JP2015078429A - Duplex stainless steel material and duplex stainless steel tube - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、塩化物、硫化水素(H2S)、炭酸ガス(CO2)等の腐食性物質を含有する環境(以下、腐食環境と称することがある)において使用される二相ステンレス鋼材および二相ステンレス鋼管に関するものである。 The present invention relates to a duplex stainless steel material used in an environment containing a corrosive substance such as chloride, hydrogen sulfide (H 2 S), carbon dioxide (CO 2 ) (hereinafter sometimes referred to as a corrosive environment), and It relates to a duplex stainless steel pipe.
ステンレス鋼材は、腐食環境において不働態皮膜と呼ばれるCrの酸化物を主体とする安定な表面皮膜を自然に形成して、耐食性を発現する材料である。特に、フェライト相とオーステナイト相からなる二相ステンレス鋼材は、強度特性がオーステナイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼に対して優れ、耐孔食性と耐応力腐食割れ性が良好である。このような特徴のため、二相ステンレス鋼材は、アンビリカル、海水淡水化プラント、LNG気化器等の海水環境の構造材料をはじめとして、油井管や各種化学プラント等の腐食性が厳しい環境の構造材料として使用されている。 Stainless steel is a material that naturally forms a stable surface film mainly composed of a Cr oxide called a passive film in a corrosive environment and exhibits corrosion resistance. In particular, a duplex stainless steel material composed of a ferrite phase and an austenite phase is superior in strength characteristics to austenitic stainless steel and ferritic stainless steel, and has good pitting corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance. Due to these characteristics, duplex stainless steel materials are used for structural materials in highly corrosive environments such as oil well pipes and various chemical plants, including structural materials for seawater environments such as umbilicals, seawater desalination plants, and LNG vaporizers. It is used as
しかしながら、使用環境に塩化物(塩化物イオン)等の腐食性物質が多量に含有される場合には、二相ステンレス鋼材中の介在物や不働態皮膜の欠陥等を起点として、二相ステンレス鋼材に局部腐食、いわゆる孔食が発生する場合がある。また、二相ステンレス鋼材のすきま部分においては、すきま内部では塩化物イオン等の腐食性物質が濃縮してより厳しい腐食環境となり、さらにすきま外部と内部との間で酸素濃淡電池を形成して、すきま内部の局部腐食がより促進され、いわゆるすきま腐食が発生する場合がある。さらに、孔食やすきま腐食等の局部腐食は、応力腐食割れ(SCC)の起点となる場合が多く、安全性の観点から耐食性、特に耐局部腐食性のさらなる向上が求められている。 However, if the usage environment contains a large amount of corrosive substances such as chloride (chloride ions), the duplex stainless steel material starts from inclusions in the duplex stainless steel material or defects in the passive film. In some cases, local corrosion, so-called pitting corrosion, may occur. In addition, in the gap portion of duplex stainless steel material, corrosive substances such as chloride ions are concentrated inside the gap, resulting in a more severe corrosive environment, and an oxygen concentration cell is formed between the outside and inside of the gap, Local corrosion inside the crevice is further promoted, and so-called crevice corrosion may occur. Furthermore, local corrosion such as pitting corrosion and crevice corrosion often becomes the starting point of stress corrosion cracking (SCC), and further improvement in corrosion resistance, particularly local corrosion resistance, is required from the viewpoint of safety.
特に、石油や天然ガスの掘削に用いられる油井管材料においては、近年、より深層の油井やガス井の開発が進められており、従来よりも高温で、かつ、硫化水素、炭酸ガス、塩化物等の腐食性物質を多量に含む環境に曝される場合が多くなっているため、従来よりもさらに優れた耐食性が要求されている。 In particular, in oil well pipe materials used for oil and natural gas drilling, development of deeper oil wells and gas wells has been progressing in recent years, and at higher temperatures than conventional ones, hydrogen sulfide, carbon dioxide, chlorides. Since there are many cases where it is exposed to an environment containing a large amount of corrosive substances such as the above, further superior corrosion resistance is required.
ステンレス鋼の耐孔食性は、Cr量(質量%)を[Cr]、Mo量(質量%)を[Mo]、N量(質量%)を[N]とした際に、[Cr]+3.3[Mo]+16[N]で計算される孔食指数PRE(Pitting Resistance Equivalent)で表され、Wを含む場合は、W量(質量%)を[W]として、[Cr]+3.3([Mo]+0.5[W])+16[N]で計算される孔食指数PREWで表され、Cr、Mo、Nの含有量を多くすれば優れた耐孔食性が得られることが知られている。通常の二相ステンレス鋼ではPRE(またはPREW)が35以上となるように、さらにスーパー二相ステンレス鋼では40以上になるように、Cr、Mo、N、Wの含有量が調整されている。また、Cr、Mo、Nの含有量の増加は、耐すきま腐食性の向上にも寄与することが知られている。 The pitting corrosion resistance of stainless steel is [Cr] +3 when the Cr amount (% by mass) is [Cr], the Mo amount (% by mass) is [Mo], and the N amount (% by mass) is [N]. It is represented by a pitting corrosion index PRE (Pitting Resistance Equivalent) calculated by 3 [Mo] +16 [N], and when W is included, the amount of W (mass%) is [W], and [Cr] +3.3 ( It is represented by a pitting corrosion index PREW calculated by [Mo] +0.5 [W]) + 16 [N], and it is known that if the content of Cr, Mo, N is increased, excellent pitting corrosion resistance can be obtained. ing. The contents of Cr, Mo, N, and W are adjusted so that PRE (or PREW) is 35 or more in normal duplex stainless steel, and 40 or more in super duplex stainless steel. Further, it is known that an increase in the content of Cr, Mo, and N contributes to an improvement in crevice corrosion resistance.
例えば、特許文献1には、Cr、Mo、N、Wの含有量の制御によりPREWが40以上である耐食性に優れた二相ステンレス鋼が開示されている。また、特許文献2には、Cr、Mo、W、Nの含有量の制御に加え、BやTaの含有量を制御し、耐食性および熱間加工性に優れた二相ステンレス鋼が開示されている。特許文献3には、Cr、Mo、W、Nの含有量の制御に加え、Ti、V、Nb、Ta、Zr、B等の含有量を制御し、耐食性および熱間加工性に優れた二相ステンレス鋼が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a duplex stainless steel excellent in corrosion resistance having a PREW of 40 or more by controlling the contents of Cr, Mo, N, and W. Patent Document 2 discloses a duplex stainless steel having excellent corrosion resistance and hot workability by controlling the contents of B and Ta in addition to controlling the contents of Cr, Mo, W, and N. Yes. In Patent Document 3, in addition to controlling the contents of Cr, Mo, W, and N, the contents of Ti, V, Nb, Ta, Zr, B, and the like are controlled to provide excellent corrosion resistance and hot workability. Phase stainless steel is disclosed.
二相ステンレス鋼材は、強度特性に優れる反面、圧延や引抜等の加工が通常のステンレス鋼材よりも難しい場合が多い。また硫化水素や炭酸ガス、塩化物イオンを含む厳しい腐食環境で二相ステンレス鋼材を適用するには、さらなる耐食性の向上が必要である。しかしながらCr、Mo、N、およびWの含有量の調整だけでは耐食性の改善が不十分な場合がある。さらに耐食性向上目的で添加するCr、Moの増加によりσ相析出が助長されるため、靱性や熱間加工性を劣化させる懸念がある。 The duplex stainless steel material is excellent in strength characteristics, but on the other hand, processing such as rolling and drawing is often more difficult than ordinary stainless steel material. Further, in order to apply the duplex stainless steel material in a severe corrosive environment containing hydrogen sulfide, carbon dioxide gas, and chloride ions, further improvement in corrosion resistance is necessary. However, the improvement of corrosion resistance may be insufficient only by adjusting the contents of Cr, Mo, N, and W. Furthermore, since sigma phase precipitation is promoted by an increase in Cr and Mo added for the purpose of improving corrosion resistance, there is a concern that toughness and hot workability are deteriorated.
そして、特許文献1では、鋼材の耐食性(耐孔食性)を80℃、20%−NaCl中での孔食電位で評価しているが、PREW=42程度では約300mV程度であり、昨今求められる厳しい腐食環境においては、必ずしも十分な耐食性を確保できるとは言えない。 And in patent document 1, although the corrosion resistance (pitting corrosion resistance) of steel materials is evaluated by the pitting corrosion potential in 80 degreeC and 20% -NaCl, when PREW = 42, it is about 300 mV and is calculated | required these days. In a severe corrosive environment, it cannot always be said that sufficient corrosion resistance can be secured.
また、特許文献2では、鋼中にBを添加しているが、Bは鋼中のNと結合してBNを生成することで、耐食性に寄与するN濃度を低下させてしまうおそれがある。また、特許文献2では、W添加量が5〜10質量%と高く、コスト上昇を招いて経済的に不利である。 Moreover, in patent document 2, although B is added in steel, there exists a possibility that B may combine with N in steel and produces | generates BN, and may reduce N density | concentration which contributes to corrosion resistance. Moreover, in patent document 2, W addition amount is as high as 5-10 mass%, and raises cost, and is economically disadvantageous.
また、特許文献3では、鋼中にNb、V、Ti、Zrを添加しているが、これらの元素は鋼中のNと結合して窒化物を生成することで、耐食性に寄与するN濃度を低下させてしまうおそれがある。また、生成した窒化物が粗大である場合、靱性を低下させてしまう。 In Patent Document 3, Nb, V, Ti, and Zr are added to the steel. These elements combine with N in the steel to generate nitrides, thereby contributing to the N concentration contributing to corrosion resistance. May be reduced. Moreover, when the produced | generated nitride is coarse, toughness will be reduced.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その課題は、塩化物、硫化水素、炭酸ガス等の腐食性物質を含有する環境において、良好な耐食性と熱間加工性を発現する二相ステンレス鋼材および二相ステンレス鋼管を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and its problem is to develop good corrosion resistance and hot workability in an environment containing corrosive substances such as chloride, hydrogen sulfide, and carbon dioxide gas. An object of the present invention is to provide a duplex stainless steel material and a duplex stainless steel pipe.
前記のようにステンレス鋼材は、Crの酸化物を主体とする不働態皮膜により耐食性を発現する材料である。二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相から構成されているため、これら異相界面で不連続性を有している。そのため、フェライト相とオーステナイト相との界面、または鋼中に不可避的に形成される介在物(酸化物、硫化物)と母材金属との界面において、不働態皮膜の連続性が低下することによって、不働態皮膜が不安定になる傾向が強い。その結果、塩化物イオンによる不働態皮膜の破壊作用を受けやすくなり、局部腐食が発生しやすくなる。 As described above, a stainless steel material is a material that exhibits corrosion resistance by a passive film mainly composed of Cr oxide. Since the duplex stainless steel material is composed of a ferrite phase and an austenite phase, it has a discontinuity at the interface between these different phases. Therefore, the continuity of the passive film is reduced at the interface between the ferrite phase and the austenite phase, or at the interface between the inclusion (oxide, sulfide) inevitably formed in the steel and the base metal. , Passive film tends to be unstable. As a result, the passive film is easily destroyed by chloride ions, and local corrosion is likely to occur.
本発明者らは、前記課題を解決するために、製造面や諸特性を阻害しない範囲において、二相ステンレス鋼材の不働態皮膜の安定性および保護性を強化することに着目し、耐食性を向上させる技術検討を行った。 In order to solve the above-mentioned problems, the inventors focused on enhancing the stability and protective property of the passive film of the duplex stainless steel material within the range not impairing the production surface and various characteristics, and improving the corrosion resistance. The technology was examined.
前記のようにステンレス鋼材はCrの酸化物を主体とする不動態皮膜により耐食性を発現する材料であることから、本発明者らは鋼中のCr実効濃度の向上の観点から検討を行った。鋼中に不要なCr系介在物が形成されると、鋼中のCr実効濃度が低下してしまう。そのため、ステンレス鋼材の耐食性を改善するためには、不要なCr系介在物が析出することを抑制する方法が有効であることを見出した。 As described above, since the stainless steel material is a material that exhibits corrosion resistance by a passive film mainly composed of Cr oxide, the present inventors have studied from the viewpoint of improving the effective Cr concentration in the steel. If unnecessary Cr-based inclusions are formed in the steel, the effective Cr concentration in the steel decreases. Therefore, in order to improve the corrosion resistance of the stainless steel material, it has been found that a method for suppressing the precipitation of unnecessary Cr inclusions is effective.
一般的に、ステンレス鋼材におけるCr系介在物として、炭化物や酸化物があげられる。そのため、これら介在物の形成原因となる鋼中のCやOを他の元素で固定することが重要である。ここで、炭化物系介在物については、特に鋼中で耐食性を大きく低下させるCr欠乏層の原因となるCr系炭化物(Cr23C6)やσ相(Fe−Cr金属間化合物)を形成することが知られているため、鋼中のC量を低減させたり、CをCr系以外の炭化物(例えばTiCやNbC、VCなど)で固定する方法が知られている。 In general, carbides and oxides are examples of Cr-based inclusions in stainless steel materials. Therefore, it is important to fix C and O in the steel that causes the formation of these inclusions with other elements. Here, with regard to carbide inclusions, especially Cr-based carbides (Cr 23 C 6 ) and σ phases (Fe—Cr intermetallic compounds) that cause a Cr-deficient layer that greatly reduces corrosion resistance in steel are formed. Therefore, methods for reducing the amount of C in steel and fixing C with carbides other than Cr (for example, TiC, NbC, VC, etc.) are known.
そこで本発明者らは、さらなる耐食性の改善を図るために、酸化物系介在物に着目した。一般的にOについては、脱酸のために添加したSiやAl、またCaやMgによる固定がなされている。ステンレス鋼中の酸化物を分析すると、Al酸化物(Al2O3)、Si酸化物(SiO2)、また鋼中に含有量の多いCrに起因するCr酸化物(Cr2O3)等の酸化物からなる複合酸化物が観察される。ここで、Crよりも酸化物を形成しやすいTaを適切に添加することで、積極的にTa系酸化物(Ta2O5)を鋼中に析出させると、不要なCr系酸化物(Cr2O3)の析出を抑制することができ、鋼中のCrの実効濃度を高めることとなり、結果として不動態皮膜の安定性を高めることができ、耐食性が向上することを見出した。さらに、炭化物系介在物やCr系酸化物等の酸化物系介在物の析出を抑制し、σ相の生成を抑制することによって、熱間加工性を向上させることが可能となることも見出した。
本発明は、上記の検討による新たな知見を得ることによって、完成するに至ったものである。
Therefore, the present inventors paid attention to oxide inclusions in order to further improve the corrosion resistance. In general, O is fixed by Si or Al added for deoxidation, or Ca or Mg. When oxides in stainless steel are analyzed, Al oxide (Al 2 O 3 ), Si oxide (SiO 2 ), and Cr oxide (Cr 2 O 3 ) caused by Cr having a large content in the steel, etc. A complex oxide consisting of the oxides of the above is observed. Here, when Ta which easily forms an oxide rather than Cr is appropriately added to actively precipitate Ta-based oxide (Ta 2 O 5 ) in steel, unnecessary Cr-based oxide (Cr It has been found that the precipitation of 2 O 3 ) can be suppressed and the effective concentration of Cr in the steel can be increased. As a result, the stability of the passive film can be increased and the corrosion resistance can be improved. Furthermore, it has also been found that hot workability can be improved by suppressing the precipitation of oxide inclusions such as carbide inclusions and Cr oxides, and suppressing the formation of σ phase. .
The present invention has been completed by obtaining new findings from the above examination.
本発明に係る二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相とからなる二相ステンレス鋼材であって、前記二相ステンレス鋼材の成分組成は、C:0.10質量%以下、Si:0.1〜2.0質量%、Mn:0.1〜2.0質量%、P:0.05質量%以下、S:0.01質量%以下、Al:0.001〜0.050質量%、Ni:1.0〜10.0質量%、Cr:22.0〜28.0質量%、Mo:2.0〜6.0質量%、N:0.2〜0.5質量%、Ta:0.01〜0.50質量%、O:0.030質量%以下であって、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、質量%によるTa/Oの比が2.5以上であることを特徴としている。 The duplex stainless steel material according to the present invention is a duplex stainless steel material composed of a ferrite phase and an austenite phase, and the component composition of the duplex stainless steel material is C: 0.10% by mass or less, Si: 0.1 -2.0 mass%, Mn: 0.1-2.0 mass%, P: 0.05 mass% or less, S: 0.01 mass% or less, Al: 0.001-0.050 mass%, Ni : 1.0-10.0 mass%, Cr: 22.0-28.0 mass%, Mo: 2.0-6.0 mass%, N: 0.2-0.5 mass%, Ta: 0 0.01 to 0.50% by mass, O: 0.030% by mass or less, the balance being Fe and inevitable impurities, and the Ta / O ratio by mass% is 2.5 or more Yes.
前記のように、二相ステンレス鋼材は、所定量のC、Si、Mn、P、S、Al、Ni、Cr、Mo、N、Ta、Oを含有し、Taを所定量添加することによって、Cr系酸化物の析出を抑制して、耐食性を向上させると共に、熱間加工性の低下が抑制される。 As described above, the duplex stainless steel material contains a predetermined amount of C, Si, Mn, P, S, Al, Ni, Cr, Mo, N, Ta, O, and by adding a predetermined amount of Ta, While suppressing the precipitation of Cr-based oxides, the corrosion resistance is improved and the decrease in hot workability is suppressed.
また、本発明に係る二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、さらに、Co:0.1〜2.0質量%、Cu:0.1〜2.0質量%、V:0.01〜0.50質量%、Ti:0.01〜0.50質量%、Nb:0.01〜0.50質量%よりなる群から選ばれる1種以上を含有することが好ましい。 In the duplex stainless steel material according to the present invention, the component composition further includes Co: 0.1 to 2.0 mass%, Cu: 0.1 to 2.0 mass%, and V: 0.01 to 0. It is preferable to contain at least one selected from the group consisting of .50% by mass, Ti: 0.01 to 0.50% by mass, and Nb: 0.01 to 0.50% by mass.
前記のように、二相ステンレス鋼材は、所定量のCo、Cu、V、Ti、Nbよりなる群から選ばれる1種以上をさらに含有することによって、耐食性がさらに向上する。また、Co、Cuはオーステナイト相の安定化にも寄与し、V、Ti、Nbは強度特性や熱間加工性の向上にも寄与する。 As described above, the duplex stainless steel material further improves corrosion resistance by further containing at least one selected from the group consisting of Co, Cu, V, Ti, and Nb in a predetermined amount. Further, Co and Cu contribute to stabilization of the austenite phase, and V, Ti and Nb contribute to improvement of strength characteristics and hot workability.
また、本発明に係る二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、さらに、Mg:0.0005〜0.0200質量%、Ca:0.0005〜0.0200質量%の1種または2種を含有することが好ましい。 In addition, the duplex stainless steel material according to the present invention further includes one or two of the above component compositions of Mg: 0.0005 to 0.0200 mass% and Ca: 0.0005 to 0.0200 mass%. It is preferable to do.
前記のように、二相ステンレス鋼材は、所定量のMg、Caの1種または2種をさらに含有することによって、局部腐食の起点となりやすい不動態皮膜欠損箇所となるような粗大なMnS等の介在物の生成が抑制され、耐局部腐食性が向上する。また、粗大なMnS等の介在物の生成が抑制されることで熱間加工性が向上する。 As described above, the duplex stainless steel material further contains a predetermined amount of Mg, Ca, or two kinds of coarse MnS or the like which becomes a passive film deficient portion that tends to start local corrosion. Formation of inclusions is suppressed and local corrosion resistance is improved. Moreover, hot workability improves by the production | generation of inclusions, such as coarse MnS, being suppressed.
さらに、本発明に係る二相ステンレス鋼管は、前記の二相ステンレス鋼材からなることを特徴とする。
前記のように、二相ステンレス鋼管は、鋼管を二相ステンレス鋼材で構成することによって、鋼管表面に形成される不働態皮膜の安定性が高まるため、局部腐食を大幅に抑制でき、耐食性が向上する。
Furthermore, the duplex stainless steel pipe according to the present invention is characterized by comprising the duplex stainless steel material described above.
As mentioned above, the duplex stainless steel pipe is made of a duplex stainless steel material, which increases the stability of the passive film formed on the surface of the steel pipe, so that local corrosion can be greatly suppressed and corrosion resistance is improved. To do.
本発明の二相ステンレス鋼材によれば、塩化物、硫化水素、炭酸ガス等の腐食性物質を含有する環境において、良好な耐食性と熱間加工性を発現する。また、本発明の二相ステンレス鋼管によれば、塩化物、硫化水素、炭酸ガス等の腐食性物質を含有する環境において、良好な耐食性を発現する。その結果、二相ステンレス鋼管は、アンビリカル、海水淡水化プラント、LNG気化器等の海水環境の構造材料をはじめとして、油井管や各種化学プラント等の腐食性が厳しい環境の構造材料への使用が可能となる。 The duplex stainless steel material of the present invention exhibits good corrosion resistance and hot workability in an environment containing corrosive substances such as chloride, hydrogen sulfide, and carbon dioxide gas. Moreover, according to the duplex stainless steel pipe of the present invention, good corrosion resistance is exhibited in an environment containing corrosive substances such as chloride, hydrogen sulfide, carbon dioxide gas and the like. As a result, duplex stainless steel pipes can be used not only for structural materials in seawater environments such as umbilicals, seawater desalination plants, and LNG vaporizers, but also for structural materials in highly corrosive environments such as oil well pipes and various chemical plants. It becomes possible.
<二相ステンレス鋼材>
本発明に係る二相ステンレス鋼材の実施形態について詳細に説明する。
本発明の二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相とからなる二相ステンレス鋼材であって、前記二相ステンレス鋼材の成分組成は、C、Si、Mn、P、S、Al、Ni、Cr、Mo、N、Taを所定量含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。以下、各構成について説明する。
<Duplex stainless steel>
An embodiment of the duplex stainless steel material according to the present invention will be described in detail.
The duplex stainless steel material of the present invention is a duplex stainless steel material composed of a ferrite phase and an austenite phase, and the component composition of the duplex stainless steel material is C, Si, Mn, P, S, Al, Ni, Cr , Mo, N, and Ta are contained in a predetermined amount, with the balance being Fe and inevitable impurities. Each configuration will be described below.
(鋼材組織)
本発明の二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相の二相からなるものである。フェライト相とオーステナイト相からなる二相ステンレス鋼材においては、CrやMo等のフェライト相安定化元素はフェライト相に濃縮し、NiやN等のオーステナイト相安定化元素はオーステナイト相に濃縮する傾向にある。このとき、フェライト相のオーステナイト相に対する面積比が30%未満または70%を超える場合には、Cr、Mo、Ni、N等の耐食性に寄与する元素のフェライト相とオーステナイト相における濃度差異が大きくなりすぎて、フェライト相とオーステナイト相のいずれか耐食性に劣る側が選択腐食されて耐食性が劣化する傾向が大きくなる。したがって、フェライト相とオーステナイト相との面積比も最適化することが推奨される。フェライト相のオーステナイト相に対する面積比は、耐食性の観点から30〜70%が好ましく、40〜60%がさらに好ましい。このようなフェライト相とオーステナイト相の面積比は、フェライト相安定化元素とオーステナイト相安定化元素の含有量を調整することによって適正化することが可能である。
(Steel structure)
The duplex stainless steel material of the present invention is composed of two phases of a ferrite phase and an austenite phase. In a duplex stainless steel material composed of a ferrite phase and an austenite phase, ferrite phase stabilizing elements such as Cr and Mo tend to concentrate in the ferrite phase, and austenite phase stabilizing elements such as Ni and N tend to concentrate in the austenite phase. . At this time, when the area ratio of the ferrite phase to the austenite phase is less than 30% or more than 70%, the concentration difference between the ferrite phase and the austenite phase of elements contributing to the corrosion resistance such as Cr, Mo, Ni, and N becomes large. Too much, either the ferrite phase or the austenite phase, which is inferior in corrosion resistance, is selectively corroded, and the tendency of the corrosion resistance to deteriorate increases. Therefore, it is recommended to optimize the area ratio between the ferrite phase and the austenite phase. The area ratio of the ferrite phase to the austenite phase is preferably 30 to 70%, more preferably 40 to 60% from the viewpoint of corrosion resistance. Such an area ratio between the ferrite phase and the austenite phase can be optimized by adjusting the contents of the ferrite phase stabilizing element and the austenite phase stabilizing element.
また、本発明の二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相以外にσ相やCrの炭窒化物等の異相も耐食性や機械特性等の諸特性を害さない程度に許容できる。フェライト相とオーステナイト相の合計面積の全体の面積に対する比は、95%以上とすることが好ましく、97%以上とすることがさらに好ましい。 In addition, the duplex stainless steel material of the present invention can tolerate other phases such as the σ phase and Cr carbonitride in addition to the ferrite phase and austenite phase to such an extent that they do not impair various properties such as corrosion resistance and mechanical properties. The ratio of the total area of the ferrite phase and austenite phase to the total area is preferably 95% or more, and more preferably 97% or more.
二相ステンレス鋼材の成分組成の数値範囲の限定理由について説明する。
(C:0.10質量%以下)
Cは、鋼材中でCr等との炭化物を形成して耐食性を低下させる。そのため、Cの含有量はできる限り少ない方が良く、0.10質量%以下とする。Cの含有量は、好ましくは0.08質量%以下であり、より好ましくは0.06質量%以下である。なお、Cは、鋼材中に含有されていない、すなわち0質量%であっても良い。
The reason for limiting the numerical range of the component composition of the duplex stainless steel material will be described.
(C: 0.10 mass% or less)
C forms a carbide with Cr or the like in the steel material to lower the corrosion resistance. Therefore, the content of C is preferably as small as possible, and is 0.10% by mass or less. The content of C is preferably 0.08% by mass or less, and more preferably 0.06% by mass or less. C may not be contained in the steel material, that is, 0% by mass.
(Si:0.1〜2.0質量%)
Siは、脱酸とフェライト相の安定化のために必要な元素である。このような効果を得るため、Siの含有量は0.1質量%以上とする。Siの含有量は、好ましくは0.15質量%以上であり、より好ましくは0.2質量%以上である。しかし、過剰にSiを含有させると、熱間加工性が劣化することから、Siの含有量は2.0質量%以下とする。Siの含有量は、好ましくは1.5質量%以下であり、より好ましくは1.0質量%以下である。
(Si: 0.1 to 2.0% by mass)
Si is an element necessary for deoxidation and stabilization of the ferrite phase. In order to obtain such an effect, the Si content is 0.1% by mass or more. The Si content is preferably 0.15% by mass or more, and more preferably 0.2% by mass or more. However, if Si is excessively contained, the hot workability deteriorates, so the Si content is set to 2.0 mass% or less. The content of Si is preferably 1.5% by mass or less, and more preferably 1.0% by mass or less.
(Mn:0.1〜2.0質量%)
Mnは、Siと同様に脱酸効果があり、さらに強度確保のために必要な元素である。このような効果を得るため、Mnの含有量は0.1質量%以上とする。Mnの含有量は、好ましくは0.15質量%以上であり、より好ましくは0.2質量%以上である。しかし、過剰にMnを含有させると、粗大なMnSを形成して耐食性が劣化することから、Mnの含有量は2.0質量%以下とする。Mnの含有量は、好ましくは1.5質量%以下であり、より好ましくは1.0質量%以下である。
(Mn: 0.1 to 2.0% by mass)
Mn has a deoxidizing effect like Si, and is an element necessary for ensuring strength. In order to obtain such an effect, the Mn content is 0.1% by mass or more. The Mn content is preferably 0.15% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more. However, if Mn is excessively contained, coarse MnS is formed and the corrosion resistance is deteriorated. Therefore, the Mn content is set to 2.0% by mass or less. The Mn content is preferably 1.5% by mass or less, and more preferably 1.0% by mass or less.
(P:0.05質量%以下)
Pは、耐食性や溶接性、加工性を劣化させる元素である。そのため、Pの含有量はできる限り少ない方が良く、0.05質量%以下とする。Pの含有量は、好ましくは0.04質量%以下であり、より好ましくは0.03質量%以下である。また、Pは、鋼材中に含有されていない、すなわち0質量%であって良い。しかし、Pの含有量の過度の低減は、製造コストの上昇をもたらすので、Pの含有量の実操業上の下限値は0.01質量%である。
(P: 0.05% by mass or less)
P is an element that deteriorates corrosion resistance, weldability, and workability. Therefore, the content of P is preferably as small as possible, and is 0.05% by mass or less. The content of P is preferably 0.04% by mass or less, more preferably 0.03% by mass or less. Further, P may not be contained in the steel material, that is, 0% by mass. However, excessive reduction of the P content causes an increase in production cost, so the lower limit of the P content in actual operation is 0.01% by mass.
(S:0.01質量%以下)
Sは、Pと同様に溶製時に混入する不純物であり、Mn等と結合して硫化物系介在物を形成して、耐食性や熱間加工性を劣化させる元素である。そのため、Sの含有量はできる限り少ない方が良く、0.01質量%以下とする。Sの含有量は、好ましくは0.003質量%以下である。
(S: 0.01% by mass or less)
S, like P, is an impurity mixed during melting, and is an element that combines with Mn or the like to form sulfide inclusions and degrades corrosion resistance and hot workability. Therefore, the content of S is preferably as small as possible, and is 0.01% by mass or less. The S content is preferably 0.003% by mass or less.
(Al:0.001〜0.050質量%)
Alは、Si、Mnと同様に脱酸効果があり、溶製時の酸素量低減に必要な元素である。このような効果を得るため、Alの含有量は0.001質量%以上とする。しかし、過剰にAlを含有させると、酸化物系介在物を生成させて、耐孔食性に悪影響を及ぼすことから、Alの含有量は0.050質量%以下とする。Alの含有量は、好ましくは0.02質量%以下である。
(Al: 0.001 to 0.050 mass%)
Al, like Si and Mn, has a deoxidizing effect and is an element necessary for reducing the amount of oxygen during melting. In order to obtain such an effect, the Al content is set to 0.001% by mass or more. However, if Al is excessively contained, oxide inclusions are generated and adversely affect pitting corrosion resistance. Therefore, the Al content is set to 0.050% by mass or less. The content of Al is preferably 0.02% by mass or less.
(Ni:1.0〜10.0質量%)
Niは、耐食性向上に必要な元素であり、特に、塩化物環境における局部腐食抑制に効果が大きい。また、Niは、低温靱性を向上させるのにも有効であり、さらにオーステナイト相を安定化させるためにも必要な元素である。こうした効果を得るため、Niの含有量は1.0質量%以上とする。Niの含有量は、好ましくは2.0質量%以上であり、より好ましくは3.0質量%以上である。しかし、過剰にNiを含有させると、オーステナイト相が多くなりすぎて強度が低下することから、Niの含有量は10.0質量%以下とする。Niの含有量は、好ましくは9.5質量%以下であり、より好ましくは9.0質量%以下である。
(Ni: 1.0-10.0 mass%)
Ni is an element necessary for improving corrosion resistance, and is particularly effective for suppressing local corrosion in a chloride environment. Ni is also an element that is effective for improving low-temperature toughness and is also necessary for stabilizing the austenite phase. In order to obtain such an effect, the Ni content is set to 1.0% by mass or more. The Ni content is preferably 2.0% by mass or more, and more preferably 3.0% by mass or more. However, when Ni is excessively contained, the austenite phase is excessively increased and the strength is lowered. Therefore, the Ni content is 10.0% by mass or less. The Ni content is preferably 9.5% by mass or less, and more preferably 9.0% by mass or less.
(Cr:22.0〜28.0質量%)
Crは、不働態皮膜の主要成分であり、ステンレス鋼材の耐食性発現の基本元素である。また、Crは、フェライト相を安定化させる元素でもある。フェライト相とオーステナイト相の二相組織を維持して耐食性、強度を両立させるため、Crの含有量は22.0質量%以上とする。Crの含有量は、好ましくは23.0質量%以上であり、より好ましくは24.0質量%以上である。しかし、過剰にCrを含有させると、熱間加工性が劣化することから、Crの含有量は28.0質量%以下とする。Crの含有量は、好ましくは27.5質量%以下であり、より好ましくは27.0質量%以下である。
(Cr: 22.0-28.0 mass%)
Cr is a main component of the passive film, and is a basic element for developing the corrosion resistance of the stainless steel material. Cr is also an element that stabilizes the ferrite phase. In order to maintain the two-phase structure of the ferrite phase and the austenite phase and achieve both corrosion resistance and strength, the Cr content is set to 22.0 mass% or more. The content of Cr is preferably 23.0% by mass or more, and more preferably 24.0% by mass or more. However, when Cr is excessively contained, hot workability deteriorates, so the Cr content is set to 28.0% by mass or less. The content of Cr is preferably 27.5% by mass or less, and more preferably 27.0% by mass or less.
(Mo:2.0〜6.0質量%)
Moは、溶解時にモリブデン酸を生成して、インヒビター作用により耐局部腐食性を向上させる効果を発揮し、耐食性を向上させる元素である。また、Moは、フェライト相を安定化させる元素でもあり、鋼材の耐孔食性・耐割れ性を改善させる元素でもある。このような効果を得るため、Moの含有量は2.0質量%以上とする。Moの含有量は、好ましくは2.2質量%以上であり、より好ましくは2.5質量%以上である。しかし、過剰にMoを含有させると、σ相等の金属間化合物の生成を助長し、耐食性および熱間加工性が劣化することから、Moの含有量は6.0質量%以下とする。Moの含有量は、好ましくは5.5質量%以下であり、より好ましくは5.0質量%以下である。
(Mo: 2.0 to 6.0 mass%)
Mo is an element that generates molybdic acid at the time of dissolution and exhibits an effect of improving local corrosion resistance by an inhibitor action, thereby improving the corrosion resistance. Mo is also an element that stabilizes the ferrite phase and is an element that improves the pitting corrosion resistance and crack resistance of the steel material. In order to obtain such an effect, the Mo content is set to 2.0% by mass or more. The Mo content is preferably 2.2% by mass or more, and more preferably 2.5% by mass or more. However, if Mo is excessively contained, the formation of intermetallic compounds such as the σ phase is promoted, and the corrosion resistance and hot workability deteriorate. Therefore, the Mo content is set to 6.0% by mass or less. The content of Mo is preferably 5.5% by mass or less, and more preferably 5.0% by mass or less.
(N:0.2〜0.5質量%)
Nは、強力なオーステナイト相を安定化させる元素であり、σ相の生成感受性を増加させずに耐食性を向上させる効果がある。さらに鋼材の高強度化にも有効な元素であるため、本発明では積極的に活用する。このような効果を得るため、Nの含有量は0.2質量%以上とする。N含有量は、好ましくは0.22質量%以上であり、より好ましくは0.25質量%以上である。しかし、過剰にNを含有させると、窒化物が形成され、靭性や耐食性が低下する。また、熱間加工性を劣化させ、鍛造・圧延時に耳割れや表面欠陥を生じさせる。そのため、Nの含有量は0.5質量%以下とする。Nの含有量は、好ましくは0.45質量%以下であり、より好ましくは0.4質量%以下である。
(N: 0.2-0.5% by mass)
N is an element that stabilizes a strong austenite phase, and has an effect of improving corrosion resistance without increasing the formation sensitivity of the σ phase. Furthermore, since it is an effective element for increasing the strength of steel, it is actively used in the present invention. In order to obtain such an effect, the N content is 0.2% by mass or more. N content becomes like this. Preferably it is 0.22 mass% or more, More preferably, it is 0.25 mass% or more. However, when N is contained excessively, nitrides are formed, and toughness and corrosion resistance are lowered. In addition, hot workability is deteriorated, and ear cracks and surface defects are generated during forging and rolling. Therefore, the N content is 0.5% by mass or less. The N content is preferably 0.45% by mass or less, and more preferably 0.4% by mass or less.
(Ta:0.01〜0.50質量%)
Taは、Oと結合することでCr系酸化物の生成を抑制し、靱性や耐食性の低下に影響を及ぼすσ相の析出の抑制効果を有する元素である。また、鋼材の実質的なCr濃度向上に寄与する効果がある。このような効果を得るため、Taの含有量は0.01質量%以上とする。Taの含有量は、好ましくは0.02質量%以上であり、より好ましくは0.03質量%以上である。しかし、過剰なTaの添加は、鋼中のNと結合することで窒化物として析出してしまい、靱性、熱間加工性を低下させてしまう。また、窒化物の析出によりNの実効濃度を低減させてしまう。そのため、Taの含有量は0.50質量%以下とする。Taの含有量は、好ましくは0.40質量%以下であり、より好ましくは0.30質量%以下である。
(Ta: 0.01 to 0.50 mass%)
Ta is an element that suppresses the formation of Cr-based oxides by combining with O and has the effect of suppressing the precipitation of the σ phase, which affects the deterioration of toughness and corrosion resistance. Moreover, there exists an effect which contributes to the substantial Cr density | concentration improvement of steel materials. In order to obtain such an effect, the content of Ta is set to 0.01% by mass or more. The content of Ta is preferably 0.02% by mass or more, and more preferably 0.03% by mass or more. However, excessive addition of Ta results in precipitation as nitrides due to bonding with N in the steel, thereby reducing toughness and hot workability. Further, the effective concentration of N is reduced by the precipitation of nitride. Therefore, the Ta content is 0.50% by mass or less. The content of Ta is preferably 0.40% by mass or less, and more preferably 0.30% by mass or less.
(O:0.030質量%以下)
Oは、SiやAl等の脱酸元素と結合することで鋼中に酸化物として析出し、二相ステンレス鋼の加工性および耐食性を低下させる。そのため、不純物としてのOの含有量は低ければ低いほど好ましく、0.030質量%以下とする。Oの含有量は、好ましくは0.028質量%以下、より好ましくは0.025質量%以下、さらに好ましくは0.024質量%以下である。なお、O含有量は、低ければ低いほど好ましいが、過剰にOを低減させることはコストアップに繋がるため、その下限はおおよそ0.0005質量%程度である。
(O: 0.030% by mass or less)
O combines with a deoxidizing element such as Si or Al to precipitate as an oxide in the steel, thereby reducing the workability and corrosion resistance of the duplex stainless steel. Therefore, the content of O as an impurity is preferably as low as possible, and is set to 0.030% by mass or less. The content of O is preferably 0.028% by mass or less, more preferably 0.025% by mass or less, and further preferably 0.024% by mass or less. In addition, although O content is so preferable that it is low, since reducing O excessively leads to a cost increase, the minimum is about 0.0005 mass%.
(Ta/Oの比が2.5以上)
Ta系酸化物を効率的に生成させるためには、TaとOの比率が重要である。そのためには、質量%によるTa/Oの比を2.5以上とすることが必要である。好ましくは2.7以上、より好ましくは2.9以上である。なお、Taを添加することのみでも耐食性や加工性は向上するが、さらにTa/Oを適切に制御することによって、単純にTaを添加する場合よりも、Ta系酸化物を効率的に生成させることができる。そのことによって、より一層耐食性および加工性を向上させることができる。またTaの添加量が比較的少ない場合でも、Oの含有量を低下させることで所望の耐食性を確保することが可能になる。
(Ta / O ratio is 2.5 or more)
In order to efficiently produce a Ta-based oxide, the ratio of Ta and O is important. For that purpose, it is necessary to set the ratio of Ta / O by mass% to 2.5 or more. Preferably it is 2.7 or more, more preferably 2.9 or more. In addition, corrosion resistance and workability are improved only by adding Ta, but Ta-O is generated more efficiently than by simply adding Ta by appropriately controlling Ta / O. be able to. Thereby, corrosion resistance and workability can be further improved. Even when the amount of Ta added is relatively small, the desired corrosion resistance can be ensured by reducing the O content.
また、本発明の二相ステンレス鋼材は、本発明の効果に悪影響を与えない範囲で、さらに他の元素を含有させても良い。例えば、本発明の二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、さらに所定量のCo、Cu、V、Ti、Nbよりなる群から1種以上を含有することが好ましい。 Further, the duplex stainless steel material of the present invention may further contain other elements as long as the effects of the present invention are not adversely affected. For example, in the duplex stainless steel material of the present invention, the component composition preferably further contains one or more kinds from a group consisting of a predetermined amount of Co, Cu, V, Ti, and Nb.
(Co:0.1〜2.0質量%、Cu:0.1〜2.0質量%、V:0.01〜0.50質量%、Ti:0.01〜0.50質量%、Nb:0.01〜0.50質量%よりなる群から選ばれる1種以上)
CoおよびCuは、耐食性を向上させ、オーステナイト相を安定化させる元素である。このような効果を得るため、CoまたはCuを含有させるときは、これらの元素の含有量は各々0.1質量%以上とする。しかし、過剰にCoまたはCuを含有させると、熱間加工性が劣化することから、これらの元素の含有量は各々2.0質量%以下とする。これらの元素の含有量は各々、好ましくは0.2質量%以上であり、1.5質量%以下である。
(Co: 0.1-2.0 mass%, Cu: 0.1-2.0 mass%, V: 0.01-0.50 mass%, Ti: 0.01-0.50 mass%, Nb : One or more selected from the group consisting of 0.01 to 0.50% by mass)
Co and Cu are elements that improve corrosion resistance and stabilize the austenite phase. In order to obtain such an effect, when Co or Cu is contained, the content of these elements is 0.1% by mass or more. However, if Co or Cu is excessively contained, the hot workability deteriorates, so the content of these elements is 2.0% by mass or less. The contents of these elements are each preferably 0.2% by mass or more and 1.5% by mass or less.
V、TiおよびNbは、耐食性を向上させ、強度特性や熱間加工性を向上させる元素である。このような効果を得るため、V、TiまたはNbを含有させるときは、これらの元素の含有量は各々0.01質量%以上とする。しかし、過剰にV、TiまたはNbを含有させると、粗大な炭化物や窒化物を形成し、靭性が劣化することから、これらの元素の含有量は各々0.50質量%以下とする。これらの元素の含有量は各々、好ましくは0.05質量%以上であり、0.40質量%以下である。 V, Ti, and Nb are elements that improve corrosion resistance and improve strength characteristics and hot workability. In order to obtain such an effect, when V, Ti or Nb is contained, the content of these elements is 0.01% by mass or more. However, if V, Ti, or Nb is excessively contained, coarse carbides and nitrides are formed and the toughness is deteriorated. Therefore, the content of these elements is set to 0.50% by mass or less. The contents of these elements are each preferably 0.05% by mass or more and 0.40% by mass or less.
また、本発明の二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、さらに、所定量のMg、Caの1種または2種を含有することが好ましい。 Moreover, as for the duplex stainless steel material of this invention, it is preferable that the said component composition contains 1 type or 2 types of Mg and Ca of a predetermined amount further.
(Mg:0.0005〜0.0200質量%、Ca:0.0005〜0.0200質量%の1種または2種)
MgおよびCaは、鋼中に不純物として含まれるSと結合して、局部腐食の起点となりやすいMnSの形成を抑制して、耐局部腐食性を向上させる元素である。また鋼中のSやOと結合してこれらの介在物が粒界に偏析するのを抑制して、熱間加工性を向上させる効果がある。このような効果を得るため、MgまたはCaを含有させるときは、これらの元素の含有量は各々0.0005質量%以上とする。しかし、過剰にMgまたはCaを含有させると、酸化物系介在物の増加を招き、耐食性、加工性が劣化する。そのため、これらの元素の含有量は各々0.0200質量%以下とする。これらの元素の含有量は各々、好ましくは0.0020〜0.0200質量%である。
(Mg: 0.0005 to 0.0200 mass%, Ca: 0.0005 to 0.0200 mass%, one or two)
Mg and Ca are elements that combine with S contained as an impurity in steel to suppress the formation of MnS, which tends to be a starting point of local corrosion, and improve local corrosion resistance. Moreover, it combines with S and O in steel, and suppresses that these inclusions segregate at a grain boundary, and has the effect of improving hot workability. In order to obtain such an effect, when Mg or Ca is contained, the content of these elements is 0.0005% by mass or more. However, if Mg or Ca is excessively contained, the oxide inclusions increase, and the corrosion resistance and workability deteriorate. Therefore, the content of these elements is 0.0200% by mass or less. The content of these elements is preferably 0.0020 to 0.0200% by mass.
(残部Fe、不可避的不純物)
本発明で使用される二相系ステンレス鋼の基本成分は、上記の通りであり、残部成分は実質的にFeであるが、不可避的不純物の混入はもちろん許容される。不可避的不純物は、本発明の二相ステンレス鋼材の諸特性を害さない程度に含有することができる。
(Remainder Fe, inevitable impurities)
The basic components of the duplex stainless steel used in the present invention are as described above, and the remaining component is substantially Fe, but it is of course acceptable to mix inevitable impurities. Inevitable impurities can be contained to such an extent that the various properties of the duplex stainless steel material of the present invention are not harmed.
(PRE)
本発明に係る二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、Crの含有量(質量%)を[Cr]、Moの含有量(質量%)を[Mo]、Nの含有量(質量%)を[N]とした際に、PRE=[Cr]+3.3[Mo]+16[N]≧40であることが好ましい。
[Cr]+3.3[Mo]+16[N]は、鋼材の耐食性を表す指標として従来から知られている耐孔食性指数(PRE:Pitting Resistance Equivalent)である。PRE≧40とすることによって、組織中のCr量、Mo量、N量のバランスが適切なものとなり、鋼材の耐食性および強度をさらに向上させることができる。
(PRE)
In the duplex stainless steel material according to the present invention, the component composition is such that the Cr content (% by mass) is [Cr], the Mo content (% by mass) is [Mo], and the N content (% by mass). When [N] is set, it is preferable that PRE = [Cr] +3.3 [Mo] +16 [N] ≧ 40.
[Cr] +3.3 [Mo] +16 [N] is a pitting corrosion resistance index (PRE) that is conventionally known as an index representing the corrosion resistance of steel materials. By setting PRE ≧ 40, the balance of Cr content, Mo content, and N content in the structure becomes appropriate, and the corrosion resistance and strength of the steel material can be further improved.
(二相ステンレス鋼材の製造方法)
本発明の二相ステンレス鋼材は、通常のステンレス鋼材の量産に用いられている製造設備および製造方法によって製造することができる。鋼中の不純物としてのOを低減させるためには、SiやAl等のOとの親和力の大きい元素を多めに添加して脱酸を行い、さらに真空脱ガスやアルゴンガス攪拌などの二次精錬の時間を長時間化したり、複数回行うことによって介在物を除去する。例えば、転炉あるいは電気炉にて溶解した溶鋼に対して、AOD法やVOD法等による精錬を行って成分調整した後、連続鋳造法や造塊法等の鋳造方法で鋼塊とする。得られた鋼塊を1000〜1200℃程度の温度域にて熱間加工を行い、次いで冷間加工を行って所望の寸法形状にすることができる。
(Method for producing duplex stainless steel)
The duplex stainless steel material of the present invention can be produced by a production facility and a production method used for mass production of ordinary stainless steel materials. In order to reduce O as an impurity in steel, deoxidation is performed by adding a large amount of elements having high affinity with O, such as Si and Al, and secondary refining such as vacuum degassing and argon gas stirring. Inclusions are removed by increasing the time of the process or by performing the process a plurality of times. For example, the molten steel melted in a converter or electric furnace is refined by an AOD method, a VOD method, or the like to adjust the components, and then formed into a steel ingot by a casting method such as a continuous casting method or an ingot-making method. The obtained steel ingot can be hot-worked in a temperature range of about 1000 to 1200 ° C., and then cold-worked to obtain a desired dimensional shape.
本発明においては、機械特性に有害な析出物をなくすため、必要に応じて固溶化熱処理を施して急冷することが好ましい。固溶化熱処理の温度は、1000〜1100℃が好ましく、保持時間は1〜30分間が好ましく、急冷は10℃/秒以上の冷却速度で冷却することが好ましい。また、必要に応じてスケール除去等の表面調整のための酸洗を行うことができる。 In the present invention, in order to eliminate precipitates detrimental to mechanical properties, it is preferable to quench by applying a solution heat treatment as necessary. The temperature of the solution heat treatment is preferably 1000 to 1100 ° C., the holding time is preferably 1 to 30 minutes, and the rapid cooling is preferably performed at a cooling rate of 10 ° C./second or more. Moreover, the pickling for surface adjustments, such as scale removal, can be performed as needed.
<二相ステンレス鋼管>
本発明に係る二相ステンレス鋼管の実施形態について説明する。
本発明の二相ステンレス鋼管は、前記二相ステンレス鋼材からなるもので、通常のステンレス鋼管の量産に用いられる製造設備および製造方法によって製造することができる。例えば、丸棒を素材とした押出製管やマンネスマン製管、板材を素材として成形後に継ぎ目を溶接する溶接製管等によって、所望の寸法にすることができる。また、二相ステンレス鋼管の寸法は、鋼管が使用される油井管、化学プラント、アンビリカルチューブ等に応じて適宜設定することができる。なお、本発明の二相ステンレス鋼管は、海水淡水化プラント、LNG気化器等にも使用することができる。
<Duplex stainless steel pipe>
An embodiment of a duplex stainless steel pipe according to the present invention will be described.
The duplex stainless steel pipe of the present invention is made of the duplex stainless steel material and can be produced by a production facility and a production method used for mass production of ordinary stainless steel pipes. For example, a desired size can be obtained by an extruded pipe made of a round bar, a Mannesmann pipe, a welded pipe made by welding a seam after forming a plate material. Moreover, the dimension of a duplex stainless steel pipe can be suitably set according to the oil well pipe, chemical plant, umbilical tube, etc. in which the steel pipe is used. The duplex stainless steel pipe of the present invention can also be used for seawater desalination plants, LNG vaporizers, and the like.
本発明に係る二相ステンレス鋼材の実施例について、以下に説明する。下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。 Examples of the duplex stainless steel material according to the present invention will be described below. The following examples are not intended to limit the present invention, and can be implemented with appropriate modifications within a range that can be adapted to the gist of the preceding and following descriptions, all of which fall within the technical scope of the present invention. included.
(試料の作製)
電極アーク加熱機能を備える溶鋼処理設備によって、表1に示す成分組成の鋼(鋼記号A1〜A28、B1〜B8)をそれぞれ溶製し、丸鋳型(本体:約φ140mm×320mm)を用いて、50kgの鋼塊を鋳造した。なお、表1において、下線が引かれた数値は、本発明の構成から外れていることを示す。また、「−」の欄は該当成分が含有されていないことを示す。
(Sample preparation)
By using molten steel processing equipment equipped with an electrode arc heating function, steels having the component compositions shown in Table 1 (steel symbols A1 to A28, B1 to B8) are melted, and using a round mold (main body: about φ140 mm × 320 mm), A 50 kg steel ingot was cast. In Table 1, underlined numerical values indicate that the present invention deviates from the configuration of the present invention. Moreover, the column of “-” indicates that the corresponding component is not contained.
凝固した鋼塊を1200℃まで加熱し、同温度で熱間鍛造を施し、その後切断し、1100℃で30分間保持して、固溶化熱処理を施し、水冷して、長さ600mm×幅120mm×厚さ60mmの鍛鋼品(試験材No.1〜36)に仕上げた。なお、鋼記号A10〜A16についてはOの含有量を下げるために、通常よりも脱酸工程を強めに行った。 The solidified steel ingot is heated to 1200 ° C, hot forged at the same temperature, then cut, held at 1100 ° C for 30 minutes, subjected to solution heat treatment, water-cooled, length 600 mm x width 120 mm x A forged steel product (test material Nos. 1-36) having a thickness of 60 mm was finished. For steel symbols A10 to A16, the deoxidation step was performed stronger than usual in order to reduce the O content.
また、各鋼の組成について、Ta/OとPRE=[Cr]+3.3[Mo]+16[N]を算出した結果も表1に示した。さらに、仕上げた鍛鋼品を加工方向と平行な断面を埋込み、鏡面研磨し、シュウ酸水溶液中で電解エッチングを行った後、倍率100倍で光学顕微鏡観察を行い、各鍛鋼品の組織を確認した。その結果、いずれの鍛鋼品もフェライト相とオーステナイト相の二相からなるものであった。 Table 1 also shows the results of calculating Ta / O and PRE = [Cr] +3.3 [Mo] +16 [N] for each steel composition. Further, the finished forged steel product was embedded in a cross section parallel to the machining direction, mirror-polished, electrolytically etched in an oxalic acid aqueous solution, and then observed with an optical microscope at a magnification of 100 times to confirm the structure of each forged steel product. . As a result, each forged steel product was composed of two phases of a ferrite phase and an austenite phase.
(評価用試料の採取)
次に、前記鍛鋼品から加工方向に平行に採取した試料(長さ20mm×幅30mm×厚さ2mm)を用いて、以下に示す手順で耐孔食性および熱間加工性を評価した。
(Collecting samples for evaluation)
Next, pitting corrosion resistance and hot workability were evaluated by the following procedure using a sample (length 20 mm × width 30 mm × thickness 2 mm) collected from the forged steel product in parallel to the processing direction.
(耐孔食性の評価)
耐孔食性の評価はJIS G0577に記載された方法を参考にして評価した。試料表面をSiC#600研磨紙で湿式研磨し、超音波洗浄した後、スポット溶接で試料に導線を取り付けた。試料表面の試験面(試験面積:10mm×10mm)の部分以外をエポキシ樹脂で被覆した。その試料を80℃に保持した20%NaCl水溶液中に10分間浸漬した。その後、20mV/minの掃引速度でアノード分極を行い、電流密度が0.1mA/cm2を超えた時点の電位を孔食電位(VC‘100)とした。耐孔食性の評価は、孔食電位が500mV(vs.SCE)を超えるものを優れている(◎)、300mVを超えて500mV以下(vs.SCE)のものを良好(○)、100mVを超えて300mV以下(vs.SCE)のものをやや不良(△)、100mV以下(vs.SCE)のものを不良(×)として評価した。ここで、SCEとは、飽和カロメル電極である。孔食電位と耐孔食性の評価結果を表2に示した。
(Evaluation of pitting corrosion resistance)
Pitting corrosion resistance was evaluated with reference to the method described in JIS G0577. The sample surface was wet-polished with SiC # 600 abrasive paper, subjected to ultrasonic cleaning, and then a lead wire was attached to the sample by spot welding. The part other than the test surface (test area: 10 mm × 10 mm) of the sample surface was coated with an epoxy resin. The sample was immersed in a 20% NaCl aqueous solution maintained at 80 ° C. for 10 minutes. Thereafter, anodic polarization was performed at a sweep rate of 20 mV / min, and the potential when the current density exceeded 0.1 mA / cm 2 was defined as the pitting potential (V C '100). The evaluation of pitting corrosion resistance is excellent when the pitting potential exceeds 500 mV (vs. SCE) (◎), better than 300 mV but not higher than 500 mV (vs. SCE) (◯), exceeds 100 mV And those with 300 mV or less (vs. SCE) were evaluated as slightly defective (Δ) and those with 100 mV or less (vs. SCE) were evaluated as defective (x). Here, SCE is a saturated calomel electrode. The evaluation results of pitting corrosion potential and pitting corrosion resistance are shown in Table 2.
(熱間加工性の評価)
前記鍛鋼品の表面を目視にて観察し、表面欠陥の有無を観察した。そして、割れが発生しているものを熱間加工性が不良(×)、表面欠陥が多発しているものを熱間加工性がやや不良(△)、表面欠陥がわずかなものを熱間加工性が良好(○)、表面欠陥がないものを熱間加工性が優れている(◎)と評価した。その結果を表2に示した。
(Evaluation of hot workability)
The surface of the forged steel product was visually observed, and the presence or absence of surface defects was observed. Also, hot workability is poor (×) when cracks occur, hot workability is slightly poor (△) when surface defects occur frequently, and hot work is performed when surface defects are slight. Good (◯) and no surface defects were evaluated as being excellent in hot workability ()). The results are shown in Table 2.
表2の結果から、本発明の要件の成分組成およびTa/Oの比を満足する鋼(鋼記号A1〜A28)を用いて作製した試験材No.1〜28(実施例)は、いずれも優れた耐孔食性および熱間加工性を有することがわかった。 From the results shown in Table 2, test materials No. 1 prepared using steels (steel symbols A1 to A28) satisfying the component composition and Ta / O ratio as requirements of the present invention. 1 to 28 (Examples) were all found to have excellent pitting corrosion resistance and hot workability.
それに対して試験材No.29〜36(比較例)は以下のような不具合を有していた。
試験材No.29は、各成分の含有量は本発明の要件を満たしているが、Ta/Oの比を満たしていないため、耐孔食性にやや劣るものであった。試験材No.30は、Taが過剰であり、粗大な窒化物を多量に形成してしまったため、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。試験材No.31は、Taが添加されておらず、不要なCr系酸化物やσ相が多く形成してしまい、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。試験材No.32は、Oが過剰であり、Cr系酸化物が多量に形成して、鋼中のCrの実効濃度を低下させたため、耐孔食性に劣っていた。またAl系酸化物、Si系酸化物も多量に形成しており、熱間加工性にも劣っていた。
In contrast, test material No. 29-36 (comparative example) had the following problems.
Test material No. No. 29 was slightly inferior in pitting corrosion resistance because the content of each component satisfied the requirements of the present invention but did not satisfy the Ta / O ratio. Test material No. No. 30 was inferior in pitting corrosion resistance and hot workability because Ta was excessive and a large amount of coarse nitride was formed. Test material No. No. 31 was not added with Ta, and many unnecessary Cr-based oxides and σ phases were formed, resulting in poor pitting corrosion resistance and hot workability. Test material No. No. 32 was inferior in pitting corrosion resistance because O was excessive and a large amount of Cr-based oxide was formed to reduce the effective concentration of Cr in the steel. Also, a large amount of Al-based oxide and Si-based oxide were formed, and the hot workability was poor.
試験材No.33は、Crが不足しており、耐孔食性に劣っていた。試験材No.34は、Mnが過剰であったため、多数の介在物が析出しており、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。試験材No.35は、Sが過剰であり、粗大な硫化物を多量に形成してしまったため、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。試験材No.36は、Niが不足しており、耐孔食性に劣っていた。 Test material No. No. 33 lacked Cr and was inferior in pitting corrosion resistance. Test material No. Since Mn was excessive in No. 34, many inclusions were precipitated, and the pitting corrosion resistance and hot workability were poor. Test material No. No. 35 was inferior in pitting corrosion resistance and hot workability because S was excessive and a large amount of coarse sulfide was formed. Test material No. No. 36 lacked Ni and was inferior in pitting corrosion resistance.
Claims (4)
C:0.10質量%以下、
Si:0.1〜2.0質量%、
Mn:0.1〜2.0質量%、
P:0.05質量%以下、
S:0.01質量%以下、
Al:0.001〜0.050質量%、
Ni:1.0〜10.0質量%、
Cr:22.0〜28.0質量%、
Mo:2.0〜6.0質量%、
N:0.2〜0.5質量%、
Ta:0.01〜0.50質量%、
O:0.030質量%以下であって、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
質量%によるTa/Oの比が2.5以上であることを特徴とする二相ステンレス鋼材。 It is a duplex stainless steel material composed of a ferrite phase and an austenite phase, and the component composition of the duplex stainless steel material is:
C: 0.10 mass% or less,
Si: 0.1 to 2.0% by mass,
Mn: 0.1 to 2.0% by mass,
P: 0.05 mass% or less,
S: 0.01% by mass or less,
Al: 0.001 to 0.050 mass%,
Ni: 1.0-10.0 mass%,
Cr: 22.0-28.0 mass%,
Mo: 2.0 to 6.0 mass%,
N: 0.2-0.5% by mass
Ta: 0.01 to 0.50 mass%,
O: 0.030% by mass or less, with the balance being Fe and inevitable impurities,
A duplex stainless steel material having a Ta / O ratio by mass% of 2.5 or more.
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