WO2006035735A1 - マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法 - Google Patents

マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a martensitic stainless steel pipe, and more particularly to a method for manufacturing a martensitic seamless stainless steel pipe having a high yield ratio.
  • 13Cr steel containing about 0.2% C and about 13% Cr (hereinafter referred to simply as "13Cr steel”) Is highly resistant to infiltration carbon dioxide and has a low C content! /, And is cheaper than Super 13Cr steel and duplex stainless steel, so it is often used as an oil well pipe.
  • This seamless steel pipe of 13Cr steel is made into a product by quenching and annealing after it is made from billet by hot working.
  • Patent Document 1 discloses a method for improving toughness by a direct quenching method (DQT) in which 13Cr steel is made into a blank by hot working and then quenched. This method is superior in terms of productivity and cost because it does not reheat and quench the cooled tube.
  • DQT direct quenching method
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2-277720
  • Patent Document 1 focuses only on toughness as a mechanical property, and does not describe any corrosion resistance. Therefore, this method of controlling only toughness has recently been required! Satisfies the hardness (HRC) of 22 or less of the American Petroleum Institute (API) standard 13CrL80 grade, which is an indicator of high strength, high yield ratio and high corrosion resistance. It is difficult to manufacture 13Cr steel pipe.
  • HRC hardness
  • API American Petroleum Institute
  • an object of the present invention is to provide an inexpensive and high-productivity manufacturing method of a corrosion-resistant martensitic seamless steel pipe having a high strength and a high yield ratio.
  • the yield strength (YP) is 552 to 656 MPa
  • the tensile strength (TS) is 657 MPa or more
  • the yield ratio is 75% or more
  • the toughness is 0 ° C at the fracture surface transition temperature in the Charpy impact test.
  • TS tensile strength
  • HRC hardness is 22 or less. It is to provide a manufacturing method of martensitic seamless stainless steel pipe.
  • the inventors who can solve this problem can produce a 13Cr steel pipe having high strength and high yield ratio and high corrosion resistance at low cost and high productivity. Based on the prediction, various conditions in the direct quenching method were examined.
  • FIG. 1 is a graph showing the results of Examples.
  • the present invention defines the chemical composition and heat treatment conditions of the steel as described above. Explain why. In this specification, “%” indicating the chemical composition of steel is “% by mass” unless otherwise specified.
  • the range of C needs to be limited in order to obtain an appropriate strength / yield ratio / hardness. If it is less than 0.15%, the predetermined strength is not obtained. On the other hand, if it exceeds 0.21%, the strength becomes too high and it becomes difficult to adjust the yield ratio and hardness. Therefore, it is set to 0.15 to 0.21%.
  • Si is added as a steel deoxidizer. To obtain the effect, add 0.16% or more. However, the upper limit is 1.0% to prevent toughness deterioration. Preferably it is 0.16 to 0.50%.
  • Mn like Si
  • the upper limit is made 1.0% or less.
  • Cr is a basic component for obtaining necessary corrosion resistance. 10. Add 5% or more to improve corrosion resistance against pitting corrosion and crevice corrosion, and to reduce CO
  • the content should be 0.020% or less.
  • A1 amount is set to 0.025-0.
  • the hot finishing temperature is 850 ° C or higher
  • the lower limit of A1 can be lowered to 0.005%. This is because if the finishing temperature of the final rolling is high, the yield ratio increases because the influence of rolling hardly remains in the material after rolling. Also in this case, the preferable lower limit is 0.025%.
  • the preferred upper limit is 0.050% in any embodiment.
  • the steel of the present invention comprises Fe and impurities other than the above.
  • the amount of N as an impurity is not particularly limited, but if the amount of N exceeds 0.100%, the toughness decreases, so it is preferable to set it to 0.100% or less. Further, it may contain 0.15% or less of Ni and 0.08% or less of Ti as impurities.
  • At least one of the following elements may be contained instead of a part of Fe.
  • Mo may or may not be added. When added, it has the effect of increasing strength and improving corrosion resistance. For that purpose, it is preferable to add 0.02% or more. However, if the Mo content exceeds 2.0%, the martensitic transformation becomes difficult, so the upper limit is made 2.0%.
  • V 0.50% or less
  • Nb 0.50% or less
  • Nb may not be added. If added, the strength is increased. For that purpose, it is preferable to add 0.002% or more. However, if the Nb content exceeds 0.50%, the toughness is lowered, so the upper limit is made 0.50%.
  • the chemical composition of the steel is limited as described above, and at the same time, the finishing temperature of the final hot rolling is set within a predetermined range. Since the hot working at this time is hot rolling in a normal pipe making method, the hot working will be described below by taking hot rolling as an example.
  • the finishing temperature of the final rolling is less than 800 ° C, the effect of hot working remains on the steel, and the yield ratio and toughness deteriorate.
  • the finishing temperature of the final rolling is over 960 ° C, the crystal grains become coarse, and in this case as well, the toughness and corrosion resistance deteriorate. Therefore, the final rolling finishing temperature should be 800 ° C or higher and 960 ° C or lower.
  • the finishing temperature of the final hot rolling process is limited to 850 ° C or more and 960 ° C or less, the required strength * toughness and corrosion resistance are ensured even if the amount of A1 is less than the above range. be able to. Specifically, the strength 'toughness' and corrosion resistance can be ensured when A1 is in the range of 0.005 to 0.05%.
  • the hot rolling referred to in the present invention is, for example, as follows.
  • the molten steel is adjusted to have a predetermined component, and then a billet is produced by a conventional method such as continuous forging.
  • a steel pipe having a predetermined outer diameter and inner thickness that is, a raw pipe, is manufactured by heating it to 1200 ° C or higher and then piercing with a piercer or the like and then hot rolling with a mandrel mill 'reducer or the like.
  • the hot rolling may be performed by a plug mill or the like.
  • the manufacturing conditions such as hot rolling are adjusted so that the temperature force of the raw material at the end of hot rolling falls within a predetermined range.
  • the raw tube is cooled. Usually, it should be cooled to room temperature by air cooling!
  • the martensite structure is obtained even when air-cooled.
  • tempering is performed so as to obtain predetermined mechanical characteristics. For example, heat up to 700-750 ° C and cool.
  • the cooling rate in this case is not particularly limited, and it is usually sufficient to cool at a cooling rate higher than air cooling, for example, 2 ° CZsec or higher.
  • the product thus obtained is further subjected to inspection, threading and the like to obtain a product.
  • the dimensions of the raw tube are not limited, but an outer diameter of 88. lmm and a wall thickness of 6.95 mm are exemplified.
  • the operation and effect of the present invention will be specifically described by way of examples.
  • the heating conditions and rolling conditions in the reheating furnace were adjusted. Thereafter, the tube was cooled to room temperature in 2 ° CZ seconds, and then tempered at 700 to 750 ° C. Table 1 shows the finishing temperature and tempering temperature for each test steel.
  • a test piece was cut out from the base tube manufactured in this way based on the API 5CT standard, and the tensile strength and yield strength, HRC hardness, Charpy impact test (shape: 2) using an arc-shaped test piece. The transition temperature by mmV notch 10 X 5 mm) was measured.
  • the evaluation method is that the tensile strength is API L80 ⁇ V— (YP: 552 to 656 MPa, TS: 657 MPa or more), HRC hardness is 22 or less, fracture surface transition temperature (vTrs) force in Charpy impact test, force SO Satisfaction that the temperature was below ° C was a necessary condition.
  • FIG. 1 is a graph showing the results of Table 1.
  • the “ ⁇ ” and “X” in the force diagram are as follows.
  • a martensitic stainless steel pipe made of 13Cr steel can be produced with high productivity and low cost by the direct quenching method. it can.

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Abstract

　高強度高降伏比かつ高耐食性の指標である米国石油協会（ＡＰＩ）規格１３ＣｒＬ８０グレードの硬度（ＨＲＣ）２２以下を満足する１３Ｃｒ鋼管を製造する方法を提供する。 　質量％で、Ｃ：０．１５～０．２１％、Ｓｉ：０．１６～１．０％、Ｍｎ：０．３５～１．０％、Ｃｒ：１０．５～１４．０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５０％以下、Ａｌ：０．０２５～０．０５０％、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する鋼片を、仕上げ温度を８００～９６０°Cで熱間加工により素管とした後、直ちに空冷以上の冷却速度で焼き入れを行い、その後、加熱して焼き戻しを行う。

Description

マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法、特に高降伏比のマルテン サイト系継ぎ目無しステンレス鋼管の製造方法に関する。
背景技術
[0002] 従来にあっても、よく知られているように、 Cを約 0. 2%、 Crを約 13%含む 13Cr鋼（ 以下、単に「13Cr鋼」と言うときは、これを指す）は、耐浸潤炭酸ガス腐食性に優れて おり、 C含有量の少な!/、スーパー 13Cr鋼や二相ステンレス鋼に比べて安価なため、 油井管として多く用いられている。この 13Cr鋼の継目無し鋼管は、熱間加工によりビ レットから素菅にした後、焼き入れ ·焼きなましを行って成品とする。
[0003] 特許文献 1には、 13Cr鋼を熱間加工で素管にした後、そのまま焼き入れを行う直 接焼入れ法 (DQT)により、靱性を向上させる方法が開示されている。この方法は冷 却した素管を再度加熱して焼入れをすることをしな 、ので、生産性とコストの面で優 れている。
特許文献 1：特開平 2— 277720号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかし、特許文献 1に開示された方法では機械的特性としての靱性にのみ着目して おり、耐食性については一切述べられていない。よって、靱性のみをコントロールす るこの方法では、近年要求されて!、る高強度高降伏比かつ高耐食性の指標である米 国石油協会 (API)規格 13CrL80グレードの硬度 (HRC) 22以下を満足する 13Cr 鋼管を製造することは困難である。
[0005] ここに、本発明の課題は、高強度、高降伏比の耐食性マルテンサイト系継ぎ目無鋼 管の生産性の高い安価な製造方法を提供することである。具体的には、例えば降伏 強さ（YP)は 552〜656MPa、引張り強さ（TS)は 657MPa以上、降伏比は 75%以 上、靱性はシャルピー衝撃試験の破面率遷移温度が 0°C以下 (試験片形状: L方向 2mmVノッチ 10 X 10mm)、 HRC硬度は 22以下を満足するマルテンサイト系継ぎ 目無しステンレス鋼管の製造方法を提供することである。
課題を解決するための手段
[0006] かかる課題を解決すベぐ発明者らは、直接焼入れ法によれば高強度高降伏比で あってかつ高耐食性を有する 13Cr鋼の鋼管を低コストかつ生産性良く製造すること ができるとの予想のもとに、直接焼入れ法における種々の条件を検討した。
[0007] その結果、鋼の成分の調整、特に A1量を特定の範囲に限定すると同時に熱間加 ェの仕上げ温度を特定の範囲に制限することにより、上述の高強度高降伏比、およ び高耐食性の各特性が同時に得られることが判明した。つまり、高強度高降伏比と 高耐食性を同時に満足するにはその機構は明らかではないが、 A1量および仕上げ 温度を最適な範囲に制限することが必要であることを知り、本発明を完成した。
[0008] ここに、本発明は次の通りである。
(1)質量0 /0で、 C : 0. 15〜0. 21%、 Si: 0. 16~1. 0%、 Mn: 0. 35~1. 0%、 Cr : 10. 5〜14. 0%、 P : 0. 020%以下、 S : 0. 0050%以下、 A1: 0. 025〜0. 050% 、残部が Feおよび不純物力もなる化学組成を有する鋼片を、仕上げ温度を 800〜9 60°Cで熱間加工により素管とした後、直ちに空冷以上の冷却速度で焼き入れを行い 、その後、加熱して焼き戻しを行うことを特徴とするマルテンサイト系継ぎ目無しステ ンレス鋼管の製造方法。
[0009] (2)前記化学組成が、 Mo : 2. 0%以下、 V: 0. 50%以下、 Nb : 0. 50%以下の少 なくとも 1種をさらに含む上記（1)記載のマルテンサイト系継ぎ目無しステンレス鋼管 の製造方法。
[0010] (3)前記化学組成における A1含有量を、 A1: 0. 005-0. 050%とし、仕上げ温度 を 850〜960°Cとする上記（1)または（2)記載のマルテンサイト系継ぎ目無しステン レス鋼管の製造方法。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]図 1は実施例の結果を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 次に、本発明にお 、て鋼の化学組成および熱処理条件を上述のように規定した理 由について説明する。なお、本明細書において鋼の化学組成を示す「％」は、特に 断りがなり限り、「質量％」である。
[0013] 本発明の鋼の成分は以下の通りである。
C : 0. 15〜0. 21%
本発明に力かる製造方法にぉ 、て Cの範囲は適切な強度 ·降伏比 ·硬度を得るた めに限定する必要がある。 0. 15%未満では所定の強度が出ず、一方、 0. 21%超 では強度が高くなりすぎて降伏比 ·硬度の調整が困難となる。よって、 0. 15〜0. 21 %とする。
[0014] Si: 0. 16〜： L 0%
Siは、鋼の脱酸剤として添加される。その効果を得るために 0. 16%以上添加する 。しかし、靱性の劣化を防ぐためその上限は 1. 0%とする。好ましくは 0. 16〜0. 50 %である。
[0015] Mn: 0. 35〜： L 0%
Mnも Siと同様、脱酸剤として添加される。その効果を得るために 0. 35%以上添加 する。し力 余り多量に添加すると靱性を劣化させることから、その上限を 1. 0%以下 とする。
[0016] Cr: 10. 5〜14. 0%
本発明鋼において Crは、必要な耐食性を得るための基本成分である。 10. 5%以 上添加することにより、孔食、隙間性腐食に対する耐食性を改善するとともに、 CO
2 環境下での耐食性を著しく向上させる。一方、 Crはフェライト形成元素であるから、そ の含有量が 14%を越えると高温での加工の際に δフェライトが生成し易くなつて、熱 間加工性が損なわれ、また、熱処理後の強度が低下するため、 14. 0%以下に制限 する。
[0017] Ρ : 0. 020%以下
Ρが多いと靱性が劣化することから、 0. 020%以下とする。
S : 0. 0050%以下
Sが多いと靱性が劣化すること、および、偏析を発生させるため鋼管の内面品質を 悪化させることから、その上限を 0. 0050%とする。 [0018] A1: 0. 025〜0. 050%
本発明においては、 A1量の制限が重要である。 A1が 0. 025%未満であれば、所 定の強度および降伏比が得られない。一方、 A1量が 0. 050%を超えると、鋼中の A1 O介在物が増大し、靱性および耐食性が劣化する。そのため、 A1量を 0. 025-0.
2 3
050%とした。しかし、熱間加工の仕上げ温度を 850°C以上とするときは、 A1の下限 を 0. 005%にまで下げることが可能である。最終圧延の仕上げ温度が高温であれば 、圧延の影響が圧延後の材料に残り難いため、降伏比が高くなるためである。この場 合にも好ましい下限は、 0. 025%である。好ましい上限はいずれの態様でも 0. 050 %である。
[0019] 本発明の鋼は、上記以外は Feおよび不純物からなる。不純物としての N量は特に 制限しないが、 N量が 0. 100%を超えると靱性が低下するため、 0. 100%以下とす ることが好ましい。また、不純物として Niを 0. 15%以下、 Tiを 0. 08%以下含んでい ても良い。
[0020] また、 Feの一部に代えて次の元素を少なくとも 1種含んでいても良い。
Mo : 2. 0%以下
Moは添加はしてもしなくても良い。添加すれば強度上昇効果、耐食性向上効果が ある。そのためには 0. 02%以上を添加することが好ましい。しかし、 Mo量が 2. 0% を超えるとマルテンサイト変態が困難となることから、上限を 2. 0%とする。
[0021] V: 0. 50%以下
Vは添加しなくても良い。添加すれば、強度上昇効果、特に高 YR (降伏比 =降伏 強さ Z引張り強さ）化の効果が得られる。そのためには 0. 04%以上を添加すること が好ましい。しかし、 V量が 0. 50%を超えると靱性を低下させることから、上限を 0. 5 0%とする。 Vは高価な合金元素であり経済的に非効率となってしまうため、上限を 0 . 30%とすることがさらに望ましい。
[0022] Nb : 0. 50%以下
Nbは添加しなくても良い。添加すれば、強度上昇の効果がある。そのためには、 0 . 002%以上を添加することが好ましい。しかし、 Nb量が 0. 50%を超えると靱性を低 下させることから、上限を 0. 50%とする。 [0023] 本発明では、鋼の化学組成を上記のように制限すると同時に、熱間加工の最終圧 延の仕上げ温度を所定の範囲にする。このときの熱間加工としては通常の製管法で は熱間圧延であるので、以下、熱間加工を熱間圧延を例にとって説明する。
[0024] 最終圧延の仕上げ温度が 800°C未満であると、熱間加工の影響が鋼に残ってしま い、降伏比および靱性が劣化する。一方、最終圧延の仕上げ温度が 960°C超である と、結晶粒が粗大化し、この場合も靱性および耐食性が劣化する。よって、最終圧延 の仕上げ温度は 800°C以上 960°C以下とする。
[0025] また、熱間加工の最終圧延の仕上げ温度を 850°C以上 960°C以下に制限した場 合、 A1の量が前記範囲より少なくても、所要の強度 *靱性 ·耐食性を確保することがで きる。具体的には、 A1が 0. 005〜0. 05%の範囲で強度'靱性 '耐食性を確保するこ とがでさる。
[0026] 本発明は鋼管の製造方法であることから、本発明に言う熱間圧延は、例えば、次の とおりである。
すなわち、まず、所定の成分となるように溶鋼を調整した後、慣用の連続铸造等の 方法でビレットを製造する。それを例えば 1200°C以上に加熱後ピアサ一等で穿孔し 、次いでマンドレルミル'レデューサ一等で熱間圧延を行い所定の外径 ·内厚を持つ 鋼管、つまり素管を製造する。熱間圧延としては、その他プラグミルなどによって行つ てもよい。
[0027] 本発明にあっては、このように熱間圧延終了時の素菅の温度力 所定の範囲に入 るように熱間圧延等の製造条件を調整する。熱間圧延終了後、素管を冷却する。通 常は空冷で常温まで冷却すればよ!、。本発明で規定する化学組成の鋼管では空冷 でも焼きが入り、マルテンサイト組織が得られる。
[0028] その後、所定の機械的特性となるように焼戻しを行う。たとえば 700〜750°Cまでカロ 熱し、冷却すればよい。この場合の冷却速度は特に制限されず、通常、空冷以上の 冷却速度、例えば 2°CZsec以上で冷却すればょ 、。
[0029] このようにして得られた成品はさらに検査、ネジ切り等を行って製品とする。本発明 の場合、素管の寸法は制限されないが、例えば外径 88. lmm、肉厚 6. 95mmが例 示される。 [0030] ここで、実施例によって本発明の作用効果を具体的に説明する。
実施例
[0031] 表 1に示す化学組成を有する鋼を溶製し、連続铸造後、鍛造を施して外径 191m m、長さ 2400mmの寸法のビレットを製造した。そのビレットを 1200°C以上に加熱し てプラグミルで穿孔圧延を行った。このとき得られた素管を再加熱炉で所定の温度ま で加熱し、次いで、マンドレルミル 'レデューサ一で熱間で最終圧延を行って所定の 寸法 (外径 88. 90mm,肉厚 6. 45mm)の継ぎ目無し鋼管を製造した。
[0032] この最終圧延終了時の温度、つまり熱間圧延仕上げ温度を種々変更するため、再 加熱炉での加熱条件、圧延条件を調整した。その後、 2°CZ秒で素管を常温まで空 冷し、次いで 700〜750°Cで焼戻しを実施した。表 1に仕上げ温度および焼戻し温 度を各供試鋼について示す。
[0033] このようにして製造した素管から、 API 5CT規格に基づ 、た試験片を切り出し、弧 状試験片にて引張り強さおよび降伏強さ、 HRC硬度、シャルピー衝撃試験 (形状 : 2 mmVノッチ 10 X 5mm)による遷移温度を測定した。
[0034] 評価方法は、引張り強度が API L80^V— (YP： 552~656MPa, TS： 657M Pa以上）、 HRC硬度が 22以下、シャルピー衝撃試験での破面率遷移温度 (vTrs) 力 SO°C以下であることを満足することを必要条件とした。
[0035] 結果を表 1に示す。本発明の範囲に入る実施例 1から 13はいずれも前記機械的強 度を満足するばかりでなぐ硬度で評価される耐食性も十分に発揮することが分かる 図 1は表 1の結果をグラフにまとめて示すものである力 図中の「〇」、「X」は次の 通りである。
[0036] 0 :HRC≤22. 0、 vTrs≤0°C両方を満足する場合
X： HRC≤22. 0、 vTrs≤0°Cどちらか一方でも満足できない場合
本発明の範囲の A1量および仕上げ温度のときには HRC≤ 22. 0、 vTrs≤0°Cを満 足することが分かる。
[0037] [表 1]
Figure imgf000009_0001
産業上の利用可能性
このように、本発明によれば、直接焼入れ法により 13Cr鋼のマルテンサイト系ステ ンレス鋼管が生産性よく低コストで製造できるのであって、生産コストの低減と 1、う今 日的要請を満足できる。

Claims

請求の範囲
[1] 質量0 /0で、 C:0.15〜0.21%, Si:0.16~1.0%、 Mn:0.35~1.0%、 Cr:10 .5〜14.0%、 P:0.020%以下、 S:0.0050%以下、 A1:0.025〜0.050%、残 部が Feおよび不純物力もなる化学組成を有する鋼片を、仕上げ温度を 800〜960 °Cで熱間加工により素管とした後、直ちに空冷以上の冷却速度で焼き入れを行い、 その後、加熱して焼き戻しを行うことを特徴とするマルテンサイト系継ぎ目無しステン レス鋼管の製造方法。
[2] 前記化学組成が、 Mo :2.0%以下、 V:0.50%以下、 Nb:0.50%以下の少なく とも 1種をさらに含む請求項 1記載のマルテンサイト系継ぎ目無しステンレス鋼管の製 造方法。
[3] 前記化学組成における A1含有量を、 A1:0.005-0.050%とし、仕上げ温度を 8 50〜960とする請求項 1または 2記載のマルテンサイト系継ぎ目無しステンレス鋼管 の製造方法。
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