JP2016117944A - 二相ステンレス継目無鋼管の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Rd=exp[{ln(MYS)−ln(14.5×Cr+48.3×Mo+20.7×W+6.9×N)}/0.195] ・・・・・(1)
Rd:断面減少率(%)、MYS:目標降伏強度(MPa)、Cr、Mo、WおよびN:元素の含有量(質量%)。
(1)熱間加工温度域でフェライト相とオーステナイト相を含む組織を有する二相ステンレス継目無鋼管の製造方法であって、質量%で、C:0.05%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.05%以下、S:0.03%以下、Cr:16.0〜35.0%、Ni:3.0〜12.0%、Mo:1.1〜5.0%、N:0.50%以下、を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材を加熱装置で加熱後、穿孔圧延を施して中空素材とし、該中空素材に加工を施して所定寸法の二相ステンレス継目無鋼管とするにあたり、前記加熱を、δフェライト単相域の温度に加熱する処理とし、前記穿孔圧延後の前記中空素材に肉厚中心温度で1.0℃/s以上の平均冷却速度で、冷却開始温度からの温度差が少なくとも50℃以上で、かつ600℃以上となる冷却停止温度まで冷却する冷却処理を施し、しかるのち、前記加工を施し、フェライト相と、オーステナイト相および/またはマルテンサイト相と、を含む組織を有する継目無鋼管とすることを特徴とする高強度二相ステンレス継目無鋼管の製造方法。
(2)前記組成に加えて、Nb:0.01〜3.0%、Ti:0.01〜0.1%、V:0.01〜3.0%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の高強度継目無鋼管の製造方法。
(3)前記組成に加えてさらに、W:0.01〜3.5%、Cu:0.01〜3.5%、Zr:0.01〜0.5%、REM:0.005〜0.05%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする(1)または(2)に記載の高強度継目無鋼管の製造方法。
(4)前記組成に加えてさらに、Al:0.50%以下を含有することを特徴とする(1)ないし(3)のいずれかに記載の高強度継目無鋼管の製造方法。
(5)前記組成に加えてさらに、Ca:0.0005〜0.01%を含有することを特徴とする(1)ないし(4)のいずれかに記載の高強度継目無鋼管の製造方法。
(6)前記加工が複数段からなる加工であり、前記冷却処理を、前記複数段の加工のうち、少なくとも1段の加工の前に、施すことを特徴とする(1)ないし(5)のいずれかに記載の高強度二相ステンレス継目無鋼管の製造方法。
(7)前記加工の後の冷却を、管肉厚中心温度で20℃/s以下の平均冷却速度となるように調整することを特徴とする(1)ないし(6)のいずれかに記載の高強度二相ステンレス継目無鋼管の製造方法。
(8)前記加工の後の冷却を施した後に、更に焼入れ焼戻し処理あるいは溶体化処理を施すことを特徴とする(7)に記載の高強度二相ステンレス継目無鋼管の製造方法。
鋼素材の組成の限定理由について説明する。以下、質量%は単に%で記す。
Cは、強度を増加させる元素であるが、耐食性を低下させるため、できるだけ低減することが望ましいが、過度の低減は製造コストの高騰を招く。このため、本発明では、0.05%以下に限定した。なお、好ましくは0.03%以下である。
Siは、脱酸剤として作用するとともに、強度を向上させる元素であり、このような効果を得るためには0.01%以上含有することが望ましいが、2.0%を超える多量の含有は、延性の低下や、金属間化合物の析出を助長し、耐食性を低下させる。このため、Siは2.0%以下に限定した。なお、好ましくは0.5〜1.5%である。
Mnは、オーステナイト安定化元素であり、オーステナイト相とフェライト相の分率を適正に調整し、二相ステンレス継目無鋼管の耐食性と加工性の向上に寄与する。このような効果を得るためには、0.01%以上の含有が望ましいが、2.0%を超える含有は、耐食性、熱間加工性を低下させる。このため、Mnは2.0%以下に限定した。なお、好ましくは0.5〜1.5%である。
Pは、不純物として混入する元素であり、結晶粒界等に偏析しやすく、耐食性や熱間加工性の低下を招くため、できるだけ低減することが望ましいが、0.05%までは許容できる。しかし、過度の低減は、材料コストの高騰を招くため、0.002%以上とすることが好ましい。このようなことから、Pは0.05%以下に限定した。なお、好ましくは0.02%以下である。
Sは、Pと同様に、不純物として混入する元素であり、鋼中では硫化物系介在物として存在し、延性、耐食性、熱間加工性を低下させるため、できるだけ低減することが好ましいが、0.03%までは許容できる。しかし、過度の低減は、材料コストの高騰を招くため、0.002%以上とすることが好ましい。このようなことから、Sは0.03%以下に限定した。なお、好ましくは0.005%以下である。
Crは、耐食性を向上させる元素であり、このような効果を得るためには16.0%以上の含有を必要とする。一方、35.0%を超えて多量に含有すると、σ相、χ相等の金属間化合物の生成を助長し、耐食性の低下を招く。このため、Crは16.0〜35.0%の範囲に限定した。なお、好ましくは16.0〜28.0%である。
Niは、オーステナイト安定化元素であり、オーステナイト相とフェライト相の分率を適正に調整し、二相ステンレス継目無鋼管の耐食性と加工性の向上に寄与する。このような効果を得るためには、3.0%以上の含有を必要とする。一方、12.0%を超える含有は、過度のオーステナイト相の増加を招き、所望の二相組織を維持することが困難となる。このため、Niは3.0〜12.0%の範囲に限定した。なお、好ましくは3.0〜9.0%である。
Moは、二相ステンレス鋼のフェライト相分率を制御する元素であり、また、添加により耐食性を向上させる。このような効果を得るためには、1.1%以上含有することが望ましい。一方、5.0%を超えて含有すると、金属間化合物の析出を助長し、耐食性、熱間加工性を低下させる。このため、Moは1.1〜5.0%に限定した。なお、好ましくは2.0〜4.0%である。
Nは、強力なオーステナイト安定化元素であり、耐食性向上にも寄与する。このような効果を得るためには、0.01%以上含有することが望ましい。一方、0.50%を超えて含有すると、過度のオーステナイト相の増加を招き、所望の二相組織を維持することが困難となる。このため、Nは0.50%以下に限定した。
まず、鋼素材に加熱装置により加熱処理を施す。
加熱温度を、δA点以上とすることにより、その後の急冷により、非平衡状態のフェライト相を得ることができ、加工を施して組織の顕著な微細化を達成できる。また、変形抵抗が低くなることで熱間加工の負荷の低減、疵の抑制に有利となる。一方、加熱温度が融点以上では、加工による歪の蓄積が困難となる。このため、鋼素材の加熱温度はδA点以上融点未満の範囲の温度に限定した。なお、好ましくは1100〜1300℃である。
加熱処理を施された鋼素材は、穿孔圧延で中空素材とされた後、冷却処理と加工を施される。
本発明では、冷却処理は、過冷却状態のフェライト相(非平衡状態の相分布)を得るために、被冷却材の肉厚中心で、少なくとも1.0℃/s以上の平均冷却速度で冷却する処理とする。上記した平均冷却速度より遅い冷却しかできない場合には、フェライト相粒界や粒内からオーステナイト相が析出し、非平衡状態の相分布を得ることができず、その後に加工を施しても、組織の微細化ができなくなる。なお、冷却速度の上限は、とくに限定する必要はないが、熱応力による割れや曲り防止という観点から、50℃/sとすることが好ましい。なお、好ましくは3〜30℃/sである。
冷却の温度範囲、すなわち、冷却開始温度と冷却停止温度の温度差は、少なくとも肉厚中心温度で50℃以上とする。冷却の温度範囲が50℃未満では、過冷却フェライト相の分率が小さく、顕著な非平衡状態の相分率を確保できなくなり、その後の加工により所望の組織微細化を達成できない。このため、冷却の温度範囲は50℃以上に限定した。冷却の温度範囲は大きいほど、非平衡状態の相分率を確保できやすくなる。なお、好ましくは100℃以上である。なお、冷却開始温度とは、冷却開始前の被冷却材の肉厚中心温度である。
冷却停止温度が600℃未満では、元素の拡散が遅くなり、その後の加工による相変態(α→γ変態)が遅れ、所望の微細組織を確保するには長時間を要し、生産性が低下するうえ、加工負荷の増大や熱間加工性が低下する。このため、冷却停止温度は肉厚中心温度で600℃以上に限定した。なお、好ましくは700℃以上である。
(1)組織観察
得られた継目無鋼管から、組織観察用試験片を採取し、管軸方向に直交する断面(C断面)を研磨、腐食(腐食液:ビレラ液)して、光学顕微鏡(倍率:200倍)または走査型電子顕微鏡(倍率:1000倍)で組織を観察し、撮像して、画像解析を用い、組織の種類およびその分率を測定した。なお、微細化の指標として、組織写真から、単位長さの直線と交差する相・粒境界の数を測定した。なお、単位長さ当たりの相・粒境界数は、得られた値を、同一鋼種で、同一加熱温度で、同一冷却停止温度条件での加工前冷却速度が放冷(0.8℃/s)である鋼管の値をそれぞれ基準(1.00)として、基準値に対する比率として示した。
(2)引張試験
得られた継目無鋼管から、管軸方向が引張方向となるように、丸棒引張試験片(平行部6mmφ×GL20mm)を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施し、降伏強さYSを求めた。なお、降伏強さは0.2%伸びでの強度とした。なお、得られた降伏強さと、同一鋼種で加工前冷却速度が放冷(0.8℃/s)である鋼板の降伏強さを(基準降伏強さ)とし、基準降伏強さとの差を、基準降伏強さで除した値(%)、ΔYS(%)(=(降伏強さ−基準降伏強さ)×100/(基準降伏強さ)を算出した。なお、降伏強さYSが588MPa未満のものは×、以上のものは○と表示した。
(3)シャルピー試験
得られた継目無鋼管から管軸方向に直交する断面(C断面)に平行になるようにVノッチフルサイズシャルピー試験片を切り出し、−10℃に冷却した後シャルピー試験を行い、吸収エネルギー(vE−10)を求めた。同一鋼種で加工前冷却速度が放冷(0.8℃/s)である鋼板の吸収エネルギーを基準吸収エネルギー値とし、得られた吸収エネルギー値と基準吸収エネルギー値との差を、基準吸収エネルギー値で除した値(%)、ΔE(%)(=(吸収エネルギー値−基準吸収エネルギー値)×100/(基準吸収エネルギー値)を算出した。
2 穿孔圧延装置
3 冷却装置
4 熱間加工装置
5 保温装置
Claims (8)
- 熱間加工温度域でフェライト相とオーステナイト相を含む組織を有する二相ステンレス継目無鋼管の製造方法であって、
質量%で、C:0.05%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.05%以下、S:0.03%以下、Cr:16.0〜35.0%、Ni:3.0〜12.0%、Mo:1.1〜5.0%、N:0.50%以下、を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材を加熱装置で加熱後、穿孔圧延を施して中空素材とし、該中空素材に加工を施して所定寸法の二相ステンレス継目無鋼管とするにあたり、
前記加熱を、δフェライト単相域の温度に加熱する処理とし、
前記穿孔圧延後の前記中空素材に肉厚中心温度で1.0℃/s以上の平均冷却速度で、冷却開始温度からの温度差が少なくとも50℃以上で、かつ600℃以上となる冷却停止温度まで冷却する冷却処理を施し、
しかるのち、前記加工を施し、フェライト相と、オーステナイト相および/またはマルテンサイト相と、を含む組織を有する継目無鋼管とすることを特徴とする高強度二相ステンレス継目無鋼管の製造方法。 - 前記組成に加えて、Nb:0.01〜3.0%、Ti:0.01〜0.1%、V:0.01〜3.0%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度継目無鋼管の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、W:0.01〜3.5%、Cu:0.01〜3.5%、Zr:0.01〜0.5%、REM:0.005〜0.05%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高強度継目無鋼管の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、Al:0.50%以下を含有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の高強度継目無鋼管の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、Ca:0.0005〜0.01%を含有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の高強度継目無鋼管の製造方法。
- 前記加工が複数段からなる加工であり、前記冷却処理を、前記複数段の加工のうち、少なくとも1段の加工の前に、施すことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の高強度二相ステンレス継目無鋼管の製造方法。
- 前記加工の後の冷却を、管肉厚中心温度で20℃/s以下の平均冷却速度となるように調整することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の高強度二相ステンレス継目無鋼管の製造方法。
- 前記加工の後の冷却を施した後に、更に焼入れ焼戻し処理あるいは溶体化処理を施すことを特徴とする請求項7に記載の高強度二相ステンレス継目無鋼管の製造方法。
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