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公開番号2025110367
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-28
出願番号2024161088
出願日2024-09-18
発明の名称鋼板及び鋼管並びに鋼板の製造方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類C22C 38/00 20060101AFI20250718BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】降伏強度が300MPa以上、耐SSC性及び耐HIC性に優れた鋼板を提供する。
【解決手段】表面から深さ0.1mmの位置の金属組織が、面積率で、ポリゴナルフェライト、グラニュラーベイナイトの1種又は2種を面積率の合計で70～98%を含み、平均粒径が30.0μm以下であり、表面から深さ0.5mmの位置の金属組織が、面積率で、ポリゴナルフェライト、グラニュラーベイナイトの1種又は2種を面積率の合計で75～95%を含み、鋼板の板厚をtとしたとき、鋼板の、表面から深さ2t/5の位置の金属組織が、ポリゴナルフェライト、グラニュラーベイナイトの1種又は2種を面積率の合計で、50～97%含み、平均粒径が20.0μm以下であり、鋼板の表面から深さ1.0mmまでの範囲である表層部における最高硬さであるHvmaxが220Hv以下であり、降伏比が70%以上である鋼板を採用する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
化学組成として、質量％で、
Ｃ：０．０３０～０．０７０％、
Ｓｉ：０．００５～０．５００％、
Ｍｎ：０．８０～１．６５％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．００１５％以下、
Ａｌ：０．０１０～０．０７０％、
Ｔｉ：０．００４～０．０１８％、
Ｎｂ：０．００５～０．０５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎ：０．００２０～０．００７０％、
Ｎｉ：０～０．５０％、
Ｍｏ：０～０．５０％、
Ｃｒ：０～０．５０％、
Ｃｕ：０～０．５０％、
Ｖ：０～０．１００％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
ＲＥＭ：０～０．０１００％、
Ｂ：０～０．００３０％、
Ｏ：０．００４０％以下、
残部：Ｆｅ及び不純物、からなる鋼板であり、
前記鋼板は、
下記式（１）で定義されるＣｅｑが０．２００～０．５００の範囲内であり、
下記式（２）で定義されるＮＰＩＰが、１．００以下であり、かつ、
下記式（３）で定義されるＮＰＩＭが１．５×１０
－５
以上であり、
表面から深さ０．１ｍｍの位置の金属組織が、面積率で、ポリゴナルフェライト、グラニュラーベイナイトの１種又は２種を面積率の合計で７０～９８％を含み、平均粒径が３０．０μｍ以下であり、
表面から深さ０．５ｍｍの位置の金属組織が、面積率で、ポリゴナルフェライト、グラニュラーベイナイトの１種又は２種を面積率の合計で７５～９５％を含み、
前記鋼板の板厚をｔとしたとき、前記鋼板の表面から深さ２ｔ／５の位置の金属組織が、ポリゴナルフェライト、グラニュラーベイナイトの１種又は２種を面積率の合計で、５０～９７％含み、平均粒径が２０．０μｍ以下であり、
前記鋼板の表面から深さ１．０ｍｍまでの範囲である表層部における最高硬さであるＨｖｍａｘが２２０Ｈｖ以下であり、
降伏比が７０％以上である、鋼板。
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）／１５＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］）／５・・・（１）
ＮＰＩＰ＝［Ｔｉ］／［Ｎ］×０．２９・・・（２）
ＮＰＩＭ＝［Ｔｉ］×［Ｎ］・・・（３）
ここで、上記式（１）～（３）中の［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］は、それぞれ、前記鋼板中のＣ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎの質量％での含有量を示す。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記化学組成は、下記式（４）で定義されるＥＳＳＰが１．０以上１５．０以下の範囲内となる、請求項１に記載の鋼板。
ＥＳＳＰ＝［Ｃａ］×（１－１２４×［Ｏ］）／（１．２５×［Ｓ］）・・・（４）
ここで、上記式（４）中の［Ｃａ］、［Ｏ］、［Ｓ］は、それぞれ、前記鋼板中のＣａ、Ｏ、Ｓの質量％での含有量を示す。
【請求項３】
前記表面から深さ２ｔ／５の位置の前記金属組織が、面積率で、ポリゴナルフェライトを、５０％以上含む、請求項１または請求項２に記載の鋼板。
【請求項４】
前記化学組成のうち、
Ｎｉ：０．０５～０．５０％、
Ｍｏ：０．０５～０．５０％、
Ｃｒ：０．０５～０．５０％、
Ｃｕ：０．０５～０．５０％、
Ｖ：０．０１０～０．１００％、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
ＲＥＭ：０．０００１～０．０１００％のうちの１種または２種以上を含有する、請求項１または請求項２に記載の鋼板。
【請求項５】
前記化学組成のうち、
Ｎｉ：０．０５～０．５０％、
Ｍｏ：０．０５～０．５０％、
Ｃｒ：０．０５～０．５０％、
Ｃｕ：０．０５～０．５０％、
Ｖ：０．０１０～０．１００％、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
ＲＥＭ：０．０００１～０．０１００％のうちの１種または２種以上を含有する、請求項３に記載の鋼板。
【請求項６】
前記鋼板の表面から深さ１．０ｍｍまでの範囲である表層部における最高硬さであるＨｖｍａｘが２００Ｈｖ以下である、請求項１または請求項２に記載の鋼板。
【請求項７】
降伏強度が、３００～６００ＭＰａである、請求項１または請求項２に記載の鋼板。
【請求項８】
水素圧２００気圧の高圧水素環境で１０００時間保持した後の破壊靭性値が５５ＭＰａ√ｍ以上である、請求項１または請求項２に記載の鋼板。
【請求項９】
板厚が、１０～４０ｍｍの範囲内である、請求項１または請求項２に記載の鋼板。
【請求項１０】
請求項１または請求項２に記載の鋼板からなる母材部と、溶接部とを有する鋼管。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板及び鋼管並びに鋼板の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、油井やガス井（以下、「油井」と総称することがある。）の掘削深度は、ますます深くなる傾向にある。これに伴い、油井用鋼管には高強度化が要求されている。また、油井用鋼管は、腐食性ガスを含む酸性の厳しい環境（高圧硫化水素環境）に曝されるので、硫化物応力割れ（ＳｕｌｆｉｄｅＳｔｒｅｓｓＣｒａｃｋｉｎｇ、以下「ＳＳＣ」ということがある。）や、水素誘起割れ（ＨｙｄｒｏｇｅｎＩｎｄｕｃｅｄＣｒａｃｋｉｎｇ、以下「ＨＩＣ」ということがある。）が問題になる。また、油やガスを輸送するパイプラインに使用される鋼管も、油井から生産された腐食性ガスに曝される。そのため、パイプラインに使用される鋼管（ラインパイプ）にも、耐硫化物応力割れ性（耐ＳＳＣ性）及び耐水素誘起割れ性（耐ＨＩＣ性）が要求される。以下、耐硫化物応力割れ性（耐ＳＳＣ性）及び耐水素誘起割れ性（耐ＨＩＣ性）を、「耐サワー性」と総称することがある。
【０００３】
ＳＳＣやＨＩＣは、主に、介在物や溶接部の近傍で発生する。そのため、従来、高強度と耐サワー性とが要求される用途には、主に、シームレス鋼管が使用されていた。また、高圧の硫化水素環境下では、普通鋼や低合金鋼ではなく、ステンレス鋼管や、高合金鋼管が使用されていた。しかしながら、最近では、製造コスト削減の観点から、高圧の硫化水素環境下で使用可能な、安価な鋼管が要望されている。
【０００４】
また、ラインパイプ用鋼管には、薄肉化による材料の節約や、製品重量の軽量化のため、高強度化が要求されている。しかしながら、高強度化を目的として、合金元素の添加量を増加したり、高能率溶接のために入熱量を増大したりすると、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の低温靱性が低下する。
【０００５】
高圧の硫化水素環境下での耐サワー性を高める手法として、例えば、非特許文献１には、１２５ｋｓｉ級の高強度油井管において、（ａ）非金属介在物を微細分散させて孔食を防止する、（ｂ）ナノサイズの炭化物を活用し、高温焼戻しで転位密度を低減する、（ｃ）Ｍ３Ｃの球状化と粗大炭化物Ｍ２３Ｃ６の生成防止とによって粒界炭化物の形態を改善する、等の組織制御が提案されている。非特許文献１には、これらの手法を適用して開発した鋼の耐ＳＳＣ性を、環境条件を変えて評価し、開発鋼が従来鋼より優れた性能を有することが開示されている。
【０００６】
しかしながら、非特許文献１はシームレス鋼管に関するものであり、トランクラインなどに使用される大径溶接鋼管に適用できないという課題があった。また、非特許文献１のシームレス鋼管は、パイプラインに使用される鋼管に重要な特性である溶接性が劣る等、適用範囲が限定されるという課題もあった。
【０００７】
これに対し、特許文献１及び非特許文献２には、耐サワー性には硬さが影響するとの知見に基づいて母材部及び溶接部の硬さを２２０Ｈｖ以下に規定した、耐サワー性に優れた溶接鋼管又はこの鋼管用の鋼板について、提案されている。
【０００８】
また、特許文献２には、質量％で、中心偏析部の硬さを示す指標であるＣＰ値（＝４．４６×［％Ｃ］＋２．３７×［％Ｍｎ］／６＋（１．７４×［％Ｃｕ］＋１．７×［％Ｎｉ］）／１５＋（１．１８×［％Ｃｒ］＋１．９５×［％Ｍｏ］＋１．７４×［％Ｖ］）／５＋２２．３６×［％Ｐ］）が１．０以下で、鋼組織がベイナイト組織であり、板厚方向の硬さのばらつきΔＨＶが３０以下で、かつ、板幅方向の硬さのばらつき（ΔＨＶ）が３０以下である、耐サワーラインパイプ用高強度鋼板が提案されている。
【０００９】
また、特許文献３には、金属組織がベイナイト組織であり、板厚方向の硬さのばらつきがΔＨｖ１０で２５以下であり、板幅方向の硬さのばらつきがΔＨｖ１０で２５以下であり、鋼板表層部の最高硬さがＨｖ１０で２２０以下である、鋼板内の材質均一性に優れた耐サワーラインパイプ用高強度鋼板が提案されている。
【００１０】
また、特許文献４には、鋼板表面から板厚方向に１ｍｍまでの範囲の金属組織が、焼戻しマルテンサイト、焼戻しベイナイトの中から選ばれる１種又は２種からなり、板厚中心部から板厚方向に±１ｍｍの範囲の金属組織において、焼戻しマルテンサイト、焼戻しベイナイトの中から選ばれる１種又は２種からなる主相が面積率で８０％以上であり、主相以外の残部がフェライト、パーライト、セメンタイト、残留オーステナイトの中から選ばれる１種以上からなり、更に、鋼板表面から板厚方向に１ｍｍの位置の硬度がビッカース硬さで２５０ＨＶ以下、鋼板表面から１ｍｍの位置と板厚中心部との硬度差がビッカース硬さで６０ＨＶ以下である、耐水素誘起割れ性に優れた調質鋼板が提案されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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