JP2000024783A - 長尺耐食鋼管および製造法 - Google Patents

長尺耐食鋼管および製造法

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JP2000024783A
JP2000024783A JP10197617A JP19761798A JP2000024783A JP 2000024783 A JP2000024783 A JP 2000024783A JP 10197617 A JP10197617 A JP 10197617A JP 19761798 A JP19761798 A JP 19761798A JP 2000024783 A JP2000024783 A JP 2000024783A
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Hitoshi Asahi
均 朝日
Hiroshi Tamehiro
博 為広
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 7〜15重量%Crを主成分とする鋼管をこ
の材料に適した高効率の接合法で中継ぎして長尺管にし
た鋼管およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 Cr:7〜15重量%を主成分とするマ
ルテンサイト系ステンレス鋼管の中継ぎが、溶接材料を
使用しない鋼管材料そのものの接合で行われたことを特
徴とする長尺耐食性鋼管。さらに低C−Ni−(Mo)
−(Cu)の特定化学成分を含有する前記の長尺耐食鋼
管および製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は長尺耐食性鋼管に関
するもので、中継ぎにより単位長さを長くした鋼管、コ
イル状に巻いた長尺鋼管およびこれらの製造方法であ
る。さらに、本発明はパイプラインやプラント配管その
ものおよび敷設方法でもある。
【0002】
【従来の技術】従来7〜15重量%Crを主成分とする
耐食鋼管は通常のアーク溶接で溶接接合してパイプライ
ンや配管として使用されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、7〜15%C
rを主成分とする鋼管の溶接は母管と同成分系の溶接材
料での溶接は一般に難しく、より高合金の溶接材料を使
用することが一般的である。しかし、これも溶接そのも
のが難しく、且つ時間がかかる。一方、炭素鋼や低合金
鋼では連続的に電縫溶接により鋼管を製造してコイル状
に巻いた長尺管があり、このような長尺管があると鋼管
の敷設が効率化できる。しかし、7〜15%Cr鋼では
電縫鋼管の製造が容易ではなく、さらにこのような製造
法の鋼管では品質管理が困難であって、重要な用途には
使用できない。本発明は7〜15重量%Crを主成分と
する鋼管をこの材料に適した高効率の接合法で中継ぎし
て長尺管にした鋼管およびその製造方法を提供する。
【0004】
【課題を解決するための手段】7〜15%Crを主成分
とする鋼管は溶接が難しく、アーク溶接を使用する限り
は抜本的な短時間化は達成できない。7〜15%Crを
主成分とする鋼管の接合で、接合部の特性が優れ、且つ
高効率である方法について鋭意研究を行い長尺耐食性鋼
管およびその製造方法を発明するに至った。
【0005】すなわち本発明の要旨とするところは、以
下に示す長尺耐食性鋼管およびその製造方法である。 (1) Cr:7〜15重量%を主成分とするマルテンサイ
ト系ステンレス鋼管の中継ぎが、溶接材料を介さず、鋼
管材料のみを加熱して接合されたことを特徴とする長尺
耐食性鋼管。
【0006】(2) (1) において鋼管材料の化学成分が重
量%で C:0.0005〜0.050% Si:1.0%以下 Mn:2.0%以下 P:0.03%以下 S:0.01%以下 Cr:7〜15% Ni:2.0〜7.0% N:0.05%以下 およびその他不可避的な不純物を含有し、さらに必要に
応じて Mo:0〜3.0% Cu:0〜3.0% Al:0.10%以下 Ti:0.10%以下 の1種または2種以上の元素を選択的に含有し、残部鉄
であることを特徴とする長尺耐食性鋼管。
【0007】(3) (1)、(2) おいて中継ぎ接合部をAc1
態点−100℃〜 Ac1変態点+50℃の温度で焼戻した
ことを特徴とする長尺耐食性鋼管。 (4) Cr:7〜15重量%を主成分とするマルテンサイ
ト系ステンレス鋼管の中継ぎ接合を、溶接材料を使用せ
ず、鋼管母材そのものを加熱して接合することを特徴と
する長尺耐食性鋼管の製造方法。
【0008】(5) (4) の接合において、鋼管の管端を突
き合わせ、突き合わせ部を加熱または溶融した後、圧接
して中継ぎ接合したことを特徴とする長尺耐食性鋼管の
製造方法。 (6) (4) の接合において、鋼管の管端を突き合わせ、突
き合わせ部を円周方向に順次加熱溶融し接合することを
特徴とする長尺耐食性鋼管の製造方法。
【0009】(7) (4) 〜(6) のいずれかにおいて鋼管材
料の化学成分が重量%で C:0.0005〜0.050% Si:1.0%以下 Mn:2.0%以下 P:0.03%以下 S:0.01%以下 Cr:7〜15% Ni:2.0〜7.0% N:0.05%以下 およびその他不可避的な不純物を含有し、さらに必要に
応じて Mo:0〜3.0% Cu:0〜3.0% Al:0.10%以下 Ti:0.10%以下 の1種または2種以上の元素を選択的に含有し、残部鉄
であることを特徴とする長尺耐食性鋼管。
【0010】(8) (4) 〜(7) のいずれかにおいて中継ぎ
接合部をAc1 変態点−100℃〜 Ac1変態点+50℃の
温度で焼戻したことを特徴とする長尺耐食性鋼管の製造
方法。なお、マルテンサイト系とは主体となる組織がマ
ルテンサイトまたは焼戻しマルテンサイトからなるもの
をいい、少量の残留オーステナイトが含まれる場合もあ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明の特徴は適切な耐食鋼管を高効率でかつ高
品質の接合法で中継ぎすることで製造した長尺管および
製造法である。以下、本発明の限定理由について述べ
る。
【0012】まず、鋼管材料をCr含有量が7〜15重
量%を主成分とするマルテンサイト系ステンレスに限定
した理由について述べる。耐食鋼としての耐食性を得る
ためには7%以上のCr添加が必要であり、15%を越
えるとマルテンサイト組織にならないのでCr含有量を
7〜15%とした。また、高強度・高靱性を得るために
はマルテンサイト組織が必要であり、特に高い接合部強
度が得られる。
【0013】このような鋼管を長尺化するために中継ぎ
溶接するが、通常のアーク溶接では溶接部と母管の強度
の釣り合い、低温靱性を満足できる溶接材料を得るため
には制限が多く、さらに機械的性質を満足する化学成分
にすると溶接金属と母管の化学成分が異なることが多
く、この場合、溶接金属と母管の間で異種金属接触腐食
により局部腐食が生じる問題がある。さらに、多層で溶
接しなければならないので溶接時間が長くなり、効率が
低い。
【0014】そこで溶接材料を使用せずに突き合わせ部
を局部加熱して接合する方法を適用することとした。こ
のような方法での接合部の低温靱性は、低合金鋼では一
般に低く、向上させることが困難であるが、Crが7%
以上の鋼では高い低温靱性が得られることを見出した。
これはCrが7%以上のCr鋼では鋼組織がマルテンサ
イトなため、加熱・溶融時に低温靭性を低下させる粗大
な粒界フェライト、上部ベイナイト等の好ましくない組
織が生成せず、加熱面も酸化されにくいためである。ま
た、接合部の加熱に要する時間は短い方が接合部のマル
テンサイト組織を比較的細粒とすることができるため、
さらに高い低温靭性が得られる。
【0015】溶接材料を介さない管の中継ぎを有するマ
ルテンサイト系ステンレス鋼とするには、2本の鋼管の
管端を突き合わせ、突き合わせ部を加熱または溶融する
か、突き合わせ部を円周方向に順次加熱溶融し接合す
る。2本の鋼管の管端を突き合わせて円周方向同時に加
熱または溶融し圧接する方法としては、例えばアップセ
ット溶接、フラッシュ溶接、摩擦圧接などが有り、余り
径の大きくない場合に適している。これらの接合時間は
一般に短いが、溶接時間が短い方が酸化時間が少なく特
性が向上する傾向である。例えばフラッシュ溶接の場
合、フラッシュ工程及びアップセット工程からなるフラ
ッシュ接合時間が5秒以下の場合はより安定して高靱性
の中継ぎが得られた。一方、接合時間が60秒を越える
と特性が著しく劣化した。
【0016】突き合わされた2本の鋼管の接触部を円周
方向に順次加熱溶融して溶接する方法は比較的径の大き
な鋼管まで接合可能であり、このような接合方法として
は電子ビーム溶接やレーザービーム溶接などがある。以
上のように、溶接材料を使用せず、鋼管材料そのものを
突き合わせて加熱し中継ぎ接合して製造された長尺耐食
鋼管は、特定の化学組成を有することで特に優れた耐食
性と低温靱性を得ることができる。この限定理由を以下
に述べる。
【0017】C: 強化に有効であり、且つ強力なオース
テナイト形成元素であって、 δフェライト相の形成を抑
制する効果がある。しかし、0.0005%未満では効
果が十分でない。一方、接合部の硬さを低減し、低温靱
性を向上させ、耐食性を良好に保つためには0.050
%以下に制限する必要がある。 Si:製鋼上脱酸材として添加され残留しているもの
で、鋼の中に1.0%を越えて含有していると低温靭性
を低下させるため、1.0%以下とした。
【0018】Mn:MnSを形成してSの無害化を進
め、 またオーステナイト単相化に有効な元素である。し
かし、2.0%を越えると粒界強度の低下が著しくなる
ので、Mnの含有量は2.0%以下とした。 P:粒界に偏析して粒界強度を弱め、 耐食性および低温
靭性を低下させるので0.03%以下とした。
【0019】S:硫化物を形成し、 熱間加工性、 および
延靭性を低下させるため、その上限を0.01%とし
た。 Ni:強力なオーステナイト生成元素であるので、 マル
テンサイト組織の実現、 熱間加工性の向上に有用であ
る。 さらに、低Cマルテンサイト組織である溶接熱影響
部の靭性を高める役割がある。含有量が2.0%未満で
は効果が十分ではなく、 また7.0%を越えて含有する
とAc1 変態点が低くなりすぎ、 調質が困難になるので、
その限定範囲を2.0〜7.0%とした。また、Cuと
複合添加されると耐食性を向上させる。
【0020】Al:Siと同様に脱酸材として添加され
残有しているもので、含有量が0.10%を越えると粗
大なAlNが形成されて、 靭性が低下する。 従って、 含
有量の上限を0.10%とした。 N:鋼に不可避的に含有される元素であるが、 溶接熱影
響部の硬さを高めて靭性を劣化させるので、最大0.0
5%とした。
【0021】Cr:耐食性を向上させる最も重要な元素
である。7%未満の添加では耐食性が十分ではなく、 一
方15%を越えるとマルテンサイト組織にならなくな
る。従って、7〜15%とした。 Mo:耐食性とくにH2 S含有環境での環境脆化割れ特
性を顕著に改善する効果を有する。3.0%を越えると
マルテンサイト組織にならなくなるので3.0%以下と
した。ただし、H2 Sを全く含有しない環境で使用され
る鋼管についてはMoの添加は必須ではない。
【0022】Cu:Niと共存して耐食性を向上し、耐
孔食性も高める。 添加量が多いほうが耐食性向上効果は
大きいが、 一方、 熱間加工性を損じ、 また強度低減を困
難にするため3.0%以下とした。ただし、耐食性の要
求水準が高くない、例えば使用温度が低い条件で使用さ
れる鋼管についてはCuの添加は必須ではない。 Ti:TiNやTi酸化物として分散し、 溶接熱影響部
の粒成長を抑制して、靭性の劣化を抑制する。過剰に添
加するとTiCして靭性を劣化させる。従って、Tiの
添加量は0.10%以下とした。
【0023】上記の長尺耐食鋼管は接合ままでも全長に
わたり、優れた強度、低温靱性、耐食性をしめす。さら
に、中継ぎ接合部をAc1 変態点−100℃〜 Ac1変態点
+50℃の温度で焼戻しすることにより、さらに低温靱
性、耐食性を改善できる。 Ac1変態点−100℃以下の
温度では焼戻し効果が十分ではなく、一方、 Ac1変態点
+50℃を越える高温で焼戻しすると、オーステナイト
に逆変態した部分が再度マルテンサイトに変態するよう
になり、低温靱性が低下する。
【0024】
【実施例】表1に化学成分を示すAおよびBの鋼管を準
備した。直径50mm、肉厚8mmの鋼管を用いてアップセ
ット溶接、フラッシュ溶接、摩擦圧接を行い。直径15
0mm、肉厚15mmの鋼管を用いてレーザー溶接、電子ビ
ーム溶接を用いた。これを表2に示すように各種の方法
で接合し、その接合部付近の低温靱性の最低値、鋼管A
については耐硫化物応力割れ(SSC)特性を測定し
た。低温靱性は−20℃でのVノッチシャルピーの吸収
エネルギー、耐SSC特性は、10%NaCl溶液にH
2 S 0.4%残りCO2 の混合ガスを飽和した溶液中で、
降伏強度の90%に相当する応力を付加した定荷重型試
験により評価した。
【0025】本発明法によれば、低温靱性や耐食性に優
れた中継ぎ接合により製造された長尺管が短時間で製造
できるのに対して、比較法では特性が劣っているか、あ
るいは特性は良いが接合時間が著しく長い。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明方法で製造した中
継ぎ接合部は低温靱性や耐食性に優れ、かつ中継ぎ接合
により長尺管の製造が短時間できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 38/58 C22C 38/58 Fターム(参考) 4E067 AA03 BG00 BJ00 DA16 DC04 EC06 4K042 AA06 AA24 BA06 BA13 CA05 CA07 CA08 CA10 CA11 CA12 CA16 DA02 DA07 DB04 DB05 DC02 DC05

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cr:7〜15重量%を主成分とするマ
    ルテンサイト系ステンレス鋼管の中継ぎが、溶接材料を
    介さず、鋼管材料のみを加熱して接合されたことを特徴
    とする長尺耐食性鋼管。
  2. 【請求項2】 請求項1において鋼管材料の化学成分
    が、重量%で C:0.0005〜0.050% Si:1.0%以下 Mn:2.0%以下 P:0.03%以下 S:0.01%以下 Cr:7〜15% Ni:2.0〜7.0% N:0.05%以下 およびその他不可避的な不純物を含有し、さらに必要に
    応じて Mo:0〜3.0% Cu:0〜3.0% Al:0.10%以下 Ti:0.10%以下 の1種または2種以上の元素を選択的に含有し、残部鉄
    であることを特徴とする長尺耐食性鋼管。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2において、中継
    ぎ接合部をAc1 変態点−100℃〜 Ac1変態点+50℃
    の温度で焼戻したことを特徴とする長尺耐食性鋼管。
  4. 【請求項4】 Cr:7〜15重量%を主成分とするマ
    ルテンサイト系ステンレス鋼管の中継ぎ接合を、溶接材
    料を使用せず、鋼管母材そのものを加熱して接合するこ
    とを特徴とする長尺耐食性鋼管の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項4の接合において、鋼管の管端を
    突き合わせ、突き合わせ部を加熱または溶融した後、圧
    接して中継ぎ接合したことを特徴とする長尺耐食性鋼管
    の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項4の接合において、鋼管の管端を
    突き合わせ、突き合わせ部を円周方向に順次加熱溶融し
    接合することを特徴とする長尺耐食性鋼管の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項4〜6のいずれかにおいて鋼管材
    料の化学成分が重量%で C:0.0005〜0.050% Si:1.0%以下 Mn:2.0%以下 P:0.03%以下 S:0.01%以下 Cr:7〜15% Ni:2.0〜7.0% N:0.05%以下 およびその他不可避的な不純物を含有し、さらに必要に
    応じて Mo:0〜3.0% Cu:0〜3.0% Al:0.10%以下 Ti:0.10%以下 の1種または2種以上の元素を選択的に含有し、残部鉄
    であることを特徴とする長尺耐食性鋼管。
  8. 【請求項8】 請求項4〜7のいずれかにおいて中継ぎ
    接合部をAc1 変態点−100℃〜 Ac1変態点+50℃の
    温度で焼戻したことを特徴とする長尺耐食性鋼管の製造
    方法。
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