JPS60228655A - 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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JPS60228655A
JPS60228655A JP7411785A JP7411785A JPS60228655A JP S60228655 A JPS60228655 A JP S60228655A JP 7411785 A JP7411785 A JP 7411785A JP 7411785 A JP7411785 A JP 7411785A JP S60228655 A JPS60228655 A JP S60228655A
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JP
Japan
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hydrogen
induced cracking
steel
resistance
steel material
Prior art date
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Pending
Application number
JP7411785A
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English (en)
Inventor
Nobuo Totsuka
戸塚 信夫
Yoichi Nakai
中井 揚一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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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シ、特に
低燐化処理を必要とせず単純な工aKよシコヌト安に製
□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
るパイプラインにおいて、いわゆる水素誘起割れに起因
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いる。
この水素誘起割れの原因については、近年多くの研究が
報告されているが従来湿潤硫化水素環境下で見られる如
き硫化物応力腐食割れとは異なり、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
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MnSなどのA系介在
物が水素誘起割れに対して最も有害であυ、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
あることも知られている。
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、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り、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p
H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が必要となる。しかし、かくの
如きすぐれた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工程が複雑となり、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があす、単純な
工程によるすぐれた耐水素誘起割れ件鋼の開発が渇望さ
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り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。
本発明の要旨とするところは次の如くである。
すなわち、重量比にてC:o、os〜0.25%、Si
: o、o t O〜0.50 s、M n : 0.
50〜2.50 %、P : 0.020 %以下、S
:0.003S以下、Ag:0.01〜0.101、L
 a : 0.008〜0.30 %、Ca:0.0O
10〜o。010チを含有し、かッMn、p、c量に関
する条件式Mn+150P+2.50≦4.4を同時に
満足し、更にCu:0.15〜0、60 %、Ni :
 0.10〜0.60%、Ti:0.01〜0.1チ、
B : O,OO05〜O,OO5%を含有し残部はF
e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である。
本発明者らは従来法による耐水素誘起割れ件の鋼材のコ
スト高の主因が低P化工程にあることよシ、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L
aを添加することによって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LaPな
る安定化合物を形成するものと考えられる。また、特に
低P化対策を講じなくてもPが0.020 %以下でさ
えあッテ、La添加量カ0.008〜0.30 % ト
L、、かつM n 、 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0. OO3%以下
とし、0.0010〜0.0101のCa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
、0.0596未満では必要強度が得られず、また0、
 25 %を越すと溶接部の靭性を損なうので0.05
〜0.25 %の範囲に限定した。
Si: Slは脱酸上必要な元素であるがo、 o i 1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0.01〜0.50チの
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り、そ
のため少くとも0.50%を必要とする。
しかし25%を越して過多となると鋼の靭性を損なうの
で0.50−2.51の範囲に限定した。
P: Pは有害な不純物であって、La無添加の場合にはo、
 o o 81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La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La0.008〜0.3
01D添加の場合にはP 75(o、 0201よバ チ以下であれ寮安定化され異常組織の生成が抑制される
。Pが0.020 %を越すとLa添加の効果がなくな
るので0.020 %以下とした。
S: SもPと共に有害な元素であって、o、 o o a 
%を越すとCa添加による介在物の分散、球状化の効果
が十分でなくなり、偏析部に水素誘起割れを生ずるので
0.003 %以下に限定した。
A l : AIは強力な脱酸作用を有し、またCaの歩留を向上さ
せる元素であシ、そのため少くともo、oiチを必要と
する。しかし0.11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o、oi〜0.1チの範囲に限定
した。
Ca: Caは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O,OO1%を必要とする。
しかし0.010%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0.001〜0、01
0−の範囲に限定した。
ad LaはPを安定化させることを見出したが、これらのL
aによるPの安定化および偏析抑制による耐水素誘起割
れ軽減の効果はLa以外の他の希土類元素(以下REと
称する)では代替できないことも見出した。この効果を
得るためには少なくとも0.008 %の添加を要する
。しかしLaは稀土類元素で高価であるので0.3%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o、 o o s〜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(1)式によ
る規制を行なうことにより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−1−150P+2.5C≦4.4. 
・(1)このMn、P、Cの総量規制の理由は次のとお
シである。すなわち、(1)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Mn、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、Ti、B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が、より本発明の目的を
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りである。
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、0.15%未満ではその効果が少なく、0.6
 %を越すと熱間加工性をそこなうので0.15〜0.
60チの範囲とした。
Ni: Nfは耐食性の向上、靭性の向上に効果があり、またC
uを0.2〜0.6%含有する場合はCuにょる脆化を
防ぐためには0.10−0.60%添加する必要がある
しかし0.60 %を越すNiの添加は耐性化物応力腐
食割れ性をそこなうので0.10−0.60 % K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り、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.
011未満では効果がなく、0.1 %を越すと靭性を
劣化させるので0.01〜0.1%に限定した。
B: Bは焼入れ性を向上させる元素であるが0.0005−
未満では効果がなく、0.005%を越すと靭性をそこ
なうので0.0005〜0.005 %の範囲に限定し
た。
上記本発明による基本組成とM n 、 P 、 Cの
総量規制、更に基本組成のほかに前11i5cu、Ni
Tf 、Bの限定量添加によって異常組織の低減および
介在物の分散、球状化が可能とな如、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。
M n 、 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、球状化によ
る耐水素誘起割れ件の向上を明らかにするため従来鋼を
ベースにLaおよびCa添加試験を行って本発明鋼の要
件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。また、LaをLa以外の他のREで代替す
る比較鋼についても併せて比較試験した。
供試鋼はすべて連続鋳造法により鋳造し、LaおよびC
aの添加はいずれも合金ワイヤによシタンディッシュに
連続添加した。各供試鋼の化学成分は第1表に示すとお
りであり、比較鋼はアンダーライン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A1〜5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。各供試材の機械的性質は第2表に示す
とおりである。
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(11) (12) 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た。
この試験に使用した試験溶液は次の2種類であった。
(a)BP試験法: H,Sを飽和した人工海水であってpH中5.3(b)
NACE溶液: H2Sを飽和した( 0.5 %酢酸+5−食塩水)で
あってp)(中3.0 上記試験に供した試験片は、特に最も偏析の大きいと考
えられる連鋳ヌラプ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、その形状は第2
図に示す如< 100mmX20mm X’ tとし、
厚さtは元の鋼板厚みより211Trl少いもので、か
くの如き試験片を第2表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倍の顕微鏡にて観察した。この
試験結果および試料の中央偏析部のビツカーヌ硬度(5
0F)の最大値は第3表に示すとおシである。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0.5 mm以内にあるものを指し、直線状
割れとは上記階段状割れ以外の割れであって、互K O
,5am以上離れて孤立している直線状の割れである。
第 3 表 (注)◎:割れなし 02割れ微小 62割れ小×:割
れ大 ××=割れ非常に大 第1表および第3表の試験結果より明らかな如く、本発
明鋼の供試鋼A I 、 2 、3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た直線
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NAC
E条件によって著しく(15) 差異が認められ、その耐水素誘起割れ性本劣っている。
すなわち、Laを含まず、Ca処理のみのA5.La、
Cac7)複合添加の場合でもLado、 o o s
 s以下の扁4の比較鋼およびLaの代りに他のREを
添加したA 6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、本発明鋼は格段にすぐれているこ
とを示してい石。
上記実施例より明らかな如く、本発明鋼は基本組成を限
定し、かつM n 、 P 、 Cの総量を規制し、特
KLaとCaの複合添加と、限定量のCu。
N i 、 T i 、 Bを添加することにより、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K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:0、02
0 %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(16) 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が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 弁理士 中 路 武 雄 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量比にてC:0.05〜0.25チ、5iHO
    ,010〜0.50%、Mn : 0.50〜2.50
     *。 P : 0.020 %以下、S : 0.003チ以
    下、AJ:0.01〜0.10%、La : 0.00
    8〜0.30 %、C& : 0.0010〜0.01
    0%なる基本成分を含有し、かつMn、P、C量に関す
    る条件式%式% を同時に満足し、更にCu : 0.15〜0.60 
    %、N i : 0.10〜0.60 %、T i :
     0.01〜0.19b。 B : 0.0005〜0.0051を含有し残部はF
    e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 (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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