JPH03126812A - 耐水素誘起割れ性の優れた鋼の製造方法 - 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） 本発明は耐水素誘起割れ性の優れた鋼の製造方法に関し
、さらに詳しくは、湿潤硫化水素環境下で稼働する石油
やガスのパイプライン、精製装置などに適した耐水素誘
起割れ性の優れた鋼の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 近年、湿潤硫化水素雰囲気で使用される機器、例えば、
硫化水素を含む原油や天然ガスを輸送するラインパイプ
や石油精製装置等において、所謂、水素誘起割れ（ＩＩ
Ｉｃ）に起因する事故が少なくなく、耐水素誘起割れ性
に優れた鋼が切望されている。

この水素誘起割れは、鋼と水分を含む硫化水素との反応
によって発生した水素が原子状態で鋼中に侵入、拡散し
、鋼中の介在物と地鉄との界面で集積、分子化すること
により生しる水素ガスの圧力によって発生し、これが鋼
中の偏析部に生しる層状の硬化組織等に沿って伝播する
と言われている。

この水素誘起割れ防止対策には、これまで多くの方法が
提案されている。すなわち、鋼中への水素の侵入と拡散
の抑制方法については、特開昭５００９７５１５号が提
案されている。介在物、特に、先端の切欠効果の大きい
Ａ系介在物の低減と形態制御方法については、特開昭５
１−１１４３１８号、特開昭５５−１２８５３６号、特
開昭５４−０３１０２０号等が提案されている。また、
偏析の低減と硬化組織の生成抑制方法については、特開
昭５８−１９９８１３号、特開昭５７−０７３１６２号
が提案されている。さらに、１ｍをベイナイト化する方
法については、特開昭６１−１６５２０７号が提案され
ている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、前記の特開昭５０−０９７５１５号に提案され
て、いるＣｕの添加により、鋼表面に防６セ皮膜を形成
させ、水素の侵入を抑制する方法は、ｐＨが３に近いよ
うな厳しい環境下においてはその効果はなく、水素誘起
割れの発生を抑えることはできない特開昭５１−１１４
３１８号に提案されているＡ系介在物の形状および数を
規制する方法や、特開昭５５−１２８５３６号、特開昭
５４−０３１０２０号に提案されているＣａ、　ＲＥＭ
によりＡ系介在物を形態制御する方法は、鋼板の強度水
準が高く、厳しい環境下で水素誘起割れの発生を完全に
防止することは困難であるまた、特開昭５８−１９９８
１３号に提案さているＰを０．００２％以下と極端に下
げる方法は、コストの点で問題があり、また、特開昭５
７−０７３１６２号に提案さている硬化組織の硬さをＨ
ｖ≦−３５０にする方法は、ｐＨの低い厳しい環境下で
高強度鋼の水素誘起割れの発生を皆無にすることは困難
である。

さらに、特開昭６１−１６５２０７号に提案されている
＆Ｉｌ織をベイナイト化する方法は、強度箱間に制約が
ある。

勿論、耐水素誘起割れ鋼の製造には、これらの方法を組
合せて用いるが、ｐＨが３に近いような厳しい環境下に
おいて、水素誘起割れの発生しない鋼を製造することは
困難である。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記に説明した耐水素誘起割れ性の優れた鋼
の製造方法の問題点に鑑み、本発明者らが、鋼の化学成
分、加熱・圧延条件、冷却条件等について、鋭意研究を
行い、検討を重ねた結果完成されたもので、その第１！
明は、Ｃ＋０．０３〜０゜２０％、Ｓｉ：０．０５〜０
．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０、０２
０％以下、ｓ：０．００３％以下、Ａｌ：０．００５〜
０．０６０％、Ｔｉ：０．００５％以下、Ｃａ：０．０
Ｏ０５〜０．００５０％、Ｎ：０．００５％以下を含有
し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼片を１２
００℃以上の温度Ｔ（℃）で３時間以上の時間ｔ（ｈｒ
）保持した後、圧下率１５％以上で先行圧延を行い、−
旦、Ａ□点以下まで冷却し、次いで加熱、圧延を行うに
当たって、９００℃以下での圧下率が６０％以上で、圧
延仕上温度が（Ａ、３　３０℃）以上とする圧延を終了
した後、下記［１］または［２］式を満足する冷却速度
ＣＲ（℃／ｓ）で６００℃未満の温度まで強制冷却し、
その後、さらに４０〜５００℃の温度範囲にて焼戻しを
行う耐水素誘起割れ性の優れた鋼の製造方法である。

ＣＩ？≧（１３，３ＣｅｑＴ　−１０，７）”−−−・
−■■式は、ＣｅｑＴ≧０．９３５％のときＣＲ≧３−
・−・・・・−・−・・・・−・・−−−−一・−・・
・・・・・−・−・・−■■式は、ＣｅｑＴ＜０．９３
５％のとき（Ｔｉ２７３）（Ｉｏｇｔ　＋２０）　　Ｘ
ＩＯ’　−ｔ−３第２発明は、Ｃ：０．０３〜０．２０
％、Ｓｉ：０．０５〜０゜６０％、Ｍｎ：０．５０〜２
．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓｈｏ。

００３％以下、Ａｌ：０．００５〜０．０６０％、Ｔｉ
：０．００５％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．００５
０％、Ｎ：０．００５％以下を含有し、サラニＡｌ：０
．００５〜０．１００％、ｖ：ｏ、ｏｏｓ　〜０、１０
０　％以下、Ｃａ：０．０５〜１．５０％、Ｎｉ：０．
００５　　％、さらに、Ｎｂ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％の内から１種または２種以
上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる綱
片を１２００℃以上の温度Ｔ（℃）で３時間以上の時間
ｔ　（ｈｒ）保持した後、圧下率１５％以上で先行圧延
を行い、−旦、４６点以下まで冷却し、次いで加熱、圧
延を行うに当たって９００℃以下での圧下率が６０％以
上で、圧延仕上温度が（Ａｒ３３０℃〉以上とする圧延
を終了した後、下記［１］または［２］式を満足する冷
却速度ＣＲ（℃／ｓ）で、６００℃未満の温度まで強制
冷却し、その後、さらにＡｃ１〜５００℃の温度範囲に
て焼戻しを行う耐水素誘起割れ性の優れた鋼の製造方法
であるＣＲ≧（１３，３ＣｅｑＴ　−１０，７）”−−
−−−−■■式は、ＣｅｑＴ≧０．９３５ ％のとき ＣＲ≧３ ■式は、ＣｅｑＴ　＜　０　、９３５ ％のとき （Ｔｉ２７３）（Ｉｏｇｔ　＋２０）　　ＸＩＯ’　　
＋３（作用） 以下、本発明の作用について詳述していくことにする。

まず、本発明における化学成分の限定理由について説明
する。

Ｃは、強度確保のために必要な元素であって、０．０３
％未満では目標とする強度を得ることはできず、一方、
０．２０％を超えると溶接割れ感受性が高くなる。この
ため、その含有量は０．０３〜０，２０％の範囲とする
。

Ｓｉは、製鋼時の脱酸に必要な元素であり、そのために
は０．０５％以上を必要とする。しかし、多量に含有す
ると靭性が劣化する。よって、その含有量は０．０５〜
０．６０％の範囲とする。

Ｋｎは、強度確保のために必要な元素であるが、０．５
０％未満ではこの効果は少なく、また、２．５０％を超
えて含有すると溶接性をそこなう。よって、その含有量
は０，５０〜２．５０％の範囲とする。

Ｐは、本来鋼の偏析部の硬さを上昇し、耐水素誘起割れ
性を劣化させるので好ましい元素ではないが、本発明の
要件を満足する限りにおいては、特に含有量の規制は不
要である。しかし、溶接部の靭性低下を防止する点から
、その含有量は０．０２０％以下とする。

Ｓは、Ａ系介在物を形成し、耐水素誘起割れ性を害する
ので好ましい元素ではない。このため、その含有量は０
．００３％以下とする。

ＡＩは、製鋼時の脱酸元素として有用であり、少なくと
も０．００５％以上の含有が必要である。一方０．０６
０％を超えて過多に含有すると、靭性が劣化する。この
ため、その含有量は０．００５〜０．０６０％の範囲と
する。

Ｔｉは、容易にＮと結合して窒化物を形成する元素であ
る。この窒化物は鋼中の偏析部近傍に析出すると水素誘
起割れの発生点となりやすい、このため、その含有量は
ｏ、ｏｏｓ％以下とする。

Ｃａは、硫化物系介在物の球状化に効果のある元素であ
るが、含有量が０．０００５％未満ではこの効果は少な
く、また、０．００５０％を超えて含有すると靭性が劣
化する。よって、その含有量はｏ、ｏｏｏｓ〜０゜００
５０％の範囲とする。

Ｎは、固溶状態では微量で鋼の焼入れ性を大きく上げて
偏析部を硬化させる元素であり、また、上述のようにＴ
ｉと結合して析出物となって耐水素誘起割れ性を害する
元素でもある。このため、その含有量はｏ、ｏｏｓｏ％
以下とする。

以上の各酸分のほか、本発明においては、必要に応じて
、以下に示す元素Ｎｂ、　Ｖ　、　Ｃｕ、　Ｎｉ５Ｃｒ
およびＭｏの内の１種または２種以上を含有させること
ができる。

ＮｂおよびＶは、強度の向上に効果のある元素であるが
、それぞれｏ、ｏｏｓ％未満ではその効果が少なく、ま
た、それぞれ０．１００％を超えて含有すると溶接部の
靭性が劣化する。このため、それぞれの含有量はｏ、ｏ
ｏｓ〜０．１００％の範囲とする。

Ｃｕは、強度の向上に有効な元素であるが、０．０５％
未満ではその効果がなく、また、１．５０％を超えて含
有すると熱間加工性が劣化する。このため、その含有量
は０．０５〜ｔ、ＳＯ％の範囲とする。

Ｎｉは、強度と靭性の向上に効果のある元素であるが、
０．０５％未満ではその効果は少なく、また、４．０％
を超えて含有するときは経済性を損なう。

このため、その含有量は０．００５％の範囲とする。

る。

ＣｒおよびＭｏは、強度の上昇に効果のある元素である
が、それぞれ０．０５％未満ではその効果が少なく、ま
た、それぞれ０．５０％を超えて含有すると溶接部の靭
性が劣化する。このため、それぞれの含有量は０．０５
〜０．５０％の範囲とする。

つぎに、本発明における加熱・圧延条件、冷却条件等の
限定理由について説明する。

先行圧延における加熱温度を１２００℃以上、保持時間
を３時間以上に限定した理由は、鋼中の偏析部を拡散に
より緩和させ、偏析部の硬さを低下させるためである。

また、圧下率を１５％以上にした理由は、先行圧延での
結晶粒の粗大化を防止するためのものであり、さらに、
変態による結晶粒の細粒化を狙って、Ａｒｔ点以下まで
冷却する。

先行圧延のつぎに行う加熱、圧延では、９００″Ｃ以下
での圧下率を６０％以上に限定している。この理由は、
圧延後のオーステナイト粒が粗大化していると、圧延後
の冷却過程において、鋼表面部に粗大ベイナイト組織が
多量に生成し、製品での耐水素誘起割れ性を損なうから
である。また、圧延仕上温度は、その後の冷却の効果を
十分に発揮させるために、（＾、＄−での圧下率が６０
％以上とする。

引き続き行う強制冷却は、成分含有量と先行圧延での加
熱温度および保持時間から決まる冷却速度ＣＲで冷却し
、鋼の偏析部の硬さを低下させるためのものである。以
下に、冷却速度ＣＲの限定理由について、発明者らが行
った試験結果に基づいて説明する。

発明者らは、化学成分、先行圧延時の加熱・圧延条件、
ついで行う加熱、圧延における圧延条件および冷却条件
がそれぞれ異なる綱板について、水素誘起割れ試験を行
った。なお、試験溶液は初期条件ｐＨξ３の硫化水素飽
和５％ＮａＣ１−０，５％酢酸水溶液で、浸漬時間は９
６時間である。試験結果を第１Ｕ；４に示す。

第１図は試験片＃ｌｒ面に発生する水素誘起割れの有無
を、冷却速度ＣＲと、化学成分と先行圧延の加熱温度と
保持時間から求まるＣｅｑＴで整理したもので、図の縦
軸は冷却速度ＣＲを横軸はＣｅｑＴを示す。

図中の０印は割れなしを×印は割れありをそれぞれ示し
、図中の直線および曲線は水素誘起割れの有無の境界を
示している。すなわち、ＣｅｑＴで決まる水素誘起割れ
が発亜しない冷却速度ＣＲを示している。なお、曲線の
式はＣＲ＝（１３，３ＣｅｑＴ　−１０，７）”である
。

第１ｙ４から明らかなように、水素誘起割れを発生させ
ないためには、ＣｅｑＴ＜０．９３５では冷却速度ＣＲ
は３℃／Ｓ以上が必要であり、また、Ｃｅｑ７≧０．９
３５では冷却速度Ｃ１？は（１３，３ＣｅｑＴ　−１０
，７）℃／ｓ以上が必要である。

これらの関係は、下記に示す冷却速度ＣＲに関するのお
よび０式に相当するものである。

ＣＨ２（１３，３ＣｅｑＴ　−１０，７）”−−−−−
の０式は、ＣｅｑＴ≧０．９３５％のときＣＲ≧３ ０式は、ＣｅｑＴ＜０．９３５％のとき（Ｔ＋２７３）
（Ｉｏｇｔ　　＋２０）　　ＸＩＯ’　　＋３（Ｔ＋２
７３）（Ｉｏｇｔ　　＋２０）　　ＸＩＯ’　　＋３し
たがって、冷却速度ＣＲはＣｅｑＴＯ値によって、■ま
たは０式の範囲とする。

冷却停止温度の限定理由は、冷却停止温度が６００℃以
上のときは、強制冷却による偏析部の硬さ低減の効果が
十分でなく、耐水素誘起削れ性を損なうからである。こ
の理由は、６００℃以上の冷却停止温度では、その後の
空冷過程において、偏析部の未変態オーステナイトへ周
辺のフェライトからＣが拡散し、偏析部の硬さをさらに
高めるためと考えられる。したがって、冷却停止温度は
６００℃未満とする。

強制冷却後は所望の強度を得ることと偏析部の硬さ低減
を目的としてＡｃ＋〜５００℃の温度範囲にて焼戻し処
理を行う。焼戻し温度がＡｃｔを超えると強制冷却によ
って上昇した強度が低下し過ぎ、５００℃未満では偏析
部の硬さ低減が十分でない。

このため、焼戻し温度はＡｃ１〜５００℃の温度範囲と
する。

（実施例） 本発明のｉｌｌは−Ｌ記の通りであるが、以下に実施例
について説明する。

供試鋼板は第１表に示す化学成分を有する洞を常法によ
り溶製、鋳造し、得られた綱片を第２表に示す加熱、圧
延、冷却および焼戻し条件にしたがい板厚２５問に仕上
げたものである。

これらの鋼板から試験片を採取し、引張試験および水素
誘起割れ試験を行った。それらの結果を第２表に併記す
る。なお、耐水素誘起割れ性の評価は、Ｎ　Ａ　ＣＥ　
　５ｔａｎｄａｒｄ　　Ｔ　Ｍ　−０２−８４に準じて
行った。

水素誘起割れ試験の試験片は第２図に示すように供試鋼
板１において最も偏析の大きいと考えられる位置から採
取し、表裏面をｌ＋ａｍずつ切削し、厚み２４間、幅２
０１Ｉ１ｇｌ、長さ１００問に仕上げた。

水素誘起割れ試験の溶液は、ＢＰ溶ｉ１１！（硫化水素
飽和人工海水、ｐＨζ５）とＮＡｃＥ溶液（硫化水素飽
和５％ＮａＣｌ−０，５％酢酸水溶液、ｐＨζ３）の２
種類である。

これらの溶液に、上記試験片を無負荷状態で９６時間浸
漬し、その後、第３図に示す３検鏡面について顕微鏡下
で割れの有無を観察した。なお、水素誘起割れ試験は繰
り返し３回行った。

第１表に化学成分、Ａｒ２点を、第２表に加熱、圧延、
冷却、焼戻し条件、ＣｅｑＴ、引張特性および耐水素誘
起割れ性をそれぞれ示す。

（以下余白） 第２表から明らかなように、本発明ｌ去で製造した鋼記
号Ａ−１〜４、Ｂ−１〜３、Ｃ−１，２、Ｄ−１，Ｅ−
１は何れもＢＰ溶液およびＮＡｃＥ溶液においても水素
誘起割れは発生せず、良好な耐水素誘起割れ性を示して
いる。

これに対して、比較法Ａ−５、Ｂ−４、Ｃ−３，４、Ｄ
−２、Ｅ−２は冷却速度が本発明の限定範囲より低めに
外れているため、ＢＰ溶液およびＮＡｃＥ溶液において
も水素誘起割れが発生している。

比較法Ａ−６は先行圧延での圧下率が０％、Ａ７は９０
０℃以下での圧下率が３０％、Ａ−８は圧延仕上温度が
７００℃，Ｂ−５は先行圧延での加熱保持時間が２時間
と、何れも本発明の限定範囲から外れているため、ＢＰ
溶液およびＮＡｃＥｉ容液においても水素誘起割れが発
生している。

なお、供試網板の引張強さは４０ｋｇｆ／ｍｍ”級〜７
０ｋｇｆ／問”級の広い範囲にわたっている。

以上の実施例からも明らかなように、本発明に係わる耐
水素誘起割れ性の優れた鋼の製造方法は、広い強度箱間
において、ｐＨξ５のＢｐｉｓ液においては勿論のこと
、ｐＨξ３のＮＡｃＥ溶液においても水素誘起割れが発
生しない棚を製造することが可能である。

なお、上記実施例は厚鋼板の製造方法についてのもので
あるが、本発明は他の鋼製品、例えば条鋼、形鋼の製造
にも適応し得ることはいうまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係わる耐水素誘起割れ性
の優れた鋼の製造方法は、ｐ　ｔ（ζ３のような厳しい
環境下においても水素誘起割れが全く発生しない鋼を製
造することができるという優れた効果を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は水素誘起割れ発生に及ぼすＣａｑＴと冷却速度
ＣＲとの関係を示す図である。 第２ＴＡは水素誘起割れ試験片の採取位置を示す斜視図
である６ 第３図は水素誘起割れ試験片の形状と断面検鏡位置を示
す斜視図である。 供試ガ目キ反、 ２・・試験片。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜０
   ．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０．０２
   ０％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ａｌ：０．００５〜
   ０．０６０％、Ｔｉ：０．００５％以下、Ｃａ：０．０
   ００５〜０．００５０％、Ｎ：０．００５％以下を含有
   し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼片を１２
   ００℃以上の温度Ｔ（℃）で３時間以上の時間ｔ（ｈｒ
   ）保持した後、圧下率１５％以上で先行圧延を行い、一
   旦、Ａ＿ｒ＿１点以下まで冷却し、次いで加熱、圧延を
   行うに当たって、９００℃以下での圧下率が６０％以上
   で、圧延仕上温度が（Ａ＿ｒ＿３−３０℃）以上とする
   圧延を終了した後、下記［１］または［２］式を満足す
   る冷却速度ＣＲ（℃／ｓ）で、６００℃未満の温度まで
   強制冷却し、その後、さらにＡ＿ｃ＿１〜５００℃の温
   度範囲にて焼戻しを行うことを特徴とする耐水素誘起割
   れ性の優れた鋼の製造方法。 ＣＲ≧（１３．３ＣｅｑＴ−１０．７）＾２・・・・・
   ・・・・・・・［１］［１］式は、ＣｅｑＴ≧０．９３
   ５％のときＣＲ≧３・・・・・・・・・・・・・・・・
   ・・・・・・・・・・・・［２］［２］２式は、Ｃｅｑ
   Ｔ＜０．９３５％のときただし ＣｅｑＴ＝１．３×Ｃ＋（Ｓｉ／１５）＋（Ｍｎ／３）
   ＋３０×Ｐ＋２×Ｎ−（Ｔ＋２７３）（ｌｏｇｔ＋２０
   ）×１０＾４＋３（２）Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓ
   ｉ：０．０５〜０．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０
   ％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ａ
   ｌ：０．００５〜０．０６０％、Ｔｉ：０．００５％以
   下、Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％、Ｎ：０．０
   ０５％以下を含有し、さらに、Ｎｂ：０．００５〜０．
   １００％、Ｖ：０．００５〜０．１００％、Ｃｕ：０．
   ０５〜１．５０％、Ｎｉ：０．０５〜４．０％、Ｃｒ：
   ０．０５〜０．５０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％の
   内から１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび
   不可避不純物からなる鋼片を１２００℃以上の温度Ｔ（
   ℃）で３時間以上の時間ｔ（ｈｒ）保持した後、圧下率
   １５％以上で先行圧延を行い、一旦、Ａ＿ｒ＿１点以下
   まで冷却し、次いで加熱、圧延を行うに当たって、９０
   ０℃以下での圧下率が６０％以上で、圧延仕上温度が（
   Ａ＿ｒ＿３−３０℃）以上とする圧延を終了した後、下
   記［１］または［２］式を満足する冷却速度ＣＲ（℃／
   ｓ）で、６００℃未満の温度まで強制冷却し、その後、
   さらにＡ＿ｃ＿１〜５００℃の温度範囲にて焼戻しを行
   うことを特徴とする耐水素誘起割れ性の優れた鋼の製造
   方法。 ＣＲ≧（１３．３ＣｅｑＴ−１０．７）＾２・・・・・
   ・・・・・・・［１］［１］式は、ＣｅｑＴ≧０．９３
   ５％のときＣＲ≧３・・・・・・・・・・・・・・・・
   ・・・・・・・・・・・・［２］［２］式は、ＣｅｑＴ
   ＜０．９３５％のときただし ＣｅｑＴ＝１．３×Ｃ＋Ｓｉ／１５＋Ｍｎ／３＋３０×
   Ｐ＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋
   Ｎｂ＋２×Ｎ −（Ｔ＋２７３）（ｌｏｇｔ＋２０）×１０＾４＋３