厚壁鋼管用鋼板、其制造方法以及厚壁高強度鋼管的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及厚壁鋼管用鋼板，其制造方法以及厚壁高強度鋼管。本發明的厚壁高 強度鋼管優選用于TS為500MPa以上的海洋結構物、管道。此外，在本發明的厚壁鋼管用鋼 板中，尤其板厚為25_以上的厚壁鋼管用鋼板的連結鋼管時成為多焊道焊接的環縫焊接 的熱影響部的CTOD特性優異。
【背景技術】
[0002] 用于海洋結構物、管道的鋼管在結構物形成過程中為了使鋼管彼此接合而進行環 縫焊接。環縫焊接是指管圓周方向的焊接，環縫焊接是在上述結構物形成過程中不可欠缺 的工序。因此，從結構物的安全性的觀點出發，上述鋼管除母材自身的韌性優異以外，也要 求環縫焊接部的韌性優異。
[0003] 上述環縫焊接通常為小~中熱輸入的多焊道焊接（有時也稱為多層焊接）。多焊 道焊接的情況下，熱影響部將由受到多樣的熱經歷的區域構成。
[0004] 在多層焊接的最初的焊接熱循環生成的焊點部，即，在焊接金屬與熱影響部的邊 界部附近的粗粒區域，通過以下的焊接熱循環，在鐵素體-奧氏體二相域（以下有時簡稱為 二相域）再加熱的區域（有時稱為二相域再加熱粗粒區域），生成島狀馬氏體（有時稱為 MA(Martensite Austenite constituent的簡稱））。若生成島狀馬氏體，則韌性顯著下降。 該二相域再加熱粗粒區域是在多層焊接的熱影響部中韌性最低的區域。
[0005] 作為防止在二相域再加熱粗粒區域韌性下降的對策，提出了通過降低C含量、降 低Si含量來抑制MA的生成，并且通過進一步添加Cu來提高母材強度的技術（例如，專利 文獻1)。
[0006] 此外，焊點部暴露于略低于熔融點的高溫，因此在焊點部奧氏體粒最粗大化。此 外，因接下來的冷卻，焊點部容易相變為上部貝氏體組織，韌性劣化。
[0007] 作為提高焊點部的韌性的方法，已經實用化的有使TiN微細分散在鋼中而抑制奧 氏體的粗大化或作為鐵素體相變的核使用的技術。
[0008] 專利文獻2中出示了通過利用結晶出來的CaS而使鐵素體相變生成核微細分散， 使熱影響部高韌性化的技術。此外，專利文獻2中提到了專利文獻2中記載的上述技術與 將使Ti的氧化物分散的技術（例如，專利文獻3)、使BN的鐵素體核生成能力與氧化物的分 散組合的技術。而且，專利文獻2中也示出了通過添加Ca、REM來控制硫化物的形態而得到 尚初性的技術。
[0009] 作為鋼的韌性的評價基準，以往一直主要使用利用夏比試驗的吸收能。為了進一 步增加可靠性，作為鋼的韌性評價，有時要求進行CTOD試驗（裂紋張開位移（Crack Tip Opening Displacement)試驗的簡記）。CTOD試驗中，對在評價部設置了疲勞裂紋的試驗片 進行3點彎曲試驗而測定即將破壞之前的裂紋底的開口量（塑性變形量），評價脆性破壞的 發生阻力。
[0010] CTOD特性表示裂紋底的微小的區域的韌性。為了滿足對通過環縫焊接形成的焊點 部的CTOD特性的嚴格要求，需要提高作為熱影響部的韌性下降區域的二相域再加熱粗粒 區域的韌性。
[0011] 現有技術文獻
[0012] 專利文獻
[0013] 專利文獻1:日本特開平05-186823號公報
[0014] 專利文獻2:日本特開2004-263248號公報
[0015] 專利文獻3:日本特公平05-77740號公報
【發明內容】
[0016] 然而，近年來使用的鋼管隨著使用環境、結構物的大型化等，存在高強度厚壁化、 合金元素的添加量增大的趨勢。因此，作為用于確保熱影響部的韌性的技術的專利文獻1 中記載的技術已變得難以應用。
[0017] 此外，合金元素中，Ni是使母材強度上升，使熱影響部（本說明書中，熱影響部是 指焊接部的熱影響部。）的韌性提高的元素。從該觀點出發，厚壁鋼管用鋼板優選含有Ni。 但是，Ni是昂貴的合金元素，因此Ni含量的增加導致制造成本的增加。大量地制造的鋼管 用原板中難以使其含有大量的Ni。
[0018] 本發明的目的是解決這樣的以往技術問題，提供多焊道焊接部的熱影響部（HAZ) 的CTOD特性優異的厚壁鋼管用鋼板、該厚壁鋼管用鋼板的制造方法以及使用該厚壁鋼管 用鋼板制造而成的厚壁高強度鋼管。
[0019] 另外，本發明的"CT0D特性優異"是指以多焊道焊接部的熱影響部為對象的、以API Recommended Practice 2Z (以下簡記為API RP 2Z)為基準的、缺口位置（疲勞裂紋的位 置）為二相域再加熱粗粒區域的CTOD試驗的結果中，所得的-KTC中的CTOD值為0. 30mm 以上的情況。這是在板厚76mm以下、標準下限的屈服應力為420MPa的鋼材中以API RP 2Z 定義而得到的值。
[0020] 本發明的發明人等為了抑制在熱影響部的MA的生成而使CTOD值提高，對成分組 成與CTOD值的關系進行研究，得到以下發現。
[0021] 1.焊接裂紋敏感性組成：Pcm是評價焊接時的低溫裂紋的指數，一般已知低Pcm的 材料的熱影響部的韌性優異。但是，CTOD試驗的情況下，有時低Pcm材也顯示低的CTOD值。 Mo含量對熱影響部的韌性的影響大。
[0022] 2?變更 Pcm 中的 Mo 的系數的新的式 Pcm * (% ) ( = C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+N i/60+M〇/2+V/10,式中，各合金元素表示含量（質量％)。不含的合金元素設為0)，可以調 整多焊道焊接的熱影響部的CTOD值。
[0023] 本發明是以上述發現為基礎進一步進行研究而完成的，具體如下。
[0024] 1. -種環縫焊接的熱影響部的CTOD特性優異的厚壁鋼管用鋼板，其特征在于，以 質量％計，C :0? 030 ~0? 10%、Si :0? 05 ~0? 50%、Mn :1. 00 ~2. 00%、P :0? 015% 以下、S : 0? 005% 以下、Mo :0? 20% 以下（包含 0% )、Nb :0? 01 ~0? 05%、Pcm * (% ) ( = C+Si/30+ (Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/2+V/10 :式中，各合金元素表示含量（質量％ )，不含的合金元素 設為0。）<0.20,其余部分由Fe和不可避免的雜質構成，母材的貝氏體分率為50%以上 且二相域再加熱粗粒區域的島狀馬氏體（MA)分率為5.0%以下。
[0025] 2.如1所述的環縫焊接的熱影響部的CTOD特性優異的厚壁鋼管用鋼板，其特征 在于，在所述成分組成的基礎上還含有：A1 :0. 005~0. 1%、Cu :1. 00%以下、Ni :1. 00%以 下、Cr:0. 50%以下、V:0. 05%以下中的1種或2種以上。
[0026] 3. -種環縫焊接的熱影響部的CTOD特性優異的厚壁鋼管用鋼板的制造方法，其 特征在于，將1或2所述的成分組成的鋼通過連續鑄造法制成鋼坯，其后，再加熱至1050~ 1200°C的溫度后，進行熱乳，熱乳結束后進行加速冷卻至550~250°C。
[0027] 4. -種環縫焊接的熱影響部的CTOD特性優異的厚壁高強度鋼管，將1或2所述的 厚壁鋼管用鋼板通過冷成型制成圓形后，將對接面進行內外面1層的縫焊而制成鋼管。
[0028] 5.如4所述的環縫焊接的熱影響部的CTOD特性優異的厚壁高強度鋼管，其特征在 于，環縫焊接是每道次的熱輸入量為5~70kJ/cm的多層焊接。
[0029] 將本發明的厚壁鋼管用鋼板通過成為小~中熱輸入的多焊道焊接的環縫焊接等 進行焊接時，熱影響部具有優異的CTOD特性。因此，本發明的厚壁鋼管用鋼板適合作為 要求熱影響部的高韌性的海洋結構物、管道等的在惡劣環境下使用的厚壁高強度鋼管的原 板。如此，本發明在產業上極其有用。
【附圖說明】
[0030] 圖1是表示Pcm*與CTOD值的關系的圖。
【具體實施方式】
[0031] 本發明規定成分組成和微觀組織。
[0032][成分組成]
[0033] 說明中％為質量％。
[0034] C :0? 030 ~0? 10