JPS6133049B2

JPS6133049B2 -

Info

Publication number: JPS6133049B2
Application number: JP20670181A
Authority: JP
Inventors: Yosha Ayama; Shigeharu Suzuki; Kuniaki Motoda
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1981-12-19
Filing date: 1981-12-19
Publication date: 1986-07-31
Also published as: JPS58107476A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は原油、LPGなどの貯蔵容器あるいは
圧力容器に使用される鋼材に関し、特に耐硫化物
応力腐食割れ性に優れた引張り強さ60Kg/mm²級の
高張力鋼に関するものである。周知のように硫化水素を含む原油やLPG等の貯
蔵用材料に高張力鋼を使用すれば応力腐食割れが
発生し易く、そのためこのような用途に高張力鋼
を使用することは好ましくないとされている。し
かしながら最近では容器の大型化や使用圧力の増
大に伴つて、高張力を使用することにより板厚の
減少を図る必要性が益々高まつている。ところで硫化物応力腐食割れ、すなわち硫化水
素雰囲気における割れは、腐食によつて鋼中に拡
散した水素による脆化が原因とされている。この
ような硫化物応力腐食割れに対しては、一般には
強度（硬度）を低くすることにより割れ感受性を
低くし得るとされており、本発明者等の実験によ
つても確認されている。すなわち本発明者が、
0.10％Ｃ−0.31％Si−1.18％Mn−0.23％Cu−0.17
％Mo−0.054％Ｖ−0.068％Al−残部Feの、化学
組成を有する従来の一般的な60キロ級の高張力鋼
を用い、930℃焼入れ−660℃焼もどしの熱処理を
行なつた鋼板について溶接入熱量を種々変化させ
て作つた溶接継手から試料片を採取し、後述する
実施例と同様な硫化物応力腐食割れ性試験を行な
つたところ、第１図に示すように表面硬さを低く
することによつて割れ発生を抑制し得ることが確
認されている。またこの硫化物応力腐食割れは溶
接部、ことに溶接熱影響部に多く発生することが
知られており、このことは溶接によつてその熱影
響部が硬化することと溶接に関係しているものと
思われる。したがつて硫化物応力腐食割れを防止
するためには、溶接熱影響部の硬さが余り高くな
いようにすれば良いと考えられるが、その場合従
来の高張力鋼では母材の強度、靭性を下げざるを
得ず、焼入れ焼もどし後の引張強さ60Kgf/mm²を確
保することが困難となり、前述のような容器に高
張力鋼を使用する本来の目的にそぐわなくなる。この発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、母材の強度、靭性を劣化させることなく耐硫
化物応力腐食割れ性を向上させた60Kg/mm²級の高
張力鋼を提供することを目的とするものである。すなわち本発明者等は硫化物応力腐食割れに及
ぼす合金元素の影響について種々検討を行つた結
果、特にCu、Ｖ、Ti、Nbを適当に複合添加する
ことにより、母材の強度、靭性を損うことなく耐
硫化物応力腐食割れ性を向上させ得ることを見出
し、この発明をなすに至つたのである。具体的にはこの発明の高張力鋼は、C0.07〜
0.15％、Si0.20〜0.50％、Mn0.90〜1.70％、
Cu0.10〜1.0％、Mo0.10〜0.50％、V0.01〜0.10
％、Al0.01〜0.10％、Ti0.01〜0.10％、Nb0.005
〜0.10％、N0.0030％以下を含有し、残部がFeお
よび不可避的不純物からなるものであり、このよ
うな鋼組成とすることによつて通常の焼入れ焼も
どし後の引張強さ60Kgf/mm²以上が得られ、かつ溶
接熱影響部のビツカース最高硬さHv（10Kg）が
270以下で硫化物応力腐食割れが生じないように
することができたのである。以下この発明の鋼についてさらに詳細に説明す
る。先ずこの発明の鋼成分の限定理由について説明
すると、Ｃは溶接硬化性を増加させる元素である
から、可及的に含有量を少なくすることが望まし
いが、少な過ぎれば必要な強度を確保できなくな
る。板厚20mm以上において通常の焼入れ焼もどし
後に60Kgf/mm²以上の引張強さを得るためにはＣを
少なくとも0.07％含有している必要があり、また
Ｃの上限は溶接硬化を抑制するために0.15％とし
た。 Siは通常の製鋼法では鋼の脱酸に必要な元素で
あり、固溶硬化により強度を向上させるが、0.20
％未満ではその効果がなく、また0.50％越えて添
加すれば靭性を害するから、0.20〜0.50の範囲と
した。 MnはSiと同様に脱酸効果があり、また低コス
トで強度上昇に寄与するが、0.9％未満ではこれ
らの効果がないから下限を0.9％とし、一方1.7％
を越えれば母材の靭性および溶接性を害するから
上限を1.7％とした。 Cuは強度増加に効果があり、また焼もどし硬
化抵抗を大きくするに効果があり、さらには耐食
性も向上させるが、0.10％未満ではそれらの効果
が少なく、また1.0％を越えれば熱間脆性を生じ
て靭性および溶接性を害するから、0.10〜1.0％
の範囲とした。 Moは強度を高めるために有効な元素であり、
特に焼もどし時の強度低下を防ぐために有効であ
るが、0.10％未満ではその効果が小さく、一方
0.50％を越えれば靭性の低下が著しくなり、また
高コストとなるから、0.10〜0.50％の範囲とし
た。Ｖはオーステナイト結晶粒の粗大化温度を上昇
させて結晶粒を細粒化させ、またMoと同様に焼
もどし時に二次硬化を生じても焼もどし硬化を防
止する。しかしながら0.01％未満ではこれらの効
果が小さく、一方0.1％を越えて添加すれば脆化
が著しくなるから、0.01〜0.1％の範囲とした。 Alは通常脱酸剤として添加されるものであつ
て、結晶粒微細化に効果があるが、、0.01％未満
ではその効果が小さく、0.10％を越えれば逆に結
晶粒の粗大化が著しくなるから、0.01〜0.10％の
範囲とした。 Tiは溶接時の冷却過程においてＮと結合して
TiNとなり、微細に分散して溶接熱影響部の硬化
を抑制するに有効であるが、0.01％未満ではその
効果がなく、また0.10％を越えて添加すれば著し
く靭性を害するから、0.01〜0.10％の範囲とし
た。 Nbは結晶粒の成長を抑制して組識を微細に
し、腐食割れに対する抵抗性を増大させるに有用
であり、また焼もどし時の軟化防止にも効果があ
るが、0.005％ではそれらの効果がなく、一方
0.10％を越えれば焼入性が低下するから、0.005
〜0.10％の範囲とした。Ｎはその含有量が0.0030％を越えれば固溶Ｎの
増加により溶接部の硬さが上昇し、耐硫化物応力
腐食割れ性を害するから、上限を0.0030％に規制
した。なおその他の不可避的不純物として含有される
Ｐ、Ｓは、その量が多ければ靭性を劣化させるの
で、いずれも0.025％以下に規則することが望ま
しい。上述のような成分範囲の鋼は製造は常法にした
がつて行えば良い。すなわち前記成分範囲の鋼を
溶製し、脱ガスを充分に行つた後、ガス吸収を抑
えて造塊し、分塊圧延または連続鋳造により鋼片
とし、次いで熱間圧延により所定の寸法の鋼板と
する。その後Ac₃変態点を越えた温度から焼入れ
し、続いてAc₁変態点未満の適正な温度で焼もど
しを行つて使用に供する。このようにして通常の
焼入れ焼もどしを行うことによりこの発明の鋼に
おいては引張強さ60Kgf/mm²以上得ることができ
る。そしてまた後述する実施例で示すように、従
来から溶接熱影響部で生じやすいとされていた硫
化物応力腐食割れが生じにくくなり、溶接熱影響
部の硬さがHv270程度でも硫化物応力腐食割れが
ほとんど生じなくなるのである。以下にこの発明の実施例および比較例を記す。実施例第１表の記号Ａ〜Ｆに示すこの発明の成分範囲
の鋼を溶製し、脱ガス処理後、ガス吸収を抑えて
分塊圧延し、次いで熱間圧延により板厚20mmの剛
板とした。そして第２表中に示す条件によつて焼
入れ焼もどしを行ない、引張試験およびシヤルピ
ー衝撃試験によつて機械的性質を調べた。さらに
上述の鋼板について被覆アーク溶接を行ない、そ
の溶接継手から採取した試験片について、熱影響
部の最高硬さを調べるとともに、硫化物応力腐食
割れ性を定ひずみ４点曲げ試験を用いて調べた。
但し溶接条件は次の通りである。すなわち、溶接
継手板厚は20mm、開先形状はＸタイプとして、開
先深さ7.5mm、ルート面の高さ５mm、開先角度60
゜、また溶接入熱量は18KJ/cm、溶接材料として
は４mmφの60キロ高張力鋼用被覆アーク溶接棒
KSM−86を用いた。一方硫化物応力腐食割れ性
試験条件は次の通りである。すなわち試験片は最
終溶接側の表面側から採取した３×10×110mmの
ものを用い、腐食液としては0.5％CH₃COOH＋
飽和H₂S（〜3000ppm）水溶液を用い、その腐食
液（室温）に３週間浸漬するとともに４点曲げに
よつて応力を付加した。比較例第１表の記号Ｇ〜Ｉに示すこの発明の範囲外の
成分の鋼を溶製し、実施例と同様にして板厚20mm
もしくは25mmの鋼板を得た。そして実施例と同様
にして機械的性質を調べ、また被覆アーク溶接を
行つて溶接熱影響部の最高硬さを調べるととも
に、硫化物応力腐食割れ性を調べた。以上の実施例および比較例の各鋼における機械
的性質および溶接熱影響部最高硬さを第２表に示
し、また実施例の鋼および比較例の鋼における硫
化物応力腐食割れ性試験結果を溶接熱影響部最高
硬さに対応してそれぞれ第２図、第３図に示す。

【表】

【表】第２表から、この発明の鋼は焼入れ焼もどし後
の引張強さが確実に60Kgf/mm²以上に達し、また衝
撃試験による破面遷移温度も−67〜−93℃と低
く、強度および靭性が優れていることが明らかで
ある。また第２図に示す硫化物応力割れ性試験結
果から、この発明の鋼においては溶接熱影響部最
高硬さがHv270でも付加応力55Kg/mm²において割
れを発生しないことが確認された。この発明の範
囲外の比較鋼においては第３図に示すように付加
応力55Kg/mm²における割れ発生限界がHvz50以下
であることと比較すれば、この発明の鋼の耐硫化
物応力腐食割れ性が著しく優れていることが明ら
かである。以上のようにこの発明の鋼は、溶接熱影響部に
発生し易い硫化物応力腐食割れを抑制することが
できるとともに、焼入れ焼もどし後の引張強さが
60Kgf/mm²以上と高強度でしかも靭性も優れてお
り、したがつて原油やLPG等の貯蔵容器等に使用
すれば充分な安全性を確保しつつ肉厚を薄くする
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の通常の60キロ級高張力鋼板の表
面硬さと硫化物応力腐食割れ性試験における割れ
発生応力との関係を示すグラフ、第２図はこの発
明の実施例の鋼における溶接熱影響部最高硬さと
硫化物応力腐食割れ試験における割れ発生との関
係を示す相関図、第３図は比較例の鋼における溶
接熱影響部最高硬さと硫化物応力腐食割れ試験に
おける割れ発生との関係を示す相関図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ C0.07〜0.15％（重量％、以下同じ）、Si0.20
〜0.50％、Mn0.90〜1.70％、Cu0.10〜1.0％、
Mo0.10〜0.50％、V0.01〜0.10％、Al0.01〜0.10
％、Ti0.01〜0.10％、Nb0.005〜0.10％、N0.0030
％以下を含有し、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硫化物応力腐食割
れ性の優れた引張り強さ60Kg/mm²級の高張力鋼。