JP7323784B2 - ステンレス鋼管の製造方法 - Google Patents
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式(1)中、Tは焼戻し温度(℃)であり、tは焼戻し時間(分)であり、550≦T≦700であり、30≦t≦180であり、CFe≦20.0の場合、16212≦TP≦19924である。20.0<CFe≦30.0の場合、16212≦TP≦19676である。30.0<CFeの場合、16212≦TP≦18665である。
図1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S1と、準備された素管を焼入れする工程S2と、焼入れされた素管を焼戻しする工程S3と、焼戻しされた素管をブラストする工程S4と、ブラストされた素管を硫酸溶液に浸漬することにより素管を硫酸で洗浄する工程S5と、硫酸溶液から取り出した素管を水で洗浄する工程S6と、水で洗浄された素管をフッ硝酸溶液に浸漬することにより素管をフッ硝酸で洗浄する工程S7と、フッ硝酸溶液から取り出した素管を水で洗浄する工程S8と、水で洗浄された素管を高圧水で洗浄する工程S9と、高圧水で洗浄された素管を湯に浸漬する工程S10と、湯に浸漬され、さらに湯から取り出された素管に気体を吹き付ける工程S11とを備える。以下、各工程を詳述する。
素管を準備する(ステップS1)。準備する素管は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。
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、より好ましくは0.025%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0.002%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0.08%以下であり、さらに好ましくは0.05%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5.30%であり、より好ましくは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。
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、より好ましくは0.08%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、より好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.020%である。Al含有量の上限は、好ましくは0.080%であり、より好ましくは0.070%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0.0001~0.0100%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0.0150%であり、さらに好ましくは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、さらに好ましくは0.005%である。V含有量の上限は、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0~0.500%である。Nb含有量の下限は、好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.005%である。Nb含有量の上限は、好ましくは0.300%であり、さらに好ましくは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、さらに好ましくは0.005%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。
準備された素管を焼入れする(ステップS2)。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。
焼入れされた素管を焼戻しする(ステップS3)。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S2)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、焼戻し温度Tを高くするほど、あるいは、焼戻し時間tを長くするほど、鋼管の強度は低下し、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。
TP=(T+273)×(20+log(t/60)) …(1)
式(1)中、Tは焼戻し温度(℃)であり、550≦T≦700である。tは焼戻し時間(分)であり、30≦t≦180である。
焼戻しされた素管をブラストする(ステップS4)。これにより、焼戻しで生成された酸化スケールを予備的に除去する。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。ブラストは任意の工程であり、この工程は省略してもよい。ただし、この工程を実施すれば、次の酸洗工程で使用する酸溶液の劣化を抑制することができる。
硫酸溶液に、ブラストされた素管(ブラストされない場合は焼戻しされた素管)を浸漬する(ステップS5)。これにより、焼戻しで生成された酸化スケールを除去する。硫酸の濃度は、これに限定されないが、例えば15~22質量%である。
続いて、硫酸溶液から取り出した素管を水洗する(ステップS6)。具体的には、常温(15~25℃)の水で1~5分間洗浄することにより、表面に付着した硫酸溶液を洗い落とす。
続いて、50.0g/L以下のFeイオン濃度CFeを有するフッ硝酸溶液に、水洗した素管を浸漬する(ステップS7)。これにより、残留している酸化スケールを除去する。フッ硝酸溶液は、フッ酸と硝酸を混合した溶液である。フッ酸の濃度は、これに限定されないが、例えば3~10質量%である。硝酸の濃度は、これに限定されないが、例えば5~20質量%である。フッ酸と硝酸の混合比は、これに限定されないが、例えば1:1~1:5である。結果として、フッ硝酸の総濃度は、これに限定されないが、例えば5~30質量%である。
続いて、フッ硝酸溶液から取り出した素管を水洗する(ステップS8)。具体的には、常温(15~25℃)の水で1~5分洗浄する。これにより、素管の表面に付着したフッ硝酸溶液を洗い落とす。
続いて、水洗した素管に対し、高圧水洗浄を行う(ステップS9)。具体的には、常温(15~25℃)の水を0.98MPa以上の圧力で噴射する。これにより、素管の表面に残留しているスマットや酸溶液等の付着物を洗い落とす。
続いて、高圧水で洗浄した素管を湯に浸漬する(ステップS10)。具体的には、60~90℃の湯に1~15分間浸漬する。これにより、最終的に得られる鋼管の表面性状のムラを抑制することができる。
最後に、湯に浸漬され、さらに湯から取り出された素管に対し、気体を吹き付ける(ステップS11)。具体的には、常温の空気を0.2~0.5MPaの圧力で噴射する。これにより、表面に残留している水分や付着物を吹き飛ばす。
[水洗] 常温(25℃)の水を貯めた槽に、試験材を2分間浸漬した。
[高圧水洗浄] 吐出圧力1.47MPa、常温(25℃)の高圧水で、試験材の表面に残留しているスマットや酸溶液等の付着物を洗い落した。
[湯浸漬] 80℃の湯を貯めた槽に、試験材を2分間浸漬した。
[気体吹き付け] 湯に浸漬され、さらに湯から取り出された試験材を、圧力0.3MPaの空気を吹き付けて、乾燥させた。
Claims (9)
- ステンレス鋼管の製造方法であって、
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%、
V :0.005~0.500%、
Nb:0.005~0.500%、
Al:0.001~0.100%、
Ca:0.0001~0.0040%、
N :0.0001~0.0200%未満、
Co:0~0.500%、
残部:Fe及び不純物である化学組成を有する素管を準備する工程と、
前記準備された素管を焼入れする工程と、
式(1)で表される焼戻しパラメータTPの下で、前記焼入れされた素管を焼戻しする工程と、
50.0g/L以下のFeイオン濃度CFe(g/L)を有するフッ硝酸溶液に、前記焼戻しされた素管を浸漬する工程とを備え、
TP=(T+273)×(20+log(t/60)) …(1)
式(1)中、Tは焼戻し温度(℃)であり、tは焼戻し時間(分)であり、
550≦T≦700であり、
30≦t≦180であり、
CFe≦20.0の場合、16212≦TP≦19924であり、
20.0<CFe≦30.0の場合、16212≦TP≦19676であり、
30.0<CFeの場合、16212≦TP≦18665である、ステンレス鋼管の製造方法。 - 請求項1に記載のステンレス鋼管の製造方法であって、
CFe≦20.0の場合、TP≦19676である、ステンレス鋼管の製造方法。 - 請求項1又は2に記載のステンレス鋼管の製造方法であって、
20.0<CFe≦30.0の場合、TP≦18665である、ステンレス鋼管の製造方法。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載のステンレス鋼管の製造方法であって、
5.0≦CFeである、ステンレス鋼管の製造方法。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載のステンレス鋼管の製造方法であって、
CFe≦30.0である、ステンレス鋼管の製造方法。 - 請求項5に記載のステンレス鋼管の製造方法であって、
CFe≦20.0である、ステンレス鋼管の製造方法。 - 請求項1~6のいずれか1項に記載のステンレス鋼管の製造方法であって、さらに、
前記素管を焼戻した後でかつ前記素管をフッ硝酸溶液に浸漬する前に前記素管を硫酸溶液に浸漬する工程を備える、ステンレス鋼管の製造方法。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載のステンレス鋼管の製造方法であって、さらに、
前記ステンレス鋼管は550~725MPaの降伏応力を有する、ステンレス鋼管の製造方法。 - 請求項1~8のいずれか1項に記載の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、Co:0.001~0.500%を含有する、ステンレス鋼管の製造方法。
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