JPH02125846A

JPH02125846A - 硫化物環境下での耐食性に優れた２相ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH02125846A
Application number: JP21362488A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Sakamoto; 俊治坂本; Yasuo Sogo; 十河　泰雄; Hiroshi Miyoshi; 三好　弘; Seiji Mori; 清治森
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-07-20
Filing date: 1988-08-30
Publication date: 1990-05-14

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、湿潤硫化水素環境下において使用される耐食
性に優れた２相ステンレス鋼に関する。

（従来の技術）２相ステンレス鋼の代表的組成として、２２〜２５Ｃｒ
−５〜７Ｎｉ−３Ｍｏ−０，２以下Ｎがよく知られてい
る。２相ステンレス鋼は、フェライトおよびオーステナ
イトの混合組織より成り、混合組織であるが故に、単相
ステンレス鋼では得られ難い優れた機械的特性や、塩化
物環境下での耐応力腐食割れ特性等を示すことが知られ
ている。

この特徴を活かしたさまざまな用途が開発されてきた。

例えば、塩化物環境下での優れた耐応力腐食割れ性から
海水熱交換器等に幅広く使用されてきた実績がある。昨
今では、腐食性の高い油井、ガス井に対して適用すべく
、多くの評価研究がなされ、一部の油井、ガス井におい
て実用化されている。ここで言う腐食性の高い油井、ガ
ス井環境とは、ＣＩイオンの他、炭酸ガス、硫化水素と
いった酸性ガスを含み、かつ高温の環境である。

しかしながら、特開昭５７−１３１３４７号公報記載の
Ｃ＜０．１％、Ｓｔ＜１％、Ｍｎ＜２％、Ｎ＜０．３０
％、Ｍｏ＜４％、Ｃｕ＜１％、２４％＜Ｃｒ−Ｂｌｏ＜
　２９％、１０％＜Ｃｒ＋Ｍｏ−Ｎｉ−３０（Ｃ十Ｎ）
　＜　１６％なる成分組成の２相ステンレス鋼、特開昭
５８１９７２６０号公報記載のＣ＝０．０６〜０．２％
、Ｓｉ＜１％、Ｍｎ＝　２．５〜４％、Ｎ＝０．ｌＯ％
〜０．２５％、Ｍｏ−２，５〜４％、Ｃｒ−２０〜２７
％、Ｎｉ−５〜８％、Ｔｉ　＋Ｎｂ十Ｖ　＝　０．１〜
０．５％なる成分組成の２相ステンレス鋼、特開昭５９
−１８２９１８号公報記載のＣ〈０．０４％、５ｉ＝０
．１〜３％、Ｍｎ＝　０．５〜３％、Ｎ−０，０５〜０
゜２０％、ＭＯ＝１〜５％、Ｃｒ−２０〜３０％、Ｎ１
＝４〜９％なる成分組成の２相ステンレス鋼の如き公知
の２相ステンレス網では、酸性ガス含有の油井、ガス井
への適用において、その耐食性に限界があった。例えば
Ｊ、５ａｋａｉ　。

Ｓ、Ｈａｓｉｚｕｍｅ　、　Ｙ、Ｋｕｒｉｋｉ　、Ｙ、
Ｎａｋａｇａｗａ　＋Ｍ、Ｉｔｏｈ　。

１、Ｍａｔｓｕｓｉｍａ　；　Ｃ０ＲＲＯ３ＩＯＮ’　
８７　Ｎｏ、２９２（１９８７）にみられるように、２
２Ｃｒ−６Ｎｉ−３Ｍｏ−０，１５ＮのＤＩＮｌ、　４
４６２鋼は、温度によらず、硫化水素分圧０．０２ａｔ
ｍ以上の条件では十分な耐食性が発揮されず、使用でき
ないことが知られている。また、２相ステンレス鋼の耐
食性の限界は主に硫化水素分圧に依存することが、知ら
れている。しかし、その耐食性限界を改善する対策につ
いては、明らかになっていない。

（発明が解決しようとする課題）そこで、本発明者らは、硫化水素存在環境下でも優れた
耐食性を得べく研究開発を行なった末、公知成分とは異
なる新規の２相ステンレス鋼を得るに至った。

硫化水素が存在する苛酷な環境下で２相ステンレス鋼に
生じる腐食問題は２つある。１つは、孔食であり、もう
１つは応力腐食割れ（以後５ＣＣ）である。ここでいう
硫化水素環境下で生じる孔食およびＳＣＣは、塩化物環
境下での孔食、ＳＣＣと機構が異なる。本発明者らは、
硫化水素環境下での孔食、ＳＣＣ機構の解明を試み、こ
れらの腐食特性と材料側要因との関係を考察した。その
結果、孔食はフェライト相より発生すること、ＳＣＣは
フェライト相を伝播し易くオーステナイト相で阻止され
易いこと、の２点について知見を得た。このことから、
孔食特性は、フェライト相中の耐孔食性に寄与する合金
元素（Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ）量に支配され、ＳＣＣ特性は
フェライト分率により支配されるとの結論に至った。即
ち、フェライト相中の合金量とフェライト分率をある適
正範囲内に収める合金設計を行なえば２つの腐食問題は
解決できる。このためには、耐孔食性から必要なフェラ
イト相中の合金濃度、耐ＳＣＣ性から必要なフェライト
分率の値を知る必要がある。さらに、フェライト中の合
金濃度、フェライト分率は合金添加量の関数となるため
、合金添加量とフェライト相中の合金濃度の関係、合金
添加量とフェライト分率の関係を求める必要がある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、検討の末、この点を次の如く明らかにし
た。

すなわち、Ｃ０．２０％以下、Ｍｎ２％以下、２０００
３％以下、Ｓ　０．００１％以下、Ｎ　０．１４〜０．
３０％、Ｃｒ２０〜３０％、Ｍｏ２．５〜４．０％、Ｎ
ｉ７．５〜１７％、Ｓｉ０．４〜６．０％を含み、さら
に必要に応じてＣｕ１％以下、Ｗ１％以下のうち１種ま
たは２種を同時に含有し、残部はＦｅおよび不可避的不
純物より成る組成範囲の鋼において、耐孔食性は（２）
式の如く求められる耐孔食性指標Ｓ値が１６０以上のと
き良好となり、また、耐ＳＣＣ特性は鋼の合金組成より
求まるフェライト分率ｆが（１）式を満足するとき良好
となる。

０．２≦ｆ≦０．７　　　・・・・・・　（１）・・・
・・・　（２）ここでｆ　＝０．０５３６９　（Ｃｒ十Ｍｏ）　　＋０
．０８０５０　Ｓｉ０．０７１３０　　Ｎｉ　−０，０
３５６５Ｍｎ　　１．４９７３　　Ｇ　　０．８２０Ｏ
Ｎ０．２６３２さらに、本発明において、かかる鋼の成分系を設定した
根拠を述べる。

ＣＴＣはＣｒ炭化物の形成に伴いＣｒ欠乏層を生じて耐
食性を劣化させるので、これを防ぐため、その添加量は
０．２０％を上限とした。

Ｍｎ　：　Ｍｎは、塩化物環境下での耐孔食性に有効な
元素であるＮの固溶度を確保するために必要であるが、
２％を超えて添加してもその効果は向上しないばかりか
、硫化水素環境下の耐孔食性が低下するので、その上限
を２％とした。

ＦＤＰは熱間加工性の点から可久的に低レベルであるこ
とが望ましい。なお、０．０３％を超えて含まれると、
塩化物環境、硫化水素環境を問わず応力腐食割れ抵抗性
を劣化させるため上限を０．０３％とした。

ＳＯ３は従来鋼レヘルの含有量であれば、耐食性に本質
的な影響を与えるものではないが、０．００１％を超え
て含まれると熱間加工性が低下するため、上限を０．０
０１％とした。

Ｎ：Ｎは、塩化物環境下での耐孔食性改善に寄与するが
、０．１４％未満の添加ではその効果は不十分であり、
０．３０％超ではＣｒ窒化物の析出により耐孔食性が劣
化するので、その最適範囲を０．１４〜０．３０％とし
た。

Ｃｒ　：　Ｃｒは耐食性に有効な元素であるが、２０％
未満では硫化水素環境下で十分な耐孔食性が得られず、
３０％超では熱間加工性が低下するので、最適範囲を２
０〜３０％とした。

Ｍｏ　：　ＭｏはＣｒと同様に耐食性に有効な元素であ
るが、２．５％未満では十分な耐孔食性が得られず、４
．０％超では熱間加工性が低下するので、最適範囲を２
．５〜４．０％とした。

旧：Ｎｉは、硫化水素環境下での耐孔食性を向上させる
元素であるが、７．５％以上の添加で初めて満足すべき
効果が得られる。添加量は多い方が、耐食性の点から望
ましいが、Ｎｉは高価な元素であるため、上限を１７％
とした。

Ｓｉ　：　Ｓｉは、フェライト分率調整に有効な元素で
ある。０．４％未満の添加では、耐食性の点から最適な
フェライト分率を得ることができず、６．０％を超えて
添加すると、熱間加工性が低下するため最適範囲を０．
４〜６．０％とした。

Ｃｕ　：　Ｃｕは硫化水素環境下での耐孔食性を向上さ
せる効果を有するが、１％を超えて添加すると、熱間加
工性が低下するので、１％以下とした。

Ｗ：Ｗは、強度向上効果を有するが、１％を超えると熱
間加工性が阻害されるので、１％以下とした。

フェライト分率：フェライト分率は、主に耐ＳＣＣ性に
影響する。０．２未満および０．７を超えると、実施例
に示すように耐ＳＣＣ性が劣化するため最適範囲を０．
２〜０．７とした。

さらに、Ｃ，Ｍｎ、Ｎ、　　Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｎｉ　＋
　Ｓｉは、いずれもフェライト分率に影響を及ぼす元素
であるため、上記の制限に加え、耐ＳＣＣ性の点から必
要とされるフェライト分率を満たずには各元素の添加量
は、０．２≦０．０５３６９　（Ｃｒ＋Ｍｏ）　＋０．０８
０５０Ｓｉ　−０，０７１３ＯＮｉ０．０３５６５Ｍｎ
−１，４９７３Ｃ−０，８２００Ｎ−０，２６３２≦０
．７の条件を満足する必要がある。

また、Ｃｒ　、　Ｍｏ　、　Ｎｉは、いずれも硫化水素
環境下での耐孔食性に寄与する元素であるが、十分な耐
孔食性を得るためには上記制限に加え、Ｃｒ、Ｍｏ。

Ｎｉ添加量及びフェライト分率から算出される耐孔食性
指標Ｓ値が・・・・・・　（２）の条件を満足することが必要である。この条件が満たさ
れない場合、実施例にも示す如く、鋼の耐孔食性は不十
分なものとなる。

上記のような成分組成の本発明鋼は、電気炉、転炉など
通常の溶解炉にて溶製されＡＯＤ精練された後、造塊、
分塊あるいは連続鋳造により製造された鋳片に熱間加工
を施して鋼板、鋼管、形鋼などの各種の形状に成形され
、さらに固溶化熱処理を施し、必要に応じて冷間加工を
加えて製品として供される。

次に、本発明の実施例について説明する。

第１表に供試鋼の化学組成、フェライト分率、Ｓ値及び
硫化水素環境下での腐食試験結果（孔食またはＳＣＣ発
生有無）を示す。供試鋼はいずれも真空溶解炉にて溶製
し、板厚１２胴まで熱間圧延を行なった後、１０５０°
ｃ×６０分の固溶化熱処理を施した。この板より、ｔｌ
ＸｗｌＯＸ６５ｎｗｎサイズの４点曲げ試験片を採取し
く表面ば３２０番エメリー研磨）、これに降伏強度の９
２％の付加応力をかけＩａｔｍ　ＨｚＳ　−６０°Ｃの
２０％ＮａＣ１溶液中において１６８ｈｒの浸漬試験を
行った後、試験片表面を観察した。また、併せて固溶化
熱処理ままの板についてポイントカウント法にてフェラ
イト分率の測定も行なった。

第１表から、本発明鋼が硫化水素環境下で優れた耐孔食
性、耐ＳＣＣ性を発揮することがわかる。

第１図は、第１表の試験結果をＳ値及びフェライト分率
に対して整理し直したものであるが、Ｓ≧４９．０かツ
０．２≦ｆ≦０．７４７）領域で孔食、ＳＣＣ共に生じ
ない。第１表の試験結果の一部について耐孔食性とＳ値
の関係および耐ＳＣＣ性とフェライト率の関係を整理す
ると、それぞれ第２図、第３図となり、これらより、優
れた耐孔食性を得るにはＳ≧４９．０が必要であり、優
れた耐ＳＣＣ性を得るには０．２≦ｆ≦０．７が必要と
なることが明らかである。

（発明の効果）本発明により、硫化水素環境下で優れた耐孔食性、耐Ｓ
ＣＣ性を発揮する２相ステンレス鋼が得られた。また、
耐孔食性および耐ＳＣＣ性と化学組成との間に定量的関
係式を見出したので、これによって両特性を確実に満た
ずための成分管理が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、４点曲げ試験結果をＳ値およびフェライト分
率に対して整理したものであり、Ｏ印は孔食、ＳＣＣ共
に生しなかったことを意味し、・印は、孔食またはＳＣ
Ｃが生じたことを意味する。第２図は４点曲げ試験片の
腐食減量と耐孔食性指標Ｓ値の関係を示したものである
。第３図は、４点曲げ試験片に生じたＳＣＣの最大亀裂
深さを測定し、供試鋼のフェライト分率との関係で整理
したものである。

Claims

【特許請求の範囲】（１）Ｃ０．２０％以下、Ｍｎ２％以下、Ｐ０．０３％
以下、Ｓ０．００１％以下、Ｎ０．１４〜０．３０％、
Ｃｒ２０〜３０％、Ｍｏ２．５〜４．０％、Ｎｉ７．５
〜１７％、Ｓｉ０．４〜６．０％を含み、残部はＦｅお
よび不可避的不純物より成り、かつフェライト分率ｆお
よび耐孔食性指標Ｓ値が下記式０．２≦ｆ≦０．７……（１）Ｓ値＝１．０９５Ｃｒ／（０．０９５ｆ＋１）＋０．８
６１Ｎｉ／（１−０．１３９ｆ）＋５．５５０Ｍｏ／（
０．１１０ｆ＋１）≧４９．０……（２）（ここでｆはｆ＝０．０５３６９（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋０．０８０５０Ｓ
ｉ−０．０７１３０Ｎｉ−−０．０３５６５Ｍｎ−１．
４９７３Ｃ−０．８２００Ｎ−０．２６３２で定義する
フェライト分率）を満足することを特徴とする硫化物環境下での耐食性に
優れた２相ステンレス鋼。（２）Ｃ０．２０％以下、Ｍｎ２％以下、Ｐ０．０３％
以下、Ｓ０．００１％以下、Ｎ０．１４〜０．３０％、
Ｃｒ２０〜３０％、Ｍｏ２．５〜４．０％、Ｎｉ７．５
〜１７％、Ｓｉ０．４〜６．０％を含み、さらにＣｕ１
％以下、Ｗ１％以下のうち１種または２種を含有し、残
部はＦｅおよび不可避的不純物より成り、かつフェライ
ト分率ｆおよび耐孔食性指標Ｓ値が下記式０．２≦ｆ≦０．７……（１）Ｓ値＝１．０９５Ｃｒ／（０．０９５ｆ＋１）＋０．８
６１Ｎｉ／（１−０．１３９ｆ）＋５．５５０Ｍｏ／（
０．１１０ｆ＋１）≧４９．０……（２）（ここでｆはｆ＝０．０５３６９（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋０．０８０５０Ｓ
ｉ−０．０７１３０Ｎｉ−−０．０３５６５Ｍｎ−１．
４９７３Ｃ−０．８２００Ｎ−０．２６３２で定義する
フェライト分率）を満足することを特徴とする硫化物環境下での耐食性に
優れた２相ステンレス鋼。