JPH0730391B2

JPH0730391B2 - 耐硫化水素性及び靭性の優れた高強度ホツト・コイル材の製造方法

Info

Publication number: JPH0730391B2
Application number: JP16739986A
Authority: JP
Inventors: 正明堀江; 忠宜酒井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-07-15
Filing date: 1986-07-15
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPS6324014A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は高強度ホット・コイル材の製造に係り、特に湿
潤硫化水素(H₂S)を含有する石油、天然ガスの輸送ライ
ンパイプ等の材料として好適な耐硫化水素性及び靱性の
優れた高強度ホット・コイル材の製造方法に関する。

（従来の技術）近年、採掘可能な油井が枯渇化してくるにつれて、多量
のH₂Sを含むいわゆるサワー油田やサワーガス田の開発
が盛んに行われるようになり、生産された原油や天然ガ
スの輸送用ラインパイプの需要も増加している。ところ
が、このようなサワー原油やサワーガスの輸送用ライン
パイプでは湿潤なH₂Sによる割れが生じる場合があり、
破壊事故につながる危険性が大きいことから、重要な問
題になっている。

湿潤H₂Sにより鋼材に生ずる割れとしては、水素誘起割
れ（HIC）と硫化物応力腐食割れ（SSC）が知られてい
る。HICは材料強度によらず、また外部応力が存在しな
くても発生することから、比較的低強度の材料でも大き
な問題になる。これは、H₂Sによる腐食反応で鋼材表面
に発生した水素が鋼中に侵入拡散し、非金属介在物と地
鉄との界面に分子状水素として析出するため、界面にお
ける内圧が高まる結果、割れを発生するもので、これら
の割れが幾つか隣接して発生すると、相互に連結するこ
とによって成長し、鋼材の全肉厚を貫通するに至る現象
である。

一方、SSCは比較的高強度の材料に応力が作用した場合
に生じる割れで、ラインパイプでは溶接熱影響部の硬化
域で問題になる場合が多いが、均一な完全焼入れ焼もど
し組織以外の比較的不均一な組織を有する場合には、母
材部でもSSCを発生する場合がある。

更に最近のラインパイプの動向として、操業圧力を上
げ、輸送効率を高めるための厚肉高強度化や、寒冷地向
けのための高靱性化が同時に要求されるようになってき
ている。

（発明が解決しようとする問題点）上述のような湿潤H₂S環境下におけるHICやSSCに対して
従来採られてきた対策としては、次のようなものがあ
る。

低硫黄化を図る方法この方法は、HICやSSCなどの割れは多くの場合、圧延に
よって展伸された硫化物系介在物に沿って発生するの
で、その数及び量を減少させる目的で低硫黄化を図るも
のである。しかし、Ｓ≦0.003％程度に低硫黄化して
も、なお偏析部では展伸硫化物の発生を完全に防止する
ことはできない。

介在物の形状制御による方法この方法は、割れ発生起点となる硫化物系介在物を球状
化し、割れを発生し難くしようとするもので、具体的に
は、Caや希土類元素を添加する方法である（特開昭51-1
14318号）。しかし、これらを多量に添加すると、Caや
希土類元素の硫化物、酸化物が多量且つ凝集して形成さ
れ、これが起点となって割れが発生する。したがって、
添加量の厳密な制御と同時に低硫黄化が不可欠である。

鋼表面に保護被膜を形成する方法これは、腐食による水素の発生及び鋼中への水素の侵入
を制御するために、Cuを添加する（特開昭50-97515
号）、Coを添加する（特開昭58-133350号）などによる
方法である。しかし、pH4.5程度以下の酸性環境では効
果がなく、また熱間加工性や溶接性が劣化するという問
題があり、材料が高価なものとなる欠点がある。

異常組織の除去による方法この方法は、割れは、Ｃ、Mn、Ｐなどが濃化偏析した部
分に形成される低温変態生成物（マルテンサイト又は下
部ベイナイト）のバンド組織に沿って容易に伝播、成長
するので、このような異常組織の生成を防止しようとす
るもので、（１）Ｃ、Mnを低減する（特開昭56-33459
号）、（２）焼入れ焼もどしを行う（特開昭50-108119
号）、（３）或いは均一ベイナイト鋼とする（特開昭53
-52223号）などの方法が提案されている。しかし、
（１）の方法では高強度にすることができず、（２）の
方法では消費エネルギーの増大や生産能率の低下を招く
という問題がある。更には、（３）の方法により得られ
る極低炭素ベイナイト鋼は従来のフェライト・パーライ
ト鋼と比べて、高強度で且つ耐硫化水素性が優れている
という利点を有するが、本技術をホット・コイル材の製
造に適用した場合には、なお靱性が著しく低下したり、
耐HIC性や耐SSC性が低下したりする場合がある。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、高強度
で且つ延性に優れ、しかも耐HIC、耐SSC性等の耐硫化水
素性の優れたホット・コイル材を製造する方法を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段）上記目的は達成するため、本発明者は、前記（３）の方
法をホット・コイル材の製造に適用した場合に生ずる靱
性低下並びに耐硫化水素性の低下の原因について分析検
討を加えたところ、ホット・コイル材における脆化の原
因は巻取後の徐冷による粒界脆化にあり、これが特に耐
硫化水素性の低下をもたらすことが判明した。

そこで、前記（３）の方法をホット・コイル材の製造に
適用するに際し、極低炭素ベイナイトを主体とする組織
を得ると共に粒界脆化を防止できる方策について種々研
究を重ねた結果、特定の化学成分を有する鋼につき、そ
の熱間圧延条件、圧延後の冷却条件、巻取条件等を厳密
に制御することにより、可能であることを見い出したも
のである。

すなわち、本発明は、C:0.005〜0.08％、Si:1.0％以
下、Mn:1.0〜2.5％、P:0.02％以下、S:0.01％以下及びA
l:0.005〜0.1％を含み、必要に応じてCu:0.5％以下、N
i:0.5％以下、Cr:1.0％以下、Mo:0.5％以下、Nb:0.1％
以下、V:0.2％以下、Ti:0.05％以下及びB:0.005％以下
のうちの１種又は２種以上を添加し、更に場合によりこ
の添加に加えてCa:0.005％以下及び希土類元素:0.02％
以下のうちの１種又は２種を添加した鋼につき、該スラ
ブを950℃以上の温度で圧下率60％以上の粗圧延を行
い、850℃以上の温度で仕上圧延を行った後、10℃/S以
上の冷却速度で急冷して500〜650℃にて急冷停止し、引
き続き0.5〜10℃/Sの冷却速度で冷却して450℃以下の温
度で巻取ることを特徴とする耐硫化水素性及び靱性の優
れた高強度ホット・コイル材の製造方法を要旨とするも
のである。

以下に本発明を実施例に基づいて詳述する。

まず、本発明法で対象とする鋼の化学成分の限定理由を
説明する。

C:0.005〜0.08％Ｃは強度を得るために必要な元素で、そのためには0.00
5％以上とする。しかし、Ｃ量が多過ぎると溶接性、靱
性、耐硫化水素性が劣化するので、0.08％を上限とす
る。

Si:1.0％以下 Siは溶鋼の脱酸のために添加するが、多過ぎると溶接性
や靱性が劣化することになるので、1.0％以下で添加す
る。

Mn:1.0〜2.5％ Mn量は、低過ぎるとフェライト量が過剰となるため、高
強度が得られなくなると同時に、炭素がベイナイト中に
濃縮されて靱性、耐硫化性水素性が劣化するので、1.0
％以上添加する。しかし、多過ぎると溶接性が劣化し、
また偏析が著しくなり、耐硫化水素性も劣化するので、
2.5％を上限とする。

P:0.02％以下Ｐは不純物元素であるので低いほど好ましい。高過ぎる
と、Mnと同様に偏析が著しくなり、耐硫化水素性が劣化
するので、0.02％以下に抑える必要がある。

S:0.01％以下ＳもＰと同様、不純物元素であるので低いほど好まし
い。高過ぎると硫化物量が増加し、耐硫化水素性が劣化
するので、0.01％以下に抑える必要がある。

Al:0.005〜0.1％ Alは溶鋼の脱酸のために0.005％以上を添加する必要が
あるが、高過ぎると酸化物系介在物が増加し、耐硫化水
素性が劣化すると共に溶接性、靱性も劣化するので、0.
1％を上限とする。

以上の必須元素の他に、本発明においては、以下に示す
元素の１種又は２種以上を強度向上のために必要に応じ
て少量添加することができる。

Cu:0.5％以下 Cuの添加は、所要の強度確保のもとに比較的pHの高いサ
ワー環境で、腐食及び水素侵入の防止に有効である。し
かし、添加量が多過ぎると熱間加工性、溶接性が劣化す
るので、0.5％を上限とする。

Ni:0.5％以下 Niは強度、靱性の向上をもたらし、またCu添加による熱
間加工性劣化の防止のために有効な元素である。しか
し、過度の添加は経済的に不利であるばかりでなく、耐
SSC性を劣化させるので、0.5％を上限とする。

Cr:1.0％以下 Crは強度向上、耐食性改善のために有効な元素である
が、Cr量が多過ぎると溶接性が劣化するので、1.0％を
上限とする。

Mo:0.5％以下 Moは強度、靱性、耐食性向上のために有効な元素である
が、Mo量が多過ぎると溶接性が劣化するので、0.5％を
上限とする。

Nb:0.1％以下 Nbの添加は炭窒化物析出により強度向上をもたらすが、
過剰に添加しても効果は飽和し、経済的に不利であるの
で、0.1％を上限とする。

V:0.2％以下Ｖの添加は、Nbと同様、炭窒化物析出により強度向上を
もたらすが、過剰に添加しても効果は飽和し、経済的に
不利であるので、0.2％を上限とする。

Ti:0.05％以下 Tiは、Ｂ添加鋼において、ＮをTiNとして固定し、Ｂの
初析フェライト阻止効果を有効に作用させる。しかし、
Ti量が多過ぎると粗大なTiNを成形し、これがHIC、SSC
の起点となるので、0.05％を上限とする。

B:0.005％以下Ｂはγ粒界に偏析して初析フェライトの核生成を遅ら
せ、ベイナイト量を増すことによって強度向上に寄与す
るが、しかし、過剰に添加すると靱性劣化を招くので、
0.005％を上限とする。

なお、上記任意添加元素と共に更に以下に示す元素の１
種又は２種を必要に応じて少量添加することができる。

Ca:0.005％以下 Caの添加は硫化物の形状制御に有効であるが、過剰に含
むと酸化物系介在物が増加し、靱性、耐硫化水素性が劣
化するので、0.005％を上限とする。

REM（希土類元素）:0.02％以下 REMの添加は硫化物の形状制御に有効であるが、過剰に
含むと酸化物系介在物が増加し、靱性、耐硫化水素性が
劣化するので、0.02％を上限とする。

以上の化学成分を有する鋼に対し、本発明では特に熱間
圧延条件、圧延後の冷却条件並びに巻取条件を規制する
ことによって、粒界脆化を防止すると共に極低炭素ベイ
ナイトを主体とする組織を得ることができる。

すなわち、まず、スラブ加熱時において、不純物が多量
に偏析したγ粒界を再結晶γ粒界で置き換えることによ
り、粒界偏析を緩和すると共に、加工率を十分にとって
再結晶γ粒を微細化する必要があり、そのためには、粗
圧延を950℃以上の温度、圧下率60％以上の条件で行う
必要があり、また仕上圧延は２相域圧延とならないよう
にするために850℃以上で行う。

圧延後は多量の初析フェライトの析出を防止するために
10℃/S以上の冷却速度で冷却し、500〜650℃の間で急冷
停止する。急冷停止温度が650℃より高いと多量の初析
フェライトが析出することになり、また500℃より低い
とマルテンサイトや下部ベイナイトなどの硬化組織が生
ずることになるので、これらを防止するために急冷停止
温度は500〜650℃の範囲とする。

急冷停止後は、引き続いて0.5〜10℃/Sの冷却速度で冷
却し、450℃以下の温度で巻取る。冷却速度の上限を10
℃/Sとするのはマルテンサイトや下部ベイナイトなどの
硬化組織が生ずるのを防止するためであり、また下限を
0.5℃/Sとするのは粒界脆化を防止するためである。ま
た、巻取温度が450℃を超えると粒界脆化を防止できな
くなり、耐硫化水素性を劣化することになる。

かくして、得られるホット・コイル材は、粒界脆化を防
止できると共に、極低炭素ベイナイトを主体とする組織
を有するので、高強度で且つ靱性、耐HIC性、耐SSC性な
どの耐硫化水素性の優れた熱間圧延材である。

（実施例）第１表に示す化学成分を有する鋼片を用い、圧延、冷却
並びに巻取条件を変えて熱延シミュレーション実験圧延
を施し、板厚12mmのホット・コイルを製造した。

鋼板の1/3幅の位置から引張試験片（JIS14号Ａ試験片、
径6mm、Ｃ方向切出し）、シャルピー試験片（JIS4号、
Ｃ方向切出し）、HIC試験片（長さ100mm、幅20mm、表裏
面1mm切削）、SSC試験片（長さ75mm、幅15mm、厚さ3m
m）を作成し、それぞれの試験に供した。

HIC試験は、食塩５％と酢酸0.5％を含み、硫化水素を飽
和させた水溶液に96時間無負荷浸漬した後、１鋼種につ
いて６断面の検鏡を行い、次式で表わされる割れ長さ率ここで、ij:個々の亀裂長さ、 n :1断面内の亀裂数、 W :板幅を測定した。判定基準は、○が割れなし、△が割れ長さ
率３％未満、×が割れ長さ率３％以上とした。

またSSC試験は、４点曲げ治具により降状応力に相当す
るたわみを試験片に付与した後、HIC試験と同一の溶液
中に300時間浸漬した。その後、表面を10倍の顕微鏡に
て観察し、表面割れを調べた。判定基準は○が割れな
し、△は割れが認められる、×は割れが著しいとした。

第２表に鋼板の引張性質、衝撃特性並びに耐HIC性及び
耐SSC性の耐硫化水素性を示す。

同表よりわかるように、本発明法によるホット・コイル
は高強度で且つ優れた靱性、耐硫化水素性を示してい
る。これに対し、比較例の場合には、化学成分、圧延条
件、冷却条件又は巻取温度の少なくともいずれかが本発
明範囲外であるため、特に耐硫化水素性が劣っている。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、特定化学成分を
有する鋼につき、圧延条件、圧延後の冷却条件並びに巻
取条件を厳密に制御して、粒界脆化を防止すると共に、
極低炭素ベイナイトを主体とする組織とすることによっ
て、高強度で且つ靱性、耐硫化水素性（耐HIC性、耐SSC
性）の優れたホット・コイル材を製造することができ
る。したがって、湿潤H₂Sを含有する石油、天然ガスの
輸送用ラインパイプや、油井管、貯蔵容器などに供する
ホット・コイル材の製造に好適である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量割合で（以下、同じ）、C:0.005〜0.0
8％、Si:1.0％以下、Mn:1.0〜2.5％、P:0.02％以下、S:
0.01％以下及びAl:0.005〜0.1％を含む鋼につき、該ス
ラブを950℃以上の温度で圧下率60％以上の粗圧延を行
い、850℃以上の温度で仕上圧延を行った後、10℃/S以
上の冷却速度で急冷して500〜650℃にて急冷停止し、引
き続き0.5〜10℃/Sの冷却速度で冷却して450℃以下の温
度で巻取ることを特徴とする耐硫化水素性及び靭性の優
れた高強度ホット・コイル材の製造方法。
【請求項２】C:0.005〜0.08％、Si:1.0％以下、Mn:1.0
〜2.5％、P:0.02％以下、S:0.01％以下及びAl:0.005〜
0.1％を含み、更にCu:0.5％以下、Ni:0.5％以下、Cr:1.
0％以下、Mo:0.5％以下、Nb:0.1％以下、V:0.2％以下、
Ti:0.05％以下及びB:0.005％以下のうちの１種又は２種
以上を含む鋼につき、該スラブを950℃以上の温度で圧
下率60％以上の粗圧延を行い、850℃以上の温度で仕上
圧延を行った後、10℃/S以上の冷却速度で急冷して500
〜650℃にて急冷停止し、引き続き0.5〜10℃/Sの冷却速
度で冷却して450℃以下の温度で巻取ることを特徴とす
る耐硫化水素性及び靭性の優れた高強度ホット・コイル
材の製造方法。
【請求項３】C:0.005〜0.08％、Si:1.0％以下、Mn:1.0
〜2.5％、P:0.02％以下、S:0.01％以下及びAl:0.005〜
0.1％を含み、更にCu:0.5％以下、Ni:0.5％以下、Cr:1.
0％以下、Mo:0.5％以下、Nb:0.1％以下、V:0.2％以下、
Ti:0.05％以下及びB:0.005％以下のうちの１種又は２種
以上を含み、また更にCa:0.005％以下及び希土類元素:
0.02％以下のうちの１種又は２種を含む鋼につき、該ス
ラブを950℃以上の温度で圧下率60％以上の粗圧延を行
い、850℃以上の温度で仕上圧延を行った後、10℃/S以
上の冷却速度で急冷して500〜650℃にて急冷停止し、引
き続き0.5〜10℃/Sの冷却速度で冷却して450℃以下の温
度で巻取ることを特徴とする耐硫化水素性及び靭性の優
れた高強度ホット・コイル材の製造方法。