JPS6024352A - 湿潤炭酸ガス腐食抵抗及び溶接性にすぐれたラインパイプ用鋼 - 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】 この発明は、湿潤炭酸ガスに対する腐食抵抗が大きく、
溶接性のすぐれたラインパイプ用鋼に関する。

石油、天然ガス等を輸送するラインパイプ用口は、所定
の強度とともにすぐれた溶接性を要求されることは周知
である。これらの性質に加えて、近年石油、天然ガスに
含まれる腐食性物質の影響が重大視されるようになって
来た。炭酸ガスによる腐食もそのひとつであり、炭酸ガ
スと水を含む石油や天然ガスに触れる鋼材は、 Ｈ２Ｏ＋　ｃｏ２＝Ｈ７ｃｏ、、＊　Ｉ（＋＋ＨＣＯ；
　＝　２Ｈ＋＋　ｃｏニーの反応によって生じるＨ＋の
作用により激しい腐食をうける。かかる腐食は、炭酸ガ
ス分圧が３０ＰＳｉ以上になれば発生するといわれ、又
、７Ｐｓｉ以下でも生じるという報告（Ｌ、　５ｐｅｅ
ｌ　：　ＭａｔｅｒｉａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　１
９７６、　＆　８．　Ｐ４６　）もある。

このようなラインパイプにおける腐食は石油やガスの資
源の多角化とともに益々大きな問題になることが予想さ
れるが、現在の対策はインヒビターの注入と露点管理と
いう煩瑣でコストの嵩む方法に尽きる。

この発明は、ラインパイプ用の鋼材自体を改良して、上
記炭酸ガスに起因する腐食を抜本的に除去することを目
的としてなされたものである。

ラインパイプ用鋼に対しては、前述のとおり、耐食性だ
けでなく、機械的性質及び溶接性についてもきびしい要
求がある。従って、その成分決定に当っては、その一つ
の性質の改良だけでなく、綜合的にすぐれ、しかも安価
なｆＨ１’ｆＵとなるように十分な配慮が必要である。

本発明者は、ラインパイプ用鋼に関するきわめて多数の
実験結果と製造実績に基いて、この発明を完成するに至
ったのである。

すなわち、この発明は、Ｃ０，１０係以下、Ｓｉ　Ｏ，
１０〜１．００ｑ６、Ｍｎ　０．１０〜１．２０％、Ｃ
ｒ　ｉ、ｏ〜ａ、ｏ＊、Ｎｂ　０１０１〜０．０８係、
Ａｎｏ、０１〜０．１０係、Ｂｏ、０００２〜０．００
５０％、ＮＯ，００１０〜０．０１５％、更にＣ００，
５〜２．０％、Ｔｉ　Ｏ，００５〜０．１０％の１種又
は２種を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる
か、上記成分のほか更にＭｏ　０．０２〜０．２０％、
Ｖｏ、０１〜０．１０％のうち１種又は２種を含有する
か、又はＺｒ　Ｏ，００５〜０．１０　％、Ｃａ　０．
０００５〜０．０１％、希土類元素０．０００５〜０．
０５％のうち１種を含有するか、更にＭｏ　０．０２〜
０．２０％、Ｖ　Ｏ，０１〜０．１０％のうち１種又は
２種とＶ　Ｏ，０１〜０．１０％、Ｚｒ　０１００５〜
０．１０％、Ｃａ　０．０００５〜０．０１％、希土類
元素０．０００５〜０．０５％のうち１種を含有するζ
ｉであって、Ｂ／Ｎ（ＢとＮの含有量の比）が０．１−
０．６、不純物中の３０．０１０％以下、Ｃｕ０．０４
％以下で、かつ溶接割れ感受性指数 （以下余白） １Ｕ が０．２３％以下を満足した鋼を要旨とする。

この発明の鍋は、上記各成分の組合せｌこよって、綜合
的にすぐれた性質を持つものであるが、各成分について
その作用効果を述べれば下記のとおりである。

Ｃは溶接性及び耐炭酸ガス腐食の面からは少ない方が望
ましい。ｏ、ｉｏ係は許容上限値である。Ｃの低減によ
る強度の低下は、後述する他の成分によって補うことが
できる。従って、Ｃは０．０１％以下の極微量としても
よい。

Ｓｉは脱酸剤として０．１０％以上必要である。１．０
０ある。しかし、１．２０％をこえると、炭酸ガスｌζ
よる腐食の速度が増大する。

Ｃｒは炭酸ガス腐食に対する抵抗力を向上させる成分で
ある。その効果は１．０％以上で顕著となり、含有量が
増すほど効果は大きい。しかし、８．０係をこえると、
靭性及び溶接性に悪影響を及ぼすから、１．０〜８．０
％の範囲がよい。

Ｎｂは少ｉ（ｏ、ｏｉ係以上）の添加で鑓の強度靭性を
著しく向上させるとともｌこ、炭酸ガス腐食に対する抵
抗力の増大にも寄与する。しかし、０．（１８％をこえ
ると溶接部の靭性を劣化させる。

Ａ７は鎖の脱酸の安定化を図るために添加する。

０．０１％以上残留するように添加すればよ＜、０．１
０％をこえると疵の発生や靭性の低下をまねく。

Ｂ（ボロン）は後述するＮ（窒素）とともに適当な比率
で含有されれば溶接部ボンド靭性の向上に有効である。

０．０００２％未満ではその効果が小さく、０．００５
０％をこえると母材の靭性劣化をまねく。

Ｎ（窒素）は溶接後の冷却過程でＢと結合してＢＮを生
成する。このＢＮはフェライト変態の核として働くので
フェライト粒が微細となり、溶接部ボンドの靭性向上に
役立つ。Ｎが０．００１０１未満ではこの効果が小さく
、０．０１５％をこえると賃塊割れの原因となるのでｏ
、ｏｏｉｏ〜０．０１５％の範囲が適当である。なお、
この範囲内で次のＢ／Ｎ比を適正に保つ必要がある。

Ｂ／Ｎを０．１〜０．６の範囲としたのは、溶接部ボン
ド靭性を向上させるためである。溶接時にボンド部分は
１３００°Ｃ以上に加熱されるので、Ｂ、Ｎ及びＡｎは
固溶する。溶接後の冷却過程で、Ｂ及びＮは拡散速度が
大きいため、オーステナイト粒界或いは非金属介在物表
面に偏析し、局部的に濃度が高くなり、温度低下に伴っ
て溶解度積をこえてＢＮを析出する。

ＡＩなどの他の窒化物生成傾向の大きい元素は、拡散速
度がＢ及びＮに比べて小さいので、基地に固溶したまま
である。上記の槻槽で、本来靭性に有害な固溶ＮはＢＮ
として固溶されるだけでなく、このＢＮがフェライト生
成核として働いてフェライト粒の微細化、靭性の向上に
寄与する。

Ｂ／Ｎが０．１未満であればＮが多すぎて固溶Ｎ量が増
しボンド靭性が劣化し、またＢ／Ｎが０．６をこえると
Ｂの焼入性向上効果が現れ、ボンド靭性に有害なベイナ
イトを生成するようになる。

この発明の基本鋼は、上記各成分の外、残部は１？ｅ及
び不可避的不純物からなる。ここで、不純物中のＰ、Ｓ
及びＣｕｌこついては特ｌこ留意する必要がある。

ＳはＭｕＳを主体とする非金属介在物を生成させ、靭性
劣化を招くとともに溶接時のラメラティアの原因となる
から、できるだけ少ない方がよい。

０．０１０％は許容上限値である。

Ｃｕは炭酸ガス腐食に対する抵抗力を減少させる好まし
くない成分である。不可避的に混入する場合でも０．０
４％以下、望ましくは０．０２％以下に抑えるべきであ
る。少ないほどよいことはいうまでもない。

Ｔ１　＋　ｃｏは、Ｃｒと複合して添加することにより
、その相乗効果により耐Ｃ０２腐食性を向上させるのに
有効であるが、ＴｉはＯ，ＯＯ５％未満、Ｃｏは０．５
係未満ではその効果が得られない。

又、Ｔｉはｏ、ｉｏ幅をこえると靭性を劣化させるので
０．００５〜０．１０％とし、Ｃｏは２．０係をこえる
とその効果が飽和し原価が高（なるので０．５〜２．０
係とした。

上記基本鋼の成分のほかに含有する添加元素のうち、Ｍ
、）、Ｖは合金成分中に固溶したり、炭化物を析出する
ことにより、耐食性を劣化させることなく強度と靭性を
向上させるのに有効であるが、Ｍ、）は０．０２φ未満
、■は０．０１％未満では、その効果が得られず、又Ｍ
ｏ０．２０係、■は０．１０係をこえると靭性、溶接性
に５好ましくない影響を及ぼすので、ＭＯは０．０２〜
０．２０％、Ｖは０．０１〜０．１０　％とした。

Ｚｒ、Ｃａ及び希土類元素は、硫化物系介在物の減少及
び硫化物系介在物の球状化に効果があり、これにより靭
性の向上に有効であり、又、不純物軽減により耐食性の
向上に寄与する。しかし、ｚｒは０．００５％未満では
その効果が得られず、又０．１０チをこえると靭性を劣
化させるのでｏ、ｏ　ｏ　ｓ〜０．１θ係とした。Ｃａ
及び希土類元素は、特に靭性の向上と共に鋼の異方性の
除去に寄与するが、いずれも０．０００５％未満ではそ
の効果が得られず、又Ｃａは０．０１％、希土類元素は
０．０５φをこえると溶接性を劣化させるので、Ｃａ　
Ｏ，０００５〜０．０１％、希土類元素０．０００５〜
０．０５幅とした。なお、希土類元素としてはＬａ、Ｃ
ｅが代表的であるが、実用上はミツシュメタルとして添
加すればよい。

そして、いずれの場合も、下記ＰＣＭ値を０．２３　’
％以下にするよう配息しなければならない。

ｌυ これはＰＣＭ値が０．２３％をこえると溶接部の水素に
起因する溶接割れ感受性が増す一方、硬化により、微量
のＩ（２Ｓによる硫化物割れ感受性も増大するためであ
る。

この発明鋼は熱間加工のまま、或いは焼ならし、焼入れ
一焼もどしの熱処理を施して使用できる。

熱処理の採否及びその条件は製造されるラインノ（イブ
に要求される性能に応じて決定される。ラインパイプは
この発明鑑を素材とする熱延鋼板から成形溶接したもの
、或いはこの発明１．−のビレットを穿孔・延伸圧延し
た継目無ｍ管のし）ずれでもよいＯ 実施例１ 第１表に示す鋼を溶製し、圧延した鋼板（圧延のまま）
について、機械的性質と溶接ボンド靭性を調べた。

溶接ボンド靭性試験には、板厚ｔがｌ　ｆ３　ｒｔｔｙ
ｔの供試片（１）に開先角θは３０°でサブマージアー
ク溶接した板から図面に示す位置で切出した試験片（２
）を用いた。

試験結果を第２表に記載する。

（以下余白） 実施例２ 第１表に示す鋼を用いて母材の炭酸ガス腐食性能、溶接
部の耐炭酸ガス局部腐食性能、溶接部の耐硫化物割れ性
能を試験した試験方法及び試験結果について次に述べる
。

（１）　母材の炭酸ガス腐食性能 母材部より４０中Ｘ２ｔの試験片を切り出し３２０番エ
メリーにて研摩後、脱脂、乾燥し、密閉式ループ試験装
置を用い炭酸ガスを飽和させた人工海水を流速ＩＱｍ／
ｓ、液温８０°Ｃで５００時間流した後、腐食生成物を
取り除き、その減量を測定した、評価法として比較鋼（
従来＠）のｔ）’４１の腐食量を１００としたときの腐
食率で表わしたものを第３表に示す。第３表に明らかな
とおり、比較鋼と比べて、この発明鋼は、母材の耐食性
、溶接部の耐食性及び耐硫化物割れ性能の全てにおいて
すぐれている。

この発明鋼は従来のラインパイプ鋼と比べて勿論のこと
ＣｒＭｌを含む比較自と比べても耐炎酸ガス腐食性のす
ぐれていることは明白である。

更に第２表に示した機械的諸性質を加味ずれは、この発
明鋼が、特に苛酷な条件で使用されるラインパイプ用鋼
として極めてすぐれたものであることがわかる。

（２）溶接部の耐炭酸ガス局部腐食性能溶接熱影響部の
局部腐食を検討するためにサブマージアーク溶接部より
切り出した巾７０開Ｘ長さ５０朋×厚さＩＢｉｎの試験
片を酸洗により脱スケールした後流速２．５ｍ／ｓ１液
温８０℃のＣＯ２飽和人工海水中で５００時間の試験を
行なつた。目視により腐食発生の有無を観察し、３段階
に評価した結果を第３表に示す。高速流体の流れるライ
ンパイプでは、局部的に腐食されたところが乱流発生の
起点となって腐食が更に加速されるため、この発明鋼の
局部腐食に対する耐食性は重要な意味をもつ。

（３）溶接部耐硫化物割れ性能 母材は７０ｋｙ／−以下であり、ＣＯ２に共存する微量
のＨ２Ｓの存在によっては硫化物割れは発生しない。し
かし溶接部は熱影響を受けること及び強度上昇があるた
め、硫化物割れ感受性が高くなる。このようなＣＯ７Ｏ
７共存機量のＨ２Ｓ存在下による硫化物割れ性能を検討
するために流速２．５ｍ／ｓ、４０°Ｃ，５％Ｎａ　ｃ
（ｌにＨ，Ｓ　５０１）Ｉ）ｍ。

ｃｏ２ｉｓｏ　ｐｐｍ　＋含有する流体中で応力腐食割
れ試験を実施した。試験片は溶接部を試験片中央に置い
た切欠付４点曲げ試験片であり負荷応力は母材降伏点の
１σＹである。

（以下余白） 第３表 ただし、○印：良好 △印：やや良し ×印：悪

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の溶接ボンド靭性試験用試験片の説明図
である。 図中、１・・・供試片、２・・・試験片、θ・・−開先
角、ｔ・・・板厚。 出願人　住友金属工業株式会社 第１頁の続き ０発　明　者　寺崎富久長 尼崎市西長洲本通１丁目３番地 住友金属工業株式会社中央技術 研究所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＩＣ０，１０％以下、　Ｓｔ　Ｏ，１０〜１．０Ｏ％、
   ＭＨｏ、１０〜１．２０％、Ｃｒ　１．０〜８．０　％
   、ＮｂＯ，０１〜０．０８％、ＡＡ’　０．０１〜０．
   １０％、Ｂ　Ｏ，０００２〜０．００５０チ、Ｎ　Ｏ，
   ００１０〜０．０１５％、更にｃｏ　ｏ、ｓ　〜２．０
   　％、ＴｉＯ，００５〜０．１０係の１種又は２種を含
   有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、Ｂ／Ｎが
   ０．１〜０．６、不純物中（１り８０．０１０％以下、
   ＣｕＯ，０４％以下で、かつ下記溶接割れ感受性指数Ｐ
   ＣＭ値が０．２３％以下である湿潤炭酸ガス腐食抵抗及
   び溶接性にすぐれたラインパイプ用鋼。 ＋−＋５Ｂ（％） ０ ２Ｃ０，１０％以下、Ｓｉ　Ｏ，１０〜１．０Ｏ％、Ｍ
   ｎ０．１０〜１．２０％、Ｃｒ　１．０〜８．０　％、
   　Ｎｂ　Ｏ，０１〜０．０８係、　ＡｎＯ，０１〜０．
   １０係、　Ｂｏ、０００２〜０゜００５０％、Ｎ　Ｏ，
   ００１０〜０．０１５％、更にＧｏ　０．５〜２．０　
   ％、ＴｉＯ，００５〜０．１０％の１種又は２種と、Ｍ
   ｏ　０．０２〜０．２０％、Ｖ　Ｏ，０１〜０．１０％
   （７）つち１種又は２種を含有し、残部ｐｅ及び不可避
   的不純物からなり、Ｂ／Ｎが０．１〜０．６、不純物中
   の３０．０１０係以下、ＣｕＯ，０４％以下で、かつ下
   記溶接割れ感受性指数ＰＣＭ値が０．２３％以下である
   湿潤炭酸ガス腐食抵抗及び溶接性にすぐれたラインパイ
   プ用鋼。 ＬＩ ３Ｃ０，１０％以下、Ｓｔ　Ｏ，１０〜１．００％、Ｍ
   ｆｉｏ、１０〜１．２（１、Ｃｒ　１．０〜８．０　％
   、ＮｂＯ，０１〜０．０８チ、Ａ＃ｏ、ｏｘ〜０．１０
   ％、８０．０００２〜０．００５０チ、ＮＯ，００１０
   〜０．０１５チ、更にＧｏｏ、５〜２．０チ、ＴｉＯ，
   ００５〜０．１０％の１種又は２種と、Ｚｒ　Ｏ，００
   ５〜０．１０係、Ｃａ　Ｏ，０００５〜０．０１％、希
   土類元素０．０００５〜０，０５％のうちｌ１ｍを含有
   し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、Ｂ／Ｎが０
   ．１〜ｏ、６、不純物中（７）５０．０１０％以下、Ｃ
   ｕＯ，０４％以下で、かつ下記溶接割れ感受性指数ＰＣ
   Ｍ値が０．２３％以下である湿潤炭酸ガス腐食抵抗及び
   溶接性にすぐれたラインパイプ用鋼。 ４Ｃ０，１０％　ｎ下、ｓｔ　Ｏ，１０〜　１．００％
   　、ＭＨｏ、１０〜１．２０％、Ｃｒ　１．０〜８．０
   ％、Ｎｂ０．０１〜０．０８％、Ａｌ　Ｏ，０１〜０．
   １０％、Ｂ　Ｏ，０００２〜０．００５０チ、Ｎ　Ｏ，
   ００１０〜０．０１５％、更Ｒ：　Ｇｏ　０．５〜２．
   ０　％、Ｔｉ　Ｏ，００５〜０．１０％の１種又は２種
   と、Ｍｏ　０．０２〜０．２０％、Ｖｏ、０１〜０．１
   ０％の１種又は２種、及びＺｒ　Ｏ，００５〜０．１０
   ％、Ｃａ　Ｏ，０００５〜０．０１％、希土類元素０．
   ０００５〜０．０５％のうち１種を含有し、残部Ｆｅ及
   び不可避的不純物からなり、Ｂ／Ｎが０．１〜０．６、
   不純物中のｓｏ、ｏｉｏ％以下、ＣｕＯ，０４チ以下で
   、かつ下記溶接割れ感受性指数ＰＣＭ値が０．２３％以
   下である湿潤炭酸ガス腐食抵抗及び溶接性にすぐれたワ
   インパイプ用鋼。 １υ