JPH04329826A - 耐水素誘起割れ性の優れた圧力容器用極厚鋼板の製造方法 - Google Patents

耐水素誘起割れ性の優れた圧力容器用極厚鋼板の製造方法

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JPH04329826A
JPH04329826A JP9929691A JP9929691A JPH04329826A JP H04329826 A JPH04329826 A JP H04329826A JP 9929691 A JP9929691 A JP 9929691A JP 9929691 A JP9929691 A JP 9929691A JP H04329826 A JPH04329826 A JP H04329826A
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JP
Japan
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steel
hydrogen
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steel plate
rolling
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JP9929691A
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English (en)
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Yutaka Tsuchida
豊 土田
Yutaka Okayama
豊 岡山
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は湿潤硫化水素腐食環境下
にある石油精製等の圧力容器に使用される耐水素誘起割
れ性の優れた極厚鋼板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】原油の品質は年々低下し、硫化水素濃度
が高くなってきている。このため、石油精製装置の圧力
容器にも湿潤硫化水素腐食環境下に対する抵抗性、即ち
耐水素誘起割れ性(耐HIC性)が求められている。
【0003】鋼材の耐HIC性はラインパイプ用鋼の分
野でよく調査され、■Cu,Ni添加による水素侵入の
抑制、■Ca,REM処理による介在物の球状化(例え
ば、特開昭54−31020,特開昭54−38214
等)、■ミクロ偏析部の偏析の緩和、■Nb添加による
圧延まま、および焼ならしままでの組織の微細化、等が
耐HIC性の改善に有効であることが判明してきている
。これらは圧力容器用鋼にも有効であり、Cu,Ni,
Nb,Caを添加することが多い。
【0004】しかしながら、これらは高々20mm程度
の厚さの鋼材についての知見である。これに対し、圧力
容器用の鋼板は数十〜数百mmの厚さを有している極厚
材であり、製造工程、ミクロ組織が異なり、ラインパイ
プ用鋼の知見のみでは十分な耐HIC性を有する圧力容
器用極厚鋼板を製造できない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、石油精製装
置の圧力容器用極厚鋼板において、湿潤硫化水素腐食環
境下での耐水素誘起割れ性(耐HIC性)を改善する製
造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、焼ならし
処理により使用される圧力容器用極厚鋼板において、化
学成分と圧延条件が耐HIC性におよぼす影響を詳細に
調査した結果、鋼塊でも水素量と圧延での全圧下比の組
合せが耐HIC性に重大な影響を及ぼすことを見いだし
た。
【0007】本発明はこの知見に基づきなされたもので
あり、重量%にて、C:0.08〜0.25%、Si:
0.1〜0.5%、Mn:0.8〜1.6%、Ni:0
.05〜0.3%、Nb:0.005〜0.04%、C
u:0.1〜0.3%、Al:0.005〜0.05%
、Ca:0.0005〜0.01%、P:0.01%未
満、S:0.005%未満、N:0.002〜0.01
%、H:0.00013%未満を含み、残Feおよび不
可避的不純物からなる鋼塊を分塊−仕上圧延に至る全圧
下比(鋼塊厚/製品厚)が4および5×鋼中水素量(p
pm)+1.5の双方より大きくなるように圧延し、圧
延後850℃以上に再加熱して焼ならしすることを特徴
とする耐水素誘起割れ性の優れた圧力容器用極厚鋼板の
製造方法及び必要により更にCr:0.02〜0.2%
、Mo:0.02〜0.2%、V:0.01〜0.1%
からなる強度改善元素群の1種または2種以上を含む耐
水素誘起割れ性の優れた圧力容器用極厚鋼板の製造方法
である。
【0008】
【作用】以下、本発明についてさらに詳細に説明する。 図1は、0.18%C−0.15%Si−1.15%M
n−0.01%P−0.002%S−0.25%Cu−
0.15%Ni−0.02%Nb−0.02%Al−0
.004%N−0.003%Caを成分とする鋼(製品
板厚100mm、焼きならし温度880℃)において、
鋼塊での水素量と全圧下比(鋼塊厚/製品厚)の組合せ
に対するた耐HIC試験前後での超音波探傷での欠陥の
有無を示している。×印は耐HIC試験前にも超音波で
欠陥の発見されるもの、△は耐HIC試験前には欠陥が
無いが耐HIC試験により超音波で欠陥が発見されるよ
うになるもの、○はHIC試験の前および後とも欠陥の
見つからないことを示す。
【0009】耐HIC試験の浸漬試験片は、鋼板の板厚
中心部より切り出した10mm厚×20mm幅×100
mm長であり、圧延方向と試験片の長さ方向、鋼板の幅
方法と試験片の幅方向を一致させている。この試験片を
NACE溶液に96時間浸漬し、耐HIC性を評価した
。なお、NACE溶液とは、1気圧の硫化水素を飽和さ
せた5%食塩−0.5%酢酸の水溶液であり、耐HIC
試験で一般的に使用されているものである。HIC感受
性を示すパラメーターとして、ここではCLRを用いた
。CLRは次式により求める値である。
【0010】 CLR(%)=(Σai /A)×100但し、Σai
 :ステップ割れの長さの合計(mm)A:試験片の幅
(mm) なお、CLRは上記の試験片の3断面(断面形状は10
mm×20mm)で求め、平均値として算出した。この
平均値が1%未満の場合に割れなしと判定した。耐HI
C試験前の割れについても、上記の基準を用いて割れを
判定した。
【0011】図1に示すように、耐HIC試験前の超音
波探傷試験での欠陥には圧延前のスラブでの水素量の影
響は殆どなく、全圧下比が4以上で無欠陥となる。即ち
、凝固に伴うポロシティの圧着には全圧下比4が必要で
ある。しかし、耐HIC試験後では、欠陥を抑制できる
全圧下比は鋼塊での水素量に影響されている。即ち、鋼
塊での水素量が少ない場合、小さな全圧下比でもHIC
が生じない。
【0012】これに対し、鋼塊での水素量が多い場合、
全圧下比を十分に大きくする必要がある。鋼塊での水素
量H(ppm)とするとき、5×H+1.5以上の全圧
下比が耐HIC試験での欠陥発生の境界になっている。 従って、耐HIC試験の前および後とも超音波探傷で欠
陥が存在しないためには、4および5×H+1.5の双
方よりも大きな全圧下比となるように圧延することが必
要である。
【0013】この理由については、以下のように考えて
いる。即ち、全圧下比が十分に大きくない場合、分塊お
よび圧延によりポロシティが圧着されても、界面が残存
しており、この界面に水素が偏析する。鋼塊中の水素量
が多い程この水素偏析が大きく、耐HIC試験で水素が
僅かに侵入しても、この界面での水素量は臨界濃度に達
してしまい、この界面に沿って割れが容易に生じる。従
って、鋼塊中の水素量が多い場合、全圧下比を十分に大
きくし、界面を消滅させておくことが重要である。
【0014】鋼塊中の水素量は、多くなりすぎると鋼塊
を分断するような破壊の原因となるので、このような鋼
塊破壊の生じない上限の水素量として、0.00013
%(1.3ppm)未満に抑制する。
【0015】以下の成分元素の限定理由について述べる
。Cは常温および高温強度を高めるのに有効な元素であ
り、圧力容器用鋼の場合、0.08%以上の添加が好ま
しい。しかし、添加量が多過ぎると溶接性を害するので
添加量の上限を0.25%とする。
【0016】Siは脱酸のため0.1%以上添加するが
、添加量が多いと靭性を低下するため上限を0.5%と
する。MnはSを固定し、強度を高めるのに有効な元素
であるが、添加量が多いと材料内の偏析を著しくし、靭
性の異方性を増すため、0.8〜1.6%とする。
【0017】Pは鋼中でミクロ偏析し靭性の方向差を著
しくするばかりではなく、靭性を低下させる元素である
ため、上限を0.01%は未満とする。Sは鋼中で非金
属介在物MnSを形成し、耐HIC性を低下させ、靭性
の方向差を大きくし、且つシャルピー試験での上部棚エ
ネルギーを低下させるため、上限を0.005%未満と
する。
【0018】Cuは鋼材の強度を上昇し、また耐食性を
向上し、湿潤硫化水素環境から侵入する水素量を低減す
る効果を有する元素である。このため、0.1%以上を
添加する。しかし、多量に添加すると熱間加工性を損な
うため、添加量の上限を0.3%とする。
【0019】Niは鋼材の靭性を向上させ、鋼材への水
素侵入を抑制する元素であり、このような効果を要する
時、0.05%以上添加する。しかし、0.3%超では
効果に飽和傾向が見られはじめるため、上限を0.3%
とする。
【0020】Nbは安定な炭窒化物を形成し、結晶粒界
の移動を妨げ、再結晶粒の粗大化を阻止し、降伏強さを
上昇し、靭性を改善する。このため、0.005%以上
を添加するが、0.04%超では効果が飽和するため、
添加量を0.04%以下に抑制する。
【0021】Alは鋼の脱酸に不可欠な元素であり、こ
の目的から0.005%以上を添加する。しかし、0.
05%超の添加では効果が飽和するため、添加の範囲を
0.005〜0.05%とする。
【0022】NはAlとAlNを作り、焼ならし時の結
晶粒の粗大化を防止する効果があり、0.002%以上
添加する。しかし、添加量が多すぎると靭性を低下させ
る場合があるため、添加量を0.01%以下とする。
【0023】Caは硫化物介在物の形状を制御し耐HI
C性を向上する効果を有している。0.0005%未満
の添加では効果が認められず、0.01%を超えると却
って耐HIC性を害するので、添加範囲を0.0005
〜0.01%とした。
【0024】以上の元素を基本成分とするが、更に強度
改善効果のあるCr,Mo,Vを1種または2種以上添
加してもよい。
【0025】Crは強度を増加させる効果を有する。こ
のような効果を要する時、0.02%以上を添加する。 しかし、0.2%超の添加では靭性が低下するため、上
限を0.2%とする。
【0026】MoはCrと同様、添加により強度が上昇
する元素であり、必要に応じて0.02%以上添加する
。しかし、0.2%超の添加はコストが高くなるため上
限を0.2%とする。
【0027】Vは炭窒化物を形成し鋼材の強度を向上さ
せる効果を有する。このような効果を必要とする場合、
0.01%以上添加する。しかし、0.1%を超えると
却って靭性を害するので上限を0.1%とする。
【0028】次に、素材の製造条件について述べる。前
記のような化学成分を有する鋼は転炉、電気炉で溶製し
た後、必要に応じて取鍋精練や真空脱ガス処理を施して
得られ、通常鋳型あるいは一方向凝固鋳型で造塊した後
、分塊でスラブとされる。分塊での均熱はいかなるもの
であっても構わない。即ち、鋼塊を冷却した後均熱して
もよく、熱塊で均熱炉に装入しても良い。均熱温度は1
000〜1320℃とすることが望ましい。
【0029】圧延における圧下量は、既に述べたように
圧延前の鋼塊中の水素量に応じ決定される全圧下比とな
るようにする。圧延後、850℃以上の温度に加熱し、
放冷により、焼きならし処理を行う。焼きならしの温度
を850℃以上とするのは、組織を均一にするためであ
り、組織の細粒化から950℃以下が望ましい。
【0030】
【実施例】(実施例1)表1に示す化学成分を有する鋼
を用い、表2中に示す全圧下比となるように圧延し、同
表中に示す温度で焼ならした。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】鋼板1A〜11Aシリーズの鋼板は本発明
鋼であり、耐HIC試験での割れが認められない。これ
に対して、Bシリーズの鋼板は全圧下比が耐HIC性確
保のために必要な最低値より小さく、耐HIC試験でク
ラックが生じている。
【0034】
【発明の効果】本発明による鋼板は、耐HIC性が良好
であり、湿潤硫化水素雰囲気で使用される石油精製等の
圧力容器用極厚鋼板として最適であり、本発明鋼を使用
した圧力容器での安全性は高く、工業的価値が大きい。
【0035】
【図表の簡単な説明】
【0036】
【図1】鋼塊中での水素量と圧延での全圧下比(鋼塊厚
/製品厚)との組合せに対する耐HIC試験前後の超音
波探傷試験による欠陥の有無を示す図表である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  重量%にて、C  :0.08〜0.
    25%、Si:0.1〜0.5%、Mn:0.8〜1.
    6%、Ni:0.05〜0.3%、Nb:0.005〜
    0.04%、Cu:0.1〜0.3%、Al:0.00
    5〜0.05%、Ca:0.0005〜0.01%、P
      :0.01%未満、S  :0.005%未満、N
      :0.002〜0.01%、H  :0.0001
    3%未満、残Feおよび不可避的不純物からなる鋼塊を
    、分塊−仕上圧延に至る全圧下比(鋼塊厚/製品厚)が
    4および5×鋼中水素量(ppm)+1.5の双方より
    大きくなるように圧延し、圧延後850℃以上に再加熱
    して焼ならしすることを特徴とする耐水素誘起割れ性の
    優れた圧力容器用極厚鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】  重量%にて、Cr:0.02〜0.2
    %、Mo:0.02〜0.2%、V  :0.01〜0
    .1%、からなる強度改善元素群の1種または2種以上
    を含む請求項1記載の耐水素誘起割れ性の優れた圧力容
    器用極厚鋼板の製造方法。
JP9929691A 1991-04-30 1991-04-30 耐水素誘起割れ性の優れた圧力容器用極厚鋼板の製造方法 Withdrawn JPH04329826A (ja)

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