JP7831570B2 - Manufacturing method for steel pipes and manufacturing method for steel materials - Google Patents
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Description
本発明は、水素中の疲労特性に優れた鋼管とその製造方法、鋼材およびその製造方法に関する。This invention relates to a steel pipe with excellent fatigue properties in hydrogen, a method for manufacturing the same, a steel material, and a method for manufacturing the same.
既存のエネルギーインフラとして、天然ガス輸送用ラインパイプが存在する。これらの鋼材にはサワー環境における水素誘起割れの発生の抑制が求められてきた。一方、近年では脱炭素社会構築のためのクリーンなエネルギー源として、世界的に水素が大きく注目されている。そのため、水素ガスを大量に輸送することを目的として、天然ガスラインパイプに一部水素を混合した天然ガスや、水素ガスを代替として圧送する水素ガス輸送網の構築が検討されている。これらのパイプライン運転時の輸送圧力は、1~40MPaの高圧力が想定されており、ラインパイプは、高圧力の水素ガス曝露環境に置かれることになる。このような環境で使用される鋼材には、水素が鋼中に侵入し、特性が劣化する、「水素脆化」の発生が懸念される。そのため、従来のラインパイプに要求される高靭性、耐サワー性のみならず、水素ガス環境で要求される、水素脆化への耐性を兼ね備える必要がある。Existing energy infrastructure includes pipelines for transporting natural gas. These steel materials have been required to suppress hydrogen-induced cracking in sour environments. Meanwhile, in recent years, hydrogen has attracted significant global attention as a clean energy source for building a decarbonized society. Therefore, to transport large quantities of hydrogen gas, the construction of hydrogen gas transport networks is being considered, either by mixing natural gas with some hydrogen into the pipelines or by using hydrogen gas as a substitute for pressurized transport. The transport pressure during operation of these pipelines is expected to be high, ranging from 1 to 40 MPa, meaning the pipelines will be exposed to a high-pressure hydrogen gas environment. In such environments, there is a concern that steel materials may undergo "hydrogen embrittlement," where hydrogen penetrates the steel, degrading its properties. Therefore, in addition to the high toughness and sour resistance required for conventional pipelines, steel materials need to possess the resistance to hydrogen embrittlement required in a hydrogen gas environment.
高圧水素ガス環境下で使用される鋼構造物には、従来から、低合金鋼より水素脆化し難い、SUS316L等のオーステナイト系ステンレス鋼が利用されてきた。しかし、SUS316L等のオーステナイト系ステンレス鋼は鋼材のコストが高いことに加えて、強度が低いため、高い水素圧に耐えうるように設計すると、肉厚が厚くなり、水素用構造物自体の価格も高価となる。そのため、水素用鋼構造物向けとして、より低コストで、かつ高圧水素ガス環境にも耐えうる低合金系鋼材が強く要望されてきた。For steel structures used in high-pressure hydrogen gas environments, austenitic stainless steels such as SUS316L have traditionally been used because they are less susceptible to hydrogen embrittlement than low-alloy steels. However, austenitic stainless steels such as SUS316L are expensive and have low strength. Therefore, designing them to withstand high hydrogen pressure requires thicker walls, resulting in higher prices for the hydrogen structures themselves. For this reason, there has been a strong demand for low-alloy steel materials that are more cost-effective and can withstand high-pressure hydrogen gas environments for hydrogen steel structures.
このような要望に対し、例えば、特許文献1に記載された高圧水素環境用鋼は、特許文献1に記載された高圧水素環境用鋼は、高圧水素環境下で使用される鋼であって、Ca/S:1.5未満または11以上とすることで、拡散性水素濃度比を低減し拡散性水素による脆化を抑制する、としている。In response to such demands, for example, the steel for high-pressure hydrogen environments described in Patent Document 1 is a steel used in a high-pressure hydrogen environment, and by setting the Ca/S ratio to less than 1.5 or 11 or more, the diffusible hydrogen concentration ratio is reduced and embrittlement due to diffusible hydrogen is suppressed.
特許文献2には、特定の成分組成に調整した低合金高強度鋼を用いることで、900~950MPaの大気中引張強度範囲において、JIS G3128SHY685NSよりも45MPa水素雰囲気中での絞りおよび伸び値の値が大きく、耐高圧水素環境脆化特性に優れるとしている。Patent Document 2 states that by using a low-alloy high-strength steel adjusted to a specific component composition, the reduction of area and elongation values in a 45 MPa hydrogen atmosphere are greater than those of JIS G3128SHY685NS in the tensile strength range of 900 to 950 MPa in air, and that it exhibits superior resistance to embrittlement in a high-pressure hydrogen environment.
また、特許文献3に記載された低合金高強度鋼は、Cr-Mo系高強度低合金鋼であり、560~580℃という比較的高い温度で焼戻処理を行い、調質後の結晶粒度番号が8.4以上の粒度で、引張強さ:900~950MPaの極めて狭い範囲に調整することで、45MPa水素雰囲気中でも、優れた伸び、絞り特性を示す、耐高圧水素環境脆化特性に優れた低合金高強度鋼となるとしている。Furthermore, the low-alloy high-strength steel described in Patent Document 3 is a Cr-Mo-based high-strength low-alloy steel. By tempering it at a relatively high temperature of 560 to 580°C, and adjusting the grain size after tempering to a grain size of 8.4 or higher, and the tensile strength to an extremely narrow range of 900 to 950 MPa, it is said to become a low-alloy high-strength steel with excellent resistance to high-pressure hydrogen environment embrittlement, exhibiting excellent elongation and reduction characteristics even in a 45 MPa hydrogen atmosphere.
また、特許文献4には、高圧水素ガス環境用低合金鋼が提案されている。特許文献4に記載された低合金鋼は、Vを添加し、さらに既存の鋼よりもMo含有量を増加させ、焼戻温度を高めて、V-Mo系炭化物を活用することで、粒界の炭化物形態が改善され、耐水素環境脆化特性が大きく向上するとしている。Furthermore, Patent Document 4 proposes a low-alloy steel for high-pressure hydrogen gas environments. The low-alloy steel described in Patent Document 4 is said to improve the carbide morphology at grain boundaries and significantly enhance resistance to hydrogen environment embrittlement by adding V, increasing the Mo content compared to existing steels, and raising the tempering temperature to utilize V-Mo carbides.
また、特許文献5には、耐水素性に優れた高圧水素ガス貯蔵容器用鋼が提案されている。特許文献5に記載された技術によれば、鋼板製造時に、焼準処理の後に長時間の応力除去焼鈍を施すことで、MC系炭化物(Mo、V)Cが微細かつ高密度に分散析出し、鋼の耐水素脆化特性等の耐水素性が向上するとしている。Furthermore, Patent Document 5 proposes a steel for high-pressure hydrogen gas storage containers with excellent hydrogen resistance. According to the technology described in Patent Document 5, by performing long-term stress-relieving annealing after normalizing during steel plate manufacturing, MC-type carbides (Mo,V)C are dispersed and precipitated in a fine and high-density manner, thereby improving the hydrogen resistance of the steel, such as its resistance to hydrogen embrittlement.
また、特許文献6には、高圧水素貯蔵用鋼材が提案されている。特許文献6に記載された鋼材は、金属組織が面積分率90%以上のベイナイト主体組織で、ベイナイト中に平均粒径50nm以下で、平均アスペクト比3以下のセメンタイトが分散析出している鋼材が提案されている。Furthermore, Patent Document 6 proposes a steel material for high-pressure hydrogen storage. The steel material described in Patent Document 6 has a bainite-dominant structure with an area fraction of 90% or more, in which cementite with an average particle size of 50 nm or less and an average aspect ratio of 3 or less is dispersed and precipitated within the bainite.
ラインパイプ内の圧力は、操業時の変動や定期的なシャットダウンを行うため、ラインパイプのような構造物に繰返し応力が負荷される。そのため、ラインパイプのような鋼構造物を設計する際には、疲労破壊を考慮することが必須となる。しかし、非特許文献1に示すように高圧水素環境下では材料の疲労寿命は低下することが知られている。すなわち、従来の天然ガス用ラインパイプを基準としたラインパイプ材の設計を行った場合、ラインパイプ材の使用寿命は低下することを意味する。しかしながら、上記した従来技術では、サワー環境における水素誘起割れの発生を抑制できるが、水素ガス中の疲労強度を充分に高くすることができない、つまり、サワー環境における水素誘起割れの発生の抑制に加え、より使用寿命に影響を与えやすい水素ガス中の高い疲労強度まで得ることは困難であるという問題があった。The pressure inside a line pipe fluctuates during operation and undergoes periodic shutdowns, subjecting structures like line pipes to repeated stress. Therefore, fatigue failure must be considered when designing steel structures such as line pipes. However, as shown in Non-Patent Document 1, it is known that the fatigue life of materials decreases under high-pressure hydrogen environments. This means that if line pipe materials are designed based on conventional natural gas line pipes, the service life of the line pipe material will be reduced. However, while the above-mentioned conventional technology can suppress hydrogen-induced cracking in sour environments, it cannot sufficiently increase the fatigue strength in hydrogen gas. In other words, it is difficult to achieve both the suppression of hydrogen-induced cracking in sour environments and the high fatigue strength in hydrogen gas, which has a greater impact on service life.
本発明は、上記した従来技術の問題に鑑み、100%水素ガスまたは水素分圧が1MPa以上の水素を含む天然ガス(天然ガスはメタン、エタンなどの炭化水素を主な成分とするガス)用ラインパイプ等の、高圧水素ガス環境下で使用される鋼構造物用として好適な、高圧水素ガス環境下における水素中の疲労特性に優れた鋼管とその製造方法、鋼材およびその製造方法を提供することを目的とする。In view of the problems of the prior art described above, the present invention aims to provide a steel pipe with excellent fatigue characteristics in hydrogen under high-pressure hydrogen gas conditions, a method for manufacturing the same, a steel material, and a method for manufacturing the same, which are suitable for use in steel structures used under high-pressure hydrogen gas conditions, such as line pipes for 100% hydrogen gas or natural gas containing hydrogen with a hydrogen partial pressure of 1 MPa or more (natural gas is a gas whose main components are hydrocarbons such as methane and ethane).
なお、ここでいう「高圧水素環境下における水素中の疲労特性に優れた」とは、室温(20±10℃)、圧力1MPa以上の水素ガス、または水素分圧として1MPa以上の水素を含む天然ガス(主成分はメタン、エタンなどの炭化水素)混合雰囲気の両環境下で、試験はASTM E647に準拠して、周波数:1Hz、繰返し波形:正弦波、制御方法:荷重制御、応力比:R=0.1で疲労試験を実施して求めた応力拡大係数範囲=20MPa√mにおけるき裂進展速度da/dNが1.0×10-6m・cycle-1以下である場合をいうものとする。水素分圧として1MPa以上の水素を含む天然ガスとは、例えば水素濃度が体積分率で30%以下であり、ガス全体の圧力が30MPa以下であるものをさす。 In this context, "excellent fatigue characteristics in hydrogen under high-pressure hydrogen conditions" means that the crack propagation rate da/dN in the stress intensity factor range = 20 MPa√m, obtained by fatigue testing conducted in both environments—a hydrogen gas at room temperature (20 ± 10°C) and a pressure of 1 MPa or higher, or a mixed atmosphere of natural gas containing hydrogen as a partial pressure of 1 MPa or higher (main components being hydrocarbons such as methane and ethane)—is 1.0 × 10⁻⁶ m· cycle⁻¹ or less.
なお、水素環境中き裂進展速度da/dNが1.0×10-6m・cycle-1以下であれば、製造するプロセスで製造可能な板厚範囲で、水素用構造鋼の設計を行うことが可能である。 Furthermore, if the crack propagation rate da/dN in a hydrogen environment is 1.0 × 10⁻⁶ m· cycle⁻¹ or less, it is possible to design hydrogen-resistant structural steel within the plate thickness range that can be manufactured using the manufacturing process.
本発明者らは、上記の観点で様々な鋼材の水素ガス中における鋼材が満足すべき条件について鋭意研究を行い、新規水素中の疲労特性に優れた鋼管および鋼材を見出した。The inventors of this invention have diligently researched the conditions that various steel materials must satisfy in hydrogen gas from the above perspective, and have discovered new steel pipes and steel materials with excellent fatigue characteristics in hydrogen.
本発明はかかる新たな知見に基づき、さらに検討を加えなされたものであって、以下を要旨構成とする。
[1] 質量%で、
C:0.10~0.45%、
Si:0.01~2.0%、
Mn:0.3~2.0%、
Al:0.01~0.15%、
N:0.0005~0.008%、
P:0.015%以下、
S:0.0015%以下、
O:0.01%以下、
H:0.0010%以下、
Cu:0~2.5%、
Ni:0~2.5%、
Cr:0~2.5%、
Mo:0~2.0%、
Nb:0~0.5%、
V:0~0.5%、
Ti:0~0.5%、
W:0~2.5%、
B:0~0.005%、
Sn:0~0.3%、
Sb:0~0.3%、
Ca:0~0.01%、
Mg:0~0.01%、
REM:0~0.005%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
残留オーステナイトが3%以下で、
径が200nm以上である炭化物が20個/10μm2以下で、
1MPa以上の水素中の応力拡大係数範囲=20MPa√mにおけるき裂進展速度da/dNが1.0×10-6m・cycle-1以下である水素中の疲労特性に優れた鋼管。
[2] 前記[1]に記載の成分組成を有する鋼素材を1.8m/min以下の鋳造速度で鋳造する鋳造工程と、
1350℃以下で加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された鋼素材を、圧延終了温度:820℃以上の条件で圧延して鋼管形状とする熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程で得られた鋼管を、Ac3点以上1000℃以下の温度で保持後、冷却条件が下記A群またはB群である冷却工程と、
前記冷却工程で得られた鋼管を400℃以上Ac1点以下、60分未満とした条件で焼き戻しを行う焼き戻し工程と、を有する鋼管の製造方法。
A群:
800℃から550℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で15℃/s以上、550℃から50℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で15℃/s以下で50℃以下まで鋼管を冷却。
B群:
800℃から300℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で10℃/s以上、300℃から50℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で5℃/s以下で50℃以下まで鋼管を冷却。
[3] 前記焼き戻し工程前に、Ac3点以上1000℃以下に再加熱し、冷却条件が下記A群またはB群である焼入れ工程を有する[2]に記載の鋼管の製造方法。
A群:
800℃から550℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で15℃/s以上、550℃から50℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で15℃/s以下で50℃以下まで鋼管を冷却。
B群:
800℃から300℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で10℃/s以上、300℃から50℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で5℃/s以下で50℃以下まで鋼管を冷却。
[4] 前記鋳造速度が1.0m/min以下である[2]または[3]に記載の鋼管の製造方法。
[5] 質量%で、
C:0.10~0.45%、
Si:0.01~2.0%、
Mn:0.3~2.0%、
Al:0.01~0.15%、
N:0.0005~0.008%、
P:0.015%以下、
S:0.0015%以下、
O:0.01%以下、
H:0.0010%以下、
Cu:0~2.5%、
Ni:0~2.5%、
Cr:0~2.5%、
Mo:0~2.0%、
Nb:0~0.5%、
V:0~0.5%、
Ti:0~0.5%、
W:0~2.5%、
B:0~0.005%、
Sn:0~0.3%、
Sb:0~0.3%、
Ca:0~0.01%、
Mg:0~0.01%、
REM:0~0.005%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
残留オーステナイトが3%以下で、
径が200nm以上である炭化物が20個/10μm2以下で、
1MPa以上の水素中の応力拡大係数範囲=20MPa√mにおけるき裂進展速度da/dNが1.0×10-6m・cycle-1以下である水素中の疲労特性に優れた鋼材。
[6] 前記[5]に記載の成分組成を有する鋼素材を1.8m/min以下の鋳造速度で鋳造する鋳造工程と、
1350℃以下で加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された鋼素材を、圧延終了温度:820℃以上の条件で圧延する熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程で得られた鋼材を、Ac3点以上1000℃以下の温度で保持後、冷却条件が下記A群またはB群である冷却工程と、
前記冷却工程で得られた鋼材を400℃以上Ac1点以下、60分未満とした条件で焼き戻しを行う焼き戻し工程と、を有する鋼材の製造方法。
A群:
800℃から550℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で15℃/s以上、550℃から50℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で15℃/s以下で50℃以下まで鋼材を冷却。
B群:
800℃から300℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で10℃/s以上、300℃から50℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で5℃/s以下で50℃以下まで鋼材を冷却。
[7] 前記焼き戻し工程前に、Ac3点以上1000℃以下に再加熱し、冷却条件が下記A群またはB群である焼入れ工程を有する[6]に記載の鋼材の製造方法。
A群:
800℃から550℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で15℃/s以上、550℃から50℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で15℃/s以下で50℃以下まで鋼材を冷却。
B群:
800℃から300℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で10℃/s以上、300℃から50℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で5℃/s以下で50℃以下まで鋼材を冷却。
[8] 前記鋳造速度が1.0m/min以下である[6]または[7]に記載の鋼材の製造方法。
This invention was developed based on these new findings and further considerations, and its gist is as follows.
[1] In mass percent,
C: 0.10-0.45%,
Si: 0.01-2.0%,
Mn: 0.3-2.0%,
Al: 0.01-0.15%,
N: 0.0005-0.008%,
P: 0.015% or less,
S: 0.0015% or less,
O: 0.01% or less,
H: 0.0010% or less,
Cu: 0 to 2.5%,
Ni: 0 to 2.5%,
Cr: 0-2.5%,
Mo: 0-2.0%,
Nb: 0 to 0.5%,
V: 0-0.5%,
Ti: 0 to 0.5%,
W: 0-2.5%,
B: 0 to 0.005%,
Sn: 0-0.3%,
Sb: 0 to 0.3%,
Ca: 0-0.01%,
Mg: 0 to 0.01%,
REM: 0~0.005%
It contains, with the remainder being Fe and unavoidable impurities, and has a component composition.
If the residual austenite content is 3% or less,
There are 20 or fewer carbides with a diameter of 200 nm or more per 10 μm².
A steel pipe exhibiting excellent fatigue properties in hydrogen, where the crack propagation rate da/dN in hydrogen at stress intensity of 1 MPa or higher (stress intensity factor range = 20 MPa√m) is 1.0 × 10⁻⁶ m· cycle⁻¹ or less.
[2] A casting step of casting a steel material having the component composition described in [1] at a casting speed of 1.8 m/min or less,
A heating process that involves heating to 1350°C or below,
A hot rolling process in which the steel material heated in the above heating process is rolled at a rolling completion temperature of 820°C or higher to form a steel pipe shape,
After the steel pipe obtained in the hot rolling process is held at a temperature of Ac 3 or higher and 1000°C or lower, a cooling process is performed in which the cooling conditions are in group A or group B below.
A method for manufacturing a steel pipe, comprising a tempering step in which the steel pipe obtained in the cooling step is tempered at a temperature of 400°C or higher and an Ac value of 1 or lower for less than 60 minutes.
Group A:
The average cooling rate from 800°C to 550°C is 15°C/s or more at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, and the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, cooling the steel pipe down to 50°C or below.
Group B:
The average cooling rate from 800°C to 300°C is 10°C/s or more at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, and the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, cooling the steel pipe down to 50°C or below.
[3] The method for manufacturing a steel pipe according to [2], further comprising a quenching step before the tempering step, in which the pipe is reheated to an Ac of 3 or higher and 1000°C or lower, and the cooling conditions are those of group A or group B below.
Group A:
The average cooling rate from 800°C to 550°C is 15°C/s or more at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, and the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, cooling the steel pipe down to 50°C or below.
Group B:
The average cooling rate from 800°C to 300°C is 10°C/s or more at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, and the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, cooling the steel pipe down to 50°C or below.
[4] The method for manufacturing a steel pipe according to [2] or [3], wherein the casting speed is 1.0 m/min or less.
[5] In mass%,
C: 0.10-0.45%,
Si: 0.01-2.0%,
Mn: 0.3-2.0%,
Al: 0.01-0.15%,
N: 0.0005-0.008%,
P: 0.015% or less,
S: 0.0015% or less,
O: 0.01% or less,
H: 0.0010% or less,
Cu: 0 to 2.5%,
Ni: 0 to 2.5%,
Cr: 0-2.5%,
Mo: 0-2.0%,
Nb: 0 to 0.5%,
V: 0-0.5%,
Ti: 0 to 0.5%,
W: 0-2.5%,
B: 0 to 0.005%,
Sn: 0-0.3%,
Sb: 0 to 0.3%,
Ca: 0-0.01%,
Mg: 0 to 0.01%,
REM: 0~0.005%
It contains, with the remainder being Fe and unavoidable impurities, and has a component composition.
If the residual austenite content is 3% or less,
There are 20 or fewer carbides with a diameter of 200 nm or more per 10 μm².
A steel material exhibiting excellent fatigue properties in hydrogen, where the crack propagation rate da/dN in hydrogen at stress intensity of 1 MPa or higher (stress intensity factor range = 20 MPa√m) is 1.0 × 10⁻⁶ m· cycle⁻¹ or less.
[6] A casting step of casting a steel material having the component composition described in [5] at a casting speed of 1.8 m/min or less,
A heating process that involves heating to 1350°C or below,
A hot rolling process is performed in which the steel material heated in the aforementioned heating process is rolled at a rolling completion temperature of 820°C or higher.
The steel material obtained in the hot rolling process is held at a temperature of Ac 3 or higher and 1000°C or lower, followed by a cooling process where the cooling conditions are in group A or group B below.
A method for manufacturing steel, comprising: a tempering step in which the steel obtained in the cooling step is tempered at a temperature of 400°C or higher and an Ac of 1 point or lower for less than 60 minutes.
Group A:
The average cooling rate from 800°C to 550°C is 15°C/s or more at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, and the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, cooling the steel material down to 50°C or below.
Group B:
The average cooling rate from 800°C to 300°C is 10°C/s or more at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, and the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, thereby cooling the steel material to 50°C or below.
[7] The method for manufacturing steel according to [6], further comprising a quenching step before the tempering step, in which the steel is reheated to an Ac of 3 or higher and 1000°C or lower, and the cooling conditions are those of group A or group B below.
Group A:
The average cooling rate from 800°C to 550°C is 15°C/s or more at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, and the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, cooling the steel material down to 50°C or below.
Group B:
The average cooling rate from 800°C to 300°C is 10°C/s or more at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, and the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, thereby cooling the steel material to 50°C or below.
[8] The method for manufacturing steel according to [6] or [7], wherein the casting speed is 1.0 m/min or less.
本発明によれば、高圧水素ガス環境下の疲労特性が極めて優れる鋼管および鋼材を得ることができ、産業上極めて有用である。According to the present invention, steel pipes and steel materials with extremely excellent fatigue characteristics under a high-pressure hydrogen gas environment can be obtained, which are extremely useful in industry.
次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。Next, a specific method for carrying out the present invention will be described.
第1実施形態として鋼管の実施する方法を具体的に説明し、続いて第2実施形態として鋼材の実施する方法を具体的に説明する。As the first embodiment, a method for implementing steel pipes will be specifically described, followed by a second embodiment, a method for implementing steel materials will be specifically described.
第1実施形態
[成分組成]
本発明の鋼管(鋼材も含まれる)の成分組成について、その限定理由を以下に説明する。なお、以下の説明における「%」は、特に断らない限り「質量%」を表すものとする。
First Embodiment [Component Composition]
The reasons for the limitations on the component composition of the steel pipe (including steel material) of the present invention are explained below. In the following explanation, "%" refers to "mass%" unless otherwise specified.
C:0.10~0.45%
Cは、強度を上昇させるために必要な元素である。0.10%未満ではその効果が不十分である。そのため、C含有量は0.10%以上とする。C含有量は0.13%以上とすることが好ましい。C含有量は、0.15%以上がより好ましく、0.18%以上がさらに好ましい。一方、0.45%を超えると焼き入れの際に焼き割れが生じることがあり、また、粗大炭化物を形成する原因になり水素中の疲労特性が劣化する。したがって、C含有量は0.45%以下とする。C含有量は0.43%以下とすることが好ましい。C含有量は、0.40%以下がより好ましく、0.38%以下がさらに好ましい。
C: 0.10-0.45%
Carbon (C) is an element necessary for increasing strength. Below 0.10%, its effect is insufficient. Therefore, the C content should be 0.10% or more. Preferably, the C content should be 0.13% or more. More preferably, the C content should be 0.15% or more, and even more preferably, 0.18% or more. On the other hand, if it exceeds 0.45%, quench cracking may occur during hardening, and it can also cause the formation of coarse carbides, degrading the fatigue properties in hydrogen. Therefore, the C content should be 0.45% or less. Preferably, the C content should be 0.43% or less. More preferably, the C content should be 0.40% or less, and even more preferably, 0.38% or less.
Si:0.01~2.0%
Siは、製鋼段階の脱酸材および焼入れ性を確保する元素として含有するが、0.01%未満ではその効果が不十分であるため、Si含有量は0.01%以上とする。Si含有量は0.1%以上とすることが好ましい。Si含有量は、0.15%以上がより好ましい。一方、2.0%を超えると粒界が脆化し、低温靭性および水素中の疲労特性を劣化させる。従って、Si含有量は2.0%以下とする。Si含有量は1.5%以下が好ましい。Si含有量は1.0%以下とすることが好ましく、0.8%以下がさらに好ましい。
Si: 0.01~2.0%
Si is included as a deoxidizing agent and an element that ensures hardenability during the steelmaking process, but its effect is insufficient if it is less than 0.01%, so the Si content should be 0.01% or more. Preferably, the Si content should be 0.1% or more. More preferably, the Si content should be 0.15% or more. On the other hand, if it exceeds 2.0%, the grain boundaries become brittle, degrading the low-temperature toughness and fatigue properties in hydrogen. Therefore, the Si content should be 2.0% or less. Preferably, the Si content should be 1.5% or less. Preferably, the Si content should be 1.0% or less, and more preferably 0.8% or less.
Mn:0.3~2.0%
Mnは、焼入れ性を確保する元素として含有するが、0.3%未満ではその効果が不十分であるため、Mn含有量は0.3%以上とする。Mn含有量は0.4%以上が好ましい。Mn含有量は0.5%以上とすることがより好ましい。Mn含有量は0.6%以上がさらに好ましい。一方、2.0%を超えて含有すると、粒界強度が低下し、低温靭性が劣化する。さらに、Mnが多いとオーステナイト安定性が増加するため、規定の残留オーステナイト量を超え、鋼中の水素量が増加する可能性がある。また、熱延後冷却(加速冷却あるいは焼入れ)時に表層部や中心偏析部の硬さが上昇するため、水素中の疲労特性が劣化する。したがって、Mn含有量は2.0%以下とする。Mn含有量は1.5%以下がより好ましく、Mn含有量は1.3%以下とすることがさらに好ましい。Mn含有量は1.0%以下がもっとも好ましい。
Mn: 0.3-2.0%
Mn is included as an element to ensure hardenability, but its effect is insufficient if it is less than 0.3%, so the Mn content should be 0.3% or more. A Mn content of 0.4% or more is preferable. A Mn content of 0.5% or more is more preferable. A Mn content of 0.6% or more is even preferable. On the other hand, if the content exceeds 2.0%, the grain boundary strength decreases and the low-temperature toughness deteriorates. Furthermore, a high Mn content increases austenite stability, which may exceed the specified amount of retained austenite and increase the amount of hydrogen in the steel. In addition, the hardness of the surface layer and the central segregation area increases during post-hot-rolling cooling (accelerated cooling or quenching), which deteriorates the fatigue properties in hydrogen. Therefore, the Mn content should be 2.0% or less. A Mn content of 1.5% or less is more preferable, and a Mn content of 1.3% or less is even preferable. A Mn content of 1.0% or less is most preferable.
Al:0.01~0.15%
Alは、脱酸材として含有されると同時に、Al系窒化物の微細析出物として加熱時にオーステナイト粒をピンニングし、粒の粗大化を抑制する効果があるが、0.01%未満の場合にはその効果が十分でない。そのため、Al含有量は0.01%以上とする。Al含有量は0.02%以上とすることが好ましい。Al含有量は0.03%以上がより好ましい。一方、0.15%を超えて含有すると、鋼の清浄度が低下し、靭性および水素中の疲労特性が劣化する。従って、Al含有量は0.15%以下とする。Al含有量は0.13%以下とすることが好ましい。Al含有量は0.10%以下がより好ましく、0.08%以下がさらに好ましい。
Al: 0.01~0.15%
Al is included as a deoxidizing agent and, as fine precipitates of Al-based nitride, pinns austenite grains during heating, suppressing grain coarsening. However, this effect is insufficient if the Al content is less than 0.01%. Therefore, the Al content should be 0.01% or more. Preferably, the Al content should be 0.02% or more. More preferably, the Al content should be 0.03% or more. On the other hand, if the Al content exceeds 0.15%, the cleanliness of the steel decreases, and the toughness and fatigue properties in hydrogen deteriorate. Therefore, the Al content should be 0.15% or less. Preferably, the Al content should be 0.13% or less. More preferably, the Al content should be 0.10% or less, and even more preferably 0.08% or less.
N:0.0005~0.008%
Nは、Nb、Ti、Alなどと窒化物を形成することによって微細析出物を形成し、加熱時にオーステナイト粒をピンニングすることによって、粒の粗大化を抑制し、低温靭性を向上させる効果を有するために含有する。0.0005%未満の含有では組織の微細化効果が充分にもたらされないため、N含有量は0.0005%以上とする。N含有量は0.001%以上が好ましい。N含有量は0.0025%以上とすることがより好ましい。一方、0.008%を超える含有は固溶N量が増加するために母材および溶接熱影響部の靭性を損ない、水素中の疲労特性が劣化する。従って、N含有量は0.008%以下とする。N含有量は0.007%以下とすることが好ましい。N含有量は0.006%以下がより好ましく、0.005%以下がさらに好ましい。
N: 0.0005-0.008%
N is included because it forms fine precipitates by forming nitrides with Nb, Ti, Al, etc., and pinning the austenite grains during heating, thereby suppressing grain coarsening and improving low-temperature toughness. Since a content of less than 0.0005% does not sufficiently refine the structure, the N content should be 0.0005% or more. A N content of 0.001% or more is preferred. A N content of 0.0025% or more is more preferred. On the other hand, a content exceeding 0.008% increases the amount of solid-solution N, impairing the toughness of the base material and the heat-affected zone of the weld, and degrading the fatigue properties in hydrogen. Therefore, the N content should be 0.008% or less. A N content of 0.007% or less is preferred. A N content of 0.006% or less is more preferred, and 0.005% or less is even more preferred.
P:0.015%以下
不純物元素であるPは、結晶粒界に偏析しやすく、0.015%を超えると隣接結晶粒の接合強度を低下させ、低温靭性、水素中の疲労特性を劣化させる。従って、P含有量は0.015%以下とする。P含有量は0.013%以下が好ましく、P含有量は0.010%以下とすることがより好ましい。下限は特に限定されるものではないが、コスト増につながることから0.001%以上とすることが好ましい。
P: 0.015% or less. As an impurity element, P tends to segregate at grain boundaries, and if it exceeds 0.015%, it reduces the bonding strength between adjacent grains and degrades low-temperature toughness and fatigue properties in hydrogen. Therefore, the P content should be 0.015% or less. A P content of 0.013% or less is preferable, and a P content of 0.010% or less is more preferable. There is no particular lower limit, but it is preferable to set it at 0.001% or more to avoid increased costs.
S:0.0015%以下
不純物元素であるSは、結晶粒界に偏析しやすく、また、非金属介在物であるMnSを生成しやすい。0.0015%を超えると隣接結晶粒の接合強度が低下し、介在物の量が多くなり、低温靭性および水素中の疲労特性を劣化させる。従って、S含有量は0.0015%以下とする。S含有量は0.0013%以下が好ましい。S含有量は0.0010%以下とすることがより好ましく、0.0008%以下がさらに好ましい。下限は特に限定されるものではないが、コスト増につながることから0.0001%以上とすることが好ましい。
S: 0.0015% or less. S, an impurity element, tends to segregate at grain boundaries and easily forms MnS, a nonmetallic inclusion. If it exceeds 0.0015%, the bonding strength between adjacent grains decreases, the amount of inclusions increases, and the low-temperature toughness and fatigue properties in hydrogen deteriorate. Therefore, the S content should be 0.0015% or less. A S content of 0.0013% or less is preferable. A S content of 0.0010% or less is more preferable, and 0.0008% or less is even more preferable. There is no particular lower limit, but it is preferable to set it at 0.0001% or more as this leads to increased costs.
O:0.01%以下
Oは、Alなどと酸化物を形成することによって、材料の加工性に影響を及ぼすため少ないほど好ましい。0.01%を超える含有は介在物が増加し、加工性を損なう。また、介在物増加に伴い、水素中の疲労特性も劣化する。従って、O含有量は0.01%以下とする。O含有量は0.009%以下が好ましい。O含有量は0.008%以下とすることがより好ましい。下限は特に限定されるものではないが、コスト増につながることから0.0001%以上とすることが好ましい。O含有量は0.002%以上とすることがより好ましい。
O: 0.01% or less. Since oxygen forms oxides with Al and other elements, affecting the processability of the material, a lower amount is preferable. Content exceeding 0.01% increases inclusions and impairs processability. Furthermore, the fatigue properties in hydrogen deteriorate with increasing inclusions. Therefore, the oxygen content should be 0.01% or less. An oxygen content of 0.009% or less is preferable. An oxygen content of 0.008% or less is more preferable. There is no particular lower limit, but it is preferable to have a lower limit of 0.0001% or more as this leads to increased costs. An oxygen content of 0.002% or more is more preferable.
H:0.0010%以下
Hは、製造中の種々の工程で鋼材中に導入される場合があり、導入量が多いと凝固後の割れ発生リスクが高まるとともに、疲労き裂進展を加速させる。また、導入量が多い状態ではき裂進展速度を増加させるため、鋼材中の水素量を低下させることが重要である。これらの影響は0.0010%以下であれば問題とならないため、H含有量は0.0010%以下とする。好ましくは0.0005%以下である。より好ましくは、H含有量は0.0002%以下である。一方、0.00001%未満とするとコスト増の要因となるため、0.00001%以上とすることが好ましい。H含有量は0.0001%以上とすることが好ましい。なお、水素量は鋼材、鋼管、UOE等の成形後の残存水素量である。
H: 0.0010% or less. Hydrogen may be introduced into the steel material during various processes in manufacturing. If the amount introduced is high, the risk of crack formation after solidification increases and fatigue crack propagation accelerates. Furthermore, since a high amount introduced increases the crack propagation rate, it is important to reduce the amount of hydrogen in the steel material. These effects are not a problem if the amount is 0.0010% or less, so the H content should be 0.0010% or less. Preferably, it is 0.0005% or less. More preferably, the H content is 0.0002% or less. On the other hand, if it is less than 0.00001%, it will be a factor in increasing costs, so it is preferable to have 0.00001% or more. It is preferable that the H content be 0.0001% or more. Note that the amount of hydrogen is the residual hydrogen after forming of the steel material, steel pipe, UOE, etc.
本発明では、上記成分組成の残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼組成とすることが好ましいが、所望する特性に応じて更に、Cu:0~2.5%、Ni:0~2.5%、Cr:0~2.5%、Mo:0~2.0%、Nb:0~0.5%、V:0~0.5%、Ti:0~0.5%、W:0~2.5%、B:0~0.005%、Sn:0~0.3%、Sb:0~0.3%、Ca:0~0.01%、Mg:0~0.01%、REM:0~0.005%の一種または二種以上を、個別にあるいは同時に適宜含有させることが好ましい。In the present invention, it is preferable that the steel composition consists of Fe and unavoidable impurities as the remainder of the above component composition. However, depending on the desired properties, it is preferable to further include one or more of the following, individually or simultaneously, as appropriate: Cu: 0-2.5%, Ni: 0-2.5%, Cr: 0-2.5%, Mo: 0-2.0%, Nb: 0-0.5%, V: 0-0.5%, Ti: 0-0.5%, W: 0-2.5%, B: 0-0.005%, Sn: 0-0.3%, Sb: 0-0.3%, Ca: 0-0.01%, Mg: 0-0.01%, and REM: 0-0.005%.
Cu:0~2.5%
Cuは、焼入れ性を向上する作用を有している。このため、Cuを含有する場合には、Cu含有量は0%以上であってよいが、0.05%未満では上記効果が得られにくいため、Cu含有量は0.05%以上とすることが好ましい。一方、2.5%を超えると、鋼片加熱時に熱間での割れを生じやすくする。従って、Cuを含有する場合には、2.5%以下とする。Cu含有量は2.3%以下が好ましい。Cu含有量は2.0%以下とすることがより好ましく、1.8%以下がさらに好ましい。
Cu: 0-2.5%
Cu has the effect of improving hardenability. For this reason, when Cu is included, the Cu content may be 0% or more, but since the above effect is difficult to obtain if it is less than 0.05%, it is preferable that the Cu content be 0.05% or more. On the other hand, if it exceeds 2.5%, it makes it easier for cracks to occur when the steel billet is heated while hot. For this reason, when Cu is included, it should be 2.5% or less. A Cu content of 2.3% or less is preferable. A Cu content of 2.0% or less is more preferable, and 1.8% or less is even more preferable.
Ni:0~2.5%
Niは、Cuと同様に焼入れ性を向上する作用を有しており、さらに靭性を向上する作用も有する。このため、Niを含有する場合には、Ni含有量は0%以上であってよいが、0.05%未満では上記効果が得られにくいため、Ni含有量は0.05%以上とすることが好ましい。一方、2.5%を超えると、経済性が劣る。従って、Niを含有する場合には、2.5%以下とする。Ni含有量は2.3%以下が好ましい。2.0%以下とすることがより好ましく、1.8%以下が好ましい。
Ni: 0-2.5%
Ni, like Cu, has the effect of improving hardenability and also improves toughness. For this reason, when Ni is included, the Ni content may be 0% or more, but since the above effects are difficult to obtain if it is less than 0.05%, it is preferable that the Ni content be 0.05% or more. On the other hand, if it exceeds 2.5%, it is not economically viable. Therefore, when Ni is included, it should be 2.5% or less. A Ni content of 2.3% or less is preferable. A content of 2.0% or less is more preferable, and 1.8% or less is preferable.
Cr:0~2.5%
Crは、焼入れ性を確保する元素として含有しており、Crを含有する場合には、Cr含有量は0%以上であってよいが、0.1%未満では上記効果が得られにくいため、Cr含有量は0.1%以上とすることが好ましい。一方、2.5%を超えて含有すると靭性が劣化し、経済性が劣る。従って、Crを含有する場合には、2.5%以下とする。Cr含有量は2.3%以下が好ましい。Cr含有量は2.0%以下がより好ましく、1.8%以下がさらに好ましく、1.5%以下がもっとも好ましい。
Cr: 0-2.5%
Cr is included as an element to ensure hardenability. When Cr is included, the Cr content may be 0% or more, but if it is less than 0.1%, the above effects are difficult to obtain, so it is preferable that the Cr content be 0.1% or more. On the other hand, if the content exceeds 2.5%, the toughness deteriorates and the economic efficiency is poor. Therefore, when Cr is included, it should be 2.5% or less. A Cr content of 2.3% or less is preferable. A Cr content of 2.0% or less is more preferable, 1.8% or less is even more preferable, and 1.5% or less is most preferable.
Mo:0~2.0%
Moは、焼入れ性を向上する作用を有するため、Moを含有する場合には、Mo含有量は0%以上であってよいが、0.05%未満では上記効果が得られにくいため、Mo含有量は0.05%以上とすることが好ましい。一方、2.0%を超える含有は経済性が劣る。従って、Moを含有する場合には、2.0%以下とする。Mo含有量は1.8%以下が好ましい。Mo含有量は1.5%以下とすることがより好ましく、1.2%以下がさらに好ましい。
Mo: 0-2.0%
Mo has the effect of improving hardenability, so if Mo is included, the Mo content may be 0% or more, but if it is less than 0.05%, the above effect is difficult to obtain, so it is preferable that the Mo content be 0.05% or more. On the other hand, a content exceeding 2.0% is economically unfeasible. Therefore, if Mo is included, it should be 2.0% or less. A Mo content of 1.8% or less is preferable. A Mo content of 1.5% or less is more preferable, and 1.2% or less is even more preferable.
Nb:0~0.5%
Nbは、焼入れ性を向上する作用を有するとともに、Nb系炭窒化物の微細析出物として加熱時にオーステナイト粒をピンニングし、粒の粗大化を抑制する。このため、Nbを含有する場合には、Nb含有量は0%以上であってよいが、0.005%未満では上記効果が得られにくいため、Nb含有量は0.005%以上とすることが好ましい。Nb含有量は0.01%以上とすることがより好ましい。一方、含有量が0.5%を超える含有は粗大なNb炭窒化物が析出して靭性の劣化を招くおそれがある。従って、Nbを含有する場合には、Nb含有量は0.5%以下とする。Nb含有量は0.4%以下が好ましい。Nb含有量は0.3%以下とすることが好ましく、Nb含有量は0.2%以下が好ましい。
Nb: 0-0.5%
Nb has the effect of improving hardenability and, as fine precipitates of Nb-based carbonitrides, pinns austenite grains during heating, suppressing grain coarsening. For this reason, when Nb is included, the Nb content may be 0% or more, but since the above effect is difficult to obtain if it is less than 0.005%, it is preferable that the Nb content be 0.005% or more. It is even more preferable that the Nb content be 0.01% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.5%, coarse Nb carbonitrides may precipitate, leading to a deterioration of toughness. Therefore, when Nb is included, the Nb content should be 0.5% or less. It is preferable that the Nb content be 0.4% or less. It is preferable that the Nb content be 0.3% or less, and it is preferable that the Nb content be 0.2% or less.
V:0~0.5%
Vは、焼入れ性を向上する作用を有すると共に、V系炭化物の微細析出物として加熱時にオーステナイト粒をピンニングし、粒の粗大化を抑制する。このため、Vを含有する場合には、V含有量は0%以上であってよいが、0.005%未満では上記効果が得られにくいため、V含有量は0.005%以上とすることが好ましい。一方、含有量が0.5%を超える含有は粗大なV炭窒化物が析出して靭性の劣化を招くおそれがある。従って、Vを含有する場合には、V含有量は0.5%以下とする。V含有量は0.4%以下が好ましい。V含有量は0.3%以下とすることがより好ましく、0.2%以下がさらに好ましい。
V: 0-0.5%
V has the effect of improving hardenability and, as fine precipitates of V-based carbides, pinns austenite grains during heating, suppressing grain coarsening. For this reason, when V is included, the V content may be 0% or more, but the above effect is difficult to obtain if it is less than 0.005%, so it is preferable that the V content be 0.005% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.5%, coarse V carbonitrides may precipitate, leading to a deterioration of toughness. Therefore, when V is included, the V content should be 0.5% or less. A V content of 0.4% or less is preferable. A V content of 0.3% or less is more preferable, and 0.2% or less is even more preferable.
Ti:0~0.5%
Tiは、焼入れ性を向上する作用を有するとともに、Ti系炭窒化物の微細析出物として加熱時にオーステナイト粒をピンニングし、粒の成長を抑制する効果がある。このため、Tiを含有する場合には、Ti含有量は0%以上であってよいが、0.005%未満では上記効果が得られにくいため、Ti含有量は0.005%以上とすることが好ましい。Ti含有量は0.01%以上とすることが好ましい。一方、含有量が0.5%を超える含有は粗大な角状の窒化物が形成されやすくなり、靭性が劣化する。従って、Tiを含有する場合には、Ti含有量は0.5%以下とする。Ti含有量は0.4%以下が好ましい。Ti含有量は0.3%以下がより好ましく、0.2%以下がさらに好ましい。
Ti: 0-0.5%
Ti has the effect of improving hardenability and, as fine precipitates of Ti-based carbonitrides, pinns austenite grains during heating, thereby suppressing grain growth. For this reason, when Ti is included, the Ti content may be 0% or more, but since the above effect is difficult to obtain if it is less than 0.005%, it is preferable that the Ti content be 0.005% or more. It is preferable that the Ti content be 0.01% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.5%, coarse angular nitrides tend to form, and toughness deteriorates. Therefore, when Ti is included, the Ti content should be 0.5% or less. It is preferable that the Ti content be 0.4% or less. It is more preferable that the Ti content be 0.3% or less, and even more preferable that it be 0.2% or less.
W:0~2.5%
Wは、焼入れ性を向上する作用を有するため、Wを含有する場合には、W含有量は0%以上であってよいが、0.05%未満では上記効果が得られにくいため、W含有量は0.05%以上とすることが好ましい。一方、2.5%を超えると、経済性が劣る。従って、Wを含有する場合は、W含有量は2.5%以下とする。W含有量は2.3%以下が好ましい。W含有量は2.0%以下がより好ましく、1.8%以下がさらに好ましい。
W: 0-2.5%
Since W has the effect of improving hardenability, if W is included, the W content may be 0% or more, but if it is less than 0.05%, the above effect is difficult to obtain, so it is preferable that the W content be 0.05% or more. On the other hand, if it exceeds 2.5%, it is not economically viable. Therefore, if W is included, the W content should be 2.5% or less. A W content of 2.3% or less is preferable. A W content of 2.0% or less is more preferable, and 1.8% or less is even more preferable.
B:0~0.005%
Bは、焼入れ性を確保する元素であるため、Bを含有する場合には、B含有量は0%以上であってよいが、0.0005%未満では上記効果が得られにくいため、B含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。一方、0.005%を超えると、靭性を劣化させる。従って、Bを含有する場合には、B含有量は0.005%以下とする。B含有量は0.004%以下とすることが好ましい。B含有量は0.003%以下がより好ましく、0.002%以下がさらに好ましい。
B: 0-0.005%
Since B is an element that ensures hardenability, if B is included, the B content may be 0% or more, but if it is less than 0.0005%, the above effect is difficult to obtain, so it is preferable that the B content be 0.0005% or more. On the other hand, if it exceeds 0.005%, the toughness deteriorates. Therefore, if B is included, the B content should be 0.005% or less. It is preferable that the B content be 0.004% or less. It is more preferable that the B content be 0.003% or less, and even more preferable that it be 0.002% or less.
Sn:0~0.3%
Snは、鋼管の耐食性を高める作用を有している。このため、Snを含有する場合には、Sn含有量は0%以上であってよいが、0.005%未満では上記効果が得られにくいため、Sn含有量は0.005%以上とすることが好ましい。Sn含有量は0.01%以上とすることがより好ましい。一方、含有量が0.3%を超える含有は高温延性が低下し、鋳造時の割れが生じる可能性を高める。したがって、Snを含有する場合には、Sn含有量は0.3%以下とする。Sn含有量は0.25%以下とすることが好ましい。Sn含有量は0.2%以下がより好ましく、0.15%以下がさらに好ましい。
Sn: 0-0.3%
Sn has the effect of improving the corrosion resistance of steel pipes. For this reason, when Sn is included, the Sn content may be 0% or more, but since the above effect is difficult to obtain if it is less than 0.005%, it is preferable that the Sn content be 0.005% or more. It is more preferable that the Sn content be 0.01% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.3%, the high-temperature ductility decreases and the possibility of cracking during casting increases. For this reason, when Sn is included, the Sn content should be 0.3% or less. It is preferable that the Sn content be 0.25% or less. It is more preferable that the Sn content be 0.2% or less, and even more preferable that be 0.15% or less.
Sb:0~0.3%
Sbは、鋼管の耐食性を高める作用を有している。このため、Sbを含有する場合には、Sb含有量は0%以上であってよいが、0.005%未満では上記効果が得られにくいため、Sb含有量は0.005%以上とすることが好ましい。Sb含有量は0.01%以上とすることがより好ましい。一方、含有量が0.3%を超える含有は高温延性が低下し、熱間圧延性が低下する。したがって、Sbを含有する場合には、Sb含有量は0.3%以下とする。Sb含有量は0.25%以下が好ましい。Sb含有量は0.2%以下がより好ましく、0.15%以下がさらに好ましい。
Sb: 0-0.3%
Sb has the effect of improving the corrosion resistance of steel pipes. For this reason, when Sb is included, the Sb content may be 0% or more, but since the above effect is difficult to obtain if it is less than 0.005%, it is preferable that the Sb content be 0.005% or more. It is more preferable that the Sb content be 0.01% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.3%, the high-temperature ductility decreases and the hot-rolling ability decreases. For this reason, when Sb is included, the Sb content should be 0.3% or less. It is preferable that the Sb content be 0.25% or less. It is more preferable that the Sb content be 0.2% or less, and even more preferable that be 0.15% or less.
Ca:0~0.01%
Caは、CaSを形成し、圧延によって展伸しやすい介在物であるMnSの代わりに、圧延により展伸しにくい球状介在物であるCaSへと、硫化物系介在物の形態を制御する作用を有する。このため、Caを含有する場合には、Ca含有量は0%以上であってよいが、0.0005%未満では上記効果が得られにくいため、Ca含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。Ca含有量は0.001%以上とすることがより好ましい。一方、含有量が0.01%を超えて含有すると清浄度が低下するため、靭性などの材質が劣化する。したがって、Caを含有する場合には、Ca含有量は0.01%以下とする。Ca含有量は0.005%以下とすることが好ましい。Ca含有量は0.003%以下がより好ましく、0.002%以下がさらに好ましい。
Ca: 0-0.01%
Ca has the effect of controlling the morphology of sulfide-based inclusions, transforming them into CaS, a spherical inclusion that is difficult to stretch by rolling, instead of MnS, an inclusion that is easily stretched by rolling. For this reason, when Ca is included, the Ca content may be 0% or more, but the above effect is difficult to obtain if it is less than 0.0005%, so it is preferable that the Ca content be 0.0005% or more. It is more preferable that the Ca content be 0.001% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.01%, the cleanliness decreases, and the material properties such as toughness deteriorate. Therefore, when Ca is included, the Ca content should be 0.01% or less. It is preferable that the Ca content be 0.005% or less. It is more preferable that the Ca content be 0.003% or less, and even more preferable that it be 0.002% or less.
Mg:0~0.01%
Mgは、溶銑脱硫材として使用する場合がある。このため、Mgを含有する場合には、Mg含有量は0%以上であってよいが、0.0005%未満では上記効果が得られにくいため、Mg含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。Mg含有量は0.001%以上とすることがより好ましい。一方、含有量が0.01%を超える含有は、清浄度の低下を招く。従って、Mgを含有する場合には、Mg含有量は0.01%以下とする。Mg含有量は0.005%以下とすることが好ましい。Mg含有量は0.004%以下がより好ましく、0.003%以下がさらに好ましい。
Mg: 0-0.01%
Mg may be used as a desulfurizing agent for molten iron. Therefore, if Mg is included, the Mg content may be 0% or more, but since the above effects are difficult to obtain if it is less than 0.0005%, it is preferable that the Mg content be 0.0005% or more. It is more preferable that the Mg content be 0.001% or more. On the other hand, a content exceeding 0.01% leads to a decrease in cleanliness. Therefore, if Mg is included, the Mg content should be 0.01% or less. It is preferable that the Mg content be 0.005% or less. It is more preferable that the Mg content be 0.004% or less, and even more preferable that it be 0.003% or less.
REM:0~0.005%
REMは、鋼中でREM(O、S)として硫化物を生成することによって結晶粒界の固溶S量を低減して耐SR割れ特性を改善する。このため、REMを含有する場合には、REM含有量は0%以上であってよいが、0.0005%未満では上記効果が得られにくいため、REM含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。一方、含有量が0.005%を超える含有は、沈殿晶帯にREM硫化物が著しく集積し、材質の劣化を招く。従って、REMを含有する場合には、REM含有量は0.005%以下とする。REM含有量は0.003%以下が好ましい。REM含有量は0.001%以下とすることがより好ましい。なお、REMとはRare Earth Metalの略、であり、希土類金属である。
REM: 0~0.005%
REM improves resistance to SR cracking by reducing the amount of dissolved sulfur (S) at grain boundaries in steel by forming sulfides as REM(O,S). Therefore, when REM is included, the REM content may be 0% or more, but since the above effect is difficult to obtain if it is less than 0.0005%, it is preferable that the REM content be 0.0005% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.005%, REM sulfides accumulate significantly in the precipitated crystal zone, leading to deterioration of the material. Therefore, when REM is included, the REM content should be 0.005% or less. A REM content of 0.003% or less is preferable. A REM content of 0.001% or less is even more preferable. REM stands for Rare Earth Metal, and it is a rare earth metal.
鋼板および鋼管の成分組成において、上述した成分(元素)以外の残部は、Feおよび不可避的不純物元素からなる。In the composition of steel plates and steel pipes, the remainder of the components (elements) other than those mentioned above consists of Fe and unavoidable impurity elements.
本発明の鋼管の好適な金属組織について具体的に説明する。The preferred metallic structure of the steel pipe of the present invention will be described in detail.
残留オーステナイトが3%以下
オーステナイトが鋼管中に残存することにより、鋼中の水素量が増加し、水素脆化感受性を増大させる場合がある。さらに、使用中の応力負荷によりオーステナイトがマルテンサイトに変態した場合、マルテンサイトが非常に硬質なため水素割れしやすく、マルテンサイト部分からき裂発生する場合がある。本発明においては、残留オーステナイトを3%以下とすることで、疲労き裂進展速度を低減した。好ましくは2%以下であり、より好ましくは1%以下である。残留オーステナイトは0%であってもよい。
Retained austenite is 3% or less. The presence of retained austenite in steel pipes can increase the amount of hydrogen in the steel, potentially increasing its susceptibility to hydrogen embrittlement. Furthermore, if austenite transforms into martensite due to stress loading during use, martensite is very hard and therefore prone to hydrogen cracking, which can cause cracks to initiate from the martensite portion. In this invention, the fatigue crack propagation rate is reduced by limiting the retained austenite to 3% or less. Preferably, it is 2% or less, and more preferably 1% or less. The retained austenite may be 0%.
径が200nm以上である炭化物が20個/10μm2以下
本発明の鋼管において、粗大化した炭化物が所定値以上存在すると水素中の疲労特性に悪影響を及ぼす。このため、径が200nm以上である炭化物が20個/10μm2以下とする。好ましくは15個/10μm2以下である。より好ましくは10個/10μm2以下であり、さらに好ましくは5個/10μm2以下である。下限については、少ないほうがよく、0個/10μm2であってもよい。ここで、径は中心を通る長辺Aと短辺Bを用い、2√(A/2×B/2)より算出された値を指す。また、炭化物とは、例えば、セメンタイト、ε-炭化物、χ-炭化物、またFe7C3などを含む金属間化合物を指す。
In the steel pipe of the present invention, if the amount of coarse carbides exceeds a predetermined value, it adversely affects the fatigue characteristics in hydrogen. For this reason, the amount of carbides with a diameter of 200 nm or more is set to 20 or less per 10 μm². Preferably, it is 15 or less per 10 μm². More preferably, it is 10 or less per 10 μm², and even more preferably, 5 or less per 10 μm². For the lower limit, a smaller number is better, and it may be 0 or less per 10 μm². Here, the diameter refers to the value calculated from 2√(A/2 × B/ 2 ) using the long side A and short side B passing through the center. Carbides refer to intermetallic compounds including, for example, cementite, ε-carbide, χ-carbide, and Fe7C3 .
さらに、径が200nm未満である炭化物が100nm以上の間隔で均等に粒内に分散している場合については水素中の疲労特性に悪影響は及ぼさず、強度向上に寄与するため、粒内に分散している径が200nm未満である炭化物は10個/10μm2以上とすることが好ましい。上限については、析出物が多すぎると粗大化が進むという理由から粒内に分散している径が200nm未満である炭化物は100個/10μm2以下とすることが好ましい。
なお、炭化物析出は後述している熱間圧延後の冷却工程および焼き戻し工程の条件が影響するため、それらの条件を制御することが重要である。
Furthermore, when carbides with a diameter of less than 200 nm are uniformly dispersed within the grain at intervals of 100 nm or more, they do not adversely affect the fatigue properties in hydrogen and contribute to improved strength. Therefore, it is preferable that the amount of carbides with a diameter of less than 200 nm dispersed within the grain be 10 or more per 10 μm². As for the upper limit, it is preferable that the amount of carbides with a diameter of less than 200 nm dispersed within the grain be 100 or less per 10 μm² because too many precipitates lead to coarsening.
Furthermore, since carbide precipitation is influenced by the conditions of the cooling and tempering processes after hot rolling, which will be described later, it is important to control these conditions.
1MPa以上の水素中の応力拡大係数=20MPa√mにおけるき裂進展速度da/dNが1.0×10-6m・cycle-1以下
疲労き裂進展速度は、ラインパイプやガス容器に用いられる鋼管の設計において重要なパラメータで、破壊構造部材の安全性を確保した使用寿命を得るために必要である。破壊構造部材においては、き裂やき裂発生個所をゼロにすることは困難で、繰り返し応力を受けるとき、き裂は不可避的に発生し、進展する。き裂進展速度はき裂先端にかかる応力状態が小さい場合は小さく、き裂先端の応力状態が増加すると大きくなる。水素環境においては、鋼管中に水素が侵入し、き裂を進みやすくする。水素によるき裂進展速度の促進度合いは材料の組織や析出物による影響が大きい。1MPa以上の水素中のき裂進展試験において、ASTM E647に準拠して、周波数:1Hz、繰返し波形:正弦波、制御方法:荷重制御、応力比:R=0.1の疲労試験を実施して求めた応力拡大係数範囲=20MPa√mにおけるき裂進展速度da/dNが1.0×10-6m・cycle-1以下であれば、高圧水素環境下における鋼構造物の使用寿命も十分確保できるため、1MPa以上の水素中のき裂進展試験において、応力拡大係数=20MPa√mにおけるき裂進展速度da/dNが1.0×10-6m・cycle-1以下とする。応力拡大係数=20MPa√mにおけるき裂進展速度da/dNが好ましくは0.9×10-6m・cycle-1以下であり、より好ましくは0.8×10-6m・cycle-1以下であり、さらに好ましくは0.7×10-6m・cycle-1以下である。下限については、大気中結果と近いほど良好と考えることができ、応力拡大係数=20MPa√mにおけるき裂進展速度da/dNが好ましくは0.05×10-6m・cycle-1以上とすることがより好ましい。
The stress intensity factor in hydrogen at 1 MPa or higher is such that the crack propagation rate da/dN at 20 MPa√m is 1.0 × 10⁻⁶ m· cycle⁻¹ or less. Fatigue crack propagation rate is an important parameter in the design of steel pipes used in line pipes and gas containers, and is necessary to ensure the safety of structural members and obtain a sufficient service life. In structural members, it is difficult to eliminate cracks or crack initiation sites entirely, and cracks inevitably occur and propagate when subjected to repeated stress. The crack propagation rate is small when the stress state at the crack tip is small, and increases as the stress state at the crack tip increases. In a hydrogen environment, hydrogen penetrates into the steel pipe, making it easier for cracks to propagate. The degree to which hydrogen accelerates crack propagation rate is greatly influenced by the material's microstructure and precipitates. In crack propagation tests in hydrogen at pressures of 1 MPa or higher, if the crack propagation rate da/dN in the stress intensity factor range = 20 MPa√m, obtained by conducting fatigue tests in accordance with ASTM E647 with a frequency of 1 Hz, repetition waveform: sine wave, control method: load control, and stress ratio: R = 0.1, is 1.0 × 10⁻⁶ m· cycle⁻¹ or less, then the service life of steel structures in a high-pressure hydrogen environment can be sufficiently ensured. Therefore, in crack propagation tests in hydrogen at pressures of 1 MPa or higher, the crack propagation rate da/dN in the stress intensity factor range = 20 MPa√m is set to 1.0 × 10⁻⁶ m· cycle⁻¹ or less. The crack propagation rate da/dN at a stress intensity factor of 20 MPa√m is preferably 0.9 × 10⁻⁶ m· cycle⁻¹ or less, more preferably 0.8 × 10⁻⁶ m· cycle⁻¹ or less, and even more preferably 0.7 × 10⁻⁶ m· cycle⁻¹ or less. For the lower limit, it is considered better if it is close to the result in air, and it is more preferable that the crack propagation rate da/dN at a stress intensity factor of 20 MPa√m is preferably 0.05 × 10⁻⁶ m· cycle⁻¹ or more.
また、鋼管の板厚は特に限定されるものではないが、板厚は5mm以上が好ましい。板厚は30mm以下が好ましい。Furthermore, while the thickness of the steel pipe is not particularly limited, a thickness of 5 mm or more is preferred. A thickness of 30 mm or less is preferred.
なお、本発明の鋼管とは、シームレス鋼管、電縫管、UOE鋼管などが挙げられ、以下では一例としてシームレス鋼管の製造方法を具体的に説明する。The steel pipes of this invention include seamless steel pipes, electric resistance welded pipes, UOE steel pipes, and the like. Below, a method for manufacturing a seamless steel pipe will be specifically described as an example.
本発明の水素ガス中の疲労特性に優れた鋼管は、上記の成分組成を有するもので水素中のき裂進展速度が満たされればよく、その製造方法を具体的に以下で説明する。The steel pipe exhibiting excellent fatigue characteristics in hydrogen gas according to the present invention has the above-mentioned component composition and only requires that the crack propagation rate in hydrogen is met. The manufacturing method thereof will be specifically described below.
同様の熱履歴となるように処理を行うことにより、電縫管やUOE鋼管を製造可能であることはいうまでもない。It goes without saying that by performing processing to achieve a similar thermal history, it is possible to manufacture electric resistance welded pipes and UOE steel pipes.
本発明の鋼管は、次の(1)~(3)の工程を順次行うことによって製造することができる。
(1)鋼素材を成分調整後鋳造する工程
(2)鋳造材を加熱し、圧延して鋼管形状を得る熱間圧延・冷却(加速冷却)する工程(焼き戻し工程前に再加熱して焼入れする場合も含まれる)、
(3)上記工程で得られた鋼管を焼き戻しする工程。
The steel pipe of the present invention can be manufactured by sequentially carrying out the following steps (1) to (3).
(1) A process of casting steel material after adjusting its composition. (2) A process of hot rolling and cooling (accelerated cooling) of the cast material, in which the material is heated and rolled to obtain the shape of a steel pipe (including cases where the material is reheated and hardened before the tempering process).
(3) A step of tempering the steel pipe obtained in the above step.
以下、各工程について説明する。なお、以下の説明における温度は、特に断らない限り、鋼素材または鋼管の板厚中央の温度とする。平均冷却速度は、鋼管の内面からの肉厚1/4位置温度を意味する。なお、板厚中央の温度と鋼管の内面からの肉厚1/4位置の温度は、放射温度計で測定した鋼管表面温度から鋼材の熱伝達係数を考慮した伝熱計算等を用いて上記温度を推定した温度である。The following describes each process. Unless otherwise specified, the temperature in the following description refers to the temperature at the center of the steel material or steel pipe's thickness. The average cooling rate refers to the temperature at a point 1/4 of the way through the wall thickness from the inner surface of the steel pipe. The temperature at the center of the thickness and the temperature at a point 1/4 of the way through the wall thickness from the inner surface of the steel pipe are estimated using heat transfer calculations that consider the heat transfer coefficient of the steel material, based on the steel pipe surface temperature measured with a radiation thermometer.
[鋳造工程]
鋳造速度:1.8m/min.以下
鋳造速度が遅いほど、鋼中の水素濃度および介在物を低減でき、その効果は1.8m/min.以下で顕著となるため、鋳造速度は1.8m/min.以下とする。好ましくは1.5m/min.以下である。より好ましくは1.0/min.以下である。さらに好ましくは0.5m/min.以下である。もっとも好ましくは0.1m/min.以下である。下限は特に限定されるものではないが、鋳造速度は0m/min.超えであればよい。
[Casting Process]
Casting speed: 1.8 m/min or less. The slower the casting speed, the more the hydrogen concentration and inclusions in the steel can be reduced, and this effect becomes significant at 1.8 m/min or less. Therefore, the casting speed should be 1.8 m/min or less. Preferably, it is 1.5 m/min or less. More preferably, it is 1.0 m/min or less. Even more preferably, it is 0.5 m/min or less. Most preferably, it is 0.1 m/min or less. There is no particular lower limit, but the casting speed should be greater than 0 m/min.
加熱工程
熱間圧延を行うために、上記した成分組成を有する鋼素材を加熱する。前記鋼素材としては、特に限定されないが、例えば、通常の連続鋳造法で得られるスラブやビレット等を使用することができる。
Heating Process: In order to perform hot rolling, the steel material having the above-described component composition is heated. The steel material is not particularly limited, but for example, slabs or billets obtained by a conventional continuous casting method can be used.
加熱温度:1350℃以下
加熱工程における加熱温度が1350℃を超えると、旧オーステナイト粒の平均粒径が過大となり、諸特性が劣化するため、加熱温度は1350℃以下とする。加熱温度は1300℃以下とすることがより好ましく、1250℃以下とすることがさらに好ましく、1200℃以下とすることがもっとも好ましい。一方、加熱温度は低いほど鋼中水素量を低減できるため好ましいが、低すぎると仕上げ圧延温度が低下し、圧延困難となる。そのため、加熱温度は950℃以上とすることが好ましい。加熱温度は1000℃以上とすることがより好ましい。加熱時間は特に規定しないが、長すぎると鋼管中へ導入される水素が増加するリスクが高まるため、180分以下が好ましい。加熱時間は150分以下がより好ましく、120分以下がさらに好ましい。下限は特に限定されるものではないが、加熱時間は30分以上が好ましく、60分以上がより好ましい。
Heating temperature: 1350°C or lower. If the heating temperature in the heating process exceeds 1350°C, the average particle size of the prior austenite grains becomes excessively large, and various properties deteriorate. Therefore, the heating temperature should be 1350°C or lower. It is more preferable that the heating temperature be 1300°C or lower, even more preferable that it be 1250°C or lower, and most preferable that it be 1200°C or lower. On the other hand, a lower heating temperature is preferable because it reduces the amount of hydrogen in the steel, but if it is too low, the finish rolling temperature will decrease, making rolling difficult. Therefore, it is preferable that the heating temperature be 950°C or higher. It is more preferable that the heating temperature be 1000°C or higher. There is no particular limit to the heating time, but if it is too long, the risk of an increase in hydrogen introduced into the steel pipe increases, so it is preferable to keep it at 180 minutes or less. It is more preferable that the heating time be 150 minutes or less, and even more preferable that it be 120 minutes or less. There is no particular lower limit, but it is preferable that the heating time be 30 minutes or more, and more preferable that it be 60 minutes or more.
圧延工程
上記加熱工程で加熱された鋼素材を以下の条件で圧延して鋼管形状とする。前記圧延には、通常のマンネスマン-プラグミル方式またはマンネスマン-マンドレルミル方式の、穿孔圧延を含む熱間圧延を用いることができる。
Rolling Process The steel material heated in the above heating process is rolled under the following conditions to form a steel pipe shape. For the rolling process, a standard Mannesmann-plug mill method or a Mannesmann-mandrel mill method, including perforated rolling, can be used for hot rolling.
圧延終了温度:820℃以上
圧延終了温度が820℃未満であると、圧延荷重が過大となり、圧延トラブル発生リスクが高まる。そのため、圧延終了温度は820℃以上とする。圧延終了温度は850℃以上とすることが好ましく、900℃以上とすることがより好ましい。一方、圧延終了温度の上限は特に限定されないが、温度が高すぎると金属組織が不均一となりやすいため、圧延終了温度は1200℃以下とすることが好ましい。圧延終了温度は1150℃以下とすることがより好ましく、1100℃以下とすることがさらに好ましい。
Rolling end temperature: 820°C or higher. If the rolling end temperature is below 820°C, the rolling load will be excessive, increasing the risk of rolling problems. Therefore, the rolling end temperature should be 820°C or higher. Preferably, the rolling end temperature should be 850°C or higher, and more preferably 900°C or higher. On the other hand, there is no particular upper limit to the rolling end temperature, but if the temperature is too high, the metal structure tends to become non-uniform, so it is preferable that the rolling end temperature be 1200°C or lower. More preferably, the rolling end temperature should be 1150°C or lower, and even more preferably 1100°C or lower.
[冷却工程(加速冷却工程)]
冷却工程では、上述した成分組成を有する鋼材をそのまま、または鋼管に加工した後、Ac3点以上1000℃以下の温度に加熱、保持し、以下のA群またはB群の冷却条件で冷却する。前記温度で10分以上保持することが好ましい。15分以上保持することがより好ましく、20分以上保持することがさらに好ましい。上限は特に限定されるものではないが、前記温度で60分以下保持することが好ましく、45分以下保持することがより好ましい。
[Cooling process (accelerated cooling process)]
In the cooling process, the steel material having the above-described component composition is heated and held to a temperature of Ac 3 or higher and 1000°C or lower, either as is or after being processed into a steel pipe, and then cooled under the cooling conditions of Group A or Group B below. It is preferable to hold the material at the above temperature for 10 minutes or more. It is more preferable to hold it for 15 minutes or more, and even more preferable to hold it for 20 minutes or more. There is no particular upper limit, but it is preferable to hold the material at the above temperature for 60 minutes or less, and more preferable to hold it for 45 minutes or less.
鋼管加工後の加熱温度:Ac3点以上1000℃以下
冷却工程における加熱温度がAc3点未満であると、冷却後、鋼中にフェライトが残存し、鋼管強度および水素中の疲労特性が低下する。そのため、加熱温度はAc3点以上とする。加熱温度はAc3点+30℃以上とすることが好ましく、Ac3点+50℃以上とすることがより好ましい。ただし、Ac3点+30℃、Ac3点+50℃が1000℃を超える成分系については、上記のAc3点+30℃以上、Ac3点+50℃以上は適用されない。ただし、一方、前記加熱温度が1000℃より高いと、オーステナイト結晶粒が粗大化し、熱処理後の材料の衝撃吸収エネルギー値や靱性の低下を引き起こす場合がある。そのため、前記加熱温度を1000℃以下とする。加熱温度は950℃以下とすることが好ましく、900℃以下とすることがより好ましい。ただし、950℃、900℃がAc3点未満の成分系については、上記の950℃以下、900℃以下は適用されない。
ここでの冷却過程は、圧延終了後の温度が本加熱条件を満足する場合には、そのまま冷却してもよいし、圧延終了後に再度過熱して冷却を実施してもよい。また、鋼板を一旦空冷で冷却した場合には、再度Ac3点以上1000℃以下の温度に加熱し、加熱して下記A群またはB群の冷却条件で冷却してもよい。
なお、本発明では、Ac3点(℃)を下記式により算出する。
Ac3(℃)=910-203[C]1/2-30[Mn]+44.7[Si]+700[P]+100[Al]+31.5[Mo]-11[Cr]-15.2[Ni]-20[Cu]+104[V]
ただし、式中の[M]は、元素Mの含有量(質量%)をあらわす。
Heating temperature after steel pipe processing: Ac 3 point or higher and 1000°C or lower. If the heating temperature in the cooling process is less than Ac 3 point, ferrite will remain in the steel after cooling, reducing the strength of the steel pipe and its fatigue properties in hydrogen. Therefore, the heating temperature should be Ac 3 point or higher. Preferably, the heating temperature should be Ac 3 point + 30°C or higher, and more preferably, Ac 3 point + 50°C or higher. However, for composition systems where Ac 3 point + 30°C and Ac 3 point + 50°C exceed 1000°C, the above Ac 3 point + 30°C and Ac 3 point + 50°C do not apply. On the other hand, if the heating temperature is higher than 1000°C, the austenite grains may coarseen, which may cause a decrease in the impact absorption energy value and toughness of the material after heat treatment. Therefore, the heating temperature should be 1000°C or lower. Preferably, the heating temperature should be 950°C or lower, and more preferably, 900°C or lower. However, for component systems where the Ac score is less than 3 at 950°C and 900°C, the above-mentioned limits of 950°C and 900°C do not apply.
In this cooling process, if the temperature after rolling satisfies the heating conditions, the material may be cooled directly, or it may be reheated and cooled after rolling. Furthermore, if the steel sheet has been cooled by air cooling, it may be reheated to a temperature of Ac 3 or higher but 1000°C or lower, and then cooled under the cooling conditions of Group A or Group B below.
In this invention, the Ac 3 point (°C) is calculated using the following formula.
Ac 3 (℃)=910-203[C]1/2-30[Mn]+44.7[Si]+700[P]+100[Al]+31.5[Mo]-11[Cr]-15.2[Ni]-20[Cu]+104[V]
However, [M] in the formula represents the content (mass%) of element M.
平均冷却速度
A群: 鋼管内面からの肉厚1/4位置における800℃から550℃までの範囲の平均冷却速度が15℃/s以上かつ、550℃から50℃までの平均冷却速度が15℃/s以下の条件で50℃以下に冷却
鋼管内面からの肉厚1/4位置における800℃から550℃までの平均冷却速度が15℃/s未満では、所定の炭化物密度を得られない。また、組織については特に限定されるものではないが、所定の水素中の疲労特性を得るために、ベイナイトまたはマルテンサイトのどちらか一方を面積率で90%以上得ることが好ましい。上記平均冷却速度が15℃/s未満では、ベイナイトが面積率で90%以上を得ることが難しくなるが、成分組成によってはマルテンサイトの形成に影響する場合もある。このため、鋼管内面からの肉厚1/4位置での平均冷却速度は15℃/s以上とする。組織のばらつき抑制の観点からは、平均冷却速度は17℃/s以上とすることが好ましい。800℃から550℃までの平均冷却速度は20℃/s以上とすることがさらに好ましく、22℃/s以上とすることがもっとも好ましい。一方、粒径のばらつきを抑制するために、当該平均冷却速度は50℃/s以下とすることが好ましく、45℃/s以下とすることがより好ましく、40℃/s以下とすることがさらに好ましい。
さらに、かつ、550℃から50℃までの平均冷却速度が15℃/s以下の条件で50℃以下まで冷却することで残留オーステナイトを低減し、鋼中の水素量を低減することができる。このため、550℃から50℃までの平均冷却速度は15℃/s以下とする。550℃から50℃までの平均冷却速度は12℃/s以下とすることがより好ましく、10℃/s以下とすることがさらに好ましい。下限は特に限定されるものではないが、550℃から50℃までの平均冷却速度は1℃/s以上とすることが好ましい。
冷却方法は特に限定されず、水冷、油冷、空冷等、任意の方法を単独または組み合わせて用いることができるが、800℃から550℃までは水冷もしくは油冷、550℃から50℃までは空冷が好ましい。
Average cooling rate Group A: Cooling to 50°C or below under the conditions that the average cooling rate in the range from 800°C to 550°C at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe is 15°C/s or more, and the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less. If the average cooling rate from 800°C to 550°C at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe is less than 15°C/s, the predetermined carbide density cannot be obtained. Furthermore, although the microstructure is not particularly limited, it is preferable to obtain 90% or more of either bainite or martensite by area ratio in order to obtain the predetermined fatigue characteristics in hydrogen. If the above average cooling rate is less than 15°C/s, it becomes difficult to obtain 90% or more of bainite by area ratio, but depending on the component composition, it may also affect the formation of martensite. For this reason, the average cooling rate at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe should be 15°C/s or more. From the viewpoint of suppressing variations in microstructure, it is preferable that the average cooling rate be 17°C/s or more. The average cooling rate from 800°C to 550°C is more preferably 20°C/s or higher, and most preferably 22°C/s or higher. On the other hand, in order to suppress variations in particle size, the average cooling rate is preferably 50°C/s or lower, more preferably 45°C/s or lower, and even more preferably 40°C/s or lower.
Furthermore, by cooling to 50°C or below under conditions where the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less, retained austenite can be reduced, thereby reducing the amount of hydrogen in the steel. For this reason, the average cooling rate from 550°C to 50°C should be 15°C/s or less. It is more preferable that the average cooling rate from 550°C to 50°C be 12°C/s or less, and even more preferable that it be 10°C/s or less. There is no particular lower limit, but it is preferable that the average cooling rate from 550°C to 50°C be 1°C/s or more.
The cooling method is not particularly limited, and any method such as water cooling, oil cooling, or air cooling can be used alone or in combination, but water cooling or oil cooling is preferred from 800°C to 550°C, and air cooling is preferred from 550°C to 50°C.
B群: 鋼管内面からの肉厚1/4位置における800℃から300℃までにおける平均冷却速度が10℃/s以上かつ、300℃から50℃までの平均冷却速度が5℃/s以下の条件で50℃以下に冷却
鋼管内面からの肉厚1/4位置における800℃から300℃までの平均冷却速度が10℃/s未満では、所定の炭化物密度を得られず、疲労特性の劣化が生じる。また、上記平均冷却速度が10℃/s未満では、マルテンサイトが面積率で90%以上を得ることが難しくなるが、成分組成によってはベイナイトの形成に影響する場合もある。このため、鋼管内面からの肉厚1/4位置での平均冷却速度は10℃/s以上とする。組織のばらつき抑制の観点からは、800℃から300℃までの平均冷却速度は12℃/s以上とすることが好ましく、平均冷却速度は15℃/s以上とすることがより好ましく、17℃/s以上とすることがさらに好ましい。上限は特に限定されるものではないが、前記平均冷却速度は60℃/s以下とすることが好ましい。
さらに、かつ、300℃から50℃までの平均冷却速度が5℃/s以下の条件で50℃以下まで冷却することで鋼中の水素量を低減することができる。このため、300℃から50℃までの平均冷却速度が5℃/s以下とする。300℃から50℃までの平均冷却速度は1℃/s以下とすることが好ましい。下限については特に限定されるものではないが、0.1℃/s以上とすることが好ましい。
冷却方法は特に限定されず、水冷、油冷、空冷等、任意の方法を単独または組み合わせて用いることができるが、800℃から300℃までは水冷もしくは油冷、300℃から50℃までは空冷が好ましい。
Group B: Cooling to 50°C or below under the conditions that the average cooling rate from 800°C to 300°C at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe is 10°C/s or more, and the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less. If the average cooling rate from 800°C to 300°C at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe is less than 10°C/s, the predetermined carbide density cannot be obtained, and deterioration of fatigue properties occurs. Also, if the above average cooling rate is less than 10°C/s, it becomes difficult to obtain a martensite area ratio of 90% or more, but depending on the component composition, it may affect the formation of bainite. For this reason, the average cooling rate at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe should be 10°C/s or more. From the viewpoint of suppressing variations in microstructure, it is preferable that the average cooling rate from 800°C to 300°C be 12°C/s or more, more preferably 15°C/s or more, and even more preferably 17°C/s or more. While there is no particular upper limit, it is preferable that the average cooling rate be 60°C/s or less.
Furthermore, the amount of hydrogen in the steel can be reduced by cooling it to 50°C or below under conditions where the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less. For this reason, the average cooling rate from 300°C to 50°C should be 5°C/s or less. Preferably, the average cooling rate from 300°C to 50°C should be 1°C/s or less. There is no particular limit to the lower limit, but it is preferable to have a lower limit of 0.1°C/s or more.
The cooling method is not particularly limited, and any method such as water cooling, oil cooling, or air cooling can be used alone or in combination, but water cooling or oil cooling is preferred from 800°C to 300°C, and air cooling is preferred from 300°C to 50°C.
[再加熱、焼入れ工程(好適条件)]
焼入れ前の再加熱温度:Ac3点以上1000℃以下
板厚中央の温度がAc3点未満では、一部未変態オーステナイトが残存するため、熱間圧延および焼入れ、後述する焼戻し後に所望の鋼組織を得ることができない。このため、再加熱時の焼入れ前加熱温度はAc3点以上とする。好ましくは、Ac3点超えとする。なお、初期オーステナイト粒径の過度な粗大化抑制および生産効率向上のため、前記焼入れ前加熱温度は1000℃以下とすることが好ましい。より好ましくは980℃以下であり、さらに好ましくは960℃以下である。もっとも好ましくは950℃以下である。焼入れ前の再加熱温度をAc3点以上の範囲で低温側の温度とすることで、初期オーステナイト粒径を微細化することができ、水素中き裂進展速度を小さくすることが可能である。
[Reheating and quenching process (preferred conditions)]
Reheating temperature before quenching: Ac 3 point or higher and 1000°C or lower. If the temperature at the center of the plate thickness is below Ac 3 point, some untransformed austenite will remain, making it impossible to obtain the desired steel structure after hot rolling, quenching, and tempering (described later). For this reason, the pre-quenching heating temperature during reheating should be Ac 3 point or higher. Preferably, it should exceed Ac 3 point. Furthermore, in order to suppress excessive coarsening of the initial austenite grain size and improve production efficiency, it is preferable that the pre-quenching heating temperature be 1000°C or lower. More preferably, it should be 980°C or lower, and even more preferably 960°C or lower. Most preferably, it should be 950°C or lower. By setting the pre-quenching reheating temperature to a lower temperature within the range of Ac 3 point or higher, the initial austenite grain size can be refined, and the hydrogen crack propagation rate can be reduced.
焼入れ時の平均冷却速度:下記A群またはB群
A群: 鋼管内面からの肉厚1/4位置における800℃から550℃までの範囲の平均冷却速度が15℃/s以上かつ、550℃から50℃までの平均冷却速度が15℃/s以下の条件で50℃以下に冷却
鋼管内面からの肉厚1/4位置における800℃から550℃までの平均冷却速度が15℃/s未満では、所定の炭化物密度を得られない。また、上記平均冷却速度が15℃/s未満では、ベイナイトが面積率で90%以上を得ることが難しくなるが、成分組成によってはマルテンサイトの形成に影響する場合もある。このため、鋼管内面からの肉厚1/4位置での平均冷却速度は15℃/s以上とする。組織のばらつき抑制の観点からは、平均冷却速度は17℃/s以上とすることが好ましく、20℃/s以上とすることがより好ましく、22℃/s以上とすることがさらに好ましい。一方、粒径のばらつきを抑制するために、当該平均冷却速度は50℃/s以下とすることが好ましく、47℃/s以下とすることがより好ましく、45℃/s以下とすることがさらに好ましい。
さらに、かつ、550℃から50℃までの平均冷却速度が15℃/s以下の条件で50℃以下まで冷却することで残留オーステナイトを低減し、鋼中の水素量を低減することができる。このため、550℃から50℃までの平均冷却速度は15℃/s以下とする。550℃から50℃までの平均冷却速度は12℃/s以下とすることが好ましく、10℃/s以下とすることがより好ましい。下限は特に限定されるものではないが、550℃から50℃までの平均冷却速度は1℃/s以上とすることが好ましい。
冷却方法は特に限定されず、水冷、油冷、空冷等、任意の方法を単独または組み合わせて用いることができるが、800℃から550℃までは水冷もしくは油冷、550℃から50℃までは空冷が好ましい。
Average cooling rate during quenching: Group A or Group B below Group A: Cooling to 50°C or below under the conditions that the average cooling rate in the range from 800°C to 550°C at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe is 15°C/s or more, and the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less. If the average cooling rate from 800°C to 550°C at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe is less than 15°C/s, the predetermined carbide density cannot be obtained. Also, if the above average cooling rate is less than 15°C/s, it becomes difficult to obtain bainite in area ratio of 90% or more, but depending on the component composition, it may affect the formation of martensite. For this reason, the average cooling rate at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe should be 15°C/s or more. From the viewpoint of suppressing variations in microstructure, it is preferable that the average cooling rate be 17°C/s or more, more preferably 20°C/s or more, and even more preferably 22°C/s or more. On the other hand, in order to suppress variations in particle size, the average cooling rate is preferably 50°C/s or less, more preferably 47°C/s or less, and even more preferably 45°C/s or less.
Furthermore, by cooling to 50°C or below under conditions where the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less, retained austenite can be reduced, thereby reducing the amount of hydrogen in the steel. For this reason, the average cooling rate from 550°C to 50°C should be 15°C/s or less. Preferably, the average cooling rate from 550°C to 50°C should be 12°C/s or less, and more preferably 10°C/s or less. There is no particular lower limit, but preferably, the average cooling rate from 550°C to 50°C should be 1°C/s or more.
The cooling method is not particularly limited, and any method such as water cooling, oil cooling, or air cooling can be used alone or in combination, but water cooling or oil cooling is preferred from 800°C to 550°C, and air cooling is preferred from 550°C to 50°C.
B群: 鋼管内面からの肉厚1/4位置における800℃から300℃までにおける平均冷却速度が10℃/s以上かつ、300℃から50℃までの平均冷却速度が5℃/s以下の条件で50℃以下に冷却
鋼管内面からの肉厚1/4位置における800℃から300℃までの平均冷却速度が10℃/s未満では、所定の炭化物密度を得られず、疲労特性の劣化が生じる。また、上記平均冷却速度が10℃/s未満では、マルテンサイトが面積率で90%以上を得ることが難しくなるが、成分組成によってはベイナイトの形成に影響する場合もある。このため、鋼管内面からの肉厚1/4位置での平均冷却速度は10℃/s以上とする。組織のばらつき抑制の観点からは、平均冷却速度は17℃/s以上とすることが好ましく、20℃/s以上とすることがより好ましく、25℃/s以上とすることがさらに好ましい。一方、前記平均冷却速度の上限は特に規定しないが60℃/sを超えると、鋼板表面において硬質な組織が多量に生成し、本発明で目的とする組織を有する鋼組織が得られず、水素中の疲労特性が低下するため、前記平均冷却速度は60℃/s以下とすることが好ましい。
さらに、かつ、300℃から50℃までの平均冷却速度が5℃/s以下の条件で50℃以下まで冷却することで鋼中の水素量を低減することができる。このため、300℃から50℃までの平均冷却速度が5℃/s以下とする。前記平均冷却速度は3℃/s以下とすることが好ましく、1℃/s以下とすることがより好ましい。下限については特に限定されるものではないが、0.1℃/s以上とすることが好ましい。
冷却方法は特に限定されず、水冷、油冷、空冷等、任意の方法を単独または組み合わせて用いることができるが、800℃から300℃までは水冷もしくは油冷、300℃から50℃までは空冷が好ましい。
Group B: Cooling to 50°C or below under the conditions that the average cooling rate from 800°C to 300°C at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe is 10°C/s or more, and the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less. If the average cooling rate from 800°C to 300°C at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe is less than 10°C/s, the predetermined carbide density cannot be obtained, and the fatigue properties deteriorate. Also, if the above average cooling rate is less than 10°C/s, it becomes difficult to obtain a martensite area ratio of 90% or more, but depending on the component composition, it may affect the formation of bainite. For this reason, the average cooling rate at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe should be 10°C/s or more. From the viewpoint of suppressing variations in the structure, it is preferable that the average cooling rate be 17°C/s or more, more preferably 20°C/s or more, and even more preferably 25°C/s or more. On the other hand, although there is no particular upper limit specified for the average cooling rate, if it exceeds 60°C/s, a large amount of hard structure will be generated on the surface of the steel plate, making it impossible to obtain a steel structure having the structure intended in the present invention, and the fatigue properties in hydrogen will decrease. Therefore, it is preferable that the average cooling rate be 60°C/s or less.
Furthermore, the amount of hydrogen in the steel can be reduced by cooling it to 50°C or below under conditions where the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less. For this reason, the average cooling rate from 300°C to 50°C is set to 5°C/s or less. Preferably, the average cooling rate is 3°C/s or less, and more preferably 1°C/s or less. There is no particular limit to the lower limit, but it is preferable to set it to 0.1°C/s or more.
The cooling method is not particularly limited, and any method such as water cooling, oil cooling, or air cooling can be used alone or in combination, but water cooling or oil cooling is preferred from 800°C to 300°C, and air cooling is preferred from 300°C to 50°C.
焼入れ時の冷却停止温度:50℃以下
冷却停止温度を50℃超えとすると、所望の炭化物密度が得られず、さらに上記変態が完了しないため、焼戻し後に所望の鋼組織を得ることができない。このため、50℃以下の温度まで焼入れることとする。冷却停止温度は45℃以下とすることが好ましく、40℃以下とすることがより好ましい。下限は特に限定されるものではないが、冷却停止温度は25℃以上とすることが好ましい。
Cooling stop temperature during quenching: 50°C or lower. If the cooling stop temperature exceeds 50°C, the desired carbide density cannot be obtained, and furthermore, the above transformation will not be completed, making it impossible to obtain the desired steel structure after tempering. For this reason, quenching should be performed to a temperature of 50°C or lower. The cooling stop temperature is preferably 45°C or lower, and more preferably 40°C or lower. There is no particular lower limit, but it is preferable that the cooling stop temperature be 25°C or higher.
焼き戻し工程
焼き戻し温度:400℃以上Ac1点以下
平均昇温速度が0.01℃/s以上となる条件で昇温し、焼き戻し温度を400℃以上とすることで、オーステナイト低減および鋼中の水素を低減することができ、かつ所定の炭化物密度を得ることができる。焼き戻し温度は好ましくは450℃以上であり、より好ましくは500℃以上である。一方、Ac1点を超えて昇温すると、オーステナイトおよび鋼中の水素が増加する可能性がある。このため、焼き戻し温度はAc1点以下とする。好ましくは、(Ac1点-30)℃以下の範囲である。なお、焼き戻し時における前記平均昇温速度の上限は特に限定されるものではないが、1℃/s以下とすることが好ましい。焼き戻し時間が長すぎると炭化物が粗大化して水素脆化に悪影響を及ぼすため、60分未満とする。焼き戻し時間は、好ましくは50分以下である。焼き戻し時間が短すぎると鋼材中のオーステナイトが低減せず水素量が低減しないため、焼き戻し時間は10分以上とすることが好ましく、20分以上とすることがより好ましい。
Tempering Process Tempering temperature: 400°C or higher, below Ac 1 point By raising the temperature under conditions where the average heating rate is 0.01°C/s or higher, and setting the tempering temperature to 400°C or higher, it is possible to reduce austenite and hydrogen in the steel, and obtain a predetermined carbide density. The tempering temperature is preferably 450°C or higher, and more preferably 500°C or higher. On the other hand, if the temperature is raised above Ac 1 point, the amount of austenite and hydrogen in the steel may increase. For this reason, the tempering temperature should be below Ac 1 point. Preferably, it is in the range of (Ac 1 point - 30)°C or lower. The upper limit of the average heating rate during tempering is not particularly limited, but it is preferably 1°C/s or lower. If the tempering time is too long, the carbides will coarseen and adversely affect hydrogen embrittlement, so it should be less than 60 minutes. The tempering time is preferably 50 minutes or less. If the tempering time is too short, the austenite in the steel will not be reduced and the amount of hydrogen will not be reduced. Therefore, it is preferable to temper for 10 minutes or more, and more preferable to temper for 20 minutes or more.
なお、本発明では、Ac1点(℃)の求め方については特に規定しないが、例えば、
Ac1=723-14Mn+22Si-14.4Ni+23.3Crとして求めることができる。なお、上記式中において各元素記号は各元素の鋼中含有量(質量%)であり、含有しない元素は0とする。
In this invention, the method for determining Ac 1 point (°C) is not specifically defined, but for example,
Ac 1 can be calculated as Ac 1 = 723 - 14Mn + 22Si - 14.4Ni + 23.3Cr. In the above formula, each element symbol represents the mass %) of each element in the steel, and elements that are not present are represented as 0.
脱水素処理工程
鋼材中にそもそも水素が存在する場合には疲労き裂進展の加速が増大され、疲労寿命および水素中疲労限応力が低下する。そのため、製造後に残存する水素を放出させるために、脱水素処理を用いてもよい。脱水素処理は、製品使用前に高温で一定時間保持することで鋼中水素量を低減させることができ、高圧水素ガス環境下における耐疲労特性に優れた鋼板を得ることができる。
保持時間R(sec)は、鋼材および鋼管の板厚並びに管厚t(mm)、および室温における鋼中の水素拡散係数D(mm2・sec-1)から、以下の式(A)とすることが好ましい。
R≧t2/D・・・(A)
水素拡散係数は含有している成分や金属組織によっても変わるが、例えば、水素拡散係数は1×10-5~5×10-3mm2/sを採用しても良い。より好ましくは 5×10-4mm2/s以下である。
脱水素処理工程は、造管または鋼管をつなげる溶接施工前に実施する。なお、脱水素処理は高温の水素拡散係数Dが小さくなり、早く水素が抜けるため高温である方が好ましい。高温の場合は上記(A)式のDの値を保持する温度の拡散係数D’(それぞれの温度における拡散係数)を用いて計算しても良い。一方、脱水素工程の温度が高すぎる場合には材料強度が著しく低下するため、脱水素処理温度は550℃以下が好ましい。脱水素処理温度Tは500℃以下とすることがより好ましい。脱水素処理温度Tは400℃以下とすることがさらに好ましく、300℃以下とすることがもっとも好ましい。また、室温よりも温度を低下させた脱水素処理は処理時間およびコスト増の要因であるという理由から脱水素処理温度Tは室温以上とすることが好ましい。脱水素処理温度Tは50℃以上とすることがより好ましい。脱水素処理温度Tは100℃以上とすることがさらに好ましく、150℃以上とすることがもっとも好ましい。ここで述べている脱水素処理温度Tとは脱水素処理工程における雰囲気の温度である。室温とは20±10℃のことをいう。
Dehydrogenation Treatment Process: When hydrogen is present in steel materials, the acceleration of fatigue crack propagation increases, reducing fatigue life and hydrogen fatigue limit stress. Therefore, dehydrogenation treatment may be used to release any remaining hydrogen after manufacturing. Dehydrogenation treatment reduces the amount of hydrogen in the steel by holding it at a high temperature for a certain period of time before product use, making it possible to obtain steel sheets with excellent fatigue resistance in a high-pressure hydrogen gas environment.
The holding time R (sec) is preferably given by the following formula (A), based on the plate thickness and pipe thickness t (mm) of the steel material and steel pipe, and the hydrogen diffusion coefficient D ( mm² · sec⁻¹ ) in steel at room temperature.
R≧t 2 /D...(A)
The hydrogen diffusion coefficient varies depending on the components and metal structure, but for example, a hydrogen diffusion coefficient of 1 × 10⁻⁵ to 5 × 10⁻³ mm² /s may be used. More preferably, it is 5 × 10⁻⁴ mm² /s or less.
The dehydrogenation treatment process is carried out before pipe fabrication or welding to connect steel pipes. It is preferable to perform the dehydrogenation treatment at a high temperature because the hydrogen diffusion coefficient D decreases at high temperatures, allowing hydrogen to escape more quickly. At high temperatures, the diffusion coefficient D' (diffusion coefficient at each temperature) at which the value of D in equation (A) above is maintained may be used for calculation. On the other hand, if the temperature of the dehydrogenation process is too high, the material strength will decrease significantly, so the dehydrogenation treatment temperature is preferably 550°C or lower. It is more preferable that the dehydrogenation treatment temperature T be 500°C or lower. It is even more preferable that the dehydrogenation treatment temperature T be 400°C or lower, and most preferably 300°C or lower. Furthermore, it is preferable that the dehydrogenation treatment temperature T be above room temperature because dehydrogenation treatment at temperatures lower than room temperature increases processing time and costs. It is more preferable that the dehydrogenation treatment temperature T be 50°C or higher. It is even more preferable that the dehydrogenation treatment temperature T be 100°C or higher, and most preferably 150°C or higher. The dehydrogenation treatment temperature T mentioned here refers to the temperature of the atmosphere during the dehydrogenation treatment process. Room temperature is defined as 20 ± 10°C.
特に、加熱する場合、鋼材および鋼管の板厚中央の温度Tcが脱水素処理工程における雰囲気の温度(脱水素処理温度T)に到達するまでに時間を要するため、雰囲気温度において上記保持時間R(sec)を満たしていても、板厚中央が脱水素処理温度T(雰囲気温度)に達していない場合は脱水素処理が不十分となる可能性がある。そのため、板厚中央温度Tcが目標とする脱水素処理温度Tに達してからR(sec)以上保持することが好ましい。さらに、所定の水素ガス中のき裂進展速度を得るために、表層部と板厚中央の鋼材水素量を適切に調整する必要があり、そのために、脱水素処理温度Tで、(A)式で規定されたR(sec)以上保持することが好ましく、さらに板厚中央温度Tcが目標とする脱水素処理温度Tに達してから上記保持時間R(sec)以上保持することがより好ましい。言い換えると、少なくとも前者は鋼材および鋼管の表層部の鋼材水素量を適切に制御でき、後者まで実施すると鋼材および鋼管の表層部から板厚中央までの鋼材水素量を適切に制御することができる。板厚温度が板厚中央温度Tcは熱電対などをもちいて実測してもいいし、有限要素法などを用いて予測してもよい。In particular, when heating, it takes time for the temperature Tc at the center of the thickness of the steel material and steel pipe to reach the ambient temperature (dehydrogenation treatment temperature T) in the dehydrogenation treatment process. Therefore, even if the ambient temperature satisfies the holding time R (sec), if the center of the thickness has not reached the dehydrogenation treatment temperature T (ambient temperature), the dehydrogenation treatment may be insufficient. For this reason, it is preferable to hold the temperature Tc at the center of the thickness for R (sec) or longer after it reaches the target dehydrogenation treatment temperature T. Furthermore, in order to obtain a predetermined crack propagation rate in hydrogen gas, it is necessary to appropriately adjust the amount of hydrogen in the steel material at the surface and the center of the thickness. For this purpose, it is preferable to hold the temperature T at the dehydrogenation treatment temperature for R (sec) or longer as defined by equation (A), and it is even more preferable to hold the temperature Tc at the center of the thickness for R (sec) or longer after it reaches the target dehydrogenation treatment temperature T. In other words, at least the former method allows for appropriate control of the amount of hydrogen in the surface layer of steel materials and steel pipes, and if the latter method is also implemented, the amount of hydrogen in the steel materials and steel pipes from the surface layer to the center of the plate thickness can be appropriately controlled. The plate thickness temperature and the plate thickness center temperature Tc can be measured using thermocouples or the like, or predicted using the finite element method or the like.
さらに、鋼表面のスケールは脱水素を阻害するため、スケールを除去し脱水素処理行う方が好ましい。スケールの除去方法は問わないが、例えば高圧洗浄による物理的な洗浄でもよいし、スケール除去剤を用いた化学的な手法を用いてもよい。スケール除去の厚みは問わないが、おおよそ100μm程度除去すれればスケール除去の効果が得られる。Furthermore, since scale on the steel surface inhibits dehydrogenation, it is preferable to remove the scale before performing dehydrogenation treatment. The method of scale removal is not limited; for example, physical cleaning by high-pressure washing or chemical methods using scale removers may be used. The thickness of the scale removal is not limited, but removing approximately 100 μm is sufficient to achieve the desired scale removal effect.
第2実施形態
以下、本発明の鋼材について具体的に説明する。鋼材の成分組成、金属組織、き裂進展速度は鋼管で説明した内容と同様であり、製造方法についても圧延工程、冷却工程以外の工程(鋳造工程、加熱工程、再加熱・焼入れ工程、焼き戻し工程、脱水素処理工程)は鋼管で説明した内容と同等の内容で実施される。圧延工程、冷却工程は下記にて実施される。
Second Embodiment The steel material of the present invention will now be described in detail. The composition, microstructure, and crack propagation rate of the steel material are the same as those described for steel pipes, and the manufacturing method is also carried out in the same manner as described for steel pipes, except for the rolling and cooling processes (casting, heating, reheating/quenching, tempering, and dehydrogenation treatment). The rolling and cooling processes are carried out as follows.
圧延工程
上記鋼管の製造方法で述べたような加熱工程で加熱された鋼素材を以下の条件にて熱間圧延機で熱間圧延する。
Rolling Process The steel material heated in the heating process described above in the steel pipe manufacturing method is hot-rolled in a hot rolling mill under the following conditions.
圧延終了温度:820℃以上
圧延終了温度が820℃未満であると、圧延荷重が過大となり、圧延トラブル発生リスクが高まる。そのため、圧延終了温度は820℃以上とする。圧延終了温度は850℃以上とすることが好ましく、900℃以上とすることがより好ましい。一方、圧延終了温度の上限は特に限定されないが、温度が高すぎると金属組織が不均一となりやすいため、圧延終了温度は1200℃以下とすることが好ましい。圧延終了温度は1150℃以下とすることがより好ましく、1100℃以下とすることがさらに好ましい。
Rolling end temperature: 820°C or higher. If the rolling end temperature is below 820°C, the rolling load will be excessive, increasing the risk of rolling problems. Therefore, the rolling end temperature should be 820°C or higher. Preferably, the rolling end temperature should be 850°C or higher, and more preferably 900°C or higher. On the other hand, there is no particular upper limit to the rolling end temperature, but if the temperature is too high, the metal structure tends to become non-uniform, so it is preferable that the rolling end temperature be 1200°C or lower. More preferably, the rolling end temperature should be 1150°C or lower, and even more preferably 1100°C or lower.
冷却工程(加速冷却工程)
冷却工程では、上述した成分組成を有する鋼材を熱間圧延した後、Ac3点以上1000℃以下の温度に加熱、保持し、以下のA群またはB群の冷却条件で冷却する。前記温度で10分以上保持することが好ましい。15分以上保持することがより好ましく、20分以上保持することがさらに好ましい。上限は特に限定されるものではないが、前記温度で60分以下保持することが好ましく、45分以下保持することがより好ましい。
Cooling process (accelerated cooling process)
In the cooling process, after hot rolling the steel material having the above-described component composition, it is heated and held at a temperature of Ac 3 or higher and 1000°C or lower, and then cooled under the cooling conditions of Group A or Group B below. It is preferable to hold it at the above temperature for 10 minutes or more. It is more preferable to hold it for 15 minutes or more, and even more preferable to hold it for 20 minutes or more. There is no particular upper limit, but it is preferable to hold it at the above temperature for 60 minutes or less, and more preferable to hold it for 45 minutes or less.
熱間圧延後の加熱温度:Ac3点以上1000℃以下
冷却工程における加熱温度がAc3点未満であると、冷却後、鋼中にフェライトが残存し、鋼材強度および疲労特性が低下する。そのため、加熱温度はAc3点以上とする。加熱温度はAc3点+30℃以上とすることが好ましく、Ac3点+50℃以上とすることがより好ましい。ただし、Ac3点+30℃、Ac3点+50℃が1000℃を超える成分系については、上記のAc3点+30℃以上、Ac3点+50℃以上は適用されない。一方、前記加熱温度が1000℃より高いと、オーステナイト結晶粒が粗大化し、熱処理後の材料の衝撃吸収エネルギー値や靱性の低下を引き起こす場合がある。そのため、前記加熱温度を1000℃以下とする。より好ましくは950℃以下であり、さらに好ましくは900℃以下である。ただし、950℃、900℃がAc3点未満の成分系については、上記の950℃以下、900℃以下は適用されない。
ここでの冷却過程は、圧延終了後の温度が本加熱条件を満足する場合には、そのまま冷却してもよいし、圧延終了後に再度過熱して冷却を実施してもよい。また、鋼材を一旦空冷で冷却した場合には、再度Ac3点以上1000℃以下の温度に加熱し、加熱して下記A群またはB群の冷却条件で冷却してもよい(この場合は焼入れという)。
なお、本発明では、Ac3点(℃)を下記式により算出する。
Ac3(℃)=910-203[C]1/2-30[Mn]+44.7[Si]+700[P]+100[Al]+31.5[Mo]-11[Cr]-15.2[Ni]-20[Cu]+104[V]
ただし、式中の[M]は、元素Mの含有量(質量%)をあらわす。
Heating temperature after hot rolling: Ac 3 point or higher and 1000°C or lower. If the heating temperature in the cooling process is less than Ac 3 point, ferrite will remain in the steel after cooling, reducing the strength and fatigue properties of the steel. Therefore, the heating temperature should be Ac 3 point or higher. Preferably, the heating temperature should be Ac 3 point + 30°C or higher, and more preferably Ac 3 point + 50°C or higher. However, for composition systems where Ac 3 point + 30°C and Ac 3 point + 50°C exceed 1000°C, the above Ac 3 point + 30°C and Ac 3 point + 50°C do not apply. On the other hand, if the heating temperature is higher than 1000°C, the austenite grains may coarseen, which may cause a decrease in the impact absorption energy value and toughness of the material after heat treatment. Therefore, the heating temperature should be 1000°C or lower. More preferably, it should be 950°C or lower, and even more preferably 900°C or lower. However, for component systems where the Ac score is less than 3 at 950°C and 900°C, the above-mentioned limits of 950°C and 900°C do not apply.
In this cooling process, if the temperature after rolling satisfies the heating conditions, the material may be cooled directly, or it may be reheated and cooled after rolling. Furthermore, if the steel material has been cooled by air cooling, it may be reheated to a temperature of Ac 3 or higher but 1000°C or lower, and then cooled under the cooling conditions of Group A or Group B below (this is called quenching).
In this invention, the Ac 3 point (°C) is calculated using the following formula.
Ac 3 (℃)=910-203[C]1/2-30[Mn]+44.7[Si]+700[P]+100[Al]+31.5[Mo]-11[Cr]-15.2[Ni]-20[Cu]+104[V]
However, [M] in the formula represents the content (mass%) of element M.
平均冷却速度
A群: 鋼材表面からの板厚1/4位置における800℃から550℃までの範囲の平均冷却速度が15℃/s以上かつ、550℃から50℃までの平均冷却速度が15℃/s以下の条件で50℃以下に冷却
鋼材表面からの板厚1/4位置における800℃から550℃までの平均冷却速度が15℃/s未満では、所定の炭化物密度を得られない。また、組織については特に限定されるものではないが、所定の水素中の疲労特性を得るために、ベイナイトまたはマルテンサイトのどちらか一方を面積率で90%以上得ることが好ましい。上記平均冷却速度が15℃/s未満では、ベイナイトが面積率で90%以上を得ることが難しくなるが、成分組成によってはマルテンサイトの形成に影響する場合もある。このため、鋼材表面からの板厚1/4位置での平均冷却速度は15℃/s以上とする。組織のばらつき抑制の観点からは、平均冷却速度は17℃/s以上とすることが好ましい。20℃/s以上とすることがより好ましく、22℃/s以上とすることがさらに好ましい。一方、粒径のばらつきを抑制するために、当該平均冷却速度は50℃/s以下とする。47℃/s以下とすることが好ましく、45℃/s以下とすることがより好ましい。
さらに、かつ、550℃から50℃までの平均冷却速度が15℃/s以下の条件で50℃以下まで冷却することで残留オーステナイトを低減し、鋼中の水素量を低減することができる。このため、550℃から50℃までの平均冷却速度は15℃/s以下とする。下限は特に限定されるものではないが、550℃から50℃までの平均冷却速度は1℃/s以上とすることが好ましい。
冷却方法は特に限定されず、水冷、油冷、空冷等、任意の方法を単独または組み合わせて用いることができるが、800℃から550℃までは水冷もしくは油冷、550℃から50℃までは空冷が好ましい。
Average cooling rate Group A: Cooling to 50°C or below under the conditions that the average cooling rate in the range from 800°C to 550°C at a position 1/4 of the plate thickness from the steel surface is 15°C/s or more, and the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less. If the average cooling rate from 800°C to 550°C at a position 1/4 of the plate thickness from the steel surface is less than 15°C/s, the predetermined carbide density cannot be obtained. Furthermore, although the microstructure is not particularly limited, it is preferable to obtain 90% or more of either bainite or martensite by area ratio in order to obtain predetermined fatigue characteristics in hydrogen. If the above average cooling rate is less than 15°C/s, it becomes difficult to obtain 90% or more of bainite by area ratio, but depending on the component composition, it may also affect the formation of martensite. For this reason, the average cooling rate at a position 1/4 of the plate thickness from the steel surface should be 15°C/s or more. From the viewpoint of suppressing variations in microstructure, it is preferable that the average cooling rate be 17°C/s or more. It is more preferable to have a cooling rate of 20°C/s or higher, and even more preferable to have a cooling rate of 22°C/s or higher. On the other hand, in order to suppress variations in particle size, the average cooling rate should be 50°C/s or lower. It is more preferable to have a cooling rate of 47°C/s or lower, and even more preferable to have a cooling rate of 45°C/s or lower.
Furthermore, by cooling the steel to 50°C or below under conditions where the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less, retained austenite can be reduced, thereby reducing the amount of hydrogen in the steel. For this reason, the average cooling rate from 550°C to 50°C should be 15°C/s or less. The lower limit is not particularly limited, but it is preferable that the average cooling rate from 550°C to 50°C be 1°C/s or more.
The cooling method is not particularly limited, and any method such as water cooling, oil cooling, or air cooling can be used alone or in combination, but water cooling or oil cooling is preferred from 800°C to 550°C, and air cooling is preferred from 550°C to 50°C.
B群: 鋼材表面から板厚1/4位置における800℃から300℃までにおける平均冷却速度が10℃/s以上かつ、300℃から50℃までの平均冷却速度が5℃/s以下の条件で50℃以下に冷却
鋼材表面からの板厚1/4位置における800℃から300℃までの平均冷却速度が10℃/s未満では、所定の炭化物密度を得られず、疲労特性の劣化が生じる。また、上記平均冷却速度が10℃/s未満では、マルテンサイトが面積率で90%以上を得ることが難しくなるが、成分組成によってはベイナイトの形成に影響する場合もある。このため、鋼材表面からの板厚1/4位置での平均冷却速度は10℃/s以上とする。組織のばらつき抑制の観点からは、12℃/s以上とすることがより好ましい。平均冷却速度は15℃/s以上とすることがより好ましく、17℃/s以上とすることがさらに好ましい。一方、前記平均冷却速度の上限は特に規定しないが60℃/sを超えると、鋼板表面において硬質な組織が多量に生成し、本発明で目的とする組織を有する鋼組織が得られず、水素中の疲労特性が低下するため、前記平均冷却速度は60℃/s以下とすることが好ましい。
さらに、かつ、300℃から50℃までの平均冷却速度が5℃/s以下の条件で50℃以下まで冷却することで鋼中の水素量を低減することができる。このため、300℃から50℃までの平均冷却速度が5℃/s以下とする。前記平均冷却速度は1℃/s以下とすることが好ましく、0.8℃/s以下とすることがより好ましい。下限については特に限定されるものではないが、0.1℃/s以上とすることが好ましい。
冷却方法は特に限定されず、水冷、油冷、空冷等、任意の方法を単独または組み合わせて用いることができるが、800℃から300℃までは水冷もしくは油冷、300℃から50℃までは空冷が好ましい。
Group B: Cooling to 50°C or below under the conditions that the average cooling rate from 800°C to 300°C at a position 1/4 of the plate thickness from the steel surface is 10°C/s or more, and the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less. If the average cooling rate from 800°C to 300°C at a position 1/4 of the plate thickness from the steel surface is less than 10°C/s, the predetermined carbide density cannot be obtained, and deterioration of fatigue properties occurs. Also, if the above average cooling rate is less than 10°C/s, it becomes difficult to obtain a martensite area ratio of 90% or more, but depending on the component composition, it may affect the formation of bainite. For this reason, the average cooling rate at a position 1/4 of the plate thickness from the steel surface should be 10°C/s or more. From the viewpoint of suppressing variations in the structure, it is more preferable to set it to 12°C/s or more. It is more preferable for the average cooling rate to be 15°C/s or more, and even more preferable to be 17°C/s or more. On the other hand, although there is no particular upper limit specified for the average cooling rate, if it exceeds 60°C/s, a large amount of hard structure will be generated on the surface of the steel plate, making it impossible to obtain a steel structure having the structure intended for this invention, and the fatigue properties in hydrogen will decrease. Therefore, it is preferable that the average cooling rate be 60°C/s or less.
Furthermore, the amount of hydrogen in the steel can be reduced by cooling it to 50°C or below under the condition that the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less. For this reason, the average cooling rate from 300°C to 50°C is set to 5°C/s or less. Preferably, the average cooling rate is 1°C/s or less, and more preferably 0.8°C/s or less. There is no particular limit to the lower limit, but it is preferable to set it to 0.1°C/s or more.
The cooling method is not particularly limited, and any method such as water cooling, oil cooling, or air cooling can be used alone or in combination, but water cooling or oil cooling is preferred from 800°C to 300°C, and air cooling is preferred from 300°C to 50°C.
厚板の場合は実施する必要はないが、薄鋼板の場合にはコイル状に巻き取ることが好ましい。While this is not necessary for thick plates, it is preferable to wind thin steel plates into a coil.
なお、本発明の水素ガス中の疲労特性に優れた鋼材は、上記の成分組成を有する鋼材であって水素ガス中の耐疲労き裂進展特性に優れる薄板、厚板、鋼管など種々の分類を含み、あるいは所定形状に成形した水素パイプライン用鋼材としてもよい。Furthermore, the steel material exhibiting excellent fatigue properties in hydrogen gas according to the present invention includes various classifications such as thin plates, thick plates, and steel pipes having the above-mentioned component composition and exhibiting excellent fatigue crack propagation characteristics in hydrogen gas, or it may be a steel material for hydrogen pipelines formed into a predetermined shape.
以上の条件によって、所定の水素中き裂進展速度を満たす水素中の疲労特性に優れた鋼管および鋼材が得られる。Under the above conditions, steel pipes and steel materials with excellent fatigue properties in hydrogen that satisfy a predetermined crack propagation rate in hydrogen can be obtained.
以下、本発明の効果を検証した実施例について、説明する。以下は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例においては、実鋼構造物用の継目無鋼管の製造方法および特性評価で検討した。The following describes examples that verify the effects of the present invention. The following are preferred examples of the present invention, and the present invention is not limited in any way by these examples. In the following examples, the manufacturing method and characteristic evaluation of seamless steel pipes for actual steel structures were investigated.
表1-1、1-2の鋼管No.1~29(ビレットNo.A~AC)と40~87(ビレットNo.AN~CI)に示した成分組成のビレットを鋳造速度0.6m/minで作製し、前記ビレットを1250℃に加熱し、拡管して継目無鋼管を得た。前記鋼管の製造は、拡管を820℃以上で終了する条件で行った。得られた鋼管をAc3点が950℃以下の鋼管については950℃で加熱保持、Ac3点が950℃超えの鋼管については1000℃で加熱保持した後に、表2-1、2-2に記載の条件で水冷した後、焼戻しを行った。金属組織と機械的特性を評価した。また、表1-1、1-2の鋼材No.30~39(スラブNo.AD~AM)に示した成分組成のスラブを鋳造速度0.6m/minで作製し、1250℃に加熱後、熱間圧延機にて820℃以上で圧延を行った。得られた鋼材をAc3点が950℃以下の鋼材については950℃で加熱保持、Ac3点が950℃超えの鋼材については1000℃で加熱保持した後に、得られた鋼材を表2-1、2-2に記載の条件で水冷した後、焼戻しを行い、鋼管同様に、金属組織と機械的特性を評価した。焼き戻し後にNo.2、5、14、15、43、63~69については脱水素処理も実施した。脱水素処理は、雰囲気温度である脱水素処理温度Tが50℃で、3時間保持したのち、自然放冷した。評価方法は、以下の通りである。焼戻し温度は材料の引張強度が520~700MPaの範囲となる様に任意に調整した。 Billets with the component compositions shown for steel pipes No. 1 to 29 (billet No. A to AC) and 40 to 87 (billet No. AN to CI) in Tables 1-1 and 1-2 were manufactured at a casting speed of 0.6 m/min. The billets were heated to 1250°C and expanded to obtain seamless steel pipes. The steel pipes were manufactured under conditions that the expansion was completed at 820°C or higher. For steel pipes with an Ac3 point of 950°C or lower, the obtained steel pipes were heated and held at 950°C, and for steel pipes with an Ac3 point exceeding 950°C, they were heated and held at 1000°C. After that, they were water-cooled under the conditions described in Tables 2-1 and 2-2, and then tempered. The metallographic structure and mechanical properties were evaluated. Also, for steel materials No. 1 to 29 in Tables 1-1 and 1-2... Slabs with the component compositions shown in slabs 30-39 (slab No. AD-AM) were produced at a casting speed of 0.6 m/min, heated to 1250°C, and then rolled in a hot rolling mill at 820°C or higher. The resulting steel materials were heated and held at 950°C for those with an Ac3 point of 950°C or lower, and heated and held at 1000°C for those with an Ac3 point exceeding 950°C. After that, the resulting steel materials were water-cooled under the conditions described in Tables 2-1 and 2-2, then tempered, and their microstructure and mechanical properties were evaluated in the same way as for steel pipes. After tempering, dehydrogenation treatment was also performed on Nos. 2, 5, 14, 15, 43, and 63-69. For the dehydrogenation treatment, the dehydrogenation treatment temperature T, which is the ambient temperature, was held at 50°C for 3 hours, and then allowed to cool naturally. The evaluation method is as follows. The tempering temperature was arbitrarily adjusted so that the tensile strength of the material was in the range of 520 to 700 MPa.
さらに、表2-3の鋼管No.88~101(ビレットNo.AO1~BB1)に示した成分組成のビレットを種々の鋳造速度で作製し、前記ビレットを1250℃に加熱し、拡管して継目無鋼管を得た。ビレットNo.AO1~BB1の成分組成は、表1-2に示すNo.AO~BBの成分組成と同一である。前記鋼管の製造は、拡管を820℃以上で終了する条件で行った。得られた鋼管をAc3点が950℃以下の鋼管については950℃で加熱保持、Ac3点が950℃超えの鋼管については1000℃で加熱保持した後に、表2-3に記載の条件で水冷した後、表2-3に記載の条件で焼戻しを行った。金属組織と機械的特性を評価した。評価方法は、以下の通りである。焼戻し温度は材料の引張強度が520MPa~700MPaの範囲となる様に任意に調整した。脱水素処理は、雰囲気温度である脱水素処理温度Tが50℃で、3時間保持したのち、自然放冷した。 Furthermore, billets with the component compositions shown for steel pipes No. 88 to 101 (billet No. AO1 to BB1) in Table 2-3 were manufactured at various casting speeds. These billets were heated to 1250°C and expanded to obtain seamless steel pipes. The component compositions of billets No. AO1 to BB1 are the same as those of No. AO to BB shown in Table 1-2. The steel pipes were manufactured under conditions where the expansion was completed at 820°C or higher. For steel pipes with an Ac3 point of 950°C or lower, the obtained steel pipes were heated and held at 950°C. For steel pipes with an Ac3 point exceeding 950°C, the obtained steel pipes were heated and held at 1000°C. After that, they were water-cooled under the conditions described in Table 2-3, and then tempered under the conditions described in Table 2-3. The metallographic structure and mechanical properties were evaluated. The evaluation method is as follows. The tempering temperature was arbitrarily adjusted so that the tensile strength of the material was in the range of 520 MPa to 700 MPa. For the dehydrogenation treatment, the material was held at an ambient temperature (dehydrogenation treatment temperature T) of 50°C for 3 hours, and then allowed to cool naturally.
疲労き裂伝播特性の調査は、疲労き裂進展試験により評価した。各鋼材から、荷重負荷方向が圧延方向と平行になるようASTM E 647に準拠したCT(コンパクトテンション)試験片(片側端部に切欠を有する正方形に近い試験片のこと)を採取し、周波数:1Hz、繰返し波形:正弦波、応力比:R=0.1で疲労試験を実施して求めた。クリップゲージを用いて、コンプライアンス法で疲労き裂の長さを測定して、5MPa高圧水素ガス中における疲労き裂伝播速度を求めた。室温(20±10℃)で実施した。なお試験片は、板厚が10mm以下の場合は表面から0.5mmずつ研削して各々2mm、5mm、8mm、9mmとし、これら以外の板厚の場合はt/2(t:板厚)の位置から10mm厚さの試験片を採取し、また、き裂進展部には表裏ともに鏡面研磨を施した。この際、パリス則が成り立つ安定成長領域として、応力拡大係数範囲ΔK=20(MPa・m1/2)での疲労き裂進展速度(m/cycle)を代表値として評価した。結果は表2-1、2-2、2-3に示す。 The fatigue crack propagation characteristics were evaluated by fatigue crack growth tests. Compact tension (CT) test specimens (nearly square specimens with a notch at one end) conforming to ASTM E 647 were taken from each steel material so that the load direction was parallel to the rolling direction. Fatigue tests were performed at a frequency of 1 Hz, with a sinusoidal wave repetition pattern and a stress ratio of R = 0.1. The fatigue crack length was measured using the compliance method with a clip gauge, and the fatigue crack propagation velocity in 5 MPa high-pressure hydrogen gas was determined. The tests were conducted at room temperature (20 ± 10°C). For specimens with a thickness of 10 mm or less, the surface was ground down by 0.5 mm increments to 2 mm, 5 mm, 8 mm, and 9 mm respectively. For other thicknesses, a 10 mm thick specimen was taken from the t/2 (t: thickness) position, and both the front and back surfaces of the crack propagation area were mirror-polished. In this study, the fatigue crack propagation rate (m/cycle) in the stress intensity factor range ΔK = 20 (MPa·m 1/2 ) was evaluated as a representative value for the stable growth region where Paris's law holds. The results are shown in Tables 2-1, 2-2, and 2-3.
また、鋼材の炭化物測定方法は以下に記載するとおりである。鋼材の板厚中央位置から板厚方向に平行な断面を対象として試験片を切り出し、ナイタールエッチングを実施し、SEMにて炭化物を観察した。加速電圧15kV、倍率20000倍で、ランダムに10視野選定し、観察した。10視野の平均値を炭化物の個数として、径200nm以上の炭化物が20個/10μm2以下である場合はY、20個/10μm2超えである場合はNと表2-1、2-2、2-3に示す。
また、鋼材のオーステナイト量測定方法は以下に記載するとおりである。
Furthermore, the method for measuring carbides in steel materials is described below. A test specimen was cut from the center of the steel plate thickness, parallel to the thickness direction, and nital etching was performed. Carbides were observed using a scanning electron microscope (SEM). Ten fields of view were randomly selected and observed at an acceleration voltage of 15 kV and a magnification of 20,000x. The average value of the ten fields of view was used as the number of carbides. If there were 20 or fewer carbides with a diameter of 200 nm or more per 10 μm², it was classified as Y, and if there were more than 20 per 10 μm² , it was classified as N, as shown in Tables 2-1, 2-2, and 2-3.
Furthermore, the method for measuring the austenite content of steel materials is as follows.
上記に従って得られた鋼材および鋼管の長手方向中央部の板幅中央部より金属組織観察用サンプルを採取し、長手方向と平行な断面を観察対象面としてバフ研磨まで行い、その後、ピクリン酸エッチングにより表層を化学研磨により除去し、X線回折測定を用いて測定した。具体的に、入射X線にはCo-Kα線源を用い、フェライトの(200)、(211)、(220)面とオーステナイトの(200)、(220)、(311)面の強度比から残留オーステナイトの面積分率を算出した。Samples for metallographic observation were taken from the center of the plate width in the longitudinal direction of the steel material and steel pipe obtained according to the above procedure. The cross section parallel to the longitudinal direction was used as the observation surface and buffed, and then the surface layer was removed by chemical polishing using picric acid etching, and measurements were taken using X-ray diffraction. Specifically, a Co-Kα source was used for the incident X-rays, and the area fraction of retained austenite was calculated from the intensity ratio of the (200), (211), (220) planes of ferrite and the (200), (220), (311) planes of austenite.
水素昇温分析
鋼中に残存する水素量は昇温脱離分析法を用いて、低温型昇温式水素分析装置〈ガスクロマトグラフタイプ〉(JTF-20AL)を用いた。昇温脱離分析は200℃/hの昇温速度で室温から400℃までの温度範囲で行い、その総和を水素量とした。試験体は鋼板の板厚1/4位置および鋼管の内面から1/4位置で鋼管長手方向に30mm長さで直径7Φの円柱形状である。なお、この水素量は後述している時効で説明する高圧水素疲労試験に供する前であり、表1-1、1-2に示すH量である。
Hydrogen Temperature Analysis The amount of hydrogen remaining in the steel was determined using a temperature-controlled desorption analysis method with a low-temperature temperature-controlled hydrogen analyzer (gas chromatograph type) (JTF-20AL). The temperature-controlled desorption analysis was performed at a heating rate of 200°C/h in the temperature range from room temperature to 400°C, and the sum was taken as the hydrogen amount. The test specimens were cylindrical in shape with a length of 30 mm in the longitudinal direction of the steel pipe and a diameter of 7Φ, located at the 1/4 position of the thickness of the steel plate and the 1/4 position from the inner surface of the steel pipe. Note that this hydrogen amount is before being subjected to the high-pressure hydrogen fatigue test described later in the aging section, and is the H amount shown in Tables 1-1 and 1-2.
なお、鋼管も上述している鋼材と同じ方法で上記の各種試験を実施している。Furthermore, the same tests described above are performed on steel pipes as on other steel materials.
本発明の発明例は、すべて水素ガス中の疲労き裂進展速度が1.0×10-6m/cycle以下の条件を満足した。 All of the examples of the present invention satisfied the condition that the fatigue crack propagation rate in hydrogen gas was 1.0 × 10⁻⁶ m/cycle or less.
なお、表2-3における鋳造速度が本発明範囲外である鋼管No.94、101は、粗大な介在物が生じるため、水素ガス中の疲労き裂進展速度が本発明の範囲外となり、比較例となった。Furthermore, steel pipes No. 94 and 101, whose casting rates in Table 2-3 were outside the range of the present invention, were used as comparative examples because the formation of coarse inclusions resulted in fatigue crack propagation rates in hydrogen gas being outside the range of the present invention.
以下、本発明の効果を検証した実施例について、説明する。なお、以下の実施例において鋼管を以下の製造条件で製造し、特性評価を行った。表1-1、1-2に示すビレットNo.Q、BC、表2-3に示すAS1と同一の成分組成の鋼管用いて、所定の条件で冷却工程まで行い、冷却工程後(焼き戻し工程前)に表3の条件で再加熱し、焼き入れ工程を実施した鋼管について特性評価を行った。表3に示す鋼管No.17A~17Cは、表1-1、2-1に示す鋼管No.17に対して再加熱工程を行ったものである。また、鋼管No.55A~55Cは、表1-2、2-2に示す鋼管No.55に対して、鋼管No.92A~92Bは、表2-3に示す鋼管No.92に対して再加熱工程を行ったものである。
実施例2における発明例は、すべて水素ガス中のき裂進展速度da/dNが1.0×10-6m/cycle以下の条件を満足した。そのなかでも、再加熱および焼き入れ工程がより好適な条件で実施される方が、き裂伝播特性は優れていた。
The following describes examples that verify the effects of the present invention. In the following examples, steel pipes were manufactured under the following manufacturing conditions and their characteristics were evaluated. Using steel pipes with the same component composition as billets No. Q and BC shown in Tables 1-1 and 1-2, and AS1 shown in Table 2-3, the cooling process was carried out under predetermined conditions, and after the cooling process (before the tempering process), the steel pipes were reheated under the conditions in Table 3 and the quenching process was performed and their characteristics were evaluated. Steel pipes No. 17A to 17C shown in Table 3 are steel pipes No. 17 shown in Tables 1-1 and 2-1 that have undergone the reheating process. Steel pipes No. 55A to 55C are steel pipes No. 55 shown in Tables 1-2 and 2-2 that have undergone the reheating process, and steel pipes No. 92A to 92B are steel pipes No. 92 shown in Table 2-3 that have undergone the reheating process.
In Example 2, all of the inventive examples satisfied the condition that the crack propagation rate da/dN in hydrogen gas was 1.0 × 10⁻⁶ m/cycle or less. Among these, the crack propagation characteristics were superior when the reheating and quenching processes were carried out under more favorable conditions.
以下、本発明の効果を検証した実施例について、説明する。なお、以下の実施例において鋼管を以下の製造条件で製造し、特性評価を行った。表1-1、1-2に示すビレットNo.NとAQ、表2-3に示すAX1を用いて、焼き戻し工程までは表2-1、2-2で示す鋼管No.14、43、表2-3で示す鋼管No.97と同一の条件で製造し、脱水素処理条件を変化させたときの特性評価を行った。上記結果を表4に示す。
実施例1で実施している鋼管No.14、43、97の脱水素処理は、脱水素処理温度T(雰囲気温度)を50℃で保持時間を3時間として実施したが、本実施例では、鋼管No.14D、43D、97Dは脱水素処理温度T(雰囲気温度)を50℃とし、板厚中心温度Tcが50℃に到達してからの保持時間tcを(A)式が満足するように実施した。鋼管鋼管No.14E、43E、97Eは脱水素処理温度T(雰囲気温度)を50℃とし、脱水素処理温度Tが50℃で保持時間tcが上述している(A)式を満足するように行っているものの、板厚中央温度Tcが50℃に到達してからの保持時間tcは上述している(A)式を満足していない。
鋼管鋼管No.14F、97Fは、脱水素処理温度T(雰囲気温度)は50℃であるが、雰囲気温度の保持時間t、板厚中央温度Tcが50℃に到達してからの保持時間tcがともに上述している(A)式を満足していない。
The following describes examples demonstrating the effects of the present invention. In the following examples, steel pipes were manufactured under the following manufacturing conditions and their characteristics were evaluated. Using billets No. N and AQ shown in Tables 1-1 and 1-2, and AX1 shown in Table 2-3, the pipes were manufactured under the same conditions as steel pipes No. 14 and 43 shown in Tables 2-1 and 2-2, and steel pipe No. 97 shown in Table 2-3, up to the tempering process, and their characteristics were evaluated when the dehydrogenation treatment conditions were changed. The results are shown in Table 4.
In Example 1, the dehydrogenation treatment of steel pipes No. 14, 43, and 97 was carried out at a dehydrogenation treatment temperature T (ambient temperature) of 50°C for a holding time of 3 hours. However, in this example, for steel pipes No. 14D, 43D, and 97D, the dehydrogenation treatment temperature T (ambient temperature) was set to 50°C, and the holding time tc after the plate thickness center temperature Tc reached 50°C was set to satisfy equation (A). For steel pipes No. 14E, 43E, and 97E, the dehydrogenation treatment temperature T (ambient temperature) was set to 50°C, and the holding time tc was set to satisfy the aforementioned equation (A). However, the holding time tc after the plate thickness center temperature Tc reached 50°C did not satisfy the aforementioned equation (A).
For steel pipes No. 14F and 97F, the dehydrogenation treatment temperature T (ambient temperature) is 50°C, but neither the holding time t at the ambient temperature nor the holding time tc after the central plate thickness temperature Tc reaches 50°C satisfies equation (A) described above.
表4において、「脱水素保持時間tがY」は、脱水素処理温度T(雰囲気温度)は50℃とし、保持時間tが(A)式を満足しており、「脱水素保持時間tがN」は、脱水素処理温度T(雰囲気温度)は50℃としているが、保持時間tが(A)式を満足していない。また、「鋼材中心温度Tcにおける保持時間tcがY」は、板厚中央温度Tcが50℃に到達してからの保持時間tcが(A)式を満足しており、「鋼材中心温度Tcにおける保持時間tcがN」は、板厚中央温度Tcが50℃に到達するものの、Tcが50℃に到達してからの保持時間tcが(A)式を満足していない。In Table 4, "Dehydrogenation holding time t is Y" means that the dehydrogenation treatment temperature T (ambient temperature) is 50°C and the holding time t satisfies equation (A), while "Dehydrogenation holding time t is N" means that the dehydrogenation treatment temperature T (ambient temperature) is 50°C, but the holding time t does not satisfy equation (A). Furthermore, "Holding time tc at steel core temperature Tc is Y" means that the holding time tc after the plate thickness center temperature Tc reaches 50°C satisfies equation (A), while "Holding time tc at steel core temperature Tc is N" means that the plate thickness center temperature Tc reaches 50°C, but the holding time tc after Tc reaches 50°C does not satisfy equation (A).
疲労き裂伝播特性の調査は、実施例1に記載の疲労き裂進展試験により評価した。The fatigue crack propagation characteristics were evaluated using the fatigue crack growth test described in Example 1.
本発明の発明例は、すべて水素ガス中のき裂進展速度da/dNが1.0×10-6m/cycle以下の条件を満足した。そのなかでも、脱水素処理条件がより好適な条件で実施される鋼管ほど、き裂伝播特性は優れていた。 All of the examples of the present invention satisfied the condition that the crack propagation rate da/dN in hydrogen gas was 1.0 × 10⁻⁶ m/cycle or less. Among these, the steel pipes in which the dehydrogenation treatment was carried out under more favorable conditions showed superior crack propagation characteristics.
Claims (6)
C:0.10~0.45%、
Si:0.01~2.0%、
Mn:0.3~2.0%、
Al:0.01~0.15%、
N:0.0005~0.008%、
P:0.015%以下、
S:0.0015%以下、
O:0.01%以下、
H:0.0010%以下、
Cu:0~2.5%、
Ni:0~2.5%、
Cr:0~2.5%、
Mo:0~2.0%、
Nb:0~0.5%、
V:0~0.5%、
Ti:0~0.5%、
W:0~2.5%、
B:0~0.005%、
Sn:0~0.3%、
Sb:0~0.3%、
Ca:0~0.01%、
Mg:0~0.01%、
REM:0~0.005%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
鋼管内面からの肉厚1/4位置において残留オーステナイトが面積分率で3%以下、ベイナイトまたはマルテンサイトが面積率で90%以上であり、
径が200nm以上であり、セメンタイト、ε-炭化物、χ-炭化物、Fe 7 C 3 のうち少なくともいずれかを含む金属間化合物である炭化物が20個/10μm 2 以下で、
室温(20±10℃)かつ水素ガス圧が5MPaの水素中の応力拡大係数範囲=20MPa√mにおけるき裂進展速度da/dNが1.0×10 -6 m・cycle -1 以下である水素中の疲労特性に優れた鋼管の製造方法であって、前記成分組成を有する鋼素材を1.8m/min以下の鋳造速度で鋳造する鋳造工程と、
1350℃以下で加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された鋼素材を、圧延終了温度:820℃以上の条件で圧延して鋼管形状とする熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程で得られた鋼管を、Ac3点以上1000℃以下の温度で保持後、冷却条件が下記A群またはB群である冷却工程と、
前記冷却工程で得られた鋼管を400℃以上Ac1点以下、60分未満とした条件で焼き戻しを行う焼き戻し工程と、を有する鋼管の製造方法。
A群:
800℃から550℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で15℃/s以上、550℃から50℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で15℃/s以下で50℃以下まで鋼管を冷却。
B群:
800℃から300℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で10℃/s以上、300℃から50℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で5℃/s以下で50℃以下まで鋼管を冷却。 In mass percent,
C: 0.10-0.45%,
Si: 0.01-2.0%,
Mn: 0.3-2.0%,
Al: 0.01-0.15%,
N: 0.0005-0.008%,
P: 0.015% or less,
S: 0.0015% or less,
O: 0.01% or less,
H: 0.0010% or less,
Cu: 0 to 2.5%,
Ni: 0 to 2.5%,
Cr: 0-2.5%,
Mo: 0-2.0%,
Nb: 0 to 0.5%,
V: 0-0.5%,
Ti: 0 to 0.5%,
W: 0-2.5%,
B: 0 to 0.005%,
Sn: 0-0.3%,
Sb: 0 to 0.3%,
Ca: 0-0.01%,
Mg: 0 to 0.01%,
REM: 0~0.005%
It contains, with the remainder being Fe and unavoidable impurities, and has a component composition.
At a point 1/4 of the wall thickness from the inner surface of the steel pipe, retained austenite is 3% or less by area fraction, and bainite or martensite is 90% or more by area fraction.
The carbides have a diameter of 200 nm or more and are intermetallic compounds containing at least one of cementite, ε-carbide, χ-carbide, or Fe7C3, with 20 or fewer carbides per 10 μm² .
A method for manufacturing a steel pipe with excellent fatigue properties in hydrogen, wherein the crack propagation rate da/dN in hydrogen at room temperature (20 ± 10°C) and a hydrogen gas pressure of 5 MPa, within a stress intensity factor range of 20 MPa√m, is 1.0 × 10⁻⁶ m ·cycle⁻¹ or less, comprising a casting step of casting a steel material having the above-mentioned component composition at a casting speed of 1.8 m/min or less,
A heating process that involves heating to 1350°C or below,
A hot rolling process in which the steel material heated in the above heating process is rolled at a rolling completion temperature of 820°C or higher to form a steel pipe shape,
After the steel pipe obtained in the hot rolling process is held at a temperature of Ac 3 or higher and 1000°C or lower, a cooling process is performed in which the cooling conditions are in group A or group B below.
A method for manufacturing a steel pipe, comprising a tempering step in which the steel pipe obtained in the cooling step is tempered at a temperature of 400°C or higher and an Ac value of 1 or lower for less than 60 minutes.
Group A:
The average cooling rate from 800°C to 550°C is 15°C/s or more at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, and the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, cooling the steel pipe down to 50°C or below.
Group B:
The average cooling rate from 800°C to 300°C is 10°C/s or more at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, and the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, cooling the steel pipe down to 50°C or below.
A群:
800℃から550℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で15℃/s以上、550℃から50℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で15℃/s以下で50℃以下まで鋼管を冷却。
B群:
800℃から300℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で10℃/s以上、300℃から50℃までの平均冷却速度が鋼管内面からの肉厚1/4位置で5℃/s以下で50℃以下まで鋼管を冷却。 A method for manufacturing a steel pipe according to claim 1 , comprising a quenching step before the tempering step, in which the temperature is reheated to an Ac of 3 or higher and 1000°C or lower, and the cooling conditions are those of group A or group B below.
Group A:
The average cooling rate from 800°C to 550°C is 15°C/s or more at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, and the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, cooling the steel pipe down to 50°C or below.
Group B:
The average cooling rate from 800°C to 300°C is 10°C/s or more at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, and the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less at the 1/4 wall thickness position from the inner surface of the steel pipe, cooling the steel pipe down to 50°C or below.
C:0.10~0.45%、
Si:0.01~2.0%、
Mn:0.3~2.0%、
Al:0.01~0.15%、
N:0.0005~0.008%、
P:0.015%以下、
S:0.0015%以下、
O:0.01%以下、
H:0.0010%以下、
Cu:0~2.5%、
Ni:0~2.5%、
Cr:0~2.5%、
Mo:0~2.0%、
Nb:0~0.5%、
V:0~0.5%、
Ti:0~0.5%、
W:0~2.5%、
B:0~0.005%、
Sn:0~0.3%、
Sb:0~0.3%、
Ca:0~0.01%、
Mg:0~0.01%、
REM:0~0.005%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
鋼材表面からの板厚1/4位置において残留オーステナイトが面積分率で3%以下、ベイナイトまたはマルテンサイトが面積率で90%以上であり、
径が200nm以上であり、セメンタイト、ε-炭化物、χ-炭化物、Fe 7 C 3 のうち少なくともいずれかを含む金属間化合物である炭化物が20個/10μm 2 以下で、
室温(20±10℃)かつ水素ガス圧が5MPaの水素中の応力拡大係数範囲=20MPa√mにおけるき裂進展速度da/dNが1.0×10 -6 m・cycle -1 以下である水素中の疲労特性に優れた鋼材の製造方法であって、前記成分組成を有する鋼素材を1.8m/min以下の鋳造速度で鋳造する鋳造工程と、
1350℃以下で加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された鋼素材を、圧延終了温度:820℃以上の条件で圧延する熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程で得られた鋼材を、Ac3点以上1000℃以下の温度で保持後、冷却条件が下記A群またはB群である冷却工程と、
前記冷却工程で得られた鋼材を400℃以上Ac1点以下、60分未満とした条件で焼き戻しを行う焼き戻し工程と、を有する鋼材の製造方法。
A群:
800℃から550℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で15℃/s以上、550℃から50℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で15℃/s以下で50℃以下まで鋼材を冷却。
B群:
800℃から300℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で10℃/s以上、300℃から50℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で5℃/s以下で50℃以下まで鋼材を冷却。 In mass percent,
C: 0.10-0.45%,
Si: 0.01-2.0%,
Mn: 0.3-2.0%,
Al: 0.01-0.15%,
N: 0.0005-0.008%,
P: 0.015% or less,
S: 0.0015% or less,
O: 0.01% or less,
H: 0.0010% or less,
Cu: 0 to 2.5%,
Ni: 0 to 2.5%,
Cr: 0-2.5%,
Mo: 0-2.0%,
Nb: 0 to 0.5%,
V: 0-0.5%,
Ti: 0 to 0.5%,
W: 0-2.5%,
B: 0 to 0.005%,
Sn: 0-0.3%,
Sb: 0 to 0.3%,
Ca: 0-0.01%,
Mg: 0 to 0.01%,
REM: 0~0.005%
It contains, with the remainder being Fe and unavoidable impurities, and has a component composition.
At a position 1/4 of the plate thickness from the surface of the steel material, retained austenite accounts for 3% or less by area fraction, and bainite or martensite accounts for 90% or more by area fraction.
The carbides have a diameter of 200 nm or more and are intermetallic compounds containing at least one of cementite, ε-carbide, χ-carbide, or Fe7C3, with 20 or fewer carbides per 10 μm² .
A method for manufacturing steel with excellent fatigue properties in hydrogen, wherein the crack propagation rate da/dN in hydrogen at room temperature (20 ± 10°C) and hydrogen gas pressure of 5 MPa, within a stress intensity factor range of 20 MPa√m, is 1.0 × 10⁻⁶ m ·cycle⁻¹ or less, comprising a casting step of casting a steel material having the above-mentioned component composition at a casting speed of 1.8 m/min or less,
A heating process that involves heating to 1350°C or below,
A hot rolling process is performed in which the steel material heated in the aforementioned heating process is rolled at a rolling completion temperature of 820°C or higher.
The steel material obtained in the hot rolling process is held at a temperature of Ac 3 or higher and 1000°C or lower, followed by a cooling process where the cooling conditions are in group A or group B below.
A method for manufacturing steel, comprising: a tempering step in which the steel obtained in the cooling step is tempered at a temperature of 400°C or higher and an Ac of 1 point or lower for less than 60 minutes.
Group A:
The average cooling rate from 800°C to 550°C is 15°C/s or more at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, and the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, cooling the steel material down to 50°C or below.
Group B:
The average cooling rate from 800°C to 300°C is 10°C/s or more at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, and the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, thereby cooling the steel material to 50°C or below.
A群:
800℃から550℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で15℃/s以上、550℃から50℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で15℃/s以下で50℃以下まで鋼材を冷却。
B群:
800℃から300℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で10℃/s以上、300℃から50℃までの平均冷却速度が鋼材表面からの肉厚1/4位置で5℃/s以下で50℃以下まで鋼材を冷却。 A method for manufacturing steel according to claim 4 , comprising a quenching step before the tempering step, in which the steel is reheated to an Ac of 3 or higher and 1000°C or lower, and the cooling conditions are those of group A or group B below.
Group A:
The average cooling rate from 800°C to 550°C is 15°C/s or more at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, and the average cooling rate from 550°C to 50°C is 15°C/s or less at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, cooling the steel material down to 50°C or below.
Group B:
The average cooling rate from 800°C to 300°C is 10°C/s or more at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, and the average cooling rate from 300°C to 50°C is 5°C/s or less at a point 1/4 of the thickness from the surface of the steel material, thereby cooling the steel material to 50°C or below.
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