JPH0748621A - 耐ｓｓｃ，耐ｈｉｃ性に優れた圧力容器用鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】耐ＳＳＣ性，耐ＨＩＣ性に優れ、しかも低Ｃ当
量化による溶接性の改善効果をも有する圧力容器用鋼材
を低コストで製造する方法を提供する。 【構成】Ｃ0.25重量％以下の低炭素鋼を低Ｓ化し、Ｃａ
およびＢを添加して制御圧延・制御冷却（ＴＭＣＰ）を
施し、焼きなましままでベーナイト組織として耐ＳＳＣ
性，耐ＨＩＣ性に優れた厚鋼板を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石油精製プラント用の
圧力容器等に好適に利用できる耐ＳＳＣ（応力腐食割
れ）性，耐ＨＩＣ（水素誘起割れ）性に優れた圧力容器
用鋼の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力容器用鋼材は高圧下で使用されるこ
とから厚肉材が多く、また形状によっては熱間成形加工
が必要とされ、成分上は強度確保のため必然的に高Ｃ当
量であり、熱間成形後の組織はフェライトパーライト組
織の鋼材が一般的である。しかしこのような鋼材は耐Ｓ
ＳＣ性，耐ＨＩＣ性の点で非常に不利である。また、高
Ｃ当量の圧延鋼材は溶接割れが発生し易く、その防止の
ために溶接施工時に予熱するなど製造コストの上昇が避
けられない。一方、Ｃ量を減少させることで溶接性を改
善しょうとすると、強度低下，耐腐食性の低下等の問題
が生じる。

【０００３】これに対して、最近、低炭素鋼にＢを添加
することにより耐溶接割れ性と高強度とを兼ね備えさせ
る圧力容器用鋼板の製造法が行われるに至った。しか
し、この場合の鋼板は焼きならしままでの靱性が低い。
そのため曲げ加工等で脆性破壊が生じないように、熱間
曲げ加工するとか、又は冷間曲げ加工前に焼戻しして靱
性を回復させるなどが必要で、製造コストの上昇が避け
がたい。

【０００４】こうした問題を解決するものとして、特開
昭６１−１８６４５３号公報で、Ｃ量0.12％以下の低炭
素鋼にＢを所定量添加すると共に、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒを
複合添加して、Ｂの焼入れ性向上効果との相乗効果によ
って鋼の組織を一部ベイナイト化することにより、耐溶
接割れ性，耐エロージョン性，耐クリープ性等を向上さ
せた圧力容器用鋼板が提案された。ベイナイトはフェラ
イトに比べて各元素の固溶性が高いために、結晶粒界に
析出物を生じ難い性質を有することを利用して、耐エロ
ージョン性，耐クリープ性をも合わせて改善せんとした
ものである。

【０００５】また、特開昭６１−１９４１５３号公報に
は、板厚増大化に伴う問題点を解決して強度，靱性，溶
接性を高め得る圧力容器用鋼板の成分組成に関する提案
がなされている。すなわち、圧力容器用鋼板の板厚が増
加すると、焼きならし温度からの冷却速度が遅くなり、
その結果焼きならし効果による強度，靱性等の機械的性
質の改善が期待できなくなる点に着目し、安価な炭素鋼
をベースとしてこれに、Ｃｒ，ＭｏとＢを複合添加する
ことによりＢの強度，靱性向上効果を促進せしめ、極厚
鋼板においても高強度，高靱性を確保できるとしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、Ｂ
の強度，靱性向上効果をＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒの複合添加な
いしはＣｒ，Ｍｏの複合添加によって補強し、厚鋼板に
おける高強度，高靱性の確保を意図しているが、その他
の元素に及ぶ成分制御、特に水素の集積サイトの減少に
よる割れ発生起点の減少を狙って介在物の形態制御を行
うという観点は見出せない。

【０００７】本発明は、低Ｓ化，Ｏ低減，Ｃａ添加によ
り介在物ＭｎＳ等の分散球状化を促進させて水素割れの
発生起点を減らし、かつＢを添加した鋼に制御圧延・制
御冷却（ＴＭＣＰ）あるいは焼きならしを施してベーナ
イト組織とすることにより、耐ＳＳＣ性，耐ＨＩＣ性に
優れ、しかも低Ｃ当量化による溶接性の改善効果をも有
する圧力容器用鋼材を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の耐ＳＳＣ，耐ＨＩＣ性に優れた圧力容器用鋼の製
造方法は、 重量比でＣ ：0.25％以下、Ｓｉ：0.50％
以下、Ｍｎ：1.60％以下、Ｐ ：0.010 ％以下、Ｓ ：
0.003 ％以下、Ｃｕ：0.50％以下、Ｎｉ：1 ％以下、
Ｃｒ：0.60％以下、Ｍｏ：0.30％以下、Ｎｂ，Ｖ，Ｔ
ｉ：それぞれ0.050 ％以下、Ａｌ：0.030 〜0.070 ％、
Ｂ ：0.0005〜0.0013％、Ｎ ：0.0040％以下、希土類
金属もしくはＣａ：0.0010〜0.0050％、Ｏ ：0.0030％
以下を含有し、残余はＦｅ及び不可避的不純物より成る
鋼を制御圧延・制御冷却または焼きならし処理してベイ
ナイトを含む組織とすることを特徴とする。

【０００９】

【作用】耐ＳＳＣ，耐ＨＩＣ性改善のためには、成分制
御，ミクロ偏析制御，組織制御が望ましい。組織制御は
ベイナイト化の促進であり、薄肉材では低温圧延時に冷
却速度を制御する所謂ＴＭＣＰ化で達成可能であるが、
圧力容器用鋼材のような厚肉材では製造が困難である。
一方、調質高強度材ではＢを添加し、高Ｃ当量化するこ
となく組織をベイナイト化している。そこで、本発明者
は焼きならし鋼でＢを添加したものを調査の結果、組織
はベイナイト化しており、成分制御，ミクロ偏析制御を
すると耐ＳＳＣ性，耐ＨＩＣ性に優れた鋼材を製造でき
ることを見出し、本発明を提案するに到ったものであ
る。

【００１０】以下に、本発明に係る圧力容器用鋼の特性
値の臨界的意義及び作用等について詳説する。 Ｃ：鋼材の強度確保に効果的な元素であるが、0.25％を
越えると加工性，溶接性を損なうので上限を0.25％とす
る。 Ｓｉ：鋼を脱酸する上で必要な元素であり、強度確保に
も効果があるが、0.50％を越して過多になると鋼の靱性
を劣化させるので上限を0.50％とする。

【００１１】Ｍｎ：強度と靱性を確保するのに効果のあ
る元素であり、0.80％以上添加すると有効であるが、1.
60％を越して過多となるとミクロ偏析部の低温変態組織
の生成を促進するので上限を1.60％とする。 Ｐ：この元素は鋼の靱性に対して有害であり、かつミク
ロ偏析部の焼入れ性を増すので上限を0.010 ％とする。

【００１２】Ｓ：加工性，靱性に対し有害な元素であっ
て、0.003 ％を越すと、後述のＣａの添加による介在物
の分散球状化の効果を妨げ、鋼材の板厚方向の特性を劣
化させる。そこで、本発明鋼にあっては0.003 ％を上限
とする。 Ｃａ：この元素は水素誘起割れの起点となる介在物Ｍｎ
Ｓ 等を分散球状化させるという形態制御効果があり、
そのため少なくとも0.0010％を必要とする。しかし、0.
0050％を越して過多となると介在物の量が増加して却っ
て水素誘起割れの原因となる。そこで本発明鋼では、そ
の添加量を0.0010〜0.0050％の範囲に限定する。

【００１３】Ｏ：酸素はＣａの介在物の形態制御効果を
促進する効果がある。しかし0.0030％を越して過多とな
るとＣａの酸化物を生成して鋼の肉質を損なう。そこで
本発明鋼にあっては、その上限を0.0030％とする。 Ａｌ，Ｂ，Ｎ：本発明鋼では、ベイナイト組織を得るた
めＡｌ，Ｂ，Ｎの各元素の含有範囲を図１に示す斜線の
範囲に設定する。すなわち、板厚１００mmの鋼板をＮ≦
0.0040％の範囲で、ＢおよびＡｌの添加量を種々に変え
て製造し、その組織確認を実施した結果、ベイナイト主
体の組織が得られるＢ，Ａｌの範囲として、Ｂは0.0005
〜0.0013％、Ａｌは0.030 〜0.070 ％を設定した。

【００１４】Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ
については、靱性，強度確保の観点から、いずれの元素
も有効である。また、Ｃ当量の増加を抑え代替として添
加されるが、高価なため従来鋼の範囲内に上限を設定す
る。かくして、本発明にあっては、圧力容器用鋼板の耐
ＳＳＣ性および耐ＨＩＣ性を向上させるべく、成分制
御，ミクロ偏析制御，組織制御を行った。その作用効果
をまとめると、次のようになる。

【００１５】成分制御：低Ｓ化，Ｏ低減，Ｃａ添加に
より、水素割れの起点となる介在物であるＭｎＳ等を分
散球状化を促進して、水素の集積サイトの減少ひいては
鋼板の耐ＨＩＣ性を改善した。 ミクロ偏析制御：低Ｃ化，低Ｍｎ化，低Ｐ化によりミ
クロ偏析を軽減して板厚に平行な割れの伝播を防止し、
耐ＳＳＣ性を改善した。

【００１６】組織制御：Ｂ添加鋼をＴＭＣＰ（制御圧
延・制御冷却）または焼きならし処理することにより組
織のベイナイト化を促進し、第２相の分散化、マトリッ
クスの高強度化を図って板厚方向の割れ伝播を防止し、
耐ＳＳＣ性を改善した。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。表１に示
す成分組成の発明鋼１〜５と、比較鋼ａ，ｂとで、それ
ぞれ板厚１５０mmの被試験鋼材を製造して、それらのミ
クロ組織を検討すると共に、機械的性質を試験した。

【００１８】

【表１】 図２ないし図７は、表１の各被試験鋼材の金属組織を示
す写真である。図２は発明鋼１、図３は発明鋼２、図４
は発明鋼３、図５は発明鋼４、図６は発明鋼５を表し、
一方、図７は比較鋼ａ、図８は比較鋼ｂを表したもので
ある。発明鋼１〜５はいずれもベイナイト主体の組織で
ああるのに対して、比較鋼ａ，ｂはいずれもフェライト
パーライト組織である。

【００１９】表１の各被試験鋼材についての機械的性質
として、降伏強度（ＹＳ_0.2)，引張強さ（ＴＳ），伸び
（％），衝撃試験値（_V Ｅ₀ ）を測定した結果と、耐応
力腐食割れ（ＳＳＣ）試験及び耐水素誘起割れ（ＨＩ
Ｃ）試験の結果とを表２に示す。ＳＳＣ試験ではＳＭＹ
Ｓ＝28kgf ／mm² とし、ＨＩＣ試験ではｐＨ3.0 〜3.5
で96hr浸漬した。

【００２０】

【表２】 表２におけるＳＳＣ試験は、７２０時間非破断要求の試
験としたが、フェライトパーライト組織である比較鋼
ａ，ｂはそれぞれ５００時間及び１４５時間と短時間で
破断した。これに対して試験した発明鋼１〜３は、いず
れも非破断であった。また、ＨＩＣ試験の結果、発明鋼
は比較鋼と同等以上の特性を示した。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
によれば、低Ｓ化し、かつＣａ及びを添加した鋼にＴＭ
ＣＰまたは焼きならしを施すことで焼入れ性を改善して
焼きならしままでもベイナイト組織を得るようにしたた
め、耐ＨＩＣ性と共に耐ＳＳＣ性をも向上させることが
でき、その結果熱間成形を必要とする鋼材に対しても低
コストでの製造が可能になるという効果が得られる。

【００２２】また、Ｂの添加による焼入れ性改善で、低
Ｃ当量で要求強度が得られるようになり、更に溶接性も
改善されるという効果を奏する。また、一般に、溶接部
の残留応力軽減等を目的として溶接後熱処理（ＰＷＨ
Ｔ）が施工されるが、Ｂを添加した本発明鋼では厳しい
ＰＷＨＴ下でも強度，靱性が容易に確保されるという効
果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるＢの効果が認められるＢ，Ａｌ
の範囲を示す図である。

【図２】発明鋼１の金属組織を示す写真である。

【図３】発明鋼２の金属組織を示す写真である。

【図４】発明鋼３の金属組織を示す写真である。

【図５】発明鋼４の金属組織を示す写真である。

【図６】発明鋼５の金属組織を示す写真である。

【図７】比較鋼ａの金属組織を示す写真である。

【図８】比較鋼ｂの金属組織を示す写真である。

【符号の説明】

な し

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比でＣ ：0.25％以下、Ｓｉ：0.50
   ％以下、Ｍｎ：1.60％以下、Ｐ ：0.010 ％以下、Ｓ
   ：0.003 ％以下、Ｃｕ：0.50％以下、Ｎｉ：1 ％以
   下、Ｃｒ：0.60％以下、Ｍｏ：0.30％以下、Ｎｂ，Ｖ，
   Ｔｉ：それぞれ0.050 ％以下、Ａｌ：0.030 〜0.070
   ％、Ｂ ：0.0005〜0.0013％、Ｎ ：0.0040％以下、希
   土類金属もしくはＣａ：0.0010〜0.0050％、Ｏ ：0.00
   30％以下を含有し、残余はＦｅ及び不可避的不純物より
   成る鋼を制御圧延・制御冷却または焼きならし処理して
   ベイナイトを含む組織とすることを特徴とする耐ＳＳ
   Ｃ，耐ＨＩＣ性に優れた圧力容器用鋼の製造方法。