(57)【要約】  Ｘ６０グレード以上の高強度で耐ＨＩＣ特性に優れた厚鋼板およびＵＯＥ鋼管は、質量％で、Ｃ：０.０２〜０.０７％、Ｓｉ：０.０５〜０.５０％、Ｍｎ：１.１〜１.６％、Ｐ：０.０１５％以下、Ｓ：０.００２％以下、Ｎｂ：０.００５〜０.０６０％、Ｔｉ：０.００５〜０.０３０％、Ａｌ：０.００５〜０.０６％、Ｃａ：０.０００５〜０.００６０％、Ｎ：０.００１５〜０.００７％、Ｃｕ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏの少なくとも１種を合計で０.１％超、１.５％未満、残部Ｆｅおよび不純物からなる化学組成を有し、かつＮｂとＴｉの偏析度がそれぞれ２.０以下、Ｎｂ偏析度／Ｍｎ偏析度の比およびＴｉ偏析度／Ｍｎ偏析度の比がいずれも１.０以上、１.５以下である。
2010104165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０.０２〜０.０７％、Ｓｉ：０.０５〜０.５０％、Ｍｎ：１.１〜１.６％、Ｐ：０.０１５％以下、Ｓ：０.００２％以下、Ｎｂ：０.００５〜０.０６０％、Ｔｉ：０.００５〜０.０３０％、Ａｌ：０.００５〜０.０６％、Ｃａ：０.０００５〜０.００６０％、Ｎ：０.００１５〜０.００７％、式(１)を満足する量のＣｕ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏから選ばれた少なくとも１種、Ｖ：０〜０.１０％、残部Ｆｅおよび不純物からなる化学組成を有し、かつＮｂ偏析度が２.０以下、Ｍｎ偏析度に対するＮｂ偏析度の比α（α＝Ｎｂ偏析度／Ｍｎ偏析度）が１.０以上、１.５以下、Ｔｉ偏析度が２.０以下、Ｍｎ偏析度に対するＴｉ偏析度の比β（β＝Ｔｉ偏析度／Ｍｎ偏析度）が１.０以上、１.５以下であることを特徴する、耐ＨＩＣ特性に優れた厚鋼板。
式(１)：０.１％＜（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ）＜１.５％
式中、元素記号は各元素の含有量（質量％）を意味する。
【請求項２】
前記化学組成が０.０１〜０.１０％のＶを含有する、請求項１に記載の厚鋼板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の厚鋼板を素材とすることを特徴とするＵＯＥ鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚鋼板およびＵＯＥ鋼管に関し、より具体的には、ラインパイプ、海洋構造物、圧力容器等の用途に使用するのに適した、耐水素誘起割れ特性（耐ＨＩＣ特性）に優れた、Ｘ６０グレード以上の高強度の厚鋼板と、この厚鋼板を素材とするＵＯＥ鋼管とに関する。本発明において「厚鋼板」とは板厚６.０ｍｍ以上の鋼板を意味する。
【背景技術】
【０００２】
原油や天然ガスの輸送に使用されるラインパイプには、強度、靱性、溶接性等の一般的な特性の他に、硫化水素を含む腐食環境下で使用される可能性があることから、水素誘起割れ（Hydrogen Induced Cracking) (以下「ＨＩＣ」と略記する）に対する耐性が重要な特性として要求される。【０００３】
過去に実際にラインパイプや油井管等でＨＩＣに起因した油漏れや破壊、爆発事故が発生したことから、ＨＩＣに関しては従来から多くの研究が行われている。その結果、ＨＩＣの発生機構に関して、腐食反応により発生した水素イオンが鋼表面に吸着し、原子状水素として鋼内部に拡散して鋼材中のＭｎＳや酸化物系介在物の周囲に集積し、分子化してガスとなり、その内圧によって割れを生ずることが明らかにされている。このため、ＨＩＣの防止策として、以下に大別される手段が開示されている。【０００４】
（１）特許文献１には、鋼材中にＭｎＳが存在すると、これを起点として割れが発生し、ＭｎＳが圧延時に長く伸展すると割れ感受性が増大するという知見に基づいて、鋼中のＳ含有量を低下させ、かつ鋼中にＣａやＲＥＭを添加することによって、鋼中のＳを微細な球状化したＣａＳやＲＥＭ硫化物とすることが記載されている。【０００５】
（２）特許文献２には、鋳片の中心偏析部に相当する部位では、Ｃ、Ｍｎ、Ｐ等が偏析することによりマルテンサイトやベイナイトなどの硬い組織が形成され、これが割れの伝播経路となることを考慮して、鋼中のＣ、Ｍｎ、Ｐ等の濃度を低減すること、拡散によって偏析を軽減するための均熱処理を行うこと、さらには圧延後の冷却速度を高めることによって、硬い組織の生成を防止することが開示されている。【０００６】
また、特許文献３、４には、連続鋳造の未凝固溶鋼が残る段階で鋳片を一旦バルジングさせた後で圧下することによって、中心偏析そのものを解消することが開示されている。
（３）特許文献５〜７には、最近求められるようになってきた鋼材の強度スペックの向上に伴って、上記の中心偏析部やＭｎＳ生成に対する単独対策では不十分な場合が多くなってきたことから、鋼中にＣｕやＮｉを添加することにより、鋼材表面に保護被膜を形成して、鋼中への水素の侵入を抑制するとともに、ＣｒやＭｏ等の添加や圧延時の加工熱処理（ＴＭＣＰ，thermomechanical control process）を併用することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＪＰ５４−１１０１１９Ａ１
【特許文献２】ＪＰ６１−６０８６６Ａ１
【特許文献３】ＪＰ０９−５７４１０Ａ１
【特許文献４】ＪＰ２００２−１０５６０４Ａ１
【特許文献５】ＪＰ０６−２２０５７７Ａ１
【特許文献６】ＪＰ０９−２０９０３７Ａ１
【特許文献７】ＪＰ２００３−２２６９２２Ａ１
【発明の概要】
【０００８】
本発明者らは、主にラインパイプ等に使用されるＸ６０グレード（ＹＳ：６０ｋｓｉ、ＹＰは７０ｋｓｉ程度）以上の高強度の厚鋼板においては、上述した（１）〜（３）に説明した従来の対策では防止できないＨＩＣ発生機構があることを新たに究明した。
【０００９】
本発明の目的は、Ｘ６０グレード以上の強度レベルの厚鋼板、特に著しい偏析が起こりやすい板厚１０ｍｍ以上の厚鋼板において、これまで知られているＨＩＣの防止策では防ぐことができないＨＩＣを防止することができる、耐ＨＩＣ特性に優れた厚鋼板（以下、耐ＨＩＣ厚鋼板ともいう）およびＵＯＥ鋼管を提供することである。
【００１０】
本発明は、耐ＨＩＣ特性を阻害する主原因として従来から考えられていたＭｎＳ、Ｃ、Ｍｎ、Ｐ以外に、Ｎｂの炭窒化物がＨＩＣの発生起点になるという重要な知見に基づくものである。
【００１１】
本発明は、質量％で、Ｃ：０.０２〜０.０７％、Ｓｉ：０.０５〜０.５０％、Ｍｎ：１.１〜１.６％、Ｐ：０.０１５％以下、Ｓ：０.００２％以下、Ｎｂ：０.００５〜０.０６０％、Ｔｉ：０.００５〜０.０３０％、Ａｌ：０.００５〜０.０６％、Ｃａ：０.０００５〜０.００６０％、Ｎ：０.００１５〜０.００７％、式(１)を満足する量のＣｕ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏから選ばれた少なくとも１種、Ｖ：０〜０.１０％、残部Ｆｅおよび不純物からなる化学組成を有し、かつＮｂ偏析度が２.０以下、Ｍｎ偏析度に対するＮｂ偏析度の比α（α＝Ｎｂ偏析度／Ｍｎ偏析度）が１.０以上、１.５以下、Ｔｉ偏析度が２.０以下、Ｍｎ偏析度に対するＴｉ偏析度の比β（β＝Ｔｉ偏析度／Ｍｎ偏析度）が１.０以上、１.５以下であることを特徴する、耐ＨＩＣ特性に優れた厚鋼板である：
式(１)：０.１％＜（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ）＜１.５％
上記式中、元素記号は各元素の含有量（質量％）を意味する。
【００１２】
本発明において、「Ｎｂ偏析度」、「Ｍｎ偏析度」および「Ｔｉ偏析度」は、鋼板の板圧延方向に平行に切断した断面（板表面に垂直な断面）において、板厚中心から上下に５０点以上、好ましくは１００点又はそれ以上の地点で、Ｎｂ、ＭｎおよびＴｉ濃度の測定を行い、Ｎｂ、ＭｎおよびＴｉのそれぞれについて、全測定値の算術平均値である平均濃度により全測定値中の最大測定値である最高濃度を除することにより算出される値を意味する。即ち、Ｎｂ偏析度は最高Ｎｂ濃度／平均Ｎｂ濃度であり、同様にＭｎ偏析度は最高Ｍｎ濃度／平均Ｍｎ濃度であり、Ｔｉ偏析度は最高Ｔｉ濃度／平均Ｔｉ濃度である。
【００１３】
５０点以上、好ましくは１００点又はそれ以上の測定点は、板厚方向において全板厚の２０％以上の長さ範囲（即ち、板厚中心から上下にそれぞれ全板厚の１０％以上の長さ範囲）において、板厚中心から上下方向にほぼ均等な増分で変化させた位置とすることが好ましい。例えば、板厚中心から上下に１００μｍ（＝０.１ｍｍ）間隔でそれぞれ２５点以上、好ましくは５０点又はそれ以上の地点でＮｂ、Ｍｎ、Ｔｉの各濃度の測定を行う。いずれの場合も、得られた５０点以上での測定値から、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｔｉの平均濃度と最大濃度を求めることにより、各元素の偏析値を算出できる。後述するように、本発明の実施例では、板厚中心から上下に０.１ｍｍ間隔で６０点ずつ（合計測定長さ１２ｍｍ）の測定により偏析度を求めた。
【００１４】
「厚鋼板」とは、前述したように板厚６.０ｍｍ以上の鋼板を意味する。好ましい板厚は特に偏析が起こりやすい１０ｍｍ以上である。板厚の上限は特に規定されないが、本発明によれば板厚４０ｍｍまでの耐ＨＩＣ厚鋼板を実現できる。
【００１５】
別の観点からは、本発明は、上述した耐ＨＩＣ厚鋼板を素材とすることを特徴とするＵＯＥ鋼管である。
ＵＯＥ鋼管は、厚鋼板をＵ型、次にＯ型にプレス成形し、板の突き合わせ部をサブマージアーク溶接した後、内側からエキスパンダーで拡管して所定寸法に仕上げることにより製造される。
【００１６】
本発明に係る耐ＨＩＣ厚鋼板およびＵＯＥ鋼管では、Ｘ６０グレード（ＹＰ７０ｋｓｉ程度）以上の高強度が得られる。また、Ｍｎ、Ｃ、Ｐ、Ｓ等の従来から提案されているＨＩＣの発生原因となる元素が制御されていることに加えて、ＮｂやＴｉの炭窒化物に起因したＨＩＣの発生を防止できるため、高強度厚鋼板にけるＨＩＣの発生を確実に防止できる。
【００１７】
本発明に係る耐ＨＩＣ特性に優れた厚鋼板は、海洋構造物や圧力容器などの構造物に、あるいはＵＯＥ鋼管の製造に使用することができる。本発明に係る耐ＨＩＣ特性に優れたＵＯＥ鋼管は、特にラインパイプに好適であるが、海洋構造物においても使用可能である。ＨＩＣ発生が確実に防止できることから、製品の信頼性が著しく高まる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】レーザーＩＣＰ法によるＭｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｂ、Ｃの偏析度の調査結果を示すグラフである。
【図２】図２(ａ)はＭｎ濃度とＮｂ濃度との関係を示すグラフであり、図２(ｂ)はＭｎ濃度とＴｉ濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る厚鋼板の化学組成は次に説明する通りである。なお、以下の説明において、鋼の化学組成に関する％はすべて質量％を意味する。
［Ｃ：０.０２％以上、０.０７％以下］
一般に、Ｃは、鋼の強度に大きな影響を及ぼす元素として知られる。Ｃ含有量が０.０２％未満ではラインパイプ等の用途に対して所定の強度を得ることが困難となる。一方、Ｃ含有量が０.０７％を超えると、上述したように連続鋳造時には鋳片の厚み中心部にマクロ偏析部を形成し、ＨＩＣの発生原因となる。そのため、Ｃ含有量は０.０２％以上、０.０７％以下とする。上記観点からＣ含有量の下限は０.０３％であることが望ましく、その上限は０.０６％であることが望ましい。
【００２０】
［Ｓｉ：０.０５％以上、０.５０％以下］
Ｓｉは、０.０５％以上含有させた場合に、一般に鋼の製造プロセスでは脱酸元素として作用し、鋼中の酸素濃度を低減するのに有効である。また、Ｓｉは鋼を強化する効果もある。しかし、Ｓｉ含有量が０.５０％を超えると島状マルテンサイトの生成を引き起し、溶接時にＨＡＺ（溶接熱影響部）の靱性を悪化させる。また、ＳｉはＴｉとの間に強い相互作用を有することから、構成元素でないにもかかわらずＴｉＮの生成に影響する。本発明においてＨＩＣの発生起点として注目するＮｂ炭窒化物は、ＴｉＮを核として析出する可能性が高く、Ｓｉ濃度が高くなりすぎると、ＨＩＣ特性の劣化を引き起こす恐れがある。したがって、Ｓｉ含有量は０.０５％以上、０.５０％以下とする。好ましいＳｉ含有量は０.０５％以上、０.３％未満である。
【００２１】
［Ｍｎ：１.１％以上、１.６％以下］
Ｍｎは，一般に鋼材の強度に大きな影響を与える元素であり、Ｍｎ含有量が１.１％未満では十分な強度を得ることが困難である。Ｍｎ含有量が１.６％を超えると、上述したようにＭｎが中心偏析部で濃化して、耐ＨＩＣ特性を劣化させる。このため、Ｍｎ含有量は１.１％以上、１.６％以下とする。中心偏析部での耐ＨＩＣ特性を確実に確保するために、Ｍｎ含有量は好ましくは１.１％以上、１.５％未満である。
【００２２】
［Ｐ：０.０１５％以下］
Ｐは、鋼中に不可避的に含有される不純物の一つであり、できるだけ低い方が好ましい。Ｐは、凝固時の固液界面における分配係数が小さく、著しく偏析する傾向があるので、上述したように中心偏析部で濃化して、耐ＨＩＣ特性を劣化させる。そのため、Ｐ含有量の上限を０.０１５％とする。Ｐの中心偏析部における耐ＨＩＣ特性の劣化をより確実に防止するためには、Ｐ含有量を０.００８％未満とすることが好ましい。Ｐ含有量の下限は規定されないが、極端なＰ含有量の低減には相応のコスト上昇を伴うので、Ｐ含有量は０.００４％以上とすることが望ましい。
【００２３】
［Ｓ：０.００２％以下］
Ｓも鋼中に不可避的に含有される不純物の一つであり、できるだけ低い方が好ましい。Ｐと同様に、Ｓも凝固時の固液界面における分配係数が小さく、著しく偏析する傾向がある元素である。その上、上述したように、偏析部ではＭｎＳを生成してＨＩＣの発生起点となる。このため、Ｓ含有量の上限を０.００２％とする。高強度鋼のように、より要求レベルの厳しい条件で安定して耐ＨＩＣ特性を得るためには、Ｓ含有量の上限を０.００１％とすることが好ましい。Ｓ含有量の下限は規定されないが、極端なＳ含有量の低減には相応のコスト上昇を伴うので、Ｓ含有量は０.０００３％以上とすることが望ましい。
【００２４】
［Ｎｂ：０.００５％以上、０.０６０％以下］
Ｎｂは、鋼中で炭窒化物を形成して、鋼の強度を高めるとともに靱性の向上にも有効な元素である。そのため、Ｎｂを０.００５％以上含有させる。特にＴＭＣＰにおいては、固溶及び析出を制御することにより厚鋼板のミクロ組織を制御するためにＮｂが用いられる。この効果を得るためにも、Ｎｂを０.００５％以上含有させる。しかし、Ｎｂ含有量が０.０６０％を超えると、加熱時にも固溶せず、組織制御ができなくなる。同時にＮｂ量の増加は、Ｎｂ炭窒化物量の増加を意味し、耐ＨＩＣ特性の低下を引き起こす可能性がある。このためＮｂ含有量は０.００５％以上、０.０６０％以下とする。高強度鋼のように、より要求レベルの厳しい条件で安定して耐ＨＩＣ特性を確保するためには、Ｎｂ含有量を０.０１０％以上、０.０４０％以下とすることが好ましい。
【００２５】
［Ｔｉ：０.００５％以上、０.０３０％以下］
Ｔｉは、鋼の強度を向上させるとともに、鋼中のＮをＴｉＮとして固定し、ＮｂＮやＡｌＮの析出量を減少させることから、連続鋳造の鋳片の曲げ・矯正時のオーステナイト粒界へのＮｂＮやＡｌＮの動的析出に起因した鋳片表面割れを防止する効果もある。このような効果を得るために、Ｔｉを０.００５％以上含有させる。しかし、Ｔｉ含有量が０.０３０％を超えると、Ｔｉ炭化物が多数生成し、ＨＡＺ靱性を低下させるとともに、粗大なＴｉＮが生成する原因となる。また、上述したようにＮｂ炭窒化物はＴｉＮを核として析出する可能性が高いため、粗大なＴｉＮの存在は耐ＨＩＣ特性の低下を引き起こす。このため、Ｔｉ含有量は０.００５％以上、０.０３０％以下とする。好ましいＴｉ含有量は０.０１０％以上、０.０２５％以下である。
【００２６】
［Ａｌ：０.００５％以上、０.０６％以下］
Ａｌも脱酸元素として鋼中の酸素濃度を低減するために有効な元素の一つである。脱酸のために必要となるＡｌ含有量は０.００５％以上となる。Ａｌ含有量がこれを下回ると、脱硫も不十分になる上、Ｃａ添加の歩留まりが悪化し、その効果も充分得られなくなり、鋼中の硫化物やＳの偏析に起因してＨＩＣが発生する。しかし、脱酸に伴い生成するアルミナはＨＩＣの原因となることがあるので、Ａｌ含有量は０.０６％以下とする。同じ理由で、Ａｌ含有量は０.０４％以下とすることが好ましい。
【００２７】
［Ｃａ：０.０００５％以上、０.００６０％以下］
耐ＨＩＣ鋼では、ＣａはＳ濃度を低減させ、ＭｎＳの生成を防止すると共に、硫化物の形態制御のために半ば必須の添加元素である。このため、Ｃａを０.０００５％以上含有させる。しかし、Ｃａ含有量が０.００６０％を超えると、その効果は飽和し、製造コストの増加を招く。このため、Ｃａ含有量は０.０００５％以上、０.００６０％以下とする。
【００２８】
［Ｎ：０.００１５％以上、０.００７％以下］
Ｎは、鋼を転炉などの大気雰囲気で溶製する場合には鋼中に不可避的に侵入する元素である。Ｎは本発明で着目する粗大なＮｂ炭窒化物の構成元素である。Ｎｂ炭窒化物は、直接Ｎと優先的に結びつくことはないが、晶出したＴｉＮを核として析出することが知られている。Ｎは鋼材中でＡｌやＴｉなどと窒化物を形成する元素であり、これらの窒化物は熱間加工の過程でピン留め粒子として結晶粒を微細化する効果を有することから、鋼材の機械特性に影響を与えるとともに、ミクロ組織形成にも影響を与える。このため、Ｎを０.００１５％以上の濃度とする必要がある。一方で、前述のようにこれらの窒化物が連続鋳造時にオーステナイト粒界に動的析出することにより、鋳片表面割れの原因となることから、Ｎの上限は０.００７％となる。
【００２９】
［０.１％＜（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ）＜１.５％］
(１)式に関して述べたように、上記各元素記号はその元素の含有量（質量％）を意味する。
【００３０】
耐ＨＩＣ鋼では、ＭｎＳ発生およびＣ偏析の低減の目的で、Ｃ、Ｍｎの含有量の上限が定められる。このため、強度を確保するために、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏから選ばれた少なくとも１種の合金元素を含有させる。強度の向上効果を確実に得るためには、これら合金元素の含有量の総量は０.１％よりも多いことが有効である。しかし、これら合金元素の含有量が多過ぎると、焼き入れ性の上昇を伴い、強度上昇とともに一部組織の硬化を引き起こし、これにより耐ＨＩＣ性が劣化する。そこで、本発明では、これら合金元素の含有量の総量は１.５％未満とする。
【００３１】
これらの合金元素それぞれに含有量についても説明する。これらの説明からわかるように、これら４種の元素のすべてを含有させることが好ましいが、目標とする強度レベルによっては１種〜３種の添加でもよい。しかし、その場合でも、それらの合計量が０.１％超、１.５％未満となるようにする。
【００３２】
Ｃｕは、０.１％以上含有することにより鋼の焼き入れ性を向上させる。一方、Ｃｕ含有量が０.５％を超えると、鋼の熱間加工性や被削性が低下し、また連続鋳造時には、カッパー割れと称する表面割れを誘発する。したがって、Ｃｕ含有量は０.１％以上、０.５％以下であることが望ましい。Ｃｕを０.２％以上含有する場合には、カッパー割れを防止するために、Ｃｕの（１／３）以上の量のＮｉを併せて含有させることが望ましい。
【００３３】
Ｎｉには、固溶強化によって鋼の強度を向上させるとともに、靱性を改善する効果もある。これらの効果はＮｉ含有量が０.１％以上で得られるが、１.０％を超えてＮｉを含有させてもその効果は頭打ちとなり、むしろ溶接性が悪化する。このため、Ｎｉ含有量は０.１％以上、１.０％以下であることが望ましい。
【００３４】
Ｃｒは鋼の強度、靱性を高めるので、特に高強度が要求される鋼においてＣｒ添加が有効である。Ｃｒは少量含有させるだけで強度上昇の大幅に寄与することは、炭素当量Ｃｅｑ（＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ）／５＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５）からもわかる。この効果は０.０５％以上のＣｒ含有量で得られる。一方、０.５％を超える量のＣｒを含有させると溶接割れが発生する。そこで、Ｃｒ含有量は０.０５％以上、０.５％以下であることが好ましい。
【００３５】
Ｍｏは、鋼の焼き入れ性を向上させ、強度上昇に寄与する。また、Ｍｏはミクロ偏析し難い元素であり、中心偏析に起因するＨＩＣの発生を抑制する効果がある。これらのＭｏの効果は０.０２％以上のＭｏ含有量で得られる。しかし、Ｍｏはコスト増加につながる高価な元素であるばかりか、０.５％を超えてＭｏを含有させると、ベイナイト相やマルテンサイト相などの硬化相が生成して、ＨＩＣをむしろ悪化させる。そのため、Ｍｏ含有量は、０.０２％以上、０.５％以下とすることが好ましい。耐ＨＩＣ特性に及ぼす影響は、上述した他の３元素と比較して大きいため、Ｍｏ含有量はより好ましくは０.３％以下である。
【００３６】
次に、任意元素について説明する。
［Ｖ：０.１０％以下］
Ｖは、鋼中でフェライト中への固溶並びに炭窒化物を形成して鋼の強度を高めるために有効であるので、特に高強度が要求される場合にはＶを含有させてもよい。しかし、Ｖ含有量が０.１％を超えると、ＨＡＺ靱性に悪影響を与える。このため、Ｖを含有させる場合にはその含有量は０.１０％以下とする。なお、Ｖによる上記効果を確実に得るには、Ｖ含有量は０.０１％であることが望ましい。
【００３７】
上記以外は、Ｆｅおよび不純物である。
［Ｎｂ偏析度：２.０以下；Ｎｂ偏析度／Ｍｎ偏析度（α）：１.０以上、１.５以下］
［Ｔｉ偏析度：２.０以下；Ｔｉ偏析度／Ｍｎ偏析度（β）：１.０以上、１.５以下］
「Ｍｎ偏析度」、「Ｎｂ偏析度」および「Ｔｉ偏析度」は、板厚中央部での偏析度であり、前述した通りに求められる。
【００３８】
本発明者らは、Ｘ６０グレード（ＹＰ７０ｋｓｉ程度）以上のラインパイプ等に使用される厚鋼板において、耐ＨＩＣ特性を阻害する主な原因として従来から考えられていたＭｎＳやＣ、Ｍｎ、Ｐを低減しても、ＨＩＣが発生する場合があることを知見した。この理由は、従来のＭｎＳやマクロ偏析等のＨＩＣの対策を行っても、鋼中に残存するＮｂやＴｉの炭窒化物が基点となって割れが発生することがあるためと考えられた。
【００３９】
そこで、厚鋼板の偏析度とＨＩＣ試験とを行ってその相関関係を調査することによって、Ｃ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓに加えて、Ｎｂ、Ｔｉに関しても厚鋼板における偏析度によりＨＩＣの発生原因となることを知見した。つまり、従来の知見に加えて、新たにＮｂとＴｉの偏析をも制御することにより、Ｘ６０グレード以上のラインパイプ等に使用される厚鋼板の耐ＨＩＣ特性を向上させることができる。
【００４０】
本発明者らは、製造された厚鋼板から採取した試験片についてＨＩＣ試験を行った。割れは全て板厚中央部において発生していた。このことから、中心偏析部でＨＩＣが発生することがわかる。割れが発生した試験片について割れ発生部の詳細な調査を行った。割れの起点となった介在物について、ＳＥＭ／ＥＤＳにより分析したところ、濃度は種々変化する場合があるものの、主にＮｂを含有し、Ｎｂ（Ｃ,Ｎ）と表記される炭窒化物（１０体積％以下のＴｉを含む、本明細書では「Ｎｂ炭窒化物」と称する）であることが判明した。
【００４１】
より広範囲の組成で中心偏析部の調査をすることにより、各元素の濃化程度（偏析度）を把握することができる。偏析度調査は、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー、Electron Probe Micro Analyzer）法、レーザーＩＣＰ（レーザーアブレーション誘導結合プラズマ、Laser Ablation Inductively Coupled Plasma）法、又は化学分析法を用いることにより実施できる。
【００４２】
本発明者らは、圧延された厚鋼板より、板厚中央部の各元素の偏析度を調査し、ＨＩＣ発生有無との相関を調べた。
各元素の偏析度は、レーザーＩＣＰ法により調査した。使用した装置は島津製作所製のレーザーＩＣＰ分析装置であった。レーザーＩＣＰ法は、サンプルの切断面に対しレーザービームを照射し、発生した蒸気をキャリアガスによって搬送し、誘導プラズマ中で発光させ、この光の波長と光度を分析して、各元素の定量分析を行う方法であり、発光分析の１種である。サンプルを１方向に移動させてレーザービームを照射し、分析を繰り返すことによって、各元素について一定長さにおける濃度変化を調べることができる。
【００４３】
レーザーＩＣＰ装置では、１００μｍ（＝０.１ｍｍ）毎の測定（１００μｍずつサンプルを移動させた測定）が可能であるので、１０ｍｍの長さにおいて１００点の測定結果を得ることができる。本発明では、厚鋼板を板圧延方向に平行に板面に垂直に切断した断面サンプルを用いて、切断面の板厚中心から上下に６ｍｍずつ合計１２ｍｍ長さにおいて１２０点での各元素の濃度の測定値を得る。それによりマクロ偏析を十分に評価することができる。各元素の偏析度は、得られた１２０点での測定値の算術平均値を厚鋼板におけるその元素の平均濃度とし、その平均濃度で測定値の中の最大値（最高濃度）を除することにより求められる。
【００４４】
各元素の偏析度は、レーザーＩＣＰ法により得られた１２０点の測定値（発光ピーク強度）から各元素の濃度（質量％）を実際に求めて、最高濃度／平均濃度を算出することにより求めることもできる。しかし、この濃度と測定で得られた各元素に帰属する発光ピーク強度とは正比例関係にあるので、各元素について最高ピーク強度／平均ピーク強度の比として偏析度を簡便に求めることができる。
【００４５】
レーザービーム径は約１ｍｍ程度あるため、１ｍｍ以下の介在物は、全て測定データの中に吸収されることとなる。介在物の大きさは通常は数μｍ程度、大きいとされるものでも数十μｍ程度であるので、本測定により十分に介在物を含んだ偏析度調査を行うことができる。
【００４６】
図１は、ＨＩＣ発生率が８.８％である厚鋼板について、レーザーＩＣＰ法により求めたＭｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｂ、Ｃの偏析度の結果を示すグラフである。図１のグラフにおける横軸は板厚方向の測定点位置（板厚中心が６０＜単位は０.１ｍｍ＞、測定長さは板厚中心から上下方向に各６ｍｍ、測定点は合計１２０点）であり、縦軸は各元素の測定結果（発光ピーク強度、任意単位）である。縦軸は、元素によりレベル差が生じるが、この測定方法により平均組成および偏析度を算出することができる。
【００４７】
上述したように、レーザーＩＣＰ法以外の方法も使用可能である。例えば化学分析等を用いて対象部位の元素を測定することによって偏析のない部分との分析結果との比較により偏析度を求めることも可能である。ＥＰＭＡ法や、レーザーＩＣＰ法において定量を発光分析ではなく質量分析により行うレーザー発光質量分析法（Laser Ablation Inductive Coupled Plasma Mass Spectroscopy、ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ法）により偏析度を求めることもできる。
【００４８】
図１のグラフの例では、Ｎｂ偏析度＝２.１、Ｔｉ偏析度＝１.８、Ｍｎ偏析度＝１.３であることが判るので、Ｎｂ偏析度／Ｍｎ偏析度(α)＝１.７、Ｔｉ偏析度／Ｍｎ偏析度(β)＝１.４と算出することができる。
【００４９】
図２(ａ)は、図１のデータを用いて、横軸をＭｎ濃度、縦軸をＮｂ濃度としたグラフであり、図２(ｂ)は、横軸をＭｎ濃度、縦軸をＴｉ濃度としたグラフである。なお、各元素の濃度は実際には発光ピーク強度を用いている。これらのグラフを比較することにより、Ｍｎ偏析度とＮｂ偏析度またはＴｉ偏析度とを比較することができる。
【００５０】
図２(ａ)および図２(ｂ)に示すグラフから、Ｍｎ偏析度がスラブにおける各元素の偏析を代表しており、スラブ偏析度（Ｍｎ偏析度）が悪化すれば、Ｎｂ偏析度やＴｉ偏析度も同様に悪化することがわかる。さらに、Ｍｎ偏析度がある臨界点を超えると、これらの図に丸で囲んで示すようにＮｂやＴｉが一気に介在物として析出する傾向があることも判明した。
【００５１】
本発明者らは、大量に発生した介在物がＨＩＣの原因になり得ると考え、ＨＩＣの発生有無とＮｂ偏析度／Ｍｎ偏析度（α）およびＴｉ偏析度／Ｍｎ偏析度（β）との関係を調査した。その結果、Ｎｂ偏析度が２.０以下で、Ｎｂ偏析度／Ｍｎ偏析度の比であるαが１.０以上、１.５以下であり、かつＴｉ偏析度が２.０以下で、Ｔｉ偏析度／Ｍｎ偏析度の比であるβが１.０以上、１.５以下であると、ＨＩＣ発生を著しく抑制することができることが判明した。
【００５２】
本発明に従ったＨＩＣ発生有無の判定基準は、従来から知られている判定基準のみでは判定できない、Ｘ６０グレード以上の高強度鋼の耐ＨＩＣ特性に関して特に有効である。従来提案されているＣ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの低減とともに、本発明に従ったＮｂ、Ｔｉの偏析度の判定基準を併用すれば、ＨＩＣ発生を効果的に防止できることは言うまでもない。
【００５３】
厚鋼板の化学組成が同じでも、製造条件が異なると偏析の状況は異なるので、上述した偏析度の要件（Ｎｂ、Ｔｉの偏析度およびα、βの値）を満たしたり、満たさなかったりすることがある。従って、化学組成に加えて、製鋼および圧延の条件を、偏析が起こりにくいように設定することによって、本発明に係る厚鋼板を製造することができる。偏析低減に有効な操業条件について、以下に簡単に説明する。
【００５４】
製鋼では、ＩＲ（インジェクション・リファイニング）の適用およびＣａを添加することによる酸化物の形態制御が偏析の低減に有効である。
次工程である連続鋳造（ＣＣ）では、鋳片の中心部が凝固する際に鋳片の凝固収縮量に相当する程度、あるいはやや上回る程度に鋳片に勾配を設けることで、板厚方向の偏析の低減を図ることできる。一方、鋳込み幅方向と鋳込み長さ方向で顕著な凝固不均一が発生しないように、適正な水冷条件の採用および鋳込み速度の選択も偏析低減に有効である。
【００５５】
鋳片から厚板への熱間圧延（これはＣＣに続けて行う直送圧延であってもよい）では、先ず１１００℃以上、１２００℃以下での加熱を実施することが有効である。これにより、鋳片段階で晶出したＮｂを固溶させて、Ｎｂ炭窒化物となることを防ぐことができる。Ｎｂの固溶のために、Ｎｂ量に伴って加熱温度や時間を調整することが有効である。Ｎｂ含有量が多い場合には、加熱温度および／または時間を増大させる。
【００５６】
圧延後、Ａｒ３点以上で水冷を開始する。水冷開始温度をこのように制限するのは、水冷をＡｒ３点以下の温度から開始すると、水冷前にフェライトが生成して炭素の排出が始まっているため、水冷により多量に炭素を含む硬化組織が形成され、ＨＩＣ特性が劣化するからである。
【００５７】
水冷が有効であるのは、ＣやＰ等の元素の拡散をできるだけ低減し、ＣがＮｂと結びつくことを防止できるからである。温度の低下とともに各元素の拡散速度は低下するが、圧延後に水冷せずに放冷すると、より高温にさらされる時間が長く、元素の拡散を助長する可能性がある。拡散した元素は、粒界や介在物に偏析する。
【００５８】
水冷速度は５℃／ｓｅｃ以上、３０℃／ｓｅｃ以下であることが望ましい。水冷速度が５℃／ｓｅｃ未満であると拡散を助長し、水冷速度が３０℃／ｓｅｃ超であると焼きが過度に入り、硬化組織を生じるからである。
【００５９】
本発明に係る厚鋼板を素材として製造されるＵＯＥ鋼管は、ＴｉやＮｂの粗大な炭窒化物に起因したＨＩＣを生じることがなく、腐食環境下で使用された場合の信頼性が高まる。ＵＯＥ鋼管の製造方法は当業者には周知であり、本発明においても、従来技術と同様の方法でＵＯＥ鋼管を製造することができる。
【実施例１】
【００６０】
本発明を、実施例を参照しながら、さらに具体的に説明する。
表１に示す化学組成とＡｒ３点を有する鋼種Ｎｏ.１〜１４を、厚さ３００ｍｍ、幅２３００ｍｍの垂直曲げ型連続鋳造機を用いて、０.７ｍ／ｍｉｎ以上、０.８ｍ／ｍｉｎ以下の鋳造速度で連続鋳造して鋳片（スラブ）を得た。【００６１】
得られた鋳片を、約１１００℃以上、１２００℃以下に加熱し、仕上圧延温度が約７５０℃以上、８５０℃以下となる条件で熱間圧延を行って、厚さ２５.４ｍｍ前後に仕上げた。熱間圧延後は直ちに水冷を行って、約４５０℃以上、５５０℃以下で冷却を停止し、その後は空冷した。水冷の冷却速度は１０〜３０℃／ｓｅｃであった。【００６２】
この厚鋼板について、前述したレーザーＩＣＰ法を用いた偏析度調査（測定点１２０点）、引張試験およびＨＩＣ試験を行った。試験結果を鋼の化学組成とともに表１に示す。
ＨＩＣ試験は、ＮＡＣＥ ＴＭ−０２−８４で規定されるＮＡＣＥ試験に供し、ＨＩＣ発生率として割れ面積率（ＣＡＲ, Crack Area Ratio）を測定した。ＣＡＲが３％以下を合格と判定し、３％を超える場合は実質的なＨＩＣ発生ありとして、不合格であると判定した。【００６３】
【表１】
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【００６４】
表１からわかるように、ＮｂおよびＴｉの偏析度比αおよびβが１.５以下と小さい発明鋼の厚鋼板は、Ｘ６０グレード以上で、引張り強度が５２０ＭＰａ以上の強度を有するとともに、ＨＩＣ発生率（ＣＡＲ）が３％以下であった。従って、この厚鋼板から信頼性の高いＵＯＥ鋼管を製造できることは当業者には明らかである。【００６５】
これに対し、比較鋼の厚鋼板は、強度またはＨＩＣ発生率のいずれかが不芳であった。特に、鋼種Ｎｏ.４、１１および１２は、鋼の化学組成は本発明で規定する条件を満たしているが、偏析度に関して、Ｎｂ偏析度の値、Ｎｂ偏析度／Ｍｎ偏析度の比（α）又はＴｉ偏析度／Ｍｎ偏析度の比（β）が本発明の範囲を満たしていない例であり、いずれも強度は十分であるが、ＨＩＣ発生率が高くなった。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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