JP2013534563A - 高降伏強度及び高硫化物誘導性応力亀裂耐性を有する低合金鋼 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 当該課題は、重量パーセントで以下の:C:0.3〜0.5%;Si:0.1〜1%;Mn:1%以下;P:0.03%以下;S:0.005%以下;Cr:0.3〜1%;Mo:1〜2%;W:0.3〜1%;V:0.03〜0.25%;Nb:0.01〜0.15%;Al:0.01〜0.1%を含有し、前記軽合金鋼の化学組成物の残部は、Fe及び不純物、又は軽合金鋼製造及び鋳造プロセスの結果生じるか若しくは軽合金鋼製造及び鋳造プロセスに必要である残留物である、軽合金鋼の提供により解決される。
【選択図】 なし
Description
・熱処理により、862MPa(125ksi)以上、好ましくは965MPa(140ksi)以上の降伏強度が得られる;
・NACE標準TM0177、方法Aを用いて試験するとSSC耐性、0.03バールのH2S分圧があり、前記降伏強度で特に優れる;
・ベイナイトクエンチの工業設備が必要なく、つまりシームレスチューブの製造コストが特許文献1に関する発明よりも低いことを意味する。
C:0.3〜0.5%
Si:0.1〜1%
Mn:1%以下
P:0.03%以下
S:0.005%以下
Cr:0.3〜1%
Mo:1〜2%
W:0.3〜1%
V:0.03〜0.25%
Nb:0.01〜0.15%
Al:0.01〜0.1%
を含有する。
当該元素の存在は、軽合金鋼のクエンチング性の改善に不可欠で、所望の高規格機械的特性が得られうることを意味する。本発明者らはさらに、炭素含有量が比較的高くてSSC耐性がより良好になったことを示したが、当該作用の理由は特定されておらず、公知でもない。0.3%未満の含有量ではテンパリング温度が比較的低いと所望の降伏強度(140ksi以上)が得られうるのみで、SSC耐性を十分確保できない。一方、炭素含有量が0.5%を超えると、一方で熱処理、特に水ほど作用しない媒体中のマルテンサイトクエンチは、非常に長いチューブ(10〜15メートル)では管理が困難で、他方で、テンパリングで形成されるカーバイド量は過剰になり、その結果、SSC耐性が低下しうる。
ケイ素は溶鋼を脱酸素する元素である。少なくとも0.1%の含有量で当該効果が得られる。ケイ素はまた、テンパリングによる軟化を阻止してSSC耐性を改善させる。しばしば、当該元素が0.5%を超えるとSSC耐性が劣化されることが記載される。しかし、本発明者らは、SSC耐性に不利な影響を及ぼすことなくSi含有量を1%にしうることを示した。このため、含有量は0.1〜1%に調節される。0.5〜1%の範囲もまた、本発明の組成物の他の元素と組み合わせて有利なことが示される。
マンガンは軽合金鋼の鍛造性を改善しクエンチング性をもたらす元素である。しかし、1%を超えるとSSC耐性に有害な分離がおこる。そのため、その最大含有量は1%、好ましくは0.5%に調製される。鍛造性に伴う問題(燃焼)を回避すべく、最低含有量は、好ましくは0.2%に調製される。
リンは、粒界で分離してSSC耐性を低下させる元素である。このため、含有量は0.03%に限定される。
硫黄は、SSC耐性に有害な包有物を形成し、粒界で分離し得る元素である。当該影響は、0.005%以上で実在化する。このため、その含有量は、0.005%、好ましくは0.003%等の極めて低レベルに制限される。
クロムは、軽合金鋼のクエンチング性及び機械的特性の改善並びにSSC耐性の向上に有用な元素である。このため、最小含有量は少なくとも0.3%に調製される。しかし、SSC耐性の低下を防ぐには、含有量は1%を超えてはならない。このため、その含有量は0.3〜1%に調製される。好ましい下限及び上限は各々0.3%及び0.8%であり、非常に好ましくは0.4%及び0.6%である。
モリブデンは、軽合金鋼のクエンチング性を改善するのに有用な元素であり、軽合金鋼のテンパリング温度を高めうる。本発明者らは1%以上のMo含有量について特に有利な効果を観察した。対照的に、モリブデン含有量が2%を超えると、急速テンパリング後に粗化合物が形成されることが優勢になりやすく、SSC耐性が損なわれる。このため、含有量は1〜2%に調製される。好ましい範囲は1.2〜1.8%であり、非常に好ましくは1.3〜1.7%である。
モリブデンと同様に、タングステンは、軽合金鋼のクエンチング性及び強度を改善する元素である。タングステンは、急速テンパリング中に粗M23C6カーバイド及びksiカーバイド沈殿物を混入させなくても多量のMo含有量を許容するために用いうるだけでなく、その一方で、マイクロカーバイド(MC)を微細かつ均質に沈殿させることができ、拡散係数が低いためにMCの拡大を制限できる元素である。すなわち、タングステンは、テンパリング温度を上昇させて転位密度を低下させ、SSC耐性を改善するために、モリブデン含有量を効果的に高める。この目的のため少なくとも用いる含有量は0.3%である。1%を超えると、当該効果はそれ以上変化しない。このため、Mo含有量は0.3〜1%に調製される。好ましい下限及び上限は各々0.4%及び0.7%に等しい。
モリブデン同様、バナジウムは、非常に微細なマイクロカーバイド(MC)を形成してSSC耐性を改善する元素であり、これにより軽合金鋼のテンパリング温度が上昇しうる。当該効果を発揮させるためには、少なくとも0.03%の量が存在しなければならない。しかし、当該カーバイド沈殿が多すぎると、軽合金鋼が砕けやすくなる。このため、含有量は0.25%に制限される。本発明者らは、元素Nb及びVの複合効果を観察した。Nb含有量が比較的低い(0.01〜0.03%)場合、V含有量の好ましい範囲は、0.1〜0.25%の範囲であり、さらに好ましくは0.1〜0.2%の範囲である。
ニオブは、炭素及び窒素と窒化炭素を形成する他の元素である。その固着効果により、オーステナイト化処理中に粒子が効果的に精製される。通常のオーステナイト化処理温度で窒化炭素は部分的に溶解し、テンパリングで窒化炭素が沈殿すると、ニオブは硬化効果(又は軟化を遅延させる効果)があるが、当該効果はバナジウムよりも小さい。逆に、未溶解の窒化炭素は、オーステナイト化処理中にオーステナイト粒界を有効に調製し、これにより、クエンチング前に非常に微細なオーステナイト粒子を生成させうるが、これは降伏強度及びSSC耐性に極めて有利に影響する。本発明者らはまた、当該オーステナイト粒子精製効果はダブルテンパリング操作により高められると考える。示されるべきニオブの精製効果のため、当該元素は少なくとも0.01%の量で存在しなければならない。しかし、0.15%を超えると、Nb窒化炭素は過多で比較的粗くなり、SSC耐性に有利ではない。V含有量が比較的高い(0.1〜0.25%)場合、Nb含有量の好ましい範囲は、0.01〜0.03%の範囲である。
本発明者らは、元素V及びNbのテンパリング遅延に対する複合効果及びSSC耐性に対する複合効果を観察した。V含有量が比較的低い(約0.04%)場合は、さらにニオブを添加でき、逆もまた同様である(当該元素間のシーソー効果)。元素Nb及びVの当該複合効果を発現させるために、本発明者らはV+2xNbの合計に対して場合により、0.10〜0.35%の範囲、好ましくは0.12〜0.30%の範囲でよい制限を導入した。
アルミニウムは強力な軽合金鋼脱酸素剤であり、存在すると軽合金鋼の脱硫をも促進する。この効果を得るためには、アルミニウムを少なくとも0.01%の量で添加する。しかし、0.1%を超えると、軽合金鋼の脱酸化及び脱硫はもはや実質的に改善されず、粗く有害な窒化Alが形成されうる。このため、Al含有量の上限は、0.1%で調製される。好ましい下限及び上限はそれぞれ0.01%及び0.05%である。
0.01%を超えるTi含有量は、軽合金鋼の液相中の窒化チタン(TiN)の沈殿に有利であり、SSC耐性に有害な粗TiN沈殿の形成をもたらし得る。Ti含有量が0.01%以下の場合は溶鋼製造由来の不純物から生じうるもので、故意に添加された結果として生じるのではない。しかし、本発明者らによれば、その程度の少量では低窒素含有量(0.01%以下)のSSC耐性に悪影響は及ぼさない。好ましくは、Ti不純物の最大量は0.005%に制限される。
0.01%を超える窒素含有量は軽合金鋼のSSC耐性を低下させやすい。したがって、好ましくは0.01%未満の量に維持される。
この窒素要求元素は、軽合金鋼中に溶解されるとクエンチング性を大幅に改善する。
当該効果を得るために、ホウ素量を少なくとも10ppm(10−4%)添加しなければならない。
マイクロ合金ホウ素鋼は、一般に、窒素を固定し、TiN化合物を形成するためにチタンを含有し、それによりホウ素が利用可能なままで残る。
Ac1=765℃ Ac3=880℃ Ms=330℃ Mf=200℃
Claims (14)
- 高降伏強度及び優れた硫化物誘導性応力亀裂作用を有する軽合金鋼であって、重量パーセントで以下の:
C:0.3〜0.5%
Si:0.1〜1%
Mn:1%以下
P:0.03%以下
S:0.005%以下
Cr:0.3〜1%
Mo:1〜2%
W:0.3〜1%
V:0.03〜0.25%
Nb:0.01〜0.15%
Al:0.01〜0.1%
を含有し、前記軽合金鋼の化学組成物の残部は、Fe及び不純物、又は軽合金鋼製造及び鋳造プロセスの結果生じるか若しくは軽合金鋼製造及び鋳造プロセスに必要である残留物である、軽合金鋼。 - 前記C含有量が0.32〜0.38%の範囲である、請求項1記載の軽合金鋼。
- 前記C含有量が、0.40〜0.45%の範囲である、請求項1記載の軽合金鋼。
- 前記Mn含有量が0.2〜0.5%の範囲である、前記請求項いずれか1項記載の軽合金鋼。
- 前記Cr含有量が0.3〜0.8%の範囲である、前記請求項いずれか1項記載の軽合金鋼。
- 前記Mo含有量が1.2〜1.8%の範囲である、請求項1記載の軽合金鋼。
- 前記W含有量が0.4〜0.7%の範囲である、前記請求項いずれか1項記載の軽合金鋼。
- 前記V含有量が0.1〜0.25%の範囲であり、前記Nb含有量が0.01〜0.03%の範囲である、前記請求項いずれか1項記載の軽合金鋼。
- 前記V+2×Nb含有量が0.10〜0.35%の範囲である、前記請求項いずれか1項記載の軽合金鋼。
- 前記Ti不純物含有量が0.005%以下である、前記請求項いずれか1項記載の軽合金鋼。
- 前記N不純物含有量が0.01%以下である、前記請求項いずれか1項記載の軽合金鋼製品。
- クエンチ及びテンパー熱処理して、前記降伏強度を862MPa(125ksi)以上にする、前記請求項いずれか1項記載の軽合金鋼製品。
- クエンチ及びテンパー熱処理して、前記降伏強度を965MPa(140ksi)以上にする、前記請求項いずれか1項記載の軽合金鋼製品。
- 前記熱処理が2回のクエンチ操作を含む、請求項12又は13に記載の軽合金鋼製品。
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