JPS61165207A - 耐サワ−特性の優れた非調質鋼板の製造方法 - Google Patents

耐サワ−特性の優れた非調質鋼板の製造方法

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JPS61165207A
JPS61165207A JP325485A JP325485A JPS61165207A JP S61165207 A JPS61165207 A JP S61165207A JP 325485 A JP325485 A JP 325485A JP 325485 A JP325485 A JP 325485A JP S61165207 A JPS61165207 A JP S61165207A
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明彦 高橋
Takeshi Terasawa
寺沢 健
Tetsuo Takeda
武田 哲雄
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、湿潤な硫化水素環境(以後サワー環境と言う
)とくに高濃度の硫化水素あるいはさらに二酸化炭素、
塩化物イオンを含むpH5以下のサワー環境下において
、優れた耐水素誘起割れ特性と強靭性を宥する(API
規格X80〜X?O相当程度の)高強度鋼板の製造方法
に関するものである。
(従来技術) 近年、原油及び天然ガスを輸送するためのパイプライン
の敷設が盛んに行われているが、油井の深化にともない
それらの原油や天然ガスには硫化水素ガスが含まれる場
合が多くなり、ラインパイプの腐食による劣化が問題と
なっている。特に、硫化水素、二酸化炭素を含む湿潤な
サワー環境下においては、H2S 、 GO2は水と共
存し、鋼板表面での腐食反応により発生した原子状の水
素が鋼中に侵入して、鋼材中のMnSや酸化物などの非
金属介在物のまわりに集積して地鉄を脆化させ、いわゆ
る水素誘起割れが生じる。しかもこような介在物は、し
ばしば中心偏析帯中に存在するために、介在物を起点に
発生した水素誘起割れが、中心偏析帯に生じる硬度の高
い低温変態生成物に沿って伝播することが知られている
。
かような割れ発生を防止するために、■Cu、Or等の
ように鋼の表面に安定な皮膜を形成する元素を添加し、
腐食反応により生じた水素の侵入を防I卜する方法、■
Ca、REMの添加によるMnSの形状を制御する方法
、■スラブを分塊圧延後、均熱処理して中心偏析部のP
の拡散を促進する方法、■圧延後、再加熱を行い、焼入
れ、焼戻し、あるいは焼ならしにより鋼板組織の均一化
をはかる方法、ざらに■圧延加熱温度、圧延温度域、圧
下率、を厳密に制御した圧延を施した後、冷却開始温度
。
冷却速度、冷却停止温度を制御した加速冷却を行うこと
により、低温変態生成物の制御をはかる方法が採られて
いる。(例えばI#開昭54−118325号公報) (発明が解決しようとする問題点) しかしながら腐食環境条件が、これまでのところで最も
厳しいとされる0、5g酢酸+5XNaC1+ H2S
c7)pH3,0(7)溶液(NACE溶液)中で、X
70程度以上の強度を有する鋼板の水素誘起割れを防止
することは困難で、前記■〜■の方法にはそれぞれ次の
ような問題があった。■Cu、Crによる鋼板表面上の
安定な腐食皮膜の形成は、pl化5程度の環境までであ
り、それ以下のpHではもはやCu、Crの腐食生成物
は溶解し、水素侵入を抑制することができない。■鋼板
の清浄度を保ちながらCa 、 REMを故加しても、
鋼板中心部のMnSを完全に球状化することは不可能で
ある。■、■のような熱処理工程により水素誘起割れ感
受性は低下するが、いずれも生産能率を低下させ、エネ
ルギー原単位を上昇させるので、不利な方法と言わざる
を得ない。■の方法の工程を採用した場合、X70相当
以上の強度を安定して得ることは、冷却速度の制限上困
難となる。またしいて冷却速度を20℃/S以上とする
と、特開昭54−118325号公報でも指摘している
ように、バンド状のマルテンサイト組織あるいはブロッ
ク状の粗いベイナイト組織が出現し、ミクロ組織を不均
一にすると同時に水素誘起割れの感受性を大きくする。
(問題点を解決するための手段9作用)本発明は、上記
の欠点を有利に解消するものであり、その要旨とすると
ころは、 重量%で C: 0.02〜0.15% Si : 0.1〜0.6% Mn : 0.5〜1.5% P : 0.015%以下 S : 0.010%以下 AI + 0.005〜0.1% Ti : 0.005〜0.025% を基本成分とじ1 さらに Nb : 0.10%以下、B : 0.005%以下
、Ni : 1.0%以下、Cu:1.OX以下、Cr
 : 1.25X以下、Ca : 0.005%以下の
一種または二種以上を含有し、残部が鉄及び不可癖不純
物より成る組成の鋼を、1000 ℃〜1200℃に加
熱し、その後の圧延に当って850’C以下の圧下率6
0z以上で仕上温度Ar3変態点以上で圧延を行ない、
次いで、このAr3変態点以上の温度から、冷却゛速度
3000/S以上で、350’C以上550’C!未満
の範囲まで冷却し、以後放冷することから成り、板厚方
向に均一微細なベイナイト組織を有するようにした耐サ
ワー特性の優れた鋼板の製造方法である。
この方法によれば冷却後の組織は、板厚方向に均一で微
細な上部ベイナイトあるいはアンキュラーフェライトと
なり、中心偏析部のミクロ組織が改善され、強度、靭性
に優れ、耐サワー特性に優れた鋼板が得られる。
次に本発明について詳細に説明する。
まず、加熱、圧延、冷却条件について説明する。上記成
分範囲を有するスラブの加熱温度を1000℃〜120
0℃に限定した理由は、加熱時のオーステナイトを細粒
にし、冷却後の組織を微細にするためである。1200
℃以上では加熱時にオーステナイトが粗大化し、圧延後
の組織を十分微細にできない。また加熱温度が1000
℃より低いと、Nb等の合金添加元素が十分に固溶せず
、材質向上効果が期待できない。
また仕上圧延において、強度、靭性を同時に得るために
850℃以下の温度域で60%以上の圧下が必要である
。これは未再結晶域でのオーステナイトを十分に延伸し
、圧延冷却後に粗大なブロック状のベイナイトが出現す
るのを抑えて鋼板のミクロ組織を板厚方向に微細均一な
ベイナイト組織とするためである。ただし、圧延仕上温
度は、以下に述べる冷却条件からAr3変態点以上とす
る。ここでAr3は以下の回帰式により推定されるもの
とする。
Ar3 = −3980+ 24.l3Si −88,
IMn −36,INi −20,7Cu −24,8
Cr+ 29.EiMo+ 8138℃冷却開始温度は
、均一微細なベイナイト組織を得るためにAr3変態点
以上としなければならない。Ar3変態点以下では、ミ
クロ組織中に粗大なポリゴナルフエライトが混在し、良
好な靭性が得られないばかりか、初析フェライトの生成
によりC原子が濃化し、焼入れ性が向上した未変態オー
ステナイトからマルテンサイトが生成し、ミクロ組織が
板厚方向に不均一となるため耐サワー特性も劣化する。
冷却速度及び冷却停止温度条件の限定は、高強度、高靭
性に加え、耐サワー特性を兼備するための必須条件であ
り、以下その理由について述べる。
冷却は、圧延終了直後から350℃以上550℃未満ま
で30℃/S以上の冷却速度で実施する必要がある。こ
の理由は850℃以下で80%以上の圧下を施されたた
め焼入性が低下しているオーステナイトから板厚方向に
均一微細なベイナイトあるいはアシキュラーフェライト
組織を得るために30℃lS以上の冷却速度で急冷する
必要がある。冷却速度が30℃/S未満では、冷却後の
ミクロ組織がポリゴナルフエライトーパーライトあるい
はポリゴナルフエライトーベイナイトとなり、所要の強
度が得られない。また冷却停止温度については、マルテ
ンサイトの生成を抑え、均一微細なベイナイトを得るた
めに、上限を550℃未満とし、下限を350℃とした
。
以下、本発明鋼の成分について述べる。
Cの下限0.02%は母材・及び溶接部の強度確保及び
Nbの析出効果を十分に発揮させるための最少量である
。しかしC含有量が多過ぎると、制御冷却した場合島状
マルテンサイトが生成し、延靭性に悪影響を及ぼすばか
りか溶接性及びHAZ靭性も劣化させるため、上限を0
.15%とした。
Siは脱酸上鋼に必然的に含まれる元素であるが、Si
もまた溶接性及びHAZ部靭性を劣化させるため上限を
0.6%とした。
Mnは0.5z以下では充分な強度が得られない。また
1、5zを越えると粗大なブロック状ベイナイトあるい
は島状マルテンサイトが形成され易くなり、耐水素誘起
割れ特性のみならず靭性も害するようになるので0.5
〜1.5zとした。
Pについては、中心偏析を低減するために上限を0.0
15′X以下とした。
Sは0.010%を超すと硫化物系介在物周辺から水素
誘起割れが著しく多発するので上限をo、otoxとす
る。
AIは鋼の脱酸剤として必要であるが、0.10%以上
添加すると鋼を汚染し、また靭性を劣化するので好まし
くない。
Ti添加量の下限0.005%は、微細なTiNを形成
し、圧延組織及びHAZの細粒化が期待される最少量で
あり、上限はTiCによる靭性劣化が起きない条件から
0.025%とした。
Nbは圧延組織の細粒化、焼入性の向上と析出硬化のた
め含有させるもので、強度、靭性を共に向上させる重要
な元素であるが、制御冷却材では0.10%:を越えて
添加しても材質上効果なく、また溶接性及びHAZ靭性
に有害であるため上限を0.102に限定した。
Bは圧延中にオーステナイト粒界に偏析し、焼入性を上
げベイナイト組織を生成しやすくするが、0.005%
超になると、靭性な劣化させる。
Niは耐食性に効果的な元素である。しかし1%を超え
ると、靭性に好ましくない。
Cuは、前述のごとく、p)I”? 5.2程度のサワ
ー環境下で鋼板表面に安定な皮膜を形成し原子状水素の
侵入量を低下させる。しかし、1zを超えると圧延中に
割れが生じやすくなる。
Orは、焼入性を向上させる元素であるが、1.25%
を超えると、靭性が劣化する。
Gaは鋼における硫化物系介在物の形状を制御するのに
有効な元素であって、その効果は(1,0Q(IIX以
上で顕われるが、0.005%以上となると鋼が汚染さ
れるのでこれを上限とする。
なお、本発明ではNb 、B 、Ni 、Cu 、Cr
 、Caは一種または二種・以上含有させる。
(実施例) 次に本発明あ実施例について説明する。表1に化学成分
とスラブ加熱温度、仕上圧延条件、冷却条件等の製造条
件及びその結果得られた機械的性質と、HIG試験後U
STにより測定したクラック割れ面積率(CAR)を示
す。
素材は、現場溶製スラブあるいは実験室不溶解材である
。1100℃〜1200℃に加熱し、オーステナイト化
したのち、仕上げ圧延において850℃以下で種々の圧
下率が採れるように適当な粗圧延を行い、引続いて仕上
げ圧延を施し、しかる後すみやかに冷却ゾーンに搬送し
て加速冷却を行った。
HIG試験は、鋼板より表裏面1IllI11切削した
厚さで、幅20fiII11、長さ100IIIIll
の試験片を用い、25℃のHas飽和テ0.5XCH3
COQH+ 5%NaC1水溶液中ニ86時間浸漬した
。
A−1,B−1,C−1,D−1,E−1は本発明鋼で
、A−2,A−3゜B−2,B−3,G−2,D−2,
E−2は比較鋼である。
本発明によりA−1,B−1,C−1,El−1,E−
1に示すような、X?0クラスの強度およびvTrsが
−100℃以下の靭性を有しかつUSTによるCAR”
ROなる耐サワー特性に優れた鋼板が製造できる。
比較@A−2,D−2は、850”0以下の圧下率が不
充分であるため、比較鋼A−3は冷却速度が不適正であ
るため、比較鋼B−2は冷却停止温度が低すぎる1ま ため、また比較鋼B−3は、仕上温度がAr3変態点よ
りも低いため、それぞれ靭性、耐HIc特性が劣化する
。さらに、比較鋼C−2、E−2では、冷却速度が遅す
ぎるため、X?Oクラスの強度が得られない。
(発明の効果)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 重量%で C:0.02〜0.15% Si:0.1〜0.6% Mn:0.5〜1.5% P:0.015%以下 S:0.010%以下 Al:0.005〜0.1% Ti:0.005〜0.025% を基本成分とし、さらに Nb:0.10%以下、B:0.005%以下、Ni:
    1.0%以下、Cu:1.0%以下、Cr:1.25%
    以下、Ca:0.005%以下の一種または二種以上を
    含有し、残部が鉄及び不可癖不純物より成る組成の鋼を
    、1000℃〜1200℃に加熱し、その後の圧延に当
    って850℃以下の圧下率60%以上で仕上温度Ar_
    3変態点以上で圧延を行ない、次いで、このAr_3変
    態点以上の温度から、冷却速度30℃/S以上で、35
    0℃以上550℃未満の範囲まで冷却し、以後放冷する
    ことから成り、板厚方向に均一微細なベイナイト組織を
    有するようにした耐サワー特性の優れた鋼板の製造方法
    。
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