高強度管線鋼管用熱軋鋼板的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及熱軋鋼板及其制造方法，所述熱軋鋼板具有抗氫致開裂性（hydrogen induced cracking resistance)(以下稱為抗 HIC 性），并具有 API (American Petroleum Institute)標準X52以上的強度，適合作為用于輸送原油或天然氣之類的能源資源的管線 鋼管用電縫鋼管原材料使用。
【背景技術】
[0002] 以往，從輸送效率的觀點考慮，管線鋼管主要使用能夠制造大直徑且厚壁的鋼管 的UOE鋼管，最近，代替UOE鋼管，以生產率高且更廉價的卷形狀的熱軋鋼板（熱軋鋼帶） 為材料的高強度電縫鋼管（high strength electric resistance welded steel pipe)逐 漸普及。除成本方面以外，電縫鋼管還有如下優點，即，壁厚偏差和圓度與UOE鋼管相比優 異。另一方面，電縫鋼管的造管方法（pipe production method)的特征在于，是冷乳成型 (cold roll forming)，在制造鋼管時賦予的塑性應變（plastic strain)與UOE鋼管相比 格外大。
[0003] 近年的原油以及天然氣開發隨著能源需要的增加和采掘技術的進步，油田和氣 田逐漸極地化、高深度化。對于這樣的場所中使用的管線鋼管，除了要求強度、韌性和焊 接性，還要求抗HIC性、抗硫化物應力腐蝕開裂（sulfate stress corrosion cracking resistance) (SSC)之類的所謂耐酸特性（sour resistance)。對于鋪設后不負載應力的管 線鋼管而言，抗HIC性尤其重要。
[0004] HIC是由腐蝕反應生成的氫離子在鋼表面成為氫原子而侵入鋼中，在MnS等夾雜 物、NbC等粗大的碳化物或硬質第二相（second hard phase)的周圍集聚從而產生內壓，最 終使鋼材產生裂紋的現象。另外，對鋼材賦予塑性應變時，在上述夾雜物、碳化物以及硬質 第二相周邊導入大量的位錯（dislocation)，從而使氫原子更容易集聚，因此助長了 HIC。
[0005] 為了解決上述HIC的問題，一直以來提出了各種解決對策。
[0006] 專利文獻1中，公開了一種通過使分別與s、0(氧）及N結合而形成夾雜物的元素 的含量的總計為〇. 01%以下，或者將夾雜物的最大直徑控制在5 ym以下，將成為HIC的起 點的夾雜物無害化，再將中心偏析部（center segregation part)的硬度設為Hv330以下， 從而提高耐HIC的方法。
[0007] 專利文獻2中，公開了一種通過減小成為HIC的起點的TiN的大小，從而減小HIC 面積率（area ratio of HIC)的方法。具體而言，通過調整Al和Ca的添加量，并使CaO/ Al2O3的重量比為1. 2~1. 5,從而將鋼水中的Al-Ca系硫化物微細化，并使以該硫化物為核 生成的Al-Ti-Ca系復合夾雜物為30 μ m以下。
[0008] 另外，專利文獻3中公開了一種通過使從板厚方向的中央部朝向板厚方向位于板 厚的5%的距離的區域中的Nb濃度為0. 060%以下，并將Ti濃度抑制在0. 025%以下，從而 不易生成成為HIC起點的Nb和Ti的碳氮化物的方法。
[0009] 專利文獻4中公開了一種通過減少鋼中添加的Mn量并減少中心偏析，從而提高抗 HIC性，有效地使用中心偏析較難的Cr和Mo,由此制造抗HIC性優異的高強度管線鋼管的 方法。
[0010] 現有技術文獻
[0011] 專利文獻
[0012] 專利文獻1 :日本特開2006-63351號公報
[0013] 專利文獻2 :日本專利第4363403號公報（國際公開W02005/075694號公報）
[0014] 專利文獻3 :日本特開2011-63840號公報
[0015] 專利文獻4 :日本專利第2647302號公報（日本特開平5-271766號公報）
【發明內容】
[0016] 然而，在專利文獻1中記載的技術中，中心偏析部的硬度仍然很高，即使能夠將成 為起點的夾雜物無害化，也有對成型時賦予大的塑性的電縫管無法保證充分的抗HIC性的 問題。
[0017] 另外，在專利文獻2和專利文獻3中記載的技術中，并沒有對控制中心偏析部的硬 度采取具體的對策，存在即使能夠將成為起點的夾雜物無害化，對于電縫管而言也仍然產 生大的HIC的問題。
[0018] 并且，在專利文獻4中記載的技術中，通過過量添加 Cr和Mo，從而助長馬氏體等硬 質第二相的生成，中心偏析部的硬度增高，所以對于在成型時賦予了大的塑性的電縫管而 言，存在必須進一步降低中心偏析部的硬度的問題。
[0019] 本發明是鑒于上述課題而進行的，其目的在于提供一種抗HIC性優異的高強度管 線鋼管用電縫鋼管，可適用于電縫管管線鋼管，受到例如10%的塑性應變后的HIC的裂紋 長度比值（以下稱為CLR) = 15%以下。
[0020] 這里抗HIC性優異是指，在NACE溶液（NACE TM-0284溶液A :5 % NaCl+0. 5 % CH3OOH, 1個大氣壓飽和H2S，pH = 3. 0~4. 0)中浸漬96hr后的裂紋長度比值（CLR)為15% 以下。
[0021] 本發明是基于如下見解發明的，即，為了降低中心偏析部的硬度并且得到所希望 的強度，對于中心偏析部的硬度和鋼組成、組織構成與HIC成績以及制造條件的關系進行 大量實驗而得到的見解。
[0022] 首先，調查產品的HIC成績與中心偏析部的硬度的關系。其結果，可知若使中心偏 析部的維氏硬度為HV230以下，則能夠實現裂紋長度比值（CLR)彡15%。這本身，即為了提 高抗HIC性而控制中心偏析部的硬度像專利文獻1中記載的那樣，是一直以來眾所周知的。
[0023] 然而，進一步進行產品的數據收集，結果可知即使將中心偏析部的最高硬度抑制 在Hv230以下時，也有CLR > 15%的情況，從材質均質性的觀點考慮調查該原因。圖1中示 出中心偏析部與非偏析部的硬度比（中心偏析部的維氏硬度/非偏析部的維氏硬度）與裂 紋長度比值（CLR)的關系。由此可判明若硬度比為1. 20以下則CLR為15%以下。
[0024] 認為這是由于板厚方向的硬度分布不均勻時，若受到大的塑性應變，則在中心偏 析的硬度高的位置與硬度不高的位置之間應變集中，那里就成為氫原子的陷阱點（trap site)〇
[0025] 接著，對用于實現中心偏析部與非偏析部的硬度比小于I. 20的鋼的組成進行研 宄，計算在碳當量公式（CEQ = C+Mn/6+(Cr+M〇+V)/5+(Cu+Ni)/15)中編入由獨自的計算機 模擬（computation simulation)計算的各成分的連鑄鋼還中的偏析系數（segregation coefficient)而得的 SP 值（=Mn+Mo+11. 3C+0. 29X (Cu+Ni)+0. 60Cr+0. 88V)。圖 2 中示 出中心偏析部與非偏析部的硬度比與SP值的關系。其結果，可判明為了使中心偏析部與非 偏析部的硬度比小于1. 20,需要使SP值為1. 90以下。
[0026] 本發明基于上述見解進一步研宄而成，本發明的主旨如下。
[0027] [1] 一種抗HIC性優異的高強度管線鋼管用熱軋鋼板，其特征在于，成分組成以質 量％計，含有 C :0· 02 ~0· 06%、Si :0· 05 ~0· 25%、Mn :0· 60 ~I. 10%、P :0· 008% 以下、 S :0· 0010% 以下、Nb :0· 010 ~0· 060%、Ti :0· 001 ~0· 020%、M〇 :0· 05% 以下、Cr :0· 05 ~ 0· 50%、A1 :0· 01 ~0· 08%、Ca :0· 0005 ~0· 0050%、0 :0· 005% 以下，進一步含有選自 Cu : 0. 50%以下、Ni :0. 50%以下、V :0. 10%以下中的1種以上，剩余部分由Fe和不可避免的雜 質構成，滿足下述式（1)，金屬組織為貝氏體鐵素體，中心偏析部的硬度與非偏析部的硬度 之比小于1. 20。
[0028] SP ^ 1. 90 ......(1)
[0029] 其中，SP 由 SP = Mn+Mo+11. 3 X C+0. 29 X (Cu+Ni) +0· 60 X Cr+0. 88 X V 求出，式中 的元素符號表示各元素的質量％。
[0030] [2]根據上述[1]中記載的抗HIC性優異的高強度管線鋼管用熱軋鋼板，其特征在 于，除上述成分組成以外，還滿足下述式（2)。
[0031] I. 2 ^ EC ^ 4. 0 ......(2)
[0032] 這里，EC 表示為 EC = [Ca] eff7 (L 25 X S)，[Ca] eff 由 Ca- (0· 18+130 X Ca) X 0 求 出。應予說明，式中的元素符號Ca、S、0表示各元素的質量％。
[0033] [3]根據上述[1]或[2]中記載的抗HIC性優異的高強度管線鋼管用熱軋鋼板，其 特征在于，除了上述成分組成以外，中心偏析部的硬度與非偏析部的硬度之比小于1. 20。
[0034] [4] 一種抗HIC性優異的高強度管線鋼管用熱軋鋼板的制造方法，其特征在于，將 具有上述[1]或[2]中記載的成分組成的鋼坯加熱至1100°C~1300°C的溫度，進行粗軋， 接著以930°C以下的累積壓下率（cumulative rolling reduction ratio)為20%以上的方 式進行精乳，之后，在板厚中心以5~100°C /s的平均冷卻速度進行加速冷卻（accelerated cooling)直至380~