JPS62182220A - 耐硫化水素性及び靭性の優れた高強度鋼板の製造方法 - 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） 本発明は高強度鋼板の製造に係り、特に湿潤硫化水素（
Ｈａｓ）を含有する石油、天然ガスの輸送ラインパイプ
等の材料として好適な耐硫化水素性及び靭性の優れた高
強度鋼板の製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、採掘可能な油井が枯渇化してくるにつれて、多量
のＨ２Ｓを含むいわゆるサワー油田やサワーガス田の開
発が盛んに行われるようになり、生産された原油や天然
ガスの輸送用ラインパイプの需要も増加している。とこ
ろが、このようなサワー原油やサワーガスの輸送用ライ
ンパイプでは湿潤なＨ，Ｓによる割れが生じる場合があ
り、破壊事故につながる危険性が大きいことから、重要
な問題になっている。

湿潤Ｈ，Ｓにより鋼材に生ずる割れとしては、水素誘起
割れ（ＨＩＣ）と硫化物応力腐食割れ（ＳＳＣ）が知ら
れている。ＨＩ　Ｃは材料強度によらず、また外部応力
が存在しなくても発生することから、比較的低強度の材
料でも大きな問題になる。

これは、Ｈ，Ｓによる腐食反応で鋼材表面に発生した水
素が鋼中に侵入拡散し、非金属介在物と地鉄との界面に
分子状水素として析出するため、界面における内圧が高
まる結果、割れを発生するもので、これらの割れが幾つ
か隣接して発生すると、相互に連結することによって成
長し、鋼材の全肉厚を貫通するに至る現象である。

一方、ＳＳＣは比較的高強度の材料に応力が作用した場
合に生じる割れで、ラインパイプでは溶接熱影響部の硬
化域で問題になる場合が多いが、均一な完全焼入れ焼も
どし組織以外の比較的不均一な組織を有する場合には、
母材部でもＳＳＣを発生する場合がある。

更に最近のラインパイプの動向として、操業圧力を上げ
、輸送効率を高めるための厚肉高強度化や、寒冷地向け
のための高靭性化が同時に要求されるようになってきて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のような湿潤Ｈ２ＳＱ境下におけるＨ　Ｉ　ＣやＳ
ＳＣに対して従来採られてきた対策としては、次のよう
なものがある。

■低硫黄化を図る方法 この方法は、ＨＩＣやＳＳＣなどの割れは多くの場合、
圧延によって展伸された硫化物系介在物に沿って発生す
るので、その数及び量を減少させる目的で低硫黄化を図
るものである。しかし、Ｓ≦０．００３％程度に低硫黄
化しても、なお偏析部では展伸硫化物の発生を完全に防
止することはできない。

■介在物の形状制御による方法 この方法は、割れ発生起点となる硫化物系介在物を球状
化し、割れを発生し難くしようとするもので、具体的に
は、Ｃａや希土類元素を添加する方法である（特開昭５
１−１１４３１８号）。しかし、これらを多量に添加す
ると、Ｃａや希土類元素の硫化物、酸化物が多量且つ凝
集して形成され、これが起点となって割れが発生する。

したがって、添加量の厳密な制御と同時に低硫黄化が不
可欠である。

■鋼表面に保護被膜を形成する方法 これは、腐食による水素の発生及び鋼中への水素の侵入
を制御するために、Ｃｕを添加する（特開昭５０−９７
５１５号）、Ｇｏを添加する（特開昭５８−１３３３５
０号）などによる方法である。

しかし、ｐＨ４，５程度以下の酸性環境では効果がなく
、また熱間加工性や溶接性が劣化するとし１う問題があ
り、材料が高価なものとなる欠点がある。

■異常組織の除去による方法 この方法は、割れは、Ｃ，Ｍｎ、Ｐなどが濃化偏析した
部分に形成される低温変態生成物（マルテンサイト又は
下部ベイナイト）のバンド組織に沿って容易に伝播、成
長するので、このような異常組織の生成を防止しようと
するもので、　（ｔ）　Ｃ１Ｍｎを低減する（特開昭５
６−３３４５９号）、　（２）焼入れ焼もどしを行う（
特開昭５０−１０８１１９号）、　（３）或いは均一ベ
イナイト鋼とする（特開昭５３−５２２２３号）などの
方法が提案されている。しかし、（１）の方法では高強
度にすることができず、（２）の方法では消費エネルギ
ーの増大や生産能率の低下を招くという問題がある。更
には、（３）の方法により得られる極低炭素ベイナイト
鋼は従来のフェライト・パーライト鋼と比べて、高強度
で且つ耐硫化水素性並びに靭性が優れているという利点
を有するが、圧延のままでベイナイト組織とする場合に
は、なお次のような問題がある。

すなわち、ベイナイト鋼の性質は旧γ粒径の影響を強く
受けるため、未再結晶域圧延に入る前の再結晶γ粒を微
細化する必要がある。ところが、極低炭素鋼では、Ｎｂ
添加鋼においても、Ｎｂ炭窒化物が析出し難く、再結晶
域でのγ粒微細化は困難である。

このようにして旧γ粒が粗大化すると靭性並びに耐硫化
水素特性は劣化するという欠点がある。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、高強度
で且つ延性に優れ、しかも耐ＨＩ　Ｃ１耐ＳＳＣ性等の
耐硫化水素性の優れた鋼板を製造する方法を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者は、ベイナイト鋼に
ついて未再結晶域圧延に入る前の再結晶γ粒を微細化す
るべく成分組成並びに圧延条件、冷却条件等について研
究を重ねたところ、Ｔｉ。

Ｎ含有鋼につき特にスラブ加熱、圧延条件及び圧延後の
冷却速度を厳密に制御するとＴｉＮの微細析出によるγ
粒微細化した均一ベイナイｌ〜組織が得られ、特にこの
Ｔ　ｉ　Ｎ微細析出が水素のトラップサイトとして働き
鋼中水素の拡散を遅らせて、割れを発生しＮＣくするこ
とにより、耐硫化水素性が顕著に改善でき、かつ、高強
度で優れた延性も付与し得ることを見い出した。

すなわち、本発明の要旨とするところは、重量割合で（
以下、同じ）、Ｃ：Ｑ、Ｑｏｓ〜０．０８％、Ｓｉ：１
．０％以下、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｐ：０゜０２％
以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１
％、Ｔｉ：Ｑ、Ｑ　０５〜０．０５％及びＮ：０．００
２０〜０．０１５０％を含む鋼につき、該スラブを１２
５０℃以上に加熱した後、１１５０℃以下の温度まで急
冷し、次いで９５０℃以上の温度で圧下率６０％以上の
粗圧延を行い、８５０℃以上の温度で仕上圧延を行った
後、１０℃／Ｓ以上の冷却速度で急冷して５００〜６２
０℃にて急冷停止することにより、Ｔ　ｉ　Ｎの微細析
出によるγ粒微細化した均一ベナイト組織を得ることを
特徴とする耐硫化水素性及び靭性の優れた高強度鋼板の
製造方法、にある。

以下に本発明を実施例に基づいて詳述する。

まず、本発明法で対象とする鋼の化学成分の限定理由を
説明する。

Ｃ：０．００５−０．０８％ Ｃは強度を得るために必要な元素で、そのためには０．
００５％以上とする。しかし、Ｃ量が高過ぎると溶接性
、靭性、耐硫化水素性が劣化するので、０．０８％を上
限とする。

Ｓｉ：１．０％以下 Ｓｉは溶鋼の脱酸のために添加するが、多過ぎると溶接
性や靭性が劣化することになるので、１．０％以下で添
加する。

Ｍｎ：１．０〜２．５％ Ｍｎは均一ベイナイト組織を得るために１．０％以上添
加する必要がある。しかし、多過ぎると溶接性が劣化し
、また偏析が著しくなり、耐硫化水素性も劣化するので
、２．５％を上限とする。

Ｐ：０．０２％以下 Ｐは不純物元素であるので低いほど好ましい。

高過ぎると、Ｍｎと同様に偏析が著しくなり、耐硫化水
素性が劣化するので、０．０２％以下に抑える必要があ
る。

Ｓ：０．０１％以下 ５−ｔＩＰと同様、不純物元素であるので低いほど好ま
しい。高過すぎると硫化物量が増加するため、水素吸蔵
量が増加し、均一ベイナイト鋼といえども耐硫化水素性
が劣化するので、０．０１％以下に抑える必要がある。

Ａｌ：０．００５〜０．１％ Ａｌは溶鋼の脱酸のために０．００５％以上を添加する
必要があるが、高過ぎると酸化物系介在物が増加し、耐
硫化水素性が劣化すると共に溶接性、靭性も劣化するの
で、０．１％を上限とする。

Ｔｉ：Ｏ，ＯＯ５〜０．０５％ Ｔｉは高温加熱によって一旦固溶させ、後に微細析出さ
せて再結晶γ粒を微細化し、靭性を向上させるために必
要であり、そのためには０．００５％以上を添加する。

しかし、多過ぎるとスラブの高温加熱によっても固溶し
ない粗大なＴｉＮを形成し、これがＨＩＣ，ＳＳＣの起
点となるので、０．０５％を上限とする。

Ｎ：Ｏ，ＯＯ２０〜０．０１５０％ ＮはＴｉと共にＴｉＮの微細析出を得るために必要な元
素であり、そのためには０．００２０％以上添加する。

しかし、多過ぎるとＴｉＮの析出開始温度を上昇させ、
析出物が粗大化するので微細γ粒が得られないため、０
．０１５０％を上限とする。

以上の必須元素の他に、本発明においては、以下に示す
元素を必要に応じて少量添加することができる。

Ｃｕ：　０　、５％以下 Ｃｕの添加は比較的ｐＨの高いサワー環境で、腐食及び
水素侵入の防止に有効である。しかし。

添加量が多過ぎると熱間加工性、溶接性が劣化するので
、０．５％を上限とする。

Ｎｉ：　０　、５％以下 Ｎｉは強度、靭性の向上をもたらし、またＣｕ添加によ
る熱間加工性劣化の防止のために有効な元素である。し
かし、過度の添加は経済的に不利であるばかりでなく、
耐ＳＳＣ性を劣化させるので、０．５％を上限とする。

Ｃｒ：１．０％以下 Ｃｒは強度向上、耐食性改善のために有効な元素である
が、Ｃｒ量が多過ぎると溶接性が劣化するので、１．０
％を上限とする。

Ｍｏ：０．５％以下 Ｍｏは強度、靭性、耐食性向上のために有効な元素であ
るが、Ｍｏ量が多過ぎると溶接性、靭性が劣化するので
、０．５％を上限とする。

Ｎｂ：　０　、１％以下 Ｎｂの添加は炭窒化物析出により強度向上をもたらすが
、過剰に添加しても効果は飽和し、経済的に不利である
ので、０．１％を上限とする。

Ｖ：０．２％以下 ■の添加は、Ｎｂと同様、炭窒化物析出により強度向上
をもたらすが、過剰に添加しても効果は飽和し、経済的
に不利であるので、０．２％を上限とする。

Ｂ：Ｏ，００５％以下 Ｂはγ粒界に偏析して初析フェライトの析出を防止し、
均一ベイナイト組織を得やすくする元素であるが、しか
し、過剰に添加すると靭性劣化を招くので、０．００５
％を上限とする。

Ｃａ：０．００５％以下 Ｃａの添加は硫化物の形状制御に有効であるが、過剰に
含むと酸化物系介在物が増加し、靭性、耐硫化水素性が
劣化するので、０．００５％を上限とする。

Ｒ，Ｅ　Ｍ　（希土類元素）：０．０２％以下ＲＥＭの
添加は硫化物の形状制御に有効であるが、過剰に含むと
酸化物系介在物が増加し、靭性。

耐硫化水素性が劣化するので、０．０２％を上限とする
。

以上の化学成分を有する鋼に対し１本発明では特にスラ
ブ加熱温度及び熱間圧延条件並びに圧延後の冷却条件を
規制することによって、均一ベイナイト組織にＴ　ｉ　
Ｎを微細析出させることができる。

そのためには、まず、熱間圧延に際しては、スラブ加熱
温度、圧延温度及び圧下率をコントロールしてＴ　ｉ　
Ｎの固溶化、ＴｉＮの微細析出を図り。

以って再結晶γ粒の微細化を図る。そのためには、上記
鋼スラブを１２５０℃以上の温度に加熱してＴｉＮを固
溶させた後、１１５０℃以下の温度まで急冷してＴｉＮ
を微細析出させる。その際、急冷により温度低下しすぎ
たときは、１０５０〜１１５０℃に再加熱することがで
きる。次いで熱間圧延を行うが、再結晶γ粒を微細化す
るために粗圧延を９５０℃以」二の温度、圧下率６０％
以上の条件で行う必要があり、仕上圧延は２相域圧延と
ならないようにするために８５０℃以上で行う。

圧延後は初析フェライトの析出を防止するために１０℃
／Ｓ以上の冷却速度で冷却し、５００〜６２０℃の間で
急冷停止する。急冷停止温度が６２０℃を超えると初析
フェライトが析出することになり、また５００℃より低
いとマルテンサイトや下部ベイナイトが生ずることにな
るので、これらを防止するために急冷停止温度は５００
〜６２０℃の範囲とする。

かくして、得られる鋼板は、ＴｉＮの微細析出によるγ
粒微細化した均一ベイナイト組織を有する。このＴ　ｉ
　Ｎの微細析出により、極低炭素鋼でも再結晶γ粒を微
細化することができ、これを均一ベイナイト組織にする
ので、高強度で且つ靭性、耐ＨＩＣ性、耐ＳＳＣ性の優
れた鋼板を製造することができる。特にＴｉＮの微細析
出は、水素のトラップサイトとして働くため、鋼中水素
の拡散を遅らせ１割れ発生を難しくする効果がある。

（実施例） 第１表に示す化学成分を有する鋼片を用い、スラブ加熱
温度及び圧延条件並びに圧延後の冷却条件を変えて板厚
１５ｍｍの鋼板を製造した。

鋼板の１！３幅の位置から引張試験片（Ｊ　Ｉ　Ｓ１４
号Ａ試験片、径６ｍｍ、Ｃ方向切出し）、シャルピー試
験片（ＪＩＳ４号、Ｃ方向切出し）、Ｉ（ＩＣ試験片（
長さ１００ｍｍ、幅２０ｍｍ、表裏面１ｍｍ切削）、Ｓ
ＳＣ試験片（長さ７５ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ３　ｍｍ
）を作成し、それぞれの試験に供した。

ＨＩ　Ｃ試験は１食塩５％と酢酸０．５％を含み、硫化
水素を飽和させた水溶液に９６時間無負荷浸漬した後、
１鋼種について６断面の検鏡を行い、次式で表わされる
割れ長さ率 ｉ＝Ｌ　ｊ＝１ ここで、αｉｊ：個々の亀裂長さ、 ｎｉｌ断面内の亀裂数。

Ｗ：板幅 を測定した。判定基準は、Ｏが割れなし、Δが割れ長さ
率３％未満、Ｘが割れ長さ率３％以上とした。

またＳＳＣ試験は、４点曲げ治具により降伏応力に相当
するたわみを試験片に付与した後、Ｈ１Ｃ試験と同一の
溶液中に３００時間浸漬した。その後、表面を１０倍の
顕微鏡にて観察し、表面割れを調べた。判定基へ１！は
Ｏか割れなし、△は割れがＪ忍ぬられる、Ｘは割れが著
しいとした。

第２表に鋼板の引張性質、衝撃特性１１（ｉ、びに耐Ｈ
Ｉ　Ｃ性及び耐ＳＳＣ性の耐硫化水素性を示す。

同表よりわかるように１本発明法によるＳｖ４板は高強
度で且つ優れた靭性、耐硫化水素性を示している。これ
に対し、比較例の場合には、化学成分、スラブ加熱温度
、圧延条件又は冷却条件の少なくともいずれかが本発明
範囲外であるため、特に耐硫化水素性が劣っている。

［以下余白１ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、特定化学成分を
有する鋼につき、スラブ加熱条件及び圧延条件並びに圧
延後の冷却条件を厳密に制御してＴ　ｉ　Ｎの微細析出
によるγ粒微細化の均一ベイナイト組織とすることによ
って、高強度で且つ靭性、１１硫化水素性（耐Ｔ−Ｉ　
Ｉ　Ｃ性、耐ＳＳＣ性）の優れた鋼板を製造することが
できる。したがって、湿潤Ｈ２Ｓを含有する石油、天然
ガスの輸送用ラインパイプや、油井管、貯蔵容器などに
供する鋼板の製造に好適である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量割合で、Ｃ：０．００５〜０．０８％、Ｓｉ：１．
   ０％以下、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｐ：０．０２％以
   下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１％
   、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％及びＮ：０．００２０
   〜０．０１５０％を含む鋼につき、該スラブを１２５０
   ℃以上に加熱した後、１１５０℃以下の温度まで急冷し
   、次いで９５０℃以上の温度で圧下率６０％以上の粗圧
   延を行い、８５０℃以上の温度で仕上圧延を行った後、
   １０℃／Ｓ以上の冷却速度で急冷して５００〜６２０℃
   にて急冷停止することにより、ＴｉＮの微細析出による
   γ粒微細化した均一ベイナイト組織を得ることを特徴と
   する耐硫化水素性及び靭性の優れた高強度鋼板の製造方
   法。