JPH0499154A

JPH0499154A - 溶接性の優れた高強度ラインパイプ用高Ｃｒ鋼

Info

Publication number: JPH0499154A
Application number: JP20617090A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Miyasaka; 明博宮坂; Hiroyuki Ogawa; 小川　洋之
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-08-03
Filing date: 1990-08-03
Publication date: 1992-03-31

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】（産業上の利用分野）本発明は溶接性の優れた高強度ラインパイプ用高Ｃｒ鯛
に係り、さらに詳しくは例えば石油・天然ガスの輸送に
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
腐食抵抗を有するとともに、溶接熱影響部の衝撃靭性に
優れ、溶接熱影響部の硬さを低減した高強度ラインパイ
プ用高Ｃｒｆｉに関する。

（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かよく知られて
いる。このため、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。ラインパイプとして使用される材料に
は、耐食性のほかに内部を流れる輸送流体の圧力に耐え
る高い強度を持ち、溶接性に優れることが要求される。

溶接性の代表的な特性としては、溶接部の衝撃靭性が優
れていることが必要である。また、硫化水素を含有する
流体を輸送する場合には、溶接部の硬さが低いことも要
求される。勿論、母材の衝撃靭性も優れていることが必
要である。

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
た。例えばり、Ｊ、クライン、コロ−ジョン（Ｃｏｒｒ
ｏｓｉｏｎ）’８４　、ペーパーナンバー２１１にある
ように、溶接構造のない油井管には、高強度で比較的コ
ストの安い鋼としてＡｌ５Ｉ　（米国鉄鋼協会）４１０
綱あるいは４２０鋼といった、Ｃを０．１％あるいは０
．２％含有し、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Ｃの含有量が高いので、溶接部
が非常に硬くなるとともに溶接部の衝撃靭性が悪いため
に、ラインパイプとして使用することは困難である。Ａ
ｌ５Ｉ４１０、鋼を使用したラインパイプが最近ＡＰＩ
（米国石油協会）で規格化されてはいるものの、例えば
須賀正孝はか薯、ＮＫＫ技報１９８９年発行、第１２９
号、１５〜２２頁にあるように、現地溶接部の衝撃靭性
が悪いという難点を有している。これは彼らの報告にあ
るように溶接熱影響部が粗大なフェライト主体の組織と
なるためである。

ラインパイプ用鋼としては、特開昭６１−１１９６５４
号公報において、ＣおよびＮを低減し、ＡＩまたはＣａ
さらには■を含有させ、かつＮｉおよびＭｏを含有させ
た綱が稈案されている。しかし、この鋼は高価な合金元
素であるＮｉを多量に含有しているためにコストが高い
上に特性も十分とは言えない。

（発明が解決しようとする課ｉｉＪり本発明はこうした現状に鑑み、炭酸ガス環境でも充分な
耐食性を有し、溶接性に優れる高強度ラインパイプ用高
Ｃｒ綱を従供することを目的としている。

（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。

まず、Ｃｒを１１〜１４％含有する鋼のＣ量を０．０２
〜０．０８％に限定し、かつＮを０．０１５％以下に低
減すると、溶接部の硬さを低下させることができるとと
もに、炭酸ガス含有食塩水中における耐食性が改善され
ることを見出した。そしてかかる鋼にＣｕを１．２〜４
．５％添加すると溶接部の硬さをあまり上げることなく
溶接部のミクロ組織を実質的にマルテンサイト単相とす
ることができ、溶接部の衝撃靭性を著しく改善できるこ
とを見出した。

さらに本発明者らは検討をすすめ、上記のようなＣｒを
１１−１４％含有し、Ｃを０．０２〜０．０８％に限定
し、Ｎを０．０１５％以下に低減し、Ｃｕを１．２〜４
．５％含有する鋼の不純物のうちＰおよびＳを低減する
と靭性が一段と向上すること、Ｎｉを添加すると溶接熱
影響部の衝撃靭性をさらに改善するのに効果があること
、ＭｏおよびＷの１種以上を添加すると湿潤炭酸ガス環
境の耐食性を改善するのに効果があること、ｖ、　Ｔ＋
、　Ｎｂ＋　Ｔａ、　Ｚｒ、　Ｈｆの１種以上を添加す
ると耐食性を一段と向上させるのに有効であること、Ｃ
ａおよび希土類元素の１種以上を添加すると熱間加工性
の向上、耐食性の向上に効果のあることを見出した。

本発明は主に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、ＣＯ，０２
〜０．０８％、Ｓｉ１％以下、Ｍｎ２％以下、Ｃｒ１１
〜１４％、Ｃｕ　１．２〜４．５％、＾Ｚ０．００５〜
０．２％を含有し、Ｎを０．０１５％以下に低減し、残
部Ｐｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする溶
接性の優れた高強度ラインパイプ用高Ｃｒ鋼にあり、第
２発明の要旨とするところは、第１発明の高Ｃｒ［にお
いて不可避不純物のうち、重量％で、Ｐを０．０２５％
以下、Ｓを０．０１５％以下に低減したことを特徴とす
る溶接性の優れた高強度ラインパイプ用高Ｃｒ綱にあり
、第３発明の要旨とするところは、第１発明および第２発
明の高Ｃｒ鋼において、さらに重量％で、４％以下のＮ
ｉを含有することを特徴とする溶接性の優れた高強度ラ
インパイプ用高Ｃｒ鋼にあり、第４発明の要旨とすると
ころは、第１発明、第２発明および第３発明の各高Ｃｒ
鋼において、重量％で、Ｍｏ２％以下、Ｗ４％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溶接性の
優れた高強度ラインパイプ用高Ｃｒ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
および第４発明の各高Ｃｒ鋼において、重量％で、７０
．５％以下、Ｔｉ０．２％以下、Ｎｂ０．５％以下、Ｔ
ａ０．２％以下、Ｚｒ０．２％以下、）Ｉｆｏ、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
る溶接性の優れた高強度ラインパイプ用高Ｃｒ綱にあり
、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発明および第５発明の各高Ｃｒ１ｉｆｌ
において、重量％で、Ｃａ　Ｏ，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
とを特徴とする溶接性の優れた高強度ラインパイプ用高
Ｃｒ１ｉｔｌにある。

（作　用）以下に本発明で成分を限定した理由を述べる。

Ｃ：Ｃはマルテンサイト系ステンレス鋼の強度を上昇さ
せる元素としてもっと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とともに過度に低減すると逆に
溶接熱影響部の衝撃靭性を低下させるために０．０２％
以上を添加する。一方、０．０８％を超えて添加すると
溶接熱影響部の衝撃靭性を低下させるとともに溶接熱影
響部の硬さを著しく上昇させることから、上限含有量は
０．０８％とすべきである。

Ｓｉ　：　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衝撃靭性を低下させることから、
上限含有量は１％とする。

Ｍｎ　：　Ｍｎは脱酸および強度確保のために有効な元
素であるが、２％を超えて添加するとその効果は飽和す
るので、上限含有量は２％とする。

Ｃｒ　：　Ｃｒはマルテンサイト系ステンレス鋼を構成
するもっとも基本的かつ必須の元素であって、炭酸ガス
環境での耐食性を付与するために必要な元素であるが、
含有量が１１％未満では耐食性が充分ではなく、一方１
４％を超えて添加すると他の合金元素をいかに調整して
も溶接熱影響部のミクロ＆Ｉ］織をマルテンサイト単相
にし難くなるので、上限含有量は１４％とすべきである
。

Ｃｕ　：　ＣｕはＣおよびＮの含有量を低減させた綱の
母材は言うまでもなく、溶接熱影響部のミクロ組織をも
マルテンサイト組織として衝撃靭性を改善するとともに
湿潤炭酸ガス環境における耐食性を改善するのに極めて
有用な元素であるが、含有量が１．２％未満ではこれら
の効果が不充分であり、４．５％を超えて添加してもそ
の効果は飽和するばかりか熱間加工性を著しく低下させ
るようになるので、１．２〜４．５％の範囲に限定する
。

Ａｌ：＾Ｉは脱酸のために必要な元素であって含有量が
ｏ、ｏｏｓ％未満ではその効果が充分ではなく、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
留して靭性を低下させるので、含有量範囲は０．００５
〜０．２％とした。

ＮＵＮは０．０１５％を超えて存在すると溶接熱影響部
の硬さを上昇させるとともに母材および溶接熱影響部の
衝撃靭性を低下させるので、上限含有量は０．０１５％
とすべきである。より好ましくは、溶接熱影響部の衝撃
靭性を向上させるために、Ｎは０．０１％未満とするこ
とが望ましい。

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あるいは低
減して特性を一段と向上させることができる。

ＰｊＰは靭性を低下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靭性
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％以下に低減すると靭性が一段と改善される。

Ｓ：ＳはＰと同様に靭性を低下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
する靭性を確保するのに必要充分なほど少ない含有量と
して０．０１０％以下に低減すると靭性が一段と改善さ
れる。

Ｎｉ　：　Ｎｉは１．２％以上のＣｕと共存して溶接熱
影響部の衝撃靭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、
いたずらにコストを上昇させ、かつ溶接熱影響部の硬さ
を上昇させるだけであるので、上限含有量は４％とする
。

Ｍｏ　：　Ｍｏは１．２％以上のＣｕ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がりか、母材
および溶接熱影響部の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。

ＷＯＷも１．２％以上のＣｕ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がりか、母材および溶
接熱影響部の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。

Ｖ、　Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｚｒ、　Ｉｆ　：　Ｖ
、　Ｔｉ＋　Ｎｂ、　Ｔａ＋　Ｚｒ。

＋１ｆ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、■では０．２％、Ｎｂ、
　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ＳＳ
Ｃ抵抗を低下させるようになるので、上限含有量はＴｉ
、　Ｚｒ、　Ｔａ＋　Ｈｆでは０．２％、Ｎｂ、　Ｖで
は０．５％とした。

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０．００８％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０．００８％、希土類
元素では０．０２％とした。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。

上記の成分を有するステンレス鋼を熱処理して焼戻しマ
ルテンサイト組織とし所定の強度を付与するに際しては
、目的とする強度、靭性、耐食性などの緒特性に応じて
適切な熱処理を施せば良い。

熱処理条件を記述することは本発明が本来目的とすると
ころではないが、参考までに付言するならば、オーステ
ナイト化温度は９２０〜１１００°Ｃとし、オーステナ
イト化後の冷却における冷却速度は水冷以上の冷却速度
とし、焼戻し温度は６００℃以上＾ｃ、温度以下とし、
焼戻し後の冷却における冷却速度は空冷以上の冷却速度
とするのが好ましい。

本発明鋼は、通常の熱間圧延によって銅板とした後に造
管・溶接してラインパイプとすることが可能であるし、
通常の熱間押出あるいは熱間圧延によって直接鋼管とす
ることも可能である。この場合、熱処理は鋼管としての
最終形状が形成された後に行なう。即ち溶接や矯正など
が完了した後に行うことが好ましい。

（実施例）以下に本発明の実施例について説明する。

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１４ＩＩＩＩ＋の鋼板とした後、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４９
ｋｇ／ｗ”以上のマルテンサイト系ステンレス鋼とした
。本発明鋼の焼入れ時の冷却はいずれも水冷とし、焼戻
し時の冷却はいずれも空冷とした。次にラインパイプの
敷設における現地円周溶接に相当する溶接として、これ
らの鋼を手溶接によって溶接して継手を作製した。溶接
入熱は１７ｋＪ／ｃｍであった。母材および該溶接部の
溶接熱影響部からＪＩＳ　４号衝撃試験片（フルサイズ
）を採取して衝撃試験を行なった。また溶接熱影響部の
最高硬さを荷重５ｋｇのビッカース測定で求めた。また
母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３ｍｍ、幅１５ｍ、長さ５０１の試験片
を用い、試験温度１２０℃のオートクレーブ中で炭酸ガ
ス分圧４０気圧の条件で３％ＮａＣｌ水溶液中に３０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ｗａ／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０．１ｍｍ／ｙ
以下の場合、材料は充分耐食的であり使用可能であると
考えられている。

試験結果を第１表に併せて示した。第１表のうち、衝撃
試験結果において○は破面遷移温度が一３０°Ｃ以下、
×は破面遷移温度が一３０℃を超え０℃以下、××は破
面遷移温度が０゛Ｃ超、であったことをそれぞれ表わし
ており、溶接熱影響部最高硬さにおいて○は最高硬さが
３００未満、×は最高硬さが３００以上４５０未満、×
×は最高硬さが４５０以上であったことをそれぞれ表わ
しており、腐食試験結果において◎は腐食速度が０．０
５Ｗｌ／ｙ未満、○は腐食速度が０．０５　ｔｔｍ　／
　ｙ以上０．１０ｍｍ／ｙ未満、×は腐食速度が０．１
０ｍｍ／ｙ以上０．５ｍｌ／）１未満、××は腐食速度
が０．５　ｍｍ／　ｙ以上であったことをそれぞれ表わ
している。なお、第１表において比較鋼のＮｏ、２９は
Ａｌ５Ｉ　４２０鋼であり、Ｍ、３０は９Ｃｒ　−ＩＭ
ｏ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。

第１表から明らかなように本発明鋼であるｆｍＮＩ１１
〜２８は、母材および溶接熱影響部の衝撃靭性が格段に
優れ、溶接熱影響部の硬さが充分低く、湿潤炭酸ガス環
境において１２０°Ｃというラインパイプとしては非常
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、　１　ｆｆｆｌＴｌ／　ｙよりも腐食速度が小さく
、優れた耐食性と溶接性と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２９〜３３は湿潤炭酸ガ
ス環境において１２０°Ｃで既に腐食速度が０．１ｍｍ
／ｙを大きく上回っており、また溶接熱影響部の硬さが
高い、さらに、Ｎｏ、２９〜３４鋼は母材および溶接熱
影響部の衝撃靭性が悪い。

（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
優れた耐食性と優れた溶接性を有する高強度ラインパイ
プ用高ＣｒｗＪを捉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。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１１〜１４％、Ｃｕ：１．２〜４．５％、Ａｌ：０．００５〜０．２％を含有し、Ｎを０．０１５％以下に低減し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする
溶接性の優れた高強度ラインパイプ用高Ｃｒ鋼。
（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に記載の溶接性の
優れた高強度ラインパイプ用高Ｃｒ鋼。
（３）付加成分として、重量％で、Ｎｉ：４％以下を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の
溶接性の優れた高強度ラインパイプ用高Ｃｒ鋼。
（４）付加成分として、重量％で、Ｍｏ：２％以下、Ｗ：４％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または３に記載の溶接性の優れた高強度ライン
パイプ用高Ｃｒ鋼。
（５）付加成分として、重量％で、Ｖ：０．５％以下、Ｔｉ：０．２％以下、Ｎｂ：０．５％以下、Ｔａ：０．２％以下、Ｚｒ：０．２％以下、Ｈｆ：０．２％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に記載の溶接性の優れた高強
度ラインパイプ用高Ｃｒ鋼。
（６）付加成分として、重量％で、Ｃａ：０．００８％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に記載の溶接性の優れた高強
度ラインパイプ用高Ｃｒ鋼。