JPH0587582B2

JPH0587582B2 -

Info

Publication number: JPH0587582B2
Application number: JP1112578A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yamamoto; Naoki Konno; Masahiro Oosaki; Naoto Tsutsumi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-05-01
Filing date: 1989-05-01
Publication date: 1993-12-17
Also published as: JPH02290947A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、耐サワー性の優れた高靱性電縫鋼管
用鋼板に関する。（従来の技術）近年生産される石油・天然ガス中には硫化水素
を含む場合が非常に多く、さらに海水、淡水など
の水が共存する場合には鋼表面で起こる腐食に基
づく減肉だけではなく、腐食によつて鋼表面で発
生した水素が鋼中に侵入することによつて破壊を
起こすことがあり、問題となつている。この破壊
は高張力鋼に古くから認められる硫化物応力腐食
割れとは異なり、外部からの付加応力がなくとも
発生が認められる。この破壊は環境中から侵入し
た水素が母材中に存在する圧延方向に長く伸びた
MnSなどのＡ系硫化物系介在物と地鉄との境界
に集積してガス化し、そのガス圧によつて発生す
るもので、前記MnSなどのＡ系硫化物系介在物
が鋭い切り欠きとなり、これを割れの核として板
面平行割れに成長し、この板面平行割れが板厚方
向に連結されるものである。この種の割れ（水素ふくれ割れ）に対する抵抗
の高い鋼について従来から種々の研究がなされ、
種々の鋼が提案されている。それらは例えば、
CuやCo添加による割れ防止、極低ＳによるMnS
の減少、Caあるいは希土類元素などの添加によ
るＳの固定などを利用するものであつて、これら
の技術によつて現在までにかなり厳しい環境にま
で耐え得る鋼が開発されている。例えば、特開昭59−76818号公報に見られるよ
うに、Ｓ，Ｏ，Caの含有量が 1.0≦（％Ca）｛１−72（％０）｝／1.25（％Ｓ）≦2.5 を満足させるようなCaの添加が知られている。一方において近年石油、天然ガスが産出される
地域はアラスカ、ソ連、北極海といつた極寒地に
まで広がつており、こうした地域で使用されるラ
インパイプや油井缶に電縫鋼管が使用される時、
当然ながら母材および溶接部の両方において低温
靱性の優れていることが要求される。電縫鋼管においては、溶接部の靱性が母材に比
べて低下するため、電縫溶接部も含めて靱性の優
れた電縫鋼管についても、従来から様々な研究が
なされ、種々の方法および鋼管が提案されてい
る。それらは例えば、熱延工程の仕上げ温度およ
び捲き取り温度の制限による素材の靱性向上、造
管後の電縫溶接部の熱処理とその後の急冷による
結晶粒度の制御、Nb、Ｖ利用による結晶粒の微
細化、造管後の管体熱処理等であつて、これらの
技術によつて現在までに靱性のかなり優れた電縫
鋼管が開発されている。ところで、これら電縫鋼管も使用環境の過酷化
に伴い、客先要求が向上し、例えば耐サワー特性
と低温靱性の両方が要求される場合がある。これ
ら複合特性要求に対しては、例えば上記低温用電
縫鋼管に耐サワー特性の付与のために、Caを添
加する方法が採られる。ところが、これら複合特
性鋼管の電縫溶接部の靱性について詳細に調査し
た結果、電縫衝合部において靱性が母材に比べて
著しく低下する場合のあることがわかつた。本発明者らは、この低温靱性劣化を詳細に調査
した結果、その原因が電縫衝合部およびその近傍
に存在する板状の介在物であることを突き止め
た。さらに、調査を続けた結果、これら板状の介在
物は、母材中に予め存在した球状に近い介在物
が、電縫溶接時の熱影響によつて鋼の融点近くに
まで加熱されたうえ、スクイズロールによつて両
側から加圧されるために、板状に生成することが
明かとなつた。また、この介在物の成分を分析し
た結果、CaO・Al₂O₃複合介在物であることがわ
かつた。（発明が解決しようとする課題）以上の問題点を解決するために、これまでにも
種々の方法が提案されている。たとえば、特開昭63−137144号公報に見られる
ように、鋼中にZrを添加して介在物をZrO₂・
Al₂O₃の複合介在物に改質して、その融点を上
げ、電縫溶接時に延伸させない方法がある。とこ
ろが、このZr添加は通常の製鋼作業では一般的
でなく、コストが高いうえに、作業に危険が伴う
（発火性が高い）。そこで本発明は、このような特別な元素を使用
することなく、安価にこの問題を解決しようとす
るものである。（課題を解決するための手段）本発明者らは、これらを解決するために、さら
に調査を進めた。まず、Caを添加したものの中
でも、靱性のレベルに差異のあることから、複合
介在物の成分を調べた。その結果、電縫溶接部で
板状となる介在物が、（CaO）ｍ（Al₂O₃）ｎの分
子比でｍ／ｎ≧１であることがわかつた。つまり
介在物中Al₂O₃よりもCaOが多く存在する状態で
ある。また、（CaO）ｍ（Al₂O₃）ｎの分子比で
ｍ／ｎ＜１の介在物では、板状になつておらず、
そのため靱性の劣化のないことを突き止めた。
CaOとAl₂O₃の平衡状態図をみると、（CaO）ｍ
（Al₂O₃）ｎの分子比でｍ／ｎ≧１の場合、融点
は約1360℃であり、電縫溶接部近傍で延伸するこ
とが、充分考えられる。一方、（CaO）ｍ
（Al₂O₃）ｎの分子比でｍ／ｎ＜１の場合は、そ
の融点が1600℃以上となり、電縫溶接部近傍での
延伸を回避することができると考えられる。つま
り、Ca添加により耐サワー性を向上させて、か
つ電縫溶接部の靱性劣化を回避するためには、脱
酸生成物の組成を、（CaO）ｍ・（Al₂O₃）ｎの分
子比でｍ／ｎ＜１に制御すればよいことが判明し
た。本発明者は、脱酸生成物の組成制御を種々検討
した結果、溶鋼中のCaとAlの含有量の制御を考
えた。つまり、Al含有量を増加することによつ
て、介在物中のAl₂O₃分率を増加させるというこ
とである。各種成分で製造された電縫鋼管を、
CaとAlの含有量のみで整理したのが、第１図で
ある。この図から明らかなように、Ca／Al／
0.10を満足させれば、介在物組成を制御して、介
在物の延伸を防止し、電縫溶接部の靱性劣化を回
避することができる。ところで、耐サワー性を改善する手段として、
本発明ではCa添加を採用している。それは、水
素誘起割れの発生起点となるMnSを消滅させる
ためにＳ量に極限まで低減させるよりも、Caを
添加してMnSの形態制御による無害化のほうが
工業的規模の生産工程においては有利であると
の、考え方および実験結果によるものである。つまり、Ｓ，Ｏ，Caの含有量を 1.0≦（％Ca）｛１−72（％０）｝／1.25（％Ｓ）≦2.5 に満足させるようなCaの添加である。これは、
CaがＳよりも酸素との親和力が強いことから酸
素と結合したCaを差し引いた残りのCa（有効Ca）
がＳと原子量比で結合し、Ｓ量に見合うだけの有
効CaがあればMnSは完全に形態制御されている
ことを示すものである。またこの式は、Caを過
剰に添加するとクラスター状介在物が多く生成し
有害となり、目的を達成し得ないことも示してい
る。つまり、上式で示される有効Ca量を、MnSを
形態制御させるための下限と、クラスター状介在
物を生成させないための上限の間にコントロール
し、それによつて耐サワー性を確保しようとする
ものである。従つて本発明は、上記知見に基づいてなされた
ものであつて、その要旨は、Ｃ：0.05〜0.35％、
Si：0.02〜0.5％、Mn：0.5〜２％に加えてCaを
0.0005〜0.008％とAlを0.005〜0.1％含有し、さら
にMo：0.1〜１％、Nb：0.01〜0.1％、Ｖ：0.01
〜0.1％、Ti：0.001〜0.05％、Ｂ：0.0005〜0.004
％のうち１種または２種以上およびCu：0.1〜0.5
％、Ni：0.1〜３％、Cr：0.1〜３％のうち１種ま
たは２種以上を含み、残部Feおよび不純物から
なり、Ｓ，Ｏ，Caの含有量が、 1.0≦（％Ca）｛１−72％０）｝／1.25（％Ｓ）≦2.5 を満足したうえで、脱酸生成物を（CaO）ｍ
（Al₂O₃）ｎの複合介在物とし、その分子構成比
をｍ／ｎ＜１の範囲としたことを特徴とする耐サ
ワー性に優れた高靱性電縫鋼管用鋼板の製造方法
である。つぎに、本発明の方法において、鋼の成分組成
範囲等を上記の通りに限定した理由を説明する。（成分組成範囲） (a) Ｃ鋼の強度を向上させる基本的な元素であり、強
度確保のため0.05％以上含有させることが必要で
あるが、0.35％を越えると鋼の靱性に対し好まし
くない影響があるので、0.05〜0.35％とした。 (b) Si 固溶体強化作用により、鋼板の強度・延性を改
善する元素なので0.02％以上含有すべきである
が、靱性確保のために0.5％を上限とすべきであ
る。 (c) Mn 強度上必要な元素なので0.5％以上含有すべき
であるが、溶接性および靭性確保のためには、上
限含有量を２％とすべきである。 (d) Ca MnSを球状化して、耐サワー特性を向上する
ためには、少なくともCa含有量で0.0005％は必要
である。一方、添加量が多すぎると、複合介在物
の融点が下がりすぎて電縫溶接部で板状に伸延し
て靱性を劣化させるため、上限を0.008％とした。
重要なのは、Alとの成分比が、Ca／Al／0.1を満
足することである。 (e) Al 製鋼段階の脱酸のために必要であり、下限を
0.005％とした。また、含有量が多すぎると介在
物そのものの絶対量が増えるため、上限を0.1％
とした。重要なのは、Caとの成分比が、Ca／Al
＜0.1を満足することである。 (f) その他の元素以上が本発明の基本成分系であるが、本発明に
おいてはこの他にそれぞれ用途に応じて、(A)Ao，
Nb，Ｖ，Ti，Ｂの１種以上または、(B)Cu，Ni，
Crの１種以上の(A)(B)いずれか一方または両方を
含有させることができる。まず、Mo，NbおよびＶはいずれも鋼の強度を
向上させる元素であつて、Moは0.1％以上、Nb，
Ｖは0.01％以上で同等の強度上昇効果を示すが、
Moは１％を越えて、Nb，Ｖは0.1％を越えて添
加すると靱性を低下させる恐れがあるため、Mo
は0.1〜１％、NbおよびＶは0.01〜0.1％の範囲に
限定した。 Tiは鋼中の窒素と結合してTiNを生成し、靱
性を向上させる元素であるが、0.05％を越えて添
加すると逆に靱性を低下させる恐れがあるため、
その範囲を0.001〜0.05％に限定した。Ｂは鋼の焼入性を向上させる元素であり、焼入
焼戻型の電縫鋼管の製造には、必要不可欠である
が、0.004％を越えて添加すると靱性を低下させ
る恐れがあるため、その範囲を0.0005〜0.005％
に限定した。 Cu，Ni，Crはいずれも、母材の耐食性向上と
鋼中への侵入水素量減少のために添加される元素
である。Cuは0.1％未満では効果がなく、0.5％を
越えると熱間加工性に悪い影響を及ぼすので、
0.1〜0.5％の範囲に限定する。Niは0.1％未満では
効果がなく、３％を越えると硫化物応力腐食割れ
を誘発する可能性があるので、0.1〜３％の範囲
に限定する。Crは0.1％未満では効果がなく、３
％を越えると母材の靱性を低下させるので、0.1
〜３％の範囲に限定する。以下本発明の効果を実施例によりさらに具体的
に述べる。（実施例）第１表に示す組成の鋼を溶製し、６〜12mmの板
厚に熱間圧延後、114.3〜406.4mmの外径に通常の
工程によつて電縫鋼管とし、（一部のものは焼入
焼戻処理を行なつた後）耐サワー性の評価試験を
行い、さらに電縫溶接部靱性を測定した。耐サワ
ー性の評価試験としては、試験片をH₂Sを飽和さ
せた５％NaCl水溶液に0.5％CH₃COOHを添加し
た溶液（PH2.8〜3.8）中に96時間浸漬し、割れを
測定した。第１表より明らかなように、本発明鋼
を使用した。鋼管では、水素ふくれ割れは発生し
ておらず、かつ靱性の低下が非常に小さいのに対
し、比較鋼では水素ふくれ割れが発生したり、あ
るいは靱性が著しく低下したりしている。

【表】

【表】（発明の効果）上述の試験結果からわかるとおり、本発明は硫
化水素環境においても水素ふくれ割れがなく、か
つ低温靱性の良好な電縫鋼管を提供することを可
能にしたものであり、産業の発展に貢献するとこ
ろ極めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、CaとAl添加量による電縫溶接部で
の介在物の延伸の有無を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.05〜0.35％、Si：0.02〜0.5％、Mn：
0.5〜２％に加えてCaを0.0005〜0.008％とAlを
0.005〜0.1％含有し、残部Feおよび不純物からな
り、Ｓ，Ｏ，Caの含有量が、 1.0≦（％Ca）｛１−72（％０）｝／1.25（％Ｓ）≦
2.5 を満足したうえで、脱酸生成物を（CaO）ｍ
（Al₂O₃）ｎの複合介在物とし、その分子構成比
をｍ／ｎ＜１の範囲としたことを特徴とする耐サ
ワー性の優れた高靱靭性電縫鋼管用鋼板。２Ｃ：0.05〜0.35％、Si：0.02〜0.5％、Mn：
0.5〜２％に加えてCaを0.0005〜0.008％とAlを
0.005〜0.1％含有し、さらにMo：0.1〜１％、
Nb：0.01〜0.1％、Ｖ：0.01〜0.1％、Ti：0.001〜
0.05％、Ｂ：0.0005〜0.004％のうち１種または２
種以上を含み、残部Feおよび不純物からなり、
Ｓ，Ｏ，Caの含有量が、 1.0≦（％Ca）｛１−72（％０）｝／1.25（％Ｓ）≦
2.5 を満足したうえで、脱酸生成物を（CaO）ｍ
（Al₂O₃）ｎの複合介在物とし、その分子構成比
をｍ／ｎ＜１の範囲としたことを特徴とする耐サ
ワー性の優れた高靱性電縫鋼管用鋼板。３Ｃ：0.05〜0.35％、Si：0.02〜0.5％、Mn：
0.5〜２％に加えてCaを0.0005〜0.008％とAlを
0.005〜0.1％含有し、さらにCu：0.1〜0.5％、
Ni：0.1〜３％、Cr：0.1〜３％のうち１種または
２種以上を含み、残部Feおよび不純物からなり、
Ｓ，Ｏ，Caの含有量が、 1.0≦（％Ca）｛１−72（％０）｝／1.25（％Ｓ）≦
2.5 を満足したうえで、脱酸生成物を（CaO）ｍ
（Al₂O₃）ｎの複合介在物とし、その分子構成比
をｍ／ｎ＜１の範囲としたことを特徴とする耐サ
ワー性の優れた高靱性電縫鋼管用鋼板。４Ｃ：0.05〜0.35％、Si：0.02〜0.5％、Mn：
0.5〜２％に加えてCaを0.0005〜0.008％とAlを
0.005〜0.1％含有し、さらにMo：0.1〜１％、
Nb：0.01〜0.1％、Ｖ：0.01〜0.1％、Ti：0.001〜
0.05％、Ｂ：0.0005〜0.004％のうち１種または２
種以上およびCu：0.1〜0.5％、Ni：0.1〜３％、
Cr：0.1〜３％のうち１種または２種以上を含み、
残部Feおよび不純物からなり、Ｓ，Ｏ，Caの含
有量が、 1.0≦（％Ca）｛１−72（％０）｝／1.25（％Ｓ）≦
2.5 を満足したうえで、脱酸生成物を（CaO）ｍ
（Al₂O₃）ｎの複合介在物とし、その分子構成比
をｍ／ｎ＜１の範囲としたことを特徴とする耐サ
ワー性の優れた高靱性電縫鋼管用鋼板。