JPS63137121A - 耐応力腐食割れ性と耐炭酸ガス腐食性の優れたフエライト系ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

耐応力腐食割れ性と耐炭酸ガス腐食性の優れたフエライト系ステンレス鋼の製造方法

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JPS63137121A
JPS63137121A JP28383386A JP28383386A JPS63137121A JP S63137121 A JPS63137121 A JP S63137121A JP 28383386 A JP28383386 A JP 28383386A JP 28383386 A JP28383386 A JP 28383386A JP S63137121 A JPS63137121 A JP S63137121A
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野村 亘史
Hiroyuki Ogawa
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    • 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
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    • C21D6/002Heat treatment of ferrous alloys containing Cr

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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) 本発明は降伏強度が、135 ksi(94,5kg/
 +nり程度以下のエネルギー分野で使用される鋼の製
造方法に関するものであり、とくに応力腐食割れを起さ
ずしかも耐応力腐食割に優れた素材製造に関わるもので
ある。
(従来の技術) 天然ガス開発用のラインパイプとして一般に炭素鋼、低
合金鋼のものが用いられているが、近年開発が進むにつ
れて炭酸ガスを多く含む天然ガスに対しては上記網は耐
食性が十分とは言えなくなってきている。このためこの
種の天然ガス用の鋼として耐食性が良好なステンレス鋼
の使用が検討されている。例えばへ1S1410鋼、4
20fiに代表される13%Crを含むマルテンサイト
系ステンレス鋼が炭酸ガスに対する耐食性が良好である
通常焼入れ焼戻し処理(QT)にて製造されているがQ
T条件によって強度が自由に変えられる比較的価れた鋼
種と言うことが出来る。
しかしながらこのステンレス鋼の最大の弱点は応力腐食
割れを起すことである。通常応力腐食割れを起す強度範
囲は75 ksi (52,5kg/ mid”)以上
の降伏点に入った場合とされている。この原因は製造方
法がQTなので焼戻しマルテンサイトの構造からくるも
のでこの焼戻しマルテンサイトの応力腐食割れ感受性が
降伏点に比例して強くなるためと考えられる。これらの
対策として本発明者らは、例えば特開昭60−1978
21号公報に、応力腐食割れ抵抗の優れたCr系ステン
レス鋼油井管の熱処理方法を開示している。そこでは焼
入の冷却速度制御と焼戻し温度の最適な組合せによる組
織制御で耐応力腐食割れ性の改善が可能であることが述
べられている。しかしながら、この方法では熱処理を焼
入れと焼戻しの二工程で行なわねばならず、コストの低
減を図る必要があった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は以上の様な実状から検討を重ねた結果から得ら
れたもので、上記フェライト系ステンレス鋼の成分を基
本成分とし、この成分中Cr、  C。
N三元素の相互の添加量を規制し、一度の熱処理にて均
一な針状フェライト組織をうろことにより、この鋼の優
れた耐食性をそのまま受は継いでしがも優れた応力腐食
割れ抵抗を付与しうる鋼の製造方法を提供することを目
的とする。
(問題点を解決するだめの手段) 本発明者らは先ず均一な組織を得るためにはオーステナ
イト単相を得る必要があり、とくにCr添加鋼の場合C
rはγループを作るので熱処理の際に大切なことはこの
Tループに入れる成分系とすることが大切となることに
注目した。
そこでCr添加量とC,N添加量変化、Ni添加、Mo
添加のTループの範囲に及ぼす影響について検討を行っ
た。
第1表に供試材成分及び加熱温度、冷却速度が異ったと
きの組m調査結果を示す。供試材は25kg溶解材を用
い、普通圧延を行ったものを用いた。
金属組織の判定は930℃加熱後加速冷却、空冷、及び
炉冷の3種の冷却を行い断面光学顕微鏡観察により実施
した。γループに及ぼすCr添加量とC3Nの関係につ
いて弐Cr%≧10×C(%)+3゜×N(%)+8を
満足させた場合、T単相の加熱が出来、組織が加速冷却
によりマルテンサイト単相、特に強制的に冷却しない空
冷以下の冷却速度や、炉冷ではフェライトと炭化物から
なる組織でアシキューラ−フェライト組織(AF)が得
られることが解った。なおこれらの成分系の場合はよほ
ど冷却を遅くしてもフェライトパーライト組織とはなら
ないことが解った。上記の式を満さない成分系の場合の
Mi織はα+T加熱域のためα部分のフェライトは冷却
後もそのまま残り、1部分が冷却速度によりマルテンサ
イト又はAFとなる混合組織となる。Ni及びMo添加
のγループに対する影響は添加量が少ないためにほとん
どないことも解った。
次に組織と応力腐食割れ性との関係を検討した。
第2表には第1表で用いた鋼について応力腐食割れ試験
結果を記入した。組織と応力腐食割れ特性が密接に関係
することが明らかとなった。即ち、Mi織がマルテンサ
イトとなる場合は予想通り応力腐食割れが起り、AF組
織の場合のみ応力腐食割れ抵抗が大きいことが解った。
またAF組織の場合に冷却速度によって降伏点の異った
グレードの綱が得られることが解った。
なお実験条件は降伏点についてはJISA2号引張試験
で実施し、応力腐食割れ評価については4点曲げ試験で
行った。曲げ負荷応力は降伏点の:25倍と:0倍、0
.85倍を負荷し、腐食液H,S飽和5%NaC1+ 
0.5%酢酸液中に14日間浸漬した後取出し割れ判定
を行う通常の手法を用いた。
試片及び治具について第1図、第2図に示した。
第1図において板厚方向の厚みt = 3 ***、試
片幅W=15ms、試片長さ!=115龍である。第2
図において1は3tの試片であり治具本体2は標点間隔
りを有し、該試片1はセラミック棒3により中央2点部
及び両端を支持され、中央部は止めナツトを介して進退
自由に設けられたネジ棒により押圧され曲げ応力σが与
えられている。なお各支点にはセラミック棒を使用して
いるのは浸漬液中で生じる治具と試片の電気化学的特性
の違いにより生じる電位を防ぐために使用している。な
お曲げ応力σと押込量δの関係式は次式で示される。
本発明は以上の新規な知見に基いてなされたものであっ
て成分Cr、  C及びNの三元素の相互の添加量を規
制して、オーステナイト均一加熱を実現し、マルテンサ
イトとしないAF&Il!1とすることにより、焼戻し
処理を省略してコストダウンを図り、耐応力腐食割れと
耐炭酸ガス腐食抵抗の優れたフェライト系ステンレス鋼
の製造を可能としたものである。
即ち本発明の要旨とするところは、重量%でC: 0.
25%以下 Si : 0.1〜0.5% 門n:o、2〜:0% Cr:9〜16.0% P:0.02%以下 S : 0.02%以下 AJ:0.01〜0.05% N:0.01〜0.25%を含み残部鉄及び不可避不純
物から成り、且つCr%≧l0Xc(%)+3oXI’
J (%)+8を満足させる組成の綱または上記鋼に更
に Ni:0.2〜2.5% Mo : 0.2〜:5% V : 0.02〜:5% Ti : 0.001〜0.2% Nb:0.02〜:5%を1種以上含む鋼をオーステナ
イト域910〜1020℃に加熱後空冷以下の冷却速度
にて冷却することを特徴とする耐応力腐食割れ性と耐炭
酸ガス腐食性の優れたフェライト系ステンレス鋼の製造
方法にある。
(作 用) 次に本発明が対象とする鋼における成分限定の理由にっ
て述べる。
CTCば鋼の強度増加に対して有効である。しかし添加
量を0.25%超とすると、焼入性を上昇させMn織を
マルテンサイトにし易(し、AF組H1iが出にくくな
る。したがってCは0.25%以下とする。
Si : Siは脱酸のために添加する。しかし添加量
が0.1%未満では効果がなく、添加量が0.5%超で
は脱酸の効果は充分となるが靭性が劣化する。
したがってSiは0.1〜0.5%とする。
Mn : Mnは靭性を向上させるために添加する。し
かし添加量が0.2%未満では靭性向上に効果がなく1
%を超えると焼入性を向上させる元素であるため組織を
マルテンサイトにし易くし、AFが出にくくなる。した
がって、Mnは0.2〜:0%とする。
Cr : CrはCOt腐食を低減させるに有効な元素
である。しかしながら本発明の対象にしているエネルギ
ー分野での使用の場合非常にシビアーな条件では添加量
が少いとその効果がない。下限値は腐食の低減効果の出
初める添加層で決る。添加量上限は効果がある範囲を超
えて添加しても添加した意味を持たない。したがってC
rの添加範囲は9〜16.0%とする。
FDPは鋼を脆化させる。しかし本発明鋼の場合組織が
焼戻しマルテンサイトとなる従来のものと異り、AF組
織とするためPが鋼を脆化させる程度は低い。したがっ
て通常レベルの0.02%以下としておけば脆化の心配
はない、したがってPは0.02%以下とする。
SO3も鋼を脆化させる。靭性を得るためには低い程良
いがコストがかかるため実質的に問題とならない含有上
限値は0.02%程度である。したがってSは0.02
%以下とする。
AZ : /Vは脱酸のために添加する。0.01%未
満では脱酸の効果がなく、0.05%超では脱酸効果は
十分となるが、鋼の清浄度を下げ靭性低下を起す。した
がってAI添加量は0.01〜0.05%とする。
NUNは13%Cr前後の鋼に於てはTループを広げる
効果があり組織をコントロールするために重要な働きを
する。しかし添加量が0.01%未満であるとTループ
を広げる効果がなく、0.01%以上を添加する必要が
ある。−力士限値は多い方が良いが通常のプロセスで容
易に添加し得る添加量は0.25%程度である。したが
ってNの添加量は0.01〜0.25%とする。
Ni、Mo 、 Nb、  V、 Ti :これらの元
素は任意に1種以上添加可能な元素である。組織をAF
にしたときの炭化物形成により強度上昇を図るために添
加する。それぞれの添加量下限未満では効果に乏しく、
上限を超えると巨大炭化物を形成するのでNi0.2〜
2.5%、 Mo0.2〜:5%、Vo、02〜1、5
%、 Ti O,001〜0.2%、NbO,02〜:
5%の範囲とする。なおこれらの元素は複合添加した場
合と単独添加した場合の差はないので必要に応じて1種
以上添加することができる。
Cr、  C,N添加量の関係式:均一なAF組織を得
るために加熱時にフェライトを含まないオーステナイト
状態にすることが必要である。実験の結果Cr%≧1O
xc(%)+30XN (%)+8を満足させる空冷以
下の冷却を行うと均一なAF4Jl織が得られることが
解った。
熱処理条件二本発明に於ては従来の熱処理と異りMi織
をAF組織とすることが大切である。したがって冷却速
度は空冷以下の速度にし、焼の入ったマルテンサイト組
織としないことが必要である。
本発明における空冷以下の冷却速度とは、炉内や空気中
での静置下の冷却速度である。AFにした場合には焼戻
しを省略することが可能で、しかも強度が得られ応力腐
食割れを起さない鋼が得られる。加熱温度はT均一にな
る温度910〜1020℃とするが、下限はαが混入し
ない温度、上限は1粒の粗大化が起りに(い範囲とする
必要性から決る。
以上述べたように本発明によれば降伏強度が135 k
si程度以下のエネルギー関連分野で使用される綱で応
力腐食割れと炭酸ガス腐食を起さないフェライト系ステ
ンレス鋼を1回の熱処理で1%ることが可能となる。
次に実施例により本発明を説明する。
(実施例) 第3表に示す化学成分を有する各鋼種について溶製後通
常圧延によって鋼板とし、各加熱温度で30分保持後冷
却速度を空冷にて冷却を行った。
冷却条件としては板厚により若干の違いはあるが本発明
の場合はあまり厳密に規制しなくとも空冷以下の冷速で
あれば一向に問題とならない。試験方法の詳細は先頭及
び引張試験、応力腐食割れ試験の中の常圧試験について
は先に述べた方法と同一であるので省略する。
高圧CO,+ll□S試験について補足すると、この試
験の目的は言うまでもなく、少しでも実際のラインパイ
プの使用条件をシミュレートした条件での割れを調べる
ために行う、即ち常圧では酢酸を用いた試験液で液のp
t+を酸性にして腐食を起り易くしているために酢酸と
鋼の組み合せによっては実際の高圧の環境を再現しない
場合もあり得るためである。試験片サイズ、応力負荷方
法、浸漬液の塩濃度、浸漬期間については全く常圧の方
法と同一である。試験は応力負荷方法具ごとオートクレ
ーブ中に入れ、密閉後、まず11□Sを10atm、次
にCO,をlQatm導入し、腐食環境とした。ガス添
加後浸漬液にガスが吸収され降圧するのでその場合は適
時ガスを再添加して試験を続行した。
第4表に応力腐食割れ試験結果を示した。本発明で製造
された鋼は全く割れを発生せず、腐食減量も少いことが
解る。
(発明の効果) 上述のように、本発明によれば降伏強度が135ksi
 (94,5kg/ amり程度以下のエネルギー分野
で使用される鋼に於て、耐応力腐食割れ性に優れしかも
耐応力腐食割に優れた鋼を低コストで製造可能となり、
産業上有効な効果がもたらされるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は4点曲げ試片の寸法図、第2図は第1図に示し
た試片の曲げ状態を示した断面図である。 l・・・試験片、2・・・治具、3・・・セラミック棒
、4・・・支持台、5・・・押込み棒。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%でC:0.25%以下 Si:0.1〜0.5% Mn:0.2〜1.0% Cr:9〜16.0% P:0.02%以下 S:0.02%以下 Al:0.01〜0.05% N:0.01〜0.25% を含み残部鉄及び不可避不純物から成り、且つCr%≧
    10×C(%)+30×N(%)+8を満足させる組成
    の鋼をオーステナイト域910〜1020℃に加熱後空
    冷以下の冷却速度にて冷却することを特徴とする耐応力
    腐食割れ性と耐炭酸ガス腐食性の優れたフェライト系ス
    テンレス鋼の製造方法。
  2. (2)重量%でC:0.25%以下 Si:0.1〜0.5% Mn:0.2〜1.0% Cr:9〜16.0% P:0.02%以下 S:0.02%以下 Al:0.01〜0.05% N:0.01〜0.25% を含有するとともに更に Ni:0.2〜2.5% Mo:0.2〜1.5% V:0.02〜1.5% Ti:0.001〜0.2% Nb:0.02〜1.5%を1種以 上含み残部鉄及び不可避不純物から成り、且つCr%≧
    10×C(%)+30×N(%)+8を満足させる組成
    の鋼をオーステナイト域910〜1020℃に加熱後空
    冷以下の冷却速度にて冷却することを特徴とする耐応力
    腐食割れ性と耐炭酸ガス腐食性の優れたフェライト系ス
    テンレス鋼の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10143390B4 (de) * 2001-09-04 2014-12-24 Stahlwerk Ergste Westig Gmbh Kaltverformbarer korrosionsbeständiger Chromstahl
CN109321829A (zh) * 2018-11-06 2019-02-12 鞍钢股份有限公司 一种屈服强度900MPa级不锈钢板及制造方法

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CN109321829A (zh) * 2018-11-06 2019-02-12 鞍钢股份有限公司 一种屈服强度900MPa级不锈钢板及制造方法

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