特許 6050003 低温における優れた靭性および硫化物応力腐食亀裂抵抗をもつ厚肉鋼管

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6050003

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】低温における優れた靭性および硫化物応力腐食亀裂抵抗をもつ厚肉鋼管

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20161212BHJP

   C22C 38/46 20060101ALI20161212BHJP

   C22C 38/60 20060101ALI20161212BHJP

   C21D 9/08 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   C22C38/00 301Z

   C22C38/46

   C22C38/60

   C21D9/08 E

【請求項の数】21

【外国語出願】

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2012-23273(P2012-23273)

(22)【出願日】2012年2月6日

(65)【公開番号】特開2012-197508(P2012-197508A)

(43)【公開日】2012年10月18日

【審査請求日】2014年11月4日

(31)【優先権主張番号】MI2011A000179

(32)【優先日】2011年2月7日

(33)【優先権主張国】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】512030348

【氏名又は名称】ダルミネ・ソチエタ・ペル・アチオニ

(74)【代理人】

【識別番号】110000741

【氏名又は名称】特許業務法人小田島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】エツトーレ・アネリ

(72)【発明者】

【氏名】マリアノ・アルメンゴル

(72)【発明者】

【氏名】パオロ・ノベツリ

(72)【発明者】

【氏名】フエデリコ・テイントリ

【審査官】 田口 裕健

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０５７８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５４０１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２４５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１１８０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１４３５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３１７６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ３８／００−３８／６０

Ｃ２１Ｄ ９／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼組成物であって、
０．０５重量％〜０．１６重量％の炭素；
０．２０重量％〜０．９０重量％のマンガン；
０．１０重量％〜０．５０重量％のケイ素；
１．２０重量％〜２．６０重量％のクロム；
０．０５重量％〜０．５０重量％のニッケル；
０．８０重量％〜１．２０重量％のモリブデン；
０．００５重量％〜０．１２重量％のバナジウム；
０．００８重量％〜０．０４重量％のアルミニウム；
０．００３０重量％〜０．０１２０重量％の窒素；
０．００１０重量％〜０．００５重量％のカルシウム；および
残部が鉄及び不可避的不純物である鋼組成物からなる厚肉の継ぎ目なし鋼管であって、
鋼管の肉厚が３５ｍｍ以上であり、そして
鋼管が４５０ＭＰａ以上の降伏強さをもち、そして鋼管の微細組織が５０％以上の容量百分率のマルテンサイトおよび５０％以下の容量百分率の下部ベイナイトからなる、
厚肉の継ぎ目なし鋼管。

【請求項2】

鋼組成物が更に、
０〜０．８０重量％のタングステン；
０〜０．０３０重量％のニオビウム；
０〜０．０２０重量％のチタン；
０〜０．３０重量％の銅；
０〜０．０１０重量％の硫黄；
０〜０．０２０重量％のリン；
０〜０．００２０重量％のホウ素；
０〜０．０２０重量％のヒ素；
０〜０．００５０重量％のアンチモン；
０〜０．０２０重量％の錫；
０〜０．０３０重量％のジルコニウム；
０〜０．０３０重量％のタンタル；
０〜０．００５０重量％のビスマス；
０〜０．００３０重量％の酸素；
０〜０．０００３０重量％の水素；
を含んでなる、請求項１の鋼管。

【請求項3】

鋼組成物が
０．０７重量％〜０．１４重量％の炭素；
０．３０重量％〜０．６０重量％のマンガン；
０．１０重量％〜０．４０重量％のケイ素；
１．８０重量％〜２．５０重量％のクロム；
０．０５重量％〜０．２０重量％のニッケル；
０．９０重量％〜１．１０重量％のモリブデン；
０〜０．６０重量％のタングステン；
０〜０．０１５重量％のニオビウム；
０〜０．０１０重量％のチタン；
０〜０．２０重量％の銅；
０〜０．００５重量％の硫黄；
０〜０．０１２重量％のリン；
０．０５０重量％〜０．１０重量％のバナジウム；
０．０１０重量％〜０．０３０重量％のアルミニウム；
０．００３０重量％〜０．０１００重量％の窒素；
０．００１０重量％〜０．００３重量％のカルシウム；
０．０００５重量％〜０．００１２重量％のホウ素；
０〜０．０１５重量％のヒ素；
０〜０．００５０重量％のアンチモン；
０〜０．０１５重量％の錫；
０〜０．０１５重量％のジルコニウム；および
０〜０．０１５重量％のタンタル；
０〜０．００５０重量％のビスマス；
０〜０．００２０重量％の酸素；
０〜０．０００２５重量％の水素；および
残部が鉄及び不可避的不純物である鋼組成物からなる
請求項２の鋼管。

【請求項4】

鋼組成物が
０．０８重量％〜０．１２重量％の炭素；
０．３０重量％〜０．５０重量％のマンガン；
０．１０重量％〜０．２５重量％のケイ素；
２．１０重量％〜２．４０重量％のクロム；
０．０５重量％〜０．２０重量％のニッケル；
０．９５重量％〜１．１０重量％のモリブデン；
０〜０．３０重量％のタングステン；
０〜０．０１０重量％のニオビウム；
０〜０．０１０重量％のチタン；
０〜０．１５重量％の銅；
０〜０．００３重量％の硫黄；
０〜０．０１０重量％のリン；
０．０５０重量％〜０．０７重量％のバナジウム；
０．０１５重量％〜０．０２５重量％のアルミニウム；
０．００３０重量％〜０．００８重量％の窒素；および
０．００１５重量％〜０．００３重量％のカルシウム；
０．０００８重量％〜０．００１４重量％のホウ素；
０〜０．０１５重量％のヒ素；
０〜０．００５０重量％のアンチモン；
０〜０．０１５重量％の錫；
０〜０．０１０重量％のジルコニウム；および
０〜０．０１０重量％のタンタル；
０〜０．００５０重量％のビスマス；
０〜０．００１５重量％の酸素；
０〜０．０００２０重量％の水素；および
残部が鉄及び不可避的不純物である鋼組成物からなる
請求項２の鋼管。

【請求項5】

降伏強さが４８５ＭＰａ以上である、請求項１−４のいずれか１項の鋼管。

【請求項6】

マルテンサイトの容量百分率が９０％以上であり、そして下部ベイナイトの容量百分率が１０％以下である、請求項１−５のいずれか１項の鋼管。

【請求項7】

旧オーステナイトの粒度が１５μｍと１００μｍの間にある、請求項１−６のいずれか１項の鋼管。

【請求項8】

パケットサイズが６μｍ以下である、請求項１−７のいずれか１項の鋼管。

【請求項9】

４０ｎｍ以下の平均粒径を有する、組成ＭＸまたはＭ₂Ｘをもつ１種または複数の粒状物が鋼管内に存在し、式中ＭがＶ、Ｍｏ、ＮｂおよびＣｒから選択され、ここでＸがＣとＮから選択される、請求項１−８のいずれか１項の鋼管。

【請求項10】

延性から脆性への転移温度が−７０℃より低い、請求項１−９のいずれか１項の鋼管。

【請求項11】

シャルピーＶ−ノッチエネルギー（測定温度−７０℃）が１５０Ｊ／ｃｍ²以上である、請求項１−１０のいずれか１項の鋼管。

【請求項12】

鋼管が、降伏応力の９０％の応力を受け、そしてＮＡＣＥ ＴＭ０１７７に従って試験される時に、７２０時間後に破壊を示さず、破壊は少なくとも一部は応力腐食亀裂による、請求項１−１１のいずれか１項の鋼管。

【請求項13】

炭素鋼組成物であって、
０．０５重量％〜０．１６重量％の炭素；
０．２０重量％〜０．９０重量％のマンガン；
０．１０重量％〜０．５０重量％のケイ素；
１．２０重量％〜２．６０重量％のクロム；
０．０５重量％〜０．５０重量％のニッケル；
０．８０重量％〜１．２０重量％のモリブデン；
０．００５重量％〜０．１２重量％のバナジウム；
０．００８重量％〜０．０４重量％のアルミニウム；
０．００３０重量％〜０．０１２０重量％の窒素；
０．００１０重量％〜０．００５重量％のカルシウム：および
残部が鉄及び不可避的不純物である鋼組成物からなる
炭素鋼組成物を有する鋼を提供し、
鋼を３５ｍｍ以上の肉厚をもつ管に形成し、
形成された鋼管を第１の加熱操作で、９００℃〜１０６０℃間の範囲内の温度に加熱し、
形成された鋼管を７℃／秒以上の速度で焼き入れし、ここで焼き入れされた鋼の微細組織はマルテンサイトと下部ベイナイトからなり、ここで、マルテンサイトの容量百分率は５０％以上、下部ベイナイトの容量百分率は５０％以下
であり、そして１５μｍを超える平均旧オーステナイト粒度を有する、そして
焼き入れされた鋼管を６８０℃〜７６０℃の間の範囲内の温度で焼き戻しする、ここで、焼き戻し後の鋼管は、４５０ＭＰａを超える降伏強さおよび１５０Ｊ／ｃｍ²以上のシャルピーＶ−ノッチエネルギー（測定温度−７０℃）を有する、工程：
を含んでなる、厚肉鋼管を製造する方法。

【請求項14】

鋼組成物が更に、
０〜０．８０重量％のタングステン；
０〜０．０３０重量％のニオビウム；
０〜０．０２０重量％のチタン；
０〜０．００２０重量％のホウ素；
０〜０．０２０重量％のヒ素；
０〜０．００５０重量％のアンチモン；
０〜０．０２０重量％の錫；
０〜０．０３０重量％のジルコニウム；
０〜０．０３０重量％のタンタル；
０〜０．００５０重量％のビスマス；
０〜０．００３０重量％の酸素；
を含んで成る鋼組成物からなる
請求項１３の方法。

【請求項15】

鋼組成物が
０．０７重量％〜０．１４重量％の炭素；
０．３０重量％〜０．６０重量％のマンガン；
０．１０重量％〜０．４０重量％のケイ素；
１．８０重量％〜２．５０重量％のクロム；
０．０５重量％〜０．２０重量％のニッケル；
０．９０重量％〜１．１０重量％のモリブデン；
０〜０．６０重量％のタングステン；
０〜０．０１５重量％のニオビウム；
０〜０．０１０重量％のチタン；
０〜０．２０重量％の銅；
０〜０．００５重量％の硫黄；
０〜０．０１２重量％のリン；
０．０５０重量％〜０．１０重量％のバナジウム；
０．０１０重量％〜０．０３０重量％のアルミニウム；
０．００３０重量％〜０．０１００重量％の窒素；および
０．００１０重量％〜０．００３重量％のカルシウム；
０．０００５重量％〜０．００１２重量％のホウ素；
０〜０．０１５重量％のヒ素；
０〜０．００５０重量％のアンチモン；
０〜０．０１５重量％の錫；
０〜０．０１５重量％のジルコニウム；
０〜０．０１５重量％のタンタル；
０〜０．００５０重量％のビスマス；
０〜０．００２０重量％の酸素；
０〜０．０００２５重量％の水素；および
残部が鉄及び不可避的不純物である鋼組成物からなる
請求項１４の方法。

【請求項16】

鋼組成物が
０．０８重量％〜０．１２重量％の炭素；
０．３０重量％〜０．５０重量％のマンガン；
０．１０重量％〜０．２５重量％のケイ素；
２．１０重量％〜２．４０重量％のクロム；
０．０５重量％〜０．２０重量％のニッケル；
０．９５重量％〜１．１０重量％のモリブデン；
０〜０．３０重量％のタングステン；
０〜０．０１０重量％のニオビウム；
０〜０．０１０重量％のチタン；
０．０５０重量％〜０．０７重量％のバナジウム；
０．０１５重量％〜０．０２５重量％のアルミニウム；
０〜０．１５重量％の銅；
０〜０．００３重量％の硫黄；
０〜０．０１０重量％のリン；
０．００３０重量％〜０．００８重量％の窒素；および
０．００１５重量％〜０．００３重量％のカルシウム；
０．０００８重量％〜０．００１４重量％のホウ素；
０〜０．０１５重量％のヒ素；
０〜０．００５０重量％のアンチモン；
０〜０．０１５重量％の錫；
０〜０．０１０重量％のジルコニウム；および
０〜０．０１０重量％のタンタル；
０〜０．００５０重量％のビスマス；
０〜０．００１５重量％の酸素；
０〜０．０００２０重量％の水素；および
残部が鉄及び不可避的不純物である鋼組成物からなる
請求項１５の方法。

【請求項17】

焼き入れ後の鋼管が４８５ＭＰａより大きい降伏強さを有する、請求項１３〜１６のいずれか１項の方法。

【請求項18】

マルテンサイトの容量百分率が９０％以上であり、そして下部ベイナイトの容量百分率が１０％以下である、請求項１３〜１７のいずれか１項の方法。

【請求項19】

焼き戻し後の鋼管のパケットサイズが６μｍ以下である、請求項１３〜１８のいずれか１項の方法。

【請求項20】

４０μｍ以下の平均粒径をもつ、組成ＭＸまたはＭ₂Ｘ、ここでＭはＶ、Ｍｏ、ＮｂおよびＣｒから選択され、そしてＸはＣとＮから選択される、を有する１種または複数の粒状物が焼き戻し後の鋼管内に存在する、請求項１３〜１９のいずれか１項の方法。

【請求項21】

焼き戻し後の鋼管の延性から脆性への転移温度が−７０℃未満である、請求項１３〜２０のいずれか１項の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は一般的に金属の製造に関し、そして、特定の実施態様においては、同時に硫化物応力腐食亀裂抵抗をもちながら、低温において高い靭性を有する金属の管状棒を製造する方法に関する。特定の実施態様は、曲げに適する管を含む、上昇管、ライン管並びに石油およびガス産業における使用のための流れライン、のための厚肉の継ぎ目なし鋼管に関する。

【背景技術】

【0002】

世界の辺境地方における沖合の石油およびガス埋蔵地の探索は、比較的伝統的な管溶液を使用することができる条件から遠くに、そして一層苛酷な環境に向かってますます動いている。これらの一層苛酷な環境は、例えば深海の場所、高い圧力と温度の油井、更に腐食性の製品および更に低い設計温度、を含む非常に苛酷な要素の組み合わせを取り入れる可能性がある。これらの条件は、沖合の石油およびガス探索の適用のための管の規格と既に関連した、厳しい溶接性および靭性の基準に付け加えられると、材料および供給能力に極めて高まる要求を突き付ける。

【0003】

これらの要求は、非常に厚肉の、酸性使用炭素鋼を必要とする、挑戦的な組成および高い操作圧力を伴うプロジェクトの開発において明らかである。例えば、主な継ぎ目なしライン管の製造業者は、肉厚（ＷＴ）が３５ｍｍ未満である時に、硫化物応力腐食（ＳＳＣ）および水素誘発亀裂（ＨＩＣ）抵抗をもつ、米国石油協会（ＡＰＩ）５Ｌおよび国際標準組織（ＩＳＯ）３１８３の標準に従うＸ６５およびＸ７０等級の管を製造することができる。しかし、厚肉管（例えば、３５ｍｍ以上のＷＴ）における硫化物応力腐食（ＳＳＣ）および水素誘発亀裂（ＨＩＣ）抵抗（例えば、酸性抵抗）の必要と合わせた、強度と靭性の矛盾する条件は、達成することが困難であることが判明した。

【0004】

酸性使用、深海および超深海水、大西洋のような地域、等のような適用のためのライン管プロジェクトの複雑なシナリオにおいて、厚肉のベンドがまた、管の重要な特徴物になった。

【発明の概要】

【0005】

要約
本発明の態様は鋼管またはチューブおよびそれを製造する方法に関する。幾つかの態様において、優れた低温の靭性と腐食抵抗（酸性使用、Ｈ_２Ｓ環境）を伴う、３５ｍｍ以上の肉厚（ＷＴ）およびそれぞれ６５ｋｓｉと７０ｋｓｉの最小降伏強さをもつ、ライン管と上昇管のための、厚肉の継ぎ目なしの焼き入れおよび焼き戻し（Ｑ＆Ｔ）鋼管が提供される。幾つかの態様において、継ぎ目なし管はまた、熱誘導曲げおよびオフラインの焼き入れおよび焼き戻し処理により、同一等級のベンドを製造するのに適する。一つの態様において、鋼管は６”（１５２ｍｍ）と２８”（７１１ｍｍ）間の外径（ＯＤ）および３５ｍｍを超える肉厚（ＷＴ）を有する。

【0006】

一つの態様において、継ぎ目なしの低合金鋼管の組成は、鉄と不可避の不純物であるバランスを伴う、以下（重量）：０．０５％−０．１６％のＣ、０．２０％−０．９０％のＭｎ、０．１０％−０．５０％のＳｉ、１．２０％−２．６０％のＣｒ、０．０５％−０．５０％のＮｉ、０．８０％−１．２０％のＭｏ、最大０．８０％のＷ、最大０．０３％のＮｂ、最大０．０２％のＴｉ、０．００５％−０．１２％のＶ、０．００８％−０．０４０％のＡｌ、０．００３０−０．０１２％のＮ、最大０．３％のＣｕ、最大０．０１％のＳ、最大０．０２％のＰ、０．００１−０．００５％のＣａ、最大０．００２０％のＢ
、最大０．０２０％のＡｓ、最大０．００５％のＳｂ、最大０．０２０％のＳｎ、最大０．０３０％のＺｒ、最大０．０３０％のＴａ、最大０．００５０％のＢｉ、最大０．００３０％のＯ、最大０．０００３０％のＨ：よりなる。

【0007】

鋼管は異なる等級に製造することができる。一つの態様において、６５ｋｓｉ等級には以下の特性が提供される：
・降伏強さ，ＹＳ：最小４５０ＭＰａ（６５ｋｓｉ）と最大６００ＭＰａ（８７ｋｓｉ）、
・極限引っ張り強さ，ＵＴＳ：最小５３５ＭＰａ（７８ｋｓｉ）と最大７６０ＭＰａ（１１０ｋｓｉ）、
・延び率、２０％以上、
・ＹＳ／ＵＴＳ比率０．９１以下。

【0008】

他の態様において、７０ｋｓｉ等級には以下の特性が提供される：
・降伏強さ，ＹＳ：最小４８５ＭＰａ（７０ｋｓｉ）と最大６３５ＭＰａ（９２ｋｓｉ）、
・極限引っ張り強さ，ＵＴＳ：最小５７０ＭＰａ（８３ｋｓｉ）と最大７６０ＭＰａ（１１０ｋｓｉ）、
・延び率、１８％以上、
・ＹＳ／ＵＴＳ比率０．９３以下。

【0009】

鋼管は、２００Ｊ／１５０Ｊ（平均／個別）の最小衝撃エネルギーおよび、標準ＩＳＯ
１４８−１に従って、約−７０℃で標準サイズの試験片上で実施される、縦、横双方のシャルピーＶ−ノッチ（ＣＶＮ）テストに対して、最小８０％の平均剪断面積をもつことができる。管はまた、ＡＳＴＭ２０８標準に従う落錘試験（ＤＷＴ）により測定される、−７０℃未満の、延性から脆性への転移温度をもつことができる。一つの態様において、鋼管は最大２４８ ＨＶ１０の硬度をもつことができる。

【0010】

本発明の態様に従って製造される鋼管は、水素誘発亀裂（ＨＩＣ）および硫化物応力腐食（ＳＳＣ）亀裂の双方に抵抗を示す。一つの態様において、ＮＡＣＥ溶液Ａと試験期間９６時間を使用するＮＡＣＥ 標準 ＴＭ０２８４−２００３ 第２１２１５項に従って実施されるＨＩＣテストは、以下のＨＩＣパラメーター（３種の試験片の３片の平均）を与える：
・亀裂の長さの比率ＣＬＲ＜５％、
・亀裂の厚さの比率，ＣＴＲ＝１％、
・亀裂の感受性の比率，ＣＳＲ＝０．２％。

【0011】

他の態様において、試験溶液Ａと７２０時間の試験期間を使用するＮＡＣＥ ＴＭ０１７７に従って実施されるＳＳＣテストは、特定の最小降伏応力（ＳＭＹＳ）の９０％に破壊を与えない。

【0012】

本発明の特定の態様に従って製造される鋼管は、フェライト、上部ベイナイト（ｕｐｐｅｒ ｂａｉｎｉｔｅ）および粒状ベイナイトのどれをも示さない微細組織を有する。鋼管は更に、４０％未満、好適には１０％未満、最も好適には５％未満の容量百分率の焼き戻し下部ベイナイト（ｌｏｗｅｒ ｂａｉｎｉｔｅ）とともに、５０％を超える、６０％を超え得る、好適には９０％を超える、そして最も好適には９５％を超える容量百分率（ＡＳＴＭ Ｅ５６２−０８に従って測定される）を含む焼き戻しマルテンサイトよりなることができる。マルテンサイトとベイナイトは幾つかの態様において、３００秒〜３６００秒間の浸漬時間中、９００℃〜１０６０℃の温度で再加熱し、そして７℃／秒以上の冷却速度で焼き入れ後に、それぞれ４５０℃と５４０℃未満の温度で形成することができる。更なる態様において、ＡＳＴＭ標準Ｅ１１２により測定される、平均旧オーステナイト（ｐｒｉｏｒ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）粒度は１５μｍ（リニアル（ｌｉｎｉａｌ）インターセプト）を超え、１００μｍより小さい。一つの態様において、高角度の境界により分離される領域の平均サイズ（すなわちパケットサイズ）は、電子逆散乱回折（ＥＢＳＤ）信号を使用し、そして＞４５°のずれ（ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）をもつものを高角度の境界と考えて、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により採られた画像における平均リニアルインターセプトとして測定されて、６μｍより小さい（好適には４μｍより小さい、最も好適には３μｍより小さい）。微細組織はまた、約８０ｎｍ〜約４００ｎｍの平均粒径をもつタイプＭ₃Ｃ、Ｍ₆Ｃ、Ｍ₂₃Ｃ₆の粗い沈殿物（沈殿物は抽出複製法を使用して、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により検査された）に加えて、４０ｎｍ未満の粒度をもつ、ＭＸ，Ｍ₂Ｘタイプ（ここでＭはＶ、Ｍｏ、ＮｂまたはＣｒであり、ＸはＣまたはＮである）の微細沈殿物の存在を含むことができる。

【0013】

一つの態様において、鋼管が提供される。該鋼管は
約０．０５重量％〜約０．１６重量％の炭素；
約０．２０重量％〜約０．９０重量％のマンガン；
約０．１０重量％〜約０．５０重量％のケイ素；
約１．２０重量％〜約２．６０重量％のクロム；
約０．０５重量％〜約０．５０重量％のニッケル；
約０．８０重量％〜 約１．２０重量％のモリブデン；
約０．００５重量％〜約０．１２重量％のバナジウム；
約０．００８重量％〜約０．０４重量％のアルミニウム；
約０．００３０重量％〜約０．０１２０重量％の窒素；および
約０．００１０重量％〜約０．００５重量％のカルシウム：
を含んでなる鋼組成物を含んでなり、ここで、
鋼管の肉厚は約３５ｍｍ以上であり、そして
鋼管は６５ｋｓｉ以上の降伏強さをもつように加工され、そして
鋼管の微細組織は約５０％以上の容量百分率のマルテンサイトおよび約５０％以下の容量百分率の下部ベイナイトを含んでなる。

【0014】

他の態様において、鋼管を製造する方法が提供される。該方法は、炭素鋼組成物を有する鋼を提供する工程を含んでなる。該方法は更に、鋼を、約３５ｍｍ以上の肉厚を有する管に形成する工程を含んでなる。該方法は更に、約９００℃〜約１０６０℃間の範囲内の温度への最初の加熱操作において、形成された鋼管を加熱する工程を含んでなる。該方法はまた、約７℃／秒以上の速度で、形成された鋼管を焼き入れする工程を含んでなり、そこで焼き入れされた鋼の微細組織は約５０％以上のマルテンサイトおよび、約５０％以下の下部ベイナイトであり、そして約１５μｍを超える平均旧オーステナイト粒度を有する。該方法は更に、約６８０℃〜約７６０℃間の範囲内の温度で、焼き入れした鋼管を焼き戻す工程を含んでなり、そこで焼き戻し後の鋼管は約６５ｋｓｉを超える降伏強さおよび、約１５０Ｊ／ｃｍ²以上のシャルピーＶ−ノッチエネルギーを有する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

本発明のその他の特徴と利点は添付の図面と関連して実施される、以下の説明から明白になると考えられる。

【図1】図１は鋼管を加工する方法の一態様を示すスキームフロー図である。

【図2】図２は本開示の鋼の一態様の連続的冷却の変態（ＣＣＴ）図の一態様である。

【図3】図３は開示された態様に従って形成された、圧延されたままの管の微細組織を表す光学顕微鏡写真である。

【図4】図４は開示された態様に従って形成された、焼き入れされたままの管の微細組織を表す光学顕微鏡写真である。

【図5】図５は、図４の焼き入れされたままの管の中央の壁付近のオーステナイト粒子を表す光学顕微鏡写真である。

【図6】図６は開示された態様に従って形成された鋼の約４５°を超えるずれ角度をもつ境界の切片（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）の分布を表すプロットである。

【図7】図７は実施例２の焼き入れされたままの管のベンドの中央の壁付近の光学顕微鏡写真である。

【図8】図８は実施例３の比較例の焼き入れされたままの管の中央の壁付近の光学顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

詳細な説明
本開示の実施態様は、鋼組成物、鋼組成物を使用して形成される管状棒（例えば、管）およびそれぞれの製法、を提供する。管状棒は例えば、石油およびガス産業における使用のためのライン管および上昇管として使用することができる。特定の態様において、管状棒は約３５ｍｍ以上の肉厚および、実質的なフェライト、上部ベイナイトまたは粒状ベイナイトを含まない、マルテンサイトと下部ベイナイトの微細組織、を有することができる。そのように形成された管状棒は約６５ｋｓｉと７０ｋｓｉの最小降伏強さを有することができる。更なる態様において、管状棒は低温における良好な靭性および硫化物応力腐食亀裂（ＳＳＣ）と水素誘発亀裂（ＨＩＣ）に対する抵抗を有し、それにより酸性使用環境における管状棒の使用を可能にすることができる。しかし、管状棒は本開示の実施態様から形成することができる製品の一例を含んでなり、そして、決して、開示された実施態様の応用性を限定するものと考えてはならないことを理解することができる。

【0017】

本明細書で使用されるような用語「棒」は広義の用語であり、その通常の辞書にある意味を含み、そして更に、真っすぐであり、またはベンドもしくは湾曲物をもち、そして前以て決定された形状に形成することができる、全般的に中空の、細長い部材並びに、その意図される場所に、形成された管状棒を固定するために必要なあらゆる更なる成形材料、を表す。棒は、他の形状および断面も同様に想定されるが、実質的に円形の外面と内面をもつ管状であることができる。本明細書で使用される用語「管状」は、円形または円筒形である必要はない、あらゆる細長い中空の形状を表す。

【0018】

本明細書で使用される用語「大体」、「約」および「実質的に」は、記載量に等しい、またはそれに近い量であって、所望の機能を尚実施するか、または所望の結果を達成する量を表す。例えば、用語「大体」、「約」および「実質的に」は、記載量の１０％未満内、５％未満内、１％未満内、０．１％未満内、そして０．０１％未満内にある量を表すことができる。

【0019】

本明細書で使用される用語「室温」は、当業者に知られたその通常の意味をもち、約１６℃（６０°Ｆ）〜約３２℃（９０°Ｆ）の範囲内の温度を含むことができる。

【0020】

本開示の実施態様は、一般に低合金の炭素鋼管および製法を含んでなる。以下に更に詳述されるように、鋼の組成と熱処理の組み合わせにより、高い肉厚の管（例えば、約３５ｍｍ以上のＷＴ）において、最小降伏強さ、靭性、硬度および腐食抵抗の１種または複数を含む、興味を引かれる特定の機械的特性を与える、最終的微細組織を達成することができる。

【0021】

本開示の鋼組成物は、炭素（Ｃ）のみならずまた、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒素（Ｎ）およびカルシウム（Ｃａ）を含んでなることができる。更に
、場合により１個または複数の以下の元素：タングステン（Ｗ）、ニオビウム（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびタンタル（Ｔａ）、が存在しても、そして／または同様に添加されてもよい。組成物の残りは鉄（Ｆｅ）および不純物を含んでなることができる。特定の態様において、不純物の濃度はできるだけ低い量に減少させることができる。不純物の態様は、それらに限定はされないが、銅（Ｃｕ）、硫黄（Ｓ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、錫（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、酸素（Ｏ）および水素（Ｈ）を含むことができる。

【0022】

例えば、低合金の鋼組成物は以下（別記されない限り重量％）：
約０．０５％〜約０．１６％間の範囲内の炭素；
約０．２０％〜約０．９０％間の範囲内のマンガン；
約０．１０％〜約０．５０％間の範囲内のケイ素；
約１．２０％〜約２．６０％間の範囲内のクロム；
約０．０５０％〜約０．５０％間の範囲内のニッケル；
約０．８０％〜約１．２０％間の範囲内のモリブデン；
約０．８０％以下のタングステン；
約０．０３０％以下のニオビウム；
約０．０２０％以下のチタン；
約０．００５％〜約０．１２％間の範囲内のバナジウム；
約０．００８％〜約０．０４０％間の範囲内のアルミニウム；
約０．００３０％〜約０．０１２％間の範囲内の窒素；
約０．３％以下の銅；
約０．０１％以下の硫黄；
約０．０２％以下のリン；
約０．００１〜約０．００５％間の範囲内のカルシウム；
約０．００２０％以下のホウ素；
約０．０２０％以下のヒ素；
約０．００５％以下のアンチモン；
約０．０２０％以下の錫；
０．０３％以下のジルコニウム；
０．０３％以下のタンタル；
約０．００５０％未満のビスマス；
約０．００３０％未満の酸素；
約０．０００３０％以下の水素；および
鉄と不純物を含んでなる組成物のバランス：
を含んでなることができる。

【0023】

熱処理操作は焼き入れと焼き戻し（Ｑ＋Ｔ）操作を含むことができる。焼き入れ操作は、熱形成後、管を、ほぼ室温から、管をオーステナイト化する温度に再加熱し、その後急速に焼き入れする工程を含むことができる。例えば、管を約９００℃〜約１０６０℃間の範囲内の温度に加熱し、特定の浸漬時間中、ほぼオーステナイト化温度に維持することができる。焼き入れ期間中の冷却速度は、管の壁の中央の付近で特定の冷却速度を達成するように選択される。例えば、管を、壁の中央において約７℃／秒以上の冷却速度を達成するように冷却することができる。

【0024】

約３５ｍｍ以上のＷＴおよび前記の組成を有する管を焼き入れする工程は、管内に約５０％を超える、好適には約７０％を超える、そしてより好適には約９０％を超える容量パーセントのマルテンサイトの形成を促進することができる。管の残りの微細組織は、実質的にフェライト、上部ベイナイトまたは粒状ベイナイトを含まずに、下部ベイナイトを含むことができる。

【0025】

焼き入れ操作後、管を更に、焼き戻しにかけることができる。焼き戻しは、鋼の組成と目的の降伏強さに応じて、約６８０℃〜約７６０℃間の範囲内の温度で実施することができる。微細組織は、マルテンサイトと下部ベイナイトに加えて更に、約１５μｍもしくは２０μｍ〜約１００μｍの、ＡＳＴＭ Ｅ１１２に従って測定された、平均旧オーステナイト粒度を示すことができる。微細組織はまた、約６μｍ未満の平均パケットサイズを示すことができる。微細組織は更に、約４０ｎｍ以下の平均粒径をもつＭＸ、Ｍ₂Ｘ（ここ
でＭ＝Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＣｒそしてＸ＝ＣまたはＮ）の微細沈殿物および、約８０〜約４００ｎｍ間の平均粒径をもつタイプＭ₃Ｃ、Ｍ₆Ｃ、Ｍ₂₃Ｃ₆の粗い沈殿物を示すことがで
きる。

【0026】

一つの態様において、約３５ｍｍを超えるＷＴおよび前述の組成と微細組織をもつ鋼管は、以下の特性をもつことができる：
・最小降伏強さ（ＹＳ） ＝ 約６５ｋｓｉ（４５０ＭＰａ）
・最大降伏強さ ＝ 約８７ｋｓｉ（６００ＭＰａ）
・最小極限引っ張り強さ（ＵＴＳ） ＝ 約７８ｋｓｉ（５３５ＭＰａ）
・最大極限引っ張り強さ ＝ 約１１０ｋｓｉ（７６０ＭＰａ）
・破断時延び率 ＝ 約２０％を超える
・ＹＳ／ＵＴＳ ＝ 約０．９１以下。

【0027】

他の態様において、約３５ｍｍを超えるＷＴをもつ鋼管を、以下の特性をもって形成することができる：
・最小降伏強さ（ＹＳ） ＝ 約７０ｋｓｉ（４８５ＭＰａ）
・最大降伏強さ ＝ 約９２ｋｓｉ（６３５ＭＰａ）
・最小極限引っ張り強さ（ＵＴＳ） ＝ 約８３ｋｓｉ（５７０ＭＰａ）
・最大極限引っ張り強さ ＝ 約１１０ｋｓｉ（７６０ＭＰａ）
・破断時延び率 ＝ 約１８％を超える
・ＹＳ／ＵＴＳ ＝ 約０．９３以下。

【0028】

前記の各態様において、形成される管は更に以下の衝撃および硬度の特性を示すことができる：
・最小衝撃エネルギー（平均／個別、約−７０℃における）：
＝ 約２００Ｊ／約１５０Ｊ
・平均剪断面積（約−７０℃におけるＣＶＮ；ＩＳＯ１４８−１）
＝ 最小約８０％
・延性−脆性変態温度（ＡＳＴＭ Ｅ２３）
＝ 約−７０℃以下
・硬度
＝ 最大約２４８ＨＶ_１０。

【0029】

前記の各態様において、形成される管は更に、硫化物応力腐食（ＳＳＣ）亀裂および水素誘発亀裂（ＨＩＣ）に対し以下の抵抗を示すことができる。ＳＳＣテストは７２０時間のテスト期間とともに溶液Ａを使用してＮＡＣＥ ＴＭ０１７７に従って実施される。ＨＩＣテストはＮＡＣＥ溶液Ａとテスト期間 ９６時間を使用して、ＮＡＣＥ ＴＭ０２８４−２００３ 第２１２１５項に従って実施される：
ＨＩＣ：
・亀裂の長さの比率、ＣＬＲ ＝ 約５％以下、
・亀裂の厚さの比率、ＣＴＲ ＝ 約１％以下、
・亀裂の感受性の比率、ＣＳＲ ＝ 約０．２％以下、
ＳＳＣ：
・９０％の特定最小降伏応力（ＳＭＹＳ）における破壊寿命＝約７２０時間を超える。

【0030】

図１において、管状棒を製造するための方法１００の一態様を表すフロー図が示される。方法１００は、製鋼操作１０２、熱形成操作１０４、オーステナイト化１０６Ａ、焼き入れ１０６Ｂ、焼き戻し１０６Ｃを含むことができる熱処理操作１０６、および仕上げ操作１１０を含む。方法１００は、より多数の操作またはより少数の操作を含むことができ、その操作は、必要に応じて、図１に示されたものと異なる順序で実施することができることは理解することができる。

【0031】

方法１００の操作１０２は好適には、鋼の加工および、穿孔、圧延されて、金属の管状棒を形成することができる固形金属鋼片の製造、を含んでなる。更なる態様において、鋼組成物の原料を調製するために、特定の鋼スクラップ、鋳鉄および海綿鉄を使用することができる。しかし、鋼組成物の調製には、鉄および／または鋼の他の原料を使用することができることを理解することができる。

【0032】

鋼を熔融し、リンと他の不純物を減少させ、そして特定の温度を達成するために、電気アーク炉を使用して、一次製鋼を実施することができる。更に、タッピングと脱酸素、並びに合金元素の添加を実施することができる。

【0033】

製鋼工程の主要な目的の一つは不純物の除去により鉄を精錬することである。とりわけ、硫黄とリンは、それらが鋼の機械的特性を劣化させるために、鋼に不利益である。一つの態様において、特定の精錬工程を実施するために、一次的製鋼後に、レードル炉とトリミングステーションにおいて、二次的製鋼を実施することができる。

【0034】

これらの操作期間中に、鋼内に、非常に低い硫黄含量を達成することができ、カルシウム包含処理を実施し、そして包含物浮選が実施される。一つの態様において、包含物と不純物を浮揚させるために、レードル炉内で不活性ガスを泡立てることにより、包含物浮選を実施することができる。この方法は、不純物と包含物を吸収することができる流体スラッグを生成する。この方法で、包含物含量の低い、所望の組成を有する高品質の鋼を提供することができる。

【0035】

表１は、別記されない限り、重量パーセント（重量、％）における、鋼組成物の態様を表す。

【0036】

【表1】

【0037】

炭素（Ｃ）は、鋼組成物へのその添加が、鋼の強度を安価に高め、そして微細組織を微細化し、それにより変態温度を低下させることができる元素である。一つの態様において、鋼組成物のＣ含量が約０．０５％未満であると、幾つかの態様においては製造製品、特に管状製品に所望される強度を得ることが困難であるかも知れない。他方、他の態様において、鋼組成物が約０．１６％を超えるＣ含量を有する場合には、幾つかの態様においては、靭性が損なわれ、溶接性が減少し、それにより、接合がねじ接合により実施されない場合は、あらゆる溶接工程を、より困難で高価なものにさせる可能性がある。更に、炭素含量とともに、高い焼き入れ性をもつ鋼における焼き入れ亀裂の発生の危険が増加する。従って、一つの態様において、鋼組成物のＣ含量は約０．０５％〜約０．１６％間の範囲内、好適には約０．０７％〜約０．１４％間の範囲内、そしてより好適には約０．０８％〜約０．１２％間の範囲内に選択することができる。

【0038】

マンガン（Ｍｎ）は、鋼組成物に対するその添加が、鋼の焼き入れ性、強度および靭性を増加するのに有効であることができる元素である。一つの態様において、鋼組成物のＭｎ含量が約０．２０％未満であると、幾つかの態様においては、鋼に所望の強度を得ることが困難である可能性がある。しかし、他の態様において、鋼組成物のＭｎ含量が約０．９０％を超えると、幾つかの態様においては、バンド構造が著明になり、靭性とＨＩＣ／
ＳＳＣ抵抗が減少する可能性がある。従って、一つの態様において、鋼組成物のＭｎ含量は約０．２０％〜約０．９０％間の範囲内、好適には約０．３０％〜約０．６０％間の範囲内、そしてより好適には約０．３０％〜約０．５０％間の範囲内に選択することができる。

【0039】

ケイ素（Ｓｉ）は、鋼組成物に対するその添加が、製鋼工程中に脱酸素効果をもつことができ、そして更に鋼の強度を増加する可能性がある（例えば、固溶体の強化）元素である。一つの態様において、鋼組成物のＳｉ含量が約０．１０％未満である場合は、幾つかの態様において、鋼は製鋼工程中に脱酸素が低く、高濃度の微細包含物を示す可能性がある。他の態様において、鋼組成物のＳｉ含量が約０．５０％を超えると、幾つかの態様で鋼の靭性と形成性の双方が減少する可能性がある。表面の酸化物（スケール）の付着は鉄カンラン石形成により増加し、表面の欠陥の危険が高まるために、鋼が酸化雰囲気中で、高温（例えば、約１０００℃を超える温度）で処理される時には、０．５％を超えるＳｉ含量はまた、表面の品質に有害な影響を有することが認められる。従って、一つの態様において、鋼組成物のＳｉ含量は約０．１０％〜約０．５０％間の範囲内、好適には約０．１０％〜約０．４０％間の範囲内、そしてより好適には約０．１０％〜約０．２５％間の範囲内に選択することができる。

【0040】

クロム（Ｃｒ）は、鋼組成物に対するその添加が、焼き入れ性を増加し、変態温度を低下し、そして鋼の焼き戻し抵抗を増加することができる元素である。従って、鋼組成物に対するＣｒの添加は、高い強度と靭性レベルを達成するために望ましい可能性がある。一つの態様において、鋼組成物のＣｒ含量が約１．２％未満である場合は、幾つかの態様において、所望される強度と靭性を得ることが困難かも知れない。他の態様において、鋼組成物のＣｒ含量が約２．６％を超える場合は、価格が高すぎ、そして幾つかの態様でにおいては、粒子の境界における粗いカーバイドの高い堆積により、靭性が減少するかも知れない。更に、生成される鋼の溶接性が減少され、それにより、接合がネジ接合により実施されない場合は、溶接工程を、更に困難で、高価なものにさせる可能性がある。従って、一つの態様において、鋼組成物のＣｒ含量は、約１．２％〜約２．６％間の範囲内、好適には約１．８％〜約２．５％間の範囲内、そしてより好適には約２．１％〜約２．４％間の範囲内に選択することができる。

【0041】

ニッケル（Ｎｉ）は、その添加が鋼の強度と靭性を増加する可能性がある元素である。しかし、一つの態様において、Ｎｉの添加が約０．５％を超えると、表面の欠陥形成のより高い危険とともに、スケールの付着に対する不都合な効果が認められた。更に、他の態様において、約１％を超えるＮｉ含量は、硫化物応力腐食亀裂に有害な効果をもつことが認められる。従って、一つの態様において、鋼組成物のＮｉ含量は、約０．０５％〜約０．５％間の範囲内で変動することができる。

【0042】

モリブデン（Ｍｏ）は、鋼組成物に対するその添加が、固溶体と微細沈殿物により焼き入れ性と硬化を改善することができる元素である。Ｍｏは焼き戻し中の柔軟化を遅らせる助けをし、それにより非常に微細なＭＣとＭ_２Ｃ沈殿物の形成を促進することができる。これらの粒子はマトリックス内に実質的に均一に分布され、そして更に、有益な水素トラップとして働き、それにより亀裂の核部位として振舞う、通常は粒子の境界において危険なトラップに向かう原子水素の拡散を遅らせることができる。Ｍｏは更に、粒子の境界へのリンの分離を減少させ、それにより粒子内破断に対する抵抗を改善し、水素脆弱化を被る高強度の鋼は粒子内破断形態を示すため、ＳＳＣ抵抗に対しても有益な効果を伴う。従って、鋼組成物のＭｏ含量を増加することにより、より良い靭性レベルを促進する、より高い焼き戻し温度で、所望の強度を達成することができる。一つの態様において、その効果を発揮するために、Ｍｏ含量は約０．８０％以上であることができる。しかし、他の態様において、約１．２％を超えるＭｏ含量に対して、焼き入れ性に対する飽和効果が認め
られ、溶接性が減少される可能性がある。Ｍｏの鉄合金は高価であるため、一つの態様において、鋼組成物のＭｏ含量は約０．８％〜約１．２％間の範囲内、好適には約０．９％〜約１．１％間の範囲内、そしてより好適には約０．９５％〜約１．１％間の範囲内に選択することができる。

【0043】

タングステン（Ｗ）は、鋼組成物に対するその添加が、場合により実施され、そして二次的硬化を発生するタングステンカーバイドを形成することにより、室温および高温における強度を増加することができる元素である。Ｗは好適には、高温で鋼の使用が必要な時に添加される。Ｗの動態は焼き入れ性に関してはＭｏの動態に類似しているが、その効果はＭｏの効果の約半分である。タングステンは鋼の酸化を減少し、そして、その結果、高温における再加熱処理期間に、スケールの形成がより少ない。しかし、その価格が非常の高いので、一つの態様において、鋼組成物のＷ含量は約０．８％以下であるように選択することができる。

【0044】

ニオビウム（Ｎｂ）は、鋼組成物に対するその添加が、場合により実施され、そしてカーバイドおよびニトリドを形成するために提供され、そして更に熱間圧延および焼き入れ前の再加熱中に、オーステナイトの粒度を微細化するために使用することができる元素である。しかし、Ｃｒ、ＭｏおよびＣのような他の化学元素の適当なバランスにより、低い変態温度が促進される時には、主要なマルテンサイト組織が形成され、そして粗いオーステナイト粒子の場合ですら、微細なパケットが形成されるので、オーステナイト粒子を微細化するために、本発明の鋼組成物の態様にはＮｂは必要ではない。

【0045】

カーボニトリドとしてのＮｂ沈殿物は粒子の分散硬化により鋼の強度を増加することができる。これらの微細な丸い粒子は、マトリックス内に実質的に均一に分布され、そして更に水素トラップとして働き、それにより、亀裂の核部位として振舞う、通常は粒子の境界における、危険なトラップに向かう原子水素の拡散を有益に遅らせることができる。一つの態様において、Ｎｂ含量が約０．０３０％を超えると、靭性を損なう粗い沈殿物の分布が形成される可能性がある。従って、一つの態様において、鋼組成物のＮｂ含量は約０．０３０％以下、好適には約０．０１５％以下、そしてより好適には約０．０１％以下であるように選択することができる。

【0046】

チタン（Ｔｉ）は、鋼組成物に対するその添加が、場合により実施され、そして高温の工程においてオーステナイト粒度を微細化して、それによりニトリドとカーボニトリドを形成するために提供されることができる元素である。しかし、特に２５ｍｍを超える肉厚をもつ管の場合に、それが、焼き入れ性を改善する固溶体中に残るホウ素を保護するために使用される場合を除いて、それは本発明の鋼組成物の態様には必要でない。例えば、Ｔｉは窒素を結合して、ＢＮ形成を回避する。更に、特定の態様において、Ｔｉが約０．０２％より高い濃度で存在する場合に、靭性を損なう粗いＴｉＮの粒子が形成され得る。従って、一つの態様において、鋼組成物のＴｉ含量は約０．０２％以下、そしてより好適には、ホウ素が約０．００１０％未満である時に、約０．０１％以下であることができる。

【0047】

バナジウム（Ｖ）は、鋼組成物に対するその添加が、焼き戻し中にカーボニトリドの沈殿により強度を増加することができる元素である。これらの微細な丸い粒子はまた、マトリックス内に実質的に均一に分布され、そして有益な水素トラップとして働くことができる。一つの態様において、Ｖ含量が約０．０５％未満である場合に、幾つかの態様において、所望の強度を得ることが困難かも知れない。しかし、他の態様において、Ｖ含量が０．１２％より高い場合には、大容量分率（ａ ｌａｒｇｅ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ）のバナジウムカーバイド粒子が形成されて、その後に靭性の減少を伴うことができる。従って、特定の態様において、鋼組成物のＮｂ含量は約０．１２％以下、好適には約０．０５％〜約０．１０％間の範囲内、そしてより好適には約０．０５％〜約０．０７％
間の範囲内であるように選択することができる。

【0048】

アルミニウム（Ａｌ）は、鋼組成物に対するその添加が、製鋼工程中、脱酸素効果を有し、そして鋼粒子を微細化することができる元素である。一つの態様において、鋼組成物のＡｌ含量が約０．０４０％より高い場合には、靭性を損なうＡｌＮの粗い沈殿物並びに／または、ＨＩＣおよびＳＳＣ抵抗を損なうＡｌ濃度の高い酸化物（例えば、非金属包含物）が形成され得る。従って、一つの態様において、鋼のＡｌ含量は約０．０４％以下、好適には約０．０３％以下、そしてより好適には約０．０２５％以下であるように選択することができる。

【0049】

窒素（Ｎ）は、一つの態様において、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＴｉのカーボニトリドを形成するために、鋼組成物内のその含量が好適には約０．００３０％以上であるように選択される元素である。しかし、他の態様において、鋼組成物のＮ含量が約０．０１２０％を超えると、鋼の靭性が劣化される可能性がある。従って、鋼組成物のＮ含量は約０．００３０％〜約０．０１２０％間の範囲内、好適には約０．００３０％〜約０．０１００％間の範囲内、そしてより好適には約０．００３０％〜約０．００８０％間の範囲内に選択することができる。

【0050】

銅（Ｃｕ）は、鋼組成物の態様には必要でない不純物元素である。しかし、製造工程に応じて、Ｃｕの存在は不可避である可能性がある。従って、Ｃｕ含量はできるだけ低く限定することができる。例えば、一つの態様において、鋼組成物のＣｕ含量は約０．３％以下、好適には約０．２０％以下、そしてより好適には約０．１５％以下であることができる。

【0051】

硫黄（Ｓ）は、鋼の靭性と加工性の双方、並びにＨＩＣ／ＳＳＣ抵抗を減少させることができる不純物元素である。従って、幾つかの態様において、鋼のＳ含量はできるだけ低く維持することができる。例えば、一つの態様において、鋼組成物のＳ含量は約０．０１％以下、好適には約０．００５％以下、そしてより好適には約０．００３％以下であることができる。

【0052】

リン（Ｐ）は、高強度の鋼の靭性とＨＩＣ／ＳＳＣ抵抗を減少させることができる不純物元素である。従って、Ｐ含量は、幾つかの態様において、できるだけ低く維持することができる。例えば、一つの態様において、鋼組成物のＰ含量は約０．０２％以下、好適には約０．０１２％以下、そしてより好適には約０．０１０％以下であることができる。

【0053】

カルシウム（Ｃａ）は、鋼組成物へのその添加が、包含物の形状の制御および、微細な、実質的に丸い硫化物を形成することによりＨＩＣ抵抗の促進を補助することができる元素である。一つの態様において、これらの利点を提供するために、鋼組成物のＣａ含量は、鋼組成物の硫黄含量が約０．００２０％を超える時は、約０．００１０％以上であるように選択することができる。しかし他の態様において、鋼組成物のＣａ含量が約０．００５０％を超える場合には、Ｃａ添加の効果は飽和されて、ＨＩＣとＳＳＣ抵抗を軽減する、Ｃａ濃度の高い、非金属包含物の塊を形成する危険が増大する可能性がある。従って、特定の態様において、最少のＣａ含量は約０．００１０％以上、そして最も好適には約０．００１５％以上であるように選択することができるが、鋼組成物の最大Ｃａ含量は約０．００５０％以下、そしてより好適には約０．００３０％以下であるように選択することができる。

【0054】

ホウ素（Ｂ）は、鋼組成物へのその添加が、場合により実施され、そして鋼の焼き入れ性を改善するために提供されることができる元素である。Ｂはフェライト形成を妨げるために使用することができる。一つの態様において、有益な効果は約０．００２０％を超え
るホウ素含量により飽和され得るが、これらの有益な効果を提供するための鋼組成物のＢ含量の下限は約０．０００５％であることができる。従って、特定の態様において、鋼組成物の最大のＢ含量は約０．００２０％以下であるように選択することができる。

【0055】

ヒ素（Ａｓ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）およびビスマス（Ｂｉ）は鋼組成物の態様には必要でない不純物元素である。しかし、製鋼工程に応じて、これらの不純物元素の存在が不可避である可能性がある。従って、鋼組成物内のＡｓとＳｎ含量は約０．０２０％以下、そしてより好適には約０．０１５％以下であるように選択することができる。ＳｂとＢｉ含量は約０．００５０％以下であるように選択することができる。

【0056】

ジルコニウム（Ｚｒ）とタンタル（Ｔａ）はＮｂおよびＴｉと同様な、強力なカーバイドおよびニトリド形成物として働く元素である。これらの元素はオーステナイト粒子を微細化するためには、本発明の鋼組成物の態様には必要でないので、鋼組成物に、場合により添加されることができる。ＺｒとＴａの微細なカーボニトリドは粒子の分散硬化により鋼の強度を増加し、そして更に有益な水素トラップとして働き、それにより危険なトラップの方向への原子水素の拡散を遅延させることができる。一つの態様において、ＺｒまたはＴａ含量が約０．０３０％以上である場合には、鋼の靭性を損なう可能性がある粗い沈殿物の分布が形成され得る。ジルコニウムはまた、鋼中の脱酸素元素として働き、硫黄と結合するが、球体の非金属包含物を増進するための、鋼に対する添加物としてはＣａが好まれる。従って、鋼組成物中のＺｒとＴａの含量は約０．０３％以下であるように選択することができる。

【0057】

鋼組成物の総酸素（Ｏ）含量は、可溶性酸素と、非金属包含物（酸化物）中の酸素の合計である。それは実際的には、十分に脱酸素された鋼中の酸化物中の酸素含量であるので、高すぎる酸素含量は、非金属包含物の高い容量の割合およびＨＩＣとＳＳＣに対する少ない抵抗を意味する。従って、一つの態様において、鋼の酸素含量は約０．００３０％以下、好適には約０．００２０％以下、そしてより好適には約０．００１５％以下であるように選択することができる。

【0058】

前記のような組成を有する流体スラグの製造後に、鋼は、鋼の軸に沿って実質的に均一な直径を有する丸い固形の鋼片に鋳型することができる。この方法で、例えば、約３３０ｍｍ〜約４２０ｍｍ間の範囲内の直径を有する丸い鋼片を製造することができる。

【0059】

このように加工された鋼片は熱形成工程１０４により管状の棒に形成することができる。一つの態様において、清浄な鋼の、固形の、円筒形の鋼片は約１２００℃〜１３４０℃、好適には約１２８０℃の温度に加熱することができる。例えば鋼片は回転ヒース（ｈｅａｔｈ）炉により再加熱することができる。鋼片は更に圧延機にかけることができる。圧延機内で、鋼片は、特定の好適な態様において、マネッスマン法を使用して穿孔することができ、そして熱間圧延を使用して、長さを実質的に増加させながら、管の外径と肉厚を実質的に減少させる。特定の態様において、マネッスマン法は約１２００℃〜約１２８０℃間の範囲内の温度で実施することができる。得られる中空の棒を更に、保持マンドレル連続圧延機内で約１０００℃〜約１２００℃間の範囲内の温度で熱間圧延することができる。正確なサイジングはサイジング圧延機により実施することができ、継ぎ目なし管が冷却床中でほぼ室温に空気冷却される。この方法で、例えば、約６インチ（約１５ｃｍ）〜約１６インチ（約４０ｃｍ）間の範囲内の外径（ＯＤ）をもつ管を形成することができる。

【0060】

圧延後、温度をより均一にするために、室温で冷却することなしに、中間炉により、管をインラインで加熱することができ、そして正確なサイジングはサイジング圧延機により実施することができる。その後、継ぎ目なし管を冷却床中で室温に空気冷却することがで
きる。約１６インチ（約４０ｃｍ）を超える最終ＯＤをもつ管の場合に、中間サイズの圧延機により製造される管は回転膨張圧延機により加工することができる。例えば中間サイズの管は移動（ｗａｌｋｉｎｇ）ビーム炉により約１１５０℃〜約１２５０℃間の範囲内の温度に再加熱され、約１１００℃〜約１２００℃間の範囲内の温度でエクスパンダ圧延機により所望の管径に膨張され、そして最終的サイジングの前にインラインで再加熱されることができる。

【0061】

限定されない例において、固形の棒は、約６インチ（約１５ｃｍ）〜約１６インチ（約４０ｃｍ）間の範囲内の外径および約３５ｍｍを超える肉厚、を有する管に、前記の通りに熱形成されることができる。

【0062】

形成された管の最終的微細組織は、操作１０２において提供される鋼の組成および、操作１０６において実施される熱処理、により決定されることができる。組成と微細組織は順次、形成される管の特性を与えることができる。

【0063】

一つの態様において、マルテンサイト形成の促進は、パケットサイズ（亀裂の生長に対して、より高い抵抗を与える高角度の境界により分離された領域のサイズ、ずれ（ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）が高いほど、亀裂が境界を横断するために要するエネルギーが高い）を微細にし（ｒｅｆｉｎｅ）、そして一定の降伏強さに対する鋼管の靭性を改善することができる。焼き入れされたままの管中のマルテンサイト量を増加すると更に、与えられた強度レベルに対して、より高い焼き入れ温度の使用を許すことができる。従って、一つの態様において、比較的低温で、主としてマルテンサイトの微細組織を達成することが本方法の目的である（例えば、約４５０℃以下の温度におけるオーステナイトの変態）。一つの態様において、マルテンサイトの微細組織は約５０％以上の容量パーセントのマルテンサイトを含んでなることができる。更なる態様において、マルテンサイトの容量パーセントは約７０％以上であることができる。更なる態様において、マルテンサイトの容量パーセントは約９０％以上であることができる。

【0064】

他の態様において、鋼の焼き入れ性、すなわち、焼き入れされる時にマルテンサイトを形成する鋼の相対的能力、は組成と微細組織により改善することができる。一つの様相において、ＣｒとＭｏのような元素の添加は、マルテンサイトとベイナイトの変態温度を低下させることに有用であり、焼き戻しに対する抵抗を増加する。有益なことには、その場合、与えられた強度レベル（例えば、降伏強さ）を達成するために、より高い焼き戻し温度を使用することができる。他の様相において、比較的粗い旧オーステナイトの粒度（例えば、約１５もしくは２０μｍ〜約１００μｍ）は焼き入れ性を改善することができる。

【0065】

更なる態様において、鋼の硫化物応力腐食亀裂（ＳＳＣ）抵抗は組成と微細組織により改善することができる。一つの様相において、ＳＳＣは管内のマルテンサイトの増加した含量により改善されることができる。他の様相において、非常に高温における焼き戻しは以下に更に詳述されるように、管のＳＳＣを改善することができる。

【0066】

約４５０℃以下の温度でマルテンサイト形成を促進するために、鋼組成物は更に等式１を満たすことができ、その各元素の量は重量％で与えられる：

６０Ｃ％ ＋ Ｍｏ％ ＋ １．７Ｃｒ％ ＞１０ 等式１

【0067】

焼き入れ後に有意量のベイナイト（例えば、約５０容量％未満）が存在する場合は、実質的に上部ベイナイトまたは粒状ベイナイト（ベイナイト状のずれた（ｄｉｓｌｏｃａｔｅｄ）フェライトおよび、高Ｃのマルテンサイトと保持オーステナイトの島の混合物）を含まない、比較的微細なパケットを増進するためには、ベイナイトが形成する温度は約５４０℃以下でなければならない。

【0068】

約５４０℃以下の温度でベイナイト形成（例えば、下部ベイナイト）を増進するためには、鋼組成物は更に等式２を満たすことができ、そこで各元素の量は重量％で与えられる：

６０Ｃ％ ＋ ４１Ｍｏ％ ＋ ３４Ｃｒ％ ＞７０ 等式２

【0069】

図２は、膨張計測（ｄｉｌａｔｏｍｅｔｒｙ）により示された、請求された範囲内の組成をもつ鋼の連続的冷却変態（ＣＣＴ）図を表す。図２は、高いＣｒとＭｏ含量の場合でも、フェライトの形成を実質的に回避し、そして約５０容量％以上のマルテンサイト量を有するためには、約２０μｍを超える平均オーステナイト粒度（ＡＧＳ）および約７℃／秒を超える冷却速度を使用することができることを明白に示す。

【0070】

明らかに、約３５ｍｍ〜約６０ｍｍ間の肉厚の管に対する約８００℃と５００℃間の典型的平均冷却速度は約１℃／秒より低いので、焼きならし（例えば、オーステナイト化とその後の静止空気中の冷却）は、所望のマルテンサイト微細組織を達成することができない。管の壁の中央付近に所望の冷却速度を達成し、そしてそれぞれ約４５０℃と約５４０℃より低い温度でマルテンサイトと下部ベイナイトを形成するためには、水の焼き入れを使用することができる。従って、圧延したままの管は炉内で再加熱され、熱間圧延から空気冷却後に、焼き入れ操作１０６Ａにおいて水で焼き入れされることができる。

【0071】

例えば、オーステナイト化操作１０６Ａの一つのの態様において、炉の領域の温度は、管に、約±２０℃より小さい許容範囲を伴う目標のオーステナイト化温度を達成させるように選択することができる。目標のオーステナイト化温度は、約９００℃〜約１０６０℃間の範囲内に選択することができる。加熱速度は約０．１℃／秒〜約０．２℃／秒間の範囲内に選択することができる。浸漬期間、すなわち管が最終目標温度マイナス約１０℃を達成する時間と、炉から排出するまでの時間は約３００秒〜約１８００秒間の範囲内に選択することができる。オーステナイト化温度と保持時間は、化学組成、肉厚および所望のオーステナイト粒度に応じて選択することができる。炉の出口において、管は表面酸化物を除去するために、スケールを除去され、水の焼き入れシステムに早急に移される。

【0072】

焼き入れ操作１０６Ｂにおいて、管の壁の中央付近で所望の冷却速度（例えば、約７℃／秒を超える）を達成するために、外部および内部からの冷却を使用することができる。前述されたように、この範囲内の冷却速度は、約５０％を超える、好適には約７０％を超える、そしてより好適には約９０％を超えるマルテンサイトの容量パーセントの形成を促進することができる。残りの微細組織は下部ベイナイト（すなわち、通常約５４０℃より高い温度で形成される上部ベイナイトの場合におけるように、ラス境界に粗い沈殿物を伴わずにベイナイトのラス（ｌａｔｈｓ）内に微細な沈殿物を含む典型的な形態をもつ約５４０℃より低い温度で形成されるベイナイト）を含むことができる。

【0073】

一つの態様において、焼き入れ操作１０６Ｂの水による焼き入れは、撹拌された水を含むタンク内に管を浸漬することにより実施することができる。管は、熱の移動を、高く、均一にさせ、そして管のゆがみを回避するために、焼き入れ期間中、急速に回転することができる。更に、管内に発生する蒸気を除去するために、内部の水噴射を使用することもできる。特定の態様において、焼き入れ操作１０６Ｂ期間中の水温は、約４０℃以下、好適には約３０℃未満であることができる。

【0074】

焼き入れ操作１０６Ｂ後に、管を、焼き戻し操作１０６Ｃのために他の炉内に導入することができる。特定の態様において、比較的低いずれ（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）密度のマトリックスおよび、実質的に丸い形状（すなわち、より高度の球状化）をもつ、より多いカーバイドを生成するように、焼き戻し温度を十分に高いように選択することができる。ラスと粒子の境界における針型カーバイドは、より容易な亀裂経路を提供することができるので、この球状化は管の衝撃靭性を改善する。

【0075】

より球状の、分散されたカーバイドを生成するのに十分に高い温度でマルテンサイトを焼き戻しすることは、粒子を横断する亀裂、およびより良いＳＳＣ抵抗を増進することができる。亀裂の生長は多数の水素捕捉部位をもつ鋼においてより遅いことができ、そして球形をもつ、微細な、分散された沈殿物は、より良い結果を与える。

【0076】

結束（ｂａｎｄｅｄ）微細組織（例えば、フェライト−パーライトまたはフェライト−ベイナイト）と反対に、焼き戻しマルテンサイトを含む微細組織を形成することにより、鋼管のＨＩＣ抵抗は更に増加することができる。

【0077】

一つの態様において、焼き戻し温度は、鋼の化学組成と目標の降伏強さに応じて、約６８０℃〜約７６０℃間の範囲内に選択することができる。選択された焼き戻し温度の許容範囲は約±１５℃の範囲内にあることができる。管は、選択された焼き戻し温度まで、約０．１℃／秒〜約０．２℃／秒の間の速度で加熱することができる。管は、更に、約１８００秒〜約５４００秒間の範囲内の期間中、選択された焼き戻し温度に維持することができる。

【0078】

明らかに、パケットサイズは焼き戻し操作１０６Ｃにより有意には影響を受けない。しかしパケットサイズは、オーステナイトが変態する温度の低下とともに縮小することができる。約０．４３％未満の炭素当量を含む伝統的な低炭素鋼においては、焼き戻しベイナイトは本適用内の焼き戻しマルテンサイトの値（例えば、約６μｍ以下、例えば約６μｍ〜約２μｍの範囲内）に比較して、より粗いパケットサイズ（例えば、７〜１２μｍ）を示すことができる。

【0079】

マルテンサイトのパケットサイズは平均オーステナイト粒度とはほとんど独立しており、比較的粗い平均オーステナイト粒度（例えば、１５μｍもしくは２０μｍ〜約１００μｍ）の場合でも、微細（例えば、約６μｍ以下の平均粒度）のままであることができる。

【0080】

仕上げ操作１１０はそれらに限定はされないが、歪取りまたは曲げ操作を含むことができる。歪取り操作は焼き戻し温度より下〜約４５０℃より上の温度で実施することができる。

【0081】

一つの態様において、曲げ操作は熱誘導曲げにより実施することができる。熱誘導曲げは、誘導コイル（例えば、加熱リング）と、曲げられる構造物の外面上に水を噴霧する焼き入れリング、により規定される、ホットテープと呼ばれる狭い領域内に集中する熱変形過程である。真っすぐな（母）管が、管の前方が円形経路を表すように拘束されたアームに固定されながら、その背部から押し込まれる。この拘束が全構造物上に曲げのモーメントを誘発するが、管は実質的にホットテープの対応（ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ）内でのみ可塑的に変形される。従って、焼き入れリングは２種の同時の役目を果たす：区域を可塑的変形下で規定し、そして熱ベンドをインラインで焼き入れる。

【0082】

加熱リングと焼き入れリング双方の管径は、母管の外径（ＯＤ）より約２０ｍｍ〜約６０ｍｍ大きい。管の外面および内面双方の曲げ温度は、高温計により連続的に測定することができる。

【0083】

従来の管加工において、ベンドは、最終的機械特性を達成するために、曲げおよび焼き入れ後に、比較的低温における焼き戻し処理により応力緩和処理を受けることができる。しかし、仕上げ操作１１０期間中に実施されるインラインの焼き入れと焼き戻し操作は、オフラインの焼き入れと焼き戻し操作１０６Ｂ、１０６Ｃから得られるものと異なる微細組織を製造することができることが認められる。従って、本開示の一つの態様において、操作１０６Ｂ、１０６Ｃ後に得られる微細組織を実質的に再生するために、操作１０６Ｂ、１０６Ｃにおいて前述されたように、オフラインの焼き入れと焼き戻し処理を実施することができる。従って、ベンドは炉内で再加熱され、次に撹拌水を含む焼き入れタンク内に早急に浸漬され、次に炉内で焼き戻しされる。

【0084】

一つの態様において、曲げ後の焼き戻しは、約７１０℃〜約７６０℃間の範囲内の温度で実施することができる。管は約０．０５℃／秒〜約０．２℃／秒間の範囲内の速度で加熱することができる。目標の焼き戻し温度が達成された後に、約１８００秒〜約５４００秒間の範囲内の保持時間を使用することができる。

【0085】

図３は、開示態様に従って形成される圧延されたままの管の微細組織を表す光学顕微鏡写真（２％ナイタール（ｎｉｔａｌ）エッチング）である。管の組成は０．１４％のＣ、
０．４６％のＭｎ、０．２４％のＳｉ、２．１４％のＣｒ、０．９５％のＭｏ、０．１１％のＮｉ、０．００５％〜０．１２％の範囲のＶ、０．０１４％のＡｌ、０．００７％のＮ、０．００１３％のＣａ、０．０１１％のＰ、０．００１％のＳ、０．１３％のＣｕであった。管は約２７３ｍｍの外径（ＯＤ）と約４４ｍｍの肉厚を有した。図３に示したように、圧延されたままの管は、主としてベイナイトおよび、旧オーステナイトの境界における幾らかのフェライトである微細組織を示す。リニアルインターセプトとしてＡＳＴＭ Ｅ１１２に従って測定された焼き入れしたままの管の平均オーステナイト粒度（ＡＧＳ）は約１０２．４μｍであった。

【0086】

図４は、開示態様に従う焼き入れ後の管の微細組織を示す光学顕微鏡写真である。図４に示されるように、焼き入れしたままの管は５０％（ＡＳＴＭ Ｅ５６２−０８に従って測定）を超える容量百分率をもつマルテンサイトと、約４０％未満の容量百分率をもつ下部ベイナイトである微細組織を示す。微細組織は実質的にフェライト、上部ベイナイトまたは粒状ベイナイト（ベイナイトのずれた（ｄｉｓｌｏｃａｔｅｄ）フェライトおよび高Ｃのマルテンサイトと保持オーステナイトの島の混合物）は含まない。

【0087】

図５は図４の焼き入れしたままの管の中央の壁を表す光学顕微鏡写真である。焼き入れしたままの管の旧オーステナイト粒子の境界を示すために選択的エッチングを実施し、旧オーステナイトの粒度を約４７．８μｍであると決定される。

【0088】

この場合におけるように、オーステナイト粒子が粗い時でも、主要なマルテンサイト構造物（例えば、約５０容量％より多いマルテンサイト）が形成され、下部ベイナイトが比較的低温で（＜５４０℃）形成する場合は、焼き入れと焼き戻し後の鋼のパケットサイズはほぼ６μｍ未満に維持されることができる。

【0089】

パケットサイズは、電子逆散乱回折（ＥＢＳＤ）信号を使用し、そして高角度境界を約
４５°より大きいずれ（ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）をもつものと考えて、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により採られた画像上の平均リニアルインターセプトとして測定される。旧オーステナイトの粒度は約４７．８μｍの平均値を有したが、リニアルインターセプト法による測定は、約５．８μｍの平均パケットサイズ値を伴って図６に示した分布を与えた。

【0090】

焼き入れおよび焼き戻し管上において、約８０ｎｍ〜約４００ｎｍ間の範囲内の平均粒径をもつ、タイプＭ_３Ｃ、Ｍ_６Ｃ、Ｍ_２３Ｃ_６の粗い沈殿物に加えて、約４０ｎｍ未満の粒度をもつ、ＭＸ、Ｍ_２Ｘタイプ［ここで、ＭはＭｏまたはＣｒ、あるいは存在する場合はＶ、Ｎｂ、Ｔｉであり、そしてＸはＣまたはＮである］の微細沈殿物もまた、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により検出された。

【0091】

非金属包含物の総容量百分率は約０．０５％未満、好適には約０．０４％未満である。約１５μｍより大きい粒度をもつ酸化物の検査面積の平方ｍｍ当たりの包含物数は約０．４／ｍｍ^２未満である。
実質的に修飾された丸い硫化物のみが存在する。

【実施例】

【0092】

以下の実施例において、前述の製鋼法の態様を使用して形成された鋼管の微細組織および機械的特性および衝撃が考察される。とりわけ、前述の組成物および熱処理条件の態様に対して、オーステナイトの粒度、パケットサイズ、マルテンサイトの容量、下部ベイナイトの容量、非金属包含物の容量および約１５μｍより大きい包含物、を含む微細組織のパラメーターを調べる。更に、降伏強さおよび引っ張り強さ、硬度、延び率、靭性およびＨＩＣ／ＳＳＣ抵抗を含む対応する機械的特性も考察される。

【実施例1】

【0093】

焼き入れおよび焼き戻し厚肉管の機械的および微細組織の特性
表２の鋼の微細組織および機械的特性を研究した。微細組織のパラメーターの測定に関連して、オーステナイト粒度（ＡＧＳ）はＡＳＴＭ Ｅ１１２に従って測定し、パケットサイズは電子逆散乱回折（ＥＢＳＤ）信号を使用する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により採られた画像上の平均リニアルインターセプトを使用して測定され、マルテンサイトの容量はＡＳＴＭ Ｅ５６２に従って測定され、下部ベイナイトの容量はＡＳＴＭ Ｅ５６２に従って測定され、非金属包含物の容量百分率はＡＳＴＭ Ｅ１２４５に従って光学顕微鏡を使用する自動画像分析により測定され、そして沈殿物の存在は抽出複製法を使用する透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により研究された。

【0094】

機械的特性に関して、降伏強さ、引っ張り強さおよび延び率をＡＳＴＭ Ｅ８に従って測定し、硬度はＡＳＴＭ Ｅ９２に従って測定し、衝撃エネルギーはＩＳＯ１４８−１に従って、横方向シャルピーＶ−ノッチ試験片上で評価し、延性−脆性転移温度はＡＳＴＭ
Ｅ２０８に従って横方向シャルピーＶ−ノッチ試験片上で評価し、亀裂先端開口部のずれはＢＳ７４８８の第１部に従って約−６０℃で測定し、ＨＩＣ評価はＮＡＣＥ溶液Ａと９６時間の試験期間を使用してＮＡＣＥ標準ＴＭ０２８４−２００３、第２１２１５項に従って実施した。ＳＳＣ評価はＮＡＣＥ ＴＭ０１７７に従って、約９０％の降伏応力において、試験溶液Ａと約７２０時間の試験期間とを使用して実施した。

【0095】

表２に示した化学組成範囲をもつ約９０ｔの熱がアーク炉により製造された。

【0096】

【表2】

【0097】

タッピング（ｔａｐｐｉｎｇ）、脱酸素および合金添加後に、レードル炉とトリミングステーション中で二次的冶金学的操作を実施した。次に、カルシウム処理および真空脱気後に、液体鋼を約３３０ｍｍ直径の丸い棒として垂直鋳造機上で連続的に鋳造した。

【0098】

鋳造したままの棒を約１３００℃の温度まで回転ヒース炉により再加熱し、熱穿孔し、中空物を保持マンドレルの複数スタンドの管圧延機により熱間圧延し、そして図１において前述された方法に従って、熱サイジングにかけた。製造された継ぎ目なし管は、約２７３．１ｍｍの外径と約４４ｍｍの肉厚を有した。生成された圧延されたままの継ぎ目なし管上で測定された化学組成は表３に報告される。

【0099】

【表3】

【0100】

その後、圧延されたままの管を移動ビーム炉により約５４００秒間、約９２０℃の温度に加熱することによりオーステナイト化し、高圧水ノズルによりスケール除去し、そして撹拌水を含むタンクと内部の水ノズルを使用して、外部、内部から水で焼き入れした。オーステナイト化加熱速度は約０．１６℃／秒であった。焼き入れ中に使用された冷却速度は約１５℃／秒であった。焼き入れされた管は、約９０００秒の総合時間および約４２００秒の浸漬時間にわたり、約７４０℃の温度における焼き戻し処理のために、他の移動ビーム炉に早急に移された。焼き戻し加熱速度は約０．１２℃／秒であった。焼き戻し中に使用された冷却速度は、ほぼ０．１℃／秒未満であった。すべての焼き入れおよび焼き戻し（Ｑ＆Ｔ）管は熱により歪みとりを実施された。

【0101】

実施例１の管の微細組織と非金属包含物の特徴を表す主要なパラメーターは表４に示される。

【0102】

【表4】

【0103】

実施例１の管の機械的特性は表５、６および７に示される。表５は焼き入れおよび焼き戻し管の引っ張り、延び率、硬度および靭性の特性を表す。表６はシミュレートされた溶接後の熱処理後の降伏強さ、破断出現転移温度、亀裂先端開口部のずれおよび延性転移温度、を表す。溶接後熱処理は、５時間の浸漬時間を伴って約６９０℃の温度までの、約８０℃／時間の速度の加熱および冷却、よりなった。表７は焼き入れおよび焼き戻し管の、測定されたＨＩＣおよびＳＳＣ抵抗を示す。

【0104】

【表5】

【0105】

【表6】

【0106】

【表7】

【0107】

前記の試験結果（表５、表６および表７）から、焼き入れおよび焼き戻し管は６５ｋｓｉ等級を形成するのに適し、以下の特徴を示すことが認められた：、
・降伏強さ，ＹＳ：最小約４５０ＭＰａ（６５ｋｓｉ）および最大約６００ＭＰａ（８７ｋｓｉ）、
・極限引っ張り強さ，ＵＴＳ：最小約５３５ＭＰａ（７８ｋｓｉ）および最大約７６０ＭＰａ（１１０ｋｓｉ）、
・硬度：最大約２４８ＨＶ_１０、
・伸び率、約２０％以上、
・ＹＳ／ＵＴＳ比率、約０．９１以下、
・横方向シャルピーＶ−ノッチ試験片に対する約−７０℃における約２００Ｊ／約１５０Ｊ（平均／個別）の最小衝撃エネルギー、
・標準ＩＳＯ１４８−１に従ってテストされた横方向シャルピーＶ−ノッチ試験片において測定された、５０％ＦＡＴＴ（約５０％剪断面積をもつ破断出現の転移温度）および８０％ＦＡＴＴ（約８０％剪断面積をもつ破断出現に対する転移温度）に関して優れた靭性、
・ＡＳＴＭ ２０８標準に従い、落錘試験（ＤＷＴ）により測定された、−７０℃未満の延性−脆性転移温度、
・約−６０℃における優れた縦の亀裂先端開口部のずれ（ＣＴＯＤ）（＞０．８ｍｍ）、・シミュレートされた溶接後の熱処理：約８０℃／時間の加熱および冷却速度、約６５０℃の浸漬温度；浸漬時間：５時間、後に、最小約４５０ＭＰａの降伏強さ，ＹＳ、
・ＨＩＣ（ＮＡＣＥ 溶液Ａおよび約９６時間の試験期間を使用して、ＮＡＣＥ 標準ＴＭ０２８４−２００３ 第２１２１５項に従ってテスト）およびＳＳＣ（試験溶液Ａおよび、約９０％の特定最小降伏強さ、ＳＭＹＳで応力をかけた１バールのＨ_２Ｓを使用して、ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７に従ってテスト）に対して良好な抵抗。

【実施例2】

【0108】

焼き入れおよび焼き戻し厚肉管におけるベンドの微細組織および機械的特性
実施例１の焼き入れおよび焼き戻し管を使用して、管の外径の約５倍の半径（５Ｄ）をもつベンドを製造した。

【0109】

管を、約８５０℃±−２５℃の温度への加熱と、インラインの水焼き入れにより熱誘導曲げにかけた。次に、ベンドを移動炉内で約１５分間の保持のために、約９２０℃の温度に再加熱し、水槽に移し、そして撹拌水中に浸漬した。ベンドの最低温度は水槽中への浸漬直前に約８６０℃より高く、水槽水の温度は約４０℃未満に維持された。管の中央の壁付近における焼き入れしたままのベンドの微細組織が図７に示される。

【0110】

焼き入れ操作後、焼き入れしたままのベンドを約４０分間の保持時間を使用して、約７３０℃の温度に設定された炉内で焼き戻しした。

【0111】

【表8】

【0112】

【表9】

【0113】

前記の試験結果（表８、表９）から、焼き入れおよび焼き戻し管が７０ｋｓｉ等級を形成するのに適し、以下の特徴をもつことが認められた：
・降伏強さ，ＹＳ：最小約４８５ＭＰａ（７０ｋｓｉ）および最大約６３５ＭＰａ（９２ｋｓｉ）、
・極限引っ張り強さ，ＵＴＳ：最小約５７０ＭＰａ（８３ｋｓｉ）および最高約７６０ＭＰａ（１１０ｋｓｉ）、
・最大硬度：約２４８ＨＶ₁₀、
・伸び率、約１８％以上、
・ＹＳ／ＵＴＳ比率、約０．９３以下、
・横方向シャルピーＶ−ノッチ試験片に対し約−７０℃において、約２００Ｊ／約１５０Ｊ（平均／個別）の最小衝撃エネルギー、
・横方向シャルピーＶ−ノッチ試験片において測定された５０％ＦＡＴＴ（約５０％の剪断面積をもつ破断出現の転移温度）および８０％ＦＡＴＴ（約８０％の剪断面積をもつ破断出現に対する転移温度）に関する優れた靭性、
・約−４５℃における優れた縦方向の亀裂先端開口部のずれ（ＣＴＯＤ）（＞１．１ｍｍ）、
・ＨＩＣ（ＮＡＣＥ 溶液Ａおよび約９６時間のテスト期間を使用して、ＮＡＣＥ 標準ＴＭ０２８４−２００３ 第２１２１５項に従ってテスト）およびＳＳＣ（試験溶液Ａおよび、約９０％の特定最小降伏強さ、ＳＭＹＳで応力をかけた１バールのＨ₂Ｓを使用して、ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７に従ってテスト）に対して良好な抵抗。

【比較例３】

【0114】

焼き入れおよび焼き戻し管の比較例
本比較例において、０．４％の低炭素当量を含む典型的なライン管鋼（表１０）でできた、約２１９．１ｍｍの外径と約４４ｍｍの肉厚をもつ焼き入れおよび焼き戻し管を使用して、以前に説明された方法の態様を使用して、熱誘導ベンドを製造し、オフラインで焼き入れ、そして焼き戻しをした。

【0115】

【表10】

【0116】

製造された継ぎ目なし管は、移動ビーム炉により、前述のように約６００秒の浸漬時間を使用して、約９２０℃でオーステナイト化した。管を更に高圧水ノズルによりスケール除去し、そして撹拌水を含むタンクと内部水ノズルを使用して外部、内部から水で焼き入れした。焼き入れした管を約６６０〜６７０℃における焼き戻し処理のために他の移動ビーム炉に早急に移した。すべての焼き入れおよび焼き戻し管を熱により歪取り処理を実施した。

【0117】

Ｑ＆Ｔ管を更に、約８５０℃±−２５℃の温度への加熱により熱誘導曲げにかけ、インラインで水により焼き入れした。次に、ベンドを移動炉内で約３０分の保持時間にわたり、約９２０℃で再加熱し、水槽に移し、そして撹拌水中に浸漬した。ベンドの最低温度は水槽中への浸漬直前に約８６０℃より高く、水槽水の温度は約４０℃未満に維持された。焼き入れしたままのベンドの中央の壁付近の微細組織が図８に示される。

【0118】

焼き入れしたままの管内の主要微細組織は、図７の高Ｃｒ−高Ｍｏ鋼の組織と著しく異なる、粒状ベイナイト（ベイナイト状のずれた−フェライトと、高Ｃマルテンサイトと保持オーステナイトの島の混合物、ＭＡ構成物）であった。

【0119】

焼き入れしたままのベンドを更に、約３０分間の保持時間を使用して、約６７０℃に設定された炉内で焼き戻しした。

【0120】

Ｑ＆Ｔベンドの微細組織と非金属包含物の特徴を示す主要パラメーターが表１１に示される。

【0121】

【表11】

【0122】

【表12】

【0123】

【表13】

【0124】

以上から、焼き入れおよび焼き戻しベンドをもつ管は、それらが十分な焼き入れ性を形成しない鋼で製造されているので、主要な粒状ベイナイトの微細組織を示すことを認めることができる。更に、そのパケットサイズは実施例２のものより大きい。

【0125】

更に、これらの焼き入れおよび焼き戻しベンドは４５０ＭＰａ、すなわち等級Ｘ６５（表１２）の最小降伏強さを達成することができるが、それらは、それらの異なる微細組織により、実施例２に比較して、より高い転移温度を伴う最悪の靭性と、ＳＳＣに対するより低い抵抗を有する。

【0126】

以上の説明は、本教示の基礎的な新規の特徴物を示し、説明しそして指摘したが、示された装置の詳細の形状の、様々な省略、置き換えおよび変更並びにそれらの使用は、本教示の範囲から逸脱せずに、当業者により実施されることができることは理解されると考えられる。従って、本教示の範囲は、以上の考察に限定されるべきではなく、付記の請求の範囲により規定されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】