(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２０〜０．０６０％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：１．００％超え〜２．００％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５０〜０．０３００％未満、Ｔｉ：０．００４〜０．０２０％、Ｖ：０．０３０〜０．０６０％、Ｃａ：０．０００５〜０．００４０％以下、Ｎｂ：０．０５０％以下、Ｎ：０．００３６〜０．００７０％、Ｏ：０．０００３〜０．００５０％、および残部Ｆｅ及び不可避的不純物を含有することを特徴とする電子ビーム溶接特性および耐サワー性能に優れた鋼。
【請求項２】
鋼成分として、更にＣｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｃｒ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下の一種または二種以上を含有する請求項１記載の電子ビーム溶接特性および耐サワー性能に優れた鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム溶接性、及び耐サワー性能に優れた鋼に関し、特に原油や天然ガスが対象で耐サワー性能が要求され、円周溶接に電子ビーム溶接を適用した場合に電子ビーム溶接金属および溶接熱影響部の靭性に優れるラインパイプ用鋼に適したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム溶接（ＥＢＷ）は、従来のＣＯ2溶接、サブマージアーク溶接等と比較して溶接能率に優れることから、適用対象が当初の厚鋼板から、最近では原油や天然ガスの輸送に用いられるラインパイプの円周溶接にまで拡大されてきた。
【０００３】
この場合、ＥＢＷは高エネルギー密度であり、溶接金属の冷却速度が従来の溶接法によるものより遥かに大きいため、溶接金属の硬化による靭性劣化に特に留意しなければならない。
【０００４】
又、ラインパイプでは、湿潤硫化水素環境下における硫化水素による水素誘起割れ（ＨＩＣ）や硫化物応力腐食割れ（ＳＳＣＣ）が問題とされることが多く、ＥＢＷが適用されるラインパイプ材は耐サワー性能、およびＥＢ溶接性に優れていることが要求される。
【０００５】
ＥＢＷ溶接金属は、上部ベイナイトや粗大なマルテンサイト主体の組織を呈した場合、靭性が著しく劣化するため、これらの組織の生成を抑制し、下部ベイナイトやフェライト主体の組織としなければならない。マルテンサイトの生成を抑制するため、Ａｌ量を低減し、フェライトの生成を促進する方法が検討されている。
【０００６】
特開昭６３−２１０２３５号公報、特開昭６４−１５３２１号公報では、Ａｌを低減し、Ｔｉ，微量Ｂを添加し、Ｔｉ酸化物、Ｂ窒化物からアシキュラーフェライトを生成させ、溶接金属組織を微細化する技術を開示している。特開平５−３９５３８号公報では、４０ｐｐｍ程度までＡｌを低減し、Ｔｉ酸化物、Ｔｉ窒化物を析出させ、溶接金属、溶接熱影響部粗粒域において良好な靭性とする技術が開示されている。
【０００７】
特開平２−７７５５７号公報、特開平２−７７５６１号公報、特開平２−７７５６２号公報、および特開平２−２７７７４３号公報では、Ｃ，Ｎなどの不純物元素が溶接金属中に多く含まれた場合、粗大な炭化物、窒化物の量が増大し、粒内、粒界を脆化させ、ＰがＣ，Ｎの作用を促進することが記載され、ＥＢ溶接金属の靭性を向上させるため、Ｃ，Ｐ，Ｎ量を特定範囲に規定した鋼が開示されている。
【０００８】
特開平５−３９５３７号公報では、凝固偏析に沿ったマイクロクラック発生による靭性低下を改善するためＭｎ，Ｐ，Ｎ量を特定範囲に限定した鋼を開示している。特開平５−３９５３８号公報では、粒内、粒界へのＰ偏析を防止し、更に粒内への偏析を低減させるため、Ｔｉ添加を必須とした鋼を開示している。
【０００９】
特開平１−３４５９８号公報では、溶接金属でのブローホールなどの欠陥防止のため、母材の酸素量を３５ｐｐｍ以下まで低減し、かつＡｌ量を５０ｐｐｍ未満に低減して溶接金属組織を微細化し、靭性を向上させる技術を開示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、鋼の成分組成を調整し、ＥＢＷ溶接金属の靭性を向上させる技術は開示されているが、ラインパイプ用鋼として必要な耐サワー性能を兼ね備えた鋼材に関する提案はない。
【００１１】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、耐サワー性能に優れ、且つＥＢＷ、レーザ溶接などの高エネルギー密度の溶接による溶接金属及び溶接熱影響部の靭性が良好な鋼を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、耐サワー性能とＥＢＷ溶接金属及び溶接熱影響部の靭性に及ぼす鋼材成分組成の影響について詳細に検討を行い、鋼中のＣ量を０．０２０〜０．０６０％とし、Ｔｉ量、Ｎ量、Ｖ量、Ｏ量を特定範囲とし、且つＣａを添加した場合、耐サワー性能ばかりでなく、ＥＢ，レーザ溶接部の靭性も改善することを知見した。
【００１３】
本発明は更に、鋼自体の強度・靭性を考慮し、なされたもので、すなわち、本発明は、１．質量％で、Ｃ：０．０２０〜０．０６０％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：１．００％超え〜２．００％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５０〜０．０３００％未満、Ｔｉ：０．００４〜０．０２０％、Ｖ：０．０３０〜０．０６０％、Ｃａ：０．０００５〜０．００４０％以下、Ｎｂ：０．０５０％以下、Ｎ：０．００３６〜０．００７０％、Ｏ：０．０００３〜０．００５０％、および残部Ｆｅ及び不可避的不純物を含有することを特徴とする電子ビーム溶接特性および耐サワー性能に優れた鋼である。
【００１４】
２．  鋼成分として、更にＣｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｃｒ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下の一種または二種以上を含有する１記載の電子ビーム溶接特性および耐サワー性能に優れた鋼。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における成分組成について詳細に説明する。
【００１６】
Ｃ：０．０２０〜０．０６０％
Ｃは鋼自体およびＥＢＷ溶接金属部の強度を向上させるため、添加する。０．０２０％未満では溶接金属部の強度確保が困難で、更にＮｂ，Ｖを添加した場合における析出強化が不十分となるため、０．０２０％以上とする。
【００１７】
一方、０．０６０％を超えると、溶接金属の靭性が劣化し、加速冷却時の低温変態生成物により、ＨＩＣ性能が低下するため、０．０２０〜０．０６０％（０．０２０％以上、０．０６０％以下）とする。
【００１８】
Ｓｉ：０．５０％以下
Ｓｉは脱酸および鋼板強度を向上させるため添加する。０．５０％を超えて含有すると溶接部の靭性が劣化するので、０．５０％以下とする。
【００１９】
Ｍｎ：１．００％超え〜２．００％
Ｍｎは脱酸および鋼板強度を向上させるため添加する。１．００％以下では、その効果が十分でなく、２．００％を超えると溶接金属の靭性が劣化するため、１．００％超え〜２．００％とする。
【００２０】
Ｐ：０．０１０％以下
Ｐは本発明では不可避的不純物として扱う。０．０１０％を超えて含有すると溶接金属の靭性が劣化するため、０．０１０％以下とする。
【００２１】
Ｓ：０．００１％以下
Ｓは本発明では不可避的不純物として扱う。０．００１％を超えて含有すると溶接金属、溶接熱影響部の靭性が劣化し、硫黄介在物の増加によりＨＩＣ性能が劣化するため、０．００１％以下とする。
【００２２】
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５０％〜０．０３００％未満
Ａｌは脱酸上、必須の元素であり、ｓｏｌ．Ａｌとして０．００５０％以上を必要とする。０．０３００％以上を添加すると粗大なＡｌＮを析出し、溶接金属の靭性を低下させるため、０．００５０％〜０．０３００％未満とする。
【００２３】
Ｔｉ：０．００４〜０．０２０％
ＴｉはＴｉ2Ｏ3などの酸化物として析出し、溶接金属、溶接熱影響部の靭性を向上させる。また、ＴｉＮとして析出し、溶接熱影響部の靭性を向上させるので０．００４％以上添加する。一方、０．０２０％を超えて添加すると、ＴｉＮが粗大化し、溶接熱影響部の靭性が著しく低下するので、０．０４〜０．０２０％（０．００４％以上、０．０２０％以下）とする。
【００２４】
Ｖ：０．０３０〜０．０６０％
Ｖは溶接金属部でＶＮとして析出し、微細なアシュキュラーフェライトの生成核として働き、溶接金属組織の改善により靭性向上に寄与する。０．０３０％未満では、アシキュラーフェライトの核生成サイトとなるのに十分な量のＶＮが得られない。一方、０．０６０％を超えるとＶＮが粗大化し、溶接金属の靭性を劣化させるようになるので、０．０３０〜０．０６０％（０．０３０％以上、０．０６０％以下）とする。
【００２５】
Ｃａ：０．０００５〜０．００４０％
Ｃａは硫化物系介在物の形態を制御し、耐ＨＩＣ性と溶接金属の靭性の両者を向上させる。０．０００５％未満ではその効果が得られず、０．００４０％を超えると溶接金属の靭性を劣化させるようになるので０．０００５〜０．００４０％とする。
【００２６】
Ｎｂ：０．０５０％以下
Ｎｂは析出強化により、鋼板の強度を上昇させるのに有効なため添加する。０．０５０％を超えると溶接熱影響部靭性が劣化するので、０．０５０％以下とする。
【００２７】
Ｎ：０．００３６〜０．００７０％
ＮはＴｉＮおよびＶＮを生成し、鋼板ならびに溶接金属、溶接熱影響部の靭性を向上させるため、０．００３６％以上とする。一方、Ｎ量が０．００７０％を超えると、ＴｉＮが粗大化し、靭性が劣化するので０．００７０％以下とする。
【００２８】
Ｏ：０．０００３〜０．００５０％
ＯはＴｉ酸化物を形成し、フェライト生成を促進させるため規定する。０．０００３％未満では、Ｔｉ酸化物が生成せず、溶接金属および溶接熱影響部の靭性が劣化するため０．０００３％以上とし、一方、０．００５０％を超えると溶接金属および溶接熱影響部の靭性が劣化するため、０．０００３〜０．００５０％（０．０００３％以上、０．００５０％以下）とする。
【００２９】
本発明は以上の規定により、十分その作用効果を達成することができるが、更に鋼材の強度を向上させる場合、所望する強度に応じてＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの一種または二種以上を添加することができる。
【００３０】
Ｃｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｃｒ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下
Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏは強度を上昇させるため所望する強度に応じて適宜添加する。いずれの元素も０．５０％を超えて添加すると溶接熱影響部の靭性を劣化させるため、０．５０％以下とする。
【００３１】
本発明鋼は上述した成分組成の規定を満足すればその作用効果が得られ、特に鋼材の製造方法の影響をうけないため、製造条件については規定しない。
【００３２】
【実施例】
種々の成分の鋼板を連続鋳造―熱間圧延プロセスにより製造後、ＥＢＷ継手を作製し、溶接金属および溶接熱影響部の靭性および耐サワー性能を確認した。靭性は試験温度―２０℃のシャルピー衝撃試験、耐サワー性能はＮＡＣＥＴＭ０２８４に従いＨＩＣ試験を実施した。
【００３３】
表１に供試鋼の化学成分および試験結果を示す。靭性は吸収エネルギーが５０Ｊ以上のものを良好とし、耐ＨＩＣ性についてはＨＩＣが生じなかったものを良好とし、それぞれ表中○印で表示した。鋼板Ａ〜Ｆは本発明範囲内の成分で、良好なＨＡＺ靭性、溶接金属靭性および耐サワー特性が得られている。
【００３４】
一方、鋼板Ｇ〜Ｌは成分組成の何れかが本発明範囲外で比較例となっている。鋼ＧはＣａ量が多く、ＨＡＺ靭性、溶接金属の靭性は良好であるがＨＩＣが生じ、耐サワー性能に劣っている。鋼ＨはＴｉ量、Ｖ量が多く、耐サワー性能は良好であるがＨＡＺ靭性、溶接金属靭性に劣る。
【００３５】
鋼ＩはＭｎ量、Ｓ量、Ｔｉ量が多く、ＨＡＺ靭性、溶接金属靭性および耐サワー性能に劣る。鋼ＪはＣ量、Ｎ量、Ｃａ量が多く、ＨＡＺ靭性、溶接金属靭性および耐サワー性能に劣る。鋼ＫはＳｉ量、Ｎｉ量が多く、ｓｏｌ．Ａｌ量が低く、ＨＡＺ靭性、溶接金属靭性および耐サワー性能に劣る。鋼ＬはＳ量、Ｃａ量、Ｃｕ量が多く、ｓｏｌ．Ａｌ量が低く、ＨＡＺ靭性、溶接金属靭性および耐サワー性能に劣る。
【００３６】
【表１】
0003714136.tif 000002
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればＥＢＷ継手の溶接金属および溶接熱影響部の靭性および耐サワー性能に優れた鋼板が得られ、円周溶接にＥＢＷを適用する原油や天然ガスのラインパイプ用として使用が可能で、産業上極めて有用である。