JPH064902B2

JPH064902B2 - 溶接部応力腐食割れ抵抗の優れた耐サワ−用鋼材

Info

Publication number: JPH064902B2
Application number: JP60096272A
Authority: JP
Inventors: 亘史野村; 哲雄武田; 牧夫飯野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-05-07
Filing date: 1985-05-07
Publication date: 1994-01-19
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: JPS61253345A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は溶接部応力腐食割れ抵抗の優れた鋼材に係り、
特に湿潤硫化水素環境下で使用されるラインパイプ、石
油化学プラント、ＬＰＧタンク等に使用される溶接部応
力腐食割れ抵抗の優れた耐サワー用鋼材に関するもので
ある。

（従来の技術及び問題点）近年原油、ガスの輸送、貯蔵に当り使用される鋼材は応
力腐食割れを起こす可能性が高まってきている。原因
は、良質な石油資源の減少に伴ない原油中の硫化水素含
有量が多くなってきているためである。すなわち、鋼材
が腐食する際に原油中に硫化水素が含まれていると、腐
食により発生する水素が原子状になり鋼中に侵入し易く
なることからいわゆる硫化物反応力腐食割れを起し易く
なってくる。

かくの如き硫化物応力腐食割れについて、従来鋼につい
て整理してみると、高張力鋼では硬さと硫化物応力腐食
割れの関係について多くの研究がある。この場合、硬さ
とは溶接部を示す場合は溶接熱影響部硬さであり、溶接
部を含まない場合は母材の硬さであるが、硬さがHv２
５０程度を境にして割れ感受性が変化し、Hv２５０以
下に制御して使用することによって硫化物応力腐食割れ
を防げることが知られている。この硬さを呈する組織の
内容については、高張力鋼であることから通常焼入焼戻
し処理により製造せざるを得ないため、組織は焼戻しマ
ルテンサイトである。

これら高張力鋼の使用分野としては通常油井管である
が、従来の技術としては例えば特開昭５８−９１１５０
号公報に見られるように焼入、焼戻し処理鋼についてMn
およびＰ等の偏析部に生ずる硬さの高い部分の解消とLa
添加による粒界脆化の防止による硫化物応力腐食割れ抵
抗の増大を図るものがある。又、特開昭５８−１０７４
７６号公報には均一硬さ分布を得るための最適成分系を
有する焼入、焼戻し処理鋼についての提案がある。しか
しながら、母材の硬さはHv230以下で問題ないものの、
強度的に見た場合高張力鋼に対してもう少し強度の低い
鋼の溶接熱影響部の硬さと硫化物応力腐食割れの関係に
ついてはあまり研究されていない。

（問題点を解決するための手段、作用）本発明の要旨は、重量％でＣ0.02〜0.05％，Ｓｉ0.1〜
0.5％，Ｍｎ0.6〜1.2％，Ａｌ≦0.05％，Ｎｂ0.02〜0.1
％，Ｂ0.001〜0.003％，Ｔｉ0.01〜0.04％，Ｃａ0.001
〜0.010％を含み、Ｐ≦0.02％，Ｓ≦0.005％に制限し、
又はこれに加えてさらにＮｉ0.1〜0.7％，Ｃｒ0.2〜0.8
％，Ｃｕ0.1〜0.5％，Ｍｏ0.1〜0.7％，Ｖ0.02〜0.1
％，Ｗ0.01〜0.08％のうちより選ばれた１種または２種
以上を含み、残部鉄及び不可避的な不純物から成り、溶
接熱影響部の組織が微細なベーナイト組織となることを
特徴とする溶接部応力腐食割れ抵抗の優れた耐サワー用
鋼材である。

本発明者らは、高張力鋼に比べ炭素含有量及びその他の
合金元素添加量が少い成分系から成る鋼について硬さと
組織を詳細に検討し、これと硫化物応力腐食割れ性との
関係づけを行った。その結果、サワー環境で使用される
ラインパイプ用鋼、貯蔵に使用されるタンク用鋼等の鋼
材で、溶接熱影響部の応力腐食割れ抵抗の優れた鋼材を
見出した。この鋼材を通常の鋼材と区別して溶接部応力
腐食割れ抵抗の優れた耐サワー用鋼材と言うことが出来
る。

即ち、本発明者らは種々検討を重ねた結果、溶接熱影響
部（特に高温のオーステナイト域に加熱された領域＝粗
粒化部）の組織を上部ベーナイト組織を生成させずに微
細なベーナイト組織にしたときにHv＝300程度まで応力
腐食割れを生じない鋼が得られることを見出し、溶接部
応力腐食割れ抵抗の優れた耐サワー用鋼材を得ることが
出来るという知見を得た。

本発明は以上の如き知見に基いてなされたものである。

以下に本発明を詳細に説明する。

先ず本発明鋼材における基本成分の限定理由について説
明する。

Ｃは強度を得るために添加するが、溶接粗粒化部の組織
を微細なベーナイトとするために添加量範囲が決定され
る。0.02％未満では上部ベーナイト組織となり組織が粗
くなる。また、0.05％超となると組織がマルテンサイト
組織となり、マルテンサイト組織では硫化物応力腐食割
れが起る。したがってＣは0.02〜0.05％とした。

Siは脱酸のために添加する。0.10％未満では脱酸が不十
分であり、0.5％超では脱酸は十分となるが鋼を脆化さ
せる。したがってSiは0.10〜0.50％とした。

Mnは強度を得るためでもあるが、添加によって溶接粗粒
化部の組織を微細なベーナイトにするために添加量範囲
が決定される。0.60％未満では上部ベーナイト組織とな
り組織が粗くなる。また、1.2％超となると組織がマル
テンサイト組織となり、硫化物応力腐食割れが起る。し
たがってMnは0.6〜1.2とした。

Alは脱酸のために添加する。しかし0.05％超となるとか
えって酸化物を形成し、鋼の清浄度を減少させ、応力腐
食割れに悪影響があるために、Alは0.05％以下とした。

Nbは強度と靱性を得るために添加する。0.02％未満では
強度、靱性に対する添加効果がない。0.1％超の添加で
は強度、靱性に対してNbの析出物粗大化のために逆効果
となる。したがってNbは0.02％〜0.1％とした。

Ｂは焼入性向上のために添加する。本発明鋼ではＣ量を
低くしているので、組織を微細なベーナイトとするには
適度の焼入性を確保することが必要である。0.001％未
満では焼入性が確保出来ず、0.003％超の添加でも巨大
なボロン化合物が生成し、焼入性が確保出来ない。した
がってＢは0.001〜0.003％とした。

TiはCa-Ti-Sを形成させ、靱性及び介在物の分散のため
に添加する。0.01％未満では効果がなく、0.04％超では
酸化物を形成し、介在物分散に効果がなくなる。したが
ってTiは0.01〜0.04％とした。

Ｃａは介在物の球状化のために添加する。即ちCa-Ti-S
を形成させ、硫化物応力腐食割れの起点となるMnSの形
成を防ぐためである。0.001％未満では介在物球状化に
効果がなく、0.010％超では酸化物形成のため介在物球
状化に効果がなくなる。したがってCaは0.001〜0.01％
とした。

Ｐは鋼中に含まれる不純物元素であり、かつまた粒界に
偏析し硫化物応力腐食割れを起し易くする。この割れを
起し易くする働きはマルテンサイトのときに最も顕著で
あるが、微細なベーナイト組織のときでも含有量が少な
い事が望ましい。しかしながら、0.02％以下にしておけ
ば割れの原因とならない。したがってＰは0.02％以下に
制限した。

Ｓも鋼中に含まれる不純物元素であり、含有量が少ない
事が望ましいが、0.005％以下であればCa,Ti添加によっ
て介在物の分散球状化を行なうことが出来るので、Ｓは
0.005％以下に制限した。

以上が本発明鋼材の基本成分系であるが、本発明におい
てはこれらの元素に加え、強度を得る目的と、C,Mn量と
の焼入性とのバランスで、以上の基本成分の他にさらに
Ni0.1〜0.7％，Cr0.2〜0.8％，Cu0.1〜0.5％，Mo0.1〜
0.7％，Ｖ0.02〜0.1％，Ｗ0.01〜0.08％のうちより選ば
れた１種または２種以上を添加させることができる。以
下各元素について添加理由を述べる。

Ｎｉは強度、靱性を得るために添加するが、0.1％未満
では効果がない。0.7％超では焼入性が上昇し、組織が
マルテンサイトになり、応力腐食割れが起り易くなる。
したがってNiは0.1〜0.7％とした。

Ｃｒも強度、靱性を得るために添加するが、0.2％未満
では効果がない。0.8％超では焼入性が上昇し、組織が
マルテンサイトになり、応力腐食割れが起り易くなる。
したがってCrは0.2〜0.8％とした。

Ｃｕも強度、靱性を得るために添加するが、0.1％未満
では効果がない。0.5％超では焼入性が上昇し、組織が
マルテンサイトになり、応力腐食割れが起り易くなる。
したがってＣｕは0.1〜0.5％とした。

Ｍｏも強度、靱性を得るために添加するが、0.1％未満
では効果がない。0.7％超では焼入性が上昇し、組織が
マルテンサイトになり、応力腐食割れが起り易くなる。
したがってMoは0.1〜0.7％とした。

Ｖも強度、靱性を得るために添加するが、0.02％未満で
は効果がない。0.1％超では焼入性が上昇し、組織がマ
ルテンサイトとなり、応力腐食割れが起り易くなる。し
たがってＶは0.02〜0.1％とした。

Ｗも強度、靱性を得るために添加するが、0.01％未満で
は効果がない。0.08％超では焼入性が上昇し、組織がマ
ルテンサイトになり応力腐食割れが起り易くなる。した
がってＷは0.01〜0.08％とした。

なお本発明の鋼は通常の製鋼、普通造塊、或いは連続鋳
造等の手段により鋳塊としたのち、通常の圧延工程を経
て、所望の寸法、形状の鋼材とすることが出来る。

以下に実施例により本発明の効果をさらに具体的に示
す。

（実施例）第１表に供試鋼の成分を示す。供試鋼は現場溶製圧延材
及び実験室溶解、圧延材を用いた。いずれの鋼も加熱温
度は１２００℃、圧下スケジュールはラインパイプ用鋼
として通常用いらている制御圧延の条件を採用した。仕
上板厚は１８mmとした。

応力腐食割れ試験方法について述べると、試片作製はま
ず種々の溶接熱影響部の組織を得るために第１図に示す
如く寸法t₁＝１８mm，l₁＝２００mm，l₂＝３００mmの供
試鋼片１の圧延方向Ｗに入熱を変化させて溶接を行い、
溶接ビード２を中央に入れ、第２図に示すような寸法t₁
＝１８mm，t₂＝２０mm，l₁＝２００mmの応力腐食割れ試
験片３を切り出した。

応力負荷手段は第３図に示すような３点曲げ治具によっ
て行った。第３図に於て試験片３は絶縁物４を介して曲
げ治具５及び支点６に取りつけられ、ボルト７を締付け
ることにより応力が負荷される。応力負荷後、試験片を
治具ごと腐食液に浸漬して割れの判定を行った。

腐食液は硫化水素飽和−５％塩化ナトリウム液である。

第２表に供試鋼の機械的性質及び先に述べた方法で行っ
た応力腐食割れ試験結果を示す。本発明鋼は応力腐食割
れ抵抗が比較鋼に比べて著しく優れていることが解る。

（発明の効果）以上の実施例からも明らかなように、本発明によれば溶
接部応力腐食割れ抵抗の優れた耐サワー用鋼材の提供が
可能となり、産業上の効果は極めて顕著なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は応力腐食割れ試片の作製要領を示す図、第２図は応力腐食割れ試験片の寸法形状を示す図、第３図は応力腐食割れ試験曲げ治具にて試験片に曲げ応
力を負荷する手段の説明図である。１…供試鋼試片、２…溶接ビード、３…応力腐食割れ試
験片、４…絶縁物、５…曲げ治具、６…支点、７…ボル
ト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−104653（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−126959（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−91150（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−107476（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−80752（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でＣ０．０２〜０．０５％、Ｓｉ０．１０〜０．５０％、Ｍｎ０．６〜１．２％、Ａｌ≦０．０５％、Ｎｂ０．０２〜０．１０％、Ｂ０．００１〜０．００３％、Ｔｉ０．０１〜０．０４％、Ｃａ０．００１〜０．０１０％を含みＰ≦０．０２％、Ｓ≦０．００５％に制限し、残部鉄及び不可避的な不純物から成り、溶接
熱影響部の組織が微細なベーナイト組織となることを特
徴とする溶接部応力腐食割れ抵抗の優れた耐サワー用鋼
材。
【請求項２】重量％でＣ０．０２〜０．０５％、Ｓｉ０．１０〜０．５０％、Ｍｎ０．６〜１．２％、Ａｌ≦０．０５％、Ｎｂ０．０２〜０．１０％、Ｂ０．００１〜０．００３％、Ｔｉ０．０１〜０．０４％、Ｃａ０．００１〜０．０１０％を含みＰ≦０．０２％、Ｓ≦０．００５％に制限し、更にＮｉ０．１〜０．７％、Ｃｒ０．２〜０．８％、Ｃｕ０．１〜０．５％、Ｍｏ０．１〜０．７％、Ｖ０．０２〜０．１％、Ｗ０．０１〜０．０８％のうちより選ばれた１種または２種以上を含み、残部鉄
及び不可避的な不純物から成り、溶接熱影響部の組織が
微細なベーナイト組織となることを特徴とする溶接部応
力腐食割れ抵抗の優れた耐サワー用鋼材。