JPH10204587A - 耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高Ｃｒラインパイプ用 鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接性と溶接部靱性に優れ、かつ炭酸ガス環
境および硫化水素環境における耐食性と耐応力腐食割れ
性に優れ、しかも合金元素の少ない高Ｃｒラインパイプ
用鋼を提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：
０．４０％以下、Ｍｎ：０．３５％以下、Ｐ：０．０２
０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：５．０％以
下、Ｃｒ：１０〜１３％、Ｍｏ：１．０〜４．０％、Ｔ
ｉ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０２〜０．０８％、
Ｎ：０．０２％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．００３
％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記の式
から決まるＭの値が１１以下である耐硫化物応力腐食割
れ性に優れた高Ｃｒラインパイプ用鋼である。
Ｍ＝％Ｃｒ＋％Ｍｏ×１．３−％Ｎｉ

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、耐硫化物応力腐
食割れ性に優れた高Ｃｒラインパイプ用鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭酸ガスや硫化水素を含んだガスあるい
は石油の輸送用に用いられるパイプラインにおいては、
硫化物による応力腐食割れへの対策が必要である。そこ
で、通常の炭素鋼管を使用する場合は腐食抑制剤（イン
ヒビター）を併用し、あるいは、耐腐食性の高い２相ス
テンレス鋼管やクラッド鋼管が用いられている。しか
し、腐食抑制剤の使用は価格面ばかりか環境汚染の問題
がある。また、２相ステンレス鋼管やクラッド鋼管は材
料費が高いという問題がある。

【０００３】このような背景のもとに、比較的安価な材
料として、ＡＩＳＩ（米国鉄鋼協会）４１０鋼などがあ
る。しかし、この鋼は溶接性等に難点があり、また、硫
化水素環境における応力腐食割れの問題はやはり残って
いる。

【０００４】溶接性を備え、しかも硫化水素環境におけ
る耐応力腐食割れ性にも優れた材料やその製造方法が、
いくつか提案されている。例えば、特開昭５５−２１５
６６号公報には、Ｍｎを１．０〜３．５％、Ｃｒを１０
〜１３．５％含む鋼（マルテンサイト系ステンレス鋼、
以下同じ）が提案されている。同様に、特開平４−９９
１２８号公報にはＣｕを１．２〜４．５％、Ｃｒを１１
〜１４％含む鋼、特開平４−２６８０１９号公報にはＣ
ｏを１．１〜４．０％、Ｃｒを１１〜１４％含む鋼が提
案されている。

【０００５】また、特開平５−１５６４０８号公報には
Ｃｒを１３〜１７％に高めた鋼が提案され、特開平６−
２６４１９２号公報にもＣｒを１３〜１７％に高めた鋼
が提案されている。一方、特開平６−３０６５４９号公
報にはＣｒを１０〜１３％と低くした鋼が提案されてい
る。さらに、特開平８−３６４２号公報には、Ｃｕ、Ｎ
ｉを４．０％以下、Ｃｏを２．０％以下、Ｍｏ，Ｗを
３．０％以下とするとともに、これらの元素の含有量を
ある関係式により規定した鋼が提案されている。さら
に、特開平８−３６４２号公報には、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉを
合計０．１％以上添加することも提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−９９１２８号公報記載の技術、特開平４−２６８０
１９号公報記載の技術では、Ｃｕ、Ｃｏを添加する必要
がある。これらの元素は、溶接性と溶接部靱性が低いと
いう問題がある。

【０００７】特開平５−１５６４０８号公報、特開平６
−２６４１９２号公報の技術では、Ｃｒを１３％以上と
多量に添加する必要がある。また、溶接熱影響部の靱性
が良好とはいえないという問題がある。

【０００８】特開平６−３０６５４９号公報記載の技術
では、添加元素は全体的に低く抑えられているが、溶接
熱影響部の靱性と耐硫化物応力腐食割れ性が十分とは言
えない。特開平８−３６４２号公報記載の技術では、Ｃ
ｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗに上限が設けられており、添
加元素はある程度低く抑えられているが、溶接熱影響部
の靱性と耐硫化物応力腐食割れ性が十分とは言えない。

【０００９】この発明は、これらの従来技術の問題点を
解決し、溶接性と溶接部靱性に優れ、かつ炭酸ガス環境
および硫化水素環境における耐食性と耐応力腐食割れ性
に優れ、しかも合金元素の少ない高Ｃｒラインパイプ用
鋼を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、重量％で、
Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．４０％以下、Ｍｎ：
０．３５％以下、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００
５％以下、Ｎｉ：５．０％以下、Ｃｒ：１０〜１３％、
Ｍｏ：１．０〜４．０％、Ｔｉ：０．０３％以下、Ａ
ｌ：０．０２〜０．０８％、Ｎ：０．０２％以下、Ｃ
ａ：０．０００５〜０．００３％、残部Ｆｅおよび不可
避的不純物からなり、下記の式から決まるＭの値が１１
以下である耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高Ｃｒライ
ンパイプ用鋼である。

【００１１】Ｍ＝％Ｃｒ＋％Ｍｏ×１．３−％Ｎｉ まず、化学成分の限定理由について説明する。

【００１２】Ｃ： Ｃが０．０３％を超えると、耐硫化
物応力腐食割れ性と溶接性の劣化をまねく。従って、Ｃ
量を０．０３％以下に規定する。

【００１３】Ｓｉ： ０．４０％を超えてＳｉを添加す
ると、加工性を損ない、溶接熱影響部の靱性および溶接
性の劣化をまねく。従って、Ｓｉ量を０．４０％以下に
規定する。

【００１４】Ｍｎ： ０．３５％を超えてＭｎを添加す
ると、溶接熱影響部の靱性と耐硫化物応力腐食割れ性の
劣化をまねく。Ｍｎは、Ｃ、Ｓｉなどの他の元素に比べ
て特にその傾向が著しく、Ｍｎの低減は特に重要であ
る。従って、Ｍｎ量を０．３５％以下に規定する。

【００１５】Ｐ： Ｐが０．０２０％を超えると、溶接
熱影響部の靱性と耐硫化物応力腐食割れ性の劣化をまね
く。従って、Ｐ量を０．０２０％以下に規定する。

【００１６】Ｓ： Ｓが０．００５％を超えると、溶接
熱影響部の靱性と耐硫化物応力腐食割れ性の劣化をまね
く。従って、Ｓ量を０．００５％以下に規定する。

【００１７】Ｎｉ： 良好な耐食性、母材靱性を得るた
めにＮｉを添加する。但し、５％を超えて添加してもそ
の効果は飽和し、いたずらにコスト上昇を招くばかり
か、溶接性も劣化する。従って、Ｎｉ量を５．０％以下
に規定する。

【００１８】Ｃｒ： 良好な耐食性を得るためには、１
０％以上のＣｒの添加が必要である。しかし、１３％を
超えての添加は、溶接熱影響部の靱性の劣化をまねく。
従って、Ｃｒ量を１０〜１３％の範囲に規定する。

【００１９】Ｍｏ： 良好な耐硫化物応力腐食割れ性を
得るためには、１．０％以上のＭｏを添加する必要があ
る。しかし、４．０％を超えて添加すると、溶接熱影響
部の靱性、溶接性が劣化する。従って、Ｍｏ量を１．０
〜４．０％の範囲に規定する。

【００２０】Ｔｉ： Ｔｉの微量の添加により、溶接熱
影響部の靱性と耐硫化物応力腐食割れ性が向上するの
で、他の合金元素を低くするためには不可欠の元素であ
る。しかし、０．０３％を超えて添加すると、かえって
溶接熱影響部の靱性、耐硫化物応力腐食割れ性が著しく
劣化する。従って、Ｔｉ量を０．０３％以下に規定す
る。

【００２１】Ｎ： Ｎが０．０２％を超えると、母材と
溶接熱影響部の靱性を損ない、溶接性の劣化をまねく。
従って、Ｎ量を０．０２％以下に規定する。

【００２２】Ｃａ： Ｃａの添加により、耐硫化物応力
腐食割れ性が向上する。その下限値は０．０００５％で
ある。しかし、０．００３％を超えて添加すると、かえ
って耐硫化物応力腐食割れ性の劣化をまねく。従って、
Ｃａ量を０．０００５〜０．００３％の範囲に規定す
る。

【００２３】残部はＦｅと不可避的不純物であるが、不
可避的不純物としては、以上に述べた以外の元素であれ
ば、発明の目的を損なわない限り含まれていてもよい。
不純物としてはスクラップから混入するもの、製鋼作業
で混入するもの等があるが、通常作業で混入する限り不
純物として含まれていても差し支えない。

【００２４】次に、耐食性あるいは耐硫化物応力腐食割
れ性を向上させる元素について、溶接熱影響部の靱性に
及ぼす影響を調べた。これらの元素としては、特にＮ
ｉ、Ｃｒ、Ｍｏについて検討した。これらの元素の添加
量が種々異なる鋼の溶接熱影響部について、シャルピー
衝撃試験を行った。

【００２５】図１は、この試験結果を整理して得られた
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏと溶接熱影響部の靱性の関係を示す図
である。図の横軸は％Ｃｒ＋％Ｍｏ×１．３、縦軸は％
Ｎｉを示す。ここで、％Ｃｒ等はそれぞれの元素の重量
％を示す。図中、○印はシャルピー衝撃試験の−２０℃
における吸収エネルギー（ｖＥ−２０）が５０Ｊ（ジュ
ール）以上、●印は同じく５０Ｊ以下であることを示
す。

【００２６】この図１より、シャルピー吸収エネルギー
が５０Ｊ以上（○印）となる領域は、図中の斜めの直線
より上の領域（高Ｎｉ、低Ｃｒ・Ｍｏ側）であることが
わかる。この直線の式は、 ％Ｃｒ＋％Ｍｏ×１．３−％Ｎｉ＝１１ であり、前述のＭで表せば、Ｍ＝１１である。ここで、
％Ｃｒ等はそれぞれの元素の重量％を示す。シャルピー
吸収エネルギーが５０Ｊ以上（○印）となる領域は、Ｍ
が１１以下となり、、同じく５０Ｊ以下（●印）となる
領域は、Ｍが１１を超える領域となる。このように、良
好な溶接熱影響部靱性を得るには、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏに
より決まるＭの値を１１以下とする必要がある。

【００２７】なお、図１には、Ｎｉ添加の効果が飽和す
る上限（Ｎｉ：５％）を横軸に平行な直線で示し、良好
な耐食性あるいは耐硫化物応力腐食割れ性を得るために
必要なＣｒとＭｏの下限（それぞれ１０％と１．０％、
％Ｃｒ＋％Ｍｏ×１．３に換算して１１．３％）とを縦
軸に平行な直線で示してある。これより、Ｎｉ、Ｃｒ、
Ｍｏの３元素については、この発明の領域は、図１の３
本の直線で囲まれた三角形の領域で示される。

【００２８】

【発明の実施の形態】この発明の鋼の溶製は、転炉、電
気炉、その他、化学成分を発明の範囲内に制御できる製
造方法であれば、いずれの方法を用いてもよい。この鋼
は、ラインパイプ用鋼として用いるため、スラブ等の形
状に鋳造する。その後、熱間圧延により鋼板を製造すれ
ば、ラインパイプ用の鋼板が得られる。熱間圧延は、厚
板ミルで製造すればよいが、幅狭でもよい場合（小径パ
イプ用）はホットストリップミルで製造すればよい。

【００２９】

【実施例】表１に示す化学成分の鋼を製造し、耐食性、
耐硫化物応力腐食割れ性、溶接性、熱影響部の靱性を調
べた。耐食性の調査は、炭酸ガス飽和の人工海水中での
腐食試験により行った。耐硫化物応力腐食割れ性の調査
は、炭酸ガスと硫化水素の混合ガスを飽和させた人工海
水中での応力腐食割れ試験により行った。溶接性の調査
は、曲げ試験により行った。溶接部の熱影響部の靱性の
調査は、溶接部の熱影響部からＶノッチシャルピー試験
片を切り出して衝撃試験を行った。

【００３０】

【表１】

【００３１】これらの試験結果を、表１に併せて示す。
この表でＭ値は前述のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏにより決まるＭ
の値、ＳＳＣは応力腐食割れ試験、靱性は熱影響部の靱
性をそれぞれ示す。試験結果の判定は、耐食性は腐食減
量０．５ｍｍ／ｙｅａｒ以下、ＳＳＣは応力腐食割れ試
験で７２０ｈ浸漬して破断しなかったもの、靱性は−２
０℃における吸収エネルギー５０Ｊ以上、溶接性は曲げ
半径２．０ｔ以下をそれぞれ合格とし表１に○印で、不
合格は×印で示した。

【００３２】この発明の化学成分およびＭの値を満たし
ている開発鋼（発明鋼）Ａ〜Ｌは、いずれの試験につい
ても合格となり、十分な耐食性、耐硫化物応力腐食割れ
性を有し、かつ溶接性、熱影響部の靱性にも優れてい
る。

【００３３】一方、鋼Ｍは、Ｃ量、Ｎｉ量が高く、Ｍ値
が１１を超えており、耐硫化物応力腐食割れ性、溶接熱
影響部の靱性、溶接性のいずれもが十分でない。鋼Ｎ
は、Ｍｎ量が高くてＣｒ量が低く、耐食性、耐硫化物応
力腐食割れ性、溶接熱影響部の靱性が十分でない。鋼Ｏ
は、Ｔｉ量が高く、耐硫化物応力腐食割れ性、溶接熱影
響部の靱性が十分でない。

【００３４】鋼Ｐは、Ｃｒ量、Ｍｏ量、Ｓ量が高く、Ｍ
値も１１を超えており、耐食性、耐硫化物応力腐食割れ
性、溶接熱影響部の靱性、溶接性のいずれもが十分でな
い。鋼Ｑは、Ｐ量が高くてＭｏ量が低く、Ｔｉが未添加
であり、耐硫化物応力腐食割れ性、溶接熱影響部の靱性
が十分でない。鋼Ｒは、Ｓｉ量、Ｎ量が高く、溶接熱影
響部の靱性、溶接性が十分でない。

【００３５】鋼Ｓは、Ｍ値が１１を超えており、耐硫化
物応力腐食割れ性、溶接熱影響部の靱性が十分でない。
鋼Ｔは、Ｃａ量が発明の範囲より高く、Ｍ値が１１を超
えており、耐硫化物応力腐食割れ性、溶接熱影響部の靱
性が十分でない。鋼Ｕは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、その他の
化学元素が発明の範囲内に入っているが、Ｍ値が１１を
超えており、溶接熱影響部の靱性が十分でない。

【００３６】

【発明の効果】この発明により、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの添
加量およびこれらの添加元素の間の関係、Ｔｉの添加
量、その他主要元素の添加量を規定することにより、十
分な耐食性、耐硫化物応力腐食割れ性を有し、かつ溶接
性、熱影響部の靱性にも優れた高Ｃｒラインパイプ用鋼
を安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏと溶接熱影響部の靱性の関係
を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：
   ０．４０％以下、Ｍｎ：０．３５％以下、Ｐ：０．０２
   ０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：５．０％以
   下、Ｃｒ：１０〜１３％、Ｍｏ：１．０〜４．０％、Ｔ
   ｉ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０２〜０．０８％、
   Ｎ：０．０２％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．００３
   ％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記の式
   から決まるＭの値が１１以下である耐硫化物応力腐食割
   れ性に優れた高Ｃｒラインパイプ用鋼。 Ｍ＝％Ｃｒ＋％Ｍｏ×１．３−％Ｎｉ