JPH0375339A - Martensitic stainless steel having high strength and excellent corrosion resistance and its manufacture - Google Patents

Martensitic stainless steel having high strength and excellent corrosion resistance and its manufacture

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JPH0375339A
JPH0375339A JP21105089A JP21105089A JPH0375339A JP H0375339 A JPH0375339 A JP H0375339A JP 21105089 A JP21105089 A JP 21105089A JP 21105089 A JP21105089 A JP 21105089A JP H0375339 A JPH0375339 A JP H0375339A
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JP
Japan
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less
stainless steel
corrosion resistance
martensitic stainless
excellent corrosion
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JP21105089A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Miyasaka
明博 宮坂
Kenji Kato
謙治 加藤
Shiyuuji Inoue
井上 周士
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain the martensitic stainless steel having excellent corrosion resistance in a wet carbon dioxide environment and having high resistance to cracking caused by wet hydrogen sulfide by forming it from the compsn. contg. each prescribed amt. of C, Si, Mn, Cr, Al and N. CONSTITUTION:The above martensitic stainless steel is formed from the compsn. contg., by weight, 0.03 to 0.12% C, <=1% Si, >2 to 7% Mn, >14 to 18% Cr, 0.005 to 0.2% Al, 0.005 to 0.15% N and the balance Fe with inevitable impurities. For obtaining the stainless steel, the steel having the above componental compsn. is austenitized at 900 to 1100 deg.C and is thereafter cooled at a cooling rate more than that in air cooling to satisfactorily form martensite. Next, the above steel after cooled is subjected to tempering treatment at 580 deg.C to the Ac1 temp. or below and is thereafter cooled at a cooling rate more than that in air cooling, by which the objective martensitic stainless steel having high strength and excellent corrosion resistance can be obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼とその製造方法に係り、さらに詳しくは例え
ば石油・天然ガスの掘削t$6送及び貯蔵において湿潤
炭酸ガスや湿潤硫化水素を含む環境中で高い腐食抵抗お
よび割れ抵抗を有し強度の高い鋼とその製造方法に関す
る。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance and a method for producing the same. The present invention also relates to a high-strength steel that has high corrosion resistance and cracking resistance in an environment containing wet carbon dioxide gas and wet hydrogen sulfide during storage, and a method for producing the same.

(従来の技術) 近年生産される石油・天然ガス中には、湿潤な炭酸ガス
を多く含有する場合が増加している。こうした環境中で
炭素鋼や低合金鋼は著しく腐食することがよく知られて
いる。−このため、掘削に使用される油井管や輸送に使
用されるラインパイプなどの防食対策として、腐食抑制
剤の添加が従来より行なわれてきた。しかし、腐食抑制
剤は高温ではその効果が失われる場合が多いことに加え
て、海洋油井や海底パイプラインでは腐食抑制剤の添加
・回収処理に要する費用は膨大なものとなり、適用でき
ない場合が多い。従って、腐食抑制剤を添加する必要の
ない耐食材料に対するニーズが最近とみに高まっている
(Prior Art) Oil and natural gas produced in recent years increasingly contain a large amount of wet carbon dioxide. It is well known that carbon steel and low alloy steel corrode significantly in such environments. -For this reason, corrosion inhibitors have traditionally been added to prevent corrosion of oil country tubular goods used for drilling, line pipes used for transportation, and the like. However, in addition to the fact that corrosion inhibitors often lose their effectiveness at high temperatures, they are often not applicable to offshore oil wells and submarine pipelines because the cost of adding and recovering them is enormous. . Therefore, the need for corrosion-resistant materials that do not require the addition of corrosion inhibitors has recently increased.

炭酸ガスを多く含む石油・天然ガス用の耐食材料として
は、耐食性の良好なステンレス鋼の適用がまず検討され
、例えばり、J、クライン、コロ−ジョン °84.ペ
ーパーナンバー211にあるように、高強度で比較的コ
ストの安い鋼としてAl5r410あるいは420とい
った、12〜13%のCrを含有するマルテンサイト系
ステンレス鋼が広く使用され始めている。しかしながら
、これらの鋼は湿潤炭酸ガス環境ではあっても高温、た
とえば120℃以上の環境やCI−イオン濃度の高い環
境では耐食性が充分ではなくなり、腐食速度が大きいと
いう難点を有する。さらにこれらの鋼は、石油・天然ガ
ス中に硫化水素が含まれている場合には著しく耐食性が
劣化し、全面腐食や局部腐食、さらには応力腐食割れを
生ずるという難点を有している。このため上記のマルテ
ンサイト系ステンレス鋼の使用は、例えばH2S分圧が
0.001気圧といった極微量のH2Sを含むか、ある
いは全< H2Sを含まない場合に限られてきた。
As a corrosion-resistant material for petroleum and natural gas containing a large amount of carbon dioxide gas, the application of stainless steel with good corrosion resistance was first considered, such as J, Klein, Corrosion °84. As described in Paper No. 211, martensitic stainless steel containing 12 to 13% Cr, such as Al5r410 or Al5r420, has begun to be widely used as a high-strength, relatively inexpensive steel. However, these steels have the disadvantage that even in a humid carbon dioxide environment, their corrosion resistance is insufficient and their corrosion rate is high in a high temperature environment, for example, 120° C. or higher, or in an environment with a high concentration of CI- ions. Furthermore, these steels have the disadvantage that when hydrogen sulfide is contained in oil or natural gas, their corrosion resistance is significantly deteriorated, causing general corrosion, localized corrosion, and even stress corrosion cracking. For this reason, the use of the above-mentioned martensitic stainless steel has been limited to cases where the H2S partial pressure contains a very small amount of H2S, such as 0.001 atm, or where the H2S partial pressure is less than all H2S.

これに対し、硫化水素による割れに対する抵抗を増した
マルテンサイト系ステンレス鋼として、例えば特開昭6
0−174859号公報、特開昭62−54063号公
報にみられる鋼が提案されている。しかし、これらの鋼
もCO2環境における耐食性が必ずしも充分ではなく、
また高価な合金元素であるニッケルを多量に使用するた
めコストが高いと言う難点を有している。
On the other hand, as martensitic stainless steel with increased resistance to cracking due to hydrogen sulfide, for example,
Steels disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 0-174859 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-54063 have been proposed. However, these steels do not necessarily have sufficient corrosion resistance in a CO2 environment,
Furthermore, since a large amount of nickel, which is an expensive alloying element, is used, the cost is high.

(発明が解決しようとする課B) 本発明はこうした現状に鑑み、高温や高CI−イオン濃
度の炭酸ガス環境でも十分な耐食性を有し、硫化水素を
含む場合においても高い割れ抵抗を有する安価なマルテ
ンサイト系ステンレス鋼とその製造方法を提供すること
を目的としている。
(Problem B to be Solved by the Invention) In view of the current situation, the present invention has been developed to provide an inexpensive method that has sufficient corrosion resistance even at high temperatures and carbon dioxide environments with high CI-ion concentration, and has high cracking resistance even when containing hydrogen sulfide. The purpose of this research is to provide a martensitic stainless steel and a method for producing the same.

(課題を解決するための手段) 本発明者らは、上記の目的を達成すべくマルテンサイト
系ステンレス鋼の成分を種々検討してきた結果、ついに
以下の知見を見出すに至った。
(Means for Solving the Problem) The present inventors have studied various components of martensitic stainless steel in order to achieve the above object, and as a result, they have finally found the following knowledge.

まず、Crを14%を超えて鋼に添加すると湿潤炭酸ガ
ス環境中における腐食速度が著しく小さくなり、かかる
鋼にMnを添加すると腐食速度は一段と小さくなること
を見出した。そしてこの旧の添加効果は、2%を超えて
添加すると顕著であり、湿潤炭酸ガス環境中に180℃
以上まで実用的に使用できるようになることを見出した
。また、Mnを2%を超えて添加した場合には、clを
0.12%以下に低減しても焼入れ後にマルテンサイト
組織が得られることも見出した。MnはNiに比べると
はるかに安価な元素であるので、2%を超えて添加して
も材料コストの上昇はすくないのである。
First, it was discovered that when more than 14% Cr was added to steel, the corrosion rate in a wet carbon dioxide environment was significantly reduced, and when Mn was added to such steel, the corrosion rate was further reduced. The effect of this old addition is remarkable when it is added in excess of 2%, and the effect is significant when added in excess of 2%.
It has been found that the above method can be used practically. It has also been found that when Mn is added in excess of 2%, a martensitic structure can be obtained after quenching even if Cl is reduced to 0.12% or less. Since Mn is a much cheaper element than Ni, the material cost will not increase much even if it is added in an amount exceeding 2%.

一方、Mnを2%を超えて添加し、Cを0.12%以下
とした鋼にNを0.OO5%以上含有させると、−段と
高強度が得られ、かつ耐食性も改善されることがわかっ
た。このとき、かかる成分を有する洞は硫化水素を含む
環境においても高い割れ抵抗を有するという新知見も得
られた。
On the other hand, N is added to steel containing more than 2% of Mn and 0.12% or less of C. It has been found that when OO is contained in an amount of 5% or more, significantly higher strength is obtained and corrosion resistance is also improved. At this time, new findings were also obtained that cavities containing such components have high cracking resistance even in environments containing hydrogen sulfide.

さらに本発明者らは検討をすすめ、Mnを2%を超えて
添加し、Cを0.12%以下に低減し、Nを0.005
%以上添加した鋼中のPを0.025%以下に低減し、
Sを0.010%以下に低減するか、Oを0.004%
以下に低減するかのいずれかを適用すると、硫化水素を
含む環境における割れ抵抗が一段と改善されることを明
らかにした。一方、これらの鋼にNi、 Cu、 Mo
、 Wを添加すれば高温あるいは高CI−イオン濃度の
湿潤炭酸ガス環境での腐食速度を一段と減少できること
も見出した。
Furthermore, the present inventors conducted studies and added Mn in excess of 2%, reduced C to 0.12% or less, and reduced N to 0.005%.
% or more of added P in steel to 0.025% or less,
Reduce S to 0.010% or less or O to 0.004%
It has been revealed that cracking resistance in environments containing hydrogen sulfide can be further improved by applying any of the following reductions. On the other hand, these steels contain Ni, Cu, Mo
It has also been found that the addition of W can further reduce the corrosion rate in a humid carbon dioxide environment with high temperature or high CI-ion concentration.

本発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、 第1発明の要旨とするところは、重量%で、C0.03
〜0.12%、Si1%以下、Mn2%超7%以下、C
r14%超18%以下、 AZo、005〜0.2%。
The present invention has been made based on the above findings, and the gist of the first invention is that, in weight%, C0.03
~0.12%, Si 1% or less, Mn over 2% and 7% or less, C
r more than 14% and 18% or less, AZo, 005 to 0.2%.

N0.OO5〜0.15%を含有し、残部Feおよび不
可避不純物からなることを特徴とする高強度かつ耐食性
の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼にあり、 第2発明の要旨とするところは、第1発明の鋼において
、。不可避不純物のうち、重量%で、Pを0、025%
以下、Sを0.010%以下に低減したことを特徴とす
る高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレ
ス鋼にあり、 第3発明の要旨とするところは、第1発明あるいは第2
発明の鋼において不可避不純物のうち、重量%で、Oを
0.OO4%以下に低減したことを特徴とする高強度か
つ耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼にあり
、 第4発明の要旨とするところは、第1発明、第2発明あ
るいは第3発明の基調において、重量%で、Ni4%以
下、Cu1%以下、Mo2%以下、W4%以下のうち1
種または2種以上を含有することを特徴とする高強度か
つ耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼にあり
、 第5発明の要旨とするところは、第1発明、第2発明、
第3発明あるいは第4発明の基調において、重量%で、
■0.5%以下、Ti0.2%以下、 Nb0.5%以
下、Ta0.2%以下、Zr0.2%以下、 Hf0.
2%以下のうち1種または2種以上を含有することを特
徴とする高強度かつ耐食性に優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼にあり、 第6発明の要旨とするところは、第1発明、第2発明、
第3発明、第4発明あるいは第5発明の基調において、
重量%で、Ca0.008%以下、希土類元素0.02
%以下のうち1種または2種を含有することを特徴とす
る高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレ
ス鋼にあり、第7発明の要旨とするところは、第1発明
、第2発明、第3発明、第4発明、第5発明あるいは第
6発明の基調において、900〜1100℃でオーステ
ナイト化した後、空冷以上の冷却速度で冷却し、次いで
580℃以上AcI温度以下の温度で焼戻し処理を施し
た後、空冷以上の冷却速度で冷却することを特徴とする
高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス
鋼の製造方法にある。
N0. The second invention resides in a martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance, which is characterized by containing 5 to 0.15% OO, with the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities. In the steel of. Among the inevitable impurities, P is 0.025% by weight.
Hereinafter, the gist of the third invention is a martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance characterized by reducing S to 0.010% or less.
Among the inevitable impurities in the steel of the invention, O is 0.0% by weight. The gist of the fourth invention is a martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance characterized by reduced OO to 4% or less. , 1% of Ni 4% or less, Cu 1% or less, Mo 2% or less, W 4% or less
The gist of the fifth invention resides in a martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance characterized by containing one or more of the following: the first invention, the second invention,
In the keynote of the third invention or the fourth invention, in weight%,
■0.5% or less, Ti0.2% or less, Nb0.5% or less, Ta0.2% or less, Zr0.2% or less, Hf0.
The gist of the sixth invention is a martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance, which is characterized by containing one or more of 2% or less. invention,
In the keynote of the third invention, fourth invention, or fifth invention,
In weight%, Ca 0.008% or less, rare earth elements 0.02
% or less, the martensitic stainless steel has high strength and excellent corrosion resistance, and the gist of the seventh invention is that the first invention, the second invention, In the keynote of the third invention, fourth invention, fifth invention, or sixth invention, after austenitizing at 900 to 1100°C, cooling at a cooling rate higher than air cooling, and then tempering at a temperature of 580°C or higher and lower than AcI temperature. The present invention provides a method for producing martensitic stainless steel having high strength and excellent corrosion resistance, which comprises cooling at a cooling rate higher than that of air cooling.

(作 用) 以下に本発明で成分および熱処理条件を限定した理由を
述べる。
(Function) The reasons for limiting the components and heat treatment conditions in the present invention will be described below.

C:Cはマルテンサイト系ステンレス鋼の強度を上昇さ
せる元素として最も安定的かつ低コストであるから、必
要な強度を確保するために0.03%以上の添加が必要
であるが、0.12%を超えて添加すると耐食性を著し
く低下させることから、上限含有量は0.12%とすべ
きである。
C: Since C is the most stable and low-cost element that increases the strength of martensitic stainless steel, it is necessary to add 0.03% or more to ensure the necessary strength, but 0.12 If it is added in an amount exceeding 0.1%, the corrosion resistance will be significantly reduced, so the upper limit content should be 0.12%.

St : Siは脱酸のために必要な元素であるが、1
%を超えて添加すると耐食性を著しく低下させることか
ら、上限含有量は1%とすべきである。
St: Si is an element necessary for deoxidation, but 1
If added in excess of 1%, the corrosion resistance will be significantly reduced, so the upper limit content should be 1%.

Mn : Mnは脱酸および強度確保、さらには炭酸ガ
ス環境における耐食性向上のために有効な元素であるが
、含有量が2%以下ではその効果が不十分であり、7%
を超えて添加するとその効果は飽和するばかりか焼入れ
、焼戻し熱処理後にオーステナイトを生成する可能性が
あるので、含有量は2%超7%以下とする。
Mn: Mn is an effective element for deoxidizing, ensuring strength, and improving corrosion resistance in a carbon dioxide environment, but its effect is insufficient if the content is less than 2%, and if the content is less than 7%.
If more than 2% is added, the effect will not only be saturated, but also austenite may be formed after quenching and tempering heat treatment, so the content should be more than 2% and 7% or less.

Cr : Crはマルテンサイト系ステンレス鋼を構成
する最も基本的かつ必須の元素であって耐食性を付与す
るために必要な元素であるが、含有量が14%以下では
耐食性が十分ではなく、一方18%を超えて添加すると
他の合金元素をいかに調整してもマルテンサイト組織を
得るのが困難であって強度確保が困難になるので上限含
有量は18%とすべきである。
Cr: Cr is the most basic and essential element constituting martensitic stainless steel and is an element necessary to impart corrosion resistance, but if the content is less than 14%, corrosion resistance is insufficient; If it is added in excess of 18%, it will be difficult to obtain a martensitic structure and ensure strength no matter how the other alloying elements are adjusted, so the upper limit content should be 18%.

/V: A7は脱酸のために必要な元素であって含有量
が0.005%未満ではその効果が十分ではなく、0.
2%を超えて添加すると粗大な酸化物系介在物が鋼中に
残留して硫化水素中での割れ抵抗を低下させるので、含
有量範囲は0.OO5〜0.2%とする。
/V: A7 is an element necessary for deoxidation, and if the content is less than 0.005%, its effect will not be sufficient;
If added in excess of 2%, coarse oxide inclusions remain in the steel and reduce cracking resistance in hydrogen sulfide, so the content range should be 0. OO5 to 0.2%.

NUNはCと同様にマルテンサイト系ステンレス鋼の強
度を上昇させる元素として有効であるが、0、0 O5
%未満ではその効果が十分ではなく、0.15%を超え
るとCr窒化物を生成して耐食性を低下させ、また、割
れ抵抗をも低下させるので、含有量範囲は0.OO5〜
0.15%とした。
Like C, NUN is effective as an element for increasing the strength of martensitic stainless steel, but 0, 0 O5
If the content is less than 0.15%, the effect will not be sufficient, and if it exceeds 0.15%, Cr nitrides will be formed, reducing corrosion resistance and cracking resistance, so the content range is 0.15%. OO5~
It was set to 0.15%.

以上が本発明における基本的成分であるが、本発明にお
いては必要に応じてさらに以下の元素を添加して特性を
一段と向上させることができる。
The above are the basic components in the present invention, but in the present invention, the following elements can be further added as necessary to further improve the characteristics.

FDPは応力腐食割れ感受性を増加させる元素であるの
で少ないほうが好ましいが、あまりに少ないレベルにま
で低減させることはいたずらにコストを上昇させるのみ
で特性の改善効果は飽和するものであるから、本発明の
目的とする耐食性、耐応力腐食割れ性を確保するのに必
要充分なほど少ない含有量として0.025%以下に低
減すると耐応力腐食割れ性が一段と改善される。
Since FDP is an element that increases stress corrosion cracking susceptibility, it is preferable to reduce it to a low level, but reducing it to too low a level will only unnecessarily increase costs and the effect of improving properties will be saturated. Stress corrosion cracking resistance is further improved when the content is reduced to 0.025% or less, which is a sufficiently small amount to ensure the desired corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance.

S:SはPと同様に応力腐食割れ感受性を増加させる元
素であるので少ないほうが好ましいが、あまりに少ない
レベルにまで低減させることは、いたずらにコストを上
昇させるのみで特性の改善効果は飽和するものであるか
ら、本発明の目的とする耐食性、耐応力腐食割れ性を確
保するにの必要十分なほど少ない含有量として0.01
0%以下に低減すると耐応力腐食割れ性が一段と改善さ
れる。
S: Like P, S is an element that increases stress corrosion cracking susceptibility, so it is preferable to have less S, but reducing it to too low a level will only unnecessarily increase costs and the effect of improving properties will be saturated. Therefore, the content is 0.01 as low as necessary and sufficient to ensure the corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance that are the objectives of the present invention.
When the content is reduced to 0% or less, stress corrosion cracking resistance is further improved.

O:Oは多量に存在すると粗大な酸化物系非金属介在物
クラスターを生成して応力腐食割れ感受性を増加させる
ので少ないほうが好ましいが、あまりに少ないレベルに
まで低減させることはいたずらにコストを上昇させるの
みで特性の改善効果は飽和するものであるから、本発明
の目的とする耐食性、耐応力腐食割れ性を一段と改善す
るのに必要十分なほど少ない含有量として0.004%
以下に低減すると耐応力腐食割れ性が一段と改善される
O: If O is present in a large amount, it will generate coarse oxide-based nonmetallic inclusion clusters and increase stress corrosion cracking susceptibility, so it is preferable to have a small amount, but reducing it to too low a level will unnecessarily increase costs. Since the property improvement effect is saturated with only 0.004%, the content is as low as necessary and sufficient to further improve the corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance that are the objectives of the present invention.
When the stress corrosion cracking resistance is reduced to below, the stress corrosion cracking resistance is further improved.

Ni: Niは2%超のMnと共存して湿潤炭酸ガス環
境の耐食性をさらに改善するのに効果があるが、4%を
超えて添加してもその効果は飽和するばかりか、いたず
らにコスト上昇を招くようになるので上限含有量は4%
とする。
Ni: Ni coexists with more than 2% Mn and is effective in further improving corrosion resistance in a wet carbon dioxide environment, but adding more than 4% not only saturates the effect but also unnecessarily increases costs. The upper limit content is 4% as it will cause an increase in
shall be.

Cu : Cuも湿潤炭酸ガス環境の耐食性をさらに改
善するのに効果があるが、1%を超えて添加してもその
効果は飽和するので上限含有量は1%とする。
Cu: Cu is also effective in further improving corrosion resistance in a wet carbon dioxide environment, but the effect is saturated even if it is added in an amount exceeding 1%, so the upper limit content is set at 1%.

Mo : Moは2%超のMnと共存して湿潤炭酸ガス
環境の耐食性を改善するのに効果があるが、2%を超え
て添加してもその効果は飽和するばかりか、靭性など他
の特性を低下させるようになるので上限含有量は2%と
する。
Mo: Mo coexists with more than 2% Mn and is effective in improving corrosion resistance in a wet carbon dioxide environment, but adding more than 2% not only saturates the effect but also improves other properties such as toughness. The upper limit of the content is set at 2% since it degrades the properties.

WOWも2%超のMnと共存して湿潤炭酸ガス環境の耐
食性を改善するのに効果があるが、4%を超えて添加し
てもその効果は飽和するばかりか、靭性なと他の特性を
低下させるようになるので上限含有量は4%とする。
WOW is also effective in coexisting with more than 2% Mn to improve corrosion resistance in a wet carbon dioxide environment, but adding more than 4% not only saturates the effect, but also improves toughness and other properties. Therefore, the upper limit content is set at 4%.

V、 Tt、 Nb、 Ta、 Zr、 Hf : V
、 Ti、 Nb、 Ta、 Zr。
V, Tt, Nb, Ta, Zr, Hf: V
, Ti, Nb, Ta, Zr.

)Ifは耐食性を一段と向上させるのに有効な元素であ
るが、Ti、 Zr、 Ta、 Ifでは0.2%、N
b、 Vでは0.5%をそれぞれ超えて添加すると、粗
大な析出物・介在物を生成して硫化水素含有環境におけ
る割れ抵抗を低下させるようになるので上限含有量はT
i、 Zr、 Ta、 Hfでは0.2%、Nb、 V
では0.5%とする。
) If is an effective element to further improve corrosion resistance, but in Ti, Zr, Ta, If, 0.2%, N
If B and V are added in excess of 0.5%, coarse precipitates and inclusions will be generated and the cracking resistance in an environment containing hydrogen sulfide will be reduced, so the upper limit content is T.
0.2% for i, Zr, Ta, Hf, Nb, V
In this case, it is set to 0.5%.

Ca、希土類元素:Caおよび希土類元素(REM)は
熱間加工性の向上、耐食性の向上に効果のある元素であ
るが、Caではo、 o o s%を超えて、希土類元
素では0.02%を超えて添加すると、それぞれ粗大な
非金属介在物を生成して逆に熱間加工性および耐食性を
劣化させるので、上限含有量はCaではo、 o o 
s%、希土類元素では0.02%とした。
Ca and rare earth elements: Ca and rare earth elements (REM) are elements that are effective in improving hot workability and corrosion resistance, but for Ca it exceeds o, o o s%, and for rare earth elements it exceeds 0.02. If it is added in excess of %, coarse nonmetallic inclusions will be formed and the hot workability and corrosion resistance will deteriorate, so the upper limit content is o, o o for Ca.
s%, and 0.02% for rare earth elements.

なお、本発明において希土類元素とは原子番号が57〜
71番および89〜103番の元素およびYを指す。
In addition, in the present invention, rare earth elements have an atomic number of 57 to
Refers to elements 71 and 89 to 103 and Y.

上記の成分を有するステンレス鋼を熱処理してマルテン
サイト組織とし所定の強度を付与するに際し、オーステ
ナイト化温度を900〜1100℃としたのは、900
℃より低い温度ではオーステナイト化が充分ではなく従
って必要な強度を得ることが困難だからであり、オース
テナイト化温度が1100℃を超えると結晶粒が著しく
粗大化して硫化水素含有環境における割れ抵抗が低下す
るようになるので、オーステナイト化温度は900〜1
100℃とする。
When heat-treating stainless steel having the above components to form a martensitic structure and imparting a predetermined strength, the austenitizing temperature was set to 900 to 1100°C.
This is because at temperatures lower than 1100°C, austenitization is not sufficient and it is therefore difficult to obtain the necessary strength, and when the austenitization temperature exceeds 1100°C, crystal grains become significantly coarsened and cracking resistance in an environment containing hydrogen sulfide decreases. Therefore, the austenitizing temperature is 900~1
The temperature shall be 100°C.

オーステナイト化後の冷却における冷却速度を空冷以上
の冷却速度としたのは、空冷よりも遅い冷却速度ではマ
ルテンサイトが十分生成せず、所定の強度を確保するこ
とが困難になるからである。
The reason why the cooling rate in cooling after austenitization was set to be higher than air cooling is because martensite is not sufficiently generated at a cooling rate slower than air cooling, making it difficult to secure a predetermined strength.

焼戻し温度を580℃以上Ac、温度以下としたのは、
焼戻し温度が580℃未満では十分な焼戻しが行われず
、焼戻し温度がA c 1温度を超えると一部がオース
テナイト化しその後の冷却時にフレッシュ°・マルテン
サイトを生威し、いずれも十分に焼戻しされていないマ
ルテンサイトが残留して硫化水素含有環境における割れ
感受性を増加させるからである。
The reason why the tempering temperature was set to 580°C or higher and Ac or lower was because
If the tempering temperature is less than 580°C, sufficient tempering will not take place, and if the tempering temperature exceeds A c 1 temperature, part of the material will become austenite and produce fresh martensite during subsequent cooling, and neither will be sufficiently tempered. This is because free martensite remains and increases cracking susceptibility in an environment containing hydrogen sulfide.

焼戻し後の冷却における冷却速度を空冷以上の冷却速度
としたのは、空冷よりも遅い冷却速度では靭性が低下す
るためである。
The reason why the cooling rate in cooling after tempering was set to be higher than air cooling is because toughness decreases at a cooling rate slower than air cooling.

本発明鋼は、通常の熱間圧延によって鋼板として使用す
ることが可能であるし、熱間押出あるいは熱間圧延によ
って鋼管として使用することも可能であるし、棒あるい
は線として使用することも勿論可能である。本発明鋼は
、油井管あるいはラインパイプとしての用途のほか、バ
ルブやポンプの部品としてなど多くの用途がある。
The steel of the present invention can be used as a steel plate by ordinary hot rolling, can be used as a steel pipe by hot extrusion or hot rolling, and of course can be used as a bar or wire. It is possible. The steel of the present invention has many uses, such as as oil country tubular goods or line pipes, as well as parts for valves and pumps.

(実施例) 以下に本発明の実施例について説明する。(Example) Examples of the present invention will be described below.

第1表に示す成分のステンレス鋼を溶製し、熱間圧延に
よって厚さ12閤の鋼板とした後、第1表に併せて示す
条件で焼入れ焼戻し処理を施していずれも0.2%オフ
セット耐力が63kg/−以上の高強度ステンレス鋼と
した。なお、第1表中の焼戻し温度はいずれも基調のA
 c 1温度以下の温度である。次にこれらの鋼材から
試験片を採取して湿潤炭酸ガス環境における腐食試験、
および硫化水素含有環境におけるSCC試験を行なった
。湿潤炭酸ガス環境における腐食試験としては、厚さ3
mn+、幅15mm、長さ50mmの試験片を用い、試
験温度150℃および180℃のオートクレーブ中で炭
酸ガス分圧40気圧の条件で3%NaC1水溶液中に3
0日間浸漬して、試験前後の重量変化から腐食速度を算
出した。腐食速度の単位は閣/yで表示したが、−船釣
にある環境におけるある材料の腐食速度が0.1 m/
 y以下の場合、材料は十分耐食的であり使用可能であ
ると考えられている。
After melting stainless steel with the ingredients shown in Table 1 and hot rolling it into a steel plate with a thickness of 12 mm, it is quenched and tempered under the conditions shown in Table 1 with an offset of 0.2%. It is made of high-strength stainless steel with a yield strength of 63 kg/- or more. In addition, all tempering temperatures in Table 1 are based on A.
c The temperature is below 1 temperature. Next, test pieces were taken from these steel materials and subjected to corrosion tests in a humid carbon dioxide environment.
and an SCC test in an environment containing hydrogen sulfide. For corrosion testing in a humid carbon dioxide environment, thickness 3
mn+, using a test piece with a width of 15 mm and a length of 50 mm, in an autoclave with a test temperature of 150°C and 180°C, and a carbon dioxide gas partial pressure of 40 atm in a 3% NaCl aqueous solution.
After immersion for 0 days, the corrosion rate was calculated from the weight change before and after the test. The unit of corrosion rate is kaku/y, but - the corrosion rate of a certain material in the environment of boat fishing is 0.1 m/y
y or less, the material is considered to be sufficiently corrosion resistant and usable.

硫化水素含有環境における割れ試験としては、NAcE
 (米国腐食技術者協会)の定めている標準試験法であ
るNAcE規格TM 0177に従って試験したが、硫
化水素分圧は0.1気圧とし、試験温度は120℃とし
た。上記の試験条件で、5%NaCj+0.5%酢酸水
溶液中にセットした試験片に一定の単軸引張応力を負荷
し、720時間以内に破断するか否かを調べたつ試験応
力は各鋼材の0.2%オフセット耐力の60%の値とし
た。
For cracking tests in environments containing hydrogen sulfide, NAcE
The test was conducted in accordance with NAcE standard TM 0177, which is a standard test method established by the American Society of Corrosion Engineers (American Society of Corrosion Engineers), with a hydrogen sulfide partial pressure of 0.1 atm and a test temperature of 120°C. Under the above test conditions, a constant uniaxial tensile stress was applied to a test piece set in a 5% NaCj + 0.5% acetic acid aqueous solution, and it was examined whether it would break within 720 hours. The value was set to 60% of the .2% offset proof stress.

試験結果を第1表に併せて示した。第1表のうち、腐食
試験結果において◎は腐食速度が0.05fllIl/
y未満、○は腐食速度が0.05 m/ y以上0、1
0 am/ y未満、×は腐食速度がo、 i肋/y以
上0.5 M / y未満、××は腐食速度が0.5 
mm/ 7以上であったことをそれぞれ表わしており、
SCC試験結果において◎は破断しなかったもの、×は
破断したものをそれぞれ表わしている。なお、第1表に
おいて、比較鋼のNa29はAl5I 420鋼であり
、漱30は9Cr−IMo鋼であって、いずれも従来か
ら湿潤炭酸ガス環境で使用されている従来鋼である。
The test results are also shown in Table 1. In Table 1, in the corrosion test results, ◎ indicates a corrosion rate of 0.05flIl/
Less than y, ○ indicates corrosion rate of 0.05 m/y or more 0, 1
Less than 0 am/y;
mm/7 or more, respectively.
In the SCC test results, ◎ indicates that the sample did not break, and × indicates that it did. In Table 1, the comparison steel Na29 is Al5I 420 steel, and Sou30 is 9Cr-IMo steel, both of which are conventional steels that have been conventionally used in a humid carbon dioxide environment.

第1表から明らかなように本発明鋼である鋼阻1〜28
は、湿潤炭酸ガス環境において180″Cという従来の
マルテンサイト系ステンレス鋼では考えられないような
高温であっても、実用的に使用可能な腐食速度である0
、1mm/yよりも腐食速度が小さく、かつ硫化水素含
有環境における割れ試験においても破断していないこと
から、優れた耐食性と耐応力腐食割れ性を有しているこ
とがわかる。これに対して比較鋼である鋼阻29〜34
は湿潤炭酸ガス環境において150℃でも既に腐食速度
が0.1 m/ yを大きく上回っており、かつ硫化水
素含有環境における割れ試験において破断している。
As is clear from Table 1, steel bars 1 to 28, which are steels of the present invention,
is a corrosion rate that is practically usable even at a high temperature of 180"C in a humid carbon dioxide environment, which is unthinkable for conventional martensitic stainless steel.
, 1 mm/y, and did not break even in a cracking test in a hydrogen sulfide-containing environment, indicating that it has excellent corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance. On the other hand, comparative steels 29 to 34
Even at 150°C in a humid carbon dioxide environment, the corrosion rate was already much higher than 0.1 m/y, and it fractured in a cracking test in an environment containing hydrogen sulfide.

(発明の効果) 以上述べたように、本発明は湿潤炭酸ガス環境における
優れた耐食性と湿潤硫化水素による割れに対して高い割
れ抵抗を有する鋼およびその製造方法を提供することを
可能としたものであり、産業の発展に貢献するところ極
めて大である。
(Effects of the Invention) As described above, the present invention makes it possible to provide a steel having excellent corrosion resistance in a wet carbon dioxide environment and high cracking resistance against cracking caused by wet hydrogen sulfide, and a method for manufacturing the same. Therefore, it is extremely important to contribute to the development of industry.

277−277-

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)重量%で、 Cを0.03〜0.12%、 Si1%以下、 Mn2%超7%以下、 Cr14%超18%以下、 Al0.005〜0.2%、 N0.005〜0.15% を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなることを
特徴とする高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系
ステンレス鋼。
(1) In weight%, C 0.03 to 0.12%, Si 1% or less, Mn more than 2% to 7%, Cr more than 14% to 18%, Al 0.005 to 0.2%, N 0.005 to 0. A martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance, characterized by containing .15% and the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities.
(2)不可避不純物のうち、重量%で、 Pを0.025%以下、 Sを0.010%以下 に低減したことを特徴とする請求項1記載の高強度かつ
耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
(2) A martensitic system with high strength and excellent corrosion resistance according to claim 1, characterized in that among unavoidable impurities, P is reduced to 0.025% or less and S to 0.010% or less. stainless steel.
(3)不可避不純物のうち、重量%で、 Oを0.004%以下 に低減したことを特徴とする請求項1または2記載の高
強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼
(3) The martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance according to claim 1 or 2, characterized in that among the inevitable impurities, O is reduced to 0.004% or less by weight.
(4)付加成分として、重量%で、 Cu1%以下、 Ni4%以下、 Mo2%以下、 W4%以下 のうち1種または2種以上を含有することを特徴とする
請求項1、2または3記載の高強度かつ耐食性の優れた
マルテンサイト系ステンレス鋼。
(4) As an additional component, it contains one or more of Cu 1% or less, Ni 4% or less, Mo 2% or less, and W 4% or less in weight percent. Martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance.
(5)付加成分として、重量%で、 V0.5%以下、 Ti0.2%以下、 Nb0.5%以下、 Ta0.2%以下、 Zr0.2%以下、 Hf0.2%以下 のうち1種または2種以上を含有することを特徴とする
請求項1、2、3または4記載の高強度かつ耐食性の優
れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
(5) As an additional component, one of the following in weight%: V 0.5% or less, Ti 0.2% or less, Nb 0.5% or less, Ta 0.2% or less, Zr 0.2% or less, Hf 0.2% or less The martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance according to claim 1, 2, 3, or 4, characterized in that it contains two or more of the following.
(6)付加成分として、重量%で、 Ca0.008%以下、 希土類元素0.02%以下 のうち1種または2種を含有することを特徴とする請求
項1、2、3、4または5記載の高強度かつ耐食性の優
れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
(6) Claim 1, 2, 3, 4, or 5, characterized in that the additional component contains one or two of Ca0.008% or less and rare earth element 0.02% or less in weight percent. Martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance.
(7)請求項1、2、3、4、5または6記載のマルテ
ンサイト系ステンレス鋼を、900〜1100℃でオー
ステナイト化した後、空冷以上の冷却速度で冷却し、次
いで580℃以上Ac_1温度以下の温度で焼戻し処理
を施した後、空冷以上の冷却速度で冷却することを特徴
とする高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ステ
ンレス鋼の製造方法。
(7) The martensitic stainless steel according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6 is austenitized at 900 to 1100°C, then cooled at a cooling rate higher than air cooling, and then at Ac_1 temperature of 580°C or higher. A method for producing martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance, which comprises tempering at a temperature below and then cooling at a cooling rate higher than air cooling.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6793744B1 (en) 2000-11-15 2004-09-21 Research Institute Of Industrial Science & Technology Martenstic stainless steel having high mechanical strength and corrosion

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6793744B1 (en) 2000-11-15 2004-09-21 Research Institute Of Industrial Science & Technology Martenstic stainless steel having high mechanical strength and corrosion

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