JPH02173208A - 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、Ｍ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ろ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）　１１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−’
１１４３１８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
Ｃａ、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
Ｆ（＝ａ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、かト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
性の優れた鋼板の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、通常
圧延前の特定条件下での先行圧延とその後の熱間圧延で
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
鋼板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６ すなわち、本発明は、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ
：０．０５〜０．６０％、Ｍｎ：０，５０〜２．５０％
、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：Ｏ，００３％以下、ＡＱ
：０．００５〜０．０６０％、Ｔｉ：０．００５％以下
、Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％及びＮ：０．０
０５０％以下を含み、更に必要に応じて。

Ｎｂ：Ｏ，ＯＯ５〜０．１００％、ｖ：０．００５〜０
゜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又
は連鋳スラブを、１０００℃以上の温度Ｔ（’Ｃ）で３
時間以上の時間ｔ　（ｈｒ）保持した後、圧下率１５％
以上で圧延を行い、一旦Ａｒ１点以下まで冷却し、次い
で加熱、熱間圧延を行うに当たって、９００℃以下での
圧下率が６０％以上、圧延仕上温度が（Ａｒ３点−３０
℃）以上とする圧延を終了した後、冷却速度ＣＲ（’Ｃ
／　ｓ）が下式（１）、　（２）で示される範囲で６０
０℃未満４５０℃以上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鋼
板の製造方法を要旨とするものである。

ＣｅｑＴ≧０．７８５場合、 （１３，３Ｃ’ｅｑＴ−８，７）２≦ＣＲ≦４０−（１
）ＣｅｑＴ＜０．７８５の場合、 ３≦ＣＲ≦４０　　　　　　　　　　　　　・・・（２
）但し、 −（Ｔ＋２７３）（Ｒｏｇｔ＋２０）Ｘ　１０−’÷３
又は −（Ｔ＋２７３）　（Ｑ　ｏｇｔ　＋２０）　Ｘ　１０
−’＋３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。

ＳＬは脱酸に必要な元素であり、そのためには含有量は
０．０５％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０．０５
〜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
する点から、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０゜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、ＡＱＣ含有量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、Ｔｉ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又は連鋳スラブ
を、通常の加熱圧延に先立って、１２００℃以上の温度
Ｔ　（’Ｃ）で３時間以上の時間ｔ　（ｈｒ）保持した
後、圧下率１５％以上で先行圧延を行い、偏析部の硬さ
の低下を図っておく必要がある。この場合、１２００％
未満或いは３時間未満の加熱、或いは圧下率２０％未満
の圧延では、その効果が小さい。

次いで、該スラブをＡｃ工点点以下冷却した後、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％以上の圧下を行って、オーステナイト
粒を微細化しておく必要がある。

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、成分含有量に応じて、また通
常の加熱圧延の前段階で実施する前記先行圧延時の加熱
条件に応じて、冷却速度ＣＲ（℃／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１次式（１）、（２）による範囲の冷却速度Ｃ
Ｒとする。

ＣｅｑＴ≧０．７８５の場合。

（１３，３ＸＣｅｑＴ−８，７）２≦ＣＲ≦４０−（１
）ＣｅｑＴ＜０．７８５の場合。

３≦ＣＲ≦４０　　　　　　　　　　　　・・・（２）
但し、前記式（１）、（２）におけるＣｅｑＴは含有成
分に応じて次式で定義される。

−（Ｔ÷２７３）（Ｆｌ　ｏｇ　ｔ　４２０）Ｘ　　１
　０″″４＋３又は −（Ｔ＋２７３）（ｕｏｇｔ＋２０）Ｘ　　１　０−’
＋３すなわち、本発明者らが化学成分、先行圧延時の加
熱条件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５％ＮａＣｌ２−０．５
％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、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。

なお、水冷停止温度については、６００’Ｃ未満４００
℃以上の温度とする必要がある。６００℃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４００
℃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。この急速冷却後は放冷する
。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 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　Ｔ　Ｍ　−０２−８４に準じて行った。

但し、試験に用いた溶液は、Ｈ，Ｓ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。

ＰＩ（，３）の２種類である。

そして、各供試鋼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。

上記水素誘起割れ試験に供した試験片は、供試鋼板１に
おいて最も偏析の大きいと考えられる位置から、第２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３図に示す。試験片２のサイズ（ｆｆ１ｍ）は、
ｔＸ２０ｉｚＸｌｏｏＱである。

また、試験片２の厚さは鋼板の表裏両面を各Ｌｍｍ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０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１ （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、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発生する
ことのない鋼板を安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水素誘起割れ発生に及ぼすＣｅｑＴと水冷時の
冷却速度ＣＲの関係を示す図、 第２図は水素誘起割れ試験片の採取位置を示す斜視図、 第３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 ｅｇ　Ｔ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．０３〜０．２
   ０％、Ｓｉ：０．０５〜０．６０％、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又は連鋳スラブを、１２００℃以上
   の温度Ｔ（℃）で３時間以上の時間ｔ（ｈｒ）保持した
   後、圧下率１５％以上で圧延を行い、一旦Ａｒ＿１点以
   下まで冷却し、次いで加熱、熱間圧延を行うに当たって
   、９００℃以下での圧下率が６０％以上、圧延仕上温度
   が（Ａｒ＿３点−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６００℃未満４５０℃以上の温度まで加速冷
   却し、その後、放冷することを特徴とする耐水素誘起割
   れ性の優れた鋼板の製造方法。 記 ＣｅｑＴ≧０．７８５場合、 （１３．３ＣｅｑＴ−８．７）＾２≦ＣＲ≦４０・・・
   （１） ＣｅｑＴ＜０．７８５の場合、 ３≦ＣＲ≦４０・・・（２） 但し、 ▲数式、化学式、表等があります▼
2. （２）前記鋼が、更に、Ｎｂ：０．００５〜０．１００
   ％、Ｖ：０．００５〜０．１００％、Ｃｕ：０．０５〜
   １．５％、Ｎｉ：０．０５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５
   〜０．５％及びＭｏ：０．０５〜０．５０％のうちの１
   種又は２種以上を含有するものであり、また、前記式（
   １）、（２）の但し書きにおける式が次式で定義される
   ものである請求項１に記載の方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼