(57)【要約】  この超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法では、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎｂ：０．０００１〜０．２０％、Ａｌ：０．０００１〜０．０３％、Ｔｉ：０．００３〜０．０３０％、Ｎ：０．００１０〜０．００５０％、Ｏ：０．００５０％以下を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を溶製し；この鋼を鋳造して鋼片とし；この鋼片に熱間圧延を施して鋼板とし；前記鋼板の表面温度が５４０℃より大きい所定温度まで、鋼板表面を０．６ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以下の水量密度で冷却し；その後、前記鋼板表面を１．３ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以上の水量密度で冷却する。
2010052927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で
Ｃ：０．０３〜０．０８％
Ｓｉ：０．０１〜０．５０％
Ｍｎ：１．５〜２．５％
Ｐ：０．０１％以下
Ｓ：０．００３０％以下
Ｎｂ：０．０００１〜０．２０％
Ａｌ：０．０００１〜０．０３％
Ｔｉ：０．００３〜０．０３０％
Ｎ：０．００１０〜０．００５０％
Ｏ：０．００５０％以下
を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を溶製し；
この鋼を鋳造して鋼片とし；
この鋼片に熱間圧延を施して鋼板とし；
前記鋼板の表面温度が５４０℃より大きい所定温度まで、鋼板表面を０．６ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以下の水量密度で冷却し；
その後、前記鋼板表面を１．３ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以上の水量密度で冷却する；
ことを特徴とする超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記鋼が、更に、質量％で
Ｍｏ：０．０１〜１．０％
Ｃｕ：０．０１〜１．５％
Ｎｉ：０．０１〜５．０％
Ｃｒ：０．０１〜１．５％
Ｖ：０．０１〜０．１０％
Ｂ：０．０００１〜０．０００３％
Ｗ：０．０１〜１．０％
Ｚｒ：０．０００１〜０．０５０％
Ｔａ：０．０００１〜０．０５０％
のうち１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法。
【請求項３】
前記鋼が、更に、質量％で
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１０％
Ｃａ：０．０００１〜０．００５％
ＲＥＭ：０．０００１〜０．００５％
Ｙ：０．０００１〜０．００５％
Ｈｆ：０．０００１〜０．００５％
Ｒｅ：０．０００１〜０．００５％
のうち１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記鋼板の前記表面温度が５４０℃より大きい所定温度以上で、前記鋼板の表面冷却速度は、１０℃／ｓ以下であり、前記鋼板の前記表面温度が前記所定温度未満で、前記鋼板の表面冷却速度は、４０℃／ｓ以上であることを特徴とする請求項１に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法。
【請求項５】
前記熱間圧延では、前記鋼片の再加熱温度が９５０℃以上、前記鋼片の未再結晶温度域での圧下比が３以上であることを特徴とする変形能ならびに低温靱性に優れた超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法。
【請求項６】
８００℃以下の冷却開始温度から冷却することを特徴とする超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法で製造した鋼板を、ＵＯ造管によって管状に成形し；
前記鋼板の突き合わせ部を内外面から溶接ワイヤ−と焼成型もしくは溶融型フラックスとを使用してサブマージドアーク溶接を行い；
その後、拡管を行う；
ことを特徴とする超高強度ラインパイプ用鋼管の製造方法。
【請求項８】
前記サブマージドアーク溶接を行った後、かつ、前記拡管を行う前に溶接部を熱処理することを特徴とする請求項７に記載の超高強度ラインパイプ用鋼管の製造方法。
【請求項９】
前記溶接部を２００℃以上５００℃以下の温度で熱処理することを特徴とする請求項８に記載の超高強度ラインパイプ用鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管の周方向の引張強度（ＴＳ）が６２５ＭＰａ以上になる変形能および低温靱性に優れた超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法およびこの鋼板により製造された超高強度ラインパイプ用鋼管の製造方法に関する。特に、本発明の製造方法によって得られた鋼管は、天然ガス・原油輸送用ラインパイプとして広く使用できる。
本願は、２００８年１１月６日に、日本に出願された特願２００８−２８５８３７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、原油・天然ガスの長距離輸送方法としてパイプラインの重要性がますます高まっている。現在、長距離輸送用の幹線ラインパイプとしては米国石油協会（ＡＰＩ）規格Ｘ６５が設計の基本になっており、Ｘ６５のラインパイプの実際の使用量も圧倒的に多い。しかし、（１）高圧化による輸送効率の向上や（２）ラインパイプの外径・重量の低減による現地施工能率向上のため、より高強度のラインパイプが要望されている。これまでにＸ１２０（引張強度９１５ＭＰａ以上）までのラインパイプが実用化されている。【０００３】
一方、近年、ラインパイプの設計の考え方が変化している。従来は、応力を一定にしたパイプラインの設計（「ｓｔｒｅｓｓ  ｂａｓｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ」）であった。しかしながら、最近は、パイプラインにひずみが加わっても鋼管の円周溶接部が破壊しないような、あるいは鋼管自体が座屈しないような設計（「ｓｔｒａｉｎ  ｂａｓｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ」）を取り入れている。これまで、Ｘ８０以上の高強度ラインパイプについては、母材の低温靭性や溶接熱影響部の靱性を確保するような化学成分や製造条件が検討されていた。しかしながら、「ｓｔｒａｉｎ  ｂａｓｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ」の場合には、母材の変形能あるいは、鋼管の塗装後の変形能も要求される。これらの靭性や変形能に関する課題を解決しなければ、「ｓｔｒａｉｎ  ｂａｓｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ」用のＸ８０以上のラインパイプ用鋼管の製造は不可能である。パイプラインの超高強度化には、母材の強度と低温靱性とのバランス、溶接金属靭性および溶接熱影響部（ＨＡＺ）靱性、現地溶接性、耐継手軟化性、バースト試験による耐管体破断性などを確保しながら、母材の変形能に優れた鋼管を製造するための製造条件が必要とされる。そのため、これらの鋼管特性を満たすＸ８０以上の超高強度厚肉ラインパイプの開発が要望されている。【０００４】
これまで、ラインパイプ用鋼管の製造方法に関して、上記鋼管特性を改善するために、例えば、次のような方法が提案されている。特許文献１及び特許文献２には、鋼管の変形能を向上させるために、いずれも５００〜６００℃までの前段では、鋼板を緩冷却し、その後の後段では、前段よりも速い冷却速度で冷却する方法が提案されている。この方法では、鋼板および鋼管のミクロ組織を制御することができる。さらに、特許文献３及び特許文献４には、鋼管の耐座屈性を改善するために、いずれも１５℃／ｓ以上の一定の冷却速度で冷却して、１６ｍｍ厚の鋼板を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３１７９９号公報
【特許文献２】特開２００３−２９３０８９号公報
【特許文献３】特開平１１−２７９７００号公報
【特許文献４】特開２０００−１７８６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている方法では、鋼板の水冷停止温度のばらつきが大きいため、鋼板の材質のばらつきが大きくなるという問題がある。また、特許文献３及び特許文献４に開示されている方法においても、鋼板の水冷停止温度のばらつきが大きいため、鋼板の強度のばらつきが大きいことに加え、鋼板の変形能を確保する点で大きな問題となる。
本発明は、母材の強度、低温靱性および変形能に優れ、かつ現地溶接が容易な引張強度６２５ＭＰａ以上（ＡＰＩ規格Ｘ８０以上）の超高強度ラインパイプ用鋼板および鋼管の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、引張強度が６２５ＭＰａ以上であり、かつ低温靱性に優れた超高強度鋼板および鋼管を得るための鋼板および鋼管の製造条件について鋭意研究を行った。その結果、超高強度ラインパイプ用鋼板および超高強度ラインパイプ用鋼管の新しい製造方法を発明するに至った。本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法では、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎｂ：０．０００１〜０．２０％、Ａｌ：０．０００１〜０．０３％、Ｔｉ：０．００３〜０．０３０％、Ｎ：０．００１０〜０．００５０％、Ｏ：０．００５０％以下を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を溶製し；この鋼を鋳造して鋼片とし；この鋼片に熱間圧延を施して鋼板とし；前記鋼板の表面温度が５４０℃より大きい所定温度まで、鋼板表面を０．６ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以下の水量密度で冷却し；その後、前記鋼板表面を１．３ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以上の水量密度で冷却する。
（２）上記（１）に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法では、前記鋼が、更に、質量％で、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０１〜１．５％、Ｎｉ：０．０１〜５．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．５％、Ｖ：０．０１〜０．１０％、Ｂ：０．０００１〜０．０００３％、Ｗ：０．０１〜１．０％、Ｚｒ：０．０００１〜０．０５０％、Ｔａ：０．０００１〜０．０５０％のうち少なくとも１種を含有してもよい。
（３）上記（１）に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法では、前記鋼が、更に、質量％で、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１０％、Ｃａ：０．０００１〜０．００５％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．００５％、Ｙ：０．０００１〜０．００５％、Ｈｆ：０．０００１〜０．００５％、Ｒｅ：０．０００１〜０．００５％のうち少なくとも１種を含有してもよい。
（４）上記（１）に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法では、前記鋼板の表面温度が５４０℃より大きい所定温度以上で、前記鋼板の表面冷却速度は、１０℃／ｓ以下であり、前記鋼板の表面温度が前記所定温度未満で、前記鋼板の表面冷却速度は、４０℃／ｓ以上であってもよい。
（５）上記（１）に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法では、前記熱間圧延で、前記鋼片の再加熱温度が９５０℃以上、前記鋼片の未再結晶温度域での圧下比が３以上であってもよい。
（６）上記（１）に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法では、８００℃以下の冷却開始温度から冷却してもよい。
（７）超高強度ラインパイプ用鋼管の製造方法では、（１）に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法で製造した鋼板を、ＵＯ造管によって管状に成形し；前記鋼板の突き合わせ部を内外面から溶接ワイヤ−と焼成型もしくは溶融型フラックスとを使用してサブマージドアーク溶接を行い；その後、拡管を行う。
（８）上記（７）に記載の超高強度ラインパイプ用鋼管の製造方法では、前記サブマージドアーク溶接を行った後でかつ前記拡管を行う前に、溶接部を熱処理してもよい。
（９）上記（７）に記載の超高強度ラインパイプ用鋼管の製造方法では、前記溶接部を２００℃以上５００℃以下の温度で熱処理してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、化学成分を限定した鋼板を熱間圧延後、鋼板の表面温度が遷移沸騰温度域に到達する前の前段で緩冷却を、その後の後段で急冷を行うことにより、鋼板及び鋼管の強度のばらつきを少なくし、ひずみ時効前後の鋼板及び鋼管の変形能を良好にすることが可能である。その結果、ラインパイプに対する安全性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】鋼板表面の冷却パターンと鋼の変態線図との関係の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の内容について詳細に説明する。
本発明は、６２５ＭＰａ以上の引張強度（ＴＳ）を有する低温靱性に優れた超高強度ラインパイプに関する発明である。この強度水準の超高強度ラインパイプは、従来から主流であるＸ６５と較べて約１．２から１．８倍の圧力に耐えるため、従来と同じサイズでより多くのガスを輸送することが可能になる。より高い圧力でＸ６５を使用する場合は、ラインパイプの肉厚を厚くする必要がある。そのため、材料費、輸送費、現地溶接施工費が高くなり、パイプライン敷設費が大幅に上昇する。したがって、パイプライン敷設費を削減するために、６２５ＭＰａ以上の引張強度（ＴＳ）を有する低温靱性に優れた超高強度ラインパイプが必要とされる。一方、要求される鋼管の強度が増加するとともに、急激に鋼管の製造が困難になる。特に、「ｓｔｒａｉｎ  ｂａｓｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ」を要求された時は、母材の強度と低温靭性とのバランスおよびシーム溶接部の靭性だけでなく、ひずみ時効後の変形能も含めた目標特性を得ることが必要である。しかしながら、これらのすべての特性を満足させることは、非常に困難である。
【００１１】
「ｓｔｒａｉｎ  ｂａｓｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ」を要求されたラインパイプでは、ラインパイプ間を接続する溶接金属の強度（円周溶接部の強度）が母材（鋼板または鋼管の鋼板であった部分）の長手方向（ラインパイプの管軸方向）の強度よりも高くなければならない。ラインパイプを使用する環境では、夏に凍土が融解したり、冬に再度凍土が生じたりすることがある。このような場合には、ラインパイプにひずみが生じ、円周溶接部より破断する。特に、円周溶接部の強度が母材の強度よりもアンダーマッチングとなる場合には、より小さなひずみで破断する。そのため、母材の長手方向の強度を円周溶接部の強度よりも下げる必要があり、母材の長手方向の強度は、円周溶接部の強度によって、上限が設定される。特に、ラインパイプの各グレードには強度範囲があるので、この上限によって、ラインパイプを製造するための母材の強度は、狭い範囲に制限される。従って、強度のばらつきを抑えたラインパイプとその母材とを安定して製造することが要求される。
【００１２】
ラインパイプの母材の引張り強度を６２５ＭＰａ以上、かつ、狭い範囲に制限するために、発明者らは、鋭意研究を行った。その結果、鋼板に低炭素鋼を用い、鋼板の熱間圧延時の冷却条件を適正にすることが極めて重要であることが明らかになった。例えば、Ｃ量が０．０８％を超えると、焼入れ性が高すぎるため、鋼板の中心部と表面とで強度が大きく変化する。そのため、鋼板には、低炭素鋼を用いる。また、例えば、Ｃ量が０．０８％以下であっても、鋼板表面の冷却条件を全く制限せずに冷却すると、鋼板表面の冷却方法によっては、マルテンサイトが生成したり、しなかったりする。その場合、一枚の鋼板内や製造された鋼板間で鋼板表面の強度にばらつきが生じたりするため、狭いレンジの強度を有するラインパイプが製造できなくなる。
【００１３】
本発明者らは、鋼板の表面を一度に冷却せず、鋼板の表面温度が遷移沸騰温度域に到達する前の前段の冷却水量とその後の後段との冷却水量とを適切に調整することにより、一枚の鋼板内および製造された鋼板間の強度のばらつきを抑えることに成功した。本発明者らは、前段および後段の水量密度あるいは冷却速度を適切に調整することにより、鋼板の強度のばらつきを著しく抑制できた理由を以下のように考えている。
【００１４】
鋼板を高温から冷却すると、鋼板の冷却機構は、高温から膜沸騰、遷移沸騰、および核沸騰の順に変化する。遷移沸騰が起こる温度域（遷移沸騰温度域）では、膜沸騰から核沸騰へと冷却機構が遷移するため、非定常（不安定）な冷却となることが知られている。そのため、鋼板を遷移沸騰温度域で長時間冷却すると、鋼板内の温度のばらつきが大きくなる。調査の結果、この遷移沸騰温度域では、鋼板の表面温度は、４５０〜５６０℃の範囲であり、鋼板を急冷する必要がある。また、本発明では、鋼板が良好な変形能を有するように、鋼板の組織をマルテンサイト組織ではなく、ベイナイト／フェライト混合組織にする。そのため、鋼板の表面温度が５４０℃より大きい場合には、フェライト変態が起こるような小さな水量密度あるいは冷却速度で冷却する。しかしながら、先述したように、遷移沸騰温度域における鋼板の冷却時間を短くする必要がある。そのため、鋼板の表面温度が５４０℃以下である場合には、遷移沸騰による鋼板表面の温度のむらが小さくなるような大きな水量密度あるいは冷却速度で冷却を行う。この方法によって、鋼板の冷却停止温度を均一にすることができるため、鋼板の幅方向および長手方向の強度をほぼ均一にすることができる。したがって、水量密度あるいは鋼板の冷却速度を切り替えるタイミング、すなわち、冷却の前段と後段とを切り替えるタイミングは、鋼板の表面温度が５４０℃以上の所定の温度にする必要がある。冷却の前段と後段とを切り替えるタイミングについて、好ましくは鋼板の表面温度が５６０℃以上、より好ましくは鋼板の表面温度が５８０℃以上である。
【００１５】
以下、本発明の鋼板（母材）成分を限定した理由について述べる。なお、本発明の化学成分について、％は、質量％を意味する。
Ｃは、母材の強度を向上させる基本的な元素として欠かせない。そのため、０．０３％以上のＣを添加する必要がある。０．０８％を越えて過剰にＣを添加すると、鋼材の溶接性や靱性が低下する。そのため、Ｃの添加量の上限を０．０８％とする。
【００１６】
Ｓｉは、製鋼時の脱酸元素として必要とされる。脱酸のために、鋼中に０．０１％以上のＳｉを添加する必要がある。しかしながら、０．５０％を越えてＳｉを添加すると、鋼材のＨＡＺ靱性が低下する。そのため、Ｓｉの添加量の上限を０．５０％とする。
【００１７】
Ｍｎは、母材の強度および靱性を確保するために必要な元素である。しかしながら、Ｍｎの量が２．５％を越えると、母材のＨＡＺ靱性が著しく低下する。Ｍｎの量が１．５％未満では、母材の強度確保が困難になるため、Ｍｎの量の範囲を１．５〜２．５％とする。
【００１８】
Ｐは、鋼の靱性に影響を与える元素である。Ｐの量が０．０１％を越えると、母材だけでなくＨＡＺの靱性も著しく低下する。そのため、Ｐの量の上限を０．０１％とする。
【００１９】
Ｓは、０．００３０％を越えて過剰に添加されると、粗大な硫化物を生成させる。この粗大な硫化物が靱性を低下させるので、Ｓの量の上限を０．００３０％とする。
【００２０】
Ｎｂは、炭化物、窒化物を形成して強度を向上させる効果を有する元素である。しかしながら、０．０００１％以下のＮｂの添加では、その効果がない。また、０．２０％を越えるＮｂの添加では、靱性の低下を招く。そのため、Ｎｂの量の範囲を０．０００１〜０．２０％とする。
【００２１】
Ａｌは、通常脱酸材として添加される。本発明においては、０．０３％を越えてＡｌを添加すると、Ｔｉ主体の酸化物が生成しない。そのため、Ａｌの量の上限を０．０３％とする。また、溶鋼中の酸素量を低減するために、Ａｌを０．０００１％以上添加する必要がある。そのため、Ａｌの量の下限を０．０００１％とする。
【００２２】
Ｔｉは、脱酸材として、さらには窒化物形成元素として、結晶粒の細粒化に効果を発揮する元素である。しかしながら、多量のＴｉの添加は、炭化物の形成による著しい靱性の低下をもたらすため、Ｔｉの量の上限を０．０３０％にする必要がある。しかしながら、所定の効果を得るためには、０．００３％以上のＴｉを添加する必要がある。したがって、Ｔｉの量の範囲を０．００３〜０．０３０％とする。
【００２３】
Ｎは、ＴｉＮを微細に析出させて、オーステナイト粒径を微細化するために必要である。Ｎの量が０．００１０％では、微細化が十分でないため、Ｎの量の下限を０．００１０％とする。また、Ｎの量が０．００５０％を超えると、固溶Ｎの量が増加し、母材の低温靭性が劣化するので、Ｎの量の上限を０．００５０％とする。
【００２４】
Ｏは、０．００５０％を越えて過剰に添加されると、粗大な酸化物が生成し、母材の靱性を低下させる。そのため、Ｏの量の上限を０．００５０％とする。
【００２５】
以上のような元素を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避的不純物からなる鋼が、本発明の鋼板および鋼管に用いる好ましい基本組成である。
【００２６】
なお、本発明においては、必要に応じて、強度および靱性を改善する元素として、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｔａの中から、少なくとも１種の元素を添加することができる。
【００２７】
Ｍｏは、焼入れ性を向上させると同時に、炭化物及び窒化物を形成し強度を改善する元素である。その効果を得るために、Ｍｏを０．０１％以上添加する必要がある。しかしながら、１．０％を越えた多量のＭｏの添加は、必要以上に母材の強度を増加させるとともに、靱性を著しく低下させる。したがって、Ｍｏの量の範囲を０．０１〜１．０％とする。
【００２８】
Ｃｕは、靱性を低下させずに強度を増加させるために有効な元素である。しかしながら、Ｃｕの量が０．０１％未満ではその効果がなく、Ｃｕの量が１．５％を越えると鋼片加熱時や溶接時に割れを生じやすくなる。従って、Ｃｕの量の含有量を０．０１〜１．５％とする。
【００２９】
Ｎｉは、靱性および強度の改善に有効な元素である。その効果を得るためにＮｉを０．０１％以上添加する必要がある。しかしながら、５．０％を超えてＮｉを添加した場合には、溶接性が低下する。そのため、Ｎｉの量の上限を５．０％とする。
【００３０】
Ｃｒは、析出強化によって鋼の強度を向上させる元素である。そのため、Ｃｒを０．０１％以上添加する必要がある。しかしながら、多量にＣｒを添加すると、焼入れ性が増加するため、マルテンサイト組織が生じ、靱性が低下する。従って、Ｃｒの量の上限を１．５％とする。
【００３１】
Ｖは、炭化物及び窒化物を形成して強度を向上させる効果を有する元素である。しかしながら、０．０１％以下のＶの添加では、その効果がない。また、０．１０％を越えるＶの添加では、靱性の低下を招く。そのため、Ｖの量の範囲を０．０１〜０．１０％とする。
【００３２】
Ｂは、一般に、鋼中に固溶して焼入れ性を増加させ、フェライトの生成を著しく抑制する元素である。したがって、Ｂの量を０．０００３％未満とする。しかしながら、ある程度の鋼の焼入れ性を確保するために、Ｂを０．０００１％以上添加してもよい。したがって、Ｂの量の範囲を０．０００１〜０．０００３％とする。
【００３３】
Ｗは、焼入れ性を向上させると同時に、炭化物及び窒化物を形成し強度を改善する元素である。その効果を得るために、Ｗを０．０１％以上添加する必要がある。しかしながら、１．０％を越えた多量のＷの添加は、必要以上に母材の強度を増加させるとともに、靱性を著しく低下させる。したがって、Ｗの量の範囲を０．０１〜１．０％とする。
【００３４】
Ｚｒ及びＴａもＮｂと同様に炭化物、窒化物を形成して強度を向上させる効果を有する元素である。しかしながら、０．０００１％以下の添加では、その効果がない。また、０．０５０％を越えるＺｒもしくはＴａの添加では、靱性の低下を招く。そのため、ＺｒもしくはＴａの量の範囲を０．０００１〜０．０５０％とする。
【００３５】
また、本発明においては、必要に応じて、酸化物によるピニング効果あるいは耐ラメラテアー性を向上させるために、Ｍｇ、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｙ、Ｈｆ、Ｒｅの中から少なくとも１種の元素を添加することができる。
【００３６】
Ｍｇは、主に脱酸材として添加される。しかしながら、０．０１０％を越えてＭｇを添加すると、粗大な酸化物が生成し易くなり、母材およびＨＡＺ靱性が低下する。また、０．０００１％未満のＭｇの添加では、粒内変態とピニング粒子として必要な酸化物の生成とを十分に期待できない。そのため、Ｍｇの添加範囲を０．０００１〜０．０１０％とする。
【００３７】
ＣａおよびＲＥＭ、Ｙ、Ｈｆ、Ｒｅは、硫化物を生成することにより圧延方向に伸長しやすいＭｎＳの生成を抑制し、鋼材の板厚方向の特性、特に耐ラメラテアー性を改善する。ＣａおよびＲＥＭ、Ｙ、Ｈｆ、Ｒｅは、いずれも０．０００１％未満では、この効果が得られない。そのため、ＣａおよびＲＥＭ、Ｙ、Ｈｆ、Ｒｅの量の下限を０．０００１％とする。逆に、ＣａおよびＲＥＭ、Ｙ、Ｈｆ、Ｒｅは、いずれも０．００５０％を越えると、Ｃａ及びＲＥＭ、Ｙ、Ｈｆ、Ｒｅの酸化物の個数が増加し、超微細なＭｇ含有酸化物の個数が低下する。そのため、ＣａおよびＲＥＭ、Ｙ、Ｈｆ、Ｒｅの量の上限を０．００５０％とする。
【００３８】
上記の成分を含有する鋼を製鋼工程で溶製後、連続鋳造などにより鋳造して鋼片（鋳片）とする。この鋼片に熱間圧延（鋼片の加熱後、圧延）を施して、鋼板にする。この場合、鋼片をＡＣ３点以上の温度（再加熱温度）に加熱し、再結晶温度域での圧下比が２以上、未再結晶温度域での圧下比が３以上となるように圧延する。その結果、得られた鋼板の平均旧オーステナイト粒径は、２０μｍ以下になる。
【００３９】
上記の鋼片（鋳片）の再加熱温度は、９５０℃以上であることが好ましい。また、再加熱温度が高くなりすぎると、加熱時にγ粒が粗大化するので、再加熱温度を１２５０℃以下にすることが好ましい。
【００４０】
再結晶温度域での圧下比については、圧下比が２未満であると再結晶が十分に生じないので圧下比を２以上とすることが好ましい。
【００４１】
未再結晶温度域での圧下比を３以上にすれば、鋼板の平均旧オーステナイト粒径は、２０μｍ以下になる。そのため、未再結晶温度域での圧下比を３以上とすることが好ましい。より好ましくは、未再結晶温度域での圧下比が４以上である。この場合、鋼板の平均旧オーステナイト粒径を１０μｍ以下にすることができる。
【００４２】
水冷を開始する温度（水冷開始温度）については、鋼板を８００℃以下の水冷開始温度から冷却することが好ましい。すなわち、Ａｅ３点以下から鋼板の冷却を開始する。この場合、フェライト変態が生じて、鋼板の降伏比が低下するので、鋼板の変形能が良好になる。
【００４３】
冷却方法については、前記鋼板の表面温度が５４０℃より大きい所定温度まで（前段では）、鋼板の表面を０．６ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以下の水量密度で冷却する。この水量密度が０．６ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）より大きい場合には、鋼板にフェライトが生成しない。その後（後段では）、鋼板の表面を１．３ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以上の水量密度で冷却する。この水量密度が１．３ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）未満である場合には、遷移沸騰温度域に鋼板が滞在する時間が長くなり、無視できないほど鋼板内の温度偏差が大きくなる。
なお、鋼板表面の温度は、鋼板の幅方向中央部を測定している。
【００４４】
さらに、鋼板の表面温度が５４０℃より大きい所定温度以上で（前段では）、鋼板の表面冷却速度は、１０℃／ｓ以下にすることが好ましい。この鋼板の表面冷却速度が１０℃／ｓより大きい場合には、鋼板にフェライトが生成しない。一方、鋼板の表面冷却速度が前記所定温度未満で（後段では）、鋼板の表面冷却速度は、４０℃／ｓ以上にすることが好ましい。この鋼板の表面冷却速度が４０℃／ｓ未満である場合には、遷移沸騰温度域に鋼板が滞在する時間が長くなり、無視できないほど鋼板内の温度偏差が大きくなる。本発明で用いた冷却装置には、水量密度が同じになるように制御できるノズルが集まった場所（ゾーンとよぶ）がいくつかある。本発明では、例えば、これらのゾーンを、前述した前段（５４０℃以上の所定温度域）と後段とに割り当てる。前段と後段とに水量密度を設定した後、実際の水冷前後の鋼板の表面温度と通板速度と鋼板を冷却した距離とを用いて鋼板表面の冷却速度を計算することができる。また、前段と後段とを切り替える位置（ゾーン）は、任意に決めることができ、鋼板の冷却状況などを勘案して決定することができる。
【００４５】
上記冷却条件で、冷却を行う理由について、図１を参照して以下により詳細に説明する。図１は、鋼板表面の冷却パターンと鋼の変態線図との関係の一例である。図１の点線（ｉ）で示すように、前段での水量密度あるいは鋼板の表面冷却速度が本発明の条件を満たさない場合には、鋼板表面は、フェライト／ベイナイト混合組織ではなく、ほぼマルテンサイト組織となる。そのため、後段での前段での水量密度あるいは鋼板の表面冷却速度が本発明の条件を満たす場合であっても、鋼板表面の靭性が著しく低下し、鋼管製造時に鋼板に表面割れ等の表面欠陥が生じることがある。加えて、フェライト変態もしくはベイナイト変態開始前に急冷されるため、鋼板内に強度のばらつきが生じることもある。また、図１の点線（ｉｉ）で示すように、後段での水量密度あるいは鋼板の表面冷却速度が本発明の条件を満たさない場合には、遷移沸騰温度域に鋼板が滞在する時間が長くなり、無視できないほど鋼板内の温度偏差が大きくなる。そのため、前段での水量密度あるいは鋼板の表面冷却速度が鋼板にフェライトを生成する条件であっても、一枚の鋼板内や製造された鋼板間で強度のばらつきが生じてしまう。一方、図１の実線（ｉｉｉ）および（ｉｖ）で示すように、前段及び後段での水量密度あるいは鋼板の表面冷却速度が本発明の条件を満たす場合には、鋼板は、本発明のベイナイト／フェライト混合組織となる。
【００４６】
冷却停止温度については、２００℃以下で最後の水冷（最終水冷）を停止させると、鋼板の板厚中心部に水素に起因すると考えられる欠陥が生成する。そのため、冷却停止温度の下限を２００℃とすることが好ましい。
【００４７】
次に、上述した製造方法によって製造された超高強度ラインパイプ用鋼板を用いて、ＵＯプロセス（ＵＯ造管）によりラインパイプを製造する方法について述べる。板厚が１２〜２５ｍｍの鋼板を製造後、ＵＯ造管（Ｃプレス、Ｕプレス、Ｏプレス）によって管状に成形する。その後、管状に成形された鋼板の端部をそれぞれつき合わせて、仮付け溶接を行う。この仮付け溶接には、ＭＡＧ溶接あるいはＭＩＧ溶接を用いる。仮付け溶接後、管状に成形された鋼板の突き合わせ部を内外面からサブマージドアーク溶接を行う。このサブマージドアーク溶接には、溶接ワイヤーと焼成型もしくは溶融型フラックスとを用いる。最後に、拡管を行い、鋼管を製造する。
【００４８】
本発明の超高強度ラインパイプ用鋼管の製造方法においては、上記の内外面のサブマージドアーク溶接を行った後、かつ、拡管を行う前に溶接部（シーム溶接部）に熱処理を施すことが好ましい。また、この鋼管の熱処理条件として、溶接部を２００℃以上５００℃以下の温度で熱処理することが好ましい。この熱処理により、溶接部（溶接金属）に生じる靭性に有害なＭＡ（オーステナイトとマルテンサイトとの混合組織）を低減することができる。溶接部を２００℃以上５００℃以下の温度に加熱すると、旧オーステナイト粒界に沿って生成した粗大なＭＡが微細なセメンタイトに分解する。しかしながら、２００℃未満で溶接部を熱処理した場合には、粗大なＭＡがセメンタイトに分解しない。そのため、溶接部の熱処理温度の下限は、２００℃である。また、５００℃を超えて溶接部を熱処理すると、溶接部の靭性が劣化する。そのため、溶接部の熱処理温度の上限は、５００℃である。
【実施例】
【００４９】
次に、本発明の実施例について述べる。
表１の化学成分を有する厚さ２４０ｍｍの鋼片を１０００〜１２１０℃に加熱した後、鋼片の厚さ（移送厚）が７０〜１００ｍｍになるまで９５０℃以上の再結晶温度域で熱間圧延を行った。さらに、鋼片の厚さ（板厚）が１２〜２５ｍｍになるまで８８０〜７５０℃の範囲の未再結晶温度域で熱間圧延を行った。その後、６５０〜７９５℃の温度から鋼板の冷却（前段の水冷）を開始し、５４０℃より高い所定の温度から急冷を行った。その後、２００〜５００℃の温度で冷却（後段の水冷）を停止した。なお、表１中には、参考のため、炭素当量Ｃｅｑ及び溶接割れ感受性指標Ｐｃｍ、マルテンサイト変態開始温度ＭＳ、９０％マルテンサイト組織が得られる臨界の冷却速度ＶＣ９０も示している。
製造されたそれぞれの鋼板の降伏強度と引張強度とを評価するために、それぞれの鋼板からＡＰＩ５Ｌ規格に準拠した全厚試験片を採取して、常温で引張試験を行った。採取方向について、これらの全厚試験片は採取された。また、全厚試験片の採取位置は、鋼板先端部および鋼板末端部から全厚試験片の長手方向が鋼板の幅方向と一致するように、鋼板の長手方向に１ｍ離れた位置である。これらの位置における鋼板の板幅中心部から両側に２本の全厚試験片が採取された。【００５０】
次に、この鋼板をＵＯ造管により成形した後、鋼板の突き合わせ部を炭酸ガスアーク溶接によって仮付け溶接を行った。その後、溶接ワイヤーと溶融フラックスとを用いて鋼板の突き合わせ部の内外面からサブマージドアーク溶接によるシーム溶接を行い、鋼管とした。シーム溶接の平均入熱量は、２．０〜５．０ｋＪ／ｍｍとした。なお、一部の鋼管については、シーム溶接部に２５０〜４５０℃の熱処理を実施した。鋼板および鋼管の製造条件を表２に示す。【００５１】
製造されたそれぞれの鋼管の降伏強度と引張強度とを評価するために、それぞれの鋼管からＡＰＩ試験片を採取して、引張試験を行った。採取方向について、これらのＡＰＩ試験片は、ＡＰＩ試験片の長手方向が鋼管の管軸方向と一致するように採取された。また、採取位置について、これらのＡＰＩ試験片は、管軸に垂直な切断面においてそれぞれの鋼管のシーム溶接部から１／４周離れた位置を中心としてその両側に２本ずつ採取された。また、参考として、ひずみ時効後の変形能を評価するためにこれらの鋼管を２１０℃で熱処理（５分間保持後空冷）し、上記と同様の位置から２本ずつＡＰＩ試験片を採取し、引張り試験を行った。引張り試験は、ＡＰＩ規格２０００に準拠している。また、鋼管の靭性を評価するために、−３０℃におけるシャルピー試験とＤＷＴ試験とを実施した。シャルピー試験及びＤＷＴ試験も、ＡＰＩ規格２０００に準拠している。シャルピー試験片とＤＷＴ試験片とは、試験片の長手方向が鋼管の円周方向と一致するように、管軸に垂直な切断面において鋼管のシーム溶接部から１／２周離れた位置から採取された。ＤＷＴ試験片は、それぞれの鋼管から２本ずつ採取され、シャルピー試験片は、それぞれの鋼管の肉厚中心部から３本ずつ採取された。
さらに、製造されたそれぞれの鋼管のＨＡＺ靭性を評価した。ＨＡＺ靭性を評価するための試験片は、鋼管のシーム溶接部近傍の溶接熱影響部（ＨＡＺ）から採取し、ＦＬ＋１ｍｍ（ＨＡＺ部とシーム溶接部との境界からＨＡＺ部側に１ｍｍの位置）にノッチが入れられた。これらの試験片は、それぞれの鋼管から３本ずつ採取された。これらの試験片は、いずれも−３０℃におけるシャルピー試験により評価された。
これらの試験結果を表３に示す。なお、表３中には、参考のため、引張強度だけでなく、降伏強度および降伏比についても示している。【００５２】
鋼１〜２２は、本発明の実施例を示す。表３から明らかなように、これらの鋼板及び鋼管は、Ｘ８０以上の引張強度を有しており、かつ鋼板及び鋼管内の強度のばらつきも６０ＭＰａ以下に抑えられていた。また、鋼管のシャルピーエネルギーは、２００Ｊ以上、ＤＷＴＴ延性破面率は、８５％以上であり、溶接熱影響部のシャルピー吸収エネルギー（ＨＡＺ靭性）は、５０Ｊを超えていた。このように、本発明の実施例における鋼管は、高い靭性を有していた。鋼２３〜３５は、本発明の製造条件を満たさない比較例を示す。すなわち、鋼２３では、本発明の範囲より鋼中のＣ量が少ないため、引張強度が十分でなかった。鋼２４〜２９では、基本成分及び選択元素の内少なくとも１種の元素が、本発明の範囲を越えて鋼中に添加されているため、ＨＡＺ靱性が十分でなかった。一方、鋼３０〜３５では、鋼板の冷却条件が本発明を満たさない。すなわち、鋼３０及び３３では、鋼板が前段で急冷された。鋼３２及び鋼３５では、鋼板が後段で緩冷却された。鋼３１及び鋼３４では、鋼板の急冷開始温度が低く、鋼板の表面温度が遷移沸騰温度域に入った後で後段の急冷が行われた。そのため、鋼３０〜３５では、鋼板及び鋼管の強度のばらつきが、１００ＭＰａ以上と大きかった。【００５３】
【表１】
2010052927.tif 000003
【００５４】
【表２】
2010052927.tif 000004
【００５５】
【表３】
2010052927.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００５６】
母材の強度、低温靱性および変形能が優れ、かつ現地溶接が容易な引張強度６２５ＭＰａ以上（ＡＰＩ規格Ｘ８０以上）の超高強度ラインパイプ用鋼板および鋼管の製造方法を提供することができる。
【図１】
2010052927.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月6日(2011.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
鋼１〜２２は、本発明の実施例を示す。表３から明らかなように、これらの鋼板及び鋼管は、Ｘ８０以上の引張強度を有しており、かつ鋼板及び鋼管内の強度のばらつきも６０ＭＰａ以下に抑えられていた。また、鋼管のシャルピーエネルギーは、２００Ｊ以上、ＤＷＴＴ延性破面率は、８５％以上であり、溶接熱影響部のシャルピー吸収エネルギー（ＨＡＺ靭性）は、５０Ｊを超えていた。このように、本発明の実施例における鋼管は、高い靭性を有していた。鋼２３〜３５は、本発明の製造条件を満たさない比較例を示す。すなわち、鋼２３では、本発明の範囲より鋼中のＣ量が少ないため、引張強度が十分でなかった。鋼２４〜２９では、基本成分及び選択元素の内少なくとも１種の元素が、本発明の範囲を越えて鋼中に添加されているため、ＨＡＺ靱性が十分でなかった。一方、鋼３０〜３５では、鋼板の冷却条件が本発明を満たさない。すなわち、鋼３０及び３３では、鋼板が前段で急冷された。鋼３２及び鋼３５では、鋼板が後段で緩冷却された。鋼３４では、鋼板の急冷開始温度が低く、鋼板の表面温度が遷移沸騰温度域に入った後で後段の急冷が行われた。そのため、鋼３０〜３５では、鋼板及び鋼管の強度のばらつきが、１００ＭＰａ以上と大きかった。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
【表１】
2010052927.tif 000007
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
【表２】
2010052927.tif 000008
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
【表３】
2010052927.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月12日(2011.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で
Ｃ：０．０３〜０．０８％
Ｓｉ：０．０１〜０．５０％
Ｍｎ：１．５〜２．５％
Ｐ：０．０１％以下
Ｓ：０．００３０％以下
Ｎｂ：０．０００１〜０．２０％
Ａｌ：０．０００１〜０．０３％
Ｔｉ：０．００３〜０．０３０％
Ｎ：０．００１０〜０．００５０％
Ｏ：０．００５０％以下
を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を溶製し；
この鋼を鋳造して鋼片とし；
この鋼片に熱間圧延を施して鋼板とし；
前記鋼板の表面温度が５４０℃より大きい所定温度まで、鋼板表面を０．６ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以下の水量密度で冷却し；
その後、前記鋼板表面を１．３ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以上の水量密度で冷却する；
ことを特徴とする超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記鋼が、更に、質量％で
Ｍｏ：０．０１〜１．０％
Ｃｕ：０．０１〜１．５％
Ｎｉ：０．０１〜５．０％
Ｃｒ：０．０１〜１．５％
Ｖ：０．０１〜０．１０％
Ｂ：０．０００１〜０．０００３％
Ｗ：０．０１〜１．０％
Ｚｒ：０．０００１〜０．０５０％
Ｔａ：０．０００１〜０．０５０％
のうち１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法。
【請求項３】
前記鋼が、更に、質量％で
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１０％
Ｃａ：０．０００１〜０．００５％
ＲＥＭ：０．０００１〜０．００５％
Ｙ：０．０００１〜０．００５％
Ｈｆ：０．０００１〜０．００５％
Ｒｅ：０．０００１〜０．００５％
のうち１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記鋼板の前記表面温度が５４０℃より大きい所定温度以上で、前記鋼板の表面冷却速度は、１０℃／ｓ以下であり、前記鋼板の前記表面温度が前記所定温度未満で、前記鋼板の表面冷却速度は、４０℃／ｓ以上であることを特徴とする請求項１に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法。
【請求項５】
前記熱間圧延では、前記鋼片の再加熱温度が９５０℃以上、前記鋼片の未再結晶温度域での圧下比が３以上であることを特徴とする変形能ならびに低温靱性に優れた請求項１に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法。
【請求項６】
８００℃以下の冷却開始温度から冷却することを特徴とする請求項１に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の超高強度ラインパイプ用鋼板の製造方法で製造した鋼板を、ＵＯ造管によって管状に成形し；
前記鋼板の突き合わせ部を内外面から溶接ワイヤ−と焼成型もしくは溶融型フラックスとを使用してサブマージドアーク溶接を行い；
その後、拡管を行う；
ことを特徴とする超高強度ラインパイプ用鋼管の製造方法。
【請求項８】
前記サブマージドアーク溶接を行った後、かつ、前記拡管を行う前に溶接部を熱処理することを特徴とする請求項７に記載の超高強度ラインパイプ用鋼管の製造方法。
【請求項９】
前記溶接部を２００℃以上５００℃以下の温度で熱処理することを特徴とする請求項８に記載の超高強度ラインパイプ用鋼管の製造方法。
【国際調査報告】
2010052927.tif 000010
2010052927.tif 000011
2010052927.tif 000012