JPH04210453A

JPH04210453A - 低温靱性に優れるマルテンサイト系ステンレス鋼管及びその製造方法。

Info

Publication number: JPH04210453A
Application number: JP41014590A
Authority: JP
Inventors: Katsuomi Tamaoki; 玉置　克臣
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1990-12-13
Filing date: 1990-12-13
Publication date: 1992-07-31

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】

［０００１１

【産業上の利用分野］この発明は、油井用の１３ｗｔ％
Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼管に関するものであ
る。（０００２］　１．３ｗｔ％Ｃｒマルテンサイト系ステ
ンレス鋼管（以下、単に１３ｗｔ％Ｃｒ鋼管という）は
、ＣＯ２を含んだ環境の油井あるいはガス井に油井鋼管
として多く用いらねている。この１３ｗｔ％Ｃｒ鋼管は
、ＡＰＩ（アメリカ石油協会）、　　５ＣＴ、　Ｐ　（
１９８８−３）にもあるように、通常は焼ならしく空気
焼入れ）、焼もどしの熱処理によって製造され、その成
分組成もＳＵＳ　４２０　Ｊｌとほぼ同等である。［０００３］ところで、従来油井鋼管に用いられる材料
は耐食性が要求されることはあっても低温靭性が要求さ
れることは稀であったが、１９８８年７月北海油田で爆
発事故が発生するにおよび、油井鋼管にも低温靭性が要
求されるようになってきた。しかし、上記したこれまで
の１３ｗｔ％Ｃｒ鋼管は特別に寒冷地での低温靭性に考
慮が加えられたものとはなっていない。［０００４３【従来の技術］低温靭性を改善する方法として、さきに
発明者を含む研究集団は、材料とプロセス、３、［３）
　、ｐ、８９８　（１９９０）にて、オースフォーミン
グを適用する方法を開示した。また、別に特開昭６３−
２４１１１７号公報でも、一種の加工熱処理（Ｔｈｅｒ
ｍｏＭｅｅｈａｎｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒ。ｆｌｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ）　を利用する方法が開示
されている。［０００５）Ｌかし、これらは何れも圧延方法を改良し
て低温靭性を改善しようとするものであるから、造管後
に、管端を増肉する必要があるアプセットタイプの油井
鋼管には適用できないという問題があった。（０００６］すなわち、アプセットタイプの鋼管は造管
後、管端をアプセットし、熱処理を施すので（１３ｗｔ
％Ｃｒ鋼管の場合、焼ならし、焼もどし処理）、圧延方
法の改良によって低温靭性を改善しても、アプセット後
の熱処理により低温靭性の改善効果が消失してしまい適
用できなくなる。［０００７］【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記した
従来技術のように、圧延方法の改良により低温靭性を改
善する方法の欠点を排除し、アプセットタイプの油井鋼
管に適用しても低温靭性をそこなうことのない耐食性の
良好なマルテンサイ１へ系ステンレス鋼管、及びその製
造方法を提供しようとするものである。［０００８］

【課題を解決するための手段】この発明は、圧延方法の
改良によるものではなく、成分組成及び熱処理条件を適
正化して良好な低温靭性、耐食性を得ようとするもので
、かくすることにより、アプセット後に熱処理ができる
ため、アプセット油井鋼管にも支障なく適用できるもの
である。［０００９］そして、低温靭性を良好にするためには、
結晶粒度を小さくすることが有効であるが、その達成手
段として、Ｖ、Ｔｉ及びＮｂなどの炭窒化物生成成分を
加えて、焼ならし時の結晶粒の粗大化を防ぐとともに、
急速加熱による焼ならし処理とすることにより、高温で
の滞留時間を極力短かくして結晶粒の粗大化を防止する
ものであり、［００１ＯＮさらに、Ｎｉ含有量を規制して、ＣＯ２環
境下での耐食性の劣化を防止するものである。［００１１１すなわち、その要旨は、Ｃ：　０．１７ｗｔ％以上０．２５ｗｔ％以下、Ｓｉ　
：　０．３０ｗｔ％以下、Ｍｎ　：　０．４０ｗｔ％以上ｏ、　８０ｗｔ％以下、
Ｃｒ　：　１２ｗｔ％以上　１４ｗｔ％以下、Ｎｉ　：
　０．　ｏｓｗｔ％以上０．９ｗｔ％以下、及びＮ：０
．０２ｗｔ％以上ｏ、　０５ｗｔ％以下、を含み、さら
に、Ｖ、　Ｔｉ、　Ｎｂのうち１種以上を合計で０゜０
２１１％以上０．０８ｗｔ％以下、の範囲で含有し、残
部は鉄及び不可避不純物の組成になり、ＣＯ２１１境下
で良好な耐食性を有することを特徴とする低温靭性の優
れるマルテンサイト系ステンレス鋼管であり、さらに、
−上記成分組成になる鋼を素材として、熱間加工にて造
管し、その鋼管をＡ、ｃ　３点部度からの昇温速度を１
００℃／分以上として１０００℃以下の所定温度まで加
熱し、１０秒以上６０秒以下の時間保持した後空冷する
、焼ならし処理を行ない、その後、Ａ、１点以下の温度
で焼もどし処理を施すことを特徴とする低温靭性に優れ
るフルテンサイ１−系ステンレス鋼管の製造方法である
。［００１，２］ここで、所定温度とは１．Ａｃ、＋点部
度を超え１０００℃以下の温度範囲内で定められる温度
をいう。［００１３］

【作用】こ才１まで、Ｖ、　Ｔｉ、及びＮｂはフェライ
ｌ−生成成分であることから、１３ｗｔ％Ｃｒ鋼管に、
これらの成分が含よねていると、δ　（デルタ）フェラ
イトが生成しやすく、造管時の欠陥発生の一因となるた
め極力低減されてきた。［００１４］この発明では、これらの成分の結晶粒の微
細化効果に重点を置き、そのマイナス面であるδフエラ
イ１−の生成を、Ｃ量の増加、Ｓｉ量の低減、Ｎｉの添
加で抑制することに着眼した。［００１５３以下に、この発明の成分組成範囲の限定理
由について述べる。［００１６］　Ｃ：ＡＰＩ規格５ＣＴでは０１１５ｗｔ
％以Ｆ−ｏ。２２ｗｔ％２ｗｔ％以下いるが、Ｖ、　Ｔ
ｉ、及びＮｂ添加によるδフエライト生成傾向を抑制す
るため、こねより高い範囲に設定する必要がある。すな
わち、（Ｌ２５ｗｔ％を超えると、強度−４−昇が大き
くなって低温靭性が劣化

【７．０．１７ｗｔ％未満では
、Ｓｉの低減、Ｎｉの添加の効果をもってしてもδフェ
ライトの生成を抑制することができなくなる。したがっ
て、その含有量は０．１７ｗｔ％以上０．２５ｗｔ％以
下とする。［００１７］　Ｓｉ　：脱酸に必要な量だけ添加すれば
よいが、０．３０ｗｔ％を超えて添加すると、δフェラ
イトの生成により造管性が劣化する。したがって、その
含有量の１−限を０．３０ｗｔ％とする。［００１８１Ｍｎ：強度を維持するのに必要な成分であ
り、０、・１０ｗｔ％未満ではその効果が得られず、ま
た、０．８０ｗｔ％を超えて含有するとＣＯ２環境下で
の耐食性が劣化することから、その含有量は、０．４０
ｗｔ％以」二〇、　８０ｗｔ％以下とする。［００１９１Ｃｒ：炭酸ガス腐食に対して、その腐食速
度を減少させるのに極めて有効な元素であるが、１２ｗ
ｔ％未満では高温域での耐食効果が不十分でピッティン
グが発生し、１４ｗ　ｔ％を超えて含有させるとδフェ
ライトの生成率が高くなって、焼入れ時に好ましいマル
テンサイトを得ることができなくなる。したがって、そ
の含有量は１−２ｗｔ％以上１４ｗｔ％以下とする。［００２０１Ｎｉ：靭性向上及びδフエライト生成の抑
制に有効な成分であるが、０．０５ｗｔ％未満では、た
とえＶ、Ｔｉ、及びＮｂによる結晶粒微細化効果があっ
ても、なお低温靭性は向上せず、また、０．９ｗｔ％を
超えて含有させるとＣＯ２”Ｍ壇上でのピッティングや
微量Ｈ２Ｓ存在下での応力腐食割れに対する感受性が増
大するため、その含有量は０．０５ｗｔ％以上０．９ｗ
ｔ％以下とする。［００２１１Ｎ二窒化物生成により結晶粒粗大化抑制作
用があるため、ある程度必要であるが、０．０２ｗｔ％
未満では窒化物の生成が少ないためその効果が小さく、
また。０．０５ｗｔ％を超えると靭性が劣化するため、その含
有量は０、０２ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下とする。［００２２］　Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ：いずれも窒素を固定し
、窒化物となって焼ならし熱処理時に結晶粒の粗大化を
抑制する同効成分で、その効果は各成分間で差がない。したがって、これらの１種以上の成分の合計量を規定す
る。すなわち、０．０２ｗｔ％未満では窒化物の析出が
少なく、結晶粒粗大化抑制効果が小さく、０．０８ｗｔ
％を超えると強度上昇が大きくなり低温靭性が劣化する
ため、その含有量は０．０２ｗｔ％以上０．０８ｗｔ％
以下とする。［００２３］つぎに熱処理条件について述べる。１３ｗ
ｔ％Ｃｒ油井鋼管は通常、焼ならし焼もどし処理を施す
が、この発明の成分組成範囲の鋼を用いて、通常の焼な
らし焼もどし処理を施せば良好な低温靭性は得られるが
、この発明は、さらに焼ならし焼もどし条件を適正化す
ることにより、より優れた低温靭性を得ようとするもの
である。すなわち、急速加熱を行ない、かつ、オーステ
ナイト化の加熱温度及び加熱保持時間を規制し、低温靭
性を劣化させる結晶粒の粗大化を抑制するものである。以下に熱処理条件の規制理由を述べる。［００２４１Ａ＝３変態点温度からの昇温速度が１゜０
０℃／分より小さいと結晶粒の粗大化が無視できなくな
り、また、加熱温度が１０００℃を超えると結晶粒が粗
大化することからともに低温靭性を劣化させる。［００２５］さらに、加熱保持時間は、１０秒未満では
オーステナイト化が不十分であり、６０秒を超えても結
晶粒の粗大化は顕著には現われないが、生産性を低下さ
せる。［００２６］【実施例】表１に示す成分組成を有する、この発明の適
合鋼７種類、比較鋼８種類の綱を用いて、外径１７７、
８ｍｍ、肉厚１０．４ｍｍの継目無鋼管を製造し、これ
らの鋼管について、表２に示す条件の熱処理を施し、８
０ｋｓ　ｉ　（５６，２５ｋｇｆ／ｍｍ２）の規格最小
降伏強さに調整した。［００２７）

【表１】［００２８］

【表２】［００２９］熱処理を施したこれらの鋼管について、引
張特性、２ＩｎＩＩＶノツチシヤルピー衝撃試験（Ｌ方
向）による破面遷移温度、及び、７５ｍｍ　（長さ）Ｘ
ｌｏｎｔｍ　（幅）×２１１ｍ（厚さ）の寸法の試験片
を用い図１に示す３点曲げ法により、１．０Ｘσｙ（σ
ｙは規格最小降伏強さで、５６Ｋｇ／Ｉｎｌ１２）の応
力を付加した状態で、５０℃、５％ＮａＣｌ水溶液、３
０ａｔｍ　ＣＯ２−０，０１ａｔｍ　Ｈ２Ｓのオートク
レーブ中に２週間浸漬した後、腐食速度、及び割れを調
査した。これらの結果をまとめて表３に示す。［００３０１【表３］［００３１３表３から明らかなように、この発明の適合
例の試料番号１か６７は耐食性（腐食速度、割れ）及び
低温靭性（破面遷移温度）ともに優れているが、比較例
の試料番号８から１５（この発明の成分組成範囲を外れ
るもの）、及び試料番号１６から２１（この発明の熱処
理条件を外れるもの）は耐食性及び低温靭性の両方又は
どちらか一方が劣っている。［００３２）特に、Ｎｉが０．９５ｗｔ％と多い試料番
号１４は腐食速度が大きく、割れが発生しており、　Ｃ
Ｏ２及びＨ２Ｓを含む高温高圧下の塩水中で耐食性が劣
ることを示している。［００３３Ｎ【発明の効果］この発明は、１３ｗｔ％マルテフマルテ
ンサイ１−レス鋼管の製造において、Ｖ、　Ｔｉ、　Ｎ
ｂの単独又は複合添加を含む成分組成範囲の規制と、急
速加熱による焼ならし、及びその後の焼もどしを施すこ
とにより、窒化物の生成と、熱処理条件に基づく結晶粒
の微細化を計るもので、この発明によれば、低温靭性と
ＣＯ２環境下での耐食性に優れる１３ｗｔ％マルテンサ
イト系ステンレス鋼管を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】腐食試験における３点曲げ応力付加法の概略説
明図である。

【符号の説明】

１　試験片２　ガラス製支持捧

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：０．１７ｗｔ％以上０．２５ｗｔ％以
下、Ｓｉ：０．３０ｗｔ％以下、Ｍｎ：０．４０ｗｔ％
以上０．８０ｗｔ％以下、Ｃｒ：１２ｗｔ％以上１４ｗ
ｔ％以下、Ｎｉ：０．０５ｗｔ％以上０．９ｗｔ％以下
、及びＮ：０．０２ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下、を
含み、さらに、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂのうち１種以上を合計で
０．０２１％以上０．０８ｗｔ％以下、の範囲で含有し
、残部は鉄及び不可避不純物の組成になり、ＣＯ＿２環
境下で良好な耐食性を有することを特徴とする低温靭性
の優れるマルテンサイト系ステンレス鋼管。
【請求項２】Ｃ：０．１７ｗｔ％以上０．２５ｗｔ％以
下、Ｓｉ：０．３０ｗｔ％以下、Ｍｎ：０．４０ｗｔ％
以上０．８０ｗｔ％以下、Ｃｒ：１２ｗｔ％以上１４ｗ
ｔ％以下、Ｎｉ：０．０５ｗｔ％以上０．９ｗｔ％以下
、及びＮ：０．０２ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下、を
含み、さらに、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂのうち１種以上を合計で
０．０２ｗｔ％以上０．０８ｗｔ％以下の範囲で含有し
、残部は不可避不純物の組成になる鋼を素材として、熱
間加工にて造管し、その鋼管をＡ＿ｃ＿３点温度からの
昇温速度を１００℃／分以上として１０００℃以下の所
定温度にまで加熱し、１０秒以上６０秒以下の時間保持
した後空冷する、焼ならし処理を行い、その後、Ａ＿ｃ
＿１点以下の温度で焼もどし処理を施すことを特徴とす
るマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。