JP2002105603A - マルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents

マルテンサイト系ステンレス鋼

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JP2002105603A
JP2002105603A JP2000305155A JP2000305155A JP2002105603A JP 2002105603 A JP2002105603 A JP 2002105603A JP 2000305155 A JP2000305155 A JP 2000305155A JP 2000305155 A JP2000305155 A JP 2000305155A JP 2002105603 A JP2002105603 A JP 2002105603A
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steel
stainless steel
less
corrosion resistance
martensitic stainless
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JP2000305155A
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Jiro Nakamichi
治郎 仲道
Kaoru Sato
馨 佐藤
Yusuke Minami
雄介 南
Yukio Shinpo
幸雄 真保
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、耐食性、耐SSC性、溶接性に優
れ、且つ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。 【解決手段】 質量%で、C:0.02%以下、Si:
0.1〜0.3%、Mn:0.1〜0.3%、Cr:1
1〜15%、Ni:5〜8%、Mo:1.5〜3%、A
l:0.060%以下、N:0.020%以下を含有
し、且つ、[Al]×[N]:6.0×10−4以下で、所
望する特性に応じてTi,V,Cu,W、Ca,Zr,
Mgの一種又は二種以上を添加し、残部実質的にFeお
よび不可避不純物とする。但し、[Al]×[N]は、Al
とNの濃度(質量%)の積を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、湿潤炭酸ガスを
含む環境下で用いられるラインパイプ等に適した耐食
性,耐SSC性、及び溶接性に優れたマルテンサイト系
ステンレス鋼に関し、特に製造条件が変動しやすい熱延
鋼帯の製造においても安定した機械的特性が得られるも
のに関する。
【0002】
【従来の技術】石油、天然ガスの輸送用ラインパイプに
用いられる鋼材には、使用環境に応じた耐食性と現地溶
接性に優れていることが要求される。近年、湿潤炭酸ガ
スを含む環境下での耐食性が要求され、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。
【0003】例えば、0.2C−13Cr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、高い
予熱、後熱温度を必要とし、現地溶接性が重視されるラ
インパイプには適当でない。また、22Cr等の2相ス
テンレス鋼は、予熱後熱処理は必要でないが、素材とし
て高価で、大量の鋼材を必要とするパイプラインには使
用し難い。そこで、特開平6−100943号公報、特
開平4−268018号公報、特開平8−100266
号公報等により、C量を低下させた13Cr系が提案さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
先行技術による13Cr系は、耐食性、現地溶接性、お
よび製造条件の変動に対する強度の安定性の全てが高い
水準で得られているとは言い難い。特に、材料の機械的
性質が、熱処理条件によって大きく変動するため、熱延
鋼帯とした場合、鋼帯の部位によって材質が変動し、安
定して適正強度とすることが困難であった。
【0005】本発明の目的は、以上の点に鑑みなされた
もので、耐食性、現地溶接性に優れ、且つ製造条件が変
動しやすい熱延鋼帯においても材質の安定性に優れたマ
ルテンサイト系ステンレス鋼を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、13Cr
系のマルテンサイト系ステンレス鋼を対象に、材質、特
に強度に及ぼす成分組成の影響について検討を行い、
N、Al量の調整による窒化物の形態制御が,強度の安
定性に影響を及ぼすことを知見した。
【0007】また、湿潤炭酸ガス中で、酸に対する耐食
性にはCrが有効であり、脱酸、脱硫元素の低減が有効
なことを見出した。
【0008】本発明は以上の知見を基に更に検討を加え
てなされたものであり、すなわち本発明は、 1. 質量%で、C:0.02%以下、Si:0.1〜
0.3%、Mn:0.1〜0.3%、Cr:11〜15
%、Ni:5〜8%、Mo:1.5〜3%、Al:0.
060%以下、N:0.020%以下を含有し、且つ、
[Al]×[N]:6.0×10−4以下で残部実質的にF
eおよび不可避不純物からなることを特徴とするマルテ
ンサイト系ステンレス鋼。
【0009】但し、[Al]×[N]は、AlとNの濃度
(質量%)の積を示す。
【0010】2. 質量%で、Ti:0.01〜0.1
%,V:0.01〜0.1%の一種または二種を含有す
る1記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
【0011】3. 質量%で、Cu:0.1〜1%,
W:0.1〜1%の一種または二種を含有する1または
2記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
【0012】4. 質量%で、Ca:0.005%以
下,Zr:0.005%以下,Mg:0.005%以下
の一種または二種以上を含有する1乃至3の何れかに記
載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の成分限定理由について述
べる。
【0014】C Cは、鋼中のCrなど炭化物生成元素と炭化物を形成
し、強度を向上させるため添加する。一方、過剰に添加
すると耐食性に有効なCr量を減少させ、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0.
02%以下とする。
【0015】Si Siは脱酸剤として添加する。0.1%未満ではその効
果がなく、一方、0.3%を超えるとその効果が飽和
し、また、デルタフェライトが晶生し、相バランスを保
つためNi量の増加が必要となるため、0.1〜0.3
%(0.1%以上、0.3%以下)とする。
【0016】Mn Mnは製鋼上、脱硫剤として添加する。0.1%未満で
は効果がなく、熱間加工性も低下する。一方、0.3%
を超えて添加すると炭酸ガス下での耐食性が劣化するた
め、0.1〜0.3%とする。
【0017】Cr Crは湿潤炭酸ガスを含む環境下での耐食性向上に有効
なため添加する。11%未満では効果がなく、一方、1
5%を超えると他の成分元素を調整してもマルテンサイ
ト組織が得られないため、11〜15%とする。
【0018】Ni Niはオーステナイト相を形成し、マルテンサイト組織
を得るため、Cr量に応じて適量添加する。5%未満で
は相安定に不十分であり、また溶接部の材質を損なう。
一方、8%を超えるとその効果が飽和し、素材コストも
上昇するため、5〜8%とする。
【0019】Mo Moは耐食性に有効であり添加する。1.5%未満では
その効果が十分でなく、一方、3%を超えると相バラン
スを保つため、高価なNiの添加が必要となるため、
1.5〜3%とする。
【0020】Al Alは脱酸元素、および組織微細化のため添加する。
0.060%を超えて過剰に添加すると、アルミナ系介
在物および窒化物が増加し、製造性および靭性が低下す
るため、0.060%以下とする。
【0021】N Nは鋼中のCrと化合物を形成し、耐食性に有効なCr
を減少させ、また、窒化物を析出し、製造条件の変動に
対する材質の安定性を悪化させ、更に、溶接熱影響部の
硬さを上昇させるため、上限を0.020%とする。
【0022】[Al]×[N] [Al]×[N]は、本発明では重要な制御因子であり、A
l系窒化物の析出形態を制御するものである。本発明で
は、Al,N量を上述した範囲内とし、且つ、[Al]×
[N]を6.0×10−4以下とする。[Al]×[N]が
6.0×10−4超えでは、AlNの析出量が増加し、
製造条件の変動に対する材質の安定性が悪化する。
【0023】本発明の基本成分組成は以上のとおりで、
十分に目的を達成できるが、更に所望する特性に応じ
て、以下の元素を一種または二種以上選択的に添加す
る。
【0024】Ti,V Ti、Vは、いずれも鋼中のCと炭化物を形成し結晶粒
を微細化し、鋼の強度と靭性を向上させる。これらの元
素を添加する場合は、0.01%未満では効果が十分で
なく、一方、0.1%を超えてもその効果が飽和するの
で、それぞれ、0.01〜0.1%とする。
【0025】Cu,W Cu,Wは耐食性の向上に有効な元素である。0.1%
未満ではその効果が低く、1%を超えると、熱間加工割
れを生じるため、0.1〜1%とする。
【0026】Ca,Zr,Mg Ca,Zr,Mgは、鋼中のAlN析出物形成を有効に
抑制する。しかし、これらの元素は、0.005%を超
えると酸化物系介在物を形成し、靭性を劣化させるた
め、各々、添加量は0.005%以下とする。
【0027】本発明鋼は、転炉、電気炉またはそれらの
合わせ湯などで溶製し、特にその方法は限定されない。
溶製後、連続鋳造機または鋳型でスラブとした後、熱間
圧延で所定形状に加工し、熱処理で目標の強度とする。
強度の調整は加工後の冷却や、焼準によりマルテンサイ
ト組織とした後、焼戻しにより行うことが望ましい。
【0028】
【実施例】表1に示す化学成分の鋼を真空溶解炉を用い
て溶製し、熱間圧延により板厚10mmの鋼板とした
後、耐力600〜650MPaを目標に焼きならし、焼
戻しを行った。実操業を想定し、熱延後の鋼板を780
℃±10℃で焼きならした後、650℃±10℃で焼戻
しを行った。熱処理後、製造条件の変動に対する材質の
安定性(以下、製造性)、耐食性および溶接性について
調査を行った。
【0029】製造性は、それぞれの鋼種について10枚
の鋼板を製造し、各鋼板について、引張試験(JISZ
2203)により機械的性質(YS,TS)を求めた。
目標とする強度はYS:700〜750MPaとした。
【0030】湿潤炭酸ガスに対する耐食性は、5%Na
Cl−30atmCO2の溶液で180℃、96時間の
条件とし、腐食量が0.3mm/y以下を目標とした。
【0031】湿潤硫化水素に対する耐食性は、耐硫化物
応力腐食割れ(耐SSC)試験(NACE TMO17
7準拠)により評価した。試験は1atmのH2Sを飽
和させた5%NaCl+0.5%酢酸水溶液中で耐力の
60%を負荷し、720時間で破断しないものを合格と
した。
【0032】溶接性試験は、現地溶接における予熱、後
熱条件を求めることを目的とし、再現HAZ部の硬度に
ついて調査を行い、Hv350以下を目標とした。
【0033】表2に試験結果を示す。表中○印は試験結
果が良好なことを示し、製造性の場合は、全試験片の7
割以上が目標強度を満足した場合、良好とした。耐食
性、耐SSC性、溶接性はそれぞれ目標値を満足した場
合、良好とした。
【0034】本発明鋼A〜Lは、製造性、耐食性、耐S
SC性、溶接性とも良好な結果が得られた。一方、比較
鋼Mは、Cr量が少なく耐食性に劣り、比較鋼Nは脱酸
材Si,比較鋼Oは脱硫材Mnが本発明範囲外で多く、
耐SSC性に劣る。比較鋼PはNi量が多く、デルタフ
ェライトが析出し耐食性が低下する。
【0035】比較鋼Qは、Mo量が低いために耐SSC
性に劣る。比較鋼Rは、C量が多く、強度及び再現HA
Z部の硬度が高く溶接性に劣る。比較鋼S〜Vは、A
l、N濃度、[Al]×[N]の値の何れかが本発明範囲外
であり、製造性が不良である。比較鋼TはN濃度が高い
ため、溶接性も不良となっている。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、耐食性、耐SSC性、
溶接性に優れ、且つ熱処理条件の変動によっても材質安
定性の高い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、産業上、極め
て有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 雄介 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 真保 幸雄 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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%で、C:0.02%以下、Si:
    0.1〜0.3%、Mn:0.1〜0.3%、Cr:1
    1〜15%、Ni:5〜8%、Mo:1.5〜3%、A
    l:0.060%以下、N:0.020%以下を含有
    し、且つ、[Al]×[N]:6.0×10−4以下で残部
    実質的にFeおよび不可避不純物からなることを特徴と
    するマルテンサイト系ステンレス鋼。但し、[Al]×
    [N]は、AlとNの濃度(質量%)の積を示す。
  2. 【請求項2】 質量%で、Ti:0.01〜0.1%,
    V:0.01〜0.1%の一種または二種を含有する請
    求項1記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
  3. 【請求項3】 質量%で、Cu:0.1〜1%,W:
    0.1〜1%の一種または二種を含有する請求項1また
    は2記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
  4. 【請求項4】 質量%で、Ca:0.005%以下,Z
    r:0.005%以下,Mg:0.005%以下の一種
    または二種以上を含有する請求項1乃至3の何れかに記
    載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002173741A (ja) * 2000-12-04 2002-06-21 Nisshin Steel Co Ltd 形状平坦度に優れた高強度マルテンサイト系ステンレス鋼帯及びその製造方法
JP2010242163A (ja) * 2009-04-06 2010-10-28 Jfe Steel Corp 油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法

Cited By (2)

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