(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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６−２７１９７４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：０．０１〜０．５０％、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。
【００１１】
（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。
【００１２】
（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。
【００１３】
（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。
【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、Ｍｎ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Ｍｏ：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ＭｎＳ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】
0003633515.tif 000002
【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（ＣＬＲ）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Ｈ２Ｓ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】
0003633515.tif 000003
【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２５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。
【図１】
0003633515.tif 000004