JPH02298235A - 硫化物環境において溶接熱影響部の耐食性に優れた2相ステンレス鋼 - Google Patents

硫化物環境において溶接熱影響部の耐食性に優れた2相ステンレス鋼

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JPH02298235A
JPH02298235A JP11806789A JP11806789A JPH02298235A JP H02298235 A JPH02298235 A JP H02298235A JP 11806789 A JP11806789 A JP 11806789A JP 11806789 A JP11806789 A JP 11806789A JP H02298235 A JPH02298235 A JP H02298235A
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JP
Japan
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corrosion resistance
ferrite
stainless steel
less
affected zone
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Toshiharu Sakamoto
俊治 坂本
Yasuo Sogo
十河 泰雄
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

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溶接
熱影響部の耐食性に優れた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
−5〜7 N I−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αおよびオーステナイ
トγの混合組織より成り、混合組織であるが故に、単相
ステンレス鋼て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
ており、この特徴を活かしたさまざまな用途か開発され
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CIイオンの他、炭酸ガス、硫化水素ガスを含
む腐食性の高い環境において、油井管、ラインパイプと
して使用される例が増えてきている。
しかしながら、特開昭58−197260  号公報に
はrC=0.08〜0.2%、51<1%、Mn−2,
5〜4%、N=0.10〜0.25%、Mo−2,5〜
4%、Cr−20〜27%、Ni−5〜8%、”l’i
 +Nb +V−O,t〜0.5%」よりなる2相ステ
ンレス鋼が開示されているが、このような公知成分の2
相ステンレス鋼は、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る。
すなわち、例えばJ、 5aka1. S、 tlas
lzuIle、 Y。
Kurikl、 Y、 Nakagava、 M、 I
toh、 1. Matsusia+a;C0RRO3
ION ’87.NO,292(1987)にみられる
ように、22Cr−6N i−3Mo=0.15NのD
 I N 1.4482fMは、硫化水素分圧0.02
aLa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。特に、ラインパイプにお
いては溶接熱影響部の耐食性が母材より劣るため、硫化
水素が微量でも存在する環境では2相ステンレス鋼が使
用されないのが一般的である。
(発明が解決しようとする課題) そこで、本発明者らは、硫化水素存在環境で使用できる
ラインパイプ用2相ステンレス鋼が何故、母材より劣る
溶接熱影響部の耐食性をいかに向上させるかについて研
究開発を行なった結果、フェライト中の合金濃度やフェ
ライト分率を特定することによって構成する新規の2相
ステンレス鋼が前記環境下における溶接熱影響部の耐食
性を著しくすぐれたちのにできることがわかった。
(課題を解決するための手段) 硫化水素が存在する苛酷な環境下で2相ステンレス鋼溶
接熱影響部に生じる腐食問題に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5
CC)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、S
CC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、溶接熱影響部で生じる
孔食はフェライト相中またはフェライト/オーステナイ
ト界面に析出するクロム炭窒化物周りのフェライト相よ
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品いこと、の2点について知
見を得た。
このことから、溶接熱影響部の孔食特性は、フェライト
相中の耐孔食性に寄与する合金元素(Cr 、 NI 
、 Mo)ffi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、溶接熱
影響部の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(本発明でいうフェ
ライト相あるいはフェライト率とは全て溶接熱影響部の
ものである。)。
本発明者らは、検討の結果、この点を次の如く明らかに
した。
すなわち、C: 0.2%以下、Mn:2%以下、P:
0.03%以下、S :0.001%以下、Cr:20
〜30%、Mo:2.5〜4.0%、N iニア、5〜
17%、Si:2%以下およびTI 、Nb、V(7)
うち1filまたは28iを0.1〜0.4%含み、あ
るいは、さらにCur1%以下、W:1%以下のうち1
8又は2P、Ifを含有し残部はFOおよび不可避的不
純物より成る鋼であって、その溶接熱影響部における耐
孔食性は、(1)式の如く求められる耐孔食性指標S値
が50以上のとき良好となる。また、この溶接熱影響部
の耐SCC特性は、(2)式によって求まるフェライト
分率fが0.3〜0.7のとき良好となる。
’0.0951’+11〜0.1391’O,1101
’+1・・・・・・・・・(1) f’=0.05215(Cr+Mo)+0.07825
1=0.0849Nl=0.03245Mn−1,94
82C=0.0049−(2)以下に本発明の詳細な説
明する。
まず、本発明において、かかる鋼の成分を設定した根拠
を述べる。
C:CはCr炭化物の形成に伴いC「欠乏層を生じて耐
食性を劣化させるので、少ない含有量はど好ましい。し
かし、Ti、Nb等の炭化物形成元素が添加される場合
、その許容範囲は拡げられる。このようなことからCの
含有量は0.2%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。
P :Pは熱間加工性の点から可及的に低レベルである
ことが望ましい。さらに、0.03%以上含まれると、
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。
S :Sは、従来鋼レベ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、旧%以上含
まれると熱間加工性が低下するため、上限を0.01%
とした。
Cr:Crは耐食性に有効な元素であるが、20%以下
では硫化水素環境下で十分な耐孔食性が得られず、30
%以上では熱間加工性が低下するので、最適範囲を20
〜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%以下では十分な耐孔食性が得られず、4%
以上では熱間加工性が低下するので、最適範囲を2.5
〜4%とした。
Nl: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、N1は高価な元素であるため、上限を17
%とした。
Si:Siは、2%を超えて添加すると、熱影響部の靭
性が低下するため、上限を2%とした。
TI 、 Nb 、 V : Ti 、 Nb 、 V
l;LL’+fレモ炭化物形成元素であり、耐食性劣化
に有害なC「炭化物の析出を抑制する効果を有する。こ
れら各元素の効果はほぼ等しいため、いずれか、1皿ま
たは2種を添加する。但し、その添加量は、0.1%を
下限とじ0.4%を上限とする。この理由は、0.1%
未満では、C「炭化物が析出し耐食性が劣化し、0.4
%を超えると靭性が低下するためである。
さらに本発明は、上記の成分を含有する鋼の性Wを改善
するためにCu、Wを選択的に添加する。
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。
本発明は上述した成分の鋼をさらにフェライト分率およ
び耐孔食性指標値で特定する必要がある。
まずフェライト分率であるが、これは主に耐SCC性に
影響する。
上記したC、Mn、N、Cr、Mo、N1 。
St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すには各元素の添加量は
、C,Mn、St、Cr。
Mo、Nlの添加量を変化させた鋼のフェライト率測定
結果から回帰した式 %式% におけるf値が063≦f≦0.7の条件を満足する必
要がある。0.3未満および0.7を超えると、実圧倒
に示すように耐SCC性が劣化するため、最適範囲を0
.3〜0.7とした。
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、孔食発生起点となるフ
ェライト相中の合金濃度から算出される耐孔食性指標S
値が 0.0951’+1  1〜0.139f’    o
、txor+iの条件を満足することが必要である。こ
こで、S値は硫化物環境下で耐孔食性に有効なCr、N
l。
Moのフェライト相中の濃度を線形結合したものであり
、Cr 、Ni 、Moにかかる係数は実験によって回
帰して求めたものであるが、フェライト率fの関数とな
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精錬された後、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
を施して継目無鋼管として成形されるか鋼板とされた後
溶接管として成形され、さらに溶体化熱処理を施して製
品として供される。
(実 施 例) 次に、本発明の実施例について説明する。
第1表に供試m(本発明鋼および比較鋼)の化学組成、
フェライト分率、S値およ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、真空溶解にて溶製し、板厚12mmまで熱間
圧延を行なった後、1150℃でlhr保定後水冷する
溶体化熱処理を施した。
この板に、ルートフェイス1.5mm5開先角度70度
の突き合わせ開先を加工し、25Cr−9N i−3M
系溶加材を用いて入熱15kJ/C−でティグ溶接を施
した。この溶接継手において、ルート而より厚み方向1
.51mの位置からtIXv10×65朋サイズの4点
曲げ試験片を採取しく表面は320番エメリー研磨)、
これに降伏強度の92%の付加応力をかけ1 all 
H2S−60℃の20%NaC,1)f4液中において
1G8hr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、4点曲げ試験片の溶接熱影響部のフ
ェライト率を、ポイントカウント法にて1lpJ定した
。尚表中0印は孔食、SCCともに発生しないことを示
し、X印は孔食またはSCCが生じたことを示している
第1表から、本発明鋼の溶接熱影響部が硫化水素環境−
ドで優れた耐孔食性、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値およびフェラ
イト分率に対して整理し直したものであるが、S値≧5
0かつ0.3≦f≦0.7の領域で孔食、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
、溶接熱影響部で優れた耐孔食性を得るには、S≧50
が必要であり、優れた耐SCC性を得るには、0.3≦
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、硫化水素環境下でも優れた溶接熱影響部
の耐孔食性、耐SCC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
特性を確実に満たす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
に生じなかったことを意味し、X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A−1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。 復代理人 弁理士 田村弘明 0       0J          θ7   
   70jイ直 4障真 吟 輌 C:、’a    g     紘    へフェライ
ト卆 f イ直

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)C:0.2%以下、Mn:2%以下、P:0.0
    3%以下、S:0.001%以下、Cr:20〜30%
    、Mo:2.5〜4.0%、Ni:7.5〜17%、5
    1:2%以下およびTi、Nb、Vのいずれか1種また
    は2種を0.1〜0.4%含み、残部はFeおよび不可
    避的不純物より成り、かつ f=0.05215(Cr+Mo)+0.0782S1
    −0.0649Ni−0.03245Mn−1.948
    2C−0.0049で定義するフェライト分率をと耐孔
    食性指標Sが0.3<t<0.7 S=(1.095Cr)/(0.095f+1)+(0
    .861Ni)/(1−0.139f)+(5.550
    Mo)/(0.110f+1)≧50を満たすことを特
    徴とする硫化物環境下で溶接熱影響部の耐食性に優れた
    2相のステンレス鋼。
  2. (2)C:0.2%以下、Mn:2%以下、P:0.0
    3%以下、S:0.001%以下、Cr:20〜30%
    、Mo:2.5〜4.0%、Ni:7.5〜17%、S
    i:2%以下およびTi、Nb、Vのいずれか1種また
    は2種を0.1〜0.4%含み、さらにCu:1%以下
    、W:1%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 f=0.05215(Cr+Mo)+0.0782Si
    −0.0649Ni−0.03245Mn−1、948
    2C−0.0049で定義するフェライト分率fと耐孔
    食性指標Sが0.3<f<0.7 S=(1.095Cr)/(0.095f+1)+(0
    .861Ni)/(1−0.139f)+(5.550
    Mo)/(0.110f+1)≧50を満たすことを特
    徴とする硫化物環境下で溶接熱影響部の耐食性に優れた
    2相のステンレス鋼。
JP11806789A 1989-05-11 1989-05-11 硫化物環境において溶接熱影響部の耐食性に優れた2相ステンレス鋼 Pending JPH02298235A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100460346B1 (ko) * 2002-03-25 2004-12-08 이인성 금속간상의 형성이 억제된 내식성, 내취화성, 주조성 및열간가공성이 우수한 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강
KR100545091B1 (ko) * 2001-12-26 2006-01-24 주식회사 포스코 고강도 구조용 오스테나이트계 스테인레스강

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100545091B1 (ko) * 2001-12-26 2006-01-24 주식회사 포스코 고강도 구조용 오스테나이트계 스테인레스강
KR100460346B1 (ko) * 2002-03-25 2004-12-08 이인성 금속간상의 형성이 억제된 내식성, 내취화성, 주조성 및열간가공성이 우수한 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강

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