JPH05295481A - 耐水素脆性割れ性に優れた高強度鋼 - Google Patents
耐水素脆性割れ性に優れた高強度鋼Info
- Publication number
- JPH05295481A JPH05295481A JP9797792A JP9797792A JPH05295481A JP H05295481 A JPH05295481 A JP H05295481A JP 9797792 A JP9797792 A JP 9797792A JP 9797792 A JP9797792 A JP 9797792A JP H05295481 A JPH05295481 A JP H05295481A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steel
- cracking resistance
- hydrogen embrittlement
- embrittlement cracking
- high strength
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低価格で、かつ耐水素脆性割れ性に優れた高
強度鋼を提供する。 【構成】 耐水素脆性割れ性に優れた高強度鋼は重量％
でＣ：０．１〜０．５％，Ｓｉ：１．０〜２．０％，Ｍ
ｎ：０．３〜１．５％，Ｐ：０．０２５％以下，Ｓ：
０．０２０％以下，Ｃａ：０．０００５〜０．００６％
残部が鉄および不可避的不純物からなる。
強度鋼を提供する。 【構成】 耐水素脆性割れ性に優れた高強度鋼は重量％
でＣ：０．１〜０．５％，Ｓｉ：１．０〜２．０％，Ｍ
ｎ：０．３〜１．５％，Ｐ：０．０２５％以下，Ｓ：
０．０２０％以下，Ｃａ：０．０００５〜０．００６％
残部が鉄および不可避的不純物からなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度鋼に関し、特に
引張り強さ１１７５Ｎ／ｍｍ2 （１２０ｋｇｆ／ｍｍ
2 ）以上の高強度を有し、高力ボルト、ＰＣ鋼棒などの
用途に適した、耐水素脆性割れ性に優れた高強度鋼に関
するものである。
引張り強さ１１７５Ｎ／ｍｍ2 （１２０ｋｇｆ／ｍｍ
2 ）以上の高強度を有し、高力ボルト、ＰＣ鋼棒などの
用途に適した、耐水素脆性割れ性に優れた高強度鋼に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、建築構造物の高層化、大型化が進
むにつれて鋼材の高強度化とともに高強度高力ボルトの
開発が必要になってきている。またプレストレストコン
クリート製品は、コンクリートとＰＣ鋼材の長所を活か
した複合材料であり、ＰＣ鋼材に要求される最大の課題
は、いかに少ない鋼材で経済的にコンクリートに有効な
プレストレスを与えるかという点にある。
むにつれて鋼材の高強度化とともに高強度高力ボルトの
開発が必要になってきている。またプレストレストコン
クリート製品は、コンクリートとＰＣ鋼材の長所を活か
した複合材料であり、ＰＣ鋼材に要求される最大の課題
は、いかに少ない鋼材で経済的にコンクリートに有効な
プレストレスを与えるかという点にある。
【０００３】しかし、これらに使用される材料は高強度
であるため、鋼材に静的な荷重を負荷してからある時間
経過後、突然破壊を生ずる遅れ破壊が危惧される。ここ
で、遅れ破壊は高強度鋼が水素を吸収して割れるカソー
ド反応支配型の「水素脆性割れ」と、鉄地が溶解して割
れるアノード反応支配型の「応力腐食割れ」に区別され
る。
であるため、鋼材に静的な荷重を負荷してからある時間
経過後、突然破壊を生ずる遅れ破壊が危惧される。ここ
で、遅れ破壊は高強度鋼が水素を吸収して割れるカソー
ド反応支配型の「水素脆性割れ」と、鉄地が溶解して割
れるアノード反応支配型の「応力腐食割れ」に区別され
る。
【０００４】従来、高強度かつ耐遅れ破壊性に優れた鋼
材の要求に応えるため、種々の合金鋼の開発およびその
品質改善が行われている。例えば、特公平３−２６００
１２号公報にはＮｉを１１〜１３％含むことにより耐応
力腐食割れ性に優れた高靭性高張力鋼の製造が提案され
ている。
材の要求に応えるため、種々の合金鋼の開発およびその
品質改善が行われている。例えば、特公平３−２６００
１２号公報にはＮｉを１１〜１３％含むことにより耐応
力腐食割れ性に優れた高靭性高張力鋼の製造が提案され
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術にお
いては、Ｎｉを１１〜１３％も含むため非常にコストが
高いのが難点である。また、耐応力腐食割れ性について
は評価しているが、水素脆性割れ性についての評価は行
っていない。
いては、Ｎｉを１１〜１３％も含むため非常にコストが
高いのが難点である。また、耐応力腐食割れ性について
は評価しているが、水素脆性割れ性についての評価は行
っていない。
【０００６】本発明の目的は、高強度鋼でありながら耐
水素脆性割れ性に優れ、しかも低コストの鋼材を提供す
ることにある。
水素脆性割れ性に優れ、しかも低コストの鋼材を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は重量％でＣ：０．１〜０．５％，Ｓ
ｉ：１．０〜２．０％，Ｍｎ：０．３〜１．５％，Ｐ：
０．０２５％以下，Ｓ：０．０２０％以下，Ｃａ：０．
０００５〜０．００６％残部が鉄および不可避的不純物
からなることを特徴とする。
るために、本発明は重量％でＣ：０．１〜０．５％，Ｓ
ｉ：１．０〜２．０％，Ｍｎ：０．３〜１．５％，Ｐ：
０．０２５％以下，Ｓ：０．０２０％以下，Ｃａ：０．
０００５〜０．００６％残部が鉄および不可避的不純物
からなることを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明の最も主要な特徴は、高強度鋼の組成に
おいて、Ｓｉを１．０〜２．０％，Ｃａを１０〜６０ｐ
ｐｍとし、両元素の相互作用により耐水素脆性割れ性を
改善した点である。従来、介在物形態制御作用のあるＣ
ａを添加することにより、耐応力腐食割れ性が向上する
との報告（特公平３−２６００１２号公報）がある。し
かし、耐水素脆性割れ性に関してはＣａ添加のみでは効
果がなく、本願発明に従ってＳｉを１．０〜２．０％含
ませることにより効果を生ずるものである。
おいて、Ｓｉを１．０〜２．０％，Ｃａを１０〜６０ｐ
ｐｍとし、両元素の相互作用により耐水素脆性割れ性を
改善した点である。従来、介在物形態制御作用のあるＣ
ａを添加することにより、耐応力腐食割れ性が向上する
との報告（特公平３−２６００１２号公報）がある。し
かし、耐水素脆性割れ性に関してはＣａ添加のみでは効
果がなく、本願発明に従ってＳｉを１．０〜２．０％含
ませることにより効果を生ずるものである。
【０００９】以下、各組成について説明する。
【００１０】Ｃ：Ｃは焼入性を向上させ強度上昇に有効
な元素である。しかし、本発明の耐水素脆性割れ性に悪
影響を与える元素である。Ｃが０．１％未満では強度が
得られず、０．５％を越えると著しく耐水素脆性割れ性
が低下し、溶接性も低下する。従って、Ｃ含有量を０．
１〜０．５％の範囲とするのが良い。
な元素である。しかし、本発明の耐水素脆性割れ性に悪
影響を与える元素である。Ｃが０．１％未満では強度が
得られず、０．５％を越えると著しく耐水素脆性割れ性
が低下し、溶接性も低下する。従って、Ｃ含有量を０．
１〜０．５％の範囲とするのが良い。
【００１１】Ｓｉ：Ｓｉは強度向上に有効である。ま
た、Ｓｉは鋼中にε炭化物を析出させ、水素のトラップ
サイトとして水素の侵入を防止することから、耐水素脆
性割れ性に有効である。また、Ｃａとの相互作用により
耐水素脆性割れ性に有効である。しかし、１．０％未満
ではＣａとの相互作用がなく耐水素脆性割れ性が低下す
る。２．０％を越えると焼戻し脆性が大きくなり、低温
靭性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量を１．０％〜
２．０％とする必要がある。
た、Ｓｉは鋼中にε炭化物を析出させ、水素のトラップ
サイトとして水素の侵入を防止することから、耐水素脆
性割れ性に有効である。また、Ｃａとの相互作用により
耐水素脆性割れ性に有効である。しかし、１．０％未満
ではＣａとの相互作用がなく耐水素脆性割れ性が低下す
る。２．０％を越えると焼戻し脆性が大きくなり、低温
靭性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量を１．０％〜
２．０％とする必要がある。
【００１２】Ｍｎ：Ｍｎは焼入性を向上させ、強度・靭
性確保に有効である。しかしＭｎが１．５％を越えると
Ｐの粒界偏析を助長し、耐水素脆性割れ性が低下する。
また、０．３％未満では強度および靭性が低下する。し
たがって、Ｍｎの含有量を０．３〜１．５％とする必要
がある。
性確保に有効である。しかしＭｎが１．５％を越えると
Ｐの粒界偏析を助長し、耐水素脆性割れ性が低下する。
また、０．３％未満では強度および靭性が低下する。し
たがって、Ｍｎの含有量を０．３〜１．５％とする必要
がある。
【００１３】Ｃａ：Ｃａは非金属介在物の片状ＭｎＳを
球状のＣａＳに変えることにより、オーステナイト結晶
粒界の結合力を強め、耐水素脆性割れ性を向上させる。
それには０．０００５％以上の含有量が必要である。し
かし、０．００６％を越えると介在物増加により耐水素
脆性割れ性を低下させる。
球状のＣａＳに変えることにより、オーステナイト結晶
粒界の結合力を強め、耐水素脆性割れ性を向上させる。
それには０．０００５％以上の含有量が必要である。し
かし、０．００６％を越えると介在物増加により耐水素
脆性割れ性を低下させる。
【００１４】上記の成分の他に不可避的不純物として
Ｐ、Ｓが挙げられるが、本発明の特性である耐水素脆性
割れ性を低下させる有害な元素であるから、その量は少
ないほうが良く、Ｐを０．０２５％以下、Ｓを０．０２
％以下に抑える必要がある。
Ｐ、Ｓが挙げられるが、本発明の特性である耐水素脆性
割れ性を低下させる有害な元素であるから、その量は少
ないほうが良く、Ｐを０．０２５％以下、Ｓを０．０２
％以下に抑える必要がある。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００１６】表１に本発明鋼と比較鋼の鋼棒の組成を示
す。各鋼は各々１０ｋｇ溶解し、熱間鍛造・熱間加工に
より直径５ｍｍの丸棒とした後、焼入焼戻しを施した。
表２にそれらの熱処理条件および引張り強さを示す。
す。各鋼は各々１０ｋｇ溶解し、熱間鍛造・熱間加工に
より直径５ｍｍの丸棒とした後、焼入焼戻しを施した。
表２にそれらの熱処理条件および引張り強さを示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】これらについて、耐水素脆性割れ試験方法
のうち唯一国際的な評価試験方法であるＦＩＰ試験法を
用いて破断までの時間を測定した。ＦＩＰ試験とは、５
０℃に保持した２０％ＮＨ4 ＳＣＮ水溶液中で、梃子式
定荷重型引張試験機によりサンプルに応力をかけ破断さ
せる試験である。図１に引張り強さの０．６倍の応力
が、図２に引張り強さの０．７倍の応力がそれぞれサン
プルに加わった場合の破断までの時間を示す。白丸がＳ
ｉ：０．５％の鋼棒、黒丸がＳｉ：１．５％の鋼棒であ
る。
のうち唯一国際的な評価試験方法であるＦＩＰ試験法を
用いて破断までの時間を測定した。ＦＩＰ試験とは、５
０℃に保持した２０％ＮＨ4 ＳＣＮ水溶液中で、梃子式
定荷重型引張試験機によりサンプルに応力をかけ破断さ
せる試験である。図１に引張り強さの０．６倍の応力
が、図２に引張り強さの０．７倍の応力がそれぞれサン
プルに加わった場合の破断までの時間を示す。白丸がＳ
ｉ：０．５％の鋼棒、黒丸がＳｉ：１．５％の鋼棒であ
る。
【００２０】本発明鋼（Ｅ鋼）においては、図１のよう
に引張り強さの０．６倍の応力では２００時間以上経過
しても破断しない。ＦＩＰ試験で、１００時間を越える
と耐水素脆性割れ性の効果があると判断する。このよう
な判断基準を設けると、図１と図２からＣａ含有量が
０．０００５％未満の場合と０．００６％を越えた場合
に耐水素脆性割れ性が低下することがわかる。また、Ｓ
ｉ含有量が０．５％だとＣａ添加の効果もないことがわ
かる。この原因は、Ｓｉ含有量が少ないと鋼中のε炭化
物も減少し、すなわち水素のトラップサイトも減少し、
鋼中への水素の拡散を防止できないためである。またＣ
ａ含有量が０．０００５％未満だと片状のＭｎＳを球状
のＣａＳに変えるに必要なＣａが不足し、粒界の結合力
強化が図れない。逆にＣａ含有量が０．００６％を越え
ると介在物が過剰になり、粒界の結合力が低下する。さ
らに活量の関係から、ＣａはＳｉ含有量が１．０％〜
２．０％存在すると有効に作用する。
に引張り強さの０．６倍の応力では２００時間以上経過
しても破断しない。ＦＩＰ試験で、１００時間を越える
と耐水素脆性割れ性の効果があると判断する。このよう
な判断基準を設けると、図１と図２からＣａ含有量が
０．０００５％未満の場合と０．００６％を越えた場合
に耐水素脆性割れ性が低下することがわかる。また、Ｓ
ｉ含有量が０．５％だとＣａ添加の効果もないことがわ
かる。この原因は、Ｓｉ含有量が少ないと鋼中のε炭化
物も減少し、すなわち水素のトラップサイトも減少し、
鋼中への水素の拡散を防止できないためである。またＣ
ａ含有量が０．０００５％未満だと片状のＭｎＳを球状
のＣａＳに変えるに必要なＣａが不足し、粒界の結合力
強化が図れない。逆にＣａ含有量が０．００６％を越え
ると介在物が過剰になり、粒界の結合力が低下する。さ
らに活量の関係から、ＣａはＳｉ含有量が１．０％〜
２．０％存在すると有効に作用する。
【００２１】この結果から明らかなように、Ｓｉを１．
０〜２．０％かつＣａを０．０００５〜０．００６％を
同時に含有する鋼材は従来の鋼材に比べて、耐水素脆性
割れ性に優れている。
０〜２．０％かつＣａを０．０００５〜０．００６％を
同時に含有する鋼材は従来の鋼材に比べて、耐水素脆性
割れ性に優れている。
【００２２】
【発明の効果】本発明は、引張り強さ１１７５Ｎ／ｍｍ
2 （１２０ｋｇｆ／ｍｍ2 ）以上の高強度を有し、しか
も従来鋼に比べ格段に優れた耐水素脆性割れ性を備えて
いることから、高強度高力ボルトやＰＣ鋼棒をはじめと
し、大気環境下で使用される高強度鋼の航空材料等にも
十分な安全性が確保されるものとなった。さらに水素が
原因で破壊するラインパイプ、油井管等の材料としても
工業上顕著な効果をもたらすものである。
2 （１２０ｋｇｆ／ｍｍ2 ）以上の高強度を有し、しか
も従来鋼に比べ格段に優れた耐水素脆性割れ性を備えて
いることから、高強度高力ボルトやＰＣ鋼棒をはじめと
し、大気環境下で使用される高強度鋼の航空材料等にも
十分な安全性が確保されるものとなった。さらに水素が
原因で破壊するラインパイプ、油井管等の材料としても
工業上顕著な効果をもたらすものである。
【図１】引張り強さの０．６倍の応力を加えた場合のＣ
ａ量とＦＩＰ試験破断時間との関係を示す図である。
ａ量とＦＩＰ試験破断時間との関係を示す図である。
【図２】引張り強さの０．７倍の応力を加えた場合のＣ
ａ量とＦＩＰ試験破断時間との関係を示す図である。
ａ量とＦＩＰ試験破断時間との関係を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 重量％で Ｃ ：０．１〜０．５％ Ｓｉ：１．０〜２．０％ Ｍｎ：０．３〜１．５％ Ｐ ：０．０２５％以下 Ｓ ：０．０２０％以下 Ｃａ：０．０００５〜０．００６％ 残部が鉄および不可避的不純物からなることを特徴とす
る耐水素脆性割れ性に優れた高強度鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9797792A JPH05295481A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 耐水素脆性割れ性に優れた高強度鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9797792A JPH05295481A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 耐水素脆性割れ性に優れた高強度鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05295481A true JPH05295481A (ja) | 1993-11-09 |
Family
ID=14206725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9797792A Pending JPH05295481A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 耐水素脆性割れ性に優れた高強度鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05295481A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1228260A1 (en) * | 1999-05-18 | 2002-08-07 | The Atri Group Ltd. | Iron-silicon alloy and alloy product, exhibiting improved resistance to hydrogen embrittlement and method of making the same |
-
1992
- 1992-04-17 JP JP9797792A patent/JPH05295481A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1228260A1 (en) * | 1999-05-18 | 2002-08-07 | The Atri Group Ltd. | Iron-silicon alloy and alloy product, exhibiting improved resistance to hydrogen embrittlement and method of making the same |
| EP1228260A4 (en) * | 1999-05-18 | 2003-01-02 | Atri Group Ltd | IRON-SILICON ALLOY AND ALLOY PRODUCT HAVING INCREASED HYDROGEN FRAGILIZATION RESISTANCE, AND THEIR MANUFACTURING METHOD |
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