JPS60213366A - 耐サワ−性の優れた電縫鋼管 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は耐サワー性の優れた電縫鋼管に係シ、さらに詳
しくは、例えば石油、天然ガス掘削あるいは輸送におい
て湿潤硫化水素を含む環境下洗あっても割れ抵抗の高い
電縫鋼管に関する。

（従来技術及びその問題点） 近年生産される石油、天然ガス中には硫化水素を含む場
合が非常に多く、さらに海水、淡水などの水が共存する
場合には、鋼表面で起こる腐食に基づく減肉だけではな
く、腐食によって鋼表面で発生した水素が鋼中に侵入す
ることによって破壊をおこすことがあシ、問題となって
いる。この破壊は高張力鋼に古くから認めら、れる硫化
物応力割れとは異なシ、外部からの付加応力がなくとも
発生が認められる。

この破壊は、環境中から侵入した水素が母材中に存在す
る圧延方向に長く伸びたＭｆ１８などのＡ系硫化物系介
在物と地鉄との゛境界に集積してガス化し、そのガス圧
によって発生するもので、ＭｎＳなどのＡ系硫化物系介
在物を割れの核として板面平行割れに成長し、この板面
平行割れが板厚方向に連結されるものである。本発明で
は、この種の割れを水素ふくれ割れと呼ぶ。

ＭｎＳなどのＡ系硫化物系介在物は、圧延方向に長く伸
びた形状が鋭い切欠となるため割れの核となりやすく、
この種の破壊にもつとも有害であるとされている。

こうした水素ふくれ割れに対する抵抗の高い鋼について
、従来から様々な研究が成され、種々の鋼が提案されて
いる。それらは、例えば、特公昭５７−１７０６５号公
報或いは特公昭５７−１６１８４号公報などにその代表
例がみられる如く、ＣａやＣＯ添加による割れ防止、極
低Ｓ化によるＭｎＳの減少、Ｃａ或いは希土類元素など
の添加によるＳの固定などを利用するものであって、こ
れらの技術によって現在迄にかなシ厳しい環境にまで耐
え得る鋼が開発されている。

ところで、電縫鋼管はホットコイルなどの鋼板を成形し
電縫溶接するものであって、言うまでもなく鋼板との決
定的な相違は溶接部及び溶接熱影響部が存在することで
ある。しかるに、電縫溶接部周辺部分の耐サワー性につ
いて検討された例は従来はとんど見当たらない。これは
通常の製造工程においてＭｎＳなどのＡ系硫化物系介在
物が多く存在するのは大型鋼塊では逆Ｖ偏析部及びＶ偏
析部であ）、連鋳片では中心偏析部であって、鋼板のコ
ツク一部には、非常に少ないこと、板面平行割れを助長
するＭｎ、Ｐのミクロ偏析が激しいのもＭｎｓなどのＡ
系硫化物系介在物が多く存在する部位と同様の部位であ
ってエツジ部にはほとんど存在しないことなどの理由か
ら、鋼板のエツジ部同士を電縫溶接して製造するいわゆ
る単巾材では、電縫溶接部周辺部分の耐サワー性は良好
であると理解されてきたからである。また、１つのホッ
ト。

コイルを幅方向に２以上に分割した上で製造するいわゆ
る多条域シの電縫鋼管では、電縫溶接部の一方或いは両
方に逆■偏析部や中心偏析部などの水素ふくれ割れ感受
性の高い部分が該当するため、水素ふくれ割れに対する
認識はあった。しかし、この場合にも対策としては主と
してＭｎＳなどのＡ系硫化物系介在物の減少とミクロ偏
析の軽減といった母材と同様の対策が施されてきた。

これに対し、本発明者は電縫鋼管の電縫溶接部について
耐サワー性を詳細に検討した結果、ＭｎＳなどの硫化物
系介在物が存在しない場合でも電縫溶接部に水素ふくれ
割れを生ずる場合があることを見出した。但し、電縫溶
接部の場合には板面垂直割れ型の水素ふくれ割れである
ことが母材部とは異なっている。さらに、この種の水素
ふくれ割れは、本質的に鋼板エツジ部にミクロ偏析の少
ない単巾材であっても発生することがわかった。この割
れは従来知られていないものであって、母材の板面平行
型水素ふくれ割れと同等あるいはそれ以上に重大な問題
である。しかし仁の割れは従来の水素ふくれ割れに対す
る対策鋼を使用した電縫鋼管でも発生し、従来技術で紘
防止できないことがわかった。

本発明者は、こうした全く新しいタイプの板面垂直型水
素ふくれ割れに対する抵抗の高い鋼管を開発せんとして
研究を続けてきた結果、第１図に模式的に示す電縫鋼管
１の電縫溶接部の水素ふくれ割れの原因は、電縫衝合部
２及びその両側のＺｌ及びんが１００μｍ以内の熱影響
部３に存在する板状の酸化物系介在物であることを突き
止めた。さらＫこれら板状の酸化物系介在物のうち、第
１図に示される電縫衝合部２の両側Ｚｌ　＝　Ｚ、　＝
１００μ扉以内の横断面でみた介在物の形状として板厚
方向の長さと円周方向の長さとの比が２以上でかつ長径
１０μｍ以上の介在物が、水素ふくれ割れ発生の核とな
ること、板厚方向の長さと円周方向の長さとの比が２以
上でかつ長径１０μｍ以上の介在物がｌ−あたシの横断
面中に５個を超えて存在するような酸化物系介在物の密
度となるときには、核発生した水素ふくれ割れが相互に
結合して巨視的な割れに成長することを見出した。

さらに、本発明者の研究によれば、これら板状の酸化物
系介在物は、母材中に予め存在した球状に近い酸化物系
介在物が電縫溶接時の熱影響によって鋼の融点近くＫま
で加熱されたうえ、スクイズ、ロールによって両側から
加圧されるために板状に変形して生成することが明らか
となった。加えて、酸化物系介在物中にＱａを含有する
など複合系の酸化物系介在物である場合に著しく変形し
やすくなることをも見出した。

（発明の構成） 本発明はこうした知見に基づいてなされたもので、その
要旨とするところは、電縫衝合面を中心として両側１０
０μｍ以内に含まれる酸化物系介在物のうち横断面でみ
た介在物の形状として板厚方向の長さと円周方向の長さ
との比が２以上でかつ長径１０Ａｍ以上の介在物が１−
あたりの横断面を切る個数が５以下であることを特徴と
する耐サワー性の優れた電縫鋼管にある。

以下に本発明の詳細な説明する。

まず本発明は耐サワー性に優れた電縫鋼管全般を対象と
するものであるが、その基本成分系としては重量％で０
０．２０％以下、ｓｉ□。０２〜１．０％、　Ｍｎ　０
．２〜１．８％、Ｐ０．０３Ｘ以下、Ｓ０．００５％以
下であるものが好ましい。これらの成分を限定する理由
は以下の通りである。

Ｃはもつとも安定して鋼の強度を増す元素であるが、０
．２０％を超すと靭性や溶接性を損なうので使用が困難
である。

Ｓｌは脱酸上必要な元素なので０．０２％以上含有する
ことが必要であるが、靭性確保のために上限含有量を１
．０％にすべきである。

Ｍｎは、脱酸および強度靭性保持の点から必要な元素で
あるが、溶接性確保のためには上限含有量を１．８％に
おさえるべきである。また、強度。

靭性の確保の面から０．２％以上の含有量が必要である
。

Ｐは母材の水素ふくれ割れを伝播しやくする元素であり
、ｏ、ｏ３％以下とすべきである。

ＳはＭｎと結合して母材部の水素ふくれ割れの起点とな
るＭｎＳをつくるので、０．００５％以下に抑えなけれ
ばならない。

次に、本発明の最大の骨子とするところは、前述の通り
電縫衝合面を中心として両側１００μｍ以内に含まれる
酸化物系介在物のうち横断面でみた介在物の形状として
板厚方向の長さと円周方向の長さとの比が２以上でかつ
長径１０μｍの介在物が１−あたシの横断面を切る個数
が５以下とすることにあるが、これは次に述べる理由に
基づくものである。

まず、介在量を規定する範囲を電縫衝合面を中心として
両側１００μｍ以内に定めたのは、電縫衝合部を含む試
験片での数多くの耐サワー性試験と詳細な観察の結果、
水素ふくれ割れの発生しているのは１００μ島以内であ
り、その起点となる板状の酸化物系介在物も′１００μ
ｍ以内に殆んど集合しているからであ、！７．１００μ
ｍを超える範囲には非常に稀にしか存在せず、割れが核
発生しても連結しないので巨視的な割れには成長し得な
いからである。

接の熱影響とスクイズ、ロールによる加圧によって変形
し、水素ふくれ割れの原因となるからである。ここで、
本発明でいう酸化物系介在物とは、酸化物及び酸化物を
主体として少量の硫化物を含む複合物から成る介在物を
指す。なお、参考迄に付は加えるならば、もとより母材
部の耐サワー性確保のため硫化物系介在物量は著しく減
少された鋼が主たる対象となっているものであるから、
酸化物系介在物量に着且したものである。

介在物の形状として板厚方向の長さと円周方向の長さと
の比を２以上としたのは、詳細な観察の結果このような
板状に変形した介在物が割れの核発生に対し起点となる
こと、逆に板厚方向の長さと円周方向の長さとの比が２
未満の介在物は割れ発生に対しては有害でないことが実
験の結果間らかになったためである。なお、本発明にお
いては酸化物系介在物の変形の方向性を板厚方向と円周
方向について規定しているが、介在物の変形が溶接加熱
時の加圧によって生ずることから、酸化物系介在物は必
ずしも正しく板厚方向に伸びている訳ではなく、いくら
か斜めになっているものもあるが、もちろん少々斜めに
力っても割れの起点となることに全く変わりはないので
ある。本発明では、このような介在物については斜めと
なった最長方向の長さとそれに直角な方向の長さとの比
が２以上のものについて考える。また、長径１０μｍ以
上の介在物としたのは、長さ比が２以上であっても長径
が１０μｍ未満の微細な介在物は割れの起点とならない
ことを実験によって見出したことに基づくものである。

さらに本発明において、これら介在物が１ｍｊあたシの
横断面を切る個数を５以下としたのは、前記の如き形状
及び寸法の介角物が１−あた９５個を超えて横断面を切
る場合に、核発生した水素ふくれ割れが相互に連結され
ることを実験によって見出したことに基づくものである
。

以上のような要件を満足せしめるためＫは、たとえば以
下に述べるような技術を適用することＫよって達成が可
能である。まず、溶鋼の脱酸、脱硫或いはＣａ添加など
の処理後に残留する酸化物系介在物を徹底的に除去する
ことが有効であシ、これは例えば溶鋼容器の底から不活
性ガス吹き込みＫよって溶鋼中介在物の浮上を促進する
ことＫよって実現できる。また、例えばＡｔやＴＩ　の
ような高融点酸化物を形成する元素を多量に添加して、
鋼中の酸化物系介在物を単一成分かつ高融点の化合物に
変化せしめて、溶接時に変形しにくくすることも有効で
ある。この場合、Ｃａ添加鋼或いは、脱硫や硫化物形態
制御のためＫＯａを添加する鋼では、鋼中のｃａｙｈｔ
比を０．１０以下とすることが望ましい。

或いは電縫溶接時のスクイズ、ロール圧よる加圧力を低
下せしめて、酸化物系介在物の変化を防止或いは減少せ
しめることも極めて有効である。

但し、この場合溶接欠陥を生じないような溶接条件及び
加圧力の制御が必要であることは言うまでもない。

その他機々な技術を適用することができるが、要するに
板状の介在物の原因となる母材中の酸化物系介在物量を
減少させておくか、溶接時に変形しＫくい組成の介在物
を積極的に形成するか、或いは溶接時の変形の少ない溶
接とするかなどによって本発明の要件を満足せしめるこ
とが可能である。

本発明鋼管用の鋼の製造工程としては、熱間圧延のまま
でも良く或いは、圧延材を規準、焼戻し又は焼入焼戻し
する工程を適用することもできる。

また電縫溶接後、電縫溶接部近傍のみ或いは鋼管全体を
規準、焼戻し、又は焼入焼戻しする工程を適用しても良
い。なお、鋼或いは鋼管に熱処理を施すか否かは、強度
、靭性等信の機械的性質確保の必要に応じて決定すれば
良い。

以下本発明の効果を冥施？ｌＪＫよりさらに詳細に説明
する。

（実施例） 第１表中の１〜６は本発明鋼管、７〜１１は比較材であ
る。これらは、第１表に示す組成の鋼を１１■厚の鋼板
に熱延後通常の工程によって電縫鋼管とした。特に１〜
３は不活性ガス吹き込みＫよって溶鋼中の介在物の除去
を充分に打字ったものであシ、４〜６はＡｔを多量に添
加することＫよって鋼中の介在物をほぼ完全にＡｔｚＯ
ｓとしたものである。

次にこれらの電縫鋼管から、第２図に示す要領で肉厚１
１＝ｌ１ｍの鋼管の電縫溶接部を含んで厚さＬ２＝９ｍ
、幅Ｗ＝２０日、長さＬ　＝　１００　ｍの試験片を採
取し、耐サワー性の評価試験に供した。

なお図中４は溶接方向である。

耐サワー性の評価試験としては、上記の試験片をＨａｓ
飽和人工海水に０．５％ＣＨ３０００Ｈを添加した溶液
（ｐＨ２，８〜３．８）中に９６時間浸漬し、割れを測
定した。割れ発生の有無は、第３図に示す要領で試験片
の２断面について超音波探傷し、その後断面の検鏡観察
によって判定した。同図中Ｐは板面平行割れを対象とす
るＵＳＴ探傷方向、Ｒは板面垂直割れを対象とするＵ８
’Ｊ’探傷方向である。

第２表中に上記試験結果を示す。第２表から明らかな通
シ、本発明鋼管では全く割れは発生していないのに対し
て比較材では板面平行割れは発生していないが板面に垂
直な割れが発生している。

第２表 （発明の効果） 上記の試験結果かられかる通シ、本発明はｐＨか低く厳
しい環境においても水素ふくれ割れ発生のない耐サワー
性の優れた電縫鋼管を提供することを可能としたもので
あう、産業の発展に貢献するところ極めて大なるものが
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は電縫鋼管の衝合部とその両側の酸化物系介在物
量を制限する領域を示す模式図、第２図は実施例におけ
る試験片の採取要領を示す図、第３図は実施例における
ＵＳＴ探傷方向を示す図である。 １・・・電縫鋼管、２・・・衝合部、３・・・熱影響部
、４・・・溶接方向。 代理人　弁理士　秋　沢　政　光 他２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電縫衝合面を中心として両側１００μｍ以内に含
   まれる酸化物系介在物のうち横断面でみた介在物の形状
   として板厚方向の長さと円周方向の長さとの比が２以上
   でかつ長径１０μｍ以上の介在物が１−あたりの横断面
   を切る個数が５以下であることを特徴とする耐サワー性
   の優れた電縫鋼管。