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JP2781000B2 - 耐hic性および耐ssc性に優れた高張力鋼板の製造法 - Google Patents

耐hic性および耐ssc性に優れた高張力鋼板の製造法

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JP2781000B2
JP2781000B2 JP1081635A JP8163589A JP2781000B2 JP 2781000 B2 JP2781000 B2 JP 2781000B2 JP 1081635 A JP1081635 A JP 1081635A JP 8163589 A JP8163589 A JP 8163589A JP 2781000 B2 JP2781000 B2 JP 2781000B2
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JP
Japan
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steel
resistance
hic
cooling
less
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JP1081635A
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義之 渡部
潔 西岡
博 為広
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は特に耐HIC性(Hydrogen Induced Cracking)
(耐水素誘起割れ性)および耐SSC性(Sulfide Stress
Corrosion Cracking)(耐硫化物応力腐食割れ性)に優
れた引張強さ50kgkf/cm2級の高張力鋼の製造法に関する
ものである。
(従来の技術) アンモニア・LPGなどの貯蔵タンクや石油・天然ガス
精製プラントおよび輸送用のラインパイプでは、HICや
硫化水素によるSSCが大きな問題となっている。HIC,SSC
は湿潤な硫化水素環境下の腐食反応で生じた水素による
水素脆性割れの1種と考えられている。
一般的なHIC対策としては、鋼の清浄度を高めること
や鋼のミクロ組織の均一化などがある。また鋼のSSC感
受性に対しては化学成分やミクロ組織、非金属介在物の
有無などによって異なるが、特に硬さの影響が大きくビ
ッカース硬さHv248(Rc22)以下ではSSCは起こらないと
されている。
しかし従来のHT50やHT60は比較的炭素当量の高い鋼の
焼ならし(Norma)処理あるいは特開昭59−126716号公
報で示すようにB添加鋼の焼入れ・焼戻し(QT)処理に
よって製造されているために、小入熱時の溶接熱影響部
(HAZ)の硬さが高く、SSC感受性が増大するという欠点
を有していた。
またB無添加の場合でもC量をはじめ添加元素や製法
法が適切でなく、母材・HAZの耐HIC性や耐SSC性は著し
く劣っていた。このため新知見に基づく画期的な高張力
鋼の開発が強く望まれていた。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は耐HIC性および耐SSC性に優れた高張力鋼を安
価に製造する技術を提供するものである。
本発明法で製造した鋼は耐HIC性に優れ、低入熱溶接
時においてもHAZ硬さを低く抑えることが可能となりき
わめて優れた耐SSC性を示す。
(課題を解決するための手段) 本発明の要旨は、重量%でC:0.02〜0.06%、Si:0.6%
以下、Mn:1.0〜1.4%、P:0.010%以下、S:0.001%以
下、Al:0.001〜0.060%、Nb:0.005〜0.04%、Ti:0.005
〜0.030%、Ca:0.001〜0.006%、N:0.005%以下、必要
に応じてMo:0.05〜0.30%、Ni:0.05〜0.05%、Cu:0.05
〜0.5%、V:0.01〜0.10%の範囲内で1種または2種以
上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼
を連続鋳造法によってスラブとし、再加熱なしの直送圧
延(HCR,DR)ないしはスラブ冷却後これを1100〜1250℃
の温度で再加熱してNbを溶体化し、780〜880℃の温度で
圧延を終了してただちに冷却速度5〜40℃/secで加速冷
却し、400〜550℃の温度まで水冷、その後空冷すること
を特徴とする耐HIC性および耐SSC性に優れた50kgf/cm2
級高張力鋼板の製造法にある。
(作用) 本発明者らの研究によれば、HIC対策としては水素吸
収位置となる中心偏析の軽減や硫化物(MnS)をはじめ
とする非金属介在物の低減と、その形態制御などがきわ
めて有効であり、またSSC対策としては鋼のSSC感受性に
大きな影響を及ぼすとされるHAZ硬さを低減させること
が有効である。
HAZ硬さの低減には鋼の焼入れ性を下げることが効果
的だが、同時に母材強度をも低下させるため、両者をバ
ランスよく達成するためには鋼成分の適正化だけでは不
十分である。そこで、焼入れ性に最も顕著に効くCおよ
びBを極力抑えたBフリー・低CをベースにHAZ硬さの
低減を図るとともに、Nb(あるいは必要に応じてV)添
加による析出硬化現象を圧延後直ちに加速冷却を行なう
ことによって活用し、母材強度を確保する新しい方法を
発明した。
本発明鋼によればHICは発生せず、また実際の溶接施
工上最小入熱と想定される10kJ/cmでのMIG溶接時のHAZ
最高硬さもHv230以下に抑えることが可能となり、耐SSC
性も著しく改善された。
析出硬化は鋼中に析出物を微細に分散させることによ
ってその効果を発揮する。そのため溶鋼の凝固冷却中に
微細析出したNbの析出物が粗大化することのないよう適
切な再加熱、圧延、冷却、熱処理条件を付与する必要が
ある。
この析出硬化の活用は、圧延後ただちに加速冷却を行
なうことによって可能となったものであり、さらに400
〜550℃から空冷することにより、焼戻し処理と同等な
効果が得られるために、組織の均一化がはかられ耐硫化
水素割れ性の面からも好ましいものとなる。
しかし、たとえNbの析出物が鋼中に微細に分散してい
ても基本成分が適当でないと、HAZ硬さ低減と母材の高
張力化とのバランスのよい達成は困難である。
以下、この点について説明する。
Cは焼入れ性に最も顕著に効くものであるが、下限0.
02%は母材および溶接部の強度確保ならびにNbなどの添
加時に、これらの効果を発揮させるための最小量であ
る。しかしC量が多過ぎると焼入れ性が上がり、HAZ硬
さを上昇させるため上限を0.06%とした。
Siは脱酸上鋼に含まれる元素であるが、多く添加する
と溶接性、HAZ靭性が劣化するため、上限を0.6%に限定
した。鋼の脱酸はAlのみでも十分可能であり、焼入れ性
の観点から0.25%以下が望ましい。
Mnは強度、靭性を確保する上で不可欠な元素であり、
その下限は1.0%である。しかしMn量が多すぎると焼入
れ性が上昇して溶接性、HAZ靭性を劣化させるだけでな
く、スラブの中心偏析を助長するので上限を1.4%とし
た。
Pは本発明鋼においては不純物であり、P量の低減は
HAZにおける粒界破壊を減少させる傾向がある。逆に多
く添加すると母材、溶接部の低温靭性を劣化させるため
上限を0.010%とした。
SはPと同様本発明鋼においては不純物であり、S量
の低減は粒界フェライトの生成を抑制する傾向があり、
母材および溶接部の低温靭性を向上させ、さらに介在物
としての硫化物(MnS)を低減するため0.001%以下とし
た。最も好ましいS量は0.0005%以下である。
Alは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であり、最低0.00
1%の添加含有が必要である。しかし、Alが0.060%を超
えるとHAZ靭性のみならず溶接金属の靭性も著しく劣化
させるため、その上限を0.060%とした。
Nbは本発明鋼において必須元素であり、焼入れ性低下
に伴う強度不足分を析出硬化として補う上で、最低0.00
5%のNb量が必要である。しかしNbは同時にHAZ硬さ上昇
も伴い、また溶接部の靭性劣化を招くため上限を0.04%
とした。
Tiは母材およびHAZ靭性向上のために必須である。な
ぜならばTiはTiNとしてスラブ中に微細析出し、加熱時
のγ粒の粗大化を抑え圧延組織の細粒化に有効であり、
また鋼板中に存在する微細TiNは、溶接時にHAZ組織を細
粒化するためである。したがってTi量はN量と共に制限
されるべきものであり、Ti,N量をそれぞれ0.005%〜0.0
30%,0.005%以下に限定した。
Tiの下限は母材とHAZの靭性を向上させるための必要
最小量である。一方、Ti,Nの上限はこれを超えると微細
なTiNが得られず、また過剰のTiによりTiCが析出し母材
およびHAZ靭性を劣化させるためである。
Caは硫化物(MnS)の形態を制御し、低温靭性を向上
(シャルピー吸収エネルギーを増加)させるほか、耐水
素誘起割れ性の改善にも効果を発揮する。しかしCa量0.
001%以下では実用上効果がなく、また0.006%を超えて
添加するとCaO,CaSが多量に生成して大型介在物とな
り、鋼の靭性のみならず清浄度も害し、さらには溶接性
にも悪影響を与える。このため添加量の範囲を0.001〜
0.006%に制限した。
次にMo,Ni,Cu,Vを添加する理由について説明する。
基本となる成分に、さらにこれらの元素を添加する主
たる目的は、本発明鋼の優れた特徴を損なうことなく強
度、靭性など特性の向上をはかるためである。したがっ
てその添加量を自ずから制限されるべき性質のものであ
る。
Moは母材の強度、靭性をともに向上させる。しかし添
加量は多過ぎると母材、溶接部の靭性および溶接性の劣
化を招き好ましくないため上限を0.30%とした。下限は
実質的な効果が得られるための最小量とすべきで0.05%
である。これは次のNi,Cuについても同様である。
Niは溶接性、HAZ靭性に悪影響を及ぼすことなく母材
の強度、靭性を向上させるが、過剰な添加は溶接性に好
ましくないため上限を0.5%とした。
CuはNiとほぼ同様の効果とともに耐食性、耐水素誘起
割れ性などにも効果があるが、過剰な添加は熱間圧延時
にCu−クラックが発生し製造困難となる。このため上限
を0.5%とした。
VはNbと同様析出硬化に寄与するものであるが、Nbに
比べて母材強度の強化代は小さいため0.01%未満では効
果が少なく、上限は0.10%まで許容できる。またVはHA
Z硬さをほとんど変化させないためNbとの複合添加が望
ましい。
鋼の成分を上記のように限定しても、製造法が適切で
なければ析出硬化を利用した母材強度の確保およびHAZ
硬さの低減を達成することはできない。このため製造条
件についても限定する必要がある。
まず、この鋼は工業的には連続鋳造法で製造すること
が生産性およびコストの点で好ましい。スラブの再加熱
温度は1250℃以下とする必要がある。なぜなら、これ以
上の温度で再加熱すると必要以上にオーステナイト粒が
粗大化して、圧延後の組織にも影響するためである。下
限は、Nbの析出硬化を最大限に利用するため、一旦溶体
化する必要上、1100℃以上に限定した。
一旦溶体化させることにより、後工程を本発明のよう
にすることによって、Nbの析出物を微細に分散させるこ
とができ、析出硬化現象を発現させることができる。
なお本発明においては、スラブの再加熱は必ずしも実
施する必要はなく、ホットチャージ圧延やダイレクト圧
延を行っても全く問題はない。
次にスラブ再加熱後の圧延・冷却条件の限定理由につ
いて述べる。
圧延終了温度が780℃未満では、MnS系介在物が残存し
た場合に延伸しやすいこと、圧延中にフェライトを加工
する危険性が生ずることなどから780℃以上でなければ
ならない。しかしあまり高温で圧延を終了した場合、圧
延により細粒化したオーステナイト粒が細び成長し、鋼
の焼入れ性が上昇するためその上限を880℃とした。ま
た圧延終了後ただちに加速冷却する理由は、従来法にし
たがい空冷した場合、空冷中にNbの析出物が粗大化して
しまい、空冷のままの強度はもとより、これを再加熱し
て焼入れ・焼戻しを行ってもその加熱時にNbが固溶しな
いため析出物を微細化できず高強度が得られない。
すなわち圧延後の加速冷却は組織の微細化をはかると
ともに析出物の粗大化を防止するためには不可欠のもの
であり、これを加速冷却完了後400〜550℃から空冷する
ことによって、焼戻し処理と同等の効果が得られ、析出
物が微細に分散すると同時に均一な微細組織となり高張
力、高靭性を確保することができる。
本発明は厚板ミルに適用することが最も好ましいが、
ホットコイル、形鋼などにも適用可能である。また、こ
の方法で製造した厚鋼板は圧力容器、海洋構造物、ライ
ンパイプなど厳しい環境下で使用される溶接鋼構造物に
用いることができる。
(実 施 例) 表1は本発明を実施するにあたって使用に供した鋼の
化学成分および各々の鋼に対する製造条件(板厚は全て
25mm)、母材特性、HAZ最高硬さ、超音波探傷法により
測定したNACE環境下におけるHIC割れ面積率(CAR)とを
示したものである。
比較鋼において鋼19はC量が低過ぎ、また鋼21はNbが
添加されていないために強度が不足している。一方、鋼
20はBを含有し、鋼22ではC量が多過ぎるためにHAZ最
高硬さを低く抑えることができていない。さらに鋼23は
S量が高く、Caが添加されていないためHICが発生して
いる。
これに対して本発明法で製造した鋼板(本発明鋼)は
母材強度とHAZ最高硬さとをバランスよく達成できてい
る。その結果本発明鋼は、4点曲げのSSC試験を実降伏
応力に相当する曲げ応力を付加して行ったが、割れは全
く認められなかった。またNACE環境下におけるHIC試験
結果も良好な結果が得られた。
(発明の効果) 本発明により、母材の高張力化とHAZ硬さの低減とを
同時に達成する鋼を大量かつ安価に製造することが可能
になった。その結果、硫化水素雰囲気にさらされるLPG
・ガス貯蔵用球形タンクなどの溶接鋼構造物の安全性を
大きく向上させることができた。
フロントページの続き (72)発明者 為広 博 千葉県君津市君津1 新日本製鐵株式会 社君津製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭63−38518(JP,A) 特開 昭63−38519(JP,A) 特開 昭63−38520(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21D 8/02 C22C 38/00 301

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、 C :0.02〜0.06%、 Si:0.6%以下、 Mn:1.0〜1.4%、 P :0.010%以下、 S :0.001%以下、 Al:0.001〜0.060%、 Nb:0.005〜0.04%、 Ti:0.005〜0.030%、 Ca:0.001〜0.006%、 N :0.005%以下、 残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を連続鋳造法
    によってスラブとし、再加熱なしの直送圧延ないしはス
    ラブ冷却後これを1100〜1250℃の温度で再加熱してNbを
    溶体化し、780〜880℃の温度で圧延を終了してただちに
    冷却速度5〜40℃/secで加速冷却し、400〜550℃以上の
    温度まで水冷、その後空冷することを特徴とする耐HIC
    性および耐SSC性に優れた50kgf/mm2級高張力鋼板の製造
    法。
  2. 【請求項2】重量%で、 Mo:0.05〜0.30%、 Ni:0.05〜0.5%、 Cu:0.05〜0.5%、 V :0.01〜0.10%、 の1種または2種以上を更に含有し、残部が鉄および不
    可避的不純物からなる鋼である請求項1記載の耐HIC性
    および耐SSC性に優れた50kgf/mm2級高張力鋼板の製造
    法。
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