JP2002241844A - マルテンサイト系ステンレス鋼帯および鋼管の製造方法 - Google Patents

マルテンサイト系ステンレス鋼帯および鋼管の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、APIX80規格の強度、靭性を
満足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】 質量%で、C:0.008〜0.03
%、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.1〜0.3
%、Cr:11〜15%、Ni:2〜7%、N:0.0
08〜0.03%、C+N≦0.04%、残部実質的に
Fe及び不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステ
ンレス鋼スラブを1100〜1250℃に加熱後、仕上
温度800℃以上とする熱間圧延し、その後、コイル状
に巻き取り、180℃以下まで冷却し、一次加熱とし7
00〜800℃に昇温速度100℃/h以下で加熱し、
10〜50時間保持後、180℃以下まで冷却する。二
次加熱とし、500〜650℃に加熱、10〜50時間
保持後、室温まで冷却する二次加熱を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルテンサイト系
ステンレス鋼帯の製造に関し、特に、溶接性を改善する
ため低C系とした組成で、圧延後、コイル状とし、熱処
理を行うものに関する。
【0002】
【従来の技術】油井管やラインパイプには、Ni等オー
ステナイト形成元素を添加すると共に、溶接部の靭性を
改善するため、低C,低Nとしたマルテンサイト系ステ
ンレス鋼がシームレス鋼管、溶接管として利用されてい
る。
【0003】マルテンサイト系ステンレス鋼は、焼入れ
性が高く、オーステナイト状態での熱間加工後、空冷に
よってもマルテンサイト変態するため、焼戻し処理が必
要で、特開平5−112818号公報等にはシームレス
パイプ等、比較的熱容量が小さい製品を対象とし、焼戻
し時間も1時間程度の焼戻し熱処理法が記載されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近、
マルテンサイト系ステンレス鋼の適用範囲が拡大し、コ
イル状に巻き取った鋼帯から、電縫鋼管などが製造され
るようになってきているものの、コイル状の鋼帯は、そ
の重量が数トンに達し熱容量は極めて大きく、内部まで
均一な温度とするため、10〜50時間程度の長時間を
必要とし、強度低下や、それを防止した場合には靭性の
劣化が生じていた。
【0005】鋼帯の圧延、熱処理に関しては、熱間圧延
後150℃以下まで冷却したのち、550〜670℃で
熱処理する方法が特開平11−256232号公報、特
開平11−256280号公報に開示されている。しか
し、上記方法は数トンのコイルの場合、コイルの表面側
と中心部では強度差が生じ、コイル全長に亘って均一な
特性が得られない。
【0006】特開平11−256231号公報には、コ
イルを巻き取った後850〜1200℃で熱処理し、1
50℃以下に冷却したのち550〜670℃で熱処理、
更に850〜1200℃の熱処理後680〜770℃で
熱処理したのち、550〜670℃で熱処理する方法が
開示されている。
【0007】しかし、実際のコイルの熱処理は無酸化雰
囲気炉で実施されるが、850℃以上の高温でかつ無酸
化雰囲気とし、且つ数トンのコイルを熱処理するために
は特殊な設備が必要となり、現状の設備では熱処理は不
可能である。
【0008】本発明は、以上の点に鑑みなされたもの
で、長時間の加熱であっても、強度低下が少なく、良好
な靭性の得られるマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製
造方法を提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、マルテン
サイト系ステンレス鋼帯を熱間圧延し、コイル状とした
後、バッチ焼鈍炉で、10〜50時間程度に長時間焼戻
し処理した場合の強度、靭性について詳細に検討を行っ
た。
【0010】その結果、長時間焼戻し処理をした場合、
マルテンサイト中の転位が回復し、強度が低下するもの
の、焼戻し条件の調整により、優れた強度と靭性の確保
が可能なことを見出した。
【0011】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. 下記の工程を具備したことを特徴とするマルテン
サイト系ステンレス鋼帯の製造方法 スラブを1100〜1250℃に加熱後、仕上温度8
00℃以上とする熱間圧延を行う工程。 熱間圧延後、コイル状に巻き取り、180℃以下まで
冷却する工程。 700〜800℃に昇温速度100℃/h以下で加熱
し、10〜50時間保持後、180℃以下まで冷却する
一次加熱工程。 500〜650℃に加熱、10〜50時間保持後、室
温まで冷却する二次加熱工程。
【0012】2. 鋼成分が、質量%で、C:0.00
8〜0.03%、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.
1〜0.3%、Cr:11〜15%、Ni:2〜7%、
N:0.008〜0.03%、C+N≦0.04%、残
部実質的にFe及び不可避的不純物からなることを特徴
とする1記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造
方法。
【0013】3. 更に、鋼成分として、Al:0.0
3〜0.09%を添加することを特徴とする2記載のマ
ルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【0014】4. 更に、鋼成分として、Ti:0.0
05〜0.02%、を添加することを特徴とする2又は
3記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【0015】5. 更に、鋼成分として、Ca:0.0
01〜0.005%を含むことを特徴とする2乃至4の
何れか一つに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の
製造方法。
【0016】6. 更に、鋼成分として、Mo:1〜3
%を含むことを特徴とする2乃至5の何れか一つに記載
のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【0017】7. 1乃至6の何れか一つに記載の製造
方法によるマルテンサイト系ステンレス鋼帯を溶接し、
鋼管とすることを特徴とするマルテンサイト系ステンレ
ス鋼管の製造方法。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明では、熱間圧延条件、熱処
理条件を規定する。
【0019】1.熱間圧延条件 スラブ加熱温度 スラブ加熱温度は、必要とする圧延仕上温度を確保する
ため、1100℃以上とする。一方、1250℃以上で
デルタフェライトがオーステナイト中に析出し、靭性が
劣化するため、1100〜1250℃未満(1100℃
以上、1250℃未満)とする。
【0020】仕上圧延温度 仕上圧延温度は800℃未満となると、圧延後の再結晶
が不十分で、圧延組織が残存し機械的特性に異方性が生
じるため、800℃以上とする。
【0021】2.熱処理条件 本発明では所望の強度、靭性とするため、コイル状とし
た鋼帯に2回の熱処理を行う。熱処理は、十分焼きの入
ったマルテンサイト組織とするため、コイルに巻き取り
後、一旦、180℃以下とした後に行う。
【0022】一次加熱工程:700〜800℃に昇温速
度100℃/h以下で加熱し、10〜50時間保持後、
180℃以下まで冷却。
【0023】マルテンサイト組織を実質的な細粒組織と
し、靭性を向上させるため、2相域である700〜80
0℃に加熱する。2相域への加熱により、マルテンサイ
トのラス間や粒界から新にオーステナイト相が析出し、
結晶粒(旧オーステナイト結晶)が分断され、実質的な
細粒組織が得られる。
【0024】2相域までの加熱はコイル全体を均一な温
度にするため、昇温速度100℃/h以下とし、再析出
したオーステナイト相をマルテンサイト組織とするた
め、180℃以下まで冷却する。
【0025】二次加熱工程:500〜650℃に加熱、
10〜50時間保持後、室温まで冷却。
【0026】一次加熱により上昇した強度を、所望の強
度とするため、500〜650℃に加熱し、室温まで冷
却する焼戻し処理を行なう。
【0027】図1に、一次熱処理材を対象に、焼戻し温
度の強度に及ぼす影響を調査した結果を示す。調査は供
試鋼を表1中の鋼種Aとし、コイル状とした板厚6.5
mmの熱間圧延材から採取した素材を実験室において2
7℃/hの昇温速度で780℃まで加熱後、30時間保
持の後室温まで冷却した一次処理材について行った。焼
戻し時間は30時間とした。
【0028】その結果、500〜650℃の焼戻し温度
の範囲において、APIX80規格(YS≧550MP
a,TS≧650MPa)を満足し、且つ溶接管用に成
形が容易とされるTS≦730MPaの強度が得られ
た。
【0029】尚、本発明において一次、二次のいずれの
熱処理においても、熱処理温度の保持時間は、コイル状
の鋼帯が均一に所定の温度となるように10〜50時間
とする。
【0030】本発明はマルテンサイト系ステンレス鋼
に、上記の熱間圧延条件、熱処理条件を適用した場合、
所望の強度、靭性を安定して確保できるが、その望まし
い成分組成は以下のようである。
【0031】C Cは、鋼の強度を確保し、マルテンサイト組織とするた
め0.008%以上添加する。一方、0.03%を超え
て、多量に添加すると溶接熱影響部が過度に硬化し、靭
性が低下するため、0.008〜0.03%(0.00
8%以上、0.03%以下)とする。
【0032】N Nは、鋼の強度を確保し、マルテンサイト組織とするた
め0.008%以上添加する。一方、0.03%を超え
て、多量に添加すると溶接熱影響部が過度に硬化し、靭
性が低下するため、0.008〜0.03%(0.00
8%以上、0.03%以下)とする。
【0033】Si Siは、脱酸のため添加する。0.1%未満ではその効
果がなく、一方、0.3%を超えて過剰に添加されると
デルタフェライトが晶出し、相バランスを保つためNi
量増加が必要となるため、0.1〜0.3%とする。
【0034】Mn Mnは、製鋼上、脱硫のため添加する。0.1%未満で
はその効果がなく、熱間加工性も低下する。一方、0.
3%を超えて過剰に添加すると炭酸ガスを含む環境中で
の耐食性が低下するため、0.1〜0.3%とする。
【0035】Cr Crは、ステンレス鋼の耐食性向上に必要な元素であ
り、11%以上添加する。一方、15%を超えると、マ
ルテンサイト一相組織が得られないため、11%以上、
15%以下とする。
【0036】Ni Niは、オーステナイト相を安定化させ、マルテンサイ
ト組織とし、また靭性を向上させるために添加する。フ
ェライト形成元素であるCr含有量に応じて添加するこ
とが必要で、オーステナイト相を十分に安定させ、良好
な溶接部靭性とするため、2%以上添加する。一方、7
%を超えると、その効果が飽和し、生産原価を上昇させ
るため、2〜7%とする。
【0037】C+N C+N量は、溶接熱影響部の硬度に影響を及ぼし、0.
04%を超えると溶接熱影響部の硬化により靭性が低下
するため、0.04%以下とする。
【0038】本発明では更に、好ましい特性を得るた
め、Al,Ti,Ca,Moの一種又は二種以上を添加
することが可能である。
【0039】Al Alは、脱酸のため、及び鋳造時におけるノズル詰まり
を防止するため、0.03%以上添加する。一方、0.
09%を超えて過剰に添加するとアルミナ系介在物が増
加し、また窒化物を生成して固溶N量を減少させるた
め、0.03〜0.09%とする。
【0040】Ti Tiは、鋼中のNとTiNを形成し、オーステナイト結
晶粒の成長を抑制し、溶接熱影響部靭性を向上させるた
め0.005%以上添加する。一方、0.02%を超え
ると粗大なTiNを形成し靭性を低下させ、固溶Nの減
少により強度を低下させるため、0.005〜0.02
%とする。
【0041】Ca Caは脱酸、脱硫のため、及び鋳造時におけるノズル詰
まりを防止するため0.001%以上添加する。一方、
0.005%を超えて過剰に添加するとカルシウム系介
在物が増加し、耐食性を損なうため、0.001〜0.
005%とする。
【0042】Mo Moは、耐食性を向上させる場合添加する。1%未満で
は十分な効果が得られず、一方、3%を超えるとフェラ
イトが生成し、Ni添加量の増量が必要となり生産原価
が上昇するため、1〜3%とする。
【0043】
【実施例】[実施例1]表1に示すA,B,Cの組成の鋼
を各250ton溶製した。いずれも電気炉と転炉の合
せ湯で、A,Bは12ton鋼塊に注ぎ分け鋳造し、分
解圧延でスラブとし、Cは連続鋳造によりスラブとし
た。
【0044】表2に示す加熱温度、仕上温度条件で熱間
圧延し、Aは6.5mmt,Bは7.0mmt,Cは
6.0mmtの熱延鋼帯としてコイルに巻き取った。そ
の後、コイルを室温まで冷却した後、表2に示す熱処理
条件で、一次、二次の熱処理を行った。
【0045】一次熱処理の昇温速度は、いずれの鋼でも
約25℃/hである。熱処理後、引張、衝撃特性を評価
した。
【0046】表2に示すように、APIX80規格を満
足する強度と優れた靭性の得られることが確認された。
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】[実施例2]実施例1に用いたA,B,C鋼
を、コイル状とし室温まで冷却後、素材を採取し、種々
の条件で一次、二次の熱処理後、強度、靭性を評価し
た。
【0050】表3に結果を示す。本発明によるものは優
れた強度、靭性が得られが、比較例では、強度、靭性の
何れかまたは両方が劣っている。
【0051】
【表3】
【0052】
【発明の効果】本発明によれば、マルテンサイト系ステ
ンレス鋼を熱間圧延後、コイル状とした鋼帯のいずれの
部位においても、APIX80規格を満足する強度、靭
性が得られ、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】一次熱処理後、二次熱処理における焼戻し温度
が強度に及ぼす影響を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 Fターム(参考) 4K037 EA01 EA04 EA05 EA09 EA12 EA15 EA17 EA18 EA20 EA21 EA27 EA31 EB03 FA02 FA03 FC03 FC04 FC05 FF01 FF02 FF03

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記の工程を具備したことを特徴とする
    マルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法 1.スラブを1100〜1250℃に加熱後、仕上温度
    800℃以上とする熱間圧延を行う工程。 2.熱間圧延後、コイル状に巻き取り、180℃以下ま
    で冷却する工程。 3.700〜800℃に昇温速度100℃/h以下で加
    熱し、10〜50時間保持後、180℃以下まで冷却す
    る一次加熱工程。 4.500〜650℃に加熱、10〜50時間保持後、
    室温まで冷却する二次加熱工程。
  2. 【請求項2】 鋼成分が、質量%で、C:0.008〜
    0.03%、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.1〜
    0.3%、Cr:11〜15%、Ni:2〜7%、N:
    0.008〜0.03%、C+N≦0.04%、残部実
    質的にFe及び不可避的不純物からなることを特徴とす
    る請求項1記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 更に、鋼成分として、Al:0.03〜
    0.09%を添加することを特徴とする請求項2記載の
    マルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
  4. 【請求項4】 更に、鋼成分として、Ti:0.005
    〜0.02%、を添加することを特徴とする請求項2又
    は3記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 更に、鋼成分として、Ca:0.001
    〜0.005%を含むことを特徴とする請求項2乃至4
    の何れか一つに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯
    の製造方法。
  6. 【請求項6】 更に、鋼成分として、Mo:1〜3%を
    含むことを特徴とする請求項2乃至5の何れか一つに記
    載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6の何れか一つに記載の製
    造方法によるマルテンサイト系ステンレス鋼帯を溶接
    し、鋼管とすることを特徴とするマルテンサイト系ステ
    ンレス鋼管の製造方法。
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