JPS6324014A - 耐硫化水素性及び靭性の優れた高強度ホツト・コイル材の製造方法 - 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） 本発明は高強度ホット・コイル材の製造に係り、特に湿
潤硫化水素（Ｈ２Ｓ　）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ホット・コイル材の製造方法に関す
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Ｈ，Ｓ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Ｈ２Ｓ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（ＨＩ　Ｃ）と硫化物応力腐食割れ（ＳＳＣ）が知
られている。ＨＩＣ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Ｈ，Ｓ環境下におけるＨＩＣやＳＳＣ
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５割れ発生起点となる硫化物系介在物を球状
化し１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）、ＣＯ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いう問題があり
、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、（１）Ｃ１Ｍｎを低減する（特開昭５６−
３３４５９号）、（２）焼入れ焼もどしを行う（特開昭
５０−１０８１１９号）、（３）或いは均一ペイナイト
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
硫化水素性が優れているという利点を有するが、本技術
をホット・コイル材の製造に適用した場合には、なお靭
性が著しく低下したり、耐ＨＩＣ性や耐ＳＳＣ性が低下
したりする場合がある。

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Ｈ工Ｃ１耐ＳＳＣ性
等の耐硫化水素性の優れたホット・コイル材を製造する
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、前記（３）の方
法をホット・コイル材の製造に適用した場合に生ずる靭
性低下並びに耐硫化水素性の低下の原因について分析検
討を加えたところ、ホット・コイル材における脆化の原
因は巻取後の徐冷による粒界脆化にあり、これが特に耐
硫化水素性の低下をもたらすことが判明した。

そこで、前記（３）の方法をホット・コイル材の製造に
適用するに際し、極低炭素ベイナイトを主体とする組織
を得ると共に粒界脆化を防止できる方策について種々研
究を重ねた結果、特定の化学成分を有する鋼につき、そ
の熱間圧延条件、圧延後の冷却条件、巻取条件等を厳密
に制御することにより、可能であることを見い出したも
のである。

すなわち、本発明は、Ｃ：Ｏ，ＯＯ５〜０．０８％、Ｓ
ｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．Ｏ−２，５％、Ｐ：０．
０２％以下、Ｓ：０．０１％以下及びＡα；０．００５
〜０．１％を含み、必要に応じてＣｕ：０６５％以下、
Ｎｉ：　０　、５％以下、Ｃｒ：　１　、０％以下、Ｍ
ｏ：０．５％以下、Ｎｂ：Ｏ，１％以下、■＝０．２％
以下、Ｔｉ：０．０５％以下及びＢ：Ｏ，００５％以下
のうちの１種又は２種以上を添加し、更に場合によりこ
の添加に加えてＣａ：０．００５％以下及び希土類元素
：０．０２％以下のうちの１種又は２種を添加した鋼に
つき、該スラブを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’Ｃ／
Ｓ以上の冷却速度で急冷して５００〜６５０℃にて急冷
停止し、引き続き０．５〜ｂの冷却速度で冷却して４５
０℃以下の温度で巻取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ホット・コイル材の製造方法を
要旨とするものである。

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量が多過ぎると溶接性
、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量は、低過ぎるとフェライト量が過剰となるため、
高強度が得られなくなると同時に、炭素がベイナイト中
に濃縮されて靭性、耐硫化性水素性が劣化するので、１
．０％以上添加する。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、酎硫化水
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 ＳもＰと同様、不純物元素であるので低いほど好ましい
。高過ぎると硫化物量が増加し、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。

以上の必須元素の他に、本発明においては、以下に示す
元素の１種又は２種以上を強度向上のために必要に応じ
て少量添加することができる。

Ｃｕ：０．５％以下 Ｃｕの添加は、所要の強度確保のもとに比較的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が劣化するので、０．
５％を上限とする６ 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。

Ｔｉ：０．０５％以下 Ｔｉは、Ｂ添加鋼において、ＮをＴ　ｉ　Ｎとして固定
し、Ｂの初析フェライト阻止効果を有効に作用させる。

しかし、Ｔｉ量が多過ぎると粗大なＴｉＮを成形し、こ
れがＨＩＣ，ＳＳＣの起点となるので、０．０５％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核生成を遅らせ
、ベイナイト量を増すことによって強度向上に寄与する
が、しかし、過剰に添加すると靭性劣化を招くので、ｏ
、ｏ　ｏ　ｓ％を上限とする。

なお、上記任意添加元素と共に更に以下に示す元素の１
種又は２種を必要に応じて少量添加することができる。

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。

ＲＥＭ（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、本発明では特に熱間
圧延条件、圧延後の冷却条件並びに巻取条件を規制する
ことによって１粒界脆化を防止すると共に極低炭素ベイ
ナイトを主体とする組織を得ることができる。

すなわち、まず、スラブ加熱時において、不純物が多量
に偏析したγ粒界を再結晶γ粒界で置き換えることによ
り、粒界偏析を緩和すると共に、加工率を十分にとって
再結晶γ粒を微細化する必要があり、そのためには、粗
圧延を９５０℃以上の温度、圧下率６０％以上の条件で
行う必要があり、また仕上圧延は２相域圧延とならない
ようにするために８５０℃以上で行う。

圧延後は多量の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、５００〜６５０’
Ｃの間で急冷停止する。急冷停止温度が６５０℃より高
いと多量の初析フェライトが析出することになり、また
５００’Ｃより低いとマルテンサイトや下部ベイナイト
などの硬化組織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５００〜６５０℃の範囲とす
る。

急冷停止後は、引き続いて０．５〜ｂ の冷却速度で冷却し、４５０℃以下の温度で巻取る。冷
却速度の上限を１０℃／Ｓとするのはマルテンサイトや
下部ベイナイトなどの硬化組織が生ずるのを防止するた
めであり、また下限を０．５”Ｃ／Ｓとするのは粒界脆
化を防止するためである。

また、巻取温度が４５０℃を超えると粒界脆化を防止で
きなくなり、耐硫化水素性を劣化することになる。

かくして、得られるホット・コイル材は、粒界脆化を防
止できると共に、極低炭素ベイナイトを主体とする組織
を有するので、高強度で且つ靭性、耐ＨＩＣ性、耐ＳＳ
Ｃ性などの耐硫化水素性の優れた熱間圧延材である。

（実施例） 第１表に示す化学成分を有する鋼片を用い、圧延、冷却
並びに巻取条件を変えて熱延シミュレーション実験圧延
を施し、板厚１２ｍｍのホット・コイルを製造した。

鋼板の１／３幅の位置から引張試験片（Ｊ　Ｉ　３１４
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）、ＨＩＣ試験片（長
さ１００ｍｍ、幅２０ｍｍ、表裏面１ｍｍ切削）、ＳＳ
Ｃ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。

ＨＩＣ試験は、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＝１　ｊ＝１ ここで、　ｉｊ：個々の亀裂長さ、 ｎ：１断面内の亀裂数、 Ｗ：板幅 を調定した。判定基準は、Ｏが割れなし、Δが割れ長さ
率３％未満、×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、ＨＩＣ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。判定基準はＯが
割れなし、Δは割れが認められる、×は割れが著しいと
した。

第２表に鋼板の引張性質、衝撃特性並びに耐ＨＩＣ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、本発明法によるホット・コイル
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、圧延条件、冷却条件又は巻取温度の少なくと
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。

（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、圧延条件、圧延後の冷却条件並びに巻
取条件を厳密に制御して、粒界脆化を防止すると共に、
極低炭素ベイナイトを主体とする組織とすることによっ
て、高強度で且つ靭性、耐硫化水素性（耐ＨＩＣ性、ｉ
−ｔ　ｓ　ｓ　ｃ性）の優れたホット・コイル材を製造
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ホ
ット・コイル材の製造に好適である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合で（以下、同じ）、Ｃ：０．００５〜０
   ．０８％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０〜２．５
   ％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下及びＡｌ
   ：０．００５〜０．１％を含む鋼につき、該スラブを９
   ５０℃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５００〜６５０℃にて急冷停
   止し、引き続き０．５〜１０℃／Ｓの冷却速度で冷却し
   て４５０℃以下の温度で巻取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ホット・コイル材の製造
   方法。
2. （２）Ｃ：０．００５〜０．０８％、Ｓｉ：１．０％以
   下、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ
   ：０．０１％以下及びＡｌ：０．００５〜０．１％を含
   み、更にＣｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃ
   ｒ：１．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｎｂ：０．１
   ％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｔｉ：０．０５％以下及び
   Ｂ：０．００５％以下のうちの１種又は２種以上を含む
   鋼につき、該スラブを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５０
   ０〜６５０℃にて急冷停止し、引き続き０．５〜１０℃
   ／Ｓの冷却速度で冷却して４５０℃以下の温度で巻取る
   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
   ホット・コイル材の製造方法。
3. （３）Ｃ：０．００５〜０．０８％、Ｓｉ：１．０％以
   下、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ
   ：０．０１％以下及びＡｌ：０．００５〜０．１％を含
   み、更にＣｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃ
   ｒ：１．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｎｂ：０．１
   ％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｔｉ：０．０５％以下及び
   Ｂ：０．００５％以下のうちの１種又は２種以上を含み
   、また更にＣａ：０．００５％以下及び希土類元素：０
   ．０２％以下のうちの１種又は２種を含む鋼につき、該
   スラブを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５００〜６５０℃
   にて急冷停止し、引き続き０．５〜１０℃／Ｓの冷却速
   度で冷却して４５０℃以下の温度で巻取ることを特徴と
   する耐硫化水素性及び靭性の優れた高強度ホット・コイ
   ル材の製造方法。