JPH0196329A - 耐硫化物応力腐食割れ性に優れた引張強さ５６Ｋｇｆ／ｍｍ↑２以上の溶接構造用鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、硫化水素を含む環境で使用される圧力容器
等に適合する溶接熱影響部の耐硫化物応力腐食割れ性に
優れた引張強さ５６ｋｇｆ／ａ＋４以上の溶接構造用鋼
の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 硫化水素による応力腐食割れは、腐食によって発生した
水素の鋼中への拡散浸透によって生じる水素脆化が原因
であり、一般には強度（硬さ）の低下により割れ感受性
が減少するといわれている。

このような考えに基づき、近年では硫化水素を含む天然
ガス、原論の輸送（貯蔵）用ラインパイプやタンクの構
成材料には特公昭５４−３８５０８号公報、特開昭５７
−１２０６１５号公報など多くの種類があり、その中で
一定の硬さ基準が示されている（例えばＮＡＣＥではＨ
ＲＣ≦２１（Ｈｖ≦２４０））。

このため、硫化物応力腐食割れが最も発生し易い溶接熱
影響部の硬さを低下させる試みが当業者により行われて
いる。

ところが、所定の目標、硬さを達成したとされる従来技
術では、その前提となる溶接人熱二が大きい（例えば特
公昭６１−８１４４号公報２２．５ｋＪ／ａｍ）だめ、
実際の圧力容器などの組立施工で必ず遭遇する１ｏｋＪ
／ｃｍ程度の小人熱溶接には適合しない。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は、かかる問題点すなわち当該溶接構造物の施
工に際して広範囲に変動する溶接入熱量にも十分に対応
できるように、合金元素の影響に関する詳細な研究を行
い、ＴＭＣＰ（加工熱処理）技術との組合せにより、１
０ｋＪ／ａｍの小人熱溶接でもその熱影響部の硬さがＨ
ｖ≦２４０で、かつ従来鋼よりも低コストの耐硫化物応
力腐食割れ性に優れた５８ｋｇ　ｆ　／　ｓ＋Ｊ以上の
引張強さを有する調質型高張力鋼の製造法を提供するも
のである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の要旨は、Ｃ，０，０２〜０．０５％未満、Ｓｌ
；０．０１〜０．５０％、Ｍｎ　；　１．００〜１．８
０％、Ｍｏ；０．０５〜０．５０％、Ｎｂ　　；０．０
０５〜０．０５％、Ｔ１：０．００５〜０．０５％、ｓ
ｏｎ　Ａｇ；　０．０１〜０．１０％の基本成分に、さ
らにＣｒ　；　０．１０〜０．５０％、Ｖ　、　０．０
１〜０．０５％、Ｃａ　；　０．００５０％を以下の１
種又は２種を含有し、残部がＦｃおよび不可避的不純物
からなる鋼片を１１００〜１２５０℃に加熱し、９５０
℃以下でかつ再結晶温度域の範囲で、仕上板厚に対し４
０％以上の累積圧下を加える熱間圧延を行い、仕上温度
をＡｒａ点以上とし、圧延終了後Ａｒａ点以上の温度か
ら直ちに焼入れし、続いてＡｅ　１点以下の温度で焼戻
しを行う耐硫化物応力腐食割れ性に優れた調質型の溶接
構造用高張力鋼の製造方法である。

本発明材は、前述したような成分組成鋼の鋼片を温度１
１００〜１２５０℃に加熱後、仕上温度Ａｒａ点以上で
制御圧延を行い、直ちに焼入れし、つづいてＡｃ　１点
以下の温度で焼戻しを施す。

そのミクロ組織は、適正温度域の鋼片加熱と再結晶温度
域での制御圧延にもとづく微細なオーステナイトの形成
と、直接焼入れおよびその後の焼戻しにより、均一かつ
緻密に分布した上部ベーナイトあるいは上部ベーナイト
＋アシキュラーフェライト地に、微細なＶ、Ｎｂの炭窒
化物が均一に析出した組織となる。

このような組織は、低炭素含有量にも関らず、細粒とＶ
、Ｎｂの炭窒化物による析出強化との相乗作用により、
従来の焼入れ焼戻し型のマルテンサイト組織のものと同
等以上の高強度が得られる。

さらにまた本発明鋼の特徴は溶接入熱量の変動１１とも
なう熱影響部の硬さの変化、すなわち硬さの溶接入熱感
受性が、第１図に示すように比較鋼（Ｂ添加、直接焼入
れ一焼戻し法で製造）や従来鋼（焼入れ一焼戻し型）に
対比して極めて鈍感であり、１０　ｋ　Ｊ　／　Ｃｍの
小人熱でもＨｖ≦２４０であることから、その耐硫化物
応力腐食割れ性が著しく向上することが予見される。

このようなミクロ組織を得るためには、まず鋼片加熱温
度を熱間圧延前のオーステナイト粒が粗大化しないよう
にするために上限を１２５０℃とし、さらに下限は焼戻
し処理により微細な炭窒化物の析出を生せしめるため、
すなわちＶ、Ｎｂの炭窒化物を溶体化するために１１０
０℃とする。

また加熱時に加えて圧延段階でもオーステナイト粒を微
細化し、緻密な上部ベイナイト組織を得るために９５０
℃以下でかつ再結晶温度域の範囲で仕上板厚に対して少
くとも４０％以上の累積圧下を加え、Ａｒａ点以上の温
度で圧延を完了する。

加熱および圧延段階でオーステナイト粒の微細化とＶ、
Ｎｂの炭窒化物の固溶化を図りながら、仕上圧延後Ａ　
ｒ　、ａ点景上の温度から直ちに焼入れをし、その後人
０１点以下の温度で焼戻しを施す。

圧延仕上温度および焼入れ温度をＡ　ｒ　ｓ点景上と限
定したのは、ポリゴナルフェライトの生成をおさえて板
厚中心部の強度および靭性を確保し、焼戻し処理におけ
る微細炭窒化物の生成による析出強化を有効利用するた
めである。

本発明における化学成分の限定理由を以下にのべる。

Ｃ；溶接熱影響部の硬化を防ぎ耐硫化物応力腐食割れ性
を向上させるためには、極力低減する必要があるが、強
度確保のためには一定量が必要である。本発明では直接
焼入れ法を採用するため、その上限は０．０２％に上限
は０．０５％未満とした。

Ｓｊ；強度向上に有効であるか、０．５０％を超えると
靭性を害するため、上限を０．５０％とした。

Ｍｎ；下限は強度確保のため１．００％とし、耐硫化物
応力腐食割れ性および靭性、溶接割れ性を害するため１
．８０％を上限とした。

Ｍｏ；強度確保のためにその下限は０，０５％とする。

また０．５０％を超えると応力集中＝き裂発生起点とな
る孔食を促進すること、ならびに溶接熱影響部の硬化と
靭性低下を生じるため、その上限は０．５０％とした。

Ｎｂ；圧延前の加熱時におけるオーステナイト粒の細粒
化とＮｂの炭窒化物による析出強化を利用するため、そ
の下限を０．００５％とし、靭性確保の観点から上限を
０．０５％とした。

Ｔｉ；圧延前の加熱時におけるオーステナイト粒の微細
化および溶接熱影響部を微細組織化し、焼入性軽減−低
硬度化による耐硫化物応力腐食割れ性向上のため添加す
る。０．００５％未満では効果がなく、０，０５％を超
えると靭性が悪化する。

ｓｏΩＡｇ、介在物低減のため０．０１％以上添加する
が、０．１０％を超えると介在物増加による靭性低下を
もたらす。

Ｖ；焼戻し処理における析出強化を図るため０．０１％
以上必要であり、０．０５％を超えると靭性が低下する
。

Ｃｒ；焼入性を上げ強度を高めるため０．１０％以上添
加する。０．５０％を超えると溶接熱影響部の硬化が増
大し、耐硫化物応力腐食割れ性を損う。

Ｃａ；硫化物系介在物の形状制御に有効であり、侵入水
素のトラップサイトを減少させるが、０．００５％以上
では鋼が汚染される。

この発明で重要な点は、焼入性を高め強度を確保する観
点から従来６０ｋｇ　ｆ　／　ｍｎｆ級以上の高張力鋼
に多用されてきたＢが、第２図に示すように、その良好
な焼入性が災いして本発明にかかわる極低炭素の領域で
も、溶接熱影響部の硬さを著しく上昇させることを見い
出し、発明鋼はＢ無添加とした。

なお不純物としてのＰ、Ｓ、Ｎ等は多量に残存すると靭
性および溶接性を劣化させる有害な元素で、その量は少
ないほど好ましく、Ｐ≦０．０２％、Ｓ≦０，０２％、
Ｎ≦０．００６０％にすることが望ましい。

［実　施　例］ 転炉で溶製し、連続鋳造法で製造した第１表の成分組成
のうち、本発明にかかわるＩＡ〜■０８種、比較鋼Ｊ−
Ｑの４種、および従来鋼Ｒのそれぞれを、第２表に示す
条件で製造した。なおｆｔ４Ａ。

Ｆは本発明法と従来法の差異を示すため焼入・焼戻しの
従来法でも製造した。

かかる方法にて製造した本発明鋼、比較鋼および従来鋼
の４０關厚鋼板の強度、靭性および入熱量１０ｋＪ／ａ
ｎの被覆アーク溶接で製作したビードオンプレートの表
面下１關の熱影響部最高硬さを第３表に、硬度分布を第
３図に示す。

また応力腐食割れ試験片（３ｔ　Ｘ　１０ｗ　Ｘ　１１
５　ｍｌ）を、ビードオンプレートの第４図に示す位置
から採取し、０．５％酢酸水溶液＋硫化水素飽和溶液中
にて、四点支持曲げ応力腐食試験（２１日間浸漬）を行
った。

その結果も第３表に示す。

すなわち、この結果によれば、従来法の焼入れ一焼戻し
では目標強度を確保できない０．０２％〜０．０５％Ｃ
未満でも、本発明法で製造した鋼板は５６ｋｇ　ｆ　／
−以上の強度と優れた靭性を有していることがわかる（
本発明法により製造した鋼Ａ、Ｆと従来法で製造した鋼
Ａ、Ｆとの対比）。

また、発明鋼のいずれもが溶接熱影響部の硬さＨｖ≦２
４０を満足するのに対して、直接焼入れ一焼戻し法で製
造したＢ添加の比較ｍ　（Ｊ、に、Ｌ）は発明鋼と同−
Ｃ量でも溶接熱影響部の硬さが著しく高い。

これは第３図に代表例で示したように、従来鋼や比較鋼
の溶接部硬度分布に、その熱形Ｕ部に牛角様の突出が生
じているのに対して、発明鋼にはそれが現出しないこと
と併せて、本発明が限定した成分範囲とその製造方法の
優位性を実証している。

［発明の効果コ このような特性を有する本発明法で製造した鋼板は、そ
のいずれもが耐硫化物応力腐食割れ性が飛躍的に向上し
ていることは、四点支持曲げ応力腐食割れ試験の結果か
らも明らかである。

また、発明鋼は第３表に示すように液体アンモニア環境
における耐応力腐食割れ性にも優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼にかかわる成分鋼と比較鋼、従来鋼の
溶接入熱量と熱影響部最高硬さの関係を示す図表、第２
図は、本発明鋼にかかわる成分鋼と比較鋼、従来鋼の溶
接入熱１０ｋＪ／ａｍの場合の熱影響部最高硬さとＣ量
の関係を示す図表、第３図は本発明鋼と比較鋼、従来鋼
との溶接部硬度分布の比較を示す図表、第４図は四点支
持曲げ応力腐食割れ試験片の採取要領の説明図である。 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫洛雄入悠量（
にＪ／ｃｙｙｔ） 第２図 Ｃ量（ｙ、）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量で Ｃ；０．０２〜０．０５％未満、 Ｓｉ；０．０１〜０．５０％、 Ｍｎ；１．００〜１．８０％、 Ｍｏ；０．０５〜０．５０％、 Ｎｂ；０．００５〜０．０５０％、 Ｔｉ；０．００５〜０．０５％、 ｓｏｌＡｌ；０．０１〜０．１０％ を含み、さらに Ｃｒ；０．１０〜０．５０％、 Ｖ；０．０１〜０．０５％ の１種又は２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不
   純物からなる鋼片を１１００〜１２５０℃に加熱した後
   、９５０℃以下でかつ再結晶温度域の温度範囲で、仕上
   板厚に対して４０％以上の累積圧下率を確保する熱間圧
   延を行い、Ａｒ＿３点以上で圧延を完了した後、Ａｒ＿
   ３点以上の温度から直接焼入れを施し、続いてＡＣ＿１
   点以下の温度で焼戻しを行うことを特徴とする、耐硫化
   物応力腐食割れ性に優れた引張強さ５６ｋｇｆ／ｍｍ＾
   ２以上の溶接構造用鋼の製造方法。
2. （２）重量で Ｃ；０．０２〜０．０５％未満、 Ｓｉ；０．０１〜０．５０％、 Ｍｎ；１．００〜１．８０％、 Ｍｏ；０．０５〜０．５０％、 Ｎｂ；０．００５〜０．０５０％、 Ｔｉ；０．００５〜０．０５％、 ｓｏｌＡｌ；０．０１〜０．１０％ Ｃａ；０．００５０％を以下 を含有して Ｃｒ；０．１０〜０．５０％、 Ｖ；０．０１〜０．０５％ の１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避
   的不純物からなる鋼片を１１００〜１２５０℃に加熱し
   た後、９５０℃以下でかつ再結晶温度域の温度範囲で、
   仕上板厚に対して４０％以上の累積圧下率を確保する熱
   間圧延を行い、Ａｒ＿３点以上で圧延を行い、Ａｒ＿３
   点以上で圧延を完了した後、Ａｒ＿３点以上の温度から
   直接焼入れを施し、続いてＡｃ＿１点以下の温度で焼戻
   しを行うことを特徴とする、耐硫化物応力腐食割れ性に
   優れた引張強さ５６ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上の溶接構造用
   鋼の製造方法。