(57)【要約】【課題】溶接熱影響部の低温靭性劣化および溶接熱影響部の硬さを抑制した高降伏強度を有する非調質鋼板を提供する。【解決手段】所定の鋼中成分を含み、下記式（１）で規定されるＣｅｑが０．４４未満、下記式（２）で規定されるＡ値が２．５０以上、および下記式（３）で規定されるＢ値が２．３７以上であると共に、鋼板の板厚の１／４位置において下記金属組織の面積率が、ベイナイト：８０面積％以上、および島状マルテンサイト：０面積％以上０．２６面積％以下を満足し、前記ベイナイトの最大硬さが２７０ＨＶ以上であることを特徴とする溶接熱影響部の低温靭性劣化および溶接熱影響部の硬さを抑制した高降伏強度を有する非調質鋼板。  Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５  ・・・（１）  Ａ値＝１．１５×Ｍｎ＋２．２０×Ｍｏ＋６．５０×Ｎｂ  ・・・（２）  Ｂ値＝１．２０×Ｍｎ＋０．５０×Ｎｉ＋４．２５×Ｎｂ  ・・・（３）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．０４％超０．１０％以下、
Ｓｉ：０．１５〜０．５０％、
Ｍｎ：１．２０〜２．５０％、
Ｐ  ：０％超０．０２０％以下、
Ｓ  ：０％超０．００５０％以下、
Ｎｂ：０．０２０〜０．１００％、
Ｔｉ：０．００３〜０．０２０％、
Ｎ  ：０．００１０〜０．００７５％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００３０％、
ＲＥＭ：０．０００１〜０．００５０％、
Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、および
Ｂ  ：０．０００３％以下（０％を含む）を含有し、
更に、Ｍｏ：０％超０．３０％以下、Ｃｕ：０％超０．３０％以下、Ｎｉ：０％超０．３０％以下、Ｃｒ：０％超０．３０％以下、およびＶ：０％超０．０５０％以下よりなる群から選択される１種以上を含み、残部は鉄および不可避的不純物からなり、
下記式（１）で規定されるＣｅｑが０．４４未満、
下記式（２）で規定されるＡ値が２．５０以上、および
下記式（３）で規定されるＢ値が２．３７以上であると共に、
鋼板の板厚の１／４位置において下記金属組織の面積率が、
ベイナイト：８０面積％以上、および
島状マルテンサイト：０面積％以上０．２６面積％以下を満足し、
前記ベイナイトの最大硬さが２７０ＨＶ以上であることを特徴とする溶接熱影響部の低温靭性劣化および溶接熱影響部の硬さを抑制した高降伏強度を有する非調質鋼板。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５  ・・・（１）
Ａ値＝１．１５×Ｍｎ＋２．２０×Ｍｏ＋６．５０×Ｎｂ  ・・・（２）
Ｂ値＝１．２０×Ｍｎ＋０．５０×Ｎｉ＋４．２５×Ｎｂ  ・・・（３）
但し、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、およびＮｂは、それぞれ質量％で、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、およびＮｂの含有量を示す。
【請求項２】
ラインパイプ用である請求項１に記載の非調質鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接熱影響部の低温靭性劣化および溶接熱影響部の硬さを抑制した高降伏強度を有する非調質鋼板に関する。より詳しくは、石油、天然ガス等の輸送用ラインパイプに使用されるＡＰＩ規格Ｘ８０級の高降伏強度を有する非調質鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスや原油を長距離輸送するラインパイプにおいては、敷設費や輸送費の低減を目指し、パイプ素材そのものを高強度化して肉厚の増大を制限するニーズが高まっている。現在、米国石油協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、ＡＰＩ）においては、高降伏強度鋼としてＸ８０級鋼が規格化され、実用化されている。
【０００３】
上記のようなラインパイプとして用いられる鋼板には、高降伏強度に加えて、高靭性、短工期、低コストが望まれており、これらを満たすための製造方法として制御圧延が挙げられる。制御圧延は、圧延時の温度や圧下率などを適切に制御することによって結晶粒を微細化し、熱間圧延後に加速冷却を実施する技術である。制御圧延では、加速冷却後の加熱等の調質は不要である。このような方法により得られた鋼板は一般に非調質鋼板と呼ばれている。
【０００４】
非調質の高降伏強度鋼板については、従来より様々な技術開発がなされてきた。例えば特許文献１〜４には、非調質にてＡＰＩ規格Ｘ８０級の高降伏強度を有する鋼板の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２８５２３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０５２９２７号パンフレット
【特許文献３】特開２００６−１６９５９１号公報
【特許文献４】特開２００８−２６１０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところでラインパイプは寒冷地に敷設されることも多いため、溶接熱影響部（Ｈｅａｔ
Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ、ＨＡＺ）の低温靭性に優れることが必須である。また溶接施工性の観点から、溶接熱影響部の硬さを抑制することが近年強く望まれている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の鋼板は、溶接熱影響部の靭性および硬さを評価する指標であるＣｅｑを低く制御していないため、溶接熱影響部の靭性劣化および溶接熱影響部の硬化のおそれがある。
【０００８】
また特許文献３および特許文献４に記載の方法では、溶接熱影響部の低温靭性を劣化させる成分であるＢを多量に添加しているため、溶接熱影響部の低温靭性の劣化のおそれがある。
【０００９】
本発明は、この様な状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接熱影響部の低温靭性劣化および溶接熱影響部の硬さを抑制した高降伏強度を有する非調質鋼板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決し得た本発明に係る溶接熱影響部の低温靭性劣化および溶接熱影響部の硬さを抑制した高降伏強度を有する非調質鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０４％超０．１０％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．５０％、Ｍｎ：１．２０〜２．５０％、Ｐ：０％超０．０２０％以下、Ｓ：０％超０．００５０％以下、Ｎｂ：０．０２０〜０．１００％、Ｔｉ：０．００３〜０．０２０％、Ｎ：０．００１０〜０．００７５％、Ｚｒ：０．０００１〜０．０１００％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３０％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．００５０％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、およびＢ：０．０００３％以下（０％を含む）を含有し、更に、Ｍｏ：０％超０．３０％以下、Ｃｕ：０％超０．３０％以下、Ｎｉ：０％超０．３０％以下、Ｃｒ：０％超０．３０％以下、およびＶ：０％超０．０５０％以下よりなる群から選択される１種以上を含み、残部は鉄および不可避的不純物からなり、下記式（１）で規定されるＣｅｑが０．４４未満、下記式（２）で規定されるＡ値が２．５０以上、および下記式（３）で規定されるＢ値が２．３７以上であると共に、鋼板の板厚の１／４位置において下記金属組織の面積率が、ベイナイト：８０面積％以上、および島状マルテンサイト：０面積％以上０．２６面積％以下を満足し、前記ベイナイトの最大硬さが２７０ＨＶ以上を満たすところに要旨を有する。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５  ・・・（１）
Ａ値＝１．１５×Ｍｎ＋２．２０×Ｍｏ＋６．５０×Ｎｂ  ・・・（２）
Ｂ値＝１．２０×Ｍｎ＋０．５０×Ｎｉ＋４．２５×Ｎｂ  ・・・（３）
但し、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、およびＮｂは、それぞれ質量％で、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、およびＮｂの含有量を示す。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態において、上記非調質鋼板は、ラインパイプ用である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上記構成を採用することにより、溶接熱影響部の低温靭性劣化および溶接熱影響部の硬さを抑制した高降伏強度を有する非調質鋼板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、ベイナイト面積率と降伏強度との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、ベイナイトの最大硬さと降伏強度との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、島状マルテンサイト（以下、島状マルテンサイトをＭＡと呼ぶ場合がある）の面積率と降伏強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】
【００１４】
まず本発明者らは、非調質鋼板の降伏強度を支配する因子について検討した。その結果、非調質鋼板の降伏強度は金属組織中のベイナイトおよび島状マルテンサイトの各面積率、並びにベイナイトの最大硬さと密接な相関関係を有しており、これらを所定の範囲に制御すると、ＡＰＩ規格Ｘ８０級の高降伏強度が得られることを見出した。
【００１５】
更に、本発明者らは、高降伏強度でしかも溶接熱影響部の低温靭性劣化および溶接熱影響部の硬さを抑制した非調質鋼板を実現するため様々な角度から検討した。その結果、上記式（１）〜（３）の関係を満足するように化学成分組成を制御すれば、溶接熱影響部の低温靭性劣化が抑制され、更に溶接熱影響部の硬さを低減することができることを見出し、本発明を完成した。
【００１６】
更に、このような非調質鋼板は、好ましくは、所定の成分組成を満足する鋼材を加熱して熱間圧延した後、７３０℃以上の冷却開始温度から３７０〜５５０℃の冷却停止温度まで、平均冷却速度：１０〜５０℃／秒で冷却することによって製造することができる。
【００１７】
本明細書において「ＡＰＩ規格Ｘ８０級の高降伏強度」とは、鋼板の板幅方向の降伏強度が５５５ＭＰａ以上７０５ＭＰａ以下であることを意味する。
【００１８】
まず、本発明の非調質鋼板の組織について説明する。
【００１９】
本発明に係る非調質鋼板は、鋼板の板厚ｔの１／４位置において、金属組織全体に対する各組織が、ベイナイト：８０面積％以上、島状マルテンサイト：０面積％以上０．２６面積％以下、およびベイナイトの最大硬さ：２７０ＨＶ以上を満足するものである。
【００２０】
ベイナイト：８０面積％以上
ベイナイトは、降伏強度向上に寄与する組織であり、ＡＰＩ規格Ｘ８０級の高降伏強度を確保するために重要な組織である。ベイナイトが８０面積％を下回ると降伏強度が低下する。そのために、金属組織全体の面積を１００％としたときのベイナイトの面積率の下限を８０面積％以上とする。ベイナイトの面積率の下限は、好ましくは８２面積％以上、より好ましくは８４面積％以上である。
【００２１】
図１は、後記する実施例の表１の鋼種Ａ〜Ｘを用いて、表２のＮｏ．１〜２４の製造条件で製造して得られた非調質鋼板におけるベイナイトの面積率と降伏強度との関係を示すグラフである。図１に示す通り、所望とする５５５ＭＰａ以上の高降伏強度を満足している実施例は全て金属組織中のベイナイト面積率が８０％以上であり、高降伏強度を満足するためには、ベイナイト面積率を８０％以上に高めることが有効であることが分かる。図１には、ベイナイト面積率が８０％以上にも関わらず降伏強度が５５５ＭＰａ以上を満足していない例もあるが、これらは後記するベイナイト硬さが２７０ＨＶ未満であるか、ＭＡ面積率が０．２６％超えの例である。
【００２２】
ベイナイトの最大硬さ：２７０ＨＶ以上
ベイナイトの最大硬さは、降伏強度のばらつきを抑制して安定して高降伏強度を得るために重要であり、２７０ＨＶ以上に制御する必要がある。これにより、ＡＰＩ規格Ｘ８０級の高降伏強度を安定して確保することができる。ベイナイトの最大硬さの下限は、好ましくは２７５ＨＶ以上である。しかしながら、鋼管への成形性を考慮すると、ベイナイトの最大硬さの上限は、好ましくは３１０ＨＶ以下、より好ましくは３００ＨＶ以下とする。
【００２３】
図２は、後記する実施例の表１の鋼種Ａ〜Ｘを用いて、表２のＮｏ．１〜２４の製造条件で製造して得られた非調質鋼板におけるベイナイトの最大硬さと降伏強度との関係を示すグラフである。図２に示す通り、所望とする５５５ＭＰａ以上を満足している実施例は全て金属組織中のベイナイト最大硬さが２７０ＨＶ以上であり、高降伏強度を満足するためにはベイナイト最大硬さを２７０ＨＶ以上に高めることが有効であることが分かる。ここで、ベイナイト最大硬さが２７０ＨＶ以上にも関わらず降伏強度が５５５ＭＰａ以上を満足していない例もあるが、これらはベイナイト面積率が８０％未満であるか、ＭＡ面積率が０．２６％超えの例である。
【００２４】
ここで「ベイナイトの最大硬さ」とは、後記する実施例に記載の方法でベイナイトのビッカース硬さを測定したときの上位３点の平均値を意味する。本発明者らは、ベイナイトの最大硬さを制御することにより、高降伏強度を安定して得られることを見出した。
【００２５】
島状マルテンサイト：０面積％以上０．２６面積％以下
島状マルテンサイトは、降伏強度を低下させる組織であるため、所望とする高降伏強度を確保するためにＭＡ面積率を低減させる必要がある。そのために金属組織全体の面積を１００％としたときのＭＡ面積率の上限を０．２６面積％以下とする。ＭＡ面積率の上限は、好ましくは０．２５面積％以下である。
【００２６】
図３は、後記する実施例の表１の鋼種Ａ〜Ｘを用いて、表２のＮｏ．１〜２４の製造条件で製造して得られた非調質鋼板における島状マルテンサイトの面積率と降伏強度との関係を示すグラフである。図３に示す通り、５５５ＭＰａ以上を満足している実施例は全て金属組織中のＭＡ面積率が０．２６％以下であり、高降伏強度を満足するためにはＭＡ面積率を０．２６％以下に制御することが有効であることが分かる。ここで、ＭＡ面積率が０．２６％以下にも関わらず降伏強度が５５５ＭＰａ以上を満足していない例もあるが、これらは、ベイナイト面積率が８０％未満であるか、ベイナイト最大硬さが２７０ＨＶ未満の例である。
【００２７】
本発明に係る非調質鋼板の組織は上記の通りである。上記以外の残部組織はフェライト、マルテンサイト、またはパーライトである。
【００２８】
次に、鋼中成分について説明する。
【００２９】
まず上記式（１）〜式（３）で表されるＣｅｑ、Ａ値、およびＢ値と、降伏強度、ＨＡＺの低温靭性およびＨＡＺの硬さとの関係を説明する。
【００３０】
Ｃｅｑ：０．４４未満
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５  ・・・（１）
但し、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＶは、それぞれ質量％で、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＶの含有量を示す。
上記式（１）で定義されるＣｅｑは、ＨＡＺの低温靭性およびＨＡＺの硬さを決定する重要な指標である。Ｃｅｑが０．４４以上になるとＨＡＺの低温靱性およびＨＡＺの硬さ特性は急激に劣化し、Ｃｅｑが０．４４未満であれば良好なＨＡＺの低温靱性およびＨＡＺ部の硬さの確保することができる。そのために、Ｃｅｑの上限を０．４４未満とする。Ｃｅｑの上限は、好ましくは０．４３以下、より好ましくは０．４２以下とする。一方、各元素の含有量の下限等を考慮すると、Ｃｅｑの下限は、好ましくは０．３７以上、より好ましくは０．３８以上とする。
【００３１】
Ａ値：２．５０以上
Ａ値＝１．１５×Ｍｎ＋２．２０×Ｍｏ＋６．５０×Ｎｂ  ・・・（２）
但し、Ｍｎ、Ｍｏ、およびＮｂは、それぞれ質量％で、Ｍｎ、Ｍｏ、およびＮｂの含有量を示す。
Ａ値は、本発明者らによって初めて見出されたものであり、前述したＣｅｑを構成する元素のうちフェライト変態を抑制するために有効なＭｎおよびＭｏの各含有量、更にはＮｂの含有量が上記式（２）を満たすように制御したパラメータである。Ａ値を２．５０以上とすることによりＣｅｑの上昇を抑えつつ、高降伏強度の実現に重要なベイナイト面積率を確保することができる。ベイナイト面積率を上昇させるためにはＡ値は高いほどよく、ＡＰＩ規格Ｘ８０級の高降伏強度を確保するために、Ａ値の下限を２．５０以上とする。Ａ値の下限は、好ましくは２．５２以上、より好ましくは２．５４以上とする。一方、各元素の含有量の上限等を考慮すると、Ａ値の上限は、好ましくは３．００以下、より好ましくは２．９５以下とする。
【００３２】
Ｂ値：２．３７以上
Ｂ値＝１．２０×Ｍｎ＋０．５０×Ｎｉ＋４．２５×Ｎｂ  ・・・（３）
但し、Ｍｎ、Ｎｉ、およびＮｂは、それぞれ質量％で、Ｍｎ、Ｎｉ、およびＮｂの含有量を示す。
Ｂ値は、本発明者らによって初めて見出されたものであり、ベイナイトの変態温度を低下させることにより、高密度の転位の導入に有効なＭｎ、Ｎｉ、Ｎｂの各含有量が上記式（３）満たすように制御したパラメータである。Ｂ値を２．３７以上とすることにより、Ｃｅｑの上昇を抑えつつ、ベイナイトの最大硬さを確保することができる。ベイナイトの最大硬さを上昇させるためにはＢ値は高いほどよく、ＡＰＩ規格Ｘ８０級の高降伏強度を確保するために、Ｂ値の下限を２．３７以上とする。Ｂ値の下限は、好ましくは２．３９以上とする。一方、各元素の含有量の上限等を考慮すると、Ｂ値の上限は、好ましくは２．７０以下、より好ましくは２．６８以下とする。
【００３３】
Ｃ：０．０４％超０．１０％以下
Ｃは、母材（鋼板）の高降伏強度を確保するために必要不可欠な元素であり、そのためにＣ量の下限を０．０４％超とする必要がある。Ｃ量の下限は、好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．０６％以上である。しかしながら、Ｃ量が過剰になると島状マルテンサイトが生成しやすくなり、降伏強度が低下すると共に、溶接施工性が低下するようになるため、Ｃ量の上限を０．１０％以下とする必要がある。Ｃ量の上限は、好ましくは０．０９％以下、より好ましくは０．０８％以下である。
【００３４】
Ｓｉ：０．１５〜０．５０％
Ｓｉは、脱酸作用を有する上に、母材の降伏強度向上に有効な元素であり、そのためにＳｉ量の下限を０．１５％以上とする。Ｓｉ量の下限は、好ましくは０．１８％以上であり、より好ましくは０．２０％以上である。しかしながら、Ｓｉ量が過剰になると溶接施工性やＨＡＺの低温靭性が劣化するようになるため、Ｓｉ量の上限を０．５０％以下とする必要がある。Ｓｉ量の上限は、好ましくは０．４５％以下、より好ましくは０．４０％以下である。
【００３５】
Ｍｎ：１．２０〜２．５０％
Ｍｎは、母材の降伏強度向上に有効な元素であり、そのためにＭｎ量の下限を１．２０％以上とする必要がある。Ｍｎ量の下限は、好ましくは１．５０％以上であり、より好ましくは１．７０％以上である。しかしながら、Ｍｎ量が過剰になると溶接施工性が劣化するため、Ｍｎ量の上限を２．５０％以下とする。Ｍｎ量の上限は、好ましくは２．２０％以下であり、より好ましくは２．００％以下である。
【００３６】
Ｐ：０％超０．０２０％以下
Ｐは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であり、Ｐ量が０．０２０％を超えるとＨＡＺの低温靭性を著しく劣化させる。そのためにＰ量の上限は０．０２０％以下とする。Ｐ量の上限は、好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下である。なお、Ｐは鋼中に不可避的に含まれる不純物であり、その量を０％にすることは工業生産上不可能である。
【００３７】
Ｓ：０％超０．００５０％以下
Ｓは、上記Ｐと同様にＨＡＺの低温靭性に影響を与える元素であり、Ｓ量が０．００５０％を超えると粗大な硫化物が生成してＨＡＺの低温靭性を劣化させる。そのためにＳ量の上限を０．００５０％以下とする。Ｓ量の上限は、好ましくは０．００３０％以下、より好ましくは０．００２０％以下である。なお、Ｓは鋼中に不可避的に含まれる不純物であり、その量を０％にすることは工業生産上不可能である。
【００３８】
Ｎｂ：０．０２０〜０．１００％
Ｎｂは、溶接施工性を劣化させることなく降伏強度と母材の低温靭性を高めるのに有効な元素であり、そのためにＮｂ量の下限を０．０２０％以上とする必要がある。Ｎｂ量の下限は、好ましくは０．０３０％以上、より好ましくは０．０４０％以上である。しかしながら、Ｎｂ量が過剰になって０．１００％を超えると、ＨＡＺの低温靭性が劣化するようになるため、Ｎｂ量の上限を０．１００％以下とする。Ｎｂ量の上限は、好ましくは０．０７０％以下、より好ましくは０．０６０％以下である。
【００３９】
Ｔｉ：０．００３〜０．０２０％
Ｔｉは、母材の降伏強度向上に有効な元素であり、更に、鋼中にＴｉＮとして析出することで、溶接時のＨＡＺでのオーステナイト粒の粗大化抑制によるＨＡＺの低温靭性の向上に必要な元素である。このような効果を発揮させるためにＴｉ量の下限を０．００３％以上とする必要がある。Ｔｉ量の下限は、好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．００７％以上である。しかしながら、Ｔｉ量が過剰になると、固溶ＴｉやＴｉＣ析出物が増加してＨＡＺの低温靭性が劣化するため、Ｔｉ量の上限を０．０２０％以下とする。Ｔｉ量の上限は、好ましくは０．０１８％以下、より好ましくは０．０１６％以下である。
【００４０】
Ｎ：０．００１０〜０．００７５％
Ｎは、鋼中にＴｉＮとして析出することで、溶接時のＨＡＺでのオーステナイト粒の粗大化抑制によるＨＡＺの低温靭性の向上に必要な元素である。このような効果を発揮させるためにＮ量の下限を０．００１０％以上とする必要がある。Ｎ量の下限は、好ましくは０．００２０％以上であり、より好ましくは０．００３０％以上である。しかしながら、Ｎ量が過剰になると、固溶Ｎの存在によりＨＡＺの低温靭性が劣化するため、Ｎ量の上限を、０．００７５％以下とする。Ｎ量の上限は、好ましくは０．００７０％以下であり、より好ましくは０．００６５％以下である。
【００４１】
Ｚｒ：０．０００１〜０．０１００％
Ｚｒは、酸化物を形成して分散することでＨＡＺでの低温靭性の向上に寄与する元素であり、そのためにＺｒ量の下限を０．０００１％以上とする必要がある。Ｚｒ量の下限は、好ましくは０．０００３％以上、より好ましくは０．０００５％以上である。しかしながら、Ｚｒ量が過剰になると粗大な介在物を形成してＨＡＺの低温靭性を劣化させるため、Ｚｒ量の上限を０．０１００％以下とする必要がある。Ｚｒ量の上限は、好ましくは０．００５０％以下、より好ましくは０．００３０％以下である。
【００４２】
Ｃａ：０．０００５〜０．００３０％
Ｃａは、硫化物の形態を制御する作用があり、ＣａＳを形成することによってＭｎＳの形成を抑制し、ＨＡＺの低温靭性を向上させる元素であり、そのためにＣａ量の下限を０．０００５％以上とする必要がある。Ｃａ量の下限は、好ましくは０．０００６％以上である。しかしながら、Ｃａ量が０．００３０％を超えて過剰になると、ＨＡＺの低温靭性が劣化するため、Ｃａ量の上限を０．００３０％以下とする。Ｃａ量の上限は、好ましくは０．００２８％以下であり、より好ましくは０．００２６％以下である。
【００４３】
ＲＥＭ：０．０００１〜０．００５０％
希土類元素であるＲＥＭは、硫化物の形態制御に有効な元素であり、ＨＡＺの低温靭性に有害なＭｎＳの生成を抑制する。このような効果を発揮させるためにＲＥＭ量の下限を０．０００１％以上とする。ＲＥＭ量は好ましくは０．０００３％以上、より好ましくは０．０００５％以上である。しかしながら、ＲＥＭを多量に含有させても効果が飽和するため、ＲＥＭ量の上限は０．００５０％以下とする。ＲＥＭ量の上限は、好ましくは０．００４０％以下、より好ましくは０．００３０％以下である。尚、本発明において、ＲＥＭとは、ランタノイド元素（ＬａからＬｕまでの１５元素）とＳｃ（スカンジウム）およびＹ（イットリウム）を意味する。これらの元素のなかでも、Ｃｅ、ＬａおよびＮｄよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することが好ましく、より好ましくは、ＣｅおよびＬａのうち少なくとも１種を含有するのがよい。
【００４４】
Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％
Ａｌは、強脱酸元素であり、脱酸効果を得るためにＡｌ量の下限を０．０１０％以上とする必要がある。Ａｌ量の下限は、好ましくは０．０１５％以上、より好ましくは０．０１８％以上である。しかしながら、Ａｌ量が過剰になると、ＡｌＮが多量に生成し、ＴｉＮ析出量が減少することでＨＡＺの低温靭性が損なわれるため、Ａｌ量の上限を０．０５０％以下とする必要がある。Ａｌ量の上限は、好ましくは０．０４５％以下であり、より好ましくは０．０４２％以下である。
【００４５】
Ｂ：０．０００３％以下（０％を含む）
Ｂ量は、ＨＡＺの低温靭性を著しく劣化させる元素であり、そのためにＢ量の上限を０．０００３％以下とする。Ｂ量の上限は、好ましくは０．０００２％以下であり、より好ましくは０．０００１％以下である。なお、Ｂを、０．０００３％を超えて添加した場合において、Ｍｏの複合添加は、母材の降伏強度の過度な上昇を引き起こす。
【００４６】
Ｍｏ：０％超０．３０％以下、Ｃｕ：０％超０．３０％以下、Ｎｉ：０％超０．３０％以下、Ｃｒ：０％超０．３０％以下、およびＶ：０％超０．０５０％以下よりなる群から選択される１種以上
Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、およびＶは、降伏強度向上に有効な元素である。これらの元素は単独で添加しても良いし、二種以上を併用しても良い。これらの元素の含有量の範囲設定理由は下記の通りである。
【００４７】
Ｍｏ：０％超０．３０％以下
Ｍｏは、母材の降伏強度の向上に有効な元素であり、そのためにＭｏ量の下限を好ましくは０．０１％以上とする。Ｍｏ量の下限は、より好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．１０％以上である。しかし、Ｍｏ量が０．３０％を超えるとＨＡＺでの低温靭性および溶接施工性が劣化するため、Ｍｏ量の上限を０．３０％以下とする。Ｍｏ量の上限は、好ましくは０．２５％以下、より好ましくは０．２０％以下である。
【００４８】
Ｃｕ：０％超０．３０％以下
Ｃｕは、降伏強度を高めるのに有効な元素であり、そのためにＣｕ量の下限を好ましくは０．０１％以上とする。Ｃｕ量の下限は、より好ましくは０．０５％以上、更に好ましくは０．１０％以上である。しかしながら、Ｃｕ量が過剰になると、ＭＡが生成し易くなるため、Ｃｕ量の上限を０．３０％以下とする。Ｃｕ量の上限は、好ましくは０．２７％以下、より好ましくは０．２５％以下である。
【００４９】
Ｎｉ：０％超０．３０％以下
Ｎｉは、母材の降伏強度の向上に有効な元素であり、そのためにＮｉ量の下限を好ましくは０．０１％以上とする。Ｎｉ量の下限は、より好ましくは０．０５％以上、更に好ましくは０．１０％以上である。しかしながら、Ｎｉ量が過剰になると、ＭＡが生成し易くなる。更に、構造用鋼材として極めて高価となるため、経済的な観点からＮｉ量の上限を０．３０％以下とする。Ｎｉ量の上限は、好ましくは０．２７％以下、より好ましくは０．２５％以下である。
【００５０】
Ｃｒ：０％超０．３０％以下
Ｃｒは、降伏強度の向上に有効な元素であり、そのためにＣｒ量の下限を好ましくは０．０１％以上とする。Ｃｒ量の下限は、より好ましくは０．０５％以上、更に好ましくは０．１０％以上である。しかしながら、Ｃｒ量が０．３０％を超えるとＭＡが生成し易くなるため、Ｃｒ量の上限を０．３０％以下とする。Ｃｒ量の上限は、好ましくは０．２７％以下、より好ましくは０．２５％以下である。
【００５１】
Ｖ：０％超０．０５０％以下
Ｖは、降伏強度の向上に有効な元素であり、そのためにＶ量の下限を好ましくは０．００１％以上とする。Ｖ量の下限は、より好ましくは０．００２％以上、更に好ましくは０．００３％以上である。しかしながら、Ｖ量が０．０５０％を超えるとＭＡが生成し易くなるため、Ｖ量の上限を０．０５０％以下とする。Ｖ量の上限は、好ましくは０．０３０％以下、より好ましくは０．０１０％以下である。
【００５２】
本発明に用いられる鋼中元素は上記の通りであり、残部は実質的に鉄である。但し、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避的不純物が鋼中に含まれることは当然に許容される。上記不可避的不純物として、例えば、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｏ、Ｈ等が挙げられる。
【００５３】
次に、上記鋼板を製造する方法について説明する。
【００５４】
本発明の鋼板は、例えば、スラブ等の鋳片を作製し、得られた鋳片を加熱して、熱間圧延を行った後に加速冷却を行うことにより製造することができる。
【００５５】
以下、各工程について詳述する。
【００５６】
まず、鋳造工程において、ＲＥＭとＣａで硫化物の形態を制御するために、ＡｌとＺｒを添加して、Ａｌ２Ｏ３とＺｒＯを形成させて脱酸を行なった後に、ＲＥＭとＣａを添加することが好ましい。特にＣａは、酸化物を形成しやすい元素である。またＣａは硫化物（ＣａＳ）よりも酸化物（ＣａＯ）を形成しやすく、ＣａＳからの復硫を防ぐために、鋳造完了までの時間を制御することが好ましい。そのため、溶鋼処理工程においては、Ａｌ、Ｚｒ、ＲＥＭおよびＣａを、この順に添加するときに、Ｃａ添加から２００分以内に凝固が完了するように鋳片を作製することが好ましい。但し、ＲＥＭを添加してから、ＲＥＭよりも硫化物形成能の高いＣａを添加するまでの時間は４分以上確保することが好ましい。このような工程によって、ＣａやＲＥＭは、酸化物を形成することなく、硫化物として存在しやすくなる。
【００５７】
上記のようにして鋳造を行なった後、鋳片を加熱して、熱間圧延を行う。
【００５８】
鋳片を加熱するときの加熱温度は１０００〜１２００℃とすることが好ましい。加熱温度が低すぎると、鋼中のＮｂが十分に固溶せず、高降伏強度が確保できないため、加熱温度の下限は、より好ましくは１１００℃以上、更に好ましくは１１２０℃以上とする。しかしながら、加熱温度を高くし過ぎると、オーステナイト粒が粗大化して母材の低温靭性が劣化してしまうため、加熱温度の上限は、より好ましくは１１８０℃以下とする。
【００５９】
次に熱間圧延を行なう。熱間圧延開始温度は、９００〜１１００℃とすることが好ましい。熱間圧延開始温度が低すぎるとオーステナイト再結晶域での圧延が確保出来ず、オーステナイト粒が粗大となり、母材の低温靭性が劣化するおそれがある。そのために熱間圧延開始温度の下限は、より好ましくは９３０℃以上、更に好ましくは９５０℃以上とする。一方、熱間圧延開始温度が高すぎると再結晶後のオーステナイト粒が粗大となり、母材の低温靭性が劣化するおそれがある。そのために熱間圧延開始温度の上限は、より好ましくは１０９０℃以下、更に好ましくは１０８０℃以下とする。
【００６０】
９５０℃から熱間圧延終了温度までの圧下率は４０〜８０％とすることが好ましい。９５０℃から熱間圧延終了温度までの圧下率が低すぎるとオーステナイト粒内への導入する歪が確保出来ずベイナイト変態後の粒が粗大となり、母材の低温靭性が劣化するおそれがある。そのために圧下率の下限は、より好ましくは５０％以上、更に好ましくは６０％以上とする。一方、９５０℃から熱間圧延終了温度までの圧下率が高すぎるとオーステナイト粒内への歪導入が過剰となり、焼入性が低下する。そのために圧下率の上限は、より好ましくは７７％以下、更に好ましくは７５％以下とする。
【００６１】
熱間圧延終了温度は、７７０〜８８０℃とすることが好ましい。熱間圧延終了温度が低すぎるとオーステナイト粒内への歪導入が過剰となり、焼入性が低下する。そのために熱間圧延終了温度の下限は、より好ましくは７９０℃以上、更に好ましくは８００℃以上とする。一方、熱間圧延終了温度が高すぎるとオーステナイト粒内への導入する歪が確保出来ずベイナイト変態後の粒が粗大となり、母材の低温靭性が劣化するおそれがある。そのために熱間圧延終了温度の上限は、より好ましくは８６０℃以下、更に好ましくは８５０℃以下とする。
【００６２】
熱間圧延終了後、以下のようにして加速冷却を行うことが好ましい。なお、必ずしもこの条件に限定されるものではない。
【００６３】
熱間圧延終了後の冷却開始温度は、７３０℃以上とすることが好ましい。７３０℃を下回ると、フェライト変態が促進されてフェライトが析出するため金属組織がベイナイトにならず、母材の高降伏強度の確保が困難になる場合がある。そのために冷却開始温度の下限は、より好ましくは７３５℃以上、更に好ましくは７４０℃以上である。冷却開始温度の上限は、特に限定されないが、より好ましくは８６０℃以下、更に好ましくは８５０℃以下である。
【００６４】
熱間圧延終了後、ただちに好ましくは１０〜５０℃／秒の平均冷却速度で加速冷却を行う。加速冷却の平均冷却速度を好ましくは１０℃／秒以上とすることで、未変態オーステナイトをベイナイト組織に変態させてフェライトの析出を防止することができ、更に、ベイナイトの最大硬さを高くして、降伏強度を向上させ易くなる。そのために平均冷却速度の下限は、より好ましくは１３℃／秒以上、更に好ましくは１５℃／秒以上である。一方、５０℃／秒を超える平均冷却速度では、鋼板表面近傍でマルテンサイト変態が生じ、鋼板の降伏強度は上昇するものの、鋼板表面の硬さが著しく上昇し、鋼管への成形性が劣化し易くなるため、平均冷却速度の上限は、好ましくは５０℃／秒以下とする。平均冷却速度の上限は、鋼管への成形性を考慮すると、より好ましくは４５℃／秒以下である。
【００６５】
冷却停止温度は、好ましくは３７０〜５５０℃とする。冷却停止温度を３７０〜５５０℃とすることで、ＭＡ面積率が低減され、５５５ＭＰａ以上の高降伏強度が得られ易くなる。そのため冷却停止温度の下限は、より好ましくは３９０℃以上、更に好ましくは４００℃以上とする。冷却停止温度の上限は、より好ましくは５４０℃以下、更に好ましくは５３０℃以下とする。
【００６６】
３７０〜５５０℃まで冷却を行った後は、放冷などの通常の冷却を行って室温まで冷却すると本発明の非調質鋼板が得られる。具体的には、このときの平均冷却速度は、おおむね０．１〜５℃／秒であることが好ましい。
【００６７】
本発明に係る鋼板の板厚は特に限定されないが、ラインパイプとするためには、板厚の下限は、好ましくは６ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上である。一方、必要な冷却速度を確保して、フェライトの析出を抑制する観点より、板厚の上限は、好ましくは３２ｍｍ以下、より好ましくは３０ｍｍ以下である。
【００６８】
上記の様にして得られた非調質鋼板は、特に、ラインパイプ用として有用に利用される。また、本発明の非調質鋼板を用いて得られるラインパイプは、非調質鋼板の特性が反映されて、ＨＡＺの低温靭性と硬さ特性、および降伏強度が優れたものとなる。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００７０】
下記表１に示す成分組成の鋼種Ａ〜Ｘ（残部は鉄および不可避的不純物）を溶製してスラブとした後、下記表２に示す条件で加熱、熱間圧延を行い、次いで下記表２に示す条件で冷却して板厚：２０ｍｍの鋼板を製造した。
【００７１】
詳細には、本実施例では、ＲＥＭとしてＣｅを５０％、Ｌａを２０％含有する３５Ｆｅ−３０ＲＥＭ−３５Ｓｉ合金を用いた。また、溶鋼処理工程においては、ＡｌおよびＺｒで脱酸を行った後にＲＥＭとＣａを添加した。またＲＥＭおよびＣａは、ＲＥＭ、Ｃａの順に添加し、ＲＥＭ添加からＣａ添加までの時間を４分以上とした。またＣａ添加後２００分以内に凝固が完了するように鋳片を作製した。
【００７２】
また、表２の冷却停止温度まで冷却を行った後は、放冷を行って室温まで冷却した。このときの平均冷却速度は、おおむね１℃／秒であった。
【００７３】
ベイナイトの面積率の測定
上記鋼板から２０ｍｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍの試験片を切り出し、圧延方向と平行な断面を研磨し、ナイタール腐食を施した。その後、板厚ｔの１／４位置の組織を、光学顕微鏡を用いて１００倍で観察を行ない、画像解析によって、金属組織全体を１００％としたときのベイナイトの面積率を測定した。測定は合計３視野について行い、その平均値を求めた。本実施例では、上記ベイナイトと後記するＭＡ以外の残部組織についてもベイナイトと同様の観察を行った。
【００７４】
ＭＡの面積率の測定
上記鋼板から２０ｍｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍの試験片を切り出し、圧延方向と平行な断面を研磨し、レペラー腐食を施した。その後、板厚ｔの１／４位置の組織を、光学顕微鏡を用いて１０００倍で観察を行ない、画像解析によって、金属組織全体を１００％としたときのＭＡの面積率を測定した。測定は合計３視野について行い、その平均値を求めた。
【００７５】
ベイナイトの最大硬さの測定
上記鋼板から２０ｍｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍの試験片を切り出し、圧延方向と平行な断面を露出させた。その後、板厚ｔの１／４位置の組織を、荷重５ｇｆ（０．０４９Ｎ）のビッカース試験機にて、１００μｍ×１００μｍの範囲内を等間隔で２０点測定した。そのうち、上位３点の平均値をベイナイトの最大硬さとした。
【００７６】
降伏強度の測定
上記鋼板から、鋼板の圧延方向と垂直方向が試験片の長手となるように、ＡＰＩ５Ｌ規格に基づいて、試験片を切り出し、降伏強度として０．５％耐力を測定した。降伏強度は、ＡＰＩ規格Ｘ８０級である５５５ＭＰａ以上７０５ＭＰａ以下を合格とした。
【００７７】
溶接熱影響部（ＨＡＺ）の低温靭性の評価
上記表２のＮｏ．１〜２４の鋼板より、鋼板の圧延方向と垂直方向が試験片の長手となるように１２ｍｍ×３２ｍｍ×５５ｍｍの試験片を切り出し、再現熱サイクル試験片とした。この再現熱サイクル試験片に、溶融線近傍の粗粒熱影響部を模擬した最高加熱温度１３５０℃とする熱サイクルを付与した。詳細には、１３５０℃に加熱して５秒保持した後、８００〜５００℃の温度範囲を３０秒かけて冷却した。その後、ＡＰＩ５Ｌ規格に規定の方法でシャルピー衝撃試験を実施して、ＨＡＺの低温靱性を評価した。ＨＡＺの低温靭性は、シャルピー衝撃試験を−１０℃で行い、吸収エネルギーが、２７Ｊ以上を合格とした。
【００７８】
溶接熱影響部（ＨＡＺ）の硬さ特性の評価
溶接熱影響部の低温靭性の評価と同様に、上記表２のＮｏ．１〜２４の鋼板より、再現熱サイクル試験片を採取し、熱サイクルを付与した。ビッカース硬さ試験を実施して、ＨＡＺの硬さ特性を評価した。ＨＡＺの硬さは、荷重９８Ｎで３点測定したときのビッカース硬さの最高値のことを示す。ＨＡＺの硬さ特性は、ＨＡＺの硬さが２２５ＨＶ未満を合格とした。
【００７９】
これらの結果を表２に記載する。また、ベイナイト、ＭＡ以外の残部組織は全てフェライトであった。
【００８０】
【表１】
2017106107.tif 000002
【００８１】
【表２】
2017106107.tif 000003
【００８２】
これらの結果から、次のように考察することができる。
【００８３】
表２のＮｏ．１７〜２４は、本発明で規定する成分組成を満足する表１の鋼種Ｑ〜Ｘを用いて、本発明で規定する好ましい要件を満足する表２のＮｏ．１７〜２４の製造条件で製造した例である。これらは、ＨＡＺの低温靭性と硬さ特性が良好で、且つ５５５ＭＰａ以上の高降伏強度を有する鋼板が得られていることが分かる。
【００８４】
これに対して、以下のＮｏ．１〜１６は、本発明で規定する要件のいずれかを満足しないものである。
【００８５】
表２のＮｏ．１は、個々の元素の成分組成は本発明で規定する要件を満足しているが、Ｃｅｑが大きい表１の鋼種Ａを用いた例であり、Ｃｅｑが大きいためＨＡＺの最高硬さが高くなって、それに起因してＨＡＺの低温靱性が低下した。
【００８６】
表２のＮｏ．２は、Ｂ量が多く、Ａ値およびＢ値が小さい表１の鋼種Ｂを用いた例であり、ベイナイトの面積率が低く、ベイナイトの最大硬さが低いため、降伏強度が低くなり、Ｂ量が多いためＨＡＺの低温靱性が低下した。
【００８７】
表２のＮｏ．３は、Ｂ量およびＴｉ量が多く、Ａ値およびＢ値が小さい表１の鋼種Ｃを用いた例であり、Ｂ量およびＴｉ量が多いためＨＡＺの低温靱性が低下した。なお、Ａ値およびＢ値が小さかったが、Ｂが０．０００３％を超え、Ｍｏも複合添加されているため、ベイナイトの面積率、ベイナイトの最大硬さ、および降伏強度が上昇した。
【００８８】
表２のＮｏ．４は、Ａ値およびＢ値が小さい表１の鋼種Ｄを用いた例であり、ベイナイトの面積率が低く、ベイナイトの最大硬さが低いため、降伏強度が低くなった。
【００８９】
表２のＮｏ．５は、Ａ値が小さい表１の鋼種Ｅを用いた例であり、ベイナイトの面積率が低いため、降伏強度が低くなった。
【００９０】
表２のＮｏ．６は、Ｂ値が小さい表１の鋼種Ｆを用いた例であり、８０面積％以上のベイナイトを有しているがベイナイトの最大硬さが低いため、降伏強度が低くなった。
【００９１】
表２のＮｏ．７は、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、およびＶを含まず、Ａ値およびＢ値が小さい表１の鋼種Ｇを用いた例であり、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、およびＶを含まず、ベイナイトの面積率が低く、ベイナイトの最大硬さが低いため、降伏強度が低くなった。
【００９２】
表２のＮｏ．８は、Ｃ量が少なく、Ｂ値が小さい表１の鋼種Ｈを用いた例であり、Ｃ量が少なく、ベイナイトの最大硬さが低いため、降伏強度が低くなった。
【００９３】
表２のＮｏ．９は、Ｓｉ量が少なく、Ａ値が小さい表１の鋼種Ｉを用いた例であり、Ｓｉ量が少なく、ベイナイトの面積率が低いため、降伏強度が低くなった。
【００９４】
表２のＮｏ．１０は、Ｍｎ量が少なく、Ａ値およびＢ値が小さい表１の鋼種Ｊを用いた例であり、Ｍｎ量が少なく、ベイナイトの面積率が低く、ベイナイトの最大硬さが低いため、降伏強度が低くなった。
【００９５】
表２のＮｏ．１１は、Ｍｎ量およびＮｂ量が少なく、Ａ値およびＢ値が小さい表１の鋼種Ｋを用いた例であり、Ｍｎ量およびＮｂ量が少なく、ベイナイトの面積率が低く、ベイナイトの最大硬さが低いため、降伏強度が低くなった。
【００９６】
表２のＮｏ．１２は、Ｎｂ量が少なく、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、およびＶを含まず、Ａ値およびＢ値が小さい表１の鋼種Ｌを用いた例であり、Ｎｂ量が少なく、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、およびＶを含まず、ベイナイトの面積率が低く、ベイナイトの最大硬さが低いため、降伏強度が低くなった。
【００９７】
表２のＮｏ．１３は、Ｎｉ量が多く、Ａ値およびＢ値が小さい表１の鋼種Ｍを用いた例であり、ＭＡが多く、ベイナイトの面積率が低くなって、降伏強度が低くなった。
【００９８】
表２のＮｏ．１４は、Ｃｒ量が多く、Ａ値およびＢ値が小さい表１の鋼種Ｎを用いた例であり、ＭＡが多く、ベイナイトの面積率が低く、ベイナイトの最大硬さが低くなって、降伏強度が低くなった。
【００９９】
表２のＮｏ．１５は、Ｍｎ量が少なく、Ｃｒ量が多く、Ａ値およびＢ値が小さい表１の鋼種Ｏを用いた例であり、Ｍｎ量が少なく、ＭＡが多く、ベイナイトの面積率が低く、ベイナイトの最大硬さが低くなって降伏強度が低くなった。
【０１００】
表２のＮｏ．１６は、Ｖ量が多く、Ａ値およびＢ値が小さい表１の鋼種Ｐを用いた例であり、ＭＡが多く、ベイナイトの面積率が低く、ベイナイトの最大硬さが低くなって、降伏強度が低くなった。
【図１】
2017106107.tif 000004
【図２】
2017106107.tif 000005
【図３】
2017106107.tif 000006