JP2001073037A - マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、湿潤炭酸ガス等を含む環境におけ
る耐食性、および溶接熱影響部の硬度、靭性などに優れ
ると共に、溶接管素材用として優れた造管性を有するマ
ルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法を提供する。 【解決手段】重量％で、０．００５％＜Ｃ≦０．０３
％、０．００８％＜Ｎ≦０．０３％、Ｃｒ：１０〜１４
％を含有する鋼片を加熱後、粗圧延を行い、その後オン
ラインで再加熱した後、仕上げ温度９００℃以上、巻取
温度７５０℃以上の熱間圧延で熱延コイルとし、造管性
を向上させるため、更に焼戻し、2相域加熱を組合せて
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石油・天然ガス用
油井管及びラインパイプ用溶接管の素材として好適なマ
ルテンサイト系ステンレス熱延鋼板の製造方法に関し、
特に湿潤炭酸ガスを含む環境中での耐食性、および溶接
性に優れたマルテンサイト系ステンレス熱延鋼板の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、輸送に際して、鋼管の防食対策と
して腐食抑制剤が必要とされる湿潤な炭酸ガスや硫化水
素を含有する石油や天然ガスが増加する傾向にあり、腐
食抑制剤の回収処理費用、海洋汚染等の問題から、耐食
材料に対するニーズが強まってきている。従来、炭酸ガ
スを多く含有する石油や天然ガス用の耐食材料として、
ＡＩＳＩ４２０鋼に代表される０．２％程度のＣと１２
〜１３％程度のＣｒを含有するマルテンサイト系ステン
レス鋼が広く使用されてきた。

【０００３】しかし、この鋼種は、強度に比し、比較的
コストに優れるものの、Ｃ含有量が多いため、溶接熱影
響部が硬化し、溶接割れ防止の予後熱温度が高く、ま
た、溶接熱影響部の靭性も非常に悪いという欠点を有し
ているため、これらの欠点あるいはさらに耐食性を改善
する目的で、Ｃ、またはＣ，Ｎを極力低減した低Ｃマル
テンサイト鋼が開発されてきた。

【０００４】低Ｃマルテンサイト鋼にはδフェライト晶
出により熱間加工性が劣化する傾向があるものの、湿潤
炭酸ガスを含む環境中における耐食鋼として幅広く使用
されている。例えば、継目無鋼管を対象に特開平５−２
６３１３８号、特開平６−４１６３８号などが開示さ
れ、厚板を対象に特開平１−１２７６２０号、特開平３
−１８８２１５号、特開平３−１８８２４０号などが開
示され、また電縫鋼管を対象に特開平４−１９１３１９
号、特開平４−１９１３２０号、および特開平８−３６
４２号などが開示されている。

【０００５】しかし、これらに開示されている製造方法
は主に厚肉材、または厚肉材による鋼管を対象としたも
のであり、井戸元から脱水、脱珪などの一次処理を行う
プラットフォームまでのフローライン用として潜在需要
の大きな薄肉鋼管を対象としたものではなく、薄肉鋼管
を製造することは必ずしも容易ではないのが現状であ
る。

【０００６】例えば、継目無管自体、薄肉化に限界があ
り、また、特開平４−１９１３１９号、特開平４−１９
１３２０号、および特開平８−３６４２号などによる電
縫鋼管の製造方法では電縫溶接部の熱処理方法が詳しく
紹介されているが、素材の製造条件、及び造管性に関す
る記載は少ない。

【０００７】尚、溶接部の硬度を低下する目的でＣ，Ｎ
を５０ｐｐｍ，８０ｐｐｍ以下に低減する技術が特開平
９−４１０９２に開示されているが、製鋼コストが非常
に高く、強度が低下するという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、以上の点
に鑑みなされたもので、その目的は、湿潤炭酸ガスを含
む環境に対する耐食性、溶接性、および造管性に優れた
薄肉の溶接管素材用マルテンサイト系ステンレス熱延鋼
板の製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を達成するため、成分組成、熱間圧延条件、および巻取
り後の熱処理について検討をおこない、以下の発明を完
成させた。

【００１０】１． 重量％で、Ｃ：０．００５％超え、
０．０３％以下、Ｎ：０．００８％超え、０．０３％以
下，Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．３％未満、Ｐ：０．０
４％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｃｒ：１０％以上、
１４％以下、Ｎｉ：４％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｔ
ｉ：０．１％以下を含有する鋼片を１１５０℃以下に加
熱後、粗圧延を行い、その後オンラインで再加熱し、仕
上圧延を仕上温度９００℃以上、巻取温度７５０℃以上
で行うことを特徴とするマルテンサイト系ステンレス熱
延鋼板の製造方法。

【００１１】２． １記載の製造方法により巻取り、熱
延コイルとし、該熱延コイルを５５０℃以上、（Ａｃ1
＋５０℃）以下の温度域に加熱後冷却するマルテンサイ
ト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。

【００１２】３． １記載の製造方法により巻取り、熱
延コイルとし、該熱延コイルをＡｃ1以上Ａｃ3以下に加
熱後冷却し、その後５５０℃以上、（Ａｃ1＋５０℃）
以下の温度域に加熱後冷却するマルテンサイト系ステン
レス熱延鋼板の製造方法。

【００１３】４．１記載の組成の鋼に、重量％でＮｂ，
Ｖの１種または２種の合計で含有量０．３％以下をさら
に含有する１乃至４のそれぞれに記載のマルテンサイト
系ステンレス熱延鋼板の製造方法。

【００１４】５． １記載の組成の鋼に、重量％で希土
類元素：０．０５％以下、Ｃａ：０．０３％以下の１種
または２種をさらに含有する１乃至４のそれぞれに記載
のマルテンサイト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。

【００１５】

【発明の実施の形態】成分組成、製造条件について説明
する。

【００１６】１．成分組成（％は重量％を意味する。） Ｃ：０．００５％超え、０．０３％以下 ＣはＣｒと炭化物を形成し、耐食性を低下させ、さらに
溶接熱影響部を大きく硬化させるので、０．０３％以下
とする。一方、製鋼コストの著しい上昇を抑制し、マル
テンサイト主体の組織を得、鋼管として必要な強度を確
保するため、０．００５％を超えて添加する。

【００１７】Ｎ：０．００８超え、０．０３％以下 Ｎは溶接部の靭性を低下させるとともに、溶接熱影響部
を大きく硬化させるので、０．０３％以下とする。一
方、製鋼コストの著しい上昇を抑制し、マルテンサイト
主体の組織を得、鋼管として必要な強度を確保するた
め、０．００８％を超えて添加する。

【００１８】Ｓｉ：１％以下 Ｓｉは脱酸および強度向上を目的に添加するが、１％を
超えて添加しても、その効果が飽和し、衝撃特性が劣化
するので、上限を１％とする。

【００１９】Ｍｎ：０．３％未満 Ｍｎは脱酸および強度向上を目的に添加するが、０．３
％を超えて添加した場合、過度の強度上昇および硫化物
の形成による耐応力腐食割れ性の低下をもたらすので、
０．３％未満とする。

【００２０】Ｐ：０．０４％以下 Ｐは熱間加工性、衝撃特性、および耐応力腐食割れ性を
劣化させるため、０．０４％を上限とし、製造コスト
上、許される範囲で低減する。

【００２１】Ｓ：０．００３％以下 Ｓは熱間加工性、衝撃特性、および耐応力腐食割れ性を
劣化させるため、０．００３％を上限とし、製造コスト
上、許される範囲で低減する。

【００２２】Ｃｒ：１０％以上、１４％以下 Ｃｒは耐食性を確保するため、１０％以上添加する。一
方、１４％を超えて添加すると、多量のオーステナイト
生成元素により、マルテンサイト主体の金属組織としな
ければならず、製造コスト上、望ましくない。また、強
度が上昇し、造管性が劣化するため、１４％以下とす
る。

【００２３】Ｎｉ：４％以下 Ｎｉは、Ｃ量低減によりオーステナイト生成元素量が減
少するのを補うとともに、衝撃特性および耐食性を向上
させるのに不可欠な元素である。しかし、添加量が４％
を超えるとそれらの効果が飽和し、溶接熱影響部の硬度
を上昇させ、靭性劣化を招くため、上限を４％とする。
耐食性や衝撃靭性等の特性のバランスを向上させるた
め、好ましくは２％以上、３．５％以下、より好ましく
は２．５％以上、３．５％以下を添加する。

【００２４】Ｍｏ：０．５％以下 Ｍｏは未添加の場合、溶接部への後熱処理により、粒界
割れが生じ、靭性が著しく劣化するため、溶接部の靭性
確保を目的に添加する。しかし、過剰に添加するとその
効果が飽和し、強度が過度に上昇するため、上限を０．
５％とする。

【００２５】Ｔｉ：０．１％以下 Ｔｉは熱延時、または焼戻し熱処理時、炭窒化物を生成
し、固溶Ｃ，Ｎを固定する軟質化に有効な元素である
が、過剰に添加すると溶接部の靭性が著しく劣化するた
め、０．１％を上限とする。母材の軟質化および溶接部
の靭性のバランスをさらに向上させる場合、０．００５
％以上、０．０５％以下、より好ましくは０．０１％以
上、０．０５％以下、更に好ましくは０．０３％以上、
０．０５％以下の範囲で添加するのが好ましい。

【００２６】本発明は以上の元素を含有していれば良
く、特に規定していない元素については、発明の効果を
妨げない範囲内で含有していても支障ない。本発明の効
果を更に改善する場合、Ｎｂ，Ｖ、Ｃａ又は希土類元素
を単独又は複数添加する。

【００２７】Ｎｂ，Ｖ：１種または2種の合計で含有量
０．３％以下 ＮｂおよびＶは熱延時、または焼戻し熱処理時、炭窒化
物を生成し、固溶Ｃ，Ｎを固定するため軟質化に有効な
元素であり、添加する。一方、過剰に添加すると溶接部
の靭性が著しく劣化するため、合計で０．３％を上限と
する。

【００２８】Ｃａ，希土類元素：Ｃａおよび希土類元素
は、熱間加工性を向上させ、衝撃特性を改善するが、過
剰に添加した場合、粗大な非金属介在物を生成し、それ
らの効果および耐食性を損なうので、Ｃａは０．０３
％、希土類元素は０．０５％を上限とする。本発明にお
ける希土類元素は、原子番号５７〜７１番、８９〜１０
３番の元素およびＹ：イットリウムを指すものとする。

【００２９】２．製造条件 鋼片加熱温度：１１５０℃以下 熱間圧延における熱間加工性を確保するため、鋼片を中
心部まで均一に加熱する。加熱温度は仕上圧延前に粗圧
延後の鋼片（以下、粗バー）をオンラインで再加熱する
ので、低温加熱で良く、酸化スケール生成による製造歩
留の低下、δフェライト晶出による熱間加工性の劣化、
および析出物の粗大化の抑制による靭性、耐応力腐食割
れ性の劣化を防止するため１１５０℃以下とする。

【００３０】粗バー再加熱温度：１０００℃以上 仕上圧延前に、粗バー全体をオンラインで再加熱する。
再加熱温度は１０００℃以上とし、板厚１０ｍｍ以下の
薄肉材で、仕上圧延温度９００℃以上、巻取温度７５０
℃以上を安定的に確保する。粗バー再加熱により、均一
な温度分布となり、材質安定性も向上する。

【００３１】熱延仕上温度：９００℃以上 熱延鋼板の組織をマルテンサイト単相組織とし、本発明
者らが知見した再結晶・粒成長の促進による軟質化効果
を促進するため、オーステナイト単相域での高温仕上が
必要で、熱延仕上温度を９００℃以上とする。

【００３２】巻取温度：７５０℃以上 巻取温度は７５０℃以上とし、上限は製造可能な範囲内
で特に規定しない。本発明者らの詳細な実験によれば、
マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板の強度を決定する
最も重要なパラメータの一つが巻取温度であり、母材を
軟質化するため、７５０℃以上の高温巻取が大変有効で
あることが判明した。過度の高温巻取は、析出物の粗大
化をもたらし、靭性や耐応力腐食割れ性を著しく損なう
が、本発明においては低温加熱との組合せにより、製造
可能な範囲内での高温巻取が可能であり、特に上限を規
定しない。

【００３３】本発明では巻取後の状態でも軟質であり、
薄板の溶接管素材として造管性に優れることを特徴とす
るが、造管ミルの性能等の制約から、さらに軟質化する
必要がある場合、焼戻熱処理、さらに二段熱処理を行
う。

【００３４】焼戻熱処理：５５０℃以上、（Ａｃ1＋５
０℃）以下 熱延コイルを、５５０℃以上、好ましくは５７０℃以上
に加熱すると、十分焼戻しされ、鋼板が軟質化し、靭性
も良好となる。一方、（Ａｃ1＋５０℃）を超えて加熱
すると、冷却後マルテンサイトを生成する再オーステナ
イト化体積率が増加し、強度が上昇するため、焼戻熱処
理は５５０℃以上、（Ａｃ1＋５０℃）以下好ましくは
５７０℃以上（Ａｃ1＋５０℃）以下とする。

【００３５】上記温度範囲内では高温になるに従い、焼
戻しマルテンサイトと再オーステナイト化されて、冷却
時新たにマルテンサイトになる部分（以下、フレッシュ
マルテンサイト）のバランスが良好となり、軟質化す
る。（Ａｃ1＋５０℃）で焼戻した場合、再オーステナ
イト化されて生成したフレッシュマルテンサイトの体積
率は僅かで、破壊靭性値を劣化させたり、応力腐食割れ
感受性を高めることはない。

【００３６】尚、造管性劣化につながる降伏点伸びが発
生する場合には、これを完全に回避するため、焼戻し熱
処理後に、調質圧延を施してもよい。

【００３７】二段熱処理 さらに軟質化する必要がある場合、巻取り後の熱延コイ
ルに2相域加熱と焼戻し熱処理を組合わせた二段熱処理
を行う。一段目熱処理としてＡｃ1以上Ａｃ3以下に加熱
後、１５０℃以下まで冷却し、その後、二段目として５
５０℃以上（Ａｃ1＋５０℃）以下に加熱後冷却する二
段熱処理を行う。

【００３８】一段目の熱処理は、巻取後のマルテンサイ
ト組織を高温での焼戻しにより、非常に軟質化した焼戻
しマルテンサイト組織とするため、Ａｃ1以上Ａｃ3以下
に加熱する。この場合、一部が再オーステナイト化し、
フレッシュマルテンサイトとなるため、二段目を前述し
た焼戻熱処理とする。尚、一段目の熱処理において再オ
ーステナイト化された部分のマルテンサイト変態を完了
させるため、熱処理後、コイルを１５０℃以下まで冷却
した後に二段目の熱処理を実施する必要がある。

【００３９】

【実施例】表１に示す成分の鋼を溶製後、表2に示す製
造条件で厚さ３．５〜１２ｍｍの熱延コイルを製造し
た。熱延条件（加熱温度、仕上圧延温度、巻取温度）、
焼戻し条件、粗バー再加熱の有無を表２に示す。これら
の熱延コイルから、ラインパイプ敷設時の現地円周溶接
を想定した条件で、溶接継手を作成し、衝撃特性につい
て調査した。母材に関しては、衝撃特性、硬度、および
腐食性を調査した。

【００４０】衝撃試験は母材および溶接継手からＪＩＳ
４号衝撃試験片（ハーフサイズ、但し、板厚が５ｍｍ未
満の場合には、原厚まま）を採取し、試験を行った。
尚、溶接継手の切欠位置は溶接熱影響部とした。硬度は
荷重１０ｋｇのビッカース硬さ試験を行った。

【００４１】腐食試験は湿潤炭酸ガス環境における腐食
特性を厚さ３ｍｍ、巾１５ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片
を用い、試験温度１２０℃のオートクレープ中で炭酸ガ
ス分圧４０気圧の条件で３％ＮａＣｌ水溶液中に３０日
間浸漬して、試験前後の重量変化から腐食速度を算出し
た。腐食速度の単位はｍｍ／ｙで表示した。

【００４２】これらの試験結果を表2に示す。硬さ試験
結果はビッカース硬さで２６０未満を○印、２６０以上
２８０未満を△印、２８０以上を×印でそれぞれ表示す
る。

【００４３】腐食試験結果は腐食速度が０．１ｍｍ／ｙ
未満を○印、０．１ｍｍ／ｙ以上０．３ｍｍ／ｙ未満を
×印、０．３ｍｍ／ｙ以上を××印でそれぞれ表示す
る。衝撃試験結果は遷移温度がー４０℃以下を○印、遷
移温度がー４０℃を超えてー２０℃以下を×印、遷移温
度がー２０℃超えを××印でそれぞれ表示する。

【００４４】表１の供試鋼の化学組成において表示しな
い残部は実質的にＦｅからなる。Ｎｏ．１〜１４は本発
明の規定を満足する成分組成で、Ｎｏ．１５〜１８は何
れかの元素が本発明範囲外の比較鋼となっている。表２
の試験結果（表２の試験結果のＮｏ．は表１に示す同じ
Ｎｏ．の供試鋼による試験結果であることを示す。）に
おいてＮｏ．１〜１０は成分組成、製造条件ともに本発
明の範囲内の実施例で母材の硬度（造管性）、母材の耐
食性、及び母材、溶接熱影響部の衝撃靭性に優れてい
る。Ｎｏ．１１〜１８は成分組成、製造条件の何れかま
たは両者が本発明の範囲外の比較例であり、鋼板の特性
が劣っている。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、湿潤炭酸
ガスや硫化水素を含む環境における耐食性、溶接熱影響
部の硬度、靭性などの溶接性に優れると共に、溶接管素
材用として優れた造管性を有するマルテンサイト系ステ
ンレス鋼の製造が可能となり、産業上、極めて有意義で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 靖 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 崎山 哲雄 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 高野 俊夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4K032 AA04 AA08 AA13 AA16 AA19 AA21 AA23 AA24 AA27 AA29 AA31 AA35 AA40 BA01 CA02 CC04 CE02 CF01 CF02 CF03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．００５％超え、０．
   ０３％以下、Ｎ：０．００８％超え、０．０３％以下，
   Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．３％未満、Ｐ：０．０４％
   以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｃｒ：１０％以上、１４
   ％以下、Ｎｉ：４％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｔｉ：
   ０．１％以下を含有する鋼片を１１５０℃以下に加熱
   後、粗圧延を行い、その後オンラインで再加熱し、仕上
   圧延を仕上温度９００℃以上、巻取温度７５０℃以上で
   行うことを特徴とするマルテンサイト系ステンレス熱延
   鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の製造方法により巻取
   り、熱延コイルとし、該熱延コイルを５５０℃以上、
   （Ａｃ1＋５０℃）以下の温度域に加熱後冷却するマル
   テンサイト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の製造方法により巻取り、
   熱延コイルとし、該熱延コイルをＡｃ1以上Ａｃ3以下に
   加熱後冷却し、その後５５０℃以上、（Ａｃ1＋５０
   ℃）以下の温度域に加熱後冷却するマルテンサイト系ス
   テンレス熱延鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の組成の鋼に、重量％でＮ
   ｂ，Ｖの１種または２種の合計で含有量０．３％以下を
   さらに含有する請求項１乃至４のそれぞれに記載のマル
   テンサイト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の組成の鋼に、重量％で希
   土類元素：０．０５％以下、Ｃａ：０．０３％以下の１
   種または２種をさらに含有する請求項１乃至４のそれぞ
   れに記載のマルテンサイト系ステンレス熱延鋼板の製造
   方法。