JPH02263918A - 耐ｈｉｃ性および耐ｓｓｃ性に優れた高張力鋼板の製造法 - 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） 本発明は特に耐ＨＩＣ性（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ　Ｉｎｄｕ
ｃｅｄＣｒａｃｋｌｎｇ）　　（耐水素誘起割れ性）お
よび耐ＳＳＣ性（Ｓｕｌｌ’ｉｄｃ　５ｔｒｅｓｓ　Ｃ
ｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｃｒａｃｋｉｎｇ）　（耐硫化物応
力腐食割れ性）に優れた引張強さ５０ｋｇ　ｆ　／　ｍ
ｎｉ級の高張力鋼の製造法に関するものである。

（従来の技術） アンモニア・ＬＰＧなどの貯蔵タンクや石油・天然ガス
精製プラントおよび輸送用のラインパイプでは、ＨＩＣ
や硫化水素によるＳＳＣが大きな問題となっている。Ｈ
ＩＣ，ＳＳＣは湿潤な硫化水素環境下の腐食反応で生じ
た水素による水素脆性割れの１種と考えられている。

一般的なＨＩＣ対策としては、鋼の清浄度を高めること
や鋼のミクロ組織の均一化などがある。

また鋼のＳＳＣ感受性に対しては化学成分やミクロ組織
、非金属介在物の有無などによって異なるが、特に硬さ
の影響が大きくビッカース硬さＨｖ２４８　　（Ｒｅ　
２２）以下ではＳＳＣは起こらないとされている。

しかし従来の）ｉＴ５０やＨＴ８０は比較的炭素当量の
高い鋼の焼ならしくＮｏｒｎ＋ａ）処理あるいは特開昭
５９−１２８７１６号公報で示すようにＢ添加鋼の焼入
れ・焼戻しくＱ　Ｔ）処理によって製造されているため
に、小人熱時の溶接熱影響部（ＨＡＺ）の硬さが高く、
ＳＳＣ感受性が増大するという欠点を有していた。

またＢ無添加の場合でもＣｆｆ１をはじめ添加元素や製
造法が適切でなく、母材・ＨＡＺの耐ＨＩＣ性や耐ＳＳ
Ｃ性は著しく劣っていた。このため新知見に基づく画期
的な高張力鋼の開発が強く望まれていた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は耐ＨＩＣ性および耐ＳＳＣ性に優れた高張力鋼
を安価に製造する技術を提供するものである。

本発明法で製造した鋼は耐ＨＩＣ性に優れ、低入熱溶接
時においてもＨＡＺ硬さを低く抑えることが可能となり
きイ〕めで優れた耐ＳＳＣ性を示す。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、重量％でＣ：　０．０２〜０．０？％
、Ｓ　Ｉ：０．６％以下、Ｍ　ｎ：　ｌ　、０〜１．４
％、Ｐ　：０．０１０％以下、Ｓ　：０．００１％以下
、Ａｇコ０゜００１〜０．０６０％、Ｎ　ｂ：０．００
５〜０．０４％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ｃ
ａ：０．００１〜０．００？％、Ｎ二０．１１０５％以
下、必要に応じてＭｏ＋０．０５〜０．３０％　、　　
Ｎｊ：０．０５〜０．５　９６　、　　Ｃｕ：０．０５
〜０，５％、ｖ　：　ｏ、ｏｔ〜０，１０％の範囲内で
１種または２種以上を含宵し、残部が鉄および不可避的
不純物からなる鋼を連続鋳造法によってスラブとし、再
加熱なしの直送圧延（ＨＣＲ，ＤＲ）ないしはスラブ冷
却後これを１１００〜１２５０℃の温度で再加熱し、７
８０〜８８０℃の温度で圧延を終了してただちに冷却速
度５〜４０℃／ｓｅｅで加速冷却し、４００〜５５０℃
の温度まで水冷、その後空冷することにある。

（作　　用） 本発明者らの研究によれば、ＨＩＣ対策としては水素吸
収位置となる中心偏析の軽減や硫化物（ＭｎＳ）をはじ
めとする非金属介在物の低減と、その形態制御などがき
わめて有効であり、またＳＳＣ対策としては鋼のＳＳＣ
感受性に大きな影響を及ぼすとされるＨＡＺ硬さを低減
させることが有効である。

ＨＡＺ硬さの低減には鋼の焼入れ性を下げることが効果
的だが、同時に母材強度をも低下させるため、両者をバ
ランスよく達成するためには鋼成分の適正化だけでは不
十分である。そこで、焼入れ性に最も顕著に効くＣおよ
びＢを極力抑えたＢフリー・低ＣをベースにＨＡＺ硬さ
の低減を図るとともに、Ｎｂ　　（あるいは必要に応じ
て■）添加による析出硬化現象を圧延後直ちに加速冷却
を行なうことによって活用し、母材強度を確保する新し
い方法を発明した。

本発明鋼によればＨＩＣは発生せず、また実際の溶接施
工上最小入熱と想定される１ＯｋＪ／ｃｍでのＭＩＧ溶
接時のＨＡＺ最高硬さもＨｖ　２３０以下に抑えること
が可能となり、耐ＳＳＣ性も著しく改善された。

析出硬化は鋼中に析出物を微細に分散させることによっ
てその効果を発揮する。そのため溶鋼の凝固冷却中に微
細析出したＮｂの析出物が粗大化することのないよう適
切な再加熱、圧延、冷却、熱処理条件を付与する必要が
ある。

この析出硬化の活用は、圧延後ただちに加速冷却を行な
うことによって可能となったものであり、さらに４００
〜５５０℃から空冷することにより、焼戻し処理と同等
な効果が得られるために、組織の均一化がはかられ耐硫
化水素割れ性の面からも好ましいものとなる。

しかし、たとえＮｂの析出物が鋼中に微細に分散してい
ても基本成分が適当でないと、ＨＡＺ硬さ低減と母材の
高張力化とのバランスのよい達成は困難である。

以下、この点について説明する。

Ｃは焼入れ性に最も顕著に効くものであるが、下限０．
０２％は母材および溶接部の強度確保ならびにＮｂなど
の添加時に、これらの効果を発揮させるための最小量で
ある。しかしＣ量が多過ぎると焼入れ性が上がり、ＨＡ
Ｚ硬さを上昇させるため上限を０６０６％とした。

８１は脱酸上鋼に含まれる元素であるが、多く添加する
と溶接性、ＨＡＺ靭性が劣化するため、上限を０．６％
に限定した。鋼の脱酸はＡｌのみでも十分可能であり、
焼入れ性の観点から０．２５％以下が望ましい。

Ｍｎは強度、靭性を確保する上で不可欠な元素であり、
その下限は１．０％である。しかしＭｎｆｆ１が多すぎ
ると焼入れ性が上昇して溶接性、ＨＡＺ靭性を劣化させ
るだけでなく、スラブの中心偏析を助長するので上限を
１．４９６とした。

Ｐは本発明鋼においては不純物であり、Ｐ量の低減はＨ
ＡＺにおける粒界破壊を減少させる傾向がある。逆に多
く添加するとＪｌｊ材、溶接部の低温靭性を劣化させる
ため上限をｏ、ｏｔｏ％とした。

ＳはＰと同様本発明鋼においては不純物であり、Ｓ量の
低減は粒界フェライトの生成を抑制する傾向があり、母
材および溶接部の低温靭性を向上させ、さらに介在物と
しての硫化物（ＭｎＳ）を低減するため０．００１％以
下とした。最も好ましいＳ量は０．０００５％以下であ
る。

Ａｌは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であり、最低０．
００１％の添加含有が必要である。しかし、ＡＩが０．
０６０％を超えるとＨＡＺ靭性のみならず溶接金属の靭
性も著しく劣化させるため、その上限を０．０６０％と
した。

Ｎｂは本発明鋼において必須元素であり、焼入れ性低下
に伴う強度不足分を析出硬化として補う上で、最低０．
００５％のＮｂｆａが必要である。しかしＮｂは同時に
ＨＡＺ硬さ上昇も伴い、また溶接部の靭性劣化を招くた
め上限を０．０４％とした。

ＴＩは母材およびＨＡＺ靭性向上のために必須である。

なぜならばＴＩはＴｉＮとしてスラブ中に微細析出し、
加熱時のγ粒の粗大化を抑え圧延組織の細粒化に有効で
あり、また鋼板中に存在する微細ＴｉＮは、溶接時にＨ
ＡＺ組織を細粒化するためである。したがってＴｉ量は
Ｎｍと共に制限されるべきものであり、ＴＩ、Ｎｆｆ１
をそれぞれ０．００５〜０゜０３０％、　　０．００５
％以ドに限定した。

ＴＩの下限は母材とＨＡＺの靭性を向上させるための必
要最小量である。一方、ＴＩ、Ｎの上限はこれを超える
と微細なＴｉＮが得られず、また過剰のＴｉに、よりＴ
ｉＣが析出し母材およびＨＡＺ靭性を劣化させるためで
ある。

Ｃａは硫化物（ＭｎＳ）の形態を制御し、低温靭性を向
上（シャルピー吸収エネルギーを増加）させるほか、耐
水素誘起割れ性の改善にも効果を発揮する。しかしＣａ
　ｆｆｉ　ｏ、ｏｏｔ％以下では実用上効果がなく、ま
た０、００６％を超えて添加するとＣａｂ、ＣａＳが多
量に生成して大型介在物となり、鋼の靭性のみならず清
浄度も害し、さらには溶接性にも悪影響を与える。この
ため添加量の範囲を０．００１〜ｏ、ｏｏｅ％に制限し
た。

次にＭｏ、Ｎｉ　、Ｃｕ、Ｖを添加する理由について説
明する。

基本となる成分に、さらにこれらの元素を添加する主た
る目的は、本発明鋼の優れた特徴を損なうことなく強度
、靭性など特性の向上をはかるためである。したがって
その添加量を自ずから制限されるべき性質のものである
。

Ｍｏは母材の強度、靭性をともに向上させる。

しかし添加量が多過ぎると母材、溶接部の靭性および溶
接性の劣化を招き好ましくないため上限を０　、３０　
％とした。下限は実質的な効果が得られるための最小量
とすべきで０，０５％である。これは次のＮｉ、Ｃｕに
ついても同様である。

Ｎｉは溶接性、ＨＡＺ靭性に悪影響を及はすことなく母
材の強度、靭性を向上させるが、過剰な添加は溶接性に
好ましくないため上限を０．５％とした。

ＣｕはＮｉ　とほぼ同様の効果とともに耐食性、耐水素
誘起割れ性などにも効果があるが、過剰な添加は熱間圧
延時にＣｕ　−クラックが発生し製造困難となる。この
ため上限を０．５％とした。

■はＮｂと同様析出硬化に寄与するものであるが、Ｎｂ
に比べて母材強度の強化式は小さいため０．０１％未満
では効果が少なく、上限は０．１０％まで許容できる。

またＶはＨＡＺ硬さをほとんど変化させないためＮｂと
の複合添加が望ましい。

鋼の成分を上記のように限定しても、製造法が適切でな
ければ析出硬化を利用した母材強度の確保およびＨＡＺ
硬さの低減を達成することはできない。このため製造条
件についても限定する必要がある。

まず、この鋼は工業的には連続鋳造法で製造することが
必須である。この理由は、連続鋳造法では溶鋼の凝固冷
却速度が速く、スラブ中に微細なＮｂの析出物が多量に
得られるためである。大型鋼塊による造塊−分塊法では
、Ｎｂの析出物をスラブ中に微細分散させることは難し
い。

連続鋳造法の場合、スラブ厚によって冷却速度が異なる
が、その厚みは３５０ｍ１１以下が望ましい。

さらにスラブの再加熱温度を１２５０℃以下とする必要
がある。なぜならこれ以上の温度で再加熱すると析出物
が粗大化して、析出硬化現象を期待できないためである
。

なお本発明においては、スラブの再加熱は必ずしも実施
する必要はなく、ホットチャージ圧延やダイレクト圧延
を行っても全く問題はない。

次にスラブ再加熱後の圧延・冷却条件の限定理由につい
て述べる。

圧延終了温度が７８０℃未満では、ＭｎＳ系介在物が残
存した場合に延伸しやすいこと、圧延中にフェライトを
加工する危険性が生ずることなどから７８０℃以上でな
ければならない。しかしあまり高温で圧延を終了した場
合、圧延により細粒化したオーステナイト粒が再び成長
し、鋼の焼入れ性が上分するためその上限を８８０℃と
した。また圧延終了後ただちに加速冷却する理由は、従
来法にしたがい空冷した場合、空冷中にＮｂの析出物か
粗大化してしまい、空冷のままの強度はもとより、これ
を再加熱して焼入れ・焼戻しを行ってもその加熱時にＮ
ｂが固溶しないため析出物を微細化できず高強度が得ら
れない。

すなわち圧延後の加速冷却は組織の微細化をはかるとと
もに析出物の粗大化を防雨するために不可欠のものであ
り、これを加速冷却完了後４００〜５５０℃から空冷す
ることによって、焼戻し処理と同等の効果が得られ、析
出物が微細に分散すると同時に均一な微細組織となり高
張力、高靭性を確保することができる。

本発明は厚板ミルに適用することが最も好ましいが、ホ
ットコイル、形鋼などにも適用可能である。また、この
方法で製造した厚鋼板は圧力容器、海洋構造物、ライン
パイプなど厳しい環境下で使用される溶接鋼構造物に用
いることができる。

（実　施　例） 表１は本発明を実施するにあたって使用に供した鋼の化
学成分および各々の鋼に対する製造条件（板厚は全て２
５ｍｍ）　、母材特性、ＨＡＺ最高硬さ、超音波探傷法
により測定したＮＡＣＥ環境下におけるＨＩＣ割れ面積
率（ＣＡＲ）とを示したものである。

比較鋼において鋼１９はＣｆｔが低過ぎ、また鋼２１は
Ｎｂが添加されていないために強度が不足している。一
方、鋼２０はＢを含有し、鋼２２ではＣｆｆ１が多過ぎ
るためにＨＡＺ最高硬さを低く抑えることができていな
い。さらに鋼２３はＳＲが高く、Ｃａが添加されていな
いためＨＩＣが発生している。

これに対して本発明法で製造した鋼板（本発明鋼）は母
材強度とＨＡＺ最高硬さとをバランスよく達成できてい
る。その結果本発明鋼は、４点曲げのＳＳＣ試験を実降
伏応力に相当する曲げ応力を付加して行ったが、割れは
全く認められなかった。またＮＡＣＥ環境下におけるＨ
ＩＣ試験結果も良好な結果が得られた。

（発明の効果） 本発明により、母材の高張力化とＨＡＺ硬さの低減とを
同時に達成する鋼を大量かつ安価に製造することが可能
になった。その結果、硫化水素雰囲気にさらされるＬＰ
Ｇ・ガス貯蔵用球形タンクなどの溶接鋼構造物の安全性
を大きく向上させることができた。

代 理 人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％で、 Ｃ：０．０２〜０．０？％、 Ｓｉ：０．６％以下、 Ｍｎ：１．０〜１．４％、 Ｐ：０．０１０％以下、 Ｓ：０．００１％以下、 Ａｌ：０．００１〜０．０６０％、 Ｎｂ：０．００５〜０．０４％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、 Ｃａ：０．００１〜０．００６％、 Ｎ：０．００５％以下、 残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を連続鋳造法
   によってスラブとし、再加熱なしの直送圧延ないしはス
   ラブ冷却後これを１１００〜１２５０℃の温度で再加熱
   し、７８０〜８８０℃の温度で圧延を終了してただちに
   冷却速度５〜４０℃／ｓｅｃで加速冷却し、４００〜５
   ５０℃以上の温度まで水冷、その後空冷することを特徴
   とする耐ＨＩＣ性および耐ＳＳＣ性に優れた高張力鋼板
   の製造法。 ２、重量％で、 Ｍｏ：０．０５〜０．３０％、 Ｎｉ：０．０５〜０．５％、 Ｃｕ：０．０５〜０．５％、 Ｖ：０．０１〜０．１０％、 の１種または２種以上を更に含有し、残部が鉄および不
   可避的不純物からなる鋼である請求項１記載の耐ＨＩＣ
   性および耐ＳＳＣ性に優れた高張力鋼板の製造法。