JP2001123249A

JP2001123249A - マルテンサイト系ステンレス鋼材

Info

Publication number: JP2001123249A
Application number: JP33447999A
Authority: JP
Inventors: Takashi Amaya; 尚天谷; Toshiro Anraku; 敏朗安楽; Yasuyoshi Hidaka; 康善日高
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-05-08
Anticipated expiration: 2019-11-25
Also published as: JP3760704B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ショットブラスト処理のままの表面状態で、大
気環境下での耐発錆性、さらには油井環境中での耐硫化
物応力割れ性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼材
を提供する。【解決手段】ショットブラスト法によるミルスケール除
去処理後のミルスケール残り状態を、その表面の撮影画
像を解析して得られる画素数ヒストグラムのピーク度数
Ｙｐと、このピーク度数Ｙｐを示す階調値Ｘｐとの関係
式で定めたＣｒ含有量が９〜１５質量％のマルテンサイ
ト系ステンレス鋼材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として油井やガ
ス井（以下、単に「油井」と総称する）、または化学プ
ラント等の硫化水素を含んだ環境下で使用される、９〜
１５質量％のＣｒを含有するマルテンサイト系ステンレ
ス鋼材に関する。特に、その運搬中や保管中の大気環境
下での耐発錆性に優れ、さらには硫化水素を含んだ環境
中での耐食性、具体的には耐硫化物応力割れ性に優れる
マルテンサイト系ステンレス鋼材に関する。

【０００２】

【従来の技術】油井環境用途において広く用いられてい
る鋼材としては、鋼管や鋼板等があり、そのうちの鋼管
には継目無鋼管と溶接鋼管がある。

【０００３】継目無鋼管の代表的な製造方法の一つに、
マンネスマン−マンドレルミル方式と称される方法があ
り、この方式は寸法精度と生産性に優れていることから
広く利用されている。

【０００４】上記マンネスマン−マンドレルミル方式の
製管工程は、通常、素材の丸ビレットを所定の加工温度
に加熱する加熱工程、加熱された丸ビレットを穿孔圧延
機（ピアサー）で中空素管に成形する穿孔圧延工程、中
空素管をマンドレルミルで仕上げ用素管に成形する延伸
圧延工程、仕上げ用素管を加熱する再加熱工程および再
加熱された仕上げ用素管をストレッチレデューサーで所
定の製品寸法に成形する仕上げ圧延工程からなってい
る。

【０００５】ここで、一般的に、素材の丸ビレットの加
熱温度は１１００〜１３００℃、マンドレルミルによる
延伸圧延後の管温度は８００〜１０００℃、仕上げ用素
管の再加熱温度は８５０〜１１００℃、ストレッチレデ
ューサーによる仕上げ温度は８００〜１０００℃程度で
ある。

【０００６】また、溶接鋼管は、鋼板を素材とし、ＥＲ
Ｗ（電縫溶接）製管法、ＵＯ溶接製管法（ＵＯプレス−
サブマージアーク溶接製管法）、レーザ溶接製管法等に
よって所定の製品寸法に仕上げられる。

【０００７】その後、９〜１５質量％のＣｒを含有する
マルテンサイト系ステンレス鋼からなる鋼管（以下、単
に「マルテンサイト系ステンレス鋼管」という）の場合
は、所定の強度を得るために、９００℃以上で焼入し、
次いで６００〜７５０℃で焼戻す熱処理工程がある。

【０００８】このようなマルテンサイト系ステンレス鋼
管または溶接鋼管用の鋼板の製造においては、継目無鋼
管の場合では各工程で６００〜１３００℃、溶接鋼管の
場合では鋼板の成形工程および管成形後の熱処理工程で
６００〜１０００℃の加熱を受ける。そのために、管の
内外表面には不可避的に酸化物スケール（以下、単に
「ミルスケール」という）が生成する。

【０００９】通常、上記のミルスケールは、ショットブ
ラスト処理後に酸洗処理を施すことにより完全に除去さ
れる。これは、一般的に、ミルスケール直下の母材では
脱Ｃｒ層が存在しており、この脱Ｃｒ層を除去しないと
所定の耐食性が確保できないと考えられ、この脱Ｃｒ層
までを除去することを目的としているためである。

【００１０】また、ショットブラスト処理後に酸洗処理
を施すという組み合わせの処理によるのは、酸洗処理だ
けでは上記のミルスケールと脱Ｃｒ層を完全に除去する
のに長時間かかり、生産性が極めて悪いためである。

【００１１】しかし、酸洗処理は多大な工数と費用がか
かり、生産性を低下させ、製品の製造コストの上昇を招
くだけでなく、酸のミスト等により作業環境の悪化も招
く。このため、生産性の向上や良好な作業環境の確保、
製品の製造コストの低減を図る観点から、酸洗処理の簡
略化に留まらず、酸洗処理を省略することが強く望まれ
るようになってきた。

【００１２】ショットブラスト処理については、ショッ
ト粒に被処理対象と同じ例えば１３Ｃｒ鋼製やアルミナ
製のものを用いる方法がある。これは、鉄製のショット
粒をステンレス鋼のブラスト処理に用いると、ステンレ
ス鋼の表面に鉄製ショット粒が砕けた微細粒が残存し、
酸洗を省略した場合には、大気環境中において鉄製ショ
ット粒の微細粒を起点にして錆が発生し、いわゆるもら
い錆となって製品としての見栄えが悪化するためであ
る。また、もらい錆は、孔食等の発生の起点となり、実
際の使用環境（油井管の場合では炭酸ガスや硫化水素を
含む高温湿潤環境）下における腐食を助長する。

【００１３】しかし、上記のような１３Ｃｒ鋼製やアル
ミナ製のショット粒を用いた場合でも、９〜１５質量％
のＣｒを含むマルテンサイト系ステンレス鋼では、酸洗
処理を省略した場合、大気環境中に放置すると若干の錆
が発生することがある。

【００１４】ショットブラスト処理の操業条件と錆発生
との関係については、従来ほとんど検討されていない。
実操業ではショットブラスト処理後にさらに短時間の酸
洗処理を行うか、ショットブラスト処理時間を必要以上
に十分に長くして完全に脱Ｃｒ層を研削除去する等の対
策が採られているのが実状であり、ショットブラスト処
理の能率低下を招いている。

【００１５】さらに、このようなショット粒の検討ばか
りでなく、ショットブラスト法自体の検討もされてい
る。すなわち、一般的なショットブラスト法は、ショッ
ト粒を圧縮空気とともに被処理材に吹き付け研掃する、
いわゆる噴射式である。しかし、噴射式は、コンプレッ
サの電力消費量が大きいためにランニングコストが高く
なること、コンプレッサによる高圧力が発生するために
破裂の危険性を伴うこと、微細なショット粒が飛散して
作業環境の悪化を招くこと等の問題がある。

【００１６】このため、新たなショットブラスト法とし
て、エアサクション装置による空気吸引作用を利用し
た、いわゆる負圧吸引式の管内面ショットブラスト法が
提案されている（例えば、特開昭６０−２６３６７１号
公報）。また、その際、静圧差を調整したり、空気流を
旋回流にすることによって研掃効率を高めるようにした
負圧吸引式の研掃装置も提案されている（例えば、特開
昭６３−２２２７１号公報や特開平６−２７００６５号
公報）。

【００１７】しかし、これら従来の提案は、いずれも負
圧吸引式処理の効率化を図ることを目的としており、か
つショットブラスト処理後に酸洗処理を施して完全に脱
スケール処理されている。

【００１８】ところが、前述したように、最近では酸洗
処理の省略化が望まれており、ショットブラスト処理の
ままの表面状態での性能が重要視されるようになってき
た。しかし、ショットブラスト処理でどの程度の表面状
態にまで仕上げれば所望の耐食性が確保できるか否かに
ついての指標は現在のところ明確化されていない。過度
のショットブラスト処理は生産性の低下を招き、ショッ
トブラスト処理不足は不十分な管内表面の仕上げ状態に
なっているのが実状である。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、製造
時に酸洗処理が不要なため、作業環境の改善と生産性の
向上が得られるとともに経済性に優れ、ショットブラス
ト処理のままの表面状態であっても大気環境中での耐発
錆性に優れ、さらには硫化水素を含んだ使用環境中での
耐食性、特に耐硫化物応力割れ性にも優れたマルテンサ
イト系ステンレス鋼材を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記マ
ルテンサイト系ステンレス鋼材にある。

【００２１】Ｃｒ含有量が９〜１５質量％のマルテンサ
イト系ステンレス鋼からなり、製造時に生成したミルス
ケールをショットブラスト法で処理した後の表面が、メ
タルハライド光源を用いて照度２００ルクスに調整され
た表面を画素数６４０×４８０で撮影したカラー画像中
の青色を対象に画像解析して得られる色調濃度０〜２５
５階調の画素数ヒストグラムのピーク度数Ｙｐと、この
ピーク度数Ｙｐがカウントされた階調値Ｘｐとの関係式
「８００Ｘｐ−Ｙｐ−２７０００＞０」を満たすマルテ
ンサイト系ステンレス鋼材。

【００２２】上記本発明の鋼材の表面粗さは、最大高さ
Ｒｙで８０μｍ以下であることが望ましく、より好まし
くは５０μｍ以下であることが望ましい。具体的には、
ショットブラスト法が負圧吸引式の場合には８０μｍ以
下、噴射式の場合には５０μｍ以下であることが望まし
い。

【００２３】なお、上記の最大高さＲｙとは、ＪＩＳ
Ｂ０６０１に規定される最大高さを意味する（以下、
同じ）。

【００２４】また、上記本発明の鋼材は、少なくとも内
面の表面状態が上記の関係式「８００Ｘｐ−Ｙｐ−２７
０００＞０」を満たし、さらにはその表面粗さが最大高
さＲｙで８０μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下の
継目無鋼管または溶接鋼管であってもよい。

【００２５】上記のマルテンサイト系ステンレス鋼材
は、製造から出荷、運搬中および倉庫やヤード等におけ
る保管中の大気環境下での耐食性（耐発錆性）、さらに
は硫化水素を含む油井や化学プラント等の使用環境中で
の耐食性（耐硫化物応力割れ性）に優れる。

【００２６】本発明者らは、ショットブラスト処理のま
まの鋼材表面（鋼管内面）のミルスケール残りの状態と
表面粗さが、大気環境下での耐発錆性と硫化水素を含む
使用環境下での耐硫化物応力割れ性に及ぼす影響につい
て詳細に調査した。その結果、以下のことを知見し、本
発明を完成させた。

【００２７】ショットブラスト処理後の鋼材表面のミル
スケール残りの状態は、大気環境下での耐発錆性に大き
な影響を及ぼすが、硫化水素環境下での耐硫化物応力割
れ性には顕著な影響を及ぼさない。具体的に説明すると
次の通りである。

【００２８】ミルスケール残りの状態によって発錆性が
影響されるのは、発錆の起点がミルスケール残り部分の
直下にある脱Ｃｒ層部分であることに起因する。すなわ
ち、ミルスケールが単位面積当たりのある閾値を超えて
存在すると、ミルスケール直下の脱Ｃｒ層部分に発生す
る錆が明確な錆として認識されるようになるためであ
る。

【００２９】ミルスケールの残存程度は、従来、作業員
が目視で判定し、錆が発生しないとされる基準以下の量
としていた。しかし、個人差が大きく、大気環境下に放
置した場合、発錆の程度のバラツキが大きかった。した
がって、実際の操業は、十分に長い時間をかけてショッ
トブラスト処理を行い、必要以上の表面状態に仕上げて
おり、生産性の低下を招いていた。

【００３０】そこで、錆が発生しない適正なショットブ
ラスト処理表面を得るために、表面のミルスケール残り
の状態を画像処理法を適用し、定量化を行った。

【００３１】具体的には、ショットブラスト処理後に、
メタルハライド光源を用いて照度が２００ルクスに調整
された鋼材表面を、画素数が６４０×４８０のＣＣＤカ
メラを用いて撮影し、その撮影カラー画像を画像解析装
置に入力して三原色（赤、青、緑）それぞれの色調濃度
０〜２５５階調の画素数ヒストグラムを作成し、各画素
数ヒストグラムとショットブラスト処理表面状態との関
係を調べた。

【００３２】その結果、各画素数ヒストグラムのピーク
度数Ｙｐと、このピーク度数Ｙｐがカウントされる階調
値Ｘｐは、ショットブラスト処理後のミルスケールの残
り状態によって変化することが判明した。すなわち、ミ
ルスケール残りが少ない場合には、ピーク度数Ｙｐがカ
ウントされる階調値Ｘｐが高くなる反面、ピーク度数Ｙ
ｐが少なくなる。逆に、ミルスケール残りが多い場合に
は、ピーク度数Ｙｐがカウントされる階調値Ｘｐが低く
なる反面、ピーク度数Ｙｐが多くなる傾向を示すことが
判明した。

【００３３】そして、上記の関係は、三原色中、青色が
最も明瞭である。そこで、この青色を対象とした画素数
ヒストグラムのピーク度数Ｙｐと、このピーク度数Ｙｐ
がカウントされる階調値Ｘｐが種々異なる試験片を作製
し、温度５０℃、湿度９８％の恒温恒湿試験機中に１週
間放置する発錆試験を行った。

【００３４】その結果、画素数ヒストグラムのピーク度
数Ｙｐと、このピーク度数Ｙｐがカウントされる階調値
Ｘｐの関係が、式「８００Ｘｐ−Ｙｐ−２７０００＞
０」を満たす表面状態のものには目視で明確に認められ
る錆は発生しないことが確認された。一方、ピーク度数
Ｙｐと階調値Ｘｐの関係が、式「８００Ｘｐ−Ｙｐ−２
７０００≦０」の場合には錆の発生が目視で確認され
た。

【００３５】なお、表面状態が式「８００Ｘｐ−Ｙｐ−
２７０００＞０」を満たす場合に錆が発生しないのは、
ミルスケールが十分に除去されていて錆の発生起点とな
るミルスケール残り部分、すなわち脱Ｃｒ層の残存面積
が少ないためである。

【００３６】前述したような工程を経て製造されるマル
テンサイト系ステンレス鋼材では、ミルスケール直下の
脱Ｃｒ層の深さが２μｍ以下と薄い。このため、ショッ
トブラスト処理によってミルスケールが十分に除去され
た部分においては、ミルスケールの除去と同時に鋼材の
母材表層部も研削除去される。この研削除去に伴って深
さの浅い脱Ｃｒ層のほとんどが除去されるからである。

【００３７】一方、ミルスケール残りの程度が種々異な
る試験片を用いて硫化水素を含む環境下での耐硫化物応
力割れ性を調査したが、特に顕著な差は認められなかっ
た。

【００３８】ショットブラスト処理後の鋼材表面粗さ
は、大気環境下での耐発錆性と硫化水素を含む環境下で
の耐硫化物応力割れ性の両方に影響を及ぼす。具体的に
説明すると次の通りである。

【００３９】大気環境下では、ミルスケール残りの状態
が上記の式「８００Ｘｐ−Ｙｐ−２７０００＞０」を満
たす場合でも、ショットブラスト方式の如何にかかわら
ず、その表面粗さが最大高さＲｙで８０μｍを超える
と、図１に示すように、１００ｐｐｍのＣｌ^-イオンを
含む脱気水溶液環境中で測定される孔食電位が著しく卑
となる。そのために、一ヶ月間大気環境中に放置した場
合、錆の発生が明確に認められた。これに対し、最大高
さＲｙが８０μｍ以下では、孔食電位が著しく貴とな
り、大気環境中に放置しても明確な錆の発生は認められ
なかった。

【００４０】なお、表面粗さが上記の最大高さＲｙで８
０μｍを超える場合に目視観察で明確に確認できる錆が
発生するのは、大気中に浮遊する塩分や水分が鋼材表面
の凹部に多く残存し、この塩分や水分が錆の発生起点に
なることによるものと推定される。

【００４１】一方、硫化水素を含む環境下での硫化物応
力割れの発生は、初期には微小なピット（孔食）が発生
し、その後このピットを起点として応力集中が起こり、
割れが発生すると考えられている。

【００４２】ここで、ショットブラスト処理された鋼材
表面は、微小な凹凸が連続的に連なった形状となってお
り、この凹部に応力集中が起こって硫化物応力割れが発
生するものと考えられる。そして、噴射式で処理された
鋼材ではその表面粗さが上記の最大高さＲｙで５０μｍ
超、負圧吸引式で処理された鋼材では８０μｍ超の場
合、いずれも硫化物応力割れの発生が認められた。これ
に対して、その表面粗さが上記の最大高さＲｙで５０μ
ｍ以下の噴射式で処理された鋼材および８０μｍ以下の
負圧吸引式で処理された鋼材には、いずれも硫化物応力
割れの発生は認められなかった。その理由は次のとおり
であることが判明した。

【００４３】図２と図３は、噴射式のショットブラスト
法と負圧吸引式のショットブラスト法とで処理され、上
記の最大高さＲｙがほぼ同じである表面粗さを有する鋼
材表面の凹凸状態を示す模式的拡大断面図である。図２
は噴射式、図３は負圧吸引式によった場合を示してあ
る。

【００４４】図２と図３に示すように、負圧吸引式で処
理された表面（図２）は、エッジ部が滑らかな曲線の凹
凸形状である。これに対して、噴射式で処理された表面
（図３）は、エッジ部が鋭く尖った凹凸形状である。そ
して、この鋭く尖ったノッチ形状の凹部の底に硫化物応
力割れの発生起点となる応力集中がしやすく、実際その
ような鋭いノッチ形状の凹部の底にクラックが確認され
た。硫化物応力割れ感受性の差異は、この凹凸状態の相
違に起因することがわかった。

【００４５】ここで、上記のように、噴射式と負圧吸引
式とで凹凸形状が異なるのは、被研削面に対するショッ
ト粒の衝突角度の相違によるところが大きい。つまり、
噴射式では、一般的な操業条件として、ショット粒を吹
き付けるノズルの角度が被研削面に対して約２５〜４０
°の範囲内の所定の角度に固定されており、ノズルから
吹き出されたショット粒は被研削面にほぼ一定の衝突角
度で衝突する。

【００４６】これに対し、負圧吸引式では、一方の管端
側から供給されるショット粒を他方の管端側から吸引す
るので、被研削面に対するショット粒の衝突角度が粒子
毎に異なり、約１０〜４５°を中心とした範囲内でばら
つき一定でない。このように、ショット粒が種々の衝突
角度でランダムに被研削面に衝突するために、上記のよ
うなエッジ部の滑らかな凹凸形状になるものと考えられ
る。

【００４７】なお、噴射式であっても、ノズルの設定角
度を小さくすれば、エッジ部が滑らかな曲線の凹凸形状
の表面が得られる。ただし、研削能率が著しく低下する
ために、実操業には適用できない。すなわち、噴射式で
は、ノズル先端から一様に吹き出されたショット粒が被
研削面に最初に衝突する際の運動エネルギーにより研削
が行われる。したがって、衝突角度を小さくすればする
ほどノズルの吹き出し口と被研削面との距離が大きくな
り、ショット粒の運動エネルギー状態が最大となるポイ
ントを過ぎてから被研削面に衝突するようになる。もっ
とも、吹き付け空気圧を高くすれば最大の運動エネルギ
ー状態でショット粒を被研削面に衝突させることができ
るが、この場合は余計なエネルギーが必要になり、コス
トが上昇する。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のマルテンサイト系
ステンレス鋼材について、詳細に説明する。

【００４９】まず、母材鋼について説明する。本発明
は、マルテンサイト系ステンレス鋼材の提供が目的であ
るので、その母材鋼は少なくとも９〜１５質量％のＣｒ
を含有するマルテンサイト系ステンレス鋼とする。これ
は、Ｃｒ含有量が９質量％未満では所望の耐食性、具体
的には耐硫化物応力割れ性が確保できない。逆に、Ｃｒ
含有量が１５質量％を超えると、δ−フェライト相の生
成を招いて耐食性が低下する。また、熱間加工性も低下
するために生産性が悪化し、さらに材料コストも高くな
り経済性が損なわれる。このため、Ｃｒ含有量は９〜１
５質量％とした。

【００５０】なお、母材鋼は、Ｃｒ含有量が９〜１５質
量％であればどのようなマルテンサイト系ステンレス鋼
であってもよいが、上記のＣｒ以外に、質量％で、０．
５％以下のＣ、１％以下のＳｉ、５％以下のＭｎ、０〜
８％のＮｉ、０〜７％のＭｏ、０〜０．１％のＴｉ、０
〜０．１％のＺｒ、０〜０．１％のＮｂ、０〜０．１％
のｓｏｌ．Ａｌ等の元素を含むものであることが好まし
い。

【００５１】次に、表面粗さと耐食性（耐硫化物応力割
れ性）の関係について説明する。

【００５２】表面粗さと耐食性との関係は、一般に、表
面粗さが粗いほど耐食性は悪い。これは、局部アノード
から溶出したＦｅ²⁺等の金属イオンが凹凸表面の凹部に
滞留し、これら金属イオンの加水分解によりＨ⁺が生成
し、ｐＨが低下するためにさらに腐食が進行しやすくな
るためである。

【００５３】マルテンサイト系ステンレス鋼の場合は、
硫化水素を含んだ環境中で腐食が進行するにつれて鋼中
に水素が浸入するために、応力が負荷された状態では硫
化物応力割れに至る場合がある。このように、表面粗さ
が粗いと腐食しやすく、その結果硫化物応力割れも発生
しやすくなるものと考えられる。

【００５４】硫化水素を含んだ環境下におけるマルテン
サイト系ステンレス鋼の耐硫化物応力割れ性を詳細に検
討した。その結果、湿式研磨面の標準サンプルに比較し
て、前述したように、噴射式のショットブラスト処理を
施した研削面では、その表面粗さが最大高さＲｙが５０
μｍ、負圧吸引式のショットブラスト処理を施した研削
面では８０μｍを超えると、いずれも腐食速度が急激に
大きくなり、それとともに硫化物応力割れ感受性が著し
く増大し、耐硫化物応力割れ性が低下する。

【００５５】しかし、その最大高さＲｙが噴射式の場合
は５０μｍ以下、負圧吸引式の場合は８０μｍ以下であ
れば、標準サンプルと同等の耐硫化物応力割れ性が確保
されることが確認された。このため、耐発錆性を確保す
る観点からは、前述したように、ショットブラスト処理
法の如何にかかわらず、処理後の表面粗さを最大高さＲ
ｙで８０μｍ以下にすればよいが、耐発錆性とともに耐
硫化物応力割れ性も確実に確保する観点からは、鋼材表
面のミルスケール除去を噴射式のショットブラスト処理
法で行う場合には、その処理後の表面粗さを最大高さＲ
ｙで５０μｍ以下とするのがよい。

【００５６】なお、噴射式のショットブラスト処理法に
よった場合に比べて負圧吸引式のショットブラスト処理
法によった場合のミルスケール除去後の表面粗さが粗く
てもよいのは、前述した理由による。すなわち、噴射式
では、エッジ部が鋭く尖った凹凸形状となり、この鋭く
尖ったノッチ形状の凹部の底に応力集中が生じてクラッ
クの発生起点になりやすいのに対し、負圧吸引式ではエ
ッジ部が滑らかな曲線の凹凸形状になり、凹部の底への
応力集中が生じ難く、かつクラックの発生起点になり難
いためである。

【００５７】上記の表面粗さは、用いるショット粒の大
きさや投入量、ブラスト処理時間等を調整することによ
り容易に得ることができ、その具体的な処理条件につい
て特別な制限はない。その理由は、ショットブラスト処
理の処理条件には、被処理鋼材表面のミルスケールの性
状と厚さ、用いるショット粒の大きさや投入量、噴射式
の場合は吹き付け角度や空気圧、負圧吸引式の場合は流
速や被処理鋼材の寸法等がある。これらは、相互に密接
不可分の関係にあっていずれか一つが変ると他の条件が
同じであっても処理結果が変化するからである。

【００５８】ただし、ショット粒には、アルミナ製や被
処理鋼材と実質同一の鋼製ショット粒を用いるのが好ま
しい。これは、本発明では、ショットブラスト処理後の
酸洗処理の省略を前提としており、通常、よく用いられ
ている鉄製ショット粒を用いた場合には、処理後の表面
に不可避的に残存する鉄製ショット粒が砕けた微細粒を
起点としたもらい錆が発生して次に述べる耐発錆性が低
下する。また、このもらい錆を起点とした孔食が発生
し、耐食性も劣化するためである。

【００５９】以上に述べたように、本発明のマルテンサ
イト系ステンレス鋼材は、ショットブラスト処理によ
り、表面のミルスケール残存状態と表面粗さを上記の範
囲に制限したので、優れた耐発錆性と耐硫化物応力割れ
性を有する。

【００６０】本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼材
は、鋼板、形鋼、棒鋼および鋼管等のいずれの形状であ
ってもよい。また、鋼管は継目無管であっても溶接鋼管
であってもよく、その製管法は特に制限されない。さら
に、その鋼管がガスや液体等の流体輸送用の場合には、
耐食性（耐硫化物応力割れ性）が要求されるのは管内面
が主で、管外面に関する状態については何ら規定する必
要はないが、耐発錆性については管外面にも要求される
ので、管外面についても管内面と同じとするのが好まし
い。

【００６１】また、鋼管外面や鋼板、形鋼および棒鋼の
表面に負圧吸引式のショットブラスト処理を施す場合に
は、一方端にショット粒の供給装置が連結され、他方端
に吸引装置が連結されたベッセル内に被処理材を配置す
ればよい。その際、被処理材が鋼管の場合、その両端に
端栓を装着しておけば外面のみが処理される。

【００６２】なお、ショットブラスト処理に何らかの事
情から鉄製ショット粒を用いる必要があり、そのために
ショットブラスト処理後に酸洗処理を施す場合には、硫
化水素を含む腐食性流体に曝されない鋼材表面（鋼管の
場合は管外面）については、鉄製ショット粒でもよく、
その種類は何ら規定されず、酸洗の方法についても何ら
制限されない。

【００６３】さらに、本発明のマルテンサイト系ステン
レス鋼材は、その使用場所や保管場所等が海浜地区等の
大気環境での腐食性が厳しく、錆の発生が特に懸念され
る場合には、補助的に塗油等の一次防錆処理を施しても
よい。

【００６４】

【実施例】《実施例１》表１に示す化学組成を有する６
種類のうちの鋼No. ａ〜ｃのマルテンサイト系ステンレ
ス鋼製で、外径１９２ｍｍの中実丸ビレットと、厚さ６
ｍｍ、幅１０１５ｍｍ、長さ３０ｍの鋼板をそれぞれ準
備した。

【００６５】

【表１】

【００６６】そして、中実丸ビレットについては、１２
５０℃に加熱してからピアサー（穿孔機）により中空素
管に成形し、引き続いてマンドレルミルにより仕上げ圧
延用素管に成形し、さらに１１００℃に再加熱したのち
ストレッチレデューサーにより外径６３ｍｍ、肉厚６ｍ
ｍに仕上げた後切断して、長さ１２ｍの継目無鋼管を得
た。

【００６７】また、厚さ６ｍｍ、幅１０１５ｍｍ、長さ
３０ｍの鋼板については、外径３２３ｍｍ、厚さ６ｍｍ
の管状に成形し、レーザ溶接法を用いて長手方向のシー
ム溶接を行った後切断し、長さ１２ｍのレーザー溶接鋼
管を得た。

【００６８】得られた各鋼管は、９５０℃に６０分間加
熱保持した後空冷する焼入れ処理を施し、次いで６５０
℃に３０分間加熱保持後空冷する焼戻し処理を施して、
ミルスケール付きの鋼管を得た。なお、鋼No. ｃの鋼に
ついては加熱保持後水冷する焼入れ処理を施すことがで
きるが、本実施例では加熱保持後空冷する焼入れ処理を
施した。

【００６９】こうして得られたミルスケール付きの鋼管
の管内面にアルミナ製のショット粒を用いた負圧吸引式
と噴射式のショットブラスト処理を施して管内表面に生
成しているミルスケールを除去し、種々のミルスケール
残り状態にするとともに、種々の表面粗さに調整した。

【００７０】ショットブラスト処理後の各鋼管は、その
管内表面をＣＣＤカメラを用いて撮影し、その撮影カラ
ー画像中の青色を対象に画像解析して色調濃度０〜２５
５階調の画素数ヒストグラムを作成し、ピーク度数Ｙｐ
とピーク度数Ｙｐがカウントされた階調値Ｘｐを求め
た。この際、ＣＣＤカメラによる撮影は、メタルハライ
ド光源を用いて表面照度を２００ルクスに調整して行っ
た。また、画像解析は、３６ｍｍ×３０ｍｍ範囲の画像
を、画素数６４０×４８０に区分して行った。

【００７１】画像解析後の各鋼管は、当該画像解析部分
から試験片を採取し、下記の発錆模擬試験と硫化物応力
割れ試験に供した。

【００７２】発錆模擬試験：ショットブラスト処理した
管内面をそのまま残した状態の厚さ３ｍｍ、一片２０ｍ
ｍの矩形状試験片を用い、次の手順で行った。人工海水
を１０００倍の水で希釈した水溶液中に試験片を浸漬し
た後取り出して乾燥処理してその表面に塩分を付着させ
た後、温度５０℃、相対湿度９８％の雰囲気中に一週間
暴露することにより行った。

【００７３】その際、比較のための基準値を得ることを
目的として、上記と同じ形状寸法で、その全表面を＃６
００のエメリー紙を用いて湿式研磨仕上げした試験片を
準備し、上記と同じ発錆模擬試験に供した。

【００７４】そして、上記試験後の各試験片のショット
ブラスト処理表面を目視観察して目視で明確に確認でき
る変色部、すなわち赤錆の発生の有無とその発生面積率
を調べ、赤錆の発生面積率が５％以上のものを耐発錆性
が不芳「×」、５％未満のものを耐発錆性が良好「○」
として評価した。

【００７５】硫化物応力割れ試験：ショットブラスト処
理した管内面をそのまま残した状態の厚さ２ｍｍ、幅１
０ｍｍ、長さ７５ｍｍの４点曲げ試験片を用い、鋼No.
に応じて、表２に示す３条件Ａ〜Ｃのうちのいずれか１
つの試験条件により行った。

【００７６】

【表２】

【００７７】その際、比較のための基準値を得ることを
目的として、上記と同じ形状寸法で、その全表面を＃６
００のエメリー紙を用いて湿式研磨仕上げした４点曲げ
試験片を準備し、上記と同じ硫化物応力割れ試験に供し
た。また、４点曲げ試験片には、曲げ応力が各供試鋼の
０．２％耐力の１００％となる曲げ歪みを付与した。

【００７８】そして、上記試験後の各試験片の外観観察
と断面の光学顕微鏡観察を行って割れの発生の有無を調
べ、基準である全面研磨の試験片に硫化物応力割れが起
こっていない環境で割れが認められたものを耐食性が不
芳「×」、認められなかったものを耐食性が良好「○」
と評価した。

【００７９】以上の調査結果を、画像解析結果、すなわ
ちミルスケールの残り状態と併せて、表３に示した。な
お、表３には、総合評価も併せて示したが、この総合評
価は、耐硫化物応力割れ性と耐発錆性がともに良好なも
のを「◎」、耐硫化物応力割れ性は良好であるが耐発錆
性が不芳なものを「○」、耐発錆性は良好であるが耐硫
化物応力割れ性が不芳なものを「△」、耐硫化物応力割
れ性と耐発錆性がともに不芳なものを「×」として示し
てある。

【００８０】

【表３】

【００８１】表３から明らかなように、鋼管内面の画像
解析結果である画素数ヒストグラムのピーク度数Ｙｐ
と、このピーク度数Ｙｐがカウントされた階調値Ｘｐと
の関係が式「８００Ｘｐ−Ｙｐ−２７０００＞０」を満
たす試番１〜７、１０および１２の鋼管のうち、試番１
〜７の鋼管は、いずれも耐発錆性および耐硫化物応力割
れ性ともに良好であった。

【００８２】これに対し、関係式「８００Ｘｐ−Ｙｐ−
２７０００＞０」を満たさない試番８、９および１１の
鋼管は、表面粗さＲｙの如何にかかわらず、いずれも耐
発錆性が不芳であった。

【００８３】なお、関係式「８００Ｘｐ−Ｙｐ−２７０
００＞０」を満たす鋼管のうち、噴射式でショットブラ
スト処理した試番１０の鋼管は、その表面粗さＲｙが５
０μｍ超の５７μｍであったために、耐硫化物応力割れ
性が不芳であった。

【００８４】また、負圧吸引式でショットブラスト処理
した試番１２の鋼管は、その表面粗さＲｙが８０μｍ超
の８８μｍであったために、耐発錆性および耐硫化物応
力割れ性ともに不芳であった。

【００８５】したがって、耐硫化物効力割れ性が要求さ
れる場合には、表面粗さを最大高さＲｙで８０μｍ以下
に仕上げるのがよい。

【００８６】さらに、関係式「８００Ｘｐ−Ｙｐ−２７
０００＞０」を満たさない鋼管のうち、試番８と９の鋼
管は、その表面粗さＲｙが、それぞれ５０μｍ以下の３
２μｍと８０μｍ以下の６１μｍであったために、耐硫
化物応力割れ性は良好であった。

【００８７】《実施例２》前述の表１に示す化学組成を
有する６種類のうちの鋼No. ｄ〜ｆのマルテンサイト系
ステンレス鋼製で、外径１９２ｍｍの中実丸ビレット
と、厚さ６ｍｍ、幅１０１５ｍｍ、長さ３０ｍおよび厚
さ２５ｍｍ、幅１９１５ｍｍ、長さ１２ｍの２種類の鋼
板をそれぞれ準備した。

【００８８】そして、中実丸ビレットについては、１２
５０℃に加熱してからピアサー（穿孔機）により中空素
管に成形し、引き続いてマンドレルミルにより仕上げ圧
延用素管に成形し、さらに１１００℃に再加熱したのち
ストレッチレデューサーにより外径６３ｍｍ、肉厚６ｍ
ｍに仕上げた後切断して、長さ１２ｍの継目無鋼管を得
た。

【００８９】また、厚さ６ｍｍ、幅１０１５ｍｍ、長さ
３０ｍの鋼板については、外径３２３ｍｍ、厚さ６ｍｍ
の管状に成形し、レーザ溶接法を用いて長手方向のシー
ム溶接を行った後切断し、長さ１２ｍのレーザー溶接鋼
管を得た。

【００９０】さらに、厚さ２５ｍｍ、幅１９１５ｍｍ、
長さ１２ｍの鋼板については、Ｕプレスに次いでＯプレ
スにより管状に成形した後、二相ステンレス鋼（ＪＩＳ
に規定されるＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ相当品）製の溶接材料
を用いてサブマージアーク溶接法によりシーム溶接をし
て、外径６０９ｍｍ、肉厚２５ｍｍ、長さ１２ｍのＵＯ
溶接管を得た。

【００９１】得られた各鋼管は、９５０℃に６０分間加
熱保持した後空冷する焼入れ処理を施し、次いで６５０
℃に３０分間加熱保持後空冷する焼戻し処理を施して、
ミルスケール付きの鋼管を得た。なお、鋼No. ｆの鋼に
ついては加熱保持後水冷する焼入れ処理を施すことがで
きるが、本実施例では加熱保持後空冷する焼入れ処理を
施した。

【００９２】こうして得られたミルスケール付きの鋼管
の管内面にアルミナ製のショット粒を用いた負圧吸引式
と噴射式のショットブラスト処理を施して管内表面に生
成しているミルスケールを除去し、その表面を前述の関
係式「８００Ｘｐ−Ｙｐ−２７０００＞０」を満たす状
態に仕上げるとともに、その表面を種々の粗さに調整し
た後、下記の硫化物応力割れ試験に供した。

【００９３】硫化物応力割れ試験：ショットブラスト処
理した管内面をそのまま残した状態の厚さ２ｍｍ、幅１
０ｍｍ、長さ７５ｍｍの４点曲げ試験片を用い、鋼No.
に応じて、前述の表２に示す３条件Ａ〜Ｃのうちのいず
れか１つの試験条件により行った。

【００９４】その際、比較のための基準値を得ることを
目的として、上記と同じ形状寸法で、その全表面を＃６
００のエメリー紙を用いて湿式研磨仕上げした４点曲げ
試験片を準備し、上記と同じ硫化物応力割れ試験に供し
た。また、４点曲げ試験片には、曲げ応力が各供試鋼の
０．２％耐力の１００％となる曲げ歪みを付与した。

【００９５】そして、上記試験後の各試験片の外観観察
と断面の光学顕微鏡観察を行って割れの発生の有無を調
べ、基準である全面研磨の試験片に硫化物応力割れが起
こっていない環境で割れが認められたものを耐食性が不
芳「×」、認められなかったものを耐食性が良好「○」
と評価し、その結果を表４に併せて示した。

【００９６】

【表４】

【００９７】表４から明らかなように、鋼管内面のミル
スケールを負圧吸引式でショットブラスト処理し、処理
後の表面粗さが最大高さＲｙで８０μｍ以下である鋼管
（試番１６〜１９、２３、２４、２８、２９）は、基準
の鋼管（試番２２、２７、３２）と同等の耐食性（耐硫
化物応力割れ性）を示した。

【００９８】これに対し、負圧吸引式でのショットブラ
スト処理後の表面粗さが最大高さＲｙで８０μｍを超え
る鋼管（試番２１、２６、３１）および噴射式でのショ
ットブラスト処理後の表面粗さが最大高さＲｙで５０μ
ｍを超える鋼管（試番２０、２５、３０）の耐食性（耐
硫化物応力割れ性）は、基準の鋼管以下であった。

【００９９】

【発明の効果】本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼
材は、その表面がショットブラスト処理のままであるに
もかかわらず、耐食性、具体的には耐発錆性さらには耐
硫化物応力割れ性に優れている。また、この鋼材は、そ
の表面の撮影カラー画像の画像解析結果から求められる
所定値が一定の値を満たす状態と所定の表面粗さに仕上
げればよく、酸洗処理が不要で、製造コストの低減が図
れるだけでなく、作業環境を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】１００ｐｐｍのＣｌ^-イオンを含有する脱気水
溶液環境中における孔食電位と表面粗さとの関係を示す
図である。

【図２】噴射式によるショットブラスト処理後の鋼材表
面の凹凸状態を示す模式的拡大断面図である。

【図３】負圧吸引式によるショットブラスト処理後の鋼
材表面の凹凸状態を示す模式的拡大断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 38/44 Ｃ２２Ｃ 38/44 (72)発明者日高康善大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内Ｆターム(参考） 4E028 AA01 CA02 CA13 LA08 PA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｒ含有量が９〜１５質量％のマルテンサ
イト系ステンレス鋼からなり、製造時に生成したミルス
ケールをショットブラスト法で処理した後の表面が、メ
タルハライド光源を用いて照度２００ルクスに調整され
た表面を画素数６４０×４８０で撮影したカラー画像中
の青色を対象に画像解析して得られる色調濃度０〜２５
５階調の画素数ヒストグラムのピーク度数Ｙｐと、この
ピーク度数Ｙｐがカウントされた階調値Ｘｐとの関係式
「８００Ｘｐ−Ｙｐ−２７０００＞０」を満たすマルテ
ンサイト系ステンレス鋼材。
【請求項２】ショットブラスト処理後の表面粗さが、Ｊ
ＩＳＢ０６０１に規定される最大高さＲｙで８０μ
ｍ以下である請求項１に記載のマルテンサイト系ステン
レス鋼材。
【請求項３】ショットブラスト処理後の表面粗さが、Ｊ
ＩＳＢ０６０１に規定される最大高さＲｙで５０μ
ｍ以下である請求項１に記載のマルテンサイト系ステン
レス鋼材。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載のマルテン
サイト系ステンレス鋼材であって、内外表面のうち、少
なくとも内表面がショットブラスト処理されている継目
無鋼管。
【請求項５】請求項１〜３のいずれかに記載のマルテン
サイト系ステンレス鋼材であって、内外表面のうち、少
なくとも内表面がショットブラスト処理されている溶接
鋼管。