JPS63153218A - 耐水素侵食特性に優れた鋼の製造方法 - 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】 （産業上の利用分封） ＋：兄明はＮｆ水系侵食籍狂に後れた鋼の装造方法にＩ
Ａするものである。

（従来の方法） 従来から７に系ガス塊４ドで保果している化学プラント
、石油梢表プラント−＃にに用されている圧力容器用鋼
は、操東環境中の水系が桶）こ浸入することによってし
８化が生ずる。、、３合がある。府に、これらの環境に
おける操業においては加熱が行われているため、鋼に侵
入した水素と鋼中の炭化物が測温で反応して鋼中に気泡
を生じさせ、プラントを破壊するいわゆる「水系侵食」
が生じ、操業の賢全上重要な問題になつ゛ている。

水素侵貢臀注を改善するためには、−中成化物をより熱
化学的に安定な結晶′４４踵を愕つ炭化物にすることか
重要であり、従来の方法は炭化物生成温度を高く、すな
わち−をより−い温度で焼戻処理を何うか、あるいは炭
化物生成元素の添加量を増や丁方法が主な手法であった
。

高温焼戻しによって熱化学的に安定な炭化物が生成する
ことは２ζＣ：ｒ　−Ｉ　ＭｏについてＲ，Ｇ。

Ｂａｋｅｒらが詳細に検討した結果を報告しているＪＯ
ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　Ｔ）ｆｆｌ　ＩＲＯＮ　ＡＮＤ　５
ＴＥＥＬ　ＩＮＳ’ｌ’ＩＴＵＴＥ　。

ＪＵＬＹ、１９５９．Ｐ２５７〜Ｐ２６Ｂ）。また炭化
智生取元紫添加の効果については多くの報告がなされて
いるが、不発ｃ！Ａ有らもＣｒ添刀ｏｆの効果について
報告している（鉄と＞ｐ４．　ｖｏｔ７２．　）Ｉ６５
．　Ｐ１４５）。

圧力容器設備は王に厚板、極厚板が用いられ、これらの
製造は通常、インゴットから作られ、一般の銅板製造と
同様の工程で製造されている。鍛造成形する場合も、イ
ンゴットあるいは分塊圧延材から製造され、それぞれ所
定の形状にした後、室温まで徐冷する。

徐冷することにより表遺時の鋼中残存水系を取り除き、
鋼板の割れの防止を図っている。その後に決準、焼戻処
理をして必要とする強度、靭性を付加することが一般的
である。

また圧力容器製造に除して浴按厖工が何ゎれた場合には
、靜接恢に応力除去のための熱処理をさらに施し、残１
１１応力の泳去を竹い表品とする。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明省らは圧力容器用鋼として用いられているＭｏ含
有低合金鋼、Ｃｒ　−ｚｖｆｏ　’ざ頁低合金鋼の耐水
素侵食時性を改曽する方法を糧々吋究し、前述の鋼の一
イ水累侵食待江′？：着しく改豊することのできる製造
方法を児成したのである。

（問題点を解決するための手段） 本発明はＭｏ含有低合金鋼またはＣｒ−Ｍｏ宮有°低合
金’ｔＪ１１２５０℃以下のオーステナイト温度域にお
いて５０％以上の加工を加え、Ａｒｓ変悪点以上で加工
を終了し、加工体自然冷却もしくは冷却速度をコントロ
ールしてＡｒｓ変態点以下の焼戻温度に到達したならば
、そのまま焼戻温度に保持することを特徴とする耐水素
侵食時性に優れたーの製造方法で、鋼が電菫％でＣ：０
．０５〜０．３５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、１Ｖ
１ｎ　：　０．１〜１．５％にＭｏ　：　０．０１〜２
．０％単独もしくはＭｏ　：　０．０１〜２．０％、Ｃ
ｒ：０．０１〜４．９％の内方を含み、さらにＡｌ：０
．０５％以下、Ｔｉ　：　０．０５％以下の１ａＩまた
は２棟を含む鋼または、前記の成分にさらＫＶ：０．５
％以下、Ｎｂ：０．２％以下、Ｂ：０．００３≠以下の
ｌ橿または２棟以上を含む鋼である。

本発明の骨子とするところはＭｏ含有低合金鋼、Ｃｒ−
Ｍｏ含有低合金ｉ、４を１２５０℃以下のオーステナイ
ト域で加工′Ｉｊ！：／ＩＯえ、自然冷却もしくは冷却
速度をコントロールしてｍＹ耐冷却、所定の焼戻温度に
到達したならはそのまま焼戻温朕に保持し、焼戻処理′
？：行う。

このように直接的に焼戻処理を行うことによって、通常
の規準処理の冷却過程中、あるいは焼戻処理中に低温域
で生成する熱化学的に不安定な炭化物の生成を抑制する
とともに、オーステナイト域での加工によって導入した
歪を利用し、炭化物中へ炭化物生成元素の拡散を促進さ
せて、熱化学的に安定な炭化物を生成する方法である。

本発明の＠徴は、上記の成分系の−に以下の加工熱履歴
と熱処４’Ｙ与えることにある。まず加熱温度としては
ＡｃＡ変態点、丁なわち一、ＡＹ昇温時にフェライトか
らオースブナイト変態が終了する温度以上にとり、かつ
１２５０℃以下、好ましくはオーステナイト域でも比Ｖ
Ｅｒ’ｌ低温が有利である。

この理由はオーステナイト粒を粗大にしないことと、加
工によって導入された歪の回復ヲ遅らせ、より安定な炭
化物生成温度範Ｈで、この歪の回復を行って炭化物生成
元素の拡散′？：ｕｅ進させ、熱化学的に安定な炭化物
を生成するためであり、加熱上下限の温度はこの理由で
足められる。

刀口熱された鋼は、オーステナイト域で圧延または鍛造
などの加工が施される。これは勿論、所定の形状に調整
することが一つの目的であるが、炭化物生成に加工歪を
利用する本発明の製造方法には必須の工程である。

その効果を得るためには一片の断面積減少率、すなわち
初期断面積と加工によるｋｒ面横積減少量の比が５０％
以上あることが必要である。

刀Ｕ工温藏は加熱温度にも依存するが、１０００℃以下
での那工ｔを大きくとることが望ましい。オーステナイ
ト粒での加工Ｙｉ了した彼、鋼は自然冷却、もしくは冷
却速度をコントロールしてＡｒ１変、一点以下にさだめ
た浣戻温度以下にすることなく焼戻温度に保持する。こ
れは鋼に強度、靭性をもたらすことと熱化学的に安定な
炭化物を生成させるためである。

婉戻温度、保持時間は７に累侵貢＃社に対しては向−１
艮時間焼戻しが有利であるが、この鋼は室温に於ける強
度、ｖｌ性および中高温域で使用されるため高温強度、
クリープ特性も要求され、むしろ災戻し乗件は両特性か
ら支配をうけ澗戻温度と保持時間はラーメン、ミーラー
のテンパーパラメーターで整理される。

このため、前記特性を４嵐して焼戻温度、保持時間が限
定されるが、胸戻温反は合金添加値により異なるが６０
０℃以上７２０℃以下で行う。また保持時間はＡ板寸法
、板厚に依存し数時間から数十時間処理ｔする。これら
の−のミノロー賊はベーナイト、パーライト、フェライ
ト、およびこれらの混合組織である。

以上のようにして得られた鋼は同一組成の鋼に通常の屍
阜、焼戻処＠を逓し、たものに比べて、より安定な炭化
物の生成が多く、ｂｙ水木授賞ｔｆ！ｆ性に−れている
。

以下に本発明で対象としているＭｏ　Ｈ’ｆｉＴ低合金
鋼およびＣｒ−Ｍｏ含有低合金鋼の内容と％取分の限定
理由を説明する。

Ｍｏ含有低合金鋼およびＣｒ−Ｍｏ含有低合金鋼は、重
量％でｃ：ｏ、ｏｓ〜０，３５％、Ｓｉ：０．０１〜１
．０％、ＩＶｉｎ　：　０．１〜１．５％にＭｏ　：　
０．０１〜２．０％単独もしくはＭｏ　：　０．０１〜
２．０％、Ｃｒ　：　０．０１〜４．９％の両方を含み
、さらにＡｌ：０．０５％以下、Ｔｉ　：　０．０５％
以下の１ｔｊまたは２稙を含む−または、前記の成分に
さらにＶ：Ｏ，Ｓ％以下、Ｎｂ　：　０．２％以下、Ｂ
：０．００３％以下の１擁または２１ｆＩｉ以上を含む
鋼である。

Ｃ含有電の下限を０．０５％とした理由は、こｈ未満で
は炭化物の生成が四−であり、必要とする強度が期待で
きないからである。また上限を０．３５％とした理由は
、これを越えた場合にはプラント表作時等の苗艦施工を
困−にするとともに靭性を低下させるためである。

Ｓｉは鋼の脱ばと強化のために添加されるもので０．０
１％未満では脱−の効果は少なく、また１、５％超では
靭性の低下が著しいのでこの値を上限とした。

凧は脱酸強化および焼入性のために添加されるものであ
る。そのためには０．２％が下限として必要であり、１
．５％を越えると決戻脆化が激しいので１．５％を上限
とした。

Ｍｏ、Ｃｒは本発明の主要な構成因子である。

Ｍｏ、Ｃｒとも高温での強度確保に必要な元素であり、
本発明の製造方法によって熱化学的に安定な炭化物を生
成させるのに必須な元素である。

これらの元素は鋼材の使用条件（温度、圧力）によって
１種または２橿添加する。Ｍｏ、Ｃｒ両者とも冷加ｉｔ
を増すにしたがって、熱化学的に安定な炭化物の生成を
促進する。

Ｍｏは誦温強度の一珠とともに靭性の同上、焼尻脆注の
軽減に有効であり、添加型を増すほど水系侵食を抑制す
る効果があるが、尚価であることから２゜０％を上限と
した。

Ｃｒｔ５．０％含む鋼では、通常におこなわれている熱
処理においても６００℃までの使用温度範囲では水系侵
食を生じないことがらＣｒ１ｉ：の上限を４．９％とし
た。

Ａｌ、ｒｉは鋼の脱酸とともに、刀口熱時のオーステナ
イト粒を細粒にすること、また鋼の焼入江を向上させる
ためにＢを添加した場合、Ｂの効果を生かすため鋼中に
含まれる１１’Ｍ化物にする。このためにｌＨまたは２
種象加し、それぞれについて０．０５％以下で十分であ
り、過剰にすぎると析出物の粗大化、あるいは溶接部の
硬化などで靭性低下をまね（おそれがある。

Ｖ、Ｎｂも熱化学に女定炭化物生成に有効な元累で水素
侵食を抑制する効果があるが、過剰に添加することは高
価であるうえに、靭性の低下なまねくので０．５％、０
．２％を上限とした。

またＢはＡｌ、１゛ｉで固浴蓋累を輩化物に固定してお
けは、崗人性を確保するためには０．００３％以下で十
分であり、この１＠を上限とした。

本方法で装造した鋼は＆ｉｏ含有低合金鋼でも効果はあ
るが、これにＣｒ　？：　１％以上含むＣｒ−Ｍｏ含有
低合金鋼になるとその幼果は固着になる。

前記したように水素侵食特性を向上させるためには、熱
化学的に安尾な炭化ｖＪを生成させることが必要である
。特に水素侵食による破壊が結晶粒界で生じていること
から、結晶粒界の灰化物ケ熱化学的に女足なものにする
必要があり、紹ｄｈ粒界炙化物組成を詞々の炭化物につ
いて調べた紹呆の一例ン第２図に示す。

従来法で製造した鋼の結晶粒界炭化物組成はＦｅ主体で
あるが、本方法で製造した鋼の結晶粒界炭化物組成はＦ
ｅ量を減少させＣｒ、Ｍｏを多（含み、よりデ定な炭化
物を生成している。

（実施例） 第１表に用いた鋼材の化学成分を示した。

これらの鋼は雰囲気を制御した萬周波溶解炉を用いて３
０Ｋｇの鋼塊に溶装した。熱間加工は圧延によって行っ
た。圧延条件および本発明の方法で製造したーと、比軟
のため同一成分の鋼を通常の熱処理７行ったときの水素
侵食特性を弔２次に示すＯ 比較材の熱処理は９００℃、１時間保持後空冷（９００
℃〜６００℃間の平均冷却速度６０℃／分）で室温まで
冷却し、焼戻温１！ｌ’６３０℃または６９０℃で１６
時間行った。

本発明による製造条件は１１５０℃で１＃間株持慄刀口
熱炉より取り出し、１０００℃より圧延を開始。

７５％の加工を那え９００℃で終了させ、そのまま空冷
（平均冷却速度６０℃／分）’ｆ：行い、所定の焼戻温
歴（６３０℃、６９０℃）に到達したとき・脱戻し炉に
装入し、１６時間の保定を行った。

従来法と本発明の製造パターンを第１図に示す。

水素侵食特性の評価は、円盤状の試料を用いて平面の片
側に高圧の水素ガスを供給し１反対側の平面は選過して
（る水素を常に取り除き水素のない法、−とし、試験片
の厚み方間の水素一度勾配が測定できる装置を用いて行
った。

試験は厚さ５鴎、直径３０目の円盤状の試験片の片側に
、面圧（４００（ｎ／（Ｉｎ２）の水素ガスを供給し、
鋼種によって試験温度を５００℃もしくは６００℃で行
い、それぞれ１２０時間処理した。

試嵌佐、試験片の重圧側平面から鋼中に気泡が生成して
いる限界の深さを測足し、こり位置での水累眞度を水素
ガス圧力に侠其して求めた値を水素侵食が生じる限界の
圧力として示した。

また、先に記したように水素侵食は王にあ晶粒界で生じ
ることから、粒界炭化物組成について分析型電子Δ倣択
（日立表、Ｈ２Ｏ２）を用いて調べた結果、通常熱処理
材に比較して、本発明法で製造した鋼〇粒界炭化物組成
は、Ｃｒ　、　ｒｄｉｏ　Ｍがとも高（なり熱化学的に
女定な炭化物が生成していることが明かである。

その−例とし一１ｉＮＨについて調べた結果を第２図に
示した。

第２図は結晶粒界炭化物組成を１−々の炭化物について
調べ、炭化物中のＦｅ　−Ｏｒ　−Ｍｏ量（頁を比）、
の生成領域を３元系で示したものである。

第２表の銅、Ａ１、Ｍｌ、　ＣＩ、Ｄｌ、Ｅｌ、Ｆｌ、
Ｇ１、Ｈｌ、ＩＩ、Ｊｌ、Ｋ１．Ｌｌ、Ｍｌが本発明に
よる鋼であり、従来法によって装造した鋼Ａ２、Ｂ２、
Ｃ２、Ｂ２、Ｂ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｉ２．Ｉ２、Ｊｌ、Ｋ
２、Ｂ２、ｗ１２と比較して、５．０％Ｃｒまで添加し
たＮｌ（本発明と同−ｋｉｄで製造したｇ＠）、Ｎ２（
従来法）はともに圧力４　Ｑ　Ｑ　Ｋｇ／Ｄａ２まで水
素侵食は生じていないが５．０％Ｃｒ以下のＡ　−Ｍ％
鋼では、水系侵食限界圧力は本発明によりＪＡ＊した鋼
のほうが高くなっていることが明かである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明により装造した鋼は、熱化
学的に侵にな炭化物を多（生成し優れた耐水系侵食特住
を甘し、洲温尚圧水系ガス謀境下に曝露される圧力容器
用材料として最適に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は碧造履歴パターンを示し、（ａ）が従来法、（
ｂ）が本発明法、第２図は従来法および本発明で製造し
た鋼の４晶粒界炭化物の炭化物組成図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｏ含有低合金鋼またはＣｒ−Ｍｏ含有低合金鋼
   を、１２５０℃以下のオーステナイト温度域において５
   ０％以上の加工を加え、Ａｒ＿３変態点以上で加工を終
   了し、加工後自然冷却もしくは冷却速度をコントロール
   してＡｒ＿１変態点以下の焼戻温度に到達したならば、
   そのまま焼戻温度に保持することを特徴とする耐水素浸
   食特性に優れた鋼の製造方法。
2. （２）Ｍｏ含有低合金鋼またはＣｒ−Ｍｏ含有低合金鋼
   が、重量％でＣ：０．０５〜０．３５％、Ｓｉ：０．０
   １〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、およびＭｏ：
   ０．０１〜２．０％単独もしくはＭｏ：０．０１〜２．
   ０％、Ｃｒ：０．０１〜４．９％の両方を含み、さらに
   Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．０５％以下の１種ま
   たは２種を含む鋼である特許請求の範囲第（１）項記載
   の耐水素浸食特性に優れた鋼の製造方法。
3. （３）Ｍｏ含有低合金鋼またはＣｒ−Ｍｏ含有低合金鋼
   が、重量％でＣ：０．０５〜０．３５％、Ｓｉ：０．０
   １〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、およびＭｏ：
   ０．０１〜２．０％単独もしくはＭｏ：０．０１〜２．
   ０％、Ｃｒ：０．０１〜４．９％の両方に、Ａｌ：０．
   ０５％以下、Ｔｉ：０．０５％以下の１種または２種を
   含み、さらにＶ：０．５％以下、Ｎｂ：０．２％以下、
   Ｂ：０．００３％以下の一種または２種以上を含む鋼で
   ある特許請求の範囲第（１）項記載の耐水素浸食特性に
   優れた鋼の製造方法。