JP2021021084A - マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法を提供する。
【解決手段】マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法は、焼戻しがされた素管を準備する工程と、前記素管にブラスト処理をする工程と、前記ブラスト処理がされた素管に酸洗処理をする工程とを備え、前記酸洗処理をする工程は、少なくとも硫酸酸洗工程を含み、前記硫酸酸洗工程は、酸洗液の硫酸濃度をｃ（質量％）、前記酸洗液への前記素管の浸漬時間をｔ（分）とするとき、（１）式を満たす。
ｃ２×ｔ１／３≧８３０・・・（１）
ただし、前記酸洗液の温度Ｔは５０〜７０℃であり、ｃは１５〜２２質量％であり、ｔは１２〜９５分である。
【選択図】図１
【解決手段】マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法は、焼戻しがされた素管を準備する工程と、前記素管にブラスト処理をする工程と、前記ブラスト処理がされた素管に酸洗処理をする工程とを備え、前記酸洗処理をする工程は、少なくとも硫酸酸洗工程を含み、前記硫酸酸洗工程は、酸洗液の硫酸濃度をｃ（質量％）、前記酸洗液への前記素管の浸漬時間をｔ（分）とするとき、（１）式を満たす。
ｃ２×ｔ１／３≧８３０・・・（１）
ただし、前記酸洗液の温度Ｔは５０〜７０℃であり、ｃは１５〜２２質量％であり、ｔは１２〜９５分である。
【選択図】図１
Description
本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法に関する。
油井やガス井から産出される石油や天然ガスは、随伴ガスとして炭酸ガスや硫化水素等の腐食性ガスを含んでいる。マルテンサイト系ステンレス鋼管は、耐食性と経済性とのバランスに優れており、油井用鋼管やラインパイプ用鋼管等として広く用いられている。
特開平１０−６０５３８号公報及び特開平１１−２３６６５１号公報には、マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法が開示されている。特開２００１−１２３２４９号公報には、マルテンサイト系ステンレス鋼材の製造方法が開示されている。
特開昭６１−３６１１号公報には、ステンレス鋼板のデスケーリング方法が開示されている。特開平９−３６５５号公報には、ステンレス鋼部材の製造方法が開示されている。特開２００６−１２２９５１号公報には、ステンレス鋼管の製造方法が開示されている。
特開２００７−５６３５８号公報には、ステンレス熱延鋼帯の酸洗方法が開示されている。特開平７−３３１４６９号公報には、オーステナイト系ステンレス鋼板のデスケール方法が開示されている。特開平５−２３０６８１号公報には、フェライト系ステンレス鋼熱延材のスケールの除去方法が開示されている。特開昭６１−７３８６４号公報には、マルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法が開示されている。
マルテンサイト系ステンレス鋼管は、疵の除去及び浸炭層の除去等を目的とした表面処理がされる場合がある。表面処理が不十分であると、表面に黒皮が残り、表面清浄度規定を満足せず再作業が必要となる。
本発明の目的は、優れた表面清浄度を有するマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法を提供することである。
本発明の一実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法は、焼戻しがされた素管を準備する工程と、前記素管にブラスト処理をする工程と、前記ブラスト処理がされた素管に酸洗処理をする工程とを備える。前記酸洗処理をする工程は、少なくとも硫酸酸洗工程を含み、前記硫酸酸洗工程は、酸洗液の硫酸濃度をｃ（質量％）、前記酸洗液への前記素管の浸漬時間をｔ（分）とするとき、（１）式を満たす。
ｃ２×ｔ１／３≧８３０・・・（１）
ただし、前記酸洗液の温度Ｔは５０〜７０℃であり、ｃは１５〜２２質量％であり、ｔは１２〜９５分である。
ｃ２×ｔ１／３≧８３０・・・（１）
ただし、前記酸洗液の温度Ｔは５０〜７０℃であり、ｃは１５〜２２質量％であり、ｔは１２〜９５分である。
本発明によれば、優れた表面清浄度を有するマルテンサイト系ステンレス鋼管が得られる。
マルテンサイト系ステンレス鋼管は、焼戻しによって機械的特性が調整される。マルテンサイト系ステンレス鋼管の表面には、焼戻し時に形成された酸化スケールが付着しており、用途によっては、この酸化スケールを除去する必要がある。例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼管の表面に不動態被膜を形成する場合、予めこの酸化スケールを完全に除去しておくことが好ましい。
酸化スケールの除去は、ブラスト処理によって機械的に除去した後、酸洗処理によって化学的に除去することが効率的である。一方、酸洗処理は、鋼管の精製工程の中で最もリードタイムを要する工程であり、能率を向上させる必要がある。
本発明者らは、酸洗液の濃度と浸漬時間とが所定の関係を満たせば、優れた表面清浄度が得られることを見出した。本発明は、以上の知見に基づいて完成された。以下、本発明の一実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法を詳述する。
［マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法］
図１は、本発明の一実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法のフロー図である。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法は、素管を準備する工程（ステップＳ１）と、素管にブラスト処理をする工程（ステップＳ２）と、ブラスト処理がされた素管に酸洗処理をする工程（ステップＳ３）と、酸洗処理がされた素管を高圧水洗浄する工程（ステップＳ４）と、高圧水洗浄された素管を湯浸漬する工程（ステップＳ５）とを備えている。以下、各工程を詳述する。
図１は、本発明の一実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法のフロー図である。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法は、素管を準備する工程（ステップＳ１）と、素管にブラスト処理をする工程（ステップＳ２）と、ブラスト処理がされた素管に酸洗処理をする工程（ステップＳ３）と、酸洗処理がされた素管を高圧水洗浄する工程（ステップＳ４）と、高圧水洗浄された素管を湯浸漬する工程（ステップＳ５）とを備えている。以下、各工程を詳述する。
［準備工程］
焼戻しがされた素管を準備する（ステップＳ１）。素管は、継目無鋼管であることが好ましいが、溶接鋼管であってもよい。
焼戻しがされた素管を準備する（ステップＳ１）。素管は、継目無鋼管であることが好ましいが、溶接鋼管であってもよい。
素管は、マルテンサイト系ステンレス鋼の鋼管であれば特に限定されないが、例えばラインパイプ用鋼管の場合、以下の化学組成を有するものが好適である。以下の説明において、元素の含有量の「％」は、質量％を意味する。
Ｃ：０．００１〜０．０５０％
炭素（Ｃ）は、溶接時に溶接熱影響部（ＨＡＺ）においてＣｒ炭化物として析出し、ＨＡＺの耐ＳＣＣ性を低下させる。一方、Ｃ含有量を過剰に制限すると製造コストが増加する。そのため、Ｃ含有量は、好ましくは０．００１〜０．０５０％である。Ｃ含有量の下限は、より好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．００８％である。Ｃ含有量の上限は、より好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
炭素（Ｃ）は、溶接時に溶接熱影響部（ＨＡＺ）においてＣｒ炭化物として析出し、ＨＡＺの耐ＳＣＣ性を低下させる。一方、Ｃ含有量を過剰に制限すると製造コストが増加する。そのため、Ｃ含有量は、好ましくは０．００１〜０．０５０％である。Ｃ含有量の下限は、より好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．００８％である。Ｃ含有量の上限は、より好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
Ｓｉ：０．０５〜１．００％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。一方、Ｓｉ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．０５〜１．００％である。Ｓｉ含有量の下限は、より好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｓｉ含有量の上限は、より好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。一方、Ｓｉ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．０５〜１．００％である。Ｓｉ含有量の下限は、より好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｓｉ含有量の上限は、より好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
Ｍｎ：０．０５〜１．００％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の強度を向上させる。一方、Ｍｎ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は、好ましくは０．０５〜１．００％である。Ｍｎ含有量の下限は、より好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％である。Ｍｎ含有量の上限は、より好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の強度を向上させる。一方、Ｍｎ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は、好ましくは０．０５〜１．００％である。Ｍｎ含有量の下限は、より好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％である。Ｍｎ含有量の上限は、より好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
Ｐ：０．０３０％以下
リン（Ｐ）は不純物である。Ｐは、鋼の耐ＳＣＣ性を低下させる。そのため、Ｐ含有量は、好ましくは０．０３０％以下である。Ｐ含有量は、より好ましくは０．０２５％以下である。
リン（Ｐ）は不純物である。Ｐは、鋼の耐ＳＣＣ性を低下させる。そのため、Ｐ含有量は、好ましくは０．０３０％以下である。Ｐ含有量は、より好ましくは０．０２５％以下である。
Ｓ：０．００２０％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは、鋼の熱間加工性を低下させる。そのため、Ｓ含有量は、好ましくは０．００２０％以下である。
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは、鋼の熱間加工性を低下させる。そのため、Ｓ含有量は、好ましくは０．００２０％以下である。
Ｃｕ：０．５０％未満
銅（Ｃｕ）は不純物である。Ｃｕ含有量は、好ましくは０．５０％未満である。Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．１０％以下であり、さらに好ましくは０．０８％以下である。
銅（Ｃｕ）は不純物である。Ｃｕ含有量は、好ましくは０．５０％未満である。Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．１０％以下であり、さらに好ましくは０．０８％以下である。
Ｃｒ：１１．５０〜１４．００％未満
クロム（Ｃｒ）は、鋼の耐炭酸ガス腐食性を向上させる。一方、Ｃｒ含有量が高すぎると、鋼の靱性及び熱間加工性が低下する。そのため、Ｃｒ含有量は、好ましくは１１．５０〜１４．００％未満である。Ｃｒ含有量の下限は、より好ましくは１２．００％であり、さらに好ましくは１２．５０％である。Ｃｒ含有量の上限は、より好ましくは１３．５０％であり、さらに好ましくは１３．２０％である。
クロム（Ｃｒ）は、鋼の耐炭酸ガス腐食性を向上させる。一方、Ｃｒ含有量が高すぎると、鋼の靱性及び熱間加工性が低下する。そのため、Ｃｒ含有量は、好ましくは１１．５０〜１４．００％未満である。Ｃｒ含有量の下限は、より好ましくは１２．００％であり、さらに好ましくは１２．５０％である。Ｃｒ含有量の上限は、より好ましくは１３．５０％であり、さらに好ましくは１３．２０％である。
Ｎｉ：５．００％超〜７．００％
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト形成元素であり、鋼の組織をマルテンサイトにするために含有される。一方、Ｎｉ含有量が高すぎると、鋼の強度が低下する。そのため、Ｎｉ含有量は、好ましくは５．００％超〜７．００％である。Ｎｉ含有量の下限は、好ましくは５．５０％であり、さらに好ましくは６．００％である。Ｎｉ含有量の上限は、好ましくは６．８０％であり、さらに好ましくは６．６０％である。
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト形成元素であり、鋼の組織をマルテンサイトにするために含有される。一方、Ｎｉ含有量が高すぎると、鋼の強度が低下する。そのため、Ｎｉ含有量は、好ましくは５．００％超〜７．００％である。Ｎｉ含有量の下限は、好ましくは５．５０％であり、さらに好ましくは６．００％である。Ｎｉ含有量の上限は、好ましくは６．８０％であり、さらに好ましくは６．６０％である。
Ｍｏ：１．００％超〜３．００％
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼の耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる。Ｍｏはさらに、溶接時に炭化物を形成してＣｒ炭化物の析出を妨げ、ＨＡＺの耐ＳＣＣ性の低下を抑制する。一方、Ｍｏ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｍｏ含有量は、好ましくは１．００％超〜３．００％である。Ｍｏ含有量の下限は、より好ましくは１．５０％であり、さらに好ましくは１．８０％である。Ｍｏ含有量の上限は、より好ましくは２．８０％であり、さらに好ましくは２．６０％である。
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼の耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる。Ｍｏはさらに、溶接時に炭化物を形成してＣｒ炭化物の析出を妨げ、ＨＡＺの耐ＳＣＣ性の低下を抑制する。一方、Ｍｏ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｍｏ含有量は、好ましくは１．００％超〜３．００％である。Ｍｏ含有量の下限は、より好ましくは１．５０％であり、さらに好ましくは１．８０％である。Ｍｏ含有量の上限は、より好ましくは２．８０％であり、さらに好ましくは２．６０％である。
Ｔｉ：０．０２〜０．５０％
チタン（Ｔｉ）は、溶接時に炭化物を形成してＣｒ炭化物の析出を妨げ、ＨＡＺの耐ＳＣＣ性の低下を抑制する。一方、Ｔｉ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｔｉ含有量は、好ましくは０．０２〜０．５０％である。Ｔｉ含有量の下限は、より好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｔｉ含有量の上限は、より好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
チタン（Ｔｉ）は、溶接時に炭化物を形成してＣｒ炭化物の析出を妨げ、ＨＡＺの耐ＳＣＣ性の低下を抑制する。一方、Ｔｉ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｔｉ含有量は、好ましくは０．０２〜０．５０％である。Ｔｉ含有量の下限は、より好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｔｉ含有量の上限は、より好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
Ａｌ：０．００１〜０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。一方、Ａｌ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ａｌ含有量は、好ましくは０．００１〜０．１００％である。Ａｌ含有量の下限は、より好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。Ａｌ含有量の上限は、より好ましくは０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０６０％である。本明細書におけるＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ（いわゆるＳｏｌ．Ａｌ）の含有量を意味する。
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。一方、Ａｌ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ａｌ含有量は、好ましくは０．００１〜０．１００％である。Ａｌ含有量の下限は、より好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。Ａｌ含有量の上限は、より好ましくは０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０６０％である。本明細書におけるＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ（いわゆるＳｏｌ．Ａｌ）の含有量を意味する。
Ｃａ：０．０００１〜０．００４０％
カルシウム（Ｃａ）は、鋼の熱間加工性を向上させる。一方、Ｃａ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｃａ含有量は、好ましくは０．０００１〜０．００４０％である。Ｃａ含有量の下限は、より好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．０００８％である。Ｃａ含有量の上限は、より好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。
カルシウム（Ｃａ）は、鋼の熱間加工性を向上させる。一方、Ｃａ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｃａ含有量は、好ましくは０．０００１〜０．００４０％である。Ｃａ含有量の下限は、より好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．０００８％である。Ｃａ含有量の上限は、より好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。
Ｎ：０．０００１〜０．０２００％未満
窒素（Ｎ）は、窒化物を形成して鋼の靱性を低下させる。一方、Ｎ含有量を過剰に制限すると製造コストが増加する。そのため、Ｎ含有量は、好ましくは０．０００１〜０．０２００％未満である。Ｎ含有量の下限は、より好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。Ｎ含有量の上限は、より好ましくは０．０１００％である。
窒素（Ｎ）は、窒化物を形成して鋼の靱性を低下させる。一方、Ｎ含有量を過剰に制限すると製造コストが増加する。そのため、Ｎ含有量は、好ましくは０．０００１〜０．０２００％未満である。Ｎ含有量の下限は、より好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。Ｎ含有量の上限は、より好ましくは０．０１００％である。
素管の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物である。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップから混入される元素、あるいは製造過程の環境等から混入される元素をいう。
素管の化学組成は、Ｆｅの一部に代えて、Ｖ、Ｎｂ、及びＣｏからなる群から選択される１種又は２種以上の元素を含有してもよい。Ｖ、Ｎｂ、及びＣｏは、すべて選択元素である。すなわち、素管の化学組成は、Ｖ、Ｎｂ、及びＣｏの一部又は全部を含有していなくてもよい。
Ｖ：０〜０．５００％
バナジウム（Ｖ）は、鋼の強度を向上させる。Ｖが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ｖ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｖ含有量は、好ましくは０〜０．５００％である。Ｖ含有量の下限は、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。Ｖ含有量の上限は、より好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２００％である。
バナジウム（Ｖ）は、鋼の強度を向上させる。Ｖが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ｖ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｖ含有量は、好ましくは０〜０．５００％である。Ｖ含有量の下限は、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。Ｖ含有量の上限は、より好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２００％である。
Ｎｂ：０〜０．５００％
ニオブ（Ｎｂ）は、鋼の強度を向上させる。Ｎｂが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ｎｂ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｎｂ含有量は、好ましくは０〜０．５００％である。Ｎｂ含有量の下限は、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｎｂ含有量の上限は、より好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２００％である。
ニオブ（Ｎｂ）は、鋼の強度を向上させる。Ｎｂが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ｎｂ含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する。そのため、Ｎｂ含有量は、好ましくは０〜０．５００％である。Ｎｂ含有量の下限は、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｎｂ含有量の上限は、より好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２００％である。
Ｃｏ：０〜０．５００％
コバルト（Ｃｏ）は、オーステナイト形成元素であり、鋼の組織をマルテンサイトにするために含有させてもよい。Ｃｏが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ｃｏ含有量が高すぎると、鋼の強度が低下する。そのため、Ｃｏ含有量は、好ましくは０〜０．５００％である。Ｃｏ含有量の下限は、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。Ｃｏ含有量の上限は、より好ましくは０．３５０％であり、さらに好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２８０％である。
コバルト（Ｃｏ）は、オーステナイト形成元素であり、鋼の組織をマルテンサイトにするために含有させてもよい。Ｃｏが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ｃｏ含有量が高すぎると、鋼の強度が低下する。そのため、Ｃｏ含有量は、好ましくは０〜０．５００％である。Ｃｏ含有量の下限は、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。Ｃｏ含有量の上限は、より好ましくは０．３５０％であり、さらに好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２８０％である。
素管は、これに限定されないが、例えば以下のように製造することができる。
上述した素管と同じ化学組成を有する素材を準備する（ステップＳ１−１）。例えば、上述した化学組成を有する鋼を溶製し、連続鋳造又は分塊圧延を実施してビレットにする。連続鋳造又は分塊圧延に加えて、熱間加工や冷間加工、熱処理等を実施してもよい。
素材を熱間加工して素管を製造する（ステップＳ１−２）。熱間加工は例えば、マンネスマン法やユジーン・セジュルネ法である。
熱間加工された素管を焼入れする（ステップＳ１−３）。焼入れは、直接焼入れ、インライン焼入れ、及び再加熱焼入れのいずれでもよい。直接焼入れとは、熱間加工後の高温の素管をそのまま急冷する熱処理である。インライン焼入れとは、熱間加工後の素管を補熱炉で均熱した後、急冷する熱処理である。再加熱焼入れとは、熱間加工後の素管を一旦室温付近まで冷却した後、Ａｃ３点以上の温度に再加熱してから急冷する熱処理である。
焼入れ温度（急冷直前の素管の温度）は、好ましくは８５０〜１０００℃である。急冷時の冷却速度は、好ましくは３００℃／分以上である。
焼入れがされた素管を焼戻しする（ステップＳ１−４）。具体的には、素管をＡｃ１点以下の保持温度で所定の保持時間保持した後、冷却する。焼戻しは、焼入れ工程（ステップＳ１−３）で生じた歪みを除去するとともに、鋼管の機械的特性を調整するために実施される。一般的に、保持温度を高くするほど、あるいは、保持時間を長くするほど、鋼管の強度は低くなり、靱性は向上する。保持温度及び保持時間は、要求される機械的特性に応じて決定される。
焼戻しの保持温度は、好ましくは５５０〜７００℃である。保持時間は、好ましくは３０〜１８０分である。
［ブラスト処理工程］
焼戻し工程で発生した酸化スケールをブラスト処理によって機械的に除去する（ステップＳ２）。投射材（研削材）は特に限定されないが、材質はアルミナが好ましい。また、投射材の粒度番号は、＃６０以下が好ましく、＃３０以下がより好ましい。それ以外の処理条件は特に限定されず、当業者であれば、適宜調整して、素管表面の酸化スケールを適切に除去できる。
焼戻し工程で発生した酸化スケールをブラスト処理によって機械的に除去する（ステップＳ２）。投射材（研削材）は特に限定されないが、材質はアルミナが好ましい。また、投射材の粒度番号は、＃６０以下が好ましく、＃３０以下がより好ましい。それ以外の処理条件は特に限定されず、当業者であれば、適宜調整して、素管表面の酸化スケールを適切に除去できる。
［酸洗工程］
ブラスト処理された素管に酸洗処理をする（ステップＳ３）。酸洗処理工程は、少なくとも硫酸酸洗工程（ステップＳ３−１）を含む。硫酸酸洗工程では、素管を硫酸濃度ｃの酸洗液に浸漬時間ｔの間浸漬する。このとき、硫酸濃度ｃと浸漬時間ｔとが（１）式を満たすようにする。ブラスト処理がされた素管に対して、（１）式を満たす条件で硫酸酸洗を実施すれば、清浄な表面が得られる。
ｃ２×ｔ１／３≧８３０・・・（１）
ただし、酸洗液の温度Ｔは５０〜７０℃であり、ｃは１５〜２２質量％であり、ｔは１２〜９５分である。
ブラスト処理された素管に酸洗処理をする（ステップＳ３）。酸洗処理工程は、少なくとも硫酸酸洗工程（ステップＳ３−１）を含む。硫酸酸洗工程では、素管を硫酸濃度ｃの酸洗液に浸漬時間ｔの間浸漬する。このとき、硫酸濃度ｃと浸漬時間ｔとが（１）式を満たすようにする。ブラスト処理がされた素管に対して、（１）式を満たす条件で硫酸酸洗を実施すれば、清浄な表面が得られる。
ｃ２×ｔ１／３≧８３０・・・（１）
ただし、酸洗液の温度Ｔは５０〜７０℃であり、ｃは１５〜２２質量％であり、ｔは１２〜９５分である。
酸洗液の温度Ｔが５０℃未満であると、（１）式を満たしていても清浄な表面が得られない場合がある。一方、酸洗液の温度Ｔを７０℃よりも高くすると、有毒なＳＯｘガスが発生しやすくなる。
同様に、酸洗液の硫酸濃度ｃが１５質量％未満であると、（１）式を満たしていても清浄な表面が得られない場合がある。一方、酸洗液の硫酸濃度ｃを２２質量％よりも高くすると、過酸洗により鋼材表面の荒れが生じる場合がある。
同様に、浸漬時間ｔが１２分未満であると、（１）式を満たしていても清浄な表面が得られない場合がある。一方、浸漬時間ｔを長くしすぎると、製造能率が低下することに加えて、過酸洗による表面荒れや変色が生じる場合がある。そのため、浸漬時間ｔの上限は９５分とする。浸漬時間ｔの下限は、好ましくは１５分であり、さらに好ましくは２０分である。浸漬時間ｔの上限は、好ましくは８０分であり、さらに好ましくは７０分である。
上述のとおり、ｃ２×ｔ１／３が８３０以上であれば、清浄な表面が得られる。具体的には、本実施形態による素管の表面清浄度は、ＩＳＯ ８５０１−１：１９９８に規定される除せい度で評価される。表面清浄度がＳａ２−１／２以上の場合、清浄な表面、すなわち、優れた表面清浄度を有すると判定する。ｃ２×ｔ１／３の下限は、好ましくは８５０であり、さらに好ましくは８６０である。ｃ２×ｔ１／３を大きくするほど、より安定的に清浄な表面が得られる。
一方、ｃ２×ｔ１／３を大きくするほど、製造能率は悪化する。ｃ２×ｔ１／３の上限は、好ましくは１４８０であり、さらに好ましくは１３５０である。
酸洗処理工程（ステップＳ３）は、硫酸酸洗工程（ステップＳ３−１）に加えて、フッ硝酸酸洗工程（ステップＳ３−２）を含んでいてもよい。硫酸酸洗工程（ステップＳ３−１）によってスケールが除去された素管に対してフッ硝酸酸洗工程（ステップＳ３−２）を実施すれば、素管の表面に不動態被膜が形成され、マルテンサイト系ステンレス鋼管の耐食性を向上させることができる。
フッ硝酸酸洗工程（ステップＳ３−２）を実施する場合、酸洗液の温度は４０℃未満とすることが好ましい。フッ酸と硝酸との混合比は、これに限定されないが、質量比で１：１〜１：５とすることができる、酸全体の濃度は例えば５〜３０質量％である。浸漬時間は、例えば１〜１０分である。
フッ硝酸酸洗工程（ステップＳ３−２）は、任意の工程である。すなわち、酸洗処理工程（ステップＳ３）は、フッ硝酸酸洗工程（ステップＳ３−２）を含んでいなくてもよい。硫酸酸洗工程（ステップＳ３−１）さえ実施すれば、清浄な表面が得られる。
［高圧水洗浄工程］
酸洗処理工程（ステップＳ３）の後、必要に応じて、素管の内外面を高圧水洗浄する（ステップＳ４）。素管には、酸洗処理で生じた腐食生成物が付着している場合があり、この腐食生成物は、乾燥すると除去するのが困難になる。そのため、乾燥前に高圧水を吹き付けてこの腐食生成物を除去しておくことが好ましい。
酸洗処理工程（ステップＳ３）の後、必要に応じて、素管の内外面を高圧水洗浄する（ステップＳ４）。素管には、酸洗処理で生じた腐食生成物が付着している場合があり、この腐食生成物は、乾燥すると除去するのが困難になる。そのため、乾燥前に高圧水を吹き付けてこの腐食生成物を除去しておくことが好ましい。
［湯浸漬工程］
酸洗処理工程（ステップＳ３）の後、あるいは高圧水洗浄工程（ステップＳ４）の後、必要に応じて、素管を湯浸漬する（ステップＳ５）。具体的には、素管を温水槽に浸漬する。温水の温度は、例えば６０〜８５℃である。湯浸漬を実施することで、素管の乾燥時間を短くすることができる。
酸洗処理工程（ステップＳ３）の後、あるいは高圧水洗浄工程（ステップＳ４）の後、必要に応じて、素管を湯浸漬する（ステップＳ５）。具体的には、素管を温水槽に浸漬する。温水の温度は、例えば６０〜８５℃である。湯浸漬を実施することで、素管の乾燥時間を短くすることができる。
高圧水洗浄工程（ステップＳ４）及び湯浸漬工程（ステップＳ５）は、いずれも任意の工程である。すなわち、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法は、高圧水洗浄工程（ステップＳ４）及び湯浸漬工程（ステップＳ５）のいずれか又は両方を備えていなくてもよい。
以上、本発明の一実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法を説明した。本実施形態によれば、優れた表面清浄度を有するマルテンサイト系ステンレス鋼管が得られる。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されない。
表１に示す化学組成を有する鋼を溶製し、穿孔圧延を実施して外径３５５．６ｍｍ、肉厚１７．５ｍｍの素管を製造した。
製造した素管に焼入れ焼戻しの熱処理を実施した。具体的には、９５０℃から室温まで水冷する焼入れをした後、６３３℃に９０分保持した後冷却する焼戻しを実施した。焼戻し後、投射材にアルミナ（粒度番号：＃１４）を用いて、ブラスト処理により、素管表面の酸化スケールを機械的に除去した後、表２に示す条件で酸洗を実施した。フッ硝酸による酸洗は常温（約２５℃）で実施した。一部の素管には高圧水洗浄及び湯浸漬のいずれか又は両方を実施した。
ＩＳＯ ８５０１−１：１９９８（塗料及びその関連製品の施工前の鋼材の素地調整−表面清浄度の目視評価）に準拠して、製造した鋼管の表面（内外面）の清浄度を判定した。具体的には、除せい度Ｓａ２−１／２（拡大鏡なしで、表面には、目に見えるミルスケール、さび、塗膜、異物、油、グリース及び泥土がない。残存するすべての汚れは、そのこん跡がはん（斑）又はすじ状のわずかな染みだけとなって認められる程度。）を満足したものを「可」、満足しなかったものを「不可」と判定した。
結果を表２に示す。また、硫酸酸洗工程における酸洗液の硫酸濃度ｃ及び浸漬時間ｔと製造された表面清浄度との関係を図２に示す。
図３は、除せい度Ｓａ２−１／２を満足した、条件Ｎｏ．４で製造された鋼管の内面の写真である。図４は、除せい度Ｓａ２−１／２を満足しなかった、条件Ｎｏ．１１で製造された鋼管の内面の写真である。条件Ｎｏ．１１には、管端から１０００ｍｍ以降の位置に、黒皮残りが見られた。
条件Ｎｏ．１〜９、及び１７〜２３は、ｃ２×ｔ１／３が８３０以上であり、酸洗液の温度が５０〜７０℃であり、ｃは１５〜２２質量％であり、ｔは１２〜９５分であった。これらの条件で製造された鋼管の表面清浄度は、除せい度Ｓａ２−１／２を満足した。
条件Ｎｏ．１０〜１２の条件で製造された鋼管の表面清浄度は、除せい度Ｓａ２−１／２を満足しなかった。これは、ｃ２×ｔ１／３が低すぎたためと考えられる。
条件Ｎｏ．１３の条件で製造された鋼管の表面清浄度は、除せい度Ｓａ２−１／２を満足しなかった。これは、浸漬時間ｔが短すぎたためと考えられる。
条件Ｎｏ．１４及び１５の条件で製造された鋼管の表面清浄度は、除せい度Ｓａ２−１／２を満足しなかった。これは、硫酸濃度ｃが低すぎたためと考えられる。
条件Ｎｏ．１６の条件で製造された鋼管の表面清浄度は、除せい度Ｓａ２−１／２を満足しなかった。これは、酸洗液の温度Ｔが低すぎたためと考えられる。
以上、本発明の実施の形態を説明した。上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法に適用されるが、好ましくはマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法に適用可能である。
Claims (5)
- マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法であって、
焼戻しがされた素管を準備する工程と、
前記素管にブラスト処理をする工程と、
前記ブラスト処理がされた素管に酸洗処理をする工程とを備え、
前記酸洗処理をする工程は、少なくとも硫酸酸洗工程を含み、
前記硫酸酸洗工程は、酸洗液の硫酸濃度をｃ（質量％）、前記酸洗液への前記素管の浸漬時間をｔ（分）とするとき、（１）式を満たす、マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。
ｃ２×ｔ１／３≧８３０・・・（１）
ただし、前記酸洗液の温度Ｔは５０〜７０℃であり、ｃは１５〜２２質量％であり、ｔは１２〜９５分である。 - 請求項１に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法であって、
前記酸洗処理の後、前記素管の内外面を高圧水洗浄する工程をさらに備える、マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。 - 請求項１又は２に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法であって、
前記酸洗処理の後、前記素管を湯浸漬する工程をさらに備える、マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法であって、
前記素管の化学組成が、質量％で、
Ｃ ：０．００１〜０．０５０％、
Ｓｉ：０．０５〜１．００％、
Ｍｎ：０．０５〜１．００％、
Ｐ ：０．０３０％以下、
Ｓ ：０．００２０％以下、
Ｃｕ：０．５０％未満、
Ｃｒ：１１．５０〜１４．００％未満、
Ｎｉ：５．００％超〜７．００％、
Ｍｏ：１．００％超〜３．００％、
Ｔｉ：０．０２〜０．５０％、
Ａｌ：０．００１〜０．１００％、
Ｃａ：０．０００１〜０．００４０％、
Ｎ ：０．０００１〜０．０２００％未満、
Ｖ ：０〜０．５００％、
Ｎｂ：０〜０．５００％、
Ｃｏ：０〜０．５００％、
残部：Ｆｅ及び不純物である、マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。 - 請求項４に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法であって、
前記化学組成が、質量％で、
Ｖ ：０．００１〜０．５００％、
Ｎｂ：０．００１〜０．５００％、及び
Ｃｏ：０．００１〜０．５００％、
からなる群から選択される１種又は２種以上の元素を含有する、マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。
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