JPS61157658A - 耐応力腐食割れ性に優れたラインパイプ用鋼 - 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】 「発明の目的」 本発明は耐応力腐食割れ性に優れたラインパイプ用鋼に
係り、土壌中に２インパイプが埋設されて利用されるに
当シ、土壌中に生成した炭酸塩を主成分とする腐食環境
においてパイプ外面に発生する応力腐食割れに対して抵
抗性の高いパイプ用鋼を提供しようとするものである。

考鷹上の利用分野 土壌中に埋設されるラインノくイブ用鋼。

従来の技術 埋設パイプラインに関し土壌中におけるノくイブ外面の
腐食を防止するためには塗料により塗覆して電気防實が
施されることが多いが、このようなラインパイプに応力
腐食割れをもたらす環境の１つに湿性の炭酸−重炭酸塩
環境（以下炭酸塩環境という）が知られている。即ちこ
の応力腐食割れの特徴は管軸方向にそって亀裂が管外面
に発生し、管厚方向に進展するものであり、特に天然ガ
スなどの危険物を輸送するラインにおいては重大な災害
を起しかねず、埋設ラインパイプ網の拡大につれて、こ
の割れを防止することが安全操業面での重要な課題とな
っている。

然して前記したパイプ外面の塗装は入念に行われるとし
ても、使用中の性能劣化や機械的損傷、或いは不適切な
塗装施工による場会にはピンホールなどの迩膜欠陥の存
在することは不可避旬でるり、このような欠陥部におい
てはナトリウムイオン等を含むアルカリ物質が蓄積し、
条件によってはこれと土壌中の炭酸ガスとの化学反応に
より炭酸塩環境が形成される。又血膜剥離の進行と共に
電気防食効果が低下するのみならず応力腐食割れ発生に
都合のよい電位にこのような位置の鋼表面が維持され、
内圧の変動を受けなから管周方向に生ずる引張応力の助
長作用によシ応力腐食割れが生ずることが多い。

そこで従来においては塗装材料の性能向上や塗装前処理
法を含む塗装方法の改善に徨々の提案、努力が重ねられ
ている。

発明が解決しようとする問題点 然し上記のような促米法によるものは何れも好ましい解
決策を確立するに到っていないことは一般に知られてい
る通りである。従って従来においては操業条件との関係
において割れを防止すべく、電気防食条件の適正化を図
り、或いは割れ発生を促進するような温度を低下すべく
操業ｆＭ度の制御などを実施せざるを得ない。しかもこ
れらによる効果は不安定であったり、環境条件の変化に
影響を受けたりして必ずしも有効でない。このためこの
ようなラインパイプ用鋼の製造技術面に関し、前記塗装
前処理条件と関連して鋼表面のミルスケールや錆で防去
し、或いは割れの起点となり易いノー−トスポットの低
減を図ることも検討されているとしても消極的であって
充分な効果を得難いことは明かでるる。従って近時にお
ける石油系エネルギーの安定供給の要請される社会的条
件下において、前記した炭酸塩による応力腐食割れは１
つの問題点とならざるを得ない。

「発明の構成」 問題点を解決するための手段 Ｃ：　０．００３〜０．１０ｗｔ％、　Ｓｉ　：　０．
５０ｗｔ％以下。

Ｍガニ　ｏ、８ｗｔＸ以下、　　　Ｐ　：　０．０３ｗ
ｔ％以下。

Ｓ　：　０．０１ｗｔ％以下、　　Ｎｉ：　１．５〜８
ｗｔ％Ａｔ　：　０．０７ｗｔ％以下。

を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなること
を特徴とする耐応力腐食割れ注に浚れ友ラインパイプ用
鋼。

上記したラインパイプ用鋼には Ｚｒ　：　０．００５〜０．１００　ｗ　ｔ％、　ＲＥ
Ｍ：　０．０３ｗｔ％以下。

Ｃ＆二　〇、００１０〜０．００５０ｖ　ｔ　％。

の何れか１種又は２種以上？百有させることができ、又 Ｃｕ：　０．５０ｗｔ％以下、　　Ｃｒ：　０．５（ｈ
ｒｔＸ以下。

Ｍｏ：　０．３（ｈｗｔ％以下、　　Ｎｂ：　０．１０
ｗｔ％以下。

Ｖ　：　０．１０ｗｔ％以下、　　Ｔｉ　：　０．００
５〜０．１０ｗｔ％。

Ｂ　：　０．０００５〜０．００２０ｗｔ％。

の何れか１種又は２種以上を含有せしめることができる
。更に前記した各群の成分を併せて含有させることもで
きる。

作用 Ｃを０．００３ｗｔ％以上含有させることによって粒界
脆性の問題を回避し、又０．１０％以下とすることによ
って炭化物の総量を低下し耐応力腐食割れ性能を向上す
る。Ｓｉが０．５０％以下とされることによって靭性劣
化をなからしめ、Ｍｎを０６８％以下の範囲で含有させ
ることによって脱酸全図υながら粒界にそった応力腐食
割れをなからしめる。

Ｆ！ｖ′ｉｏ、　０３　ｗｔ％以下とされることによっ
て機械的性質を損わしめず、Ｓ七０．０１％以下とする
ことによって伸び、靭性を劣化させない。

Ｎ１　　を１．５％以上とすることにより応力腐食割れ
に対する抵抗性を高め且つ強夏、靭性を向上し、しかも
８％以下とすることによりコストアップを避けしめる。

〃がｏ、ｏｒｘ以下とされることによシ靭性の劣化をな
からしめる。

実施例 上記したような本発明について更に説明すると、本発明
者等は、既述したような腐實壇境条件を生ずる使用状態
においても応力腐食割れ感受性を著しく低くできるよう
に鋼成分組成と金属組織の両面より研究と実験を夏ねた
結果、降伏強さ３０〜６０〜／−級のラインパイプに適
した鋼を的確に得ることに成功したものである。

即ちこのような本発明が得られるに到った仔細について
説面すると、これまでに、この徳の炭酸塩に対する応力
腐食割れの径路としては、主として結晶粒界であること
が知られているが、その原因については完全には解明さ
れていない。

即ち粒界に析出する炭化物、あるいは粒界における高炭
素濃度が応力腐食割れ感受性をもたらすと考えられてお
り、また鋼中のＣ量を高めるとパーライト相が増し、相
対的な意味において粒界炭化物が減少するので割れ抵抗
性が増すとも言われている。実際に、鋼中のＣ量が０．
２４％以上含む鋼では、炭酸塩に対する応力腐食割れは
生じにくいことが実験的に確認されている。

然しなから、斯かる高Ｃ鋼は、ラインパイプ用鋼に欠く
ことのできない靭性や溶接性に著しく劣ったものであシ
実用鋼としては適さない。

そこで、不発明においては、逆にＣｉを抑制し、炭化物
の＃＃；量を第１に低減すると同時に、他の合省元累の
巧みな組合せによって微細炭化物としてｃ２粒内に分散
させて、相対的に粒界のＣ量を粒内上りも下げ、その結
果、耐応力腐食割れ性を同上せしめ、かつ、靭性や溶接
性の確保をはかったものである。即ち不発明の目的は、
鋼中のｃｘ’ｃ下げ、微細炭化物として粒内に分散させ
るたけでは達成できず、そこで他の合金元素の影響につ
いても撞々の検討を電ねた結果、前記に加えて、Ｍｎ含
庸賞をｗｉ％（以下単に％という）で０．８％以下に抑
え、かつ、１５％以上のＮｉ　　を添加することが、低
Ｃ−の応力腐食割れに対する抵抗性を大幅に向上させる
ことを見い出した。

この原理については必ずしも光分に解明されていないが
、斯かるＭｎとＮｉの量の制限は、Ｃ竜を低くした上に
微細炭化物を粒内に分散させ、粒界のＣｉを相対的に下
げた効果と相俟って、粒界近傍の地鉄の局部的な溶解速
度を減少せしめると考えられ、不発明の主たる特徴をな
すものである。また、Ｍｎｆｏ、８％以下とし、１．５
％以上のＮｉを添加した低Ｃ１１ｉｉ−の鋼材は、熱間
圧廷後の空冷過程でも粒内に微細炭化物が分散した強靭
な金属組織に変態するので、前記したとお９耐応力腐食
割れ性の確保に好都合であるだけでなく、ラインパイプ
用Ａとして必須の強度、靭性をも満建させうるものであ
る。

即ち、不発明によるものの前記したような技術目的達成
は、Ｃ被、”ｔｚ　Ｎｌｔをそれぞれ０．００３％≦Ｃ
≦０．０５％、１１４ｎ≦０．８％、１．５％＜Ｎｉ＜
８％と制限することによって可能となったのである。

即ち、本発明鋼における鋼成分組成を述べると以下の通
りである。

■；基本成分として、０．００３％くＣ≦０．１０％。

＆≦０．５％、１ｌｌｎ≦０．８％、Ｐ＜０．０３％、
Ｓ＜　０．０１　Ｘ、　１．５Ｘ≦Ｎｓ　＜　８．０　
Ｘ　ｒ　Ａｌ≦０，０７％とし、残部を鉄および不可避
不純物として成る鋼。

■二上記した基本成分系に、０．００５％りＺｎ＜０．
１００％、　　０．００１％≦ＲＥＭ≦０．０３％。

０．００１０％＜Ｃａ≦ｏ、ｏｏｓｏｘで示されるＺｎ
。

ＲＥＭ（希土類元素）、Ｃ＆の何れか１種又は２種以上
を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼。

■：上記し／こ基本成分系に、Ｃｕ≦０．５０％、　Ｃ
ｒ≦０５０％、　Ｍｏ　＜　０．３０　％　、　Ｎｂ　
’−０，１０９に　＋Ｖ＜　０．１０　Ｘ、　０．００
５　％　’；、　ＴＬ＜　０．１０％。

０．０００５タイ二Ｂ＜０．００２％のうちの１棟又は
２種以上を含有し、残部が鉄および不可避不純物からな
る鋼。

■：上記した基本成分系に、０．００５％≦Ｚｎ＜０．
１００％、　　ｏ、ｏｏｉ％≦ＲＥＭ≦０，０３％、　
　０．００１　Ｘ＜Ｃａ　＜　０．００５％のうちの何
れか１種または２ａｉ以上、および（：：ｕ　＜　０．
５０％、　Ｃｒ＜　０．５０％。

Ｍｏ　’−０，３０Ｘ、　Ｎｂ　（０，１０％、Ｖ：５
Ｏ１１０％、　　０．００５イく几＜０．１０％、　　
０．００５％≦Ｂ≦０．００２０％で示される合金元素
を１種または２種以上富有し、残部が鉄および不可避不
純物から成る鋼。

然してこのような本発明鋼についての成分組成範囲金、
上記に限定した理由について述べると以下のとおりであ
る。

Ｃは、炭化物量の総量を下げることを通じて耐応力騙貢
割ｎ性北の向上に寄与するので低い方が好ましいが、０
．００３％未満では粒界脆性の問題が生じるので、０．
００３％以上含有せしめ、また、０．１．０％を超える
と耐割れ性が劣化するので、０．１０％を上限とする。

Ｃ４は、脱酸のために小加するものであるが、０．５０
％を超えると靭性が劣化するためにこれを上限とした。

Ｍｎは、脱酸剤として必要であるが、０．８％を超える
と粒界に沿った応力腐貢割れが生じやすくなるために、
上限を０．８％以下にとどめる必要がある。

Ｐは、＠製造上除去し難い元素であるが、機械的性質を
損い易いので少い方が良く、通常の不！４物としての計
容範囲である０、０３％以下であれば不発明において問
題を生じない。

Ｓは、沖びや靭性を劣化させるのでできる限り低い方が
望ましいが、通常の不純物としての許各範囲内の０．０
１π以下であれば問題はない。

Ｎｉ　　は、Ｃ１Ｍ？Ｉとともに本発明の主たる待機ｆ
ｃなすものであるが、応力腐賞割れに対する抵抗性を扁
めるために有効であり、また強度、靭性の同上にも効果
を発揮するので、１．５％以上姫加する必要があるが、
８％以上宮有せしめても効果は飽第１してしまい経済的
でないので上限を８％未満とする。

〃は、鋼の脱酸剤として必要であるが、０．０７％を超
えると靭性に劣化をきたすのでこれを上限とした。

上記したような基本成分のものに対し、Ｚｎ。

ＲＥＭ、Ｃａ　　を適宜に添加することができ、即ち、
Ｚｎ、ＲＥＭ２よびＣａは、鋼中の硫化物系非金属介在
物の形態を効果的に制御すると共に、靭性の向上に肩効
であるが、ｚｎ　　は０．１０％を、ＲＥＭは０．０３
％金、７ｆｃＣａは０．００５％を超えるとその効果は
ほぼ飽和してし１うので、経済的な不利を回避するため
に前記の７口〈上限を投索の性質に−ノーの改善を図る
ために必要に応じて洗卵される元素であっで、強震およ
び靭性の向上に有効であり、適正な範囲で１　ｍまたは
２種以上金組甘わせて用いることができる。肌ちこれら
の元素について更に、詳糺に説明すると以下の如くでめ
る Ｃｕ　　は、強度の向上に寄与する元素であるが、０．
５０％を超えると、溶接性の劣化を来たし、また熱間加
工性にも患影響を及ぼすので、これを上限とした。

Ｃｒ　　は、強度の向上に有効な元素であるが、ｏ、　
ｓ　ＯＸを超えて添加してもその効果は飽和してしまい
経済的にも不利となる。

Ｍｏ　、　Ｎｂ　、および■は、必要とする強度および
靭性を得るために范加してもよい元素であるが、Ｍｏ１
−１０．３０％、Ｎｂ　オよびＶは０．１０％以下の添
加で光分目的を達成し得るものであり、それ以上？含有
せしめても、そ効果は飽和状態であって、力・つ原価が
高くなってしまうので好ましくない。

Ｂに、焼入性を向上きせるために添加してよい元素であ
るが、０．０００５　　Ｘ未満ではその効果はなく、−
万０．００２０％を超えると鋼が脆化する。

ｎは、残置、靭性を改督する目的あるいはＢの焼入性向
上を女足させる目的で０．００５％以上施加すやが、ｏ
、ｉｏ％を超えると鋼の愼械的注／Ｊ［全劣化させてし
まう。

上記したような本発明によるものの具体的な製造例につ
いて説明すると以下の如くである。

即ち先ず本発明者等が具体的に採用した本発明による鋼
および比較例としての従来鋼の化学的成分組成は矢の第
１表に示す通シであって、Ａ−Ｅ鋼は従来鋼、Ｆ〜０鋼
は本発明鋼である。

父上記したような第１表の各鋼を常法によって熱間圧延
して９．７〜２５．４ｎ＋ｓ＋厚の鋼板となし、このよ
うにして得られた各鋼板について、その（幾械的性！（
ＹＳ、ＴＳおよびＥｔ）を試験測定すると共に炭酸塩水
溶液に対する応力腐食割れ抵抗性について試験結果を要
約して示すと、次の第２表の如くである。なおこの第２
表において応力腐食割れに対する抵抗性の評価は、浚；
ＲＲ≧１．５、劣：ＲＲ＜１．５であって、このＲＲは
Ｒｉ／Ｒｏであり、又Ｒｏ　は後にも説明する第２図の
低歪速度引張り試験におけるシリコンオイル中と炭酸塩
水溶液中の荷重と時間曲線模式図において求めたもので
ある。

第　　２　　表 然して前記第２表に示した結果について説明すると、応
力腐食割れ試験は第１図に示すような機構で行われる。

即ちガラスセル１０の一端側に熱電対９を取付けたコン
デンサー８を取付け、又該ガラスセル１０の他端側には
対極１と試験片極６および比較電極に接続された塩橋５
を取付けたゴム栓４を施し、これらのコンデンサー８と
ゴム栓４との間に絶縁チャック２で各引張杆３，３間に
試験片１を取付け、引張杆３゜３に図示矢印のような引
張り荷重を与えるように成っているもので、このような
試験片１取付部分における前記ガラスセル１０の外側に
はヒータ１１が設けられたものでろって、ガラスセル１
０内には炭酸塩水溶液を充満させて試験するように成っ
ている。ところでこのように炭酸塩水浴液を満した腐食
セル１０中で、低歪速度引張り法により試験片１金破断
に至るまで連続的に引張ることにより行い、この応力腐
食割γし試験に用いた試験片は、平行部の直径３闇、長
さ２５ＴＭｎの寸法を肩する丸棒平滑型のものであり、
試験片長手方向を鋼材の圧延方向と直角になるように採
取した。また、これらの試験片は、８０℃の１規定Ｎａ
２　ＣＯｓ　＋　０．５規定ＮａＨＣＯ３水溶液に浸漬
せしめ、定電位法によシ試駒片を飽和カロメル′＃Ｉｌ
ｃ極に対して、−７００ｍＶ　の゛電位に維持したもの
であり、この電位は、従来鋼が、斯かる炭酸塩水溶液中
で高い割れ感受性を示す典型的な条件である。

上記したような腐食環境条件で試験片をｏ、ｏ　ｏ　ｉ
ｍｌ　／　””の一定の速度で引張った。即ちこの試験
手法は、腐食環境で＠表面に形成される一種の不働態皮
膜を腐食溶解速度に見合った速度で破壊することができ
るので、割れ感受性を高感度に検出し得るものである。

また、応力腐食割れ抵抗性の評価は、以下に述べるよう
にして行った。即ち、全供試材について、試験温度と引
張り速度は応力腐食試験条件と同一にし、試験環境のみ
全シリコンオイルに変えて引張実験し、ｍｌ記した第２
図に模式的に示すように、破Ｔ＃ｒに至る時間Ｔｏ？求
めた。即ちシリコンオイル中では鋼は腐賞しないので、
Ｔｏは応力腐食割れを生じない条件での破断時間を示し
ていることにｌ蒼。人に、前記した条件で炭酸塩水＃液
？用いｆｃ応力腐食試験全行い、上記のように破断に至
る時間Ｔｆを測定し、同−鋼撫に関して炭酸塩水溶液中
とシリコンオイル中の破断時間の比Ｒ１即ち、Ｒ＝　Ｔ
ｆ／Ｔｏを求めた。応力腐食割れ抵抗性に劣る鋼はど炭
酸塩水溶液中では早期に破断するのでそのＴｆは小とな
り、従って、その鋼のＲ値は小きくなる。しかし、炭酸
塩水溶液中では割れを生じない場せでも、全面腐食によ
る試験片直径の減少が起り得るので、割れ抵抗性の最終
的な評価には、各々の鋼のＲ１１（Ｒ１）　　に対する
、第２表中に示すうちの代表的な従来鋼であるＡ鋼のＲ
［（Ｒｏ　）　　の比率、ＲＲ１即ち、ＲＲ＝　Ｒｉ／
Ｒｏ　ｆ用いることは前記の通シである。

このＲＲが１．５以上の鋼の割れ抵抗性優であり、１．
５未満の場合には割れ抵抗性劣の鋼として判定すること
も前述の通りである。

即ち、上記したような本発明鋼によるときは、この第２
表より明らかなとおシ、炭酸塩水浴液中での応力腐食割
れに対れて優れた抵抗性を臂しておジ、しかもラインパ
イプに使用される鋼材の機械的性質をも満足石せること
は明かである。また、本発明は、Ｃ量、Ｍｎ量およびＮ
ｉ童の巧みな組合せＶＣよる成分組成本床の化学的効果
を前提とするものであるが、熱間圧延Ｉま以外でも適切
な再加熱後焼入れ焼戻し、あるいは焼ならし等の熱処理
によシ金属組織上、熱間圧延ままと類似の微細炭化物を
粒内に分散させ発明の目的全達成することも可能である
ことは言うまでもない。

「発明の効果」 以上説明したような本発明によるときは土壌中で生成す
る炭酸塩を主成分とした腐食環境に２いても卓越した耐
応力腐食割れ性を得しめ、従来のとの檀ラインパイプに
おける問題点をＭ効に解消するものであるから工業的に
その効果の大きい発明で必る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的自答を示すものであって、Ｒ１図
は応力腐食割れ試験についての断面的説明図、第２図は
低歪速度引張り試験におけるシリコンオイル中および炭
酸塩水溶液中の荷重と時間の曲線を示し九模式図である
。 なおこの図面において、１は試験片、２は絶縁チャック
、３は引張杆、４はゴム栓、６は試験片極、７は対極、
８はコンデンサー、９は熱電対、１０はガラスなどによ
る腐食セルを示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．００３〜０．１０ｗｔ％、Ｓｉ：０．５０
   ｗｔ％以下、Ｍｎ：０．８ｗｔ％以下、Ｐ：０．０３ｗ
   ｔ％以下、Ｓ：０．０１ｗｔ％以下、Ｎｉ：１．５〜８
   ｗｔ％、Ａｌ：０．０７ｗｔ％以下、 を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなること
   を特徴とする耐応力腐食割れ性に優れたラインパイプ用
   鋼。 ２、Ｃ：０．００３〜０．１０ｗｔ％、Ｓｉ：０．５０
   ｗｔ％以下、Ｍｎ：０．８ｗｔ％以下、Ｐ：０．０３ｗ
   ｔ％以下、Ｓ：０．０１ｗｔ％以下、Ｎｉ：１．５〜８
   ｗｔ％、Ａｌ：０．０７ｗｔ％以下、 を含有すると共に、 Ｚｒ：０．００５〜０．１００ｗｔ％、ＲＥＭ：０．０
   ３ｗｔ％以下、Ｃａ：０．００１０〜０．００５０ｗｔ
   ％、の１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不
   可避的不純物よりなることを特徴とする耐応力腐食割れ
   性に優れたラインパイプ用鋼。 ３、Ｃ：０．００３〜０．１０ｗｔ％、Ｓｉ：０．５０
   ｗｔ％以下、Ｍｎ：０．８ｗｔ％以下、Ｐ：０．０３ｗ
   ｔ％以下、Ｓ：０．０１ｗｔ％以下、Ｎｉ：１．５〜８
   ｗｔ％、Ｍ：０．０７ｗｔ％以下、 を含有すると共に、 Ｃｕ：０．５０ｗｔ％以下、Ｃｒ：０．５０ｗｔ％以下
   、Ｍｏ：０．３０ｗｔ％以下、Ｎｂ：０．１０ｗｔ％以
   下、Ｖ：０．１０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．
   １０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．００２０ｗｔ％ の何れか１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび
   不可避的不純物よりなることを特徴とする耐応力腐食割
   れ性に優れたラインパイプ用鋼。 ４、Ｃ：０．００３〜０．１０ｗｔ％、Ｓｉ：０．５０
   ｗｔ％以下、Ｍｎ：０．８ｗｔ％以下、Ｐ：０．０３ｗ
   ｔ％以下、Ｓ：０．０１ｗｔ％以下、Ｎｉ：１．５〜８
   ｗｔ％、Ａｌ：０．０７ｗｔ％以下 を含有すると共に、 Ｚｒ：０．００５〜０．１００ｗｔ％、ＲＥＭ：０．０
   ３ｗｔ％以下、Ｃａ：０．００１０〜０．００５０ｗｔ
   ％、の１種又は２種以上を含有し、更に Ｃｕ：０．５０ｗｔ％以下、Ｃｒ：０．５０ｗｔ％以下
   、Ｍｏ：０．３０ｗｔ％以下、Ｎｂ：０．１０ｗｔ％以
   下、Ｖ：０．１０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．
   １０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．００２０ｗｔ％、 の何れか１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび
   不可避的不純物よりなることを特徴とする耐応力腐食割
   れ性に優れたラインパイプ用鋼。