direction and having a hardness of 200 to 255 in HV10;
An inner surface layer in the range from the inner surface to the outer surface direction of the UOE steel pipe up to t / 5 and having a hardness of 200 to 255 in HV10;
A center of thickness of the UOE steel pipe with a thickness t in the direction of the thickness t in the direction of the thickness t and having a hardness of 200 to 248 at HV10.
A UOE steel pipe for line pipes having a tensile strength of 625 MPa or more.
Feの一部に代えて、
Cu:0.5%以下、
Ni:0.5%以下、
Nb:0.05%以下、及び、
V:0.10%以下からなる群から選択される1種以上を含有する、UOE鋼管。 The UOE steel pipe according to claim 1, further comprising:
Instead of part of Fe,
Cu: 0.5% or less,
Ni: 0.5% or less,
Nb: 0.05% or less, and
V: A UOE steel pipe containing one or more selected from the group consisting of 0.10% or less.
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