ラインパイプ用継目無鋼管およびその製造方法
【課題】降伏応力（ＹＳ）が５５１ＭＰａ以上の高強度で、かつ母材および溶接熱影響部の全域に渡って良好な耐水素割れ性を有するラインパイプ用継目無鋼管の提供
【課題手段】 質量％で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜１．６％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｎ：０．０１％以下、Ｏ：０．０１％以下およびＣａ：０．００１〜０．００５％、必要に応じて、更に、Ｃｒ：１．５％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｚｒ：０．１％以下、Ｎｉ：１．５％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｖ：０．２％以下およびＢ：０．００５％以下のうちから選択された１種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなるラインパイプ用継目無鋼管。
【課題手段】 質量％で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜１．６％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｎ：０．０１％以下、Ｏ：０．０１％以下およびＣａ：０．００１〜０．００５％、必要に応じて、更に、Ｃｒ：１．５％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｚｒ：０．１％以下、Ｎｉ：１．５％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｖ：０．２％以下およびＢ：０．００５％以下のうちから選択された１種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなるラインパイプ用継目無鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底フローライン用鋼管、ライザー用鋼管などに使用するのに適したラインパイプ用継目無鋼管およびその製造方法に係り、より詳しくは、ＡＰＩ（米国石油協会）規格に規定されるＸ８０、即ち、降伏強度５５１〜６５５ＭＰａ（８０〜９５ｋｓｉ）またはそれを上回る高強度を有するとともに、良好な母材および溶接熱影響部の耐水素割れ性を有するラインパイプ用継目無鋼管およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
陸上または水深ほぼ５００メートルまでのいわゆる浅海に位置する油田の石油、天然ガス資源は近年枯渇しつつあり、例えば、海面下１０００〜３０００メートルといういわゆる深海の海底油田の開発が活発になっている。深海油田では、海底に設置された油井、天然ガス井の坑口から洋上のプラットホームまでの間、フローラインまたはライザーと呼ばれる鋼管を用いて原油および天然ガスを輸送する必要がある。深海に敷設されたフローラインを構成する鋼管の内部には、深い地層圧が加わった高圧の内部流耐圧がかかり、また、鋼管は波浪による繰り返し歪みと、操業停止時には深海の海水圧の影響を受ける。
【０００３】
ここに、フローラインとは、地上または海底面の地勢に沿って敷設された輸送用鋼管であり、また、ライザーとは、海底面から地上のプラットホームまで立ち上がった輸送用鋼管であり、深海油田で用いる場合には、その肉厚は、通常３０ｍｍ以上必要と言われており、それだけ苛酷な条件で使用される部材である。
【０００４】
一方、近年開発される深井やガス井は腐食性を有する硫化水素を含む場合が多く、このような環境では高強度鋼は、水素誘起割れ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｒａｃｋｉｎｇ、以下、「ＨＩＣ」という。）または硫化物応力割れ（Ｓｕｌｆｉｄｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｒａｃｋｉｎｇ、以下、「ＳＳＣ」という。）と呼ばれる水素脆化を起こし破壊に至る。材料強度が上がるほどＨＩＣまたはＳＳＣの感受性が高くなるため、高強度鋼における耐水素割れ性の確保は、大変困難な課題である。また、とりわけ周溶接による熱影響部では、熱が入った後に急冷されるために材料強度が上がりＨＩＣおよびＳＳＣの感受性が増大することが多い。
【０００５】
ＨＩＣは、腐食反応により生成した水素が鋼中に侵入し、ＭｎＳなどの介在物または硬い第２相組織のまわりに拡散・集積することで発生するといわれている。
【０００６】
耐ＨＩＣ性を向上させる方法として、例えば、特許文献１には、鋼中のＳ量を低減するとともに、Ｃａを適量添加することにより伸延状のＭｎＳの生成を抑制して、ＨＩＣの発生を抑える技術が開示されている。また、溶接鋼管については、例えば、特許文献２には、割れの伝播経路となりやすい硬化組織の生成を抑制するために、Ｃ、Ｍｎ、Ｐなどの偏析しやすい元素の含有量を低減する技術が、特許文献３には、さらに圧延後の冷却時の変態途中でＣの拡散による硬化組織の生成を防ぐために加速冷却を施す技術が開示されている。継目無鋼管においても、ＭｎＳ等の介在物析出を制限し、偏析元素を低減することでＡＰＩ規格のＸ６５グレードあるいはＸ７０グレードまで安定製造されるようになった。
【０００７】
従来、ラインパイプ用鋼における耐食性の確保は、全般的に、耐ＨＩＣ性の改善に重点がおかれている。また、例えば、特許文献４、特許文献５などに開示されているように、Ｘ８０グレードまたはそれを上回る高強度耐食性鋼管においては、耐ＨＩＣ性に関する研究が盛んに行われてきたが、耐ＳＳＣ性に関する検討はほとんどされていない。
【０００８】
【特許文献１】特開５４−１１０１１９号公報
【特許文献２】特開昭６１−６０８６６号公報
【特許文献３】特開昭６１−１６５２０７号公報
【特許文献４】特開平０９−３２４２１６号公報
【特許文献５】特開平１１−１８９８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
Ｘ８０グレードまたはそれを上回る高強度鋼材になると、ＨＩＣ感受性が高まり、例えば、特許文献１〜３に開示される技術では、ＨＩＣの発生を抑制することが困難となる。特に、従来の鋼材では溶接熱影響部において母材よりも強度が上昇するために、更にＨＩＣ感受性高まるという問題がある。また、Ｘ８０グレードまたはそれを上回る高強度鋼材では、これより低強度の鋼材に比べてＳＳＣ感受性が高まるため、耐ＨＩＣ性だけでなく耐ＳＳＣ性にも優れた鋼材が求められる。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、母材および溶接熱影響部の両方において高強度で、かつ耐水素割れ性（耐ＨＩＣ性および耐ＳＳＣ性）に優れたラインパイプ用継目無鋼管およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、母材および溶接熱影響部における耐水素割れ性を確保するため、溶接熱影響部での硬さの上昇を防ぎ、かつ母材の耐水素割れ性能を確保することができる化学組成および組織について検討した。耐水素割れ性を改善する方法としては、従来、焼戻し温度を上昇させて強度を低減する方法、焼入れ性を高めて均一組織を形成し、局所的な強度上昇を抑制する方法などが知られているが、これらの方法では、溶接熱影響部における耐水素割れ性を改善することはできない。
【００１２】
そこで、本発明者らは、継目無鋼管の組織を焼戻し組織として、母材における強度および耐水素割れ性を高めるとともに、溶接熱影響部における強度上昇を防ぐべく、焼き戻し軟化抵抗を高めて、焼戻し時の強度低下を低減するのが有効であると考え、化学組成の影響を調査した。
【００１３】
即ち、本発明者らは、まず、表１に示す化学組成を有する鋼を各々５０ｋｇ真空溶製し、１２５０℃に加熱した後、熱間鍛造によりブロックを作製し、これらのブロックを１２５０℃に加熱した後、熱間圧延により得られた３０ｍｍ厚さの板材を９５０℃で１０分保持した後、水冷して（冷却速度は３０℃／ｓ）焼入れし、その後、６５０℃で３０分保持した後、放冷して焼戻した。このようにして得た鋼材の降伏強度（ＹＳ）および耐ＳＳＣ性について調査した結果を図１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
なお、耐ＳＳＣ性は、ＮＡＣＥ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）ＴＭ０１７７−２００５ ｍｅｔｈｏｄ Ｄに従ってＤＣＢ試験を行い、評価した。即ち、鋼材から厚さ１０ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍのＤＣＢ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｂｅｎｔ Ｂｅａｍ）試験片を採取し、採取した試験片を１ａｔｍの硫化水素ガスを飽和させた常温の５％食塩＋０．５％酢酸水溶液に３３６時間浸漬し、亀裂進展長さａおよび楔開放応力Ｐ（楔厚さ：３．４ｍｍ）から、下記式により応力拡大係数ＫISSCを導出した。
但し、上記式中の各記号の意味は、下記の通りである。
Ｐ：楔開放応力（Ｎ）
ａ：亀裂進展長さ（ｍｍ）
ｈ：ＤＣＢ試験片アーム部高さ（ｍｍ）＝１２．７ｍｍ
Ｂ：ＤＣＢ試験片厚み（ｍｍ）＝９．５３ｍｍ
Ｂｎ：ＤＣＢ試験片溝部厚み（ｍｍ）＝５．７２ｍｍ
【００１６】
図１は、得られた焼入れ焼戻し後の鋼材の降伏強度（ＹＳ）をＭｏおよびＭｎの含有量について整理した図である。図１に示すように、降伏強度は、Ｍｏ含有量が多いほど高くなるものの、いずれの例でもほぼ一定となった。
【００１７】
図２は、得られた焼入れ焼戻し後の鋼材の応力拡大係数（ＫISSC）をＭｏおよびＭｎの含有量について整理した図である。図２に示すように、ＫISSCは、Ｍｎ含有量の減少、Ｍｏ含有量の増加に伴い、向上することが確認された。
【００１８】
本発明者らは、次に、表２に示す化学組成を有する鋼を各々５０ｋｇ真空溶製し、１２５０℃に加熱した後、熱間鍛造によりブロックを作製し、これらのブロックを１２５０℃に加熱した後、熱間圧延により得られた２０ｍｍ厚さの板材を９５０℃で１０分保持した後、水冷して（冷却速度は４５℃／ｓ）焼入れし、一部の鋼材については、６５０℃で３０分保持した後、放冷して焼戻した。表３に、これらの焼入れままの鋼材および焼戻し鋼材についての引張強度（ＴＳ）、硬さ（Ｈｖ）および耐ＨＩＣ性を示す。
【００１９】
【表２】
【００２０】
【表３】
【００２１】
なお、表３では、耐ＨＩＣ性として「ＨＩＣ割れ面積率」を評価している。ＨＩＣ割れ面積率は、以下の方法によって得られる。即ち、ＮＡＣＥ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）ＴＭ００２８４−２００３に従い、鋼材から厚さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を採取し、採取した試験片を１ａｔｍの硫化水素ガスを飽和させた常温の５％食塩＋０．５％酢酸水溶液に９６時間浸漬し、その後、超音波探傷試験によって試験片中の割れ面積率を求める。
【００２２】
表３に示すように、Ｍｎ含有量が高い鋼材４およびＣ含有量が高い鋼材５では、焼戻しによる強度低下が大きいことから、焼入れまま鋼材では強度が高く、ＨＩＣ割れ面積率が高い値となった。一方、ＣおよびＭｎの含有量が低く、Ｍｏの含有量が高い鋼材６では、焼戻しによる強度低下がほとんどないことから、焼入れまま鋼材でも強度を低く抑えられ、ＨＩＣは発生しなかった。
【００２３】
ここで、溶接熱影響部では溶接の入熱後急冷されるため、強度・硬さは焼入れまま材に準ずると考えられる。従って、溶接熱影響部の耐水素割れ性を確保するためには、ＣおよびＭｎの含有量を低減し、かつ焼き戻し軟化抵抗の強い鋼となるような合金設計が必要である。
【００２４】
本発明は、このような知見に基づきなされたものであり、下記の（１）〜（６）に示すラインパイプ用継目無鋼管および下記の（７）に示すラインパイプ用継目無鋼管の製造方法を要旨としている。
【００２５】
（１）質量％で、
Ｃ ： ０．０３〜０．０８％、
Ｓｉ： ０．０５〜０．５％、
Ｍｎ： ０．２〜１．６％、
Ｐ ： ０．０５％以下、
Ｓ ： ０．０１％以下、
Ｍｏ： ０．５〜３．０％、
Ａｌ： ０．００５〜０．１００％、
Ｎ ： ０．０１％以下、
Ｏ ： ０．０１％以下および
Ｃａ： ０．００１〜０．００５％
を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなることを特徴とするラインパイプ用継目無鋼管。
【００２６】
（２）更に、質量％で、
Ｃｒ ： １．５％以下、
Ｎｂ ： ０．１％以下、
Ｔｉ ： ０．１％以下、
Ｚｒ ： ０．１％以下、
Ｎｉ ： １．５％以下、
Ｃｕ： １．０％以下、
Ｖ ： ０．２％以下および
Ｂ ： ０．００５％以下
のうちから選択された１種以上を含有することを特徴とする上記（１）に記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【００２７】
（３）降伏強度（ＹＳ）が５５１ＭＰａ以上であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【００２８】
（４）降伏強度（ＹＳ）が６２１ＭＰａ以上であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【００２９】
（５）８００〜１１００℃の温度域から２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却して焼入れた後、６００〜７００℃の温度に加熱して焼戻して得た継目無鋼管であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【００３０】
（６）上記（１）または（２）に記載の化学組成を有する継目無鋼管を８００〜１１００℃の温度域から２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却して焼入れた後、６００〜７００℃の温度に加熱して焼戻すことを特徴とするラインパイプ用継目無鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、降伏応力（ＹＳ）が５５１ＭＰａ（８０ｋｓｉ）またはそれを上回る高強度の継目無鋼管に母材および溶接熱影響部の全域に渡って良好な耐水素割れ性を付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の継目無鋼管の化学組成の範囲およびその限定理由について説明する。なお、各元素の含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
【００３３】
Ｃ：０．０３〜０．０８％
Ｃは、焼入れ性を高めて鋼の強度を確保するのに有効な元素であり、０．０３％以上含有させる必要がある。しかし、Ｃ含有量が０．０８％を超えると、溶接熱影響部での強度が上昇し過ぎて、耐水素割れ性が低下する。従って、Ｃの含有量を０．０３〜０．０８％とした。
【００３４】
Ｓｉ：０．０５〜０．５％
Ｓｉは、鋼の脱酸に有効な元素である。脱散剤としての効果を得るためには、０．０５％以上含有させる必要がある。しかし、Ｓｉが過剰な場合には、溶接熱影響部の靭性を大幅に低下させるとともに、軟化相のフェライト層の析出を促進し、耐水素割れ性を低下させる。従って、Ｓｉの含有量を０．０５〜０．５％とした。好ましい上限は０．３％である。
【００３５】
Ｍｎ：０．２〜１．６％
Ｍｎは、焼入れ性を高めて強度向上させるのに有効であり、また、靭性を確保するためにもある程度の含有させる必要がある。これらの効果を得るためには０．２％以上含有させる必要がある。しかし、Ｍｎ含有量が過剰な場合、焼入れ性が上昇し、溶接熱影響部の強度を高めすぎて、耐水素割れ性を低下させる。従って、Ｍｎの含有量を０．２〜１．６％とした。好ましい下限は、０．４％である。
【００３６】
Ｐ：０．０５％以下
Ｐは、粒界に偏析し、耐水素割れ性を低下させる元素である。その含有量が０．０５％を超えるとその影響が顕著となる。従って、Ｐの含有量を０．０５％以下に制限することとした。但し、Ｐの含有量は極力低いのがよく、上限は０．０２５％とするのが好ましい。
【００３７】
Ｓ：０．０１％以下
ＳもＰと同様に粒界に偏析し、耐水素割れ性を低下させる元素である。その含有量が０．０１％を超えるとその影響が顕著になる。従って、Ｓの含有量を０．０１％以下とした。なお、Ｓの含有量は極力低い方が望ましい。
【００３８】
Ｍｏ：０．５〜３．０％
Ｍｏは、焼入れ性を高めて鋼の強度を向上させるとともに、焼戻し軟化抵抗を高めることで焼き戻し組織に比べ、溶接熱影響部における強度上昇を抑えるのに有効な元素である。これらの効果を得るには、０．５％以上含有させる必要がある。しかし、Ｍｏは高価な元素であり、あまりに多量に含有させても上記の効果が飽和する。従って、Ｍｏの含有量を０．５〜３．０％とした。耐水素割れ性を更に向上させるには０．７％以上含有させるのが望ましい。
【００３９】
Ａｌ：０．００５〜０．１００％
Ａｌは、鋼の脱酸に有効な元素であり、０．００５％以上含有させる必要がある。しかし、０．１００％を越えて含有させてもその効果は飽和する。従って、Ａｌの含有量を０．００５〜０．１００％とした。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、好ましい上限は０．０５％である。本発明のＡｌ含有量とは、酸可溶Ａｌ（所謂「ｓｏｌ．Ａｌ」）を指す。
【００４０】
Ｎ：０．０１％以下
Ｎ（窒素）は、不純物として鋼中に存在し、その含有量が０．０１％を超えると粗大な窒化物を形成して、靭性および耐ＳＳＣ性を低下させる。従って、Ｎを０．０１％以下に制限することとした。Ｎの含有量は、極力低減することが望ましい。
【００４１】
Ｏ：０．０１％以下
Ｏ（酸素）は、不純物として鋼中に存在し、その含有量が０．０１％を超えると粗大な酸化物を形成して、靭性および耐ＳＳＣ性を低下させる。従って、Ｏの含有量を０．０１％以下に制限することとした。Ｏの含有量は、極力低減することが望ましい。
【００４２】
Ｃａ：０．００１〜０．００５％
Ｃａは、介在物の形態制御により靭性および耐食性を向上させるのに有効であり、かつ、鋳込み時のノズル詰まりを抑制して鋳込み特性を改善するのにも有効な元素である。これらの効果を得るためには、Ｃａを０．００１％以上含有させる必要がある。一方、過剰に含有させると介在物がクラスター化しやすくなり、逆に靭性および耐食性を低下させる。従って、Ｃａの含有量を０．００１〜０．００５％とした。
【００４３】
本発明に係るラインパイプ用継目無鋼管は、上記の化学組成を有し、その残部は、例えば、Ｆｅおよび不純物からなるものであるが、強度を高める目的で、以下に示す元素の１種以上を含有させてもよい。
【００４４】
Ｃｒ：１．５％以下
Ｃｒは、添加すれば、焼入れ性を高めて、鋼の強度を向上させるのに有効な元素である。しかし、その含有量が過剰となると、耐水素割れ性が低下するおそれがあるため、Ｃｒを含有させる場合には、その含有量を１．５％以下とするのが望ましい。Ｃｒ含有量の下限には制限はないが、焼入れ性を向上させるためには、０．０２％以上含有させるのが好ましい。より好ましい下限は０．１％である。
【００４５】
Ｎｂ：０．１％以下
Ｔｉ：０．１％以下
Ｚｒ：０．１％以下
Ｎｂ、ＴｉおよびＺｒは、添加すれば、いずれもＣおよびＮと結びつき炭窒化物を形成し、ピニング効果により細粒化に有効に働き、靭性等の機械的特性を改善する元素である。いずれの元素も０．１％を越えて含有させても効果が飽和する。従って、これらの元素を含有させる場合には、その含有量をそれぞれ０．１％以下とするのが望ましい。上記の効果が顕著となるのは、それぞれ０．００２％以上含有させた場合である。これらの元素の含有量の好ましい下限はいずれも０．０１％であり、好ましい上限はいずれも０．０５％である。
【００４６】
Ｎｉ：１．５％以下
Ｎｉは、添加すれば、焼入れ性を向上させて、鋼の強度を向上させるとともに、靭性を向上させるのに有効な元素である。しかし、Ｎｉは、高価な元素であり、過剰に含有させてもその効果が飽和し、材料コストを上昇させるだけである。従って、Ｎｉを含有させる場合には、その含有量を１．５％以下とするのが望ましい。下限には特に制限はないが、０．０２％以上含有させるのが好ましい。
【００４７】
Ｃｕ：１．０％以下
Ｃｕは、添加すれば、焼入れ性を向上させて、鋼の強度を向上させるのに有効な元素である。しかし、過剰に含有させてもその効果が飽和する。従って、Ｃｕを含有させる場合には、その含有量を１．０％以下とするのが望ましい。下限には特に制限はないが、０．０２％以上含有させるのが好ましい。
【００４８】
Ｖ：０．２％以下
ＶもＭｏと同様に焼入れ性を高めて鋼の強度を向上させるのに有効であり、しかも、焼戻し軟化抵抗を高めることで焼き戻し組織に比べ、溶接熱影響部での強度上昇を抑えることができる元素である。また、Ｖを含有させると、Ｍｏと共に微細炭化物であるＭＣ（ＭはＶおよびＭｏ）を生成し、Ｍｏ含有量が１％を超えたときに生成する針状Ｍｏ2Ｃ（ＳＳＣの起点となる）の生成を抑制する。これらの観点からは、Ｖの含有量を、０．０５％以上の含有させるのが好ましい。しかし、Ｖの含有量が過剰な場合、焼入れ時に固溶するＶは飽和し、焼戻し温度を高める効果が飽和する。従って、Ｖを含有させる場合には、その含有量を０．２％以下とするのが望ましい。
【００４９】
Ｂ：０．００５％以下
Ｂは、高強度鋼材においては粒界粗大炭化物Ｍ23Ｃ6（ＭはＦｅ、Ｃｒ、Ｍｏ）の生成を促進し、耐ＳＳＣ性を低下させるが、同時に焼入れ性を向上させる効果を有する。従って、Ｂを含有させる場合には、耐ＳＳＣ性に影響が少なく、焼入れ性の向上が見込める適度な範囲で含有させるのがよく、その含有量を０．００５％以下とするのが望ましい。Ｂの望ましい下限は、０．０００１％である。
【００５０】
次に、本発明に係る継目無鋼管の製造方法について説明する。
継目無鋼管の製造方法としては、マンネスマン・ピルガミル・プロセス、マンネスマン・プラグミル・プロセス、マンネスマン・マンドレルミル・プロセスなどの通常知られている方法を採用することができる。例えば、マンネスマン・マンドレルミル・プロセスにおいては、加熱したビレットをピアサによって穿孔して中空素管を得たのち、この中空素管にマンドレルバーを挿入し、中空素管をマンドレルバーと共にマンドレルミルに通して圧延して継目無鋼管が製造される。
【００５１】
本発明に係る継目無鋼管の製造に当たっては、上記の通常の方法によって得た継目無鋼管に、焼入れ焼戻し処理を実施するのが有効である。
【００５２】
焼入れ処理としては、８００〜１１００℃の温度域から２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却するのがよい。ここで、焼入れ温度が８００℃未満では、フェライト組織となり、強度、耐食性といった性能が劣化するおそれがある。一方、焼入れ温度が１１００℃を超えると、粒径が大きくなり、強度、耐食性といった性能が劣化するおそれがある。なお、焼入れ時の冷却速度は、遅すぎると十分な強度を確保できなくなるおそれがあるため、２０℃／ｓ以上とするのが望ましい。ただし、冷却速度の上限には、特に制限はない。
【００５３】
焼戻し処理としては、６００〜７００℃の温度に加熱した後、放冷するのがよい。ここで、焼戻し温度が６００℃未満では十分な耐食性を確保するのが困難となる場合がある。一方、７００℃を超えると、材料表面で脱炭が起こり、強度が低下するおそれがある。放冷時の冷却速度は、３℃／ｓとするのが望ましい。
【実施例】
【００５４】
表４に示す化学組成を有する鋼を各々５０ｋｇ真空溶製し、１２５０℃に加熱した後、熱間鍛造によりブロックを作製し、これらのブロックを１２５０℃に加熱した後、熱間圧延により得られた２０〜４０ｍｍ厚さの板材を９５０℃で１０〜１５分保持した後、水冷して（冷却速度は２０〜４５℃／ｓ）焼入れし、一部の鋼材については、６５０℃で３０分保持した後、放冷して焼戻した。表５には、製造条件、材料強度および耐ＳＳＣ性を示す。
【００５５】
【表４】
【００５６】
【表５】
【００５７】
耐ＳＳＣ性は、ＮＡＣＥ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）ＴＭ０１７７−２００５ ｍｅｔｈｏｄ Ｄに従ってＤＣＢ試験を行い、評価した。即ち。鋼材から厚さ１０ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍのＤＣＢ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｂｅｎｔ Ｂｅａｍ）試験片を採取し、採取した試験片を１ａｔｍの硫化水素ガスを飽和させた常温の５％食塩＋０．５％酢酸水溶液に３３６時間浸漬し、亀裂進展長さａおよび楔開放応力Ｐ（楔厚さ：３．４ｍｍ）から、下記式により応力拡大係数ＫISSCを導出した。
但し、上記式中の各記号の意味は、下記の通りである。
Ｐ：楔開放応力（Ｎ）
ａ：亀裂進展長さ（ｍｍ）
ｈ：ＤＣＢ試験片アーム部高さ（ｍｍ）＝１２．７ｍｍ
Ｂ：ＤＣＢ試験片厚み（ｍｍ）＝９．５３ｍｍ
Ｂｎ：ＤＣＢ試験片溝部厚み（ｍｍ）＝５．７２ｍｍ
【００５８】
なお、一般にＫISSC値は、材料強度の上昇に伴い低下し、材料に関わらず引張強度が１ｋｓｉ（≒６．８９ＭＰａ）上がるのに対して０．９±０．２ｋｓｉ√ｉｎ．程度の低下が見込まれる。よって材料間の耐ＳＳＣ性比較のためにＴＳが１００ｋｓｉの値に規格化をして評価を行い、そのＫISSC値の換算値で３６ ｋｓｉ√ｉｎ．以上となる試材を耐ＳＳＣ性が良好と判断した。
【００５９】
表５に示すように、Ｍｎ含有量が高く、しかもＭｏ含有量が低いＯ鋼、Ｐ鋼およびＱ鋼を用いた比較例１〜６では、ＫISSC値は低かった。また、Ｍｎ含有量が高いＲ鋼を用いた比較例７でもＫISSC値が低い結果となった。一方、Ｍｎ含有量が１．６％以下であり、かつＭｏ含有量が０．５％以上のＡ鋼〜Ｎ鋼を用いた本発明例１〜１７では、いずれも良好なＫISSC値を示した。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、降伏応力（ＹＳ）が５５１ＭＰａ（８０ｋｓｉ）またはそれを上回る高強度の継目無鋼管に母材および溶接熱影響部の全域に渡って良好な耐水素割れ性を付与することができる。従って、深海油田で用いられる海底フローライン用鋼管、ライザー用鋼管などに使用するのに適した継目無鋼管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】焼入れ焼戻し後の鋼材の降伏強度（ＹＳ）をＭｏおよびＭｎの含有量について整理した図
【図２】焼入れ焼戻し後の鋼材の応力拡大係数（ＫISSC）をＭｏおよびＭｎの含有量について整理した図
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底フローライン用鋼管、ライザー用鋼管などに使用するのに適したラインパイプ用継目無鋼管およびその製造方法に係り、より詳しくは、ＡＰＩ（米国石油協会）規格に規定されるＸ８０、即ち、降伏強度５５１〜６５５ＭＰａ（８０〜９５ｋｓｉ）またはそれを上回る高強度を有するとともに、良好な母材および溶接熱影響部の耐水素割れ性を有するラインパイプ用継目無鋼管およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
陸上または水深ほぼ５００メートルまでのいわゆる浅海に位置する油田の石油、天然ガス資源は近年枯渇しつつあり、例えば、海面下１０００〜３０００メートルといういわゆる深海の海底油田の開発が活発になっている。深海油田では、海底に設置された油井、天然ガス井の坑口から洋上のプラットホームまでの間、フローラインまたはライザーと呼ばれる鋼管を用いて原油および天然ガスを輸送する必要がある。深海に敷設されたフローラインを構成する鋼管の内部には、深い地層圧が加わった高圧の内部流耐圧がかかり、また、鋼管は波浪による繰り返し歪みと、操業停止時には深海の海水圧の影響を受ける。
【０００３】
ここに、フローラインとは、地上または海底面の地勢に沿って敷設された輸送用鋼管であり、また、ライザーとは、海底面から地上のプラットホームまで立ち上がった輸送用鋼管であり、深海油田で用いる場合には、その肉厚は、通常３０ｍｍ以上必要と言われており、それだけ苛酷な条件で使用される部材である。
【０００４】
一方、近年開発される深井やガス井は腐食性を有する硫化水素を含む場合が多く、このような環境では高強度鋼は、水素誘起割れ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｒａｃｋｉｎｇ、以下、「ＨＩＣ」という。）または硫化物応力割れ（Ｓｕｌｆｉｄｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｒａｃｋｉｎｇ、以下、「ＳＳＣ」という。）と呼ばれる水素脆化を起こし破壊に至る。材料強度が上がるほどＨＩＣまたはＳＳＣの感受性が高くなるため、高強度鋼における耐水素割れ性の確保は、大変困難な課題である。また、とりわけ周溶接による熱影響部では、熱が入った後に急冷されるために材料強度が上がりＨＩＣおよびＳＳＣの感受性が増大することが多い。
【０００５】
ＨＩＣは、腐食反応により生成した水素が鋼中に侵入し、ＭｎＳなどの介在物または硬い第２相組織のまわりに拡散・集積することで発生するといわれている。
【０００６】
耐ＨＩＣ性を向上させる方法として、例えば、特許文献１には、鋼中のＳ量を低減するとともに、Ｃａを適量添加することにより伸延状のＭｎＳの生成を抑制して、ＨＩＣの発生を抑える技術が開示されている。また、溶接鋼管については、例えば、特許文献２には、割れの伝播経路となりやすい硬化組織の生成を抑制するために、Ｃ、Ｍｎ、Ｐなどの偏析しやすい元素の含有量を低減する技術が、特許文献３には、さらに圧延後の冷却時の変態途中でＣの拡散による硬化組織の生成を防ぐために加速冷却を施す技術が開示されている。継目無鋼管においても、ＭｎＳ等の介在物析出を制限し、偏析元素を低減することでＡＰＩ規格のＸ６５グレードあるいはＸ７０グレードまで安定製造されるようになった。
【０００７】
従来、ラインパイプ用鋼における耐食性の確保は、全般的に、耐ＨＩＣ性の改善に重点がおかれている。また、例えば、特許文献４、特許文献５などに開示されているように、Ｘ８０グレードまたはそれを上回る高強度耐食性鋼管においては、耐ＨＩＣ性に関する研究が盛んに行われてきたが、耐ＳＳＣ性に関する検討はほとんどされていない。
【０００８】
【特許文献１】特開５４−１１０１１９号公報
【特許文献２】特開昭６１−６０８６６号公報
【特許文献３】特開昭６１−１６５２０７号公報
【特許文献４】特開平０９−３２４２１６号公報
【特許文献５】特開平１１−１８９８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
Ｘ８０グレードまたはそれを上回る高強度鋼材になると、ＨＩＣ感受性が高まり、例えば、特許文献１〜３に開示される技術では、ＨＩＣの発生を抑制することが困難となる。特に、従来の鋼材では溶接熱影響部において母材よりも強度が上昇するために、更にＨＩＣ感受性高まるという問題がある。また、Ｘ８０グレードまたはそれを上回る高強度鋼材では、これより低強度の鋼材に比べてＳＳＣ感受性が高まるため、耐ＨＩＣ性だけでなく耐ＳＳＣ性にも優れた鋼材が求められる。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、母材および溶接熱影響部の両方において高強度で、かつ耐水素割れ性（耐ＨＩＣ性および耐ＳＳＣ性）に優れたラインパイプ用継目無鋼管およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、母材および溶接熱影響部における耐水素割れ性を確保するため、溶接熱影響部での硬さの上昇を防ぎ、かつ母材の耐水素割れ性能を確保することができる化学組成および組織について検討した。耐水素割れ性を改善する方法としては、従来、焼戻し温度を上昇させて強度を低減する方法、焼入れ性を高めて均一組織を形成し、局所的な強度上昇を抑制する方法などが知られているが、これらの方法では、溶接熱影響部における耐水素割れ性を改善することはできない。
【００１２】
そこで、本発明者らは、継目無鋼管の組織を焼戻し組織として、母材における強度および耐水素割れ性を高めるとともに、溶接熱影響部における強度上昇を防ぐべく、焼き戻し軟化抵抗を高めて、焼戻し時の強度低下を低減するのが有効であると考え、化学組成の影響を調査した。
【００１３】
即ち、本発明者らは、まず、表１に示す化学組成を有する鋼を各々５０ｋｇ真空溶製し、１２５０℃に加熱した後、熱間鍛造によりブロックを作製し、これらのブロックを１２５０℃に加熱した後、熱間圧延により得られた３０ｍｍ厚さの板材を９５０℃で１０分保持した後、水冷して（冷却速度は３０℃／ｓ）焼入れし、その後、６５０℃で３０分保持した後、放冷して焼戻した。このようにして得た鋼材の降伏強度（ＹＳ）および耐ＳＳＣ性について調査した結果を図１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
なお、耐ＳＳＣ性は、ＮＡＣＥ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）ＴＭ０１７７−２００５ ｍｅｔｈｏｄ Ｄに従ってＤＣＢ試験を行い、評価した。即ち、鋼材から厚さ１０ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍのＤＣＢ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｂｅｎｔ Ｂｅａｍ）試験片を採取し、採取した試験片を１ａｔｍの硫化水素ガスを飽和させた常温の５％食塩＋０．５％酢酸水溶液に３３６時間浸漬し、亀裂進展長さａおよび楔開放応力Ｐ（楔厚さ：３．４ｍｍ）から、下記式により応力拡大係数ＫISSCを導出した。
但し、上記式中の各記号の意味は、下記の通りである。
Ｐ：楔開放応力（Ｎ）
ａ：亀裂進展長さ（ｍｍ）
ｈ：ＤＣＢ試験片アーム部高さ（ｍｍ）＝１２．７ｍｍ
Ｂ：ＤＣＢ試験片厚み（ｍｍ）＝９．５３ｍｍ
Ｂｎ：ＤＣＢ試験片溝部厚み（ｍｍ）＝５．７２ｍｍ
【００１６】
図１は、得られた焼入れ焼戻し後の鋼材の降伏強度（ＹＳ）をＭｏおよびＭｎの含有量について整理した図である。図１に示すように、降伏強度は、Ｍｏ含有量が多いほど高くなるものの、いずれの例でもほぼ一定となった。
【００１７】
図２は、得られた焼入れ焼戻し後の鋼材の応力拡大係数（ＫISSC）をＭｏおよびＭｎの含有量について整理した図である。図２に示すように、ＫISSCは、Ｍｎ含有量の減少、Ｍｏ含有量の増加に伴い、向上することが確認された。
【００１８】
本発明者らは、次に、表２に示す化学組成を有する鋼を各々５０ｋｇ真空溶製し、１２５０℃に加熱した後、熱間鍛造によりブロックを作製し、これらのブロックを１２５０℃に加熱した後、熱間圧延により得られた２０ｍｍ厚さの板材を９５０℃で１０分保持した後、水冷して（冷却速度は４５℃／ｓ）焼入れし、一部の鋼材については、６５０℃で３０分保持した後、放冷して焼戻した。表３に、これらの焼入れままの鋼材および焼戻し鋼材についての引張強度（ＴＳ）、硬さ（Ｈｖ）および耐ＨＩＣ性を示す。
【００１９】
【表２】
【００２０】
【表３】
【００２１】
なお、表３では、耐ＨＩＣ性として「ＨＩＣ割れ面積率」を評価している。ＨＩＣ割れ面積率は、以下の方法によって得られる。即ち、ＮＡＣＥ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）ＴＭ００２８４−２００３に従い、鋼材から厚さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を採取し、採取した試験片を１ａｔｍの硫化水素ガスを飽和させた常温の５％食塩＋０．５％酢酸水溶液に９６時間浸漬し、その後、超音波探傷試験によって試験片中の割れ面積率を求める。
【００２２】
表３に示すように、Ｍｎ含有量が高い鋼材４およびＣ含有量が高い鋼材５では、焼戻しによる強度低下が大きいことから、焼入れまま鋼材では強度が高く、ＨＩＣ割れ面積率が高い値となった。一方、ＣおよびＭｎの含有量が低く、Ｍｏの含有量が高い鋼材６では、焼戻しによる強度低下がほとんどないことから、焼入れまま鋼材でも強度を低く抑えられ、ＨＩＣは発生しなかった。
【００２３】
ここで、溶接熱影響部では溶接の入熱後急冷されるため、強度・硬さは焼入れまま材に準ずると考えられる。従って、溶接熱影響部の耐水素割れ性を確保するためには、ＣおよびＭｎの含有量を低減し、かつ焼き戻し軟化抵抗の強い鋼となるような合金設計が必要である。
【００２４】
本発明は、このような知見に基づきなされたものであり、下記の（１）〜（６）に示すラインパイプ用継目無鋼管および下記の（７）に示すラインパイプ用継目無鋼管の製造方法を要旨としている。
【００２５】
（１）質量％で、
Ｃ ： ０．０３〜０．０８％、
Ｓｉ： ０．０５〜０．５％、
Ｍｎ： ０．２〜１．６％、
Ｐ ： ０．０５％以下、
Ｓ ： ０．０１％以下、
Ｍｏ： ０．５〜３．０％、
Ａｌ： ０．００５〜０．１００％、
Ｎ ： ０．０１％以下、
Ｏ ： ０．０１％以下および
Ｃａ： ０．００１〜０．００５％
を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなることを特徴とするラインパイプ用継目無鋼管。
【００２６】
（２）更に、質量％で、
Ｃｒ ： １．５％以下、
Ｎｂ ： ０．１％以下、
Ｔｉ ： ０．１％以下、
Ｚｒ ： ０．１％以下、
Ｎｉ ： １．５％以下、
Ｃｕ： １．０％以下、
Ｖ ： ０．２％以下および
Ｂ ： ０．００５％以下
のうちから選択された１種以上を含有することを特徴とする上記（１）に記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【００２７】
（３）降伏強度（ＹＳ）が５５１ＭＰａ以上であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【００２８】
（４）降伏強度（ＹＳ）が６２１ＭＰａ以上であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【００２９】
（５）８００〜１１００℃の温度域から２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却して焼入れた後、６００〜７００℃の温度に加熱して焼戻して得た継目無鋼管であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【００３０】
（６）上記（１）または（２）に記載の化学組成を有する継目無鋼管を８００〜１１００℃の温度域から２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却して焼入れた後、６００〜７００℃の温度に加熱して焼戻すことを特徴とするラインパイプ用継目無鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、降伏応力（ＹＳ）が５５１ＭＰａ（８０ｋｓｉ）またはそれを上回る高強度の継目無鋼管に母材および溶接熱影響部の全域に渡って良好な耐水素割れ性を付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の継目無鋼管の化学組成の範囲およびその限定理由について説明する。なお、各元素の含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
【００３３】
Ｃ：０．０３〜０．０８％
Ｃは、焼入れ性を高めて鋼の強度を確保するのに有効な元素であり、０．０３％以上含有させる必要がある。しかし、Ｃ含有量が０．０８％を超えると、溶接熱影響部での強度が上昇し過ぎて、耐水素割れ性が低下する。従って、Ｃの含有量を０．０３〜０．０８％とした。
【００３４】
Ｓｉ：０．０５〜０．５％
Ｓｉは、鋼の脱酸に有効な元素である。脱散剤としての効果を得るためには、０．０５％以上含有させる必要がある。しかし、Ｓｉが過剰な場合には、溶接熱影響部の靭性を大幅に低下させるとともに、軟化相のフェライト層の析出を促進し、耐水素割れ性を低下させる。従って、Ｓｉの含有量を０．０５〜０．５％とした。好ましい上限は０．３％である。
【００３５】
Ｍｎ：０．２〜１．６％
Ｍｎは、焼入れ性を高めて強度向上させるのに有効であり、また、靭性を確保するためにもある程度の含有させる必要がある。これらの効果を得るためには０．２％以上含有させる必要がある。しかし、Ｍｎ含有量が過剰な場合、焼入れ性が上昇し、溶接熱影響部の強度を高めすぎて、耐水素割れ性を低下させる。従って、Ｍｎの含有量を０．２〜１．６％とした。好ましい下限は、０．４％である。
【００３６】
Ｐ：０．０５％以下
Ｐは、粒界に偏析し、耐水素割れ性を低下させる元素である。その含有量が０．０５％を超えるとその影響が顕著となる。従って、Ｐの含有量を０．０５％以下に制限することとした。但し、Ｐの含有量は極力低いのがよく、上限は０．０２５％とするのが好ましい。
【００３７】
Ｓ：０．０１％以下
ＳもＰと同様に粒界に偏析し、耐水素割れ性を低下させる元素である。その含有量が０．０１％を超えるとその影響が顕著になる。従って、Ｓの含有量を０．０１％以下とした。なお、Ｓの含有量は極力低い方が望ましい。
【００３８】
Ｍｏ：０．５〜３．０％
Ｍｏは、焼入れ性を高めて鋼の強度を向上させるとともに、焼戻し軟化抵抗を高めることで焼き戻し組織に比べ、溶接熱影響部における強度上昇を抑えるのに有効な元素である。これらの効果を得るには、０．５％以上含有させる必要がある。しかし、Ｍｏは高価な元素であり、あまりに多量に含有させても上記の効果が飽和する。従って、Ｍｏの含有量を０．５〜３．０％とした。耐水素割れ性を更に向上させるには０．７％以上含有させるのが望ましい。
【００３９】
Ａｌ：０．００５〜０．１００％
Ａｌは、鋼の脱酸に有効な元素であり、０．００５％以上含有させる必要がある。しかし、０．１００％を越えて含有させてもその効果は飽和する。従って、Ａｌの含有量を０．００５〜０．１００％とした。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、好ましい上限は０．０５％である。本発明のＡｌ含有量とは、酸可溶Ａｌ（所謂「ｓｏｌ．Ａｌ」）を指す。
【００４０】
Ｎ：０．０１％以下
Ｎ（窒素）は、不純物として鋼中に存在し、その含有量が０．０１％を超えると粗大な窒化物を形成して、靭性および耐ＳＳＣ性を低下させる。従って、Ｎを０．０１％以下に制限することとした。Ｎの含有量は、極力低減することが望ましい。
【００４１】
Ｏ：０．０１％以下
Ｏ（酸素）は、不純物として鋼中に存在し、その含有量が０．０１％を超えると粗大な酸化物を形成して、靭性および耐ＳＳＣ性を低下させる。従って、Ｏの含有量を０．０１％以下に制限することとした。Ｏの含有量は、極力低減することが望ましい。
【００４２】
Ｃａ：０．００１〜０．００５％
Ｃａは、介在物の形態制御により靭性および耐食性を向上させるのに有効であり、かつ、鋳込み時のノズル詰まりを抑制して鋳込み特性を改善するのにも有効な元素である。これらの効果を得るためには、Ｃａを０．００１％以上含有させる必要がある。一方、過剰に含有させると介在物がクラスター化しやすくなり、逆に靭性および耐食性を低下させる。従って、Ｃａの含有量を０．００１〜０．００５％とした。
【００４３】
本発明に係るラインパイプ用継目無鋼管は、上記の化学組成を有し、その残部は、例えば、Ｆｅおよび不純物からなるものであるが、強度を高める目的で、以下に示す元素の１種以上を含有させてもよい。
【００４４】
Ｃｒ：１．５％以下
Ｃｒは、添加すれば、焼入れ性を高めて、鋼の強度を向上させるのに有効な元素である。しかし、その含有量が過剰となると、耐水素割れ性が低下するおそれがあるため、Ｃｒを含有させる場合には、その含有量を１．５％以下とするのが望ましい。Ｃｒ含有量の下限には制限はないが、焼入れ性を向上させるためには、０．０２％以上含有させるのが好ましい。より好ましい下限は０．１％である。
【００４５】
Ｎｂ：０．１％以下
Ｔｉ：０．１％以下
Ｚｒ：０．１％以下
Ｎｂ、ＴｉおよびＺｒは、添加すれば、いずれもＣおよびＮと結びつき炭窒化物を形成し、ピニング効果により細粒化に有効に働き、靭性等の機械的特性を改善する元素である。いずれの元素も０．１％を越えて含有させても効果が飽和する。従って、これらの元素を含有させる場合には、その含有量をそれぞれ０．１％以下とするのが望ましい。上記の効果が顕著となるのは、それぞれ０．００２％以上含有させた場合である。これらの元素の含有量の好ましい下限はいずれも０．０１％であり、好ましい上限はいずれも０．０５％である。
【００４６】
Ｎｉ：１．５％以下
Ｎｉは、添加すれば、焼入れ性を向上させて、鋼の強度を向上させるとともに、靭性を向上させるのに有効な元素である。しかし、Ｎｉは、高価な元素であり、過剰に含有させてもその効果が飽和し、材料コストを上昇させるだけである。従って、Ｎｉを含有させる場合には、その含有量を１．５％以下とするのが望ましい。下限には特に制限はないが、０．０２％以上含有させるのが好ましい。
【００４７】
Ｃｕ：１．０％以下
Ｃｕは、添加すれば、焼入れ性を向上させて、鋼の強度を向上させるのに有効な元素である。しかし、過剰に含有させてもその効果が飽和する。従って、Ｃｕを含有させる場合には、その含有量を１．０％以下とするのが望ましい。下限には特に制限はないが、０．０２％以上含有させるのが好ましい。
【００４８】
Ｖ：０．２％以下
ＶもＭｏと同様に焼入れ性を高めて鋼の強度を向上させるのに有効であり、しかも、焼戻し軟化抵抗を高めることで焼き戻し組織に比べ、溶接熱影響部での強度上昇を抑えることができる元素である。また、Ｖを含有させると、Ｍｏと共に微細炭化物であるＭＣ（ＭはＶおよびＭｏ）を生成し、Ｍｏ含有量が１％を超えたときに生成する針状Ｍｏ2Ｃ（ＳＳＣの起点となる）の生成を抑制する。これらの観点からは、Ｖの含有量を、０．０５％以上の含有させるのが好ましい。しかし、Ｖの含有量が過剰な場合、焼入れ時に固溶するＶは飽和し、焼戻し温度を高める効果が飽和する。従って、Ｖを含有させる場合には、その含有量を０．２％以下とするのが望ましい。
【００４９】
Ｂ：０．００５％以下
Ｂは、高強度鋼材においては粒界粗大炭化物Ｍ23Ｃ6（ＭはＦｅ、Ｃｒ、Ｍｏ）の生成を促進し、耐ＳＳＣ性を低下させるが、同時に焼入れ性を向上させる効果を有する。従って、Ｂを含有させる場合には、耐ＳＳＣ性に影響が少なく、焼入れ性の向上が見込める適度な範囲で含有させるのがよく、その含有量を０．００５％以下とするのが望ましい。Ｂの望ましい下限は、０．０００１％である。
【００５０】
次に、本発明に係る継目無鋼管の製造方法について説明する。
継目無鋼管の製造方法としては、マンネスマン・ピルガミル・プロセス、マンネスマン・プラグミル・プロセス、マンネスマン・マンドレルミル・プロセスなどの通常知られている方法を採用することができる。例えば、マンネスマン・マンドレルミル・プロセスにおいては、加熱したビレットをピアサによって穿孔して中空素管を得たのち、この中空素管にマンドレルバーを挿入し、中空素管をマンドレルバーと共にマンドレルミルに通して圧延して継目無鋼管が製造される。
【００５１】
本発明に係る継目無鋼管の製造に当たっては、上記の通常の方法によって得た継目無鋼管に、焼入れ焼戻し処理を実施するのが有効である。
【００５２】
焼入れ処理としては、８００〜１１００℃の温度域から２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却するのがよい。ここで、焼入れ温度が８００℃未満では、フェライト組織となり、強度、耐食性といった性能が劣化するおそれがある。一方、焼入れ温度が１１００℃を超えると、粒径が大きくなり、強度、耐食性といった性能が劣化するおそれがある。なお、焼入れ時の冷却速度は、遅すぎると十分な強度を確保できなくなるおそれがあるため、２０℃／ｓ以上とするのが望ましい。ただし、冷却速度の上限には、特に制限はない。
【００５３】
焼戻し処理としては、６００〜７００℃の温度に加熱した後、放冷するのがよい。ここで、焼戻し温度が６００℃未満では十分な耐食性を確保するのが困難となる場合がある。一方、７００℃を超えると、材料表面で脱炭が起こり、強度が低下するおそれがある。放冷時の冷却速度は、３℃／ｓとするのが望ましい。
【実施例】
【００５４】
表４に示す化学組成を有する鋼を各々５０ｋｇ真空溶製し、１２５０℃に加熱した後、熱間鍛造によりブロックを作製し、これらのブロックを１２５０℃に加熱した後、熱間圧延により得られた２０〜４０ｍｍ厚さの板材を９５０℃で１０〜１５分保持した後、水冷して（冷却速度は２０〜４５℃／ｓ）焼入れし、一部の鋼材については、６５０℃で３０分保持した後、放冷して焼戻した。表５には、製造条件、材料強度および耐ＳＳＣ性を示す。
【００５５】
【表４】
【００５６】
【表５】
【００５７】
耐ＳＳＣ性は、ＮＡＣＥ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）ＴＭ０１７７−２００５ ｍｅｔｈｏｄ Ｄに従ってＤＣＢ試験を行い、評価した。即ち。鋼材から厚さ１０ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍのＤＣＢ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｂｅｎｔ Ｂｅａｍ）試験片を採取し、採取した試験片を１ａｔｍの硫化水素ガスを飽和させた常温の５％食塩＋０．５％酢酸水溶液に３３６時間浸漬し、亀裂進展長さａおよび楔開放応力Ｐ（楔厚さ：３．４ｍｍ）から、下記式により応力拡大係数ＫISSCを導出した。
但し、上記式中の各記号の意味は、下記の通りである。
Ｐ：楔開放応力（Ｎ）
ａ：亀裂進展長さ（ｍｍ）
ｈ：ＤＣＢ試験片アーム部高さ（ｍｍ）＝１２．７ｍｍ
Ｂ：ＤＣＢ試験片厚み（ｍｍ）＝９．５３ｍｍ
Ｂｎ：ＤＣＢ試験片溝部厚み（ｍｍ）＝５．７２ｍｍ
【００５８】
なお、一般にＫISSC値は、材料強度の上昇に伴い低下し、材料に関わらず引張強度が１ｋｓｉ（≒６．８９ＭＰａ）上がるのに対して０．９±０．２ｋｓｉ√ｉｎ．程度の低下が見込まれる。よって材料間の耐ＳＳＣ性比較のためにＴＳが１００ｋｓｉの値に規格化をして評価を行い、そのＫISSC値の換算値で３６ ｋｓｉ√ｉｎ．以上となる試材を耐ＳＳＣ性が良好と判断した。
【００５９】
表５に示すように、Ｍｎ含有量が高く、しかもＭｏ含有量が低いＯ鋼、Ｐ鋼およびＱ鋼を用いた比較例１〜６では、ＫISSC値は低かった。また、Ｍｎ含有量が高いＲ鋼を用いた比較例７でもＫISSC値が低い結果となった。一方、Ｍｎ含有量が１．６％以下であり、かつＭｏ含有量が０．５％以上のＡ鋼〜Ｎ鋼を用いた本発明例１〜１７では、いずれも良好なＫISSC値を示した。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、降伏応力（ＹＳ）が５５１ＭＰａ（８０ｋｓｉ）またはそれを上回る高強度の継目無鋼管に母材および溶接熱影響部の全域に渡って良好な耐水素割れ性を付与することができる。従って、深海油田で用いられる海底フローライン用鋼管、ライザー用鋼管などに使用するのに適した継目無鋼管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】焼入れ焼戻し後の鋼材の降伏強度（ＹＳ）をＭｏおよびＭｎの含有量について整理した図
【図２】焼入れ焼戻し後の鋼材の応力拡大係数（ＫISSC）をＭｏおよびＭｎの含有量について整理した図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ ：０．０３〜０．０８％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５％、
Ｍｎ：０．２〜１．６％、
Ｐ ：０．０５％以下、
Ｓ ：０．０１％以下、
Ｍｏ：０．５〜３．０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、
Ｎ ：０．０１％以下、
Ｏ ：０．０１％以下および
Ｃａ：０．００１〜０．００５％
を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなることを特徴とするラインパイプ用継目無鋼管。
【請求項２】
更に、質量％で、
Ｃｒ：１．５％以下、
Ｎｂ：０．１％以下、
Ｔｉ：０．１％以下、
Ｚｒ：０．１％以下、
Ｎｉ：１．５％以下、
Ｃｕ：１．０％以下、
Ｖ ：０．２％以下および
Ｂ ：０．００５％以下
のうちから選択された１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【請求項３】
降伏強度（ＹＳ）が５５１ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【請求項４】
降伏強度（ＹＳ）が６２１ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【請求項５】
８００〜１１００℃の温度域から２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却して焼入れた後、６００〜７００℃の温度に加熱して焼戻して得た継目無鋼管であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の化学組成を有する継目無鋼管を８００〜１１００℃の温度域から２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却して焼入れた後、６００〜７００℃の温度に加熱して焼戻すことを特徴とするラインパイプ用継目無鋼管の製造方法。
【請求項１】
質量％で、
Ｃ ：０．０３〜０．０８％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５％、
Ｍｎ：０．２〜１．６％、
Ｐ ：０．０５％以下、
Ｓ ：０．０１％以下、
Ｍｏ：０．５〜３．０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、
Ｎ ：０．０１％以下、
Ｏ ：０．０１％以下および
Ｃａ：０．００１〜０．００５％
を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなることを特徴とするラインパイプ用継目無鋼管。
【請求項２】
更に、質量％で、
Ｃｒ：１．５％以下、
Ｎｂ：０．１％以下、
Ｔｉ：０．１％以下、
Ｚｒ：０．１％以下、
Ｎｉ：１．５％以下、
Ｃｕ：１．０％以下、
Ｖ ：０．２％以下および
Ｂ ：０．００５％以下
のうちから選択された１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【請求項３】
降伏強度（ＹＳ）が５５１ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【請求項４】
降伏強度（ＹＳ）が６２１ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【請求項５】
８００〜１１００℃の温度域から２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却して焼入れた後、６００〜７００℃の温度に加熱して焼戻して得た継目無鋼管であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載のラインパイプ用継目無鋼管。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の化学組成を有する継目無鋼管を８００〜１１００℃の温度域から２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却して焼入れた後、６００〜７００℃の温度に加熱して焼戻すことを特徴とするラインパイプ用継目無鋼管の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２４５０４（Ｐ２０１０−２４５０４Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８８３９９（Ｐ２００８−１８８３９９）
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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