JP2672437B2 - 耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製造法 - Google Patents
耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製造法Info
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れ、耐硫化物応力割れ性を有する高靭性マルテンサイト
系ステンレス鋼継目無鋼管の製造法に関するものであ
る。
るガス井の開発や2次回収のためのCO2 インジェクシ
ョンが広く行われるようになっている。このような環境
では鋼管の腐食が激しいため耐CO2 腐食特性に優れた
マルテンサイト系ステンレス鋼管が多く使用されてい
る。特に、耐食性および熱間加工性に優れたマルテンサ
イト系ステンレス鋼として、特公昭59−15977号
公報が挙げられる。しかしながら、このマルテンサイト
系ステンレス鋼は耐食性を向上させるためにCならびに
Nの含有量を著しく低下させており、鋼塊加熱時にオー
ステナイト基地に熱間加工性を悪化させるδフェライト
相が形成されるという欠点をもつ。したがって、シーム
レス圧延のように苛酷な加工条件下では割れや疵を発生
し、歩留低下によるコストアップが避けられず、このよ
うな成分系で高耐食性を有する継目無鋼管の製造はこれ
まで非常に困難であった。
解決するものであって、耐CO2 腐食特性に優れ、耐硫
化物応力割れ性を有する高靭性マルテンサイト系ステン
レス鋼継目無鋼管を、高い生産性のもとに製造する方法
を提供するものである。
結果から耐CO2 腐食性はCを低減化し、必要量のCr
およびMoさらにはCuを添加しておけば維持されるこ
と、耐硫化物応力割れ性は割れ抵抗性を示す組織制御を
行うことで向上することを知見した。また、熱間加工性
は、P,Sなどを低減化して介在物の形成を抑えること
と、C,Nの含有量を制御してさらにNiを添加するこ
とにより、変形抵抗の異なる異相の相分率および形状を
制御するような冶金的操作を行うことで維持されること
を知見した。
着目し次のような知見を得た。図1に、ベース成分を
1.5%Ni−12.5%Cr鋼としてCおよびN含有
量を変えた場合の耐CO2 腐食特性ならびに熱間加工時
の絞り値を示す。図1において、C.R.は40atm の
CO2 と平衡した180℃の人工海水中における年間の
腐食速度であり、C.R.<0.1mm/yであれば十分な
耐食性を有すると評価できる。また、R.A.は125
0℃に加熱した試料を900℃で歪速度3 sec-1の条件
にて単軸引張変形したときの絞り率であり、70%以上
となれば熱間変形能は良好であると言える。なお、CO
2 腐食試験には熱間加工後、焼入れ・焼きもどし処理を
行い、降伏強度が720MPa 程度を示すものを用いた。
図1より、耐CO2 腐食特性を満足するためにはC<
0.05%にする必要があり、また、十分な熱間加工性
を有するためには、C+0.8N>0.06にする必要
があるということが読み取れる(各元素記号の含有量の
単位はwt.%)。本発明は以上に述べた知見に基づいて
構成したものであって、その要旨は下記の通りである。
すなわち重量%で C <0.05、 Si≦0.50、 Mn≦1.0、 P ≦0.03、 S ≦0.01、 Cr:11〜17、 Ni:1.5〜5、 Cu:1〜4、 Al≦0.05、 N:0.02〜0.1で、かつC+0.8N>0.06 を満足し、残部が実質的にFeおよび不可避的不純物か
らなる鋼を熱間加工し室温まで自然放冷した後、Ac3
変態点+10℃〜Ac3 変態点+200℃の温度に加熱
し室温まで空冷以上の速度で冷却し、続いて、Ac1 変
態点以下の温度で焼きもどし処理するか、あるいは、上
記成分の鋼、あるいはさらにMo:0.5〜2%を含ん
だ鋼を熱間加工し室温まで自然放冷した後、Ac3 変態
点+10℃〜Ac3 変態点+200℃の温度に加熱し室
温まで空冷以上の速度で冷却し、次いで、Ac1 変態点
〜Ac3 変態点の温度に加熱して室温まで空冷以上の速
度で冷却し、続いて、Ac1 変態点以下の温度にて焼き
もどし処理する耐食性に優れたマルテンサイト系ステン
レス鋼継目無鋼管の製造法である。
ず、鋼成分の限定理由について述べる。CはCr炭化物
などを形成し耐食性を劣化させる元素であるが、典型的
なオーステナイト形成元素であり、熱間加工温度域であ
る900〜1250℃でδフェライト相の発生を抑制す
る効果があるために含有させる。ただし、0.05%以
上の量を含有するとCr炭化物などの炭化物が多量に析
出してCr欠乏層を形成するために耐CO2 腐食特性が
低下し、また、粒界に炭化物が析出しやすくなるために
耐硫化物応力割れ性が著しく低下する。したがってC含
有量は0.05%未満とした。
れたもので、鋼の中に0.50%を超えて含有されると
靭性および耐硫化物応力割れ性を低下するために、0.
50%以下とした。
抗性を損なう元素であるが、オーステナイト単相化する
ために有用な成分であるために添加する。ただし、1.
0%を超えて添加すると多量の介在物を形成するため
に、腐食環境下での割れ抵抗性と靭性が低下する。した
がって、Mnの含有量は1.0%以下とした。
加工性および耐硫化物応力割れ性を低下させるので0.
03%以下とした。Sは硫化物として介在物を形成し熱
間加工性を低下させるため、その上限を0.01%とし
た。
を付与し、ステンレス鋼としての腐食性を有するために
は、11%以上の含有が必要である。しかし、17%を
超えて添加するとフェライト相が生成しやすくなるため
に、その限定範囲を11〜17%とした。
させる効果がある。しかも、強力なオーステナイト形成
元素であり、高温加熱時にδフェライト相の形成を抑制
するうえ、その形状を細く短くし熱間加工時にδフェラ
イト相内部に形成されるクラックの成長を抑える効果が
あることから、熱間加工性を向上させる効果も有する。
ただし、N:0.02%の場合にNi:1.5%以下の
添加ではそれらの効果を示さず、また、5%を超えて添
加するとAc1 点が非常に低くなり調質が困難になるこ
とと、残留オーステナイト相が形成されて強度・靭性を
損なうために、その限定範囲を1.5〜5%とした。
がある。また、オーステナイト安定化元素であり、Ac
1 変態点を低下させないという利点も有する。ただし、
含有量が1%以下では耐食性向上効果が十分でないこ
と、4%を超える添加量では高温割れに敏感となり熱間
加工性が低下することから、添加量を1〜4%の範囲に
限定した。また、Cu単独の添加では上記効果が小さい
ことから、必ずNiと複合させて添加することとした。
残有されたもので、0.05%を超えて添加するとAl
Nが多数形成されて著しく靭性が低下する。したがっ
て、添加量の上限を0.05%とした。
同様に典型的なオーステナイト形成元素であり、熱間加
工温度域である900〜1250℃でフェライト相の形
成を抑える効果がある。その効果は、前述のように1.
5%Ni−12.5%Cr鋼をベース成分とする場合に
は、C+0.8N>0.06(C,Nはwt.%)を満た
す含有量の範囲において有効である。したがって、C<
0.05%の場合に熱間加工温度域にてフェライト相を
発生させず、良好な熱間加工性を得るためにはNを0.
02%以上添加する必要がある。また、通常の溶製工程
においては0.1%以上の添加は困難であるためにその
添加量の範囲を0.02〜0.1%とした。
素であり、必要に応じてこれを添加する。ただし、0.
5%以下の添加ではその効果が小さい。また、強力なフ
ェライト安定化元素であり、2%を超えて添加するとδ
相を生成しやすくなることから、その限定範囲を0.5
〜2%とした。
る。オーステナイト化加熱温度は、Cr含有ステンレス
鋼のγループ内において、炭化物が完全に固溶せず結晶
粒の粗大化が生じない温度を上限とし、また、オーステ
ナイト相が安定となる最低の温度を下限とした。すなわ
ち、熱間加工して冷却された鋼管を、Ac3 変態点+2
00℃以上の温度に加熱すると炭化物が完全に固溶する
ために、冷却時にCr炭化物などが粒界に多量に析出し
耐食性が著しく低下し、さらに結晶粒の粗大化が生じる
ために、靭性が低下する。また、Ac3 変態点+10℃
以下の低い温度に加熱した場合には、オーステナイト相
が安定化せず、安定した強度を得ることが困難である。
したがって、加熱処理温度はAc3 変態点+10℃〜A
c3 変態点+200℃とした。この加熱後の冷却速度が
空冷よりも遅いと粒界に炭化物が板状に析出し、靭性が
著しく低下するために空冷以上の冷却速度に限定した。
ト変態が生じて、マルテンサイト単相組織となる。この
マルテンサイト組織中の残留応力を回復により消滅さ
せ、過飽和炭素原子を炭化物として析出させることによ
って、靭性・延性を高め、所望の強度を得るために焼き
もどし処理を施す。このとき、Ac1 変態点以上の温度
に加熱すると逆変態が生じて靭性が著しく低下するため
に、焼きもどし処理はAc1 変態点以下の温度にて行
う。
し処理を行う前に、必要に応じてAc1 変態点〜Ac3
変態点の温度範囲に加熱することによる2相域加熱処理
を行う。これは、鋼を1回の焼きもどし処理では得られ
ない低い強度に調質することを目的としており、この処
理を用いて低い強度に調質することにより、鋼に十分な
耐硫化物応力割れ性を付与することが可能となる。特に
この処理により、Moを添加して優れた耐食性を有する
鋼を安定して製造できる。以上のような本発明法により
製造された鋼管は、耐CO2 腐食特性・耐硫化物応力割
れ性だけでなく、靭性なども優れている。
溶製工程にて鋳造した後、熱間圧延により鋼管を製造
し、加熱処理と焼きもどし処理を施したものを用いて、
強度、靭性、耐CO2 腐食性、耐硫化物応力割れ性を調
査した。そのときの熱処理温度と強度などの材質につい
ては表2に示す。耐CO2 腐食性は40気圧のCO2 と
平衡した150℃の人工海水中での腐食速度で評価し
た。腐食速度が0.1mm/y以下であれば耐食性を有する
と見なせる。耐硫化物応力割れ性は丸棒引張試験片を2
5℃の5%NaCl溶液中に1気圧の99%CO2 +1
%H2 Sガスを飽和した腐食環境中で単軸引張応力を加
え、720時間で破壊が生じない最大初期応力と降伏応
力の比(Rs値)を求めた。Rs≧0.8であれば優れ
た特性であるといえる。
た鋼管は良好な耐CO2 腐食性、耐硫化物応力割れ性な
らびに高靭性を示すのに対し、本発明の範囲から外れた
比較法ではいずれかの特性が劣っていることが明らかで
ある。
し、かつ組織制御を行うことによって、耐CO2 腐食
性、耐硫化物応力割れ性にすぐれ、マルテンサイト系ス
テンレス鋼継目無鋼管を提供できる。
の絞り率におよぼすC,Nの影響を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 重量%で、C <0.05 、 Si≦0.50、 Mn≦1.0、 P ≦0.03、 S ≦0.01、 Cr:11〜17、 Cu:1〜4、 Ni:1.5〜5、 Al≦0.05、 N :0.02〜0.1、 かつC+0.8N>0.06 を満足する成分を含み、残部が実質的にFeおよび不可
避的不純物からなる鋼を熱間加工し室温まで自然放冷し
た後、Ac3 変態点+10℃〜Ac3 変態点+200℃
の温度に加熱し室温まで空冷以上の速度で冷却し、続い
て、Ac1 変態点以下の温度で焼きもどし処理すること
を特徴とする耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレ
ス鋼継目無鋼管の製造法。 - 【請求項2】 重量%で、C <0.05 、 Si≦0.50、 Mn≦1.0、 P ≦0.03、 S ≦0.01、 Cr:11〜17、 Cu:1〜4、 Ni:1.5〜5、 Al≦0.05、 N :0.02〜0.1、 かつC+0.8N>0.06 を満足する成分を含み、残部が実質的にFeおよび不可
避的不純物からなる鋼を熱間加工し室温まで自然放冷し
た後、Ac3 変態点+10℃〜Ac3 変態点+200℃
の温度に加熱し室温まで空冷以上の速度で冷却し、次い
で、Ac1 変態点〜Ac3 変態点の温度に加熱して室温
まで空冷以上の速度で冷却し、続いて、Ac1 変態点以
下の温度で焼きもどし処理することを特徴とする耐食性
に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製
造法。 - 【請求項3】 重量%で、C <0.05 、 Si≦0.50、 Mn≦1.0、 P ≦0.03、 S ≦0.01、 Cr:11〜17、 Cu:1〜4、 Ni:1.5〜5、 Mo:0.5〜2、 Al≦0.05、 N :0.02〜0.1、 かつC+0.8N>0.06 を満足する成分を含み、残部が実質的にFeおよび不可
避的不純物からなる鋼を熱間加工し室温まで自然放冷し
た後、Ac3 変態点+10℃〜Ac3 変態点+200℃
の温度に加熱し室温まで空冷以上の速度で冷却し、次い
で、Ac1 変態点〜Ac3 変態点の温度に加熱して室温
まで空冷以上の速度で冷却し、続いて、Ac1 変態点以
下の温度で焼きもどし処理することを特徴とする耐食性
に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製
造法。
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NO313805B1 (no) * | 1995-04-21 | 2002-12-02 | Kawasaki Steel Co | Martensittisk stÕlrör og fremgangsmÕte for fremstilling derav |
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JP2867295B2 (ja) * | 1990-08-03 | 1999-03-08 | 新日本製鐵株式会社 | マルテンサイト系ステンレス鋼ラインパイプの製造方法 |
JP2868888B2 (ja) * | 1990-11-16 | 1999-03-10 | 新日本製鐵株式会社 | 熱間加工性と溶接性に優れた耐co▲下2▼腐食用継目無鋼管の製造方法 |
JPH04268019A (ja) * | 1991-02-22 | 1992-09-24 | Nippon Steel Corp | マルテンサイト系ステンレス鋼ラインパイプの製造方法 |
JP2672430B2 (ja) * | 1992-02-18 | 1997-11-05 | 新日本製鐵株式会社 | 耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製造法 |
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- 1992-09-07 JP JP4238697A patent/JP2672437B2/ja not_active Expired - Fee Related
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