JP7488503B1 - マルテンサイト系ステンレス鋼材 - Google Patents
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Abstract
Description
化学組成が、質量%で、
C:0.030%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:1.00%以下、
P:0.030%以下、
S:0.0050%以下、
Cr:10.00~16.00%、
Ni:4.00~7.50%、
Mo:1.10~3.50%、
Al:0.005~0.050%、
V:0.01~0.30%、
N:0.0030~0.0500%、
Ti:0.020~0.150%、
Cu:0.01~3.50%、
Co:0.01~0.50%、
Nb:0~0.150%、
W:0~1.50%、
Zr:0~0.0100%、
Sn:0~0.0100%、
As:0~0.0100%、
Sb:0~0.0100%、
B:0~0.0050%、
Ca:0~0.0050%、
Mg:0~0.0050%、
希土類元素(REM):0~0.0100%、及び、
残部はFe及び不純物からなり、
降伏強度が758MPa以上であり、
マルテンサイト系ステンレス鋼材の圧延方向に平行な断面におけるδフェライトの面積率Sd(%)、及び、円相当径が1.0μm以上の金属間化合物の面積率Sc(%)が、式(1)及び式(2)を満たす。
0<Sd≦10.00 (1)
Sc/Sd≦5.00 (2)
上記メカニズムは推定であり、異なるメカニズムで優れた低温靭性が得られている可能性もある。しかしながら、Sc/Sdを5.00以下とすることにより、優れた低温靭性が得られることは、図1及び後述の実施例で証明されている。
マルテンサイト系ステンレス鋼材であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.030%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:1.00%以下、
P:0.030%以下、
S:0.0050%以下、
Cr:10.00~16.00%、
Ni:4.00~7.50%、
Mo:1.10~3.50%、
Al:0.005~0.050%、
V:0.01~0.30%、
N:0.0030~0.0500%、
Ti:0.020~0.150%、
Cu:0.01~3.50%、
Co:0.01~0.50%、
Nb:0~0.150%、
W:0~1.50%、
Zr:0~0.0100%、
Sn:0~0.0100%、
As:0~0.0100%、
Sb:0~0.0100%、
B:0~0.0050%、
Ca:0~0.0050%、
Mg:0~0.0050%、
希土類元素(REM):0~0.0100%、及び、
残部はFe及び不純物からなり、
降伏強度が758MPa以上であり、
前記マルテンサイト系ステンレス鋼材の圧延方向に平行な断面におけるδフェライトの面積率Sd(%)、及び、円相当径が1.0μm以上の金属間化合物の面積率Sc(%)が、式(1)及び式(2)を満たす、
マルテンサイト系ステンレス鋼材。
0<Sd≦10.00 (1)
Sc/Sd≦5.00 (2)
[1]に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼材であって、
前記化学組成が、質量%で、
Nb:0.001~0.150%、
W:0.01~1.50%、
Zr:0.0001~0.0100%、
Sn:0.0001~0.0100%、
As:0.0001~0.0100%、
Sb:0.0001~0.0100%、
B:0.0001~0.0050%、
Ca:0.0001~0.0050%、
Mg:0.0001~0.0050%、及び、
希土類元素(REM):0.0001~0.0100%、からなる群から選択される1種以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス鋼材。
[1]又は[2]に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼材であって、
前記化学組成が、質量%で、
Cu:1.00~3.50%、を含有する、
マルテンサイト系ステンレス鋼材。
(特徴1)
化学組成が、C:0.030%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、P:0.030%以下、S:0.0050%以下、Cr:10.00~16.00%、Ni:4.00~7.50%、Mo:1.10~3.50%、Al:0.005~0.050%、V:0.01~0.30%、N:0.0030~0.0500%、Ti:0.020~0.150%、Cu:0.01~3.50%、Co:0.01~0.50%、Nb:0~0.150%、W:0~1.50%、Zr:0~0.0100%、Sn:0~0.0100%、As:0~0.0100%、Sb:0~0.0100%、B:0~0.0050%、Ca:0~0.0050%、Mg:0~0.0050%、希土類元素(REM):0~0.0100%、及び、残部はFe及び不純物からなる。
(特徴2)
降伏強度が758MPa以上である。
(特徴3)
マルテンサイト系ステンレス鋼材の圧延方向に平行な断面におけるδフェライトの面積率Sd(%)、及び、円相当径が1.0μm以上の金属間化合物の面積率Sc(%)が、式(1)及び式(2)を満たす。
0<Sd≦10.00 (1)
Sc/Sd≦5.00 (2)
以下、特徴1~特徴3について説明する。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
炭素(C)は不可避に含有される。つまり、C含有量は0%超である。
Cは鋼材の焼入れ性を高めて、鋼材の強度を高める。しかしながら、C含有量が0.030%を超えれば、CはCrと結合してCr炭化物を生成する。その結果、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐SSC性が低下する。
したがって、C含有量は0.030%以下である。
C含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.003%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.006%である。
C含有量の好ましい上限は0.029%であり、さらに好ましくは0.028%であり、さらに好ましくは0.025%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.015%である。
シリコン(Si)は不可避に含有される。つまり、Si含有量は0%超である。
Siは鋼を脱酸する。しかしながら、Si含有量が1.00%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Si含有量は1.00%以下である。
Si含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.10%であり、さらに好ましくは0.15%であり、さらに好ましくは0.20%である。
Si含有量の好ましい上限は0.70%であり、さらに好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.45%であり、さらに好ましくは0.40%である。
マンガン(Mn)は不可避に含有される。つまり、Mn含有量は0%超である。
Mnは鋼材の焼入れ性を高めて、鋼材の強度を高める。しかしながら、Mn含有量が1.00%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Mnは粗大な介在物を形成する。粗大な介在物は、鋼材の低温靭性を低下させる。
したがって、Mn含有量は1.00%以下である。
Mn含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.10%であり、さらに好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.25%である。
Mn含有量の好ましい上限は0.90%であり、さらに好ましくは0.80%であり、さらに好ましくは0.70%であり、さらに好ましくは0.60%であり、さらに好ましくは0.50%である。
燐(P)は不可避に含有される不純物である。つまり、P含有量は0%超である。
P含有量が0.030%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Pが結晶粒界に偏析して、鋼材の低温靭性が顕著に低下する。
したがって、P含有量は0.030%以下である。
P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、P含有量を過度に低減すれば、製造コストが大幅に高まる。したがって、工業生産を考慮した場合、P含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.007%である。
P含有量の好ましい上限は0.028%であり、さらに好ましくは0.025%であり、さらに好ましくは0.023%であり、さらに好ましくは0.020%である。
硫黄(S)は不可避に含有される不純物である。つまり、S含有量は0%超である。
S含有量が0.0050%を超えれば、Sが結晶粒界に過剰に偏析したり、SがMnと結合して介在物であるMnSを過剰に形成したりする。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が顕著に低下する。
したがって、S含有量は0.0050%以下である。
S含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、S含有量を過度に低減すれば、製造コストが大幅に高まる。したがって、工業生産を考慮した場合、S含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0003%であり、さらに好ましくは0.0004%である。
S含有量の好ましい上限は0.0040%であり、さらに好ましくは0.0030%であり、さらに好ましくは0.0020%であり、さらに好ましくは0.0015%である。
クロム(Cr)は、腐食環境において、鋼材の表面に不働態皮膜を形成して鋼材の耐SSC性を高める。Cr含有量が10.00%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Cr含有量が16.00%を超えれば、δフェライトが過剰に生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Cr含有量は10.00~16.00%である。
Cr含有量の好ましい下限は10.05%であり、さらに好ましくは10.10%であり、さらに好ましくは10.50%であり、さらに好ましくは11.00%である。
Cr含有量の好ましい上限は15.90%であり、さらに好ましくは15.80%であり、さらに好ましくは15.50%であり、さらに好ましくは15.00%であり、さらに好ましくは14.50%であり、さらに好ましくは14.00%である。
ニッケル(Ni)は腐食環境において、不働態皮膜上に硫化物を生成する。Ni硫化物は、塩化物イオン(Cl-)や硫化水素イオン(HS-)が不働態皮膜に接触するのを抑制し、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されるのを抑制する。そのため、Niは腐食環境での鋼材の耐SSC性を高める。Niはさらに、オーステナイト形成元素であり、焼入れ後の鋼材のミクロ組織をマルテンサイト化する。Ni含有量が4.00%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ni含有量が7.50%を超えれば、オーステナイトが過度に安定化して、焼入れ後に十分なマルテンサイトが得られない。そのため、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、降伏強度が低下する。
したがって、Ni含有量は4.00~7.50%である。
Ni含有量の好ましい下限は4.05%であり、さらに好ましくは4.10%であり、さらに好ましくは4.50%であり、さらに好ましくは5.00%であり、さらに好ましくは5.50%である。
Ni含有量の好ましい上限は7.35%であり、さらに好ましくは7.10%であり、さらに好ましくは6.90%である。
モリブデン(Mo)は腐食環境において、不働態皮膜上に硫化物を生成する。Mo硫化物は、塩化物イオン(Cl-)や硫化水素イオン(HS-)が不働態皮膜に接触するのを抑制し、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されるのを抑制する。そのため、Moは腐食環境での鋼材の耐SSC性を高める。Mo含有量が1.10%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が十分に得られない。
一方、Mo含有量が3.50%を超えれば、δフェライトが過剰に生成する。そのため、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Mo含有量は1.10~3.50%である。
Mo含有量の好ましい下限は1.15%であり、さらに好ましくは1.30%であり、さらに好ましくは1.50%であり、さらに好ましくは1.70%であり、さらに好ましくは2.00%である。
Mo含有量の好ましい上限は3.40%であり、さらに好ましくは3.30%であり、さらに好ましくは3.20%であり、さらに好ましくは3.00%であり、さらに好ましくは2.80%である。
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。Al含有量が0.005%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Al含有量が0.050%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なAl酸化物が生成し、鋼材の低温靭性が低下する。
したがって、Al含有量は0.005~0.050%である。
Al含有量の好ましい下限は0.007%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.015%である。
Al含有量の好ましい上限は0.047%であり、さらに好ましくは0.043%であり、さらに好ましくは0.040%である。
なお、本明細書におけるAl含有量は、sol.Al(酸可溶Al)の含有量を意味する。
バナジウム(V)は鋼材中で炭化物、窒化物、及び炭窒化物等のV析出物を形成して、鋼材の強度を高める。V含有量が0.01%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、V含有量が0.30%を超えれば、V析出物が過剰に生成して、鋼材の強度が高くなりすぎる。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性が低下する。
したがって、V含有量は0.01~0.30%である。
V含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。
V含有量の好ましい上限は0.25%であり、さらに好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.15%であり、さらに好ましくは0.10%であり、さらに好ましくは0.08%である。
窒素(N)は鋼材の耐孔食性を高め、その結果、鋼材の耐SSC性を高める。N含有量が0.0030%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、N含有量が0.0500%を超えれば、粗大なTiNが生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性が低下する。
したがって、N含有量は0.0030~0.0500%である。
N含有量の好ましい下限は0.0033%であり、さらに好ましくは0.0035%であり、さらに好ましくは0.0038%である。
N含有量の好ましい上限は0.0450%であり、さらに好ましくは0.0420%であり、さらに好ましくは0.0400%であり、さらに好ましくは0.0350%であり、さらに好ましくは0.0300%であり、さらに好ましくは0.0250%であり、さらに好ましくは0.0200%である。
チタン(Ti)は、C又はNと結合して、炭化物又は窒化物を形成する。この場合、ピンニング効果により結晶粒の粗大化が抑制され、鋼材の強度が高まる。Tiはさらに、炭化物又は窒化物を形成する。これにより、V析出物(炭化物、窒化物、炭窒化物)の過剰な生成による強度の過度な上昇が抑制される。その結果、鋼材の低温靭性が高まる。Ti含有量が0.020%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ti含有量が0.150%を超えれば、Ti炭化物又はTi窒化物が過剰に生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性が低下する。
したがって、Ti含有量は0.020~0.150%である。
Ti含有量の好ましい下限は0.030%であり、さらに好ましくは0.040%であり、さらに好ましくは0.050%であり、さらに好ましくは0.060%であり、さらに好ましくは0.070%であり、さらに好ましくは0.080%である。
Ti含有量の好ましい上限は0.140%であり、さらに好ましくは0.130%である。
銅(Cu)は、腐食環境において、不働態皮膜上に硫化物を生成する。Cu硫化物は、塩化物イオンや硫化水素イオンが不働態皮膜に接触するのを抑制し、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されるのを抑制する。そのため、Cuは腐食環境での鋼材の耐SSC性を高める。Cu含有量が0.01%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Cu含有量が3.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。Cu含有量が3.50%を超えればさらに、鋼材の強度が高くなりすぎる。この場合、鋼材の低温靭性が低下する。
したがって、Cu含有量は0.01~3.50%である。
Cu含有量の好ましい下限は0.10%であり、さらに好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.80%であり、さらに好ましくは1.00%であり、さらに好ましくは1.30%であり、さらに好ましくは1.50%である。
Cu含有量の好ましい上限は3.30%であり、さらに好ましくは3.10%であり、さらに好ましくは3.00%である。
コバルト(Co)は腐食環境において、不働態皮膜上に硫化物を生成する。Co硫化物は、塩化物イオン(Cl-)や硫化水素イオン(HS-)が不働態皮膜に接触するのを抑制し、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されるのを抑制する。そのため、Coは腐食環境での鋼材の耐SSC性を高める。Coはさらに、残留オーステナイトの生成を抑制し、鋼材の強度のばらつきを抑制する。Co含有量が0.01%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Co含有量が0.50%を超えれば、δフェライトが過剰に生成する。そのため、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Co含有量は0.01~0.50%である。
Co含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.10%であり、さらに好ましくは0.15%である。
Co含有量の好ましい上限は0.49%であり、さらに好ましくは0.45%であり、さらに好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.35%である。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、第1群及び第2群からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。
[第1群]
Nb:0~0.150%、
W:0~1.50%、
Zr:0~0.0100%、
Sn:0~0.0100%、
As:0~0.0100%、及び、
Sb:0~0.0100%
[第2群]
B:0~0.0050%、
Ca:0~0.0050%、
Mg:0~0.0050%、及び、
希土類元素(REM):0~0.0100%
以下、これらの任意元素について説明する。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Nb、W、Zr、Sn、As及びSbからなる第1群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、これらの元素は、鋼材の耐SSC性を高める。以下、第1群の各元素について説明する。
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Nb含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Nb含有量が0%超である場合、Nbは、微細な析出物(炭化物、窒化物、炭窒化物、以下、これらの析出物をNb析出物という)を形成する。Nb析出物はピンニング効果により鋼材のサブ組織を微細化する。その結果、鋼材の耐SSC性が高まる。Nbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Nb含有量が0.150%を超えれば、Nb析出物が過剰に生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性が低下する。
したがって、Nb含有量は0~0.150%であり、含有される場合、0.150%以下である。
Nb含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。
Nb含有量の好ましい上限は0.100%であり、さらに好ましくは0.050%であり、さらに好ましくは0.030%である。
タングステン(W)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、W含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、W含有量が0%超である場合、Wは腐食環境において不働態皮膜を安定化して、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されるのを抑制する。そのため、鋼材の耐SSC性が高まる。Wが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、W含有量が1.50%を超えれば、WはCと結合して、粗大な炭化物を生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性が低下する。
したがって、W含有量は0~1.50%であり、含有される場合、1.50%以下である。
W含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.05%である。
W含有量の好ましい上限は1.20%であり、さらに好ましくは1.00%である。
ジルコニウム(Zr)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Zr含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Zr含有量が0%超である場合、Zrは、微細な析出物(炭化物、窒化物、炭窒化物、以下、これらの析出物をZr析出物という)を形成する。Zr析出物はピンニング効果により鋼材のサブ組織を微細化する。その結果、鋼材の耐SSC性が高まる。Zrが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Zr含有量が0.0100%を超えれば、Zr析出物が過剰に生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性が低下する。
したがって、Zr含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、0.0100%以下である。
Zr含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
Zr含有量の好ましい上限は0.0070%であり、さらに好ましくは0.0050%であり、さらに好ましくは0.0030%である。
スズ(Sn)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Sn含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Sn含有量が0%超である場合、Snは鋼材の耐SSC性を高める。Snが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
一方、Sn含有量が0.0100%を超えれば、Snが粒界に偏析する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Sn含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、0.0100%以下である。
Sn含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0007%であり、さらに好ましくは0.0010%である。
Sn含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%であり、さらに好ましくは0.0070%であり、さらに好ましくは0.0060%であり、さらに好ましくは0.0050%である。
ヒ素(As)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、As含有量は0%であってもよい。
含有される場合、Asは鋼材の耐SSC性を高める。Asが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
一方、As含有量が0.0100%を超えれば、Asが粒界に偏析する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐SSC性がかえって低下する。
したがって、As含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、0.0100%以下である。
As含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。
As含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%であり、さらに好ましくは0.0060%であり、さらに好ましくは0.0040%であり、さらに好ましくは0.0030%である。
アンチモン(Sb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Sb含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Sb含有量が0%超である場合、Sbは鋼材の耐SSC性を高める。Sbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
一方、Sb含有量が0.0100%を超えれば、Sbが粒界に偏析する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐SSC性がかえって低下する。
したがって、Sb含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、0.0100%以下である。
Sb含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。
Sb含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%であり、さらに好ましくは0.0060%である。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、B、Ca、Mg及び希土類元素(REM)からなる第2群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、これらの元素は、鋼材の熱間加工性を高める。以下、第2群の各元素について説明する。
ホウ素(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、B含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、B含有量が0%超である場合、Bはオーステナイト粒界に偏析して粒界を強化する。その結果、鋼材の熱間加工性が高まる。Bが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、B含有量が0.0050%を超えれば、Cr炭硼化物が生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性が低下する。
したがって、B含有量は0~0.0050%であり、含有される場合、0.0050%以下である。
B含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%である。
B含有量の好ましい上限は0.0045%であり、さらに好ましくは0.0040%である。
カルシウム(Ca)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ca含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Ca含有量が0%超である場合、Caは介在物の形態を制御して、鋼材の熱間加工性を高める。介在物の形態を制御するとは、例えば、介在物を球状化したり、介在物を微細化したりすることである。Caが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ca含有量が0.0050%を超えれば、粗大な酸化物が生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性が低下する。
したがって、Ca含有量は0~0.0050%であり、含有される場合、0.0050%以下である。
Ca含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%であり、さらに好ましくは0.0015%である。
Ca含有量の好ましい上限は0.0045%であり、さらに好ましくは0.0040%である。
マグネシウム(Mg)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Mg含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Mg含有量が0%超である場合、MgはCaと同様に、介在物の形態を制御して、鋼材の熱間加工性を高める。Mgが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Mg含有量が0.0050%を超えれば、粗大な酸化物が生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性が低下する。
したがって、Mg含有量は0~0.0050%であり、含有される場合、0.0050%以下である。
Mg含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。
Mg含有量の好ましい上限は0.0045%であり、さらに好ましくは0.0035%であり、さらに好ましくは0.0030%である。
希土類元素(REM)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、REM含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、REM含有量が0%超である場合、REMはCaと同様に、介在物の形態を制御して、鋼材の熱間加工性を高める。REMが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、REM含有量が0.0100%を超えれば、粗大な酸化物が生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性が低下する。
したがって、REM含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、0.0100%以下である。
REM含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。
REM含有量の好ましい上限は0.0080%であり、さらに好ましくは0.0070%である。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材の降伏強度は、110ksi級以上、つまり、758MPa以上である。
降伏強度は、次の方法で求める。
マルテンサイト系ステンレス鋼材が鋼管である場合、鋼管の肉厚中央部から丸棒試験片を採取する。マルテンサイト系ステンレス鋼材が丸鋼(Round Bar)である場合、R/2部、つまり、丸鋼の軸方向に垂直な断面における半径Rの中央部から丸棒試験片を採取する。鋼材が鋼板である場合、板厚中央部から丸棒試験片を採取する。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼材のミクロ組織では、マルテンサイトが主体である。本明細書において、マルテンサイトとは、フレッシュマルテンサイトだけでなく、焼戻しマルテンサイトも含む。また、本明細書において、マルテンサイトが主体であるとは、ミクロ組織において、マルテンサイトの体積率が80%以上であることを意味する。ミクロ組織の残部は、残留オーステナイト及びδフェライトからなる。つまり、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材において、残留オーステナイト及びδフェライトの総体積率は0超~20%である。残留オーステナイトの体積率はなるべく低い方が好ましい。本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材のミクロ組織中のマルテンサイトの体積率の好ましい下限は85%であり、さらに好ましくは90%である。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材のミクロ組織におけるマルテンサイトの体積率(%)は、次の方法で求める。以下に示す方法で、残留オーステナイトの体積率(%)を求める。また、後述の[δフェライトの面積率Sdの測定方法]に記載の方法で求めたδフェライトの面積率Sdを、δフェライトの体積率(%)とみなす。得られた残留オーステナイトの体積率、及び、δフェライトの体積率の合計を、100%から差し引いて求める。
マルテンサイト系ステンレス鋼材が鋼管である場合、鋼管の肉厚中央部から試験片を採取する。マルテンサイト系ステンレス鋼材が丸鋼である場合、R/2部から試験片を採取する。鋼材が鋼板である場合、板厚中央部から試験片を採取する。試験片のサイズは特に限定されないが、例えば、15mm×15mm×厚さ2mmである。この場合、試験片の厚さ方向は、鋼管の場合は肉厚方向であり、丸鋼の場合は径方向であり、鋼板の場合は板厚方向である。
Vγ=100/{1+(Iα×Rγ)/(Iγ×Rα)} (I)
ここで、Iαはα相の積分強度である。Rαはα相の結晶学的理論計算値である。Iγはγ相の積分強度である。Rγはγ相の結晶学的理論計算値である。なお、本明細書において、α相の(200)面でのRαを15.9、α相の(211)面でのRαを29.2、γ相の(200)面でのRγを35.5、γ相の(220)面でのRγを20.8、γ相の(311)面でのRγを21.8とする。なお、残留オーステナイトの体積率は、得られた数値の小数第一位を四捨五入する。
マルテンサイトの体積率(%)=100-(残留オーステナイトの体積率(%)+δフェライトの体積率(%))
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材ではさらに、圧延方向に平行な断面におけるδフェライトの面積率Sd(%)、及び、円相当径が1.0μm以上の金属間化合物の面積率Sc(%)が、式(1)及び式(2)を満たす。
0<Sd≦10.00 (1)
Sc/Sd≦5.00 (2)
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材では、ある程度のδフェライトの生成を許容する。したがって、δフェライト面積率Sdは0%超である。しかしながら、δフェライトの面積率Sdが10.00%を超えれば、マルテンサイト系ステンレス鋼材の製造工程時における鋼材の熱間加工性が低下する。δフェライト面積率Sdが10.00%以下であれば、つまり、δフェライト面積率Sdが式(1)を満たせば、マルテンサイト系ステンレス鋼材の製造工程時において、十分な熱間加工性が得られる。
δフェライト面積率Sdの好ましい上限は9.00%であり、さらに好ましくは8.80%であり、さらに好ましくは8.00%であり、さらに好ましくは7.50%であり、さらに好ましくは7.00%である。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材において、金属間化合物は、ラーベス相及び/又はカイ相(χ相)である。ラーベス相はFe2Moであり、χ相はFe36Cr12Mo10である。円相当径が1.0μm以上の金属間化合物を、粗大金属間化合物と称する。ここで、円相当径とは、金属間化合物の面積と等しい面積の円の直径である。
Fn=Sc/Sd
δフェライトの面積率Sdは、次の方法で測定できる。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼材から試験片を採取する。マルテンサイト系ステンレス鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部から試験片を採取する。マルテンサイト系ステンレス鋼材が丸鋼である場合、R/2部から試験片を採取する。マルテンサイト系ステンレス鋼材が鋼板である場合、板厚中央部から試験片を採取する。
粗大金属間化合物面積率Scは次の方法で測定できる。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼材から、試験片を採取する。マルテンサイト系ステンレス鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部から試験片を採取する。マルテンサイト系ステンレス鋼材が丸鋼である場合、R/2部から試験片を採取する。マルテンサイト系ステンレス鋼材が鋼板である場合、板厚中央部から試験片を採取する。
粗大金属間化合物の面積率=(特定された粗大金属間化合物の面積の合計/視野の面積)×100
20箇所の各視野で得られた粗大金属間化合物の面積率の算術平均値を、粗大金属間化合物面積率Sc(%)と定義する。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材は、特徴1~特徴3を満たす。そのため、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材では、758MPa以上の高い降伏強度を有していても、優れた耐SSC性が得られ、さらに、優れた低温靭性が得られる。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼材では、758MPa以上の高い降伏強度を有していても、優れた耐SSC性が得られる。本実施形態において、優れた耐SSC性を有するとは、以下の[耐SSC性評価方法1]で割れが確認されないことを意味する。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材の耐SSC性は、常温での耐SSC性評価試験により評価できる。耐SSC性評価試験は、NACE TM0177-2016 Method Aに準拠した方法で実施する。
耐SSC性評価方法2では、耐SSC性評価試験1と比較して、試験浴のみ異なる。具体的には、試験溶液は、耐SSC性評価試験1と同じく、pHが4.0の20質量%塩化ナトリウム水溶液とする。作製した丸棒試験片に対して、実降伏応力の90%に相当する応力を負荷する。試験容器に24℃の試験溶液を、応力を負荷された丸棒試験片が浸漬するように注入し、試験浴とする。試験浴を脱気した後、0.10barのH2Sガス及び0.90barのCO2ガスを試験浴に吹き込み、試験浴にH2Sガスを飽和させる。H2Sガスが飽和した試験浴を、24℃で720時間保持する。つまり、耐SSC性評価方法2では、耐SSC性評価方法1よりも過酷な条件で耐SSC性を評価する。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼材は、上述のとおり、優れた低温靭性を有する。本実施形態において、優れた低温靭性を有するとは、以下の方法で評価できる。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼材の低温靭性は、ASTM E23(2018)に準拠したシャルピー衝撃試験によって評価する。
具体的には、API 5CRA(2010)に準拠して、マルテンサイト系ステンレス鋼材から、フルサイズ又はサブサイズのVノッチ試験片を作製する。作製されたVノッチ試験片に対して、ASTM E23(2018)に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して、-10℃における吸収エネルギー(J)を求める。なお、サブサイズのVノッチ試験片を用いた場合、得られた吸収エネルギーをAPI 5CRA(2010)に記載された低減率(Reduction factor)で除して、フルサイズのVノッチ試験片での吸収エネルギーに換算する。また、-10℃における吸収エネルギー(J)は、得られた数値の小数第一位を四捨五入する。本実施形態では、-10℃における吸収エネルギーが120J以上である場合、優れた低温靭性を有すると評価する。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼材は、鋼管、丸鋼(中実材)、又は鋼板である。マルテンサイト系ステンレス鋼材が鋼管である場合、好ましくはマルテンサイト系ステンレス鋼材は油井用鋼管である。油井用鋼管は例えば、油井又はガス井の掘削、原油又は天然ガスの採取等に用いられるケーシング、チュービング、ドリルパイプ等である。マルテンサイト系ステンレス鋼材が鋼管である場合、好ましくは、継目無鋼管である。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、上述の特徴1~特徴3を満たすマルテンサイト系ステンレス鋼材を製造できれば、以下に説明する製造方法に限定されず、他の製造方法で本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材が製造されてもよい。ただし、以下に説明する製造方法は、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼材を製造する好適な一例である。
(工程1)素材準備工程
(工程2)熱間加工工程
(工程3)焼入れ工程
(工程4)焼戻し工程
以下、各工程について説明する。
素材準備工程では、特徴1の化学組成を有する鋳造材を準備する。具体的には、上述の化学組成を有する溶鋼を周知の方法により製造する。製造された溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片を製造する。ここで、鋳片とは、スラブ、又はブルームである。鋳片に代えて、上記溶鋼を用いて造塊法によりインゴットを製造してもよい。ブルーム又はインゴットに対して分塊圧延を実施して、ビレットとしてもよい。以上の製造工程により、素材(スラブ、ブルーム、ビレット又は、インゴット)を製造する。
熱間加工工程では、準備した素材を熱間加工して、中間鋼材を製造する。中間鋼材を製造する熱間加工の方法は、特に限定されない。すなわち、本実施形態において、熱間加工は、熱間鍛造であってもよく、熱間押出であってもよく、熱間圧延であってもよい。
焼入れ工程では、熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して、焼入れを実施する。焼入れ工程では、次の条件を満たすように焼入れを実施する。
条件1:焼入れ温度T1を900~1090℃とする。
条件2:式(A)で定義されるFAを1.71以下とする。
FA={(t1/t2)-1}/Cu (A)
ここで、式(A)中の「t1」には、焼入れ工程の加熱時において、中間鋼材の温度がAc3点から900℃になるまでの時間t1(分)が代入される。「t2」には、焼入れ温度T1での保持時間t2(分)が代入される。「Cu」には、マルテンサイト系ステンレス鋼材のCu含有量(質量%)が代入される。
焼戻し工程では、焼入れ後の中間鋼材に対して焼戻しを実施する。焼戻し工程では、化学組成に応じて焼戻し温度を適宜調整することにより、マルテンサイト系ステンレス鋼材の降伏強度を調整することができる。具体的には、マルテンサイト系ステンレス鋼材の降伏強度が110ksi級以上(758MPa以上)となるように、焼戻し条件を調整する。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス鋼材(継目無鋼管)に対して、次の評価試験を実施した。
(試験1)降伏強度評価試験
(試験2)マルテンサイト体積率評価試験
(試験3)δフェライト面積率Sd評価試験
(試験4)粗大金属間化合物面積率Sc評価試験
(試験5)熱間加工性評価試験
(試験6)耐SSC性評価試験
(試験7)低温靭性評価試験
以下、各試験について説明する。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス鋼材の降伏強度(MPa)を、上述の[降伏強度の測定方法]に基づいて求めた。なお、各試験番号のマルテンサイト系ステンレス鋼材(継目無鋼管)の肉厚中央部から丸棒試験片を採取した。丸棒試験片のサイズは、平行部の直径が4.0mmであり、標点距離が16.0mmであった。丸棒試験片の長手方向はマルテンサイト系ステンレス鋼材(継目無鋼管)の管軸方向と平行とした。得られた降伏強度(MPa)を、表3中の「YS(MPa)」欄に示す。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス鋼材のマルテンサイト体積率(%)を、上述の[マルテンサイトの体積率の測定方法]に基づいて求めた。なお、各試験番号のマルテンサイト系ステンレス鋼材(継目無鋼管)の肉厚中央部から試験片を採取した。試験片のサイズは、15mm×15mm×厚さ2mmであり、試験片の厚さ方向は、継目無鋼管の肉厚方向であった。得られたマルテンサイト体積率(%)を、表3中の「マルテンサイト体積率(%)」欄に示す。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス鋼材の圧延方向に平行な断面でのδフェライトの面積率Sdを、上述の[δフェライトの面積率Sdの測定方法]により求めた。なお、各試験番号のマルテンサイト系ステンレス鋼材(継目無鋼管)の肉厚中央部から試験片を採取した。試験片の観察面は、マルテンサイト系ステンレス鋼材の圧延方向と肉厚方向を含む面であった。得られたδフェライトの面積率Sd(%)を、表3の「δフェライト面積率Sd(%)」欄に示す。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス鋼材の圧延方向に平行な断面での金属間化合物の面積率Scを、上述の[粗大金属間化合物の面積率Scの測定方法]により求めた。なお、各試験番号のマルテンサイト系ステンレス鋼材(継目無鋼管)の肉厚中央部から試験片を採取した。試験片の観察面は、マルテンサイト系ステンレス鋼材の管軸方向と肉厚方向とを含む面であった。得られた金属間化合物の面積率Sc(%)を、表3の「粗大金属間化合物面積率Sc(%)」欄に示す。また、Fn(=Sc/Sd)を表3の「Fn」欄に示す。
各試験番号の熱間加工工程後であって焼入れ工程前の素管の表面を目視で観察して、割れの有無を確認した。確認結果を表3中の「熱間加工性」欄に示す。「熱間加工性」欄が「NA(Not Accepted)」である場合、管軸方向の割れ長さが1.0mm以上である割れが確認され、十分な熱間加工性が得られなかったことを示す。「熱間加工性」欄が「EX(Excellent)」である場合、管軸方向の割れ長さが1.0mm以上である割れが確認されず、十分な熱間加工性が得られたことを示す。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス鋼材の耐SSC性を、上述の[耐SSC性評価方法1]及び[耐SSC性評価方法2]に基づいて評価した。
評価方法1:試験浴を脱気した後、0.07barのH2Sガス及び0.93barのCO2ガスを試験浴に吹き込み、試験浴にH2Sガスを飽和させる。H2Sガスが飽和した試験浴を、24℃で720時間保持する。
評価方法2:試験浴を脱気した後、0.10barのH2Sガス及び0.90barのCO2ガスを試験浴に吹き込み、試験浴にH2Sガスを飽和させる。H2Sガスが飽和した試験浴を、24℃で720時間保持する。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス鋼材の低温靭性を、上述の[低温靭性評価方法]に基づいて評価した。なお、評価にはフルサイズのVノッチ試験片を用いた。得られた-10℃での吸収エネルギーvE(-10℃)を、表3中の「吸収エネルギーvE(-10℃)(J)」欄に示す。
表1-1、表1-2、表2、及び、表3を参照して、試験番号1~24では、マルテンサイト系ステンレス鋼材が特徴1~特徴3を満たした。そのため、十分な熱間加工性が得られた。さらに、降伏強度が758MPa以上であっても、評価方法1で優れた耐SSC性が得られた。さらに、-10℃での吸収エネルギーが120J以上であり、優れた低温靭性が得られた。
Claims (3)
- マルテンサイト系ステンレス鋼材であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.030%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:1.00%以下、
P:0.030%以下、
S:0.0050%以下、
Cr:10.00~16.00%、
Ni:4.00~7.50%、
Mo:1.10~3.50%、
Al:0.005~0.050%、
V:0.01~0.30%、
N:0.0030~0.0500%、
Ti:0.020~0.150%、
Cu:0.01~3.50%、
Co:0.01~0.50%、
Nb:0~0.150%、
W:0~1.50%、
Zr:0~0.0100%、
Sn:0~0.0100%、
As:0~0.0100%、
Sb:0~0.0100%、
B:0~0.0050%、
Ca:0~0.0050%、
Mg:0~0.0050%、
希土類元素(REM):0~0.0100%、及び、
残部はFe及び不純物からなり、
マルテンサイトの体積率が80%以上であり、
降伏強度が758MPa以上であり、
前記マルテンサイト系ステンレス鋼材の圧延方向に平行な断面におけるδフェライトの面積率Sd(%)、及び、円相当径が1.0μm以上の金属間化合物の面積率Sc(%)が、式(1)及び式(2)を満たす、
マルテンサイト系ステンレス鋼材。
0<Sd≦10.00 (1)
Sc/Sd≦5.00 (2) - 請求項1に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼材であって、
前記化学組成が、質量%で、
Nb:0.001~0.150%、
W:0.01~1.50%、
Zr:0.0001~0.0100%、
Sn:0.0001~0.0100%、
As:0.0001~0.0100%、
Sb:0.0001~0.0100%、
B:0.0001~0.0050%、
Ca:0.0001~0.0050%、
Mg:0.0001~0.0050%、及び、
希土類元素(REM):0.0001~0.0100%、からなる群から選択される1種以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス鋼材。 - 請求項1又は請求項2に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼材であって、
前記化学組成が、質量%で、
Cu:1.00~3.50%、を含有する、
マルテンサイト系ステンレス鋼材。
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---|---|---|---|---|
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WO2020071344A1 (ja) | 2018-10-02 | 2020-04-09 | 日本製鉄株式会社 | マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管 |
WO2021015141A1 (ja) | 2019-07-24 | 2021-01-28 | 日本製鉄株式会社 | マルテンサイト系ステンレス鋼管及びマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法 |
WO2021131445A1 (ja) | 2019-12-24 | 2021-07-01 | Jfeスチール株式会社 | 油井用高強度ステンレス継目無鋼管 |
WO2021199368A1 (ja) | 2020-04-01 | 2021-10-07 | 日本製鉄株式会社 | 鋼材 |
WO2021200571A1 (ja) | 2020-04-01 | 2021-10-07 | Jfeスチール株式会社 | 油井用高強度ステンレス継目無鋼管およびその製造方法 |
WO2021210564A1 (ja) | 2020-04-13 | 2021-10-21 | 日本製鉄株式会社 | マルテンサイト系ステンレス鋼材、及び、マルテンサイト系ステンレス鋼材の製造方法 |
WO2021235087A1 (ja) | 2020-05-18 | 2021-11-25 | Jfeスチール株式会社 | 油井管用ステンレス継目無鋼管およびその製造方法 |
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018181404A1 (ja) | 2017-03-28 | 2018-10-04 | 新日鐵住金株式会社 | マルテンサイトステンレス鋼材 |
WO2020071344A1 (ja) | 2018-10-02 | 2020-04-09 | 日本製鉄株式会社 | マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管 |
WO2021015141A1 (ja) | 2019-07-24 | 2021-01-28 | 日本製鉄株式会社 | マルテンサイト系ステンレス鋼管及びマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法 |
WO2021131445A1 (ja) | 2019-12-24 | 2021-07-01 | Jfeスチール株式会社 | 油井用高強度ステンレス継目無鋼管 |
WO2021199368A1 (ja) | 2020-04-01 | 2021-10-07 | 日本製鉄株式会社 | 鋼材 |
WO2021200571A1 (ja) | 2020-04-01 | 2021-10-07 | Jfeスチール株式会社 | 油井用高強度ステンレス継目無鋼管およびその製造方法 |
WO2021210564A1 (ja) | 2020-04-13 | 2021-10-21 | 日本製鉄株式会社 | マルテンサイト系ステンレス鋼材、及び、マルテンサイト系ステンレス鋼材の製造方法 |
WO2021235087A1 (ja) | 2020-05-18 | 2021-11-25 | Jfeスチール株式会社 | 油井管用ステンレス継目無鋼管およびその製造方法 |
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