JPS6089519A - 2相ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

2相ステンレス鋼の製造方法

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JPS6089519A
JPS6089519A JP58197928A JP19792883A JPS6089519A JP S6089519 A JPS6089519 A JP S6089519A JP 58197928 A JP58197928 A JP 58197928A JP 19792883 A JP19792883 A JP 19792883A JP S6089519 A JPS6089519 A JP S6089519A
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JP
Japan
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stainless steel
pipe
temperature
solution treatment
corrosion
Prior art date
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Pending
Application number
JP58197928A
Other languages
English (en)
Inventor
Terutaka Tsumura
津村 輝隆
Yasuo Otani
大谷 泰夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6089519A publication Critical patent/JPS6089519A/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/10Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
    • C21D8/105Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies of ferrous alloys

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (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】 本発明はオーステナイト、フェライト系の2相ステンレ
ス鋼、特に油井管用2相ステンレス鋼の製造方法に関し
、耐食性、就中耐炭酸ガス腐食性や耐応力腐食割れ性な
どにすぐれた油井管用2相ステンレス鋼の製造方法に関
するものである。
近年、油井及び天然ガス井は深井戸化の傾向が著しく、
そのため高強度の油井管が要求され、加えて産出油やガ
ス中には、湿潤な炭酸ガス(CO2)をはじめ、硫化水
素(HtS)や塩素イオン(C1−)などの腐食性物質
が含まれることが多くなってきている。このような傾向
とともに油井管の使用条件が苛酷となり、安定操業上、
その腐食対策がより一層重要なこと\なっている。
油井管の腐食対策としては腐食抑制剤(インヒビクー)
を投入するのが最も一般的な方法であるが、この方法は
海上油井、ガス井のときなどの場合には有効に活用でき
ないことが多く、また十分な成果も期待できないことが
多い。このほか、管の保護コーティングなどの手段も用
いられているが、これも十分な成果は期待できない状況
である。
このような事情に鑑み、最近では、よシ高級な耐食性材
料が用いられる傾向にあシ、例えば湿潤なCO,を含む
油井、ガス井環境下では炭酸ガス腐食と呼ばれる救しい
腐食現象に対してAl5I410鋼や420鋼と言った
13Cr鋼が採用され出している。
然しなから、このような15cr ステンレス鋼でも1
50℃を超えるような高温環境下では長期に亘ってCo
、に対する抵抗を発揮し得ないのが現状である。従って
150℃を超えるような高温の環境下では、22 Cr
鋼や2 S Cr鋼のような、よt)Cr 量の高いオ
ーステナイト、フェライト系の2相ステンレス鋼の採用
が行カわれ出しているが、このオーステナイト、フェラ
イト系2相ステンレス鋼は通常の製造方法である溶体化
処理のま\では降伏強さく0.2%耐力)で65〜80
KSi(45,7〜56.2 kgfl關2)を得るの
がやっとで、深井戸用油井管としての強度を十分に満足
できるものではなく、従って固溶強化のためにNを殊更
に添加したシ、冷間加工を施したシして深井戸用油井管
に要求される高強度を具備させ゛ることが行なわれてい
るのが現状である。
本発明者らの詳細な実験、研究によれば、150〜25
0℃と言った高温での湿潤炭酸ガス環境下での耐食性に
すぐれている2相ステンレス鋼も、そこにH2SやC1
−が含まれてくると耐食性は著しく劣化してくる。この
CO2−H,5−CI’の油井、ガス井環境下における
腐食の主たるものは応力腐食割れ(SCC)であるが、
この場合のscc’は一般的なそれとは挙動を全く異に
するものであって、一般のSCCが01″の存在と深く
関係するものであるのに対し、上記の油井、ガス井環境
下におけるものではC1’もさることながら、それ以上
にH2Sの影響が太きいという事実が明らかになったの
である。即ち、溶体化処理のまXの材料は環境に分圧で
10気圧を超えるH2Sが含まれるとSCCが発生する
ようになり、又冷間加工して強化したものでは1気圧程
度のH2Sが含まれてもSCCが発生するのであって、
。□−の存在はこのSCCの発生を助長する。
さらに上記のCO2−a2S−c x′環境下では、S
CCは発生しないまでも、H2Sの影響でフェライト域
が選択的に溶解される、所謂選択腐食の生ずる場合があ
plこれについても冷間加工が悪影響を及ぼすことが明
らかになったのである。
一方、油井管として実用に供される鋼管に強度上の必要
から冷間加工を施す場合、強化のためには大きな加工量
(圧下量)を加える必要があるので、設備上の制約が生
ずることもある。
さらに強冷間加工して強度を確保しても前述のようにH
2Sの共存する環境下では、2相ステンレス鋼の耐食性
は著しく劣化するという問題がある。或は固溶強化のた
めにNを多量添加する場合には溶製、造塊が困難になる
という問題がある。
このような事態に鑑み、本発明者らは固溶強化のための
Nを殊更に添加することなく、かつH,Sの共存する環
境下でのsee及び選択腐食に対する抵抗性に悪影響を
及ぼすところの冷間加工を施すことなく、オーステナイ
ト、フェライト系の2相ステンレス鋼を強化して、H2
S分圧10気圧以下、好ましくは5気圧以下のCO2−
H2S−C1−の油井、ガス井環境下でもすぐれた耐久
性を発揮する油井管材料の提供を目的として、さらに分
圧で1気圧程度以下の微M Hz Sを含む環境下での
使用に供せられる2相ステンレス鋼製の油井管材料に対
して、設備的にパワーの小さいミルでも強化が可能にな
るように、即ぢ冷間加工量を低減しても強化が行なえる
ような方法を志向して検討を行なった結果、以下に示さ
れる知見を得たのである。
(a) オーステナイト、フェライト系の2相ステンレ
ス鋼は熱間加工後、その丑\の状態で直接に急冷する処
理(直接溶体化処理)を行なえば熱間加工歪が凍結され
て強度が大巾に向上すること。
(b) 耐sec性向上のためには材料のC量を低くし
、特にC; 0.03 wt%以下にすることが好まし
いが、そうした低C材でも上記直接溶体化処理による強
化作用は十分に大きいこと。
(c)800℃以上の温度からの直接溶体化処理によっ
て高い強度に加えて通常の再加熱溶体化処理材に匹敵す
る耐食性が得られること。
(d) さらに上記直接溶体化処理後に冷間加工を施せ
ば小さ々加工量(圧下量)で、より大きな残置が得られ
ること。
鋼の加工熱処理のうちには、上記の溶体化処理と類似し
たものとして直接焼入れ処理やオースフォーミングが知
られている。しかしながら、それらは上記溶体化処理と
次の点において全く異なっている。即ち、 (1)直接焼入れ処理は鋼を安定オーステナイト範囲で
熱間加工した後、直ちに焼入れを行ない、マルテンサイ
ト変態を起させる処理であシ、その後焼戻しをして使用
される場合が多いが、熱間加工後、直ちに焼入れするこ
とによって再加熱焼入れする場合よシもオーステナイト
粒が大きいため、鋼の硬化能が著しく上昇して、即ち焼
きが入り易くなり、そのために強度が上昇する。然るに
本発明の直接溶体化処理による強化は、この変態による
強化を利用するものではない。
し、オーステナイトのままの組織のものにその温度で適
当な塑性変形を与えてから、焼入れしてマルテンサイト
変態を起させ、然る後に焼戻しを行なう処理であって、
一定温度での加工及び変態を生じさせるという点で、本
ミンクによって顕著な強化を起すためには、は’: 0
.1 wt%以上のC量が必要であるが、本発明の2相
ステンレス鋼の直接溶体化処理による場合は0.1 w
t%未満の低C材でも後述の実施例において示すように
大きな強化効果が得られる。
本発明は上記知見に基づいてなされたものであって、オ
ーステナイト、フェライト系の2相ステンレス鋼を10
00℃以上の温既に加熱して熱間加工を行ない、熱間加
工後その丑まの状態で800℃以上の温度から急冷(直
接溶体化)処理するか、或はさらに冷間加工を施して耐
炭酸ガス腐食性や耐SCC性にすぐれた油井管用2相ス
テンレス鋼を強化することにその特徴を有するものであ
る。
以下、本発明についてさらに詳述する。
本発明者らはオーステナイト、フェライト系の2相ステ
ンレス鋼を高温に加熱して炭化物やシグマ相などを分解
、固溶せしめた後熱間で加工を行ない、その後急冷処理
すれば、炭化物やシグマ相の析出をみることなく、熱間
加工歪が凍結されて強度が大巾に上昇し、これは冷間加
工を施していないので、実施例(後述)で述べるように
通常の再加熱溶体化処理材に匹敵する耐食性を有してお
り、従ってH2S分圧10気圧以下、好ましくはH2S
分圧5気圧以下のCo2−H,5−C1’の油井、ガス
井環境下ですぐれた耐食性を発揮する2相ステンレス鋼
製油井管材料の強度グレードを上げることができ、さら
に直接溶体化処理したものによシ大きな強度を付与する
ために冷間加工するとき、その加工量は通常の再加熱溶
体化処理したものをベースとしたものに比べて大巾に低
減でき、従って分圧で1気圧程度以下の微量H2Sを含
む環境下での使用に供せられる2イ目ステンレス鋼製の
高強度油井管材料が設備的にパワーの小さいミルで、−
強化が可能となるので、容易に製造できるととを知見し
た。
又従来の溶体化処理は熱間加工後一旦常温筐で大気中冷
却したものを高温に再加熱して急冷するというものであ
るが、本発明による直接溶体化処理は、この溶体化温度
への再加熱とそこでの保持の熱エネルギーを節約できる
という副次的効果をも有するものである。
以下、本発明の効果を列記すると、次のようになる。
(1) H2S分圧1o気圧以下、好ましくは5気圧以
下ノco2− H2S −C’ l’(7)油井、ガス
井R境下ですぐれた耐久性を示す2相ステンレス鋼製油
井管材料の強度グレードを上けることができ、従って深
井戸化に対処できること。
(2)低い冷間加工量で2相ステンレス鋼の強化ができ
、従って分圧で1気圧程度以下の微量H,Sを含む環境
下での使用に供せられる2相ステンレス鋼製の高強度油
井管材料の製造が容易になること。
(3)溶体化温度への再加熱とそこでの保持に必要な熱
エネルギーの節約ができること。
次に本発明において、オーステナイト、フェライト系2
相ステンレス鋼を熱間加工するための加熱下限温度を1
000℃としたのは、この温度を下まわる低温域での加
熱では材料の変形抵抗が大きくなって熱間加工が困難と
なるほか、炭化物やシグマ相の分解、固溶が不十分とな
って熱間加工性が劣化し、加えて直接溶体化処理のま\
では所望のミクロ組織が得られず耐SCC性の劣化を招
くこととなるからである。この加熱の上限温度は特定さ
れるものではなく、材料加工時に高温での脆性の生じな
い温度とすればよく、グリ−プル試験機を用いた高温引
張り試験での絞り値が50%以上となるような温度(例
えば125o〜13001:)を選べばよい。
一方、熱間加工後の急冷、即ち直接溶体化の下限温度を
800℃としたのは、この温度以下に徐冷すると炭化物
やシグマ相の析出が生じ、耐SCC性が劣化するので、
これを防止するためである。又直接溶体化処理して強化
したものに、さらに強度を付与する必要があるときは冷
間加工を施すが、このときの冷間加工量は従来の再加熱
溶体化処理したものに冷間加工を施して同。
−強度レベルを得る場合に比べて著しく小さくすること
ができる。
又直接溶体化処理によって炭化物などの分解、固溶を十
分に行なわせて、大きな耐SCC性を得るためには該処
理をC含有量が0.05 wtチ以下の材料に対して適
用するのがよい。
次に本発明の実施例について説明する。
実施例1 通常の方法によって第1表に示す成分組成を有するオー
ステナイト、フェライト系の2相ステンレス鋼を溶製し
た。
次にこれらの鋼片を1220℃に均熱した後、熱間圧延
を行ない、その後直接溶体化処理又は通常の再加熱溶体
化処理と冷間加工処理を行なって、降伏強さく 0.2
 %耐力)及び伸びを測定した。第2表に熱間圧延後の
各種処理の条件とともに降伏強さ及び伸びの測定結果を
示す。
第2表の結果よシ、本発明の直接溶体化処理によって、
大きな強化ができ、又小さな冷間加工量で通常の再加熱
溶体化処理材に大きな冷間加工を施したものに匹敵する
高強度が得られることが明らかである。
実施例2 下記第3表に示す成分組成を有するオーステナイト、フ
ェライト系の2相ステンレスMについて、その鋼片1i
2oo℃に均熱した後第4表に示す条件にて直接溶体化
処理又は再加熱による溶体化処理を行ない、冷間加工処
理を行なって降伏強さく02%耐力)及び伸びを測定し
、第 4 表 (注)※ 直接溶体化処理した温度 ※泰 溶体化のために再加熱した温度 急冷法はいずれも水冷 この第4辰からも本発明処理によって容易に強化が可能
で又押びもすぐれていることが明らかである。
実施例6 下記第5表に示す成分組成を有するオーステナイト、フ
ェライト系の2相ステンレス鋼について、その鋼片を1
080℃又は1250℃に均熱した後熱間圧延を行ない
その後直接溶体化処理又は通常の再加熱溶体化処理と冷
間加工処理を行ない、得られた板材から圧延方向と直角
に2閣厚さ×10郷巾×75−長さの切欠付試験片を採
取して耐食性試験を実施した。こ\における耐食性試験
は添付図面に示す4点にて支持(4)シている4点支持
ビーム治具(2)を用いて、上記の試験片Cr)に降伏
強さく0.2%剛力)に相当する応力を付加して、H2
S分圧を種々に変えたH2S−10気圧002−5 %
 NaC1溶液(液温215℃)中に250時間浸漬し
て、SCC及び(又は)フェライト域の選択腐食の有無
を調査する方法によった。第6表に熱間圧延後の各種処
理の条件とともに降伏強さ、耐食性試験結果を纒めて示
す。
この第6表によれば本発明条件で直接溶体化処理したも
の(a、b、e)は、800℃を下履る低温域から直接
溶体化処理した(j)に比べ、耐食性がすぐれ、又従来
の再加熱溶体化処理後に冷間加工した(g)と同一強度
レベルではあるが、耐食性がすぐれていることが明らか
である。さらに、この(a、b、e)は従来の再加熱溶
体化処理したままのもの(f)と同じ耐食レベルではあ
るが、大きな強度が得られ、従って深井戸化に対処でき
ることも明らかである。一方、本発明処理によるものの
うち、直接溶体化処理後に冷間加工したもの(c、d)
は小さな冷間加工量で従来の再加熱溶体化処理後に強冷
間加工したもの(h、1)に匹敵する強度レベル及び耐
食レベルが得られ、従って耐食性の2相ステンレス鋼製
油井管材料を容易に高強度化できることが明らかである
以上説明したように、本発明の効果は頗る大きく、その
工業的価値は高いものである。
【図面の簡単な説明】
添伺図面は切欠付板状試験片用4点曲げ腐食試験治具を
示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 オーステナイト、フェライト系の2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ない
    、熱間加工後そのま\の状態で800℃以上の温度から
    急冷処理することを特徴とする2相ステンレス鋼の製造
    方法。 2 オーステナイト、フェライト系の2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ない、
    熱間加工後そのま\の状態で800℃以上の温度から急
    冷処理し、さらに冷間加工を施すことを特徴とする2相
    ステンレス鋼の製造方法。
JP58197928A 1983-10-22 1983-10-22 2相ステンレス鋼の製造方法 Pending JPS6089519A (ja)

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