JPS62149813A - 耐硫化物応力腐食割れ性に優れる高強度継目無鋼管の製造方法 - Google Patents

耐硫化物応力腐食割れ性に優れる高強度継目無鋼管の製造方法

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JPS62149813A
JPS62149813A JP28767185A JP28767185A JPS62149813A JP S62149813 A JPS62149813 A JP S62149813A JP 28767185 A JP28767185 A JP 28767185A JP 28767185 A JP28767185 A JP 28767185A JP S62149813 A JPS62149813 A JP S62149813A
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JP
Japan
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stress corrosion
corrosion cracking
sulfide stress
steel pipe
strength
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JP28767185A
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English (en)
Inventor
Kuniaki Motoda
元田 邦昭
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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) この発明は、サワー化傾向の下に深井戸化の著しい油井
管、またサワーガスやサワーオイル用のラインパイプ、
さらには化学プラント用配管などの用途に用いて好適な
耐硫化物応力腐食割れ性に優れる高強度継目無鋼管の製
造方法に関し、とくに硫化物応力腐食割れ発生の危険を
、少なくとも75kgf/mm”のように高い降伏強さ
の下に有効に回避することについての開発成果を開示す
るものである。
(従来の技術) 上記したような深井戸化かつサワー化する傾向に対して
は、一般に耐硫化物応力腐食割れ性が、強さの上昇と共
に劣化するので、両者の兼ね合いから現在のところ降伏
強さ64〜74kgf/mm2級のC「−Mo系鋼(C
:0.25〜0.3!5wt%(以下単に%と記す)。
Cr;約1%、Mo;0.2〜0.8%)が最も優れた
ものとされている。
ところで最近、特開昭53−78917号公報により、
従来の65kgf/mm2級Cr −Mogに比しCr
 −Moを増量し、かつVを多量に添加して耐硫化物応
力腐食割れ性の改善を図った75〜90kgf/mm2
級の鋼が開発されたが、Mo、Vなどの高価な元素を多
量に含むため高価につき、また多量のVを含むため連続
鋳造による熱間加工中に割れが発生し易かった。
また特開昭57−19322号および同57−1932
3号各公報において、耐硫化物応力腐食割れ性の優れた
La添加鋼が提案されたが、この鋼の降伏強さは最も高
くても80kgf/mm2程度であって従来鋼に比して
強度の改善は事実上はとんど見られない。
さらに特開昭57−35622号公報には、p、sを低
減した高強度油井用鋼が開示されているが、この鋼は強
度についてはかなり改善されているとはいえ、アルカリ
性環境のしかもH2Sは微量しか含まない場合にのみし
か耐応力腐食割れ性は保証されていない。
(発明が解決しようとする問題点) 上記したように従来鋼はいずれも、価格の面または特性
の面で何かしらの問題を残していた。
この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、上掲
したような高価な元素を多量に含まず連続鋳造にも適し
た安価に成分系であって、しかも優れた耐硫化物応力腐
食割れ性と共に降伏強さが75〜120kgf/mm”
という高強度を兼ね備える継目無鋼管の有利な製造方法
を提案することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) さて発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を重
ねた結果、以下に述べる知見を得た。
(1)従来鋼のように、Cr、 Moのみで強度を向上
させたものよりも、Cを高くしかつTi、  Vを微量
ずつ複合添加した鋼の方が、耐硫化物応力腐食割れ性の
面で一層優れており、しかもこの場合Cr+ Moの添
加量を従来鋼より大幅に低下できコストダウンとなる。
(2)降伏強さ75kgf/mm2以上の綱で優れた耐
硫化物応力腐食割れ性を得るためには、少なくとも焼戻
し温度を620℃以上とする必要がある。
(3)優れた耐硫化物応力腐食割れ性を得るためには、
焼入を完全に行なう必要があるが、このためにはCr、
 Moの添加量を少なめにした鋼においては、従来の耐
サワー用鋼よりもMnを多めにする必要がある。
(4)焼戻し温度を620°C以上とした場合に、75
kgf/mm”以上の降伏強さを安定して得ると共に、
完全焼入れを実現するためには、C:0.45%以上、
Mn:0.8%以上とする必要がある。
(5)この発明鋼のような高強度鋼でMnが0.8%以
上含むような鋼においては、良好な耐硫化物応力腐食割
れ性を得るためには、Pを0.015%以下、Sを0.
005%以下に制限する必要がある。
(6)前掲(1)項に示したようにCr、 Moのみで
なく、Cr。
Moを減らしてTi、 Vなどを複合添加した方がより
耐硫化物応力腐食割れ性は向上する。すなわち炭化物形
成元素は1種類でなく、なるべく多種のものにした方が
良い結果となる。これは単一組成の炭化物を析出させる
よりも、種々の組成の炭化物を析出させるようにする方
が、析出温度も異なるので、析出炭化物はより微細かつ
均一に分散するようになり、かくして高強度が得られる
と同時に耐硫化物応力腐食割れ性が向上するものと考え
られる。
したがって、Cr+Mo+Ti、Vの他に更に、Nb、
 Zrの1種または2種を同時に添加することにより、
一層、強度と耐硫化物応力腐食割れ性を向上させること
が出来る。
この発明は、上記の知見に立脚するものである。
すなわちこの発明は、 C:0.45〜0.65% Si : 0.20〜0.35% Mn : 0.8〜1.6% Cr : 0.1%以上、0.8%未満、Mo : 0
.05%以上、0゜40%未満、AI : 0.005
〜0.1% Ti : 0.02〜0.10%およびV  : 0.
01〜0.10% を含み、かつ Nb : 0.1%以下および Zr:0.1%以下 のうちから選んだ少なくとも一種を含有し、さらに不可
避混入不純物のうちPおよびSをそれぞれ、P : 0
.015%以下 S : 0.005%以下 に抑制し、残部は実質的にFeの組成になる継目無鋼管
用中空素材に、熱間圧延を施して製管し、ついで焼入れ
してマルテンサイト組織としたのち、620°C以上、
Ac、変態点以下の温度範囲で焼戻すことを特徴とする
、耐硫化物応力腐食割れ性に優れる高強度継目無鋼管の
製造方法である。
以下この発明を、具体的に説明する。
まずこの発明において、素材成分を上記の範囲に限定し
た理由について説明する。
C: 0.45〜0.65% Cは、高温焼戻しにおいても高い強度を得る上で有用な
元素であり、とくにこの発明で所jtJlシたように少
量の添加で620℃以上の高温焼戻し処理によって75
kgf/mm2以上の降伏強さを得るためには、少なく
とも0.45%を必要とするが、0.65%を超えると
焼割れが発生するおされが生じるので、0.45〜0.
65%の範囲で添加することにした。Si:0.20〜
0.35% Siは、鋼の脱酸と強度向上のためには少なくとも0.
20%を必要とするが、0.35%を超えると靭性の劣
化を招くので、0.20〜0.35%の範囲に限定した
Mn : 0.8〜1.6% Mnは、焼入性や強度の向上さらには脱酸にも有用なだ
けでなく、比較的安価な元素でもある。とくにこの発明
鋼のごとく他の添加元素が少量の場合は、含有量が0.
8%に満たないとその添加効果に乏しい。しかじなあく
ら、1.6%を超えるとP。
Sなどの偏析を招いて耐硫化物応力腐食割れ性を劣化さ
せるので、0.8〜1.6%の範囲で含有させること−
にした。
Cr : 0.1%以上、0.8%未満Crは、焼入れ
焼戻し処理において炭化物を形成し、強度および焼戻し
抵抗性を高めるのに有効に寄与する。そのためには゛0
.1%以上の添加が必要であるが、Mo、Ti、V等の
元素が共存する場合には0.8%以上添加してもその効
果は飽和に達するので、0.1〜0.8%の範囲に限定
した。
Mo : 0.05%以上、0.40%未満MOもCr
と同様、強度および焼戻し抵抗性を高め、しかもPの粒
界偏析を防いで耐硫化物応力腐食割れ性を向上させるの
に有効に寄与するが、含有量が0.05%に満たないと
その添加効果に乏しく、一方0.40%以上添加しても
T i + V等を同時添加する場合には、その効果は
飽和に達する。さらにコスト高となり、安価な材料を提
供するというこの発明の目的にも反するので、Moの含
有量は0.05〜0.40%の範囲に限定した。
^7!: o、oos〜0.1% AIは、脱酸に寄与するだけでなく、Nと化合して結晶
粒を微細化し、靭性、強度および耐硫化物応力腐食割れ
性を向上させる有用な元素である。
しかしながらその含有量がo、oos%に満たないとそ
の添加効果に乏しく、一方0.1%を超えるとその効果
は飽和に達するだけでなく、むしろ靭性の劣化を招くの
で、o、oos〜0.1%の範囲に限定した。
Ti : 0.02〜0.10%およびV:0.01〜
0.10%これらの元素は、Cr、 Moと同様に焼入
焼戻処理において炭化物を形成し、鋼の焼入性および焼
戻し軟化抵抗性の向上に有効に寄与する点で均等である
。この発明鋼においては炭化物形成元素として、従来タ
イプのCr −Mo系鋼よりもCr、 Moを低減した
上でTi、νを少量複合添加することにより、種々の組
成の炭化物を広い温度域にわたって析出させ得る。この
結果析出炭化物は微細かっ、球状で均一に分布し、高強
度と優れた耐硫化物応力腐食割れ性を兼ねそなえた鋼を
得ることができる。
しかし、Tiが0.02%以下また■が0,01%以下
ではこの効果は得られず、一方Ti:0.10%以上、
■:0.10%以上となると高価となるだけでなく、炭
化物の粗大化を招き、かえって耐硫化物応力腐食割れ性
を劣化させる。
このためTiの添加量は0.02〜0.10%、■の添
加量は0.01〜0.10%とした。
P : 0.015%以下、S : 0.005%以下
PおよびSはいずれも、鋼の耐硫化物応力腐食割れ性の
著しい劣化を招く有害元素であり、この発明に従い、焼
戻し温度を620℃以上の高温にした場合において、所
期した強度および耐硫化物応力腐食割れ性を確保するた
めには、それぞれP≦0.015%、S≦0.005%
に制御する必要がある。
さらにこの発明では、強度および耐サワー臨界応力比の
一層の向上を図るため、NbおよびZrのうち少なくと
も一種を下記の範囲で添加する。
Nbおよび/またはZr:0.1%以下NbおよびZr
はいずれも、Cr、 Mo+ h + Vと同様に焼入
れ焼戻し処理において炭化物を形成し、鋼の焼入れ性お
よび焼戻し軟化抵抗性の向上に有効に寄与する。しかし
ながらこれらの添加量が0.1%を超えると析出物の粗
大化を招き、かえって耐硫化物応力腐食割れ性を劣化さ
せるだけでなく、加工性および靭性も低下させるので、
NbおよびZrは、単独添加および複合添加いずれの場
合も0.1%以下の範囲で添加する必要がある。
さて上記した好適成分組成に調製した溶湯を鋳込んだの
ち、常法に従ううせん孔加工を施して中空素材とする。
ついでかくして得られた継目無鋼管用中空素材に、熱間
で伸延加工を施したのち、焼入れ焼戻し処理を施す。
この焼入れ処理においては、90%以上をマルテンサイ
ト組織とすることが望ましい。
また焼戻し処理は、620℃以上、Ac、変態点以下の
温度範囲で行う必要がある。というのは、この発明で所
期したように降伏強さ=75〜120kgf/mm”で
かつ良好な耐硫化物応力腐食割れ性を得るには、620
℃以上の高温で焼戻し処理を施すことが不可欠だからで
あり、一方Ac、点を超えるとオーステナイトが生じる
結果、常温まで冷却したときにこノオーステナイトが焼
戻しを受けないマルテンサイトとなって耐硫“化物応力
腐食割れ性の著しい劣化を招くからである。
かくして優れた耐硫化物応力腐食割れ性を有する高強度
継目無鋼管が得られるのである。
(作 用) この発明に従うことによって、強度のみならず耐硫化物
応力腐食割れ性が著しく改善される理由は、まだ明確に
解明されたわけではないが、次のとおりと考えられる。
すなわち硫化物応力腐食割れは、硫化水素を含む水溶液
による鋼材の腐食によって生じた水素が鋼中に侵入し、
介在物、析出物、転位などの応力集中部に集積して鋼を
脆化させる水素脆性の一種と考えられるが、P、sを低
域し、介在物を減らすと共に、620℃以上の高温焼戻
しによって転位密度を減少させ、析出物を球状化させる
こと、さらに炭化物形成元素として、従来タイプのCr
 −M。
鋼よりCr、 Moを低減しかっTi、Vの少量を複合
添加することにより種々の組成の炭化物を広い温度域に
わたって析出させることが出来るため、析出炭化物が微
細かつ均一に分布する組織が得られること、などによっ
て水素が集積する応力集中個所が著しく減少されること
によるものと考えられる。
通常、上記のように低転位密度、球状析出物とするため
高温焼戻しを行うと鋼材の強度は低下するのであるが、
この発明の成分の組合せによれば適切な形状、分布の析
出物を有する組織が得られ耐硫化物応力腐食割れ性を損
なうことなく高強度が得られるものと考えられる。
(実施例) 表1に示した各成分組成による継目無鋼管用中空素材を
熱間加工後、焼入れし、ついで同じく表1に示した各温
度で焼戻し処理を施して、製品とした。
かくして得られた各継目無鋼管の降伏強さくY。
S、)、引張り強さくT、S、)、耐硫化物応力腐食割
れ性について調べた結果を表1に併記する。
なお耐応力腐食割れ性は、丸棒引張り試験片をNACE
液(0,5%酢酸、5%食塩添加飽和硫化水素水)中に
おいて、降伏強さの80%の応力を負荷する試験によっ
て評価し、かかる試験において30日間破断しなかった
ものを○印で、また破断したものをX印で示した。
同表より明らかなように、この発明に従って得られた継
目無鋼管(隘1〜8)はいずれも、高いY、S、および
T、S、値と共に、優れた耐硫化物応力腐食割れ性が得
られた。
これに対し成分組成は適正範囲を満足しているものの、
焼戻し温度が下限に満たない比較鋼(階9.10)は、
耐硫化物応力腐食割れ性に劣っていた。
また成分組成のいずれかがこの発明の適正範囲を逸脱し
ているもの(阻11〜24)のうち、C量が下限に満た
ない隘11およびMnNが下限に満たない尚12は、そ
れぞれ耐硫化物応力腐食割れ性は良好ではあったものの
、低いy、s、およびT、S、値しか得られなかった。
その他の隘13〜24はいずれも、Y、S、 、T、S
、値は良好であったが、耐硫化物応力腐食割れ性に劣っ
ていた。
(発明の効果) かくしたこの発明によれば、従来のように高価な元素を
多量に含まず、連続鋳造にも適した安価な成分系で、し
かも優れた耐硫化物応力腐食割れ性と共に、降伏強さ:
 75kgf/mm”以上という高強度を兼ね備える継
目無鋼管を得ることができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、C:0.45〜0.65wt% Si:0.20〜0.35wt% Mn:0.8〜1.6wt% Cr:0.1wt%以上、0.8wt%未満、Mo:0
    .05wt%以上、0.40wt%未満、Al:0.0
    05〜0.1wt% Ti:0.02〜0.10wt%および V:0.01〜0.10wt% を含み、かつ Nb:0.1wt%以下および Zr:0.1wt%以下 のうちから選んだ少なくとも一種を含有し、さらに不可
    避混入不純物のうちPおよびSをそれぞれ、 P:0.015wt%以下 S:0.005wt%以下 に抑制し、残部は実質的にFeの組成になる継目無鋼管
    用中空素材に、熱間圧延を施して製管し、ついで焼入れ
    してマルテンサイト組織としたのち、620℃以上、A
    c_1変態点以下の温度範囲で焼戻すことを特徴とする
    、耐硫化物応力腐食割れ性に優れる高強度継目無鋼管の
    製造方法。
JP28767185A 1985-12-23 1985-12-23 耐硫化物応力腐食割れ性に優れる高強度継目無鋼管の製造方法 Pending JPS62149813A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5938865A (en) * 1995-05-15 1999-08-17 Sumitomo Metal Industries, Ltc. Process for producing high-strength seamless steel pipe having excellent sulfide stress cracking resistance
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