(57)【要約】  表層部の硬度が低減されたラインパイプ用鋼管を提供する。ラインパイプ用鋼管は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１１％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．３０〜２．５％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ｃｒ：０．０５〜０．３６％、Ｍｏ：０．０２〜０．３３％、Ｖ：０．０２〜０．２０％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１０％、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｎ：０．００８％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．００４０％等を含み、化学組成が、下記式（１）を満たし、組織が、焼戻しマルテンサイト及び／又は焼戻しベイナイトを含み、前記鋼管の外面と外面から１ｍｍの位置との間、及び前記鋼管の内面と内面から１ｍｍの位置との間の少なくとも一方に、さらにフェライトを含むものである。  Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ≦０．４０      （１）  式（１）の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。
2017018108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインパイプ用鋼管であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０２〜０．１１％、
Ｓｉ：０．０５〜１．０％、
Ｍｎ：０．３０〜２．５％、
Ｐ  ：０．０３０％以下、
Ｓ  ：０．００６％以下、
Ｃｒ：０．０５〜０．３６％、
Ｍｏ：０．０２〜０．３３％、
Ｖ  ：０．０２〜０．２０％、
Ｔｉ：０．００１〜０．０１０％、
Ａｌ：０．００１〜０．１００％、
Ｎ  ：０．００８％以下、
Ｃａ：０．０００５〜０．００４０％、
Ｃｕ：０〜１．５％、
Ｎｉ：０〜１．５％、
Ｎｂ：０〜０．０５％、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記化学組成が、下記式（１）を満たし、
組織が、焼戻しマルテンサイト及び／又は焼戻しベイナイトを含み、
前記鋼管の外面と外面から１ｍｍの位置との間、及び前記鋼管の内面と内面から１ｍｍの位置との間の少なくとも一方に、さらにフェライトを含むものである、ラインパイプ用鋼管。
Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ≦０．４０      （１）
前記式（１）の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。
【請求項２】
請求項１に記載のラインパイプ用鋼管であって、
肉厚方向に、外面から１ｍｍの位置と内面から１ｍｍの位置との間において、ビッカース硬度が２３０Ｈｖ以下である、ラインパイプ用鋼管。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のラインパイプ用鋼管であって、
前記鋼管の軸方向と垂直な断面において、前記鋼管の外面から１ｍｍの位置、及び前記鋼管の内面から１ｍｍの位置の少なくとも一方におけるフェライトの面積率が、５％以上である、ラインパイプ用鋼管。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のラインパイプ用鋼管であって、
４１５ＭＰａ以上の降伏強度を有する、ラインパイプ用鋼管。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のラインパイプ用鋼管であって、
前記化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．０５〜１．５％、
Ｎｉ：０．０５〜１．５％、及び
Ｎｂ：０．００１〜０．０５％、
からなる群から選択される１又は２以上の元素を含有する、ラインパイプ用鋼管。
【請求項６】
化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１１％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．３０〜２．５％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ｃｒ：０．０５〜０．３６％、Ｍｏ：０．０２〜０．３３％、Ｖ：０．０２〜０．２０％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１０％、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｎ：０．００８％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．００４０％、Ｃｕ：０〜１．５％、Ｎｉ：０〜１．５％、Ｎｂ：０〜０．０５％、残部：Ｆｅ及び不純物である素管を準備する工程と、
前記素管を、前記素管の外面と外面から１ｍｍの位置との間におけるビッカース硬度の最大値、及び前記素管の内面と内面から１ｍｍの位置との間におけるビッカース硬度の最大値の少なくとも一方が３１０Ｈｖ以上になるように焼入れする工程と、
前記焼入れされた素管を焼戻しする工程とを備え、
前記化学組成が、下記式（１）を満たす、ラインパイプ用鋼管の製造方法。
Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ≦０．４０      （１）
前記式（１）の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。
【請求項７】
請求項６に記載のラインパイプ用鋼管の製造方法であって、
下記式（２）で定義される焼戻しパラメータＴＰが１８８００以下である、ラインパイプ用鋼管の製造方法。
ＴＰ＝（Ｔ＋２７３）×（２０＋ｌｏｇ（ｔ））      （２）
前記式（２）において、Ｔは焼戻し温度であり、ｔはその温度での保持時間である。Ｔの単位は℃であり、ｔの単位は時間である。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のラインパイプ用鋼管の製造方法であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｃｕ：０．０５〜１．５％、
Ｎｉ：０．０５〜１．５％、及び
Ｎｂ：０．００１〜０．０５％、
からなる群から選択される１又は２以上の元素を含有する、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、ラインパイプ用鋼管及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエネルギー需要の増大に伴い、これまで開発が積極的に行われていなかった腐食性環境での油井及びガス井の開発が活発化している。このような腐食性環境で用いられるラインパイプには、優れた耐食性が要求される。【０００３】
ＩＳＯ１５１５６は、耐硫化物応力腐食割れ性（耐ＳＳＣ性）が要求される炭素鋼ラインパイプの硬度を２５０Ｈｖ以下に管理することを規定している。また、安全マージンを確保するため、２５０Ｈｖよりも低い硬度での管理が要求される場合がある。【０００４】
特開２０１３−３２５８４号公報には、（１）焼入れ炉内での表面脱炭を促進することで表層部の硬度を低減する方法、（２）焼入れを膜沸騰状態で実施することで冷却速度を抑制して表層部の硬度を低減する方法、（３）焼入れ後に高硬度部である表層を研削する方法が記載されている。【０００５】
特開２００２−１７３７１０号公報には、高価な合金元素の少ない添加量で、低温靱性に優れ、降伏強さが６９０Ｎ／ｍｍ２以上の鋼板の製造方法が記載されている。
【発明の開示】
【０００６】
特開２０１３−３２５８４号公報に記載された方法は、特別な熱処理設備や工程を必要とし、生産効率の点で不利である。
【０００７】
表層部の硬度を低減する方法としては他に、焼戻しを高温化、長時間化することが考えられる。しかし、焼戻しを高温化、長時間化することは、生産効率の点で不利である。
【０００８】
本発明の目的は、表層部の硬度が低減されたラインパイプ用鋼管を提供することである。
【０００９】
本発明の一実施形態によるラインパイプ用鋼管は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１１％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．３０〜２．５％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ｃｒ：０．０５〜０．３６％、Ｍｏ：０．０２〜０．３３％、Ｖ：０．０２〜０．２０％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１０％、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｎ：０．００８％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．００４０％、Ｃｕ：０〜１．５％、Ｎｉ：０〜１．５％、Ｎｂ：０〜０．０５％、残部：Ｆｅ及び不純物であり、化学組成が、下記式（１）を満たし、組織が、焼戻しマルテンサイト及び／又は焼戻しベイナイトを含み、前記鋼管の外面と外面から１ｍｍの位置との間、及び前記鋼管の内面と内面から１ｍｍの位置との間の少なくとも一方に、さらにフェライトを含むものである。
Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ≦０．４０      （１）
式（１）の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。
【００１０】
本発明の一実施形態によるラインパイプ用鋼管の製造方法は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１１％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．３０〜２．５％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ｃｒ：０．０５〜０．３６％、Ｍｏ：０．０２〜０．３３％、Ｖ：０．０２〜０．２０％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１０％、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｎ：０．００８％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．００４０％、Ｃｕ：０〜１．５％、Ｎｉ：０〜１．５％、Ｎｂ：０〜０．０５％、残部：Ｆｅ及び不純物である素管を準備する工程と、素管を、素管の外面と外面から１ｍｍの位置との間におけるビッカース硬度の最大値、及び素管の内面と内面から１ｍｍの位置との間におけるビッカース硬度の最大値の少なくとも一方が３１０Ｈｖ以上になるように焼入れする工程と、焼入れされた素管を焼戻しする工程とを備え、化学組成が、下記式（１）を満たす。
Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ≦０．４０      （１）
式（１）の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。
【００１１】
本発明によれば、表層部の硬度が低減されたラインパイプ用鋼管が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量の合計が０．４４質量％の鋼管の肉厚方向の硬度分布である。
【図２】図２は、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量の合計が０．３５質量％の鋼管の肉厚方向の硬度分布である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１の鋼管の外面近傍を拡大して示す断面写真である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１の鋼管の外面から肉厚方向に１ｍｍ内側を拡大して示す断面写真である。
【図４Ａ】図４Ａは、図２の鋼管の外面近傍を拡大して示す断面写真である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図２の鋼管の外面から肉厚方向に１ｍｍ内側を拡大して示す断面写真である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図２と同じ方法で製造した別の鋼管の外面近傍を拡大して示す断面写真である。
【図５】図５は、表層部にフェライトが形成される条件を示す散布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ラインパイプ用鋼管の表層部の硬度を低減する方法としては、焼入れを抑制して表層部が硬くなりすぎないようにする方法が検討されている。しかしこの方法は、特別な焼入れ設備やプロセスが必要となることがある。本発明者らは、これとは異なる方法によってラインパイプ用鋼管の硬度を低減させることを検討した。その結果、表層部にフェライトを形成して硬度を低減する方法を見いだした。
【００１４】
図１及び図２は、異なる化学組成を有する２種類のラインパイプ用鋼管の肉厚方向の硬度分布である。図１の鋼管は、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量の合計が０．４４質量％の鋼管であり、図２の鋼管は、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量の合計が０．３５質量％の鋼管である。図１の鋼管は外径２７３．１ｍｍ、肉厚１６．０ｍｍであり、図２の鋼管は外径２７３．１ｍｍ、肉厚２２．０ｍｍである。これらの鋼管は、いずれもアメリカ石油協会（ＡＰＩ）規格Ｘ６５の降伏強度を有する鋼管である。
【００１５】
これらの鋼管は、同じ熱処理を実施して製造された。より具体的には、これらの鋼管はいずれも、９５０℃から冷却槽（冷却水の温度は約３０℃）に浸漬して急冷する焼入れを実施した後、６５０℃で９０分間均熱保持する焼戻しを実施して製造された。図１及び図２において、「△」は、焼入れ後、焼戻し前の鋼管（以下、焼入れまま材と呼ぶ。）の硬度を示し、「○」は、焼戻し後の鋼管の硬度を示す。
【００１６】
図１及び図２に示すように、焼入れまま材では、冷却速度の大きい表層部の硬度が高くなっていた。より具体的には、内面と内面から１ｍｍ程度の位置との間、及び外面と外面から１ｍｍ程度の位置との間において、硬度が高くなっていた。
【００１７】
図１に示す鋼管では、表層部の硬度が高くなる傾向が、焼戻し後にも引き継がれていた。一方、図２に示す鋼管では、図１に示す鋼管と同じ条件で焼戻しが実施されたにもかかわらず、焼戻し後に表層部の硬度が大きく低下していた。
【００１８】
図３Ａ，Ｂ及び図４Ａ，Ｂは、それぞれ図１及び図２の鋼管の外面及びその近傍を拡大して示す断面写真である。図３Ａ及び図４Ａはそれぞれ鋼管の外面を含む位置、図３Ｂ及び図４Ｂはそれぞれの鋼管の外面から肉厚方向に１ｍｍ内側の位置における断面写真である。図３Ａ，Ｂ及び図４Ａ，Ｂの断面写真は、鋼管の軸方向に垂直な断面を、ナイタール溶液を用いてエッチングし、光学顕微鏡で観察することによって得られた。
【００１９】
図３Ａ，Ｂの鋼管は、一様に焼戻しマルテンサイト又は焼戻しベイナイトからなる組織であった。これに対し、図４Ａ，Ｂの鋼管は、最表層は焼戻しマルテンサイト又は焼戻しベイナイトからなり、それより内側（外面から約０．２ｍｍ程度から肉厚方向内側にかけて）では、さらにフェライト（焼戻しマルテンサイトや焼戻しベイナイトと比較して、白っぽく観察される結晶粒）を含む組織であった。
【００２０】
図３Ｂと図４Ｂとを参照して、外面から１ｍｍ位置の組織を比較すると、図３Ｂではフェライトを含まない組織（フェライト面積率：０％）であったのに対し、図４Ｂではフェライトを含む組織（フェライト面積率：４０％）であった。
【００２１】
なお、図２と同様の硬度分布を示す鋼管の中には、図４Ｃに示すように、最表層までフェライトを含む組織のものもあった。
【００２２】
図２における表層部の硬度低下の原因は、このフェライトの形成によるものと考えられる。
【００２３】
本発明者らは、この表層部のフェライトの形成による硬度低下について、さらに調査を実施した。その結果、化学組成が下記式（１）を満たし、焼入れまま材の表層部の硬度が３１０Ｈｖ以上であれば、焼戻し後にフェライトが形成されることがわかった。
Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ≦０．４０      （１）
式（１）の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。
【００２４】
また、上記の条件を満足すれば、操業負荷の少ない焼戻し条件であっても、焼戻し後にフェライトが形成されることがわかった。より具体的には、下記式（２）で定義される焼戻しパラメータＴＰが１８８００以下である条件で焼戻しを実施しても、焼戻し後にフェライトが形成されることがわかった。
ＴＰ＝（Ｔ＋２７３）×（２０＋ｌｏｇ（ｔ））      （２）
式（２）において、Ｔは焼戻し温度であり、ｔはその温度での保持時間である。Ｔの単位は℃であり、ｔの単位は時間である。
【００２５】
以上の知見に基づいて、本発明は完成された。以下、本発明の一実施形態によるラインパイプ用鋼管を詳述する。以下の説明では、鋼管の肉厚方向において、鋼管の外面と外面から１ｍｍの位置との間の領域を、鋼管の「外面表層部」と呼ぶ。同様に、鋼管の内面と内面から１ｍｍの位置との間の領域を、鋼管の「内面表層部」と呼ぶ。また、外面表層部と内面表層部とを区別せず、単に「表層部」と呼ぶ場合がある。
【００２６】
［化学組成］
本実施形態によるラインパイプ用鋼管は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「％」は、質量％を意味する。
【００２７】
Ｃ：０．０２〜０．１１％
炭素（Ｃ）は、鋼の強度を高める。Ｃ含有量が０．０２％未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃ含有量が０．１１％を超えると、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０２〜０．１１％である。Ｃ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．０２％よりも高く、さらに好ましくは０．０４％以上である。Ｃ含有量は、上限の観点では、好ましくは０．１０％以下であり、さらに好ましくは０．０８％以下である。
【００２８】
Ｓｉ：０．０５〜１．０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が０．０５％以上であれば、上記効果が顕著に得られる。しかしながら、Ｓｉ含有量が１．０％を超えると、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５〜１．０％である。Ｓｉ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．０５％よりも高く、さらに好ましくは０．０８％以上であり、さらに好ましくは０．１０％以上である。Ｓｉ含有量は、上限の観点では、好ましくは１．０％未満であり、さらに好ましくは０．５０％以下であり、さらに好ましくは０．２５％以下である。
【００２９】
Ｍｎ：０．３０〜２．５％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Ｍｎ含有量が０．３０％未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｎ含有量が２．５％を超えると、Ｍｎが鋼中で偏析し、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．３０〜２．５％である。Ｍｎ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．３０％よりも高く、さらに好ましくは１．０％以上であり、さらに好ましくは１．３％以上である。Ｍｎ含有量は、上限の観点では、好ましくは２．５％未満であり、さらに好ましくは２．０％以下であり、さらに好ましくは１．８％以下である。
【００３０】
Ｐ：０．０３０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは鋼の靱性を低下させる。したがって、Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。そのため、Ｐ含有量は０．０３０％以下である。Ｐ含有量は、好ましくは０．０３０％未満であり、さらに好ましくは０．０１５％以下であり、さらに好ましくは０．０１２％以下である。
【００３１】
Ｓ：０．００６％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは、Ｍｎと結合して粗大なＭｎＳを形成し、鋼の靱性及び耐水素誘起割れ性（耐ＨＩＣ性）を低下させる。したがって、Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。そのため、Ｓ含有量は０．００６％以下である。Ｓ含有量は、好ましくは０．００６％未満であり、さらに好ましくは、０．００３％以下であり、さらに好ましくは０．００２％以下である。
【００３２】
Ｃｒ：０．０５〜０．３６％
クロム（Ｃｒ）は鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Ｃｒはさらに、鋼の焼戻し軟化抵抗を高める。Ｃｒ含有量が０．０５％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が０．３６％を超えると、式（１）を満足できなくなる。したがって、Ｃｒ含有量は０．０５〜０．３６％である。Ｃｒ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．０５％よりも高く、さらに好ましくは０．１０％以上である。Ｃｒ含有量は、上限の観点では、好ましくは０．３０％以下であり、さらに好ましくは０．２０％以下である。
【００３３】
Ｍｏ：０．０２〜０．３３％
モリブデン（Ｍｏ）は、変態強化と固溶強化とにより鋼の強度を向上させる。Ｍｏ含有量が０．０２％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が０．３３％を超えると、式（１）を満足できなくなる。したがって、Ｍｏ含有量は０．０２〜０．３３％である。Ｍｏ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．０２％よりも高く、さらに好ましくは０．０５％以上である。Ｍｏ含有量は、上限の観点では、好ましくは０．３０％以下であり、さらに好ましくは０．２０％以下である。
【００３４】
Ｖ：０．０２〜０．２０％
バナジウム（Ｖ）は、鋼中のＣと結合してＶ炭化物を形成し、鋼の強度を高める。Ｖ含有量が０．０２％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｖ含有量が０．２０％よりも高ければ、炭化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０２〜０．２０％である。Ｖ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．０２％よりも高く、さらに好ましくは０．０４％以上である。Ｖ含有量は、上限の観点では、好ましくは０．２０％未満であり、さらに好ましくは０．１０％以下である。
【００３５】
Ｔｉ：０．００１〜０．０１０％
チタン（Ｔｉ）は、鋼中のＮと結合してＴｉＮを形成し、固溶したＮによる鋼の靱性の低下を抑制する。さらに、分散析出した微細なＴｉＮは鋼の靱性を高める。Ｔｉ含有量が０．００１％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｔｉ含有量が０．０１０％よりも高ければ、ＴｉＮが粗大化したり、粗大なＴｉＣが発生し、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１〜０．０１０％である。Ｔｉ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．００１％よりも高く、さらに好ましくは０．００２％以上である。Ｔｉ含有量は、上限の観点では、好ましくは０．００９％以下である。
【００３６】
Ａｌ：０．００１〜０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は、Ｎと結合して微細な窒化物を形成し、鋼の靱性を高める。Ａｌ含有量が０．００１％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ａｌ含有量が０．１００％よりも高ければ、Ａｌ窒化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．００１〜０．１００％である。Ａｌ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．００１％よりも高く、さらに好ましくは０．０１０％以上である。Ａｌ含有量は、上限の観点では、好ましくは０．１００％未満であり、さらに好ましくは０．０８０％以下であり、さらに好ましくは０．０６０％以下である。本明細書におけるＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ（いわゆるＳｏｌ-Ａｌ）の含有量を意味する。
【００３７】
Ｎ：０．００８％以下
窒素（Ｎ）は、Ａｌと結合して微細なＡｌ窒化物を形成し、鋼の靱性を高める。Ｎが少しでも含有されていれば、上記の効果が得られる。一方、Ｎ含有量が０．００８％よりも高ければ、固溶したＮが鋼の靱性を低下させる。Ｎ含有量が高すぎればさらに、炭窒化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．００８％以下である。Ｎ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．００２％以上である。Ｎ含有量は、上限の観点では、好ましくは０．００８％未満であり、さらに好ましくは０．００６％以下であり、さらに好ましくは０．００５％以下である。
【００３８】
Ｃａ：０．０００５〜０．００４０％
カルシウム（Ｃａ）は、鋼中のＳと結合してＣａＳを形成する。ＣａＳの形成により、ＭｎＳの形成が抑制される。そのため、Ｃａは、鋼の靱性及び耐ＨＩＣ性を高める。Ｃａ含有量が０．０００５％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃａ含有量が０．００４０％よりも高ければ、鋼の清浄度が低下し、鋼の靱性及び耐ＨＩＣ性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．０００５〜０．００４０％である。Ｃａ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．０００５％よりも高く、さらに好ましくは０．０００８％以上であり、さらに好ましくは０．００１０％以上である。Ｃａ含有量は、上限の観点では、好ましくは０．００４０％未満であり、さらに好ましくは０．００３０％以下であり、さらに好ましくは０．００２５％以下である。
【００３９】
本実施形態によるラインパイプ用鋼管の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物である。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップから混入される元素、あるいは製造過程の環境等から混入される元素をいう。
【００４０】
本実施形態によるラインパイプ用鋼管の化学組成は、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｕ、Ｎｉ、及びＮｂからなる群から選択される１又は２以上の元素を含有してもよい。Ｃｕ、Ｎｉ、及びＮｂはいずれも、鋼の強度を高める。Ｃｕ、Ｎｉ、及びＮｂはいずれも、選択元素である。すなわち、本実施形態によるラインパイプ用鋼管の化学組成は、Ｃｕ、Ｎｉ、及びＮｂの一部又は全部を含有していなくてもよい。
【００４１】
Ｃｕ：０〜１．５％
銅（Ｃｕ）は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Ｃｕが少しでも含有されていれば、上記の効果が得られる。一方、Ｃｕ含有量が１．５％よりも高ければ、鋼の溶接性が低下する。Ｃｕ含有量が高すぎればさらに、高温における鋼の粒界強度が低下し、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０〜１．５％である。Ｃｕ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．０５％以上であり、さらに好ましくは０．０８％以上である。Ｃｕ含有量は、上限の観点では、好ましくは１．５％未満であり、さらに好ましくは０．５％以下であり、さらに好ましくは０．３％以下である。
【００４２】
Ｎｉ：０〜１．５％
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Ｎｉが少しでも含有されていれば、上記の効果が得られる。一方、Ｎｉ含有量が１．５％よりも高ければ、耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は０〜１．５％である。Ｎｉ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．０５％以上であり、さらに好ましくは０．０８％以上である。Ｎｉ含有量は、上限の観点では、好ましくは１．０％未満であり、さらに好ましくは０．５％以下であり、さらに好ましくは０．３％以下である。
【００４３】
Ｎｂ：０〜０．０５％
ニオブ（Ｎｂ）は、鋼中のＣ及び／又はＮと結合して微細なＮｂ炭化物を形成し、鋼の強度及び靱性を高める。Ｎｂはさらに、Ｍｏ炭化物中に固溶し、Ｍｏ炭化物の粗大化を抑制する。Ｎｂが少しでも含有されていれば、上記の効果が得られる。一方、Ｎｂ含有量が０．０５％よりも高ければ、炭化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０〜０．０５％である。Ｎｂ含有量は、下限の観点では、好ましくは０．００１％以上である。Ｎｂ含有量は、上限の観点では、好ましくは０．０２％以下であり、さらに好ましくは０．０１％以下である。
【００４４】
本実施形態によるラインパイプ用鋼管の化学組成は、下記式（１）を満たす。
Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ≦０．４０      （１）
式（１）の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。
【００４５】
式（１）の左辺が０．４０よりも大きければ、操業負荷が少ない条件（ＴＰ≦１８８００）では、フェライトが形成しない。この原因は定かではないが、本実施形態における表層部のフェライトの形成は、後述するように、焼戻しの際の再結晶によると推測される。Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量が多いと、焼戻しの際に析出するこれらの元素の炭化物が、再結晶化を抑制するためと考えられる。
【００４６】
［組織］
本実施形態によるラインパイプ用鋼管の組織は、焼戻しマルテンサイト及び／又は焼戻しベイナイトを含み、表層部はさらにフェライトを含む組織である。なお、焼戻しマルテンサイトと焼戻しベイナイトは、後述するような光学顕微鏡観察では区別することが難しい。本実施形態では、これらを特に区別しないこととする。
【００４７】
ラインパイプ用鋼管は、焼入れ及び焼戻しされて製造される。焼入れの際に冷却速度の大きい表層部は、一般に、他の部分よりも硬度が高くなりやすい。しかしながら本実施形態においては、表層部がフェライトを含む組織であることによって、硬度が高くなりやすい表層部の硬度を低くすることができる。
【００４８】
なお、表層部に加えて、表層部よりも肉厚方向内側においてフェライトが含まれる組織であっても、上記の効果は妨げられない。したがって、ラインパイプ用鋼管の組織は、表層部に加えて、表層部よりも内側にフェライトを含んでいてもよい。ただし、フェライトを過剰に含むと鋼管の強度が低下する。そのため、特に比較的薄肉の鋼管の場合には、表層部だけにフェライトが存在することがより好ましい。具体的には、鋼管の肉中部（内面から２ｍｍ位置と外面から２ｍｍ位置との間）の組織が、実質的に焼戻しマルテンサイト及び／又は焼戻しベイナイトからなることがより好ましい。
【００４９】
本実施形態によるラインパイプ用鋼管の組織は、外面表層部及び内面表層部の少なくとも一方に、フェライトを含んでいればよい。ラインパイプ用鋼管の製造設備や焼入れの方法によっては、内面表層部の硬度と外面表層部の硬度との差が大きくなる場合がある。そのため、内面表層部及び外面表層部の高硬度である側の硬度を低減させれば、要求特性を満たす場合がある。
【００５０】
本実施形態によるラインパイプ用鋼管の組織は、好ましくは、外面から１ｍｍ位置におけるフェライトの面積率、及び内面から１ｍｍ位置におけるフェライトの面積率の少なくとも一方が５％以上である。
【００５１】
表層部における組織観察、及び表面（外面又は内面）から１ｍｍ位置でのフェライトの面積率の測定は、次のようにして行う。
【００５２】
鋼管の表面を含む領域から、それぞれ組織観察用試験片を採取する。各試験片を、鋼管の軸方向と垂直な面が研磨面となるように研磨し、さらにナイタール溶液でエッチングする。エッチングされた面を、光学顕微鏡（観察倍率１００倍）で観察する。このとき、フェライトは、焼戻しマルテンサイトや焼戻しベイナイトと比較して、白っぽい粒として観察される。
【００５３】
この観察を、視野の中心が表面から１ｍｍとなる位置において行い、観察視野（１ｍｍ２）でフェライトが占める面積の割合を求める。１つの鋼管について、これを円周方向８カ所（４５°ごと）行う。各々の観察視野でフェライトが占める面積の割合を８視野で平均し、表面から１ｍｍの位置におけるフェライトの面積率とする。
【００５４】
本実施形態によるラインパイプ用鋼管の組織の残部は、焼戻しマルテンサイト及び／又は焼戻しベイナイトを主体とすることが好ましい。具体的には、フェライト以外の組織に占める焼戻しマルテンサイト及び／又は焼戻しベイナイトの割合が９０％以上であることが好ましい。すなわち、（焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの面積／（視野の面積−フェライトの面積））の値が９０％以上であることが好ましい。より好ましくは、フェライト以外の組織に占める焼戻しマルテンサイト及び／又は焼戻しベイナイトの割合が９５％以上である。
【００５５】
［ビッカース硬度及び降伏強度］
本実施形態によるラインパイプ用鋼管は、好ましくは、肉厚方向に、内面から１ｍｍの位置と外面から１ｍｍの位置との間において、ビッカース硬度が２３０Ｈｖ以下である。より詳しくは、本実施形態によるラインパイプ用鋼管は、内面から１ｍｍの位置と外面から１ｍｍの位置との間の任意の位置において、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準拠して測定されるビッカース硬度が２３０Ｈｖ以下である。
【００５６】
本実施形態によるラインパイプ用鋼管は、好ましくは４１５ＭＰａ以上の降伏強度を有する。本実施形態によるラインパイプ用鋼管は、さらに好ましくは４５０ＭＰａ以上の降伏強度を有する。
【００５７】
本実施形態によるラインパイプ用鋼管は、好ましくは、継目無鋼管である。
【００５８】
［製造方法］
以下、本発明の一実施形態によるラインパイプ用鋼管の製造方法を説明する。本実施形態による製造方法は、素管を準備する工程と、素管を焼入れする工程と、焼入れされた素管を焼戻しする工程とを備えている。
【００５９】
［素管準備工程］
上述した化学組成を有する素管を準備する。素管は、継目無鋼管であってもよいし、溶接鋼管であってもよい。ここでは一例として、継目無鋼管の製造方法を説明する。上述の化学組成の鋼を溶製し、精錬する。続いて、連続鋳造法によって溶鋼からビレットを製造する。溶鋼からスラブ又はブルームを製造し、スラブ又はブルームを熱間加工してビレットを製造してもよい。ビレットを熱間加工して継目無鋼管を製造する。具体的には、穿孔圧延、延伸圧延及び定径圧延を実施して継目無鋼管を製造する。
【００６０】
［焼入れ工程］
素管を焼入れする。焼入れは、素管の外面と外面から１ｍｍの位置との間のビッカース硬度の最大値（以下、外面表層部の最大硬度と呼ぶ。）、及び素管の内面と内面から１ｍｍの位置との間のビッカース硬度の最大値（以下、内面表層部の最大硬度と呼ぶ。）の少なくとも一方が、３１０Ｈｖ以上になるようにする。
【００６１】
焼入れ後の素管の外面表層部の最大硬度が３１０Ｈｖ以上であれば、焼戻し後に、外面表層部にフェライトが形成される。同様に、焼入れ後の素管の内面表層部の最大硬度が３１０Ｈｖ以上であれば、焼戻し後に、内面表層部にフェライトが形成される。この原因は定かではないが、表層部が急冷されることによって、フェライトの析出の駆動力となる歪みが多く導入されたため、再結晶が進行したと考えられる。
【００６２】
好ましくは、素管の外面表層部の最大硬度、及び素管の内面表層部の最大硬度の少なくとも一方が、３１５Ｈｖ以上になるように焼入れする。
【００６３】
なお、外面表層部の最大硬度及び内面表層部の最大硬度が３１０Ｈｖ以上であることを確認するために、必ずしもビッカース硬度が最大になっている位置を特定する必要はない。すなわち、外面表層部の数カ所でビッカース硬度を測定し、その中にビッカース硬度が３１０Ｈｖ以上の点が含まれていれば、外面表層部の最大硬度は３１０Ｈｖ以上であると結論できる。同様に、内面表層部の数カ所でビッカース硬度を測定し、その中にビッカース硬度が３１０Ｈｖ以上の点が含まれていれば、内面表層部の最大硬度は３１０Ｈｖ以上であると結論できる。
【００６４】
焼入れ後の素管の外面表層部の最大硬度及び内面表層部の最大硬度は、焼入れの冷却速度によって調整することができる。一般的に、冷却速度が大きいほど、焼入れ後の硬度が高くなる。焼入れ硬化のしやすさは、素管の化学組成によって異なる。しかし、最大硬度を３１０Ｈｖ以上にするための焼入れ条件は、材料の連続冷却変態曲線（ＣＣＴ曲線）などから見積もることができる。
【００６５】
上記の条件を達成できれば、焼入れの方法は限定されない。焼入れは例えば、素管を冷却槽に浸漬する浸漬焼入れであってもよいし、鋼管の内外面の片方又は両方から冷媒を吹き付けるラミナー冷却装置による焼入れであってもよい。素管が継目無鋼管の場合、熱間加工後直ちに急冷する直接焼入れ、熱間加工後に補熱炉で補熱した後急冷するインライン焼入れ、及び熱間加工後に室温まで冷却した後再加熱して急冷するオフライン焼入れのいずれを実施してもよい。
【００６６】
素管の外面表層部の最大硬度及び内面表層部の最大硬度は、浸漬焼入れの場合、冷媒の量及び温度、デスケーリングの有無、並びに冷却槽内の攪拌の有無などによって調整することができる。素管の外面表層部の最大硬度及び内面表層部の最大硬度は、ラミナー冷却装置による焼入れの場合、冷媒の量及び温度、気水比、並びにデスケーリングの有無などによって調整することができる。
【００６７】
［焼戻し工程］
焼入れされた素管を焼戻しする。焼戻しの条件は、特に限定されない。上記の条件で焼入れされた素管を焼戻しすれば、特殊な条件でなくても、表層部にフェライトが形成される。
【００６８】
操業負荷の低減の観点から、下記式（２）で定義される焼戻しパラメータＴＰが、１８８００以下であることが好ましい。
ＴＰ＝（Ｔ＋２７３）×（２０＋ｌｏｇ（ｔ））      （２）
前記式（２）において、Ｔは焼戻し温度であり、ｔはその温度での保持時間である。Ｔの単位は℃であり、ｔの単位は時間である。
【００６９】
焼戻しパラメータＴＰの下限は特に限定されないが、焼戻し温度が低すぎたり焼戻し時間が短すぎたりすると、表層部にフェライトが形成されない。焼戻しパラメータＴＰの下限は、好ましくは１８０００であり、さらに好ましくは１８５００である。焼戻し温度は、特に限定されないが、好ましくは５００℃以上Ａｃ１点以下であり、さらに好ましくは６００℃以上Ａｃ１点以下である。保持時間は、特に限定されないが、好ましくは９０分以上であり、さらに好ましくは１２０分以上である。
【００７０】
以上、本発明の実施の形態を説明した。上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【実施例】
【００７１】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。【００７２】
表１に示す材質１〜７の化学組成の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造により丸ビレットを製造した。なお、表１中の「‐」は、該当する元素の含有量が不純物レベルであったことを示す。【００７３】
【表１】
2017018108.tif 000003
【００７４】
各材質から製造された丸ビレットを加熱炉で１１００〜１３００℃に加熱し、穿孔機によって穿孔圧延した。さらに、マンドレルミルによって延伸圧延し、サイザによって定径圧延して、外径３２３．９ｍｍ、肉厚１１．０〜４０．０ｍｍの継目無鋼管を製造した。【００７５】
各材質から製造された継目無鋼管を、表２に示す条件で焼入れ及び焼戻しを実施し、アイテムＡ〜Ｊのラインパイプ用鋼管を製造した。【００７６】
【表２】
2017018108.tif 000004
【００７７】
焼入れは、各継目無鋼管を表２の「焼入れ温度」の欄に記載された温度に再加熱した後、冷却槽に浸漬することによって実施した。表２の「焼入れ条件」が「高速冷却」の継目無鋼管では、再加熱後、浸漬前に酸化スケールの除去（デスケーリング）を実施し、さらに浸漬中に冷却槽内の攪拌を実施した。表２の「焼入れ条件」が「低速冷却」の継目無鋼管では、デスケーリング及び冷却槽内の攪拌を実施しなかった。【００７８】
焼入れ後、焼戻し前の各継目無鋼管から、硬度測定用試験片を採取し、鋼管の外面から１ｍｍ、２ｍｍ、及び３ｍｍの位置、並びに鋼管の内面から１ｍｍ、２ｍｍ、及び３ｍｍの位置でビッカース硬度を測定した。各測定点におけるビッカース硬度は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準拠して測定した。試験力Ｆは、１０ｋｇｆ（９８．０７Ｎ）とした。合計６点で測定した硬度の最大値を、表２の「ＡｓＱ硬度」の欄に示す。【００７９】
焼入れ後の素管を、表２の「焼戻し温度」の欄に記載された温度で、「焼戻し時間」に記載された時間保持する焼戻しを実施した。【００８０】
焼戻し後の各ラインパイプ用鋼管から、組織観察用試験片を採取し、表層部のフェライトの有無を調べた。さらに実施形態で説明した方法にしたがって表層部のフェライトの面積率を測定した。外面表層部及び内面表層部におけるフェライトの有無及び面積率を、表２の「外面表層フェライト」、「内面表層フェライト」の欄に示す。【００８１】
焼戻し後の各ラインパイプ用鋼管から、硬度測定用試験片を採取し、外面から１ｍｍの位置と内面から１ｍｍの位置との間のビッカース硬度を、１ｍｍ間隔で測定した。測定されたビッカース硬度の最大値を、表２の「最大硬度」の欄に示す。【００８２】
焼戻し後の各ラインパイプ用鋼管から、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１に規定された１２号試験片（幅２５ｍｍ、標点距離２００ｍｍ）を鋼管の長手方向（Ｌ方向）に採取した。採取された試験片を用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠した引張試験を常温（２５℃）の大気中で実施し、降伏応力及び引張強度を求めた。降伏応力は、０．５％全伸び法によって求めた。降伏応力を表２の「ＹＳ」の欄に、引張強度を「ＴＳ」の欄に、それぞれ示す。【００８３】
表２に示すように、アイテムＡ〜Ｃのラインパイプ用鋼管の組織は、表層部にフェライトを含んでいた。アイテムＡ〜Ｃのラインパイプ用鋼管の最大硬度は、２３０Ｈｖ以下であった。【００８４】
一方、アイテムＤ〜Ｊのラインパイプ用鋼管は、表層部にフェライトを含んでいなかった。アイテムＤ〜Ｊのラインパイプ用鋼管の最大硬度は、２３０Ｈｖを超えた。アイテムＤ〜Ｆのラインパイプ用鋼管は、Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖの値が大きすぎたため、表層部にフェライトが形成されなかったと考えられる。アイテムＧ〜Ｊのラインパイプ用鋼管は、焼入れ後の表層部の最大硬度が低すぎたため、表層部にフェライトが形成されなかったと考えられる。【００８５】
図５は、表層部にフェライトが形成する条件を示す散布図である。図５の「○」は、フェライトが形成されたことを示し、「●」はフェライトが形成されなかったことを示す。図５から、Ｍｏ＋Ｃｒ＋Ｖの値が０．４０質量％以下であり、かつ、焼入れ後の表層部の最大硬度が３１０Ｈｖ以上であれば、焼戻し後にフェライトが形成されることがわかる。
【図１】
2017018108.tif 000005
【図２】
2017018108.tif 000006
【図３Ａ】
2017018108.tif 000007
【図３Ｂ】
2017018108.tif 000008
【図４Ａ】
2017018108.tif 000009
【図４Ｂ】
2017018108.tif 000010
【図４Ｃ】
2017018108.tif 000011
【図５】
2017018108.tif 000012
【国際調査報告】
2017018108.tif 000013
2017018108.tif 000014
2017018108.tif 000015
2017018108.tif 000016