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    公开号:WO1989010420A1
    申请号:PCT/JP1989/000444
    申请日:1989-04-27
    公开日:1989-11-02
    发明作者:Ikuo Ochiai；Hideaki Omori；Manjiro Sato；Masatsugu Murao；Kazuhiko Murao；Hideo Chiba；Tsuneo Okamoto；Tadashi Fuku
    申请人:Furukawa Electric Co., Ltd.；
    IPC主号:G02B6-00
    专利说明:
    [0001] m 糸田 » 耐水素誘起割れ特性に優れた高強度鋼とこれを
    [0002] 用いた鋼線、 鋼管並びに可撓性流体輸送管 技 術 分 野
    [0003] 本発明は耐水素誘起割れ性ゃ耐硫化物腐食割れ性に優れた高強度 鋼およびこれを用いた鋼線や鋼管、 さらにはこの鋼材を鎧装した可 橈性流体輸送管に関し、 特に湿潤硫化水素環境下においても優れた 特性を有するものである。
    [0004] 技 術背景
    [0005] 近年ガス及び原油の抗井の深井戸化に伴い硫化水素を含むサワー 環境 （湿潤硫化水素環境） が多く なつてきた。
    [0006] 従来、 例えば原油等の輸送用に使用されているブラスチッ ク内管 の上に金属補強層として例えば鎧装線を有する可撓性流体輸送管に おいては、 前記金属補強層が直接内部のサワー流体に接することは 無いが、 プラスチック内管を透過してく る水及び硫化水素は、 補強 層間に滞留し、 その作用により金属補強鋼材に水素誘起割れ （H 1 C)、 硫化物応力腐食割れ（S S C C)等を発生するという問題があつた。
    [0007] このうち硫化物応力腐食割れについては一般に、 炭素鋼の場合そ の硬度を H R C 22 (ロッ クゥヱル C硬さ 22 ) 以下にすることで発生を 防ぐことが出来る。 そのため従来、 サワー環境で使用される可撓性 流体輸送管は、 その金属捕強材として C 0. 2v t¾ (以下 w t %を単に %と記す） 以下の低炭素鋼線材を伸線加工後異形引抜、 ローラーダ イス加工、 圧延等の異形加工により所定の断面形状の異形鋼線 （平 圧線や溝型線） となし、 そのままないしは 500°C以下の低温焼鈍を 行い引張強さを 80kgZrai!以下としたものを使用していた （引張強さ 80kgZ卿2は HRC22 と近似的に等しい） 。
    [0008] しかし、 使用環境の硫化水素分圧の上昇に伴い、 低炭素鋼材の圧 延材には水素誘起割れが発生することが明らかとなつた。
    [0009] 従来 H I C特性の優れた鋼板の製造例としては特公昭 63 - 1369 号 公報に開示されており、 これは Cが 0. 1 2 %以下で、 T i , M o , N i等の特殊元素を含有したものを、 圧延条件のコントロールによ つて、 耐水素誘起割れ性を有するものである。 しかし、 高 Cで冷間 加工を伴う鋼線に耐水素誘起割れ特性を付与することは、 この鋼板 の製造方法の発明から推定又は応用することは著しく困難である。
    [0010] また、 従来の低炭素鋼を上記補強材として使用するときはその接 続 （溶接） 部分の強度低下が著しく、 設計応力を大きく とることが 出来ないとの問題もあつた。
    [0011] 発明の開示
    [0012] 本発明はこれに鑑み種々検討の結果、 耐水素誘起割れ性、 耐硫化 物腐食割れ性に優れ、 溶接箇所の強度低下の少ない高強度鋼を開発 したものである。
    [0013] 即ち本発明のひとつは C ： 0. 4 H, 70 %, S i 0. 1 〜 1 %，
    [0014] M n ： 0. 卜 1 %， P 0. 025 %以下，
    [0015] S ： 0. 01 0 %以下、
    [0016] を含有し、 必要に応じて A ： 0. 008 〜0. 050 %を含有して残部 が F eおよび不可避的不純物からなり、 さらに球状化組織を有する ことを特徴とする耐水素誘起割れ特性に優れた高強度鋼に関するも である。
    [0017] さらに本発明は上記鋼材を用いた高強度の鋼線やその集合体、 鋼 管、 鋼帯および海底ケーブル用鎧装線を提供することにある。
    [0018] また本発明のさらに他のものはゴム又はプラスチッ クの内管と、 前記内管の上に設けられた金属補強層と、 前記金属補強層の上に設 けられたプラスチッ ク外被とから成る可撓性流体輸送管において、 前記金属補強層を、
    [0019] C 0. 40〜0. 70 %， S i 0. 1 〜 1 %，
    [0020] M n 0. 2 〜 1 %， P 0. 025 %以下,
    [0021] S 0, 01 0 %以下、
    [0022] を含有し、 必要に応じて A ： 0. 008 〜0. 050 %を含有し、 残部 が F eおよび不可避的不純物の組成からなり、 さらに球状化組織を 有する引張強さ 50kg/ 〜80kgZ の高強度鋼帯より形成したこと を特徴とする可撓性サワー流体輸送管に関するもである。
    [0023] 以下本発明における鋼材、 鋼線等でその合金成分を限定した理由 について説明する。 Cは G. 40 %未満では、 球状化焼鈍により目標の強度が得られない こと、 及び溶接箇所の強度低下が大きいことから 0. 4 %を下限とし た。 また C O. 70 %を超えると、 冷間での強加工が困難となり、 加工 中に鋼線内部に微細クラックが発生して H I C特性を劣化するのみ ならず端面に割れが発生するため、 0. 70 %を上限とした。
    [0024] S i は脱酸剤として、 最低 0. 10 %以上必要であり、 その量は多く なるに従って強度が向上する。 しかし 1 %を超えると、 铸片および ビレツ ト加熱炉での脱炭が激しくなり、 これがそのまま鋼線に残り、 冷間加工時に割れが多発するため好ましくない。
    [0025] M nは熱間脆性を防止するため 0. 2 %以上必要である。 また M n は安価で強度を向上させる元素であるため、 その量は覆いほど好ま しい。 し力、し、 M nは Pとともに偏析しゃすい元素であり、 特に本 発明では中心偏折に起因する H I Cの発生頻度が高くなるため、 1 %を上限とした。
    [0026] Pは粒界に偏析しゃすいため、 加工性の低下、 H I C割れを誘発 しゃすいので、 その量は少ないほど好ましい。 し力、し、 連続铸造で 製造する場合、 溶製温度を高くするため復 Pが起るので、 上限のみ を 0. 025 %に規定した。
    [0027] Sは Pと同様な弊害のほか、 耐食性の点で少量ほど好ましいが、 現在経済的に製造できる 0. 010 %以下とした。 なお、 Sは 0. 001 % 迄は工業的生産が十分可能である。
    [0028] A は結晶粒の細粒化および脱酸剤として使用される場合と、 反 対に粗粒鋼指定および A による鋼中非金属介在物を防止するため K& を添加しない場合がある。 A 添加の場合、 例えば細粒化に必 要な So と して、 最低 006 %以上必要であるが、 このとき全 kH 量のうち SolA と lnsolA の分配 （比率） は 8 ： 2であるため、 下限を 0. 008 %とした。 は 0. 05ϋ %を超えると鋼中非金属介在 物が増加するため、 製品品質および歩留が低下する。 溶製歩留およ びバラツキを考慮すると、 Α 添加の場合には通常 0. 015 〜0. 035 %が好ま しい。
    [0029] 一方、 A 無添加の場合の鋼中 A 量は G. 008 %未満の値を示す。 Αβ は上述の目的により必要に応じて使用すればよい。
    [0030] さらに本発明の特徴は、 以上のような組成の鋼材を冷間加工後、 球状化焼鈍を行い、 加工歪を除去するとともに、 バーライ ト組織を フヱライ ト （マ ト リ ッ クス） 中に微細な球状化セメ ンタイ 卜の分散 した組織、 すなわち球状化組織とすることにある。
    [0031] そして焼鈍によって得られた球状化組織は、 パーライ 卜組織に比 ベ、 H I C特性が非常に優れていることを新たに見い出したもので ある。 これは、 鋼中に浸入した水素原子は、 セメ ンタイ 卜 Ζフェラ ィ ト界面に集積し、 そこに H I Cの核を形成する力 <、 球状化組織 (セメ ンタイ ト） の場合には、 応力集中が小さいために、 クラ ッ ク の発生が抑制され、 またクラッ クの伝播経路となる局部的な高転位 密度領域が存在しないため、 耐水素誘起割れ特性が優れているもの と考えられる。 また本発明の球状化組織の程度は、 例えば の球状化組 織写真に示される区分 No. l 〜！) . 6のうち、 Νο. 1〜Να 3が好ましい。
    [0032] 即ち Νο. 4以上では球状化の程度が小さく、 H I Cでクラックが発 生するため好ましくないからである。
    [0033] なお、 本発明の成分系で好ましい球伏化組織を得るためには、 600°C前後の焼鈍温度が必要である。
    [0034] 本発明鋼はこれを加工して鋼線あるいはこれを集合した鋼索， 鋼 帯または鋼管として使用できるものであり、 このうち鋼線とは鋼材
    [0035] (線材， 棒鋼等） を、 異形引抜、 ローラ—ダイス加工、 又は圧延等 の加工により、 所定の断面形状が円または平形や角形の異形鋼線
    [0036] (平圧線や溝形線） を総称している。
    [0037] そしてこれら加工された鋼線や鋼帯は、 そのまま使用すると、 鋼 線内部の比較的ひずみの集中する部分に H I Cが発生するため、 焼 鈍する必要がある。 しかし焼鈍後の鋼線の引張強さが 8 Okg ί/應 2を超 えると、 硬度が HRC22以上となって、 硫化物応力腐食割れを生じる ため、 引張強さの上限は 80kg i/ 以下であることが要求される。
    [0038] そして例えば前記の深井戸用の可撓性流体輸送管の金属補強層と して用いられる鎧装鋼線としては設計応力を大きくとり、 可撓管の 重量を軽減するため引張強さは 5 G kg ί/續 2以上必要であり、 これに満 たないとこの輸送管は内圧および外圧の双方に耐えられなくなって しまう。
    [0039] 図面の簡単な説明 第 1図は本発明に係る可撓性サワー流体輸送管の縦断面図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0040] 次に本発明鋼材の特性を従来材および比較材の特性と比較した実 施例について説明する。
    [0041] 第 1表に示す化学成分の線材 （9.5 ■ø， および 5.5 譲 ø) を、 冷間ダイス加工、 平圧延し、 厚み約 3画〜 0.9 讓の平圧線とした。 そして、 これを第 2表に記載の温度で焼鈍したのち、 引張試験およ び H I C試験を行い、 その結果を第 2表に示した。
    [0042] ここで引張試験片は 450 謹長さのものを用い、 H I C特性の評価 は次の方法で行った。 即ち上述の平線を長さ 100編に切断し、 5% NaCi-0.5%CH3 C00H-H2 S 飽和溶液中に 25°Cで 96時間浸漬後、 横断 面を 3ケ所研磨し、 ミ クロクラックの有無を光学顕微鏡で観察した。
    [0043] なお第 1表の No.1〜No.lGは冷間加工前の線材怪が 9.5mm øのもの、 Νο.11〜Να14は 5.5麵 øのものである。 このうち本発明のものは No.1 〜Να5, Νο.11〜Νο.12および Νο.15〜Να16で、 その他は比較材および従 来材である。
    [0044] 1
    [0045] 00
    [0046] * 1 甲せ:形状 ( t. ：厚み， ί ：長さ）
    [0047] ^ †
    [0048] % 2 JIS G 3539の球状化紺織写离 1の Να1〜Να6の区分による。
    [0049] * 3 Να"!〜關は 9, 5i i0の線材を Νο.11〜Νο.16は Γ), 5min0の線材を冷問加 Τ:している,
    [0050] 第 2 表
    [0051] IN (J. ί π inj/ji 1 1 結 果
    [0052] I . 分 引張強さ H I C 球状化紺織
    [0053] * 3 t (mm) (kgf/d) 発生率 (%) の程度 *2
    [0054] n Π f
    [0055] 1 木発 UJJ 2.85x16 600 63 0 No.3
    [0056] 2 1.89x18 65 0
    [0057] 3 1.45x19 64 0
    [0058] 4 1.24x14 U 0
    [0059] 5 0.9 xl6 62 0 //
    [0060] 6 比較材 2.85x16 な し 115 80 ―
    [0061] 7 1.24x14 480 11 10 No.6
    [0062] 8 従来材 2.85x16 600 67 35 No. 5
    [0063] 9 な し 95 37 ― O
    [0064] 10 2.85x16 450 15 60
    [0065] 11 木発明 2.02x4.9 600 n 0 No.3
    [0066] 12 1.02x7.4 n 0 No. 2
    [0067] 13 比铰材 2.02x4.9 720 0 No. 1
    [0068] 1 1.02x7.4 i 3 48 0
    [0069] 15 木発明 2.02x4.9 600 n 0 No. 2
    [0070] 16 1.02x7.4 71 0
    [0071] 第 2表から明らかなように比較材ぉよび従来法のもので焼鈍を行 わないもの （Ν 6， 9 ) および焼鈍温度の低いもの （Ν 7 ) は引張 強さが著しく高い値を示し、 H I C試験でクラックが発生する。
    [0072] また本発明以外の成分で Cが低く、 Sが高いもの （従来材 8 , 10) は、 球状化が十分でなく、 パーライ ト組織が多くなるため H I Cが発生する。
    [0073] 一方、 比較材 No.13, 14にみられるように焼鈍温度が高くなると、 球状化組織の程度は良くなるが、 引張強さが低下するため好ましく ない。
    [0074] 本発明のものは球状化組織の程度が Να 2〜Να 3で、 引張強さは 50 kg f /讓 2以上を満足しており、 特に H I Cでクラック発生は皆無で あ- 0 ■
    [0075] このように本発明は最適な球状化組織を呈し、 引張強さと H I C の要求特性を同時に満足している。
    [0076] 次に本発明に係る可撓性サヮ一流体輸送管と従来の輸送管につい て、 それらに使用される鋼材の特性を比較した。 この輸送管は第 1 図に示すようにプラスチックの内管 1の上に耐水素誘起割れ性に優 れた内部捕強鋼線 2 (溝形鋼線） が上層 2— 1と下層 2— 2とが嚙 み合うように螺旋巻きされ、 さらにその上に同じ材質の外部補強層 3 (鋼帯） が内部補強層 2よりも大きなピッチで、 上下 2層が反対 方向に螺旋巻きされている。 金属捕強層は内外補強層のいずれか一 方 （2又は 3のいずれか） で形成してもよい。 最外層 4はプラスチ ック外被であり、 金属補強層が外部環境から損傷を受けるのを防止 している。
    [0077] 前記金属補強層の特性例を従来材と比較して第 3表に示す。 第 3 表
    [0078]
    [0079] * 試験方法は NACE (米国腐食協会） 規格 TM- 02- M に準拠 ** 試験方法は NACE 規格 TM- - Π に準拠 第 3表によれば本発明に係る補強材においては、 水素誘起割れの 発生は無く、 しかも定常部、 溶接部の引張強さは従来品よりも高く なっている。
    [0080] 産業上の利用可能性
    [0081] 以上述べた如く、 本発明の高強度鋼は、 耐水素誘起割れ特性が極 めて優れており、 厳しい湿潤硫化水素環境で使用しても破壊するこ とがない。
    [0082] 従って本発明の高強度鋼を鋼帯としてサワー流体を輸送する可撓 管の金属補強層に用いることにより水素誘起割れ、 硫化物応力腐食 割れ等の有害な損傷を生ずることが無く、 さらに前記補強層の定常 部、 溶接部の強度が高く、 設計応力を高くとることが可能となり、 可撓管の軽量化への途が開けた。
    [0083] また本発明の適用例では平圧線および鎧装線に限って述べたが、 本発明の成分と組織を有する鋼は同様の特性を要求されるボルト， ナツ ト， 棒鋼等の鋼材についても、 さらに鋼管に加工した場合は油 田用パイプ， 地熱発電用の温水パイプもしくは海底に敷設する各種 パイプ等にも利用できるもので工業上の効果は大なるものがある。
    权利要求:
    Claims
    1. C : 0.4(！〜 0.70%, S i ： 0.1 〜 1 %，
    Mn ： 0.2 〜1%， P ： 0.025 %以下，
    青
    S ： 0.010 %以下、
    を含有し、 必要に応じて A ： 0.008 〜0.050 %を含有して残 の
    部が F eおよび不可避的不純物からなり、 さらに球状化組織を有 することを特徴とする耐水素誘起割れ特性に優れた高強度鋼。
    囲
    2. 請求の範囲第（1) 項に記載の高強度鋼を使用した耐水素誘起割 れ特性に優れた高強度鋼線及びその集合体。
    3. 請求の範囲第（1) 項に記載の高強度鋼を使用した耐水素誘起割 れ特性に優れた高強度鋼管。
    4. 請求の範囲第（1) 項に記載の高強度鋼を使用した耐水素誘起割 れ特性に優れた高強度鋼帯。
    5. 請求の範囲第（1) 項に記載の高強度鋼を使用した耐水素誘起割 れ特性に優れた海底ケーブル用高強度鎧装線。
    6. ゴム又はプラスチックの内管と、 前記内管の上に設けられた金 属捕強層と、 前記金属補強層の上に設けられたプラスチッ ク外被 とから成る可撓性流体輸送管において、 前記金属捕強層を、
    C ： 0.40〜0.70%, S i ： 0.1 〜 1丄 %，
    Mn ： 0.2 〜1 %， P ： 0.025 %以下，
    S ： 0.010 %以下、 4 一
    を含有し、 必要に応じて A ： 0. 008 〜0. 050 %を含有して残部 が F eおよび不可避的不純物からなり、 さらに球状化組織を有す る引張強さ 501¾ 删2〜8 (11¾ ^の高強度鋼帯ょり形成したことを 特徴とする可撓性サヮ一流体輸送管。
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