JPH09241746A - 高強度二相ステンレス鋼管の製造方法 - Google Patents

高強度二相ステンレス鋼管の製造方法

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友希 森
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 最適な溶体化温度に加熱して急冷することに
より高強度、高耐食性二相ステンレス鋼管を安価、かつ
高能率で製造する。 【解決手段】 常温でオーステナイト相とフェライト相
の二相を呈する二相ステンレス鋼を1100℃以上に加
熱したのち、熱間加工を施して高強度二相ステンレス鋼
継目無鋼管を製造する方法において、最終圧延を終了し
た二相ステンレス鋼管の温度T(℃)が下記(1)式を
満足するよう再加熱して溶体化処理したのち、急冷処理
する。 800+5Cr(%)+25Mo(%)+15W(%)
≦T≦1150…(1)式

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、常温でオーステ
ナイト相とフェライト相の二相を呈する二相ステンレス
鋼管、特に耐食性、耐応力腐食割れ性(以下耐SCC性
という)、耐硫化物割れ性(以下耐SSC性という)に
優れた高強度二相ステンレス鋼管の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の油井や天然ガス井は、近い将来に
予想される石油資源の枯渇化を目前にして、従来は顧み
られなかったような深層油田の発掘や、一旦開発が放棄
されたサワーガス田などに対する再開発が世界的規模で
盛んに行われている。このような油井、ガス井は、一般
に深度が極めて深く、また、その雰囲気はH2S、C
2、Cl-等を含有する湿潤下の極めて厳しい腐食環境
下にあり、生産される石油、天然ガス中には、H2Sを
含む場合が非常に多くなっている。このような大深度で
腐食環境下の油井や天然ガス井においては、高強度で、
かつ耐食性、耐SCC性ならびに耐SSC性に優れた鋼
管が要望される。
【0003】前記大深度で腐食環境下の油井や天然ガス
井においては、常温でオーステナイト相とフェライト相
の二相を呈する二相ステンレス鋼管が採用されている。
常温でオーステナイト相とフェライト相の二相を呈する
二相ステンレス鋼管は、通常熱間加工したのち空冷され
るため、Cr炭窒化物、σ相等の金属間化合物が生成す
る。このため、二相ステンレス鋼管は、Cr炭窒化物、
σ相等の金属間化合物を溶体化する熱処理を行ってい
る。その場合二相ステンレス鋼管は、製管後空冷される
ため、発生する金属間化合物等の影響によって材料が脆
くなり、ハンドリングに注意を要し、強度的に降伏応力
が65〜80ksi(446〜549N/mm2)と十
分に高いとは云えず、深井戸用油井管としての高強度を
得るためには、冷間加工を施さなければならない。しか
し、この方法では、一度製管したのち、空冷、熱処理、
冷間加工という工程を経るため、コストが高くなると共
に、生産性の点からも満足できるものではない。
【0004】近年、二相ステンレス鋼管の前記欠点を解
消する方法としては、所定化学成分の二相ステンレス鋼
管をストレッチレジューサにより縮径圧延する工程を有
してなる二相ステンレス鋼油井管の製造方法において、
前記縮径圧延前に前記二相ステンレス鋼管を900〜1
150℃に加熱する工程と、前記加熱工程後750〜1
000℃の仕上げ温度で縮径圧延する工程と、前記縮径
圧延直後水もしくはミストにより急冷する工程とを有す
る方法(特開昭59−182918号公報)、二相ステ
ンレス鋼を1000℃以上の温度に加熱して熱間加工を
行い、熱間加工後そのままの状態で800℃以上の温度
から急冷処理する方法(特開昭60−89519号公
報)、二相ステンレス鋼を加熱後穿孔圧延機で穿孔し、
延伸圧延機で延伸加工を施したのち、再加熱し絞り圧延
機で絞り圧延を施す一連の工程によって継目無鋼管を製
造するに際し、再加熱後の縮管加工率Rn(%)と縮管
加工後の材料温度Tm(℃)との関係を、980+2R
n≦Tm≦1250(℃)として絞り圧延する方法(特
開平1−123026号公報)等が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記特開昭59−18
2918号公報、特開昭60−89519号公報および
特開平1−123026号公報に開示の方法は、いずれ
も圧延加工時の加熱温度および仕上げ温度を規定するも
のであり、仮に最終加工後、急冷処理がなされたとして
も、急冷前の温度コントロールを厳密にするのは困難で
あり、ある程度のバラツキの範囲となるため、その材料
に最も適した(強度、耐食性、フェライト/オーステナ
イトバランス)溶体化温度を選択することはできない。
また、最終加工後、急冷処理しても歪が多く導入されて
いると、σ相等の金属間化合物が析出し易くなり、十分
な性能は得られない。
【0006】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、二相ステンレス鋼で比較的σ相等の金属間化合
物が析出し易く、溶体化温度等を詳細に規定する必要の
ある材料において、最適な溶体化温度を設定できる高強
度二相ステンレス鋼管の製造方法を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく従来から実施されている二相ステンレス鋼
管の溶体化熱処理工程を省略すべく検討を行った結果、
最終圧延を終了した二相ステンレス鋼管の温度T(℃)
が、800+5Cr(%)+25Mo(%)+15W
(%)≦T≦1150を満足するよう再加熱して溶体化
処理したのち、急冷処理することによって、優れた耐食
性を有し、かつ高強度二相ステンレス鋼管を製造できる
ことを究明し、この発明に到達した。
【0008】すなわちこの発明は、常温でオーステナイ
ト相とフェライト相の二相を呈する二相ステンレス鋼を
1100℃以上に加熱したのち、熱間加工を施して高強
度二相ステンレス鋼管を製造する方法において、最終圧
延を終了した二相ステンレス鋼継目無鋼管の温度T
(℃)が下記(1)式を満足するよう再加熱して溶体化
処理したのち、急冷処理することを特徴とする高強度二
相ステンレス鋼管の製造方法である。 800+5Cr(%)+25Mo(%)+15W(%)≦T≦1150……… (1)式
【0009】
【発明の実施の形態】常温でオーステナイト相とフェラ
イト相の二相を呈する二相ステンレス鋼は、熱間加工を
したのちそのまま急冷すると、強度、耐食性の面から最
適な溶体化温度に保持することはできないが、熱間加工
工程の直後に加熱工程を設けることによって、最適な溶
体化温度に保持することができ、かつ最適な溶体化温度
から急冷処理が可能となり、高強度高耐食性二相ステン
レス鋼管を製造することができる。
【0010】熱間加工終了後の二相ステンレス鋼管の加
熱温度は、σ相、Cr炭窒化物等による耐食性、靭性の
劣化を考慮して上下限を設定する必要がある。そこで種
々の化学成分の二相ステンレス鋼を溶製し、マンネスマ
ンミルによって熱間製管し、熱間製管後の加熱炉の温度
を800〜1200℃まで変化させた二相ステンレス鋼
管を製造した。そして得られた各二相ステンレス鋼管
は、靭性および耐食性を調査し、得られた結果を基に回
帰分析を行った結果、前記(1)式を得た。その結果を
図1に示す。
【0011】図1に示すとおり、Cr、Mo、W量が増
加すると、σ相等の金属間化合物、炭窒化物が析出し易
くなるため、高温での溶体化処理が必要となる。一方、
耐食性は、良好となる最適なフェライトとオーステナイ
トのバランスが存在し、Cr、Mo、W量が増加するに
したがって高温側へと移行する。しかし、溶体化処理
は、温度を上げすぎると、加工時の歪が除去されて高強
度が得られず、また、フェライトとオーステナイトのバ
ランスを崩すばかりでなく、結晶粒の粗大化が始まり靭
性の劣化を招くので、上限は1150℃に設定する必要
がある。
【0012】熱間加工終了後の二相ステンレス鋼管の加
熱時の均熱時間は、製管後析出するσ相等の金属間化合
物は少量であり、二相ステンレス鋼管の温度T=800
+5Cr(%)+25Mo(%)+15W(%)以上で
あれば、短時間の加熱で十分固溶する。したがって、加
熱時の均熱時間は、1分以上あれば問題なく、余り長時
間加熱すると強度が低下するので、上限は1時間程度で
ある。
【0013】
【実施例】
実施例1 表1に示す化学成分のA〜Cの常温でオーステナイト相
とフェライト相の二相を呈する二相ステンレス鋼を溶製
し、連続鋳造によって外径187.0mmのビレットを
作製し、マンネスマン−マンドレルミルによって熱間圧
延を行い、外径139.7mm、肉厚9.52mmの二
相ステンレス鋼管を製造した。熱間圧延後直ちに加熱炉
で表2に示す加熱条件で溶体化処理を施したのち、水冷
した本発明の二相ステンレス鋼管と、表3に示すとお
り、熱間圧延後常温まで空冷してから熱処理炉に装入し
て溶体化処理を実施した比較例ならびに熱間圧延後常温
まで水冷したままの比較例の二相ステンレス鋼管それぞ
れについて、試験片を切り出し、引張試験、シャルピー
衝撃試験、ロックウエル硬さ試験、腐食試験を実施し
た。その結果を表4に示す。
【0014】なお、引張試験は、幅25.4mm、平行
部長さ50.8mmのAPI(American Pe
troleum Institute)規格の円弧状試
験片を用い、JIS Z 2241に規定の金属材料引
張試験方法に準じて実施し、降伏強さ(YS)を求め
た。また、シャルピー衝撃試験は、厚さ5mm、幅10
mm、長さ55mm、切り欠き部深さ2mmのJIS
Z 2202に規定の金属材料衝撃試験片の4号試験片
を用い、JIS Z 2242に規定の金属材料衝撃試
験方法に準じて−30℃で実施し、吸収エネルギーを求
めた。さらに、ロックウエル硬さは、JIS Z 22
45に規定のロックウエル硬さ試験方法に準じてロック
ウエル硬さCにより測定した。さらにまた、腐食試験
は、厚さ3mm、幅30mm、長さ50mmの試験片を
用い、ASTM G48MethodAに準じて25℃
から孔食が発生するまで5℃ピッチで温度を上昇させて
ゆき、孔食の発生した温度を臨界孔食発生温度CPTと
した。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【表3】
【0018】
【表4】
【0019】表4に示すとおり、試験No.1〜10の
本発明例の二相ステンレス鋼管は、いずれも熱間製管後
直ちに加熱炉に装入して加熱し、最適な溶体化温度で溶
体化処理を施したのち、水冷により急冷されたため、高
強度で、かつ高耐食性を有している。これに対し、試験
No.11、13の比較例の二相ステンレス鋼管は、い
ずれも熱間製管後、常温まで空冷したのち、溶体化処理
のため再度加熱して溶体化処理したため、降伏強さが5
20N/mm2以下となり、鋼種Cの試験No.15の
比較例においても、鋼種Cの試験No.8〜10の本発
明例に比べ、降伏強さが劣っており、高強度化が図られ
ていない。また、試験No.12、14、16の比較例
の二相ステンレス鋼管は、いずれも熱間製管後加熱炉に
装入することなく、そのまま水冷により急冷したため、
高強度化が図られているものの、最適な溶体化温度から
の急冷でないので、靭性および耐食性が劣っている。
【0020】
【発明の効果】以上述べたとおり、この発明方法によれ
ば、熱間圧延後直ちに加熱炉に装入してその材料に最適
な溶体化温度を確保して、急冷処理するため、製管時の
歪が残留して高強度で、かつ高耐食性を有する二相ステ
ンレス鋼管を、安価にかつ高生産性で製造でき、油井
管、ラインパイプ用として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】二相ステンレス鋼管の材質と溶体化温度との関
係による耐食性、靭性の変化を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 常温でオーステナイト相とフェライト相
    の二相を呈する二相ステンレス鋼を1100℃以上に加
    熱したのち、熱間加工を施して高強度二相ステンレス鋼
    継目無鋼管を製造する方法において、最終圧延を終了し
    た二相ステンレス鋼管の温度T(℃)が下記(1)式を
    満足するよう再加熱して溶体化処理したのち、急冷処理
    することを特徴とする高強度二相ステンレス鋼管の製造
    方法。 800+5Cr(%)+25Mo(%)+15W(%)≦T≦1150…(1 )式
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