JPS6338520A - 耐水素誘起割れ性に優れた鋼板の製造方法 - Google Patents

耐水素誘起割れ性に優れた鋼板の製造方法

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JPS6338520A
JPS6338520A JP18149886A JP18149886A JPS6338520A JP S6338520 A JPS6338520 A JP S6338520A JP 18149886 A JP18149886 A JP 18149886A JP 18149886 A JP18149886 A JP 18149886A JP S6338520 A JPS6338520 A JP S6338520A
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cooling
less
water cooling
steel
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JP18149886A
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Takahiro Kushida
隆弘 櫛田
Takeo Kudo
赳夫 工藤
Tamotsu Hashimoto
保 橋本
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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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) 本発明は、H,Sを含んだ原油、天然ガスの輸送に用い
るラインパイプ用として有用な、耐水素誘起割れ性に優
れた鋼板の製造方法、特に、微細かつ均一なベイナイト
+フェライト組織とした耐水素誘起割れ性に優れた鋼板
の製造方法に関する。
(従来の技術) 水素誘起割れ(HI C)は、湿潤ToS環境下で鋼が
腐食したときに発生する水素が、媚中に侵入することに
よって起こる水素脆化現象である。
HI cQ受性が最も高い部分は、Vi、N−中心部で
あり、スラブの中心偏析に起因する部分である。
従来、HICを防止する手段としては、次の方法等がと
られている。
■スラブソーキングによる偏析の軽減 ■Pの低域による偏析のU減 ■Ca、 REMによる非金属介在物の形態を制御して
、H[Cの起点となる介在物を減らす。
しかし、これらの手段のうち■、■は非常なコスト上昇
を招く。また、■に至っては効果があいまいである。
そこで、最近、圧延後加速水冷することによって、合金
元素の濃化を防止し、均一・微細な組織にして、偏析部
の低温度a組織の生成を抑えた鋼の製造が試みられてい
る0例えば、特開昭54−118325号、同57−8
5928号、同58−77530号、および60−33
310号参照。
そのような加速水冷を利用した耐水素誘起割れ性向(以
下、酎HrCfiという)の製造方法はおおよそ、Ar
+点以上で仕上圧延を終了し、Ar) −30℃以上か
ら水冷して、組織を微細なフェライト↓パーライト組織
あるいはフェライト+ベイナイトin合組織にして耐)
(IC性を向上させるというものである。
しかしながら、水冷条件が適当でないと、マルテンサイ
トのような低温変態組織が生成したり、硬度の高いベイ
ナイトが生成したりして、かえって耐HI C性が低下
する。
また、圧延−水冷条件が適当であっても、ある成分系に
おいては耐HIC性の余り良好でないnが得られたりす
る。
例えば、特開昭54−118325号および同57−8
5928号の場合、熱間圧延終了後、Ar1点以上で水
冷を開始し、650〜550℃の温度範囲まで3〜b/
Sの冷却速度で冷却し、その後、放冷を行うのである。
パーライトの残存はさけられない。また、特開昭58−
77530号および同60−33310号の場合は、A
r=−30℃以上から水冷を開始し、550〜350℃
の温度範囲まで10〜b し、その後前記の場合と同様に放冷するのである。
パーライトは存在しないが、マルテンサイトや硬度の高
いベイナイトが存在することになる。
また、これら従来のものは、鋼1■成のうえからも、T
iを含むもの、含まないもの、さらにはCaを含むもの
のいずれにおいてもN含有量については言及することが
ない。
(発明が解決しようとする間8点) したがって、本発明の目的とするところは、耐HIC性
にすぐれた鋼板の製造方法を提供することである。
さらに本発明の目的は、マルテンサイトの生成、ベイナ
イトの硬度上昇を阻止した水冷法による、耐HIC性に
すぐれた鋼板の製造方法を提供することである。
本発明のなお別の目的は、湿潤11□S環境下において
問題となるHICに優れた砥抗性を有し、かつ、経済的
なラインパイプ用鋼板の製造方法を提供することである
(問題点を解決するための手段) 本発明者らが加速水冷鋼の耐HI C性を、圧延−水冷
条件との関係において、詳しく検討した結果、次の事実
が判明した。
■フェライト+パーライトのハント状i、11織あるい
は、パーライトが残存する組織を有する鋼板は耐HI 
C性が劣る。
■硬度が250以下のベイナイトとフェライトから成る
混合組織は耐HIC性に優れろ。
■硬度が250以上のベイナイト、あるいはマルテンサ
イトを含む組織を有する鋼はI″1tHIC性に劣る。
つまり、圧延後の冷却速度を過当に選択し、パーライト
の生成を抑える一方、ヘイナイト変態を起こさせ、しか
も、マルテンサイトが生成しないようにすれば、耐HI
C性が向上するのである。
そこで本件発明者らはさらに加速水冷鋼の耐llIC性
とその成分系との関係についても詳しく検討した結果、
次のような事実を知見した。
■N含有量の高い鋼は、耐HI C性が劣る。
■Nlが40 ppm以下と低い口であっても、T1を
添加していない鋼はやはり耐Hr C性が劣る。
■Ca/Sが3.5以下、あるいは10.0以上である
鋼は、N量、Ti!ilに関係なく耐HI C性が劣る
よって、本発明の要旨とするところは、重量%で、 C: 0.01〜0.20%、 Si:0.03〜0.
80%、Mn: 0.40〜1.80%、 P :C1
,(125%以下、S : 0.002%以下、 Ti
:0.0080〜0.032 %、sol、AQ: 0
.01〜0.10%N : 0.0040%以下、Ca
:0.0020〜0.0050%、さらに、必要に応じ
、Cu: 0.05〜0.50%、Ni: 0.05〜
0.5050%、Cr: 0.05〜0.50%、ha
: 0゜05〜0.50%、Nb: 0.01〜0.1
5%、V: 0.01〜0.15%、およびREM: 
O,0QO5〜0.01%のうちの1種以上を含有し、 ならびに 3.5 < Ca/S < 10.0  および3.4
 <Ti/N<B、Ol 関係式を満足し、 残部不可避不純物および鉄 から成る組成のCCスラブを加熱し、Ar3 + 15
0℃以下、Ar3点以上の温度域で、少なくとも圧下率
50%以上の熱間圧延を行い、Ar1点以上で該熱間圧
延を終了し、Arc−30℃以上の温度域から、600
℃以下、Ms点を越える温度域まで冷却速度5〜20℃
/Sの範囲で加速冷却し、水冷停止後放冷することを特
徴とする、耐水素誘起割れ性に優れた鋼板の製造方法で
ある。
このようにして水冷停止後放冷して得た鋼板に500℃
以上、Ac、点未満の温度域に再加熱し焼戻を行っても
よい。
このように、本発明によれば、次のような構成上の特1
枚がみられる。
■Nを40 ppm以下に低減したCCスラブを使用す
■3.4 <Ti/N<8.0になるように、Tiを添
加し、TiNとしてNを固定するとともに、TiCを積
極的に析出させる。
■Caを20〜50 ppmの範囲で、かつ、3.5<
Ca/S<10.0になるように添加する。
なお、従来、この種の鋼にあってNに関する規定はな(
、通常レベルとしてN含有量は、4(l ppm超と考
えられる。
(作用) 本発明において鋼組成を上述のように限定した理由は次
の通りである。
C: 鋼の強度確保のために0.01%以上を必要とし、また
、鋼の靭性確保および溶接低温割れの防止のため0.2
0%以下とする。
Si: 鋼の強度確保および脱酸のために0.03%以上を必要
とし、また、鋼の靭性確保および焼戻脆化の防止のため
0.80%以下とする。
鋼の強度および靭性の確保のため0.40%以上を必要
とし、またMnの増加によって偏析部の合金元素濃度が
増加するが、1.80%以下までは許容できる。
P: 少ないほど@折部の合金元素濃度は減少し、耐HI C
性に優れるが、低P化することは製造コストを上昇させ
るので、本発明に悪影客を与えない範囲で可及的に高含
有量である0、025%を上限とする。しかし、少なけ
れば少ない程好ましいのは言うまでもない。
S・ Sは0.002%超になると、Caによる形態制御が不
能なMnSが生成し、Hr Cの起点となる。
したがって、本発明にあってSは0.002%以下に制
限する。好ましくは、0.001%以下である。
Ti: TiNにより圧延組織の細粒化をはかり、さらにTiN
およびTiCによる水素のトラップ効果で耐HTc性を
向上させるため0.0080%以上を必要とし、一方、
0.032%超になると靭性が著しく損なわれるため、
上限を0.032%とする。
sol、A(1,: 鋼の脱酸のため0.01%以上を必要とし、また、?f
f浄度を確保するため0.10%以下とする。
N二 Nは0.0040%超となると耐HIC連中率が低下す
るので0.0040%以下とする。
Ca: 鋼中介在物であるMnSの形態を制御し、耐トIIC性
を向上させるために0.0020%以上を添加する。し
かし、o、ooso%を超えると、Ca系介在物が逆に
耐HIC性、耐5scc性を劣化させる。
Ca/S: Mn5の十分な球状化を図るためCa/Sの下限已よ3
.5超とする。Ca系介在物(酸化物)の析出防止のた
めにCa/Sは10.0未満とする。
Ti/N: Nの完全固定とTiCの析出による耐HIC性の向上を
図るためTi/Hの比は3.4超を必要とし、一方靭性
確保のためその比は8.0未満とする。
本発明にあっては、その池、耐食性付与元素として、C
uおよびREMの少なくとも1種を添加する。
Cu: 耐食性付与のため0.05%以上を添加する。
しかし、Cu添加量が0,50%を超えると溶接性を損
なう。
REM: Caの場合と同様にMnSの形態の制御′JIIのため
0゜0005%以上添加するが、0.01%を超えると
、清浄度が損なわれ、耐HI C性、54sscc性が
低下する。
本発明にあっては、さらに強度調整元素として、Ni、
 Cr、Mo、Nb、■の少なくとも1種を添加する。
Ni: Ni添加量は間の強度、靭性確保のため0.05%以上
を必要とし、0.50%を超えると耐5scc性が劣化
する。
Cr+ ′Io: いずれも鋼の強度、靭性確保のためそれぞれ0.05%
以上、0.50%以下を添加する。
Nb、V: いずれも鋼の強度、靭性確保のためそれぞれ0.01%
以上、0.15%以下を必要とする。
このような組成のCCスラブを、次に、本発明によって
は、熱間圧延そして加速水冷するが、第1図はこのとき
の水冷パターンを示すものである。
すなわち、熱間圧延を行う適宜温度に加熱してから仕上
げ温度^r3点以上、Ar) + 150℃以下で圧下
率50%以上の制御熱間圧延を行い、次いで、Ar3−
30℃以上の範囲の温度から5〜20′C/Sの冷却速
度で600℃以下、Ms点を越える温度域まで加速水冷
を行ない、その後放冷する。必要により、放冷して得た
鋼板は、500℃以上、AC3点未1}1の温度で直接
焼戻を行う。
本発明において熱間圧延条件ならびに前記加速水冷条件
を上述のように限定した理由は次の通りである。
まず、熱間圧延に当っては以下の熱間圧延が可能な温度
にまで加熱する。
熱間圧延温度は、上限をAr3” 150℃とするが、
これを超えた温度で圧延を行うと、十分な細粒とならず
、また強変が得られない。また、Ar、未満で終了する
と、所定の水冷開始温度が得られない。
加熱−仕上温度の途中の圧延は任音である。
圧下率は、50%未満ではオーステナイト粒が十分な細
粒とならず、加速冷却しても均一な組i銭とならない。
水冷開始温度は、Art  30℃より低い温度では初
析フエらイトの成長に伴い、偏折部に合金元素が(農化
し水・告時に低温変態組織が生成するので、耐HI C
性が低下する。より好ましくはArz点以上が良い。
で連水冷における水冷停止温度は、上限を600℃とし
、これより高い温度ではへイナイト変態は十分進行しな
い。パーライト変f声が進むため急、速冷却の効果なし
。水冷停止温度域の下■は、Ms点点圧ある。なお、4
00℃より低温度に冷却しても耐HI C性は向上しな
いので、好ましくは400℃以上の温度域に急速冷却す
る。
水冷冷却速度は下限を5℃バ・とし、こ幻7未満では一
部パーラ1゛1−が生成する。土だ、20’C/S超で
は、水冷停止温度のコントロールが工「シ<冷:n L
すぎた場合は、マルテンサイトの成長を招き、またヘイ
ナイトの硬度上讐を引き起:す。p仁7シ<は、6〜b 次に、C:0.09%、Si:0.25 %、Mn:I
、0%、P+Q015%、S:O,0O11%: (A
rz=800℃)を店木組代としてTi−N% Ca−
Sの各冷力り星を種々変えた1′二1を1100℃に加
熱してから圧下率709%の色間圧延2行い、910℃
で仕上げ、次いで840℃から18℃/Sで500℃ま
で加速冷却後、放冷した。(トられた′、−1板につい
て後述する実施例と同様なHI C裁可・λを行い耐H
I C連中率を求めた。実験結果を第2171および第
3図にグラフにまとめて示す。第2図巳よ酎1! I 
C性および機械的性質に及ぼすTi1才夕よびNlの影
響をまとめて示すもので、いずれの場合もCa/Sは本
発明の範囲内とした。また第3図5よ耐HIC連中率に
支ぼすNiおよびCa/sの影tgを示すものである。
なお、図中の○内の数値は耐HIC適中率を示す。
図示結果から明らかなように、NF440ppm以下、
Ti/N 3.4〜8.O、Ca/33.5〜10.0
のとき耐HIC適中享が100%となる。
圧下率50%以上で、Ca/Sが3.5〜10.0が必
要な理由は、MnSの形!唄との関係によるものと思わ
れる。従来、伸展されたMnSはHI Cの起点となる
ことが知られており、Ca/S=2〜3以上となる量の
C,1力句会加されていた。
しかし、本発明におLJるように3.5以上という多量
のCaが必要な理由は、詳↑Jは不明であるが、水冷材
の方が空冷材に比べてMnS等粗大介在物のまわりに歪
が残りやすいので、より以上のf、Y状化が必要とされ
るためと考えられる。
また、N140 ppm1のとき、Ca/Sが3.5以
上であっても耐HIC性が低下する理由も、その詳細は
不明であるが、NがCaの作用を■害すること、多量の
TiNが11 I Cの伝!!径路を形成すること等が
考えられる。
さらに、Nを低バし、Ti/N>3.4のT1を添加す
る利点としては、TiNを核にして均一なフェライト−
ヘイナイト組織が得られること、TiCおよびTiNが
水素のトラップサイトとして働くのでi′1tHIc性
が向上すること等が考えら机る。
さらに、本発明の好適態様にあっては、上述のように製
造された8板に焼戻し処理をするが、焼戻温度がAc+
点以上では再結晶が起きてしまう。
なお、500 ’C未満では、焼戻による十分な効果が
iユられないため、好ましくは500℃以上、AC,、
t′−1゜未満で焼戻を行う。
次に、本発明を実施例によってさらに説明する。
実施例 第1表に示す組成の供試鋼を使い、44用法によりCC
スラブを製造し、これを第2表ないし第5表に示す条件
下で熱間圧延そしてI]D速冷却を行った。
得られた熱間圧延材の機械的4′r性および耐+11c
性について同しく第2表ないし第5表にまとめて示す。
第2表は、A鋼について最適圧延および水冷条件を検討
したものである。A−7およびA−8は圧延−空冷材で
非常に耐HIC性が劣る。A−5は水冷開始温度が73
0℃と低い(Ar*点を下回ること56℃)。A−6は
仕上温度がAr3点以下であり、それに伴い水冷開始温
度も低いため、耐HIC性に劣る。A−9は、冷却速度
が速すぎる。
A−1〜A−4は本発明の範囲内のものであり、酎HI
 C性が良好であるのが分かる。
第3表は、第2表で求めた最適圧延−水冷条件を用いて
、TiおよびNの影響を示したものである。
8口はTi無添加、CI4はN量が40 ppm以下で
あるが、Ti/N<3.4である。D鋼は、Ti/Nは
4.0であるが、NN140pp超である。B −02
’Aの耐HIC連中率は劣る。E−G鋼は、Ti/N、
NWiともに本発明の範囲内である。また、B−G@は
いずれもCa/Sが本発明の範囲内のものである。
第4表においてJ鋼はCaの添加し過ぎ(54ppm)
でCa/Sが大きい。耐HIC連中率いく仔細下。
K鋼は、Caの添加が少な(、Ca/Sが小さく、耐T
(Ic性低下。
L、M鋼は、Ca/S、 Ti/Nとも本発明の範囲内
であるが、Niが40 ppm超であり、耐HIC性に
劣る。
第5表には本発明による効果を確認するために行った実
施例の結果をまとめて示すものである。
なお、耐111 C性の試験は第4図および第5図に示
す要領で行った。
すなわち、H■C試験には、第4図に示すように目板よ
り表z面2mm切削した厚さで、幅100mm、長さ1
00mmの板状試験片を全幅にわたって採取し、同しく
長さ方向にも数ケ所採取した。これらの試験片は、60
0メソツユエメリー研磨した後、アセトン脱脂した。H
I C試験に用いた試験液は、NACE液と呼ばれるも
ので0,5%吊は(C1hCOzll)  5%食塩(
NaCQ)水溶液で試験中はH,Sを通気し、飽和状1
唄にした。温度は25℃で、浸漬時間は100時間であ
る。
第5図に、HI C試験後の試験片端面を示すが、この
とき観察されるH I Cを板幅方向の割れの長さくa
、=)で測定し、断面幅に対するこのaijのt、θ和
の比を割れ長さ率(%)(C,L、R,)とした。そし
て、i4 HI C連中率は、次式で表す。
試験片の数
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明方法の水冷パターンを示す線図; 第2図および第3図は、本発明におけるTie、Nlそ
してCa/S比による耐IT I C性に及ぼす影づを
示すグラフ;および 第4図および第5図は、I(I C試験および耐HIc
性評価要領を示す略式説明図である。 出願人 住友金属工業(才、式会社 代理人 弁理士 広 dn  章 − 第1図 碕開 第2図 第3図 B5     〕0.0 IL15

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)重量%で、 C:0.01〜0.20%、Si:0.03〜0.80
    %、Mn:0.40〜1.80%、P:0.025%以
    下、S:0.002%以下、Ti:0.0080〜0.
    032%、sol.Al:0.01〜0.10%、 N:0.0040%以下、Ca:0.0020〜0.0
    050%、ならびに 3.5<Ca/S<10.0および 3.4<Ti/N<8.0、 の関係式を満足し、 残部不可避不純物および鉄 から成る組成のCCスラブを加熱し、Ar_3+150
    ℃以下、Ar_3点以上の温度域で、少なくとも圧下率
    50%以上の熱間圧延を行い、Ar_3点以上で該熱間
    圧延を終了し、Ar_3−30℃以上の温度域から、6
    00℃以下、Ms点を越える温度域まで冷却速度5〜2
    0℃/Sの範囲で加速水冷し、水冷停止後放冷すること
    を特徴とする、耐水素誘起割れ性に優れた鋼板の製造方
    法。 (2)水冷停止後放冷することにより得た鋼板を500
    ℃以上、Ac_1点未満の温度域に再加熱して焼戻する
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第1項記載の方法。 (3)重量%で、 C:0.01〜0.20%、Si:0.03〜0.80
    %、Mn:0.40〜1.80%、P:0.025%以
    下、S:0.002%以下、Ti:0.0080〜0.
    032%、sol.Al:0.01〜0.10%、 N:0.0040%以下、Ca:0.0020〜0.0
    050%、さらに、Cu:0.05〜0.50%、Ni
    :0.05〜0.50%、Cr:0.05〜0.50%
    、Mo:0.05〜0.50%、Nb:0.01〜0.
    15%、V:0.01〜0.15%、およびREM:0
    .0005〜0.01%のうちの1種以上を含有し、 ならびに 3.5<Ca/S<10.0および 3.4<Ti/N<8.0、 の関係式を満足し、 残部不可避不純物および鉄 から成る組成のCCスラブを加熱し、Ar_3+150
    ℃以下、Ar_3点以上の温度域で、少なくとも圧下率
    50%以上の熱間圧延を行い、Ar_3点以上で該熱間
    圧延を終了し、Ar_3−30℃以上の温度域から、6
    00℃以下、Ms点を越える温度域まで冷却速度5〜2
    0℃/Sの範囲で加速水冷し、水冷停止後放冷すること
    を特徴とする、耐水素誘起割れ性に優れた鋼板の製造方
    法。 (4)水冷停止後放冷することにより得た鋼板を500
    ℃以上、Ac_1点未満の温度域に再加熱して焼戻する
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第3項記載の方法。
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