JP6341181B2 - 二相ステンレス継目無鋼管の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼組成の鋼素材を加熱し、加工を施して所定形状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下限温度)−200℃}以上(δフェライト単相域の下限温度)未満の温度に加熱する処理とし、前記加熱された鋼素材に、厚み中心温度で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表面温度で50℃以上で、かつ厚み中心温度で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)(1)において、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高強度二相ステンレス継目無鋼管の製造方法。
(3)(1)または(2)において、前記加工の後の冷却を、厚み中心温度で平均で20℃/s以下の冷却速度となるように調整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。
(4)(3)において、前記加工の後の冷却を施した後に、さらに溶体化処理あるいはさらに焼戻処理を施す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。
加熱温度を、(Aδ点−200℃)以上(Aδ点)未満とすることにより、加熱時に、ほとんどがフェライト(δフェライト)相、体積率で50%以上のフェライト相、となる組織とすることができ、その後の急冷により、非平衡状態のフェライト相を多量に得ることができ、加工を施して組織の顕著な微細化を達成できる。加熱温度が(Aδ点−200℃)未満では、フェライト相が少ないため、所望の組織の微細化が達成できなくなる。なお、加熱温度をAδ点以上とするためには、高い加熱能力の装置を必要とし、経済的に不利となる。また、加熱温度を、(Aδ点−200℃)以上(Aδ点)未満とすることにより、変形抵抗が低くなることで熱間加工負荷の低減、疵の抑制に有利となる。このようなことから、鋼素材の加熱温度は(Aδ点−200℃)以上(Aδ点)未満の温度に限定した。なお、好ましくは(Aδ点−150℃)以上(Aδ点)未満である。
本発明では、冷却処理は、過冷却状態のフェライト相(非平衡状態のフェライト相)が大部分を占める組織を得るために、被冷却材の厚み中心で、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、所望量の非平衡状態のフェライト相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3〜10℃/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、表面温度で少なくとも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、顕著な量の非平衡状態のフェライト相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、冷却の温度範囲は表面温度で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、冷却開始前の鋼素材の表面温度とする。
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、冷却停止温度は厚み中心温度で600℃以上に限定した。なお、好ましくは750℃以上である。
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0.005%以上0.04%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%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%以下に限定した。なお、好ましくは1%以下である。
Mnは、オーステナイト安定化元素であり、二相組織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%を超える含有は、熱間加工性、耐食性を低下させる。このため、Mnは2%以下に限定した。なお、好ましくは0.3〜1.5%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。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0.005%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。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。
Niは、オーステナイト安定化元素であり、組織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%以上の含有を必要とする。一方、12%を超える含有は、材料コストの高騰を招くとともに、過度のオーステナイト相主体の組織となり、所望の組織を維持することが困難となる。このため、Niは3〜12%の範囲に限定した。なお、好ましくは4〜9%である。
Crは、フェライト安定化元素であり、組織の分率を適正に調整し、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%以上の含有を必要とする。一方、35%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、耐食性および靭性の低下を招く。このため、Crは16〜35%の範囲に限定した。なお、好ましくは17.0〜26%である。
Moは、フェライト安定化元素であり、組織の分率を適正に調整し、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、0.5%以上含有することが望ましい。一方、5%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、靭性を低下させる。このため、Moは5%以下に限定した。なお、好ましくは0.5〜4%である。さらに好ましくは1.1〜4%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。
(1)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、当該継目無鋼管の降伏強さ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、得られた継目無鋼管の値(降伏強さYS)が588MPa未満のものは×、以上のものは○と評価した。また、得られた降伏強さYSと、同一鋼種で加工前冷却速度が放冷(0.8℃/s)である鋼管の降伏強さを(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。
(2)衝撃試験
得られた継目無鋼管から、試験片の長手方向が、管軸方向と直交する方向(C方向)となるように、シャルピー衝撃試験片(Vノッチ試験片)を採取し、JIS Z 2242の規定に準拠して、シャルピー衝撃試験を実施し、試験温度:−40℃での吸収エネルギーvE-40(J)を求めた。なお、試験は、各3本行い、それらの算術平均を求め、当該継目無鋼管の値とした。なお、靭性評価として、得られた継目無鋼管の値(vE-40)が50J未満のものは×、以上のものは○と評価した。同一鋼種で加工前冷却速度が放冷(0.8℃/s)である鋼管の吸収エネルギーを基準吸収エネルギー値(:1.0)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。
Claims (4)
- オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼組成の鋼素材を加熱し、加工を施して所定形状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下限温度)−200℃}以上(δフェライト単相域の下限温度)未満の温度に加熱する処理とし、
前記加熱された鋼素材に、厚み中心温度で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表面温度で50℃以上で、かつ厚み中心温度で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、
該冷却終了から600s以内に、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。 - オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼組成の鋼素材を加熱し、加工を施して所定形状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下限温度)−200℃}以上(δフェライト単相域の下限温度)未満の温度に加熱する処理とし、
前記加工が複数段からなる加工であり、
前記加熱された鋼素材に、前記複数段の加工のうち、少なくとも1段の加工を残して、加工を施し、
該少なくとも1段の加工を残した加工途中の素材に、厚み中心温度で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表面温度で50℃以上で、かつ厚み中心温度で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、
冷却終了から600s以内に、前記少なくとも1段の加工を施し、
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。 - 前記加工の後の冷却を、厚み中心温度で平均で20℃/s以下の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または2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、さらに溶体化処理あるいはさらに焼戻処理を施すことを特徴とする請求項3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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