JPWO2010082395A1

JPWO2010082395A1 - 二相ステンレス鋼管の製造方法

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Publication number: JPWO2010082395A1
Application number: JP2009546607A
Authority: JP
Inventors: 均諏訪部; 敏秀小野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2029-11-02
Also published as: JP4462454B1

Abstract

質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．１〜４％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：３〜１０％、Ｍｏ：０〜６％、Ｗ：０〜６％、Ｃｕ：０〜３％、Ｎ：０．１５〜０．６０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼材を、熱間加工によりあるいはさらに固溶化熱処理することにより冷間加工用素管を作製した後、冷間圧延によって二相ステンレス鋼管を製造する方法であって、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄが１０〜８０％の範囲内であってかつ下記（１）式を満足する条件で冷間圧延することを特徴とする、７５８．３〜９６５．２ＭＰａの最低降伏強度を有する二相ステンレス鋼管の製造方法。Ｒｄ＝ｅｘｐ［｛ｌｎ（ＭＹＳ）−ｌｎ（１４．５×Ｃｒ＋４８．３×Ｍｏ＋２０．７×Ｗ＋６．９×Ｎ）｝／０．１９５］・・・（１）但し、式中のＲｄおよびＭＹＳはそれぞれ断面減少率での加工度（％）および目標降伏強度（ＭＰａ）を意味し、そして、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。

Description

本発明は、炭酸ガス腐食環境や応力腐食環境においても優れた耐食性を発揮するとともに高い強度をも兼ね備えた二相ステンレス鋼管の製造方法に関する。本発明によって製造される二相ステンレス鋼管は、例えば油井やガス井（以下、合わせて、「油井」と称する。）に使用することができる。

深井戸や湿潤な炭酸ガス（ＣＯ_２），硫化水素（Ｈ_２Ｓ），塩素イオン（Ｃｌ⁻）等の腐食性物質を含む過酷な腐食環境の油井には、油井管として、２２Ｃｒ鋼や２５Ｃｒ鋼のように、Ｃｒ含有量の大きいオーステナイト・フェライト系の二相ステンレス鋼管が使用されている。

これらのオーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼は、製造の際に通常に施される溶体化処理のままでは、引張強さ（ＴＳ）が８０kgf/mm² （７８５MPa）で降伏強度（0.2％耐力）も６０kgf/mm² （５８８MPa）級の引張強度を得るのが精々である。この問題点を踏まえて、特許文献１には、０．１〜０．３％のＮを含有する二相ステンレス鋼管を、断面減少率で５〜５０％の冷間加工を付与した後、１００〜３５０℃の温度で３０分以上加熱して高強度二相ステンレス鋼管を得る方法が提案されている。そこでは、冷間加工による加工硬化に加えて時効処理を組み合わせることにより、高強度を有する二相ステンレス鋼管が得られるとされている。

しかしながら、近年、油井は深井戸化する傾向が著しく、従来よりも過酷な環境での使用を目的として、特に110〜140ｋｓｉグレード（最低降伏強度が758.3〜965.2ＭＰａ）と高強度であって、かつ規格に規定された種々の強度レベルを満足する二相ステンレス鋼管を製造することが求められる。そして、そのためには、特許文献１のように、単にＮ含有量のみを考慮するだけでは足らず、他の組成元素の含有量も考慮する必要があるし、加えて冷間加工度もより厳格に管理する必要がある。また、特許文献１で開示された製造方法では、時効処理の工程が増加することで、生産効率の低下やコスト増大の問題がある。

また、特許文献２には、高耐食性および高強度化を図ることを目的として、Ｃｕを含有する二相ステンレス鋼材に断面減少率３５％以上の冷間加工を施した後、加熱、急冷後温間加工を施すことが開示されている。そして、その中で、従来例としてＣｕを含有する二相ステンレス鋼線材の固溶化熱処理後に加工量が２５〜７０％の断面減少率で冷間加工を施すことで引張り強さが１１０〜１４０kgf/mm²と高強度の線材が得られたデータが開示されている。しかし、ここでは、単に冷間加工で引張強度が上昇することが開示されているだけであって、しかも開示されたデータは管でなく線材に係るものであるから、油井管としての材料設計に重要な降伏強度がどの程度であるかは不明である。

さらに、特許文献３には、鍛造による低加工度の冷間加工で高強度化できることが記載されている。しかしながら、そこには、溶体化処理された二相ステンレス鋼の素材に回転を付与しながら長手方向全域に亘って、順次0.5〜1.6％程度の冷間加工率で鍛造して強度を向上させる方法が開示されているにすぎない。

特開平２−２９０９２０号公報特開平７−２０７３３７号公報特開平５−２７７６１１号公報

このように、上記の文献のいずれにも、冷間加工により高強度とすることができることは開示されている。しかしながら、二相ステンレス鋼管の組成を考慮した冷間加工による高強度化についての具体的な検討はされておらず、目標とする強度、特に降伏強度を得るための適切な成分設計や冷間加工条件については、いずれも、なんら示唆するところがない。

本発明は、このような状況に鑑み、深井戸や過酷な腐食環境で使用される油井管に要求される耐食性だけでなく、目標とする強度をも兼ね備えた二相ステンレス鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するために、種々の化学組成を有する二相ステンレス鋼材について、最終の冷間圧延での加工度を種々に変化させて二相ステンレス鋼管を製造し、その引張強度を確認する実験を行った結果、次の(a)〜(h)に示す知見を得た。

(a) 深井戸や過酷な腐食環境で油井に使用される二相ステンレス鋼管には、耐食性が要求される。しかしながら、Ｃ含有量が多いと熱処理や溶接時などの熱影響により炭化物の析出が過剰となりやすく、鋼の耐食性および加工性の観点からすると、耐食性の観点からはＣ含有量を下げる必要がある。

(b) Ｃ含有量を下げると、そのままでは強度が不足することになるが、二相ステンレス鋼材を熱間加工あるいはさらに固溶化熱処理によって作製された素管は、その後の冷間圧延により、その強度を向上させることができる。ただし、その際の加工度Ｒｄが断面減少率で３５％を超えると、高強度を有するが、加工硬化が発生するため延性や靱性が低下する。また、その際の加工度が断面減少率で１０％を下回ると所望の高強度を得ることができない。したがって、冷間圧延の際の加工度は断面減少率で１０〜８０％とする必要がある。

(c) そして、冷間圧延を行う際の加工度Ｒｄが断面減少率で１０〜８０％の範囲においては、二相ステンレス鋼管では、最終の冷間圧延での加工度Ｒｄが大きいほど高い降伏強度ＹＳを得られ、その加工度Ｒｄと降伏強度ＹＳが直線関係で表されることが分かった。

なお、二相ステンレス鋼管の強度にはＣｒ含有量の影響が大きく、高Ｃｒ材ほどより高強度の二相ステンレス鋼管を得ることができることも分かった。さらに、Ｍｏ含有量、Ｗ含有量およびＮ含有量の影響も大きく、Ｍｏ、ＷやＮを含有させることでより高強度な二相ステンレス鋼管を得ることができることも分かった。

図１は、後述する実施例において用いた種々の化学組成を有する二相ステンレス鋼管について、断面減少率での加工度Ｒｄ（％）と引張試験で得られた降伏強度ＹＳ（ＭＰａ）とをプロットしたものである。断面減少率での加工度Ｒｄと降伏強度ＹＳとの間に相関関係があることが示されている。そして、Ｃｒ含有量やＷ含有量が高いほど、より高強度の二相ステンレス鋼管が得ることができることが分かる。

(d) 次に、本発明者らは、二相ステンレス鋼管の降伏強度が、冷間圧延を行う際の加工度Ｒｄと二相ステンレス鋼管の化学組成に依存するのであれば、この二相ステンレス鋼管の目標とする降伏強度を得るために、管加工条件に関連づけた適切な成分設計手法を確立することが可能となると考えた。すなわち、この二相ステンレス鋼管の目標とする降伏強度を得るために、二相ステンレス鋼管の化学組成による微調整でなく、冷間圧延を行う際の加工度Ｒｄによる微調整が可能となる。そして、強度レベル毎に合金組成を変更して多種類の二相ステンレス鋼を溶製する必要がなくなり、したがって、材料ビレットの在庫を抑制することができる。

このように、管加工条件に関連づけた適切な成分設計手法が確立できれば、目標とする強度を有する二相ステンレス鋼管を得るために、素材の合金組成をその都度変化させなくても、素材の合金組成を考慮して求められる目標とする冷間圧延条件、すなわち、目標とする加工度Ｒｄまたはそれ以上の加工度でもって冷間圧延すればよい。

(e)このような着想の下で、二相ステンレス鋼管の降伏強度と冷間圧延を行う際の加工度Ｒｄと二相ステンレス鋼管の化学組成との間の相関関係について、鋭意検討と実験を重ねた。その結果、二相ステンレス鋼管は、冷間圧延を行う際の加工度Ｒｄが断面減少率で１０〜８０％の範囲においては、降伏強度ＹＳ（ＭＰａ）は、冷間圧延を行う際の加工度Ｒｄと、二相ステンレス鋼管の化学組成のうちのＣｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮの各成分の含有量に基づいて、次の（２）式に基づいて計算することができることを知見した。
ＹＳ＝(14.5×Ｃｒ＋48.3×Ｍｏ＋20.7×Ｗ＋6.9×Ｎ)×(Ｒｄ)^{０．１９５}・・・・（２）
但し、式中のＹＳおよびＲｄはそれぞれ降伏強度（ＭＰａ）および断面減少率での加工度（％）を意味し、そして、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。

なお、冷間加工方法として、一般には、抽伸機を用いたダイスとプラグによる冷間引抜加工、そして、ピルガーミルを用いたロールダイスとマンドレルによる冷間圧延があげられる。しかしながら、本発明者らは、同じ断面減少率で求まる加工度であっても、本発明の冷間圧延で得られた管の強度よりも冷間引抜加工で得られる管の強度の方が高くなることと、冷間引抜加工での加工度Ｒｄと降伏強度ＹＳ（ＭＰａ）との関係は上記（２）式が当てはまらないことを知見した。そのため、本発明では、冷間圧延工程を経て高合金管を製造する方法に限定した。

図２は、後述する実施例において用いた種々の二相ステンレス鋼管について、化学組成とその断面減少率での加工度Ｒｄ（％）を上記（２）式の右辺に代入して得られた値をＸ軸にとり、そして、実際に引張試験で得られた降伏強度ＹＳ（ＭＰａ）をＹ軸にとって、プロットしたものである。二相ステンレス鋼管であれば、（２）式によって、その化学組成とその断面減少率での加工度Ｒｄ（％）から降伏強度を精度良く求めることでできることが示されている。

(f) したがって、目標とする強度を有する二相ステンレス鋼管を得るためには、素材の合金成分、すなわち、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮの含有量で発現される降伏強度を除いた分を冷間圧延によって発現すればよいことになる。そして、目標とする降伏強度ＭＹＳ（110〜140ksiグレード（最低降伏強度が758.3〜965.2MPa））を得るには、二相ステンレス鋼管の化学組成を選定した後、上記（２）式から得られる加工度Ｒｄ（％）またはそれ以上の加工度でもって最終の冷間圧延をすればよい。したがって、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄが１０〜８０％の範囲内であってかつ下記（１）式を満足する条件で冷間圧延すればよいことになる。
Ｒｄ＝exp[{ln(ＭＹＳ)−ln(14.5×Ｃｒ＋48.3×Ｍｏ＋20.7×Ｗ＋6.9×Ｎ)}／0.195]
・・・（１）
但し、式中のＲｄおよびＭＹＳはそれぞれ断面減少率での加工度（％）および目標降伏強度（ＭＰａ）を意味し、そして、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。

(g) なお、より高強度の二相ステンレス鋼管、すなわち、目標とする降伏強度ＭＹＳ（125〜140ksiグレード（最低降伏強度が861.8〜965.2MPa））の高合金管を得るためには、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄを特に２５〜８０％の範囲内と規定するか、又は、二相ステンレス鋼中のＭｏ含有量を２〜４質量％、Ｗ含有量を１．５〜６質量％と高めればよいことも知見した。さらに、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄを２５〜８０％の範囲内とし、かつ、二相ステンレス鋼中のＭｏ含有量を２〜４質量％、Ｗ含有量を１．５〜６質量％と高めた時は、目的とする降伏強度がより高強度の140ksiグレード（最低降伏強度が965.2ＭＰａ）の二相ステンレス鋼管を製造することができることも知見した。

(h) このように、二相ステンレス鋼管について、過度に合金成分を添加することもなく、冷間加工条件を選択することによって目標とする降伏強度を得ることができる。よって、材料コストの低減を図ることができる。さらに、素材の合金組成に合わせて冷間加工条件を選択することで目標とする強度を有する二相ステンレス鋼管を得ることができるため、強度レベル毎に合金組成を変更して多種類の二相ステンレス鋼を溶製する必要がなくなる。したがって、材料ビレットの在庫を抑制することができる。

本発明はこのような新たな知見のもとに完成したものであり、その要旨は次の(1)〜(4)に示すとおりである。

(1) 質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．１〜４％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：３〜１０％、Ｍｏ：０〜６％、Ｗ：０〜６％、Ｃｕ：０〜３％、Ｎ：０．１５〜０．６０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼材を、熱間加工によりあるいはさらに固溶化熱処理することにより冷間加工用素管を作製した後、冷間圧延によって二相ステンレス鋼管を製造する方法であって、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄが１０〜８０％の範囲内であってかつ下記（１）式を満足する条件で冷間圧延することを特徴とする、758.3〜965.2ＭＰａの最低降伏強度を有する二相ステンレス鋼管の製造方法。
Ｒｄ＝exp[{ln(ＭＹＳ)−ln(14.5×Ｃｒ＋48.3×Ｍｏ＋20.7×Ｗ＋6.9×Ｎ)}／0.195]
・・・（１）
但し、式中のＲｄおよびＭＹＳはそれぞれ断面減少率での加工度（％）および目標降伏強度（ＭＰａ）を意味し、そして、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。

(2) 質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．１〜４％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：３〜１０％、Ｍｏ：０〜６％、Ｗ：０〜６％、Ｃｕ：０〜３％、Ｎ：０．１５〜０．６０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼材を、熱間加工によりあるいはさらに固溶化熱処理することにより冷間加工用素管を作製した後、冷間圧延によって二相ステンレス鋼管を製造する方法であって、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄが２５〜８０％の範囲内であってかつ下記（１）式を満足する条件で冷間圧延することを特徴とする、861.8〜965.2ＭＰａの最低降伏強度を有する二相ステンレス鋼管の製造方法。
Ｒｄ＝exp[{ln(ＭＹＳ)−ln(14.5×Ｃｒ＋48.3×Ｍｏ＋20.7×Ｗ＋6.9×Ｎ)}／0.195]
・・・（１）
但し、式中のＲｄおよびＭＹＳはそれぞれ断面減少率での加工度（％）および目標降伏強度（ＭＰａ）を意味し、そして、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。

(3) 質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．１〜４％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：３〜１０％、Ｍｏ：２〜６％、Ｗ：１．５〜６％、Ｃｕ：０〜３％、Ｎ：０．１５〜０．６０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼材を、熱間加工によりあるいはさらに固溶化熱処理することにより冷間加工用素管を作製した後、冷間圧延によって二相ステンレス鋼管を製造する方法であって、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄが１０〜８０％の範囲内であってかつ下記（１）式を満足する条件で冷間圧延することを特徴とする、861.8〜965.2ＭＰａの最低降伏強度を有する二相ステンレス鋼管の製造方法。
Ｒｄ＝exp[{ln(ＭＹＳ)−ln(14.5×Ｃｒ＋48.3×Ｍｏ＋20.7×Ｗ＋6.9×Ｎ)}／0.195]
・・・（１）
但し、式中のＲｄおよびＭＹＳはそれぞれ断面減少率での加工度（％）および目標降伏強度（ＭＰａ）を意味し、そして、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。

(4) 質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．１〜４％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：３〜１０％、Ｍｏ：２〜６％、Ｗ：１．５〜６％、Ｃｕ：０〜３％、Ｎ：０．１５〜０．６０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼材を、熱間加工によりあるいはさらに固溶化熱処理することにより冷間加工用素管を作製した後、冷間圧延によって二相ステンレス鋼管を製造する方法であって、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄが２５〜８０％の範囲内であってかつ下記（１）式を満足する条件で冷間圧延することを特徴とする、965.2ＭＰａの最低降伏強度を有する二相ステンレス鋼管の製造方法。
Ｒｄ＝exp[{ln(ＭＹＳ)−ln(14.5×Ｃｒ＋48.3×Ｍｏ＋20.7×Ｗ＋6.9×Ｎ)}／0.195]
・・・（１）
但し、式中のＲｄおよびＭＹＳはそれぞれ断面減少率での加工度（％）および目標降伏強度（ＭＰａ）を意味し、そして、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。

なお、本発明に用いる二相ステンレス鋼材の化学組成において、残部としての「Ｆｅおよび不純物」における「不純物」とは、二相ステンレス鋼管を工業的に製造する際に、鉱石あるいはスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを指す。

本発明によれば、深井戸や過酷な腐食環境で使用される油井管に要求される耐食性だけでなく、目標とする強度をも兼ね備えた二相ステンレス鋼管を、過度に合金成分を添加することもなく、冷間加工条件を選択することによって製造することができる。

二相ステンレス鋼管について、断面減少率での加工度Ｒｄ（％）と引張試験で得られた降伏強度ＹＳ（ＭＰａ）とをプロットしたものである。二相ステンレス鋼管について、その化学組成と断面減少率での加工度Ｒｄ（％）を上記（２）式の右辺に代入して得られた値をＸ軸にとり、そして、引張試験で得られた降伏強度ＹＳ（ＭＰａ）をＹ軸にとって、プロットしたものである。

次に、本発明に係る二相ステンレス鋼管の製造方法において用いる二相ステンレス鋼材の化学組成の限定理由について述べる。なお、各元素の含有量の「％」は「質量％」を表す。

Ｃ：０．０３％以下
Ｃは、オーステナイト相を安定させて強度を向上させる効果とともに、熱処理における昇温時に炭化物を析出させて微細組織を得る効果を有する元素である。しかし、その含有量が０．０３％を超えると、熱処理や溶接時などの熱影響により炭化物の析出が過剰となり、鋼の耐食性および加工性を劣化させる。そのため、その上限を０．０３％とした。好ましい上限は０．０２％である。

Ｓｉ：１％以下
Ｓｉは、脱酸剤として有効な元素であり、また、熱処理における昇温時に金属間化合物を析出させて微細組織を得る効果を有する元素でもあるから、必要に応じて含有させることができる。これらの効果は０．０５％以上の含有量で得られる。しかしながら、その含有量が１％を超えると熱処理や溶接時の熱影響により金属間化合物の析出が過剰となり、鋼の耐食性および加工性を劣化させるので、Ｓｉ含有量は１％以下とした。好ましい範囲は、０．７％以下である。

Ｍｎ：０．１〜４％
Ｍｎは、上記のＳｉと同様に、脱酸剤として有効な元素であるとともに、鋼中に不可避的に含有されるＳを硫化物として固定し熱間加工性を改善する。その効果は０．１％以上の含有量で得られる。しかし、その含有量が４％を超えると熱間加工性が低下するだけでなく、耐食性に悪影響を及ぼす。このため、Ｍｎ含有量は０．１〜４％とした。好ましい範囲は、０．１〜２％、より好ましい範囲は、０．３〜１．５％である。

Ｃｒ：２０〜３５％
Ｃｒは、耐食性を維持し強度を向上するために有効な基本成分である。これらの効果を得るためには、その含有量を２０％以上とする必要がある。しかし、Ｃｒの含有量が３５％を超えると、σ相が析出し易くなり耐食性と靭性がともに劣化する。従って、Ｃｒ含有量は２０〜３５％とした。より高強度を得るためには、好ましくは２３％以上である。また、靱性の観点からは、好ましくは２８％以下である。

Ｎｉ：３〜１０％
Ｎｉは、オーステナイト相を安定させ、二相組織を得るために含有される元素である。その含有量が３％未満の場合は、フェライト相が主体となって二相組織が得られない。一方、１０％を超えると、オーステナイト主体となり二相組織が得られないこと、また、Ｎｉが高価な元素であるために経済性も損なわれることから、Ｎｉ含有量は３〜１０％とした。上限は８％とするのが好ましい。

Ｍｏ：０〜６％（無添加も含む）
Ｍｏは、耐孔食性および耐隙間腐食性を向上させるとともに固溶強化により強度を向上させる元素であるので、必要に応じて含有させることができる。この効果を得たい場合には、０．５％以上含有させるのが好ましい。一方、過剰に含有させるとσ相が析出し易くなり靭性が劣化する。そのため、Ｍｏ含有量は０．５〜６％とするのが好ましい。より高強度の二相ステンレス鋼管を得たい場合には、Ｍｏ含有量を２〜６％とするのが、より好ましく、組織と靱性をさらに安定させたい場合には２〜４％とするのがさらに好ましい。

Ｗ：０〜６％（無添加も含む）
Ｗは、Ｍｏと同様に、耐孔食性および耐隙間腐食性を向上させるとともに固溶強化により強度を向上させる元素であるので、必要に応じて含有させることができる。この効果を得たい場合には、０．５％以上含有させるのが好ましい。一方、過剰に含有させるとσ相が析出し易くなり靭性が劣化する。そのため、Ｗ含有量は０．５〜６％とするのが好ましい。より高強度の二相ステンレス鋼管を得たい場合は、Ｗ含有量を１．５〜６％とするのがさらに好ましい。

ここで、上述したとおり、ＭｏとＷは必ずしも含有させなくてもよいが、いずれか一方又は両方を含有させることができる。ＭｏとＷのいずれか一方を含有させる場合のＭｏとＷの好ましい含有量およびさらに好ましい含有量は、上述したとおりである。そして、ＭｏとＷの両方を含有させる場合には、Ｍｏ含有量を０．５〜６％かつＷ含有量を０．５〜６％とするのが好ましい。より高強度の二相ステンレス鋼管を得たい場合は、Ｍｏ含有量を２〜６％かつＷ含有量を１．５〜６％とするのがさらに好ましい。

Ｃｕ：０〜３％（無添加も含む）
Ｃｕは、耐食性および粒界腐食抵抗を改善する元素であり、必要に応じて含有させることができる。この効果を得たい場合には、０．１％以上含有させるのが好ましく、０．３％以上含有させるのがさらに好ましい。しかし、含有量が３％を超えるとその効果は飽和し、逆に熱間加工性および靱性が低下する。このため、Ｃｕを含有させる場合には、その含有量は０．１〜３％とするのが好ましい。より好ましくは０．３〜２％である。

Ｎ：０．１５〜０．６０％
Ｎは、オーステナイトの安定性を高めるとともに、二相ステンレス鋼の耐孔食性および耐隙間腐食性を高める元素である。また、Ｃと同等にオーステナイト相を安定させて強度を向上させる効果を有するため高強度を得る本発明にあっては重要な元素である。その含有量が０．１５％未満では十分な効果が得られない。一方、０．６０％を超えると靭性および熱間加工性を劣化させるため、その含有量を０．１５〜０．６０％とした。より高強度を得るには下限を０．１７％超えとするのが好ましい。また、上限は０．３５％とするのが好ましい。さらに好ましい含有量は０．２０〜０．３０％である。

さらに、不純物として含有される、Ｐ，Ｓ，Ｏは下記の理由により、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｏ：０．０１０％以下に制限するのが好ましい。

Ｐ：０．０４％以下
Ｐは、不純物として含有されるが、その含有量が０．０４％を超えると熱間加工性を低下させ、また耐食性および靱性をも低下させる。従って、上限を０．０４％とするのが好ましい。

Ｓ：０．０３％以下
Ｓは、上記のＰと同様に、不純物として含有されるが、その含有量が０．０３％を超えると熱間加工性が著しく低下するだけでなく、硫化物は、孔食の発生起点となり耐孔食性を損なう。このため、その上限値を０．０３％とするのが好ましい。

Ｏ：０．０１０％以下
本発明ではＮを０．１５〜０．３５％と多量に含有させるため、熱間加工性が劣化し易い。そのため、Ｏ含有量は０．０１０％以下とするのが好ましい。

本発明に係る二相ステンレス鋼は、上記の元素の他に、さらにＣａ、Ｍｇおよび希土類元素（ＲＥＭ）のうちの１種または２種以上を含有してもよい。これらの元素の含有させてもよい理由とそのときの含有量は、次の通りである。

Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下および希土類元素（ＲＥＭ）：０．２％以下の１種または２種以上
これらの成分は、必要に応じて含有させることができる。いずれも、含有させれば、熱間加工性を阻害するＳを硫化物として固着し、熱間加工性を向上させる効果がある。しかしながら、ＣａおよびＭｇについてはいずれも０．０１％を超えると、そして、ＲＥＭについては０．２％を超えると、粗大な酸化物が生成し、かえって熱間加工性の低下を招く。したがって、これらを含有させる場合には、それぞれの上限は、ＣａおよびＭｇについては０．０１％、そして、ＲＥＭについては０．２％とする。なお、この熱間加工性の向上効果を確実に発現させるためには、ＣａおよびＭｇについては０．０００５％以上、そして、ＲＥＭについては０．００１％以上、含有させるのが好ましい。なお、ＲＥＭとは、ランタノイドの１５元素にＹおよびＳｃを合わせた１７元素の総称であり、これらの元素のうちの１種又は２種以上を含有させることができる。なお、ＲＥＭの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。

本発明の二相ステンレス鋼管は、上記の必須元素あるいはさらに上記の任意元素を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるものであり、通常商業的な生産に用いられている製造設備および製造方法によって製造することができる。例えば、二相ステンレス鋼の溶製は、電気炉、Ａｒ−Ｏ_２混合ガス底吹き脱炭炉（ＡＯＤ炉）や真空脱炭炉（ＶＯＤ炉）などを利用することができる。溶製された溶湯は、インゴットに鋳造してもよいし、連続鋳造法で棒状のビレットなどに鋳造してもよい。これらのビレットを用いて、ユジーンセジュルネ法などの押し出し製管法またはマンネスマン製管法などの熱間加工によって、二相ステンレス鋼の冷間加工用素管を製造することができる。そして、熱間加工後の素管は、冷間圧延により所望の強度を有する製品管とする。

また、本発明では、最終の冷間加工の際の加工度を規定しており、熱間加工で得た冷間加工用素管を、必要により固溶化熱処理を行った後、管表面のスケール除去のデスケーリングを行い、１回の冷間加工で所望の強度を有する二相ステンレス鋼管を製造してもよい。あるいは、最終の冷間加工の前に１回または複数回の途中の冷間加工を行って固溶化熱処理を行い、デスケーリング後に最終の冷間圧延を行ってもよい。途中に冷間加工を行うことで、最終の冷間圧延での加工度を調整しやすいと同時に、熱間加工のままで冷間加工を行う場合と比べて、最終の冷間加工でより精度の高い管寸法を有する管を得ることができる。

まず、表１に示す化学組成を有する二相ステンレス鋼を、電気炉で溶解し、目標の化学組成にほぼ成分調整した後、ＡＯＤ炉を用いて脱炭および脱硫処理を行う方法で溶製した。得られた溶湯は、重さ１５００ｋｇ、直径５００ｍｍのインゴットに鋳造した。そして、長さ１０００ｍｍに切断して押し出し製管用ビレットを得た。次に、このビレットを用いてユジーンセジュルネ法による熱間押出製管法で冷間加工用素管に成形した。

得られた冷間加工用素管を途中の冷間加工をした後、１０５０〜１１２０℃で２分以上保持後に水冷する条件の溶体化熱処理を施した。その後、さらに、断面減少率での加工度Ｒｄ（％）を表２に示すとおり、種々変更して、ピルガーミルを用いた冷間圧延による最終の冷間加工を行って、二相ステンレス鋼管を得た。なお、冷間圧延を行う前には、管に対してショットブラストを行い、表面のスケールを除去しておいた。最終冷間加工の前後の管寸法（外径ｍｍ×肉厚ｍｍ）を表２に示す。

その後、得られた二相ステンレス鋼管から、管軸方向の弧状引張試験片を採取し、引張試験を行った。その結果の実測値を、引張試験での降伏強度（０．２％耐力）ＹＳ（Ｍｐａ）および引張強度ＴＳ（ＭＰａ）を、（２）式の右辺の数値とともに表２に示す。

表２に示すように、合金組成および冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄを適切に選ぶことで、目標強度として、最低降伏強度が758.3〜965.2ＭＰａ（110〜140ｋｓｉグレード）の高強度の高合金管を製造することができる。さらに、加工度Ｒｄを２５〜８０％の範囲内とすることによって、または二相ステンレス鋼中のＭｏ含有量を２〜４％、Ｗ含有量を１．５〜６％と高めることによって、さらに高強度の二相ステンレス鋼管を製造することができる。

以上のとおりであるから、本発明によれば、深井戸や過酷な腐食環境で使用される油井管に要求される耐食性だけでなく、目標とする強度をも兼ね備えた二相ステンレス鋼管を、過度に合金成分を添加することもなく、冷間加工条件を選択することによって製造することができる。

Claims

質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．１〜４％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：３〜１０％、Ｍｏ：０〜６％、Ｗ：０〜６％、Ｃｕ：０〜３％、Ｎ：０．１５〜０．６０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼材を、熱間加工によりあるいはさらに固溶化熱処理することにより冷間加工用素管を作製した後、冷間圧延によって二相ステンレス鋼管を製造する方法であって、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄが１０〜８０％の範囲内であってかつ下記（１）式を満足する条件で冷間圧延することを特徴とする、758.3〜965.2ＭＰａの最低降伏強度を有する二相ステンレス鋼管の製造方法。
Ｒｄ＝exp[{ln(ＭＹＳ)−ln(14.5×Ｃｒ＋48.3×Ｍｏ＋20.7×Ｗ＋6.9×Ｎ)}／0.195]
・・・（１）
但し、式中のＲｄおよびＭＹＳはそれぞれ断面減少率での加工度（％）および目標降伏強度（ＭＰａ）を意味し、そして、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。
質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．１〜４％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：３〜１０％、Ｍｏ：０〜６％、Ｗ：０〜６％、Ｃｕ：０〜３％、Ｎ：０．１５〜０．６０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼材を、熱間加工によりあるいはさらに固溶化熱処理することにより冷間加工用素管を作製した後、冷間圧延によって二相ステンレス鋼管を製造する方法であって、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄが２５〜８０％の範囲内であってかつ下記（１）式を満足する条件で冷間圧延することを特徴とする、861.8〜965.2ＭＰａの最低降伏強度を有する二相ステンレス鋼管の製造方法。
Ｒｄ＝exp[{ln(ＭＹＳ)−ln(14.5×Ｃｒ＋48.3×Ｍｏ＋20.7×Ｗ＋6.9×Ｎ)}／0.195]
・・・（１）
但し、式中のＲｄおよびＭＹＳはそれぞれ断面減少率での加工度（％）および目標降伏強度（ＭＰａ）を意味し、そして、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。
質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．１〜４％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：３〜１０％、Ｍｏ：２〜６％、Ｗ：１．５〜６％、Ｃｕ：０〜３％、Ｎ：０．１５〜０．６０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼材を、熱間加工によりあるいはさらに固溶化熱処理することにより冷間加工用素管を作製した後、冷間圧延によって二相ステンレス鋼管を製造する方法であって、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄが１０〜８０％の範囲内であってかつ下記（１）式を満足する条件で冷間圧延することを特徴とする、861.8〜965.2ＭＰａの最低降伏強度を有する二相ステンレス鋼管の製造方法。
Ｒｄ＝exp[{ln(ＭＹＳ)−ln(14.5×Ｃｒ＋48.3×Ｍｏ＋20.7×Ｗ＋6.9×Ｎ)}／0.195]
・・・（１）
但し、式中のＲｄおよびＭＹＳはそれぞれ断面減少率での加工度（％）および目標降伏強度（ＭＰａ）を意味し、そして、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。
質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．１〜４％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：３〜１０％、Ｍｏ：２〜６％、Ｗ：１．５〜６％、Ｃｕ：０〜３％、Ｎ：０．１５〜０．６０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼材を、熱間加工によりあるいはさらに固溶化熱処理することにより冷間加工用素管を作製した後、冷間圧延によって二相ステンレス鋼管を製造する方法であって、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄが２５〜８０％の範囲内であってかつ下記（１）式を満足する条件で冷間圧延することを特徴とする、965.2ＭＰａの最低降伏強度を有する二相ステンレス鋼管の製造方法。
Ｒｄ＝exp[{ln(ＭＹＳ)−ln(14.5×Ｃｒ＋48.3×Ｍｏ＋20.7×Ｗ＋6.9×Ｎ)}／0.195]
・・・（１）
但し、式中のＲｄおよびＭＹＳはそれぞれ断面減少率での加工度（％）および目標降伏強度（ＭＰａ）を意味し、そして、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。