JPS586961A - 耐水素誘起割れ性にすぐれた鋼材 - Google Patents

耐水素誘起割れ性にすぐれた鋼材

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JPS586961A
JPS586961A JP10403381A JP10403381A JPS586961A JP S586961 A JPS586961 A JP S586961A JP 10403381 A JP10403381 A JP 10403381A JP 10403381 A JP10403381 A JP 10403381A JP S586961 A JPS586961 A JP S586961A
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JP
Japan
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induced cracking
steel
hydrogen
steel products
cracking resistance
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JP10403381A
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English (en)
Inventor
Nobuo Totsuka
戸塚 信夫
Yoichi Nakai
中井 揚一
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPS586961A publication Critical patent/JPS586961A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐水素誘起割れ性にすぐれた鋼材に係〕、脣に
低燐化処理を必要とせず単純な工程によ)コスト安に製
造できる耐水素誘起割れ性にすぐれた鋼材に関する。
近年、硫化水素を含む原油や天然ガスの輸送に用いられ
るバイプライ/において、いわゆる水素鰐起割れに起因
する漏洩もしくは破壊事故の報告が少くなく、ラインパ
イプ用鋼の耐水素誘起割れ性が問題となってiる。
下で見られる如き硫化物応力腐食割れとは異なシ。
次のような機構によって発生することが明らかにされて
いる。すなわち、水素誘起割れは鋼の腐食反応によって
発生した水素が鋼中に侵入し、この水素が鋼中の非金属
介在物と地鉄との界7面に集積してガス化し、そのガス
圧によって割れが発生するものである。
また鋼中の非金属介在物のうちでも、介在物先端のノツ
チ効果による応力集中が生じ易いMn8力どの大系介在
物が水素誘起割れに対して最も有害であり、鋼中の偏析
部に生ずる帯状の低温変態異常組織(以下単に異状組織
と称する)がこの水素誘起割れの最も伝播し易い組織で
あること本知られている。
上記より鋼の水素誘起割れの発生防止対策としては、割
れの起点となるA系介在物を分散1球状化し、かつ割れ
の伝播し易い異常組織の発生防止もしくは減少を図るこ
とが最も効果的であシ、従来もこの方針による具体的対
策が講じられて来た。
すなわち、先づA系介在物の分散、球状化の方法として
低SおよびCa添加が有効であることが知られている。
また異常組織の低減対策としては、種々の熱処理や圧延
後の冷却速度の規制、もしくは低P化。
C,Mn、P量の規制が有効であることが知られている
。特に最近のpH約3.0の如き厳しい腐食環境に十分
耐え得る耐水素誘起割れ性を得るためには、これらの有
効な従来技術をいくつか組合わせることか必要とな′る
。しかし、かくの如きすぐれ九耐水素誘起割れ性を得る
ためには、従来技術ではいずれも製造1糧が複雑となシ
、その結果コストの上昇が避けられないという大きな欠
点かあ夛、単純な工程によるすぐれた耐水素誘起割れ性
鋼の開発が渇望されていた。
本発明の目的は耐水素誘起割れ性鋼製造における前記従
来技術の欠点を克服しよシ単純な工程によってコスト安
のすぐれた耐水素誘起割れ性を有する鋼材を提供するに
ある。
本発明のこの目的は下記要旨の次の2発明によって達成
される。                  ″1第
1発明の要旨とするところは次の如くである。
すなわち1重量比にてC: 0.05〜α251S!:
 α01 0〜0.50−、  Mn:0.50〜!5
01G、P : 0.020−以下、8 : 0.00
3−以下、Aj: α01〜0.109G、 La: 
 αOO1〜α301G、Ca:α0010〜0.01
0−を含有し、かつMn。
P、C量に関する条件式Mn−)150P+45=C≦
&5を同時に満足し、残部は−Feおよび不可避的不純
物よ〕成ることを特徴とする耐水素誘起割れ性にすぐれ
た鋼材である。
第2発明の要旨とするところは、上記第1発明の要件を
構成する鋼組成のはかに更にCu:α1s〜a60 s
、 Nh O,10〜(La 0 %、 Cr:α1〜
&〇−1Mo:(10i 〜101、Nb:aol−(
Ll−、v:o、oi 〜(Li2S、Zr:aol 
〜alll、T1:α01〜0.1嘩、B:α0005
〜α0−05−のうちより選ばれた1種本しくけ2種以
上を含有し、残部はFdrよび不可避的不純物より成る
ことを特徴とす°る耐水素誘起割れ性゛にすぐれた鋼材
である。
本発明者らは従来法のコス)Aの主因が低P化工程にあ
ることより、低P化工程を経ずに同一効果を得る方法を
研究した結果、少量のLaを添加することKよってPが
安定化し、そのためPの偏析が抑制され異常組織の発生
が制限されることを見出した。この場合添加したLaと
Pとが反応してLtPなる安定化合物を形成するものと
考えられる。
また、4?に低P化対策を講じなくてもPがα020チ
以下でさえあって、L1添加量がα001〜0.30−
とし、かつMn、P、Cの総量規制を実施することによ
って異常組織の発生が抑制され、またたとえ異常組織が
若′干生成してもその硬度がビッカース硬度で350以
下となるため、同時にSをo、oosチ以下とし、O:
0010〜0.010−のC1を添加して適切な介在物
の分散、球状化による形態制御を行なえば鋼の耐水素誘
起割れ性を著しく向上させることができることを見出し
、本発明を得たものである。
本発明鋼における成分限定理由は次のとおりである。
C: Cは鋼の強度を得るために最も効果のある元素であるが
、0.05−未満では必要強度が得られず。
またα25チを越すと溶接部の靭性を損なうのでα05
〜α25チの範囲に限定した。
S!: 8iは脱酸上必要な元素であるがα01−未満では脱酸
効果がなく、また0、50−を越して過多となると鋼の
靭性を劣化させるのでα01〜α5〇−の範囲に限定し
た。
Mn: Mnは鋼の強度を確保するために必要な元素であシ、そ
のため少くともα50−を必要とする。しかし′LSS
を越して過多となると鋼の靭性を損なうのでα5〜2.
511の範囲に限定した。
P : Pは有害な不純物であって、I4添加の場合にはo、 
o o sチ以上では異常組織生成の原因となる。
しかし本発明鋼ではLlを添加することによってPを安
定化することに成功した。゛従ってLaα001〜α3
01の添加の場合にはPが0.020 %以下であれば
安定化され異常組織の生成が抑制される。
Pがα020チを越すとLa添加の効果がなくなるので
α020チ以下とした。
8: 84Pと共に有害な元素であって、α00311iを越
すとCa添加による介在物の分散、球状化の効果が十分
でなくな)、偏析部に水素訴起割れを生するので0.0
03−以下に限定した。
Al: Alは強力な脱酸作用を有し、またCmの歩留を向上さ
せる元素でTo夛、そのため少くとも0.01%を必要
とする。しかし0.1−を越すと結晶粒の粗大化を来た
し材質を劣化させるので0.01〜0.1チの範囲に限
定した。
Ca: Cad非金属介在物の分散、球状化の効果があり、その
ため少なくとも0.001 %を必要とする。しかしα
01011iを越して過多となるとCa系介在物を増加
し、却って有害となるのでα001〜    11.1
αoiosの範囲に限定した。
La: LlはPを安定化させることを見出したが、この効果を
得るためには少なくとも0.001−の添加を要する。
しかしLmは稀土類元素で高価であるのでα3嘔を越す
添加は製造コストの著しい上昇をもたらし本発明の目的
が達成できないのでα001〜0.3−の範囲に限定し
た。
上記限定組成のほかにMn、P、Cの下記a)式による
規制を行なうことによシ十分な耐水素誘起割れ性を確保
することができる。
すなわち、Mn+150F+150≦s s −・−−
−−(1)このMIS、P、Cの総量規制の理由は次の
と$Pbである。すなわち、a)式を満足しない場合に
は、偏析部にビッカース硬度にて350以上の異常組織
が生成し、十分な耐水素誘起割れ性を得ることができな
いからである。
上記基本限定組成とMu、P、Cの総量規制により耐水
素誘起割れ性を著しく向上させることができるが、更に
本発明の効果をよシ向上させるために、それぞれ限定量
のCu、 Ni 、 Cr、 Mo、 Nb。
V、 Zr、 Tj 、 Bのうちより選ばれた1種も
しくは2種以上を同時に含有し、残部はFeおよび不可
避的不純物よシ成る鋼も1本発明の目的を達成し得るこ
とが判明した。これらの元素添加の効果ならびに限定理
由は次のとお)である。
Cu: Cuは耐食性の向上、耐水素誘起割れ性の向上に効果が
あるが、(L1515チではその効果が少なく、α6s
を越すと熱間加工性をそこなうのでα15〜α6〇−の
範囲とした。
Ni: 化を肪ぐ九めにはalo−N60−添加する必要がある
しかし0.60−を越すN1の添加は耐硫化物応力腐食
割れ性をそこなうのて0.10−0.601gに限定し
え。
Cr: Crは耐食性向上1強度、靭性向上に効果があるがα1
m1未満ではその効果がなく、またaO*を越すと加工
性に悪影響を与えるためα1〜&o−の範囲に限定した
MO: Moは焼入れ性1強度の向上に効果があるがαo1−未
満ではその効果が少なく、LO−を越す多量の添加は却
って靭性の劣化を壕ねくので0.01〜10%の範囲と
した。
Nb 、 V 、 Zr ijMoとほぼ同様な効果が
あるが、Moと同理由によシそれぞれNb:αo1〜α
1−1V: Q、01〜0.15チ、Zr: 0.01
〜0.11GO範囲に限定した。
Ti: Tiは強度の向上および耐食性の向上に効果があシ、ま
たBと共存するとBの効果を強化する作用があるが0.
01−未満では効果がなく、o、1−を越すと靭性を劣
化させるのでα01−0.1−に限定した。
B: Bは焼入れ性を向上させる元素であるがo、o o o
 s銖満では効果がなく、o、oos−を越すと靭性を
そこなうのでα0005〜α()05%の範囲に限定し
た。
以上の元素の選択添加によって本発明の目的をより効果
的に達成できるが、この場合も前記基本組成のみの場合
と同様にα)式を満足するMn、P。
COB量規制が必gl要件である。
上記本発明による′基本組成とMn、P、Cの総量規制
、もしくは基本□組成のほかに前記Cu 、 Ni 。
Cr、 Mo、 Nb、 V、 Zr、 Ti 、 B
 t)限定量範囲における選択添加と、上記Mn、P、
Cの総量規制によって異常組織の低減および介在物の分
散、球状化が可能とな)、いずれも耐水素誘起割れ性に
すぐれた鋼材を得ることができた。
実施例 本発明によるLa添加によるPの安定化とP、Mn。
Cの総量規制による異常組織の低減と、低S化と同時の
Ca添加による介在物の分散1球状化による耐水素誘起
割れ性の向・上を明らかにするため1Mn    、、
、:含有量の異なる3種類の従来鋼をベースにLaおよ
びCa添加試験を行って本発明鋼と本発明鋼の要件のい
ずれかを満足しない比較鋼との耐水素誘起割れ性の優劣
を比較試験した。
供試鋼はすべて連続鋳造法によシ鋳造し、LaおよびC
mの添加はいずれも合金ワイヤによりタンデイツシエに
連続添加し九。各供試鋼の化学成分は第1表に示すとお
シであ夛、比較鋼はアンダーライ/を施した成“分につ
いて本発明鋼の要件を満足しないものである。
供試鋼Nh6〜10は制御圧延後930℃に40分間保
持した後水焼入れし、その後630℃に40分間保持す
る焼もどしを行った。その他の供試鋼はすべて制御圧延
のみでAPI規格でそれぞれx65.x70.x80相
嶺の強度に調整した。
各供試材の機械的性質は第2表に示すとおシである。
耐水素誘起割れ性の評価は、いわゆるBP試験法に準じ
た方法で行った。すなわち、試料を無負荷状態で次の如
き所定の溶液中に96時間浸漬した後、試料の断面を検
鏡し割れの有無を判定し喪。
この試験に使用した試験溶液は次の2種類であつ第2表 伽)  BP試験液: H,8を飽和した人工海水であってpH中Fh、3Φ)
NACIi:溶液: H,8を飽和した(α5チ酢酸+5悌食塩水)であって
pHキ&0 上記試験に供し九試験片は、特に最も偏析の大きいと考
えられる連鋳スラブの幅中心部に相当する位置から第1
図に示すように採取したものであって、その形状は82
図に示す如(100mX20m+Xtとし、厚さtは元
の鋼板厚みよl)2rm少いもので、かくの如き試験片
を@211Eに示す供試材のすべてについて各3個宛製
作し、その平均評価を以て該供試鋼の゛評価とした。
而して水素誘起割れの判定は上記浸漬試験後、各試験片
毎に第3図に示す如く3断面の矢印方向面を検鏡面とし
合計9断面について10倍の顕微鋺にて観察した。仁の
試験結果および試料の中央偏析部のビッカース硬度(5
0f)の最大値は第3表に示すとおりである。第3表に
おいて、階段状割れとは試験片の板厚方向に階段状に連
続した第3表 割れであって、割れの先端から他の割れの先端までの距
離がα5■以内にある亀のを指し、直線状割れとは上記
階段状割れ以外の割れであって、互にα5m+a以上離
れて孤立している直線状の割れである。
第1表および別IA第3表の試験結果よシ明らかな如く
、本発明鋼の供試鋼Nhl、2,3,6.7.8,11
,12.13はBPテスト条件およびNACE液条゛件
とも階段状割れが全くなくま九直線状割れもほとんどな
く良好な結果が得られたが、本発明鋼の要件を満足しな
い比較鋼ではBP条件およびNA C14件によって著
しく差異が認められ、その耐水素誘起割れ性も劣ってい
る。すなわち、Laを含まず、Cm処理のみのNb5,
10.14; La 、 Caの複合添加の場合でもP
:0.020チ以上のNn4 ;La: 0.001−
以下ONn 9 ; La(Dみ添加され、Ca処理を
欠<Nb15の比較鋼はいずれも満足すべき耐水素誘起
割れ性が得られず、氷見、1′、、l 明鋼は格段にすぐれていることを示している。
上記実施例よシ明らかな如く、本発明鋼は基本組成を限
定し、かつMn、P、Cの総量を規制し、特にLaとC
aの複合添加によシ、更に必要によっては限定量のCu
、 Ni 、 Cr、 Mo、 Nb、 V、Zr。
Ti、B を選択添加することによシ、−すぐれた耐水
素誘起割れ性を有する鋼材を得ることができた。
なお、本発明鋼は単に耐水素誘起割れ性だけではなく、
最近問題となっている水素誘起割れを起点とする硫化物
応力腐食割れにも有効であり、高圧容器用鋼材、油井管
用鋼材など広い用途に適用可能である。
更に本発明鋼は特に低P化を必要とせず、P二0、02
0チ以下で十分効果を、発揮し得るので製造工程が簡単
であり、従って製造コストが割安であることも大きな効
果である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における耐水素誘起割れ性試験
に供する試験片の連鋳スラグからの採取位置を示す斜視
図、第2図は前記採取した試験片の寸法を示す斜視図、
第3図は前記試験片の所定溶液に浸漬後、水素誘起割れ
の有無を検査する試料検鏡方法を示す斜視図である。 代理人 中 路 武 雄 第1図 第2図 t・元板厚−2mm 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 a501G、Mn:α50〜2.501G、 P:0.
    020チ以下、8 : 0.003参以下、Alα・o
    i〜αlO嘔、 La: ao 01〜0.30’fk
    、C1;α0010〜a01011iを含有し、かつM
    n、P、 C量に関する条件式Mn+150 P+ L
     5 C≦!L5を同時に満足し。 残部は辣よ、び不可避的不純物より成ることを峙黴とす
    る耐水素誘起割れ性にすぐれた鋼材。 (2)重量比にてC:α05〜0.25−.81:(L
    IG’40〜0.50−、 Mn: 0.50〜!S 
    O1G、 P: 0.020−以下、S:0.0031
    1以下、ムj:0、01〜0.10−1La : 0f
    )01−a 301G、C1:00010〜0.0 i
     o *を含有し、かツMn 、 P 、 C量に関す
    る条件式Mn+150F−)!5C≦15を同時に満足
    し、更にCu: 0.15〜0.60 Ls、 Ni:
     0.10〜0.60 *、 Cr: OX 〜10 
    *、 MO:0、01〜101G、Nb  : o、o
     i 〜(kl *、  V :0.01〜(1151
    G、Zr:0.01〜allG、Ti :1・01〜α
    1哄、B:α0005〜o、oos−のうちよシ選ばれ
    た1種もしくは2種以上を含有し、残部はFeおよび不
    可避的不純物よシ成ることを特徴とする耐水素誘起割れ
    性にすぐれた鋼材。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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