JP2588456B2 - 耐サワー性と低温靱性に優れたクラッド鋼板のクラッド材用高Ｎｉ超合金 - Google Patents
耐サワー性と低温靱性に優れたクラッド鋼板のクラッド材用高Ｎｉ超合金Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、硫化水素を含有する天
然ガスや原油を輸送するためのラインパイプ用の原板と
して使用される、熱処理なしで耐サワー性と低温靱性に
優れたクラッド鋼板を製造するのに適したクラッド材用
の高Ｎｉ超合金に関するものである。
然ガスや原油を輸送するためのラインパイプ用の原板と
して使用される、熱処理なしで耐サワー性と低温靱性に
優れたクラッド鋼板を製造するのに適したクラッド材用
の高Ｎｉ超合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高温、高圧の硫化水素、炭酸ガスが存在
するサワーガス井、サワー油井では耐食性、耐応力腐食
割れ性（以下耐サワー性と呼ぶ）に優れたオーステナイ
ト系高合金鋼管が油井管あるいはラインパイプとして用
いられるようになっている。しかし、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ
を多量に含有する高価な高合金鋼管をラインパイプとし
て多量に使用することは無用のコスト増をもたらす。そ
こで、腐食性ガスに接する内面側を高合金、外面側を低
合金として高合金の使用量を低減した、いわゆるクラッ
ドラインパイプの使用が注目されている。
するサワーガス井、サワー油井では耐食性、耐応力腐食
割れ性（以下耐サワー性と呼ぶ）に優れたオーステナイ
ト系高合金鋼管が油井管あるいはラインパイプとして用
いられるようになっている。しかし、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ
を多量に含有する高価な高合金鋼管をラインパイプとし
て多量に使用することは無用のコスト増をもたらす。そ
こで、腐食性ガスに接する内面側を高合金、外面側を低
合金として高合金の使用量を低減した、いわゆるクラッ
ドラインパイプの使用が注目されている。
【０００３】クラッドラインパイプの製造にあたって内
管のクラッド材は、高合金としての耐食性を十分に発揮
させるために、溶体化処理が必要になる。しかし、こう
した鋼管の熱処理をＵＯＥ鋼管のような大径ラインパイ
プに適用する場合、大型の熱処理設備が必要になり、し
かも製造工程を繁雑にするので製造コストが増大すると
いう問題がある。市場ニーズとしてＵＯＥ鋼管クラスの
大径ラインパイプへの要求が強い傾向を考慮すると、オ
フラインの鋼管熱処理によらない大径ラインパイプの製
造技術の確立が望まれる。また、大径クラッドラインパ
イプは極地地方でのニーズが大きいので、外管である母
材について従来の高強度ラインパイプと同程度の優れた
低温靱性が求められる。特にラインパイプではシャルピ
ー試験で測定される靱性に加えて、ＤＷＴＴ試験で測定
される脆性破壊伝播停止特性に優れることが求められ
る。
管のクラッド材は、高合金としての耐食性を十分に発揮
させるために、溶体化処理が必要になる。しかし、こう
した鋼管の熱処理をＵＯＥ鋼管のような大径ラインパイ
プに適用する場合、大型の熱処理設備が必要になり、し
かも製造工程を繁雑にするので製造コストが増大すると
いう問題がある。市場ニーズとしてＵＯＥ鋼管クラスの
大径ラインパイプへの要求が強い傾向を考慮すると、オ
フラインの鋼管熱処理によらない大径ラインパイプの製
造技術の確立が望まれる。また、大径クラッドラインパ
イプは極地地方でのニーズが大きいので、外管である母
材について従来の高強度ラインパイプと同程度の優れた
低温靱性が求められる。特にラインパイプではシャルピ
ー試験で測定される靱性に加えて、ＤＷＴＴ試験で測定
される脆性破壊伝播停止特性に優れることが求められ
る。
【０００４】オフラインの鋼管熱処理を行わず、しかも
母材の低温靱性を得る方法としては、クラッド材の耐食
性を低下させない範囲で通常の大径鋼管用素材の厚板で
行われているような低温での制御圧延を行う方法が開示
されている（特開昭６０−２１６９８４号公報）。
母材の低温靱性を得る方法としては、クラッド材の耐食
性を低下させない範囲で通常の大径鋼管用素材の厚板で
行われているような低温での制御圧延を行う方法が開示
されている（特開昭６０−２１６９８４号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の制御圧延によれ
ば、母材の金属組織が微細になるので、母材に関しては
ラインパイプとして要求される低温靱性が達成し易い。
しかし、クラッド材に関しては、一般に再結晶温度以下
での圧延となるので、クラッド圧延後のクラッド材の金
属組織は加工状態がそのまま残った未再結晶組織を呈す
ることになる。クラッド材が未再結晶状態にあれば、耐
孔食性が低下し、サワー環境での耐応力腐食割れ性が劣
化するので、サワー環境での使用を前提とするラインパ
イプにおいてはクラッド材の金属組織が再結晶組織であ
ることが必要である。
ば、母材の金属組織が微細になるので、母材に関しては
ラインパイプとして要求される低温靱性が達成し易い。
しかし、クラッド材に関しては、一般に再結晶温度以下
での圧延となるので、クラッド圧延後のクラッド材の金
属組織は加工状態がそのまま残った未再結晶組織を呈す
ることになる。クラッド材が未再結晶状態にあれば、耐
孔食性が低下し、サワー環境での耐応力腐食割れ性が劣
化するので、サワー環境での使用を前提とするラインパ
イプにおいてはクラッド材の金属組織が再結晶組織であ
ることが必要である。
【０００６】従って、優れた耐サワー性を得るためには
クラッド材の再結晶温度以上の温度域で圧延を行うこと
が必要である。一方で、母材の脆性破壊伝播停止特性を
得るには結晶粒を細かくすることが必要であるため、オ
ーステナイトの未再結晶温度域で圧延することが好まし
く、低温域での圧延が望まれる。かかる観点から、クラ
ッド材の耐食性と母材の低温靱性をともに得る圧延温度
域を確保するために、クラッド材の再結晶温度をできる
限り低くすることが、鋼管熱処理を行わずに大径鋼管用
のクラッド鋼を製造するにあたっての課題となる。
クラッド材の再結晶温度以上の温度域で圧延を行うこと
が必要である。一方で、母材の脆性破壊伝播停止特性を
得るには結晶粒を細かくすることが必要であるため、オ
ーステナイトの未再結晶温度域で圧延することが好まし
く、低温域での圧延が望まれる。かかる観点から、クラ
ッド材の耐食性と母材の低温靱性をともに得る圧延温度
域を確保するために、クラッド材の再結晶温度をできる
限り低くすることが、鋼管熱処理を行わずに大径鋼管用
のクラッド鋼を製造するにあたっての課題となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
有利に解決するもので、クラッド材の化学成分を限定し
てクラッド圧延後の再結晶温度を低下させ、クラッド材
の耐食性と母材の脆性破壊伝播停止特性を同時に確保す
るというものである。すなわち、本発明の要旨とすると
ころは、重量％で、 Ｃ：０．０３％以下 Ｓｉ：０．０２〜０．５％、 Ｍｎ：０．０２〜０．５％、 Ｐ：０．０２％以下、 Ｓ：０．００５０％以下、 Ｎｉ：６０〜６５％、 Ｃｒ：２０〜２５％、 Ｍｏ：６〜１０％、 Ａｌ：０．０５％以下、 Ｔｉ：０．０１〜２．０％、 Ｎｂ：３〜４．５％、 Ｃａ：０．００１０〜０．００６０％ を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなり、再結晶
温度が９００℃未満の、熱処理なしで耐サワー性と低温
靱性に優れたクラッド鋼板を製造するのに適した、耐サ
ワー性と低温靱性に優れたクラッド鋼板のクラッド材用
高Ｎｉ超合金にある。
有利に解決するもので、クラッド材の化学成分を限定し
てクラッド圧延後の再結晶温度を低下させ、クラッド材
の耐食性と母材の脆性破壊伝播停止特性を同時に確保す
るというものである。すなわち、本発明の要旨とすると
ころは、重量％で、 Ｃ：０．０３％以下 Ｓｉ：０．０２〜０．５％、 Ｍｎ：０．０２〜０．５％、 Ｐ：０．０２％以下、 Ｓ：０．００５０％以下、 Ｎｉ：６０〜６５％、 Ｃｒ：２０〜２５％、 Ｍｏ：６〜１０％、 Ａｌ：０．０５％以下、 Ｔｉ：０．０１〜２．０％、 Ｎｂ：３〜４．５％、 Ｃａ：０．００１０〜０．００６０％ を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなり、再結晶
温度が９００℃未満の、熱処理なしで耐サワー性と低温
靱性に優れたクラッド鋼板を製造するのに適した、耐サ
ワー性と低温靱性に優れたクラッド鋼板のクラッド材用
高Ｎｉ超合金にある。
【０００８】
【作用】本発明者らは、表１に示すＡＰＩ規格Ｘ６５相
当のラインパイプ鋼を母材として用い、表２に示す６０
Ｎｉクラスの高Ｎｉ超合金をクラッド材として用いて、
母材厚１６２ｍｍ、クラッド材厚２８ｍｍで母材／クラ
ッド材／クラッド材／母材と構成されたサンドイッチ状
スラブを組み立て、当該スラブを１１５０℃に加熱し、
最終圧下直前の鋼板表面温度を変化させて、仕上げ全厚
４０ｍｍの熱間圧延を行い、圧延終了後当該鋼板を３分
間放冷し、約４５０℃に３０℃／ｓの冷却速度で水冷し
て、得られたクラッド鋼板のクラッド材の再結晶状態の
観察を行った。その結果、表３に示すようにＡｌ添加量
を規制することによりクラッド材がより低温でも再結晶
するという知見を得た。
当のラインパイプ鋼を母材として用い、表２に示す６０
Ｎｉクラスの高Ｎｉ超合金をクラッド材として用いて、
母材厚１６２ｍｍ、クラッド材厚２８ｍｍで母材／クラ
ッド材／クラッド材／母材と構成されたサンドイッチ状
スラブを組み立て、当該スラブを１１５０℃に加熱し、
最終圧下直前の鋼板表面温度を変化させて、仕上げ全厚
４０ｍｍの熱間圧延を行い、圧延終了後当該鋼板を３分
間放冷し、約４５０℃に３０℃／ｓの冷却速度で水冷し
て、得られたクラッド鋼板のクラッド材の再結晶状態の
観察を行った。その結果、表３に示すようにＡｌ添加量
を規制することによりクラッド材がより低温でも再結晶
するという知見を得た。
【０００９】次に本発明におけるクラッド材の成分限定
理由を述べる。Ｃは多量に添加した場合、粒界における
応力腐食割れ感受性を増大させる。また、ラインパイプ
の溶接時における鋭敏化を促進する。これらの有害な作
用が生じない範囲として、Ｃは０．０３％以下とする。
Ｓｉ及びＭｎは脱酸成分として必要な成分で、それぞれ
０．０２％以上添加する。しかし、０．５％を越えて添
加すると非金属介在物が残存し、耐食性の低下、熱間加
工性の低下を招くので上限をそれぞれ０．５％とする。
理由を述べる。Ｃは多量に添加した場合、粒界における
応力腐食割れ感受性を増大させる。また、ラインパイプ
の溶接時における鋭敏化を促進する。これらの有害な作
用が生じない範囲として、Ｃは０．０３％以下とする。
Ｓｉ及びＭｎは脱酸成分として必要な成分で、それぞれ
０．０２％以上添加する。しかし、０．５％を越えて添
加すると非金属介在物が残存し、耐食性の低下、熱間加
工性の低下を招くので上限をそれぞれ０．５％とする。
【００１０】Ｐは不純物元素であり、熱間加工性及びサ
ワー環境中での耐応力腐食割れ性を低下させる。しか
し、０．０２％以下であれば実用上問題ないので０．０
２％以下とする。Ｓも不純物元素であり、多量に存在す
れば熱間加工性を低下させるため０．００５０％以下と
する。
ワー環境中での耐応力腐食割れ性を低下させる。しか
し、０．０２％以下であれば実用上問題ないので０．０
２％以下とする。Ｓも不純物元素であり、多量に存在す
れば熱間加工性を低下させるため０．００５０％以下と
する。
【００１１】Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏはそれぞれサワー環境中
で優れた応力腐食割れ抵抗を得るために添加する。本発
明では、２０％ＮａＣｌ溶液中、硫化水素分圧２００気
圧、温度２２５℃の過酷なサワー環境でも孔食が発生し
ないクラッド材とするためにそれぞれＮｉ：６０〜６５
％、Ｃｒ：２０〜２５％、Ｍｏ：６〜１０％添加する。
で優れた応力腐食割れ抵抗を得るために添加する。本発
明では、２０％ＮａＣｌ溶液中、硫化水素分圧２００気
圧、温度２２５℃の過酷なサワー環境でも孔食が発生し
ないクラッド材とするためにそれぞれＮｉ：６０〜６５
％、Ｃｒ：２０〜２５％、Ｍｏ：６〜１０％添加する。
【００１２】Ａｌは有効な脱酸元素であるので、本発明
合金に相当する市販の高Ｎｉ超合金では０．１５％程度
添加されているのが通常である。しかし、Ａｌは表３に
示したようにクラッド材の再結晶温度を上昇させ、クラ
ッド材の耐食性と母材の脆性破壊伝播停止特性を熱処理
なしでともに満足させることを困難にするので添加量に
限りがある。母材の低温圧延による靱性の向上を期待す
るには最終圧下直前の鋼板表面温度を約９００℃未満に
することが望ましい。一方、表３からＡｌを０．０５％
以下にすれば、最終圧下直前の鋼板表面温度が９００℃
未満でもクラッド材が再結晶する。以上のことからＡｌ
は０．０５％以下とする。
合金に相当する市販の高Ｎｉ超合金では０．１５％程度
添加されているのが通常である。しかし、Ａｌは表３に
示したようにクラッド材の再結晶温度を上昇させ、クラ
ッド材の耐食性と母材の脆性破壊伝播停止特性を熱処理
なしでともに満足させることを困難にするので添加量に
限りがある。母材の低温圧延による靱性の向上を期待す
るには最終圧下直前の鋼板表面温度を約９００℃未満に
することが望ましい。一方、表３からＡｌを０．０５％
以下にすれば、最終圧下直前の鋼板表面温度が９００℃
未満でもクラッド材が再結晶する。以上のことからＡｌ
は０．０５％以下とする。
【００１３】Ｔｉはラインパイプの溶接時の鋭敏化を防
止するために、０．０１％以上添加する。しかし、２．
０％を超えて添加しても鋭敏化防止効果が飽和するばか
りでなく、Ｔｉの析出物の存在により、かえって応力腐
食割れ抵抗が低下するので、添加量の範囲を０．０１〜
２．０％とする。Ｎｂは耐孔食性の向上とラインパイプ
の溶接時の鋭敏化を防止するために、３％以上添加す
る。しかし、過度に添加すると低融点の金属間化合物を
形成し、熱間加工性を著しく低下させるので上限を４．
５％とする。
止するために、０．０１％以上添加する。しかし、２．
０％を超えて添加しても鋭敏化防止効果が飽和するばか
りでなく、Ｔｉの析出物の存在により、かえって応力腐
食割れ抵抗が低下するので、添加量の範囲を０．０１〜
２．０％とする。Ｎｂは耐孔食性の向上とラインパイプ
の溶接時の鋭敏化を防止するために、３％以上添加す
る。しかし、過度に添加すると低融点の金属間化合物を
形成し、熱間加工性を著しく低下させるので上限を４．
５％とする。
【００１４】ＣａはＡｌ添加量を上記理由により限定し
た本発明合金においては重要な脱酸材である。また、Ｃ
ａは硫化物の形態を制御して熱間加工性を向上させる有
効な元素であるので０．００１０％以上添加する。しか
し、多量に添加すると鋼中の非金属介在物量が増大し、
かえって熱間加工性、耐食性を低下させるので０．００
６０％以下とする。
た本発明合金においては重要な脱酸材である。また、Ｃ
ａは硫化物の形態を制御して熱間加工性を向上させる有
効な元素であるので０．００１０％以上添加する。しか
し、多量に添加すると鋼中の非金属介在物量が増大し、
かえって熱間加工性、耐食性を低下させるので０．００
６０％以下とする。
【００１５】
【実施例】表１に化学成分を示すＡＰＩグレードＸ６５
のラインパイプ用のスラブを母材とし、表２に化学成分
を示す高Ｎｉ超合金をクラッド材として、熱間圧延素材
としてのサンドイッチ状のスラブを組み立てた。母材の
スラブ厚は１６２ｍｍ、クラッド材の厚さは２８ｍｍ
で、組み立て後のスラブ厚は３８０ｍｍとなった。この
組み立てスラブを表４に示す圧延条件で全厚が４０ｍｍ
となるまで圧延した。各条件で製造した１組のクラッド
鋼板の板厚は約２０ｍｍで、その内、クラッド材の厚さ
は圧延時に組み合わせた上下のクラッド鋼板の平均で約
３．０ｍｍとなった。
のラインパイプ用のスラブを母材とし、表２に化学成分
を示す高Ｎｉ超合金をクラッド材として、熱間圧延素材
としてのサンドイッチ状のスラブを組み立てた。母材の
スラブ厚は１６２ｍｍ、クラッド材の厚さは２８ｍｍ
で、組み立て後のスラブ厚は３８０ｍｍとなった。この
組み立てスラブを表４に示す圧延条件で全厚が４０ｍｍ
となるまで圧延した。各条件で製造した１組のクラッド
鋼板の板厚は約２０ｍｍで、その内、クラッド材の厚さ
は圧延時に組み合わせた上下のクラッド鋼板の平均で約
３．０ｍｍとなった。
【００１６】クラッド鋼板のクラッド材からｔ ２ｍｍ
×ｗ １０ｍｍ×ｌ ６５ｍｍの４点曲げ試験片を作製
し、オートクレーブ中のサワー環境で応力腐食割れ試験
を行った。環境は２０％ＮａＣｌ溶液、硫化水素分圧２
００気圧、温度２２５℃で試験期間は２週間とした。応
力負荷は試験材の応力−歪曲線を求め、降伏応力の１．
０４倍の応力を示す歪に相当するたわみを４点曲げ試験
片に付与することにより行った。試験後、試験片に割れ
が認められない場合、優れた耐サワー性を有するとみな
した。
×ｗ １０ｍｍ×ｌ ６５ｍｍの４点曲げ試験片を作製
し、オートクレーブ中のサワー環境で応力腐食割れ試験
を行った。環境は２０％ＮａＣｌ溶液、硫化水素分圧２
００気圧、温度２２５℃で試験期間は２週間とした。応
力負荷は試験材の応力−歪曲線を求め、降伏応力の１．
０４倍の応力を示す歪に相当するたわみを４点曲げ試験
片に付与することにより行った。試験後、試験片に割れ
が認められない場合、優れた耐サワー性を有するとみな
した。
【００１７】また、クラッド鋼板の母材から圧延方向に
垂直にＤＷＴＴ試験片を作製し、衝撃試験を行った。母
材の低温靱性はＤＷＴＴ試験で求められる延性破面率が
８５％となる温度で評価し、その温度が−２０℃以下と
なる場合優れた靱性を有するとみなした。表５に示すよ
うに、本発明に従う条件でクラッド鋼板を製造した場合
には、優れた耐食性と低温靱性を具備したクラッド鋼板
が得られた。
垂直にＤＷＴＴ試験片を作製し、衝撃試験を行った。母
材の低温靱性はＤＷＴＴ試験で求められる延性破面率が
８５％となる温度で評価し、その温度が−２０℃以下と
なる場合優れた靱性を有するとみなした。表５に示すよ
うに、本発明に従う条件でクラッド鋼板を製造した場合
には、優れた耐食性と低温靱性を具備したクラッド鋼板
が得られた。
【００１８】しかし、比較例ではＡｌ添加量が本発明に
よる条件を逸脱しているために、クラッド材の耐食性が
所望のレベル以下に低下した。
よる条件を逸脱しているために、クラッド材の耐食性が
所望のレベル以下に低下した。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】
【表４】
【００２３】
【表５】
【００２４】
【発明の効果】本発明により、大径ラインパイプ用の耐
サワー性と低温靱性に優れたクラッド鋼板がオフライン
の熱処理を行うことなく製造できるので工業的効果は著
しく大きい。
サワー性と低温靱性に優れたクラッド鋼板がオフライン
の熱処理を行うことなく製造できるので工業的効果は著
しく大きい。
Claims (1)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：０．０３％以下、 Ｓｉ：０．０２〜０．５％、 Ｍｎ：０．０２〜０．５％、 Ｐ：０．０２％以下、 Ｓ：０．００５０％以下、 Ｎｉ：６０〜６５％、 Ｃｒ：２０〜２５％、 Ｍｏ：６〜１０％、 Ａｌ：０．０５％以下、 Ｔｉ：０．０１〜２．０％、 Ｎｂ：３〜４．５％、 Ｃａ：０．００１０〜０．００６０％ を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなり、再結晶
温度が９００℃未満の、熱処理なしで耐サワー性と低温
靱性に優れたクラッド鋼板を製造するのに適した、耐サ
ワー性と低温靱性に優れたクラッド鋼板のクラッド材用
高Ｎｉ超合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4033742A JP2588456B2 (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 耐サワー性と低温靱性に優れたクラッド鋼板のクラッド材用高Ｎｉ超合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4033742A JP2588456B2 (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 耐サワー性と低温靱性に優れたクラッド鋼板のクラッド材用高Ｎｉ超合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05230571A JPH05230571A (ja) | 1993-09-07 |
| JP2588456B2 true JP2588456B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=12394870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4033742A Expired - Lifetime JP2588456B2 (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 耐サワー性と低温靱性に優れたクラッド鋼板のクラッド材用高Ｎｉ超合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2588456B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8313593B2 (en) * | 2009-09-15 | 2012-11-20 | General Electric Company | Method of heat treating a Ni-based superalloy article and article made thereby |
| DE102016115026B4 (de) | 2016-08-12 | 2018-03-08 | Vdm Metals International Gmbh | Verfahren zur Herstellung von walzplattierten Blechen sowie walzplattierte Bleche |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0639650B2 (ja) * | 1986-01-07 | 1994-05-25 | 住友金属工業株式会社 | 靭性の優れた高耐食性Ｎｉ基合金 |
| JPS63137133A (ja) * | 1986-11-28 | 1988-06-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高耐食性析出硬化型Ｎｉ基合金 |
| JPH0674865B2 (ja) * | 1989-05-08 | 1994-09-21 | 株式会社クボタ | 高温・高圧に耐える機械的性質とすぐれた耐食性を備えた複合管 |
-
1992
- 1992-02-20 JP JP4033742A patent/JP2588456B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05230571A (ja) | 1993-09-07 |
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