JPH0211722A - 耐水素誘起割れ性の優れた鋼板の製造方法 - 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） 本発明は耐水素誘起割れ性の優れた鋼板の製造方法に係
り、更に詳しくは、湿潤硫化水素環境下で稼働する石油
やガスのパイプライン、精製装置などに適した耐水素誘
起割れ性の優れた非調質鋼板又は調質鋼板の製造方法に
関するものである。

（従来の技術） 近年、湿潤硫化水素雰囲気で使用される機器、例えば、
硫化水素を含む原油や天然ガスを輸送するラインパイプ
や石油精製装置等において、所謂、水素誘起割れ（ＨＩ
Ｃ）に起因する事故が少なくなく、耐水素誘起割れ性に
優れた鋼板が切望されている。

この水素誘起割れは、鋼の腐蝕により発生した水素が原
子状態で鋼中に侵入、拡散し、介在物と地鉄との界面で
集積、分子化することにより生じる水素ガスの圧力によ
って発生し、これが鋼中の偏析部に生じるバンド状の硬
化組織等に沿って伝播すると云われている。

したがって、耐水素誘起割れ対策としては、現状のとこ
ろ、 （１）鋼中への水素の侵入、拡散の抑制。

（２）介在物、特に、先端の切欠効果の大きいＡ系介在
物の低減と形態制御。

（３）偏析の低減、硬化組織の生成抑制。

等の方法が採られている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、前記（１）の対応策については、例えば、特開
昭５０−０９７５１５号公報に記載されているように、
Ｃｕの添加により防蝕被膜を形成させる方法があるが、
ｐＨ，３のような厳しい環境下においてはその効果がな
く、水素誘起割れの発生を抑えることができない。

また、前記（２）の対応策については、特開昭５１−１
１４３１８号公報に示されている硫化物の形状、数を規
制する方法や、特開昭５５−１２８５３６号公報、特開
昭５４−０３１０２０号公報等に示されているようにＣ
ａ、ＲＥＭによりＡ系介在物を形態制御する方法がある
が、鋼板の強度水準が高くなり、環境が厳しくなると、
水素誘起割れの発生を完全に防止することは困難である
。

更に、前記（３）の対応策については、特開昭５８−１
９９８１３号公報に記載されているようにＰ含有量を０
．００２％以下と極端に下げる方法があるが、コストの
点で問題があり、また、特開昭５７−０７３１６２号公
報に記載されているように硬化組織部の硬さをＨｖ≦３
５０とする方法があるが、ｐＨの低い厳しい環境下で高
強度の鋼の水素誘起割れの発生を皆無とすることは困難
である。

勿論、これらの方法を組合せて用いることが多いが、ｐ
Ｈ，３のような厳しい環境下において水素誘起割れの発
生を完全に抑えることは困難であり、また、可能な場合
には工業製品の生産性、製造コストの点で充分なものと
は云えないのが実状である。

本発明は、か−る状況のもとでなされたものであって、
ＰＨ＝３のような厳しい環境下においても水素誘起割れ
が全くなく、優れた耐水素誘起割れ性を有する鋼板を製
造し得る方法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記の問題点を解決するべく鋼の化学成
分、圧延・冷却条件等について検討し、耐水素誘起割れ
性の優れた非調質鋼板、調質鋼板のいずれも製造可能な
方法を見い出すべく鋭意研究を行った。

その結果、鋼の化学成分を適切に調整すると共に、非調
質鋼を得る場合と調質鋼を得る場合とに応じて、熱間圧
延での特定温度域での圧下率と圧延仕上温度、並びに圧
延終了後の冷却速度をコントロールすることにより、所
望の非調質鋼を得ることができ、また更に焼もどしの条
件もコントロールすることにより、所望の調質鋼を得る
ことが可能であることを見い出し、ここに本発明をなす
に至ったのである。

すなわち、本発明は、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ
：０．０２−０．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％
、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ａ　
Ｑ　：０．ＯＯ５〜０．０６０％、Ｔｉ：０．００５％
以下、Ｃａ：０．ＯＯ０５−０，００５０％及びＮ：０
．００５０％以下を含み、更に必要に応じて、Ｎｂ：０
．ＯＯ５−０，１００％、Ｖ：０．ＯＯ５〜０゜１００
％、Ｃｕ：０．０５−１．５０％、Ｎｉ：　０　、０５
〜１．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．５０％及びＭＯ：
０．０５〜０．５０％のうちの１種又は２種以上を含み
、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼片を加熱、熱
間圧延を行うに当って、要するに、（１）非調質鋼の場
合には、９００℃以下での圧下率が６０％以上、圧延仕
上温度が（Ａｒ３−３０’ｃ）以上とする圧延を終了し
た後、冷却速度ＣＲ（’Ｃ／Ｓ）が後述の式（１）、（
２）で示される範囲で４５０℃以上６００℃未満の温度
まで加速冷却し、その後、放冷することを特徴とするも
のであり、（２）また、調質鋼の場合には、９００℃以
下での圧下率が３０％以上、圧延仕上温度が（Ａｒ３３
０℃）以上とする圧延を終了した後、冷却速度ＣＲ（℃
／ｓ）が後述の式（３）、（４）で示される範囲で６０
０℃未満の任意の温度まで加速冷却し、その後頁にＡＣ
１〜５００℃の温度範囲にて焼もどしを行うことを特徴
とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

先ず、本発明における化学成分の限定理由について説明
する。

Ｃは強度を確保するために０．０３％以上を必要とする
が、０．２０％を超えて含有されると溶接割れ感受性が
高くなる。よって、Ｃ含有量は０゜０３〜０．２０％の
範囲とする。

Ｓｉは脱酸に必要な元素であり、そのためには含有量は
０．０２％以上を必要とする。しかし、多量に含有され
ると靭性を劣化させる。よって、Ｓｉ含有量は０．０２
〜０．６０％の範囲とする。

Ｍｎは強度確保のために必要な元素であるが、含有量が
０．５０％未満ではこの効果は少なく、また２、５０％
を超えて含有されると溶接性が損われる。よって、Ｍｎ
含有量は０．５０〜２．５０％の範囲とする。

Ｐは、本来、鋼の偏析部の硬さを上昇し、耐水素誘起割
れ性を劣化させるので好ましくないが、本発明の要件を
満足する限りにおいては、特にＰ含有量の規則は不要で
ある。しかし、溶接部の靭性低下を防止する点がら、Ｐ
含有量は０．０２０％以下に規制する。

ＳはＡ系介在物を形成し、耐水素誘起割れ性を害する元
素であり、好ましくなく、そのために。。

００３％以下に規制する。

ＡＱは脱酸元素として０．００５％以上が必要であるが
、多量の含有は靭性の劣化を招来するので０．０６０％
を上限とする必要がある。よって、ＡＱ含有量は０．０
０５〜０．０６０％の範囲とする。

Ｔｉは容易にＮと結合して窒化物を形成する元素である
。・この窒化物が鋼板中の偏析部近傍に析出すると水素
誘起割れの発生点となり易い。このため、Ｔ１含有量は
０．００５％以下に規制する。

Ｃａは硫化物系介在物の球状化に効果のある元素であり
、含有量が０．０００５％未満ではこの効果は少なく、
また、０．００５０％を超えて含有されると靭性を劣化
させる。よって、Ｃａ含有量は０．０００５〜０．００
５０％の範囲とする。

Ｎは、固溶状態では微量で鋼の焼入性を大きく上げて偏
析部を硬化させるため、或いはＴｉと結合して析出物と
なって耐水素誘起割れ性を害する元素であるため、０．
００５０％以下に規制する。

以上の各成分のほか、本発明においては、必要に応じて
、以下に示す元素Ｎｂ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭＯ
のうちの１種又は２種以上を適量で含有させることがで
きる。

Ｎｂ及びＶは強度の向上に効果のある元素であるが、そ
れぞれ０．００５％未満ではその効果が少なく、またそ
れぞれ０．１００％を超えて含有させると溶接部の靭性
を劣化させる。よって、Ｎｂ、　Ｖ（７）各含有量は０
．００５−０．１００％の範囲とする。

Ｃｕは、０．０５％未満では強度向上に効果がなく、ま
た１、５０％を超えて含有させると熱間加工性を劣化さ
せる。よって、Ｃｕ含有量は０．０５〜１．５０％の範
囲とする。

Ｎｉは、含有量が０．０５％未満では強度、靭性の向上
に効果が少なく、また１、５０％を超えて含有させると
経済性を損なう。よって、Ｎｉ含有量は０．０５〜１．
５０％の範囲とする。

Ｃｒ及びＭｏは強度の上昇に効果のある元素であるが、
それぞれ０．０５％未満ではその効果が少なく、またそ
れぞれ０．５０％を超えて含有させると溶接性を劣化さ
せる。よって、Ｃｒ、Ｍｏの各含有量は０．０５〜０．
５０％の範囲とする。

次に、本発明における圧延、冷却等の条件の限定理由を
説明する。

本発明では、上記化学成分を有する鋼片を加熱、熱間圧
延し冷却するが、この冷却前のオーステナイト粒が大き
いと、冷却過程において鋼表面部に粗大ベイナイト組織
が多量に生成し、耐水素誘起割れ性を害する。したがっ
て、冷却前の熱間圧延においては、９００℃以下の温度
域で６０％以」二の圧下を行って、オーステナイト粒を
微細化しておく必要がある。但し、調質鋼の場合には、
９００℃以上の温度域で３０％以上の圧下を行い、オー
ステナイト粒を微細化する。

また、圧延仕上温度は、その後の冷却の効果を十分発揮
させるために、（Ａｒ３変態点−３０℃）以上とする。

次に、熱間圧延後の冷却であるが、これは、鋼板偏析部
の硬さを低下させるため、成分含有量に応して、また非
調質鋼の場合であるか或いは調質鋼の場合であるかに応
じて、冷却速度ｃＲ（’Ｃ／ｓ）が次式で示される範囲
にて加速冷却する必要がある。

すなわち、非調質鋼の場合は次式（１）、（２）による
範囲の冷却速度ＣＲとする。

ＣｅｑＳ≧０．７８５％の場合、 （１３，３ＸＣｅｑＳ−８，７）２≦ＣＲ≦４−０　・
−（１）ＣｅｑＳ＜　０　、７８５％の場合、 ３≦ＣＲ≦４０　　　　　　　　　　　・（２）また、
調質鋼の場合は次式（３）、（４）による範囲の冷却速
度ＣＲとする。

ＣｅｑＳ≧０．９３５％の場合、 （１３，３ＸＣｅｑＳ−１０，７）”≦ＣＲ・（３）Ｃ
ｅｑＳ＜　０　、９３５％の場合、 ３≦ＣＲ…（４） 但し、前記式（１）、　（２）或いは（３）、（４）に
おけるＣ　ｅｑＳは次式で定義される。

＋Ｎｂ＋２Ｘ　Ｎ（％） すなわち、本発明者らが化学成分及び冷却速度の異なる
鋼板を用い、ＰＨ；３の初期条件のもと、硫化水素飽和
５９％ＮａＣＱ−０，５％酢酸水素液中で９６時間の水
素誘起割れ試験を行った結果、非調質鋼の場合には、第
１図に示すように、前記（１）及び（２）式を満足する
条件で冷却した場合、水素誘起割れの発生は皆無である
が、この（１）、（２）式を満足しない場合には水素誘
起割れが発生することが判明したのである。また、調質
鋼の場合には、第２図に示すように、前記（３）及び（
４）式を満足する条件で冷却した鋼板を本発明の条件範
囲の温度で焼もどしを行った場合、水素誘起割れの発生
は皆無であるが、これら（３）、（４）式を満足しない
場合には水素誘起割れが発生することが判明したのであ
る。

なお、水冷停止温度については、非調質鋼の場合には４
５０℃以上６００℃未満の温度とする必要がある。６０
０℃以上では水冷による偏析部の硬さ低減の効果が少な
く、下限の４５０℃未満では、鋼板の表面部が硬化し、
耐水素誘起割れ性を害するので好ましくない。この急速
冷却後は徐冷する。

一方、調質鋼の場合の水冷停止温度は６００℃未満の任
意の温度範囲とすればよく、６００℃以上では水冷によ
る偏析部の硬さ低減の効果が十分でなく、耐水素誘起割
れ性を害するので好ましくない。

調質鋼の場合は、更に焼もどしを行うが、偏析部の硬さ
を低減し、耐水素誘起割れ性を改善するために、その温
度を５００℃以上とする必要がある。

（実施例） 次に本発明の実施例を示す。

失胤孤よ 第１表に示す化学成分を有する鋼を常法により溶製し、
連続鋳造法又は造塊法により鋳造した後、第２表に示す
圧延、冷却条件によって非調質鋼板を製造した。

得られた鋼板の強度及び耐水素誘起割れ性を第２表に併
記する。

なお、耐水素誘起割れ性の評価は、ＮＡＣＥＳｔａｎｄ
ａｒｄ　ＴＭ　−０２８４に準じて行った。

但し、試験に用いた溶液は、■−■２Ｓで飽和した人工
海水（所謂、ＢＰ溶液、ｐＨ；５））と５％ＮａＣＱ＋
０．５％酢酸溶液（所謂、ＮＡＣＥ溶液、ｐＨ＝３）の
２種類である。

そして、各供試銅板より採取した試験片を無負荷状態で
上記溶液に９６時間浸漬した後、断面検鏡により水素誘
起割れの有無を判定した。

」二記水素誘起割れ試験に供した試験片は、供試鋼板」
、において最も偏析の大きいと考えられる位置から、第
３図に示すように採取した。試験片２の形状及び断面検
鏡位置を第４図に示す。試験片２のサイズ（ｍｍ）は、
ｔ　Ｘ　２０ｔｌｌＸ　１００　Ｑである。

また、試験片２の厚さは鋼板の表裏両面を各１．ｍｍず
つ切削したものである。

各供試鋼板より各試験溶液当り３個の試験片を採取し、
何れの試験片においても水素誘起割れの発生が認められ
ない場合のみ、水素誘起割れの発生無しくＯ印）と判定
した。

第２表から明らかなように、本発明範囲の条件で製造し
た非調質鋼板（本発明法）の場合は、ｐＨ〜５のＢＰ溶
液においては勿論のこと、ｐ　Ｈ、３のＮＡＣＥ溶液に
おいても水素誘起割れが全く発生していない。

一方、その製造条件が本発明範囲の条件を満たしていな
い鋼板（比較法）においては、何れも水素誘起割れが発
生している。

【以下余白］ 夫ｍオ 第３表に示す化学成分を有する鋼を常法により溶製し、
連続鋳造又は造塊法により鋳造した後、第４表に示す圧
延、冷却、焼もどし条件によって板厚２５ｍｍの調質鋼
板を製造した。

得られた鋼板の強度及び耐水素誘起割れ性を第４表に併
記する。なお、耐水素誘起割れの評価は実施例１の場合
と同様である。

第４表から明らかなように、本発明範囲の条件で製造し
た調質鋼板（本発明法）の場合は、ＰＨ＝５のＢＰ溶液
においては勿論のこと、ｐＨ，３のＮＡＣＥ溶液におい
ても水素誘起割れが全く発生していない。

一方、その製造条件が本発明範囲の条件を満たしていな
い鋼板（比較法）においては、何れも水素誘起割れが発
生している。

［以下余白］ （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ｐ）（＝３のよ
うな厳しい環境下においても水素誘起割れは全く発生す
ることのない鋼板を、非調質鋼板として或いは調質鋼板
として安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は水素誘起割れ発生に及ぼす成分Ｃｅ
ｑＳと水冷時の冷却速度ＣＲの関係を示す図、 第３図は水素誘起割れ試験片の採取位置を示す斜視図、 第４図は水素誘起割れ試験片の形状と断面検鏡位置を示
す斜視図である。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．０３〜０．２
   ０％、Ｓｉ：０．０２〜０．６０％、Ｍｎ：０．５０〜
   ２．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００３％
   以下、Ａｌ：０．００５〜０．０６０％、Ｔｉ：０．０
   ０５％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％及び
   Ｎ：０．００５０％以下を含み、残部が鉄及び不可避的
   不純物からなる鋼片を加熱、熱間圧延を行うに当って、
   ９００℃以下での圧下率が６０％以上、圧延仕上温度が
   （Ａｒ＿３−３０℃）以上とする圧延を終了した後、冷
   却速度ＣＲ（℃／ｓ）が下式（１）、（２）で示される
   範囲で４５０℃以上６００℃未満の温度まで加速冷却し
   、その後、放冷することを特徴とする耐水素誘起割れ性
   の優れた非調質鋼板の製造方法。 記 ＣｅｑＳ≧０．７８５％の場合、 （１３．３ＣｅｑＳ−８．７）＾２≦ＣＲ≦４０…（１
   ）ＣｅｑＳ＜０．７８５％の場合、 ３≦ＣＲ≦４０…（２） 但し、 ＣｅｑＳ＝１．３×Ｃ＋Ｓｉ／１５＋Ｍｎ／３＋３０×
   Ｐ＋２×Ｎ（％）（２）請求項１に記載の化学成分を有
   する鋼片を加熱、熱間圧延を行うに当って、９００℃以
   下での圧下率が３０％以上、圧延仕上温度が（Ａｒ＿３
   −３０℃）以上とする圧延を終了した後、冷却速度ＣＲ
   （℃／ｓ）が下式（３）、（４）で示される範囲で６０
   ０℃未満の任意の温度まで加速冷却し、その後更にＡｃ
   ＿１〜５００℃の温度範囲にて焼もどしを行うことを特
   徴とする耐水素誘起割れ性の優れた鋼板の製造方法。 記 ＣｅｑＳ≧０．９３５％の場合、 （１３．３ＣｅｑＳ−１０．７）＾２≦ＣＲ…（３）Ｃ
   ｅｑＳ＜０．９３５％の場合、 ３≦ＣＲ…（４） 但し、ＣｅｑＳは請求項１の場合に同じ。 （３）請求項１又は２に記載の方法において、該鋼片は
   更に、Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、Ｖ：０．００
   ５〜０．０１００％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０％、Ｎ
   ｉ：０．０５〜１．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．５０
   ％及びＭｏ：０．０５〜０．５０％のうちの１種又は２
   種以上を含み、前記式（１）〜（２）又は（３）〜（４
   ）におけるＣｅｑＳが次式で定義される方法。 ＣｅｑＳ＝１．３×Ｃ＋Ｓｉ／１５＋Ｍｎ／３＋３０×
   Ｐ＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋
   Ｎｂ＋２×Ｎ（％）