JP2000178697A - 耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents
耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼Info
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Abstract
者を含む環境下で優れた耐食性(耐硫化物応力腐食割れ
性)を示す溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス
鋼を提供する。 【解決手段】本発明は、CrとともにMoを添加し、脱
硫、脱酸元素を低減し、さらに、製造性、溶接性をC,
Nの添加量の制御により改善した重量%で、C:0.0
2%以下、N:0.02%以下、Si:0.1〜0.3
%、Mn:0.1〜0.3%,Cr:10〜13%、N
i:5〜8%、Mo:1.5〜3%、残部Feおよび不
可避不純物からなり、C+N:0.02〜0.04%を
満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ステ
ンレス鋼。
Description
および湿潤硫化水素を含む環境下で用いられるラインパ
イプ等に適する溶接性に優れたマルテンサイト系ステン
レス鋼に関する。
用いられる鋼材には、使用環境に応じた耐食性と現地溶
接性(パイプラインが施工される現地での継手溶接にお
ける溶接部の割れ防止に必要な予熱、後熱処理)に優れ
ていることが要求され、X50,X65グレードの炭素
鋼鋼管が用いられることが多かった。
環境が増加し、耐食性の観点から、ステンレス鋼の使用
が検討されるようになってきたが、既存のステンレス鋼
はラインパイプ用として必ずしも十分な性能ではなく、
新たな開発が望まれてきた。
含む環境に対して良好な耐食性を有する0.2C−13
Cr系は溶接を必要としない油井管用であり、溶接割れ
防止のためには高い予熱、後熱温度を必要とし、現地溶
接性が重視されるパイプライン用としては適当でない。
22Cr,25Cr等2相ステンレス鋼は予熱、後熱処
理は必要ないものの高価であり、大量の鋼材を必要とす
るパイプラインには使用し難い。
特開平4−268018号公報、特開平8−10023
5号公報、特開平8−100236号公報などはC量を
低下させた13Cr系を提案しているが、湿潤炭酸ガス
と湿潤硫化水素の両者を含む環境での耐食性と現地溶接
性を同時に十分な性能で満足しているとは言い難い。
スと湿潤硫化水素の両者を含む環境で使用可能であり、
且つ、溶接性、製造性に優れたマルテンサイト系ステン
レス鋼を提供するものである。
を達成するため、マルテンサイト系ステンレス鋼の成分
について種々検討し、以下の知見を得た。湿潤炭酸ガス
中での酸に対する耐食性にはCrが有効であること、そ
して、湿潤硫化水素を含む環境で問題となる耐硫化物応
力腐食割れ性についても、鋼材への水素の進入量を低減
させるため、湿潤硫化水素に対する耐食性を向上させる
ことが重要であり、Crとともに一定量以上のMoを添
加すること、および、脱硫、脱酸元素の低減が有効であ
ること、さらに、溶接性、製造性に関してはC,N量の
制御の有効なことを見出した。すなわち、本発明は湿潤
炭酸ガスと湿潤硫化水素の両者に対する耐食性、およ
び、溶接性、製造性が良好なマルテンサイト系ステンレ
ス鋼であり、以下の構成をとる。(尚、製造性が良好と
は、機械的特性が熱処理など製造条件の変動に対し、安
定していることを意味する。) 1. 重量%で、C:0.02%以下、N:0.02%
以下、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.1〜0.3
%,Cr:10〜13%、Ni:5〜8%、Mo:1.
5〜3%、残部Feおよび不可避不純物からなり、C+
N:0.02〜0.04%を満足する耐食性と溶接性に
優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
N:0.02%以下、Si:0.1〜0.3%、Mn:
0.1〜0.3%,Cr:10〜13%、Ni:5〜8
%、Mo:1.5〜3%、さらにW:0.1〜3%、C
u:0.1〜3%の1種または2種を含有し、残部Fe
および不可避不純物からなり、C+N:0.02〜0.
04%を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイ
ト系ステンレス鋼。
N:0.02%以下、Si:0.1〜0.3%、Mn:
0.1〜0.3%,Cr:10〜13%、Ni:5〜8
%、Mo:1.5〜3%、さらにTi,Nbの1種また
は2種を0.01〜0.1%を含有し、残部Feおよび
不可避不純物からなり、C+N:0.02〜0.04%
を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼。
N:0.02%以下、Si:0.1〜0.3%、Mn:
0.1〜0.3%,Cr:10〜13%、Ni:5〜8
%、Mo:1.5〜3%、さらにW:0.1〜3%、C
u:0.1〜3%の1種または2種、Ti,Nbの1種
または2種を0.01〜0.1%を含有し、残部Feお
よび不可避不純物からなり、C+N:0.02〜0.0
4%を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト
系ステンレス鋼。
定範囲について説明する。
を形成し強度を高める元素であるが、過剰に添加すると
耐食性に有効なCr量を減少させる。また、溶接熱影響
部の硬さを上昇させ、溶接後熱処理が必要となるため上
限を0.02%とする。
を形成し、耐食性に有効なCr量を減少させる。また、
溶接熱影響部の硬さを上昇させるため上限を0.02%
とする。
加されるが、0.1%以下では効果がなく、過剰に添加
されるとデルタフェライトが晶出するので、相バランス
を保つため、Ni量の増量が必要となるため、上限を
0.3%とする。
として添加されるが、0.1%以下では効果がなく熱間
加工性も低下し、過剰に添加すると炭酸ガス、硫化水素
環境下での耐食性が低下するため上限を0.3%とす
る。
環境中での耐食性向上に有効な元素であるが、10%以
下ではその効果が得られない。含有量の増加に従い、耐
食性は向上するが、強力なフェライト生成元素であり、
マルテンサイト組織とするため高価なオーステナイト生
成元素であるNiの増量が必要となるので上限を13%
とする。
るため必要な元素であるが、5%未満ではフェライト相
が多くなり、靭性、耐食性を損ない、8%を超えると高
価な元素のため、経済性が低下するので、含有量範囲を
5〜8%とする。
であるが、1.5%未満ではその効果が十分でない。フ
ェライト生成元素のため、3%を超えて添加すると、相
バランスを確保のため、高価なNiの添加が必要となる
ため、含有量範囲を1.5〜3%とする。
個々の元素は上述した限定範囲内で添加されるが、本発
明では更に、C+Nについて規定する。所定の強度を得
るために0.02%以上とし、溶接熱影響部の硬さを抑
制するため0.04%以下とする。
耐食性に有効な元素であり、添加する場合は0.1%未
満では効果が十分でなく、3%を超えると熱間加工性が
劣化するので0.1〜3%とする。
も鋼中のCと炭化物を形成し、結晶粒を微細化する効果
により、強度と靭性を向上させる元素であるが、添加す
る場合は0.01%未満では効果が十分でなく、0.1
%を超えると効果が飽和するので0.01〜0.1%と
する。
ば、転炉、電気炉またはそれらの合わせ湯等、いずれの
方法で溶製してもよい。溶製後、連続鋳造機または鋳型
でビレット、スラブとしたのち、熱間圧延で鋼管、鋼板
などの所定の形状に加工し、熱処理で目標の強度とす
る。熱処理は加工後の冷却や、焼準により変態マルテン
サイト組織とした後、焼戻しにより強度の調整を行うと
よい。
て溶製し、熱間圧延で板厚12mmの鋼板とした後、耐
力:600〜700MPaを目標に焼き入れ、焼戻しを
行った。実操業を想定し、スラブ加熱温度900℃±1
0℃から水冷後、640℃±5℃で焼戻しを行った。
行った。湿潤炭酸ガスに対する耐食性試験は5%NaC
l−30atmCO2の溶液で180℃、96時間の条
件で行い、腐食量が0.3mm/y以下を合格とした。
湿潤硫化水素に対する耐食性を評価する試験としての耐
硫化物応力腐食割れ試験(耐SSC試験)はNACEで
定めているTM0177の試験法に準拠した。
た5%NaCl+0.5%酢酸水溶液中で耐力の60%
を負荷し、720時間で破断しない場合を合格とした。
溶接性試験は現地溶接における予熱、後熱の必要性の有
無の判定が目的で、再現HAZ部を作成し、その硬さが
350Hv以下を合格とした。
〜Jは強度、耐食性、耐硫化物応力腐食割れ性(耐SS
C性:湿潤硫化水素に対する耐食性)、硬さとも良好な
結果を示す。一方、比較鋼KはCr量が少なく、十分な
耐食性を示さない。比較鋼Lは脱酸剤としてのSi量が
多く、比較鋼Mは脱硫剤としてのMn量が多いため、耐
硫化物応力腐食割れ性(耐SSC性)が悪い。
化物応力腐食割れ性(耐SSC性)が悪い。比較鋼Oは
Ni量が低いためデルタフェライトが析出し耐食性が低
下する。比較鋼PはC+N量が低く十分な強度が得られ
ない。比較鋼QはC,N量がともに高いため強度が高
く、溶接性試験での硬さが不合格となった。
湿潤炭酸ガス、湿潤硫化水素を含む環境下で優れた耐食
性、且つ、良好な溶接性を有するマルテンサイト系ステ
ンレス鋼が得られ、石油、天然ガス用ラインパイプに使
用でき、工業上著しい効果を有する。
Claims (4)
- 【請求項1】 重量%で、C:0.02%以下、N:
0.02%以下、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.
1〜0.3%,Cr:10〜13%、Ni:5〜8%、
Mo:1.5〜3%、残部Feおよび不可避不純物から
なり、C+N:0.02〜0.04%を満足する耐食性
と溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。 - 【請求項2】 重量%で、C:0.02%以下、N:
0.02%以下、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.
1〜0.3%,Cr:10〜13%、Ni:5〜8%、
Mo:1.5〜3%、さらにW:0.1〜3%、Cu:
0.1〜3%の1種または2種を含有し、残部Feおよ
び不可避不純物からなり、C+N:0.02〜0.04
%を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系
ステンレス鋼。 - 【請求項3】 重量%で、C:0.02%以下、N:
0.02%以下、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.
1〜0.3%,Cr:10〜13%、Ni:5〜8%、
Mo:1.5〜3%、さらにTi,Nbの1種または2
種を0.01〜0.1%を含有し、残部Feおよび不可
避不純物からなり、C+N:0.02〜0.04%を満
足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ステン
レス鋼。 - 【請求項4】 重量%で、C:0.02%以下、N:
0.02%以下、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.
1〜0.3%,Cr:10〜13%、Ni:5〜8%、
Mo:1.5〜3%、さらにW:0.1〜3%、Cu:
0.1〜3%の1種または2種、Ti,Nbの1種また
は2種を0.01〜0.1%を含有し、残部Feおよび
不可避不純物からなり、C+N:0.02〜0.04%
を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼。
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