JPS6047885B2 - 耐水素誘起割れに優れたラインパイプ用鋼材の製造方法 - Google Patents

耐水素誘起割れに優れたラインパイプ用鋼材の製造方法

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JPS6047885B2
JPS6047885B2 JP13575581A JP13575581A JPS6047885B2 JP S6047885 B2 JPS6047885 B2 JP S6047885B2 JP 13575581 A JP13575581 A JP 13575581A JP 13575581 A JP13575581 A JP 13575581A JP S6047885 B2 JPS6047885 B2 JP S6047885B2
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hydrogen
steel
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induced cracking
manufacturing
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富久長 寺崎
三郎 永田
節男 岡本
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は強度レベルAP1X−42〜X−80クラスの
耐水素誘起割れにすぐれたラインパイプ用鋼材の製造方
法に関するものである。
パイプラインの利用は近年非常に大規模なものとなりつ
)なり、そのような場合に腐食による材料の脆化が非常
に大きな問題となつている。
特に石油や天然ガスのパイプライン等では原油又は天然
ガス中に硫化水素を含む場合が非常に多く、海水又は淡
水など、所謂水と硫化水素とが共存して鋼表面の腐食に
関与する確率が高く、その際、腐食による水素の鋼中侵
入による破壊が問題となつている。これは従来知られて
いる硫化物による応力腐食割れとは異なる現象で、割れ
は応力無負荷の状態で鋼内部に生じ、板厚方向に連続的
につながつた形態をもつものである。この割れは、板厚
方向の貫通割れとなつた場合に油洩れなどパイプライン
の破壊につながる性質のものであり、本発明では仮りに
このような割れを’“水素誘起割れ’’−と称する。更
にまた近年低廉なラインパイプ用鋼材を供給するために
厚さ40077Z77I以上の大型鎮魂を使用する頻度
が非常に高くなつている。
このような場合には、ミクロ偏析に基ずくマルテンサイ
ト又はベイJナイトの異常組織に沿うた水素誘起割れを
ひき起し、他の階段状割れとのつながりや微小な負荷応
力の影響も受けて重大なパイプラインの破壊事故となる
可能性が高いのである。本発明はこのような酷しい環境
下での材料の新4しい環境脆化に対処するために研究開
発されたものであつて、強靭性を有し、かつ上記のよう
な異常組織に沿うた割れを含む水素誘起割れの起し難い
ラインパイプ用材料を低廉な方法で供給しようとするも
のである。
即ち、本発明による鋼は厚さ4007Kfit以上の大
型鎮魂によつて製造されるC0.05〜0.20%;
5i<0.5%■Mn0.9〜1.60%;P<0.0
3%■50.002〜0.015・%;A1<0.1%
の成分を含有している鋼に関するものであり、更にAP
1X42〜X80の強度レベル等に応じ0.1%以下の
NbNV; 1%以下のMo:0.5%以下のCu、、
Cr;0.3以下のNi;0.001%以下のB;0.
1%以下のTi;Ca0.0001〜0.005%を単
独又フは複合して含有せしめた材料に関するものである
。
更に加えて、本発明はこれらの成分を有する鋼片(上記
大型鎮魂を通常の方法て分塊圧延して作られたスラブ)
を熱間圧延するに先立つて長時間の均熱処理を施すこと
を特徴とするものであ;り、これにより造塊時のミクロ
偏析を均質化し通常の熱間圧延、放冷によつてマルテン
サイト又はベイナイトのような異常組織の生成を防ぎ、
水素誘起割れ感受性を低下せしめるものである。そして
この均熱処理の条件は添付図面第1図に示す均ヨ熱温度
及び時間領域に限定されるもので第1図における点A(
13000C)O、5hr)、B(1250℃、2、O
hr)、C(1200℃、3、Ohr)、D(1150
℃、5、Ohr)、E(11500C)150hr)、
F(1200℃、65hr)、G(1250℃、25h
r)、H(13000C)10hr)に囲まれる範囲内
に限定されるものである。以下にその理由について述べ
る。本発明において厚さ4囲−以上の大型鎮魂により作
られたスラブに限定したのは、ミクロ偏析に基ずく異常
組織を生じるのは、造塊時の凝固速度が遅く、ミクロ偏
析の大きい大型鎮魂から作られた製品に限られており、
かつ鎮塊の均熱でミクロ偏析をなくするには極めて高温
でかつ長時間の均熱処理を必要とし、炉寿命、均熱コス
ト等より実用的でないからであり、成分限定とスラブの
均熱処理との組合せという本発明による製造法の特徴が
真に必要とされるためである。成分の限定理由は次の通
りであり、Cは0.20%以上では溶接性、製造工程な
どに難点が出るが0.05%以下では必要強度を得るこ
とができない。Siは脱酸剤として添加するものである
が0.5%以上では脆性が増加し、かつ異常組織の発達
を促進する。Mnは0.9%以下では強度を得ることが
できず、1.6%以上では脆性を増す。Pは水素誘起割
れに関係をもつ元素であり、低い方が水素誘起割れ防止
に有効であるが製造基準から独又は複合して含有せしめ
さらにCaO.OOOl〜0.005%を含有せしめた
厚さ40cy1m以上の大型鋼塊を通常の方法で分塊圧
延し、該スラブを熱間圧延するに先立つて添付図面第1
図に示す点A(1300゜C10.5hr)、B(12
50℃、2.011r)、C(1200℃、3.0hr
)、D(1150℃、5.0hr)、E(1150℃、
150hr)、F(1200℃、6511r)、G(1
250℃、2511r)、H(1300℃、10hr)
に囲まれる斜線部の範囲内の均熱温度及び均熱時間で均
熱処理した後圧延することを特徴とする耐水素誘起割れ
に優れたラインバイブ用鋼材の製造方法。発明の詳細な
説明 本発明は強度レベルAPIX−42〜X−80クラスの
耐水素誘起割れにすぐれたラインバイブ用鋼材の製造方
法に関するものである。
バイブラインの利用は近年非常に大規模なものとなりつ
)なり、そのような場合に腐食による材料の脆化が非常
に大きな問題となつている。
特に石油や天然ガスのバイブライン等では原油又は天然
ガス中に硫化水素を含む場合が非常に多く、海水又は淡
水など、所謂水と硫化水素とが共存して鋼表面の腐食に
関与する確率が高く、その際、腐食による水素の鋼中侵
入による破壊が問題となつている。これは従来知られて
いる硫化物による応力腐食割れとは異なる現象で、割れ
は応力無負荷の状態で鋼内部に生じ、板厚方向に連続的
につながつた形態をもつものである。この割れは、板厚
方向の貫通割れとなつた場合に油洩れなどバイブライン
の破壊につながる性質のものであり、、本発明では仮り
にこのような割れを“゜水素誘起割れ゛!と称する。更
にまた近年低廉なラインバイブ用鋼材を供給するために
厚さ400Twt以上の大型鋼塊を使用する頻度が非常
に高くなつている。
このような場合には、ミクロ偏析に基ずくマルテンサイ
ト又はベイ3ナイトの異常組織に沿うた水素誘起割れを
ひき起し、他の階段状割れとのつながりや微小な負荷応
力の影響も受けて重大なバイブラインの破壊事故となる
可能性が高いのである。本発明はこのような酷しい環境
下での材料の新4しい環境脆化に対処するために研究開
発されたものであつて、強靭性を有し、かつ上記のよう
な異常組織に沿うた割れを含む水素誘起割れの起し難い
ラインバイブ用材料を低廉な方法で供給しようとするも
のである。
即ち、本発明による鋼は厚さ4007wt以上の大型鋼
塊によつて製造されるCO.O5〜0.20%;Si〈
0.5%;MnO.9〜1.60%;P〈0.03%:
SO.OO2〜0.015%;A1く0.1%の成分を
含有している鋼に関するものであり、更にAPIX42
〜X8Oの強度レベル等に応じ0.1%以下のNbl■
;1%以下のMO:0.5%以下のCu,.Cr;0.
3以下のNi;0.001%以下のB;0.1%以下の
Ti;CaO.OOOl〜0.005%を単独又は複合
して含有せしめた材料に関するものである。
更に加えて、本発明はこれらの成分を有する鋼片(上記
大型鋼塊を通常の方法て分塊圧延して作られたスラブ)
を熱間圧延するに先立つて長時間の均熱処理を施すこと
を特徴とするものであ7り、これにより造塊時のミクロ
偏析を均質化し通常の熱間圧延、放冷によつてマルテン
サイト又はベイナイトのような異常組織の生成を防ぎ、
水素誘起割れ感受性を低下せしめるものである。そして
この均熱処理の条件は添付図面第1図に示す均l熱温度
及び時間領域に限定されるもので第1図における点A(
1300℃、0.511r)、B(1250℃、2.0
hr)、C(1200℃、3.0hr)、D(1150
℃、5.0hr)、E(1150′Cll5Ohr)、
F(1200℃、65hr)、G(1250℃、251
1r)、H(1300℃、10F1r)に囲まれる範囲
内に限定されるものである。以下にその理由について述
べる。本発明において厚さ400Tr!Ift以上の大
型鋼塊により作られたスラブに限定したのは、ミクロ偏
析に基ずく異常組織を生じるのは、造塊時の凝固速度が
遅く、ミクロ偏析の大きい大型鋼塊から作られた製品に
限られており、かつ鋼塊の均熱でミクロ偏析をなくする
には極めて高温でかつ長時間の均熱処理を必要とし、炉
寿命、均熱コスト等より実用的でないからであり、成分
限定とスラブの均熱処理との組合せという本発明による
製造法の特徴が真に必要とされるためである。成分の限
定理由は次の通りであり、Cは0.20%以上では溶接
性、製造工程などに難点が出るが0.05%以下では必
要強度を得ることができない。Siは脱酸剤として添加
するものであるが0.5%以上では脆性が増加し、かつ
異常組織の発達を促進する。Mnは0.9%以下では強
度を得ることができず、1.6%以上では脆性を増す。
Pは水素誘起割れに関係をもつ元素であり、低い方が水
素誘起割れ防止に有効であるが製造基準から上限を0.
03%とする。Sは水素誘起割れに関し非常に鋭敏な効
果をもつものでSO.Ol5%以上では割れ感受性が増
大し、一方0.002%以下では製造工程上困難になり
、又には0.1%以上では鋼質が劣化する。CuNcr
は強度の点より加えるのであるがそれぞれ0.5%以上
では溶接性など製造上に難点が出る。Niは強度向上の
ために加えると共にCuを添加した場合に熱間加工性の
向上、溶接性の向上などのために加えるものであるが、
0.3%までは水素誘起割れ性に大きな影響を与えない
。Nb..V,.MOは強度および靭性を高めるために
添加するもので上限は主として経済的な理由による。B
は焼入れ性を向上させるために加えるもので0.001
%以上では鋼質が劣化する。又TiはB添加の効果を有
効にするために加えるもので0.1%以上では鋼の脆化
をひき起す。Ca処理に対する制限は主として製造上の
問題と品質の安定性の点から定めたもので鋼中の硫化物
系介在物の形態、形成を変えるのに非常に有効であり、
0.0001%以上で水素誘起割れの防止に非常に有効
であり、一方0.005%以上て効果の上昇はそれほど
でないのに反し製造上多大の困難を生ずるのである。鋼
片を長時間均熱処理するのは図面第1図に示しているよ
うに製造上の問題、長時間処理すぎるなどの経済的理由
、異常組織の発生防止に影響を有し、品質の向上に寄与
するかどうか、逆に結晶粒の粗大化をひきおこしたり鋼
片表面の肌荒れなど、ラインバイブ用鋼として鋼質低下
を招くという品質低下の面から均熱処理条件の領域を限
定しているものである。以上のような成分をもち、圧延
に先立つ鋼片の長時間均熱処理を受けた鋼材の耐水素誘
起割れ性は圧延の侭又は適当な焼入れ、焼戻し処理又は
焼ならし処理などの製法にはか)わらぬものである。
従つて、均熱処理後圧延して得られる本発明のラインバ
イブ用鋼材は圧延の侭使用してもよく、又適当な熱処理
を施して使用することができる。次に実施例に従つて本
発明の特徴を説明する。
実施例1下記第1表に示すような成分を有する25トン
大型鋼塊を通常の条件で分塊圧延されて作られた200
77!77!厚さの大径管向スラブの均熱処理条件を変
化させた後熱間圧延して製造した種々の圧延材より第2
〜3図に示すような試験片を採取し、人工海水又は淡水
にH2Sを飽和させた溶液中に応力無負荷で%時間浸漬
した後1鋼種当り9断面の検鏡により水素誘起割れの判
定を行つた。なお本試験法は数10唯類の鋼について試
験を行い割れ易いノ材料と割れ難い材料を見分けるのに
は甚だ簡便な方法であることが解つている。均熱処理の
水素誘起割れに及ぼす影響は下記第2表に示す通りで、
長時間の均熱処理の効果は歴然としており、スラブの長
時間加熱を施していない材料ではマルテン7サイト又は
ベイナイトに沿うた直線的な割れが発生しているのに反
して均熱処理を施した材料では、例えば13000Cで
は0.時間;1250℃では2時間;1200℃では3
時間;1150゜Cでは5時間程度より効果が出はじめ
水素誘起割れ防止に効果が大きフいのである。実施例2 下記第3表に示すような種々の強度レベルを有する25
トン鋼塊に鋳込み、実施例1と同様の方法て鋼板を製造
し、製管後試片を作成して引張試験及び水素誘起割れ試
験を行つた。
結果より明らかなように本発明法による材料は水素誘起
割れの防止に非常に有効であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
添付図面において、第1図は本発明方法における均熱処
理条件の領域を示すものであり、第2〜3図は本発明に
おける試験片の採取方法及び形状を示す説明図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C0.05〜0.02%、Si<0.5%、Mn0
    .9〜1.60%、P<0.03%、S0.002〜0
    .015%、Al<0.1%を含み、残部鉄及び不純物
    より成る厚さ400mm以上の大型鋼塊を通常の方法で
    分塊圧延し、該スラブを熱間圧延するに先立つて添付図
    面第1図に示す点A(1300℃、0.5hr)、B(
    1250℃、2.0hr)、(1200℃)3.0hr
    )、D(1150℃、5.0hr)、E(1150℃、
    150hr)、F(1200℃、65hr)、G(12
    50℃、25hr)、H(1300℃、10hr)に囲
    まれる斜線部の範囲内の均熱温度及び均熱時間で均熱処
    理した後圧延することを特徴とする耐水素誘起割れに優
    れたラインパイプ用鋼材の製造方法。 2 C0.05〜0.02%、Si<0.5%、Mn0
    .9〜1.60%、P<0.03%、S0.002〜0
    .015%、Al<0.1%を含み残部鉄及び不純物よ
    り成るものにCa0.0001〜0.005%を含有せ
    しめた厚さ400mm以上の大型鋼塊を通常の方法で分
    塊圧延し、該スラブを熱間圧延するに先立つて添付図面
    第1図に示す点A(1300℃、0.5hr)、B(1
    250℃、2.0hr)、C(1200℃、3.0hr
    )、D(1150℃、5.0hr)、E(1150℃、
    150hr)、F(1200℃、65hr)、G(12
    50℃、25hr)、H(1300℃、10hr)に囲
    まれる斜線部の範囲内の均熱温度及び均熱時間で均熱処
    理した後圧延することを特徴とする耐水素誘起割れに優
    れたラインパイプ用鋼材の製造方法。 3 C0.05〜0.20%、Si<0.5%、Mn0
    .9〜1.60%、P<0.03%、S0.002〜0
    .015%、Al<0.1%を含み残部鉄及び不純物よ
    り成るものにV<0.1%、Nb<0.1%、Mo<1
    %、Cu<0.5%、Cr<0.5%、Ni<0.3%
    、B<0.001%、Ti<0.1%を単独又は複合し
    て含有せしめた厚さ400mm以上の大型鋼塊を通常の
    方法で分塊圧延し、該スラブを熱間圧延するに先立つて
    添付図面第1図に示す点A(1300℃、0.5r)、
    B(1250℃、2.0hr)、C(1200℃、30
    hr)、D(1150℃、5.0hr)、E(1150
    ℃、150hr)、F(1200℃、65hr)、G(
    1250℃、25hr)、H(1300℃、10hr)
    に囲まれる斜線部の範囲内の均熱温度及び均熱時間で均
    熱処理した後圧延することを特徴とする耐水素誘起割れ
    に優れたラインパイプ用鋼材の製造方法。 4 C0.05〜0.20%、Si<0.5%、Mn0
    .9〜1.60%、P<0.03%、S0.002〜0
    .015%、Al<0.1%を含み残部鉄及び不純物よ
    り成るものにV<0.1%、Nb<0.1%、Mo<1
    %、Cu<0.5%、Cr<0.5%、Ni<0.3%
    、B<0.001%、Ti<0.1%を単独又は複合し
    て含有せしめさらにCa0.0001〜0.005%を
    含有せしめた厚さ400mm以上の大型鋼塊を通常の方
    法で分塊圧延し、該スラブを熱間圧延するに先立つて添
    付図面第1図に示す点A(1300℃、0.5hr)、
    B(1250℃、2.0hr)、C(1200℃、3.
    0hr)、D(1150℃、5.0hr)、E(115
    0℃、150hr)、F(1200℃、65hr)、G
    (1250℃、25hr)、H(1300℃、10hr
    )に囲まれる斜線部の範囲内の均熱温度及び均熱時間で
    均熱処理した後圧延することを特徴とする耐水素誘起割
    れに優れたラインパイプ用鋼材の製造方法。
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