JPS61284555A - 耐水素侵食性と耐SR割れ性に優れたCr−Mo鋼 - Google Patents

耐水素侵食性と耐SR割れ性に優れたCr−Mo鋼

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JPS61284555A
JPS61284555A JP12414185A JP12414185A JPS61284555A JP S61284555 A JPS61284555 A JP S61284555A JP 12414185 A JP12414185 A JP 12414185A JP 12414185 A JP12414185 A JP 12414185A JP S61284555 A JPS61284555 A JP S61284555A
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JP
Japan
Prior art keywords
less
cracking
steel
hydrogen
resistance
Prior art date
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Pending
Application number
JP12414185A
Other languages
English (en)
Inventor
Junichi Shimomura
下村 順一
Takuichi Imanaka
拓一 今中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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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) 高温高圧水素下で操業される各種圧力容器用材料に関連
してこの明細書では、耐水素侵食性、耐SR割れ性の向
上についての開発研究の成果に関して以下にのべる。
石油精製工場における重油脱硫装置をはじめとする高温
高圧水素下で操業される圧力容器では長期間の運転によ
り焼戻しぜい化及び水素侵食による材質劣化が生じがち
である。
焼戻しぜい化はPなど不純物元素が粒界に偏析すること
に起因するが、最近の製鋼技術の発達により不純物量の
低減が可能となったこと及びSi量をコントロールする
ことにより焼戻しぜい化は事実上大きな問題ではなくな
ってきている。
とは云え生産の効率化のため、操業条件は高温化、高水
素圧化のすう勢にあり、従来よりも格段に耐水素侵食特
性に優れた材料が強く求められる。
(従来の技術) 耐水素侵食特性を向上させるには特開昭56−7215
6号公報にみられるようにVなどの炭化物形成元素の添
加が有効とされて来たがこのような炭化物形成元素の大
量添加は、製造性、溶接性を阻害しがちであるため添加
量には制限があり、その結果炭化物形成元素の添加によ
る耐水素侵食特性の向上効果は限られたものとなり、圧
力容器用材料に対する産業界の要請に応えるには不十分
であったのである。
(発明が解決しようとする問題点) 圧力容器用材料では、上に述べた材料特性に(わえて、
溶接性も重要な特性である。とくに内陸部に立地する工
場の場合は、熱処理設備が不十分な環境で溶接により圧
力容器を組み立てる場合が多く、SR割れ(溶接後の応
力除去焼鈍中に生ずる割れ)を起こしがちである。
そこでCr−Mo鋼、とくに2 %Cr−lMo鋼、3
Cr−IMo鋼などの高グレードのCr−Mo鋼におい
て、耐水素侵食特性ならびに耐SR割れ性の向上を図る
ことが喫緊の重要事項である。
この発明は、すでに触れたように炭化物形成元素の大量
添加が他の特性を阻害することの認識にもとづき、その
添加は一定量以下に抑制し、他の通常含有している元素
の量を規制することによって従来鋼より格段に耐水素侵
食特性、耐SR割れ性を具備した材料を与えることを目
的とするものである。
(間陣点を解決するための手段) 次に掲げる各構成によって上記した目的が有効に成就さ
れる。
C: 0.05〜0.20wt%、Si:0.4wt%
以下、Mn:0.1=1.0wt%、Cr:2.0〜3
.5wt%、Mo:0.8〜1.6wt%、V:0.1
0〜0.35wt%、Nb:0.005〜Q、05ey
t%、Ti :0.OQ5〜Q、035wt%、 A l :0.08wt%以下を含み、N : 0.0
050wt%以下、P : 0.010wt−%以下、
S : 0.004wt%以下 であって残部Fe及び不純物元素から成り、耐水素侵食
性と耐SR割れ性に優れたCr−Mo鋼(第1発明)。
C: 0.05〜0.20wt%、Si:0.4wt%
以下、Mn:0.1〜1.Owt  %、Cr:2.0
〜3.5wt  %、Mo:0.8〜1.6wt  %
、V:0.10〜0.35wt%、Nb:0.005〜
Q、05wt%、Ti:0.005〜0.035wt%
、 A l :0.08wt%以下を含み、かつ希土類元素
、Caのうち少なくとも1種をそれぞれ0.001〜0
.03wt%を含有し、N : 0.0050wt%以
下、P : 0.010wt%以下、S : 0.00
4wt%以下 であって、残部Fe及び不純物元素から成り、耐水素侵
食性と耐SR割れ性に優れたCr−Mo鋼(第2発明)
C: 0.05〜0.20wt%、Si:0.4れ%以
下、Mn:0.1〜1.0wt%、Cr:2.0〜3.
5wt%、Mo:0.8〜1.6wt%、V:0.10
〜0.35wt%、Nb:0.005〜0.05wt%
、Ti:0.005〜0.035wt%、 A j! :0.008wt%以下を含み、B : O
,0O05〜0.004wtχ、 Cu及び/又はNi
の合計量: 0.5wt%以下の群から選ばれる焼入性
向上成分の少くとも1種を含有し、 N : 0.0050wt%以下、P : 0.010
wt%以下、S : 0.004wt%以下 であって残部Fe及び不純物元素から成り、耐水素侵食
性と耐SR割れ性に優れたCr−Mo鋼(第3発明)。
c : o、os〜0.20wt%、Si :0.4w
t%以下、Mn:0.1〜1.0wt%、Cr:2.0
〜3.5wt%、Mo:0.8〜1.6wt%、V:0
.10〜0.35wt%、Nb:0.005〜0.05
wt%、Ti:0.005〜0.035wt%、 A l :0.08wt%以下を含み、かつ希土類元素
、Caのうち少なくとも1種を0.001〜0.03e
t%、B : 0.0005〜0.004wt%Cu及
び/又はNiの合計量0.5wt%以下の群から選ばれ
る焼入性向上成分の少くとも1種とを含有し、 N : 0.0050wt%以下、P : 0.010
wt%以下、S : o、oo4wt%以下であって、
残部Fe及び不純物元素から成り、耐水素侵食性と耐S
R割れ性に優れたCr−Mo鋼(第4発明)。
ここにV、TiおよびNbを添加した場合の材料特性に
及ぼすN量、N量の影響を広範に調査した結果、V、 
Ti、 Nbなどの添加によって耐水素侵食特性の一定
の向上をはかるとともに、高温強度、クリープ強度、焼
入れ性を確保できるほか、N量とN量の上限をそれぞれ
規定することにより、より一層の耐水素侵食特性の向上
がはかれ、ここにVの添加により懸念されるSR割れ感
受性の増大についても同じくN量、N量を低価に抑制し
、さらにはNbs Tiを適量添加することにより回避
できることについての新規知見が得られ、これによって
この発明の成功が導かれ得たのである。
(作用) 各発明における個々の元素の組成範囲(%は、wt%の
略)の限定理由についてまず説明する。
C: 0.05〜0.20%: 十分な強度、焼入れ性を確保するために0.05%以上
含有させる必要があるが、0.20%を超えて過剰に含
有させた場合、溶接性が劣化するので0.05〜0.2
0%を含有範囲とする。
Si:0.40%以下; Siは強度を確保するうえで有効な元素であるが、0.
40%を超えて含有する場合焼戻しぜい化、水素侵食に
対する感受性が増大し、またクリープ破断応力−が低下
傾向を示すので、0.40%以下の含有とする。
Mn:0.1〜1.0%; Mnは脱酸作用、また強度、焼入れ性の確保のためにも
0.1%以上含有させる必要がある。反面1.0%を超
えて含有させた場合焼戻しぜい化感受性が高くなり、ま
た熱処理時の酸化により表面性状が劣化するので、0.
1〜1.0%の範囲で含有させることが必要である。
Cr:2.0〜3.5%; Crは強度、じん性、耐食性、耐水素侵食性の向上に有
効な元素であるが、2.0%未満ではその効果は十分で
はなく、一方3.5%を超えて過剰に添加した場合、溶
接性が損われるので、2.0〜3.5%とした。
Mo:0.8〜1.6χ; Moは強度、じん性、及びクリープ破断強度の向上に効
果があるが、含有量0.8χ未満ではその効果が十分で
はなく、反面1.6χを超えて過剰に添加した場合その
効果は飽和し、不経済であるので0.8〜1.6χの添
加と規定した。
V:0.10〜0.35χ; ■の添加は各発明とも特徴の一つであり、0.10%以
上の添加により耐水素侵食性、高温強度、クリープ破断
強度が向上し、とくに0.20%以上を添加した場合、
より一層の作用効果が得られる。しかし0.35%を超
えた過剰の添加はSR割れ感受性を増大させるノテ、0
.10〜0.355/6好ましくはo、20〜0.35
%の添加範囲とする。
Nb:0.005〜0.05%7 Nbの添加もまた特徴の−っであり、0.005%以上
の添加は常温強度、高温強度を向上させ、またSR割れ
感受性を低める効果がある。しかし0.05%を超えて
過剰に添加した場合、非金属介在物を形成し、製造性が
損われるので、0.005〜0.05%を添加範囲とす
る。
Ti:0.005〜0.035χ; TiはTiNとして析出し、鋼中の固溶Nを低下させる
効果を有する。N量を低下させることにより耐水素侵食
性、耐SR割れ性が向上することは実施例に示すとおり
であり、N量の上限を規定する以外にTiの添加により
Nを固定化し、実効的なN量(固溶N量)を更に低下さ
せれば一層の耐水素侵食性、耐SR割れ性の向上がはか
れる。そのためには少くとも0.005χの添加が必要
であるが、0.035χを超えた過度の添加はじん性の
低下をまねくので、o、oos〜0.035χの範囲と
した。
A l:0.08%以下; AJを0.08%よりも多く含有させた場合耐水素侵食
性が低下し、又熱間加工性の劣化が懸念されるので、0
.08%を上限とする。
N:0.0050%以下; N量を0.0050%以下に抑制することもまた大きな
特徴である。N量を0.0050%以下とした場合に耐
水素侵食性、耐SR割れ性が向上することは実施例に示
すとおりであり、またクリープ破断強度の向上もはかる
ことができる。よってN量の上限をo、ooso%とし
た。
P:0.010%以下; 粒界に偏析し、焼戻しぜい化を引き起すので低い方が望
ましい。実機における操業で焼戻しぜい化が起らず、製
造コストの上昇も招かない0.010χを上限とした。
sHo、oo4%以下; S量の上限を規定することはやはり大きな特徴の1つで
ある。Sfiを0.004%以下とすることにより耐水
素侵食性、耐SR割れ性が向上することは実施例に示す
とおりであり、S量の上限を0.004χとする。
希土類元素、 Ca:0.001〜0.03χ;第2お
よび第4の各発明において、更に耐水素侵食性の向上、
及びSR割れ感受性を低下させる目的で原子番号51〜
71の希土類元素又はCaを含有させる。これら成分の
添加法はいずれか一種の元素の単独添加でも、2種類以
上の元素の複合添加でもよく、o、ooi〜0.03%
の添加量の範囲であれば、得られる作用効果は添加元素
の種類によらずほぼ同様な均等成分である。
しかし添加量が0.001χ未満であればその効果は十
分ではなく、また0、03%を超えて添加してもその効
果は飽和し、添加量に見合った効果は得られず不経済で
あるので、0.001〜0.03%を添加範囲とする。
B : 0.0005〜0.004χ、 Cu及び/又
はNiの合計量:0.5%以下; 第3および第4の各発明において、o、ooos%以上
のBの添加により、焼入れ性の向上をはかることができ
る。しかし0.004χを超えて含有させた場合フェラ
イト生成を促進し、むしろ強度、じん性が低下するので
、0.0005〜0.004χを適正範囲とする。
第3および第4各発明においてCu、 Niはともに上
記Bと同じく焼入れ性の向上に大きな効果をもたらすが
、Cu、 Niの合計量で0.5χを超え過剰に添加し
た場合、焼戻しぜい化惑受性が増大するので0.5%以
下とする。
従ってB:o、6oo5〜0.004χ+ Cu及び/
又はNiの合計量=0.5%以下の群から選ばれる少く
とも1種は焼入性向上成分として同効の均等成分である
(実施例) 表11表2に示す成分の鋼を真空溶解炉にて溶製、熱間
加工後950℃で2.5時間の焼4らし処理。
690℃で20時間の焼戻し処理を行い各種試験を行っ
た。
表  2 水素侵食特性の評価は温度600℃、水素圧力500k
gf/cm”に保持したオートクレーブ中にシャルピー
衝撃試験片を暴露した後取り出し、0℃での吸収エネル
ギーの暴露時間依存性を測定することにより行った。
SR割れ特性の評価は斜めY開先拘束割れ試験により、
650℃で24時間のSR処理後の割れ長さを測定する
ことにより行った。
表2は水素侵食特性とSR割れ特性を、比較した結果を
あわせて示す。ここで水素侵食の潜伏期は0℃でのシャ
ルピー衝撃試験において水素侵食により吸収エネルギー
の低下の始まる時間により定義した。また断面割れ率は
SR処理後の割れ長さの溶接金属厚みに対する割合であ
る。
表2より適合例では水素侵食の潜伏期が長く、著しく耐
水素侵食性に優れていることがわかる。
また第1図、第2図は適合例、比較例における水素侵食
の潜伏期のN量、S量依存性を示す。
N量、N量を低下させることにより耐水素侵食性が向上
する傾向があることは明らかではあるが、単にN量のみ
、N量のみを低減するだけではその効果は不十分であり
、各発明でそれぞれ規定した個々の元素成分の組み合せ
ではじめて耐水素侵食性に優れた材料が得られることが
わかる。
またV添加により懸念されるSR割れについても各適合
例においては皆無であり、この優れた耐SR割れは上に
規定した成分の組み合せ(N量、N量の上限の設定、及
びNb、 Tiの適量添加)により得られることは明ら
かである。
(発明の効果) 以上述べたように各発明とも耐水素侵食性に優れ、また
優れた耐SR割れ性を有することから溶接性にも優れ何
れもとくに高温高圧水素下で長期間操業される容器用材
料に最適であって、大きな工業的価値を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は適合例と比較例における水素侵食の潜伏期のN
量依存性を示すグラフ、 第2図は同じくS量依存性を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、C:0.05〜0.20wt%、Si:0.4wt
    %以下、Mn:0.1〜1.0wt%、Cr:2.0〜
    3.5wt%、Mo:0.8〜1.6wt%、V:0.
    10〜0.35wt%、Nb:0.005〜0.05w
    t%、Ti:0.005〜0.035wt%、 Al:0.08wt%以下を含み、 N:0.0050wt%以下、P:0.010wt%以
    下、S:0.004wt%以下 であって残部Fe及び不純物元素から成り、耐水素侵食
    性と耐SR割れ性に優れたCr−Mo鋼。 2、C:0.05〜0.20wt%、Si:0.4wt
    %以下、Mn:0.1〜1.0wt%、Cr:2.0〜
    3.5wt%、Mo:0.8〜1.6wt%、V:0.
    10〜0.35wt%、Nb:0.005〜0.05w
    t%、Ti:0.005〜0.035wt%、 Al:0.08wt%以下を含み、 かつ希土類元素、Caのうち少なくとも1種をそれぞれ
    0.001〜0.03wt%を含有し、N:0.005
    0wt%以下、P:0.010wt%以下、S:0.0
    04wt%以下 であって、残部Fe及び不純物元素から成り、耐水素侵
    食性と耐SR割れ性に優れたCr−Mo鋼。 3、C:0.05〜0.20wt%、Si:0.4wt
    %以下、Mn:0.1〜1.0wt%、Cr:2.0〜
    3.5wt%、Mo:0.8〜1.6wt%、V:0.
    10〜0.35wt%、Nb:0.005〜0.05w
    t%、Ti:0.005〜0.035wt%、 Al:0.008wt%以下を含み、 B:0.0005〜0.004wt%、Cu及び/又は
    Niの合計量:0.5wt%以下の群から選ばれる焼入
    性向上成分の少くとも1種を含有し、 N:0.0050wt%以下、P:0.010wt%以
    下、S:0.004wt%以下、 であって残部Fe及び不純物元素から成り、耐水素侵食
    性と耐SR割れ性に優れたCr−Mo鋼。 4、C:0.05〜0.20wt%、Si:0.4wt
    %以下、Mn:0.1〜1.0wt%、Cr:2.0〜
    3.5wt%、Mo:0.8〜1.6wt%、V:0.
    10〜0.35wt%、Nb:0.005〜0.05w
    t%、Ti:0.005〜0.035wt%、 Al:0.08wt%以下を含み、 かつ希土類元素、Caのうち少なくとも1種を0.00
    1〜0.03wt%、B:0.0005〜0.004w
    t%、Cu及び/又はNiの合計量:0.5wt%以下
    の群から選ばれる焼入性向上成分の少くとも1種を含有
    し、 N:0.0050wt%以下、P:0.010wt%以
    下、S:0.004wt%以下 であって、残部Fe及び不純物元素から成り、耐水素侵
    食性と耐SR割れ性に優れたCr−Mo鋼。
JP12414185A 1985-06-10 1985-06-10 耐水素侵食性と耐SR割れ性に優れたCr−Mo鋼 Pending JPS61284555A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010037655A (ja) * 2008-07-09 2010-02-18 Nippon Steel Corp 耐水素性に優れた高圧水素ガス貯蔵容器用鋼およびその製造方法

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