JP2019127620A - High-strength seamless steel pipe and bracing pipe of jack up rig - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
本発明は、高強度継目無鋼管及びそれを用いたジャッキアップリグのブレーシングパイプに関する。 The present invention relates to a high strength seamless steel pipe and a bracing pipe of a jack-up rig using the same.
近年、陸上や浅海に位置する油田の石油・天然ガス資源は枯渇しつつあり、海底油田の開発が活発になっている。海底油田の開発に使用されるプラットフォーム、ジャッキアップリグ等は大型化しており、高強度の材料が求められる。また、これらの材料は主に溶接によって組み立てられるため、優れた溶接性が要求される。さらに、寒冷地で使用されるため、−４０℃といった低温域での靱性が要求される。 In recent years, oil and natural gas resources of oil fields located on land and in shallow water are being depleted, and development of submarine oil fields is becoming active. The platforms, jack-up rigs, etc. used to develop submarine oil fields are becoming larger and high strength materials are required. Moreover, since these materials are mainly assembled by welding, excellent weldability is required. Furthermore, for use in cold regions, toughness in a low temperature range such as -40 ° C is required.
特開２０１７−１９３７６０号公報には、ＨＡＺ低温靱性を安定して得られる高張力鋼及びそれを用いた海洋構造物が記載されている。同公報には、降伏強度が４８０〜５９９ＭＰａである鋼板が記載されている。 JP-A-2017-193760 describes a high-tensile steel which can stably obtain HAZ low temperature toughness and a marine structure using the same. The same publication describes a steel plate having a yield strength of 480 to 599 MPa.
特許第５１２６７９０号公報には、耐疲労き裂進展特性に優れた鋼材及びその製造方法が記載されている。同公報には、降伏強度が４３３〜６５７ＭＰａであり、０℃におけるシャルピー衝撃試験によって得られる吸収エネルギーが１８６〜２９８Ｊである鋼板が記載されている。 Japanese Patent No. 5126790 describes a steel material excellent in fatigue crack growth resistance and a method of manufacturing the same. The same publication describes a steel plate having a yield strength of 433-657 MPa and an absorbed energy of 186-298 J obtained by a Charpy impact test at 0 ° C.
ジャッキアップリグのブレーシングパイプ（筋交い鋼管）は従来、アメリカ石油協会（ＡＰＩ）規格Ｘ６０グレード（降伏強度４１５ＭＰａ以上）や同Ｘ８０グレード（降伏強度５５５ＭＰａ以上）の鋼管が用いられてきた。しかし近年、海底油田の探索地域はさらに大水深域へと移っており、海洋構造物の大型化を避けて軽量化を図るため、さらなる高強度の構造管が求められている。また、北極海等の極地での使用を視野に、−６０℃といった従来よりもさらに厳しい環境での安定した靱性が求められるようになっている。 The jackup rig bracing pipe (barbed steel pipe) has conventionally been used as an American Petroleum Institute (API) standard X60 grade (yield strength 415 MPa or more) or X80 grade (yield strength 555 MPa or more) steel pipe. However, in recent years, the search area of the submarine oil field has been moved further to the deepwater area, and in order to reduce the weight by avoiding the enlargement of the ocean structure, structural tubes with higher strength are required. In addition, in view of use in polar regions such as the Arctic Ocean, stable toughness in a more severe environment such as −60 ° C. has been required.
本発明の目的は、低温靱性に優れた高強度継目無鋼管及びジャッキアップリグのブレーシングパイプを提供することである。 An object of the present invention is to provide a high strength seamless steel pipe excellent in low temperature toughness and a bracing pipe of a jack up rig.
本発明の一実施形態による高強度継目無鋼管は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．１８％、Ｓｉ：０．０３〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００２５％以下、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：０．１０〜０．６０％、Ｎｉ：０．２〜１．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ｔｉ：０．００４〜０．０２０％、Ｖ：０．０２〜０．４０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ａｌ：０．０４５％以下、Ｎ：０．００８％以下、Ｃａ：０．０００４〜０．００４０％、Ｎｂ：０〜０．０５％、残部：Ｆｅ及び不純物であり、前記化学組成が下記の式（１）を満たし、６２５ＭＰａ以上の降伏強度と、６９５ＭＰａ以上の引張強度とを有し、−４０℃におけるシャルピー衝撃試験によって得られる吸収エネルギーが１３５Ｊ以上であり、旧オーステナイト粒の大きさが、ＡＳＴＭ Ｅ１１２−１３に準拠した結晶粒度番号で７．０以上である組織を有し、粒径が５μｍ以上の炭窒化物系介在物、硫化物系介在物、及び酸化物系介在物の合計が、１００個／ｃｍ２以下である。
Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．２８ 式（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。
The high strength seamless steel pipe according to one embodiment of the present invention has a chemical composition of, in mass%, C: 0.10 to 0.18%, Si: 0.03 to 1.0%, Mn: 0.5 to 0.5 2.0%, P: 0.020% or less, S: 0.0025% or less, Cu: 0.1 to 1.0%, Cr: 0.10 to 0.60%, Ni: 0.2 to 1 .0%, Mo: 0.10 to 0.40%, Ti: 0.004 to 0.020%, V: 0.02 to 0.40%, B: 0.0005 to 0.005%, Al: 0.045% or less, N: 0.008% or less, Ca: 0.0004 to 0.0040%, Nb: 0 to 0.05%, balance: Fe and impurities, and the chemical composition has the following formula ( 1), having a yield strength of 625 MPa or more and a tensile strength of 695 MPa or more, and obtained by a Charpy impact test at −40 ° C. Carbonitride inclusions having a structure in which the absorbed energy is 135 J or more, the size of the prior austenite grains is 7.0 or more in terms of the crystal grain size number according to ASTM E112-13, and the grain size is 5 μm or more The total of sulfide inclusions and oxide inclusions is 100 pieces / cm 2 or less.
C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) /20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B≦0.28 Formula (1)
In the element symbol of the formula (1), the content of the corresponding element is substituted by mass%.
本発明によれば、低温靱性に優れた高強度継目無鋼管及びジャッキアップリグのブレーシングパイプが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a high strength seamless steel pipe excellent in low temperature toughness and a bracing pipe of a jack up rig.
本発明者らは、継目無鋼管の溶接性を維持しつつ、強度及び低温靱性をさらに向上させるための手段を検討した。その結果、以下の知見を得た。 The present inventors examined means for further improving the strength and low temperature toughness while maintaining the weldability of the seamless steel pipe. As a result, the following findings were obtained.
強度を向上させるための手段として、焼戻し温度を低くする、又は保持時間を短くすることが考えられる。しかし、焼戻し温度を低くする、又は保持時間を短くすると、靱性が低下する。そのため、焼戻し条件の調整だけでは、高強度と高靱性とを両立することは困難である。 As means for improving the strength, it is conceivable to lower the tempering temperature or shorten the holding time. However, if the tempering temperature is lowered or the holding time is shortened, the toughness is lowered. Therefore, it is difficult to simultaneously achieve high strength and high toughness only by adjusting the tempering conditions.
強度を向上させるための他の手段として、継目無鋼管の炭素当量を大きくして、焼入れ性を高めることが考えられる。一方、炭素当量を大きくすると、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の硬さが高くなり、溶接性が低下する。例えば前掲した特許第５１２６７９０号公報には、ＪＩＳ規格の炭素当量Ｃｅｑ（ＪＩＳ）＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋１０Ｂが０．３５を超えると、溶接施工が困難になると記載されている。 As another means for improving the strength, it is conceivable to increase the hardenability by increasing the carbon equivalent of the seamless steel pipe. On the other hand, when the carbon equivalent is increased, the hardness of the heat-affected zone (HAZ) increases and the weldability decreases. For example, Japanese Patent No. 5126790 mentioned above states that when the carbon equivalent Ceq (JIS) = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + 10B of JIS standard exceeds 0.35, welding construction becomes difficult .
本発明者らは、国際溶接学会（ＩＩＷ）の炭素当量Ｃｑｅ（ＩＩＷ）＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５が０．４０以上であっても、以下の式で定義されるＰＣＭが０．２８以下であれば、実用上必要な溶接性が得られることを見出した。具体的には、ＰＣＭが０．２８以下であれば、予熱することなく溶接が可能である。
ＰＣＭ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ
上式の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。
The present inventors are defined by the following formula even if the carbon equivalent Cqe (IIW) = C + Mn / 6 + (Cu + Ni) / 15 + (Cr + Mo + V) / 5 of the International Society for Welding (IIW) is 0.40 or more It has been found that if PCM is 0.28 or less, weldability necessary for practical use can be obtained. Specifically, if PCM is 0.28 or less, welding is possible without preheating.
PCM = C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) / 20 + Ni / 60 + Mo / 15 + V / 10 + 5 × B
The content of the corresponding element is substituted in mass% for the element symbol of the above formula.
ボロン（Ｂ）は、溶接性を顕著に悪化させるため、溶接を必要とする構造用鋼管には積極的に含有させる元素ではないと考えられている。しかし、ＰＣＭ≦０．２８を満足する範囲でＢを適量含有させることで、鋼管の焼入れ性を飛躍的に向上させることができる。また、焼入れ性を向上させる元素であり、かつ、ＰＣＭへの影響が比較的小さいＣｕ及びＮｉを所定量含有させることが有効である。 Boron (B) is considered not to be an element positively contained in a structural steel pipe requiring welding because it significantly deteriorates weldability. However, the hardenability of the steel pipe can be dramatically improved by incorporating an appropriate amount of B within the range satisfying PCM ≦ 0.28. Further, it is effective to contain Cu and Ni in a predetermined amount, which is an element improving the hardenability and which has relatively little influence on the PCM.
低温靱性を向上させるためには、さらに、鋼中の介在物の量を低減する必要がある。具体的には、粒径が５μｍ以上の炭窒化物系介在物、硫化物系介在物、及び酸化物系介在物の合計を１００個／ｃｍ２以下にする必要がある。そのためには、介在物が生じにくいプロセスを採用するとともに、鋼の化学組成、特にＳ、Ｔｉ、Ｃａ、及びＡｌの含有量を厳密に管理する必要がある。また、旧オーステナイト粒の大きさをＡＳＴＭ Ｅ１１２−１３に準拠した結晶粒度番号で７．０以上にする必要がある。 In order to improve the low temperature toughness, it is necessary to further reduce the amount of inclusions in the steel. Specifically, the particle size is 5μm or more carbonitride inclusions, sulfide inclusions, and the total oxide inclusions it is necessary to 100 / cm 2 or less. For this purpose, it is necessary to employ a process in which inclusions do not easily occur and to strictly control the chemical composition of steel, particularly the contents of S, Ti, Ca, and Al. Further, the size of the prior austenite grains needs to be 7.0 or more in terms of the crystal grain size number based on ASTM E112-13.
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高強度継目無鋼管を詳述する。 Based on the above findings, the present invention has been completed. Hereinafter, a high strength seamless steel pipe according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
［化学組成］
本実施形態による高強度継目無鋼管は、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。
[Chemical composition]
The high strength seamless steel pipe according to the present embodiment has the chemical composition described below. In the following description, “%” of the content of the element means mass%.
Ｃ：０．１０〜０．１８％
炭素（Ｃ）は、鋼の焼入れ性を高める。Ｃ含有量が０．１０％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０．１８％を超えると、鋼の溶接性、特にＨＡＺが硬化し耐低温割れ性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．１０〜０．１８％である。Ｃ含有量の下限は、好ましくは０．１１％である。Ｃ含有量の上限は、好ましくは０．１５％である。
C: 0.10 to 0.18%
Carbon (C) enhances the hardenability of the steel. If the C content is less than 0.10%, the above effect can not be sufficiently obtained. On the other hand, if the C content exceeds 0.18%, the weldability of the steel, in particular, HAZ hardens and the low temperature cracking resistance decreases. Therefore, the C content is 0.10 to 0.18%. The lower limit of the C content is preferably 0.11%. The upper limit of the C content is preferably 0.15%.
Ｓｉ：０．０３〜１．０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が０．０３％以上であれば、上記効果が顕著に得られる。一方、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０．０３〜１．０％である。Ｓｉ含有量の下限は、好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｓｉ含有量の上限は、好ましくは０．８％であり、さらに好ましくは０．５％である。
Si: 0.03-1.0%
Silicon (Si) deoxidizes steel. If the Si content is 0.03% or more, the above effects can be obtained remarkably. On the other hand, when the Si content exceeds 1.0%, the toughness of the steel decreases. Therefore, the Si content is 0.03 to 1.0%. The lower limit of the Si content is preferably 0.05%, and more preferably 0.10%. The upper limit of the Si content is preferably 0.8%, and more preferably 0.5%.
Ｍｎ：０．５〜２．０％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の焼入れ性を高める。Ｍｎ含有量が０．５％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２．０％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０．５〜２．０％である。Ｍｎ含有量の下限は、好ましくは０．６％である。Ｍｎ含有量の上限は、好ましくは１．５％であり、さらに好ましくは１．０％である。
Mn: 0.5 to 2.0%
Manganese (Mn) increases the hardenability of the steel. If the Mn content is less than 0.5%, the above effect can not be sufficiently obtained. On the other hand, if the Mn content exceeds 2.0%, Mn is segregated in the steel and the toughness of the steel is lowered. Therefore, the Mn content is 0.5 to 2.0%. The lower limit of the Mn content is preferably 0.6%. The upper limit of the Mn content is preferably 1.5%, more preferably 1.0%.
Ｐ：０．０２０％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０．０２０％以下である。Ｐ含有量は、好ましくは０．０１５％以下である。
P: 0.020% or less Phosphorus (P) is an impurity. P decreases the toughness of the steel. Therefore, it is preferable that the P content be as low as possible. Therefore, the P content is 0.020% or less. The P content is preferably 0.015% or less.
Ｓ：０．００２５％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは、硫化物系介在物を形成し、鋼の靱性を低下させる。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０．００２５％以下である。Ｓ含有量は、好ましくは０．００２０％以下であり、さらに好ましくは０．００１８％以下である。
S: 0.0025% or less Sulfur (S) is an impurity. S forms sulfide-based inclusions and reduces the toughness of the steel. Therefore, it is preferable that the S content be as low as possible. Therefore, the S content is 0.0025% or less. The S content is preferably 0.0020% or less, more preferably 0.0018% or less.
Ｃｕ：０．１〜１．０％
銅（Ｃｕ）は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Ｃｕ含有量が０．１％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｃｕ含有量が１．０％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０．１〜１．０％である。Ｃｕ含有量の下限は、好ましくは０．１２％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｃｕ含有量の上限は、好ましくは０．５％であり、さらに好ましくは０．３％であり、さらに好ましくは０．２５％である。
Cu: 0.1 to 1.0%
Copper (Cu) enhances the hardenability of the steel and enhances the strength of the steel. If the Cu content is less than 0.1%, this effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the Cu content is higher than 1.0%, the weldability of the steel is reduced. If the Cu content is too high, the grain boundary strength of the steel at a high temperature is further lowered, and the hot workability of the steel is lowered. Therefore, the Cu content is 0.1 to 1.0%. The lower limit of the Cu content is preferably 0.12%, more preferably 0.15%. The upper limit of the Cu content is preferably 0.5%, more preferably 0.3%, and further preferably 0.25%.
Ｃｒ：０．１０〜０．６０％
クロム（Ｃｒ）は鋼の焼入れ性を高める。Ｃｒはさらに、鋼の焼戻し軟化抵抗を高める。Ｃｒ含有量が０．１０％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が０．６０％を超えると、溶接性及びＨＡＺ靱性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は０．１０〜０．６０％である。Ｃｒ含有量の下限は、好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．３０％である。Ｃｒ含有量の上限は、好ましくは０．５５％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
Cr: 0.10 to 0.60%
Chromium (Cr) enhances the hardenability of the steel. Cr further increases the temper softening resistance of the steel. If the Cr content is less than 0.10%, the above effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when the Cr content exceeds 0.60%, weldability and HAZ toughness are lowered. Therefore, the Cr content is 0.10 to 0.60%. The lower limit of the Cr content is preferably 0.20%, more preferably 0.25%, and further preferably 0.30%. The upper limit of the Cr content is preferably 0.55%, more preferably 0.50%.
Ｎｉ：０．２〜１．０％
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Ｎｉはまた、焼入れ性を高める元素であるにもかかわらず、溶接性への悪影響が小さい。Ｎｉはさらに、鋼の靱性も向上する。Ｎｉが０．２％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｎｉ含有量を１．０％よりも高くしても、効果が飽和する。したがって、Ｎｉ含有量は０．２〜１．０％である。Ｎｉ含有量の下限は、好ましくは０．３％であり、さらに好ましくは０．４％であり、さらに好ましくは０．６％である。Ｎｉ含有量の上限は、好ましくは０．９％であり、さらに好ましくは０．８％である。
Ni: 0.2-1.0%
Nickel (Ni) improves the hardenability of the steel and enhances the strength of the steel. Ni is also an element that enhances hardenability, but has little adverse effect on weldability. Ni further improves the toughness of the steel. If Ni is less than 0.2%, these effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, even if the Ni content is higher than 1.0%, the effect is saturated. Therefore, the Ni content is 0.2 to 1.0%. The lower limit of the Ni content is preferably 0.3%, more preferably 0.4%, and further preferably 0.6%. The upper limit of the Ni content is preferably 0.9%, and more preferably 0.8%.
Ｍｏ：０．１０〜０．４０％
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼の焼入れ性を高める。Ｍｏはさらに、鋼中のＣ、Ｖと結合して鋼の強度を高める。Ｍｏ含有量が０．１０％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が０．４０％を超えると、鋼の溶接性及びＨＡＺ靱性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０．１０〜０．４０％である。Ｍｏ含有量の下限は、好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。Ｍｏ含有量の上限は、好ましくは０．３８％である。
Mo: 0.10 to 0.40%
Molybdenum (Mo) increases the hardenability of the steel. Mo further combines with C and V in the steel to increase the strength of the steel. If the Mo content is less than 0.10%, the above effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the Mo content exceeds 0.40%, the weldability and the HAZ toughness of the steel decrease. Therefore, the Mo content is 0.10 to 0.40%. The lower limit of the Mo content is preferably 0.20%, more preferably 0.25%. The upper limit of the Mo content is preferably 0.38%.
Ｔｉ：０．００４〜０．０２０％
チタン（Ｔｉ）は、鋼中のＮと結合しＴｉＮを形成し、ＨＡＺの粗粒化を抑制して、ＨＡＺ靱性を向上させる。Ｔｉ含有量が０．００４％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｔｉ含有量が０．０２０％よりも高ければ、介在物が増加してＴｉＮが粗大化したり、粗大なＴｉＣが生成し低温靱性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．００４〜０．０２０％である。Ｔｉ含有量の下限は、好ましくは０．０１０％である。
Ti: 0.004 to 0.020%
Titanium (Ti) combines with N in the steel to form TiN, suppresses coarsening of HAZ, and improves HAZ toughness. When the Ti content is less than 0.004%, the above effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the Ti content is higher than 0.020%, inclusions are increased, TiN is coarsened, coarse TiC is formed, and low temperature toughness is lowered. Therefore, the Ti content is 0.004 to 0.020%. The lower limit of the Ti content is preferably 0.010%.
Ｖ：０．０２〜０．４０％
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０．４０％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０．０２〜０．４０％である。Ｖ含有量の下限は、好ましくは０．０３％である。Ｖ含有量の上限は、好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
V: 0.02 to 0.40%
Vanadium (V) combines with C in the steel to form a V carbide and increases the strength of the steel. If the V content is less than 0.02%, the above effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the V content is higher than 0.40%, the carbides become coarse and the toughness of the steel decreases. Therefore, the V content is 0.02 to 0.40%. The lower limit of the V content is preferably 0.03%. The upper limit of the V content is preferably 0.30%, more preferably 0.20%, and even more preferably 0.10%.
Ｂ：０．０００５〜０．００５％
ボロン（Ｂ）は、微量の含有で焼入れ性を飛躍的に向上させる。Ｂを含有することによって、所定の高強度と優れた低温靱性とを同時に満たすことができる。Ｂ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、Ｂを過度に含有すると溶接性が急激に低下する。したがって、Ｂ含有量は０．０００５〜０．００５％である。Ｂ含有量の下限は、好ましくは０．０００８％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｂ含有量の上限は、好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１５％である。
B: 0.0005 to 0.005%
Boron (B) dramatically improves the hardenability with a slight content. By containing B, predetermined high strength and excellent low temperature toughness can be satisfied at the same time. If the B content is less than 0.0005%, the above effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when B is contained excessively, weldability will fall rapidly. Therefore, the B content is 0.0005 to 0.005%. The lower limit of the B content is preferably 0.0008%, and more preferably 0.0010%. The upper limit of the B content is preferably 0.0030%, more preferably 0.0020%, and further preferably 0.0015%.
Ａｌ：０．０４５％以下
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。一方、Ａｌ含有量が０．０４５％を超えると、介在物が増加し、低温靱性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０４５％以下である。Ａｌ含有量の下限は、好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１０％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。
Al: 0.045% or less Aluminum (Al) deoxidizes steel. On the other hand, when the Al content exceeds 0.045%, inclusions increase and low temperature toughness decreases. Therefore, the Al content is 0.045% or less. The lower limit of the Al content is preferably 0.001%, more preferably 0.010%. The Al content in this specification means the content of acid-soluble Al (so-called Sol-Al).
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含有量の下限は、好ましくは０．００１％であり、より好ましくは０．００２％である。Ｎ含有量の上限は、好ましくは０．００６％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
N: 0.008% or less Nitrogen (N) combines with Al to form fine Al nitride and enhances the toughness of the steel. If N is contained even a little, the above effect can be obtained. On the other hand, if the N content is higher than 0.008%, the solid solution N reduces the toughness of the steel. If the N content is too high, the carbonitrides are further coarsened and the toughness of the steel is reduced. Therefore, the N content is 0.008% or less. The lower limit of the N content is preferably 0.001%, more preferably 0.002%. The upper limit of the N content is preferably 0.006%, and more preferably 0.005%.
Ｃａ：０．０００４〜０．００４０％
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、鋼の靱性を高める。またアルミナ系介在物の粗大化も抑制し靱性を改善する働きもある。Ｃａ含有量が０．０００４％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、酸化物系介在物が形成されて鋼の靱性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．０００４〜０．００４０％である。Ｃａ含有量の上限は、好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。
Ca: 0.0004 to 0.0040%
Calcium (Ca) combines with S in steel to form CaS. The formation of MnS is suppressed by the formation of CaS. Therefore, Ca enhances the toughness of the steel. It also has the effect of suppressing toughening of alumina inclusions and improving toughness. If the Ca content is less than 0.0004%, the above effect can not be sufficiently obtained. On the other hand, if the Ca content is higher than 0.0040%, oxide inclusions are formed and the toughness of the steel is lowered. Therefore, the Ca content is 0.0004 to 0.0040%. The upper limit of the Ca content is preferably 0.0035%, more preferably 0.0030%.
本実施形態による高強度継目無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。 The balance of the chemical composition of the high-strength seamless steel pipe according to this embodiment is Fe and impurities. The term "impurity" as used herein refers to an element mixed from ore or scrap used as a raw material of steel, or an element mixed from an environment of a manufacturing process or the like.
本実施形態による高強度継目無鋼管の化学組成は、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂを含有してもよい。Ｎｂは選択元素である。すなわち、本実施形態による高強度継目無鋼管の化学組成は、Ｎｂを含有していなくてもよい。 The chemical composition of the high strength seamless steel pipe according to the present embodiment may contain Nb instead of a part of Fe. Nb is a selective element. That is, the chemical composition of the high strength seamless steel pipe according to the present embodiment may not contain Nb.
Ｎｂ：０〜０．０５％
ニオブ（Ｎｂ）は、鋼中のＣ及や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含有量の下限は、好ましくは０．００５％である。Ｎｂ含有量の上限は、好ましくは０．０４％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
Nb: 0 to 0.05%
Niobium (Nb) combines with C and N in the steel to form fine Nb carbide, and increases the strength and toughness of the steel. Nb further dissolves in Mo carbide and suppresses coarsening of Mo carbide. The above effects can be obtained as long as Nb is contained. On the other hand, if the Nb content is higher than 0.05%, the carbides become coarse and the toughness of the steel decreases. Therefore, the Nb content is 0 to 0.05%. The lower limit of the Nb content is preferably 0.005%. The upper limit of the Nb content is preferably 0.04%, more preferably 0.03%.
本実施形態による高強度継目無鋼管の化学組成は、下記式（１）を満たす。
Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．２８ 式（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。
The chemical composition of the high-strength seamless steel pipe according to this embodiment satisfies the following formula (1).
C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) /20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B≦0.28 Formula (1)
In the element symbol of the formula (1), the content of the corresponding element is substituted by mass%.
式（１）の左辺の値は、ＰＣＭと呼ばれる。ＰＣＭが高いと、溶接性の低下、具体的には、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の硬さが過度に上昇し、低温割れが起こりやすくなる。そのため、ＰＣＭは０．２８以下とする。ＰＣＭは、好ましくは０．２７以下であり、より好ましくは０．２６以下である。 The value on the left side of Equation (1) is called PCM. If the PCM is high, the weldability decreases, specifically, the hardness of the heat affected zone (HAZ) excessively increases, and low temperature cracking is likely to occur. Therefore, the PCM is set to 0.28 or less. The PCM is preferably 0.27 or less, more preferably 0.26 or less.
本実施形態による高強度継目無鋼管の化学組成は、好ましくは、下記式（２）で定義される炭素当量Ｃｅｑが０．４０以上である。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５ 式（２）
式（２）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。
The chemical composition of the high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment preferably has a carbon equivalent Ceq defined by the following formula (2) of 0.40 or more.
Ceq = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15 Formula (2)
In the element symbol of the formula (2), the content of the corresponding element is substituted by mass%.
炭素当量Ｃｅｑは、焼入れ性の指標として用いられる。炭素当量Ｃｅｑが小さすぎると、十分な焼入れ性が得られず、高強度が得られない。炭素当量Ｃｅｑの下限は、より好ましくは０．４５であり、さらに好ましくは０．４７である。炭素当量Ｃｅｑの上限は、好ましくは０．５５であり、さらに好ましくは０．５０である。 Carbon equivalent Ceq is used as an index of hardenability. If the carbon equivalent Ceq is too small, sufficient hardenability can not be obtained and high strength can not be obtained. The lower limit of the carbon equivalent Ceq is more preferably 0.45, still more preferably 0.47. The upper limit of carbon equivalent Ceq is preferably 0.55, and more preferably 0.50.
［機械的特性]
本実施形態による高強度継目無鋼管は、６２５ＭＰａ以上の降伏強度と、６９５ＭＰａ以上の引張強度とを有する。本実施形態による高強度継目無鋼管は、より好ましくは６９０ＭＰａ以上の降伏強度と、７６０ＭＰａ以上の引張強度とを有する。一方、降伏強度及び引張強度が高すぎると、低温靱性を安定して確保することが困難になる。その観点では、降伏強度及び引張強度はそれぞれ、８１０ＭＰａ以下及び９６０ＭＰａ以下にしておくことが好ましく、７４５ＭＰａ以下及び８９５ＭＰａ以下にしておくことがさらに好ましい。
[Mechanical properties]
The high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment has a yield strength of 625 MPa or more and a tensile strength of 695 MPa or more. The high-strength seamless steel pipe according to this embodiment more preferably has a yield strength of 690 MPa or more and a tensile strength of 760 MPa or more. On the other hand, if the yield strength and the tensile strength are too high, it is difficult to stably secure low temperature toughness. From that point of view, the yield strength and the tensile strength are preferably 810 MPa or less and 960 MPa or less, respectively, and more preferably 745 MPa or less and 895 MPa or less.
本実施形態による高強度継目無鋼管は、−４０℃におけるシャルピー衝撃試験によって得られる吸収エネルギーが１３５Ｊ以上である。吸収エネルギーは、鋼管の肉厚方向中央から、試験片の長手方向が管軸方向（Ｌ方向）と平行になるようにフルサイズＶノッチ試験片（幅１０ｍｍ×高さ１０ｍｍ×長さ５５ｍｍ、ノッチ深さ２ｍｍ）を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４２（２００５）にしたがって測定する。本実施形態による高強度継目無鋼管は、好ましくは、−４０℃におけるシャルピー衝撃試験によって得られる吸収エネルギーが１６０Ｊ以上である。 In the high strength seamless steel pipe according to the present embodiment, the absorbed energy obtained by the Charpy impact test at −40 ° C. is 135 J or more. The absorbed energy is a full size V-notch test piece (10 mm wide × 10 mm high × 55 mm long) so that the longitudinal direction of the test piece is parallel to the tube axial direction (L direction) from the thickness direction center of the steel pipe 2 mm deep) is collected and measured according to JIS Z 2242 (2005). The high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment preferably has an absorbed energy of 160 J or more obtained by a Charpy impact test at -40 ° C.
本実施形態による高強度継目無鋼管は、好ましくは、−６０℃におけるシャルピー衝撃試験によって得られる吸収エネルギーが７０Ｊ以上である。本実施形態による高強度継目無鋼管は、より好ましくは、−６０℃におけるシャルピー衝撃試験によって得られる吸収エネルギーが１００Ｊ以上である。 The high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment preferably has an absorbed energy of 70 J or more obtained by a Charpy impact test at -60 ° C. The high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment more preferably has an absorbed energy of 100 J or more obtained by a Charpy impact test at -60 ° C.
［組織］
本実施形態による高強度継目無鋼管は、旧オーステナイト粒の大きさが、ＡＳＴＭ Ｅ１１２−１３に準拠した結晶粒度番号で７．０以上である組織を有する。旧オーステナイト粒の大きさが結晶粒度番号で７．０未満であると、低温靱性を確保することが困難になる。旧オーステナイト粒の大きさは、好ましくは結晶粒度番号で７．５以上であり、さらに好ましくは結晶粒度番号で８．０以上である。
[Organization]
The high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment has a texture in which the size of the prior austenite grains is 7.0 or more in the grain size number according to ASTM E112-13. If the size of the prior austenite grains is less than 7.0 in terms of the grain size number, it is difficult to ensure low temperature toughness. The size of the prior austenite grains is preferably 7.5 or more in crystal grain size number, and more preferably 8.0 or more in crystal grain size number.
旧オーステナイト粒の大きさは、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）を用いて、結晶の方位関係から求める。具体的にはまず、焼戻し後の継目無鋼管の横断面（継目無鋼管の軸方向と垂直な断面）の肉厚中央位置からサンプルを採取する。採取したサンプルを用いて５００×５００μｍ２の観察範囲でＥＢＳＤによって結晶方位解析を行い、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ａｎｇｌｅが１５〜５１°の範囲にある粒同士の境界を旧オーステナイト粒界と定義して、線描画させ、その描画図を元に、ＡＳＴＭ Ｅ１１２−１３に準拠して結晶粒度番号を求める。 The size of the prior austenite grains is determined from the crystal orientation using electron beam backscatter diffraction (EBSD). Specifically, first, a sample is taken from the thickness center position of the cross section (cross section perpendicular to the axial direction of the seamless steel pipe) of the seamless steel pipe after tempering. Crystallographic orientation analysis is performed by EBSD in the observation area of 500 × 500 μm 2 using the collected sample, and the boundary between particles with a Misorientation Angle in the range of 15 to 51 ° is defined as a prior austenite grain boundary, and line drawing is performed. Based on the drawing, the crystal grain size number is obtained in accordance with ASTM E112-13.
なお、旧オーステナイト粒の大きさは、焼入れ後、焼戻し前の鋼管に対しては、次のように測定することもできる。焼入れ後、焼戻し前の各鋼管から、鋼管の長さ方向（製管方向）に垂直な断面が被検面になるように、試験片を採取する。採取した試験片を樹脂に埋め込み、ピクリン酸飽和水溶液で腐食するＢｅｃｈｅｔ-Ｂｅａｕｊａｒｄ法によって旧オーステナイト粒界を現出させ、ＡＳＴＭ Ｅ１１２−１３に準じて旧オーステナイト粒の結晶粒番号を測定する。 The size of the prior austenite grain can also be measured as follows for a steel pipe after quenching and before tempering. After quenching, test pieces are taken from each steel pipe before tempering so that the cross section perpendicular to the length direction (pipe forming direction) of the steel pipe is the test surface. The collected test piece is embedded in a resin, and a prior austenite grain boundary is revealed by a Bechet-Beaujard method that corrodes with a saturated aqueous solution of picric acid, and a crystal grain number of the prior austenite grain is measured according to ASTM E112-13.
［介在物］
本実施形態による高強度継目無鋼管は、粒径が５μｍ以上の炭窒化物系介在物、硫化物系介在物、及び酸化物系介在物の合計が、１００個／ｃｍ２以下である。粒径が５μｍ以上の炭窒化物系介在物、硫化物系介在物、及び酸化物系介在物の合計が１００個／ｃｍ２以下であれば、低温でも安定した靱性が得られる。粒径が５μｍ以上の炭窒化物系介在物、硫化物系介在物、及び酸化物系介在物の合計は、好ましくは８０個／ｃｍ２以下であり、さらに好ましくは６０個／ｃｍ２以下である。
[Inclusion]
In the high-strength seamless steel pipe according to this embodiment, the total number of carbonitride inclusions, sulfide inclusions, and oxide inclusions having a particle size of 5 μm or more is 100 pieces / cm 2 or less. If the total of carbon nitride inclusions, sulfide inclusions, and oxide inclusions having a particle size of 5 μm or more is 100 pieces / cm 2 or less, stable toughness can be obtained even at low temperatures. The total of carbonitride inclusions, sulfide inclusions, and oxide inclusions having a particle size of 5 μm or more is preferably 80 pieces / cm 2 or less, more preferably 60 pieces / cm 2 or less. is there.
介在物の粒径及び個数は、次の方法で測定する。継目無鋼管の軸方向に平行な断面において、サンプルを採取する。サンプルは、肉厚中央を含み面積が１ｃｍ２の観察領域を含む。観察領域を含む面（観察面）を鏡面研磨する。研磨された各サンプルの観察面の観察領域内の介在物を光学顕微鏡により特定する。具体的には、観察領域において、光学顕微鏡のコントラスト及び形状に基づいて、酸化物系介在物、硫化物系介在物、及び炭窒化物系介在物を特定する。 The particle size and number of inclusions are measured by the following method. A sample is taken in a cross section parallel to the axial direction of the seamless steel pipe. The sample includes an observation region having a center of thickness and an area of 1 cm 2 . The surface including the observation region (observation surface) is mirror-polished. Inclusions in the observation region of the polished observation surface of each sample are specified by an optical microscope. Specifically, in the observation area, oxide inclusions, sulfide inclusions, and carbonitride inclusions are specified based on the contrast and shape of the optical microscope.
特定された酸化物系介在物、硫化物系介在物、及び炭窒化物系介在物毎に、粒径及び個数を測定する。本明細書において介在物の粒径とは、介在物と母相との界面上の異なる２点を結ぶ直線のうち最大の直線の長さ（μｍ）を意味する。ただし、クラスタ状の粒子群は一つの介在物とみなして粒径を決定する。より詳しくは、３つ以上の粒子群において、図１に示すように、各粒子の中心軸を規定する。隣り合う粒子の中心軸方向における最短距離を間隔ｄ（μｍ）と定義する。さらに、隣接する粒子の、中心軸間の距離を、中心間距離ｓ（μｍ）と定義する。間隔ｄが４０μｍ以下、中心間距離ｓが１０μｍ以下で存在する場合、これら粒子群を一つの介在物とみなす。上記クラスタ状の粒子群を一つの介在物とみなす判断手法は、ＪＩＳ Ｇ０５５５（２００３）５．２．３と同じである。 The particle size and number of particles are measured for each of the identified oxide inclusions, sulfide inclusions and carbonitride inclusions. In the present specification, the particle size of the inclusions means the maximum linear length (μm) of the straight line connecting two different points on the interface between the inclusions and the matrix. However, the particle size is determined by regarding the cluster-like particle group as one inclusion. More specifically, in three or more particle groups, as shown in FIG. 1, the central axis of each particle is defined. The shortest distance in the direction of the central axis between adjacent particles is defined as a distance d (μm). Further, the distance between the central axes of adjacent particles is defined as a center distance s (μm). When the distance d is 40 μm or less and the center distance s is 10 μm or less, these particle groups are regarded as one inclusion. The determination method for regarding the cluster-like particle group as one inclusion is the same as JIS G0555 (2003) 5.2.3.
１以上の観察領域において、粒径が５μｍ以上の酸化物系介在物、硫化物系介在物、及び炭窒化物系介在物の合計をカウントする。そして、全ての観察領域における、粒径が５μｍ以上の酸化物系介在物、硫化物系介在物、及び炭窒化物系介在物の総数ＴＮを求める。求めた総数ＴＮに基づいて、次の式（Ａ）を利用して、１ｃｍ２あたりの、粒径が５μｍ以上の酸化物系介在物、硫化物系介在物、及び炭窒化物系介在物の合計Ｎ（個／ｃｍ２）を求める。
Ｎ＝ＴＮ／観察領域の総面積 （Ａ）
In one or more observation regions, the total of oxide inclusions, sulfide inclusions, and carbonitride inclusions having a particle size of 5 μm or more is counted. Then, the total number TN of oxide inclusions, sulfide inclusions, and carbonitride inclusions having a particle size of 5 μm or more in all observation regions is obtained. Based on the obtained total number TN, the following formula (A) is used to determine the oxide inclusions, sulfide inclusions, and carbonitride inclusions having a particle size of 5 μm or more per 1 cm 2 . The total N (pieces / cm 2 ) is obtained.
N = TN / total area of observation area (A)
［製造方法］
以下、本実施形態による高強度継目無鋼管の製造方法の一例を説明する。ただし、本実施形態による高強度継目無鋼管の製造方法は、これに限定されない。
[Production method]
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the high strength seamless steel pipe by this embodiment is explained. However, the method of manufacturing the high-strength seamless steel pipe according to the present embodiment is not limited to this.
上述の化学組成の鋼を溶製する。介在物を低減するため、溶鋼の製造時、ＲＨ真空脱ガスを実施する。具体的には、溶鋼を取鍋から真空槽の中に吸い上げ、脱ガスを行う。このとき、真空槽と取鍋との間で溶鋼を環流させて反応面積を増やすようにする。具体的には、ガスを吹き込むことで環流状態を作り、真空槽で脱ガスされた溶鋼が取鍋に戻り、再び取鍋から真空槽に上昇させることで、溶鋼全体が徐々に脱ガスされるようにする。これによって、介在物生成の原因となる窒素及び酸素を低減させることができる。 The steel having the above chemical composition is melted. In order to reduce inclusions, RH vacuum degassing is performed during the production of molten steel. Specifically, the molten steel is sucked from the ladle into a vacuum chamber to degas. At this time, molten steel is circulated between the vacuum tank and the ladle to increase the reaction area. Specifically, a molten state is created by blowing gas, and the molten steel degassed in the vacuum tank returns to the ladle and is again raised from the ladle to the vacuum tank, so that the entire molten steel is gradually degassed. Like that. This can reduce nitrogen and oxygen that cause the formation of inclusions.
続いて、溶鋼を連続鋳造法によってスラブ、ブルーム又はビレットにする。連続鋳造時、タンデッシュヒータを採用する等して、鋳込み温度を制御して大型介在物の浮上分離の促進を図ることが好ましい。また、連続鋳造時の冷却速度は大きくすることが好ましい。 Subsequently, the molten steel is made into a slab, bloom or billet by a continuous casting method. At the time of continuous casting, it is preferable to control the casting temperature to promote floating and separation of large inclusions by adopting a tundish heater or the like. Moreover, it is preferable to increase the cooling rate during continuous casting.
具体的には、タンディッシュの溶鋼保持温度を１５４０℃以上にする。また、１５００℃から１２００℃の温度域の冷却速度を５０℃／分以上として、介在物が粗大化するのを防止して、均一に微細分散させる。 Specifically, the molten steel holding temperature of the tundish is set to 1540 ° C. or higher. In addition, the cooling rate in the temperature range of 1500 ° C. to 1200 ° C. is set to 50 ° C./min or more to prevent inclusions from becoming coarse and uniformly finely disperse.
さらに、電磁攪拌を適用することにより、メニスカス（連続パウダーと溶鋼の界面）まで凝固殻が形成されることを防止し、浮上分離した大型介在物が鋼中に巻き込まれることを抑制する。 Furthermore, by applying electromagnetic stirring, the formation of a solidified shell up to the meniscus (interface between the continuous powder and molten steel) is prevented, and the large inclusions that have floated and separated are prevented from being caught in the steel.
ビレットを熱間加工して素管を製造する。あるいは、スラブ又はブルームを分塊圧延してビレットを製造し、ビレットを熱間加工して素管を製造する。具体的には、穿孔圧延、延伸圧延及び定径圧延を実施して素管を製造する。 The billet is hot-worked to produce a blank tube. Alternatively, the slabs or the blooms are rolled into pieces to produce billets, and the billets are hot-worked to produce blanks. Specifically, piercing and rolling, drawing rolling and fixed diameter rolling are performed to produce a hollow tube.
製造した素管を焼入れする。焼入れは、素管をオーステナイト領域から急冷する熱処理である。焼入れは、一旦冷却した素管をＡｃ３点以上の温度に再加熱してから急冷するオフライン焼入れが好ましい。熱間加工後の高温の素管を、Ａｒ３点以上の温度からそのまま急冷する直接焼入れや、熱間加工後の高温の素管を補熱炉でＡｃ３点以上の温度に均熱してから急冷するインライン焼入れでは、旧オーステナイト粒の大きさを結晶粒度番号で７．０以上にすることが困難である。 Quench the manufactured tube. Quenching is a heat treatment that rapidly cools a blank from the austenite region. The quenching is preferably off-line quenching in which the once cooled raw tube is reheated to a temperature of Ac 3 point or higher and then rapidly cooled. Direct quenching is performed by directly quenching the hot tube after hot working from a temperature of Ar 3 or higher, or after soaking the hot raw tube after hot working to a temperature of Ac 3 or higher in a reheating furnace. In in-line quenching for rapid cooling, it is difficult to make the size of prior austenite grains 7.0 or more in terms of crystal grain size number.
焼入れした素管を焼戻しする。焼戻しは通常、Ａｃ１点以下の温度で実施する。焼戻しの条件は、目標とする機械的特性に応じて調整する。焼戻し条件は、下記の焼戻しパラメータＴＰを用いて管理できる。
ＴＰ＝（Ｔ＋２７３）×（２０＋ｌｏｇ（ｔ））
式中、Ｔは℃で表した焼戻し温度であり、ｔは時間で表した焼戻し時間であり、ｌｏｇ（ｔ）はｔの常用対数である。
Temper the quenched pipe. Tempering is usually carried out at a temperature of Ac 1 point or less. The tempering conditions are adjusted according to the target mechanical characteristics. Tempering conditions can be managed using the following tempering parameter TP.
TP = (T + 273) × (20 + log (t))
In the formula, T is a tempering temperature expressed in ° C, t is a tempering time expressed in time, and log (t) is a common logarithm of t.
焼戻しパラメータＴＰが高い条件で焼戻しするほど、降伏強度及び引張強度が低くなる一方、靱性は向上する。目的とする機械特性が得られるように、焼戻しパラメータＴＰを調整する。本実施形態の高強度継目無鋼管に対する好適な焼戻しパラメータＴＰの範囲は、これに限定されないが、例えば１８０００〜１９５００である。焼戻しパラメータＴＰの下限は、より好ましくは１８５００である。焼戻しパラメータＴＰの上限は、より好ましくは１９０００である。 As the tempering parameter TP is tempered at a high condition, the yield strength and the tensile strength are lowered while the toughness is improved. The tempering parameter TP is adjusted to obtain the desired mechanical properties. Although the range of the suitable tempering parameter TP with respect to the high strength seamless steel pipe of this embodiment is not limited to this, it is 18000-19500, for example. The lower limit of the tempering parameter TP is more preferably 18500. The upper limit of the tempering parameter TP is more preferably 19000.
以上、本発明の一実施形態による高強度継目無鋼管を説明した。本実施形態による高強度継目無鋼管は、高強度と優れた低温靱性とを有する。本実施形態による高強度継目無鋼管は、ジャッキアップリグのブレーシングパイプに好適である。 The high strength seamless steel pipe according to one embodiment of the present invention has been described above. The high strength seamless steel pipe according to the present embodiment has high strength and excellent low temperature toughness. The high strength seamless steel pipe according to the present embodiment is suitable for a bracing pipe of a jack up rig.
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。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.
表１に示す鋼種１〜１２の化学組成の鋼を転炉で溶製した。溶製時、ＲＨ真空脱ガスを実施した。続いて、溶鋼を連続鋳造により丸ビレットを製造した。タンディッシュの溶鋼保持温度は１５４０℃以上、１５００℃から１２００℃の温度域の冷却速度は５０℃／分以上とした。連続鋳造時、溶鋼の電磁攪拌を実施した。
Steels having chemical compositions of
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、表２に示す寸法（外径×肉厚）の継目無鋼管を製造した。各継目無鋼管を、表２に示す条件で焼入れ及び焼戻しを実施し、ＩｔｅｍＡ〜Ｗの継目無鋼管を製造した。 The manufactured round billet was heated to 1100 to 1300 ° C. in a heating furnace and pierced and rolled by a piercing machine. Furthermore, it was drawn and rolled by a mandrel mill, and diameter-rolled by a sizer to produce a seamless steel pipe of the dimensions (outside diameter x thickness) shown in Table 2. Quenching and tempering of each seamless steel pipe were performed under the conditions shown in Table 2 to produce ItemA to W seamless steel pipes.
［組織観察］
焼入れ後焼戻し前の各継目無鋼管から観察用試験片を採取し、実施形態で説明したＢｅｃｈｅｔ-Ｂｅａｕｊａｒｄ法によって旧オーステナイト粒の結晶粒番号を測定した。
[Tissue observation]
Test specimens for observation were collected from each seamless steel pipe after quenching and before tempering, and crystal grain numbers of prior austenite grains were measured by the Bechet-Beaujard method described in the embodiment.
［引張試験］
焼戻し後の各継目無鋼管から、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍに規定された弧状試験片（幅３８．１ｍｍ、標点距離５０．８ｍｍ）を、試験片の長辺が鋼管の長手方向（Ｌ方向）に平行になるように採取した。採取した試験片を用いて、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、０．２％オフセット法によって求めた。
[Tension test]
From each seamless steel pipe after tempering, an arc-shaped test piece (width 38.1 mm, mark point distance 50.8 mm) specified in ASTM E8 / E8M, the long side of the test piece in the longitudinal direction (L direction) of the steel pipe It was collected to be parallel. Using the collected specimens, a tensile test was carried out in the air at room temperature (25 ° C.) to determine yield stress and tensile strength. The yield stress was determined by the 0.2% offset method.
［シャルピー衝撃試験］
焼戻し後の各継目無鋼管から試験片を採取し、実施形態で説明した方法によって−４０℃及び−６０℃でシャルピー衝撃試験を実施し、吸収エネルギーを測定した。試験は各３回実施してその平均を求めた。
[Charpy impact test]
Test pieces were taken from each seamless steel pipe after tempering, and Charpy impact tests were performed at -40 ° C and -60 ° C according to the method described in the embodiment to measure absorbed energy. Each test was performed three times and the average was obtained.
焼戻し後の各継目無鋼管からサンプルを採取し、実施形態で説明した方法によって炭窒化物系介在物、硫化物系介在物、及び酸化物系介在物の数を測定した。 Samples were taken from each seamless steel pipe after tempering, and the number of carbonitride inclusions, sulfide inclusions, and oxide inclusions was measured by the method described in the embodiment.
［溶接性評価］
焼戻し後の各継目無鋼管を用いて円周溶接継手を作製し、ＨＡＺ硬さ試験を実施した。開先形状は３０°Ｖ開先、溶接プロセスはＳＡＷ（サブマージアーク溶接）とし、溶接条件として、溶接時の入熱量は５．０ｋＪ／ｍｍ、予熱及び層間温度は１４０℃とし、フラックスは汎用のボンドフラックスを使用した。
[Weldability evaluation]
A circumferential welded joint was prepared using each seamless steel pipe after tempering, and a HAZ hardness test was performed. The groove shape is 30 ° V groove, the welding process is SAW (submerged arc welding), the welding conditions are heat input at welding of 5.0 kJ / mm, preheating and interlayer temperature of 140 ° C, and flux is general-purpose Bond flux was used.
図２は、ＨＡＺ硬さの測定位置を模式的に示す図である。継手断面から硬さ試験片を採取し、溶融線（ＦＬ）から０．７ｍｍ離れた位置において、外面から１．０ｍｍ位置および内面から１．０ｍｍ位置の硬さを４点測定した。測定点中の最高硬さを最高ＨＡＺ硬さとした。最高ＨＡＺ硬さが３００Ｈｖ以下であれば、溶接性が良好と判断した。 FIG. 2 is a view schematically showing the measurement position of the HAZ hardness. A hardness test piece was taken from the cross section of the joint, and the hardness at 1.0 mm from the outer surface and 1.0 mm from the inner surface was measured at a point 0.7 mm away from the melting line (FL). The highest hardness in the measurement point was the highest HAZ hardness. If the maximum HAZ hardness was 300 Hv or less, it was judged that the weldability was good.
［試験結果］
試験結果を表３に示す。
[Test results]
The test results are shown in Table 3.
ＩｔｅｍＡ〜Ｇ、Ｑ、Ｒ、及びＵの継目無鋼管は、降伏強度が６２５ＭＰａ以上であり、引張強度が６９５ＭＰａ以上であった。これらの継目無鋼管は、粒径が５μｍ以上の炭窒化物系介在物、硫化物系介在物、及び酸化物系介在物の合計が１００個／ｃｍ２以下であり、旧オーステナイト粒の大きさが結晶粒度番号で７．０以上であった。これらの継目無鋼管は、−４０℃における吸収エネルギーが１３５Ｊ以上であり、−６０℃における吸収エネルギーが７０Ｊ以上であった。 The seamless steel pipes of Items A to G, Q, R, and U had a yield strength of 625 MPa or more and a tensile strength of 695 MPa or more. In these seamless steel pipes, the total of carbon nitride inclusions, sulfide inclusions, and oxide inclusions having a particle size of 5 μm or more is 100 pieces / cm 2 or less, and the size of the prior austenite grains Is a grain size number of 7.0 or more. These seamless steel pipes had an absorption energy at −40 ° C. of 135 J or more and an absorption energy at −60 ° C. of 70 J or more.
ＩｔｅｍＨ〜Ｊの継目無鋼管は、−４０℃における吸収エネルギーが１３５Ｊ未満であった。これは、介在物が多かったためと考えられる。酸化物系介在物が多かったのは、鋼種２のＡｌ含有量が高かったと考えられる。また、硫化物系介在物が多かったのは、鋼種２のＳ含有量が高かったためと考えられる。 The seamless steel pipe of Item H to J had an absorbed energy at -40 ° C. of less than 135 J. This is probably because there were many inclusions. The large amount of oxide inclusions is considered to be due to the high Al content of steel type 2. Moreover, it is considered that the reason why there was a large amount of sulfide inclusions is that the S content of steel type 2 was high.
ＩｔｅｍＫの継目無鋼管は、−４０℃における吸収エネルギーが１３５Ｊ未満であった。これは、介在物が多かったためと考えられる。酸化物系介在物が多かったのは、鋼種３のＡｌ含有量が高かったと考えられる。また、硫化物系介在物が多かったのは、鋼種３のＳ含有量が高かったためと考えられる。 The ItemK seamless steel pipe had an absorbed energy at −40 ° C. of less than 135 J. This is probably because there were many inclusions. The large amount of oxide inclusions is considered to be due to the high Al content of steel type 3. Moreover, the reason why the sulfide inclusions were large is considered to be because the S content of the steel type 3 was high.
ＩｔｅｍＬ〜Ｎの継目無鋼管は、引張強度が６９５ＭＰａ未満であった。これはそれぞれ、鋼種４〜６のＢ含有量が低かったためと考えられる。 The seamless steel pipes of Items L to N had a tensile strength of less than 695 MPa. This is considered to be due to the low B content of steel types 4 to 6, respectively.
ＩｔｅｍＯの継目無鋼管は、−４０℃における吸収エネルギーが１３５Ｊ未満であった。これは、介在物が多かったためと考えられる。また、最高ＨＡＺ硬さが３００Ｈｖを超えた。これは、鋼種７のＰＣＭが高かったためと考えられる。 The ItemO seamless steel pipe had an absorbed energy at −40 ° C. of less than 135 J. This is probably because there were many inclusions. The maximum HAZ hardness exceeded 300 Hv. This is probably because the PCM of steel type 7 was high.
ＩｔｅｍＰの継目無鋼管は、−４０℃における吸収エネルギーが１３５Ｊ未満であった。これは、介在物が多かったためと考えられる。酸化物系介在物が多かったのは、鋼種８のＡｌ含有量が高かったためと考えられる。また、硫化物系介在物が多かったのは、鋼種８のＳ含有量が高かったためと考えられる。 The ItemP seamless steel pipe had an absorbed energy at −40 ° C. of less than 135 J. This is probably because there were many inclusions. The large amount of oxide inclusions is considered to be because the Al content of steel type 8 was high. Moreover, the reason why the sulfide inclusions were large is considered to be because the S content of the steel type 8 was high.
ＩｔｅｍＳの継目無鋼管は、−４０℃における吸収エネルギーが１３５Ｊ未満であった。これは、介在物が多かったためと考えられる。硫化物系介在物が多かったのは、鋼種１１のＳ含有量が高かったためと考えられる。 The ItemS seamless steel pipe had an absorbed energy at −40 ° C. of less than 135 J. This is probably because there were many inclusions. The large amount of sulfide inclusions is considered to be due to the high S content of steel type 11.
ＩｔｅｍＴの継目無鋼管は、−４０℃における吸収エネルギーが１３５Ｊ未満であった。これは、旧オーステナイト粒が粗粒であったためと考えられる。 The ItemT seamless steel pipe had an absorbed energy at −40 ° C. of less than 135 J. It is considered that this is because the prior austenite grains are coarse grains.
ＩｔｅｍＶの継目無鋼管は、−４０℃における吸収エネルギーが１３５Ｊ未満であった。これは、焼戻しパラメータＴＰが小さすぎたためと考えられる。 The Item V seamless steel pipe had an absorbed energy at −40 ° C. of less than 135 J. This is probably because the tempering parameter TP was too small.
ＩｔｅｍＷの継目無鋼管は、最高ＨＡＺ硬さが３００Ｈｖを超えた。これは、鋼種１２のＰＣＭが高かったためと考えられる。 The ItemW seamless steel pipe had a maximum HAZ hardness of over 300 Hv. This is probably because the PCM of steel type 12 was high.
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内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。 The embodiment of the present invention has been described above. The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.
Claims (5)
Ｃ ：０．１０〜０．１８％、
Ｓｉ：０．０３〜１．０％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｐ ：０．０２０％以下、
Ｓ ：０．００２５％以下、
Ｃｕ：０．１〜１．０％、
Ｃｒ：０．１０〜０．６０％、
Ｎｉ：０．２〜１．０％、
Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、
Ｔｉ：０．００４〜０．０２０％、
Ｖ ：０．０２〜０．４０％、
Ｂ ：０．０００５〜０．００５％、
Ａｌ：０．０４５％以下、
Ｎ ：０．００８％以下、
Ｃａ：０．０００４〜０．００４０％、
Ｎｂ：０〜０．０５％、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記化学組成が下記の式（１）を満たし、
６２５ＭＰａ以上の降伏強度と、６９５ＭＰａ以上の引張強度とを有し、
−４０℃におけるシャルピー衝撃試験によって得られる吸収エネルギーが１３５Ｊ以上であり、
旧オーステナイト粒の大きさが、ＡＳＴＭ Ｅ１１２−１３に準拠した結晶粒度番号で７．０以上である組織を有し、
粒径が５μｍ以上の炭窒化物系介在物、硫化物系介在物、及び酸化物系介在物の合計が、１００個／ｃｍ２以下である、高強度継目無鋼管。
Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．２８ 式（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。 The chemical composition is in mass%,
C: 0.10 to 0.18%,
Si: 0.03 to 1.0%,
Mn: 0.5 to 2.0%,
P: 0.020% or less,
S: 0.0025% or less,
Cu: 0.1 to 1.0%,
Cr: 0.10 to 0.60%,
Ni: 0.2-1.0%
Mo: 0.10 to 0.40%,
Ti: 0.004 to 0.020%,
V: 0.02 to 0.40%,
B: 0.0005 to 0.005%,
Al: 0.045% or less,
N: 0.008% or less,
Ca: 0.0004 to 0.0040%,
Nb: 0 to 0.05%,
Remainder: Fe and impurities,
The chemical composition satisfies the following formula (1):
Has a yield strength of 625 MPa or more and a tensile strength of 695 MPa or more,
The absorbed energy obtained by Charpy impact test at -40 ° C is 135 J or more,
The prior austenite grains have a structure having a grain size number of 7.0 or more in accordance with ASTM E112-13,
A high-strength seamless steel pipe having a total of 100 / cm 2 or less of carbonitride inclusions, sulfide inclusions and oxide inclusions having a particle diameter of 5 μm or more.
C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) /20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B≦0.28 Formula (1)
In the element symbol of the formula (1), the content of the corresponding element is substituted by mass%.
前記化学組成が、質量％で、
Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、
を含有する、高強度継目無鋼管。 The high-strength seamless steel pipe according to claim 1,
The chemical composition is, in mass%,
Nb: 0.01-0.05%
High strength seamless steel pipe containing
６９０ＭＰａ以上の降伏強度と、７６０ＭＰａ以上の引張強度とを有する、高強度継目無鋼管。 The high-strength seamless steel pipe according to claim 1 or 2,
A high-strength seamless steel pipe having a yield strength of 690 MPa or more and a tensile strength of 760 MPa or more.
−６０℃におけるシャルピー衝撃試験によって得られる吸収エネルギーが７０Ｊ以上である、高強度継目無鋼管。 It is the high strength seamless steel pipe according to any one of claims 1 to 3,
A high-strength seamless steel pipe having an absorption energy of 70 J or more obtained by a Charpy impact test at -60 ° C.
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