JPH01172516A - 耐応力腐食割れ性の優れた針状フェライトステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は降伏強度が、１３５　ｋｓｉ（９４，５ｋｇ／
ｍｍ”）程度以下のエネルギー分野で使用される鋼、特
に応力腐食割れを起こさずしかも耐ｃｏ２ｇ食性に優れ
た鋼材の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 天然ガス開発用のラインパイプとして一般に炭素鋼、低
合金鋼のものが用いられているが、近年開発が進むにつ
れて炭酸ガスを多く含む天然ガスに対しては上記鋼は耐
食性が十分とは言えなくなってきている。このためこの
種の天然ガス用の鋼として耐食性が良好なステンレス鋼
の使用が検討されている。例えばＡｌ５Ｉ　４’　１０
　ｍや４２（ＩＩに代表される１３％Ｃｒを含むマルテ
ンサイト系ステンレス鋼が炭酸ガスに対する耐食性が良
好である。

このマルテンサイト系ステンレス鋼は通常焼入れ焼戻し
処理（ＱＴ）にて製造されているがＱＴ条件によって強
度が自由に変えられる比較的価れた鋼種と言うことが出
来る。

しかしながらこのステンレス鋼の最大の弱点は応力腐食
割れを起すことである。

この原因は製造方法がＱＴなので焼戻しマルテンサイト
の構造からくるものでこの焼戻しマルテンサイトの応力
腐食割れ感受性が降伏点に比例して強くなるためと考え
られる。これらの対策として本発明者らは、例えば特開
昭６０−１９７８２１号公報に、応力腐食割れ抵抗の優
れたＣｒ系ステンレス鋼油井管の熱処理方法を開示して
いる。そこでは焼入の冷却速度制御と焼戻し温度の最適
な組合せによる組織制御で耐応力腐食割れ性の改善が可
能であることが述べられている。しかしながら、この方
法では熱処理を焼入れと焼戻しの二工程で行なわねばな
らず、コストの低減を図る必要があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は以上の様な実状から検討を重ねた結果から得ら
れたもので、上記フェライト系ステンレス鋼の成分を基
本成分とし、この成分中Ｃｒ、　　Ｃ。

Ｎ三元素の相互の添加量を規制し、圧延圧下率を一定範
囲内で加工して圧延後の１粒を細粒化させた鋼を１回の
焼戻し処理により低コストで作業性良く、針状フェライ
ト組織をうろことにより、この鋼の優れた耐食性をその
まま受は継いでしかも優れた応力腐食割れ抵抗を付与し
うる鋼を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述の問題点を有利に解決したものであり、そ
の要旨とするところは 重量％で　Ｃ：　Ｏ，１５％以下 Ｓ＋　：　０．１〜０．５％ Ｍｎ：０．２〜１．０％ Ｃｒ：９〜１６．０％ Ｐ　：　０．０２％以下 Ｓ　：　０．０２％以下 ＾Ｉｌ　：ｏ、０１〜０．０５％ Ｎ　：　０．０　１〜０．２５％ を含有し、またはこれらと共に更に Ｎｉ：０．２〜２．５％ Ｍｏ　：　０．２〜１．５％ Ｖ：０．０２〜１．５％ Ｔｉ　：　０．００１〜０．２％ Ｎｂ：０．０２〜１．５％ を１種または２種以上含み、残部鉄及び不可避不純物か
ら成り、且つＣｒ％≧１０×Ｃ（％）＋３０ＸＮ（％）
＋８を満足させる組成の鋼を加熱温度９５０℃〜１２５
０℃に加熱後、仕上温度７５０℃以上で加工率６０％〜
９５％の範囲で熱間加工し、加工後室温まで空冷以上の
冷却速度で冷却し、その後４００℃〜　７５０℃未満の
温度で１５分〜６０分焼戻し処理を行ない、針状フェラ
イト組織を面積率で８０％以上となすことを特徴とする
耐応力腐食割れ性の優れた針状フェライトステンレス鋼
の製造方法にある。

以下本発明の詳細な説明する。

（作　用） 高強度で耐硫化物応力腐食割れ性を得るには組織を極微
細かつ均一にすることが有効であり、これは適切な化学
成分の添加と熱間加工条件の制御とその後の焼戻し条件
の制御より８０％以上の針状フェライト組織となすこと
で達成される。

本発明者らは熱間加工ならびに焼戻し処理で得られる組
織と硫化物応力腐食割れ性の関係を研究した結果、針状
フェライト組織が従来法による焼戻しマルテンサイト組
織より耐硫化物応力腐食割れ性が優れていることを見出
した。

すなわち本発明は耐硫化物応力腐食割れ性に有効な針状
フェライト組織を得るに必要な合金添加と熱間加工条件
および焼戻し条件を組み合せたことを骨子とする高強度
耐応力腐食割れ鋼にある。

次に本発明により製造される鋼の鋼成分の限定理由につ
いて述べる。以下％はいずれも重量％である。

Ｃ：Ｃは鋼の強度増加に対して有効である。しかし添加
量を０．１５％超とすると、焼入性を上昇させ組織をマ
ルテンサイトにし易くし、針状フェライト（ＡＦ）組織
が出にくくなる。したがってＣは０．１５％以下とする
。

Ｓｔ　：　Ｓｉは脱酸のために添加する。しかし添加量
が０．１％未満では効果がなく、添加量が０．５％超で
は脱酸の効果は充分となるが靭性が劣化する。

したがってＳｉは０．１〜０．５％とする。

Ｍｎ　：　Ｍｎは靭性を向上させるために添加する。し
かし添加量が０．２％未満では靭性向上に効果がなく１
％を超えると焼入性を向上させる元素であるため組織を
マルテンサイトにし易くし、ＡＦが出にくくなる。した
がって、Ｍｎは０．２〜１．０％とする。

Ｃｒ　：　ＣｒはＣＯ２腐食を低減させるに有効な元素
である。しかしながら本発明の対象にしているエネルギ
ー分野での使用の場合非常にシビアーな条件では添加量
が少いとその効果がない。下限値は腐食の低減効果の出
初める添加量で決る。添加量上限は効果がある範囲を超
え才添加しても添加した意味を持たない。したがってＣ
ｒの添加範囲は９〜１６．０％とする。

ＦＤＰは鋼を脆化させる。しかし本発明鋼の場合組織が
焼戻しマルテンサイトとなる従来のものと異り、ＡＦ組
織とするためＰが鋼を脆化させる程度は低い。したがっ
て通常レベルの０．０２％以下としておけば脆化の心配
はない。したがってＰは０．０２％以下とする。

ＳＯ３も鋼を脆化させる。靭性を得るためには低い程良
いがコストがかかるため実質的に問題とならない含有上
限値は０．０２％程度である。したがってＳは０．０２
％以下とする。

八ｌ　：　Ａｔは脱酸のために添加する。０．０１％未
満では脱酸の効果がなく、０．０５％超では脱酸効果は
十分となるが、鋼の清浄度を下げ靭性低下を起こす。し
たがってＡｆ添加量は０．０１〜０．０５％とする。

Ｎ：Ｎは１３％Ｃｒ前後の鋼に於てはγループを広げる
効果があり組織をコントロールするために重要な働きを
する。しかし添加量が０．０１％未満であるとγループ
を広げる効果がなく、０．０１％以上を添加する必要が
ある。−力士限値は多い方が良いが通常のプロセスで容
易に添加し得る添加量は０．２５％程度である。したが
ってＮの添加量は０．０１〜０．２５％とする。

Ｎｉ、　Ｍｏ、　Ｎｂ、　Ｖ、　Ｔｉ　　：これらの元
素は任意に１種以上添加可能な元素である。組織をＡＦ
にしたときの炭化物形成により強度上昇を図るために添
加する。それぞれの添加量下限未満では効果に乏しく、
上限を超えると巨大炭化物を形成するのでＮｉＯ，２〜
２．５％、Ｍｏ０．２〜１．５％、Ｖｏ、０２〜１、５
％、　Ｔｉ　Ｏ，００１〜０．２％、ＮｂＯ，０２〜１
．５％の範囲とする。なおこれらの元素は複合添加した
場合と単独添加した場合の差はないので必要に応じて１
種または２種以上添加することができる。

Ｃｒ、　　Ｃ，Ｎ添加量の関係式：均一なＡｒ［ｌａを
得るために加熱時にフェライトを含まないオーステナイ
ト状態にすることが必要である。実験の結果Ｃｒ％≧１
０×Ｃ（％）＋３０ＸＮ（％）＋８を満足させることが
必要となる。

次に、本発明の熱間圧延工程について述べる。

本発明の鋼成分よりなるスラブの加熱温度の限定理由は
針状フェライト組織を得るには完全オーステナイト域で
熱間加工する必要があり、それ故９５０℃以上とし、又
オーステナイトの粗大化を防止するため１２５０’Ｃ以
下とする。

熱間加工率は耐硫化物応力割れ性を劣化させない微細組
織となすため６０％以上が必要である。

一方仕上板厚から言って通常加工率は９５％以下となる
ので上限を９５％以下とした。

加工温度は針状フェライト組織とするために完全オース
テナイト域で加工することが必要で７５０℃以上にする
必要がある。加工後オーステナイト粒の再結晶および成
長による粗粒化を防止するため加工後可能な限り速やか
に冷却を開始することが必要である。冷却速度について
空冷以上としたのは、空冷未満では冷却の制御にコスト
がかかり、一方空冷以上の冷却をしても組織的に問題な
いので冷却速度は空冷以上とした。

また焼戻し温度の限定理由は次の通りである。

焼戻しは耐硫化物応力腐食割れ性に有害な内部応力除去
のため必須であり、その有効焼戻範囲として４００　”
Ｃ〜７５０℃未満の温度までとする。

下限を４００″Ｃ以上としたのは下限以下では応力除去
に効果がな（、上限７５０℃以上ではフェライトの析出
が起るためである。また焼戻し時間は作業効率の上から
１５分〜６０分で実施するのが望ましい。

以上詳述したように、本発明の成分鋼を本発明の加工条
件で製造し、鋼組織を針状フェライト組織８０％以上に
すれば、耐硫化物応力腐食割れ性を著しく向上すること
ができる。そしてこの鋼の本来の優れた耐食性をそのま
ま受けつぐことができる。

（実施例） 第１表に示す組成の鋼について、第１表に示す製造条件
で処理して鋼を製造し、各鋼について試験した結果を第
１図に示す。鋼Ａ−Ｔは本発明法によるもの、Ｕ−Ｚは
従来法による比較例である。

試験はＮＡＣＥ液中での４点曲げ治具により、種々の応
力を負荷して３３６時間経過しても破断しない最小応力
を限界応力（σｔｈ）として求めたものである。第１図
の横軸は供試鋼の耐力（ＹＳ）を示し、縦軸は限界応力
を示し、○は本発明法による鋼を示し、・は比較鋼であ
る。

第１図の結果から明らかなように本発明法により耐硫化
物応力腐食割れ性が著しく改善された鋼が得られる。

また本発明による綱の耐炭酸ガス腐食性については従来
の１３％Ｃｒ鋼と同様の優れた耐食性を持っている事は
言うまでもない。

（発明の効果） 本発明によれば従来法である再加熱ＱＴ鋼では得られな
い耐硫化物応力腐食割れ性を達成し、かつ再加熱焼入れ
工程を必要とせず、油井用鋼管、厚板等に有利に使用で
きる低コストの鋼を製造することができるのでその工業
的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法と比較例で製造した鋼の限界応力と耐
力との関係を示す図である。 第１図 耐力　　　（Ｋ嚇７２）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％でＣ：０．１５％以下 Ｓｉ：０．１〜０．５％ Ｍｎ：０．２〜１．０％ Ｃｒ：９〜１６．０％ Ｐ：０．０２％以下 Ｓ：０．０２％以下 Ａｌ：０．０１〜０．０５％ Ｎ：０．０１〜０．２５％ を含み、残部鉄及び不可避不純物から成り、且つＣｒ％
   ≧１０×Ｃ（％）＋３０×Ｎ（％）＋８を満足させる組
   成の鋼を加熱温度９５０℃〜１２５０℃に加熱後、仕上
   温度７５０℃以上で加工率６０％〜９５％の範囲で熱間
   加工し、加工後室温まで空冷以上の冷却速度で冷却し、
   その後４００℃〜７５０℃未満の温度で１５分〜６０分
   焼戻し処理を行い、針状フェライト組織を面積率で８０
   ％以上となすことを特徴とする耐応力腐食割れ性の優れ
   た針状フェライトステンレス鋼の製造方法。
2. （２）重量％でＣ：０．１５％以下 Ｓｉ：０．１〜０．５％ Ｍｎ：０．２〜１．０％ Ｃｒ：９〜１６．０％ Ｐ：０．０２％以下 Ｓ：０．０２％以下 Ｎ：０．０１〜０．０５％ Ｎ：０．０１〜０．２５％ を含有すると共に更に Ｎｉ：０．２〜２．５％ Ｍｏ：０．２〜１．５％ Ｖ：０．０２〜１．５％ Ｔｉ：０．００１〜０．２％ Ｎｂ：０．０２〜１．５％ を１種または２種以上含み、残部鉄及び不可避不純物か
   ら成り、且つＣｒ％≧１０×Ｃ（％）＋３０×Ｎ（％）
   ＋８を満足させる組成の鋼を加熱温度９５０℃〜１２５
   ０℃に加熱後、仕上温度７５０℃以上で加工率６０％〜
   ９５％の範囲で熱間加工し、加工後室温まで空冷以上の
   冷却速度で冷却し、その後４００℃〜７５０℃未満の温
   度で１５分〜６０分焼戻し処理を行ない、針状フェライ
   ト組織を面積率で８０％以上となすことを特徴とする耐
   応力腐食割れ性の優れた針状フェライトステンレス鋼の
   製造方法。