JP7200869B2 - ステンレス鋼管の製造方法 - Google Patents
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J=(%Cr+%Cr1)×d1×0.5×1000
L=C2×(T2+273)2×t2/100000
ただし、
%Cr1=%Cr-%Cr2
%Cr2=t1 0.5×h0×exp(-A/(R×(T1+273)))×100
h0=1/(4×%Cr2+3×%Ni2+(%Mo+%Cu)2)
d1=(2×D1×t1)0.5
D1=D0×exp(-Q/(R×(T1+273)))
D0=10-11×(4-20×%Cr+150×%Cr2)
上記の各式において、Rは気体定数、Q及びAは活性化エネルギーであり、R=8.31J/K、A=5000J、Q=21000Jが代入される。%Cr、%Ni、%Mo、及び%Cuにはそれぞれ前記素管のCr、Ni、Mo、及びCuの含有量が質量%で代入される。T1及びT2の単位は℃であり、t1の単位は秒であり、t2の単位は分であり、C2の単位はmol/kgである。
J=(%Cr+%Cr1)×d1×0.5×1000
L=C2×(T2+273)2×t2/100000
ただし、
%Cr1=%Cr-%Cr2
%Cr2=t1 0.5×h0×exp(-A/(R×(T1+273)))×100
h0=1/(4×%Cr2+3×%Ni2+(%Mo+%Cu)2)
d1=(2×D1×t1)0.5
D1=D0×exp(-Q/(R×(T1+273)))
D0=10-11×(4-20×%Cr+150×%Cr2)
上記の各式において、Rは気体定数、Q及びAは活性化エネルギーであり、R=8.31J/K、A=5000J、Q=21000Jが代入される。%Cr、%Ni、%Mo、及び%Cuにはそれぞれ前記素管のCr、Ni、Mo、及びCuの含有量が質量%で代入される。T1及びT2の単位は℃であり、t1の単位は秒であり、t2の単位は分であり、C2の単位はmol/kgである。
J=(%Cr+%Cr1)×d1×0.5×1000
L=C2×(T2+273)2×t2/100000
ただし、
%Cr1=%Cr-%Cr2
%Cr2=t1 0.5×h0×exp(-A/(R×(T1+273)))×100
h0=1/(4×%Cr2+3×%Ni2+(%Mo+%Cu)2)
d1=(2×D1×t1)0.5
D1=D0×exp(-Q/(R×(T1+273)))
D0=10-11×(4-20×%Cr+150×%Cr2)
上記の各式において、Rは気体定数、Q及びAは活性化エネルギーであり、R=8.31J/K、A=5000J、Q=21000Jが代入される。%Cr、%Ni、%Mo、及び%Cuにはそれぞれ前記素管のCr、Ni、Mo、及びCuの含有量が質量%で代入される。T1及びT2の単位は℃であり、t1の単位は秒であり、t2の単位は分であり、C2の単位はmol/kgである。
図3は、本発明の一実施形態による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、素管の酸化スケールを除去する工程(ステップS2)と、素管を酸洗する工程(ステップS3)とを備えている。以下、各工程を詳述する。
以下に説明する化学組成を有し、所定の条件で熱処理された素管を準備する(ステップS1)。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。
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0.001~0.050%である。C含有量の下限は、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、好ましくは0.030%であり、さらに好ましくは0.020%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0.05~1.00%である。Si含有量の下限は、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、好ましくは0.80%であり、さらに好ましくは0.50%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0.05~1.00%である。Mn含有量の下限は、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、好ましくは0.80%であり、さらに好ましくは0.60%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0.030%以下である。P含有量は、好ましくは0.025%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0.0020%以下である。
銅(Cu)は不純物である。そのため、Cu含有量は0.50%未満である。Cu含有量は、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。
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11.50~14.00%未満である。Cr含有量の下限は、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、好ましくは13.50%であり、さらに好ましくは13.20%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5.80%であり、より好ましくは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。
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1.00%超~3.00%である。Mo含有量の下限は、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、好ましくは2.80%であり、さらに好ましくは2.60%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0.02~0.50%である。Ti含有量の下限は、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、好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.30%である。
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0.001~0.100%である。Al含有量の下限は、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、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。
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0.0001~0.0040%である。Ca含有量の下限は、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、好ましくは0.0035%であり、さらに好ましくは0.0030%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0.0001~0.0200%未満である。N含有量の下限は、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、好ましくは0.0100%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0~0.500%である。V含有量の下限は、好ましくは0.001%であり、より好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくはは0.020%である。V含有量の上限は、好ましくは0.300%であり、より好ましくは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0~0.500%である。Nb含有量の下限は、好ましくは0.001%であり、より好ましくは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、好ましくは0.300%であり、より好ましくは0.200%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0~0.500%である。Co含有量の下限は、好ましくは0.001%であり、より好ましくは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。Co含有量の上限は、好ましくは0.350%であり、より好ましくは0.300%であり、さらに好ましくは0.280%である。
焼戻し工程で発生した酸化スケールを除去する(ステップS2)。酸化スケールの除去は例えば、サンドブラストやショットブラスト等によって行うことができる。酸化スケール除去工程(ステップS2)は任意の工程であり、この工程は省略してもよい。酸化スケール除去工程を実施すれば、次の酸洗工程(ステップS3)で使用する酸溶液の劣化を抑制することができる。
素管を酸洗する(ステップS3)。具体的には、素管を、水素イオン濃度C2、温度T2の酸溶液に時間t2の間浸漬する。
脱Cr指数Jは、脱Cr層に含まれるCr量の指標である。脱Cr層に含まれるCr量は、実施形態の冒頭で説明したとおり、素管の化学組成及び焼戻しの条件に依存する。脱Cr指数Jは、具体的には下記の式で表される。
J=(%Cr+%Cr1)×d1×0.5×1000
ここで、%Crは素管のCr含有量(質量%)、%Cr1は表面Cr濃度(質量%)、d1は脱Cr層深さ(mm)である。
%Cr1=%Cr-%Cr2
%Cr2=t1 0.5×h0×exp(-A/(R×(T1+273)))×100
ここで、Rは気体定数、Aは活性化エネルギーであり、R=8.31J/K、A=5000Jが代入される。
h0=1/(4×%Cr2+3×%Ni2+(%Mo+%Cu)2)
ここで、%Cr、%Ni、%Mo、及び%Cuにはそれぞれ素管のCr、Ni、Mo、及びCuの含有量が質量%で代入される。
d1=(2×D1×t1)0.5
D1=D0×exp(-Q/(R×(T1+273)))
ここで、Rは気体定数、Qは活性化エネルギーであり、R=8.31J/K、Q=21000Jが代入される。
D0=10-11×(4-20×%Cr+150×%Cr2)
ここで、%Crには素管のCr含有量が質量%で代入される。
J=(%Cr+%Cr1)×d1×0.5×1000
ただし、
%Cr1=%Cr-%Cr2
%Cr2=t1 0.5×h0×exp(-A/(R×(T1+273)))×100
h0=1/(4×%Cr2+3×%Ni2+(%Mo+%Cu)2)
d1=(2×D1×t1)0.5
D1=D0×exp(-Q/(R×(T1+273)))
D0=10-11×(4-20×%Cr+150×%Cr2)
上記の各式において、Rは気体定数、Q及びAは活性化エネルギーであり、R=8.31J/K、A=5000J、Q=21000Jが代入される。%Cr、%Ni、%Mo、及び%Cuにはそれぞれ前記素管のCr、Ni、Mo、及びCuの含有量が質量%で代入される。T1の単位は℃であり、t1の単位は秒である。
酸洗指数Lは、酸洗の強さの指標であり、具体的には、下記の式で表される。
L=C2×(T2+273)2×t2/100000
T2の単位は℃であり、t2の単位は分であり、C2の単位はmol/kgである。
Claims (4)
- 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及び不純物である化学組成を有し、
540~710℃の温度である温度T1において、5~180分の時間である時間t1の間保持した後冷却する焼戻しがされた素管を準備する準備工程と、
前記素管を、水素イオン濃度C2、温度T2の酸溶液に時間t2の間浸漬する酸洗工程とを備え、
下記の式から算出される脱Cr指数Jと酸洗指数Lとが、J≦L<J+230の関係を満たす、ステンレス鋼管の製造方法。
J=(%Cr+%Cr1)×d1×0.5×1000
L=C2×(T2+273)2×t2/100000
ただし、
%Cr1=%Cr-%Cr2
%Cr2=t1 0.5×h0×exp(-A/(R×(T1+273)))×100
h0=1/(4×%Cr2+3×%Ni2+(%Mo+%Cu)2)
d1=(2×D1×t1)0.5
D1=D0×exp(-Q/(R×(T1+273)))
D0=10-11×(4-20×%Cr+150×%Cr2)
上記の各式において、Rは気体定数、Q及びAは活性化エネルギーであり、R=8.31J/K、A=5000J、Q=21000Jが代入される。%Cr、%Ni、%Mo、及び%Cuにはそれぞれ前記素管のCr、Ni、Mo、及びCuの含有量が質量%で代入される。T1及びT2の単位は℃であり、t1の単位は秒であり、t2の単位は分であり、C2の単位はmol/kgである。 - 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及び不純物である化学組成を有し、
焼入れがされた素管を準備する準備工程と、
前記素管に、540~710℃の温度である温度T1において、5~180分の時間である時間t1の間保持した後冷却する焼戻しをする焼戻し工程と、
前記焼戻しがされた素管を、水素イオン濃度C2、温度T2の酸溶液に時間t2の間浸漬する酸洗工程とを備え、
下記の式から算出される脱Cr指数Jと酸洗指数Lとが、J≦L<J+230の関係を満たす、ステンレス鋼管の製造方法。
J=(%Cr+%Cr1)×d1×0.5×1000
L=C2×(T2+273)2×t2/100000
ただし、
%Cr1=%Cr-%Cr2
%Cr2=t1 0.5×h0×exp(-A/(R×(T1+273)))×100
h0=1/(4×%Cr2+3×%Ni2+(%Mo+%Cu)2)
d1=(2×D1×t1)0.5
D1=D0×exp(-Q/(R×(T1+273)))
D0=10-11×(4-20×%Cr+150×%Cr2)
上記の各式において、Rは気体定数、Q及びAは活性化エネルギーであり、R=8.31J/K、A=5000J、Q=21000Jが代入される。%Cr、%Ni、%Mo、及び%Cuにはそれぞれ前記素管のCr、Ni、Mo、及びCuの含有量が質量%で代入される。T1及びT2の単位は℃であり、t1の単位は秒であり、t2の単位は分であり、C2の単位はmol/kgである。 - 請求項2に記載のステンレス鋼管の製造方法であって、
前記準備工程は、
請求項2に記載の化学組成を有する素材を準備する素材準備工程と、
前記素材を熱間加工して前記素管を製造する熱間加工工程と、
前記製造された素管に焼入れをする焼入れ工程とを含む、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ステンレス鋼管の製造方法であって、
前記化学組成は、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、ステンレス鋼管の製造方法。
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