專利名稱：抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼板和高強度管線管用鋼管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及最適合于石油、天然氣等的輸送管線管等的用途的抗氫致開裂性(抗氫誘發(fā)裂紋性；稱為抗HIC性)優(yōu)異的管線管用鋼板和管線管用鋼管。
背景技術(shù)：
在較多地包含含有水分的硫化氫( 的石油、天然氣等的輸送管線管中，擔(dān)心氫致裂紋(稱為HIC)的產(chǎn)生。其原因是因為在含有水分的環(huán)境(稱為含硫環(huán)境)中，氫容易從表面侵入鋼中。HIC起因于在特別是存在于鋼的中心偏析部的延伸的MnS、聚集的Ti和/或Nb的碳氮化物、或者氧化物聚集帶中的氧化物系夾雜物等鋼中的缺陷的周圍聚集的氫。S卩，在含硫環(huán)境中，侵入鋼中的氫在缺陷的周圍聚集成為氣體，其壓力超過鋼的斷裂韌性值(Kre)時，產(chǎn)生裂紋。此外，如果鋼的中心偏析部、夾雜物的周邊等發(fā)生硬化，則裂紋容易擴展。因此，在含硫環(huán)境下使用的管線管中，自過去以來，就在采取抑制延伸的MnS的生成、抑制Ti、Nb的碳氮化物和氧化物等的聚集、或者抑制因中心偏析引起的硬化相的形成等的對策。例如，Mn是容易在鋼板的中心偏析的元素，曾提出了抑制Mn的偏析的方法(例如， 專利文獻(xiàn)1 3)。專利文獻(xiàn)1提出了抑制偏析部的Mn含量相對于鋼中的平均Mn含量之比的鋼板。另外，專利文獻(xiàn)2和3提出了除了限定Mn偏析點的大小以外，還限定偏析部的 P濃度，而且有效利用Ca的高強度管線管。另外，曾提出了除了著眼于Mn的偏析以外，還著眼于Nb的偏析的抗HIC性優(yōu)異的熱軋鋼板(例如，專利文獻(xiàn)4)。此外，曾提出了抑制Ti、Nb的碳化物、氮化物等的夾雜物的方法(例如，專利文獻(xiàn)5、6)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平6-220577號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開平6-256894號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開平6-271974號公報專利文獻(xiàn)4 日本特開2002-363689號公報專利文獻(xiàn)5 日本特開2006-63351號公報專利文獻(xiàn)6 日本特開2008-7841號公報

發(fā)明內(nèi)容
關(guān)于抑制Mn的偏析和利用了 Ca的MnS形態(tài)控制的開發(fā)自以往就在積極地進(jìn)行， 但是已知當(dāng)僅控制(偏析部的最大Mn含量)/(鋼中的平均Mn含量)和/或Mn偏析點的大小時，不能夠完全地防止HIC，需要對它們更嚴(yán)格地控制。
此外，如果消除Mn的偏析則Nb的偏析就成為問題?？芍獙τ谠揘b的偏折，利用 (偏析部的最大Nb含量)/(鋼中的平均Nb含量)的控制并不足夠，必須更加嚴(yán)格地控制。 另夕卜，即使控制Nb-Ti-C-N系的夾雜物的長度、(Ti，Nb) (C,N)系夾雜物的面密度和長度，也 不能夠防止HIC的產(chǎn)生。本發(fā)明是鑒于這樣的實際情況完成的，其課題是提供最適合于石油、天然氣等的 輸送管線管等所使用的鋼管的抗HIC性優(yōu)異的管線管用鋼板和管線管用鋼管。本發(fā)明者們對于為得到抗拉強度為500MPa以上的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管 線管用鋼板和高強度管線管用鋼管所需要的條件進(jìn)行專心研究，以至于發(fā)明新的超高強度 管線管用鋼板和高強度管線管用鋼管。本發(fā)明的要旨如下。(1) 一種抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼板，其特征在干，以質(zhì)量％計，含 有C :0. 02 0. 08%、Si :0. 01 0. 5%、Mn :1.0 1.6%、Nb :0. 001 0. 10%、Ca :0. 0001 0. 0050%、N :0. 0010 0. 0050%、0 :0. 0001 0. 0030%，并限制為P :0. 01% 以下、S :0. 0020% 以下、Al :0. 030% 以下、Ti :0. 030% 以下，S、Ca 的含量滿足 S/Ca < 0. 5，其余量由狗和不可避免的雜質(zhì)元素構(gòu)成，并且，中心偏析部的未壓合部的長度限制在0. Imm以下。(2)根據(jù)上述(1)所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼板，其特征在干， 以質(zhì)量％計，含有Ni :0. 01 2. 0%、Cu :0. 01 1. 0%、Cr :0. 01 1. 0%、Mo :0. 01 1. 0%、W :0. 01 1.0%、V :0. 01 0. 10%、Zr :0. 0001 0. 050%、Ta :0. 0001 0. 050%、B 0. 0001 0. 0020%之中的ー種或兩種以上，其余量由!7e和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。(3)根據(jù)上述(1)或(2)所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計，還含有REM :0· 0001 0. 01%、Mg :0· 0001 0. 01%、Y :0· 0001 0. 005%、Hf :0· 0001 0. 005%、Re 0. 0001 0. 005%之中的一種或兩種以上。(4)根據(jù)上述(1)或(2)所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼板，其特征在于，進(jìn)一步限制為最大Mn偏析度2. 0以下、Nb偏析度4.0以下、Ti偏析度4.0以下。(5)根據(jù)上述(1)或(2)所述的的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼板，其特征在于，中心偏析部的最高硬度為300Hv以下。(6) 一種抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計，母材含有C :0· 02 0. 08%、Si :0. 01 0. 5%、Mn :1.0 1.6%、Nb :0. 001 0. 10%、Ca :0· 0001 0. 0050%、N :0· 0010 0. 0050%、0 :0· 0001 0. 0030%，并限制為P :0.01% 以下、S :0.0020% 以下、Al :0. 030% 以下、Ti :0. 030% 以下，S、Ca 的含量滿足 S/Ca < 0. 5，其余量由狗和不可避免的雜質(zhì)元素構(gòu)成，并且，母材的中心偏析部的未壓合部的長度限制在0. Imm以下。(7)根據(jù)上述(6)所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼管，其特征在于， 以質(zhì)量％計，母材含有Ni0. 01 ‘ 2. 0%,
Cu0. 01 ‘ 1. 0%,
Cr0. 01 ‘ 1. 0%,
Mo0. 01 ‘ 1. 0%,
W 0. 01 ^ 1. 0%,
V 0. 01 一 0. 10%,
Zr :0· 0001 0. 050%、Ta :0· 0001 0. 050%、B 0. 0001 0. 0020%之中的一種或兩種以上。其余量由!^e和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，(8)根據(jù)上述(6)或(7)所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計，母材還含有REM :0· 0001 0. 01%、Mg :0· 0001 0. 01%、Y :0· 0001 0. 005%、Hf :0· 0001 0. 005%、Re 0. 0001 0. 005%之中的一種或兩種以上。(9)根據(jù)上述(6)或(7)所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼管，其特征在于，進(jìn)一步限制為母材的最大Mn偏析度2. 0以下、Nb偏析度4.0以下、Ti偏析度4.0以下。(10)根據(jù)上述(6)或(7)所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼管，其特征在于，母材的中心偏析部的最高硬度為300Hv以下。根據(jù)本發(fā)明，能夠制造Mn、Nb、Ti的偏析度降低、中心偏析部的未壓合部的長度以及最高硬度的上升被抑制、抗氫致開裂性優(yōu)異的管線管用鋼板和管線管用鋼管等等，在產(chǎn)業(yè)上的貢獻(xiàn)極為顯著。


圖1是表示S和Ca的含量之比S/Ca與HIC試驗中的CAR的關(guān)系的圖。
具體實施例方式本發(fā)明者們使用各種的管線管用鋼板，進(jìn)行NACE(美國腐蝕工程師協(xié)會，National Association of Corrosion and Engineer)試驗，評價了有無 HIC 的產(chǎn)生。NACE 試驗是在 5% NaCl溶液+0. 5%醋酸、pH為2. 7的溶液中使硫化氫氣體飽和，調(diào)查96小時后是否生成裂紋的試驗方法。試驗后，從產(chǎn)生了裂紋的鋼板制取試件，詳細(xì)地觀察了 HIC的產(chǎn)生部位。其結(jié)果判明，中心偏析部的未壓合部是特別重要的HIC的起點。該中心偏析部的未壓合部，必須將其長度抑制在0. Imm以下。這是基于下述情況的規(guī)定利用掃描電鏡(SEM)觀察在上述NACE試驗后產(chǎn)生了 HIC的試件的裂紋的斷面，未壓合部的長度的最小值大于0. 1mm。所謂未壓合部，是在凝固時在鋼坯中產(chǎn)生的空隙，通過熱軋并未壓合，在鋼板中也殘存的現(xiàn)象，在尺寸大的情況下，可通過超聲波等的非破壞檢查來測定其長度。在中心偏析部殘存未壓合部的原因，是在熱軋前鋼坯中所含有的氫。通過轉(zhuǎn)爐以及二次精煉來熔煉鋼之后，在連續(xù)鑄造時，鋼進(jìn)行凝固，被冷卻而收縮，因此特別是在鋼坯的中心部產(chǎn)生空隙。在該空隙為負(fù)壓的情況下，若鋼坯的氫含量多，則氫氣進(jìn)入空隙中。在通過二次精煉進(jìn)行了熔煉時，鋼中所含有的氫大部分依然殘存于連鑄后的鋼坯的空隙內(nèi)。在熱軋的加熱時，鋼坯的組織為奧氏體，氫難以向鋼坯外擴散放出。其原因是因為奧氏體為面心立方晶，可固溶的氫量較多的緣故。若將鋼坯加熱并實施壓下，則鋼坯的空隙變小，但空隙中所含的氫氣的壓力與空隙的尺寸成反比例地變高。因此，即使通過熱軋也不能夠?qū)⒖障秹汉?，會在鋼板中殘存未壓合部。詳?xì)地調(diào)查了鋼中的氫含量和未壓合部的長度的關(guān)系，結(jié)果明確了 當(dāng)將氫含量抑制在2. 5ppm以下時，殘存于鋼板的中心偏析部的未壓合部的長度變?yōu)?. Imm以下。因此，為了將中心偏析部的未壓合部的長度抑制在0. Imm以下，必須將鋼中的氫含量限制在 2. 5ppm以下。另外，氫的分析是采用燃燒法測定在二次精煉后取樣的鋼的分析。另外，當(dāng)熱軋后，鋼板被冷卻，金屬組織從奧氏體相變成鐵素體、貝氏體、馬氏體、 珠光體等時，氫向外部擴散釋放。因此存留于鋼板中的氫含量與二次精煉后的氫含量相比已降低。本發(fā)明者們進(jìn)而關(guān)于HIC的產(chǎn)生起點反復(fù)進(jìn)行研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除此以外，(a)延伸了的MnS、(b)聚集了的Ti、Nb的析出物以及(c)聚集了的氧化物也成為HIC的起點，若對它們也進(jìn)行抑制，則能夠顯著地防止管線管用鋼板和管線管用鋼管的HIC的產(chǎn)生。為了抑制延伸了的粗大的MnS，必須將S量設(shè)為低于0. 002%、將S和Ca的含量之比S/Ca設(shè)為低于0. 5。圖1表示0.04% C-1. 25% Mn鋼的HIC試驗中的CAR (裂紋面積率)和S/Ca的關(guān)系。如圖1所示那樣判明，如果S/Ca之比為0.5以上，則開始產(chǎn)生HIC，因此S/Ca必須低于 0. 5。另外，為了抑制氧化物的聚集，必須將0量設(shè)為0. 0030%以下、Al量設(shè)為0. 030% 以下。已明確了 如果0量多，則粗大的氧化物容易聚集，如果添加超過0. 030%的Al，則Al 的氧化物的團簇容易聚集。而且發(fā)現(xiàn)為了抑制延伸了的粗大的MnS，優(yōu)選將鋼板和鋼管的最大Mn偏析度設(shè)為2. 0以下；以及，除了這些之外，通過抑制聚集的Ti、Nb的碳氮化物，可切實地顯著防止管線管用鋼板和管線管用鋼管的HIC的產(chǎn)生。為了抑制Ti、Nb的碳氮化物的聚集，優(yōu)選滿足以下的條件將N量設(shè)為0. 0050% 以下，C量設(shè)為0. 06%以下，Nb和Ti的偏析度分別設(shè)為4.0以下。在此，所謂最大Mn偏析度是鋼板和鋼管的Mn含量中的、中心偏析部的最大的Mn 量相對于除了中心偏析部以外的平均Mn量之比，即(中心偏析部的最大的Mn量)/(除了中心偏析部以外的平均Mn量)的值。同樣地，Nb偏析度和Ti偏析度是在鋼板和鋼管的、中心偏析部的平均化的Nb量 (Ti量)相對于除了中心偏析部以外的平均Nb量(Ti量)之比。最大Mn偏析度可以通過EPMA(電子探針顯微分析儀，Electron Probe Micro Analyzer)或者可圖像處理ΕΡΜΑ測定結(jié)果的CMA(計算機輔助顯微分析儀，Computer Aided Micro Analyzer)測定鋼板和鋼管的Mn濃度分布來求得。此時，最大Mn偏析度的數(shù)值根據(jù)EPMA(或者CMA)的探針直徑而變化。本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，通過將探針直徑(束直徑)設(shè)為2μπι，可以合適地評價Mn的偏析。實際上，如以下那樣地進(jìn)行測定。采用ΕΡΜΑ，以50 μ m的束直徑測定20mm寬度(HIC試件寬度)X 20mm厚度(HIC試件厚度)的測定區(qū)域中的Mn的濃度分布。接著，在Mn量最濃化的部位(中心偏析部)，再以2 μ m的束直徑測定Imm(寬度)X Imm(厚度)的區(qū)域的Mn濃度。然后，由該Mn濃度分布求得最大Mn偏析度。此時，積累500點X500點的數(shù)據(jù)。將該250000點之中的最大Mn 濃度相對于除了中心偏析部以外的平均Mn濃度之比定義為最大Mn偏析度并求出其值。另外，對于Nb偏析度和Ti偏析度也可以同樣地通過EPMA或者CMA分別測定Nb 濃度分布和Ti濃度分布而求得?？芍獙τ贜b偏析度和Ti偏析度也可以同樣地通過將束直徑設(shè)為2 μ m來適當(dāng)?shù)卦u價偏析。實際上，關(guān)于Nb、Ti偏析度，通過EPMA，以50μπι的束直徑測定20mm寬度(HIC試件寬度)X20mm厚度(HIC試件厚度)的測定區(qū)域中的Nb、Ti各自的濃度分布，求得平均Nb 濃度和平均Ti濃度后，在Nb量、Ti量最濃化的部位(中心偏析部)，再以2 μ m的束直徑測定lmm(寬度)X Imm(厚度)的區(qū)域的Nb和Ti的濃度。此時，取在板橫向測定的500點的平均值，導(dǎo)出中心偏析部的平均的Nb和Ti濃度。然后，將中心偏析部的平均Nb濃度(Ti 濃度)相對于平均Nb濃度(Ti濃度)之比定義為Nb偏析度(Ti偏析度)并求出其值。另外，如果存在MnS等的夾雜物，則各元素的偏析度在表觀上變大，因此在碰到夾雜物的情況下除去其值進(jìn)行評價。此外，優(yōu)選抑制了 Mn、Nb、Ti的偏析的鋼板和鋼管的中心偏析部的最高硬度為 300Hv以下。通過將中心偏析部最高硬度的上限設(shè)為300Hv，可以確實地防止HIC的產(chǎn)生。 MruNb是提高淬硬性的元素，Ti有助于析出強化，因此通過抑制這些元素的偏析，能夠抑制中心偏析部的硬化。另外，中心偏析部是通過EPMA和/或CMA測定的Mn的濃度最大的部位，中心偏析部的最高硬度，通過利用3%硝酸+97%硝酸乙醇腐蝕液腐蝕后，基于JIS Z 2M4，以25g的載荷進(jìn)行維氏硬度試驗來測定即可。以下，對于基于以上那樣的研究結(jié)果完成的本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，對于本發(fā)明的鋼板和鋼管中的母材成分的限定理由進(jìn)行敘述。以下，元素的含量的％意指質(zhì)量％。C :C是提高鋼的強度的元素，作為其有效的下限必須添加0.02%以上。另一方面， 如果C量超過0. 08%，則促進(jìn)碳化物的生成，損害抗HIC性，因此將上限設(shè)為0. 08%。另外， 為了抑制HIC性、焊接性和韌性的降低，優(yōu)選C量為0. 06%以下。Si :Si是脫氧元素，必須添加0.01%以上。另一方面，如果Si量超過0.5%，則使焊接熱影響區(qū)(HAZ)的韌性降低，因此將上限設(shè)為0.5%。Mn :Mn是提高強度和韌性的元素，必須添加1. 0%以上。另一方面，如果Mn量超過 1. 6%，則使HAZ韌性降低，因此將上限設(shè)為1. 6%。另外，為了抑制HIC，優(yōu)選將Mn量設(shè)為低于1. 5%。Nb =Nb是形成碳化物、氮化物，有助于強度的提高的元素。為了得到其效果，必須添加0. 001 %以上的Nb。但是，如果過量地添加Nb，則Nb偏析度增加，導(dǎo)致Nb的碳氮化物的聚集，抗HIC性降低。因此，在本發(fā)明中，將Nb量的上限設(shè)為0.10%。另外，考慮到HIC性的情況下，Nb量優(yōu)選為0. 05%以下。N =N是形成TiN、NbN等氮化物的元素，為了利用氮化物使加熱時的奧氏體粒徑微細(xì)，必須將N量的下限值設(shè)為0. 0010%。但是，如果N的含量超過0. 0050%,則Ti和Nb的碳氮化物容易聚集，損害抗HIC性。因此，將N量的上限設(shè)為0.0050%。另外，在要求韌性等的情況下，為了抑制TiN的粗大化，優(yōu)選將N量設(shè)為0. 0035%以下。P :P是雜質(zhì)，如果含量超過0.01%，則損害抗HIC性，并且HAZ的韌性降低。因此， 將P的含量限制在0.01%以下。S :S是熱軋時生成沿軋制方向延伸的MnS，使抗HIC性降低的元素。因此，在本發(fā)明中，必須降低S量，將其含量限制在0. 0020%以下。另外，為了提高韌性，優(yōu)選S量為 0. 0010%以下。S量越少越好，但是難以使其低于0. 0001%,從制造成本的觀點來看優(yōu)選含有0. 0001%以上。Ti :Ti是通常作為脫氧劑和/或氮化物形成元素而被用于晶粒的細(xì)化的元素，但在本發(fā)明中，是因碳氮化物形成而使抗HIC性和韌性降低的元素。因此，Ti的含量限制在 0. 030% 以下。Al =Al是脫氧元素，但在本發(fā)明中，如果添加量超過0.030%則可確認(rèn)Al氧化物的聚集團簇，因此限制在0.030%以下。在要求韌性的情況下，優(yōu)選將Al量的上限設(shè)為0.017%以下。Al量的下限值沒有特別的限定，但為了降低鋼液中的氧量，優(yōu)選添加 0. 0005% 以上的 Al。0:0是雜質(zhì)，為了抑制氧化物的聚集，提高抗HIC性，將含量限制在0.0030%以下。 為了抑制氧化物的生成，提高母材和HAZ韌性，優(yōu)選將0量設(shè)為0. 0020%以下。Ca :Ca是生成硫化物CaS，抑制沿軋制方向伸長的MnS的生成，顯著地有助于抗 HIC性的改善的元素。Ca的添加量低于0.0001%的話，得不到效果，因此將下限值設(shè)為
0.0001%。優(yōu)選含有0.0005%以上。另一方面，如果Ca的添加量超過0.0050%，則氧化物聚集，損害抗HIC性，因此將上限設(shè)為0. 0050%。在本發(fā)明中，通過添加Ca形成CaS，來固定S，因此S和Ca的含量的S/Ca比是重要指標(biāo)。如果S/Ca比為0.5以上，則生成MnS，在軋制時形成延伸了的MnS。其結(jié)果，抗HIC 性劣化。因此，將S/Ca比的值設(shè)為低于0. 5。另外，在本發(fā)明中，作為改善強度和韌性的元素，可以添加Ni、Cu、Cr、Mo、W、V、Zr、 Ta、B之中一種或兩種以上的元素。Ni =Ni是對韌性和強度的改善有效的元素，為了得到其效果必須添加0.01%以上，但是添加超過2. 0%的話則抗HIC性和焊接性降低，因此優(yōu)選其上限為2. 0%。Cu :Cu是不降低韌性并對強度的上升有效的元素，但低于0.01%的話則沒有效果，如果超過1.0%則在鋼坯加熱時或焊接時容易產(chǎn)生裂紋。因此，優(yōu)選其含量為0.01
1.0%。Cr :Cr為了通過析出強化提高鋼的強度，添加0.01%以上較有效，但如果大量地添加，則使淬硬性上升，產(chǎn)生貝氏體組織，使韌性降低。因此，優(yōu)選其上限為1.0%。Mo =Mo是提高淬硬性，并且形成碳氮化物從而改善強度的元素，為了得到其效果， 優(yōu)選添加0. 01 %以上。另一方面，如果超過1. 0%地大量添加Mo，則成本上升，因此優(yōu)選上限為1.0%。另外，如果鋼的強度上升，則有時抗HIC性和韌性降低，因此更優(yōu)選的上限設(shè)為0. 20%。W :W是對強度的提高有效的元素，優(yōu)選添加0.01%以上。另一方面，如果添加超過 1.0%的W，則有時導(dǎo)致韌性的降低，因此優(yōu)選上限為1.0%。V :V是形成碳化物、氮化物，有助于強度的提高的元素，為了得到效果，優(yōu)選添加 0.01%以上。另一方面，如果添加超過0. 10%的V，則有時導(dǎo)致韌性的降低，因此優(yōu)選上限為 0. 10%。Zr、Ta =Zr和Ta是與V同樣地形成碳化物、氮化物，有助于強度的提高的元素，為了得到其效果，優(yōu)選添加0. 0001%以上。另一方面，如果超過0. 050%來過量地添加ττ和 Ta，則有時導(dǎo)致韌性的降低，因此優(yōu)選其上限為0. 050%。B :Β是在鋼的晶界偏析，顯著地有助于淬硬性的提高的元素。為了得到其效果，優(yōu)選添加0.0001%以上的B。另外，B生成ΒΝ，使固溶N降低，也是有助于焊接熱影響區(qū)的韌性的提高的元素，因此更優(yōu)選添加0.0005%以上。另一方面，如果過量地添加B，則向晶界的偏析過量，有時導(dǎo)致韌性的降低，因此優(yōu)選上限為0. 0020%。進(jìn)而，為了控制氧化物和硫化物等的夾雜物，也可以含有REM、Mg、Zr、1^、Y、Hf、Re 中的一種或兩種以上。REM=REM是作為脫氧劑和脫硫劑來添加的元素，優(yōu)選添加0.0001%以上。另一方面，如果添加超過0.010%，則產(chǎn)生粗大的氧化物，有時使抗HIC性、母材和HAZ的韌性降低， 優(yōu)選的添加量為0.010%以下。Mg =Mg是作為脫氧劑和脫硫劑來添加的元素，特別是產(chǎn)生微細(xì)的氧化物，也有助于HAZ韌性的提高。為了得到該效果，優(yōu)選添加0.0001%以上的Mg。另一方面，如果添加超過0. 010%的Mg，則氧化物容易凝集并粗大化，有時導(dǎo)致抗HIC性的惡化、母材和HAZ的韌性的降低。因此，優(yōu)選Mg的添加量為0. 010%以下。Y、Hf、Re :Y、Hf、Re是與Ca同樣地生成硫化物，抑制沿軋制方向伸長的MnS的生成，有助于抗HIC性的提高的元素。為了得到這樣的效果，優(yōu)選添加0.0001%以上的Y、Hf、 Re。另一方面，如果Y、Hf、Re的量超過0. 0050%，則氧化物增加并發(fā)生凝集、粗大化而損害抗HIC性，因此優(yōu)選添加量為0. 0050%以下。以下對于使鋼板的中心偏析部的未壓合部的長度為0. Olmm以下的方法進(jìn)行說明。如上述那樣，在中心偏析部殘存未壓合部的原因是在熱軋前鋼坯中所含有的氫。 因此，通過降低二次精煉中的氫量，可使鋼坯的空隙中所含的氫氣的壓力降低。如果使二次精煉中的H含量為0. 00025 %以下，則熱軋后，基本沒有未壓合部，即使其存在也能夠使其長度為0. Imm以下。為了降低二次精煉中的氫量，優(yōu)選使進(jìn)行二次精煉時的氣氛的氫分壓降低。例如， 通過向氣氛中吹入惰性氣體和氮氣等，能夠使氫分壓降低。進(jìn)而，在本發(fā)明中，將鋼板和鋼管的母材中的最大Mn偏析度、Nb偏析度和Ti偏析度分別設(shè)為2. 0以下、4. 0以下和4. 0以下。通過將最大Mn偏析度設(shè)為2.0以下，可以抑制粗大的MnS的生成，可以防止以沿軋制方向延伸了的MnS為起點的HIC的產(chǎn)生。另外，如果將Nb偏析度設(shè)為4.0以下，則抑制聚集了的Nb (C，N)的生成，如果將Ti偏析度設(shè)為4. 0以下，則抑制聚集了的TiN的生成，可以防止抗HIC性的劣化。最大Mn偏析度是鋼板和鋼管的中心偏析部的最大的Mn量相對于除了中心偏析部以外的平均Mn量之比，可以通過將束直徑設(shè)為2 μ m的EPMA或CMA測定鋼板和鋼管的Mn 濃度分布來求得。對于Nb偏析度和Ti偏析度也是同樣的，通過將束直徑設(shè)為2 μ m的EPMA 或CMA分別測定Nb濃度分布和Ti濃度分布，求得鋼板和鋼管的中心偏析部的平均化了的 Nb量相對于除了中心偏析部以外的平均Nb量之比(Nb偏析度)、鋼板和鋼管的中心偏析部的平均化了的Ti量相對于除了中心偏析部以外的平均Ti量之比(Ti偏析度)。以下對于用于抑制最大Mn偏析度、Nb偏析度和Ti偏析度的方法進(jìn)行說明。為了抑制Mn、Nb和Ti的偏析，連續(xù)鑄造中的最終凝固時的輕壓下最適合。最終凝固時的輕壓下是為了消除起因于鑄造冷卻的不均勻的、凝固部和未凝固部的混雜而實施的，由此可以使其在橫向均勻地最終凝固。在連續(xù)鑄造中，通常，鋼坯被水冷，但橫向的端部冷卻快，橫向的中央部的冷卻被強化。因此，即使在鋼坯的橫向的端部和中央部發(fā)生凝固，在橫向的1/4部凝固慢，在鋼坯的內(nèi)部殘存未凝固部。因此，有時在鋼坯的橫向，凝固部和未凝固部變得不均勻，例如，凝固部和未凝固部的界面的形狀在橫向變成W型。如果發(fā)生這樣的在橫向上不均勻的凝固，則助長偏析，使耐HIC性劣化。與此相對，如果在連續(xù)鑄造中進(jìn)行最終凝固時的輕壓下，則未凝固部被擠出，可以在橫向均勻地凝固。另外，如果在橫向產(chǎn)生不均勻的凝固后施加輕壓下，則起因于凝固部的變形阻力大，變得不能夠有效地擠出未凝固部。因此，為了不產(chǎn)生這樣的W型的凝固，優(yōu)選根據(jù)鑄坯的最終凝固位置的中心固相率的橫向的分布一邊控制壓下量一邊進(jìn)行輕壓下。通過這樣地進(jìn)行，即使橫向也可抑制中心偏析，使最大Mn偏析度、Nb偏析度、Ti偏析度更小。含有上述的成分的鋼，在煉鋼工序中被熔煉，接著通過連續(xù)鑄造而形成為鋼坯，將該鋼坯再加熱并實施厚板軋制，形成為鋼板。在該制造工序中，若將鋼坯的再加熱溫度設(shè)為950°C以上，將在再結(jié)晶溫度區(qū)的壓下比設(shè)為2以上，將在非再結(jié)晶區(qū)的壓下比設(shè)為3以上來進(jìn)行厚板軋制，則能夠使平均原始奧氏體粒徑變?yōu)?0 μ m以下。進(jìn)而，軋制結(jié)束后進(jìn)行水冷，但優(yōu)選從750°C以上的溫度進(jìn)行水冷的開始，在400 500°C的溫度范圍進(jìn)行水冷的停止。另外，再結(jié)晶溫度區(qū)是在軋制后產(chǎn)生再結(jié)晶的溫度范圍，對于本發(fā)明的鋼的成分而言，大約超過900°C。另一方面，非再結(jié)晶溫度區(qū)是在軋制后沒有產(chǎn)生再結(jié)晶和鐵素體相變的溫度范圍，對于本發(fā)明的鋼的成分而言，大約為750 900°C。將在再結(jié)晶溫度區(qū)的軋制稱為再結(jié)晶軋制或者粗軋，將在非再結(jié)晶溫度區(qū)的軋制稱為非再結(jié)晶軋制或者精軋。非再結(jié)晶軋制后，通過從750°C以上的溫度開始水冷，并將水冷停止溫度設(shè)為 4000C以上，由此如以下說明那樣，能夠使中心偏析的最大硬度為300Hv以下。首先，如果將水冷開始溫度設(shè)為低于750°C，則在冷卻開始前較多地生成鐵素體，C(碳)從鐵素體向奧氏體中排出。其后，如果冷卻，則濃縮有C的奧氏體相轉(zhuǎn)變?yōu)楹休^多的C量的硬質(zhì)的馬氏體。因此，若將水冷開始溫度設(shè)為750°C以上，抑制硬質(zhì)的馬氏體的生成，則能夠?qū)⒂捕纫种圃?00Hv以下。另外，如果將水冷停止溫度設(shè)為400°C以上，則相變后的硬質(zhì)的馬氏體發(fā)生部分分解，同樣地能夠?qū)⒂捕纫种圃?00Hv以下。另外，如果水冷停止溫度過高則強度降低，因此優(yōu)選為500°C以下。實施例接著，通過實施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。熔煉具有表1所示的化學(xué)成分的鋼，通過連續(xù)鑄造，制成厚度為240mm的鋼坯。另外，在表1中也示出了鋼液的氫含量的分析值。在連續(xù)鑄造中，實施了最終凝固時的輕壓下。將得到的鋼坯加熱到1000 1250°C，在超過900°C的再結(jié)晶溫度區(qū)進(jìn)行熱軋，接著進(jìn)行在750 900°C的非再結(jié)晶溫度區(qū)的熱軋。熱軋后，在750°C以上開始水冷，在400 500°C 的溫度停止水冷，制作了表2所示的各種板厚的鋼板。進(jìn)而，通過C沖壓、U沖壓、0沖壓將鋼板成形為管狀，將端面進(jìn)行定位焊，從內(nèi)外面進(jìn)行正式焊接后進(jìn)行擴管后制成了鋼管。另外，正式焊接采用了埋弧焊接。從得到的鋼板和鋼管制取拉伸試件、HIC試件、宏觀試件，用于各個試驗。HIC試驗基于NACETM0284進(jìn)行。另外，使用宏觀試件，通過EPMA測定了 Mn、Nb、Ti的偏析度。采用EPMA進(jìn)行的偏析度的測定，以50 μ m的束直徑在全厚X 20mm寬度的測定面積中實施，測定Mn、Nb、Ti的濃度分布，接著，在試件厚度方向的各元素濃化了的部位(中心偏析部)，以 2 μ m的束直徑在ImmX Imm的區(qū)域測定各元素的濃度。進(jìn)而，基于JIS Z 2244測定了中心偏析的維氏硬度。維氏硬度的測定是將載荷設(shè)為25g，在通過EPMA測定了的厚度方向的Mn濃度的分布中的Mn濃度最高的部位進(jìn)行。表2表示利用表1的鋼1 34分別得到的鋼板的板厚、最大Mn偏析度、Nb偏析度、Ti偏析度、未壓合部的長度、中心偏析部的最高硬度、抗拉強度和通過HIC試驗求得的裂紋的面積率(CAR)。另外，表3表示由表1的鋼1 34分別得到的鋼管的壁厚、正式焊接的線能量、通過HIC試驗求得的裂紋的面積率。另外，鋼管的最大Mn偏析度、Nb偏析度、Ti偏析度、未壓合部的長度、中心偏析部的最高硬度與鋼板同等，鋼管的抗拉強度比鋼板大1 5%左右。鋼1 23是本發(fā)明的例子，由這些鋼得到的鋼板，最大Mn偏析度為1. 6以下、Nb 偏析度為4. 0以下、Ti偏析度為4. 0以下、中心偏析部的最高硬度為300Hv以下，沒有產(chǎn)生因HIC試驗引起的裂紋。將這些鋼板作為坯料的鋼管也是同樣的。另一方面，鋼M 34表示在本發(fā)明的范圍以外的比較例。即，基本成分之中的某個元素在本發(fā)明的范圍以外，因此在HIC試驗中，CAR超過了 3%。
權(quán)利要求
1.一種抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有 C 0. 02 0. 08%,Si 0. 01 0. 5%、Mn 1. 0 1. 6%,Nb 0. 001 0. 10%、Ca 0. 0001 0. 0050%,N 0. 0010 0. 0050%,0 0. 0001 0. 0030%,并限制為P 0. 01% 以下、S 0. 0020% 以下、Al 0. 030% 以下、Ti 0. 030% 以下，S、Ca的含量滿足S/Ca < 0. 5，其余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)元素構(gòu)成，并且，中心偏析部的未壓合部的長度限制在0. Imm以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有Ni 0. 01 )2. 0%,Cu 0. 01 ^ 1. 0%,Cr 0. 01 ^ 1. 0%,Mo 0. 01 ^ 1. 0%,W 0. 01 1. 0%,V 0. 01 0. 10%,Zr 0. 0001 0. 050%,Ta 0. 0001 0. 050%,B 0. 0001 ‘ 0. 0020%之中的其余量由狗和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼板，其特征在于， 以質(zhì)量％計，還含有REM :0. 0001 0. 01%、 Mg 0. 0001 0. 01%、 Y 0. 0001 0. 005%, Hf 0. 0001 0. 005%,Re 0. 0001 0. 005%之中的一種或兩種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼板，其特征在于， 進(jìn)一步限制為最大Mn偏析度2.0以下、 Nb偏析度:4.0以下、Ti偏析度:4.0以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼板，其特征在于， 中心偏析部的最高硬度為300Hv以下。
6.一種抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計，母材含有C 0. 02 0. 08%,Si 0. 01 0. 5%,Mn 1. 0 1. 6%,Nb 0. 001 0. 10%,Ca 0. 0001 0. 0050%,N 0. 0010 0. 0050%,0 0. 0001 0. 0030%,并限制為P 0. 01% 以下、S 0. 0020% 以下、Al 0. 030% 以下、Ti 0. 030% 以下，S、Ca的含量滿足S/Ca < 0. 5，其余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)元素構(gòu)成，并且，母材的中心偏析部的未壓合部的長度限制在0. Imm以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼管，其特征在于，以質(zhì)量％計，母材含有Ni0. 01 ^ 2. 0%,Cu0. 01 ^ 1. 0%,Cr0. 01 ^ 1. 0%,Mo0. 01 ^ 1. 0%,W 0. 01 1. 0%,V 0. 01 0. 10%,Zr0. 0001 0. 050%,Ta0. 0001 0. 050%,B 0. 0001 ‘ 0. 0020%之中的其余量由狗和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼管，其特征在于， 以質(zhì)量％計，母材還含有 REM :0. 0001 0. 01%、 Mg 0. 0001 0. 01%、 Y 0. 0001 0. 005%, Hf 0. 0001 0. 005%,Re 0. 0001 0. 005%之中的一種或兩種以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼管，其特征在于， 進(jìn)一步限制為母材的最大Mn偏析度2.0以下、 Nb偏析度4. 0以下、 Ti偏析度:4.0以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的抗氫致開裂性優(yōu)異的高強度管線管用鋼管，其特征在于，母材的中心偏析部的最高硬度為300Hv以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及最適合于石油、天然氣等的輸送管線管等所使用的鋼管的抗HIC性優(yōu)異的管線管用鋼板以及管線管用鋼管，其由下述鋼構(gòu)成，所述鋼具有含有C0.02～0.08％、Si0.01～0.5％、Mn1.0～1.6％、Nb0.001～0.10％、Ca0.0001～0.0050％、N0.0010～0.0050％、O0.0001～0.0030％，限制為P0.01％以下、S0.0020％以下、Al0.030％以下、Ti0.030％以下，且滿足S/Ca＜0.5的鋼組成，并且中心偏析部的未壓合部的長度限制在0.1mm以下。
文檔編號C22C38/58GK102317491SQ20108000752
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者原卓也, 寺田好男, 村木太郎, 鈴木豪 申請人:新日本制鐵株式會社