JPH06340948A - 耐二酸化炭素腐食性、耐硫化水素腐食性鋼 - Google Patents

耐二酸化炭素腐食性、耐硫化水素腐食性鋼

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JPH06340948A
JPH06340948A JP13067993A JP13067993A JPH06340948A JP H06340948 A JPH06340948 A JP H06340948A JP 13067993 A JP13067993 A JP 13067993A JP 13067993 A JP13067993 A JP 13067993A JP H06340948 A JPH06340948 A JP H06340948A
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JP
Japan
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corrosion resistance
steel
corrosion resistant
group
less
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JP13067993A
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Koichi Ikeda
耕一 池田
Yoshio Tanaka
良夫 田中
Masakatsu Ueda
昌克 植田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】耐CO2 腐食性および耐H2S 腐食性に優れ、石
油、天然ガスの輸送等に使用される鋼管用に適する鋼と
その熱処理法を提供する。 【構成】 重量%で C: 0.20%以下、 Si: 1.00%以下、 Mn: 2.0 %以
下、P: 0.025 %以下、 S: 0.010 %以下、Cr: 0.4
〜0.8 %、Cu: 0.20〜0.5 %、 Al: 0.003 〜0.100
%、さらに、第1群ないし第3群の中から選ばれた少な
くとも1種以上、 [第1群の元素]Nb: 0.005 〜0.100 %、V: 0.01〜0.50
%、 Ti: 0.01〜0.50%、Zr: 0.01〜0.50%、 B: 0.
0005〜0.01%、 N: 0.001 〜0.15%、 [第2群の元素]Ni: 0.05〜1.00%、Mo: 0.05〜1.00%、 [第3群の元素]Ca: 0.001 〜0.05%、La: 0.001 〜0.05
%、 Ce: 0.001 〜0.05%、 残部: Feおよび不可避不純物。 熱処理としては、上記鋼組成の鋼を少なくとも820 ℃以
上の温度で加熱し、40℃まで5℃/sec以上で冷却し、次
いで780 ℃以下の温度で加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐二酸化炭素(CO2) 腐
食性および耐硫化水素(H2S) 腐食性に優れた鋼、特にそ
れより製造した石油、天然ガスの輸送等に使用される鋼
管に関するものである。
【0002】
【従来の技術】石油、天然ガスの輸送等に使用される鋼
管については、湿潤な炭酸ガス(CO2)を含む環境下での
耐食性が要求される場合が多いが、今日ではさらに湿潤
H2S 環境下で使用される場合もあり、そのような環境下
での耐食性も要求される。これらの要求する特徴をあわ
せもつことが重要である。
【0003】従来技術としては、Cr添加が最も耐CO2
食性改善に対して有効であることは公知である。しか
し、Cr含有量が高い場合には溶接性が劣るという欠点が
ある。また、Cr添加だけでは、耐H2S 腐食性に対しては
効果が認められない。
【0004】一方、耐H2S 腐食性に対しては、Cu添加が
有効であることが一般的に知られている。例えば、特開
昭57−5846号公報、同57−5847号公報、同57−5848号公
報では、耐H2S 腐食性改善のためにCr、Cuの複合添加の
例も挙げられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者らの
検討結果によれば、これらの技術はいずれも、Crの上限
規制がないため溶接性に劣ること、また、Nb、Ti等の添
加による結晶粒の微細化、熱処理条件の規定がないため
耐H2S 腐食性に対しては、大きな効果が期待できないと
いう欠点を持つことが判明した。
【0006】ここに、本発明の目的は、耐CO2 腐食性お
よび耐H2S 腐食性に優れた鋼、特に石油、天然ガスの輸
送等に使用される鋼管を工業的にも容易に製造すること
ができる鋼とその製造方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる目
的を達成すべく種々検討を重ねた結果、前述の従来技術
の欠点を補うため、Cu、Nb、Ti等の添加、熱処理条件を
限定することにより、耐CO2 耐食性のみならず、耐H2S
腐食性、溶接性をも兼ね備えた鋼管用鋼が得られること
を知り、本発明を完成した。
【0008】すなわち、本発明者らの知見によれば、前
述の従来技術の問題点は、Cr含有鋼が耐H2S 腐食性を改
善しないこと、また溶接性に悪影響を及ぼすことが問題
とされることにより、そしてこれらの問題は、耐H2S 腐
食性改善に効果のある元素の添加、熱処理条件の限定お
よびCr、C等の添加量の規制により解決できる問題であ
る筈との着想を得た。
【0009】そこで、本発明者らは耐CO2 腐食性に及ぼ
すCrの影響、耐H2S 性に及ぼす元素、主にCuの影響、熱
処理条件の影響をそれぞれ調査し検討した結果、耐CO2
腐食性、耐H2S 腐食性を合わせ持つ鋼を得るには、耐H2
S 腐食性に有効であるCuを添加し、さらにNb、Ti等の添
加を行い、さらに必要により焼入れ、焼戻し処理によっ
て結晶粒を微細化させることが有効であることを知り、
本発明を完成した。
【0010】ここに、本発明は、最も広義には、下記の
(1) 〜(2) を要旨とする。 (1) 重量%で C: 0.20%以下、 Si: 1.00%以下、 Mn: 2.0 %以
下、P: 0.025 %以下、 S: 0.010 %以下、Cr: 0.4
〜0.8 %、Cu: 0.20〜0.5 %、Al: 0.003 〜0.100 %、
N: 0.001 〜0.15%、さらに、下記の第1群ないし第3
群の中から選ばれた少なくとも1種以上の元素を含む上
記(1) 記載の低合金鋼。
【0011】[第1群の元素] Nb: 0.005 〜0.100 %、V: 0.01〜0.50%、 Ti: 0.01
〜0.50%、Zr: 0.01〜0.50%、 B: 0.0005〜0.01% [第2群の元素] Ni: 0.05〜1.00%、Mo: 0.05〜1.00% [第3群の元素] Ca: 0.001 〜0.05%、La: 0.001 〜0.05%、 Ce: 0.00
1 〜0.05% 残部: Feおよび不可避不純物から成る、耐CO2 腐食性、
耐H2S腐食性低合金鋼。
【0012】(2) 上記(1) の鋼組成の鋼を次の工程お
よびによって熱処理して耐CO2 腐食性、耐H2S腐食性
低合金鋼を製造する方法。 加熱により少なくとも80%以上のオーステナイトを有
する組織にした後、冷却してマルテンサイトあるいは細
粒のパーライト・フェライトで占められる組織とする工
程。 実質的にオーステナイトの生成がないAc1 変態点以下
の温度域で再加熱する工程。
【0013】本発明の好適態様によれば、上記工程
は、具体的には、少なくとも820 ℃以上の温度に、好ま
しくは10〜90分間加熱し、次いで40℃まで5℃/sec以上
で冷却する熱処理工程である。また、上記工程は、具
体的には、780 ℃以下の温度で、好ましくは10〜90分間
加熱する熱処理である。
【0014】
【作用】次に、本発明において鋼組成を上述のように限
定した理由についてその作用とともに詳述する。 C:Cは、鋼に強度を与えるために適当量の添加が必要
であるが、靱性、溶接性を考慮すると、上限は0.20%が
適当である。好ましくは0.15%以下とする。
【0015】Si:Siは、鋼に強度を与えるとともに、鋼
の脱酸に有効である。しかし、1.00%を越えると溶接性
が悪化するため、上限を1.00%とした。一般には0.5 %
以下で十分である。
【0016】Mn:Mnは、鋼の強度を高める作用を有する
が、2.00%を越えると耐食性への悪影響がある。 P、S:P、Sは、耐食性および熱間加工性に悪影響を
及ぼすため、上限をそれぞれ0.025 %、0.010 %とし
た。好ましくはP≦0.020 %、S≦0.006 %である。
【0017】Cr:Crは本発明にあって耐CO2 腐食性を改
善するため、0.40%以上添加するが、0.80%を越えると
溶接性、靱性を悪化させるため上限を0.80%とした。 Cu:Cuは、耐H2S 腐食性を確保するためには必須であ
り、本発明では0.20%以上必要である。しかし、0.50%
を越えると熱間加工性に悪影響を及ぼす。
【0018】Al:Alは、精錬工程での鋼の脱酸のために
0.003 %以上必要であるが、0.100 %を越えると逆に脱
酸生成物による欠陥が多くなる。 N:Nは、0.001 %以上の添加で結晶細粒化に効果があ
るが、熱間加工性等を考慮して0.150 %以下とした。
【0019】Nb、V、Ti、Zr、B:Nb、V、Ti、Zr、B
は、結晶粒の細粒化に有効な元素であり、少なくとも1
種の添加で耐食性、靱性の向上に効果がある。しかし、
添加過多になるとかえって靱性を劣化させるためそれぞ
れ、下限、上限を、Nb:0.005〜0.100 %、V:0.01〜0.5
%、Ti:0.01 〜0.5 %、Zr:0.01 〜0.5 %、B:0.0005
〜0.01%とした。
【0020】Ni、Mo:Ni、Moは、本発明において所望添
加成分であり、それぞれ0.05%以上の添加で耐食性改善
に効果があるが、加工性悪化の面から上限をそれぞれ1.
00%とした。 Ca、La、Ce:Ca、La、Ceも、本発明において任意添加成
分であり、それぞれ0.001 %以上の添加で硫化物形態制
御に効果があるが、上限(0.05 %) を越えると、かえっ
て耐食性、靱性を劣化させる。
【0021】かかる鋼組成を有する鋼に対して、本発明
の好適態様によれば、前述の工程ととから成る焼入
れ、焼戻しの熱処理が施され、炭化物を固溶させ、耐食
性および靱性を向上させる。かかる熱処理条件を規定し
た理由は次の通りである。
【0022】すなわち、工程において、加熱により少
なくとも80%以上のオーステナイトを有する組織にする
のは、炭化物を十分固溶させるためであり、その後に、
冷却してマルテンサイトあるいは細粒のパーライト・フ
ェライトで占められる組織とするのは、前者の場合、炭
化物を固溶させておくためであり、後者の場合、細粒化
のためである。
【0023】また、工程において実質的にオーステナ
イトの生成がないAc1 変態点以下の温度域で再加熱する
のは、微細析出物の生成のためである。次に、本発明を
その実施例によってさらに具体的な作用について説明す
る。
【0024】
【実施例】表1に示す化学組成の鋼を転炉にて溶製し、
連続鋳造、分塊圧延を経て製造された丸鋳片に対し、穿
孔、圧延および縮径加工を行い鋼管を製造した。各工程
での鋼片サイズを表2に示す。
【0025】その後、一部、920 ℃の温度で15分保持す
る溶体化処理を施して焼入れした後、600 ℃の温度で30
分保持する焼戻しを行った。このようにして用意した供
試材に対して、耐CO2 腐食性および耐H2S 腐食性の評価
試験を次の要領で行った。
【0026】耐CO2 腐食性評価試験:試験片を、人工海
水中にCO2 分圧0.1MPaの条件下で150 時間浸漬した。試
験温度は60℃であった。浸漬後の腐食減量でもって耐CO
2 腐食性を評価した。
【0027】耐H2S 腐食性評価試験:次の二つの腐食試
験液を調製し、試験片を96時間浸漬し、図1の式で定義
されるわれ率をもって耐H2S 腐食性を評価した。
【0028】条件: 5%NaCl+0.5 %CH3COOH のH2
S 飽和液(pH5.1〜5.3) 条件: 人工海水(H2S飽和)(pH3.5 〜3.8) 図2は、耐CO2 腐食性評価試験の結果を、鋼中のCr含有
量と腐食速度との関係でまとめて得たグラフである。こ
のグラフからも分かるように、Cr:0.40 %以上で耐CO2
腐食性の改善に効果があることがわかる。
【0029】また、耐H2S 腐食性については、結果を図
3および図4にまとめて示すが、これからも分かるよう
に、まず、Cuの添加により大きく改善される (図3) 。
鋼No.14 はQT処理をしていないことから、熱処理 (焼入
れ、焼戻し) により耐H2S 腐食性が大きく改善されるこ
とがわかる (図4) 。さらに、Nb等の添加により結晶の
細粒化をはかると、耐H2S 腐食は改善される。
【0030】このような結果より、Cr、Cuおよび結晶細
粒化元素 (Nb、Ti等) の複合添加のうえ熱処理を施すこ
とにより、耐CO2 腐食、耐H2S 腐食にすぐれた鋼管を製
造することが可能である。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】
【発明の効果】このように、本発明によれば、耐CO2
食性、耐H2S 腐食性のいずれにも優れた鋼が製造でき、
特に石油、天然ガスの輸送等に使用される鋼管を構成し
た場合の寿命延長を大幅に図ることができ、本発明の工
業上の意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】耐H2S 腐食性評価試験におけるわれ率の定義の
説明図である。
【図2】耐CO2 腐食性評価試験におけるCr含有量と腐食
速度との関係を示すグラフである。
【図3】耐H2S 腐食性評価試験の結果をまとめて示すグ
ラフである。
【図4】耐H2S 腐食性評価試験の結果をまとめて示すグ
ラフである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で C: 0.20%以下、 Si: 1.00%以下、 Mn: 2.0 %以
    下、 P: 0.025 %以下、 S: 0.010 %以下、Cr: 0.4 〜0.
    8 %、 Cu: 0.20〜0.50%、Al: 0.003 〜0.100 %、N: 0.001
    〜0.15%、 下記の第1群の中から選ばれた1種以上の元素、 [第1群の元素] Nb: 0.005 〜0.100 %、V: 0.01〜0.50%、 Ti: 0.01
    0 〜0.500 %、 Zr: 0.01〜0.5 %、 B: 0.0005〜0.01%、 残部: Feおよび不可避不純物から成る鋼組成を有する、
    耐CO2 腐食性、耐H2S 腐食性低合金鋼。
  2. 【請求項2】 さらに、下記の第2群の中から選ばれた
    1種以上の元素を含む請求項1記載の低合金鋼。 [第2群の元素] Ni: 0.05〜1.00%、Mo: 0.05〜1.00%。
  3. 【請求項3】 さらに、下記の第3群の中から選ばれた
    1種以上の元素を含む請求項1または2記載の低合金
    鋼。 [第3群の元素] Ca: 0.001 〜0.05%、La: 0.001 〜0.05%、 Ce: 0.00
    1 〜0.05%。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の鋼
    組成を有する低合金鋼を、加熱により少なくとも80%
    以上のオーステナイトを有する組織にした後、冷却して
    マルテンサイトあるいは細粒のパーライト・フェライト
    で占められる組織とする工程および、 実質的にオーステナイトの生成がないAc1 変態点以下
    の温度域で再加熱する工程、によって熱処理して耐CO2
    腐食性、耐H2S 腐食性低合金鋼を製造する方法。
JP13067993A 1993-06-01 1993-06-01 耐二酸化炭素腐食性、耐硫化水素腐食性鋼 Pending JPH06340948A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107502823A (zh) * 2017-09-22 2017-12-22 武汉钢铁有限公司 高CO2分压环境服役415MPa级输送管线钢及其制造方法

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Effective date: 20010925