JP2002212684A

JP2002212684A - 高温強度の高いマルテンサイト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JP2002212684A
Application number: JP2001014700A
Authority: JP
Inventors: Kunio Kondo; 邦夫近藤; Takashi Amaya; 尚天谷
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】高温強度にも優れたマルテンサイト系ステンレ
ス鋼の提供。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０４％、
Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｃ
ｒ：１０〜１４％、Ｎｉ：１．５〜８％、Ａｌ：０．０
００５〜０．０５％、Ｎ：０．００１〜０．０７％を基
本成分とし、必要に応じて、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｚｒ％、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭおよびＢの中の１種以
上を含み、不純物のＰが０．０３％以下、Ｓが０．０１
％以下で、実質的に焼戻しマルテンサイトと体積分率で
１〜２５％の残留オーステナイトの混合組織からなる
鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原油、天然ガスな
どの油井用、ガス井用またはそれらの輸送用の鋼管など
の鋼材に好適な、耐食性、耐応力腐食割れ性および溶接
性に優れるとともに、さらに高温強度の高いマルテンサ
イト系ステンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、油田、ガス田はますます深度が増
し、またその雰囲気はＣＯ_２、Ｃｌ ⁻ 、Ｈ_２Ｓな
どを含む厳しい腐食性の雰囲気になっており、さらに１
５０〜２００℃程度までの高温雰囲気になっている。こ
のような油田、ガス田の採掘用、および原油、天然ガス
などの輸送用の鋼材（以下、これらをまとめて「油井用
鋼材」と略記することがある）には、従来から、高価な
二相ステンレス鋼よりも、安価な１３％Ｃｒ鋼をベース
とした鋼材が用いられており、その鋼材の耐食性、耐応
力腐食割れ性、溶接性、および高温強度等の特性の改善
が図られてきた。

【０００３】特開平９−３１６６１１号公報および特開
平１１−６１３４７号公報には、耐食性および溶接性に
優れたラインパイプ用マルテンサイト系ステンレス鋼が
提案されている。その鋼は、１３％Ｃｒ鋼をベースに、
ＣおよびＮの含有量を下げるとともに、ＮｉおよびＭｏ
を含有させることにより、耐食性および溶接性を改善し
たというものである。さらに、ＮｂおよびＶを含有させ
ることにより、８０〜１５０℃における高温強度の特性
が改善されるとしている。しかし、同公報に開示されて
いる鋼は、通常の焼入れ、焼戻し処理された鋼であるの
で、常温強度に対する１００℃または１５０℃での強度
（降伏応力または引張強さ）の低下の度合いが大きい。

【０００４】特開平１０−１３０７８７号公報には、耐
応力腐食割れ性および高温引張り特性に優れた油井管用
マルテンサイト系ステンレス鋼が提案されている。この
鋼は１３％Ｃｒ鋼をベースに、ＮｂおよびＶを含有させ
ることにより、高温引張り特性を改善したというもので
あるが、これも通常の焼入れ、焼戻し処理された鋼であ
る。従って、常温強度に対する前記高温強度の低下の度
合いが大きい。

【０００５】前記のように、油井用鋼材には、２００℃
程度まででの高温強度を要求されることが多くなってき
ているが、高温でも強度の低下が十分に小さい１３Ｃｒ
系の鋼材は未だ開発されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、原油、天然
ガスなどの油井用、ガス井用またはそれらの輸送用の鋼
管などの鋼材（油井用鋼材）として好適な、耐食性、耐
応力腐食割れ性および溶接性に優れるとともに、さらに
２００℃程度まででの強度（以下、単に高温強度と記す
ことがある）も高い１３Ｃｒマルテンサイト系ステンレ
ス鋼を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の高温強度の高い
マルテンサイト系ステンレス鋼は、下記（１）の化学組
成と（２）の金属組織を特徴とするものである。（１）化学組成（％は質量％である）Ｃ：０．００１〜０．０４％、Ｓｉ：０．０５〜１％、
Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｃｒ：１０〜１４％、Ｎ
ｉ：１．５〜８％、Ａｌ：０．０００５〜０．０５％、
Ｎ：０．００１〜０．０７％、残部は実質的にＦｅで、
不純物としてのＰが０．０３％以下、同じくＳが０．０
１％以下。

【０００８】上記の成分の他に下記の（イ）〜（ハ）の
元素群の少なくとも１群の中から選んだ少なくとも１種
の成分を含むことができる。

【０００９】（イ）それぞれ０．０５〜３％のＭｏおよ
びＣｕ、（ロ）それぞれ０．００５〜０．５％のＴｉ、
Ｖ、ＮｂおよびＺｒ、（ハ）それぞれ０．０００２〜
０．００５％のＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭおよびＢ。（２）金属組織実質的に焼戻しマルテンサイトおよび残留オーステナイ
トの混合組織からなり、残留オーステナイトの体積分率
が１〜２５％。

【００１０】上記の「実質的に焼戻しマルテンサイトお
よび残留オーステナイトの混合組織」とは、焼入れされ
たマルテンサイトが焼戻し処理されて、変態歪が緩和さ
れるとともに少量の炭化物、窒化物または炭窒化物が析
出した状態の焼戻しマルテンサイトと、冷却しても変態
のない安定な残留オーステナイトとが混合する金属組
織、または、さらに、これらの混合組織に少量の焼入れ
ままのマルテンサイトおよび／またはδフェライトが存
在する金属組織、のことを意味する。

【００１１】このような残留オーステナイトの体積分率
は、例えば、Ｘ線回折法（Ｂ．Ｄ．ＣＵＬＬＩＴＹ著、
松村源太郎訳、昭和６０年アグネ社発行の「Ｘ線回折要
論」に記載される直接比較法）などにより求めることが
できる。

【００１２】また、本発明で規定する「高温強度が高
い」とは、常温での強度に比べて１５０〜２００℃程度
での高温強度の低下が少ないことを意味する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明者は、油井用鋼材として用
いられている１３％Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼
について、その高温強度の低下に及ぼす鋼材の化学組成
および金属組織の影響を詳しく検討した。その結果、金
属組織の影響が大きいことが明らかになり、とくに焼戻
しマルテンサイトと残留オーステナイトの混合組織に調
整し、かつ残留オーステナイトの体積分率を適正な範囲
とすることにより、高温強度の高いマルテンサイト系ス
テンレス鋼が得られることを確認した。しかも、このよ
うな組織の調整は、耐食性、耐応力腐食割れ性および溶
接性等の基本的な性質にはまったく悪い影響を及ぼさな
いことが判明した。

【００１４】金属組織の調整によって高温強度を高くす
ることができるということは、高価な合金元素を含有さ
せなくても、またはその含有量を少なくしても、高温強
度の高い鋼材が得られることを意味する。これは、鋼材
価格を下げるという経済的効果の他に、コスト上昇を許
容して高価な元素を含有させる場合には、さらに、高温
強度の高い鋼が得られることを意味し、技術上の効果も
大きい。

【００１５】ところで、油井用鋼材に関する最も権威あ
る国際的標準であるＮＡＣＥＳｔａｎｄａｒｄＭＲ
０１７５−９２によると、ＡＳＴＭＡ４８７Ｇｒａ
ｄｅのＣＡ６ＮＭ（１３％Ｃｒ−４％Ｎｉ−０．８％Ｍ
ｏ鋼）では、固溶化熱処理後に焼戻し処理を２回行うこ
とにより、たとえ残留オーステナイトが生成しても、そ
の残留オーステナイトをフェライトと炭化物に分解し、
残留オーステナイトを消失させる熱処理が推奨されてい
る。つまり、従来の油井用の１３％Ｃｒ鋼では金属組織
中に残留オーステナイトを生成させないことが常識とな
っていた。

【００１６】これに対して、本発明では金属組織を実質
的に焼戻しマルテンサイトおよび残留オーステナイトの
混合組織とし、残留オーステナイトを積極的に生成させ
る。したがって、従来の考え方とは根本的に相違する。
このような新しい着想を得た基礎試験について以下に説
明する。

【００１７】［基礎試験］質量％で、Ｃ：０．００８
％、Ｓｉ：０．３１％、Ｍｎ：０．４２％、Ｃｒ：１
２．２％、Ｎｉ：６．３％、Ｍｏ：２．５％、Ａｌ：
０．００３％、Ｎ：０．００７％、残部：実質的にＦｅ
よりなる鋼の１８０ｋｇを真空溶解炉で溶製した後、鋳
造して鋼塊とした。この鋼塊を１２００℃で２０時間加
熱し、拡散によって鋼塊を均質化する、いわゆる拡散焼
きなましの熱処理を行った後、鍛伸して厚さ３０ｍｍ、
幅７０ｍｍの鋼板を製造した。その後、この鋼板を１１
５０℃に加熱して圧延し、厚さ１２ｍｍの鋼板を製造し
た。

【００１８】この厚さ１２ｍｍの鋼板を９００℃で３０
分間加熱し、固溶化熱処理を行った後に空冷して、鋼板
の金属組織をマルテンサイトとした。その後に、５５０
℃で１０時間加熱した後に空冷する通常の焼戻し熱処
理、または、Ａｃ_１変態温度を超えて、Ａｃ_３変態
温度未満の温度域である６１０℃で１〜３００分間加熱
した後に空冷する熱処理（以下、二相域熱処理と記す）
を施した。

【００１９】このような熱処理をした鋼板から、厚さ２
ｍｍ、幅、長さ各２０ｍｍの鋼板サンプルを切り出し、
サンプル表層部を化学研磨して加工層を取り除いた後、
前述のＸ線回折法により残留オーステナイトを同定する
とともに、その残留オーステナイトの体積分率を求め
た。

【００２０】また、得られた鋼板から、直径６ｍｍ、平
行部の長さ４０ｍｍの引張り試験片を採取し、常温、１
５０℃および２００℃の各温度に試験片を加熱して引張
試験を行った。表１に、焼戻し処理および二相域熱処理
の条件、残留オーステナイトの体積分率および引張試験
結果を示す。

【００２１】

【表１】表１に示すように、５５０℃で１０時間加熱した後に空
冷する通常の焼戻し処理を行った試験片の金属組織に
は、残留オーステナイトが存在しなかった。一方、６１
０℃で１〜３００分間加熱した後に空冷する二相域熱処
理を行った試験片の金属組織は、残留オーステナイトが
体積分率で２〜３０％存在する混合組織であった。

【００２２】５５０℃で焼戻し処理を行った試験片で
は、１５０℃における降伏応力および引張強さは、常温
の降伏応力および引張強さの約９０％程度まで低下し、
２００℃における降伏応力および引張強さは、常温の降
伏応力および引張強さの８６〜８９％程度まで低下し
た。

【００２３】一方、６１０℃で３０分間の二相域熱処理
を行った試験片では、残留オーステナイトの体積分率は
１２％であった。常温における降伏応力および引張強さ
は、５５０℃で１０時間の焼戻し処理を行った試験片と
ほぼ同じレベルであり、１５０℃における降伏応力およ
び引張強さは、常温の降伏応力および引張強さの９３〜
９６％程度までしか低下せず、２００℃における降伏応
力および引張強さは、常温の降伏応力および引張強さの
９０〜９５％程度までしか低下していない。

【００２４】６１０℃で１分間、５分間、または１２０
分間の二相域熱処理を行った場合でも、６１０℃で３０
分間の二相域熱処理を行った場合と、ほぼ同じ結果にな
っている。

【００２５】また、６１０℃で３００分間の二相域熱処
理を行った試験片では、残留オーステナイトの体積分率
は３０％であった。常温における降伏応力は６３９ＭＰ
ａであり、常温での降伏応力が低かった。

【００２６】このように、１３％Ｃｒ鋼をベースとする
マルテンサイト系ステンレス鋼では、高温での強度低下
を抑制するために添加されているＮｂおよび／またはＶ
を使用しなくても、鋼材の金属組織を固溶化熱処理後に
空冷してマルテンサイトとし、その後二相域熱処理し
て、焼戻しマルテンサイトと残留オーステナイトの混合
組織とすることにより、２００℃程度まででの高温強度
の低下を抑制できることがわかった。その理由は、次の
ように考えられる。

【００２７】金属組織が焼戻しマルテンサイトの単相で
あれば、１５０〜２００℃程度の高温になると、強度
（降伏応力および引張強さ）が低下することは良く知ら
れている。また、金属組織がオーステナイトの単相の場
合も、同様に高温強度は低下する。

【００２８】一方、焼戻しマルテンサイトに適正な体積
分率の残留オーステナイトが混合した金属組織とする
と、マルテンサイトとオーステナイトとの間で元素の相
分配が起こり、生成したオーステナイトにＣ、Ｎなどの
元素が濃縮する。そのような元素の濃縮したオーステナ
イトは安定化して残留オーステナイトとなる。Ｃ、Ｎな
どの元素が濃縮した残留オーステナイトでは、２００℃
程度まででの高温では、歪み時効作用により、強度の低
下が抑制されるものと考えられる。

【００２９】上記のような原理で、残留オーステナイト
の体積分率が１〜２５％である本発明のマルテンサイト
系ステンレス鋼は、常温での強度に比べて２００℃程度
まででの高温強度の低下が小さいのである。

【００３０】本発明の鋼は、焼戻しマルテンサイトに適
正な体積分率の残留オーステナイトが混合した金属組織
とすることにより、上述の高い高温強度を得ているが、
このような金属組織の調整は、耐食性、耐応力腐食割れ
性および溶接性等の基本的な性質にはまったく悪い影響
を及ぼさない。これらの特性は、合金成分の総合的は作
用効果によってもたらされるのである。以下、まず、本
発明のマルテンサイト系ステンレス鋼の化学組成を前述
のとおりに定めた理由について説明する。

【００３１】Ｃ：０．００１〜０．０４％Ｃは、オーステナイトに濃化して、オーステナイトを安
定化して未変態のままで残す効果があり、また、１５０
〜２００℃程度まででの高温強度の低下を抑制する元素
である。その含有量が０．００１％未満では、その効果
が少ない。一方、その含有量が０．０４％を超えると、
鋼材の溶接時に溶接割れが発生しやすくなる。また、Ｃ
Ｏ_２、Ｈ_２Ｓなどを含む腐食環境における耐食性、
耐応力腐食割れ性が劣化する。したがって、Ｃの含有量
は０．００１〜０．０４％とした。

【００３２】Ｓｉ：０．０５〜１％Ｓｉは、脱酸剤として有効な元素である。しかし、その
含有量が０．０５％未満では、脱酸時のＡｌの損失が大
きくなる。一方、Ｓｉ含有量が１％を超えると靱性が低
下する。したがって、Ｓｉの含有量は０．０５〜１％と
した。

【００３３】Ｍｎ：０．０５〜１．５％Ｍｎは、鋼材の強度を高めるのに効果的な元素である。
また、オーステナイト生成元素であり、鋼材の焼入れ処
理時に、δフェライトの析出を抑制し、鋼材の金属組織
を安定してマルテンサイトとする効果のある元素であ
る。しかし、後者の効果については、その含有量が０．
０５％未満では小さい。一方、Ｍｎの含有量が１．５％
を超えると、靱性および耐食性が劣化する。したがっ
て、Ｍｎの含有量は０．０５〜１．５％とした。

【００３４】Ｃｒ：１０〜１４％Ｃｒは、ＣＯ_２、Ｃｌ⁻ 、Ｈ_２Ｓなどを含む厳し
い腐食環境における耐食性、耐応力腐食割れ性などを確
保するために重要な元素である。またＣｒは、適切な含
有量の範囲であれば、固溶化熱処理時の金属組織がオー
ステナイトであり、鋼材の焼入れ処理時に、金属組織を
安定してマルテンサイトとする効果のある元素である。
これらの目的のために、１０％以上含有させる。一方、
１４％を超えると金属組織にδフェライトが生成しやす
くなり、高温強度が劣化する。したがって、Ｃｒの含有
量は１０〜１４％とした。

【００３５】Ｎｉ：１．５〜８％Ｎｉは、オーステナイト生成元素であり、鋼材の焼入れ
処理時に、δフェライトの析出を抑制し、鋼材の金属組
織を安定してマルテンサイトとする効果のある元素であ
る。さらに、ＮｉはＡｃ_１変態温度を低下させて、オ
ーステナイトを安定化する元素である。これらの目的の
ために、１．５％以上含有させる。一方、８％を超える
と鋼材が高価になる。したがって、Ｎｉの含有量は１．
５〜８％とした。

【００３６】Ａｌ：０．０００５〜０．０５％Ａｌは、脱酸剤として有効な元素である。その目的のた
めに、０．０００５％以上含有させる。一方その含有量
が０．０５％を超えると鋼の靱性が劣化する。したがっ
て、Ａｌの含有量は０．０００５〜０．０５％とした。

【００３７】Ｎ：０．００１〜０．０７％Ｎは、オーステナイトに濃化して、オーステナイトを安
定化して焼入れ後も未変態のままで残す効果があり、ま
た、１５０〜２００℃程度まででの高温強度の低下を抑
制元素である。その含有量が０．００１％未満では、そ
の効果が少ない。一方、その含有量が０．０７％を超え
ると、鋼材の溶接時に溶接割れが発生しやすくなり、ま
た、靱性が劣化する。したがって、Ｎの含有量は０．０
０１〜０．０７％とした。

【００３８】Ｐ：０．０３％以下Ｐは、鋼中に不純物として含まれ、鋼の靱性に著しい悪
影響を及ぼすとともに、ＣＯ_２などを含む腐食環境に
おける耐食性を劣化させる。そのため、その含有は低け
れば低いほどよいが、０．０３％までであればとくに問
題がないので、その上限を０．０３％とした。

【００３９】Ｓ：０．０１％以下Ｓは、上記のＰと同様、鋼中に不純物として含まれ、鋼
の熱間加工性に著しい悪影響を及ぼす。従って、その含
有は低ければ低いほどよいが、０．０１％までであれば
とくに問題はないので、その上限を０．０１％とした。

【００４０】Ｍｏ、Ｃｕ：これらの元素は、含有させな
くてもよいが、含有させると、いずれもＣＯ_２、Ｃｌ⁻
、Ｈ_２Ｓ含む腐食環境における耐食性、耐応力腐食
割れ性を向上させる元素である。その効果を得たい場合
には、いずれか一方を単独で、または両方を複合して含
有させることができ、その効果は、ＭｏおよびＣｕとも
に０．０５％以上で顕著になる。しかし、それぞれ３％
を超えるＭｏおよびＣｕは、その効果が飽和するととも
に、溶接熱影響部の靱性低下を招く。したがって、含有
させる場合の含有量は、Ｍｏ、Ｃｕともに０．０５〜３
％とするのがよい。

【００４１】Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ：これらの元素も必
ずしも添加しなくてよいものである。しかし、いずれも
Ｈ_２Ｓを含む腐食環境に対する耐応力腐食割れ性を向上
させるとともに、高温での強度を向上させる元素であ
る。その効果を得たい場合には、いずれか１種または２
種以上含有させることができる。その効果は、Ｔｉ、
Ｖ、ＮｂおよびＺｒともに、それぞれ０．００５％以上
で顕著になる。しかし、０．５％を超えるＴｉ、Ｖ、Ｎ
ｂおよびＺｒは、鋼の靱性を劣化させる。したがって、
含有させる場合の含有量は、Ｔｉ、Ｖ、ＮｂおよびＺｒ
ともに、それぞれ０．００５〜０．５％とするのがよ
い。

【００４２】Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ（希土類元素）、Ｂ：
これらの元素は、いずれも鋼の熱間加工性を向上させる
元素である。従って、鋼の熱間加工を特に改善した場合
に、いずれか１種または２種以上含有させることができ
る。その効果は、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭおよびＢともに、
０．０００２％以上で顕著になる。しかし、いずれも含
有量が０．００５％を超えると、鋼の靱性を劣化させる
とともに、ＣＯ_２などを含む腐食環境における耐食性
を劣化させる。したがって、添加する場合の含有量は、
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭおよびＢともに、それぞれ０．００
０２〜０．００５％とするのがよい。

【００４３】次に、実質的に焼戻しマルテンサイトおよ
び残留オーステナイトの混合組織とし、残留オーステナ
イトの体積分率が１％〜２５％である金属組織とする理
由について説明する。

【００４４】上記の混合組織中の残留オーステナイトに
は、前述のとおりで、Ｃ、Ｎなどが濃縮し、１５０〜２
００℃程度までの温度域では、歪み時効作用により強度
の低下が抑制される。

【００４５】残留オーステナイトの体積分率が１％未満
では、高温強度の低下を抑制する効果が小さい。一方、
残留オーステナイトの体積分率が２５％を超えると、常
温での強度が低下する。

【００４６】焼戻しマルテンサイトおよび残留オーステ
ナイトの混合組織の中に、焼入れままのマルテンサイト
および／またはδフェライトが存在すると、Ｈ_２Ｓな
どを含む腐食環境における耐応力腐食割れ性が劣化する
ので、金属組織中の焼入れままのマルテンサイトとδフ
ェライトの体積分率は、それぞれ５％以下とするのが望
ましい。

【００４７】このような実質的に焼戻しマルテンサイト
と残留オーステナイトの混合組織で、残留オーステナイ
トの体積分率が１％〜２５％である金属組織を得るた
め、たとえば、次の熱処理を行うのが望ましい。

【００４８】すなわち、前述の化学組成に調整した鋼を
熱間加工により厚鋼板、鋼管などの形状とした後にＡｃ
_３変態温度以上の温度領域でのオーステナイト単相の
状態から空冷して、金属組織をマルテンサイトとする
か、または、それら形状とした後に空冷したものを、再
加熱してＡｃ_３変態温度以上の温度領域でのオーステ
ナイト単相の状態とした後に、空冷してマルテンサイト
とする。その後、これらの鋼材をＡｃ_１変態温度を超
えてＡｃ_３変態温度未満の温度域に加熱して、その後
空冷する熱処理を行う。これらの熱処理における冷却
は、鋼材に変形、割れなどが発生しなければ、油冷、水
冷などでも構わない。本発明の化学組成の鋼のＡｃ_１
変態温度は、その化学組成によって異なるが約６００〜
７００℃程度であり、またＡｃ_３変態温度は約７５０
〜８５０℃程度である。

【００４９】

【実施例】表２に示す化学組成の鋼の各５０ｋｇを真空
溶解炉で溶製した後、鋳造して鋼塊とした。この鋼塊を
１２５０℃で２時間の拡散焼なまし処理を行った後、鍛
伸して厚さ３０ｍｍ、幅１２０ｍｍの鋼板を製造した。
その後、この鋼板を１２００℃に加熱して圧延し、厚さ
１２ｍｍの鋼板を製造した。

【００５０】この厚さ１２ｍｍの鋼板を９００℃で３０
分間加熱し、溶体化処理した後に空冷して、鋼板の金属
組織をマルテンサイトとした。その後に、種々の温度お
よび時間の条件で加熱した後に空冷する熱処理を施し、
残留オーステナイトの体積分率を変化させた鋼板を製造
した。表２に示す鋼のＡｃ_１変態温度は約６００〜７
００℃程度であり、またＡｃ_３変態温度は約７５０〜
８５０℃程度である。

【００５１】

【表２】このような熱処理をした鋼板から、厚さ２ｍｍ、幅、長
さ各２０ｍｍの鋼板サンプルを切り出し、サンプル表層
部を化学研磨して加工層を取り除いた後、前述のＸ線回
折法により残留オーステナイトを同定するとともに、そ
の残留オーステナイトの体積分率を求めた。

【００５２】一方、熱処理後の鋼板から、直径６ｍｍ、
平行部の長さ４０ｍｍの引張り試験片を採取し、常温お
よび２００℃の各温度で引張試験を行った。

【００５３】また、熱処理後の鋼板を用いて、ＪＩＳ
Ｚ３１５８の「ｙ形溶割れ試験方法」に規定される溶
接試験を行い、鋼板の溶接性の評価を行った。評価は、
溶接割れの発生しなかったものを「○」、溶接割れの発
生したものを「×」として、表３に示した。

【００５４】さらに、熱処理後の鋼板から、厚さ２ｍ
ｍ、幅１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験片を切り出し、炭
酸ガス腐食試験を実施した。オートクレーブで３ＭＰａ
の炭酸ガスを飽和させた５％ＮａＣｌ溶液中に、試験片
を１７５℃で２００時間浸漬した。評価は、孔食の発生
しなかったものを「○」、孔食の発生したものを「×」
として、表３に示した。

【００５５】さらに、熱処理後の鋼板から、厚さ２ｍ
ｍ、幅１０ｍｍ、長さ７５ｍｍの４点曲げ試験用の試験
片を切り出し、降伏応力の６０％の応力を付加し、その
試験片を１ＫＰａの硫化水素ガスを飽和させた５％Ｎａ
Ｃｌ溶液中に、２５℃で２００時間浸漬した。評価は、
破断しなかったものを「○」、破断したものを「×」と
して、表３に示した。

【００５６】

【表３】表３に示すとおり、試験Ｎｏ．１〜２２のいずれにおい
ても、鋼板の溶接性の評価、炭酸ガス腐食試験における
耐食性の評価、およびＨ_２Ｓを含む腐食環境に対する
耐応力腐食割れ性の評価は全て「○」で、各試験結果で
とくに差はなく、良好な結果であった。

【００５７】本発明例の試験Ｎｏ．１では前記（イ）群
から（ハ）群までの任意添加元素を含まない鋼Ａを用
い、焼戻しマルテンサイトと残留オーステナイトが混合
した金属組織で、かつ、残留オーステナイトの体積分率
が１０％となるように熱処理を施した。２００℃におけ
る降伏応力および引張強さは、常温での降伏応力および
引張強さの９２％程度であり、２００℃の高温強度は少
ししか低下していない。

【００５８】一方、比較例の試験Ｎｏ．２では、同じ鋼
Ａを用い、残留オーステナイトを含まない焼戻しマルテ
ンサイトのみの金属組織となるように熱処理を施した。
２００℃における降伏応力および引張強さは、常温での
降伏応力および引張強さの８７〜８８％程度であり、２
００℃の高温強度は大きく低下した。

【００５９】本発明例の試験Ｎｏ．３では、任意添加元
素のＭｏを含む鋼Ｂを用い、焼戻しマルテンサイトと残
留オーステナイトが混合した金属組織で、かつ、残留オ
ーステナイトの体積分率が９％となるように熱処理を施
した。２００℃における降伏応力および引張強さは、常
温での降伏応力および引張強さの９０〜９３％程度であ
り、２００℃の高温強度は少ししか低下しなかった。

【００６０】一方、比較例の試験Ｎｏ．４では、同じ鋼
Ｂを用い、残留オーステナイトを含まない焼戻しマルテ
ンサイトのみの金属組織となるように熱処理を施した。
２００℃における降伏応力および引張強さは、常温での
降伏応力および引張強さの８５〜８６％程度であり、２
００℃の高温強度は大きく低下した。

【００６１】本発明例の試験Ｎｏ．５では、任意添加元
素のＴｉを含む鋼Ｃを用い、焼戻しマルテンサイトと残
留オーステナイトが混合した金属組織で、かつ、残留オ
ーステナイトの体積分率が２０％となるように熱処理を
施した。２００℃における降伏応力および引張強さは、
常温での降伏応力および引張強さの９１〜９４％程度で
あり、２００℃の高温強度は少ししか低下しなかった。

【００６２】一方、比較例の試験Ｎｏ．６では、同じ鋼
Ｃを用い、残留オーステナイトを含まない焼戻しマルテ
ンサイトのみの金属組織となるように熱処理を施した。
２００℃における降伏応力および引張強さは、常温での
降伏応力および引張強さの８５〜８７％程度であり、２
００℃の高温強度は大きく低下した。

【００６３】本発明例の試験Ｎｏ．７では、任意添加元
素のＣａを含む鋼Ｄを用い、焼戻しマルテンサイトと残
留オーステナイトが混合した金属組織で、かつ、残留オ
ーステナイトの体積分率が１１％となるように熱処理を
施した。２００℃における降伏応力および引張強さは、
常温での降伏応力および引張強さの９２〜９３％程度で
あり、２００℃の高温強度は少ししか低下しなかった。
また、熱間圧延した厚さ１２ｍｍの鋼板端部の表面性状
が、とくに良好な鋼板が得られた。

【００６４】一方、比較例の試験Ｎｏ．８では、同じ鋼
Ｄを用い、残留オーステナイトを含まない焼戻しマルテ
ンサイトのみの金属組織となるように熱処理を施した。
２００℃における降伏応力および引張強さは、常温での
降伏応力および引張強さの８５〜８６％程度であり、２
００℃の高温強度は大きく低下した。なお、熱間圧延し
た厚さ１２ｍｍの鋼板の表面性状は良好であった。

【００６５】本発明例の試験Ｎｏ．９、Ｎｏ．１１、Ｎ
ｏ．１３、Ｎｏ．１５、Ｎｏ．１７、Ｎｏ．１９および
Ｎｏ．２１では、任意添加元素を含む鋼Ｅ、鋼Ｆ、鋼
Ｇ、鋼Ｈ、鋼Ｉ、鋼Ｊまたは鋼Ｋを用い、焼戻しマルテ
ンサイトと残留オーステナイトが混合した金属組織で、
かつ、残留オーステナイトの体積分率が５〜２４％とな
るように熱処理を施した。２００℃における降伏応力お
よび引張強さは、常温での降伏応力および引張強さの９
０〜９４％程度であり、２００℃の高温強度は少ししか
低下しなかった。また、これら試験のうちで、Ｍｇを含
有する試験Ｎｏ．１３、ＲＥＭを含有する試験Ｎｏ．１
５、Ｃａを含有する試験Ｎｏ．１７、Ｂを含有する試験
Ｎｏ．１９、およびＣａを含有する試験Ｎｏ．２１で
は、熱間圧延した厚さ１２ｍｍの鋼板端部の表面性状
が、とくに良好な鋼板が得られた。

【００６６】比較例の試験Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１２、Ｎ
ｏ．１４、Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１８、Ｎｏ．２０および
Ｎｏ．２２では、任意添加元素を含む鋼Ｅ、鋼Ｆ、鋼
Ｇ、鋼Ｈ、鋼Ｉ、鋼Ｊまたは鋼Ｋを用い、残留オーステ
ナイトを含まない焼戻しマルテンサイトのみの金属組織
となるように熱処理を施した。２００℃における降伏応
力および引張強さは、常温での降伏応力および引張強さ
の８５〜８９％程度であり、２００℃の高温強度は大き
く低下した。

【００６７】

【発明の効果】本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼
は、耐食性、耐応力腐食割れ性および溶接性に優れると
ともに、さらに高温においても強度の低下が小さい。従
って、この鋼は、原油、天然ガスなどの油井用、ガス井
用またはそれらの輸送用の鋼管などの鋼材にきわめて好
適である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０４％、
Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｃ
ｒ：１０〜１４％、Ｎｉ：１．５〜８％、Ａｌ：０．０
００５〜０．０５％、Ｎ：０．００１〜０．０７％、残
部：実質的にＦｅからなり、不純物としてのＰが０．０
３％以下、同じくＳが０．０１％以下であり、金属組織
が実質的に焼戻しマルテンサイトおよび残留オーステナ
イトの混合組織で、残留オーステナイトの体積分率が１
〜２５％である高温強度の高いマルテンサイト系ステン
レス鋼。
【請求項２】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０４％、
Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｃ
ｒ：１０〜１４％、Ｎｉ：１．５〜８％、Ａｌ：０．０
００５〜０．０５％、Ｎ：０．００１〜０．０７％、お
よびそれぞれ０．０５〜３％のＭｏとＣｕのうちの少な
くとも一方、残部：実質的にＦｅからなり、不純物とし
てのＰが０．０３％以下、同じくＳが０．０１％以下で
あり、金属組織が実質的に焼戻しマルテンサイトおよび
残留オーステナイトの混合組織で、残留オーステナイト
の体積分率が１〜２５％である高温強度の高いマルテン
サイト系ステンレス鋼。
【請求項３】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０４％、
Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｃ
ｒ：１０〜１４％、Ｎｉ：１．５〜８％、Ａｌ：０．０
００５〜０．０５％、Ｎ：０．００１〜０．０７％、お
よびそれぞれ０．００５〜０．５％のＴｉ、Ｖ、Ｎｂお
よびＺｒの少なくとも１種、残部：実質的にＦｅからな
り、不純物としてのＰが０．０３％以下、同じくＳが
０．０１％以下であり、金属組織が実質的に焼戻しマル
テンサイトおよび残留オーステナイトの混合組織で、残
留オーステナイトの体積分率が１〜２５％である高温強
度の高いマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項４】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０４％、
Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｃ
ｒ：１０〜１４％、Ｎｉ：１．５〜８％、Ａｌ：０．０
００５〜０．０５％、Ｎ：０．００１〜０．０７％、そ
れぞれ０．０５〜３％のＭｏとＣｕのうちの少なくとも
一方、ならびにそれぞれ０．００５〜０．５％のＴｉ、
Ｖ、ＮｂおよびＺｒの少なくとも１種、残部：実質的に
Ｆｅからなり、不純物としてのＰが０．０３％以下、同
じくＳが０．０１％以下であり、金属組織が実質的に焼
戻しマルテンサイトおよび残留オーステナイトの混合組
織で、残留オーステナイトの体積分率が１〜２５％であ
る高温強度の高いマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項５】Ｆｅの一部に代えて、それぞれ０．０００
２〜０．００５％のＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、およびＢの中
の少なくとも１種を含む請求項１〜４のいずれかに記載
の高温強度の高いマルテンサイト系ステンレス鋼。