JPH0730393B2

JPH0730393B2 - 耐水素誘起割れ性の優れた鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH0730393B2
Application number: JP63327328A
Authority: JP
Inventors: 修嗣高嶋; 真人清水
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-12-25
Filing date: 1988-12-25
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPH02173208A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は耐水素誘起割れ性の優れた鋼板の製造方法に係
り、更に詳しくは、湿潤硫化水素環境下で稼働する石油
やガスのパイプライン、精製装置などに適した耐水素誘
起割れ性の優れた鋼板の製造方法に関するものでる。

（従来の技術）近年、湿潤硫化水素雰囲気で使用される機器、例えば、
硫化水素を含む原油や天然ガスを輸送するラインパイプ
や石油精製装置等において、所謂、水素誘起割れ（HI
C）に起因する事故が少なくなく、耐水素誘起割れ性に
優れた鋼板が切望されている。

この水素誘起割れは、鋼の腐蝕により発生した水素が原
子状態で鋼中に侵入、拡散し、介在物と地鉄との界面で
集積、分子化することにより生じる水素ガスの圧力によ
って発生し、これが鋼中の偏析部に生じるバンド状の硬
化組織等に沿って伝播すると云われている。

したがって、耐水素誘起割れ対策としては、現状のとこ
ろ、（１）鋼中への水素の侵入、拡散の抑制。

（２）介在物、特に、先端の切欠効果の大きいＡ系介在
物の低減と形態制御。

（３）偏析の低減、硬化組織の生成抑制。

等の方法が採られている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、前記（１）の対応策については、例えば、特開
昭50-097515号公報に記載されているように、Cuの添加
により防蝕被膜を形成させる方法があるが、pH３のよ
うな厳しい環境下においてはその効果がなく、水素誘起
割れの発生を抑えることができない。

また、前記（２）の対応策については、特開昭51-11431
8号公報に示されている硫化物の形状、数を規制する方
法や、特開昭55-128536号公報、特開昭54-031020号公報
等に示されているようにCa、REMによりＡ系介在物を形
態制御する方法があるが、鋼板の強度水準が高くなり、
環境が厳しくなると、水素誘起割れの発生を完全に防止
することは困難である。

更に、前記（３）の対応策については、特開昭58-19981
3号公報に記載されているようにＰ含有量を0.002％以下
と極端に下げる方法があるが、コストの点で問題があ
り、また、特開昭57-073162号公報に記載されているよ
うに硬化組織部の硬さをHv≦350とする方法があるが、p
Hの低い厳しい環境下で高強度の鋼の水素誘起割れの発
生を皆無とすることは困難である。

勿論、これらの方法を組合せて用いることが多いが、pH
３のような厳しい環境下において水素誘起割れの発生
を完全に抑えることは困難であり、また、可能な場合に
は工業製品の生産性、製造コストの点で充分なものとは
云えないのが実状である。

本発明は、かゝる状況のもとでなされたものであって、
pH３のような厳しい環境下においても水素誘起割れが
全くなく、優れた耐水素誘起割れ性を有する鋼板を製造
し得る方法を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、上記の問題点を解決するべく鋼の化学成
分、圧延・冷却条件等について検討し、耐水素誘起割れ
性の優れた鋼板の製造可能な方法を見い出すべく鋭意研
究を行った。

その結果、鋼の化学成分を適切に調整すると共に、通常
圧延前の特定条件下での先行圧延とその後の熱間圧延で
の特定温度域での圧下率と圧延仕上温度、並びに圧延終
了後の冷却速度をコントロールすることにより、所望の
鋼板を得ることが可能であることを見い出し、ここに本
発明をなすに至ったのである。

すなわち、本発明は、C:0.03〜0.20％、Si:0.05〜0.60
％、Mn:0.50〜2.50％、P:0.020％以下、S:0.003％以
下、Al:0.005〜0.060％、Ti:0.005％以下、Ca:0.0005〜
0.0050％及びN:0.0050％以下を含み、更に必要に応じ
て、Nb:0.005〜0.100％、V:0.005〜0.0100％、Cu:0.05
〜1.50％、Ni:0.05〜1.50％、Cr:0.05〜0.50％及びMo:
0.05〜0.50％のうちの１種又は２種以上を含み、残部が
鉄及び不可避的不純物からなる鋼片又は連鋳スラグを、
1200℃以上の温度Ｔ（℃）で３時間以上の時間ｔ（hr）
保持した後、圧下率15％以上で圧延を行い、一旦Ar₁点
以下まで冷却し、次いで加熱、熱間圧延を行うに当たっ
て、900℃以下での圧下率が60％以上、圧延仕上温度が
（Ar₃点−30℃）以上とする圧延を終了した後、冷却速
度CR（℃/s）が下式（１）、（２）で示される範囲で60
0℃未満450℃以上の温度まで加速冷却し、その後、放冷
することを特徴とする耐水素誘起割れ性の優れた鋼板の
製造方法を要旨とするものである。

記 CeqT≧0.785の場合、 (13.3CeqT-8.7)²≦CR≦40 …（１） CeqT＜0.785の場合、３≦CR≦40 …（２）但し、以下に本発明を更に詳細に説明する。

先ず、本発明における化学成分の限定理由について説明
する。

Ｃは強度を確保するために0.03％以上を必要とするが、
0.20％を超えて含有されると溶接割れ感受性が高くな
る。よって、Ｃ含有量は0.03〜0.20％の範囲とする。

Siは脱酸に必要な元素であり、そのためには含有量は0.
05％以上を必要とする。しかし、多量に含有されると靱
性を劣化させる。よって、Si含有量は0.05〜0.60％の範
囲とする。

Mnは強度確保のために必要な元素であるが、含有量が0.
50％未満ではこの効果は少なく、また2.50％を超えて含
有されると溶接性が損われる。よって、Mn含有量は0.50
〜2.50％の範囲とする。

Ｐは、本来、鋼の偏析部の硬さを上昇し、耐水素誘起割
れ性を劣化させるので好ましくないが、本発明の要件を
満足する限りにおいては、特にＰ含有量の規則は不要で
ある。しかし、溶接部の靱性低下を防止する点から、Ｐ
含有量は0.020％以下に規制する。

ＳはＡ系介在物を形成し、耐水素誘起割れ性を害する元
素であり、好ましくなく、そのために0.003％以下に規
制する。

Alは脱酸元素として0.005％以上が必要であるが、多量
の含有は靱性の劣化を招来するので0.060％を上限とす
る必要がある。よって、Al含有量は0.005〜0.060％の範
囲とする。

Tiは容易にＮと結合して窒化物を形成する元素である。
この窒化物が鋼板中の偏析部近傍に析出すると水素誘起
割れの発生点となり易い。このため、Ti含有量は0.005
％以下に規制する。

Caは硫化物系介在物の球状化に効果のある元素でり、含
有量が0.0005％未満ではこの効果は少なく、また、0.00
50％を超えて含有されると靱性を劣化させる。よって、
Ca含有量は0.0005〜0.0050％の範囲とする。

Ｎは、固溶状態では微量で鋼の焼入性を大きく上げて偏
析部を硬化させるため、或いはTiと結合して析出物とな
って耐水素誘起割れ性を害する元素であるため、0.0050
％以下に規制する。

以上の各成分のほか、本発明においては、必要に応じ
て、以下に示す元素Nb、Ｖ、Cu、Ni、Cr及びMoのうちの
１種又は２種以上を適量で含有させることができる。

Nb及びＶは強度の向上に効果のある元素であるが、それ
ぞれ0.005％未満ではその効果が少なく、またそれぞれ
0.100％を超えて含有させると溶接部の靱性を劣化させ
る。よって、Nb、Ｖの各含有量は0.005〜0.100％の範囲
とする。

Cuは、0.05％未満では強度向上に効果がなく、また1.50
％を超えて含有させると熱間加工性を劣化させる。よっ
て、Cu含有量は0.05〜1.50％の範囲とする。

Niは、含有量が0.05％未満では強度、靱性の向上に効果
が少なく、また1.50％を超えて含有させると経済性を損
なう。よって、Ni含有量は0.05〜1.50％の範囲とする。

Cr及びMoは強度の上昇に効果のある元素であるが、それ
ぞれ0.05％未満ではその効果が少なく、またそれぞれ0.
50％を超えて含有させると溶接性を劣化させる。よっ
て、Cr、Moの各含有量は0.05〜0.50％の範囲とする。

次に、本発明における圧延、冷却等の条件の限定理由を
説明する。

本発明では、上記化学成分を有する鋼片又は連鋳スラグ
を、通常の加熱圧延に先立って、1200℃以上の温度Ｔ
（℃）で３時間以上の時間ｔ（hr）保持した後、圧下率
15％以上で先行圧延を行い、偏析部の硬さの低下を図っ
ておく必要がある。この場合、1200％未満或いは３時間
未満の加熱、或いは圧下率20％未満の圧延では、その効
果が小さい。

次いで、該スラグをAc₁点以下に冷却した後、加熱、熱
間圧延し冷却するが、この冷却前のオーステナイト粒が
大きいと、冷却過程において鋼表面部に粗大ベイナイト
組織が多量に生成し、耐水素誘起割れ性を害する。した
がって、冷却前の熱間圧延においては、900℃以下の温
度域で600％以上の圧下を行って、オーステナイト粒を
微細化しておく必要がある。

また、圧延仕上温度は、その後の冷却の効果を十分発揮
させるために、（Ar₃変態点−30℃）以上とする。

次に、熱間圧延後の冷却であるが、これは、鋼板偏析部
の硬さを低下させるため、成分含有量に応じて、また通
常の加熱圧延の前段階で実施する前記先行圧延時の加熱
条件に応じて、冷却速度CR（℃/s）が次式で示される範
囲にて加速冷却する必要がある。

すなわち、次式（１）、（２）による範囲の冷却速度CR
とする。

CeqT≧0.785の場合、（13.3×CeqT−8.7）²≦CR≦40 …（１） CeqT＜0.785の場合、３≦CR≦40 …（２）但し、前記式（１）、（２）におけるCeqTは含有成分に
応じて次式で定義される。

すなわち、本発明者らが化学成分、先行圧延時の加熱条
件及び冷却速度の異なる鋼板を用い、pH３の初期条件
のもと、硫化水素飽和５％NaCl−0.5％酢酸水素液中で9
6時間の水素誘起割れ試験を行った結果、第１図に示す
ように、前記（１）及び（２）式を満足する条件で冷却
した場合、水素誘起割れの発生は皆無であるが、この
（１）、（２）式を満足しない場合には水素誘起割れが
発生することが判明したのである。

なお、水冷停止温度については、600℃未満400℃の温度
とする必要がある。600℃以上では水冷による偏析部の
硬さ低減の効果が少なく、下限の400℃未満では、鋼板
の表面部が硬化し、耐水素誘起割れ性を害するので好ま
しくない。この急速冷却後は放冷する。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）第１表に示す化学成分を有する鋼を常法により溶製し、
連続鋳造法又は造塊法により鋳造した後、第２表に示す
圧延、冷却条件によって鋼板を製造した。

得られた鋼板の強度及び耐水素誘起割れ性を第２表に併
記する。

なお、耐水素誘起割れ性の評価は、NACEStandard TM-02
-84に準じて行った。

但し、試験に用いた溶液は、H₂Sで飽和した人工海水
（所謂、BP溶液、pH５））と５％NaCl＋0.5％酢酸溶
液（所謂、NACE溶液、pH３）の２種類である。

そして、各供試鋼板より採取した試験片を無負荷状態で
上記溶液に96時間浸漬した後、断面検鏡により水素誘起
割れの有無を判定した。

上記水素誘起割れ試験に供した試験片は、供試鋼板１に
おいて最も偏析の大きいと考えられる位置から、第２図
に示すように採取した。試験片２の形状及び断面検鏡位
置を第３図に示す。試験片２のサイズ（mm）は、ｔ×20
w×100lである。また、試験片２の厚さは鋼板の表裏両
面を各1mmずつ切削したものである。

各供試鋼板より各試験溶接当り３個の試験片を採取し、
何れの試験片においても水素誘起割れの発生が認められ
ない場合のみ、水素誘起割れの発生無し（○印）と判定
した。

第２表から明らかなように、本発明範囲の条件で製造し
た鋼板（本発明法）の場合は、pH５のBP溶液において
は勿論のこと、pH３のNACE溶液においても水素誘起割
れが全く発生していない。

一方、その製造条件が本発明範囲の条件を満たしていな
い鋼板（比較法）においては、何れも水素誘起割れが発
生している。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、pH３のような
厳しい環境下においても水素誘起割れが全く発生するこ
とのない鋼板を安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】第１図は水素誘起割れ発生に及ぼすCeqTと水冷時の冷却
速度CRの関係を示す図、第２図は水素誘起割れ試験片の採取位置を示す斜視図、第３図は水素誘起割れ試験片の形状と断面検鏡位置を示
す斜視図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で（以下、同じ）、C:0.03〜0.20
％、Si:0.05〜0.60％、Mn:0.50〜2.50％、P:0.020％以
下、S:0.003％以下、Al:0.005〜0.060％、Ti:0.005％以
下、Ca:0.0005〜0.0050％及びN:0.0050％以下を含み、
残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼片又は連鋳スラ
ブを、1200℃以上の温度Ｔ（℃）で３時間以上の時間ｔ
（hr）保持した後、圧下率15％以上で圧延を行い、一旦
Ar₁点以下まで冷却し、次いで加熱、熱間圧延を行うに
当たって、900℃以下での圧下率が60％以上、圧延仕上
温度が（Ar₃点−30℃）以上とする圧延を終了した後、
冷却速度CR（℃/s）が下式（１）、（２）で示される範
囲で600℃未満450℃以上の温度まで加速冷却し、その
後、放冷することを特徴とする耐水素誘起割れ性の優れ
た鋼板の製造方法。記 CeqT≧0.785の場合、 (13.3CeqT-8.7)²≦CR≦40 …（１） CeqT＜0.785の場合、３≦CR≦40 …（２）但し、
【請求項２】前記鋼が、更に、Nb:0.005〜0.100％、V:
0.005〜0.100％、Cu:0.05〜1.5％、Ni:0.05〜1.5％、C
r:0.05〜0.5％及びMo:0.05〜0.50％のうちの１種又は２
種以上を含有するものであり、また、前記式（１）、
（２）の但し書きにおける式が次式で定義されるもので
ある請求項１に記載の方法。