JPS5818967B2

JPS5818967B2 - 耐水素誘起割れ性にすぐれたラインパイプ用鋼の製造法

Info

Publication number: JPS5818967B2
Application number: JP53034880A
Authority: JP
Inventors: 永幡勉; 岡田道雄; 佐藤光信; 小林経明; 川井俊彦; 竹山宗芳; 梨和甫
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-03-28
Filing date: 1978-03-28
Publication date: 1983-04-15
Also published as: JPS54127821A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は強度レベルＡＰＩＸ−４２〜Ｘ−８０クラスの
耐水素誘起割れ性にすぐれたラインパイプ用鋼の製造法
に関するものである。

ラインパイプの利用は近年非常に大規模のものとなりつ
＼あり、そのような場合に腐食による材料の脆化が大き
な問題となっている。

特に石油や天然ガスを輸送するラインパイプなどでは原
油又は天然ガス中に硫化水素を含有する場合が多く、海
水又は淡水などと硫化水素とが共存して鋼表面の腐食に
関与する確率が高く、腐食による減量のほかに湿潤の硫
化水素環境下で発生した水素が鋼中へ侵入して鋼材内部
の非金属介在物を起点とした割れが板方向に連続的につ
ながり、やがては板厚の貫通割れとなるような水素誘起
割れの恐れが非常に高い。

これは従来知られている一般の腐食及び硫化物による応
力腐食割れとは異なる現象で、ラインパイプの破壊につ
ながる性質のものである。

又近年はコスト低下を図るために連続鋳造材を使用する
頻度が高く、その場合板厚中央部でミクロ偏析に基づく
マルテンサイト又はベーナイトの異常組織に沿った水素
誘起割れをひき起し、他の階段状割れとのつながりや微
小な負荷応力の影響も受は易いことなどで重大なパイプ
ラインの破壊事故につながる可能性を有している。

本発明はこのような苛酷な環境下での材料の新しい環境
脆化に対処するために開発されたものであって強靭性を
有しかつ上記のような異常組織に沿うた割れを含めて特
にシビアな環境であるＣ０２ガスを共存する環境下にお
いても水素誘起割れの起し難いラインパイプ用鋼を低置
に提供せんとするものでＣＯ，３係以下；Ｓｉ０．０
１〜０．８係；Ｍｎ０．５〜２．０％；Ｐｏ、０４％
以下；Ｓｏ、００７５係以下；ＣｕＯ，８％以下；Ｎｔ
２．０％以下；Ａ１０．１係以下；ＣａＯ，００５超
〜ｏ、ｏ１５％で、がつＣａ／Ｓ〉、２．ｏを含有
し、好ましくはＣ０，０５〜０．１５％；５ｉＯ００１
〜０．８係；Ｍｎ０．５〜１．５係；Ｐｏ、０４係以下
；Ｓｏ、００７５係以下；ＣｕＯ，２５〜０．３５％
；ＮｉＯ，０５〜０．１１％；ＡＡＯ，０１〜
０．０７％；ＣａＯ，００５超〜０．０１５係で
、かつＣａ／Ｓ〉２．０を含有し、残部実質的に鉄であ
る合金鋼又は上記合金鋼にさらにＣｒ１．０係以下、
好ましくは０．０２〜０．３５％；ＮｂＯ，０４係以下
；Ｖｏ、１％以下；Ｍｏ０．１０％未満の１種又は２種
以上を含有する鋼を圧延後焼戻しを行なうかあるいは焼
入れ、焼戻しを行なうことを特徴とする耐水素誘起割れ
性にすぐれたラインパイプ用鋼の製造法である。

次に本発明における鋼の成分限定の理由について述べる
。

Ｃ；０．３％以上では靭性、溶接性に望ましくなく連鋳
材では中心偏析の異常発生防止に望ましくない。

下限はＣ量が低いほど炭化物が少なくなり、耐水素誘起
割れにとって有利であるために特に限定しないが製造上
などの理由により好ましい範囲は０．０５〜０．１５係
である。

Ｓｉ；製鋼上脱酸剤として添加するものであるが、ｏ
、ｇ％以上では脆化し、また０、０１％以下では脱酸効
果がない。

Ｍｎ；０．５％以下では所望の強度が得られない。

又Ｍｎを増加するとミクロ偏析部に異常組織が発生する
が異常組織を焼戻しすることにより、水素感受性が改善
されることを知見し、靭性、強度とも改善される高マン
ガン材を使用するものである。

しかし２，０％を超えると水素誘起割れが発生する可能
性があるので２．０％以下とした。

しかし、より安定して割れ発生を防止するためには１．
５係以下が望ましい。

Ｐ；水素誘起割れ性に関係をもった元素であり、特にＰ
の増力口は中央部異常組織の発達を促進する・ので低い
方が望ましい。

そのため上限は０．０４％とする。

Ｓ；ＭｎＳをＣａＳとするがＣａＳも多くなるとクラ
スター状になり割れを誘起する場合があり、Ｓｉの上限
を０．００７５％とした。

Ｃｕ；鋼中への水素侵入が防止され水素誘起割れに効果
を有する元素で０．８％以上になると溶接性の劣化とと
もに熱間加工性に悪影響を与えるが好ましい範囲は０．
２５〜０．３５％である。

Ｎｉ；高靭性を要求する場合とＣｕ脆性の防止のため
に添加するものであるが、硫化水素による腐食に対して
は有害であり、出来れば少い方が好ましいけれども添加
するＣｕ量と靭性を高める関係から上限を２．０係とす
るが０．０５〜０，１１％が好ましい。

Ａｌ；脱酸剤として加えるが０．１％以上は鋼質を劣化
するので０．１％以下とするがＳｉの関係から０．０１
〜０．０７％が好ましい。

Ｃａ；鋼中の硫化物系介在物の形態、組成を変えるの
に非常に有利であり、０．００５％を超えて含有しかつ
Ｃａ／Ｓ〉２．０を満足した場合に硫化物系介在物
は完全に球状化し、シビアな環境にもすぐれた耐水素誘
起割れ性能を有するが、０．０１５係を超えるとクラス
ター状となり性能が劣化するので０．０１５％以下とし
た。

さらに必要Ｃａ／Ｓが２．０未満ではＭｎＳが残留し完
全に球状化しないのでＣａ／Ｓ〉２．ｏとした
。

Ｃｒ；強度向上のために有効であるが、溶接性の問題
から上限を好ましい範囲は０．０２〜０．３５係である
。

。Ｎｂ、’Ｖ：及びＭｃ；Ｃｒと同様に強
度を向上させるほか靭性をも併せて向上させるがＮｂを
０．０４係、■を０．１％、Ｍｏを０．１０％を超えて
含有させても強度、靭性の向上は少なくなりかつコスト
も高くなるので上限をそれぞれ０．４％、０．１％、０
．１０％とした。

以上本発明における鋼はラインパイプ用銅トしての必要
強度と靭性とを有しかつ水素誘起割れを防止するために
各種元素を規制して含有せしめているが、特にｐＨの低
い環境下ではＣｕ添添加よる水素侵入防止効果が消失し
てしまうので水素誘起割れの起点である伸延ＭｎＳを完
全に球状化せしめて、介在物Ａｌ１２０３と共に消滅せ
しめるために多量のＣａを添加せしめている。

本発明はさ４に上記組成を有する合金鋼の連続鋳造材を
圧延後焼戻するか又は焼入後焼戻しており、斯る熱処理
を行なうことにより介在物集辺の割れ発生抵抗を高めて
耐水素誘起割れ性をさらに改善せしめるものである。

こ＼において３００°Ｃ−Ａ１変態点以下の温度で焼戻
するのは歪場は水素が集積し易いので３００℃以上に刃
口熱して焼戻することによって圧延時に生じた介在物と
マトリックスとの間の歪を取除きさらに５００℃以上の
焼戻しを行なえば歪場の除去だけでなく圧延のま−の高
Ｍｎ材（Ｍｎ〉１．０％）においてＭｎの偏析によって
生ずる肉厚中央部のベーナイト（またはマルテンサイト
）を焼戻しベーナイト（又は焼戻しマルテンサイト）に
変えることができ、割れ発生抵抗も高まる。

また加熱温度をＡ１変態点以下にしたのはα＋１組織の
不均一領域に達するのを防ぐためである。

さらに本発明は上記組成の合金鋼をＡ３変態点乃至Ａ３
変態点＋６０℃の温度から焼入し、生ずるベーナイト（
またはマルテンサイト）を前記と同様に焼戻して焼戻し
ベーナイト（または焼戻しマルテンサイト）に変えて硬
度を下げて割れ抵抗をさらに高めるために５００℃以上
の焼戻しが必要となる。

この場合ＡＣ３変態点未満であると水素誘起割れ性能が
劣化し、ＡＣ３変態点＋６０℃を超えると靭性が劣化す
る。

′次に本発明の実施例を示し、その効果を説明する。

第１表に示す化学成分を有するパイプまたは板から長さ
１００ｍｍＸ巾２０ｍｍ＋厚さ５ｍｍの試験片を全面切
削によって採取し端面コーティングを施さず、下記第２
表に示す人工海水、純水及び０．５係酢酸溶液を溶媒と
してＨ２Ｓを飽和させた溶液中に応力無負荷の状態で９
６時間浸漬した後１鋼種当り９断面の検鏡により水素誘
起割れの判定を行ないその結果を第１表に示した。

第１表より明らかなように人工海水の条件ではＣｕ添肌
によって鋼中への水素侵入が防止され割れの発生を防止
できたが、ｐＨの低い純水や酢酸溶液中の如き浸漬条件
となるＣｕの効果が消失して割れ感受性が高くなる。

さらにｐＨの低い場合でも本発明法でない圧延のままで
は不安定になるが、焼戻し又は焼入れ、焼戻しを行なう
と安定する。

本発明はＰＨ３，２〜５．４の如き各種環境下で割れの
発生しない鋼種であり、水素誘起割れの起点となる伸延
ＭｎＳの完全な消滅のためＣａの多量添加を行なうとと
もに焼戻しあるいは焼入れ、焼戻しを行ない、水素誘起
割れ性能を大巾に改善したものである。

添付図面は低ｐＨ領域における連鋳材の割れに及ぼすＣ
ａ／Ｓ比の影響を示したものであり、本発明においては
本図と第１表とより明らかなように下記の如き効果が得
られる。

（１）Ｃａ添加は０．００５％以上のＣａ量（Ｃａ／Ｓ
〉２０）でＭｎＳからなる中心偏析を完全に消滅し、均
一を球状介在物となし、純水、酢酸の環境下での耐水素
誘起割れ性を著しく向上する。

（２）焼戻、焼入−焼戻などの熱処理を併用すると介在
物周辺の割れ発生抵抗が高くなり、完全な球状化になら
なくても耐水素誘起割れ性を著しく向上し、圧延のま＼
の場合に比べて少量のＣａ添加で割れを防止することが
できる。

（３）また過剰のＣａ添加はＣａ系介在物のクラスクー
を招き、割れが増加するが、焼戻、焼入−焼戻の熱処理
によって割れの増力口を防止することができる。

以上のように本発明においてはＣａを多量に含有せしめ
ることによってｐＨの低い純水、酢酸環境下での耐水素
誘起割れ性を著しく改善し、かつ焼戻、焼入−焼戻など
の熱処理によってさらに耐割れ感受性を向上し割れ発生
を防止し得るのであらゆる腐食環境に耐えるサワーガス
用ラインパイプとして好適なものである。

【図面の簡単な説明】

添付図面は割れに及ぼすＣａ／Ｓ比の影響を示した図表
である。図中○印は純水子′Ｈ２Ｓ（ｐＨキ４．５）、・印は０
．５係酢酸結果であり、Ａは圧延のま＼、Ｂは圧延後焼
戻し処理、Ｃは焼入−焼戻処理したものである。

Claims

【特許請求の範囲】ＩＣ０，３％以下；Ｓｉ０．０１〜０．８％；
Ｍｎ０９５〜２０％；ＰＯ，，０４％以下；Ｓｏ、００
７５％以下；Ｃｕ；ｏ、ｓ％以下；Ｎ＊
２０％以下１醪Ｏ１１係以下；ＣａＯ，Ｏ０５超〜０
．０１５％で、かつＣａ／Ｓ〉２．０を含有し、残部鉄
及び不純物より成る合金鋼を３００℃〜Ａｉ変態点の温
度で焼もどしすることを特徴とする耐水素誘起割れ性に
すぐれたラインパイプ用鋼の製造法。２Ｃ０，３％以下；Ｓｉ０．０１〜０．８％；
Ｍｎ００５〜２，０％；ＰＯ，，０４％以下；Ｓｏ、０
０７５％以下；Ｃｕ０．８％以下；Ｎｔ２．Ｏ％
以下；Ａｌ０９１係以下：ＣａＯ，Ｏ０５超〜０．０１
５％で、かっＣａ／Ｓ〉２．０を含有し、さらにＣｒ
１．０％以下；ＮｂＯ，０４％以下；ＶＯ，１％以
下；Ｍｏ０．１０係未満の１種又は２種以上を含み、残
部鉄及び不純物より成る合金鋼を３００℃〜Ａ１変態点
の温度で焼もどしすることを特徴とする耐水素誘起割れ
性にすぐれたラインパイプ用鋼の製造法。３Ｃ０，３％以下；Ｓｉ０．０１〜０．８％；
Ｍｎ０９５〜２．０％；Ｐｏ、０４係以下；Ｓｏ、００
７５係以下；ＣｕＯ，８％以下；Ｎｉ２．０％以下；Ａ
１０．１％以下；Ｃａ０．００５超〜０．０１’５％で
、かつＣａ／Ｓ〉２．０を含有し、残部鉄及び不純物よ
り成る合金鋼をＡ３変態点及至Ａ３変態点より６０℃高
い温度から焼入れ後５００℃〜Ａ１変態点の温度で焼も
どしすることを特徴とする耐水素誘起割れ性にすぐれた
ラインパイプ用鋼の製造法。４Ｃ０，３％以下；Ｓｔ’０．０１〜０．８％；Ｍ
ｎ０．５〜２．０％；Ｐｏ、０４係以下；Ｓｏ、００７
５％以下；′ｃｕ’０．８％以下；Ｎｉ２．０％以下；
Ａ１０．１係以下；Ｃａ０．Ｏ０５超〜０．０１５％で
、かつＣａ／Ｓ〉２．０を含有し、さらにＣｒ１．０％
以下；Ｎｂｏ、ｏ４％以下；Ｖ０．１％以下；Ｍｏ
０．ＩＱ係未満の１種又は２種以上を含み、残部鉄及び
不純物より成る合金鋼をＡ３変態点乃至Ａ３変態点より
６０℃高い温度から焼入れ後５００℃〜Ａ。変態点の濁度で焼もどしすることを特徴とする耐水素誘
起割れ性にすぐれたラインパイプ用鋼の製造法。