JPS6289809A - 耐水素誘起割れ性のすぐれた圧力容器用鋼の製造方法 - 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〕 本発明は耐水素誘起割れ性のすぐれた圧力容器用鋼の製
造方法に係り、特に低廉なコストによるすぐれた製造方
法に関し、石油精製プラント用の圧力容器等に利用され
る。

〔従来の技術〕

石油ＦｆｌＨプラントもしくは硫化水素を含む原油や天
然ガス輸送用のパイプライン等において、硫化水素によ
るｙＡ衣表面腐食の問題のほかに一般に水素誘起割れと
称される水素の鋼中侵入による破壊が問題となっている
。これは従来の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様相を異にし、応力無負荷の状態に
おいても認められ、割れは川内部に生じ、板厚方向に連
続的に伝播する形態をとるものである。

この水素誘起割れの原因については、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、
鋼の腐食反応によって発生した水素が鋼中に侵入し、こ
の侵入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、そのカス圧によって、先ず板面に平行な
割れが発生し、次いでこの割れが板厚方向に連続的につ
ながって貫通割れを発生するものである。

上記の如き水素誘起割れは、圧力容器にとっては致命的
欠陥となることは明らかであり、従って原旧等を扱って
水素存在下で使用される石油精製プラント用の圧力容器
用鋼としては、耐水素誘起割れ性にすぐれた特性を有す
ることが妾望される。

従来耐水累誘起割れ性を改善する対策として水素の鋼中
への侵入を抑制することのほか、次の事項が知られてい
る。すなわち、鋼中の非金属介在力のうちでも、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り、
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。

上記より画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ｉが知られている。

これらの従来技術として特公昭５４−３８５６８、特公
昭５４−３８５７２、特公昭５２−９６９１８、特開昭
５４−９２５１１等が開示されている。

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り、単純な
工程による耐水素誘起割れ性にすぐれた鋼材、特に圧力
容器用鋼の効果的な製造方法の確立が求められていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は耐水素誘起割れ性鋼の上記従来技術の問
題点を克服し、製造工程が比較的単純にして、その結果
コストの低減できる効果的な耐水素誘起割れ性のすぐれ
た圧力容器用鋼の効果的な製造方法を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

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：　０．１０〜０．２５チＳｉ
：　０．１０〜０．５０　’Ａ Ｍｎ：　０．７０〜０．３０１ Ｐ：０．０２０％以下 Ｓ：ｏ、ｏｏｓ％以下 Ｃｕ：０．１０〜０．３０１ Ｎｉ：　０．１０〜１　％ 希土類金桟もしくは　Ｃａ：　０．００１０−０．００
５０％０　：　０．００３０チ以下 を含有し、残余はＦｅおよび不可避的不純物より成る鋼
を圧延後Ａ　ｒ　ｒ変態点以下を徐冷した後、焼入−焼
戻、焼準、焼準−焼戻および焼戻のうちより選ばれたい
ずれかの熱処理を施すことを特徴とする耐水素誘起割れ
性のすぐれた圧力容器用鋼の製造方法である。

本発明による圧力容器用鋼の成分を限定する理由は次の
と計りである。

Ｃ： Ｃは圧力容器用鋼の強度を確保するため最も効果的な元
素であるが、０．１０１未満では必要強度が得られず、
また０、　２５チを越すと加工性、溶接性を損なうので
０．１０〜０．２５９６の範囲に限定した。

Ｓｉ： ８ｉは脱酸上必要な元素であるが０．１０　％未□満で
は脱酸効果がなく、またｏ、　ｓ　ｏ　ｓを越して過多
となると鋼の靭性を劣化させるので０．１０−０．５０
−の範囲に限定した。

Ｍｎ： Ｍｎは鋼の強度および靭性を確保するために有効な元素
であり、そのだめに少くとも０．７０％を必要とする。

しかし１．２０　％を越して過多となるとミクロ偏析部
の低温変態組織の生成を促進するので０，７０〜１．２
０チの範囲に限定した。

Ｐ： Ｐは靭性に有害な不純物であり、かつ０．０２０チを越
すとミクロ偏析部での焼入性を増すので上限を０．０２
０優とした。

Ｓ： ＳもＰと共に有害な元素であって、０．００５％を越す
とＣａ　もしくは希土類金属（以下ＦｔＥＭと称する）
添加による介在物の分散、球状化の効果全妨げ、靭性お
よび板厚方向の特性を劣化させるのでｏ、　ｏ　ｏ　ｓ
％全上限とした。

Ｃｕ； Ｃｕは強度確保および水素浸潤環境下での被膜生成によ
る鋼中への水素侵入を防止する効果があるが、０．１０
　％未満ではその効果が少く、また０、３０％を越して
過多となると熱間加工性全劣化させるので０．１０〜０
．３０％の範囲に限定した。

Ｎ１　： Ｎ１は１酎食性および靭性の向上に効果がるり、かつＣ
ｕによる粒界の濃化による熱間脆性を防止するために、
Ｃｕと等址以上を添加することとするも、上限について
は経済性を考慮し０．１０〜１チの範囲に限定した。

ＣａもしくはＲＥＭ： Ｃａ、ＲＥＭはいずれも水素割れの起点となる介在物Ｍ
　ｎ　Ｓ等の分散、球状化の形態制御効果があり、その
ため少くともＯ，ＯＯ１０％を必要とする。

しかし、０．００５０％’ｚ越して過多となると介在物
を増加し、却って水素誘起割れの原因となるので０．０
０１０〜ｏ、　ｏ　ｏ　ｓ　ｏチの範囲に限定した。

Ｏ： 酸素はＣａもしくは凡ＥＭの介在物形態制御効果を促進
する効果があるが、Ｏ，Ｏ：０％を越して過多となると
ＣａもしくｔｄＲＥＭの酸化物を生成して鋼の内質を損
なうので上限をＯ，Ｏ：０％としだ。

上記の如く圧力容器用鋼として必要な成分を保持させる
と共に耐水素誘起割れ性に有効な成分を限定添加するこ
とにより、成分上の耐水素誘起割れ性を改善し更に水素
割れの伝播を抑制することができるが、かくして得た素
材を圧延後ｋｒ＋変態点以下を徐冷した後熱処理を施す
ことにより靭性の改善により水先割れ伝播の抑制を行う
ものである。これらの処理の洋紙ならびに効果について
説明する。

先ず圧延後Ａ　ｒ　＋変態点以下からの鋼板の徐冷につ
いて説明する。徐冷は通常１０℃／Ｈｒｉ度の冷却速度
であるが、この徐冷によってミクロ偏析部の低温変態組
織の生成が防止できる。例えば第１図にて示すＣＣＴ図
（連続冷却変態図）にて従来の通常の冷却曲線はＡ曲線
で示され、本発明による徐冷は８曲線にて示され、かつ
組織の正常部は実線で示され、ミクロ偏析部は点線で示
される。

第１図より明らかなとおり、Ｓクロ偏析部では正常部に
比較して焼入性が高いので、圧延後通常冷却を行うと組
織には低温変態組織であるペイナイトモしくはマルチ／
サイトが生成するっ一方、本発明による圧延後Ａｒ＋変
態点以下の徐冷を行うと、低温変態組織の生成が認めら
れず、正常部と同一のフェライト＋パーライトの組織と
なる。従って本発明では圧延後Ａｒ＋変態点以下を徐冷
することにより、靭性不良の異常組織の生成全防止して
正常組織とし、水素誘起割れの伝播を抑制する処理を行
うこととしだ。なお、圧延後Ａｒ＋変卯点以下の徐冷に
よって、鋼中の脱水素促進の効果もちり、また鋼の内質
改善にも有効である。

かくして得た−を更に・完入−・焼戻、・焼増、焼増−
焼戻および焼戻のうちより選ばれたいずれかの熱処理を
施すことにより鋼の強度と靭性を更に高める処理を行う
。上記熱処理の種類の選択については製造される′Ａ種
ならびに目的とする圧力容器の要求規格、圧力容器の板
厚等によって最も効果のある熱処理方法が選択される。

〔実施例〕

本発明鋼および本発明による限定成分組成を満足しない
比較鋼を同一製造プロセスをとって、両者の耐水素誘起
割れ性を比較する試験を行った。

その製造プロセスは次の如くであるっ ＬＤ転炉にて溶製→Ｒ，Ｈ真空脱ガス処理→連続−造→
圧延→Ａｒ１変態点以下徐冷の工程を終了した各供試材
鋼板について、規準もしくは焼増−焼戻処理した各供試
材について耐水素誘起割れ性の評価を行った。

本発明鋼および比較鋼の取鍋分析成分、板厚および熱処
理方法は第１表に示すとおりである。

第１表中比較−において、本発明の限定要件を調定しな
い成分にはアンダーラインを付した。

耐水素誘起割れ性の評価は、いわゆるＢＰ試験法によっ
た。すなわち、試料を無負荷状態で所定の溶液中に９６
時間浸漬した後、連続走査型水浸式超音波探傷装置を用
いて圧延面に平行な面に投影ちれた割れを目動的に作図
させ、走査面積に対−Ｖる割れ面積の比率（以下Ｃスキ
ャン割れ面積率と称する）を礪察した。

この試験に使用した上記所定の溶液は次の２種類である
。

（ａｌＢＰ試験液 Ｈ，Ｓを飽和した人工海水でろってｐＨζ５．３（ｂｌ
ＮＡｃＥ溶液 Ｈ，Ｓを飽和した（０．５％酢酸＋５％食塩水）であっ
てｐＨ−３，０ 上記ＢＰテスト条件およびＮＡＣＥ液条件による試験に
供した試験片は、特に最も偏析の大きいと考えられる連
鋳スラブの幅中心部に相当する位置から採取したもので
あって、その形状は１００１００ｗＸ２０とし、厚さｔ
は元の鋼板厚みよシ２閣少いもので、かくの如き試験片
をすべての供試材について各３個宛製作し評価に供した
。

上記耐水素誘起割れ試験結果については、本発明鋼Ａ、
Ｂ、Ｃ，ＤのＣスキャン結果はそれぞれ第２図Ａ、Ｂ、
Ｃ，Ｄにて示すとお如であシ、第２図（ａＪはＢＰ液、
第２図（ｂＪはＮＡｃＥｉ条件Ｋｊる結果である。また
比較鋼Ｅ、Ｆ、ＧのＣスキャン結果はそれぞれ第３図Ｅ
、Ｆ、Ｇにて示すとおりであり、第３図（ａ）はＢＰ液
、第３図（ｂＪはＮＡＣＥ液条件によるいずれも現物図
の一例である。

第２図、第３図の比較よシ明らかなとおり、本発明鋼は
耐水素誘起割れがほとんど見られず、すぐれた耐水素誘
起割れ性を示すのに対し本発明による要件を満足しない
比較鋼は甚しい割れ欠陥を示し、特に供試材ＥおよびＦ
の割れ欠陥が多く、本発明鋼と顕著な差異を示している
。

〔発明の効果〕

本発明による耐水素誘起割れ性にすぐれた圧力容器用鋼
は、成分組成を限定し、特にＣｒ、Ｍｏ。

Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ等の高価特殊元素の使用を避け、Ｃ
ｕ、Ｎｉ、Ｃａ、ＲＥＭのほかは通常成分としたが、し
かもなお、Ｃａ、ＲＥＭの使用によって鋼中への水素の
侵入を抑制すると共に、水素割れの起点となるＭｎＳ　
の如きＡ系介在物の有効な形態制御を行い、更に低Ｓ、
低０鋼を目標として介在物そのものの減少を図シ、特に
圧延後Ａｒ１変態点以下を徐冷することによりミクロ偏
析部が異常組織となることを防止し、最終熱処理によっ
て強度と靭性を併せ付与する処理を行うことによって、
耐水素誘起割れ性にすぐれた圧力容器用鋼をコスト安に
て安定して製造し得る製造方法を確立することができた
。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧延後Ａｒ、変態点以下を徐冷する本発明なら
びに圧延後通常の冷却を行う従来法を対比し、かつ正常
部とミクロ偏析部とを対比する連続冷却変態図、 第２図（ａｌ　、　（ｂ）は本発明の実施例における供
試材り、Ｂ、Ｃ，ＤのＣスキャン割れ面積を示す図であ
り、第２図（ａＪはＢＰ液、第２図（ｂＪはＮＡＣＥ液
条件による結果である。 第３図（ａｌ　、　（ｂｌは本発明の要件を満足しない
比較％Ｅ　、　Ｆ　、　ＧのＣスキャン割れ面積を示す
図であり、ｍ　３１ｆｆｉ　ｆａ）はＢＰｇ、第３図（
ｂＪはＮＡＣＥ液条件による結果である。 第１図 蜂　周（５ｅｃ） 昭和６０年　特許願　第０８９７３８号２０発明の名称 耐水素誘起割れ性のすぐれた圧力容器用鋼の製造方法３
　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　兵庫県神戸市中央区北本町通−丁目１番２８号名
称　（１２５）　　川崎製鉄株式会社代表者八木端浩 ４代理人 昭和６１年０８月０６日 ７　補正の対象 図面（第２図、第３図） ８　補正の内容 別紙第２図（ａ）、第２図（ｂ）、 第３図（ａ）、第３図（ｂ）のとおり。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比にてＣ：０．１０〜０．２５％Ｓｉ：０．
   １０〜０．５０％ Ｍｎ：０．７０〜１．２０％ Ｐ：０．０２０％以下 Ｓ：０．００５％以下 Ｃｕ：０．１０〜０．３０％ Ｎｉ：０．１０〜１％ 希土類金属もしくは Ｃａ：０．００１０〜０．００５０％ Ｏ：０．００３０％以下 を含有し、残余はＦｅおよび不可避的不純物より成る鋼
   を圧延後Ａｒ＿１変態点以下を徐冷した後、焼入−焼戻
   、焼準、焼準−焼戻および焼戻のうちより選ばれたいず
   れかの熱処理を施すことを特徴とする耐水素誘起割れ性
   のすぐれた圧力容器用鋼の製造方法。