JPWO2018181404A1 - Martensitic stainless steel - Google Patents

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Abstract

マルテンサイトステンレス鋼材は、質量%で、C:0.030%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、P:0.030%以下、S:0.005%以下、Al:0.0010〜0.0100%、N:0.0500%以下、Ni:5.00〜6.50%、Cr:10.00〜13.40%、Cu:1.80〜3.50%、Mo:1.00〜4.00%、V:0.01〜1.00%、Ti:0.050〜0.300%、Co:0.300%以下、を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)及び式(2)を満たす化学組成と、724〜860MPaの降伏強度と、体積率で80%以上のマルテンサイトを有する組織とを備える。組織中の各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさは5.0μm2以下であり、かつ、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率は3.0%以下である。11.5≦Cr+2Mo+2Cu−1.5Ni≦14.3 (1)Ti/C≧7.5 (2)The martensitic stainless steel material is, by mass%, C: 0.030% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 1.00% or less, P: 0.030% or less, S: 0.005% or less, Al: 0.0010 to 0.0100%, N: 0.0500% or less, Ni: 5.00 to 6.50%, Cr: 10.00 to 13.40%, Cu: 1.80 to 3.50 %, Mo: 1.00 to 4.00%, V: 0.01 to 1.00%, Ti: 0.050 to 0.300%, Co: 0.300% or less, with the balance being Fe And a chemical composition that satisfies the formulas (1) and (2), a yield strength of 724 to 860 MPa, and a structure having a martensite of 80% or more by volume. The size of each intermetallic compound and each Cr oxide in the structure is 5.0 μm 2 or less, and the total area ratio of the intermetallic compound and Cr oxide is 3.0% or less. 11.5 ≦ Cr + 2Mo + 2Cu−1.5Ni ≦ 14.3 (1) Ti / C ≧ 7.5 (2)

Description

本発明は鋼材に関し、さらに詳しくは、マルテンサイト組織を主体とするマルテンサイトステンレス鋼材に関する。   The present invention relates to a steel material, and more particularly to a martensitic stainless steel material mainly composed of a martensite structure.

腐食性の低い井戸(油井及びガス井)の枯渇に伴い、腐食性の高い井戸の開発が進められている。腐食性の高い井戸は腐食性物質を多く含有する環境であり、腐食性の高い井戸の温度は井戸の深さにもよるが常温から200℃程度である。腐食性物質は例えば、硫化水素及び炭酸ガス等の腐食性ガス等である。本明細書において、炭酸ガスを含有し、かつ、硫化水素分圧が0.1気圧以上の腐食性の高い井戸の環境を、「高腐食性環境」という。   As wells with low corrosivity (oil wells and gas wells) are depleted, wells with high corrosiveness are being developed. The highly corrosive well is an environment containing a lot of corrosive substances, and the temperature of the highly corrosive well is about room temperature to about 200 ° C. depending on the depth of the well. Corrosive substances are, for example, corrosive gases such as hydrogen sulfide and carbon dioxide. In this specification, the environment of a highly corrosive well containing carbon dioxide and having a hydrogen sulfide partial pressure of 0.1 atm or more is referred to as a “highly corrosive environment”.

鋼の耐炭酸ガス腐食性の向上にはクロム(Cr)が有効であることが知られている。そのため、炭酸ガスを多く含む環境では、炭酸ガスの分圧や温度に応じて、API L80 13Cr鋼(通常の13Cr鋼)やスーパー13Cr鋼等に代表される、13質量%程度のCrを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼(以下、13Cr鋼という)、又は、さらにCrの添加量を高めた二相ステンレス鋼等が使用される。   It is known that chromium (Cr) is effective in improving the carbon dioxide gas corrosion resistance of steel. Therefore, in an environment containing a large amount of carbon dioxide, it contains about 13% by mass of Cr, represented by API L80 13Cr steel (ordinary 13Cr steel), super 13Cr steel, etc., depending on the partial pressure and temperature of carbon dioxide. Martensitic stainless steel (hereinafter referred to as 13Cr steel) or duplex stainless steel with a further increased amount of Cr is used.

しかしながら、硫化水素は、たとえば724MPa以上の高強度の13Cr鋼の油井用鋼管において、硫化物応力割れ(Sulfide Stress Cracking、以下「SSC」という。)を引き起こす。724MPa以上の高強度の13Cr鋼では、低合金鋼に比べてSSCに対する感受性が高く、比較的低い硫化水素分圧(例えば0.1気圧未満)でも、SSCが発生する。そのため、13Cr鋼は、炭酸ガス及び硫化水素を含有する上述の高腐食性環境での使用には適さない。一方、二相ステンレス鋼は13Cr鋼と比較して高価である。そのため、高腐食性環境に用いることのできる、724MPa以上の高い降伏強度及び高い耐SSC性を有する油井用鋼管が求められている。   However, hydrogen sulfide causes sulfide stress cracking (hereinafter referred to as “SSC”), for example, in high strength 13Cr steel oil well steel pipes of 724 MPa or more. High strength 13Cr steel of 724 MPa or higher is more sensitive to SSC than low alloy steel, and SSC is generated even at a relatively low hydrogen sulfide partial pressure (for example, less than 0.1 atm). Therefore, 13Cr steel is not suitable for use in the above highly corrosive environment containing carbon dioxide and hydrogen sulfide. On the other hand, duplex stainless steel is more expensive than 13Cr steel. Therefore, an oil well steel pipe having a high yield strength of 724 MPa or more and high SSC resistance that can be used in a highly corrosive environment is demanded.

特開平10−001755号公報(特許文献1)、特表平10−503809号公報(特許文献2)、特開2003−003243号公報(特許文献3)、国際公開第2004/057050号(特許文献4)、特開2000−192196号公報(特許文献5)、特開平11−310855号公報(特許文献6)、特開平08−246107号公報(特許文献7)及び特開2012−136742号公報(特許文献8)は、耐SSC性に優れた鋼を提案する。   JP-A-10-001755 (Patent Document 1), JP-T-10-503809 (Patent Document 2), JP-A 2003-003243 (Patent Document 3), International Publication No. 2004/057050 (Patent Document) 4), JP-A 2000-192196 (Patent Document 5), JP-A 11-310855 (Patent Document 6), JP-A 08-246107 (Patent Document 7) and JP 2012-136742 ( Patent Document 8) proposes a steel excellent in SSC resistance.

特許文献1のマルテンサイトステンレス鋼は、質量%で、C:0.005〜0.05%、Si:0.05〜0.5%、Mn:0.1〜1.0%、P:0.025%以下、S:0.015%以下、Cr:10〜15%、Ni:4.0〜9.0%、Cu:0.5〜3%、Mo:1.0〜3%、Al:0.005〜0.2%、N:0.005%〜0.1%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる。40C+34N+Ni+0.3Cu−1.1Cr−1.8Mo≧−10を満足するとともに焼戻しマルテンサイト相、マルテンサイト相、残留オーステナイト相からなる。焼戻しマルテンサイト相とマルテンサイト相の合計の分率は60%以上90%以下、残りが残留オーステナイト相である。   The martensitic stainless steel of Patent Document 1 is in mass%, C: 0.005 to 0.05%, Si: 0.05 to 0.5%, Mn: 0.1 to 1.0%, P: 0 0.025% or less, S: 0.015% or less, Cr: 10-15%, Ni: 4.0-9.0%, Cu: 0.5-3%, Mo: 1.0-3%, Al : 0.005 to 0.2%, N: 0.005% to 0.1%, with the balance being Fe and inevitable impurities. It satisfies 40C + 34N + Ni + 0.3Cu-1.1Cr-1.8Mo ≧ -10, and comprises a tempered martensite phase, a martensite phase, and a retained austenite phase. The total fraction of the tempered martensite phase and the martensite phase is 60% or more and 90% or less, and the remainder is the retained austenite phase.

特許文献2のマルテンサイト系ステンレス鋼は、重量%で、C:0.005〜0.05%、Si≦0.50%、Mn:0.1〜1.0%、P≦0.03%、S≦0.005%、Mo:1.0〜3.0%、Cu:1.0〜4.0%、Ni:5〜8%、Al≦0.06%を含有する。Cr+1.6Mo≧13及び40C+34N+Ni+0.3Cu−1.1Cr−1.8Mo≧−10.5を満足する。残部は実質的にFeからなる焼戻しマルテンサイト組織である。   The martensitic stainless steel of Patent Document 2 is, by weight, C: 0.005 to 0.05%, Si ≦ 0.50%, Mn: 0.1 to 1.0%, P ≦ 0.03%. , S ≦ 0.005%, Mo: 1.0 to 3.0%, Cu: 1.0 to 4.0%, Ni: 5 to 8%, Al ≦ 0.06%. Cr + 1.6Mo ≧ 13 and 40C + 34N + Ni + 0.3Cu-1.1Cr-1.8Mo ≧ −10.5 are satisfied. The balance is a tempered martensite structure consisting essentially of Fe.

特許文献3のマルテンサイトステンレス鋼は、質量%で、C:0.001〜0.04%、Si:0.5%以下、Mn:0.1〜3.0%、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:10〜15%、Ni:0.7〜8%、Mo:1.5〜5.0%、Al:0.001〜0.10%及びN:0.07%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなる。さらに、Mo≧1.5−0.89Si+32.2Cを満足する。金属組織は主として焼戻しマルテンサイト、焼戻し時に析出した炭化物及び焼戻し時に微細析出したラーベス相主体の金属間化合物からなる。特許文献3のマルテンサイトステンレス鋼は、耐力860MPa以上の高強度を有する。   The martensitic stainless steel of Patent Document 3 is mass%, C: 0.001 to 0.04%, Si: 0.5% or less, Mn: 0.1 to 3.0%, P: 0.04%. Hereinafter, S: 0.01% or less, Cr: 10-15%, Ni: 0.7-8%, Mo: 1.5-5.0%, Al: 0.001-0.10% and N: It contains 0.07% or less, and the balance consists of Fe and impurities. Furthermore, Mo ≧ 1.5−0.89Si + 32.2C is satisfied. The metal structure is mainly composed of tempered martensite, carbide precipitated during tempering, and an intermetallic compound mainly composed of Laves phase precipitated during tempering. The martensitic stainless steel of Patent Document 3 has a high strength with a yield strength of 860 MPa or more.

特許文献4のマルテンサイトステンレス鋼は、質量%で、C:0.005〜0.04%、Si:0.5%以下、Mn:0.1〜3.0%、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:10〜15%、Ni:4.0〜8%、Mo:2.8〜5.0%、Al:0.001〜0.10%及びN:0.07%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなる。さらに、Mo≧2.3−0.89Si+32.2Cを満足する。金属組織は主として焼戻しマルテンサイト、焼戻し時に析出した炭化物及び焼戻し時に微細析出したラーベス相やσ相等の金属間化合物からなる。特許文献4のマルテンサイトステンレス鋼は、耐力860MPa以上の高強度を有する。   The martensitic stainless steel of Patent Document 4 is mass%, C: 0.005 to 0.04%, Si: 0.5% or less, Mn: 0.1 to 3.0%, P: 0.04%. Hereinafter, S: 0.01% or less, Cr: 10-15%, Ni: 4.0-8%, Mo: 2.8-5.0%, Al: 0.001-0.10% and N: It contains 0.07% or less, and the balance consists of Fe and impurities. Furthermore, Mo ≧ 2.3-0.89Si + 32.2C is satisfied. The metal structure mainly comprises tempered martensite, carbides precipitated during tempering, and intermetallic compounds such as Laves phase and σ phase finely precipitated during tempering. The martensitic stainless steel of Patent Document 4 has a high strength with a proof stress of 860 MPa or more.

特許文献5のマルテンサイト系ステンレス鋼は、重量%で、C:0.001〜0.05%、Si:0.05〜1%、Mn:0.05〜2%、P:0.025%以下、S:0.01%以下、Cr:9〜14%、Mo:3.1〜7%、Ni:1〜8%、Co:0.5〜7%、sol.Al:0.001〜0.1%、N:0.05%以下、O(酸素):0.01%以下、Cu:0〜5%、W:0〜5%を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなる。   The martensitic stainless steel of Patent Document 5 is, by weight, C: 0.001 to 0.05%, Si: 0.05 to 1%, Mn: 0.05 to 2%, P: 0.025% Hereinafter, S: 0.01% or less, Cr: 9-14%, Mo: 3.1-7%, Ni: 1-8%, Co: 0.5-7%, sol. Al: 0.001 to 0.1%, N: 0.05% or less, O (oxygen): 0.01% or less, Cu: 0 to 5%, W: 0 to 5%, the balance being Fe And inevitable impurities.

特許文献6のマルテンサイト系ステンレス鋼は、C:0.05%以下、Cr:7〜15%を含有する。さらに、固溶状態のCu含有量が0.25〜5%である。   The martensitic stainless steel of Patent Document 6 contains C: 0.05% or less and Cr: 7-15%. Furthermore, Cu content of a solid solution state is 0.25 to 5%.

特許文献7のマルテンサイトステンレス鋼は、重量%で、C:0.005%〜0.05%、Si:0.05%〜0.5%、Mn:0.1%〜1.0%、P:0.025%以下、S:0.015%以下、Cr:12〜15%、Ni:4.5%〜9.0%、Cu:1%〜3%、Mo:2%〜3%、W:0.1%〜3%、Al:0.005〜0.2%、N:0.005%〜0.1%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる。40C+34N+Ni+0.3Cu+Co−1.1Cr−1.8Mo−0.9W≧−10を満足する。   The martensitic stainless steel of Patent Document 7 is, by weight, C: 0.005% to 0.05%, Si: 0.05% to 0.5%, Mn: 0.1% to 1.0%, P: 0.025% or less, S: 0.015% or less, Cr: 12-15%, Ni: 4.5% -9.0%, Cu: 1% -3%, Mo: 2% -3% , W: 0.1% to 3%, Al: 0.005 to 0.2%, N: 0.005% to 0.1%, with the balance being Fe and inevitable impurities. 40C + 34N + Ni + 0.3Cu + Co-1.1Cr-1.8Mo-0.9W≥-10 is satisfied.

特許文献8のマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管は、質量%で、C:0.01%以下、Si:0.5%以下、Mn:0.1〜2.0%、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cr:14.0〜15.5%、Ni:5.5〜7.0%、Mo:2.0〜3.5%、Cu:0.3〜3.5%、V:0.20%以下、Al:0.05%以下、N:0.06%以下を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなる。特許文献8のマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管は、降伏強さ:655〜862MPaの強度と降伏比:0.90以上を有する。   The martensitic stainless steel seamless pipe of Patent Document 8 is mass%, C: 0.01% or less, Si: 0.5% or less, Mn: 0.1-2.0%, P: 0.03% Hereinafter, S: 0.005% or less, Cr: 14.0 to 15.5%, Ni: 5.5 to 7.0%, Mo: 2.0 to 3.5%, Cu: 0.3 to 3 0.5%, V: 0.20% or less, Al: 0.05% or less, N: 0.06% or less, and the balance is Fe and inevitable impurities. The martensitic stainless steel seamless pipe of Patent Document 8 has a yield strength: 655 to 862 MPa and a yield ratio: 0.90 or more.

特開平10−001755号公報JP-A-10-001755 特表平10−503809号公報Japanese National Patent Publication No. 10-503809 特開2003−003243号公報JP 2003-003243 A 国際公開第2004/057050号International Publication No. 2004/057050 特開2000−192196号公報JP 2000-192196 A 特開平11−310855号公報JP-A-11-310855 特開平08−246107号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-246107 特開2012−136742号公報JP 2012-136742 A

しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼は、降伏強度が高くなりすぎる場合がある。この場合、耐SSC性は低くなる。   However, the martensitic stainless steels described in Patent Document 1 and Patent Document 2 may have excessively high yield strength. In this case, the SSC resistance is lowered.

特許文献3及び特許文献4に記載のマルテンサイトステンレス鋼は13Cr鋼であって、鋼中に微細な炭化物及び金属間化合物を析出させている。また、観察される金属間化合物等は微細なものだけでなく、ある程度粗大なものも存在している。そのため、マルテンサイトステンレス鋼の降伏強度が125ksi級(860MPa以上)と高い。そのため、耐SSC性が低い場合がある。   The martensitic stainless steels described in Patent Literature 3 and Patent Literature 4 are 13Cr steel, and fine carbides and intermetallic compounds are precipitated in the steel. Further, the observed intermetallic compounds are not only fine but also coarse to some extent. Therefore, the yield strength of martensitic stainless steel is as high as 125 ksi class (860 MPa or more). Therefore, the SSC resistance may be low.

特許文献5に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼では、Mo含有量及びCo含有量が高い。そのため、強度が高くなりすぎ、耐SSC性が低下する場合がある。さらに、Mo含有量が高すぎれば、マルテンサイト組織の安定性が低下する場合がある。   In the martensitic stainless steel described in Patent Document 5, the Mo content and the Co content are high. For this reason, the strength becomes too high, and the SSC resistance may decrease. Furthermore, if the Mo content is too high, the stability of the martensite structure may be reduced.

特許文献6のマルテンサイト系ステンレス鋼は、焼戻しを行わない焼入れマルテンサイト鋼である。そのため、強度が高すぎて耐SSC性が低い場合がある。   The martensitic stainless steel of Patent Document 6 is a quenched martensitic steel that is not tempered. Therefore, the strength may be too high and the SSC resistance may be low.

特許文献7のマルテンサイトステンレス鋼は、Cu及びWを含有し、Tiを含有しない。そのため、マルテンサイトステンレス鋼の降伏強度が高すぎる場合がある。この場合、耐SSC性は低くなる。   The martensitic stainless steel of Patent Document 7 contains Cu and W and does not contain Ti. Therefore, the yield strength of martensitic stainless steel may be too high. In this case, the SSC resistance is lowered.

特許文献8のマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管は、Crを14.0〜15.5質量%含有する。そのため、フェライト相を有する場合がある。この場合、強度が不足する場合がある。   The martensitic stainless steel seamless pipe of Patent Document 8 contains 14.0 to 15.5% by mass of Cr. Therefore, it may have a ferrite phase. In this case, the strength may be insufficient.

本開示の目的は、724MPa以上の降伏強度を有し、優れた耐SSC性を有するマルテンサイトステンレス鋼材を提供することである。   An object of the present disclosure is to provide a martensitic stainless steel material having a yield strength of 724 MPa or more and having excellent SSC resistance.

本開示によるマルテンサイトステンレス鋼材は、質量%で、C:0.030%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、P:0.030%以下、S:0.005%以下、Al:0.0010〜0.0100%、N:0.0500%以下、Ni:5.00〜6.50%、Cr:10.00〜13.40%、Cu:1.80〜3.50%、Mo:1.00〜4.00%、V:0.01〜1.00%、Ti:0.050〜0.300%、Co:0.300%以下、及び、W:0〜1.50%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)及び式(2)を満たす化学組成と、724〜860MPaの降伏強度と、体積率で80%以上のマルテンサイトを有する組織とを備える。組織中の各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさは5.0μm以下であり、かつ、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率は3.0%以下である。
11.5≦Cr+2Mo+2Cu−1.5Ni≦14.3 (1)
Ti/C≧7.5 (2)
ここで、式(1)及び式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The martensitic stainless steel material according to the present disclosure is, in mass%, C: 0.030% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 1.00% or less, P: 0.030% or less, S: 0.005. % Or less, Al: 0.0010 to 0.0100%, N: 0.0500% or less, Ni: 5.00 to 6.50%, Cr: 10.00 to 13.40%, Cu: 1.80 3.50%, Mo: 1.00 to 4.00%, V: 0.01 to 1.00%, Ti: 0.050 to 0.300%, Co: 0.300% or less, and W: It contains 0 to 1.50%, the balance is composed of Fe and impurities, the chemical composition satisfying the formulas (1) and (2), the yield strength of 724 to 860 MPa, and the martensite of 80% or more by volume ratio And an organization having The size of each intermetallic compound and each Cr oxide in the structure is 5.0 μm 2 or less, and the total area ratio of the intermetallic compound and Cr oxide is 3.0% or less.
11.5 ≦ Cr + 2Mo + 2Cu−1.5Ni ≦ 14.3 (1)
Ti / C ≧ 7.5 (2)
Here, the content (mass%) of a corresponding element is substituted for each element symbol in the formulas (1) and (2).

本実施形態によるマルテンサイトステンレス鋼材は、724MPa以上の降伏強度を有し、優れた耐SSC性を有する。   The martensitic stainless steel material according to the present embodiment has a yield strength of 724 MPa or more and excellent SSC resistance.

図1は、F1=Cr+2Mo+2Cu−1.5Niと降伏強度YS(MPa)と耐SSC性との関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship among F1 = Cr + 2Mo + 2Cu-1.5Ni, yield strength YS (MPa), and SSC resistance. 図2は、本実施形態による実施例中の試験番号3の鋼の金属組織を観察したTEM(透過型電子顕微鏡)画像である。FIG. 2 is a TEM (transmission electron microscope) image obtained by observing the metal structure of the steel of test number 3 in the example according to the present embodiment. 図3は、実施例中の試験番号9の鋼の金属組織を観察したSEM(走査型電子顕微鏡)画像である。FIG. 3 is an SEM (scanning electron microscope) image obtained by observing the metal structure of steel of test number 9 in the examples.

本発明者らは、マルテンサイトステンレス鋼材の耐SSC性について調査及び検討を行い、次の知見を得た。   The present inventors investigated and examined the SSC resistance of the martensitic stainless steel material and obtained the following knowledge.

[化学組成について]
鋼の耐SSC性を高めるには、Cr、Mo、Cu及びNiが有効であることが一般的に知られている。具体的には、Cr、Mo及びCuは固溶して鋼の耐SSC性を高めると考えられている。一方、Niは鋼材の表面の皮膜を強化して、鋼材に侵入する水素量(水素透過量)を低減することにより、耐SSC性を高めると考えられている。
[Chemical composition]
It is generally known that Cr, Mo, Cu and Ni are effective in increasing the SSC resistance of steel. Specifically, it is considered that Cr, Mo, and Cu are dissolved to increase the SSC resistance of the steel. On the other hand, Ni is considered to enhance the SSC resistance by strengthening the film on the surface of the steel material and reducing the amount of hydrogen (hydrogen permeation) entering the steel material.

しかしながら、本発明者らの検討の結果、上記のような高腐食性環境において、Niによる皮膜強化は、鋼中の水素拡散係数を低減させることを初めて知見した。鋼中の水素拡散係数が低減すれば、鋼材中に水素がとどまりやすくなる。その結果、鋼材の耐SSC性が低下する。   However, as a result of the study by the present inventors, it has been found for the first time that film strengthening with Ni reduces the hydrogen diffusion coefficient in steel in the highly corrosive environment as described above. If the hydrogen diffusion coefficient in steel is reduced, hydrogen tends to stay in the steel. As a result, the SSC resistance of the steel material decreases.

そこで、耐SSC性に影響を及ぼすCr、Mo、Cu及びNiにおいて、本発明者らはさらに検討を行った。その結果、質量%で、C:0.030%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、P:0.030%以下、S:0.005%以下、Al:0.0010〜0.0100%、N:0.0500%以下、Ni:5.00〜6.50%、Cr:10.00〜13.40%、Cu:1.80〜3.50%、Mo:1.00〜4.00%、V:0.01〜1.00%、Ti:0.050〜0.300%、Co:0.300%以下、W:0〜1.50%、及び残部:Fe及び不純物からなる化学組成を有する鋼材において、Cr含有量、Mo含有量、Cu含有量及びNi含有量が次の式(1)を満たせば、優れた耐SSC性が得られることを見出した。
11.5≦Cr+2Mo+2Cu−1.5Ni≦14.3 (1)
ここで、式(1)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
Therefore, the inventors further investigated Cr, Mo, Cu, and Ni that affect SSC resistance. As a result, in mass%, C: 0.030% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 1.00% or less, P: 0.030% or less, S: 0.005% or less, Al: 0 0.0010 to 0.0100%, N: 0.0500% or less, Ni: 5.00 to 6.50%, Cr: 10.00 to 13.40%, Cu: 1.80 to 3.50%, Mo : 1.00 to 4.00%, V: 0.01 to 1.00%, Ti: 0.050 to 0.300%, Co: 0.300% or less, W: 0 to 1.50%, and Remainder: In steel materials having a chemical composition comprising Fe and impurities, excellent SSC resistance can be obtained if the Cr content, the Mo content, the Cu content and the Ni content satisfy the following formula (1). I found it.
11.5 ≦ Cr + 2Mo + 2Cu−1.5Ni ≦ 14.3 (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol of the formula (1).

F1=Cr+2Mo+2Cu−1.5Niと定義する。図1は、F1=Cr+2Mo+2Cu−1.5Niと降伏強度YS(MPa)と耐SSC性との関係を示す図である。図1は後述の実施例により得られた。図1中の「○」は、後述の実施例での耐SSC性評価試験において、SSCが発生しなかったことを示す。図1中の「×」は、後述の実施例での耐SSC性評価試験において、SSCが発生したことを示す。F1が11.5未満の場合、又は、F1が14.3を超える場合、耐SSC性が低下する。したがってF1は、11.5〜14.3である。   It is defined as F1 = Cr + 2Mo + 2Cu-1.5Ni. FIG. 1 is a diagram showing the relationship among F1 = Cr + 2Mo + 2Cu-1.5Ni, yield strength YS (MPa), and SSC resistance. FIG. 1 was obtained by the examples described below. “◯” in FIG. 1 indicates that no SSC occurred in the SSC resistance evaluation test in Examples described later. “X” in FIG. 1 indicates that SSC occurred in the SSC resistance evaluation test in Examples described later. When F1 is less than 11.5, or when F1 exceeds 14.3, the SSC resistance decreases. Therefore, F1 is 11.5 to 14.3.

耐SSC性はさらに、鋼材の強度にも依存する。具体的には、鋼材の強度が高ければ、耐SSC性が低下する。そこで、本発明者らはさらに、質量%で、C:0.030%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、P:0.030%以下、S:0.005%以下、Al:0.0010〜0.0100%、N:0.0500%以下、Ni:5.00〜6.50%、Cr:10.00〜13.40%、Cu:1.80〜3.50%、Mo:1.00〜4.00%、V:0.01〜1.00%、Ti:0.050〜0.300%、Co:0.300%以下、W:0〜1.50%、及び残部:Fe及び不純物からなり、式(1)を満たす化学組成を有する鋼材において、鋼材の強度と耐SSC性との関係について検討を行った。その結果、式(1)を満たす上記化学組成を有する鋼材において、必要な強度を得つつ、優れた耐SSC性を有するために、最適な鋼材の降伏強度が存在することを見出した。具体的には、式(1)を満たす上記化学組成を有する鋼材の降伏強度が724〜860MPaであれば、必要な強度を得ることができ、かつ耐SSC性が高まる。   The SSC resistance further depends on the strength of the steel material. Specifically, if the strength of the steel material is high, the SSC resistance decreases. Therefore, the present inventors further have a mass% of C: 0.030% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 1.00% or less, P: 0.030% or less, S: 0.005. % Or less, Al: 0.0010 to 0.0100%, N: 0.0500% or less, Ni: 5.00 to 6.50%, Cr: 10.00 to 13.40%, Cu: 1.80 3.50%, Mo: 1.00 to 4.00%, V: 0.01 to 1.00%, Ti: 0.050 to 0.300%, Co: 0.300% or less, W: 0 to 0 1. In the steel material which has a chemical composition which consists of 1.50% and remainder: Fe and an impurity and satisfy | fills Formula (1), the relationship between the strength of steel materials and SSC resistance was examined. As a result, it has been found that the steel material having the above chemical composition satisfying the formula (1) has the optimum yield strength of the steel material in order to obtain the required strength and the excellent SSC resistance. Specifically, if the yield strength of the steel material having the above chemical composition satisfying the formula (1) is 724 to 860 MPa, the required strength can be obtained and the SSC resistance is improved.

図1を参照して、F1が11.5〜14.3であり、さらにYSが860MPa以下であれば、優れた耐SSC性が得られる。したがって、本実施形態では、鋼材の降伏強度が724〜860MPaである。   Referring to FIG. 1, if F1 is 11.5 to 14.3 and YS is 860 MPa or less, excellent SSC resistance can be obtained. Therefore, in this embodiment, the yield strength of the steel material is 724 to 860 MPa.

上述のとおり、本実施形態の鋼材の化学組成では、質量%で、Moを1.00〜4.00%、Cuを1.80〜3.50%、Vを0.01〜1.00%含有する。これらの元素は、固溶して耐SSC性を高める。しかしながら、Mo、Cu及びVは鋼材の強度も高める。上記のとおり、式(1)を満たす上記化学組成の鋼材の強度が高すぎれば、耐SSCは低下する。   As described above, in the chemical composition of the steel material of the present embodiment, Mo is 1.00 to 4.00%, Cu is 1.80 to 3.50%, and V is 0.01 to 1.00% by mass. contains. These elements are dissolved to improve the SSC resistance. However, Mo, Cu and V also increase the strength of the steel material. As described above, if the strength of the steel material having the chemical composition that satisfies the formula (1) is too high, the SSC resistance is lowered.

そこで、鋼材の強度を調節する方法について、本発明者らはさらに検討を行った。その結果、Tiを含有し、C含有量に対するTi含有量を調整することにより、過剰な高強度化を抑制できることを見出した。   Therefore, the present inventors have further studied a method for adjusting the strength of the steel material. As a result, it has been found that excessive strengthening can be suppressed by containing Ti and adjusting the Ti content relative to the C content.

この理由は次のとおりである。上述の鋼材の強度を高めるMo、Cu及びVのうち、Vは炭化物(VC)を形成して鋼材の強度を高める。TiもVと同様に、鋼中のCと結合して炭化物を形成する。そのため、TiがCと結合すれば、TiがCを消費することによりVCを形成するためのCが不足する。その結果、VCの形成を抑制できる。   The reason for this is as follows. Among Mo, Cu, and V that increase the strength of the steel material described above, V forms carbide (VC) and increases the strength of the steel material. Ti, like V, combines with C in steel to form carbides. Therefore, if Ti is combined with C, C for forming VC is insufficient because Ti consumes C. As a result, formation of VC can be suppressed.

一般的に、鋼中におけるTiのCとの親和力は、VのCとの親和力と同等である。そのため、V及びTi含有材では、VCとTiCとが同時に析出する。そこで、C含有量(質量%)に対するTi含有量(質量%)の比を高くして、TiCがVCよりも優先的に析出するよう調整する。つまり、Ti含有量(質量%)及びC含有量(質量%)が式(2)を満たす。
Ti/C≧7.5 (2)
In general, the affinity of Ti for C in steel is equivalent to the affinity of C for V. Therefore, in the V and Ti-containing material, VC and TiC are precipitated simultaneously. Therefore, the ratio of the Ti content (mass%) to the C content (mass%) is increased so that TiC is preferentially precipitated over VC. That is, Ti content (mass%) and C content (mass%) satisfy Formula (2).
Ti / C ≧ 7.5 (2)

F2=Ti/Cと定義する。F2が7.5未満の場合、TiがTiN等の窒化物を形成するために消費されてしまい、十分にTiCを形成できない。そのため、鋼中のCがVCの形成に使われ、鋼材の強度が高くなりすぎる。F2が7.5以上であれば、C含有量に対してTi含有量が十分に高い。そのため、TiCがVCよりも優先的に析出する。そのため、VCの形成が抑制される。その結果、式(1)を満たす化学組成の鋼材の降伏強度を860MPa以下に抑えることができ、優れた耐SSC性が得られる。   Define F2 = Ti / C. When F2 is less than 7.5, Ti is consumed to form a nitride such as TiN, and TiC cannot be sufficiently formed. Therefore, C in steel is used for forming VC, and the strength of the steel material becomes too high. If F2 is 7.5 or more, the Ti content is sufficiently higher than the C content. Therefore, TiC is preferentially deposited over VC. Therefore, formation of VC is suppressed. As a result, the yield strength of the steel material having the chemical composition satisfying the formula (1) can be suppressed to 860 MPa or less, and excellent SSC resistance can be obtained.

[組織について]
組織に粗大な金属間化合物や、粗大なCr酸化物が存在すれば、SSCの起点となり、耐SSC性が低下することが知られている。そのため、従来は、Cr酸化物の粗大化を抑制し、かつ、金属間化合物を微細に析出させて、耐SSC性を高めていた。つまり、微細なCr酸化物や微細な金属間化合物は、耐SSC性に影響を与えないと考えられてきた。しかしながら、式(1)及び式(2)を満たす上記化学組成の鋼材においては、微細なCr酸化物や微細な金属間化合物も耐SSC性を低下させることを本発明者らは新たに知見した。さらなる検討の結果、式(1)及び式(2)を満たす上記化学組成の鋼材において、組織中の各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさが5.0μm以下であり、かつ、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%以下であれば、式(1)及び式(2)を満たす上記化学組成の鋼材において、耐SSC性がさらに高まることを見出した。
[About the organization]
It is known that if a coarse intermetallic compound or coarse Cr oxide exists in the structure, it becomes a starting point of SSC and the SSC resistance is lowered. Therefore, conventionally, the coarsening of the Cr oxide was suppressed, and the intermetallic compound was finely precipitated to improve the SSC resistance. That is, it has been considered that fine Cr oxides and fine intermetallic compounds do not affect the SSC resistance. However, the present inventors have newly found that in a steel material having the above chemical composition satisfying the formulas (1) and (2), the fine Cr oxide and the fine intermetallic compound also reduce the SSC resistance. . As a result of further investigation, in the steel material having the above chemical composition satisfying the formulas (1) and (2), the size of each intermetallic compound and each Cr oxide in the structure is 5.0 μm 2 or less, and the metal It has been found that when the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide is 3.0% or less, the SSC resistance is further enhanced in the steel material having the above chemical composition that satisfies the formulas (1) and (2).

ここで、本明細書における金属間化合物とは、焼戻し後に析出する、合金元素の析出物である。金属間化合物とはたとえば、FeMo等のラーベス相、シグマ相(σ相)、カイ相(χ相)である。σ相はFeCrであり、χ相はFe36Cr12Mo10である。本明細書におけるCr酸化物とは、クロミア(Cr)である。Here, the intermetallic compound in this specification is a precipitate of an alloy element that is precipitated after tempering. Examples of the intermetallic compound include a Laves phase such as Fe 2 Mo, a sigma phase (σ phase), and a chi phase (χ phase). The σ phase is FeCr, and the χ phase is Fe 36 Cr 12 Mo 10 . In this specification, the Cr oxide is chromia (Cr 2 O 3 ).

金属間化合物及びCr酸化物は、抽出レプリカ法を用いて組織観察することにより特定できる。特定された金属間化合物及び特定されたCr酸化物の面積の合計を、金属間化合物及びCr酸化物の総面積(μm)とする。金属間化合物及びCr酸化物の総面積の、全観察領域の面積に対する割合を、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率(%)とする。Intermetallic compounds and Cr oxides can be identified by observing the structure using the extraction replica method. The total area of the specified intermetallic compound and the specified Cr oxide is defined as the total area (μm 2 ) of the intermetallic compound and the Cr oxide. The ratio of the total area of the intermetallic compound and the Cr oxide to the area of the entire observation region is defined as the total area ratio (%) of the intermetallic compound and the Cr oxide.

金属組織において、5.0μmを超える面積を有する金属間化合物、又は、5.0μmを超えるCr酸化物が存在すれば、その粗大な金属間化合物又は粗大なCr酸化物がSSCの起点となり、耐SSC性が低下する。したがって、組織中において、各金属間化合物の大きさは5.0μm以下であり、各Cr酸化物の大きさは5.0μm以下である。つまり、本実施形態において、後述のミクロ組織観察において、大きさ(面積)が5.0μmを超える金属間化合物、及び、大きさ(面積)が5.0μmを超えるCr酸化物は観察されない。If there is an intermetallic compound having an area exceeding 5.0 μm 2 or a Cr oxide exceeding 5.0 μm 2 in the metal structure, the coarse intermetallic compound or coarse Cr oxide becomes the starting point of SSC. , SSC resistance decreases. Therefore, in the structure, the size of each intermetallic compound is 5.0 μm 2 or less, and the size of each Cr oxide is 5.0 μm 2 or less. That is, in this embodiment, the microstructure observation described later, the intermetallic compound size (area) exceeds 5.0 .mu.m 2, and, Cr oxides size (area) of more than 5.0 .mu.m 2 is observed .

金属組織においてさらに、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%を超えれば、たとえ、各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさが5.0μm以下であっても、微細な金属間化合物及び微細なCr酸化物が過剰に存在する。この場合も、耐SSC性が低下する。したがって、組織中の金属間化合物の総面積率は3.0%以下とする。Further, in the metal structure, if the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide exceeds 3.0%, even if the size of each intermetallic compound and each Cr oxide is 5.0 μm 2 or less, Fine intermetallic compounds and fine Cr oxides are present in excess. Also in this case, the SSC resistance is lowered. Therefore, the total area ratio of the intermetallic compounds in the structure is set to 3.0% or less.

式(1)及び式(2)を満たし、組織において、体積率で80%以上のマルテンサイトを含有し、組織中の各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさが5.0μm以下であり、組織中の金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%以下であれば、鋼材の強度を724〜860MPaに調整可能である。Satisfying formula (1) and formula (2), the structure contains martensite of 80% or more by volume, and the size of each intermetallic compound and each Cr oxide in the structure is 5.0 μm 2 or less. If the total area ratio of the intermetallic compound and Cr oxide in the structure is 3.0% or less, the strength of the steel material can be adjusted to 724 to 860 MPa.

以上の知見に基づいて完成した本実施形態によるマルテンサイトステンレス鋼材は、質量%で、C:0.030%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、P:0.030%以下、S:0.005%以下、Al:0.0010〜0.0100%、N:0.0500%以下、Ni:5.00〜6.50%、Cr:10.00〜13.40%、Cu:1.80〜3.50%、Mo:1.00〜4.00%、V:0.01〜1.00%、Ti:0.050〜0.300%、Co:0.300%以下、W:0〜1.50%、及び、残部:Fe及び不純物からなり、式(1)及び式(2)を満たす化学組成を備える。上記マルテンサイトステンレス鋼材の降伏強度は724〜860MPaである。上記マルテンサイトステンレス鋼材の組織は、体積率で80%以上のマルテンサイトを有する。上記組織中の各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさは5.0μm以下であり、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率は3.0%以下である。
11.5≦Cr+2Mo+2Cu−1.5Ni≦14.3 (1)
Ti/C≧7.5 (2)
ここで、式(1)及び式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The martensitic stainless steel material according to the present embodiment completed based on the above knowledge is mass%, C: 0.030% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 1.00% or less, P: 0.00. 030% or less, S: 0.005% or less, Al: 0.0010 to 0.0100%, N: 0.0500% or less, Ni: 5.00 to 6.50%, Cr: 10.00 to 13. 40%, Cu: 1.80 to 3.50%, Mo: 1.00 to 4.00%, V: 0.01 to 1.00%, Ti: 0.050 to 0.300%, Co: 0 300% or less, W: 0 to 1.50%, and balance: Fe and impurities, and has a chemical composition satisfying the formulas (1) and (2). The yield strength of the martensitic stainless steel material is 724 to 860 MPa. The structure of the martensitic stainless steel material has martensite of 80% or more by volume ratio. The size of each intermetallic compound and each Cr oxide in the structure is 5.0 μm 2 or less, and the total area ratio of the intermetallic compound and Cr oxide is 3.0% or less.
11.5 ≦ Cr + 2Mo + 2Cu−1.5Ni ≦ 14.3 (1)
Ti / C ≧ 7.5 (2)
Here, the content (mass%) of a corresponding element is substituted for each element symbol in the formulas (1) and (2).

上記マルテンサイトステンレス鋼材の化学組成は、W:0.10〜1.50%を含有してもよい。   The chemical composition of the martensitic stainless steel material may include W: 0.10 to 1.50%.

上記マルテンサイトステンレス鋼材はたとえば、油井用継目無鋼管である。   The martensitic stainless steel material is, for example, an oil well seamless steel pipe.

本明細書において、「油井用鋼管」は、例えば、JIS G 0203(2009)の番号3514の定義欄に記載されている油井用鋼管を意味する。具体的には、「油井用鋼管」は、油井又はガス井の掘削、原油又は天然ガスの採取等に用いられるケーシング、チュービング、ドリルパイプの総称を意味する。「油井用継目無鋼管」は、油井用鋼管が継目無鋼管であることを意味する。   In this specification, “steel pipe for oil well” means, for example, a steel pipe for oil well described in the definition column of number 3514 of JIS G 0203 (2009). Specifically, “steel pipe for oil well” means a general term for casings, tubing, and drill pipes used for drilling oil wells or gas wells, extracting crude oil or natural gas, and the like. “Oil well seamless steel pipe” means that the oil well steel pipe is a seamless steel pipe.

以下、本実施形態のマルテンサイトステンレス鋼材について詳述する。元素に関する「%」は、特に断りがない限り、質量%を意味する。   Hereinafter, the martensitic stainless steel material of this embodiment will be described in detail. “%” Regarding an element means mass% unless otherwise specified.

[化学組成]
本実施形態のマルテンサイトステンレス鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition]
The chemical composition of the martensitic stainless steel material of this embodiment contains the following elements.

C:0.030%以下
炭素(C)は不可避に含有される。つまり、C含有量は0%超である。Cは、焼入れ性を高めて鋼材の強度を高める。しかしながら、C含有量が高すぎれば、鋼材の強度が高くなりすぎて耐SSC性が低下する。したがって、C含有量は0.030%以下である。C含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、C含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、C含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%である。鋼材の強度の観点から、C含有量の好ましい下限は0.002%であり、さらに好ましくは0.005%である。C含有量の好ましい上限は0.020%であり、さらに好ましくは0.015%である。
C: 0.030% or less Carbon (C) is unavoidably contained. That is, the C content is more than 0%. C increases the hardenability and increases the strength of the steel material. However, if the C content is too high, the strength of the steel material becomes too high and the SSC resistance decreases. Therefore, the C content is 0.030% or less. The C content is preferably as low as possible. However, if the C content is excessively reduced, the manufacturing cost increases. Therefore, in consideration of industrial production, the preferable lower limit of the C content is 0.0001%, more preferably 0.0005%. From the viewpoint of the strength of the steel material, the preferable lower limit of the C content is 0.002%, more preferably 0.005%. The upper limit with preferable C content is 0.020%, More preferably, it is 0.015%.

Si:1.00%以下
シリコン(Si)は不可避に含有される。つまり、Si含有量は0%超である。Siは鋼を脱酸する。しかしながら、Si含有量が高すぎれば、この効果が飽和する。したがって、Si含有量は1.00%以下である。Si含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。Si含有量の好ましい上限は0.70%であり、さらに好ましくは0.50%である。
Si: 1.00% or less Silicon (Si) is unavoidably contained. That is, the Si content is more than 0%. Si deoxidizes steel. However, this effect is saturated if the Si content is too high. Therefore, the Si content is 1.00% or less. The minimum with preferable Si content is 0.05%, More preferably, it is 0.10%. The upper limit with preferable Si content is 0.70%, More preferably, it is 0.50%.

Mn:1.00%以下
マンガン(Mn)は不可避に含有される。つまり、Mn含有量は0%超である。Mnは鋼の焼入れ性を高める。しかしながら、Mn含有量が高すぎれば、Mnは、P及びS等の不純物元素と共に、粒界に偏析する。この場合、耐SSC性が低下する。したがって、Mn含有量は、1.00%以下である。Mn含有量の好ましい下限は0.15%であり、さらに好ましくは0.20%である。Mn含有量の好ましい上限は0.80%であり、さらに好ましくは0.50%である。
Mn: 1.00% or less Manganese (Mn) is unavoidably contained. That is, the Mn content is more than 0%. Mn increases the hardenability of the steel. However, if the Mn content is too high, Mn segregates at grain boundaries together with impurity elements such as P and S. In this case, the SSC resistance decreases. Therefore, the Mn content is 1.00% or less. The minimum with preferable Mn content is 0.15%, More preferably, it is 0.20%. The upper limit with preferable Mn content is 0.80%, More preferably, it is 0.50%.

P:0.030%以下
燐(P)は、不可避に含有される不純物である。つまり、P含有量は0%超である。Pは、結晶粒界に偏析し、鋼の耐SSC性を低下する。したがって、P含有量は0.030%以下である。P含有量の好ましい上限は0.025%であり、さらに好ましくは0.020%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、P含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、P含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
P: 0.030% or less Phosphorus (P) is an unavoidable impurity. That is, the P content is more than 0%. P segregates at the grain boundaries and lowers the SSC resistance of the steel. Therefore, the P content is 0.030% or less. The upper limit with preferable P content is 0.025%, More preferably, it is 0.020%. The P content is preferably as low as possible. However, if the P content is excessively reduced, the manufacturing cost increases. Therefore, if industrial production is considered, the minimum with preferable P content is 0.0001%, More preferably, it is 0.0005%.

S:0.005%以下
硫黄(S)は、不可避に含有される不純物である。つまり、S含有量は0%超である。SもPと同様に結晶粒界に偏析し、鋼の耐SSC性を低下する。したがって、S含有量は0.005%以下である。S含有量の好ましい上限は0.003%であり、さらに好ましくは0.001%である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、S含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、S含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
S: 0.005% or less Sulfur (S) is an unavoidable impurity. That is, the S content is more than 0%. S, like P, segregates at the grain boundaries and lowers the SSC resistance of the steel. Therefore, the S content is 0.005% or less. The upper limit with preferable S content is 0.003%, More preferably, it is 0.001%. The S content is preferably as low as possible. However, if the S content is excessively reduced, the manufacturing cost increases. Therefore, if industrial production is considered, the minimum with preferable S content is 0.0001%, More preferably, it is 0.0005%.

Al:0.0010〜0.0100%
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。Al含有量が低ければ、この効果が得られない。一方、Al含有量が高すぎれば、この効果が飽和する。したがって、Al含有量は0.0010〜0.0100%である。Al含有量の好ましい下限は0.0020%であり、さらに好ましくは0.0030%である。Al含有量の好ましい上限は0.0070%であり、さらに好ましくは0.0050%である。本明細書でいうAl含有量は、sol.Al(酸可溶Al)の含有量を意味する。
Al: 0.0010 to 0.0100%
Aluminum (Al) deoxidizes steel. If the Al content is low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Al content is too high, this effect is saturated. Therefore, the Al content is 0.0010 to 0.0100%. The minimum with preferable Al content is 0.0020%, More preferably, it is 0.0030%. The upper limit with preferable Al content is 0.0070%, More preferably, it is 0.0050%. As used herein, the Al content is sol. It means the content of Al (acid-soluble Al).

N:0.0500%以下
窒素(N)は不可避に含有される不純物である。つまり、N含有量は0%超である。Nは窒化物を形成し、耐SSC性を低下する。したがって、N含有量は0.0500%以下である。N含有量の好ましい上限は0.0300%以下であり、さらに好ましくは0.0200%以下である。N含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、N含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、N含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
N: 0.0500% or less Nitrogen (N) is an unavoidable impurity. That is, the N content is more than 0%. N forms nitrides and decreases the SSC resistance. Therefore, the N content is 0.0500% or less. The upper limit with preferable N content is 0.0300% or less, More preferably, it is 0.0200% or less. The N content is preferably as low as possible. However, if the N content is excessively reduced, the manufacturing cost increases. Therefore, considering industrial production, the preferable lower limit of the N content is 0.0001%, more preferably 0.0005%.

Ni:5.00〜6.50%
ニッケル(Ni)は、オーステナイト形成元素であり、焼入れ後の組織をマルテンサイト化する。Ni含有量が低すぎる場合、焼戻し後の組織はフェライトを多く含む。一方、Ni含有量が多すぎる場合、高腐食性井戸においては、Niは皮膜強化により、鋼中の水素拡散係数を低減させる。鋼中の水素拡散係数が低減すれば、耐SSC性が低下する。そのため、Ni含有量は5.00〜6.50%である。Ni含有量の好ましい下限は5.20%であり、さらに好ましくは5.30%である。Ni含有量の好ましい上限は6.30%であり、さらに好ましくは6.20%である。
Ni: 5.00 to 6.50%
Nickel (Ni) is an austenite-forming element and martensites the structure after quenching. When the Ni content is too low, the structure after tempering contains a large amount of ferrite. On the other hand, when the Ni content is too high, in a highly corrosive well, Ni reduces the hydrogen diffusion coefficient in the steel by strengthening the film. If the hydrogen diffusion coefficient in steel decreases, the SSC resistance decreases. Therefore, the Ni content is 5.00 to 6.50%. The minimum with preferable Ni content is 5.20%, More preferably, it is 5.30%. The upper limit with preferable Ni content is 6.30%, More preferably, it is 6.20%.

Cr:10.00〜13.40%
クロム(Cr)は、鋼の高温での耐炭酸ガス腐食性を高める。Cr含有量が低すぎれば、この効果が得られない。Cr含有量が10.00%以上であれば、優れた高温での耐炭酸ガス腐食性を示す。一方、Cr含有量が高すぎれば、金属化合物及びCr酸化物が過剰に生成したり、粗大な金属化合物及び/又は粗大なCr酸化物が生成したりして、耐SSC性が低下する。したがって、Cr含有量は10.00〜13.40%である。Cr含有量の好ましい下限は11.00%であり、さらに好ましくは11.50%である。Cr含有量の好ましい上限は13.30%であり、さらに好ましくは13.00%である。
Cr: 10.00 to 13.40%
Chromium (Cr) increases the carbon dioxide corrosion resistance of steel at high temperatures. If the Cr content is too low, this effect cannot be obtained. When the Cr content is 10.00% or more, excellent carbon dioxide gas corrosion resistance at high temperatures is exhibited. On the other hand, if the Cr content is too high, the metal compound and Cr oxide are excessively produced, or a coarse metal compound and / or coarse Cr oxide is produced, resulting in a decrease in SSC resistance. Therefore, the Cr content is 10.00 to 13.40%. The minimum with preferable Cr content is 11.00%, More preferably, it is 11.50%. The upper limit with preferable Cr content is 13.30%, More preferably, it is 13.00%.

Cu:1.80〜3.50%
銅(Cu)はNiと同様にオーステナイト形成元素であり、焼入れ後の組織をマルテンサイト化する。Cuはさらに、鋼中に固溶して耐SSC性を高める。Cu含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Cu含有量が高すぎれば、熱間加工性が低下する。そのため、Cu含有量は1.80〜3.50%である。Cu含有量の好ましい下限は1.90%であり、さらに好ましくは1.95%である。Cu含有量の好ましい上限は3.30%であり、さらに好ましくは3.10%である。
Cu: 1.80 to 3.50%
Copper (Cu) is an austenite-forming element like Ni and martensite the structure after quenching. Cu further dissolves in the steel to enhance the SSC resistance. If the Cu content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if Cu content is too high, hot workability will fall. Therefore, the Cu content is 1.80 to 3.50%. The minimum with preferable Cu content is 1.90%, More preferably, it is 1.95%. The upper limit with preferable Cu content is 3.30%, More preferably, it is 3.10%.

Mo:1.00〜4.00%
モリブデン(Mo)は、鋼の耐SSC性及び強度を高める。Mo含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Moはフェライト形成元素である。そのため、Mo含有量が高すぎれば、オーステナイトが安定化しにくく、マルテンサイト組織が安定的に得られにくい。したがって、Mo含有量は1.00〜4.00%である。Mo含有量の好ましい下限は1.20%であり、さらに好ましくは1.50%であり、さらに好ましくは1.80%である。Mo含有量の好ましい上限は3.50%であり、さらに好ましくは3.00%であり、さらに好ましくは2.70%である。
Mo: 1.00 to 4.00%
Molybdenum (Mo) increases the SSC resistance and strength of the steel. If the Mo content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, Mo is a ferrite forming element. Therefore, if the Mo content is too high, austenite is difficult to stabilize, and a martensite structure is difficult to be obtained stably. Therefore, the Mo content is 1.00 to 4.00%. The minimum with preferable Mo content is 1.20%, More preferably, it is 1.50%, More preferably, it is 1.80%. The upper limit with preferable Mo content is 3.50%, More preferably, it is 3.00%, More preferably, it is 2.70%.

V:0.01〜1.00%
バナジウム(V)は、鋼中に固溶して、高腐食性環境における鋼の粒界割れを抑制する。V含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Vは、鋼の焼入れ性を高め、かつ、炭化物を形成しやすい。そのため、V含有量が高すぎれば、鋼材の強度が高まり、耐SSC性が低下する。したがって、V含有量は0.01〜1.00%である。V含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。V含有量の好ましい上限は0.80%であり、さらに好ましくは0.70%である。
V: 0.01-1.00%
Vanadium (V) dissolves in steel and suppresses intergranular cracking of steel in a highly corrosive environment. If the V content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, V increases the hardenability of steel and easily forms carbides. Therefore, if the V content is too high, the strength of the steel material increases and the SSC resistance decreases. Therefore, the V content is 0.01 to 1.00%. The minimum with preferable V content is 0.02%, More preferably, it is 0.03%. The upper limit with preferable V content is 0.80%, More preferably, it is 0.70%.

Ti:0.050〜0.300%
チタン(Ti)は、Cと結合して炭化物を形成する。これにより、VCを形成するためのCがTiに消費され、VCの形成が抑制できる。そのため、鋼の耐SSC性が高まる。Ti含有量が低すぎればこの効果が得られない。一方、Ti含有量が高すぎれば、上記効果が飽和し、さらに、フェライトの生成を促進する。したがって、Ti含有量は0.050〜0.300%である。Ti含有量の好ましい下限は0.060%であり、さらに好ましくは0.070%であり、さらに好ましくは0.080%である。Ti含有量の好ましい上限は0.250%であり、さらに好ましくは0.200%であり、さらに好ましくは0.150%である。
Ti: 0.050-0.300%
Titanium (Ti) combines with C to form a carbide. Thereby, C for forming VC is consumed by Ti, and formation of VC can be suppressed. Therefore, the SSC resistance of the steel is increased. If the Ti content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Ti content is too high, the above effect is saturated, and further, the formation of ferrite is promoted. Accordingly, the Ti content is 0.050 to 0.300%. The minimum with preferable Ti content is 0.060%, More preferably, it is 0.070%, More preferably, it is 0.080%. The upper limit with preferable Ti content is 0.250%, More preferably, it is 0.200%, More preferably, it is 0.150%.

Co:0.300%以下
コバルト(Co)は、不可避に含有される不純物である。つまり、Co含有量は0%超である。Co含有量が高すぎれば、延性及び靭性が低下する。したがって、Co含有量は0.300%以下である。好ましいCo含有量の上限は0.270%であり、さらに好ましくは0.250%である。Co含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Co含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、Co含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
Co: 0.300% or less Cobalt (Co) is an unavoidable impurity. That is, the Co content is more than 0%. If the Co content is too high, ductility and toughness are reduced. Therefore, the Co content is 0.300% or less. The upper limit of the preferred Co content is 0.270%, more preferably 0.250%. The Co content is preferably as low as possible. However, if the Co content is excessively reduced, the manufacturing cost increases. Therefore, considering industrial production, the preferable lower limit of the Co content is 0.0001%, more preferably 0.0005%.

本実施形態によるマルテンサイトステンレス鋼材の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものである。   The balance of the martensitic stainless steel material according to the present embodiment is composed of Fe and impurities. Here, an impurity is a thing mixed from the ore as a raw material, a scrap, or a manufacturing environment, when manufacturing steel industrially.

本実施形態によるマルテンサイトステンレス鋼材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Wを含有してもよい。   The chemical composition of the martensitic stainless steel material according to the present embodiment may further contain W instead of part of Fe.

W:0〜1.50%
タングステン(W)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、W含有量は0%であってもよい。含有される場合、Wは不動態皮膜を安定化して、耐食性を高める。しかしながら、W含有量が高すぎれば、WはCと結合して、微細な炭化物を形成する。この微細な炭化物は、微細析出硬化により鋼材の強度を高め、その結果、耐SSC性を低下する。したがって、W含有量は0〜1.50%である。W含有量の好ましい下限は0.10%であり、さらに好ましくは0.20%である。W含有量の好ましい上限は1.00%であり、さらに好ましくは0.50%である。
W: 0 to 1.50%
Tungsten (W) is an optional element and may not be contained. That is, the W content may be 0%. When contained, W stabilizes the passive film and enhances the corrosion resistance. However, if the W content is too high, W combines with C to form fine carbides. This fine carbide increases the strength of the steel material by fine precipitation hardening, resulting in a decrease in SSC resistance. Therefore, the W content is 0 to 1.50%. The minimum with preferable W content is 0.10%, More preferably, it is 0.20%. The upper limit with preferable W content is 1.00%, More preferably, it is 0.50%.

[式(1)について]
上記化学組成はさらに、式(1)を満たす。
11.5≦Cr+2Mo+2Cu−1.5Ni≦14.3 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[Regarding Formula (1)]
The chemical composition further satisfies formula (1).
11.5 ≦ Cr + 2Mo + 2Cu−1.5Ni ≦ 14.3 (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

F1=Cr+2Mo+2Cu−1.5Niと定義する。F1は、上記化学組成を有する鋼材における、耐SSC性の指標である。図1を参照して、F1が11.5未満であれば、耐SSC性が低下する。固溶して耐SSC性を高めるCr、Mo及びCuの含有量に対して、鋼中の水素の拡散係数を低下するNi含有量が高すぎるため、耐SSC性が低下すると考えられる。一方、F1が14.3を超えても、耐SSC性が低下する。耐SSC性を高めるCr、Mo及びCuの含有量に対して、表面に皮膜を形成して水素の侵入を抑制するNi含有量が低すぎるため、水素の侵入量が多くなり、その結果、耐SSC性が低下すると考えられる。したがって、F1は11.5〜14.3である。F1の好ましい下限は11.7である。F1の好ましい上限は14.0である。   It is defined as F1 = Cr + 2Mo + 2Cu-1.5Ni. F1 is an index of SSC resistance in a steel material having the above chemical composition. Referring to FIG. 1, if F1 is less than 11.5, the SSC resistance decreases. It is considered that the SSC resistance is lowered because the Ni content that lowers the diffusion coefficient of hydrogen in the steel is too high with respect to the contents of Cr, Mo, and Cu, which increase the SSC resistance by solid solution. On the other hand, even if F1 exceeds 14.3, the SSC resistance decreases. Since the Ni content that forms a film on the surface and suppresses the entry of hydrogen is too low relative to the contents of Cr, Mo, and Cu, which increase the SSC resistance, the amount of hydrogen penetration increases, and as a result, It is thought that SSC property falls. Therefore, F1 is 11.5 to 14.3. A preferred lower limit of F1 is 11.7. The preferable upper limit of F1 is 14.0.

なお、F1の値は、少数点第2位を四捨五入して得られた値である。   In addition, the value of F1 is a value obtained by rounding off the second decimal place.

[式(2)について]
上記化学組成は式(1)を満たし、さらに、式(2)を満たす。
Ti/C≧7.5 (2)
ここで、式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[Regarding Formula (2)]
The chemical composition satisfies the formula (1) and further satisfies the formula (2).
Ti / C ≧ 7.5 (2)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (2).

F2=Ti/Cと定義する。F2はTiによるVC析出抑制の指標、つまり、鋼材の強度の指標である。上述のとおり、一般的に、V及びTi含有材では、VCとTiCとが同時に析出する。そこで、式(1)を満たす上記化学組成において、さらに、C含有量(質量%)に対するTi含有量(質量%)の比を高くして、TiCがVCよりも優先的に析出するよう調整する。これにより、CをTiに消費させ、CがVと結合してVCが形成するのを抑制する。   Define F2 = Ti / C. F2 is an index for inhibiting VC precipitation by Ti, that is, an index for the strength of the steel material. As described above, generally, in the V and Ti-containing material, VC and TiC are precipitated simultaneously. Therefore, in the chemical composition satisfying the formula (1), the ratio of Ti content (% by mass) to C content (% by mass) is further increased so that TiC is preferentially precipitated over VC. . Thereby, C is consumed by Ti, and it suppresses that C couple | bonds with V and VC forms.

F2が7.5未満の場合、C含有量に対するTi含有量が低すぎる。この場合、TiがTiN等の窒化物を形成するために消費されてしまい、十分にTiCを形成できない。そのため、CがVCの形成に使われ、鋼材の強度が高くなりすぎる。F2が7.5以上であれば、C含有量に対するTi含有量が十分に高い。その結果、TiがCを消費して、VCよりも優先的にTiCを形成する。これにより、VCの形成を抑制できる。そのため、鋼材の強度が高くなりすぎることを抑制できる。その結果、優れた耐SSC性を有することができる。   When F2 is less than 7.5, the Ti content relative to the C content is too low. In this case, Ti is consumed to form a nitride such as TiN, and TiC cannot be formed sufficiently. Therefore, C is used for forming VC, and the strength of the steel material becomes too high. If F2 is 7.5 or more, the Ti content relative to the C content is sufficiently high. As a result, Ti consumes C and forms TiC preferentially over VC. Thereby, formation of VC can be suppressed. Therefore, it can suppress that the intensity | strength of steel materials becomes high too much. As a result, it can have excellent SSC resistance.

なお、F2の値は、少数点第2位を四捨五入して得られた値である。   The value of F2 is a value obtained by rounding off the second decimal place.

[組織]
[マルテンサイトの体積率:80%以上]
上述のマルテンサイトステンレス鋼材の組織は、マルテンサイトが主体である。ここで、マルテンサイトとは、焼戻しマルテンサイトも含む。マルテンサイトが主体とは、組織において、マルテンサイトの体積率が80%以上であることを意味する。組織の残部は、残留オーステナイトである。残留オーステナイトの体積率は0〜20%である。残留オーステナイトの体積率はなるべく低い方が好ましい。組織中のマルテンサイトの体積率の好ましい下限は85%であり、さらに好ましくは90%である。さらに好ましくは、金属組織は、マルテンサイト単相である。
[Organization]
[Martensite volume ratio: 80% or more]
The structure of the above-described martensitic stainless steel material is mainly martensite. Here, martensite includes tempered martensite. The term “martensite mainly” means that the volume ratio of martensite is 80% or more in the structure. The balance of the tissue is retained austenite. The volume fraction of retained austenite is 0 to 20%. The volume fraction of retained austenite is preferably as low as possible. The minimum with the preferable volume ratio of the martensite in a structure | tissue is 85%, More preferably, it is 90%. More preferably, the metal structure is a martensite single phase.

上述の組織において、少量の残留オーステナイトは、著しい強度の低下を招かず、かつ、鋼の靭性を顕著に高める。しかしながら、残留オーステナイトの体積率が高すぎれば、鋼の強度が顕著に低下する。したがって、残留オーステナイトの体積率は0〜20%である。強度確保の観点から、より好ましい残留オーステナイトの体積率は0〜10%である。上述のとおり、本実施形態のマルテンサイトステンレス鋼材の組織は、マルテンサイト単相でもよい。したがって、この場合、残留オーステナイトの体積率は0%になる。一方、少しでも残留オーステナイトが存在する場合、残留オーステナイトの体積率は0超〜20%以下であり、さらに好ましくは0超〜10%である。   In the above-described structure, a small amount of retained austenite does not cause a significant decrease in strength and significantly increases the toughness of the steel. However, if the volume fraction of retained austenite is too high, the strength of the steel is significantly reduced. Therefore, the volume ratio of retained austenite is 0 to 20%. From the viewpoint of securing strength, a more preferable volume ratio of retained austenite is 0 to 10%. As described above, the martensitic stainless steel material of the present embodiment may be a martensite single phase. Therefore, in this case, the volume ratio of retained austenite is 0%. On the other hand, when residual austenite is present even a little, the volume ratio of residual austenite is more than 0 to 20%, more preferably more than 0 to 10%.

[組織中のマルテンサイトの体積率の測定方法]
マルテンサイトの体積率(vol.%)は、以下に示す方法で求めた残留オーステナイトの体積率(vol.%)を、100%から差し引いて求める。
[Measurement method of volume fraction of martensite in the structure]
The volume ratio (vol.%) Of martensite is obtained by subtracting the volume ratio (vol.%) Of retained austenite obtained by the following method from 100%.

残留オーステナイトの体積率は、X線回折法により求める。具体的には、マルテンサイトステンレス鋼材の任意の位置からサンプルを採取する。サンプルの大きさは15mm×15mm×厚さ2mmとする。サンプルを用いて、フェライト(α相)の(200)面及び(211)面と、残留オーステナイト(γ相)の(200)面、(220)面及び(311)面の各々のX線強度を測定する。そして、各面の積分強度を算出する。算出後、α相の各面と、γ相の各面との組合せ(合計6組)ごとに、式(A)を用いて体積率Vγ(%)を算出する。そして、6組の体積率Vγの平均値を、残留オーステナイトの体積率(%)と定義する。
Vγ=100/(1+(Iα×Rγ)/(Iγ×Rα)) (A)
ここで、「Iα」はα相(フェライト)の積分強度である。「Rα」はα相の結晶学的理論計算値である。「Iγ」はγ相(オーステナイト)の積分強度である。「Rγ」はγ相の結晶学的理論計算値である。
The volume fraction of retained austenite is determined by the X-ray diffraction method. Specifically, a sample is taken from an arbitrary position of the martensitic stainless steel material. The sample size is 15 mm × 15 mm × thickness 2 mm. Using samples, the X-ray intensities of the (200) plane and (211) plane of ferrite (α phase) and the (200) plane, (220) plane and (311) plane of retained austenite (γ phase) taking measurement. Then, the integrated intensity of each surface is calculated. After the calculation, the volume ratio Vγ (%) is calculated using the formula (A) for each combination (6 sets in total) of each surface of the α phase and each surface of the γ phase. And the average value of six sets of volume ratios Vγ is defined as the volume ratio (%) of retained austenite.
Vγ = 100 / (1+ (Iα × Rγ) / (Iγ × Rα)) (A)
Here, “Iα” is the integrated intensity of the α phase (ferrite). “Rα” is a crystallographically calculated value of the α phase. “Iγ” is the integrated intensity of the γ phase (austenite). “Rγ” is a crystallographically calculated value of the γ phase.

上記方法により得られた残留オーステナイトの体積率を、100%から差し引いた値を、組織におけるマルテンサイトの体積率(vol.%)とする。なお、ここでいう組織中の体積率の「100%」には、介在物や下記金属間化合物等の析出物の体積率は除かれる。   A value obtained by subtracting the volume ratio of retained austenite obtained by the above method from 100% is defined as the volume ratio (vol.%) Of martensite in the structure. Note that the volume ratio of precipitates such as inclusions and the following intermetallic compounds is excluded from “100%” of the volume ratio in the structure.

[降伏強度]
本実施形態のマルテンサイトステンレス鋼の降伏強度は724〜860MPaである。降伏強度が724MPa未満であれば、高腐食性環境に適用可能な強度を満たさない。一方、降伏強度が860MPaを超えれば、図1に示すとおり、上記化学組成の鋼材において、耐SSC性が低下する。したがって、本実施形態のマルテンサイトステンレス鋼の降伏強度は724〜860MPaである。降伏強度の好ましい上限は850MPaであり、さらに好ましくは840MPaである。降伏強度の好ましい下限は730MPaであり、さらに好ましくは740MPaである。本明細書において、降伏強度とは、0.2%耐力(MPa)を意味する。
[Yield strength]
The yield strength of the martensitic stainless steel of this embodiment is 724 to 860 MPa. If the yield strength is less than 724 MPa, the strength applicable to a highly corrosive environment is not satisfied. On the other hand, when the yield strength exceeds 860 MPa, as shown in FIG. Therefore, the yield strength of the martensitic stainless steel of this embodiment is 724 to 860 MPa. The upper limit with preferable yield strength is 850 MPa, More preferably, it is 840 MPa. The minimum with preferable yield strength is 730 MPa, More preferably, it is 740 MPa. In this specification, the yield strength means 0.2% yield strength (MPa).

[組織中の金属間化合物及びCr酸化物]
本実施形態のマルテンサイトステンレス鋼材ではさらに、組織中において、各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさが5.0μm以下であり、かつ、組織中の金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%以下である。つまり、本実施形態において、大きさが5.0μmを超える金属間化合物及びCr酸化物は観察されない。
[Intermetallic compounds and Cr oxides in the structure]
In the martensitic stainless steel material of the present embodiment, the size of each intermetallic compound and each Cr oxide is 5.0 μm 2 or less in the structure, and the total of intermetallic compounds and Cr oxides in the structure. The area ratio is 3.0% or less. That is, in this embodiment, the intermetallic compound and Cr oxide whose size exceeds 5.0 μm 2 are not observed.

ここで、金属間化合物とは、焼戻し後に析出する合金元素の析出物である。金属間化合物とはたとえば、FeMo等のラーベス相、シグマ相(σ相)、カイ相(χ相)である。また、金属間化合物の大きさとは、後述の測定において観察される金属間化合物の面積(μm)を意味する。上述の本実施形態の化学組成の場合、ラーベス相、σ相、及びχ相以外の金属間化合物は極めて少ないため、無視して問題ない。また、Cr酸化物とは、クロミア(Cr)である。Cr酸化物の大きさとは、後述の測定において観察されるCr酸化物の面積(μm)を意味する。Here, the intermetallic compound is a precipitate of an alloy element that precipitates after tempering. Examples of the intermetallic compound include a Laves phase such as Fe 2 Mo, a sigma phase (σ phase), and a chi phase (χ phase). The size of the intermetallic compound means the area (μm 2 ) of the intermetallic compound observed in the measurement described later. In the case of the above-described chemical composition of the present embodiment, since there are very few intermetallic compounds other than the Laves phase, the σ phase, and the χ phase, there is no problem. The Cr oxide is chromia (Cr 2 O 3 ). The magnitude | size of Cr oxide means the area (micrometer < 2 >) of Cr oxide observed in the below-mentioned measurement.

式(1)及び式(2)を満たす化学組成を有し、マルテンサイトの体積率が80%以上であり、降伏強度が724〜860MPaの鋼材であっても、組織中の金属間化合物及びCr酸化物のうち、5.0μmを超える大きさの金属間化合物又はCr酸化物が存在する、又は、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%を超える場合、金属間化合物及びCr酸化物に起因したSSCが発生し、耐SSC性が低下する。上述のとおり、式(1)及び式(2)を満たす化学組成を有し、マルテンサイトの体積率が80%以上であり、降伏強度が724〜860MPaである鋼材においては、各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさが5.0μm以下であり、かつ、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%以下であれば、これらの金属間化合物及びCr酸化物は耐SSC性に影響を与えないため、優れた耐SSC性が維持される。Even if it is a steel material having a chemical composition satisfying the formulas (1) and (2), a martensite volume ratio of 80% or more, and a yield strength of 724 to 860 MPa, an intermetallic compound and Cr in the structure Among oxides, when an intermetallic compound or Cr oxide having a size exceeding 5.0 μm 2 exists, or when the total area ratio of the intermetallic compound and Cr oxide exceeds 3.0%, the intermetallic compound And SSC resulting from the Cr oxide is generated, and the SSC resistance is lowered. As described above, in a steel material having a chemical composition satisfying the formulas (1) and (2), a martensite volume ratio of 80% or more, and a yield strength of 724 to 860 MPa, each intermetallic compound and If the size of each Cr oxide is 5.0 μm 2 or less and the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide is 3.0% or less, the intermetallic compound and the Cr oxide are resistant to each other. Since the SSC property is not affected, excellent SSC resistance is maintained.

組織中の金属間化合物及びCr酸化物の総面積率は小さい方が好ましい。金属間化合物及びCr酸化物の総面積率の好ましい下限は2.5%であり、さらに好ましくは2.0%であり、さらに好ましくは1.5%である。さらに好ましくは、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率は0%である。   A smaller total area ratio of intermetallic compounds and Cr oxides in the structure is preferable. The minimum with the preferable total area ratio of an intermetallic compound and Cr oxide is 2.5%, More preferably, it is 2.0%, More preferably, it is 1.5%. More preferably, the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide is 0%.

なお、各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさが5.0μm以下であれば、耐SSC性への影響は小さい。各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさが1.0μmであっても、2.0μmであっても、5.0μmであっても、耐SSC性への影響は小さい。しかしながら、各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさが5.0μm以下であっても、総面積率が3.0%を超えれば、耐SSC性に顕著に影響する。If the size of each intermetallic compound and each Cr oxide is 5.0 μm 2 or less, the influence on the SSC resistance is small. Even if the size of each intermetallic compound and each Cr oxide is 1.0 μm 2 , 2.0 μm 2 or 5.0 μm 2 , the influence on the SSC resistance is small. However, even if the size of each intermetallic compound and each Cr oxide is 5.0 μm 2 or less, if the total area ratio exceeds 3.0%, the SSC resistance is significantly affected.

[各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさ、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率の測定方法]
各金属間化合物の大きさ、各Cr酸化物の大きさ、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率は、抽出レプリカ法を用いて組織観察することにより測定する。具体的には、次の方法で測定する。
[Measurement method of size of each intermetallic compound and each Cr oxide, total area ratio of intermetallic compound and Cr oxide]
The size of each intermetallic compound, the size of each Cr oxide, and the total area ratio of the intermetallic compound and Cr oxide are measured by observing the structure using the extraction replica method. Specifically, the measurement is performed by the following method.

マルテンサイトステンレス鋼材の厚さ方向中央位置から、15mm×15mm×15mmの試験片を採取する。厚さ方向中央位置とは、マルテンサイトステンレス鋼材が鋼板の場合、板厚中央位置であり、マルテンサイトステンレス鋼材が鋼管である場合、肉厚中央位置である。試験片は、鋼材の長手方向の先端部(TOP部)から1つ採取して、かつ、後端部(BOTTOM部)から1つ採取する。先端部とは、鋼材を長手方向に10等分した場合の、先端の区域を意味し、後端部とは、後端の区域を意味する。   A test piece of 15 mm × 15 mm × 15 mm is taken from the center position in the thickness direction of the martensitic stainless steel material. The center position in the thickness direction is the center position of the plate thickness when the martensitic stainless steel material is a steel plate, and the center position of the thickness when the martensite stainless steel material is a steel pipe. One test piece is collected from the front end (TOP portion) in the longitudinal direction of the steel material and one from the rear end (BOTTOM portion). The front end means a front end area when the steel material is divided into 10 equal parts in the longitudinal direction, and the rear end means a rear end area.

採取された試験片の表面から、抽出レプリカ法に基づいて、抽出レプリカ膜を作成する。具体的には、試験片の表面を電解研磨する。電解研磨後の試験片の表面を、ビレラ試薬(塩酸1〜5g、ピクリン酸1〜5gを含有したエタノール溶液)を用いて腐食する。これにより、析出物及び介在物が表面から露出する。腐食後の表面を、カーボン蒸着膜(以下、抽出レプリカ膜という)で覆う。抽出レプリカ膜で表面を覆った試験片を臭素メタノール溶液(ブロムメタノール)に浸漬して試験片を溶解し、抽出レプリカ膜を試験片から剥離する。剥離した抽出レプリカ膜は、直径が3mmの円板状である。TEM(透過型電子顕微鏡)を用いて、各抽出レプリカ膜において、20000倍の倍率で、任意の10μmの領域を4箇所(4視野)観察する。つまり、1つの鋼材において、8箇所の領域を観察する。An extraction replica film is formed from the surface of the collected test piece based on the extraction replica method. Specifically, the surface of the test piece is electropolished. The surface of the test piece after electropolishing is corroded using a Villera reagent (ethanol solution containing 1 to 5 g of hydrochloric acid and 1 to 5 g of picric acid). Thereby, precipitates and inclusions are exposed from the surface. The surface after corrosion is covered with a carbon vapor deposition film (hereinafter referred to as an extraction replica film). The test piece whose surface is covered with the extraction replica film is immersed in a bromine methanol solution (bromomethanol) to dissolve the test piece, and the extraction replica film is peeled off from the test piece. The exfoliated extraction replica film has a disk shape with a diameter of 3 mm. Using a TEM (transmission electron microscope), in each extraction replica film, an arbitrary 10 μm 2 region is observed at four locations (four fields of view) at a magnification of 20000 times. That is, eight regions are observed in one steel material.

各観察領域の反射電子像によって確認される析出物又は介在物に対して、エネルギー分散型X線分析法(Energy Dispersive X−ray Spectrometry:以下、EDSという)を用いた元素濃度分析(EDS点分析)を実施する。EDS点分析により各析出物又は介在物から得られた元素濃度に基づいて、金属間化合物及びCr酸化物を特定する。特定した金属間化合物及びCr酸化物の個々の面積(μm)を求める。金属間化合物及びCr酸化物の個々の面積(μm)を、各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさとする。金属間化合物の面積及びCr酸化物の面積の合計を、金属間化合物及びCr酸化物の総面積(μm)とする。金属間化合物及びCr酸化物の総面積の、全観察領域の総面積(80μm)に対する割合を、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率(%)と定義する。Elemental concentration analysis (EDS point analysis) using the energy dispersive X-ray spectroscopy (hereinafter referred to as EDS) for precipitates or inclusions confirmed by reflected electron images in each observation region ). Based on the element concentration obtained from each precipitate or inclusion by EDS point analysis, the intermetallic compound and the Cr oxide are specified. The individual areas (μm 2 ) of the identified intermetallic compound and Cr oxide are determined. The area (μm 2 ) of each intermetallic compound and Cr oxide is the size of each intermetallic compound and each Cr oxide. The total of the area of the intermetallic compound and the area of the Cr oxide is defined as the total area (μm 2 ) of the intermetallic compound and the Cr oxide. The ratio of the total area of the intermetallic compound and the Cr oxide to the total area (80 μm 2 ) of the entire observation region is defined as the total area ratio (%) of the intermetallic compound and the Cr oxide.

なお、上述の方法で観察可能な金属間化合物及びCr酸化物の大きさは、0.05μm以上である。したがって、本実施形態において、測定対象とする金属間化合物及びCr酸化物の大きさ(面積)の下限を0.05μmとする。なお、0.05μm以下の金属間化合物の総面積は、0.05〜5.0μmの大きさ(面積)の金属間化合物の総面積と比較すると、無視できるほど少ない。0.05μm以下のCr酸化物の総面積は、0.05〜5.0μmの大きさ(面積)のCr酸化物の総面積と比較すると、無視できるほど少ない。In addition, the magnitude | size of the intermetallic compound and Cr oxide which can be observed with the above-mentioned method is 0.05 micrometer < 2 > or more. Therefore, in this embodiment, the lower limit of the size (area) of the intermetallic compound and Cr oxide to be measured is set to 0.05 μm 2 . The total area of 0.05 .mu.m 2 below intermetallic compound, when compared with the total area of the intermetallic compound in the size of 0.05~5.0μm 2 (area), negligibly small. The total area of 0.05 .mu.m 2 below Cr oxide, when compared with the total area of the Cr oxide of the magnitude of 0.05~5.0μm 2 (area), negligibly small.

また、光学顕微鏡やSEM(走査型電子顕微鏡)の観察で、明らかに5.0μm以上の大きな金属間化合物又は5.0μm以上のCr酸化物が1つでも観察される場合は、それをもって判断すればよい。Further, in the observation of an optical microscope and SEM (scanning electron microscope), if clearly 5.0 .mu.m 2 or more large intermetallic compounds or 5.0 .mu.m 2 or more Cr oxide is observed even one, with it Just judge.

図2は、後述の実施例中の試験番号3の鋼の金属組織を観察したTEM(透過型電子顕微鏡)画像である。図2の本実施形態によるマルテンサイトステンレス鋼材では、5.0μm以上の大きさを有する金属間化合物及びCr酸化物は存在しておらず、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率は3.0%以下である。FIG. 2 is a TEM (transmission electron microscope) image obtained by observing the metal structure of steel of test number 3 in the examples described later. In the martensitic stainless steel material according to the present embodiment of FIG. 2, there is no intermetallic compound and Cr oxide having a size of 5.0 μm 2 or more, and the total area ratio of the intermetallic compound and Cr oxide is 3 0.0% or less.

図3は、後述の実施例中の比較例である試験番号9の鋼の金属組織を観察したSEM画像である。図3において、白色の領域(母相)中の黒色又は灰色の領域が金属間化合物であり、金属間化合物の総面積率は4.0%であった。   FIG. 3 is an SEM image obtained by observing the metal structure of steel of test number 9 which is a comparative example in the examples described later. In FIG. 3, the black or gray region in the white region (matrix) was an intermetallic compound, and the total area ratio of the intermetallic compound was 4.0%.

[製造方法]
上述のマルテンサイトステンレス鋼材の製造方法の一例を説明する。マルテンサイトステンレス鋼材の製造方法は、素材を準備する工程(準備工程)と、素材を熱間加工して鋼材を製造する工程(熱間加工工程)と、鋼材に対して焼入れ及び焼戻しを実施する工程(熱処理工程)とを備える。以下、各工程について詳述する。
[Production method]
An example of the manufacturing method of the above-mentioned martensitic stainless steel material will be described. The manufacturing method of the martensitic stainless steel material includes a step of preparing the material (preparation step), a step of hot working the material to manufacture a steel material (hot working step), and quenching and tempering the steel material. A process (heat treatment process). Hereinafter, each process is explained in full detail.

[準備工程]
上述の化学組成を有し、式(1)及び式(2)を満たす溶鋼を製造する。溶鋼を用いて素材を製造する。具体的には、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片(スラブ、ブルーム、ビレット)を製造する。溶鋼を用いて造塊法によりインゴットを製造してもよい。必要に応じて、スラブ、ブルーム又はインゴットを分塊圧延、又は熱間鍛造して、ビレットを製造してもよい。以上の工程により素材(スラブ、ブルーム、又は、ビレット)を製造する。
[Preparation process]
The molten steel which has the above-mentioned chemical composition and satisfy | fills Formula (1) and Formula (2) is manufactured. The material is manufactured using molten steel. Specifically, a slab (slab, bloom, billet) is manufactured by continuous casting using molten steel. You may manufacture an ingot by the ingot-making method using molten steel. If necessary, billets may be produced by subjecting slabs, blooms or ingots to partial rolling or hot forging. The material (slab, bloom, or billet) is manufactured by the above process.

[熱間加工工程]
準備された素材を加熱する。好ましい加熱温度は1000〜1300℃である。加熱温度の好ましい下限は1150℃である。
[Hot working process]
Heat the prepared material. A preferable heating temperature is 1000 to 1300 ° C. A preferred lower limit of the heating temperature is 1150 ° C.

加熱された素材を熱間加工してマルテンサイトステンレス鋼材を製造する。マルテンサイトステンレス鋼材が鋼板である場合、例えば、一対のロール群を含む1又は複数の圧延機を用いて、素材に対して熱間圧延を実施して、鋼板を製造する。マルテンサイトステンレス鋼材が油井用鋼管である場合、例えば、周知のマンネスマン−マンドレルミル法により素材を穿孔圧延及び延伸圧延、定径圧延して、継目無鋼管を製造する。   The heated material is hot worked to produce martensitic stainless steel. When the martensitic stainless steel material is a steel plate, for example, the raw material is hot-rolled using one or a plurality of rolling mills including a pair of roll groups to produce a steel plate. In the case where the martensitic stainless steel material is an oil well steel pipe, for example, the material is pierced, rolled, and fixed-diameter rolled by a well-known Mannesmann-mandrel mill method to produce a seamless steel pipe.

[熱処理工程]
熱処理工程は、焼入れ工程及び焼戻し工程を含む。熱処理工程でははじめに、熱間加工工程で製造された鋼材に対して、焼入れ工程を実施する。焼入れは周知の方法で実施する。焼入れ温度はAC3変態点以上であり、たとえば、900〜1000℃である。鋼材を焼入れ温度で保持した後、急冷(焼入れ)する。保持時間は特に限定されないが、たとえば、10〜60分である。焼入れ方法はたとえば、水冷である。
[Heat treatment process]
The heat treatment step includes a quenching step and a tempering step. In the heat treatment step, first, a quenching step is performed on the steel material manufactured in the hot working step. Quenching is performed by a known method. Quenching temperature is A C3 transformation point or higher, for example, 900 to 1000 ° C.. After holding the steel material at the quenching temperature, it is rapidly cooled (quenched). Although holding time is not specifically limited, For example, it is 10 to 60 minutes. The quenching method is, for example, water cooling.

焼入れ後の鋼材に対してさらに、焼戻し工程を実施する。焼戻し工程では、鋼材の強度を調整し、724〜860MPaとする。焼戻し工程ではさらに、金属間化合物の析出を抑制する。そのため、焼戻し温度を570℃超〜AC1変態点とする。焼戻し温度の好ましい下限は580℃であり、さらに好ましくは585℃である。焼戻し温度の好ましい上限は630℃であり、さらに好ましくは620℃である。Furthermore, a tempering process is implemented with respect to the steel materials after hardening. In the tempering step, the strength of the steel material is adjusted to 724 to 860 MPa. In the tempering step, the precipitation of intermetallic compounds is further suppressed. Therefore, the tempering temperature is 570 ° C. Ultra to A C1 transformation point. The minimum with a preferable tempering temperature is 580 degreeC, More preferably, it is 585 degreeC. The upper limit with preferable tempering temperature is 630 degreeC, More preferably, it is 620 degreeC.

焼戻し工程ではさらに、焼戻し温度T(℃)、及び、焼戻し温度での保持時間t(分)が式(3)を満たす。
10000≦(T+273)×(20+log(t/60))×(t/60×(0.5Cr+2Mo)/(Cu+Ni))≦40000 (3)
ここで、式(3)中のTには焼戻し温度(℃)が代入され、tには焼戻し温度での保持時間(分)が代入される。式(3)中の各元素記号には、鋼材中の対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
In the tempering step, the tempering temperature T (° C.) and the holding time t (minutes) at the tempering temperature satisfy the formula (3).
10000 ≦ (T + 273) × (20 + log (t / 60)) × (t / 60 × (0.5Cr + 2Mo) / (Cu + Ni)) ≦ 40000 (3)
Here, the tempering temperature (° C.) is substituted for T in Equation (3), and the holding time (minutes) at the tempering temperature is substituted for t. The content (mass%) of the corresponding element in the steel material is substituted for each element symbol in the formula (3).

式(1)及び式(2)を満たす上記化学組成の場合、金属間化合物の析出は、焼戻し時に鋼材に与えられる熱量が影響する。さらに、式(1)及び式(2)を満たす化学組成において、Cr及びMoは金属間化合物を構成する合金元素である。そのため、Cr及びMoは、ラーベス相、σ相、χ相、Cr酸化物等金属間化合物の生成を促進する。一方、式(1)及び式(2)を満たす化学組成において、Cu及びNiは上述のラーベス相、σ相、χ相、Cr酸化物等の金属間化合物の生成を抑制する。したがって、Cr含有量、Mo含有量、Cu含有量及びNi含有量は、金属間化合物の生成を抑制するための焼戻し条件に影響する。   In the case of the above chemical composition satisfying the formulas (1) and (2), the amount of heat given to the steel during tempering affects the precipitation of intermetallic compounds. Furthermore, in the chemical composition satisfying the formula (1) and the formula (2), Cr and Mo are alloy elements constituting the intermetallic compound. Therefore, Cr and Mo promote the generation of intermetallic compounds such as Laves phase, σ phase, χ phase, and Cr oxide. On the other hand, in the chemical composition satisfying the formulas (1) and (2), Cu and Ni suppress the formation of the above-described intermetallic compounds such as Laves phase, σ phase, χ phase, and Cr oxide. Accordingly, the Cr content, the Mo content, the Cu content, and the Ni content affect tempering conditions for suppressing the formation of intermetallic compounds.

そこで、本実施形態においては、式(3)を満たす焼戻し温度T(℃)及び保持時間t(分)により、焼戻しを実施する。この場合、式(1)及び式(2)を満たす化学組成であって、マルテンサイト体積率が80%以上である鋼材において、金属間化合物の大きさが5.0μm以下であり、かつ、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%以下とすることができる。Therefore, in the present embodiment, tempering is performed at a tempering temperature T (° C.) and a holding time t (minutes) that satisfy Expression (3). In this case, in the steel material having a chemical composition satisfying the formula (1) and the formula (2) and having a martensite volume fraction of 80% or more, the size of the intermetallic compound is 5.0 μm 2 or less, and The total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide can be 3.0% or less.

なお、F3=(T+273)×(20+log(t/60))×(t/60×(0.5Cr+2Mo)/(Cu+Ni))とした場合、F3が10000未満、又は、F3が40000を超えれば、焼戻し後の鋼材において、降伏強度が724〜860MPaであっても、金属間化合物の大きさが5.0μmを超えたものが存在するか、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%を超えてしまう。したがって、F3は10000〜40000である。In addition, when F3 = (T + 273) × (20 + log (t / 60)) × (t / 60 × (0.5Cr + 2Mo) / (Cu + Ni)), if F3 is less than 10,000 or F3 exceeds 40000, In the steel material after tempering, even if the yield strength is 724 to 860 MPa, there are those in which the size of the intermetallic compound exceeds 5.0 μm 2 , or the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide is 3 It will exceed 0.0%. Therefore, F3 is 10,000 to 40,000.

F3の好ましい下限は10300であり、さらに好ましくは10500であり、さらに好ましくは10700である。F3の好ましい上限は38000であり、さらに好ましくは37000であり、さらに好ましくは36000であり、さらに好ましくは35500である。   The minimum with preferable F3 is 10300, More preferably, it is 10500, More preferably, it is 10700. The upper limit with preferable F3 is 38000, More preferably, it is 37000, More preferably, it is 36000, More preferably, it is 35500.

焼戻し温度T(℃)は、焼戻しを実施する熱処理炉の炉温(℃)とする。保持時間t(分)は、焼戻し温度Tで保持した時間を意味する。以上の製造工程により、本実施形態のマルテンサイトステンレス鋼材が製造できる。なお、Cr酸化物については、上述の式(1)及び式(2)を満たす化学組成の鋼材を製造すれば、各Cr酸化物の大きさは5.0μm以下とすることができる。そして、上述の焼戻し条件を満たすことにより、金属間化合物とCr酸化物の総面積率を3.0%以下にすることができる。The tempering temperature T (° C.) is the furnace temperature (° C.) of the heat treatment furnace for tempering. The holding time t (minutes) means the time held at the tempering temperature T. The martensitic stainless steel material of this embodiment can be manufactured by the above manufacturing process. In addition, about Cr oxide, if the steel material of the chemical composition which satisfy | fills the above-mentioned Formula (1) and Formula (2) is manufactured, the magnitude | size of each Cr oxide can be 5.0 micrometers 2 or less. And by satisfy | filling the above-mentioned tempering conditions, the total area ratio of an intermetallic compound and Cr oxide can be 3.0% or less.

なお、本実施形態のマルテンサイトステンレス鋼材は、上述の製造方法に限定されない。式(1)及び式(2)を満たす化学組成を有し、降伏強度が724〜860MPaとなり、組織中のマルテンサイトの体積率が80%以上であり、組織中の各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさが5.0μm以下であり、かつ、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%以下であれば、本実施形態のマルテンサイトステンレス鋼材の製造方法は特に限定されない。In addition, the martensitic stainless steel material of this embodiment is not limited to the above-mentioned manufacturing method. It has a chemical composition satisfying the formulas (1) and (2), the yield strength is 724 to 860 MPa, the volume ratio of martensite in the structure is 80% or more, each intermetallic compound and each Cr in the structure If the size of the oxide is 5.0 μm 2 or less and the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide is 3.0% or less, the manufacturing method of the martensitic stainless steel material of the present embodiment is particularly It is not limited.

表1に示す化学組成を有する溶鋼を製造した。   Molten steel having the chemical composition shown in Table 1 was produced.

Figure 2018181404
Figure 2018181404

上記溶鋼を50kg真空炉で溶製し、造塊法によりインゴットを製造した。インゴットを1250℃で3時間加熱した。加熱後のインゴットに対して熱間鍛造を実施してブロックを製造した。熱間鍛造後のブロックを1230℃で15分均熱し、熱間圧延を実施して13mmの厚さを有する板材を製造した。   The molten steel was melted in a 50 kg vacuum furnace, and an ingot was produced by an ingot-making method. The ingot was heated at 1250 ° C. for 3 hours. A block was manufactured by performing hot forging on the heated ingot. The block after hot forging was soaked at 1230 ° C. for 15 minutes and subjected to hot rolling to produce a plate material having a thickness of 13 mm.

板材に対して焼入れを実施した。焼入れでの焼入れ温度(℃)、及び、焼入れ温度での保持時間(分)は、表2に記載のとおりとした。保持時間経過後の急冷方法(焼入れ方法)はいずれの試験番号においても、水冷とした。焼入れ後の板材に対して、焼戻しを実施した。焼戻しでの焼戻し温度(℃)、焼戻し温度での保持時間(分)、及び、F3値は、表2に示すとおりであった。   Quenching was performed on the plate material. The quenching temperature (° C.) during quenching and the holding time (minutes) at the quenching temperature were as shown in Table 2. The rapid cooling method (quenching method) after elapse of the holding time was water cooling in any test number. Tempering was performed on the plate material after quenching. Table 2 shows the tempering temperature (° C.) during tempering, the holding time (minutes) at the tempering temperature, and the F3 value.

Figure 2018181404
Figure 2018181404

焼入れ及び焼戻しを実施して、降伏強度YSが724〜860MPaになるように、調整を行った。以上の製造方法により、マルテンサイトステンレス鋼材を製造した。   Quenching and tempering were performed and adjustment was performed so that the yield strength YS was 724 to 860 MPa. The martensitic stainless steel material was manufactured with the above manufacturing method.

[評価試験]
[マルテンサイトの体積率測定試験]
各板材から、15mm×15mm×厚さ2mmの試験片を採取した。上述のX線回折法により残留オーステナイトの体積率(%)を求め、100%から残留オーステナイトの体積率の差分を、マルテンサイトの体積率(%)と定義した。
[Evaluation test]
[Martensite volume fraction measurement test]
A test piece of 15 mm × 15 mm × 2 mm thickness was collected from each plate. The volume ratio (%) of retained austenite was determined by the above-mentioned X-ray diffraction method, and the difference in volume ratio of retained austenite from 100% was defined as the volume ratio (%) of martensite.

[組織中の金属間化合物、Cr酸化物の大きさ及び総面積率について]
各板材の厚さ中央位置から、15mm×15mm×15mmの試験片を採取した。上記試験片を、板材の長手方向の先端部(TOP部)から1つ採取して、かつ、後端部(BOTTOM部)から1つ採取した。先端部とは、鋼材を長手方向に10等分した場合の、先端の区域を意味し、後端部とは、後端の区域を意味する。
[About the size and total area ratio of intermetallic compounds and Cr oxides in the structure]
A test piece of 15 mm × 15 mm × 15 mm was collected from the central position of the thickness of each plate. One test piece was taken from the front end (TOP part) in the longitudinal direction of the plate material and one from the rear end (BOTTOM part). The front end means a front end area when the steel material is divided into 10 equal parts in the longitudinal direction, and the rear end means a rear end area.

採取された2つの試験片の表面から、抽出レプリカ法に基づいて、抽出レプリカ膜を作成した。抽出レプリカ膜は直径3mmの円板状であった。TEM(透過型電子顕微鏡)を用いて、各抽出レプリカ膜において、20000倍の倍率で、任意の10μmの領域を4箇所(4視野)観察した。つまり、1つの鋼材において、8箇所の領域を観察した。An extracted replica film was prepared from the surface of the two collected specimens based on the extraction replica method. The extracted replica membrane was disk-shaped with a diameter of 3 mm. Using a TEM (transmission electron microscope), in each extraction replica film, 4 regions (4 fields of view) of an arbitrary 10 μm 2 region were observed at a magnification of 20000 times. That is, eight regions were observed in one steel material.

各観察領域の反射電子像によって判別されるコントラストに基づいて、金属間化合物及びCr酸化物を特定した。特定された金属間化合物及びCr酸化物の個々の面積(μm)を、各金属間化合物の大きさ、各Cr酸化物の大きさとした。さらに、特定した金属間化合物及びCr酸化物の面積の合計を、金属間化合物及びCr酸化物の総面積(μm)とした。金属間化合物及びCr酸化物の総面積の、全観察領域の総面積(80μm)に対する割合を、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率(%)と定義した。Based on the contrast determined by the reflected electron image of each observation region, the intermetallic compound and the Cr oxide were specified. Each area (μm 2 ) of the identified intermetallic compound and Cr oxide was defined as the size of each intermetallic compound and the size of each Cr oxide. Furthermore, the sum total of the area of the specified intermetallic compound and Cr oxide was made into the total area (micrometer < 2 >) of an intermetallic compound and Cr oxide. The ratio of the total area of the intermetallic compound and the Cr oxide to the total area (80 μm 2 ) of the entire observation region was defined as the total area ratio (%) of the intermetallic compound and the Cr oxide.

表2の「組織」欄において、「TM」は、組織中におけるマルテンサイトの体積率が80%以上であり、かつ、組織中の各金属間化合物の大きさが5.0μm以下であり、各Cr酸化物の大きさが5.0μm以下であり、かつ、組織中の金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%以下であったことを示す。「TM+I」は、組織中におけるマルテンサイトの体積率が80%以上であるものの、組織中に5.0μm以上の金属間化合物又はCr酸化物が存在した、及び/又は、組織中の金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%を超えたことを示す。In the “structure” column of Table 2, “TM” is a martensite volume fraction in the structure of 80% or more, and the size of each intermetallic compound in the structure is 5.0 μm 2 or less, It shows that the size of each Cr oxide is 5.0 μm 2 or less, and the total area ratio of the intermetallic compound and Cr oxide in the structure is 3.0% or less. “TM + I” means that although the volume ratio of martensite in the structure is 80% or more, intermetallic compounds or Cr oxides of 5.0 μm 2 or more existed in the structure and / or between the metals in the structure It shows that the total area ratio of the compound and Cr oxide exceeded 3.0%.

[引張試験]
各試験材から、引張試験片を採取した。引張試験片は、平行部径6mm、平行部長さ40mmの丸棒引張試験片とした。この試験片の平行部の長手方向は板材の圧延方向とした。この試験片を用いて、常温(25℃)で引張試験を行い、降伏強度YS(MPa)を求めた。降伏強度YSは0.2%耐力とした。得られた降伏強度YSを表2に示す。
[Tensile test]
Tensile specimens were collected from each test material. The tensile test piece was a round bar tensile test piece having a parallel part diameter of 6 mm and a parallel part length of 40 mm. The longitudinal direction of the parallel part of the test piece was the rolling direction of the plate material. Using this test piece, a tensile test was performed at room temperature (25 ° C.) to obtain a yield strength YS (MPa). The yield strength YS was 0.2% proof stress. The obtained yield strength YS is shown in Table 2.

[耐SSC性評価試験]
各試験材から平行部径6.3mm、平行部長さ25.4mmの丸棒試験片を採取した。丸棒試験片を用いて、硫化水素を含む試験液中でNACE TM0177 Method Aの定荷重試験を実施した。具体的には、試験液として、5wt%のNaClと0.4g/LのCHCOONaを含む水溶液に1気圧のCOガスを通しながらCHCOOHを添加しpH3.5に調整した液を準備した。試験中の丸棒試験片への付加応力は、実降伏応力の90%とした。0.1気圧のHSガスと0.9気圧のCOの混合ガスを飽和させた上記水溶液に上記付加応力を付加した試験片を720時間浸漬した。試験温度は24±3℃とした。
[SSC resistance evaluation test]
A round bar test piece having a parallel part diameter of 6.3 mm and a parallel part length of 25.4 mm was collected from each test material. A constant load test of NACE TM0177 Method A was performed in a test solution containing hydrogen sulfide using a round bar test piece. Specifically, as a test solution, a solution adjusted to pH 3.5 by adding CH 3 COOH to an aqueous solution containing 5 wt% NaCl and 0.4 g / L CH 3 COONa while passing 1 atmosphere of CO 2 gas. Got ready. The applied stress to the round bar specimen during the test was 90% of the actual yield stress. The test piece to which the applied stress was applied was immersed in the aqueous solution saturated with a mixed gas of 0.1 atm H 2 S gas and 0.9 atm CO 2 for 720 hours. The test temperature was 24 ± 3 ° C.

試験後、平行部の表面を目視(10倍の拡大鏡を使用)で観察した。表2中の「耐SSC性」中の「NG」は、割れが観察されたことを示す。表2中の「耐SSC性」中の「OK」は割れが観察されなかったことを示す。   After the test, the surface of the parallel part was visually observed (using a 10 × magnifier). “NG” in “SSC resistance” in Table 2 indicates that cracking was observed. “OK” in “SSC resistance” in Table 2 indicates that no cracks were observed.

[試験結果]
表2を参照して、試験番号1〜試験番号6の化学組成は適切であり、式(1)及び式(2)を満たした。その結果、組織において、マルテンサイトの体積率は80%以上であり、組織中の各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさが5.0μm以下であり、組織中の金属間化合物及びCr酸化物の総面積率は3.0%以下であった。その結果、HSが0.1気圧の環境においても、優れた耐SSC性を示した。
[Test results]
Referring to Table 2, the chemical compositions of Test No. 1 to Test No. 6 were appropriate and satisfied Formula (1) and Formula (2). As a result, in the structure, the volume ratio of martensite is 80% or more, the size of each intermetallic compound and each Cr oxide in the structure is 5.0 μm 2 or less, and the intermetallic compound and Cr in the structure. The total area ratio of the oxide was 3.0% or less. As a result, excellent SSC resistance was exhibited even in an environment where H 2 S was 0.1 atm.

一方、試験番号7では、化学組成は適切であったものの、F3が40000を超えた。その結果、5.0μmを超える金属間化合物が確認され、かつ、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%を超えた。その結果、耐SSC性が低かった。On the other hand, in test number 7, although the chemical composition was appropriate, F3 exceeded 40000. As a result, an intermetallic compound exceeding 5.0 μm 2 was confirmed, and the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide exceeded 3.0%. As a result, the SSC resistance was low.

試験番号8では、化学組成は適切であったものの、焼戻し温度が低すぎた。その結果、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%を超えた。その結果、耐SSC性が低かった。   In Test No. 8, the chemical composition was appropriate, but the tempering temperature was too low. As a result, the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide exceeded 3.0%. As a result, the SSC resistance was low.

試験番号9〜試験番号10では、式(2)を満たさなかった。そのため、焼戻しにより降伏強度を860MPa以下に調整できず、降伏強度が860MPaを超えた。その結果、耐SSC性が低かった。   Test number 9 to test number 10 did not satisfy the formula (2). Therefore, the yield strength could not be adjusted to 860 MPa or less by tempering, and the yield strength exceeded 860 MPa. As a result, the SSC resistance was low.

試験番号11では、Ni含有量が高すぎ、かつ、Tiが含有されなかった。そのため、焼戻しにより降伏強度を860MPa以下に調整できず、降伏強度が860MPaを超えた。その結果、耐SSC性が低かった。   In test number 11, the Ni content was too high and Ti was not contained. Therefore, the yield strength could not be adjusted to 860 MPa or less by tempering, and the yield strength exceeded 860 MPa. As a result, the SSC resistance was low.

試験番号12〜試験番号14では、F1が式(1)の上限を外れた。そのため、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%を超えた。その結果、耐SSC性が低かった。   In test number 12 to test number 14, F1 deviated from the upper limit of formula (1). Therefore, the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide exceeded 3.0%. As a result, the SSC resistance was low.

試験番号15では、Ti含有量が低く、かつ、F2が式(2)を満たさなかった。そのため、焼戻しにより降伏強度を860MPa以下に調整できず、降伏強度が860MPaを超えた。試験番号15はさらに、F1が式(1)の上限を超えた。そのため、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%を超えた。その結果、耐SSC性が低かった。   In test number 15, the Ti content was low, and F2 did not satisfy Formula (2). Therefore, the yield strength could not be adjusted to 860 MPa or less by tempering, and the yield strength exceeded 860 MPa. In Test No. 15, F1 exceeded the upper limit of formula (1). Therefore, the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide exceeded 3.0%. As a result, the SSC resistance was low.

試験番号16〜試験番号18では、F1が式(1)の下限未満であった。そのため、耐SSC性が低かった。Cr、Mo及びCu含有量に対するNi含有量の割合が多すぎたため、鋼中の水素の拡散係数が低くなりすぎ、その結果、耐SSC性が低下したと考えられる。   In test number 16 to test number 18, F1 was less than the lower limit of formula (1). Therefore, the SSC resistance was low. Since the ratio of Ni content with respect to Cr, Mo, and Cu content was too much, the diffusion coefficient of hydrogen in steel became too low, and as a result, it was thought that SSC resistance fell.

試験番号19では、F1が式(1)の下限未満であり、さらに、F2が式(2)を満たさなかった。そのため、焼戻しにより降伏強度を860MPa以下に調整できず、降伏強度が860MPaを超えた。さらに、耐SSC性が低かった。   In test number 19, F1 was less than the lower limit of formula (1), and F2 did not satisfy formula (2). Therefore, the yield strength could not be adjusted to 860 MPa or less by tempering, and the yield strength exceeded 860 MPa. Furthermore, the SSC resistance was low.

試験番号20〜試験番号22では、Cu含有量が低く、焼戻し温度が低すぎた。その結果、耐SSC性が低かった。   In Test No. 20 to Test No. 22, the Cu content was low and the tempering temperature was too low. As a result, the SSC resistance was low.

試験番号23は、Ni含有量が高く、Cu含有量が低かった。その結果、耐SSC性が低かった。   Test No. 23 had a high Ni content and a low Cu content. As a result, the SSC resistance was low.

試験番号24は、Ni含有量が高く、Cu含有量が低く、焼戻し温度が低すぎた。その結果、5.0μmを超える金属間化合物が確認され、かつ、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%を超えた。そのため、降伏強度が860MPaを超え、耐SSC性が低かった。Test No. 24 had a high Ni content, a low Cu content, and a tempering temperature that was too low. As a result, an intermetallic compound exceeding 5.0 μm 2 was confirmed, and the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide exceeded 3.0%. Therefore, the yield strength exceeded 860 MPa, and the SSC resistance was low.

試験番号25〜試験番号28は、Cu含有量が低く、Tiを含有しなかった。その結果、耐SSC性が低かった。   Test No. 25 to Test No. 28 had a low Cu content and did not contain Ti. As a result, the SSC resistance was low.

試験番号29は、Ni含有量が高く、Cu含有量が低かった。その結果、耐SSC性が低かった。   Test No. 29 had a high Ni content and a low Cu content. As a result, the SSC resistance was low.

試験番号30は、Ni含有量が高すぎ、かつ、Tiを含有しなかった。その結果、降伏強度が高くなりすぎ、耐SSC性が低かった。   Test No. 30 had too high Ni content and did not contain Ti. As a result, the yield strength was too high and the SSC resistance was low.

試験番号31では、F1が式(1)の下限未満であった。そのため、耐SSC性が低かった。Cr、Mo及びCu含有量に対するNi含有量の割合が多すぎたため、鋼中の水素の拡散係数が低くなりすぎ、その結果、耐SSC性が低下したと考えられる。   In test number 31, F1 was less than the lower limit of formula (1). Therefore, the SSC resistance was low. Since the ratio of Ni content with respect to Cr, Mo, and Cu content was too much, the diffusion coefficient of hydrogen in steel became too low, and as a result, it was thought that SSC resistance fell.

試験番号32では、式(2)を満たさなかった。そのため、焼戻しにより降伏強度を860MPa以下に調整できず、降伏強度が860MPaを超えた。その結果、耐SSC性が低かった。   In the test number 32, the formula (2) was not satisfied. Therefore, the yield strength could not be adjusted to 860 MPa or less by tempering, and the yield strength exceeded 860 MPa. As a result, the SSC resistance was low.

試験番号33では、化学組成は適切であったものの、F3が40000を超えた。その結果、5.0μmを超える金属間化合物が確認され、金属間化合物及びCr酸化物の総面積率が3.0%を超えた。その結果、耐SSC性が低かった。In Test No. 33, although the chemical composition was appropriate, F3 exceeded 40000. As a result, an intermetallic compound exceeding 5.0 μm 2 was confirmed, and the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide exceeded 3.0%. As a result, the SSC resistance was low.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above-described embodiment is merely an example for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately changing the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

Claims (3)

質量%で、
C:0.030%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:1.00%以下、
P:0.030%以下、
S:0.005%以下、
Al:0.0010〜0.0100%、
N:0.0500%以下、
Ni:5.00〜6.50%、
Cr:10.00〜13.40%、
Cu:1.80〜3.50%、
Mo:1.00〜4.00%、
V:0.01〜1.00%、
Ti:0.050〜0.300%、
Co:0.300%以下、及び、
W:0〜1.50%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
式(1)及び式(2)を満たす化学組成と、
724〜860MPaの降伏強度と、
体積率で80%以上のマルテンサイトを有する組織とを備え、
前記組織中の各金属間化合物及び各Cr酸化物の大きさが5.0μm以下であり、かつ、前記金属間化合物及び前記Cr酸化物の総面積率が3.0%以下である、マルテンサイトステンレス鋼材。
11.5≦Cr+2Mo+2Cu−1.5Ni≦14.3 (1)
Ti/C≧7.5 (2)
ここで、式(1)及び式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
% By mass
C: 0.030% or less,
Si: 1.00% or less,
Mn: 1.00% or less,
P: 0.030% or less,
S: 0.005% or less,
Al: 0.0010 to 0.0100%,
N: 0.0500% or less,
Ni: 5.00 to 6.50%,
Cr: 10.00 to 13.40%,
Cu: 1.80 to 3.50%,
Mo: 1.00 to 4.00%,
V: 0.01-1.00%,
Ti: 0.050-0.300%
Co: 0.300% or less, and
W: 0 to 1.50%, the balance is Fe and impurities,
A chemical composition satisfying the formulas (1) and (2);
Yield strength of 724-860 MPa,
And a structure having martensite of 80% or more by volume ratio,
The size of each intermetallic compound and each Cr oxide in the structure is 5.0 μm 2 or less, and the total area ratio of the intermetallic compound and the Cr oxide is 3.0% or less. Sight stainless steel material.
11.5 ≦ Cr + 2Mo + 2Cu−1.5Ni ≦ 14.3 (1)
Ti / C ≧ 7.5 (2)
Here, the content (mass%) of a corresponding element is substituted for each element symbol in the formulas (1) and (2).
請求項1に記載のマルテンサイトステンレス鋼材であって、
前記化学組成は、
W:0.10〜1.50%を含有する、マルテンサイトステンレス鋼材。
The martensitic stainless steel material according to claim 1,
The chemical composition is
W: A martensitic stainless steel material containing 0.10 to 1.50%.
請求項1又は請求項2に記載のマルテンサイトステンレス鋼材であって、
前記マルテンサイトステンレス鋼材は、油井用継目無鋼管である、マルテンサイトステンレス鋼材。
The martensitic stainless steel material according to claim 1 or claim 2,
The martensitic stainless steel material is a martensitic stainless steel material that is a seamless steel pipe for oil wells.
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