JP6390677B2 - Low carbon martensitic stainless steel welded pipe and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、炭酸ガス等の腐食性ガスを含有する天然ガスや石油のパイプライン等の使途に好適な低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管(以下、「溶接管」という場合がある。)に係る。本発明の溶接管によれば、マルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管並みの耐硫化物応力腐食割れ性を確保できるとともに、シーム溶接部の耐粒界応力腐食割れ性の改善もできる。   The present invention is applied to a low-carbon martensitic stainless steel welded pipe (hereinafter sometimes referred to as “welded pipe”) suitable for use in natural gas containing corrosive gas such as carbon dioxide or petroleum pipeline. Related. According to the welded pipe of the present invention, it is possible to ensure the resistance to sulfide stress corrosion cracking similar to martensitic stainless steel seamless steel pipe, and to improve the intergranular stress corrosion cracking resistance of the seam welded part.

近年、原油価格の高騰や、近い将来に予想される石油資源の枯渇に対処するために、深層油田や、一旦開発が放棄されていた腐食性の強いガス田等に対する開発が、世界的規模で盛んになっている。このような油田、ガス田において、使用される油井管やラインパイプ用鋼管には、耐食性に富むことが要求される。   In recent years, the development of deep oil fields and highly corrosive gas fields that were once abandoned has been developed on a global scale in order to cope with soaring oil prices and the depletion of oil resources expected in the near future. It is flourishing. In such oil and gas fields, oil well pipes and steel pipes for line pipes used are required to have high corrosion resistance.

このような耐食性に優れた鋼管として、従来、主として二相ステンレス鋼管が使用されてきたが、1990年代後半になって、より安価で適度な耐食性を有するマルテンサイト系ステンレス鋼管が開発された。そして、ラインパイプ用材料として、API規格に炭素量を低減した12質量%Crマルテンサイト系ステンレス鋼が規定されて、炭酸ガスを含有する天然ガス用のラインパイプ用の素材として、この鋼が多量に使用されるようになってきている。   Conventionally, duplex stainless steel pipes have been mainly used as such steel pipes having excellent corrosion resistance. However, in the late 1990s, martensitic stainless steel pipes having lower cost and appropriate corrosion resistance were developed. As a material for line pipes, 12 mass% Cr martensitic stainless steel with a reduced carbon content is defined in the API standard, and a large amount of this steel is used as a material for line pipes for natural gas containing carbon dioxide gas. Is becoming used.

パイプライン等の使途には、これまでは、低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼継目無管が主体として使用されてきたが、最近では、この用途において、材料コストの低減という観点からマルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の需要も増加している。このマルテンサイト系ステンレス鋼管が使用される油井環境は、炭酸ガスに加え微量の硫化水素ガスを含む湿潤環境となる場合がある。そこで、この用途に使用される鋼管には、耐硫化物応力腐食割れ性(以下、「耐SSC性」という場合がある。)を有することも要求されることがある。そこで、特許文献1、特許文献2及び特許文献3には、耐SSC性が良好な低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管を製造する方法が開示されている。   In the past, low-carbon martensitic stainless steel seamless pipes have mainly been used for the use of pipelines, but recently, martensitic stainless steel has been used in this application from the viewpoint of reducing material costs. The demand for welded pipes is also increasing. The oil well environment in which this martensitic stainless steel pipe is used may be a humid environment containing a small amount of hydrogen sulfide gas in addition to carbon dioxide gas. Therefore, the steel pipe used for this application may be required to have resistance to sulfide stress corrosion cracking (hereinafter sometimes referred to as “SSC resistance”). Therefore, Patent Document 1, Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose a method of manufacturing a low-carbon martensitic stainless steel welded tube having good SSC resistance.

ところで、最近、マルテンサイト系ステンレス鋼継目無管を、炭酸ガスを含有する環境下で使用した際に、円周溶接時に形成された溶接熱影響部に粒界応力腐食割れ(Intergranular Stress Corrosion Cracking)(以下、IGSCCともいう)が発生するという問題が生じている。この問題は、マルテンサイト系ステンレス溶接鋼管のシーム溶接部にも生じる可能性がある。特許文献4には、耐IGSCC性に優れたマルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法が開示されている。特許文献5には、耐IGSCC性に優れたシーム溶接部を有する、マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の製造方法が開示されている。特許文献5に記載された技術によれば、シーム溶接終了後に固溶Cを炭化物として十分に析出させるような熱処理をシーム部に施しておけば、IGSCCの発生を防止できるとされている。   By the way, recently, when a martensitic stainless steel seamless pipe is used in an environment containing carbon dioxide gas, intergranular stress corrosion cracking occurs in a weld heat affected zone formed during circumferential welding (Intergranular Stress Corrosion Cracking). (Hereinafter also referred to as IGSCC) occurs. This problem may also occur in a seam weld of a martensitic stainless welded steel pipe. Patent Document 4 discloses a method for producing a martensitic stainless steel welded pipe excellent in IGSCC resistance. Patent Document 5 discloses a method for manufacturing a martensitic stainless steel welded pipe having a seam welded portion excellent in IGSCC resistance. According to the technique described in Patent Document 5, it is said that generation of IGSCC can be prevented by performing heat treatment on the seam portion to sufficiently precipitate solute C as carbides after completion of seam welding.

特許第3077576号公報Japanese Patent No. 3077576 特開平11−343519号公報JP-A-11-343519 特開2000−226643号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-226643 特開平9−327721号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-327721 特開2011−89159号公報JP 2011-89159 A

特許文献1に記載された技術は、耐硫化物応力腐食割れ性に優れた低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管を、レーザー溶接により製造するものである。特許文献1では、造管後に2度の加熱・冷却を必要とし、生産性が悪いという問題がある。   The technique described in Patent Document 1 manufactures a low-carbon martensitic stainless steel welded pipe excellent in sulfide stress corrosion cracking resistance by laser welding. In Patent Document 1, there is a problem in that productivity is poor because it requires two heating / cooling operations after pipe making.

特許文献2に記載された技術は、溶接管素材となる熱延後の鋼板の焼鈍条件と、造管後の溶接管の後熱処理の条件を、特定の関係の範囲内とすることにより耐硫化物応力腐食割れ性に優れた低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管を製造するとしたものである。特許文献2の実施例では溶接管の後熱処理の後にさらに焼戻し処理を行なっており、生産性が悪い問題は解決されていない。   The technology described in Patent Document 2 is based on the resistance to sulfuration by setting the annealing conditions of the steel sheet after hot rolling, which is a welded pipe material, and the conditions of post-heat treatment of the welded pipe after pipe making within a specific range. This is to produce a low carbon martensitic stainless steel welded pipe excellent in physical stress corrosion cracking. In the example of Patent Document 2, the tempering process is further performed after the post-heat treatment of the welded pipe, and the problem of poor productivity is not solved.

また、特許文献3は、素材となる熱延後の鋼板中のオーステナイト分率を規定することにより、いたずらな高強度化を回避して、造管後の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の耐SSC性を確保するものである。しかし、素材鋼板中のオーステナイトは、造管時に加えられる歪みによりマルテンサイトに変態するため、素材のオーステナイト分率を規定しただけでは、製品の耐SSC性を担保できない。   Patent Document 3 specifies the austenite fraction in the steel sheet after hot rolling as a raw material, thereby avoiding unnecessarily high strength, and the low-carbon martensitic stainless steel welded pipe after pipe making. The SSC resistance is ensured. However, since austenite in the raw steel sheet is transformed into martensite due to strain applied during pipe making, the SSC resistance of the product cannot be ensured only by defining the austenite fraction of the raw material.

さらに、特許文献1〜3に記載の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼レーザー溶接管の製造方法では、いずれも試験期間が336hrと、通常参照される規格のNACE TM0177の720hrに比較して短く、依然、耐SSC性が不充分である。   Furthermore, in the methods for producing low-carbon martensitic stainless steel laser welded pipes described in Patent Documents 1 to 3, the test period is 336 hr, which is shorter than 720 hr of NACE TM0177 of the standard that is usually referred to, and still , SSC resistance is insufficient.

耐IGSCC性について記載された文献をみると、特許文献4に記載された技術は、耐SSC性に関する評価が行われていない。しかも、造管後に2度の加熱・冷却を必要とし、生産性が悪いという問題がある。また、特許文献5に記載されたマルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の製造方法は、シーム溶接終了後に固溶Cを炭化物として十分に析出させるような熱処理をシーム部に施すことにより、IGSCCの発生を防止するものである。しかし、特許文献5に記載の技術は、シーム部の耐IGSCC性を確保する技術であって、耐SSC性の向上に関する技術ではない。   When the literature described about the IGSCC resistance is seen, the technique described in Patent Document 4 is not evaluated for the SSC resistance. In addition, there is a problem in that productivity is poor because it requires two heating / cooling operations after pipe making. In addition, the method for manufacturing a martensitic stainless steel welded pipe described in Patent Document 5 generates IGSCC by performing heat treatment on the seam portion to sufficiently precipitate solute C as carbide after the end of seam welding. It is to prevent. However, the technique described in Patent Document 5 is a technique for ensuring the IGSCC resistance of the seam portion, and is not a technique for improving the SSC resistance.

また、溶接管の管軸方向および管円周方向の引張特性(降伏強度YSL、YST)を700MPa未満にすることは、以下の理由による。一般に、強度が高いほど耐SSC性は低下するため、材料の用途やコストパフォーマンスに応じて適切な範囲に収める必要がある。本発明では、API 5L規格、PSL2−X80レベルの強度を満足しつつ、かつ耐SSC性および耐IGSCC性に優れた低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管、およびその製造方法を提供することを目的とするため、上記の強度範囲とした。   In addition, the tensile properties (yield strength YSL, YST) in the tube axis direction and the tube circumferential direction of the welded tube are set to less than 700 MPa for the following reason. In general, the higher the strength, the lower the SSC resistance, so it is necessary to fall within an appropriate range according to the use of the material and cost performance. An object of the present invention is to provide a low carbon martensitic stainless steel welded pipe excellent in SSC resistance and IGSCC resistance while satisfying the strength of API 5L standard and PSL2-X80 level, and a method for producing the same. Therefore, the above strength range was adopted.

かかる従来技術の状況に鑑み、本発明は、低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管並みの耐硫化物応力腐食割れ性を有し、シーム溶接部の耐粒界応力腐食割れ性に優れ、所望の引張特性を有する低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管、およびその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the state of the prior art, the present invention has a sulfide stress corrosion cracking resistance comparable to that of a low carbon martensitic stainless steel seamless steel pipe, and is excellent in the intergranular stress corrosion cracking resistance of a seam weld. An object of the present invention is to provide a low-carbon martensitic stainless steel welded pipe having the following tensile properties and a method for producing the same.

本発明者らは、上記した目的を達成するために、まず、低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の耐SSC性が、低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼継目無管のそれに比較して劣っている原因について鋭意研究した。   In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors firstly have inferior SSC resistance of a low carbon martensitic stainless steel welded pipe compared to that of a low carbon martensitic stainless steel seamless pipe. We studied earnestly about the cause.

その結果、耐SSC性改善に最も有効な方法は、造管後の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管に残留する造管ひずみを除去し、かつ好適な量の残留オーステナイト分率を確保することであると知見した。   As a result, the most effective method for improving the SSC resistance is to remove the residual pipe-forming strain in the low-carbon martensitic stainless steel welded pipe after pipe making and to secure a suitable amount of retained austenite fraction. It was found that.

次いで、本発明者らは、低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管において、IGSCCの発生に影響する各種要因についても鋭意研究した。   Next, the present inventors have also intensively studied various factors affecting the occurrence of IGSCC in a low-carbon martensitic stainless steel welded pipe.

その結果、IGSCC発生リスクが最も高いのは、低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管同士を円周溶接し、その直後に実施する溶接後熱処理(Post Weld Heat Treatment、以下、PWHTともいう)により加熱された領域の周囲と、シーム溶接部の交点であることがわかった。この部位は、シーム溶接時の熱サイクルでCが固溶する温度域まで加熱された後、円周溶接後のPWHT適用部からの伝導伝熱により、PWHT温度に満たない低温での再加熱を受けることになるため、固溶CがCr炭化物として析出し、その周囲にCr欠乏層を形成しやすい。   As a result, the highest risk of IGSCC occurrence is that the low-carbon martensitic stainless steel welded pipes are circumferentially welded and heated by a post-weld heat treatment (hereinafter also referred to as PWHT) performed immediately thereafter. It was found that this was the intersection of the surrounding area and the seam weld. This part is heated to a temperature range where C is dissolved in the thermal cycle during seam welding, and then reheated at a low temperature less than the PWHT temperature by conduction heat transfer from the PWHT application part after circumferential welding. Since it is received, solute C is precipitated as Cr carbide, and a Cr-deficient layer is easily formed around it.

本発明者らは、造管した溶接管が円周溶接に供される前に、シーム溶接部に熱処理を施して、固溶Cを炭化物として十分析出させ、かつその周囲に充分Crを拡散させておく必要があることを知見した。   The present inventors perform heat treatment on the seam welded portion before the welded pipe is subjected to circumferential welding to sufficiently precipitate solute C as carbides and sufficiently diffuse Cr around the periphery. I found out that it was necessary to keep them.

さらに、本発明者らは上記の知見を応用した低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の製造条件について更なる研究を行い、最終的に、低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管並みの耐硫化物応力腐食割れ性を確保すると同時に、シーム溶接部の耐粒界応力腐食割れ性の改善も可能な低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管が、経済的かつ容易に製造できる条件を知見した。   Furthermore, the present inventors conducted further research on the manufacturing conditions of the low carbon martensitic stainless steel welded pipe applying the above knowledge, and finally, the resistance to sulfidation was the same as the low carbon martensitic stainless steel seamless steel pipe. We have found out the conditions under which a low-carbon martensitic stainless steel welded pipe that can improve the resistance to intergranular stress corrosion cracking of seam welds at the same time can be manufactured economically and easily.

本発明は、以上の知見に基づき、完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次の通りである。   The present invention has been completed based on the above findings. That is, the gist of the present invention is as follows.

[1]質量%で、C:0.0200%未満、N:0.0200%未満、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.03%以下、S:0.010%以下、Al:0.10%以下、Cr:10〜14%、Ni:3〜8%、Mo:1〜4%、V:0.02〜0.10%、Ca:0.0005〜0.010%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、母材部の残留オーステナイト相の体積分率が5%以上20%未満であり、管軸方向の引張試験により得られる降伏応力YSLと、管円周方向の引張試験により得られる降伏応力YSTがいずれも700MPa未満であり、YST/YSLが0.81以上1.00未満であることを特徴とする、耐硫化物応力腐食割れ性および耐粒界応力腐食割れ性に優れた低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管。   [1] By mass%, C: less than 0.0200%, N: less than 0.0200%, Si: 1.0% or less, Mn: 2.0% or less, P: 0.03% or less, S: 0 0.010% or less, Al: 0.10% or less, Cr: 10-14%, Ni: 3-8%, Mo: 1-4%, V: 0.02-0.10%, Ca: 0.0005 Tensile test in the tube axis direction containing ~ 0.010%, having a component composition consisting of the balance Fe and inevitable impurities, the volume fraction of the retained austenite phase in the base metal part being 5% or more and less than 20% The yield stress YSL obtained by the above and the yield stress YST obtained by the tensile test in the pipe circumferential direction are both less than 700 MPa, and the YST / YSL is 0.81 or more and less than 1.00, Low carbon steel with excellent sulfide stress corrosion cracking resistance and intergranular stress corrosion cracking resistance Ten sites stainless steel welded pipe.

[2]前記成分組成は、さらに、質量%で、Ti:0.15%以下、Nb:0.10%以下、Zr:0.10%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする、[1]に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼溶接管。   [2] The component composition further includes one or more selected from the group consisting of Ti: 0.15% or less, Nb: 0.10% or less, and Zr: 0.10% or less. The martensitic stainless steel welded pipe according to [1], characterized in that the composition is contained.

[3]前記成分組成は、さらに、質量%で、Cu:4.0%以下、W:4.0%以下のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする、[1]又は[2]に記載の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管。   [3] The component composition further includes, by mass%, a composition containing one or two selected from Cu: 4.0% or less and W: 4.0% or less. The low-carbon martensitic stainless steel welded tube according to [1] or [2].

[4][1]〜[3]のいずれかに記載の成分組成を有する低炭素マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板を、550℃以上、Ac1変態点+20℃未満の温度で1回焼鈍した後、管状に成形し、相対する両エッジ部を突き合わせてレーザービームで溶接し、又は高周波電流印加による加熱あるいは電気抵抗法による加熱後、両エッジ部を突き合わせてレーザービームで溶接して造管する低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の製造方法であって、前記造管後の鋼管を、550℃以上、Ac1変態点+50℃未満の温度で鋼管全体を焼鈍する1回の熱処理を施すことにより、母材部の残留オーステナイト相の体積分率を5%以上20%未満に調整することを特徴とする、耐硫化物応力腐食割れ性および耐粒界応力腐食割れ性に優れた低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の製造方法。   [4] After annealing the low-carbon martensitic stainless hot-rolled steel sheet having the component composition according to any one of [1] to [3] at a temperature of 550 ° C. or more and less than Ac1 transformation point + 20 ° C., Low carbon formed into a tube, welded with a laser beam with both opposite edges butted together, or heated by applying a high-frequency current or heating with an electrical resistance method, and then welded with a laser beam with both edges butted A method for producing a martensitic stainless steel welded pipe, wherein the steel pipe after the pipe making is subjected to a single heat treatment for annealing the entire steel pipe at a temperature of 550 ° C. or higher and less than Ac1 transformation point + 50 ° C. Low coal with excellent resistance to sulfide stress corrosion cracking and intergranular stress corrosion cracking, characterized by adjusting the volume fraction of retained austenite phase of the material to 5% or more and less than 20% Method for manufacturing a martensitic stainless steel welded pipe.

本発明によれば、低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管並みの耐硫化物応力腐食割れ性を確保すると同時に、シーム溶接部の耐粒界応力腐食割れ性の改善も可能な低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管が得られる。   According to the present invention, low carbon martensite that can ensure the resistance to sulfide stress corrosion cracking of a low carbon martensitic stainless steel seamless steel pipe and at the same time can improve the intergranular stress corrosion cracking resistance of a seam weld. A stainless steel welded pipe is obtained.

また、本発明によれば、溶接管の管軸方向および管円周方向の引張特性を所望の範囲に調整できる。   Moreover, according to this invention, the tensile characteristic of the pipe axial direction and pipe circumferential direction of a welded pipe can be adjusted to a desired range.

特に本発明の製造方法によれば、本発明の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管を経済的かつ容易に得ることができる。すなわち、本発明の製造方法は、上記従来技術の方法よりも、生産性を高くすることができる。   In particular, according to the production method of the present invention, the low carbon martensitic stainless steel welded tube of the present invention can be obtained economically and easily. That is, the production method of the present invention can increase the productivity as compared with the above-described prior art method.

上記の通り、本発明は、産業上格段の効果を奏する。   As described above, the present invention has a remarkable industrial effect.

溶接管の製造設備の一例を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing equipment of a welded pipe.

本発明の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管は、後述する通り、熱延鋼板に焼鈍を施し、図1に示すように、各種成形ロールで連続的に成形し、略円筒状断面のオープン管となし、該オープン管をスクイズロールで加圧しながら、該オープン管の両端面同士を突合せ、溶接接合して造管し、造管後に溶接管を焼鈍することで製造される。本発明では、使用する熱延鋼板は、低炭素マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板(本明細書において「熱延鋼板」という場合がある)とする。以下、低炭素マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板、当該熱延鋼板の焼鈍、造管、溶接管の焼鈍、低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の順で説明する。   The low-carbon martensitic stainless steel welded pipe of the present invention, as will be described later, is obtained by annealing a hot-rolled steel sheet and continuously forming it with various forming rolls as shown in FIG. However, while the open pipe is pressurized with a squeeze roll, both end faces of the open pipe are butted together and welded to form a pipe, and the welded pipe is annealed after pipe making. In the present invention, the hot-rolled steel sheet to be used is a low carbon martensitic stainless hot-rolled steel sheet (sometimes referred to as “hot-rolled steel sheet” in this specification). Hereinafter, the low-carbon martensitic stainless hot-rolled steel sheet, annealing of the hot-rolled steel sheet, pipe forming, annealing of the welded pipe, and low-carbon martensitic stainless steel welded pipe will be described in this order.

<低炭素マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板>
まず、使用する熱延鋼板の組成限定理由について説明する。なお、以下、特に断らない限り、成分の含有量を意味する%は質量%を意味する。
<Low carbon martensitic stainless hot-rolled steel sheet>
First, the reasons for limiting the composition of the hot-rolled steel sheet used will be described. Hereinafter, unless otherwise specified, “%” indicating the content of a component means “% by mass”.

C:0.0200%未満
Cを多量に含有すると、HAZ(溶接熱影響部)を硬化させ、溶接割れを生じさせたり、溶接熱影響部靭性を低下させたりする。特に、HAZの硬化は耐硫化物応力腐食割れ性の低下を伴うため、本発明ではできるだけC含有量を低減することが望ましい。また、CがHAZにおいてCr炭化物として析出すると、周囲にCr欠乏層が形成され粒界応力腐食割れ発生の原因となる。この観点からもできるだけC含有量を低減することが望ましい。上記の観点から、本発明では、C含有量を0.0200%未満に限定した。なお、好ましくは0.0100%以下である。
C: Less than 0.0200% When a large amount of C is contained, HAZ (welding heat affected zone) is hardened to cause weld cracking or to reduce weld heat affected zone toughness. In particular, since the hardening of HAZ is accompanied by a decrease in resistance to sulfide stress corrosion cracking, it is desirable to reduce the C content as much as possible in the present invention. Further, when C is precipitated as Cr carbide in the HAZ, a Cr-deficient layer is formed around it, causing intergranular stress corrosion cracking. From this viewpoint as well, it is desirable to reduce the C content as much as possible. From the above viewpoint, in the present invention, the C content is limited to less than 0.0200%. In addition, Preferably it is 0.0100% or less.

N:0.0200%未満
多量のNの含有は、溶接部を硬化させ、溶接割れを生じさせたり、溶接部靭性を劣化させたりする。特に、HAZの硬化は耐硫化物応力腐食割れ性の低下を伴うため、本発明ではできるだけN含有量を低減することが望ましい。また、Nは、Ti、Nb、Zr、V、Hf、Ta等と結合し窒化物を形成する。これにより、炭化物を形成しCr炭化物の形成を防止できるTi、Nb、Zr、V、Hf、Ta量が実質的に低減し、これら元素によるCr欠乏層の形成抑制効果、すなわち粒界応力腐食割れ発生の抑制効果が低下する。この観点からも、本発明では、N含有量はできるだけ低減することが望ましい。上記したNの悪影響は、0.0200%未満であれば許容できるため、本発明では、N含有量は0.0200%未満に限定した。なお、好ましくは0.0100%以下である。
N: Less than 0.0200% When a large amount of N is contained, the welded portion is hardened to cause weld cracking or deteriorate the welded portion toughness. In particular, since the hardening of HAZ is accompanied by a decrease in resistance to sulfide stress corrosion cracking, it is desirable to reduce the N content as much as possible in the present invention. N combines with Ti, Nb, Zr, V, Hf, Ta and the like to form a nitride. As a result, the amount of Ti, Nb, Zr, V, Hf, and Ta that can form carbides and prevent the formation of Cr carbides is substantially reduced, and the effect of suppressing the formation of Cr-deficient layers by these elements, that is, intergranular stress corrosion cracking The effect of suppressing the occurrence is reduced. Also from this viewpoint, in the present invention, it is desirable to reduce the N content as much as possible. Since the adverse effect of N described above is acceptable if it is less than 0.0200%, in the present invention, the N content is limited to less than 0.0200%. In addition, Preferably it is 0.0100% or less.

Si:1.0%以下
Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶して強度増加に寄与する元素であり、本発明では0.05%以上含有することが望ましい。しかし、Siはフェライト生成元素でもあり、Si含有量が1.0%を超えると、母材およびHAZの靭性が低下する。このため、Si含有量は1.0%以下に限定した。なお、好ましくは0.1〜0.5%である。
Si: 1.0% or less Si is an element that acts as a deoxidizer and contributes to an increase in strength by solid solution. In the present invention, it is desirable to contain 0.05% or more. However, Si is also a ferrite-forming element, and when the Si content exceeds 1.0%, the toughness of the base material and the HAZ is lowered. For this reason, Si content was limited to 1.0% or less. In addition, Preferably it is 0.1 to 0.5%.

Mn:2.0%以下
Mnは、固溶して鋼の強度上昇に寄与するとともに、オーステナイト生成元素であり、フェライト生成を抑制して母材およびHAZの靭性を向上させる。このような効果を得るためにはMn含有量を0.1%以上にすることが望ましい。一方、Mn含有量が2.0%を超えても効果が飽和してさらに高まることはほとんどない。このため、Mn含有量は2.0%以下に限定した。なお、好ましくは0.2〜1.2%である。
Mn: 2.0% or less Mn is a solid solution that contributes to an increase in the strength of the steel and is an austenite-generating element that suppresses ferrite formation and improves the toughness of the base material and the HAZ. In order to obtain such an effect, the Mn content is desirably 0.1% or more. On the other hand, even if the Mn content exceeds 2.0%, the effect is saturated and hardly increased. For this reason, Mn content was limited to 2.0% or less. In addition, Preferably it is 0.2 to 1.2%.

P:0.03%以下
Pは、粒界に偏析して粒界強度を低下させ、耐硫化物応力腐食割れ性や、耐粒界応力腐食割れ性に悪影響を及ぼす元素である。本発明では、できるだけP含有量を低減することが好ましい。本発明では、P含有量は0.03%までは許容できる。このため、P含有量は0.03%以下に限定した。なお、熱間加工性の観点からは、P含有量を0.02%以下とすることが好ましい。
P: 0.03% or less P is an element that segregates at the grain boundary to lower the grain boundary strength and adversely affects the sulfide stress corrosion cracking resistance and the intergranular stress corrosion cracking resistance. In the present invention, it is preferable to reduce the P content as much as possible. In the present invention, the P content is acceptable up to 0.03%. For this reason, the P content is limited to 0.03% or less. From the viewpoint of hot workability, the P content is preferably 0.02% or less.

S:0.010%以下
Sは、MnS等の硫化物を形成し、熱間加工性を低下させる元素である。本発明ではできるだけS含有量を低減することが好ましい。本発明では、S含有量は0.010%までは許容できる。このため、S含有量は0.010%以下に限定した。なお、より安定した熱間加工性確保の観点からは、0.004%以下とすることが好ましい。
S: 0.010% or less S is an element that forms sulfides such as MnS and reduces hot workability. In the present invention, it is preferable to reduce the S content as much as possible. In the present invention, the S content is acceptable up to 0.010%. For this reason, S content was limited to 0.010% or less. In addition, from a viewpoint of ensuring the more stable hot workability, it is preferable to set it as 0.004% or less.

Al:0.10%以下
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、このような効果は、Alを0.001%以上含有することにより認められる。Al含有量が0.10%を超えると靭性が低下する。このため、Al含有量は0.10%以下に限定した。なお、好ましくは0.01〜0.04%である。
Al: 0.10% or less Al is an element that acts as a deoxidizer, and such an effect is recognized by containing 0.001% or more of Al. When the Al content exceeds 0.10%, the toughness decreases. For this reason, Al content was limited to 0.10% or less. In addition, Preferably it is 0.01 to 0.04%.

Cr:10〜14%
Crは、耐炭酸ガス腐食性、耐孔食性、耐硫化物応力腐食割れ性等の耐食性を向上させるための基本元素である。本発明ではCr含有量を10%以上にする必要がある。一方、Cr含有量が14%を超えると、フェライト相が形成しやすくなり、マルテンサイト組織を安定して確保するためには、多量の他の合金元素添加を必要とし、材料コストの上昇を招く。このため、本発明では、Cr含有量は10〜14%の範囲に限定した。
Cr: 10-14%
Cr is a basic element for improving corrosion resistance such as carbon dioxide corrosion resistance, pitting corrosion resistance, and sulfide stress corrosion cracking resistance. In the present invention, the Cr content needs to be 10% or more. On the other hand, if the Cr content exceeds 14%, a ferrite phase is likely to be formed, and in order to ensure a stable martensite structure, a large amount of other alloy elements are required, resulting in an increase in material cost. . For this reason, in this invention, Cr content was limited to the range of 10-14%.

Ni:3〜8%
Niは、耐炭酸ガス腐食性を向上させるとともに、固溶して強度上昇に寄与し、また靭性を向上させる元素である。また、Niはオーステナイト形成元素であり、低炭素域でマルテンサイト組織を安定して確保するために有効に作用する。このような効果を得るためには、Ni含有量を3%以上とする。一方、Ni含有量が8%を超えると、変態点が低下しすぎて、所望の特性を確保するための焼戻し処理が長時間となる。また、Ni含有量が8%を超えると、材料コストの高騰を招く。このため、Ni含有量は3〜8%の範囲に限定した。なお、好ましくは4〜7%である。
Ni: 3-8%
Ni is an element that improves the carbon dioxide gas corrosion resistance, contributes to an increase in strength by solid solution, and improves toughness. Ni is an austenite-forming element and acts effectively to stably secure a martensite structure in a low carbon region. In order to obtain such an effect, the Ni content is set to 3% or more. On the other hand, when the Ni content exceeds 8%, the transformation point is excessively lowered, and the tempering process for ensuring desired characteristics takes a long time. On the other hand, if the Ni content exceeds 8%, the material cost increases. For this reason, Ni content was limited to 3 to 8% of range. In addition, Preferably it is 4 to 7%.

Mo:1〜4%
Moは、耐応力腐食割れ性、さらには耐硫化物応力腐食割れ性、耐孔食性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、Mo含有量を1%以上にする。一方、Mo含有量が4%を超えると、フェライトが生成しやすくなるとともに、耐硫化物応力腐食割れ性向上効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなり経済的に不利となる。このため、Moは1〜4%に限定した。なお、好ましくは1.5〜3.0%である。
Mo: 1-4%
Mo is an element that improves resistance to stress corrosion cracking, further resistance to sulfide stress corrosion cracking, and pitting resistance. In order to obtain such an effect, the Mo content is set to 1% or more. On the other hand, if the Mo content exceeds 4%, ferrite tends to be generated, and the effect of improving the resistance to sulfide stress corrosion cracking is saturated, and an effect commensurate with the content cannot be expected, which is economically disadvantageous. For this reason, Mo was limited to 1-4%. In addition, Preferably it is 1.5 to 3.0%.

V:0.02〜0.10%
Vは、炭化物形成元素であり、Crに比べて炭化物形成能が強く、溶接熱で固溶したCが、Cr炭化物として旧オーステナイト粒界に再析出するのを抑制し、溶接部の耐応力腐食割れ性を向上させる効果を有する。このような効果を得るためには、V含有量を0.02%以上にする。V含有量が0.10%を超えると、耐溶接割れ性、靭性が劣化する。このため、V含有量は0.10%以下に限定した。なお、好ましくは0.025〜0.075%である。
V: 0.02-0.10%
V is a carbide forming element, and has a stronger carbide forming ability than Cr, and suppresses reprecipitation of C, which is solid-solved by welding heat, as Cr carbide at the prior austenite grain boundaries, and stress corrosion resistance of welds. It has the effect of improving crackability. In order to obtain such an effect, the V content is set to 0.02% or more. If the V content exceeds 0.10%, weld crack resistance and toughness deteriorate. For this reason, the V content is limited to 0.10% or less. In addition, Preferably it is 0.025 to 0.075%.

Ca:0.0005〜0.010%
Caは、介在物の形態制御を介して、熱間加工性の向上に寄与する元素である。このような効果を得るために、Ca含有量を0.0005%以上とする。また、Ca含有量が0.010%を超えると、Caが粗大介在物として存在しやすくなるため、耐食性の劣化、靭性の低下が著しくなる。このため、Ca含有量は0.0005〜0.010%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.0005〜0.0030%である。
Ca: 0.0005 to 0.010%
Ca is an element that contributes to improvement of hot workability through the form control of inclusions. In order to obtain such an effect, the Ca content is set to 0.0005% or more. On the other hand, when the Ca content exceeds 0.010%, Ca tends to exist as coarse inclusions, so that the corrosion resistance is deteriorated and the toughness is significantly reduced. For this reason, Ca content was limited to 0.0005 to 0.010% of range. In addition, Preferably it is 0.0005 to 0.0030%.

上記した成分が基本の組成であるが、上記基本組成に加えて、さらに必要に応じて、Ti:0.15%以下、Nb:0.10%以下、Zr:0.10%以下のうちから選ばれた1種または2種以上、および/または、Cu:4.0%以下、W:4.0%以下のうちから選ばれた1種または2種を、選択して含有できる。   The above-described components have a basic composition. In addition to the above basic composition, if necessary, Ti: 0.15% or less, Nb: 0.10% or less, Zr: 0.10% or less. One or two or more selected and / or Cu: 4.0% or less and W: 4.0% or less can be selected and contained.

Ti:0.15%以下、Nb:0.10%以下、Zr:0.10%以下のうちから選ばれた1種または2種以上
Ti、Nb、Zrはいずれも、Vと同様に炭化物形成元素であり、必要に応じて1種または2種以上を選択して含有できる。Ti、Nb、Zrはいずれも、Crに比べて炭化物形成能が強く、溶接熱で固溶したCが、Cr炭化物として旧オーステナイト粒界に再析出するのを抑制し、溶接部の耐粒界応力腐食割れ性を向上させる効果を有する。また、Ti、Nb、Zrの炭化物は、溶接熱で高温に加熱されても溶解しにくく固溶Cの発生が抑制され、このことを介してCr炭化物の形成を抑制し、溶接部の耐粒界応力腐食割れ性を向上させるという効果もある。このような効果を得るためには、Ti含有量については0.03%以上、Nb含有量については0.03%以上、Zr含有量については0.03%以上にすることが好ましい。一方、Ti含有量が0.15%超の場合、Nb含有量が0.10%超の場合、Zr含有量が0.10%超の場合には、耐溶接割れ性、靭性が劣化する。このため、Ti:0.15%以下、Nb:0.10%以下、Zr:0.10%以下にそれぞれ限定することが好ましい。なお、より好ましくはTi含有量が0.03〜0.12%、Nb含有量が0.03〜0.08%、Zr含有量が0.03〜0.08%である。
One or more selected from Ti: 0.15% or less, Nb: 0.10% or less, Zr: 0.10% or less Ti, Nb, and Zr all form carbides in the same manner as V It is an element, and one or two or more can be selected and contained as necessary. Ti, Nb, and Zr all have strong carbide-forming ability compared to Cr, and suppress the re-precipitation of C as a Cr carbide on the prior austenite grain boundaries as a Cr carbide, resulting in a grain boundary in the weld zone. It has the effect of improving the stress corrosion cracking property. Further, Ti, Nb, and Zr carbides are difficult to dissolve even when heated to high temperatures by welding heat, and the formation of solute C is suppressed. There is also an effect of improving the field stress corrosion cracking property. In order to obtain such an effect, the Ti content is preferably 0.03% or more, the Nb content is 0.03% or more, and the Zr content is preferably 0.03% or more. On the other hand, when the Ti content exceeds 0.15%, the Nb content exceeds 0.10%, and the Zr content exceeds 0.10%, the weld crack resistance and toughness deteriorate. For this reason, it is preferable to limit to Ti: 0.15% or less, Nb: 0.10% or less, and Zr: 0.10% or less, respectively. More preferably, the Ti content is 0.03 to 0.12%, the Nb content is 0.03 to 0.08%, and the Zr content is 0.03 to 0.08%.

Cu:4.0%以下、W:4.0%以下のうちから選ばれた1種または2種
Cu、Wはいずれも、COを含有する天然ガスを輸送するラインパイプ用鋼管に要求される特性である耐炭酸ガス腐食性を向上させる元素であり、必要に応じて1種または2種を選択して含有できる。
One or two types selected from Cu: 4.0% or less and W: 4.0% or less Cu and W are both required for steel pipes for line pipes that transport natural gas containing CO 2. It is an element that improves the carbon dioxide gas corrosion resistance, which is a characteristic, and can be selected from one or two as required.

Cuは、耐炭酸ガス腐食性を向上させるとともに、オーステナイト形成元素であり、低炭素域でマルテンサイト組織を安定して確保するために有効に作用する。このような効果を得るためには、Cu含有量を0.5%以上にすることが好ましい。一方、Cu含有量が4.0%を超えても、効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなり経済的に不利となる。このため、Cu含有量は4.0%以下にすることが好ましい。なお、より好ましくは1.0〜3.0%である。   Cu is an austenite forming element as well as improving the carbon dioxide gas corrosion resistance, and effectively acts to ensure a stable martensite structure in a low carbon region. In order to obtain such an effect, the Cu content is preferably 0.5% or more. On the other hand, even if the Cu content exceeds 4.0%, the effect is saturated, and an effect commensurate with the content cannot be expected, which is economically disadvantageous. For this reason, it is preferable to make Cu content 4.0% or less. In addition, More preferably, it is 1.0 to 3.0%.

Wは、耐炭酸ガス腐食性を向上させるとともに、さらに、耐応力腐食割れ性、さらには耐硫化物応力腐食割れ性、耐孔食性を向上させる元素である。これらの効果を得るためにはW含有量を0.5%以上とすることが好ましい。一方、W含有量が4.0%を超えると、フェライトが生成しやすくなるとともに、耐硫化物応力腐食割れ性向上効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなり経済的に不利となる。このため、Wは4.0%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは1.0〜3.0%である。   W is an element that improves the resistance to carbon dioxide gas corrosion, and further improves the resistance to stress corrosion cracking, further the resistance to sulfide stress corrosion cracking, and the resistance to pitting corrosion. In order to obtain these effects, the W content is preferably 0.5% or more. On the other hand, if the W content exceeds 4.0%, ferrite is likely to be generated, and the effect of improving the resistance to sulfide stress corrosion cracking is saturated, and an effect commensurate with the content cannot be expected, which is economically disadvantageous. . For this reason, it is preferable to limit W to 4.0% or less. In addition, More preferably, it is 1.0 to 3.0%.

上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。   The balance other than the components described above consists of Fe and inevitable impurities.

以上の成分組成を有する熱延鋼板は、上記成分組成を有する鋼素材を熱間圧延することで得られる。熱延鋼板を得るための具体的な製造方法や製造条件は特に限定されないが、上記した成分組成の溶鋼を、転炉、電気炉、真空溶解炉などの通常の溶製方法で溶製し、連続鋳造法、造塊−分塊圧延法などの公知の方法でスラブ等の鋼素材とし、該鋼素材に公知の熱間加工を適用し、所定の寸法の熱延鋼板とすることが好ましい。通常、上記のようにして得られた熱延鋼板は巻き取られ、次の工程に用いられる。   The hot-rolled steel sheet having the above component composition is obtained by hot rolling a steel material having the above component composition. Although the specific production method and production conditions for obtaining the hot-rolled steel sheet are not particularly limited, the molten steel having the above-described component composition is melted by a normal melting method such as a converter, an electric furnace, a vacuum melting furnace, It is preferable that a steel material such as a slab is formed by a known method such as a continuous casting method or an ingot-bundling rolling method, and a known hot working is applied to the steel material to obtain a hot-rolled steel plate having a predetermined size. Usually, the hot-rolled steel sheet obtained as described above is wound up and used in the next step.

<熱延鋼板の焼鈍>
巻取り後、室温まで冷却した上記熱延鋼板を、550℃以上Ac1変態点+20℃未満の温度に再加熱した後冷却する焼鈍処理を施す。なお、Ac1変態点の測定は、熱延鋼板から採取した円柱状試験片を用いた熱膨張/収縮試験により行ない、昇温過程において試料の膨張の勾配が変化する温度をAc1点、すなわちオーステナイト相が生成し始める温度として定義した。
<Annealing of hot-rolled steel sheet>
After the winding, the above hot-rolled steel sheet cooled to room temperature is subjected to an annealing treatment in which it is reheated to a temperature of 550 ° C. or higher and less than Ac1 transformation point + 20 ° C. and then cooled. The Ac1 transformation point is measured by a thermal expansion / shrinkage test using a cylindrical specimen taken from a hot-rolled steel sheet, and the temperature at which the gradient of sample expansion changes during the temperature rising process is the Ac1 point, that is, the austenite phase. Was defined as the temperature at which it begins to form.

本発明で対象とする成分組成の鋼は、熱間加工後、空冷以上の冷却速度で冷却すれば、マルテンサイト組織とすることができるので、上記の焼鈍処理は、実質的には焼戻し処理に相当する。   Since the steel of the component composition targeted in the present invention can be made into a martensite structure if it is cooled at a cooling rate equal to or higher than air cooling after hot working, the above annealing treatment is substantially a tempering treatment. Equivalent to.

Ac1変態点+20℃以上の温度で再加熱すると部分的にオーステナイト化が生じ、その後の冷却過程で焼き戻しされないマルテンサイトが形成されて鋼の強度が上昇するため、次工程の造管が困難になる。また、再加熱温度が550℃未満では充分な焼き戻し効果が得られず、鋼の強度が高すぎるため、やはり造管が困難になる。これらの理由から、焼鈍温度を550℃以上Ac1変態点+20℃未満とした。   When reheated at a temperature of Ac1 transformation point + 20 ° C. or higher, austenite is partially formed, and martensite that is not tempered in the subsequent cooling process is formed, increasing the strength of the steel. Become. Further, if the reheating temperature is less than 550 ° C., a sufficient tempering effect cannot be obtained, and the strength of the steel is too high, so that it is difficult to make a pipe. For these reasons, the annealing temperature was set to 550 ° C. or higher and less than Ac1 transformation point + 20 ° C.

焼鈍保持時間については、処理対象の熱延鋼板の板厚やコイル外径などに応じて調整される。通常、10〜30時間保持すれば十分である。また、焼鈍後の冷却方法についても特に制約はなく、炉冷または放冷で十分である。   About annealing holding time, it adjusts according to the plate | board thickness, coil outer diameter, etc. of a hot-rolled steel plate to be processed. It is usually sufficient to hold for 10 to 30 hours. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the cooling method after annealing, Furnace cooling or standing to cool is enough.

なお、熱間加工後巻き取ってなる熱延鋼板を、Ac3点以上の温度に加熱し、空冷以上の冷却速度で200℃未満まで冷却した後、さらに550℃以上Ac1変態点以下の温度に再加熱して空冷以上の冷却速度で冷却する処理、すなわち焼入れ焼戻しに相当する2段階の熱処理を施してもよい。ただし本発明では、後述するように造管後の全管焼鈍(鋼管全体の焼鈍)で材料特性が調整できるので、熱延鋼板の熱処理は、造管を可能にすることを目的とした上記1回のみの実施で充分である。むしろ、熱延鋼板の熱処理が1回で済めば、製造コストやリードタイム低減の面から工業上優位である。   The hot-rolled steel sheet wound up after hot working is heated to a temperature of Ac3 point or higher, cooled to below 200 ° C at a cooling rate of air cooling or higher, and then reheated to a temperature of 550 ° C or higher and lower than the Ac1 transformation point. A process of heating and cooling at a cooling rate higher than air cooling, that is, a two-stage heat treatment corresponding to quenching and tempering may be performed. However, in the present invention, as described later, since the material characteristics can be adjusted by annealing of the entire pipe after pipe forming (annealing of the entire steel pipe), the heat treatment of the hot-rolled steel sheet is intended to enable pipe forming. Implementation of only one time is sufficient. Rather, if the heat treatment of the hot-rolled steel sheet is completed once, it is industrially advantageous from the viewpoint of manufacturing cost and lead time reduction.

<造管>
造管は、例えば、図1に示す溶接管製造設備1を用いて行うことができる。アンコイラー10で連続的に払出された熱延鋼板2を、エッジミラー11で板端部切削し、ブレイクダウンロール12、ケージロール13、フィンパスロール14に順次通して管状にロール成形し、略円筒状断面のオープン管3とする。オープン管3をスクイズロール16で加圧しながら、オープン管3の両端面同士を突合せ、シーム部を溶接手段であるレーザー発振器15より発生させたレーザービームによって貫通溶融させて溶接接合して管体4としたものをサイジングロール17で定径圧延して溶接管5とする。その後、溶接管を切断機18で所定長さに切断する。なお、本発明の溶接管の製造に用いる設備は、レーザービームによって溶接接合する、常用の溶接管の製造設備であればよい。
<Pipe making>
Pipe making can be performed using, for example, a welded pipe manufacturing facility 1 shown in FIG. The hot-rolled steel sheet 2 continuously discharged by the uncoiler 10 is cut at the edge by an edge mirror 11 and passed through a breakdown roll 12, a cage roll 13, and a fin pass roll 14, and roll-formed into a tubular shape. An open tube 3 having a cross section is used. While pressurizing the open tube 3 with the squeeze roll 16, both end surfaces of the open tube 3 are brought into contact with each other, and the seam portion is penetrated and melted by a laser beam generated from a laser oscillator 15 which is a welding means to be welded and joined. The sizing roll 17 is used to make a constant-diameter roll to obtain a welded pipe 5. Thereafter, the welded tube is cut into a predetermined length by the cutting machine 18. In addition, the equipment used for manufacture of the welded pipe of the present invention may be a conventional welded pipe manufacturing equipment that is welded and joined by a laser beam.

本発明において、レーザービーム溶接を採用する理由は以下のとおりである。本発明で対象とする低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼は、Cr等の合金成分を多量に含むため、溶接に際し溶融池内に多量の高融点酸化物が生成しやすい。このため、生成した高融点酸化物がシーム溶接部に残留し、ペネトレータと称する溶接欠陥を発生しやすい。高融点酸化物の生成を抑制するためには、不活性ガスで溶融池をシールドすることが考えられるが、この方法で高融点酸化物の生成を完全には防止できない。そこで、エネルギー密度が高く、溶融池領域の極小化が可能なレーザービーム溶接を用いれば、溶融池の大気との接触が最小限となり、上記溶接欠陥の発生が抑制可能になる。   In the present invention, the reason for employing laser beam welding is as follows. Since the low carbon martensitic stainless steel targeted by the present invention contains a large amount of alloy components such as Cr, a large amount of high melting point oxide is likely to be generated in the molten pool during welding. For this reason, the produced high melting point oxide remains in the seam welded portion, and a welding defect called a penetrator tends to occur. In order to suppress the formation of the high melting point oxide, it is conceivable to shield the molten pool with an inert gas, but this method cannot completely prevent the formation of the high melting point oxide. Therefore, if laser beam welding is used, which has a high energy density and can minimize the weld pool region, the contact of the weld pool with the atmosphere is minimized, and the occurrence of the weld defect can be suppressed.

なお、上記のレーザービーム溶接による造管法においては、ERW(電気抵抗溶接)法で用いられている高周波電流印加による加熱手段(誘導加熱コイルやコンタクトチップ)又は電気抵抗法による加熱によりオープン管3の幅方向両端部を予熱してからレーザー溶接するようにしてもよい。この場合には、造管速度を速くすることができ、生産性が向上する。また、管体4の外面および内面には、溶接時に溶接部を加圧することにより溶湯が押し出されて凝固し隆起部(ビード)が形成される。ビードは、内外面ともに切削加工等で除去して平滑化することが好ましい。   In the above-mentioned tube forming method by laser beam welding, the open tube 3 is heated by heating means (induction heating coil or contact tip) using high frequency current applied in ERW (electric resistance welding) method or heating by electric resistance method. Alternatively, laser welding may be performed after preheating both ends in the width direction. In this case, the pipe making speed can be increased and the productivity is improved. Further, on the outer surface and the inner surface of the tube body 4, the weld is pressurized during welding to be extruded and solidified to form a raised portion (bead). It is preferable that the bead is smoothed by removing the inner and outer surfaces by cutting or the like.

<溶接管の焼鈍>
本発明では、溶接管(鋼管)に対して、1回の全管焼鈍処理(鋼管全体を焼鈍する処理)を施す。この溶接管の焼鈍処理の目的は、溶接管に残留する造管ひずみを除去し、かつ好適な分率の残留オーステナイトを確保すること、さらにはシーム溶接部の耐粒界応力腐食割れ性の改善にある。
<Annealing of welded pipe>
In the present invention, the entire pipe annealing treatment (treatment for annealing the entire steel pipe) is performed on the welded pipe (steel pipe). The purpose of annealing treatment of this welded pipe is to remove pipe-forming strain remaining in the welded pipe, to secure a suitable fraction of retained austenite, and to improve the intergranular stress corrosion cracking resistance of seam welds. It is in.

処理条件のうち、温度は550℃以上Ac1点+50℃未満とする必要がある。鋼管全体の焼鈍処理の温度が550℃未満では、温度が低すぎるために、残留応力の除去を行なうためには長時間の加熱が必要となり、工業上有用でない。また、処理の温度が550℃未満ではシーム溶接部の固溶Cが炭化物として析出し、Cr欠乏層が生じる可能性がある。一方、処理の温度がAc1点+50℃以上になると、溶接管の大部分がオーステナイト化し、その後の冷却過程で焼き戻しされないマルテンサイトがほぼ全管にわたって形成されるため、強度が高すぎるなど、所望の機械的特性が得られない。   Among the processing conditions, the temperature needs to be 550 ° C. or higher and less than Ac1 point + 50 ° C. If the temperature of the annealing treatment of the entire steel pipe is less than 550 ° C., the temperature is too low, and thus heating for a long time is required to remove the residual stress, which is not industrially useful. Further, when the treatment temperature is less than 550 ° C., the solid solution C in the seam welded portion is precipitated as carbides, and a Cr-deficient layer may be generated. On the other hand, when the processing temperature is Ac1 point + 50 ° C. or higher, most of the welded pipe is austenitized, and martensite that is not tempered in the subsequent cooling process is formed over almost the entire pipe. The mechanical characteristics cannot be obtained.

また、全管焼鈍処理の保持時間は、特に制約する必要はないが、管全体を均質化する観点からは10分以上とするのが望ましい。上記処理後の冷却方法については、特に制約はなく、水冷による焼入れ処理、放冷による焼きならし処理、さらには炉冷のいずれであってもよい。また、上記処理を施した後にさらなる細粒化を目的とする焼入れ処理や強度調整のため焼戻し処理を施してもよい。   Further, the holding time of the all-tube annealing treatment is not particularly limited, but is preferably 10 minutes or more from the viewpoint of homogenizing the entire tube. There is no restriction | limiting in particular about the cooling method after the said process, Any of hardening processing by water cooling, normalizing processing by standing_to_cool, and also furnace cooling may be sufficient. Moreover, you may perform the tempering process for the hardening process and the intensity | strength adjustment for the purpose of further refinement | miniaturization after performing the said process.

なお、上記の全管焼鈍により、溶接管の管軸方向および管円周方向の引張特性を所望の範囲に調整することができる。   It should be noted that the tensile properties in the pipe axis direction and the pipe circumferential direction of the welded pipe can be adjusted to a desired range by the above-described full pipe annealing.

<低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管>
本発明の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管は、母材部の残留オーステナイト相の体積分率が5%以上20%未満である。残留オーステナイト相の体積分率がこの範囲にあることで、耐SSC性が改善される。残留オーステナイト相以外のほとんどが、マルテンサイト相(焼戻しされたマルテンサイト相)であり、マルテンサイト相の体積分率は80%超である。なお、本発明の効果を害さない範囲で、残留オーステナイト相及びマルテンサイト相以外の相を含んでもよい。
<Low carbon martensitic stainless steel welded pipe>
In the low carbon martensitic stainless steel welded pipe of the present invention, the volume fraction of the retained austenite phase in the base metal part is 5% or more and less than 20%. When the volume fraction of the retained austenite phase is within this range, the SSC resistance is improved. Most of the remaining austenite phase is a martensite phase (tempered martensite phase), and the volume fraction of the martensite phase is more than 80%. In addition, you may include phases other than a retained austenite phase and a martensite phase in the range which does not impair the effect of this invention.

また、本発明の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管は、上述の製造方法で製造されるため、管軸方向の引張試験により得られる降伏応力YSLと、管円周方向の引張試験により得られる降伏応力YSTがいずれも700MPa未満となり、YST/YSLが0.81以上1.00未満となる。   Moreover, since the low carbon martensitic stainless steel welded pipe of the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method, it is obtained by the yield stress YSL obtained by the tensile test in the pipe axis direction and the tensile test in the pipe circumferential direction. The yield stress YST is less than 700 MPa, and YST / YSL is 0.81 or more and less than 1.00.

表1に示す成分組成を有する8種類のスラブを熱間圧延し、その後室温まで空冷して巻取り低炭素マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板(板厚:6mm)を得た。この熱延鋼板を、表2に示す条件で焼鈍処理を行った。得られた熱延鋼板の圧延方向が引張方向となるように、ASTM規格に準拠して矩形引張試験片(Sheet type,1/2 in. wide、標点:50mm)を採取し、引張試験を実施し、熱延鋼板の引張特性(引張強さTS、伸びEl)を求めた。引張試験で得られた全伸びの値が、後の造管で付与されると予想されるひずみ量よりも大きければ造管可、小さければ造管不可と判定した。得られた引張特性、および造管可否の判定結果を表2に示す。   Eight types of slabs having the composition shown in Table 1 were hot-rolled and then air-cooled to room temperature to obtain a low-carbon martensitic stainless hot-rolled steel sheet (sheet thickness: 6 mm). This hot-rolled steel sheet was annealed under the conditions shown in Table 2. In order to make the rolling direction of the obtained hot-rolled steel sheet the tensile direction, a rectangular tensile test piece (Sheet type, 1/2 in. Wide, mark: 50 mm) is taken in accordance with ASTM standards, and a tensile test is performed. The tensile properties (tensile strength TS, elongation El) of the hot-rolled steel sheet were determined. If the total elongation value obtained in the tensile test was larger than the amount of strain expected to be applied in the subsequent pipe making, it was judged that pipe making was possible, and if it was smaller, pipe making was impossible. Table 2 shows the obtained tensile characteristics and the result of determination of whether or not pipe forming is possible.

次に、造管可と判定された熱延鋼板を、図1に示す設備を用いて、溶接管(外径:219mmφ)とした。レーザー溶接は、ファイバーレーザーを用いて、レーザー出力:20kW、溶接速度:8m/min、Arガス雰囲気中で行った。このレーザーを用いたシーム溶接後、シーム溶接部の内外面のビードを切削加工によりそれぞれ平滑化した。   Next, the hot-rolled steel sheet determined to be pipe-made was used as a welded pipe (outer diameter: 219 mmφ) using the equipment shown in FIG. Laser welding was performed in a Ar gas atmosphere using a fiber laser, laser output: 20 kW, welding speed: 8 m / min. After seam welding using this laser, the beads on the inner and outer surfaces of the seam welded portion were each smoothed by cutting.

造管された溶接管に対し、表2に示す条件で焼鈍処理を行ない、放冷して製品溶接管を得た。比較例として、一部溶接管に対しては焼鈍処理を実施せず又は本発明とは異なる条件の焼鈍処理を実施した製品管とした。   The welded pipe was subjected to annealing treatment under the conditions shown in Table 2 and allowed to cool to obtain a product welded pipe. As a comparative example, it was set as the product pipe which performed annealing processing on conditions different from this invention, without implementing annealing processing with respect to one part welded pipe.

得られた各製品管から、溶接管の管軸方向が引張方向となるように、また溶接管の管円周方向が引張方向となるように、それぞれ母材部からASTM規格に準拠してサブサイズ丸棒引張試験片(Small−size Specimens Proportional to Standard、標点:10.0mm)を採取し、引張試験を実施し、母材部の管軸方向および管円周方向の引張特性(降伏強度YSL、YST)を求めた。得られた引張特性を表2に示す。   From each of the obtained product pipes, the base material part is sub-compliant with the ASTM standard so that the pipe axis direction of the welded pipe is the tensile direction and the pipe circumferential direction of the welded pipe is the tensile direction. Size-size bar specimens (Small-size Specimen Proportional to Standard, standard point: 10.0 mm) are sampled and subjected to a tensile test. Tensile properties (yield strength) in the pipe axis direction and pipe circumferential direction of the base metal part YSL, YST). The obtained tensile properties are shown in Table 2.

また、製品溶接管母材部より10mm角の試験片を採取し、外面側から試験片表面が平坦になるまで研削・研磨した後、X線回折法によりオーステナイト分率を測定した。   Further, a 10 mm square test piece was collected from the base part of the welded pipe of the product, and after grinding and polishing from the outer surface side until the test piece surface became flat, the austenite fraction was measured by an X-ray diffraction method.

さらに、得られた各製品管から、以下のように試験片を採取し、耐硫化物応力腐食割れ試験、および耐粒界応力腐食割れ試験を実施した。   Further, test pieces were collected from the obtained product tubes as follows, and a sulfide stress corrosion cracking resistance test and an intergranular stress corrosion cracking test were performed.

まず、耐SSC試験については、得られた各製品管から、試験片の長手方向を管軸に平行とし、母材部またはシーム溶接部が、それぞれ試験片幅方向の中央に位置するよう4点曲げ応力腐食試験片(厚さ2mm×幅10mm×長さ75mm)を採取して実施した。これらの試験片は、4点曲げ付与治具にセットして鋼管母材部の軸方向降伏応力YSLに対して100%の応力を負荷し、腐食環境中に浸漬して割れの発生の有無を調べた。試験の環境条件は、雰囲気:0.005MPa HS−CO バランス(HSの分圧が0.005MPa HSガス以外の残部がCO)、試験溶液:25質量%NaCl水溶液、溶液pH:4.5、溶液温度:25℃、浸漬時間:720時間とした。なお、pHは酢酸−酢酸ナトリウム水溶液を添加して調整した。評価は、目視により、母材部の試験片およびシーム溶接部の試験片の両方で割れの発生が認められなかったものを耐SSC性が良好「○」、いずれか片方でも割れの発生が認められたものを耐SSC性が不良「×」とした。なお、合否の判定基準はEFC 17に記載の方法に従った。 First, with respect to the SSC resistance test, from each of the obtained product pipes, four points were set so that the longitudinal direction of the test piece was parallel to the pipe axis, and the base metal part or the seam welded part was located at the center in the width direction of the test piece. A bending stress corrosion test piece (thickness 2 mm × width 10 mm × length 75 mm) was collected and carried out. These test pieces are set on a 4-point bending jig and loaded with 100% stress on the axial yield stress YSL of the steel pipe base material, and immersed in a corrosive environment to check for cracks. Examined. Environmental conditions of the test, Atmosphere: 0.005MPa H 2 S-CO 2 balance (H 2 partial pressure of S is 0.005 MPa H 2 S balance other than the gas CO 2), the test solution: 25 wt% NaCl aqueous solution, The solution pH was 4.5, the solution temperature was 25 ° C., and the immersion time was 720 hours. The pH was adjusted by adding an acetic acid-sodium acetate aqueous solution. Evaluation was made by visually confirming that no cracking was observed in both the base metal part test piece and the seam welded part test piece, which had good SSC resistance, and cracking was observed in either one. The SSC resistance was determined to be poor “x”. Note that the pass / fail criterion was according to the method described in EFC17.

さらに、耐IGSCC試験については、得られた各製品管から、試験片の長手方向を管軸に平行とし、シーム溶接部が試験片幅方向の中央に位置するよう試験片(厚さ2mm×幅15mm×長さ115mm)を採取し、該試験片に、円周溶接部のPWHT時の伝熱による加熱を模擬した熱処理(450℃で600秒加熱後、放冷)を施した後、研磨して、4点曲げ応力腐食割れ試験用試験片とし、実施した。   Furthermore, for the IGSCC resistance test, from each of the obtained product tubes, the test piece (thickness 2 mm × width) was set so that the longitudinal direction of the test piece was parallel to the pipe axis and the seam weld was positioned in the center of the test piece width direction. 15 mm x 115 mm in length), and the test piece was subjected to heat treatment (heating at 450 ° C. for 600 seconds and then allowed to cool) simulating heating by heat transfer during circumferential PWHT, and then polished Thus, a test piece for a four-point bending stress corrosion cracking test was carried out.

4点曲げ応力腐食割れ試験は、4点曲げ付与治具にセットして0.5%のひずみを負荷後、腐食環境中に浸漬して実施した。腐食環境は、液温:100℃、CO分圧:0.1MPa、pH:2.0の5質量%NaCl水溶液とした。なお、試験期間は720hrとした。試験後、試験片断面について、目視、および100倍の光学顕微鏡で割れの有無を観察し、耐粒界応力腐食割れ性(耐IGSCC性)を評価した。得られた結果を表2に示す。割れなしを「○」、割れありを「×」で表示した。なお、合否の判定基準はEFC 17に記載の方法に従った。 The four-point bending stress corrosion cracking test was carried out by immersing in a corrosive environment after setting a 4-point bending imparting jig and applying a strain of 0.5%. The corrosive environment was a 5 mass% NaCl aqueous solution having a liquid temperature of 100 ° C., a CO 2 partial pressure of 0.1 MPa, and a pH of 2.0. The test period was 720 hr. After the test, the cross section of the test piece was visually observed and observed for cracking with a 100-fold optical microscope, and the intergranular stress corrosion cracking resistance (IGGSCC resistance) was evaluated. The obtained results are shown in Table 2. “O” indicates that there is no crack, and “X” indicates that there is no crack. In addition, the judgment criteria of pass / fail was according to the method described in EFC 17.

これらの結果を、表2に併せて示した。表2から明らかなように、本発明で規定する化学組成を有する低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼を素材とし、かつ本発明で規定する熱処理条件で製造された本発明例の溶接管は、造管時における成形性が良好であり、かつ耐SSC性と耐IGSCCも良好であった。   These results are also shown in Table 2. As is apparent from Table 2, the welded pipe of the present invention example made of low carbon martensitic stainless steel having the chemical composition defined in the present invention and manufactured under the heat treatment conditions defined in the present invention The moldability at the time was good, and the SSC resistance and IGSCC resistance were also good.

これに対し、化学組成は本発明で規定する範囲内であるが、熱延鋼板の熱処理条件が、本発明の範囲外となる場合には(No.1−1、1−2、1−9、2−1、2−6、4−6)、鋼帯の強度が高すぎるため造管が困難であった。   In contrast, the chemical composition is within the range specified in the present invention, but when the heat treatment conditions of the hot-rolled steel sheet are out of the range of the present invention (No. 1-1, 1-2, 1-9). 2-1, 2-6, 4-6), and the strength of the steel strip was too high, making pipe making difficult.

また、化学組成、および熱延鋼板の熱処理条件は本発明で規定する範囲内であるが、溶接管の熱処理条件が、本発明の範囲外となる場合には(No.1−4、1−5、1−8、2−2、2−3、2−5、4−2、4−3、4−5)、溶接管に残留する造管ひずみの除去不足、残留オーステナイトの不足、さらにはシーム溶接部の一部にCr欠乏層が形成されたため、のいずれかまたは複数の要因により、耐SSC性あるいは耐IGSCC性がよくなかった。なお、造管ひずみの除去及びCr欠乏層の形成は以下のように確認した。   In addition, the chemical composition and the heat treatment conditions of the hot-rolled steel sheet are within the range defined in the present invention, but when the heat treatment conditions of the welded pipe are outside the scope of the present invention (No. 1-4, 1- 5, 1-8, 2-2, 2-3, 2-5, 4-2, 4-3, 4-5), insufficient removal of the tube-forming strain remaining in the welded pipe, lack of residual austenite, Since a Cr-depleted layer was formed in a part of the seam welded portion, the SSC resistance or the IGSCC resistance was not good due to any one or a plurality of factors. The removal of tube-forming strain and the formation of a Cr-deficient layer were confirmed as follows.

造管の際には、L方向に引っ張りながら成形するため、造管後は加工硬化でL方向のYSが高くなる。すなわち、YSの異方性が造管歪みを示しており、管全体の焼鈍により異方性が小さくなれば、すなわちYST/YSLが0.81以上になれば、必要なレベルまで造管ひずみが除去されたと判定した。一方、YST/YSLが1.00以上の場合、鋼管の長手方向に引張応力が付与された際に、円周方向の縮径に比べて長手方向の減肉が優先となり、座屈や破断の原因となる。そのため、YST/YSLは1.00未満に限定した。   Since the pipe is formed while being pulled in the L direction, the YS in the L direction is increased by work hardening after the pipe is formed. That is, the anisotropy of YS indicates tube-forming strain. If the anisotropy is reduced by annealing of the entire tube, that is, if YST / YSL is 0.81 or more, the tube-forming strain is reduced to the required level. It was determined that it was removed. On the other hand, when YST / YSL is 1.00 or more, when tensile stress is applied in the longitudinal direction of the steel pipe, thinning in the longitudinal direction has priority over reduced diameter in the circumferential direction, and buckling and fracture Cause. Therefore, YST / YSL is limited to less than 1.00.

耐IGSCC試験で割れが認められた一部の試験片について、割れ先端に連なる旧オーステナイト粒界をFIB−TEMにて観察、組成分析した。この分析により、粒界近傍でCr濃度が低下していること、すなわち、Cr欠乏層が形成されていることを確認した。   For some test pieces in which cracks were observed in the IGSCC resistance test, the prior austenite grain boundaries connected to the crack tips were observed and analyzed by FIB-TEM. From this analysis, it was confirmed that the Cr concentration was lowered in the vicinity of the grain boundary, that is, a Cr-deficient layer was formed.

Figure 0006390677
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1 溶接管製造設備
10 アンコイラー
11 エッジミラー
12 ブレイクダウンロール
13 ケージロール
14 フィンパスロール
15 レーザー発振器
16 スクイズロール
17 サイジングロール
18 切断機
2 熱延鋼板
3 オープン管
4 管体
5 溶接管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Welded pipe manufacturing equipment 10 Uncoiler 11 Edge mirror 12 Breakdown roll 13 Cage roll 14 Fin pass roll 15 Laser oscillator 16 Squeeze roll 17 Sizing roll 18 Cutting machine 2 Hot-rolled steel sheet 3 Open pipe 4 Pipe body 5 Welded pipe

Claims (4)

質量%で、C:0.0200%未満、N:0.0200%未満、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.03%以下、S:0.010%以下、Al:0.10%以下、Cr:10〜14%、Ni:3〜8%、Mo:1〜4%、V:0.02〜0.10%、Ca:0.0005〜0.010%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
母材部の残留オーステナイト相の体積分率が5%以上20%未満であり、
管軸方向の引張試験により得られる降伏応力YSLと、管円周方向の引張試験により得られる降伏応力YSTがいずれも700MPa未満であり、YST/YSLが0.81以上1.00未満であることを特徴とする、耐硫化物応力腐食割れ性および耐粒界応力腐食割れ性に優れた低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管。
In mass%, C: less than 0.0200%, N: less than 0.0200%, Si: 1.0% or less, Mn: 2.0% or less, P: 0.03% or less, S: 0.010% Hereinafter, Al: 0.10% or less, Cr: 10-14%, Ni: 3-8%, Mo: 1-4%, V: 0.02-0.10%, Ca: 0.0005-0. Containing 010%, having a component composition consisting of the balance Fe and inevitable impurities,
The volume fraction of the retained austenite phase of the base metal part is 5% or more and less than 20%,
The yield stress YSL obtained by the tensile test in the pipe axis direction and the yield stress YST obtained by the tensile test in the pipe circumferential direction are both less than 700 MPa, and YST / YSL is 0.81 or more and less than 1.00. A low carbon martensitic stainless steel welded pipe with excellent resistance to sulfide stress corrosion cracking and intergranular stress corrosion cracking.
前記成分組成は、さらに、質量%で、Ti:0.15%以下、Nb:0.10%以下、Zr:0.10%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする、請求項1に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼溶接管。   The component composition further includes, in mass%, one or more selected from Ti: 0.15% or less, Nb: 0.10% or less, Zr: 0.10% or less. The martensitic stainless steel welded pipe according to claim 1, wherein 前記成分組成は、さらに、質量%で、Cu:4.0%以下、W:4.0%以下のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする、請求項1又は2に記載の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管。   The component composition further comprises, by mass%, a composition containing one or two selected from Cu: 4.0% or less and W: 4.0% or less. Item 3. The low-carbon martensitic stainless steel welded tube according to item 1 or 2. 請求項1〜3のいずれかに記載の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の製造方法であって、
請求項1〜3のいずれかに記載の成分組成を有する低炭素マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板を、550℃以上、Ac1変態点+20℃未満の温度で1回焼鈍した後、管状に成形し、相対する両エッジ部を突き合わせてレーザービームで溶接し、又は高周波電流印加による加熱あるいは電気抵抗法による加熱後、両エッジ部を突き合わせてレーザービームで溶接して造管する低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の製造方法であって、
前記造管後の鋼管を、550℃以上、Ac1変態点+50℃未満の温度で鋼管全体を焼鈍する1回の熱処理を施すことにより、母材部の残留オーステナイト相の体積分率を5%以上20%未満に調整することを特徴とする、耐硫化物応力腐食割れ性および耐粒界応力腐食割れ性に優れた低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の製造方法。
A method for producing a low-carbon martensitic stainless steel welded pipe according to any one of claims 1 to 3,
A low-carbon martensitic stainless hot-rolled steel sheet having the component composition according to any one of claims 1 to 3 is annealed once at a temperature of 550 ° C or higher and an Ac1 transformation point + 20 ° C, and then shaped into a tubular shape. Low carbon martensitic stainless steel that is welded with a laser beam with both opposing edges butted together, or heated by applying a high-frequency current or heating with an electric resistance method, and then welded with a laser beam with both edges butted together A method for manufacturing a welded pipe, comprising:
The steel pipe after the pipe forming is subjected to a single heat treatment for annealing the entire steel pipe at a temperature of 550 ° C. or higher and an Ac1 transformation point + 50 ° C., so that the volume fraction of the retained austenite phase in the base metal portion is 5% or higher. A method for producing a low-carbon martensitic stainless steel welded pipe excellent in sulfide stress corrosion cracking resistance and intergranular stress corrosion cracking resistance, characterized by adjusting to less than 20%.
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