JPH0250967B2

JPH0250967B2 -

Info

Publication number: JPH0250967B2
Application number: JP60003254A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Takahashi; Takeshi Terasawa; Tetsuo Takeda
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-01-14
Filing date: 1985-01-14
Publication date: 1990-11-06
Also published as: JPS61165207A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、湿潤な硫化水素環境（以後サワー環
境と言う）とくに高濃度の硫化水素あるいはさら
に二酸化炭素、塩化物イオンを含むPH５以下のサ
ワー環境下において、優れた耐水素誘起割れ特性
と強靭性を有する（API規格X60〜X70相当程度
の）高強度鋼板の製造方法に関するものである。（従来技術）近年、原油及び天然ガスを輸送するためのパイ
プラインの敷設が盛んに行われているが、油井の
深化にともないそれらの原油や天然ガスには硫化
水素ガスが含まれる場合が多くなり、ラインパイ
プの腐食による劣化が問題となつている。特に、
硫化水素、二酸化炭素を含む湿潤なサワー環境下
においては、H₂S、CO₂は水と共在し、鋼板表面
での腐食反応により発生した原子状の水素が鋼中
に侵入して、鋼材中のMnSや酸化物などの非金
属介在物のまわりに集積して地鉄を脆化させ、い
わゆる水素誘起割れが生じる。しかもこのような
介在物は、しばしば中心偏析帯中に存在するため
に、介在物を起点に発生した水素誘起割れが、中
心偏析帯に生じる硬度の高い低温変態生成物に沿
つて伝播することが知られている。かような割れ発生を防止するために、Cu、
Cr等のように鋼の表面に安定な皮膜を形成する
元素を添加し、腐食反応により生じた水素の侵入
を防止する方法。Ca、REMの添加によるMnS
の形状を制御する方法、スラブを分塊圧延後、
均熱処理して中心偏析部のＰの拡散を促進する方
法、圧延後、再加熱を行い、焼入れ、焼戻し、
あるいは焼ならしにより鋼板組織の均一化をはか
る方法、さらに圧延加熱温度、圧延温度域、圧
下率、を厳密に制御した圧延を施した後、冷却開
始温度、冷却速度、冷却停止温度を制御した加速
冷却を行うことにより、低温変態生成物の制御を
はかる方法が採られている。（例えば特開昭54―
118325号公報）（発明が解決しようとする問題点）しかしながら腐食環境条件が、これまでのとこ
ろで最も厳しいとされる0.5％酢酸＋５％NaCl＋
H₂SのPH3.0の溶液（NACE溶液）中で、X70程
度以上の強度を有する鋼板の水素誘起割れを防止
することは困難で、前記〜の方法ににはそれ
ぞれ次のような問題があつた。Cu、Crによる
鋼板表面上の安定な腐食皮膜の形成は、PH５程
度の環境までであり、それ以下のPHではもはや
Cu、Crの腐食生成物は溶解し、水素侵入を抑制
することができない。鋼板の清浄度を保ちなが
らCa、REMを添加しても、鋼板中心部のMnSを
完全に球状化することは不可能である。，の
ような熱処理工程により水素誘起割れ感受性は低
下するが、いずれも生産能率を低下させ、エネル
ギー原単位を上昇させるので、不利な方法と言わ
ざるを得ない。の方法の工程を採用した場合、
X70相当以上の強度を安定して得ることは、冷却
速度の制限上困難となる。またしいて冷却速度を
20℃℃／Ｓ以上とすると、特開昭54―118325号公
報でも指摘しているように、フエライト組織中に
バンド状のマルテンサイト組織あるいはブロツク
状の粗いベイナイト組織が出現し、ミクロ組織を
不均一にすると同時に水素誘起割れの感受性を大
きくする。（問題点を解決するための手段、作用）本発明は、上記の欠点を有利に解消するもので
あり、その要旨とするところは、重量％でＣ：0.02〜0.15％ Si：0.1〜0.6％ Mn：0.5〜1.5％Ｐ：0.015％以下Ｓ：0.010％以下 Al：0.005〜0.1％ Ti：0.005〜0.025％ Nb：0.01〜0.10％を含有し、さらにＢ：0.005％以下、Ni：1.0％以下、Cu：1.0％
以下、Cr：1.25％以下、Ca：0.005％以下の一種
または二種以上を含み、残部：Feおよび不可避
的不純物からなる鋼を、1000℃〜1200℃に加熱し
た後熱間圧延するに際し、850℃以下の温度域で
60％以上の圧下率の適用下に材料を圧延しAr₃変
態点以上の温度域で仕上げ、次いで、Ar₃変態点
以上の温度域から30℃／Ｓ以上の冷却速度で350
℃以上550℃未満の温度域まで冷却し、然る後放
冷することを特徴とする耐サワー特性の優れた非
調質鋼板の製造方法である。この方法によれば、冷却後の鋼の組織は、従
来、靭性、耐サワー性にとつて悪いとされてきた
ブロツク状のベイナイトは生成せず、板厚方向に
均一で微細な上部ベイナイトあるいはアンキユラ
ーフエライトとなり、中心偏析部のミクロ組織が
改善され、強度、靭性に優れ、耐サワー特性に優
れた鋼板が得られる。次に本発明について詳細に説明する。まず、加熱、圧延、冷却条件について説明す
る。上記成分範囲を有するスラブの加熱温度を
1000℃〜1200℃に限定した理由は、加熱時のオー
ステナイトを細粒にし、冷却後の組織を微細にす
るためである。1200℃以上では加熱時にオーステ
ナイトが粗大化し、圧延後の組織を十分微細にで
きない。また加熱温度が1000℃より低いと、Nb
等の合金添加元素が十分に固溶せず、材質向上効
果が期待できない。また、板厚方向に微細かつ均一なベイナイト組
織を得るには、先ず850℃以下の温度域で60％以
上の圧下率を適用する圧延が必要である。これ
は、未再結晶域でのオーステナイトを十分に延伸
させ、変態の各生成速度、各生成場所を増大させ
て圧延冷却後に粗大なブロツク状のベイナイトが
出現するのを抑えて鋼板のミクロ組織を板厚方向
に微細均一なベイナイト組織とするためでる。た
だし、圧延仕上温度は、以下に述べる冷却条件か
らAr₃変態点以上とする。ここでAr₃は以下の回
帰式により推定されるものとする。 Ar₃＝−396C＋24.6Si−68.1Mn−36.1Ni−
20.7Cu−24.8Cr＋29.6Mo＋868℃ 冷却開始温度は、均一な微細なベイナイト組織
を得るためにAr₃変態点以上としなければならな
い。Ar₃変態点以下では、ミクロ組織中に粗大な
ポリゴナルフエライトが混在し、良好な靭性が得
られないばかりか、初析フエライトの生成により
Ｃ原子が濃化し、焼入れ性が向上した未変態オー
ステナイトからマルテンサイトが生成し、ミクロ
組織が板厚方向に不均一となるため耐サワー特性
も劣化する。冷却速度及び冷却停止温度条件の限定は、高強
度、高靭性に加え、耐サワー特性を兼備するため
の必須条件であり、以下その理由について述べ
る。冷却は圧延終了直後から350℃以上550℃未満ま
で30℃／Ｓ以上の冷却速度で実施する必要があ
る。この理由は850℃以下で60％以上の圧下を施
されたため焼入性が低下しているオーステナイト
から板厚方向に均一微細なベイナイトあるいはア
シキユラーフエライト組織を得るために30℃／Ｓ
以上の冷却速度で急冷する必要がある。冷却速度
が30℃／Ｓ未満では、冷却後のミクロ組織がポリ
ゴナルフエライト―パーライトあるいはポリゴナ
ルフエライト―ベイナイトとなり、所要の強度が
得られない。また冷却停止温度については、マル
テンサイトの生成を抑え、均一微細なベイナイト
を得るために、上限を550℃未満とし、下限を350
℃とした。以下、本発明鋼の成分について述べる。Ｃの下限0.02％は母材及び溶接部の強度確保及
びNbの析出効果を十分に発揮させるための最少
量である。しかしＣ含有量が多過ぎると、制御冷
却した場合島状マルテンサイトが生成し、延靭性
に悪影響を及ぼすばかりか溶接性及びHAZ靭性
も劣化させるため、上限を0.15％とした。 Siは脱酸上鋼に必然的に含まれる元素である
が、Siもまた溶接性及びHAZ部靭性を劣化させ
るため上限を0.6％とした。 Mnは0.5％以下では充分な強度が得られない。
また1.5％を越えると粗大なブロツク状ベイナイ
トあるいは島状マルテンサイトが形成され易くな
り、耐水素誘割れ特性のみならず靭性も害するよ
うになるので0.5〜1.5％とした。Ｐについては、中心偏析を低減するために上限
を0.015％以下とした。Ｓは0.010％を超すと硫化物系介在物周辺から
水素誘起割れが著しく多発するので上限を0.010
％とする。 Alは鋼の脱酸剤として必要であるが、0.10％以
上添加すると鋼を汚染し、また靭性を冷化するの
で好ましくない。 Ti添加量の下限0.005％は、微細なTiNを形成
し、圧延組織及びHAZの細粒化が期待される最
少量であり、上限はTiCによる靭性劣化が起きな
い条件から0.025％とした。 Nbは圧延組織の細粒化、焼入性の向上と析出
硬化のため含有させるもので、強度、靭性を共に
向上させる重要な元素であるが、制御冷却材では
0.10％を越えて添加しても材質上効果なく、また
溶接性及びHAZ靭性に有害であるため上限を
0.10％に限定した。Ｂは圧延中にオーステナイト粒界に偏析し、焼
入性を上げベイナイト組織を生成しやすくする
が、0.005％超になると、靭性を劣化させる。 Niは耐食性に効果的な元素である。しかし１
％を超えると、靭性に好ましくない。 Cuは、前述のごとく、PH5.2程度のサワー環
境下で鋼板表面に安定な皮膜を形成し原子状水素
の侵入量を低下させる。しかし、１％を超えると
圧延中に割れが生じやすくなる。 Crは、焼入性を向上させる元素であるが、1.25
％を超えると、靭性が劣化する。 Caは鋼における硫化物系介在物の形状を制御
するのに有効な元素であつて、その効果は0.0001
％以上で顕われるが、0.005％以上となると鋼が
汚染されるのでこれを上限とする。なお、本発明ではNb、Ｂ、Ni、Cu、Cr、Ca
は一種または二種以上含有させる。（実施例）次に本発明の実施例について説明する。表１に
化学成分とスラブ加熱温度、仕上圧延条件、冷却
条件等の製造条件及びその結果得られた機械的性
質と、HIC試験後USTにより測定したクラツク
割れ面積率（CAR）を示す。素材は、現場溶製スラブあるいは実験室小溶解
材である。1100℃〜1200℃に加熱し、オーステナ
イト化したのち、仕上げ圧延において850℃以下
で種々の圧下率が採れるように適当な粗圧延を行
い、引続いて仕上げ圧延を施し、しかる後すみや
かに冷却ゾーンに搬送して加速冷却を行つた。 HIC試験は、鋼板より表裏面１mm切削した厚さ
で、幅20mm、長さ100mmの試験片を用い、25℃の
H₂S飽和で0.5％CH₃COOH＋５％NaCl水溶液中
に96時間浸漬した。Ａ―１、Ｂ―１、Ｃ―１、Ｄ―１、Ｅ―１、Ｆ
―１は本発明鋼で、Ａ―２、Ａ―３、Ｂ―２、Ｂ
―３、Ｃ―２、Ｄ―２、Ｅ―２、Ｆ―２は比較鋼
である。本発明によりＡ―１、Ｂ―１、Ｃ―１、Ｄ―
１、Ｅ―１、Ｆ―１に示すようなX70クラスの強
度を有するとともにvTrsが−100℃以下の靭性を
有しかつ、USTによるCAR０なる耐サワー特
性に優れた鋼板が製造できる。比較鋼のうちのＡ―２、Ｄ―２は、850℃以下
での圧延における圧下率が不充分であるためにま
た、比較鋼のうちＡー３は、冷却速度が本発明で
規定する冷却速度よりも低いためにさらに、比較
鋼Ｂ―２は、冷却停止温度が低すぎるためにま
た、比較鋼Ｂ―３は、圧延仕上温度がAr₃変態点
よりも低いために、それぞれ靭性、耐HIC（耐水
素誘起割れ）特性が劣化している。さらに、比較
鋼Ｃ―２、Ｅ―２、Ｆ―２では、冷却速度が本発
明で規定する冷却速度よりも低い（緩慢である）
ために、X70クラスの強度が得られず、耐HIC特
性も劣つている。（発明の効果）本発明により、高濃度の硫化水素あるいはさら
に二酸化炭素を含むPH５以下のサワー環境下にお
いて、優れた耐水素誘起割れ特性を有するAPI規
格X70相当程度の高強度鋼板の製造が可能とな
る。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１重量％でＣ：0.02〜0.15％ Si：0.1〜0.6％ Mn：0.5〜1.5％Ｐ：0.015％以下Ｓ：0.010％以下 Al：0.005〜0.1％ Ti：0.005〜0.025％ Nb：0.01〜0.10％を含有し、さらにＢ：0.005％以下、Ni：1.0％以下、Cu：1.0％
以下、Cr：1.25％以下、Ca：0.005％以下の一種
または二種以上を含み、残部：Feおよび不可避
的不純物からなる鋼を、1000℃〜1200℃に加熱し
た後熱間圧延するに際し、850℃以下の温度域で
60％以上の圧下率の適用下に材料を圧延しAr₃変
態点以上の温度域で仕上げ、次いで、Ar₃変態点
以上の温度域から30℃／Ｓ以上の冷却速度で350
℃以上550℃未満の温度域まで冷却し、然る後放
冷することを特徴とする耐サワー特性の優れた非
調質鋼板の製造方法。