钢材和钢材的制造方法与流程

本发明涉及钢材和钢材的制造方法。

背景技术：

1、近年来，作为用于构建脱碳社会的清洁能源，在世界范围内氢气备受关注。另外，以大量输送氢气为目的，研究了利用管线的氢气输送网的构建。管线运转时的氢气的输送压力设想为1～40mpa的高压力，管线管被置于高压力的氢气环境中。此外，在使用钢材制造管线管的情况下，在这样的环境下使用的钢材中担心发生氢侵入钢材中、特性劣化的“氢脆”。

2、以往的用于天然气输送用管线的钢材，要求抑制酸性环境中的氢致开裂的发生。因此，采取了抑制延伸化的mns的生成、抑制ti、nb的碳氮化物、氧化物的聚集、或者抑制中心偏析等对策。另外，mn是容易在钢材的中心偏析的元素，还提出了抑制mn的偏析的方法。

3、专利文献1中提出了抑制了偏析部的mn含量相对于钢中的平均mn含量的比的钢板。

4、另外，在专利文献2和3中，提出了除了mn偏析点的大小之外还限定偏析部的p浓度、进而有效利用ca的高强度管线管。

5、进而，专利文献4和5中提出了抑制ti、nb的碳化物、氮化物等夹杂物的方法。作为高压储氢容器用材料，为了应用原材料成本更低的低合金钢代替奥氏体系不锈钢，进行了大量研究。

6、专利文献6中提出了一种高压氢气环境用钢，其中，作为钢中氢的捕获位点，有效利用mns、ca系夹杂物或vc而形成非扩散性氢，抑制扩散性氢导致的脆化。

7、现有技术文献

8、专利文献

9、专利文献1：日本特开平6-220577号公报

10、专利文献2：日本特开平6-256894号公报

11、专利文献3：日本特开平6-271974号公报

12、专利文献4：日本特开2006-63351号公报

13、专利文献5：日本特开2008-7841号公报

14、专利文献6：日本特开2005-2386号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、但是，用于输送氢气的管线管的钢材除了以往的管线管所要求的高强度以外，还需要兼具氢气环境所要求的耐氢脆特性。然而，专利文献1～5的技术从氢气环境下的耐氢脆特性的观点出发存在改善的余地。另外，专利文献6中提出的高压氢气环境用钢大量含有mns、ca系夹杂物等，因此，虽然能够降低扩散性氢，但从氢气环境下的耐氢脆特性的观点出发存在改善的余地。

3、本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供高强度且兼具氢气环境下的优良的耐氢脆特性的钢材和钢材的制造方法。

4、用于解决问题的方法

5、本发明人对于用于得到兼具高强度且氢气环境下的优良的耐氢脆特性的钢材的应该满足的条件进行了深入研究，从而发明了新的钢材。本发明的主旨如下所述。

6、[1]一种钢材，其具有以质量%计含有c：0.02～0.50%、si：0.01～0.50%、mn：0.50～1.50%、p：0.015%以下、s：0.0015%以下、al：0.005～0.15%、o：0.0035%以下、n：0.010%以下、nb：0.001～0.10%、ca：0～0.005%、ni：0～2.0%、ti：0～0.1%、cu：0～1.0%、cr：0～1.0%、mo：0～0.60%、w：0～1.0%、v：0～0.10%、zr：0～0.050%、ta：0～0.050%、b：0～0.0020%、rem：0～0.01%、mg：0～0.01%、hf：0～0.005%、re：0～0.005%、sn：0～0.3%和sb：0～0.3%、余量由fe和不可避免的杂质构成的成分组成，

7、并且具有如下金属组织：在壁厚1/4位置处，贝氏体以面积分率计为70%以上，并且所述贝氏体的平均结晶粒径为15μm以下，

8、在应变速率为7.0×10-4mm-1的拉伸试验中，以(氢气压力为40mpa的氢气中的截面收缩率值)/(大气中的截面收缩率值)表示的相对截面收缩率rra(relative reduction ofarea)为0.90以上。

9、[2]根据[1]所述的钢材，其中，所述成分组成以质量%计含有选自nb：0.001～0.10%、ca：0.0001～0.005%、ni：0.01～2.0%、ti：0.005～0.1%、cu：0.01～1.0%、cr：0.01～1.0%、mo：0.01～0.60%、w：0.01～1.0%、v：0.01～0.10%、zr：0.0001～0.050%、ta：0.0001～0.050%、b：0.0001～0.0020%、rem：0.0001～0.01%、mg：0.0001～0.01%、hf：0.0001～0.005%、re：0.0001～0.005%、sn：0.0001～0.3%和sb：0.0001～0.3%中的一种以上。

10、[3]根据[1]或[2]所述的钢材，其中，所述钢材为焊接钢管。

11、[4]一种钢材的制造方法，其具有：

12、加热工序，其中，将具有上述[1]或[2]中记载的成分组成的铸坯加热至1000℃以上且1250℃以下的加热温度；

13、热轧工序，其中，在热轧开始温度以铸坯的表面温度计为ar3点+50℃以上的条件下对所述加热工序中加热后的铸坯进行热轧而制成热轧钢板；

14、冷却工序，其中，将所述热轧工序中得到的热轧钢板在下述条件下冷却而制成钢材，

15、冷却开始温度以所述热轧钢板的表面温度计为ar3点以上、并且以热轧钢板的壁厚1/4位置温度计为ar3点+20℃以上，

16、以热轧钢板的表面温度计从750℃到550℃的平均冷却速度为30℃/s以上，

17、以热轧钢板的壁厚1/4位置温度计从750℃到550℃的平均冷却速度为20℃/s以上，以及

18、冷却停止温度以热轧钢板的壁厚1/4位置温度计为550℃以下且250℃以上。

19、[5]根据[4]所述的钢材的制造方法，其中，还具有在所述冷却工序后的制管工序，其中，将所述冷却工序后得到的钢材成形为圆筒状、将圆筒状的钢材的周向两端部对接焊接而制成焊接钢管。

20、发明效果

21、根据本发明，能够得到兼具高强度且氢气环境下的优良的耐氢脆特性的钢材。

1.一种钢材，其具有以质量%计含有c：0.02～0.50%、si：0.01～0.50%、mn：0.50～1.50%、p：0.015%以下、s：0.0015%以下、al：0.005～0.15%、o：0.0035%以下、n：0.010%以下、nb：0.001～0.10%、ca：0～0.005%、ni：0～2.0%、ti：0～0.1%、cu：0～1.0%、cr：0～1.0%、mo：0～0.60%、w：0～1.0%、v：0～0.10%、zr：0～0.050%、ta：0～0.050%、b：0～0.0020%、rem：0～0.01%、mg：0～0.01%、hf：0～0.005%、re：0～0.005%、sn：0～0.3%和sb：0～0.3%、余量由fe和不可避免的杂质构成的成分组成，

2.根据权利要求1所述的钢材，其中，所述成分组成以质量%计含有选自nb：0.001～0.10%、ca：0.0001～0.005%、ni：0.01～2.0%、ti：0.005～0.1%、cu：0.01～1.0%、cr：0.01～1.0%、mo：0.01～0.60%、w：0.01～1.0%、v：0.01～0.10%、zr：0.0001～0.050%、ta：0.0001～0.050%、b：0.0001～0.0020%、rem：0.0001～0.01%、mg：0.0001～0.01%、hf：0.0001～0.005%、re：0.0001～0.005%、sn：0.0001～0.3%和sb：0.0001～0.3%中的一种以上。

3.根据权利要求1或2所述的钢材，其中，所述钢材为焊接钢管。

4.一种钢材的制造方法，其具有：

5.根据权利要求4所述的钢材的制造方法，其中，还具有在所述冷却工序后的制管工序，其中，将所述冷却工序后得到的钢材成形为圆筒状、将圆筒状的钢材的周向两端部对接并焊接而制成焊接钢管。