JPH01172517A - 耐応力腐食割れ性の優れた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、１３５ｋｓｉ　（９４，５ｋｇ／
−）程度以下のエネルギー分野で使用される鋼、とくに
応力腐食割れを起さずしかも耐応力腐食割に優れた鋼材
の製造方法に関わるものである。

（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Ａｌ５Ｉ４１０鋼や４
２０鋼に代表される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。

この種の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
えられる比較的硬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情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により、１粒を細粒化させた鋼を冷
却途中のある温度範囲に保持することにより、低コスト
で効率良く均一なベーナイト組織をうることにより、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：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、ｊＶ：０，０１〜０．０５％、Ｎ
：０．０１〜０．２５％を含有し；またはこれらと共に
更にＮｉ　：　０．２〜２．５％、Ｍｏ０．２〜１．５
％、Ｖ：０．０２〜１．５％、Ｔｉ：０．Ｏ０１〜０．
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％≧ｌ
０ＸＣ（％）＋３Ｑ×Ｎ（％）＋８を満足させる組成の
鋼を加熱温度９５０℃〜１２５０’Ｃ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、加工後冷却途中で６５０℃〜４００℃の温度に保
持したのち室温まで空冷し、ベーナ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
優れたステンレス鋼の製造方法にある。

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
細且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冷却途中の
温度制御により均一ベーナ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冷却途中の保持処理で得
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、極微細均一ベーナ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微
細かつ均一ベーナイト組織を得るに必要な合金添加と熱
間加工条件および冷却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の製造方法にある。

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。

ＣＴＣ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、ベーナイト組織が出にくくな
る。したがってＣは０．１５％以下とする。

Ｓｉ：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％以下とする。

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
％を越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、ベーナイトが出にくくなる
。したがって、Ｍｎは０．２〜１．０％とする。

Ｃｒ　：　ＣｒはＣＯ□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
始める添加量で決る。添加量上限は効果がある範囲を超
えて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、ベーナ
イト組織とするため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。

Ａｌ１：／／！は脱酸のために添加する。０．０１％未
満では脱酸の効果がな（，０，０５％超では脱酸効果は
充分となるが、鋼の清浄度を下げ靭性低下を起す。した
がってへｌ添加量は０．０１〜０．０５％とする。

ＮＵＮは１３％Ｃｒ前後の鋼においては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（，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
用意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、　Ｎ０．　　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。組織をベー
ナイト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Ｎｉ０
．２〜２．５％、　Ｍｏ０．２〜１．５％、　　Ｖｏ、
０２〜１．５％、Ｔｉ０１００１〜０．２％、Ｎｂ０．
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：均一なベーナイト組
織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％
≧ｌ０ＸＣ（％）＋３０×Ｎ（％）＋８を満足させるこ
とが必要となる。

次に、本発明のため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
均一ベーナ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℃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。

加工温度はベーナ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℃以上とする。

ベーナイト組織を得るため加工後、冷却途中で６５０℃
〜４００℃に保持する必要がある。保持温度はベーナイ
ト変態が起る温度に入れる事が必要となる。上限６５０
℃としたのは上限を超えると一部フエライトの形成が起
り、ベーナイトとならない。下限を４００℃以上とした
のは下限未満ではマルテンサイト変態にかかるためであ
る。

また保持後の冷却速度は耐応力腐食割れ性に影響しない
ので作業性の点から空冷とした。

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、鋼組織をベーナイト組織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。

（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
力を付加して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Ｏは本発明法で製造した鋼を示し・は比較鋼であ
る。

第１図の結果から明らかなように、本発明法によれば耐
硫化物応力腐食割れ性が著しく改善される。

また本発明による鋼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） 本発明は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
必要としない低コストの製造法であり、油井用鋼管、厚
板等に有利に使用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銅の限界応力と耐
力との関係を示す図である。 第１図 ４０９　ぎ０７θ　８σ　〃 耐力　　　　　　　　　（Ｋ務７す

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％≧１
   ０×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、加工後冷却途中で６５０℃〜４００℃の温度に保持
   したのち、室温まで空冷し、ベーナ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、Ａｌ：
   ０．０１〜０．０５％、Ｎ：０．０１〜０．２５％を含
   有するとともに更にＮｉ：０．２〜２．５％、Ｍｏ０．
   ２〜１．５％、Ｖ：０．０２〜１．５％、Ｔｉ：０．０
   ０１〜０．２％、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℃〜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、加工後冷却途中で６５０℃〜４００
   ℃の温度に保持したのち、室温まで空冷し、ベーナイト
   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ステンレス鋼の製造方法。