JPS5810444B2 - 耐水素誘起割れ性のすぐれた鋼板の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、湿潤硫化水素を含む流体、たとえばＨ２Ｓ
を含む天然ガスや原油を輸送する溶接鋼管、あるいはこ
れら流体を貯蔵するタンク等の構造用鋼板の製造方法に
関し、湿潤硫化水素に起因するいわゆる水素誘起割れに
対して、すぐれた耐性をもつ鋼板の製造方法を提案する
ものである。

天然ガスや原油の輸送や貯蔵に溶接鋼管や鋼製タンクが
使用されるが、近年、硫化水素含有率の高い油田、ガス
田の開発が進み、これらの原油、天然ガスを輸送、貯蔵
するパイプ、タンク等に、水素誘起割れに対する耐性の
すぐれたものが要求される。

特に輸送用大径鋼管、いわゆるラインパイプは、その敷
設量が膨大であることから、できるだけ安価で高品位で
あることが要求される。

またその要求は近年ますます厳しくなる傾向にあり、低
ＰＨ（＜５．０’）の苛酷な環境下においても割れ防止
可能な鋼板の要求がなされる場合もある。

現在、ラインパイプ用鋼管等は、連続鋳造材（または大
形鋼塊）から製造された熱間圧延鋼板を素材とし、これ
らを成形、溶接して製造されている。

ところが特に連続鋳造されたスラブの場合は、その凝固
過程において、スラブ厚中心部にＣ２Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、そ
の他の不純物濃度の高い偏析部いわゆる中心偏析部が生
じ、これが圧延後の鋼板の肉厚中心近傍に残存し、その
部分の水素誘起割れ感受性を高めるという問題がある。

このため、従来より製鋼条件のコントロール、および新
らしい製鋼技術の開発等各種研究がなされているものの
抜本的な解決方法は見い出されていないのが現状である
。

かかる問題も含めて水素誘起割れ防止対策として、（１
）合金元素（Ｃｕなど）の添加による水素侵入抑制効果
、（ＩＩ）Ｓ量の低減あるいは希土類金属元素（ＲＥＭ
）適正添加のＣａ併用（介在物の球状化）による割れ発
生起点の減少効果、訓圧延、熱処理条件の制御による組
織改善効果（割れ感受性の低下）などが実施されている
ものの、これらの方法では必ずしも十分とは云えず低Ｐ
Ｒの厳しい環境下においては水素誘起割れを完全に防止
することは連鋳材に限らず実際の製造技術上困難と考え
られている。

この発明は、以上の点にかんがみ、種々検討を行った結
果なされたもので、特に連続鋳造材における中心偏析の
改善を目的とし、低ＰＨなどの苛。

酷な環境下においても水素誘起割れを防止しつる鋼材の
製造方法を提案するものである。

この発明は、Ｃ０，０１〜０．３０％、Ｓｉ０．０５〜
０．６０％、Ｍｎ０．４０〜２．５０％、５ｏｌＡｌＯ
，００５〜１．００％を基本成分とし、Ｓｏ、００３％
以下の範囲でＣａとの割合（Ｃａ／Ｓ）が２〜１０とな
るようにＣａを調整し、必要に応じてその他の成分を含
有し、残部は実質的にＦｅよりなる連続鋳造スラブを熱
間で軽圧下圧延し、さらに１２００°Ｃ以上の温度で１
０時間以上加熱して通常圧延を施すことシを特徴とする
耐水素誘起割れ性のすぐれた鋼板の製造法である。

この発明の対象鋼におけるＣは０．０１未満では所要の
強度確保が難しいことあるいは、製鋼上の困難さを伴う
ことなどの点があり、０．３０％以上。

では溶接性に難点を生ずるので０．０１〜０．３０％と
した。

Ｓｉは０．０５％がキルド鋼として最低限必要な量であ
り、一方上限値については低温靭性の点より０，６０％
とした。

Ｍｎについては、強度の点より０．４０％は必要であり
、２．５０％を越えると。

靭性の劣化が生ずる。

５ｏｌＡ、ｌはキルド鋼の脱酸のため、０．００５％が
最低限必要な量であり、１．００％を越えると靭性劣化
、および表面疵の点で望ましくない。

Ｓは耐水素誘起割れ性に対して鋭敏な影響を及ぼす元素
であり、０．００３％を越えると、割れ発生の起点とし
ての代表的な非金属介在物であるＭｎＳが増大すること
により、耐水素誘起割れ性の確保が困難となる。

また非金属介在物の球状化を目的として行うＣａなとの
希土類金属元素（ＰＥＭ）の適正添加において（Ｃａ／
Ｓ ）が２〜１０となるようにＣａを調整するのはＣａ
／Ｓが２以下では割れ発生起点としてのＭｒ＋Ｓが残存
するので好ましくなく、１０以上ではＣａを含む大型介
在物が増加して鋼の清浄性を損なう。

この発明の対象鋼においては、上記の成分の他に必要に
応じて次に示すごとき合金成分を１種または２種以上含
有せしめることもできる。

すなわち、Ｎｂ、Ｖは低温靭性と強度向上のために、そ
れぞれ０．０６％以下、０１０％以下の範囲で添加する
ことができる。

さらにＣｕについては硫化水素雰囲気中における水素侵
入抑制効果と強度向上のために、０．５％以下の範囲で
添加することができる。

またＮ１は靭性の向上に有効な元素であり、９．５％以
下の範囲で添加できる。

またＣｒについては強度と焼入れ性向上のために１．０
％以下の範囲で添加できる。

その他Ｂ、Ｍｏ、Ｔｉ 等も必要に応じて添加してよい
。

上記のような成分を有する連鋳スラブを連続鋳造後所定
長さに切断し、直ちに又は１１００℃以上に再加熱を行
い５０％の圧下率で一次圧延を施す。

この一次圧下は中心偏析部に多く存在するキャビティを
圧着させる目的のためで５０％未満すなわち元のスラブ
層（ｔｏ）の１／２未満では圧着しない。

圧下率は最大量については後述の圧延時に十分細粒な高
靭性鋼かえられる厚さがあればよいが、薄くなる才で圧
延することは長時間加熱時の表面積増加によるスケール
ロスが多く１／３程度が重重しい。

加熱温度は１１００°Ｃ以上でないとキャビティの圧着
が困難である。

切断後直ちに圧延する場合も圧延工場へ送る間に冷却す
るが、この際も１１００℃以上で圧延することが望まし
い。

又再加熱温度の上限は特定する必要はないが、炉の寿命
、スラブ表面の酸化及び溶融を考慮し１３００°Ｃ以下
が望ましい。

すなわち、この軽圧下によってキャビティや微細割れが
圧着するため、後述の高温長時間加熱の効果とあい才っ
てその相乗効果により中心偏析が軽減される。

一次圧下を施されたスラブは圧延直後又は冷却後再び加
熱炉に装入される等の手段により１２００℃以上の高温
において１０時間以上の長時間加熱を施した後通常圧延
が行われる。

この際１２００°Ｃ，１０時間以上のいずれかの条件が
欠けても中心偏析の軽減は不十分となり、耐水素割れ性
能が劣化する。

なお温度は１２００℃以下でも中心偏析は軽減するが、
非常に長時間の加熱が必要であり、又スケールロスも増
加し工業的でないので１２００°Ｃ以上とした。

この発明者等は連続鋳造スラブより製造される各種鋼材
の耐水素誘起割れ性の向上について種々検討した結果上
述の製造方法により低ＰＨの苛酷な環境下においても水
素誘起割れ防止可能な耐水素誘起割れ性の著しく優れた
鋼板が得られることを見い出した。

この発明は前述の如く、軽圧下圧延（ｔｏ／２以下まで
）＋高温長時間加熱（１２００°Ｃ以上×１０時間以上
）により、中心偏析を効率よくかつ非常に偏析率を低い
範囲捷で改善しようとするもので両者のうち単独ではそ
の効果は不十分で、両者の相乗効果により中心偏析が大
巾に軽減されることを知見したのである。

加熱温度を１２００℃以上としたのは１２００℃未満で
は更に長時間の加熱時間が必要であり、生産性が悪く不
利であるので１２００℃以上とした。

また加熱温度の上限については特に規定しないが加熱炉
の能力、スラブの溶融化等を考慮して決定されるが通常
１３６０℃程度である。

又、加熱時間を１０時間以上としたのは１０時間未満で
は水素誘起割れ防止の効果が十分得られないからであり
、又、加熱時間の上限は特に規定しないが、２４時間以
上加熱しても、その効果の向上は認められず飽和するの
で２４時間程度までとするのが好ましい。

次にこの発明の実施例について説明する。

第１表Ａに示す成分の厚さ２００ｍｍと３７０ｍｍの連
続鋳造スラブを所定の長さに切断後、１２５０℃×３時
間で加熱後、一次圧下圧延して厚さ１００ｍｍ（２００
ｍｍ→１００ｍｍ）と１８Ｑｍｍ（３７０ｍｍ→１８０
ｍｍ）のスラブとし、また第１表Ｂ〜Ｌに示した成分の
厚さ３００ｍｍの連鋳スラブを所定長さに切断後、１２
５０℃×３時間で加熱後−次圧下圧延して厚さ２２０ｍ
ｍ、１８０ｒｎｍ、１５０ｍｍ、１２０ｍｍの４種類の
スラブとし、才た第１表Ｍに示した成分の厚さ３００制
の連鋳スラブを所定長さに切断し、１２５０℃×３時間
加熱後−次川下圧延して、厚さ１５０ｍｍのスラブとし
た。

上記した各−次圧下後のスラブを１２５０℃×１０時間
の再加熱を行い熱間圧延して、全て、板厚を２３．５ｍ
ｍの鋼板とした。

！た第１表Ａ−、Ｂ及びＭの各連鋳スラブを所定の長さ
に切断後比較のため元厚の１１で１２５０℃×１０時間
、および１２５０°Ｃ×３時間の加熱条件で加熱後熱間
圧延して全て板厚を２３．５ｒｎｍの鋼板とした製造条
件を第２表に示す。

上述したように、この発明法によって鋼板の製造を行っ
た結果、第１図ａ、ｂ図に板厚方向中央部（中心偏析和
尚位置）の断面顕微鏡組織を示すが、この発明法による
もの第１図ａ図（第２表Ｂ＝２材）はいわゆるバンド状
組織が消滅した良好なミクロ組織である。

一方従来の製造法による第１図す図（第２表Ｂ−６材）
は、この発明法のものにくらべてバンド状組織が認めら
れる。

このことは第２図及び第３図に示すように板厚方向にお
けるＣ、Ｍｎ、Ｐの濃度分布をＥＰＭＡ、（エレクトロ
ンプロクルベマイクロアナライザー）線分析によって行
った結果を示し、この発明法による板厚中央部における
Ｃ、Ｍｎ、Ｐの偏析軽減の結果によるものである。

なお、上記したこの発明法によるＢ−２材および従来法
によるＢ−６材について機械的性能を調らべた。

その結果を第３表に示す。この発明法による鋼板Ｂ−２
材は従来法による鋼板Ｂ−６材に比較してすぐれた性能
を有していることがわかる。

更に第２表に示すこの発明鋼及び比較鋼の各鋼板につい
て、水素誘起割れ試験を行った。

試験条件は第４表に示す。

この試験片の採取は初期スラブの幅中央に相当する鋼板
から試験片を採取し、各試験片によるバラツキをできる
だけ避けるようにした。

試験要領は第４表に示した如＜ 、（３％Ｎａｃｌ＋０
．５％ＣＩ−（３ＣＯＯＨ）溶液を溶媒としてＨ２Ｓを
飽和させた溶液中に応力無負荷の状態で５００時間浸漬
した後、１枚の試験片当り５０等分（１０ｍｍφ）し、
各位置で超音波探傷を行ない割れ検出の判定をした。

尚超音波探傷後１試験片当り少くとも１断面の検鏡によ
り水素誘起割れ有無の確認をした。

第５表に水素誘起割れ試験結果を示す。

第５表よりわかる如く、この発明法による鋼板Ａ−１゜
Ａ−４，Ｂ−１，Ｂ−２材は各種の熱処理条件によらず
水素誘起割れは全く発生しないことがわかった。

前述した如く、この発明法による一次圧下圧延後の高温
長時間加熱による加熱温度と時間と最終圧延後の鋼板の
水素誘起割れ率との関係を第４図に示す。

第４図たり加熱温度が１２００℃未満で、１０時間未満
の加熱時間では割れ防止の効果は認められない。

しかし、１２００℃未満の１１５０℃でも長時間加熱を
行なえば中心偏析が軽減し、割れ防止の可能性があるが
、生産性が悪く工業的には不利となるから好ましくない
。

以上詳述した如く、この発明法の一次圧下圧延（ｔｏ−
ｔｏ／２）十高温長時間加熱（１２００℃以上×１０時
間以上）を実施することによって水素誘起割れを防止す
ることができ、極めて有効なことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂは鋼板板厚中央部（中心偏析相当位置）に
おける顕微鏡組織を示すもので第１図ａはこの発明法に
よる鋼板の板厚方向断面組織を示す顕微鏡写真第１図す
は従来方法による鋼板の板厚方向断面組織を示す顕微鏡
写真である。 第２図はこの発明法の鋼板、第３図は従来法による鋼板
の板厚方向のＣ，Ｍｎ、Ｐの濃度分布をＥＰＭＡ、線分
析した結果を示す線図、第４図はこの発明法による一次
圧下圧延後のスラブの加熱温度と加熱時間と最終圧延後
の鋼板の水素誘起割れ率との関係を示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｉ Ｃ０，０１〜０．３０％、Ｓｉ０．０５〜０．６０
   ％、Ｍｒｌｏ、４０〜２．５０％、５ｏｌＡ−７！Ｏ，
   ＯＯ５〜１．００％を基本成分とし、Ｓｏ、００３％以
   下の範囲で、かつＣａ／Ｓが２〜１０となるようにＣａ
   を含有し、さらに必要に応じてその他の成分を含み、残
   部実質的にＦｅよりなる連続鋳造スラブを、冷却途中に
   、又は１１００℃以上に再加熱を行い５０％以上の圧下
   率で一次圧延を行い、ついで１２００℃以上の温度で１
   ０時間以上加熱して後圧延を施すことを特徴とする耐水
   素誘起割れ性のすぐれた鋼板の製造法。