JPS6196059A

JPS6196059A - 圧力容器用Ｃｒ−Ｍｏ鋼

Info

Publication number: JPS6196059A
Application number: JP21712584A
Authority: JP
Inventors: Isamu Takagi; 勇高木; Tadamichi Sakai; 酒井　忠迪; Masaaki Katsumata; 勝亦　正昭
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1984-10-15
Filing date: 1984-10-15
Publication date: 1986-05-14
Also published as: JPH046781B2

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】本発明は圧力容器用Ｃｒ−Ｍｏｍに関し、詳しくは高温
高圧の水素環境から鋼中に侵入した水素による脆化に対
してすぐれた抵抗性をもち、例えば化学反応用圧力容器
として好適に用いることができる耐水素脆化感受性にす
ぐれたＣｒ−Ｍｏ系合金鋼に関する。

重油脱硫、アンモニア合成、石炭液化等の化学反応用圧
力容器のように高温高圧の水素環境下に使用される圧力
容器は、その使用中に容器壁中に多量の水素が侵入し、
吸収される。例えば、水素圧１５０ｋｇ／ｃｔｄ、温度
４５０℃で使用される２、２５Ｃｒ−ＩＭｏ鋼には３〜
５　ｐｐｍ程度の水素が吸収される。

一般に、金属材料における水素の拡散係数は温度低下と
共に急激に減少するため、上記のように所定の高温高圧
下での化学反応の終了後に運転を停止するとき、多量の
水素が反応容器壁に残留することとなり、水素脆化を生
じる。しかし、一般に、水素脆化は材料強度依存性が強
く、主として高強度鋼にみられる現象であるため、比較
的低強度鋼であるＣｒ−Ｍｏ鋼については、従来、水素
脆化は全く考慮されていない。

しかし、近年〜圧力容器の安全性に対する要求が高まる
につれて、Ｃｒ−Ｍｏ鋼においても水素脆化を考慮する
必要が生じるに至ると共に、圧力容器の使用条件が一層
高温高圧化する傾向にあり、更に、使用される鋼板も経
済性の観点から高強度化が指向されつつあり、このよう
な高強度化も鋼板の水素脆性を増加させるので、水素脆
化窓受性の改善されたＣｒ−Ｍｏｍが強く要望されてい
る。

本発明者らはＣｒ−Ｍｏ鋼における水素脆化の問題を解
決するために鋭意研究した結果、鋼中のＳ及びＯ量を低
減して、介在物を減少させることにより耐水素脆化感受
性を著しく改善することができ、更にＳ及びｏｌを低減
させると共に、Ｃａ、Ｚｒ及び／又は希土類元素（ＲＥ
Ｍ）によって介在物の形態を制御し、或いは、■、Ｎｂ
、Ｔｉ及び／又はＡｌによって微細炭窒化物を形成させ
ることによって、耐水素脆化感受性を一層改善すること
ができることを見出して、本発明に至ったものである。

本発明による圧力容器用Ｃｒ　−Ｍ　ｏ　鋼は、重量％
でＣ０．０５〜０．３０％、Ｓｉ０．１０％以下、Ｍｎ　　０．３〜１．５％、Ｃｒ　　１．５〜５．５％、Ｍｏ　　０．２５〜１．５％、Ｓ　　　０．００６０％以下、０　　０．００２０％以下、残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする。

先ず、本発明鋼における化学成分の限定理由について説
明する。

Ｃは、鋼材の強度確保のために少なくとも０．０５％の
添加を必要とするが、過多に添加するときは、靭性及び
溶接性を劣化させるため、添加量の上限は０．３０％と
する。

Ｓｉは、脱酸剤として添加することが必要であるが、一
方、靭性、溶接性、加工性、更には耐水素浸食性を考慮
して、添加量の上限を０．１０％とする。

Ｍｎは、鋼材の焼入れ性を確保するために０．３％以上
を添加することが必要であり、また、耐応力除去焼鈍割
れ性（耐ＳＲ割れ性）を高める作用を有するが、１．５
％を越えて添加するときは、高温強度を低下させ、また
、焼戻し脆化感受性も高め、更に、溶接性をも劣化させ
るので、上限は１゜５％とする。

Ｃｒは、鋼材に耐酸化性及び耐水素侵食性を与えるため
に少なくとも１．５％添加される。これよりも少ないと
きは、上記効果に乏しいうえに高温強度も得られない。

しかし、添加量が多すぎるときは、溶接性及び加工性を
劣化させるので、その上限を５．５％とする。

ＭＯは、鋼材の高温強度を著しく高めるのに効果がある
ほか、耐水素浸食性をも改善する元素である。本発明に
おいてはかかる効果を十分に発現させるために、０．２
５％以上を添加するが、過多に添加するときは、溶接性
を低下させると共に、コスト上昇を招くので、その上限
を１．５％とする。

本発明鋼によれば、鋼中のＳ及び０の量をそれぞれ所定
量以下に低減して、鋼中の介在物を減少させることによ
って、耐水素脆化感受性を改善するものである。本発明
者らは、この水素脆性に関し、鋼に水素添加後の絞りが
５５％以上であるときは、水素性の［Ｌ”開破面は実質
的に認められないが、５５％より小さいときには、大き
い水素性擬臂面破面が生じることを見出し、これが圧力
容器の破壊の原因となるとみられるので、上記水素添加
後の絞りが５５％以上であるとき、水素脆性破壊は生じ
ないとする。

基本組成を０．１４Ｇ−０，０７Ｓｉ−０，５Ｍｎ−２
，２５Ｃｒ−１，ＯＭ。

とする鋼について、上記水素添加後の絞りと期中のＳ量
及びＯ量との関係を第１図及び第２図に示す。Ｓ量が０
．００６％、０量が２０ｐｐｍ以下のとき、上記絞りが
５５％以上であって、顕著に改善されていることが明ら
かである。

本発明の圧力容器用Ｃｃ　−Ｍ　ｏ　＠においては、上
記した元素に加えて、（ア）Ｃａ及びＺｒから選ばれる少なくとも１種を合計
で０．０００５〜０．０２％、及び／若しくは希土類元
素の少なくとも１種を０．００１−０．２％、（イ）Ｖ
　　　　０．０５〜０．６％、Ｎｂ　　０．００５〜０
．２％、Ｔｉ　　０．００５〜０．２％、及びＡｘ０．０５〜０．６％、よりなる群から選ばれる少なくとも１種をその合計量に
て０．０１〜０．８％、から選ばれる少なくとも１種を添加することができる。

Ｃａ、Ｚｒ及び希土類元素は、これらが硫化物形成性元
素であるため、鋼中の固溶Ｓを減少させると共に、硫化
物の形態を制御して、鋼の水素脆化感受性を低下させる
効果を有する。この効果を有効に発現させるためには、
Ｃａ及びＺｒについては、その少なくとも１種を合計に
てｏ、　ｏ　ｏ　Ｏ５〜０．０２％の範囲で添加するこ
とが必要である。

また、希土類元素の添加量範囲は０．００１０〜０゜２
％の範囲が好適である。しかし、これらの元素を上記範
囲を越えて過多に添加すれば、泪の清浄度が悪くなり、
靭性が低下する。

Ｖ、Ｎｂ及びＴｉは、本発明鋼において、微細な炭窒化
物を形成して、鋼の耐水素脆化感受性を改善する。これ
ら元素の添加量は、■については０．０５〜０．６％、
Ｎｂ及びＴｉについてはそれぞれ０．ＯＯ５〜０．２％
の範囲が最適である。

また、ＡＥは窒化物の分布に影響を与える元素であるが
、０．６％以上を添加すると、鋼の靭性及び溶接性を劣
化させるので好ましくない。他方、添加量が０．００５
％よりも少ないときは、窒化物を形成しない。従って、
その添加量は０．００５〜０．６％の範囲とする。

上記した■、Ｎｂ、Ｔｉ及びＡＮはそれぞれ単独若しく
は複合添加することができ、複合添加の場合は、その合
計量が０．０１〜０．８％の範囲にあることが必要であ
る。

本発明による鋼を製造するには、常法に従って溶製、造
塊し、熱間圧延し、この後又は引き続いて熱処理を行な
えばよい。

本発明鋼によれば、以上のように、鋼中のｓｌ及び０量
を低減することにより耐水素脆化感受性を著しく改善す
ることができ、更に所要元素を添加して、介在物を形態
制御し、又は炭窒化物を微細に析出させることによって
、耐水素脆性感受性を一層改善することができ、かくし
て、本発明鋼は、水素雰囲気下、高温高圧で使用される
圧力容器用鋼として好適である。

以下に実施例を挙げて本発明を説明する。

実施例表に示す化学組成を有する鋼をそれぞれ高周波真空炉で
溶製し、鋼塊とした後、鍛造圧延した。

次いで、比較鋼１及び本発明ｍ２〜８については、９５
０℃又は１０２０℃で２時間加熱してオーステナイト化
後、１０°Ｃ又は３５℃／分の平均冷却速度で冷却し、
６７５℃で２時間焼戻し、次いで、６９０℃で３０時間
加熱する溶接後熱処理を与えた。本発明＠９〜１１は上
記熱処理条件のうち、オーステナイト化温度を１０２０
℃、本発明鋼１１〜１５は１０２０℃でオーステナイト
化後、ｌＯ°Ｃ／分の速度で冷却した以外は同様に熱処
理した。

このようにして得た比較鋼及び本発明鋼を４５０℃、水
素圧１７０ｋｇ／ｃｎｔの水素環境に４時間保持して、
期中に水素を約３　ｐｐｍ添加した。

このように処理した各鋼についての水素添加後の引張特
性及び遷移温度を表に示す。引張試験片は直径６１ｍ、
平行部３０龍、引張試験条件は１１１ｍ７分とした。ま
た、第３図には、比較鋼及び代表的な本発明鋼について
の焼戻し条件を変えて種々の強度を与え、このようにし
て得た鋼について常温での引張強さと水素添加前後の絞
り値との関係を示す。尚、図中の番号は表に示す鋼番号
である。

水素添加前の絞り値はいずれの綱もほぼ同じ絞り値を示
すが、比較ｍｌは水素添加後の絞りが著しく低い。本発
明鋼２．３及び４はＳ及びＯ量が低いために、耐水素脆
化感受性が著しく改善されている。

本発明１１ｊ１５．６及び７はＣａ、Ｚｒ又はＣｅを添
加して介在物の形態制御を行なった鋼であり、本発明鋼
８．９及び１０は■、Ｎｂ又はＴｉを添加し、炭化物を
微細に析出させた鋼であり、水素脆化感受性が一層改善
されている。本発明ａｌｌ〜１５は介在物の形態制御と
炭窒化物析出とを組合わせた鋼であり、耐水素脆化感受
性が最も改善されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣｒ−Ｍｏ綱においてＳ量と水素添加後の絞り
値との関係を示すグラフ、第２図は同様に０量と絞り値
との関係を示すグラフ、第３図は本発明鋼及び比較鋼に
ついて、常温引張強さと水素添加後の絞り値との関係を
示すグラフである。手続補正書（自発）昭和５９年１１月２０日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．０５〜０．３０％、Ｓｉ０．１０％以下、Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｃｒ１．５〜５．５％、Ｍｏ０．２５〜１．５％、Ｓ０．００６０％以下、Ｏ０．００２０％以下、残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする圧
力容器用Ｃｒ−Ｍｏ鋼。
（２）重量％で（ａ）Ｃ０．０５〜０．３０％、Ｓｉ０．１０％以下、Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｃｒ１．５〜５．５％、Ｍｏ０．２５〜１．５％、Ｓ０．００６０％以下、Ｏ０．００２０％以下、（ｂ）Ｃａ及びＺｒから選ばれる少なくとも１種を合計
で０．０００５〜０．０２％、及び／若しくは希土類元
素の少なくとも１種を０．００１〜０．２％、残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする圧
力容器用Ｃｒ−Ｍｏ鋼。
（３）重量％で（ａ）Ｃ０．０５〜０．３０％、Ｓｉ０．１０％以下、Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｃｒ１．５〜５．５％、Ｍｏ０．２５〜１．５％、Ｓ０．００６０％以下、Ｏ０．００２０％以下、（ｂ）Ｖ０．０５〜０．６％、Ｎｂ０．００５〜０．２％、Ｔｉ０．００５〜０．２％、及びＡｌ０．０５〜０．６％、よりなる群から選ばれる少なくとも１種をその合計量に
て０．０１〜０．８％、残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする圧
力容器用Ｃｒ−Ｍｏ鋼。
（４）重量％で（ａ）Ｃ０．０５〜０．３０％、Ｓｉ０．１０％以下、Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｃｒ１．５〜５．５％、Ｍｏ０．２５〜１．５％、Ｓ０．００６０％以下、Ｏ０．００２０％以下、（ｂ）Ｃａ及びＺｒから選ばれる少なくとも１種を合計
で０．０００５〜０．０２％、及び／若しくは希土類元
素の少なくとも１種を０．００１〜０．２％、（ｃ）Ｖ０．０５〜０．６％、Ｎｂ０．００５〜０．２％、Ｔｉ０．００５〜０．２％、及びＡｌ０．０５〜０．６％、よりなる群から選ばれる少なくとも１種をその合計量に
て０．０１〜０．８％、残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする圧
力容器用Ｃｒ−Ｍｏ鋼。