JPH07258791A - 耐食性と耐硫化物応力割れ性に優れた鋼板 - Google Patents
耐食性と耐硫化物応力割れ性に優れた鋼板Info
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Abstract
応力割れ性に優れた鋼板を提供する。 【構成】 重量%で、C:0.01〜0.1%、Si:
0.02〜0.5%、Mn:0.6〜2.0%、P<
0.020%、S<0.010%、O<0.005%、
Cr:0.1〜0.5%、Cu:0.1〜1.0%、A
l:0.005〜0.05%、Ca:0.0005〜
0.005%、さらにNb、V、Tiの中から1種また
は複合して合計で0.01〜0.1%含有すること、お
よび下記の式を満足するようにMn、S、O含有量を制
限することを特徴とする。 (Mn)(S+O)≦1.5×10-2
Description
m2 程度の強度を保有し、炭酸ガスと微量の硫化水素を
含有する環境において、ラインパイプを主用途とする耐
炭酸ガス性と耐硫化物応力割れ性に優れた鋼板に関す
る。
源も対象とされている。この結果、従来使用されてきた
炭素鋼、低合金鋼の油井管、ラインパイプを適用すると
耐食性が不足する事例が発生している。さらに最近で
は、炭酸ガスとともに微量の硫化水素が混入する天然ガ
ス資源も開発の対象となっている。炭酸ガス、硫化水素
の分圧が高い場合は、ステンレス鋼等の高合金材料が使
用されるが、炭酸ガス、硫化水素の分圧が低い場合は低
合金鋼の範囲で耐食性を有する鋼が存在し得る。
する天然ガス環境においては、硫化物応力割れは発生せ
ず全面腐食が腐食形態であるが、炭酸ガスと硫化水素が
共存する環境では、全面腐食とともに硫化物応力割れが
腐食形態となる。耐硫化物応力割れ性を目的とする低合
金ラインパイプは既に多くの技術例が開示されている。
例えば、特開昭58−6961号公報には、Mn、P、
C含有量を制御することによって、また特開昭63−4
7352号公報には、Cuを添加し、中心偏析組織の硬
度を規制することによって、さらに特開昭55−128
536号公報には、Ca等を添加して介在物の形状を制
御することによって、それぞれ耐硫化物応力割れ性を改
善した鋼が開示されている。また、炭酸ガス環境におい
ては、全面腐食量を低減させるためにCrの添加が有効
であることは公知であり、特公昭53−18663号公
報には、耐炭酸ガス性に優れたCrを含有する油井管用
鋼の成分が開示されている。
応力割れ性の改善には有効であるが、炭酸ガスに対する
耐全面腐食性には効果がないか、あるいは炭酸ガスに対
する耐全面腐食性には効果があるが、耐硫化物応力割れ
性の改善には有効でない。
ともに微量の硫化水素が混入する環境において使用する
鋼に関する先に述べた従来技術の問題点に対処する性能
を有する鋼を提供することを目的とするものである。本
発明者らは、炭酸ガス環境における全面腐食の抑制には
Crの添加が有効であるが、硫化水素が共存する環境で
は多量のCrの添加はむしろ全面腐食量を増加し、耐硫
化物応力割れ性を低下させることを解明した。一方、炭
酸ガスとともに微量の硫化水素が混入する環境において
は、CrとともにCuの添加が全面腐食量の低減と耐硫
化物応力割れ性の形成に有効であり、かつ耐水素誘起割
れ性と耐硫化物応力割れ性を向上させるためにはMnと
(S+O)含有量の制御が有効であることを見出した。
この結果、炭酸ガスとともに微量の硫化水素が混入する
環境において、耐全面腐食性と耐硫化物応力割れ性を有
する鋼を発明することができた。
ろは、重量%で、C:0.01〜0.1%、Si:0.
02〜0.5%、Mn:0.6〜2.0%、P<0.0
20%、S<0.010%、O<0.005%、Cr:
0.1〜0.5%、Cu:0.1〜1.0%、Al:
0.005〜0.05%、Ca:0.0005〜0.0
05%、さらにNb、V、Tiの中から1種または複合
して合計で0.01〜0.1%含有すること、および、 (Mn)(S+O)≦1.5×10-2 を満足するようにMn、S、O含有量を制限することを
特徴とする炭酸ガスと硫化水素を含有する環境において
耐食性と耐硫化物応力割れ性に優れた鋼板にある。
る腐食試験結果を示す。点線は使用限界腐食量を示して
いる。CuとともにCrが複合添加された鋼の腐食量
は、Cr含有量が多くなるとむしろ腐食量が増加し、C
r添加量に最適範囲が存在することが示されている。図
1から明らかなように、Cr添加量最適範囲は0.1〜
0.5%である。
に及ぼすMnと(S+O)含有量の影響を評価した試験
結果を示す。Mnおよび(S+O)の含有量の積(Mn
×(S+O))が、限界量1.5×10-2を超えると巨
大延伸介在物が形成され、それらを起点として水素誘起
割れを形成する。図2から明らかなように、Mn×(S
+O)の最適範囲は1.5×10-2以下である。
応力を評価した試験結果を示す。点線は使用限界応力比
を示している。上記のMnおよび(S+O)含有量の積
が1.5×10-2以下である鋼において、硫化物応力割
れを発生せしめる試験応力(試験応力と降伏応力の比で
示した)は、Cuが0.1〜1.0%の範囲で応力比が
0.8を超え、良好な耐硫化物応力割れ性を示してお
り、Cuの最適範囲は0.1〜1.0%であることが判
る。
する環境において耐食性と耐硫化物応力割れ性に優れた
鋼の成分限定理由について以下に述べる。以下の成分量
は重量%で表示する。 C:Cは強度形成のために必須の元素であり、0.01
%以上添加する必要があるが、鋼鋳造時におけるMnの
偏析を助長するために0.1%を超えると微細な低温変
態組織を形成する可能性がある。形成された低温変態組
織には水素誘起割れが発生する可能性がある。以上の理
由から、C含有量は0.01〜0.1%とした。
含有量が0.02%未満では効果がなく、また0.5%
を超えて添加しても効果が飽和する。このため、Siの
添加範囲を0.02〜0.5%とした。 Mn:Mnは強度および靱性を形成するために必須の元
素である。0.6%より少ないMn含有量では強度形成
が困難である。しかし、図2に示すように過剰のMnは
SおよびOとともに圧延時に延伸介在物を形成し、耐硫
化物応力割れ性を低下させる。耐硫化物応力割れ性の低
下を防止するためには、図2に基づいて、Mn×(S+
O)≦1.5×10-2とする必要がある。さらに、2.
0%を超えるMnの添加は延伸介在物の形成が促進さ
れ、耐硫化物応力割れ性が低下する。以上の理由から、
Mn添加量は0.6〜2.0%とした。
介在物とマトリックス界面に偏析して耐硫化物応力割れ
性を低下させる。Pが0.02%を超えて含有される場
合に耐硫化物応力割れ性の低下が顕著になるので、含有
量を0.02%を超えない範囲とした。 S:SはMn、Oとともに延伸介在物を形成し、耐硫化
物応力割れ性を低下せしめるため、先に述べたようにM
n、Oとともに含有量が制限される。Sが0.010%
を超えて含有される場合は延伸介在物の形成が顕著にな
るので、含有量を0.010%を超えない範囲とした。
成し、耐硫化物応力割れ性を低下せしめるため、先に述
べたようにMn、Oとともに含有量が制限される。Oが
0.005%を超えて含有される場合は延伸介在物の形
成が顕著になるので、含有量を0.005%を超えない
範囲とした。 Cr:Crは本発明鋼が適用される炭酸ガスと硫化水素
を含有する環境において全面腐食を抑制するために有効
な成分であるが、耐硫化物応力割れ性の形成には効果が
ない。上記環境における適用材の限界腐食量は0.5m
m/yであり、図1に示すように、全面腐食の抑制には
Cr量が0.1%未満では効果がない。一方、CuとC
rが複合添加された鋼の場合、多量のCr添加はむしろ
腐食量が増加し、Cr量が0.5%を超えると腐食量が
限界腐食量を超える腐食量となるので、Crは0.5%
を上限とする。以上の理由から、Cr添加量は0.1〜
0.5%の範囲とする。
る環境において、図3に示すように、耐硫化物応力割れ
性を形成させるために有効な添加元素であるが、多量の
添加は熱間加工性と溶接性の低下をもたらす。従って、
Cuの含有上限量を1.0%とした。また、Cu添加量
が0.1%未満では効果がない。このため、Cuの下限
を0.1%とした。
添加量が0.005%未満では効果がなく、また0.0
5%を超えると効果が飽和する。このため、Alの添加
範囲を0.005〜0.05%とした。 Ca:CaはAlとともに添加されて脱酸材として作用
することと、脱硫材としても作用する。Ca添加量が
0.0005%未満では効果がなく、また0.005%
を超える添加は巨大酸化物を形成して耐硫化物応力割れ
性を低下させる。このため、Ca添加量は0.0005
〜0.005%の範囲とした。
化により機械的強度を形成するために1種または複合し
て添加する。これらを合計した添加量が0.01%未満
では効果がなく、また0.1%を超える添加は巨大酸化
物を形成して耐硫化物応力割れ性を低下させる。このた
め、これらの合計した添加量は0.01〜0.1%の範
囲とした。
2および図3に示した試験条件で実施した。
る炭酸ガス環境において優れた耐食性、耐水素誘起割れ
性、および耐硫化物割れ性を有する鋼を提供することが
可能となった。
量に及ぼすCr含有量の影響を示す図である。
有量の影響を示す図である。
示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 重量%で、C:0.01〜0.1%、S
i:0.02〜0.5%、Mn:0.6〜2.0%、P
<0.020%、S<0.010%、O<0.005
%、Cr:0.1〜0.5%、Cu:0.1〜1.0
%、Al:0.005〜0.05%、Ca:0.000
5〜0.005%、さらにNb、V、Tiの中から1種
または複合して合計で0.01〜0.1%含有するこ
と、および下記の式を満足するようにMn、S、O含有
量を制限することを特徴とする炭酸ガスと硫化水素を含
有する環境において耐食性と耐硫化物応力割れ性に優れ
た鋼板。 (Mn)(S+O)≦1.5×10-2
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