JPS63213633A - ラインパイプ用高耐食クラツド鋼管 - 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〉 この発明は、Ｈ２Ｓ、Ｃｏ、、塩素イオン並びに遊離Ｓ
等の腐食性成分を含有する石油や天然ガスに曝される環
境において優れた耐食性を示し、溶接時のスケール発生
部においても隙間腐食を生じる恐れが極めて少ないライ
ンパイプ用クラッド鋼管に関するものである。

〈背景技術〉 近年、石油や天然ガス資源開発の手は、より地層深く、
そして腐食性物質混在の一層多い環境にまで及んでいる
が、それに伴いより一段と優れた強靭性並びに耐食性を
有した鋼材が強く要求されるようになり、これら要求に
対処すべく、外側に高強度・高靭性の母材を配し、内側
に裔耐食性を示す合わせ材を配したクラッド鋼管が提案
され、実用されるようになってきた。

ところが、これらクラッド鋼管に対しても年を追って高
度な性能改善要求がなされるようになり、更に過酷な環
境下でより耐久性に優れた製品の追求がなされて、従来
の炭素鋼や低合金高張力鋼から成る母材の内側にオース
テナイト系ステンレス鋼をクラッドしたものに代わる材
料が要求されていたが、このような中で本出願人等は、
先に、ラインパイプが遭遇する“Ｈ２Ｓ、Ｃｏ２及び塩
素イオンを含む石油や天然ガスに曝される環境（Ｈ２Ｓ
−ｃＯ，−ｉ−環境と称する）”で優れた耐食性を示す
ところの、母材や合わせ材の成分組成に工夫を凝らした
ラインパイプ用クラッド鋼管を提案した（特開昭６１−
９９６５７号、特開昭６１−６６６５８号、特開昭６１
−１０４０５４号等）。

しかしながら、ラインパイプの様々な使用環境や敷設状
況を考慮した本発明者等の詳細な検討により、上述のよ
うなラインパイプ用クラッド鋼管にも次のような問題が
懸念されることが明らかとなった。即ち、 （ａ）　　ラインパイプ用クラッド鋼管は、−ｍに、母
材板と合わせ板材とから製造されたクラッド板をバイブ
形状に成形し、溶接して製造されており（サイズによっ
ては必要により拡管される）、溶接後は溶接部のスケー
ルを酸洗やグラインダーで除去して出荷される。そして
、現地での敷設時には周溶接によって継ぎ合わされるが
、周溶接は、一般にインナークランプで把持した上で内
面をも不活性ガスでシールし、外面から片面溶接するこ
とで実施される。しかし、この際、薄いものではあるが
内面の溶接部近傍にどうしてもスケールが発生してしま
う。敷設した溶接後のパイプは酸洗ができないのでスケ
ールを除去しようとするとグラインダ一作業に頼るしか
ないが、インナークランプを取り外してパイプ内面のグ
ラインダ一作業を実施することは極端な作業性の悪化を
もたらすので実際上は実施が不可能なことである。

ところが、これまで提案されたクラッド鋼管内層材の何
れをもってしても上記スケール部の耐食性を完全には保
証することができず、特にＨ！５−ｃｏｘ−ｃｅ−環境
のような過酷な環境では該スケールの下で腐食が生じる
のを完全に防止できない。

（ｂ）　　更に、石油や天然ガス環境では遊離のＳが含
まれる場合が多く、このＳは腐食性を著しく高めるので
、上記Ｈａｓ−ｃｏ□−Ｃβ−環境に更に遊離のＳが含
まれるようなときには上述のようなスケール部での腐食
の進行は一層深刻となる。

く問題点を解決する手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、過酷な腐食環境
に曝された場合に溶接スケールの発生部であっても十分
な耐食性を安定して示し、かつその他の要求特性をも悉
く兼備したラインパイプ用クラッド鋼管を提供すべく更
に研究を重ねた結果、「ラインパイプ用クラフト鋼管の
内層材をＣ及びＰを低減すると共に特定量のＣｒとＮｉ
を確保した上で、更に　５％（以下、成分割合を示す％
は重量％とする）を越える量のＭｏを含有するか、或い
はこれに加えて所定量のＣｕ、　Ｗ或いはＮｂの１種以
上を添加した鋼で構成すると、溶接スケール部において
さえも、ＨｚＳ　　ＣＯｚ　　Ｃβ−環境やこれに遊離
のＳが含まれる環境であっても優れた耐食性を示すよう
になり、現地敷設の際の溶接時に生成するスケールをそ
のまま放置した場合の腐食の懸念が一掃されてしまう」 との知見を得たのである。

この発明は上記知見に基づいてなされたものであり、 ラインパイプ用鋼管を、炭素鋼又は低合金鋼から成る母
材と、 Ｃ：　０．０２％以下、　　　５ｉｌ１％以下。

Ｍｎ：２％以下、　　　　Ｐ　：　０．０３％以下。

Ｓ　：　０．００５％以下、　　Ｎｉ：３０〜６０％。

Ｃｒ：１８〜２５％、Ｍｏ：５超〜１２％。

Ｎ　：　０．０５％以下、 或いは必要により更に Ｃｕ　：　０．３〜３％、Ｗ：０．３〜２％。

Ｎｂ　：　０．３〜２％ の１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り なる成分組成鋼の合わせ材とを組み合わせて成るクラッ
ド鋼管とすることにより優れた耐食性を備えしめ、溶接
によるスケールが発生したままで腐食性の過酷なＨ２Ｓ
−Ｃ０□−０１″環境に使用したとしても該部分に隙間
腐食すら殆んど生じさせなくした点、 に特徴を有するものである。

ここで、ラインパイプ用クラッド鋼管を構成する合わせ
材の各成分含有割合を前記の如くに限定したのは次の理
由によるものである。

（ａｌ　　Ｃ 一般に、溶接クラッド鋼管は“圧延法”によって製造し
たクラッド鋼板を製管成形・溶接して製造されるもので
あり、通常は製板後も製管後も固溶化熱処理が施される
ことは少ないが、熱処理が施されるような場合には、合
わせ材にとっては炭化物が析出し易い“母材に適合した
熱処理条件”が採用されるのが普通である。合わせ材に
このような炭化物が析出すると耐食性劣化を免れること
ができないが、合わせ材のＣ含有量を特に０．０２％以
下に抑制すると上述のような熱処理が施されても炭化物
析出の恐れが無くなり、良好な耐食性を維持することが
可能となる。従って、Ｃ含有量は０．０２％以下と定め
た。

（ｂ）　　５ｉ Ｓｉは鋼の脱酸剤として不可欠の成分であるが、その含
有量が１％を越えると熱間加工性の劣化を招くことから
、Ｓｉ含有量は１％以下と定めた。

（Ｃ）　　　門ｎ ＭｎはＳｉと同様に脱酸作用を有する元素であり、しか
も２％まで含有されても所望特性に悪影響を及ぼすこと
がないことから、Ｍｎ含有量は２％以下と定めた。

（ｄｌ　　Ｐ Ｐは応力腐食割れ性や溶接時の高温割れ性を高める元素
であり、その含有量は極力低い方が好ましいが、上記不
都合な現象はＰ含有量が０．０３％を越えると急激に顕
著さを増し、０．０３％以下であれば容認できる程度で
しかないことから、Ｐ含有量は０．０３％以下と限定し
た。

（ｅ）　　Ｓ Ｓには鋼の熱間加工性を劣化させる作用があり、この現
象はＳ含有量が０．００５％を越えると著しくなるがｏ
、ｏｏｓ％以下であれば容認できる程度のものであるこ
とから、Ｓ含有量は０．００５％以下と限定した。

（ｆ）　　Ｎｉ Ｎｉ成分には耐食性、特に耐応力腐食割れ性を向上させ
る作用のほか、この発明で規定するＣｒ含有量及びＭｏ
含有量の下で、耐食性や機械的性質の劣化を招く金属間
化合物の析出を防止する作用をも有しているが、その含
有量が３０％未満では上記作用に所望の効果が得られず
、一方、６０％を越えて含有させてもそれ以上の改善効
果が認められないばかりかコスト上昇につながることか
ら、Ｎｉ含有量は３０〜６０％と定めた。

（ｇ）　　　Ｃｒ ＣｒはＭｏと併用添加されることによって鋼に所望の優
れた耐食性を維持せしめる作用を有しているので欠くこ
とのできない成分であるが、その含有量が１８％未満で
は上記作用に所望の効果が得られず、一方、２５％を越
えて含有させると熱間加工性の劣化を招く上、金属間化
合物が析出し易くなって耐食性や機械的性質に悪影響を
及ぼすようになることから、Ｃｒ含有量は１８〜２５％
と定めた。

（ｈｌ　　Ｍ。

ＭＯは過酷なＨｚＳ　　ＣＯｚ　　Ｃ１，−環境におい
て溶接スケール部の腐食を防止する上で欠（ことのでき
ない成分であるが、その含有量が５％以下の場合には上
記腐食防止作用が不十分でスケールの下で隙間腐食が進
行するのを完全に抑えることができず、一方、１２％を
越えて含有させると熱間加工性が劣化する上、より一層
の耐食性向上効果が認められないことから、Ｍｏ含有量
は５％を越え、かつ１２％以下の範囲と定めた。

ところで、次に示す第１表は、Ｆｅ　−２１％Ｃｒ　−
４５％ＮｉをベースとしてＭｏｌをＡ化させた熱延板に
、ラインパイプの敷設を想定して、計ガスでバックシー
ルしながら６２５合金のフィラーを用いたＴｒＧ溶接を
行った試験材についての腐食試験結果を示している。

第　　　１　　　表 （注）残部成分は実質的にＦｅである。

なお、溶接後の試験材の裏面には溶接熱のため薄い紫色
の溶接スケールが生成していたが、この溶接スケールを
そのまま残して５　ｃｍ　Ｘ　５　ａｍの試験片を採取
して腐食試験に供した。そして、腐食試験は、１０気圧
Ｈ，Ｓ及び１０気圧Ｃｏ２と平衡させた環境下で、０．
５ｇ／βのＳを含む１５０°Ｃの２０％ＮａＣｊｉ！と
０．５％ＣＨ３ＣＯ０Ｈとの混合水溶液に上記試験片を
３０日間浸漬して実施した。

この第１表に示される試験結果からも、Ｍｏ量が５％を
越えると溶接スケール部の耐食性は良好であるのに対し
て、Ｍｏ量が５％以下になると十分な耐食性を示さない
（スケールの下で隙間腐食発生）ことが分かる。

（１）　　Ｎ Ｎには鋼中に固溶して強度を向上する作用があるが、そ
の含有量が０．０５％を越えると強度が高くなり過ぎて
クラッドｔＪＡＦｉ、の製造が困難になるばかりでなく
、ラインパイプ用鋼材としての性能上の格別な利点も認
められないことから、Ｎ含有量は０．０５％以下と定め
た。

ｆｊｌ　　Ｃｕ、　Ｗ及びＮｂ これらの成分には鋼の耐食性を更に改善する作用がある
ので、より優れた耐食性が要求される場合に１種又は２
種以上含有せしめられるが、添加割合の限定理由を各成
分毎に説明する。

１）Ｃｕ 鋼の耐食性を改善するＣｕ成分には、特に隙間腐食の成
長を抑制する作用を指摘することができるが、その含有
量が０．３％未満では上記作用に所望の効果が得られず
、一方、３％を越えて含有させると熱間加工性の劣化を
招くことから、Ｃｕ含有量は０．３〜３％と定めた（好
ましくは０．５〜２％に調整するのが良い）。

１ｉ）Ｗ Ｗ成分はＭｏにおけると同様に鋼の耐食性を高める作用
を有しているが、その含有量が０．３％未満では上記作
用に所望の効果が得られず、一方、２％を越えて含有さ
せると熱間加工性を劣化させるだけでなくコストアップ
を招くようになることから、Ｗ含有量は０．３〜２％と
定めた（好ましくは０．５〜１．５％に調整するのが良
い）。

１ｉｉ）Ｎｂ Ｎｂ成分にも耐食性改善作用が認められるが、その含有
量が０．３％未満ではやはり所望の耐食性向上効果が得
られず、一方、２％を越えて含有させると熱間加工性を
劣化するので、Ｎｂ含有量は０．３〜２％と定めた（好
ましくは０．５〜１．５％に調整するのが良い）。

この発明に係るラインパイプ用クラッド鋼管の合わせ材
組成は以上のように規制されるが、母材については、炭
素鋼或いは低合金鋼の中から使用条件に応じて適宜選択
すれば良い。ただ、クラッド鋼管の強度を確保したり、
溶接性や靭性の観点からすれば、好ましくは Ｃ：　０．０５〜０．２％、　　　Ｓｉ　：　０．吋〜
０．５％。

Ｍｎ　：　０．８〜２％、　　　　　Ｐ：Ｑ、０１５％
以下。

Ｓ　：　０．００２％以下、　　　ｓｏ＃、Ａ＃　：０
．１％以下。

Ｃａ　：　０．０Ｏ０５〜０．０２％ を含有するか、或いは必要により更に Ｃｕ　：　０．０５〜０．５％、　　　Ｎｉ　：　０．
０５〜０．５％。

Ｃｒ　：　０．０５〜０．５％、　　　Ｍｏ　：　０．
０５〜０．５％。

Ｎｂ　：　０．０１〜０．１％、　　　　Ｖ　：　０．
０１〜０．１％。

Ｔｉ　：　０．００５〜０．０５％、　　　Ｂ　：　０
．０００５〜０．００８％。

をも含み、残部が実質的にＦｅから成る鋼を母材とする
ことが推奨される。

次いで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説明する。

〈実施例〉 まず、通常の方法で第２表に示す成分組成の母材と第３
表に示す各成分組成を有する合わせ材とを溶製し、鍛造
及び熱間圧延にてそれぞれ３０１−厚及び１００　＊＊
厚の厚板を得た。

次に、母材と合わせ材の２枚の板材を重ね合わせ、周囲
を溶接して合わせ面の密封を図ってから、圧延法によっ
て厚さが１３１（合わせ材部分：３ＩＩＩ、母材部分：
１０ｍｍ）のクラッド鋼板を製造した。

続いて、得られたクラッド鋼板の合わせ打倒か内側とな
るように曲げ成形し、溶接して、直径１０インチ（２５
４１ｍφ）のクラッド鋼管を製造した。

なお、製管時の合わせ材の溶接には市販の６２５合金フ
ィラーを用いたＴＩＧ熔接を採用し、溶接終了後は、溶
接スケールの除去のために内面を硝弗酸にて酸洗した。

このようにして得られた各フラノ）−Ｅ管について、ラ
インパイプ敷設時に施される周溶接を想定し、管内面に
＾ｒガスを流しながら６２５合金フィラーを用いて外面
よりＴＩＧ溶接を行ったが、この溶接により管内面には
薄い紫色の酸化スケールの生成が観察された。

次いで、上記クラッド鋼管の合わせ材から、表面のスケ
ールをそのままにして周溶接部が中央を長手方向に延び
て位置するように２０ｍｍ幅×５０１＠長の試験片を採
取すると共に、溶接部を含まない箇所（溶接スケール生
成の無い箇所）からも同様寸法の試験片を採取し、腐食
試験に供した。

腐食試験は、１０気圧のＨ，Ｓ　及び１０気圧のＣＯｚ
雰囲気と平衡させたところの、０．５ｇ／　（！のＳを
含む　２０％ＮａＣｆ！と０．５％ＣＨｚ　ＣＯＯＴ（
とのン昆合水溶液（浴温：１５０℃）に３０日間浸消し
て実施し、耐食性はそのときの腐食発生の有無によって
評価した。

この腐食試験結果を第３表に併せて示した。

第３表に示される結果からも明らかなように、本発明に
係るクラッド鋼管は溶接スケール生成部においても腐食
の発生がなく極めて良好な耐食性を存するのに対して、
Ｍｏ含有量が５％以下である比較材Ｏや、−Ｃにライン
パイプ用りラット釦１管の内側材として用いられてきた
もののやはりＭｏ含有量が５％以下である８２５合金（
比較材Ｑ）では溶接部近傍のスケールの下で隙間腐食の
発生が見られ、Ｍｏ含有量が更に低い比較材Ｐではスケ
ール下における隙間腐食のみならず、スケールの無い非
溶接部でも孔食を発生することが分かる。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、溶接によるス
ケールが発生した状ｆＢのままであっても腐食性の厳し
いＨｚＳ　　ＣＯｚ　　Ｃ７！−環境にて優れた耐久性
を示すラインパイプ用クラッド鋼管を提供することがで
き、益々過酷さを増してきた石油や天然ガス資源開発環
境下での各種設備の信頼性を一段と向上することが可能
となるなど、産業上有用な効果がもたらされるのである
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素鋼又は低合金鋼から成る母材と、重量割合で Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１％以下、 Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０３％以下、 Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：３０〜６０％、Ｃｒ：１
   ８〜２５％、Ｍｏ：５超〜１２％、Ｎ：０．０５％以下
   、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り なる成分組成鋼の合わせ材とを組み合わせて成る、耐食
   性に優れたラインパイプ用クラッド鋼管。
2. （２）炭素鋼又は低合金鋼から成る母材と、重量割合で Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１％以下、 Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０３％以下、 Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：３０〜６０％、Ｃｒ：１
   ８〜２５％、Ｍｏ：５超〜１２％、Ｎ：０．０５％以下 に加えて Ｃｕ：０．３〜３％、Ｗ：０．３〜２％、 Ｎｂ：０．３〜２％ の１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り なる成分組成鋼の合わせ材とを組み合わせて成る、耐食
   性に優れたラインパイプ用クラッド鋼管。