JPH0368101B2

JPH0368101B2 -

Info

Publication number: JPH0368101B2
Application number: JP59182016A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kimura; Nobuo Totsuka; Takao Kurisu; Yoichi Nakai
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1984-08-31
Filing date: 1984-08-31
Publication date: 1991-10-25
Also published as: JPS6160866A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野この発明は、原油や天然ガス等の輸送に使用さ
れるラインパイプ用の鋼材に関するものであり、
特に水素誘起割れおよび硫化物応力腐食割れが問
題となる湿潤硫化水素環境、すなわち所謂サワー
な環境で使用されるラインパイプ用の潜弧溶接鋼
管あるいは電縫溶接鋼管等に適した鋼材に関する
ものである。従来技術近年、硫化水素を含む原油や天然ガスの輸送に
用いられるラインパイプにおいては、水素誘起割
れおよび硫化物応力腐食割れが問題となるように
なり、そこで種々の研究が行なわれ、いくつかの
対策が講じられるようになつている。ところが最近では良質石油資源の枯渇化が進行
したため、従来は顧られなかつたような硫化水素
濃度の著しく高い油田、ガス田、すなわちハイサ
ワーな油田、ガス田の開発が急増しつつあり、ま
た最近ではラインの輸送効率を上げるためにライ
ンの操業圧力を高くすることが多くなつており、
そのため従来のラインパイプ使用環境と比較し
て、よりPH値が低くかつ硫化水素圧力の高い苛酷
な環境が課せられるようになり、それに伴なつて
ラインパイプ用鋼材に対する要求も従来より一層
厳しくなつているのが実情である。ところで水素誘起割れ（以下HICと記す）の発
生原因については、これまでの研究から、鋼表面
の腐食反応で発生した水素が鋼中に侵入して、鋼
中の非金属介在物、特に介在物先端のノツチ効果
による応力集中の生じ易いMnS等の所謂Ａ系介
在物と地鉄との海面に水界が集積、ガス化して割
れの起点を生じさせ、板厚中央の偏析部に生じる
帯状のマルテンサイトやベイナイトなどの低温変
態異常組織（以下単に異常組織と記す）をその割
れが伝播拡大するものであることが知られてい
る。またHICと同時に問題となる硫化物応力腐食
割れ（以下SSCと記す）は、硫化水素を含む環境
下での鋼の腐食反応で生じた水素が鋼中に侵入す
ることによつて起こる水素脆化現象の一つであ
り、鋼の組成や組織等の治金学的因子および鋼に
加わる応力状態等の種々の因子が複雑に関連して
生じる現象であることが知られている。そこで従来から耐HIC性向上対策としては(1)、
(2)、(3)に示すような方法が採用または提案されて
いる。 (1) 割れの起点となる硫化物系介在物をCaある
いはREM（希土類元素）添加によつて分散、球
状化させ、割れの起点となり難い状態とする方
法（例えば特公昭５−38568号）。 (2) Mn、Ｐ等の含有量を低減し、圧延半製品を
熱処理することによつて異常組織を低減させ、
割れの伝播、拡大が生じないようにする方法
（例えば特開昭52−111815号）。 (3) 鋼表面に安定被膜を生成するCu等の元素を
添加して鋼中への水素侵入を減少させる方法
（例えば特開昭52−111815号）。発明が解決すべき問題点前述のように最近の厳しい環境ではPHが近く、
そのため前記従来方法(3)の方法を適用してもCu
が有効な被膜を形成することが困難であり、した
がつて従来方法(3)では充分な耐HIC効果を得るこ
とは困難であつた。またそのような環境では鋼中
に多量の水素が侵入するため、前記従来方法(1)、
(2)の対策だけでは充分な耐HIC効果を得ることが
困難であつた。したがつて前述のような苛酷な環
境下で耐HIC性を充分に向上させるためには、鋼
中に侵入する水素を減少させる必要があると考え
られる。したがつてこの発明は、鋼中への水素侵入を減
少させて耐HIC性を向上させると同時に、充分な
耐SSC性をも有するようにしたラインパイプ用鋼
材、すなわち耐サワー性の優れたラインパイプ用
鋼材を提供することを目的とするものである。問題点を解決するための手段本発明者等は鋼中への水素の侵入を減少させて
耐HIC性を向上させる方策について種々実験・検
討を重ねた結果、Niを添加しておくことが水素
の侵入抑制に効果があり、かつまたNiと同時に
Crおよび／またはMoを添加することによつてそ
の効果が飛躍的に増大して、耐HIC性が著しく向
上することを見出した。またNiを添加した場合
耐SSC性の低下が懸念されるが、Crおよび／ま
たはMoを添加することによつて耐SSC性の低下
を防止して、耐HIC性と耐SSC性ともに優れた鋼
材が得られることを見出した。すなわちこの発明
では、Niと、Crおよび／またはMoの複合添加に
よつて耐HIC性および耐SSC性の両者が著しく優
れたラインパイプ用鋼材を得ることが可能となつ
たのである。したがつて第１発明のラインパイプ用鋼材は、
C0.01〜0.25％、Si0.16〜0.50％、Mn0.70〜2.00
％、Al0.01〜0.10％、P0.030％以下、S0.0030％以
下、Ca0.0005〜0.0050％を含有し、かつ0.20％を
越え3.0％以下のNiを含有し、さらに5.0％以下の
Crと2.0％以下のMoとの１種または２種を合計で
0.5％以上含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物よりなることを特徴とするものである。また第２発明のラインパイプ用鋼材は、上記第
１発明で規定される各成分元素のほか、さらに
Cu0.10〜0.60％、Nb0.10％以下、V0.15％以下、
Zr0.10％以下、Ti0.10％以下、B0.005％以下のう
ちから選ばれた１種または２種以上を含有するも
のである。次にこの発明のラインパイプ用鋼材における成
分限定理由を説明する。Ｃ 0.01〜0.25％：Ｃは0.01％未満ではラインパイプ用鋼材として
必要な強度が得られず、一方0.25％を越えれば溶
接鋼管として使用されるラインパイプ用鋼材にお
ける溶接部の靭性を損なうから、0.01〜0.25％の
範囲内に限定した。 Si 0.16〜0.50％： Siは通常の製鋼過程において脱酸に必要な元素
であり、0.16％未満では脱酸効果がなく、一方、
0.50％を越えれば鋼の靭性を劣化させるから0.16
〜0.50％の範囲に限定した。 Mn 0.70〜2.00％： Mnは強度向上に有効な元素であるが、0.70％
未満では必要強度を確保することが困難となり、
一方2.00％を越えれば靭性および溶接性を劣化さ
せるから、070〜2.00％の範囲内とした。 Al 0.01〜0.10％： Alは通常の製鋼過程において脱酸に必要な元
素であり、また耐HIC性向上のために添加される
Caの添加歩留りを向上させるに有効であるが、
0.01％未満ではその効果が得られず、一方0.10％
を越えて添加すれば結晶粒の粗大化を招いて材質
を劣化させるから、0.01〜0.10％の範囲に限定し
た。Ｐ 0.030％以下：Ｐは有害な不純物元素であり、また偏析して中
心偏析部の硬度を上昇させ、割れの伝播、拡大を
助長させるから、可及的に小量に抑制することが
望ましいが、製造コストとの兼ね合いから0.030
％以下とした。Ｓ 0.0030％以下：ＳはHICの起点となる硫化物系介在物を生成す
る元素であるから耐HIC性向上のためには可及的
に少ないことが望ましく、0.0030％を越えれば充
分な耐HIC性が得られなくなるから、Ｓは0.0030
％以下に限定した。 Ca 0.0005〜0.0050％： Caは硫化物系介在物の形状を球状化して、硫
化物系介在物がHICの起点となることを抑制し、
これにより耐HIC性を確保するに有効な元素であ
り、Ca添加による耐HIC性確保の効果を得るた
めにはＳを0.0010％以下と極低Ｓ化した場合でも
少なくとも0.0005％以上が必要であり、一方
0.0050％を越えるCaの添加は大型介在物を増加さ
せて耐HIC性および耐水素ふくれ性を低下させる
おそれがあるから、0.0005〜0.0050％の範囲に限
定した。 Ni 0.20％を越え3.0％以下： Niは耐食性の向上および靭性向上に有効であ
るのみならず、鋼中への水素侵入量を減少させて
耐HIC性を著しく向上させるに有効な元素であ
り、この発明で基本的に重要な添加元素である。
Ni添加による耐HIC性向上効果は0.20％以下では
得られず、一方3.0％を越えてNiを添加してもコ
ストが嵩むだけであるから、Niは0.20％を越え
3.0％の範囲とした。 Cr≦5.0％、Mo≦2.0％、Cr＋Mo≧0.5％： CrとMoはいずれも鋼の耐食性を向上させて鋼
中への水素侵入を低下させるとともに、Ni添加
に伴なう耐SSC性の劣化を防ぐ効果を有する。
Cr、Moの合計量が0.5％未満ではこれらの効果が
得られないから、Cr、Moの合計量を0.5％以上と
した。一方Crが5.0％を越えれば、またMoが2.0
％を越えればそれぞれ靭性が劣化するから、Cr
は5.0％以下、Moは2.0％以下とした。なおCr、
Moはいずれか一方を単独添加しても、あるいは
両者を同時添加しても良い。以上の各成分元素のほか、第２発明の場合には
Cu、Nb、Ｖ、Zr、Ti、Ｂの１種または２種以上
を添加する。そこでこれらの成分元素の限定理由
を次に説明する。 Cu 0.10〜0.60％： Cuは0.10％以上の添加によりPHが高い環境下で
鋼表面に安定な皮膜を生成して、耐食性を向上さ
せるとともに、耐HIC性向上にも効果を示す。し
かしながらCu添加量が0.60％を越えれば熱間加工
性を損なうから、0.10〜0.60％の範囲に限定し
た。 Nb 0.10％以下： Nbの添加は焼入性の向上、強度の向上に有効
であるが、0.10％を越えて添加すれば靭性の低下
を招くから、0.10％以下に限定した。Ｖ 0.15％以下、Zr 0.10％以下：ＶおよびZrの添加もNb添加と同様に焼入性の
向上、強度の向上に効果があるが、V0.15％、
Zr0.10％をそれぞれ越えれば靭性の劣化を招くか
らＶは0.15％以下、Zrは0.10％以下に限定した。 Ti 0.10％以下： Tiは強度の向上および耐食性の向上に効果が
あり、またＢと共存することによりＢの効果を助
長させる作用があつて、Ｂの添加と併せてTiを
0.01％以上を添加することが望ましいが、0.10％
を越えれば靭性を劣化させるから、0.10％以下に
限定した。Ｂ 0.005％以下：Ｂは焼入性を向上させる元素であり、0.0005％
以上でその効果が顕著となるが、0.005％を越え
れば靭性を劣化させるおそれがあるから、0.005
％以下に限定した。実施例 Ni、Cr、Moの添加により耐HIC性、耐SSC性
に優れた鋼材を製造できることを明らかにするた
めに、Ｃレベルを変えた従来鋼をベースにNi、
Crおよび／またはMoを添加し、またいくつかの
ものについてはCa、Nb、Ｖ、Zr、Ti、Ｂを添加
して本発明を作成し、同時に本発明組成範囲外の
比較鋼を作成した。各供試材の化学成分組成およ
び鋼機械的性質を第１表、第２表に示す。なお各
供試材は、常法にしたがつて溶製し、連続鋳造に
よりスラブとして熱間圧延した。これらの各供試材に対して、次のようにして耐
HIC性の評価および耐SSC性の評価を行なつた。
すなわち耐HIC性の評価としては、次の(1)、(2)に
記す方法を適用した。 (1) いわゆるBP試験法に準じた方法。すなわち
資料をNACE液（0.5％酢酸＋５％食塩水、
H₂S1気圧飽和）中に96時間浸漬した後、資料
断面を検鏡して耐水素誘起割れ性を評価する方
法。 (2) 環境側（オートクレーブ側）と測定側（水素
透過測定室側）との間に試験片を介挿して、環
境側から試験片鋼中へ侵入して測定側へ透過す
る水素をイオン化して測定する所謂電気化学的
透過法による水素透過試験法。ここで、(1)の方法を実施するにあたつては、最
も偏析が多いと考えられる連鋳スラブの幅方向中
央部に相当する位置から第２図に示すように試験
片１を各鋼種３本ずつ採取した。そして耐HIC性
の評価は、第３図に示すように各試験片１ごとに
３断面２Ａ，２Ｂ，２Ｃを倍率10倍で検鏡して行
なつた。また(2)の水素透過試験は、環境をNACE液環
境と、５％NaCl水溶液・H₂S10atm環境の２種
の環境に変えて、それぞれ100時間の試験期間に
透過した単位面積当りと水素量を調べた。一方耐SSC性の評価は、４点曲げによる応力腐
食割れ試験にて実施した。すなわち、第４図に示
すようなノツチ部３を有する試験片４を作成し、
その試験片４に対し第５図に示すような４点曲げ
試験用治具５にて４点を曲げ応力を付加し、
NACE液中に720時間浸漬した後、割れの有無を
調べた。上述の各試験結果を第３表（BP試験法に準じ
た耐HIC性試験結果）、第４表（水素透過試験結
果）、および第５表（４点曲げ応力腐食割れ試験
による耐SSC性試験結果）に示す。なお第３表に
おいて、階段状割れとは、試験片の板厚方向に階
段状に連続した割れであつて、割れの先端から他
の割れの先端までの距離が0.5mm以内にあるもの
を意味し、また直線状割れとは、上記の段階状割
れの規定にはいらず、互いに0.5mm以上離れて孤
立している直線状の割れを意味する。第３表の耐HIC性試験結果から明らかなよう
に、本発明鋼（No.１〜11）ではいずれも割れがな
いかまたはあつても微少であつて、優れた耐HIC
性を示しているのに対し、Ni量が少ないNo.12、
No.13の比較鋼ではHICの発生が認められた。また
Niを含有していてもＳ量が0.003％を越えるNo.17
の比較鋼やCaを含有していないNo.18の比較鋼の
場合にも、耐HIC性が劣化していることが明らか
である。また第４表の水素透過試験結果から明らかなよ
うに、NACE液環境、およびH₂S10stm環境のい
ずれにおいても本発明鋼No.１〜No.11は、比較鋼No.
12、13の如くNiが添加されていない場合と比較
して水素透過量が格段に少なくなつている。第１
図に、NACE液環境における水素透過量と鋼中
Ni量との関係を示す。第１図から、Ni量が0.2％
を越えれば水素透過量が大きく減少することがわ
かる。さらに第５表の耐SSC性試験結果から、本発明
鋼No.１〜11はいずれも優れた耐SSC性を示すが、
比較鋼No.14、15、16の如くCr＋Mo量が0.5％未満
の場合には耐SSC性が劣化していることが明らか
である。また比較鋼No.17、18の場合は耐HIC性の
劣化に伴なつて耐SSC性も劣化している。以上の各実験結果から明らかなように、0.2％
を越えるNiを添加して鋼中への水素侵入を抑制
するとともに、Ｓ量を0.0030％以下に規制しかつ
Caを添加することによつて、耐HIC性を著しく
改善し、併せてCrおよび／またはMoを合計量で
0.5％以上添加することによつて優れた耐SSC性
を得ることができる。

【表】

【表】 ◎われなし、○われ微少、△われ小、×われ大。

【表】

【表】 ×：割れ有り
発明の効果以上の説明で明らかなように、この発明のライ
ンパイプ用鋼材は、優れた耐HIC性と良好な耐
SSC性とを併せ持つ耐サワー性に優れたものであ
り、したがつて硫化水素圧力が高くPHが低いよう
な苛酷な環境でも水素誘起割れや硫化物応力腐食
割れの発生を確実に防止してラインパイプの信頼
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水素透過量に及ぼす鋼中Ni量の影響
を示す相関図、第２図は耐HIC性試験に使用した
試験片の採取位置を示す斜視図、第３図は耐HIC
性試験における試験片の観察位置を示す斜視図、
第４図は耐SSC試験に使用した試験片の形状、寸
法を示す略解的な斜視図、第５図は耐SSC性試験
における応力付加方法を示す略解的な正面図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１ C0.01〜0.25％（重量％、以下同じ）、Si0.16
〜0.50％、Mn0.70〜2.00％、Al0.01〜0.10％、
P0.030％以下、S0.0030％以下、Ca0.0005〜
0.0050％を含有し、さらにNiを0.20％を越え3.0％
以下の範囲内含有し、かつ5.0％以下のCrと2.0％
以下のMoとの１種または２種をCr＋Mo合計量
が0.5％以上の範囲で含有し、残部がFeおよび不
可避的不純物よりなることを特徴とする耐サワー
性に優れたラインパイプ用鋼材。２ C0.01〜0.25％、Si0.16〜0.50％、Mn0.70〜
2.00％、Al0.01〜0.10％、P0.030％以下、S0.0030
％以下、Ca0.0005〜0.0050％を含有し、さらにNi
を0.20％を越え3.0％以下の範囲内で含有し、か
つ5.0％以下のCrと2.0％以下のMoとの１種また
は２種をCr＋Mo合計量が0.5％以上の範囲で含有
し、さらにCu0.10〜0.60％、Nb0.10％以下、
V0.15％以下、Zr0.10％以下、Ti0.10％以下、
B0.005％以下のうちから選ばれた１種もしくは
２種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不
純物よりなることを特徴とする耐サワー性に優れ
たラインパイプ用鋼材。