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Info
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Abstract
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
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。
にH2S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。
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。
種々の発明が開示されている。
の化学組成を有する鋼であっての鋼中平均Mn含有量M0
に対する偏析部のMn含有量Mの比「M/M0」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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
圧延法で圧延すれば、本発明の熱延鋼板が得られる。
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。
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。
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、H2S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
2S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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図である。
Claims (4)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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