高强度管线钢管用热轧钢板的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及热轧钢板及其制造方法，所述热轧钢板具有抗氢致开裂性（hydrogen induced cracking resistance)(以下称为抗 HIC 性），并具有 API (American Petroleum Institute)标准X52以上的强度，适合作为用于输送原油或天然气之类的能源资源的管线 钢管用电缝钢管原材料使用。
【背景技术】
[0002] 以往，从输送效率的观点考虑，管线钢管主要使用能够制造大直径且厚壁的钢管 的UOE钢管，最近，代替UOE钢管，以生产率高且更廉价的卷形状的热轧钢板（热轧钢带） 为材料的高强度电缝钢管（high strength electric resistance welded steel pipe)逐 渐普及。除成本方面以外，电缝钢管还有如下优点，即，壁厚偏差和圆度与UOE钢管相比优 异。另一方面，电缝钢管的造管方法（pipe production method)的特征在于，是冷乳成型 (cold roll forming)，在制造钢管时赋予的塑性应变（plastic strain)与UOE钢管相比 格外大。
[0003] 近年的原油以及天然气开发随着能源需要的增加和采掘技术的进步，油田和气 田逐渐极地化、高深度化。对于这样的场所中使用的管线钢管，除了要求强度、韧性和焊 接性，还要求抗HIC性、抗硫化物应力腐蚀开裂（sulfate stress corrosion cracking resistance) (SSC)之类的所谓耐酸特性（sour resistance)。对于铺设后不负载应力的管 线钢管而言，抗HIC性尤其重要。
[0004] HIC是由腐蚀反应生成的氢离子在钢表面成为氢原子而侵入钢中，在MnS等夹杂 物、NbC等粗大的碳化物或硬质第二相（second hard phase)的周围集聚从而产生内压，最 终使钢材产生裂纹的现象。另外，对钢材赋予塑性应变时，在上述夹杂物、碳化物以及硬质 第二相周边导入大量的位错（dislocation)，从而使氢原子更容易集聚，因此助长了 HIC。
[0005] 为了解决上述HIC的问题，一直以来提出了各种解决对策。
[0006] 专利文献1中，公开了一种通过使分别与s、0(氧）及N结合而形成夹杂物的元素 的含量的总计为〇. 01%以下，或者将夹杂物的最大直径控制在5 ym以下，将成为HIC的起 点的夹杂物无害化，再将中心偏析部（center segregation part)的硬度设为Hv330以下， 从而提高耐HIC的方法。
[0007] 专利文献2中，公开了一种通过减小成为HIC的起点的TiN的大小，从而减小HIC 面积率（area ratio of HIC)的方法。具体而言，通过调整Al和Ca的添加量，并使CaO/ Al2O3的重量比为1. 2~1. 5,从而将钢水中的Al-Ca系硫化物微细化，并使以该硫化物为核 生成的Al-Ti-Ca系复合夹杂物为30 μ m以下。
[0008] 另外，专利文献3中公开了一种通过使从板厚方向的中央部朝向板厚方向位于板 厚的5%的距离的区域中的Nb浓度为0. 060%以下，并将Ti浓度抑制在0. 025%以下，从而 不易生成成为HIC起点的Nb和Ti的碳氮化物的方法。
[0009] 专利文献4中公开了一种通过减少钢中添加的Mn量并减少中心偏析，从而提高抗 HIC性，有效地使用中心偏析较难的Cr和Mo,由此制造抗HIC性优异的高强度管线钢管的 方法。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1 :日本特开2006-63351号公报
[0013] 专利文献2 :日本专利第4363403号公报（国际公开W02005/075694号公报）
[0014] 专利文献3 :日本特开2011-63840号公报
[0015] 专利文献4 :日本专利第2647302号公报（日本特开平5-271766号公报）
【发明内容】
[0016] 然而，在专利文献1中记载的技术中，中心偏析部的硬度仍然很高，即使能够将成 为起点的夹杂物无害化，也有对成型时赋予大的塑性的电缝管无法保证充分的抗HIC性的 问题。
[0017] 另外，在专利文献2和专利文献3中记载的技术中，并没有对控制中心偏析部的硬 度采取具体的对策，存在即使能够将成为起点的夹杂物无害化，对于电缝管而言也仍然产 生大的HIC的问题。
[0018] 并且，在专利文献4中记载的技术中，通过过量添加 Cr和Mo，从而助长马氏体等硬 质第二相的生成，中心偏析部的硬度增高，所以对于在成型时赋予了大的塑性的电缝管而 言，存在必须进一步降低中心偏析部的硬度的问题。
[0019] 本发明是鉴于上述课题而进行的，其目的在于提供一种抗HIC性优异的高强度管 线钢管用电缝钢管，可适用于电缝管管线钢管，受到例如10%的塑性应变后的HIC的裂纹 长度比值（以下称为CLR) = 15%以下。
[0020] 这里抗HIC性优异是指，在NACE溶液（NACE TM-0284溶液A :5 % NaCl+0. 5 % CH3OOH, 1个大气压饱和H2S，pH = 3. 0~4. 0)中浸渍96hr后的裂纹长度比值（CLR)为15% 以下。
[0021] 本发明是基于如下见解发明的，即，为了降低中心偏析部的硬度并且得到所希望 的强度，对于中心偏析部的硬度和钢组成、组织构成与HIC成绩以及制造条件的关系进行 大量实验而得到的见解。
[0022] 首先，调查产品的HIC成绩与中心偏析部的硬度的关系。其结果，可知若使中心偏 析部的维氏硬度为HV230以下，则能够实现裂纹长度比值（CLR)彡15%。这本身，即为了提 高抗HIC性而控制中心偏析部的硬度像专利文献1中记载的那样，是一直以来众所周知的。
[0023] 然而，进一步进行产品的数据收集，结果可知即使将中心偏析部的最高硬度抑制 在Hv230以下时，也有CLR > 15%的情况，从材质均质性的观点考虑调查该原因。图1中示 出中心偏析部与非偏析部的硬度比（中心偏析部的维氏硬度/非偏析部的维氏硬度）与裂 纹长度比值（CLR)的关系。由此可判明若硬度比为1. 20以下则CLR为15%以下。
[0024] 认为这是由于板厚方向的硬度分布不均匀时，若受到大的塑性应变，则在中心偏 析的硬度高的位置与硬度不高的位置之间应变集中，那里就成为氢原子的陷阱点（trap site)〇
[0025] 接着，对用于实现中心偏析部与非偏析部的硬度比小于I. 20的钢的组成进行研 宄，计算在碳当量公式（CEQ = C+Mn/6+(Cr+M〇+V)/5+(Cu+Ni)/15)中编入由独自的计算机 模拟（computation simulation)计算的各成分的连铸钢还中的偏析系数（segregation coefficient)而得的 SP 值（=Mn+Mo+11. 3C+0. 29X (Cu+Ni)+0. 60Cr+0. 88V)。图 2 中示 出中心偏析部与非偏析部的硬度比与SP值的关系。其结果，可判明为了使中心偏析部与非 偏析部的硬度比小于1. 20,需要使SP值为1. 90以下。
[0026] 本发明基于上述见解进一步研宄而成，本发明的主旨如下。
[0027] [1] 一种抗HIC性优异的高强度管线钢管用热轧钢板，其特征在于，成分组成以质 量％计，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，进一步含有选自 Cu : 0. 50%以下、Ni :0. 50%以下、V :0. 10%以下中的1种以上，剩余部分由Fe和不可避免的杂 质构成，满足下述式（1)，金属组织为贝氏体铁素体，中心偏析部的硬度与非偏析部的硬度 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 的元素符号表示各元素的质量％。
[0030] [2]根据上述[1]中记载的抗HIC性优异的高强度管线钢管用热轧钢板，其特征在 于，除上述成分组成以外，还满足下述式（2)。
[0031] I. 2 ^ EC ^ 4. 0 ......(2)
[0032] 这里，EC 表示为 EC = [Ca] eff7 (L 25 X S)，[Ca] eff 由 Ca- (0· 18+130 X Ca) X 0 求 出。应予说明，式中的元素符号Ca、S、0表示各元素的质量％。
[0033] [3]根据上述[1]或[2]中记载的抗HIC性优异的高强度管线钢管用热轧钢板，其 特征在于，除了上述成分组成以外，中心偏析部的硬度与非偏析部的硬度之比小于1. 20。
[0034] [4] 一种抗HIC性优异的高强度管线钢管用热轧钢板的制造方法，其特征在于，将 具有上述[1]或[2]中记载的成分组成的钢坯加热至1100°C~1300°C的温度，进行粗轧， 接着以930°C以下的累积压下率（cumulative rolling reduction ratio)为20%以上的方 式进行精乳，之后，在板厚中心以5~100°C /s的平均冷却速度进行加速冷却（accelerated cooling)直至380~