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JP2002363689A - 耐水素誘起割れ性に優れた熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents

耐水素誘起割れ性に優れた熱延鋼板およびその製造方法

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JP2002363689A
JP2002363689A JP2001176901A JP2001176901A JP2002363689A JP 2002363689 A JP2002363689 A JP 2002363689A JP 2001176901 A JP2001176901 A JP 2001176901A JP 2001176901 A JP2001176901 A JP 2001176901A JP 2002363689 A JP2002363689 A JP 2002363689A
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average
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Masashi Kumagai
正志 熊谷
Shinya Yamamoto
晋也 山本
Hiroshi Tsutsumi
啓 堤
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐HIC性に優れる熱延鋼板およびその製造方法
の提供。 【解決手段】:C、Si、Mn、P、S、Nb、AlおよびCa
を含有し、または更に、Mo、Ti、Cu、Ni、VおよびCrか
ら選択される1種以上を含み、残部はFeおよび不純物か
らなり、(偏析部の最大Nb含有量)/(鋼中の平均Nb含
有量)で表されるNb偏析度が4.0以下であり、かつ(偏
析部の最大Mn含有量)/(鋼中の平均Mn含有量)で表さ
れるMn偏析度が1.4以下である熱延鋼板。 :連続鋳造における2次冷却の比水量を0.8〜2.0(l/
kg・鋼)とする上記の熱延鋼板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、石油、天然ガス等
の輸送用ラインパイプ等の用途に最適な、耐水素誘起割
れ性(以下、水素誘起割れを「HIC」という)に優れた
熱延鋼板およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、産出される石油、天然ガス等の中
にHSを含むことが多く、これらの石油、天然ガス等
の輸送用ラインパイプは、海水等の水が共存したいわゆ
るサワー環境にさらされるため、このような環境に耐え
うる優れた耐HIC性を有する鋼材の需要が増大してい
る。
【0003】HIC発生のメカニズムは、鋼中に侵入した
水素原子が鋼中のMnSやクラスター状の酸化物系介在物
等に集積し、分子化してその水素分圧により割れが生
じ、さらに割れが伝播することによるものとされてい
る。特に鋼片中心部の偏析帯等では割れが発生しやす
い。
【0004】従来、このようなHIC発生に対応すべく、
種々の発明が開示されている。
【0005】特開平6−220577号公報には、所定
の化学組成を有する鋼であっての鋼中平均Mn含有量M
に対する偏析部のMn含有量Mの比「M/M」が1.20以下
である耐HIC特性に優れた高張力鋼板が開示されてい
る。特開平6−256894号公報および特開平6−2
71974号公報には、Mn濃度が平均Mn濃度の1.32以上
の領域であるMn偏析スポットの大きさを限定し、且つ偏
析部のP濃度を限定した耐HIC性に優れた高強度ライン
パイプが開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来、HIC発生に関し
て、鋼片中心部の偏析帯におけるMnS介在物の生成、偏
析スポットの大きさ、偏析部のP濃度等に着目した研究
は盛んに行われているが、中心偏析帯におけるMnS介在
物の析出およびPの偏析の防止だけでは、HIC発生を完
全に防止することができない。
【0007】本発明は、上記の問題に鑑みなされたもの
であって、石油、天然ガス等の輸送用ラインパイプ等に
使用される鋼管に最適な熱延鋼板およびその製造方法で
あって、特に耐HIC性に優れる熱延鋼板およびその製造
方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成すべく研究を重ねた結果、Nb炭窒化物もHIC発
生の起点となる場合があることを発見した。さらに、Nb
炭窒化物の生成を抑制するためには中心偏析部における
Nb含有量を制限することによって、HIC発生の起点とな
る粒径の大きいNb炭窒化物を低減できることも知得し、
Nb偏析度およびMn偏析度の双方を規制した本発明の熱延
鋼板を完成した。また、本発明者らは、中心偏析を低減
するために最適な連続鋳造における2次冷却の比水量に
ついても検討し、本発明の熱延鋼板の製造方法を完成し
た。
【0009】本発明は、下記の(1)および(2)に示す熱延
鋼板、ならびに、(3)および(4)に示す熱延鋼板の製造方
法を要旨とする。
【0010】(1)質量%で、C:0.04〜0.09%、Si:0.0
1〜0.50%、Mn:0.5〜1.4%、P:0.020%以下、S:0.
003%以下、Nb:0.005〜0.060%、Al:0.005〜0.100%
およびCa:0.0010〜0.0060%を含有し、残部はFeおよび
不純物からなり、(偏析部の最大Nb含有量)/(鋼中の
平均Nb含有量)で表されるNb偏析度が4.0以下であり、
かつ(偏析部の最大Mn含有量)/(鋼中の平均Mn含有
量)で表されるMn偏析度が1.4以下であることを特徴と
する耐水素誘起割れ性に優れる熱延鋼板。
【0011】(2)質量%で、C:0.04〜0.09%、Si:0.0
1〜0.50%、Mn:0.5〜1.4%、P:0.020%以下、S:0.
003%以下、Nb:0.005〜0.060%、Al:0.005〜0.100%
およびCa:0.0010〜0.0060%を含有し、さらに、Mo:0.
50%以下、Ti:0.050%以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.5
0%以下、V:0.10%以下およびCr:1.0%以下のうちか
ら選択される1種以上を含み、残部はFeおよび不純物か
らなり、(偏析部の最大Nb含有量)/(鋼中の平均Nb含
有量)で表されるNb偏析度が4.0以下であり、かつ(偏
析部の最大Mn含有量)/(鋼中の平均Mn含有量)で表さ
れるMn偏析度が1.4以下であることを特徴とする耐水素
誘起割れ性に優れる熱延鋼板。
【0012】(3)質量%で、C:0.04〜0.09%、Si:0.0
1〜0.50%、Mn:0.5〜1.4%、P:0.020%以下、S:0.
003%以下、Nb:0.005〜0.060%、Al:0.005〜0.100%
およびCa:0.0010〜0.0060%を含有し、残部はFeおよび
不純物からなる鋼を連続鋳造する際に、2次冷却の比水
量を0.8〜2.0(l/kg・鋼)に制限することにより、(偏
析部の最大Nb含有量)/(鋼中の平均Nb含有量)で表さ
れるNb偏析度が4.0以下であり、かつ(偏析部の最大Mn
含有量)/(鋼中の平均Mn含有量)で表されるMn偏析度
が1.4以下である耐水素誘起割れ性に優れる熱延鋼板の
製造方法。
【0013】(4)質量%で、C:0.04〜0.09%、Si:0.0
1〜0.50%、Mn:0.5〜1.4%、P:0.020%以下、S:0.
003%以下、Nb:0.005〜0.060%、Al:0.005〜0.100%
およびCa:0.0010〜0.0060%を含有し、さらに、Mo:0.
50%以下、Ti:0.050%以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.5
0%以下、V:0.10%以下およびCr:1.0%以下のうちか
ら選択される1種以上を含み、残部はFeおよび不純物か
らなる鋼を連続鋳造する際に、2次冷却の比水量を0.8
〜2.0(l/kg・鋼)に制限することにより、(偏析部の最
大Nb含有量)/(鋼中の平均Nb含有量)で表されるNb偏
析度が4.0以下であり、かつ(偏析部の最大Mn含有量)
/(鋼中の平均Mn含有量)で表されるMn偏析度が1.4以
下である耐水素誘起割れ性に優れる熱延鋼板の製造方
法。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明で規定する各元素に
ついての含有量の限定理由を説明する。なお、各含有量
の%は質量%を意味する。
【0015】C:0.04〜0.09% Cは、鋼の強度を確保するのに有効な元素である。その
含有量が0.04%未満の場合には、NbCの生成が減少する
等の理由から強度確保が困難となる。一方、その含有量
が0.09%を超える場合には、耐HICが劣化する。従っ
て、Cの含有量を0.04〜0.09%とした。
【0016】Si:0.01〜0.50% Siは、脱酸剤として使用するほか、鋼の強度を確保する
のに有効な元素である。これらの効果を得るためには、
その含有量を0.01%以上とする必要がある。一方、その
含有量が0.50%を超えると靱性が劣化しやすい。従っ
て、Siの含有量を0.01〜0.50%とした。
【0017】Mn:0.5〜1.4% Mnは、Cと同様に鋼の強度を確保するのに有効な元素で
ある。その効果を得るためには、その含有量を0.5%以
上とする必要がある。しかし、1.4%を超えて含有させ
ると、HICの起点となるMnSが生成し、また焼入性が上
昇して耐HIC性に不利な硬化組織が生成する。従って、M
nの含有量を0.5〜1.4%とした。
【0018】P:0.020%以下 Pは、鋼中に含まれる不純物であり、その含有量が過剰
な場合には耐HIC性に不利な硬化組織が生成する。従っ
て、Pの含有量を0.020%以下に制限した。
【0019】S:0.003%以下 Sも鋼中に含まれる不純物であり、その含有量が過剰な
場合にはHICの起点となるMnSを生成する。従って、S
の含有量を0.003%以下に制限した。
【0020】Nb:0.005〜0.060% Nbは、NbCの微細析出により鋼の組織を微細化し、強度
を確保するのに有効な元素である。この効果を得るため
には、その含有量を0.005%以上とする必要がある。し
かし、その含有量が0.060%を超えると、中心偏析部以
外の部分でもHICの起点となるNbの炭窒化物が生成しや
すくなる。従って、Nbの含有量を0.005〜0.060%とし
た。
【0021】Al:0.005〜0.100% Alは、脱酸剤として有効な元素であり、この効果を得る
ためには、その含有量を0.005%以上とする必要があ
る。しかし、その含有量が0.100%を超えると、介在物
の増加等で鋼の清浄性が劣化しやすい。従って、Alの含
有量を0.005〜0.100%とした。
【0022】Ca:0.0010〜0.0060% Caは、Sを固定し、HICの起点となるMnSの発生を抑制
する。また、Caは、Ca−Al−Oの複合酸化物を生成し
て、介在物を低融点化によって球状大型化させるので、
これを浮上させやすくし、介在物を除去する効果を有す
る。この効果を得るためには、その含有量を0.0010%以
上とする必要がある。しかし、その含有量が0.0060%を
超えると、HICの起点となるCa濃度の高いクラスター状
のCa−Al−Oの複合酸化物を生成する。従って、Caの含
有量を0.0010〜0.0060%とした。
【0023】本発明の基本成分は以上の通りであるが、
鋼の強度をさらに向上させる必要がある場合には、Mo:
0.50%以下、Ti:0.050%以下、Cu:0.50%以下、Ni:
0.50%以下、V:0.10%以下およびCr:1.0%以下のう
ちから選択される1種以上を含有させてもよい。
【0024】Mo、Ti、Cu、Ni、VおよびCrはいずれも、
耐HIC性を低下させることなく、鋼の強度を向上させる
のに有効な元素である。これらの元素は、鋼中に微量に
含有されるだけでも上記の効果を有するので、下限は、
不純物レベルであっても良い。しかし、より大きな効果
を得るためには、それぞれの元素の含有量の下限値をM
o:0.02%、Ti:0.005%、Cu:0.05%、Ni:0.05%、
V:0.01%およびCr:0.05%とするのが望ましい。一
方、これらの元素を過剰に添加しても上記の効果は飽和
し、コスト上昇をもたらすだけなので、これらの元素が
含まれる場合の含有量をMo:0.50%以下、Ti:0.050%
以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%以下、V:0.10%以
下およびCr:1.0%以下とした。
【0025】本発明の鋼板は、上記の成分のほか、残部
はFeおよび不純物からなる鋼板である。ここで、不純物
としてNは0.0100%以下であるのが望ましい。
【0026】本発明の熱延鋼板は、上記の化学組成を有
するとともに、(偏析部の最大Nb含有量)/(鋼中の平
均Nb含有量)で表されるNb偏析度が4.0以下であり、か
つ(偏析部の最大Mn含有量)/(鋼中の平均Mn含有量)
で表されるMn偏析度が1.4以下である必要がある。
【0027】図1は、HICとNb偏析度およびMn偏析度と
の関係を示す図である。なお、同図に示すいずれの鋼も
本発明で規定する化学組成の範囲内の鋼である。同図に
示すとおり、鋼の化学組成が本発明の範囲内にあって
も、Nb偏析度が4.0を超える場合にはNb炭窒化物を起点
とするHICが発生し、Mn偏析度が1.4を超える場合にはMn
Sを起点とするHICが発生する。従って、Nb偏析度を4.0
以下、且つMn偏析度を1.4以下に制限する必要がある。
【0028】ここで、上記のようなHIC発生のメカニズ
ムは、詳細には定かではないが、概ね下記の理由が考え
られる。
【0029】即ち、Nbは、スラブ段階でスラブ厚み方向
の中央部の偏析帯(以下、偏析部という)において炭化
物および窒化物を生成し、析出するが、Nb偏析度が大き
い場合にはこの偏析部におけるNb炭窒化物の析出が顕著
となる。しかし、スラブ段階では結晶粒が粗大であるた
め、炭窒化物の析出サイトは、圧延途中の鋼板または製
品と比較して著しく少ない。従って、Nb偏析度が4.0を
超えて大きい場合には、偏析部において析出するNb炭窒
化物は粒径の大きいものとなる。
【0030】スラブは、次工程の熱間圧延に供される前
に加熱されるが、その際、粒径の大きいNb炭窒化物は、
十分に再固溶化できずに溶け残り、熱間圧延の途中また
はその後の冷却過程においても微細化するのが困難であ
るため、粒径の大きな介在物が熱間圧延後も偏析部に残
ることになり、HIC発生の起点となる。従って、Nbの偏
析度は4.0以下に制限する必要がある。
【0031】同様に、Mn偏析度が1.4を超えて大きい場
合にも、熱間圧延後に圧延により伸展した大型のMnS介
在物が偏析部に残留することとなり、HICの起点とな
る。従って、Mn偏析度は1.4以下に制限する必要があ
る。
【0032】本発明の熱延鋼板の製造方法においては、
連続鋳造における2次冷却の比水量を0.8〜2.0(l/kg・
鋼)に制限する必要がある。通常、連続鋳造における2
次冷却の比水量は、鋳造される鋼の単位質量当たりに冷
却水として用いられる注水量をいう。この2次冷却の比
水量が0.8(l/kg・鋼)未満の場合、鋳片の冷却が不十分
であり、凝固シェルの強度が弱く、鋳片がロール間でバ
ルジングする傾向が大きくなる。このような傾向が大き
くなると、鋳片内部に欠陥が発生して濃化した溶鋼が侵
入し、耐HIC性に不利な偏析部が形成されたり、中心偏
析が増大する。一方、2次冷却の比水量が2.0(l/kg・
鋼)を超える場合、鋳片の冷却が過剰となり、一旦、凝
固シェルがピンチロールの間隔よりも収縮する。このよ
うに収縮した凝固シェルは、2次冷却帯から下流側へ出
た後に、溶鋼静圧により再びピンチロールの間隔まで厚
みが増加するので、比水量が少ない場合と同様に、鋳片
内部に欠陥が発生して濃化した溶鋼が侵入し、耐HIC性
に不利な偏析部が形成されたり、中心偏析が増大する。
従って、連続鋳造における2次冷却の比水量を0.8〜2.0
(l/kg・鋼)の範囲内とした。
【0033】上記の条件で鋳造された鋳片を通常の熱間
圧延法で圧延すれば、本発明の熱延鋼板が得られる。
【0034】
【実施例】各種の鋼を溶製し、連続鋳造でスラブを製造
した後、熱間圧延によって表1に示す化学組成を有する
熱延鋼板を作製した。
【0035】
【表1】
【0036】これらの鋼を連続鋳造する際の2次冷却の
比水量(l/kg・鋼)、Nb偏析度、Mn偏析度、HIC試験結果
およびHIC起点を表2に示す。
【0037】ここで、HIC試験は、NACE規格TM−02−84
に従い、表1に示す各熱延鋼板から切り出した試験片を
下記3種の溶液に96時間浸漬した後、割れ長さ率(CL
R)で評価した。溶液としては、HSで飽和したpH4.
9〜5.3の人工海水(いわゆるBP溶液)、pH3.1〜3.5の5
%NaCl+0.5%酢酸溶液(いわゆるNACE溶液)およびH
Sで飽和したpH4.0〜4.5の5%NaCl溶液の3種類の溶
液を用いた。
【0038】なお、表2中の「○」は、上記のいずれの
溶液を用いた場合でも割れ長さ率(CLR)が15%以上
であったことを示し、「×」は、上記のいずれかの溶液
を用いた場合に割れ長さ率(CLR)が15%を超えるで
あるものがあったことを示す。
【0039】
【表2】
【0040】表2に示すとおり、本発明で規定する化学
組成、Nb偏析度、Mn偏析度および鋳造時の2次冷却の比
水量を満たす本発明鋼1〜13は、耐HIC性に優れるが、比
較例14〜27はいずれも、耐HIC性に劣る。
【0041】具体的には、比較例14は、Mn含有量が本発
明で規定する範囲を超えており、MnS介在物を起点とし
てHICが発生した。比較例15は、Nb含有量が本発明で規
定する範囲を超えており、Nb炭窒化物を起点としてHIC
が発生した。比較例16は、C含有量が本発明で規定する
範囲を超えており、組織硬化部を起点にHICが発生し
た。
【0042】比較例22は、S含有量が本発明で規定する
範囲を超えており、MnS介在物を起点としてHICが発生
した。比較例23は、P含有量が本発明で規定する範囲を
超えており、組織硬化部を起点としてHICが発生した、
比較例24は、Ca含有量が本発明で規定する範囲を超えて
おり、Ca系介在物を起点としてHICが発生した。比較例2
5は、Ca含有量が本発明で規定する範囲を下回るため、
十分にSを固定できず、MnS介在物を起点としてHICが
発生した。
【0043】比較例17〜21、26および27はいずれも、本
発明で規定する化学組成の範囲内にあるが、2次冷却の
比水量が本発明で規定する範囲を外れるため、Nb偏析度
および/またはMnS偏析度が本発明で規定する範囲を外
れる。その結果、比較例17、20、21および26ではMnSを
起点としてHICが発生し、比較例18、19および27ではNb
炭窒化物を起点としてHICが発生した。
【0044】
【発明の効果】本発明の熱延鋼板および本発明方法によ
る熱延鋼板によれば、優れた耐HIC性を確保できるの
で、石油、天然ガス等の輸送用ラインパイプ等の用途に
最適な材料を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】HICとNb偏析度およびMn偏析度との関係を示す
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 38/50 C22C 38/50 (72)発明者 堤 啓 和歌山県和歌山市湊1850番地 住友金属工 業株式会社和歌山製鉄所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】質量%で、C:0.04〜0.09%、Si:0.01〜
    0.50%、Mn:0.5〜1.4%、P:0.020%以下、S:0.003
    %以下、Nb:0.005〜0.060%、Al:0.005〜0.100%およ
    びCa:0.0010〜0.0060%を含有し、残部はFeおよび不純
    物からなり、(偏析部の最大Nb含有量)/(鋼中の平均
    Nb含有量)で表されるNb偏析度が4.0以下であり、かつ
    (偏析部の最大Mn含有量)/(鋼中の平均Mn含有量)で
    表されるMn偏析度が1.4以下であることを特徴とする耐
    水素誘起割れ性に優れる熱延鋼板。
  2. 【請求項2】質量%で、C:0.04〜0.09%、Si:0.01〜
    0.50%、Mn:0.5〜1.4%、P:0.020%以下、S:0.003
    %以下、Nb:0.005〜0.060%、Al:0.005〜0.100%およ
    びCa:0.0010〜0.0060%を含有し、さらに、Mo:0.50%
    以下、Ti:0.050%以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%
    以下、V:0.10%以下およびCr:1.0%以下のうちから
    選択される1種以上を含み、残部はFeおよび不純物から
    なり、(偏析部の最大Nb含有量)/(鋼中の平均Nb含有
    量)で表されるNb偏析度が4.0以下であり、かつ(偏析
    部の最大Mn含有量)/(鋼中の平均Mn含有量)で表され
    るMn偏析度が1.4以下であることを特徴とする耐水素誘
    起割れ性に優れる熱延鋼板。
  3. 【請求項3】質量%で、C:0.04〜0.09%、Si:0.01〜
    0.50%、Mn:0.5〜1.4%、P:0.020%以下、S:0.003
    %以下、Nb:0.005〜0.060%、Al:0.005〜0.100%およ
    びCa:0.0010〜0.0060%を含有し、残部はFeおよび不純
    物からなる鋼を連続鋳造する際に、2次冷却の比水量を
    0.8〜2.0(l/kg・鋼)に制限することにより、(偏析部
    の最大Nb含有量)/(鋼中の平均Nb含有量)で表される
    Nb偏析度が4.0以下であり、かつ(偏析部の最大Mn含有
    量)/(鋼中の平均Mn含有量)で表されるMn偏析度が1.
    4以下である耐水素誘起割れ性に優れる熱延鋼板の製造
    方法。
  4. 【請求項4】質量%で、C:0.04〜0.09%、Si:0.01〜
    0.50%、Mn:0.5〜1.4%、P:0.020%以下、S:0.003
    %以下、Nb:0.005〜0.060%、Al:0.005〜0.100%およ
    びCa:0.0010〜0.0060%を含有し、さらに、Mo:0.50%
    以下、Ti:0.050%以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%
    以下、V:0.10%以下およびCr:1.0%以下のうちから
    選択される1種以上を含み、残部はFeおよび不純物から
    なる鋼を連続鋳造する際に、2次冷却の比水量を0.8〜
    2.0(l/kg・鋼)に制限することにより、(偏析部の最大
    Nb含有量)/(鋼中の平均Nb含有量)で表されるNb偏析
    度が4.0以下であり、かつ(偏析部の最大Mn含有量)/
    (鋼中の平均Mn含有量)で表されるMn偏析度が1.4以下
    である耐水素誘起割れ性に優れる熱延鋼板の製造方法。
JP2001176901A 2001-06-12 2001-06-12 耐水素誘起割れ性に優れた熱延鋼板およびその製造方法 Expired - Fee Related JP3633515B2 (ja)

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