JPH06271976A - 耐硫化物割れ性に優れた鋼材並びに鋼管 - Google Patents
耐硫化物割れ性に優れた鋼材並びに鋼管Info
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- JPH06271976A JPH06271976A JP5081552A JP8155293A JPH06271976A JP H06271976 A JPH06271976 A JP H06271976A JP 5081552 A JP5081552 A JP 5081552A JP 8155293 A JP8155293 A JP 8155293A JP H06271976 A JPH06271976 A JP H06271976A
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- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＣＡＰＣＩＳ試験を十分にクリア−する耐硫
化物割れ性能に優れた鋼管、並びにそれに相当する優れ
た耐硫化物割れ性能を備えた鋼材の安定提供手段を確立
する。 【構成】 圧延又は鍛練が施されて製造された鋼材を
“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法が２００μｍ以上であ
るＢ系介在物”が含まれない素地を有して成る構成とす
るか、圧延又は鍛練が施されて製造された鋼管を、少な
くともその内表面から４mm以内の肉厚範囲においては
“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法が２００μｍ以上であ
るＢ系介在物”が含まれない素地を有して成る構成とす
ることにより、優れた耐硫化物割れ性を付与する。
化物割れ性能に優れた鋼管、並びにそれに相当する優れ
た耐硫化物割れ性能を備えた鋼材の安定提供手段を確立
する。 【構成】 圧延又は鍛練が施されて製造された鋼材を
“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法が２００μｍ以上であ
るＢ系介在物”が含まれない素地を有して成る構成とす
るか、圧延又は鍛練が施されて製造された鋼管を、少な
くともその内表面から４mm以内の肉厚範囲においては
“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法が２００μｍ以上であ
るＢ系介在物”が含まれない素地を有して成る構成とす
ることにより、優れた耐硫化物割れ性を付与する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、硫化水素を含む原油
又はガスを輸送するラインパイプや、硫化水素を含む原
油又はガスを精製する塔，槽類の配管や構成部材として
好適な、耐硫化物割れ性｛耐水素誘起割れ（ＨＩＣ）
性，耐硫化物応力割れ（ＳＳＣ）性｝に優れた鋼材並び
に鋼管に関するものである。
又はガスを輸送するラインパイプや、硫化水素を含む原
油又はガスを精製する塔，槽類の配管や構成部材として
好適な、耐硫化物割れ性｛耐水素誘起割れ（ＨＩＣ）
性，耐硫化物応力割れ（ＳＳＣ）性｝に優れた鋼材並び
に鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来技術とその課題】硫化水素を含む原油又はガスを
輸送するラインパイプやタンカ−用の鋼板、更には硫化
水素を含む原油或いはガスを精製する塔，槽類に用いら
れる鋼板においては、水素誘起割れ（ＨＩＣ）或いは硫
化物応力割れ（ＳＳＣ）〔以降、 両者をまとめて呼ぶ場
合には“硫化物割れ”と称する〕が問題となることは既
に周知の事実である。
輸送するラインパイプやタンカ−用の鋼板、更には硫化
水素を含む原油或いはガスを精製する塔，槽類に用いら
れる鋼板においては、水素誘起割れ（ＨＩＣ）或いは硫
化物応力割れ（ＳＳＣ）〔以降、 両者をまとめて呼ぶ場
合には“硫化物割れ”と称する〕が問題となることは既
に周知の事実である。
【０００３】なお、ＨＩＣとは外部応力の無い状態で鋼
材に生じる割れであり、ＳＳＣは静的な応力下での割れ
であるが、これら硫化物割れは“湿潤硫化水素環境で鋼
が腐食したときに発生する水素”が鋼中に侵入すること
によって生じる水素脆化であり、鋼の脆化現象の１つで
ある。
材に生じる割れであり、ＳＳＣは静的な応力下での割れ
であるが、これら硫化物割れは“湿潤硫化水素環境で鋼
が腐食したときに発生する水素”が鋼中に侵入すること
によって生じる水素脆化であり、鋼の脆化現象の１つで
ある。
【０００４】ところで、硫化物割れに関しては従来から
数多くの研究がなされ、これらによって多くの硫化物割
れ対策が生み出されてきているが、その主なもの挙げる
と次の通りである。 a) Cu添加によって湿潤硫化水素環境で鋼に水素が侵入
するのを抑制し、耐ＨＩＣ，耐ＳＳＣ性を向上させる。 b) ＨＩＣはMnＳから成るＡ系介在物のエッジ部を起点
として発生することから、Ca添加により硫化物の形態制
御を行って割れの起点となるエッジ部を無くする。 c) Ca添加によって硫化物の形態制御を行うと共に、鋼
の清浄度を増して介在物の低減を図る（特開昭５６−１
３４６３号公報参照）。 d) Mn及びＰ濃度の高くなる中心偏析部では硬化組織が
形成されてＨＩＣ，ＳＳＣ感受性が高くなることから、
均熱拡散により偏析を軽減したり、圧延後の加速冷却に
より硬化組織の生成を防止する。
数多くの研究がなされ、これらによって多くの硫化物割
れ対策が生み出されてきているが、その主なもの挙げる
と次の通りである。 a) Cu添加によって湿潤硫化水素環境で鋼に水素が侵入
するのを抑制し、耐ＨＩＣ，耐ＳＳＣ性を向上させる。 b) ＨＩＣはMnＳから成るＡ系介在物のエッジ部を起点
として発生することから、Ca添加により硫化物の形態制
御を行って割れの起点となるエッジ部を無くする。 c) Ca添加によって硫化物の形態制御を行うと共に、鋼
の清浄度を増して介在物の低減を図る（特開昭５６−１
３４６３号公報参照）。 d) Mn及びＰ濃度の高くなる中心偏析部では硬化組織が
形成されてＨＩＣ，ＳＳＣ感受性が高くなることから、
均熱拡散により偏析を軽減したり、圧延後の加速冷却に
より硬化組織の生成を防止する。
【０００５】そして、これらの対策により、耐硫化物割
れ性の評価試験として確立しているところの、「“ＮＡ
ＣＥ浴”と称される“１気圧の硫化水素を飽和させた２
５℃の 0.5％酢酸＋５％食塩水溶液”に鋼材を浸漬する
試験（小型試験片を供試材とするいわゆる小型試験の１
つである）」におけるＨＩＣ発生率を低い値に抑えるこ
とが可能となり、前述した施設・設備の性能は著しく向
上した。なお、このような硫化物割れ対策が必要な施設
・設備用の鋼材，鋼管に対する現在の一般的な要求値
は、「ＮＡＣＥ浴中に９６時間浸漬した時の幅方向の割
れ長さ（ＣＬＲ）が５〜１５％以下」というものであ
る。
れ性の評価試験として確立しているところの、「“ＮＡ
ＣＥ浴”と称される“１気圧の硫化水素を飽和させた２
５℃の 0.5％酢酸＋５％食塩水溶液”に鋼材を浸漬する
試験（小型試験片を供試材とするいわゆる小型試験の１
つである）」におけるＨＩＣ発生率を低い値に抑えるこ
とが可能となり、前述した施設・設備の性能は著しく向
上した。なお、このような硫化物割れ対策が必要な施設
・設備用の鋼材，鋼管に対する現在の一般的な要求値
は、「ＮＡＣＥ浴中に９６時間浸漬した時の幅方向の割
れ長さ（ＣＬＲ）が５〜１５％以下」というものであ
る。
【０００６】しかし、最近ではより一層過酷な環境に存
在する油井やガス井にまで開発の手が伸びるようにな
り、また一方では経済性の観点から鋼材，鋼管の高強度
化と操業圧のアップが図られる等、鋼材，鋼管の使用環
境は一層厳しいものとなってきている。その上、近年の
地球環境問題への認識の深まりも、この種の鋼材，鋼管
に対する要求性能をより厳しくする方向に向かわせてい
る。
在する油井やガス井にまで開発の手が伸びるようにな
り、また一方では経済性の観点から鋼材，鋼管の高強度
化と操業圧のアップが図られる等、鋼材，鋼管の使用環
境は一層厳しいものとなってきている。その上、近年の
地球環境問題への認識の深まりも、この種の鋼材，鋼管
に対する要求性能をより厳しくする方向に向かわせてい
る。
【０００７】そこで、このような状況を背景に、従来の
小型試験で得られる耐ＨＩＣ性，耐ＳＳＣ性評価性能の
他に実管を使った試験性能が重視されるようになった。
なお、実管を使う試験としては“ＣＡＰＣＩＳ型実管試
験”が代表的なものとして知られている。
小型試験で得られる耐ＨＩＣ性，耐ＳＳＣ性評価性能の
他に実管を使った試験性能が重視されるようになった。
なお、実管を使う試験としては“ＣＡＰＣＩＳ型実管試
験”が代表的なものとして知られている。
【０００８】ＣＡＰＣＩＳ型実管試験は、図１（縦断面
図）及び図２（上方から見た応力負荷状態の説明図）に
示したように、短尺鋼管（実管）を内側からジャッキア
ップして内表面に曲げによる引張応力を付与した状態で
該鋼管内にＮＡＣＥ浴を封入し、ＨＩＣ，ＳＳＣの発生
を評価する方法であり、実管の評価としては比較的簡便
かつ妥当な方法であることから広まる傾向にある。そし
て、この試験方法では、製管時の残留応力も加味された
状態で試験が行われるので従来の小型試験片を用いる方
法よりは極めて厳しい評価となる（小型試験では小型試
験片を切り出す時に残留応力の殆どが解放されてしま
う）。
図）及び図２（上方から見た応力負荷状態の説明図）に
示したように、短尺鋼管（実管）を内側からジャッキア
ップして内表面に曲げによる引張応力を付与した状態で
該鋼管内にＮＡＣＥ浴を封入し、ＨＩＣ，ＳＳＣの発生
を評価する方法であり、実管の評価としては比較的簡便
かつ妥当な方法であることから広まる傾向にある。そし
て、この試験方法では、製管時の残留応力も加味された
状態で試験が行われるので従来の小型試験片を用いる方
法よりは極めて厳しい評価となる（小型試験では小型試
験片を切り出す時に残留応力の殆どが解放されてしま
う）。
【０００９】しかしながら、このＣＡＰＣＩＳ試験を十
分にクリア−する程に耐硫化物割れ性に優れた鋼管（即
ち小型試験片だけでなく実管として十分な耐硫化物割れ
性を有した鋼管）を実現するための決め手となる具体的
要件が見出せないでいるのが現状であった。
分にクリア−する程に耐硫化物割れ性に優れた鋼管（即
ち小型試験片だけでなく実管として十分な耐硫化物割れ
性を有した鋼管）を実現するための決め手となる具体的
要件が見出せないでいるのが現状であった。
【００１０】このようなことから、本発明が目的とする
のは、ＣＡＰＣＩＳ試験を十分にクリア−する実管とし
ての耐硫化物割れ性能に優れた鋼管、並びにそれに相当
する優れた耐硫化物割れ性能を備えた鋼材の安定提供手
段を確立することである。
のは、ＣＡＰＣＩＳ試験を十分にクリア−する実管とし
ての耐硫化物割れ性能に優れた鋼管、並びにそれに相当
する優れた耐硫化物割れ性能を備えた鋼材の安定提供手
段を確立することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は上記
目的を達成すべく鋭意研究を行ったが、その過程で、前
記図１及び図２で示すＣＡＰＣＩＳ試験によりＸ５２〜
Ｘ６５級のラインパイプ材（ＡＰＩ規格であって ksi強
度で類別されるもの）について耐ＳＳＣ性を評価し、更
にＳＳＣの起点部を詳細に調査したところ、次のような
事象が明らかとなった。
目的を達成すべく鋭意研究を行ったが、その過程で、前
記図１及び図２で示すＣＡＰＣＩＳ試験によりＸ５２〜
Ｘ６５級のラインパイプ材（ＡＰＩ規格であって ksi強
度で類別されるもの）について耐ＳＳＣ性を評価し、更
にＳＳＣの起点部を詳細に調査したところ、次のような
事象が明らかとなった。
【００１２】a) 何れのＳＳＣも、応力軸に対して平行
に発生したＨＩＣが段階状に連結した形態を示している
こと。 b) 各ＨＩＣはＢ系介在物を起点に発生していること。 c) ＨＩＣ破面上で、そのＢ系介在物の圧延軸方向の一
端からもう一端までの寸法（距離）は何れも２００μｍ
以上あること。 d) ＣＡＰＣＩＳ試験におけるように管内面のみがＮＡ
ＣＥ浴に接触する場合、ＳＳＣはＮＡＣＥ浴に接する内
表面から４mm以内の肉厚範囲にのみ発生していること。
に発生したＨＩＣが段階状に連結した形態を示している
こと。 b) 各ＨＩＣはＢ系介在物を起点に発生していること。 c) ＨＩＣ破面上で、そのＢ系介在物の圧延軸方向の一
端からもう一端までの寸法（距離）は何れも２００μｍ
以上あること。 d) ＣＡＰＣＩＳ試験におけるように管内面のみがＮＡ
ＣＥ浴に接触する場合、ＳＳＣはＮＡＣＥ浴に接する内
表面から４mm以内の肉厚範囲にのみ発生していること。
【００１３】そして、上記の事実から、実管の耐硫化物
割れ性能を損なう原因となっているのが“圧延軸方向の
長さ寸法が２００μｍ以上であるＢ系介在物”であるこ
とが予想されたので、更にＢ系介在物の長さの影響につ
いて詳細な検討を行った。その結果、次のような知見を
得ることができた。
割れ性能を損なう原因となっているのが“圧延軸方向の
長さ寸法が２００μｍ以上であるＢ系介在物”であるこ
とが予想されたので、更にＢ系介在物の長さの影響につ
いて詳細な検討を行った。その結果、次のような知見を
得ることができた。
【００１４】即ち、Ｂ系介在物の長さが長くなるほどよ
り低い水素量でＨＩＣを発生することとなり、便宜上、
Ｂ系介在物の長さでＨＩＣ感受性が議論できる。なお、
硫化物割れが問題となる施設・設備で用いられる鋼材，
鋼管は、通常、圧延又は鍛練が施されて製造された鋼材
であるのでＢ系介在物は圧延方向又は鍛練軸方向に延ば
されており、そのため前記“Ｂ系介在物の長さ”とは
““圧延方向又は鍛練軸方向の長さ寸法”ということに
なる。ただ、鋼材に対する実際の水素侵入速度には自ず
と限界があり、そのため実際上は無応力下ではＢ系介在
物の長さが２５０μｍ以上、また応力が負荷される実管
の場合には２００μｍ以上になると割れに至るのが殆ど
で、この“Ｂ系介在物長さ：２００μｍ”が耐ＳＳＣ性
能を損なう臨界長さであることが確認されたのである。
り低い水素量でＨＩＣを発生することとなり、便宜上、
Ｂ系介在物の長さでＨＩＣ感受性が議論できる。なお、
硫化物割れが問題となる施設・設備で用いられる鋼材，
鋼管は、通常、圧延又は鍛練が施されて製造された鋼材
であるのでＢ系介在物は圧延方向又は鍛練軸方向に延ば
されており、そのため前記“Ｂ系介在物の長さ”とは
““圧延方向又は鍛練軸方向の長さ寸法”ということに
なる。ただ、鋼材に対する実際の水素侵入速度には自ず
と限界があり、そのため実際上は無応力下ではＢ系介在
物の長さが２５０μｍ以上、また応力が負荷される実管
の場合には２００μｍ以上になると割れに至るのが殆ど
で、この“Ｂ系介在物長さ：２００μｍ”が耐ＳＳＣ性
能を損なう臨界長さであることが確認されたのである。
【００１５】勿論、これは鋼管以外の鋼材（鋼板等）の
場合も同様で、片面のみが硫化水素を含む液やガスに接
触する場合、２００μｍ以上のＢ系介在物が硫化物割れ
に影響を及ぼすのは硫化水素を含む液やガスと接触する
面から４mmまでの肉厚範囲内に該Ｂ系介在物が存在した
場合に限られ、従って特にラインパイプ等の鋼管の場合
には、硫化水素を含む液やガスとの接触は殆ど内表面の
みであるので内表面から４mmまでの肉厚範囲が耐ＳＳＣ
性能を左右することも確認された。なお、鋼材の両面
（含む全周面）が硫化水素を含む液やガスに接触する場
合には肉厚中心部の介在物も問題となるが、これについ
ては後に説明する。
場合も同様で、片面のみが硫化水素を含む液やガスに接
触する場合、２００μｍ以上のＢ系介在物が硫化物割れ
に影響を及ぼすのは硫化水素を含む液やガスと接触する
面から４mmまでの肉厚範囲内に該Ｂ系介在物が存在した
場合に限られ、従って特にラインパイプ等の鋼管の場合
には、硫化水素を含む液やガスとの接触は殆ど内表面の
みであるので内表面から４mmまでの肉厚範囲が耐ＳＳＣ
性能を左右することも確認された。なお、鋼材の両面
（含む全周面）が硫化水素を含む液やガスに接触する場
合には肉厚中心部の介在物も問題となるが、これについ
ては後に説明する。
【００１６】本発明は、上記知見事項等に基づいて完成
されたものであり、「圧延又は鍛練が施されて製造され
た鋼材を“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法が２００μｍ
以上であるＢ系介在物”が含まれない素地を有して成る
構成とするか、 圧延又は鍛練が施されて製造された鋼管
を、 少なくともその内表面から４mm以内の肉厚範囲にお
いては“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法が２００μｍ以
上であるＢ系介在物”が含まれない素地を有して成る構
成とすることにより、 優れた耐硫化物割れ性を安定付与
させた点」に大きな特徴を有している。
されたものであり、「圧延又は鍛練が施されて製造され
た鋼材を“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法が２００μｍ
以上であるＢ系介在物”が含まれない素地を有して成る
構成とするか、 圧延又は鍛練が施されて製造された鋼管
を、 少なくともその内表面から４mm以内の肉厚範囲にお
いては“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法が２００μｍ以
上であるＢ系介在物”が含まれない素地を有して成る構
成とすることにより、 優れた耐硫化物割れ性を安定付与
させた点」に大きな特徴を有している。
【００１７】なお、前記“Ｂ系介在物”とは、JIS Ｇ０
５５５（鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法）に規定さ
れる“加工方向に集団をなして不連続に粒状の介在物が
並んだもの（アルミナ等）”を意味している。
５５５（鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法）に規定さ
れる“加工方向に集団をなして不連続に粒状の介在物が
並んだもの（アルミナ等）”を意味している。
【００１８】また、本発明鋼材，鋼管に適用される鋼種
としては、硫化物腐食割れが問題となる用途の主なもの
が原油やガスを輸送するラインパイプやタンカ−用部材
或いは原油やガスを精製する塔，槽類であるという観点
からすれば、基本成分系としてＣ：0.01〜0.20％（より
望ましくは0.03〜0.18％；以降は成分割合を表す％は重
量％とする），Si：0.01〜0.5 ％（より望ましくは 0.1
〜 0.3％），Mn：0.3〜1.8 ％（より望ましくは 0.5〜
1.5％），Ｐ：0.012 ％以下，Ｓ：0.002 ％以下及びA
l：0.01〜0.1 ％（より望ましくは0.01〜0.05％）を含
み、 Ca/Ｓ比が２〜１０に調整されてなるものが望まし
い。
としては、硫化物腐食割れが問題となる用途の主なもの
が原油やガスを輸送するラインパイプやタンカ−用部材
或いは原油やガスを精製する塔，槽類であるという観点
からすれば、基本成分系としてＣ：0.01〜0.20％（より
望ましくは0.03〜0.18％；以降は成分割合を表す％は重
量％とする），Si：0.01〜0.5 ％（より望ましくは 0.1
〜 0.3％），Mn：0.3〜1.8 ％（より望ましくは 0.5〜
1.5％），Ｐ：0.012 ％以下，Ｓ：0.002 ％以下及びA
l：0.01〜0.1 ％（より望ましくは0.01〜0.05％）を含
み、 Ca/Ｓ比が２〜１０に調整されてなるものが望まし
い。
【００１９】この場合、各成分は次のような作用を有し
ている。Ｃは安定して鋼の強度を得る元素であり、必要
な強度確保には0.01％以上含有させるのが良く、溶接割
れ抑制の観点からは0.20％以下が良い。Siは製鋼時の脱
酸剤として必要であるため0.01％以上含有させるのが良
く、鋼の靱性を劣化させないためには0.5 ％以下に止め
るのが良い。Mnも鋼の強度を確保する元素であり、必要
な強度確保には 0.3％以上含有させるのが良く、溶接割
れ抑制や耐硫化物割れの観点からは 1.8％以下が良い。
Ｐは中心偏析によりMnとＰの濃度偏析による異常組織を
生じて耐ＨＩＣ性に悪影響を及ぼすので 0.012％以下、
出来れば低いほど好ましい。ＳはCaによる硫化物の形態
制御を行っても、中心偏析部等でMnＳが生成して耐ＨＩ
Ｃ性を損なうので 0.002％以下、出来れば低いほど好ま
しい。なお、Caは硫化物系介在物の形態を制御するのに
有効な元素であるが、この形態制御により良好な耐ＨＩ
Ｃ性を確保するには Ca/Ｓ比を２〜１０に調整するのが
良い。Alは脱酸のために0.01％以上含有させるのが良
く、鋼の清浄度並びに靱性劣化を招かないためには 0.1
％以下に止めるのが良い。
ている。Ｃは安定して鋼の強度を得る元素であり、必要
な強度確保には0.01％以上含有させるのが良く、溶接割
れ抑制の観点からは0.20％以下が良い。Siは製鋼時の脱
酸剤として必要であるため0.01％以上含有させるのが良
く、鋼の靱性を劣化させないためには0.5 ％以下に止め
るのが良い。Mnも鋼の強度を確保する元素であり、必要
な強度確保には 0.3％以上含有させるのが良く、溶接割
れ抑制や耐硫化物割れの観点からは 1.8％以下が良い。
Ｐは中心偏析によりMnとＰの濃度偏析による異常組織を
生じて耐ＨＩＣ性に悪影響を及ぼすので 0.012％以下、
出来れば低いほど好ましい。ＳはCaによる硫化物の形態
制御を行っても、中心偏析部等でMnＳが生成して耐ＨＩ
Ｃ性を損なうので 0.002％以下、出来れば低いほど好ま
しい。なお、Caは硫化物系介在物の形態を制御するのに
有効な元素であるが、この形態制御により良好な耐ＨＩ
Ｃ性を確保するには Ca/Ｓ比を２〜１０に調整するのが
良い。Alは脱酸のために0.01％以上含有させるのが良
く、鋼の清浄度並びに靱性劣化を招かないためには 0.1
％以下に止めるのが良い。
【００２０】ところで、本発明では鋼材素地又は鋼管内
表面側素地中における“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法
が２００μｍ以上であるＢ系介在物”を規制したが、そ
の理由を以下に詳述する。つまり、先にも述べたよう
に、“優れた耐硫化物割れ性を安定して発揮する鋼材”
の追求過程で、圧延軸方向の長さが特に２００μｍ以上
に達するＢ系介在物が鋼材の耐ＳＳＣ性能を損ない、実
管においては管内表面から特に４mm以内の肉厚範囲が実
管の耐ＳＳＣ性能を損なうことが予想されたので、本発
明者はＢ系介在物の長さの影響について更に詳細な検討
を開始した。
表面側素地中における“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法
が２００μｍ以上であるＢ系介在物”を規制したが、そ
の理由を以下に詳述する。つまり、先にも述べたよう
に、“優れた耐硫化物割れ性を安定して発揮する鋼材”
の追求過程で、圧延軸方向の長さが特に２００μｍ以上
に達するＢ系介在物が鋼材の耐ＳＳＣ性能を損ない、実
管においては管内表面から特に４mm以内の肉厚範囲が実
管の耐ＳＳＣ性能を損なうことが予想されたので、本発
明者はＢ系介在物の長さの影響について更に詳細な検討
を開始した。
【００２１】なお、この検討の際には、本発明者等が別
途開発したところの図３に概要を示す“ＨＩＣその場測
定器”を用いた。この“ＨＩＣその場測定器”は、無応
力下ではあるが実管の場合と同様に試験片の片面から水
素をチャ−ジして反対側の面に拡散浸透してくる水素量
を電気化学的に測定しながら、ＨＩＣの発生を超音波探
傷法にて調べる機器であり、ＨＩＣが発生するまでチャ
−ジされる水素量を段階的に増加させることによりＨＩ
Ｃ発生の臨界水素透過係数を求めることができる方法で
ある。この臨界水素透過係数とは、臨界水素透過速度
（μＡ/cm2）に表面からの割れ深さ（cm）を乗じた値
（μＡ/cm ）であるが、これを鋼中水素拡散係数で割る
ことにより水素濃度に換算することが可能である。
途開発したところの図３に概要を示す“ＨＩＣその場測
定器”を用いた。この“ＨＩＣその場測定器”は、無応
力下ではあるが実管の場合と同様に試験片の片面から水
素をチャ−ジして反対側の面に拡散浸透してくる水素量
を電気化学的に測定しながら、ＨＩＣの発生を超音波探
傷法にて調べる機器であり、ＨＩＣが発生するまでチャ
−ジされる水素量を段階的に増加させることによりＨＩ
Ｃ発生の臨界水素透過係数を求めることができる方法で
ある。この臨界水素透過係数とは、臨界水素透過速度
（μＡ/cm2）に表面からの割れ深さ（cm）を乗じた値
（μＡ/cm ）であるが、これを鋼中水素拡散係数で割る
ことにより水素濃度に換算することが可能である。
【００２２】そして、上記手段によって臨界水素透過係
数が定量化されたＨＩＣ破面上のＢ系介在物の圧延軸方
向の長さを測定し、Ｂ系介在物の長さと臨界水素透過係
数の関係を整理して図示したのが図３である。この図３
から分かるように、Ｂ系介在物長さが長くなるほど臨界
水素透過係数は低下する。即ち、Ｂ系介在物長さが長く
なるほどより低い水素量でＨＩＣを発生することとな
り、便宜上、Ｂ系介在物の長さでＨＩＣ感受性が議論で
きることが分かる。
数が定量化されたＨＩＣ破面上のＢ系介在物の圧延軸方
向の長さを測定し、Ｂ系介在物の長さと臨界水素透過係
数の関係を整理して図示したのが図３である。この図３
から分かるように、Ｂ系介在物長さが長くなるほど臨界
水素透過係数は低下する。即ち、Ｂ系介在物長さが長く
なるほどより低い水素量でＨＩＣを発生することとな
り、便宜上、Ｂ系介在物の長さでＨＩＣ感受性が議論で
きることが分かる。
【００２３】一方、図５はＣＡＰＣＩＳ型試験における
水素透過係数の経時変化を示したものである。図５に示
されるように、ＮＡＣＥ浴を用いるＣＡＰＣＩＳ型実管
試験では表面水素透過係数の最大値は２５μＡ/cm から
３０μＡ/cm 弱の範囲となることが分かった。従って、
厳しく見積もってもＣＡＰＣＩＳ型実管試験での表面水
素透過係数は最大で３０μＡ/cm と判断でき、してみれ
ば、前記図４より無応力下では長さが２５０μｍ以上の
Ｂ系介在物は割れを生じることになる。
水素透過係数の経時変化を示したものである。図５に示
されるように、ＮＡＣＥ浴を用いるＣＡＰＣＩＳ型実管
試験では表面水素透過係数の最大値は２５μＡ/cm から
３０μＡ/cm 弱の範囲となることが分かった。従って、
厳しく見積もってもＣＡＰＣＩＳ型実管試験での表面水
素透過係数は最大で３０μＡ/cm と判断でき、してみれ
ば、前記図４より無応力下では長さが２５０μｍ以上の
Ｂ系介在物は割れを生じることになる。
【００２４】しかし、数多くの化学組成から成る試験材
を使った数多くのＣＡＰＣＩＳ型実管試験の結果から、
規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）の７２％の応力をかけた
場合には２００μｍでもＨＩＣが発生したことや、応力
がＨＩＣ及びＳＳＣの発生を加速することを考え合わせ
ると、圧延軸方向の長さが２００μｍ以上に達するＢ系
介在物も実管の耐ＳＳＣ性能を損なうことが確認でき、
十分な耐硫化物割れ性は圧延軸方向の寸法が２００μｍ
以上あるＢ系介在物が除かれて初めて達成できることが
明らかとなった。勿論、鍛練材の場合には、鍛練軸方向
の寸法が２００μｍ以上に達するＢ系介在物が存在する
と十分な耐硫化物割れ性を保証できないことは言うまで
もない。
を使った数多くのＣＡＰＣＩＳ型実管試験の結果から、
規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）の７２％の応力をかけた
場合には２００μｍでもＨＩＣが発生したことや、応力
がＨＩＣ及びＳＳＣの発生を加速することを考え合わせ
ると、圧延軸方向の長さが２００μｍ以上に達するＢ系
介在物も実管の耐ＳＳＣ性能を損なうことが確認でき、
十分な耐硫化物割れ性は圧延軸方向の寸法が２００μｍ
以上あるＢ系介在物が除かれて初めて達成できることが
明らかとなった。勿論、鍛練材の場合には、鍛練軸方向
の寸法が２００μｍ以上に達するＢ系介在物が存在する
と十分な耐硫化物割れ性を保証できないことは言うまで
もない。
【００２５】このように、Ｂ系介在物の長さが圧延方向
又は鍛練軸方向に２００μｍという上限を超えると応力
下でＢ系介在物を起点としてＨＩＣが発生し、それらが
連結してＳＳＣとなり実管の耐ＳＳＣ性を損なうことか
ら、本発明に係る鋼材については「“圧延方向又は鍛練
軸方向の寸法が２００μｍ以上であるＢ系介在物”が含
まれない素地を有して成るもの」と限定したが、望まし
くは長さが１００μｍを超えるＢ系介在物を存在させな
いようにするのが良い。
又は鍛練軸方向に２００μｍという上限を超えると応力
下でＢ系介在物を起点としてＨＩＣが発生し、それらが
連結してＳＳＣとなり実管の耐ＳＳＣ性を損なうことか
ら、本発明に係る鋼材については「“圧延方向又は鍛練
軸方向の寸法が２００μｍ以上であるＢ系介在物”が含
まれない素地を有して成るもの」と限定したが、望まし
くは長さが１００μｍを超えるＢ系介在物を存在させな
いようにするのが良い。
【００２６】しかし、その中を腐食流体が流れ外面は大
気環境にさらされるラインパイプのように片面のみが腐
食流体に接触する鋼管の場合には、鋼中水素濃度勾配は
図６に示す如くになるので、少なくとも水素濃度の高く
なる内表面近傍部にさえ前記のような寸法のＢ系介在物
が存在していなければ、介在物に起因した硫化物割れの
問題は生じないことになる。 そして、種々調査の結
果、内表面からの距離が４mmを超えた所に位置するＢ系
介在物は、その周囲の水素濃度が内表面に比べて著しく
低下するのでＨＩＣの起点とならないことが明らかとな
ったので、このような鋼管の場合には「少なくとも内表
面から４mm以内の肉厚範囲においては“圧延方向又は鍛
練軸方向の寸法が２００μｍ以上であるＢ系介在物”が
含まれない素地を有して成るもの」と限定した。
気環境にさらされるラインパイプのように片面のみが腐
食流体に接触する鋼管の場合には、鋼中水素濃度勾配は
図６に示す如くになるので、少なくとも水素濃度の高く
なる内表面近傍部にさえ前記のような寸法のＢ系介在物
が存在していなければ、介在物に起因した硫化物割れの
問題は生じないことになる。 そして、種々調査の結
果、内表面からの距離が４mmを超えた所に位置するＢ系
介在物は、その周囲の水素濃度が内表面に比べて著しく
低下するのでＨＩＣの起点とならないことが明らかとな
ったので、このような鋼管の場合には「少なくとも内表
面から４mm以内の肉厚範囲においては“圧延方向又は鍛
練軸方向の寸法が２００μｍ以上であるＢ系介在物”が
含まれない素地を有して成るもの」と限定した。
【００２７】なお、両面（含む全周面）が腐食流体に接
触する場合には、図７に示す如く、鋼中水素濃度は肉厚
方向に均一となる。従って、両面（含む全周面）が腐食
流体に接触する環境下で使用する場合の鋼材は、全肉厚
にわたって２００μｍ以上のＢ系介在物が含まれてはな
らないことは言うまでもない。
触する場合には、図７に示す如く、鋼中水素濃度は肉厚
方向に均一となる。従って、両面（含む全周面）が腐食
流体に接触する環境下で使用する場合の鋼材は、全肉厚
にわたって２００μｍ以上のＢ系介在物が含まれてはな
らないことは言うまでもない。
【００２８】ところで、本発明に係る上述のような鋼
材，鋼管はイ ) 溶鋼の脱酸，脱硫、或いはCa添加等の処理時に残留
する酸化物系介在物を徹底的に除去する，ロ ) 圧延や鍛練での加工率を高くしない， 等の手段を適宜組み合わせることで製造できるが、鋼種
或いは製造する鋼材，鋼管の種類や寸法毎に予め介在物
調査を実施しておき、それらを結果を基に製造条件を調
整するのが良い。
材，鋼管はイ ) 溶鋼の脱酸，脱硫、或いはCa添加等の処理時に残留
する酸化物系介在物を徹底的に除去する，ロ ) 圧延や鍛練での加工率を高くしない， 等の手段を適宜組み合わせることで製造できるが、鋼種
或いは製造する鋼材，鋼管の種類や寸法毎に予め介在物
調査を実施しておき、それらを結果を基に製造条件を調
整するのが良い。
【００２９】また、内表面近傍のみ寸法の大きいＢ系介
在物が存在しない鋼管の製造には、例えば次のような方
法が採用される。一般に、連続鋳造（ＣＣ）スラブ製造
においてはスラブの天側に介在物が浮上集積するので、
このスラブを圧延して製管用の鋼板を得、このようにし
て得られた鋼板のスラブ天側が管内面となるように溶接
製管する等すれば良い。
在物が存在しない鋼管の製造には、例えば次のような方
法が採用される。一般に、連続鋳造（ＣＣ）スラブ製造
においてはスラブの天側に介在物が浮上集積するので、
このスラブを圧延して製管用の鋼板を得、このようにし
て得られた鋼板のスラブ天側が管内面となるように溶接
製管する等すれば良い。
【００３０】なお、従来からCa及びAlを含むＢ系介在物
がＨＩＣの起点となることは知られており、そのためCa
量，Ca／Ｓ比，Ｏ量或いは鋼の清浄度等を規定する提案
も幾つかなされたが、これらは鋼材，鋼管の母材部に特
に“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法が２００μｍ以上で
あるＢ系介在物”が含まれると実際の鋼材，鋼管での耐
硫化物割れ性が低下することを窺わせるものではなく、
ましてやこのＢ系介在物の特定方向の長さを特に２００
μｍ未満に規制すると実際の鋼材，鋼管で耐硫化物割れ
性が著しく改善されることを示唆するものでもなかった
ことは言うまでもない。
がＨＩＣの起点となることは知られており、そのためCa
量，Ca／Ｓ比，Ｏ量或いは鋼の清浄度等を規定する提案
も幾つかなされたが、これらは鋼材，鋼管の母材部に特
に“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法が２００μｍ以上で
あるＢ系介在物”が含まれると実際の鋼材，鋼管での耐
硫化物割れ性が低下することを窺わせるものではなく、
ましてやこのＢ系介在物の特定方向の長さを特に２００
μｍ未満に規制すると実際の鋼材，鋼管で耐硫化物割れ
性が著しく改善されることを示唆するものでもなかった
ことは言うまでもない。
【００３１】以下、本発明の効果を実施例により更に具
体的に説明する。
体的に説明する。
【実施例】まず、表１に示した各種鋼管（外径：1609.6
mm，肉厚：25.4mm）を準備すると共に、これにＮＡＣＥ
浴を封入し、応力の最大位置で規格最小降伏応力（ＳＭ
ＹＳ）の７２％の応力がかかるようにジャッキにより曲
げを与えてＣＡＰＣＩＳ型実管試験を行った。
mm，肉厚：25.4mm）を準備すると共に、これにＮＡＣＥ
浴を封入し、応力の最大位置で規格最小降伏応力（ＳＭ
ＹＳ）の７２％の応力がかかるようにジャッキにより曲
げを与えてＣＡＰＣＩＳ型実管試験を行った。
【００３２】この試験によってＳＳＣ発生の有無を調査
したが、その際、ＳＳＣを発生したものについては「そ
の破面上におけるＢ系介在物の“圧延方向又は鍛練軸方
向の最小長さ”」と「最大割れ深さ」も調べた。この結
果を表１に併記した。
したが、その際、ＳＳＣを発生したものについては「そ
の破面上におけるＢ系介在物の“圧延方向又は鍛練軸方
向の最小長さ”」と「最大割れ深さ」も調べた。この結
果を表１に併記した。
【００３３】
【表１】
【００３４】上記表１に示される如く、ＮＡＣＥ浴を封
入して応力の最大位置で規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）
の７２％の応力がかかるようにジャッキにより曲げを与
えて行ったＣＡＰＣＩＳ型実管試験の結果、ＳＳＣを発
生した鋼管の破面上には最低２００μｍのＢ系介在物が
観察された。
入して応力の最大位置で規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）
の７２％の応力がかかるようにジャッキにより曲げを与
えて行ったＣＡＰＣＩＳ型実管試験の結果、ＳＳＣを発
生した鋼管の破面上には最低２００μｍのＢ系介在物が
観察された。
【００３５】そこで、上記“長さ２００μｍのＢ系介在
物”の意味を調べるため、上記表１に示した鋼管（鋼管
10は除く）に表２で示す新たな５種類の鋼管（寸法は同
じ）を加え、それぞれの内表面から４mm以内の肉厚範囲
に含まれるＢ系介在物をJISＧ０５５５に従って調査
し、その圧延方向又は鍛練軸方向の最大長さを測定した
後、前記と同様の条件でＣＡＰＣＩＳ型実管試験を実施
しＳＳＣ発生の有無を調べた。これらの調査結果を表２
に併せて示す。
物”の意味を調べるため、上記表１に示した鋼管（鋼管
10は除く）に表２で示す新たな５種類の鋼管（寸法は同
じ）を加え、それぞれの内表面から４mm以内の肉厚範囲
に含まれるＢ系介在物をJISＧ０５５５に従って調査
し、その圧延方向又は鍛練軸方向の最大長さを測定した
後、前記と同様の条件でＣＡＰＣＩＳ型実管試験を実施
しＳＳＣ発生の有無を調べた。これらの調査結果を表２
に併せて示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】この表２に示される結果からは、本発明に
係る鋼管であるところの、内表面から４mm以内の肉厚範
囲に存在するＢ系介在物が圧延方向又は鍛練軸方向の最
大長さで２００μｍ未満のものは、ＮＡＣＥ浴を封入し
て応力の最大位置でＳＭＹＳの７２％の応力がかかるよ
うにジャッキにより曲げを与えて行ったＣＡＰＣＩＳ型
実管試験でもＳＳＣを発生しなかったのに対して、前記
長さが２００μｍ以上のＢ系介在物が存在するものでは
ＳＳＣを発生することが確認された。
係る鋼管であるところの、内表面から４mm以内の肉厚範
囲に存在するＢ系介在物が圧延方向又は鍛練軸方向の最
大長さで２００μｍ未満のものは、ＮＡＣＥ浴を封入し
て応力の最大位置でＳＭＹＳの７２％の応力がかかるよ
うにジャッキにより曲げを与えて行ったＣＡＰＣＩＳ型
実管試験でもＳＳＣを発生しなかったのに対して、前記
長さが２００μｍ以上のＢ系介在物が存在するものでは
ＳＳＣを発生することが確認された。
【００３８】一方、これとは別に、表３に示した各種の
鋼材（厚さ：25.4mmの鋼板）を準備し、まずその全肉厚
に含まれるＢ系介在物をJIS Ｇ０５５５に従って調査し
て圧延方向又は鍛練軸方向の最大長さを測定した後、各
々についてＮＡＣＥ浴でのＨＩＣ試験を実施しＨＩＣ発
生の有無を調べた。これらの調査結果を表３に併せて示
す。
鋼材（厚さ：25.4mmの鋼板）を準備し、まずその全肉厚
に含まれるＢ系介在物をJIS Ｇ０５５５に従って調査し
て圧延方向又は鍛練軸方向の最大長さを測定した後、各
々についてＮＡＣＥ浴でのＨＩＣ試験を実施しＨＩＣ発
生の有無を調べた。これらの調査結果を表３に併せて示
す。
【００３９】
【表３】
【００４０】表３に示される結果からも、本発明鋼材で
あるところの、存在するＢ系介在物が圧延方向又は鍛練
軸方向の最大長さで２００μｍ未満のものは、ＮＡＣＥ
浴中でもＨＩＣを発生しなかったのに対して、前記長さ
が２００μｍ以上のＢ系介在物が存在するものではＨＩ
Ｃを発生することが確認できた。
あるところの、存在するＢ系介在物が圧延方向又は鍛練
軸方向の最大長さで２００μｍ未満のものは、ＮＡＣＥ
浴中でもＨＩＣを発生しなかったのに対して、前記長さ
が２００μｍ以上のＢ系介在物が存在するものではＨＩ
Ｃを発生することが確認できた。
【００４１】
【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、ＮＡＣＥ浴中においてもＨＩＣやＳＳＣを発生しな
い優れた耐硫化物割れ性を安定して示す鋼材，鋼管を提
供することが可能となり、硫化水素を含む原油或いはガ
スを輸送するラインパイプ、更には硫化水素を含む原油
或いはガスを精製する塔，槽類の性能向上に大きく寄与
できるなど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。
ば、ＮＡＣＥ浴中においてもＨＩＣやＳＳＣを発生しな
い優れた耐硫化物割れ性を安定して示す鋼材，鋼管を提
供することが可能となり、硫化水素を含む原油或いはガ
スを輸送するラインパイプ、更には硫化水素を含む原油
或いはガスを精製する塔，槽類の性能向上に大きく寄与
できるなど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＡＰＣＩＳ型実管試験の説明図（縦断面図）
である。
である。
【図２】ＣＡＰＣＩＳ型実管試験の説明図（上方から見
た応力負荷状態の説明図）である。
た応力負荷状態の説明図）である。
【図３】無応力下で小型試験片のＨＩＣ感受性を定量化
する「ＨＩＣその場測定法」の説明図である。
する「ＨＩＣその場測定法」の説明図である。
【図４】Ｂ系介在物の圧延軸方向の長さと割れ臨界水素
透過係数の相関を示したグラフである。
透過係数の相関を示したグラフである。
【図５】数例のＣＡＰＣＩＳ型実管試験における表面水
素透過係数の経時変化を示したグラフである。
素透過係数の経時変化を示したグラフである。
【図６】鋼材の片面のみが腐食流体に曝される場合にお
ける肉厚方向の水素濃度分布を示す模式図である。
ける肉厚方向の水素濃度分布を示す模式図である。
【図７】鋼材の両面あるいは全周面が腐食流体に曝され
る場合における肉厚方向の水素濃度分布を示す模式図で
ある。
る場合における肉厚方向の水素濃度分布を示す模式図で
ある。
Claims (2)
- 【請求項１】 圧延又は鍛練が施されて製造された鋼材
であって、“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法が２００μ
ｍ以上であるＢ系介在物”が含まれない素地を有して成
ることを特徴とする、耐硫化物割れ性に優れた鋼材。 - 【請求項２】 圧延又は鍛練が施されて製造された鋼管
であって、少なくとも内表面から４mm以内の肉厚範囲に
おいては“圧延方向又は鍛練軸方向の寸法が２００μｍ
以上であるＢ系介在物”が含まれない素地を有して成る
ことを特徴とする、耐硫化物割れ性に優れた鋼管。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5081552A JPH06271976A (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | 耐硫化物割れ性に優れた鋼材並びに鋼管 |
| US08/207,729 US5555916A (en) | 1993-03-16 | 1994-03-09 | Steel product excellent in sulfide cracking resistance |
| EP94103911A EP0616042B1 (en) | 1993-03-16 | 1994-03-14 | Steel product excellent in sulfide cracking resistance |
| DE69418517T DE69418517T2 (de) | 1993-03-16 | 1994-03-14 | Erzeugnis aus Stahl mit hoher Beständigkeit gegen Rissbildung durch Sulfide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5081552A JPH06271976A (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | 耐硫化物割れ性に優れた鋼材並びに鋼管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06271976A true JPH06271976A (ja) | 1994-09-27 |
Family
ID=13749458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5081552A Pending JPH06271976A (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | 耐硫化物割れ性に優れた鋼材並びに鋼管 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5555916A (ja) |
| EP (1) | EP0616042B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06271976A (ja) |
| DE (1) | DE69418517T2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005075694A1 (ja) | 2004-02-04 | 2005-08-18 | Sumitomo Metal Industries,Ltd. | 耐ｈｉｃ性に優れたラインパイプ用鋼材及びその鋼材を用いて製造されるラインパイプ |
| JPWO2017090572A1 (ja) * | 2015-11-27 | 2018-01-25 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 水素誘起割れ測定方法および測定装置 |
| JP2018096890A (ja) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 鋼材の硫化物応力腐食割れ試験方法 |
| JP2018163148A (ja) * | 2017-03-24 | 2018-10-18 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 鋼材の硫化物応力腐食割れ性の評価方法および評価装置 |
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| FR2756358B1 (fr) * | 1996-11-22 | 1999-01-29 | Inst Francais Du Petrole | Gaine a permeabilite limitee et application aux conduites sous pression |
| US9316341B2 (en) | 2012-02-29 | 2016-04-19 | Chevron U.S.A. Inc. | Coating compositions, applications thereof, and methods of forming |
| CN103305659B (zh) * | 2012-03-08 | 2016-03-30 | 宝山钢铁股份有限公司 | 磁性优良的无取向电工钢板及其钙处理方法 |
| US11235427B2 (en) | 2020-01-27 | 2022-02-01 | Saudi Arabian Oil Company | Method of testing ERW pipe weld seam for susceptibility to hydrogen embrittlement |
| US11656169B2 (en) | 2021-03-19 | 2023-05-23 | Saudi Arabian Oil Company | Development of control samples to enhance the accuracy of HIC testing |
| US11788951B2 (en) | 2021-03-19 | 2023-10-17 | Saudi Arabian Oil Company | Testing method to evaluate cold forming effects on carbon steel susceptibility to hydrogen induced cracking (HIC) |
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|---|---|---|---|---|
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