WO2024075258A1 - 継目無鋼管 - Google Patents

継目無鋼管 Download PDF

Info

Publication number
WO2024075258A1
WO2024075258A1 PCT/JP2022/037509 JP2022037509W WO2024075258A1 WO 2024075258 A1 WO2024075258 A1 WO 2024075258A1 JP 2022037509 W JP2022037509 W JP 2022037509W WO 2024075258 A1 WO2024075258 A1 WO 2024075258A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
less
content
mns
steel pipe
seamless steel
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/037509
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
工 西本
悠 佐藤
亜希子 富尾
淳子 今村
慎 長澤
Original Assignee
日本製鉄株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本製鉄株式会社 filed Critical 日本製鉄株式会社
Priority to PCT/JP2022/037509 priority Critical patent/WO2024075258A1/ja
Publication of WO2024075258A1 publication Critical patent/WO2024075258A1/ja

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/60Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/10Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes

Definitions

  • the present invention relates to seamless steel pipes.
  • Boiler furnaces and incinerators at waste incineration facilities generate exhaust gases that contain water vapor, sulfur oxides, hydrogen chloride, etc.
  • this exhaust gas is cooled in the exhaust gas chimney, etc., it condenses into sulfuric acid and hydrochloric acid, which causes severe corrosion of the steel pipes that make up the exhaust gas flow path, a condition known as sulfuric acid dew-point corrosion and hydrochloric acid dew-point corrosion.
  • Patent Documents 1 to 4 propose steel materials with excellent sulfuric acid dew-point corrosion resistance to which Cu, Sb, Co, Cr, etc. have been added.
  • Patent Document 5 proposes highly corrosion resistant stainless steel to which Cr, Ni, etc. have been added.
  • JP 2001-164335 A JP 2003-213367 A JP 2007-239094 A JP 2012-57221 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-316745
  • seamless steel pipes are used in air preheaters and gas-gas heaters for coal-fired power plant boilers, and in air preheaters/desulfurization equipment for waste incineration plants, where the outside of the steel pipe contains moisture and is exposed to exhaust gases containing SOx, HCl, etc., and the inside of the steel pipe comes into contact with high-temperature boiler water.
  • Steel materials containing Cu, Sb, etc. have excellent corrosion resistance, so their use in seamless steel pipes is also progressing. However, there is still room for further improvement in the corrosion resistance of seamless steel pipes used in the above-mentioned environments.
  • the present invention aims to solve the above problems and provide a seamless steel pipe that has excellent corrosion resistance in an environment where the outer surface is exposed to a corrosive sulfuric acid environment and the inner surface is exposed to high-temperature water.
  • the present invention was made to solve the above problems, and the gist of the present invention is the seamless steel pipe described below.
  • a seamless steel pipe having an inner surface and an outer surface The chemical composition, in mass%, is C: 0.06% or less, Si: 0.55% or less, Mn: 0.70 to 1.40%, P: 0.020% or less, S: 0.0005 to 0.020%, N: 0.005% or less, O: 0.0005 to 0.0035%, Cu: 0.25 to 0.45%, Ni: 0.50% or less, Mo: 0.20% or less, Sb: 0.05 to 0.15%, The balance is Fe and impurities.
  • the metal structure is, in area percent, Ferrite: 90.0% or more,
  • the average grain size of ferrite in the inner surface layer of the tube is 3.0 to 20.0 ⁇ m;
  • the average grain size of ferrite in the outer surface layer of the tube is 3.0 to 25.0 ⁇ m;
  • the tube contains MnS and MnS oxides in a surface layer of its inner surface, the number density of MnS having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is less than 100/ mm2 , and the ratio of the number density of MnS oxides having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more to the number density of MnS having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is 0.10 or more;
  • the outer surface layer of the tube contains MnS and MnS oxides, the number density of MnS having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is less than 100 /mm2, and the ratio of the number density of MnS oxides having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more to the number density
  • the chemical composition is, in mass%, replacing a part of the Fe, Al: 0.050% or less, Cr: 0.70% or less, Nb: 0.100% or less, Ta: 0.100% or less, V: 0.100% or less, Ti: 0.100% or less, W: 1.00% or less, Ca: 0.0100% or less, Mg: 0.0100% or less, REM: 0.0100% or less, B: 0.0050% or less, Sn: 0.30% or less, Pb: 0.30% or less, Se: 0.100% or less, Te: 0.100% or less, Bi: 0.100% or less, Ag: 0.500% or less; and Pd: 0.100% or less, It contains one or more selected from the group consisting of The seamless steel pipe according to (1) above.
  • the number density of MnS having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is less than 50/mm2, and the ratio of the number density of MnS oxide having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more to the number density of MnS having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is 0.50 or more.
  • the present invention makes it possible to provide a seamless steel pipe that has excellent corrosion resistance in an environment in which the outer surface is exposed to a corrosive sulfuric acid environment and the inner surface is exposed to high-temperature water.
  • the inventors have investigated methods for improving the corrosion resistance of seamless steel pipes in environments where the outer surface is exposed to a corrosive sulfuric acid environment and the inner surface is exposed to high-temperature water.
  • Mn is an essential element for ensuring the strength and toughness of steel pipes, but it also forms MnS, which deteriorates corrosion resistance in corrosive environments.
  • S has the effect of improving corrosion resistance when contained together with Cu and Sb, so extreme reduction is not desirable.
  • MnS can be rendered harmless by refining it and bonding it with oxygen to form MnS oxide. Therefore, it is also important to control the inclusions on both the outer and inner surfaces of the steel pipe according to the environment to which it is exposed.
  • C 0.06% or less Carbon (C) is inevitably contained. That is, the C content is more than 0%. C increases the strength of the steel. Even if even a small amount of C is contained, this effect can be obtained to some extent. However, if the C content exceeds 0.06%, the sulfuric acid corrosion resistance of the steel decreases even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the C content is 0.06% or less. Excessive reduction of the C content increases the manufacturing cost. Therefore, in consideration of industrial production, the preferred lower limit of the C content is 0.0001%, and more preferably 0.0005%. In order to more effectively increase the strength of the steel, the preferred lower limit of the C content is 0.001%, and more preferably 0.01%. The preferred upper limit of the C content is 0.055%, and more preferably 0.05%.
  • Si Silicon
  • Si is inevitably contained. That is, the Si content is more than 0%. Si deoxidizes the steel. Si also dissolves in ferrite to increase the strength of the steel. If even a small amount of Si is contained, this effect can be obtained to some extent. However, if the Si content exceeds 0.55%, the weldability and toughness of the steel will decrease even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the Si content is 0.55% or less. Excessive reduction of the Si content increases the manufacturing cost. Therefore, when considering industrial production, the preferred lower limit of the Si content is 0.0001%, and more preferably 0.0005%. When the strength of the steel is more effectively increased, the preferred lower limit of the Si content is 0.05%, and more preferably 0.10%. The preferred upper limit of the Si content is 0.50%, more preferably 0.45%, and even more preferably 0.40%.
  • Mn 0.70 to 1.40%
  • Mn Manganese
  • the preferred lower limit of the Mn content is 0.80%, and more preferably 0.90%.
  • the preferred upper limit of the Mn content is 1.35%, more preferably 1.30%, more preferably 1.25%, and more preferably 1.20%.
  • Phosphorus (P) is an impurity that is inevitably contained. That is, the P content is more than 0%. P segregates at grain boundaries and reduces the sulfuric acid corrosion resistance of steel. If the P content exceeds 0.020%, sufficient sulfuric acid corrosion resistance cannot be obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the P content is 0.020% or less.
  • the P content is preferably as low as possible. However, excessive reduction of the P content increases the manufacturing cost. Therefore, in consideration of industrial production, the preferable lower limit of the P content is 0.0001%, more preferably 0.0005%, and even more preferably 0.001%.
  • S 0.0005 to 0.020%
  • Sulfur (S) is an unavoidably contained impurity.
  • S has the effect of improving corrosion resistance in an acid corrosion environment by being contained simultaneously with Cu and Sb. Therefore, the S content is set to 0.0005% or more.
  • S reduces the hot workability of the steel. If the S content exceeds 0.020%, sufficient hot workability cannot be obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the S content is 0.020% or less.
  • the preferred lower limit of the S content is 0.001%, and more preferably 0.005%.
  • the preferred upper limit of the S content is 0.018%, and more preferably 0.016%.
  • N is an impurity that reduces the mechanical properties and productivity of steel materials. Therefore, the upper limit of the N content is set to 0.005% or less.
  • the N content is preferably 0.004% or less.
  • the N content may be 0%, an extreme reduction in the N content leads to an increase in steelmaking costs. Therefore, the N content may be 0.001% or more.
  • N has the effect of contributing to the improvement of mechanical properties, etc. by precipitating as fine nitrides. If this effect is desired, the N content may be 0.002% or more.
  • O 0.0005 to 0.0035%
  • O is an element that has the effect of detoxifying MnS by bonding with MnS and preventing deterioration of corrosion resistance and mechanical properties. However, if O is contained in excess, it generates coarse oxides that become the starting point of corrosion in an acid corrosion environment. Therefore, the O content is set to 0.0005 to 0.0035%.
  • the O content is preferably 0.0010% or more, and more preferably 0.0015% or more.
  • the O content is preferably 0.0030% or less, and more preferably 0.0025% or less.
  • Cu 0.25 to 0.45% Copper (Cu) enhances the sulfuric acid corrosion resistance of steel. If the Cu content is less than 0.25%, sufficient sulfuric acid corrosion resistance cannot be obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. On the other hand, if the Cu content exceeds 0.45%, the weldability and hot workability of the steel are reduced even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the Cu content is 0.25 to 0.45%.
  • the preferred lower limit of the Cu content is 0.26%, and more preferably 0.27%.
  • the preferred upper limit of the Cu content is 0.40%, and more preferably 0.38%, and even more preferably 0.36%.
  • Ni 0.50% or less Nickel (Ni) is inevitably contained. That is, the Ni content is more than 0%. Ni increases the hydrochloric acid corrosion resistance of steel. If even a small amount of Ni is contained, this effect can be obtained to some extent. However, if the Ni content exceeds 0.50%, the weldability and hot workability of the steel are reduced. Therefore, the Ni content is 0.50% or less. Excessive reduction of the Ni content increases the manufacturing cost. Therefore, in consideration of industrial production, the preferred lower limit of the Ni content is 0.01%, and more preferably 0.02%. In consideration of further effectively increasing the hydrochloric acid corrosion resistance, the preferred lower limit of the Ni content is 0.05%, and more preferably 0.10%. The preferred lower limit of the Ni content is 0.44%, more preferably 0.40%, and more preferably 0.35%.
  • Mo Molybdenum
  • Mo Molybdenum
  • the Mo content is more than 0%. Mo enhances the sulfuric acid corrosion resistance of steel. If even a small amount of Mo is contained, this effect can be obtained to some extent.
  • the Mo content exceeds 0.20%, the corrosion resistance of steel decreases. Therefore, the Mo content is 0.20% or less. Excessive reduction of the Mo content increases the manufacturing cost. Therefore, the preferred lower limit of the Mo content is 0.001%, more preferably 0.005%.
  • the preferred lower limit of the Mo content is 0.01%, more preferably 0.02%, and even more preferably 0.03%.
  • the preferred upper limit of the Mo content is 0.19%, more preferably 0.18%, and even more preferably 0.17%.
  • Sb 0.05 to 0.15%
  • Antimony (Sb) enhances the sulfuric acid corrosion resistance of steel. If the Sb content is less than 0.05%, sufficient sulfuric acid corrosion resistance cannot be obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. On the other hand, if the Sb content exceeds 0.15%, the hot workability and weldability of the steel are reduced even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the Sb content is 0.05 to 0.15%.
  • the preferred lower limit of the Sb content is 0.06%, more preferably 0.07%, and even more preferably 0.08%.
  • the preferred upper limit of the Sb content is 0.14%, and even more preferably 0.13%.
  • the balance is Fe and impurities.
  • impurities refer to components that are mixed in from raw materials such as ores and scraps and other factors during the industrial production of steel, and are acceptable within a range that does not adversely affect the seamless steel pipe of the present invention.
  • the chemical composition of the seamless steel pipe of this embodiment may further contain, in place of a portion of Fe, one or more elements selected from the group consisting of Al: 0.050% or less, Cr: 0.70% or less, Nb: 0.100% or less, Ta: 0.100% or less, V: 0.100% or less, Ti: 0.100% or less, and W: 1.00% or less.
  • Al may be added as a deoxidizer.
  • all elements other than Al increase the high-temperature strength of the steel.
  • Al 0.050% or less
  • Aluminum (Al) is an optional element and may not be contained. In other words, the Al content may be 0%. When Al is contained, Al acts as a deoxidizer. If even a small amount of Al is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if Al is contained in excess, the corrosion resistance is impaired due to an increase in inclusions. Therefore, the Al content is set to 0.050% or less.
  • the Al content is preferably 0.005% or more, more preferably 0.010% or more, and even more preferably 0.020% or more. Moreover, the Al content is preferably 0.045% or less, and more preferably 0.040% or less.
  • Chromium (Cr) is an optional element and may not be contained. In other words, the Cr content may be 0%. When Cr is contained, Cr improves hardenability and improves strength. If even a small amount of Cr is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, although Cr is an element that improves weather resistance, it may reduce corrosion resistance in an acid corrosion environment. Therefore, the Cr content is set to 0.70% or less.
  • the Cr content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.02% or more, and even more preferably 0.05% or more.
  • the Cr content is preferably 0.50% or less, more preferably 0.30% or less, and even more preferably 0.10% or less.
  • Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained. That is, the Nb content may be 0%. When Nb is contained, Nb forms carbides or carbonitrides in the steel, and increases the high-temperature strength of the seamless steel pipe. If even a small amount of Nb is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Nb content is too high, the effect is saturated. Therefore, the Nb content is 0.100% or less.
  • the preferred lower limit of the Nb content is more than 0%, more preferably 0.005%, and more preferably 0.010%.
  • the preferred upper limit of the Nb content is 0.090%, and more preferably 0.080%.
  • Tantalum (Ta) is an optional element and may not be contained. In other words, the Ta content may be 0%. When Ta is contained, Ta generates carbides or carbonitrides in the steel, and increases the high-temperature strength of the seamless steel pipe. If even a small amount of Ta is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Ta content is too high, the effect is saturated. Therefore, the Ta content is 0.100% or less.
  • the preferred lower limit of the Ta content is more than 0%, more preferably 0.005%, and more preferably 0.010%.
  • the preferred upper limit of the Ta content is 0.090%, and more preferably 0.080%.
  • V Vanadium
  • V is an optional element and may not be contained. In other words, the V content may be 0%.
  • V forms carbides or carbonitrides in the steel, which increases the high-temperature strength of the seamless steel pipe. If even a small amount of V is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the V content is too high, the effect is saturated. Therefore, the V content is 0.100% or less.
  • the preferred lower limit of the V content is more than 0%, more preferably 0.005%, and even more preferably 0.010%.
  • the preferred upper limit of the V content is 0.090%, and even more preferably 0.080%.
  • Titanium (Ti) is an optional element and may not be contained. In other words, the Ti content may be 0%. When Ti is contained, Ti generates carbides or carbonitrides in the steel, which increases the high-temperature strength of the seamless steel pipe. If even a small amount of Ti is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Ti content is too high, the effect is saturated. Therefore, the Ti content is 0.100% or less.
  • the preferred lower limit of the Ti content is more than 0%, more preferably 0.005%, and more preferably 0.010%.
  • the preferred upper limit of the Ti content is 0.090%, and more preferably 0.080%.
  • W 1.00% or less Tungsten (W) is an optional element and may not be contained. In other words, the W content may be 0%.
  • W increases the high-temperature strength of the seamless steel pipe. If even a small amount of W is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the W content is too high, the effect is saturated. Therefore, the W content is 1.00% or less.
  • the preferred lower limit of the W content is more than 0%, more preferably 0.05%, and even more preferably 0.10%.
  • the preferred upper limit of the W content is 0.90%, and even more preferably 0.80%.
  • the chemical composition of the seamless steel pipe of this embodiment may further contain, in place of a portion of Fe, one or more elements selected from the group consisting of Ca: 0.0100% or less, Mg: 0.0100% or less, REM: 0.0100% or less, and B: 0.0050% or less. All of these elements increase the cleanliness of the steel.
  • Ca 0.0100% or less Calcium (Ca) is an optional element and may not be contained. In other words, the Ca content may be 0%.
  • the Ca content may be 0%.
  • the preferred lower limit of the Ca content is more than 0%, more preferably 0.0002%, and even more preferably 0.0010%.
  • the preferred upper limit of the Ca content is 0.0090%, and even more preferably 0.0080%.
  • Mg 0.0100% or less
  • Magnesium (Mg) is an optional element and may not be contained. In other words, the Mg content may be 0%.
  • Mg is contained, the cleanliness of the steel is improved while suppressing the decrease in sulfuric acid corrosion resistance. If even a small amount of Mg is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Mg content is too high, the effect is saturated. Therefore, the Mg content is 0.0100% or less.
  • the preferable lower limit of the Mg content is more than 0%, more preferably 0.0002%, and more preferably 0.0010%.
  • the preferable upper limit of the Mg content is 0.0090%, and more preferably 0.0080%.
  • Rare earth elements are optional elements and may not be contained.
  • the REM content may be 0%.
  • the cleanliness of the steel is improved while suppressing the decrease in sulfuric acid corrosion resistance. If even a small amount of REM is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the REM content is too high, the effect is saturated. Therefore, the REM content is 0.0100% or less.
  • the preferred lower limit of the REM content is more than 0%, more preferably 0.0002%, and even more preferably 0.0010%.
  • the preferred upper limit of the REM content is 0.0090%, and even more preferably 0.0080%.
  • REM is a general term for 17 elements in total: Sc, Y, and lanthanides, and the REM content refers to the total amount of the above elements. Note that industrially, lanthanides are added in the form of misch metals.
  • B Boron (B) is an optional element and may not be contained.
  • the B content may be 0%.
  • B When B is contained, it enhances the cleanliness of the steel while suppressing the decrease in sulfuric acid corrosion resistance. If even a small amount of B is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the B content is too high, the effect is saturated. Therefore, the B content is 0.0050% or less.
  • the preferred lower limit of the B content is more than 0%, more preferably 0.0002%, and even more preferably 0.0010%.
  • the preferred upper limit of the B content is 0.0040%, and even more preferably 0.0030%.
  • the chemical composition of the seamless steel pipe of this embodiment may further contain, in place of a portion of Fe, one or more elements selected from the group consisting of Sn: 0.30% or less and Pb: 0.30% or less. Both of these elements improve the machinability of the steel.
  • Tin (Sn) is an optional element and may not be contained. In other words, the Sn content may be 0%.
  • Sn is contained, the machinability of the steel is improved. If even a small amount of Sn is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Sn content is too high, the hot workability of the steel is reduced. Therefore, the Sn content is 0.30% or less.
  • the preferred lower limit of the Sn content is more than 0%, more preferably 0.01%, and even more preferably 0.10%.
  • the preferred upper limit of the Sn content is 0.25%, and even more preferably 0.20%.
  • Pb 0.30% or less
  • Lead (Pb) is an optional element and may not be contained. In other words, the Pb content may be 0%.
  • the Pb content may be 0%.
  • the machinability of the steel is improved. If even a small amount of Pb is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Pb content is too high, the hot workability of the steel is reduced. Therefore, the Pb content is 0.30% or less.
  • the preferred lower limit of the Pb content is more than 0%, more preferably 0.01%, and even more preferably 0.10%.
  • the preferred upper limit of the Pb content is 0.25%, and even more preferably 0.20%.
  • the chemical composition of the seamless steel pipe of this embodiment may further contain, in place of a portion of Fe, one or more elements selected from the group consisting of Se: 0.100% or less, Te: 0.100% or less, and Bi: 0.100% or less. All of these elements increase the acid resistance of the steel.
  • Se 0.100% or less
  • Selenium (Se) is an optional element and may not be contained. In other words, the Se content may be 0%.
  • the acid resistance of the steel is increased. If even a small amount of Se is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Se content is too high, the manufacturability of the steel decreases and the manufacturing cost increases. Therefore, the Se content is 0.100% or less.
  • the preferred lower limit of the Se content is more than 0%, more preferably 0.001%, and even more preferably 0.010%.
  • the preferred upper limit of the Se content is 0.090%, more preferably 0.080%, and even more preferably 0.070%.
  • Te 0.100% or less
  • Tellurium (Te) is an optional element and may not be contained. In other words, the Te content may be 0%.
  • Te the acid resistance of the steel is increased. If even a small amount of Te is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Te content is too high, the manufacturability of the steel decreases and the manufacturing cost increases. Therefore, the Te content is 0.100% or less.
  • the preferred lower limit of the Te content is more than 0%, more preferably 0.001%, and even more preferably 0.010%.
  • the preferred upper limit of the Te content is 0.090%, more preferably 0.080%, and even more preferably 0.070%.
  • Bi 0.100% or less Bismuth (Bi) is an optional element and may not be contained. In other words, the Bi content may be 0%.
  • the Bi content may be 0%.
  • the preferred lower limit of the Bi content is more than 0%, more preferably 0.001%, and more preferably 0.010%.
  • the preferred upper limit of the Bi content is 0.090%, more preferably 0.080%, and more preferably 0.070%.
  • the chemical composition of the seamless steel pipe of this embodiment may further contain, in place of a portion of Fe, one or more elements selected from the group consisting of Ag: 0.500% or less and Pd: 0.100% or less. Both of these elements increase sulfuric acid corrosion resistance at high temperatures.
  • Ag 0.500% or less
  • Silver (Ag) is an optional element and may not be contained. That is, the Ag content may be 0%. When Ag is contained, the sulfuric acid corrosion resistance of steel at high temperatures is increased. If even a small amount of Ag is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Ag content is too high, the hot workability of the steel is reduced. Therefore, the Ag content is 0.500% or less.
  • the preferred lower limit of the Ag content is more than 0%, more preferably 0.001%, and even more preferably 0.010%.
  • the preferred upper limit of the Ag content is 0.400%, more preferably 0.250%, and even more preferably 0.100%.
  • Palladium (Pd) is an optional element and may not be contained. In other words, the Pd content may be 0%.
  • the sulfuric acid corrosion resistance of steel at high temperatures is increased. If even a small amount of Pd is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Pd content is too high, the hot workability of the steel decreases. Therefore, the Pd content is 0.100% or less.
  • the preferred lower limit of the Pd content is more than 0%, more preferably 0.001%, and even more preferably 0.010%.
  • the preferred upper limit of the Pd content is 0.090%, more preferably 0.080%, and even more preferably 0.070%.
  • the area ratio of ferrite is 90.0% or more.
  • the remainder other than ferrite is pearlite.
  • the metal structure (matrix: parent phase) of the seamless steel pipe of this embodiment is a structure consisting of ferrite and pearlite.
  • the area ratio of ferrite is 90.0% or more.
  • the preferable lower limit of the ferrite area ratio is 92.0%, and more preferably 95.0%.
  • the area ratio of ferrite is measured by the following method.
  • a sample is taken from the center of the wall thickness of a seamless steel pipe.
  • the size of the sample is not particularly limited as long as the field of view for metal structure observation described below is secured.
  • the observation surface is a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the seamless steel pipe among the surfaces of the sample.
  • the observation surface is mirror-polished.
  • the mirror-polished sample is immersed in a nital etching solution to reveal the structure by etching.
  • the etched observation surface is observed in a secondary electron image using a scanning electron microscope (SEM).
  • SEM scanning electron microscope
  • the structure (ferrite, pearlite, etc.) is identified from the contrast.
  • the arithmetic average value of the area ratio of ferrite identified in each field of view (total of five fields of view) is defined as the area ratio of ferrite (%).
  • the average grain size of ferrite on the inner surface of the pipe is 3.0 to 20.0 ⁇ m
  • the average grain size of ferrite on the outer surface of the pipe is 3.0 to 25.0 ⁇ m.
  • Sb a segregating element, segregates/disperses at the grain boundaries, and the location of Sb, which is effective for sulfuric acid corrosion resistance, becomes the crystal grain boundaries.
  • Cu another element that is effective for corrosion resistance, is present within the grains, so if Sb segregates at the grain boundaries, it becomes difficult to obtain the combined effect of Cu and Sb for corrosion resistance. Therefore, the average crystal grain size of ferrite is set to 3.0 ⁇ m or more on both the inner and outer surface layers of the tube.
  • the seamless steel pipe of this embodiment may be a steel pipe that has been hot worked as is (hot-rolled finished material), or a steel pipe that has been subsequently cold worked (cold-rolled finished material).
  • the average grain size of ferrite in seamless steel pipes is measured by the following method. Samples are taken from the surface layer of the inner surface and the surface layer of the outer surface of the seamless steel pipe. The surface layer refers to the area up to 2.0 mm in the depth direction from the inner surface and the outer surface, respectively. The taken samples are embedded in resin and the surfaces of the samples are polished. The polished surface (observation surface) of the sample is a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the seamless steel pipe. After polishing the observation surface of the resin-embedded sample, the sample is immersed in a nital etching solution to reveal the grain boundaries of the ferrite on the surface. The circle equivalent diameter of the ferrite in each of five arbitrary visual fields on the corroded observation surface is determined, and the average value is taken as the average grain size.
  • the seamless steel pipe of this embodiment contains MnS and MnS oxides in the inner surface layer and the outer surface layer.
  • the number density of MnS having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is less than 100/ mm2 .
  • the ratio of the number density of MnS oxides having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more to the number density of MnS having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is 0.10 or more.
  • MnS with a maximum length of less than 2.0 ⁇ m has almost no effect on the corrosion resistance of steel
  • the present invention focuses on inclusions with a maximum length of 2.0 ⁇ m or more.
  • MnS with a maximum length of 2.0 ⁇ m or more will be simply referred to as MnS
  • MnS oxides with a maximum length of 2.0 ⁇ m or more will be simply referred to as MnS oxides.
  • MnS becomes the starting point of corrosion and deteriorates the corrosion resistance in both sulfuric acid corrosive environments and high-temperature water environments. Therefore, it is necessary to limit the number density of MnS to less than 100/ mm2 .
  • the number density of MnS is preferably 90/mm2 or less , and more preferably 80/ mm2 or less.
  • the ratio of the number density of MnS oxide to the number density of MnS is set to 0.10 or more.
  • the above ratio is preferably 0.12 or more, and more preferably 0.15 or more.
  • the seamless steel pipe of this embodiment since superior corrosion resistance may be required on the outer surface, it is preferable to make the ferrite on the outer surface layer of the pipe relatively coarse-grained. However, it may be difficult to control the grain size on the outer surface during the manufacturing process of the seamless steel pipe.
  • the number density of MnS in the outer surface layer of the tube be less than 50/ mm2 and that the ratio of the number density of MnS oxides to the number density of MnS be 0.50 or more.
  • the number density of MnS and the number density of MnS oxide are measured by energy dispersive X-ray analysis (EDS) equipped in a scanning electron microscope (SEM).
  • EDS energy dispersive X-ray analysis
  • SEM scanning electron microscope
  • the measurement magnification is 1000 times, and the maximum length of MnS and MnS oxide detected in the field of view is measured. Then, the number of inclusions with a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is counted and divided by the area of the field of view to determine the number density.
  • Inclusions are identified by EDS, and inclusions with a total Mn and S content of 90% or more by mass are determined to be MnS, and inclusions with an O peak and a total Mn, S and O content of 90% or more by mass are determined to be MnS oxides.
  • the tensile strength is preferably 380 MPa or more and the yield stress is preferably 230 MPa or more.
  • the preferred lower limit of the tensile strength is 390 MPa, more preferably 400 MPa.
  • the preferred upper limit of the tensile strength is not particularly limited, but may be, for example, 600 MPa or 580 MPa.
  • the preferred lower limit of the yield stress is 240 MPa, more preferably 250 MPa.
  • the preferred upper limit of the yield stress is not particularly limited, but may be, for example, 450 MPa or 440 MPa.
  • (E) Oxide Scale When the seamless steel pipe is a hot-rolled finished material, it is preferable that at least a part of the outer surface of the steel pipe base material has an oxide scale, and that the interface between the steel pipe base material and the oxide scale has a concentrated layer of Si, Cu and Sb. By having a concentrated layer of these elements, a barrier effect against sulfuric acid and hydrochloric acid is exhibited, and the corrosion resistance in an acid corrosion environment is further improved.
  • the concentrated layer of Si, Cu and Sb refers to the Si, Cu and Sb in the steel material that diffuses during heat treatment and concentrates at the interface between the base material and the oxide scale.
  • a line analysis is performed with an electron probe microanalyzer (EPMA) on a cross section perpendicular to the surface of the steel material and including the interface between the base material and the oxide scale, and the concentrated layer is defined as the region where the content of Si, Cu and Sb is at least twice as high as the content in the base material.
  • the measurements are performed under the following conditions: acceleration voltage: 15 kV, beam diameter: up to 100 nm, irradiation time: 20 ms, measurement pitch: 80 nm.
  • the base material contains Ni
  • a Ni-enriched layer By having a Ni-enriched layer, it is possible to further improve corrosion resistance.
  • the seamless steel pipe of this embodiment is not particularly limited in its applications, but is suitable for use in an environment in which the outer surface is exposed to a corrosive sulfuric acid environment and the inner surface is exposed to high-temperature water. More specifically, the seamless steel pipe of this embodiment is suitable for air preheaters for coal-fired power plant boilers, gas-gas heaters, and the like, and air preheaters/desulfurization devices for waste incineration facilities.
  • the manufacturing method for a seamless steel pipe according to this embodiment includes a material preparation step, a hot working step, and a heat treatment step.
  • a material is produced by a casting method using molten steel having the above-mentioned chemical composition.
  • the material may be a slab or bloom produced by a continuous casting method using molten steel, or a round billet produced by a continuous casting method.
  • a round billet is a billet having a circular cross section perpendicular to the longitudinal direction.
  • the material may also be an ingot produced by an ingot casting method using molten steel.
  • the following hot processing is carried out to produce a seamless steel pipe.
  • the material is heated in a heating furnace.
  • the heating temperature is not particularly limited, but is, for example, 1000 to 1300°C.
  • the material is subjected to blooming using a blooming mill to produce a round billet.
  • the Mannesmann process is carried out on the round billet to produce a hollow shell.
  • a scale modifier containing a Si compound is applied to at least one end face (the end face on the side to be pierced and rolled) of the round billet .
  • the scale modifier containing a Si compound is a mixture obtained by mixing, in addition to a Si compound, oxides such as Al2O3 , Fe2O , CaO, MgO, Na2O , K2O , B2O3 , and ZrO2 , a binder, water, and, in some cases, a compound such as CrB.
  • Si compounds include SiO 2 and SiC.
  • a compound containing 50% or more of SiO 2 by mass percent or a compound containing 15% or more of SiC by mass percent are preferable to use.
  • oxides such as Al2O3 , Fe2O , CaO, MgO, Na2O , K2O , B2O3 , ZrO2 , and compounds such as C and B are mixed with Si compounds and mixed into the scale modifier in the form of glass frit.
  • the mixing ratio of these may be adjusted so that the viscosity of the scale modifier is in an appropriate range when heated before piercing and rolling.
  • the scale modifier can be applied by spraying or brushing onto at least one end surface of the steel material at room temperature.
  • the amount of scale modifier applied is preferably, for example, 50 to 100 mg/ cm2 .
  • the round billet coated with the scale modifier is heated in a heating furnace.
  • the heating temperature is 1170 to 1300°C.
  • the round billet is then extracted from the heating furnace, and piercing rolling is performed on the extracted round billet using a piercing machine to produce a blank tube.
  • the blank tube after piercing rolling may be further subjected to elongation rolling using a mandrel mill.
  • the blank tube that has been reheated after elongation rolling (hot working) using a mandrel mill may be subjected to sizing using a sizer or stretch reducer.
  • the manufactured raw pipe is cooled.
  • the cooling method is, for example, air cooling. Through the above hot processing, seamless steel pipe is manufactured.
  • the material prepared in the material preparation process is a round billet
  • the blooming process described above is omitted.
  • the Mannesmann process is carried out on the prepared material (round billet) to produce a blank pipe.
  • the blank pipe produced is cooled to produce a seamless steel pipe.
  • the heat treatment after pipe making may be omitted, but the heat treatment may be carried out as necessary for reasons such as the stability of quality such as mechanical properties.
  • the heat treatment temperature is set to the Ac 3 transformation point or higher.
  • the heat treatment temperature in the heat treatment is, for example, 900°C or higher, and more preferably 900 to 920°C.
  • the holding time at the above heat treatment temperature is not particularly limited, but is, for example, 5 to 10 minutes.
  • the average grain size of ferrite is adjusted by the heat treatment temperature and holding time in the heat treatment. After the holding time at the above heat treatment temperature has elapsed, the seamless steel pipe is formed in a stretch reducer. When producing a cold-rolled finished material, cold working is performed after forming in a stretch reducer, and then heat treatment is performed again.
  • the detailed mechanism is unknown, it is thought that increasing the cooling rate suppresses the segregation of Sb to grain boundaries during cooling and ensures the intragranular Sb concentration that contributes to corrosion resistance. Therefore, a faster cooling rate is better.
  • the blank pipe was subjected to elongation rolling using a mandrel mill and sizing rolling using a stretch reducer or sizer, after which cold working and heat treatment were performed. Note that for test numbers 22 and 23, no cold working was performed, and heat treatment was performed after pipe making (sizing rolling). Seamless steel pipes as shown in Table 2 were manufactured.
  • the steel pipes obtained were used to carry out the various performance evaluation tests shown below.
  • Test numbers 22 and 23 were hot-rolled finished materials that had not been hot-worked.
  • An oxide scale had formed on the steel surface, and a layer of concentrated Si, Cu, and Sb had formed at the scale/steel plate interface, as well as a layer of concentrated Ni on the base metal side of the concentrated layer.
  • the ferrite grain size was measured from the cross-sectional structure of the seamless steel pipe of each test number.
  • a sample was cut from the steel pipe, embedded in resin, and polished.
  • the surface (observation surface) of the sample to be polished was a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the seamless steel pipe. After polishing the observation surface of the resin-embedded sample, the sample was immersed in a nital etching solution to reveal the grain boundaries of ferrite on the surface.
  • the grain size of ferrite in each of five arbitrary fields of view on the corroded observation surface was determined.
  • the area of each field was 200 x 200 ⁇ m2, covering the regions up to 40 ⁇ m in the depth direction from the inner and outer surfaces of the steel pipe.
  • the average grain size evaluated in five fields of view on the inner and outer surfaces of the pipe was defined as the grain size of the ferrite grains.
  • the two coupon test pieces thus prepared were used to carry out the "6-hour sulfuric acid corrosion test" shown below.
  • a 50% by mass sulfuric acid solution was prepared using special grade sulfuric acid (density about 1.84) specified in JIS K 8951 and distilled water.
  • the coupon test piece was immersed in the sulfuric acid solution at 70°C for 6 hours under atmospheric pressure. The specific liquid volume was set to 22.7 cm3 / cm2 . After 6 hours, the coupon test piece was taken out of the sulfuric acid solution, washed with water, and dried. After removing the corrosion products on the surface of the dried coupon test piece, the mass of the test piece was measured to determine the corrosion weight loss.
  • the corrosion rate (mg cm -2 h -1 ) was calculated based on the weight loss.
  • the average value of the two coupon test pieces was defined as the corrosion rate (mg cm -2 h -1 ) in the 6-hour sulfuric acid corrosion test for that test number.
  • the corrosion rate was rated as ⁇ when it was 20 mg cm -2 h -1 or less, ⁇ when it was more than 20 mg cm -2 h -1 and less than 30 mg cm- 2 h -1 , ⁇ when it was more than 30 mg cm- 2 h -1 and less than 50 mg cm- 2 h -1 , and ⁇ when it exceeded 50 mg cm- 2 h -1 .
  • the seamless steel pipe according to the present invention is suitable for use in air preheaters, gas-gas heaters, etc. of boilers in coal-fired power plants, air preheaters/desulfurization devices of waste incineration facilities, etc.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

内面および外面を有し、化学組成が、質量%で、C:0.06%以下、Si:0.55%以下、Mn:0.70~1.40%、P:0.020%以下、S:0.0005~0.020%、N:0.005%以下、O:0.0005~0.0035%、Cu:0.25~0.45%、Ni:0.50%以下、Mo:0.20%以下、Sb:0.05~0.15%、残部:Feおよび不純物であり、金属組織が、面積%で、フェライト:90.0%以上を含み、管内面表層におけるフェライトの平均結晶粒径が3.0~20.0μm、管外面表層におけるフェライトの平均結晶粒径が3.0~25.0μmであり、管内面表層中および管外面表層中にMnSおよびMnS酸化物を含み、MnSの個数密度が100/mm2未満であり、かつMnSの個数密度に対する、MnS酸化物の個数密度の比が0.10以上である、継目無鋼管。

Description

継目無鋼管
 本発明は、継目無鋼管に関する。
 ボイラの火炉および廃棄物焼却施設の焼却炉等では、水蒸気、硫黄酸化物、塩化水素等を含む排ガスが発生する。この排ガスは、排ガス煙突等において冷却されると、凝縮して硫酸および塩酸となり、硫酸露点腐食および塩酸露点腐食として知られるように、排ガス流路を構成する鋼管に対し、著しい腐食を引き起こす。
 このような問題に対し、耐硫酸・塩酸露点腐食鋼および高耐食ステンレス鋼が提案されている。例えば、特許文献1~4では、Cu、Sb、Co、Crなどを添加した耐硫酸露点腐食性に優れた鋼材が提案されている。また、特許文献5では、CrおよびNiなどを添加した高耐食ステンレス鋼が提案されている。
特開2001-164335号公報 特開2003-213367号公報 特開2007-239094号公報 特開2012-57221号公報 特開平7-316745号公報
 ところで、継目無鋼管が使用される石炭火力発電所ボイラの空気予熱器、ガス-ガスヒータ等、ごみ焼却設備の空気予熱器/脱硫装置等では、鋼管外部が水分を含み、かつSOx、HCl等を含む排ガスに晒され、鋼管内部は高温のボイラ水に触れる環境となる。Cu、Sb等を含有する鋼材は、優れた耐食性を発揮するため、継目無鋼管への適用も進められている。しかし、上記のような環境で使用される継目無鋼管の耐食性に関しては、さらなる改善の余地が残されている。
 本発明は、上記の問題を解決し、外面が硫酸腐食環境に晒され、かつ内面が高温水に晒されるような環境において、優れた耐食性を有する継目無鋼管を提供することを目的とする。
 本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、下記の継目無鋼管を要旨とする。
 (1)内面および外面を有する継目無鋼管であって、
 化学組成が、質量%で、
 C:0.06%以下、
 Si:0.55%以下、
 Mn:0.70~1.40%、
 P:0.020%以下、
 S:0.0005~0.020%、
 N:0.005%以下、
 O:0.0005~0.0035%、
 Cu:0.25~0.45%、
 Ni:0.50%以下、
 Mo:0.20%以下、
 Sb:0.05~0.15%、
 残部:Feおよび不純物であり、
 金属組織が、面積%で、
 フェライト:90.0%以上を含み、
 管内面表層におけるフェライトの平均結晶粒径が3.0~20.0μmであり、
 管外面表層におけるフェライトの平均結晶粒径が3.0~25.0μmであり、
 前記管内面表層中にMnSおよびMnS酸化物を含み、最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度が100/mm未満であり、かつ最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度に対する、最大長さが2.0μm以上のMnS酸化物の個数密度の比が0.10以上であり、
 前記管外面表層中にMnSおよびMnS酸化物を含み、最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度が100/mm未満であり、かつ最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度に対する、最大長さが2.0μm以上のMnS酸化物の個数密度の比が0.10以上である、
 継目無鋼管。
 (2)前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、質量%で、
 Al:0.050%以下、
 Cr:0.70%以下、
 Nb:0.100%以下、
 Ta:0.100%以下、
 V:0.100%以下、
 Ti:0.100%以下、
 W:1.00%以下、
 Ca:0.0100%以下、
 Mg:0.0100%以下、
 REM:0.0100%以下、
 B:0.0050%以下、
 Sn:0.30%以下、
 Pb:0.30%以下、
 Se:0.100%以下、
 Te:0.100%以下、
 Bi:0.100%以下、
 Ag:0.500%以下、および、
 Pd:0.100%以下、
 からなる群から選択される1種以上を含有するものである、
 上記(1)に記載の継目無鋼管。
 (3)前記管外面表層中において、最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度が50/mm未満であり、かつ最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度に対する、最大長さが2.0μm以上のMnS酸化物の個数密度の比が0.50以上である、
 上記(1)または(2)に記載の継目無鋼管。
 本発明によれば、外面が硫酸腐食環境に晒され、かつ内面が高温水に晒されるような環境において、優れた耐食性を有する継目無鋼管を提供することが可能となる。
 本発明者らは前記した課題を解決するために、継目無鋼管の耐食性を詳細に調査した結果、以下の知見を得るに至った。
 本発明者らは、外面が硫酸腐食環境に晒され、かつ内面が高温水に晒されるような環境において、継目無鋼管の耐食性を向上させる方法について検討を行った。
 CuおよびSbを含有させることによって耐食性を発揮する鋼材においては、粒径が大きいほど耐食性良好である。そのため、晒される環境に応じて、鋼管の外面および内面の粒径を制御する必要がある。
 また、Mnは鋼管の強度および靭性を確保する上で必須の元素であるが、一方でMnSを形成し、腐食環境での耐食性を劣化させる。本発明においては、SはCuおよびSbとともに含有させることで耐食性を向上させる効果を有するため、極端な低減は好ましくない。
 本発明者らは、これまでの研究により、MnSを微細化するとともに、酸素と結合させ、MnS酸化物とすることで無害化できることを見出している。そのため、晒される環境に応じた、鋼管の外面および内面のそれぞれにおける介在物の制御も重要である。
 しかし、鋼板を製造する場合とは異なり、鋼管を熱間加工によって製造する場合においては、特に鋼管内面側において加工発熱およびスケール形成の影響で高温状態が維持されるため、MnSの微細化が困難となる。
 そこで、本発明者らがさらなる検討を重ねた結果、熱間加工工程において、スケール改質剤を活用することにより、鋼管内面においても、加工発熱およびスケール形成を抑制し、MnSを微細化し、かつMnS酸化物とすることで無害化ができることを見出した。
 本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
 (A)化学組成
 各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
 C:0.06%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、鋼の強度を高める。Cが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、C含有量が0.06%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼の耐硫酸腐食性が低下する。したがって、C含有量は0.06%以下である。C含有量の過剰な低減は製造コストを引き上げる。したがって、工業生産を考慮した場合、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。鋼の強度をより有効に高める場合、C含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.01%である。C含有量の好ましい上限は0.055%であり、さらに好ましくは0.05%である。
 Si:0.55%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。Siはさらに、フェライトに固溶して鋼の強度を高める。Siが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Si含有量が0.55%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼の溶接性および靭性が低下する。したがって、Si含有量は0.55%以下である。Si含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Si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。鋼の強度をより有効に高める場合、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0.50%であり、より好ましくは0.45%であり、さらに好ましくは0.40%である。
 Mn:0.70~1.40%
 マンガン(Mn)は、鋼の強度を高める。Mn含有量が0.70%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、十分な強度が得られない。一方、Mn含有量が1.40%を超えれば、鋼の靭性が低下する。また、粗大なMnSが生成し、耐食性および機械特性が劣化する。したがって、Mn含有量は0.70~1.40%である。Mn含有量の好ましい下限は0.80%であり、さらに好ましくは0.90%である。Mn含有量の好ましい上限は1.35%であり、さらに好ましくは、1.30%であり、さらに好ましくは、1.25%であり、さらに好ましくは、1.20%である。
 P:0.020%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、粒界に偏析して、鋼の耐硫酸腐食性を低下させる。P含有量が0.020%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、十分な耐硫酸腐食性が得られない。したがって、P含有量は、0.020%以下である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、P含有量の過剰な低減は、製造コストを引き上げる。したがって、工業生産を考慮した場合、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%であり、さらに好ましくは0.001%である。
 S:0.0005~0.020%
 硫黄(S)は不可避に含有される不純物である。しかしながら、本発明において、Sは、CuおよびSbと同時に含有させることにより、酸腐食環境での耐食性を向上させる効果を有する。そのため、S含有量は0.0005%以上とする。一方、Sは、鋼の熱間加工性を低下させる。S含有量が0.020%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、十分な熱間加工性が得られない。したがって、S含有量は0.020%以下である。S含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%である。S含有量の好ましい上限は0.018%であり、さらに好ましくは0.016%である。
 N:0.005%以下
 Nは、不純物であり、鋼材の機械特性および生産性を低下させる。そのため、N含有量に上限を設けて0.005%以下とする。N含有量は0.004%以下であるのが好ましい。なお、N含有量は0%でもよいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、N含有量は0.001%以上としてもよい。また、Nは、微細な窒化物として析出することで機械特性等の向上に寄与する効果を有する。その効果を得たい場合は、N含有量は0.002%以上としてもよい。
 O:0.0005~0.0035%
 Oは、MnSと結合することで、MnSを無害化し、耐食性および機械特性の悪化を防ぐ効果を有する元素である。しかしながら、Oが過剰に含有された場合、酸腐食環境において腐食の起点となる粗大な酸化物を生成する。そのため、O含有量は0.0005~0.0035%とする。O含有量は0.0010%以上であるのが好ましく、0.0015%以上であるのがより好ましい。また、O含有量は0.0030%以下であるのが好ましく、0.0025%以下であるのがより好ましい。
 Cu:0.25~0.45%
 銅(Cu)は、鋼の耐硫酸腐食性を高める。Cu含有量が0.25%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、十分な耐硫酸腐食性が得られない。一方、Cu含有量が0.45%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼の溶接性および熱間加工性が低下する。したがって、Cu含有量は0.25~0.45%である。Cu含有量の好ましい下限は0.26%であり、さらに好ましくは0.27%である。Cu含有量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.38%であり、さらに好ましくは0.36%である。
 Ni:0.50%以下
 ニッケル(Ni)は、不可避に含有される。つまり、Ni含有量は0%超である。Niは、鋼の耐塩酸腐食性を高める。Niが少しでも含有されていれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ni含有量が0.50%を超えれば、鋼の溶接性および熱間加工性が低下する。したがって、Ni含有量は0.50%以下である。Ni含有量の過剰な低減は、製造コストを引き上げる。したがって、工業生産を考慮した場合、Ni含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.02%である。耐塩酸腐食性をさらに有効に高めることを考慮すれば、Ni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。Ni含有量の好ましい下限は0.44%であり、さらに好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.35%である。
 Mo:0.20%以下
 モリブデン(Mo)は不可避に含有される。つまり、Mo含有量は0%超である。Moは鋼の耐硫酸腐食性を高める。Moが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。一方、Mo含有量が0.20%を超えれば、鋼の耐食性が低下する。したがって、Mo含有量は0.20%以下である。Mo含有量の過剰な低減は、製造コストを引き上げる。したがって、Mo含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%である。耐硫酸腐食性をさらに高める場合、Mo含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。Mo含有量の好ましい上限は0.19%であり、さらに好ましくは0.18%であり、さらに好ましくは0.17%である。
 Sb:0.05~0.15%
 アンチモン(Sb)は、鋼の耐硫酸腐食性を高める。Sb含有量が0.05%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、十分な耐硫酸腐食性が得られない。一方、Sb含有量が0.15%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼の熱間加工性および溶接性が低下する。したがって、Sb含有量は0.05~0.15%である。Sb含有量の好ましい下限は0.06%であり、さらに好ましくは0.07%であり、さらに好ましくは0.08%である。Sb含有量の好ましい上限は0.14%であり、さらに好ましくは0.13%である。
 本実施形態の継目無鋼管の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。ここで不純物とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分であって、本発明に係る継目無鋼管に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
 本実施形態の継目無鋼管の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Al:0.050%以下、Cr:0.70%以下、Nb:0.100%以下、Ta:0.100%以下、V:0.100%以下、Ti:0.100%以下、および、W:1.00%以下、からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。Alは脱酸剤として添加してもよい。また、上記の元素のうち、Al以外の元素はいずれも、鋼の高温強度を高める。
 Al:0.050%以下
 アルミニウム(Al)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Al含有量は0%であってもよい。Alが含有される場合、Alは、脱酸剤として作用を発揮する。Alが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Alが過剰に含有された場合、介在物の増加によって耐食性を損なう。そのため、Al含有量は0.050%以下とする。Al含有量は0.005%以上であるのが好ましく、0.010%以上であるのがより好ましく、0.020%以上であるのがさらに好ましい。また、Al含有量は0.045%以下であるのが好ましく、0.040%以下であるのがより好ましい。
 Cr:0.70%以下
 クロム(Cr)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cr含有量は0%であってもよい。Crが含有される場合、Crは、焼入れ性を高めて強度を向上させる。Crが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Crは耐候性を高める元素であるが、酸腐食環境での耐食性を低下させる場合がある。そのため、Cr含有量は0.70%以下とする。Cr含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.02%以上であるのがより好ましく、0.05%以上であるのがさらに好ましい。Cr含有量は0.50%以下であるのが好ましく、0.30%以下であるのがより好ましく、0.10%以下であるのがさらに好ましい。
 Nb:0.100%以下
 ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Nb含有量は0%であってもよい。Nbが含有される場合、Nbは鋼中において炭化物または炭窒化物を生成し、継目無鋼管の高温強度を高める。Nbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Nb含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、Nb含有量は0.100%以下である。Nb含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Nb含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.080%である。
 Ta:0.100%以下
 タンタル(Ta)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ta含有量は0%であってもよい。Taが含有される場合、Taは鋼中において炭化物または炭窒化物を生成し、継目無鋼管の高温強度を高める。Taが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ta含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、Ta含有量は0.100%以下である。Ta含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Ta含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.080%である。
 V:0.100%以下
 バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、V含有量は0%であってもよい。Vが含有される場合、Vは鋼中において炭化物または炭窒化物を生成し、継目無鋼管の高温強度を高める。Vが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、V含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、V含有量は0.100%以下である。V含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。V含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.080%である。
 Ti:0.100%以下
 チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ti含有量は0%であってもよい。Tiが含有される場合、Tiは鋼中において炭化物または炭窒化物を生成し、継目無鋼管の高温強度を高める。Tiが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ti含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、Ti含有量は0.100%以下である。Ti含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Ti含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.080%である。
 W:1.00%以下
 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。Wが含有される場合、Wは継目無鋼管の高温強度を高める。Wが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、W含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、W含有量は1.00%以下である。W含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。W含有量の好ましい上限は0.90%であり、さらに好ましくは0.80%である。
 本実施形態の継目無鋼管の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Ca:0.0100%以下、Mg:0.0100%以下、REM:0.0100%以下、および、B:0.0050%以下、からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼の清浄性を高める。
 Ca:0.0100%以下
 カルシウム(Ca)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ca含有量は0%であってもよい。Caが含有される場合、耐硫酸腐食性の低下を抑制しつつ、鋼の清浄性を高める。Caが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ca含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、Ca含有量は0.0100%以下である。Ca含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0010%である。Ca含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%である。
 Mg:0.0100%以下
 マグネシウム(Mg)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Mg含有量は0%であってもよい。Mgが含有される場合、耐硫酸腐食性の低下を抑制しつつ、鋼の清浄性を高める。Mgが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Mg含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、Mg含有量は0.0100%以下である。Mg含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0010%である。Mg含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%である。
 REM:0.0100%以下
 希土類元素(REM)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、REM含有量は0%であってもよい。REMが含有される場合、耐硫酸腐食性の低下を抑制しつつ、鋼の清浄性を高める。REMが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、REM含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、REM含有量は0.0100%以下である。REM含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0010%である。REM含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%である。
 ここで、REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素の総称であり、REMの含有量は上記元素の合計量を意味する。なお、ランタノイドは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加される。
 B:0.0050%以下
 ボロン(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、B含有量は0%であってもよい。Bが含有される場合、耐硫酸腐食性の低下を抑制しつつ、鋼の清浄性を高める。Bが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、B含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、B含有量は0.0050%以下である。B含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0010%である。B含有量の好ましい上限は0.0040%であり、さらに好ましくは0.0030%である。
 本実施形態の継目無鋼管の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Sn:0.30%以下、および、Pb:0.30%以下、からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼の被削性を高める。
 Sn:0.30%以下
 錫(Sn)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Sn含有量は0%であってもよい。Snが含有される場合、鋼の被削性が高まる。Snが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Sn含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Sn含有量は0.30%以下である。Sn含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.10%である。Sn含有量の好ましい上限は0.25%であり、さらに好ましくは0.20%である。
 Pb:0.30%以下
 鉛(Pb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Pb含有量は0%であってもよい。Pbが含有される場合、鋼の被削性が高まる。Pbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Pb含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Pb含有量は0.30%以下である。Pb含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.10%である。Pb含有量の好ましい上限は0.25%であり、さらに好ましくは0.20%である。
 本実施形態の継目無鋼管の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Se:0.100%以下、Te:0.100%以下、Bi:0.100%以下、からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼の耐酸性を高める。
 Se:0.100%以下
 セレン(Se)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Se含有量は0%であってもよい。Seが含有される場合、鋼の耐酸性が高まる。Seが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Se含有量が高すぎれば、鋼の製造性が低下して、製造コストが高くなる。したがって、Se含有量は0.100%以下である。Se含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.010%である。Se含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.080%であり、さらに好ましくは0.070%である。
 Te:0.100%以下
 テルル(Te)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Te含有量は0%であってもよい。Teが含有される場合、鋼の耐酸性が高まる。Teが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Te含有量が高すぎれば、鋼の製造性が低下して、製造コストが高くなる。したがって、Te含有量は0.100%以下である。Te含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.010%である。Te含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.080%であり、さらに好ましくは0.070%である。
 Bi:0.100%以下
 ビスマス(Bi)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Bi含有量は0%であってもよい。Biが含有される場合、鋼の耐酸性が高まる。Biが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Bi含有量が高すぎれば、鋼の製造性が低下して、製造コストが高くなる。したがって、Bi含有量は0.100%以下である。Bi含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.010%である。Bi含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.080%であり、さらに好ましくは0.070%である。
 本実施形態の継目無鋼管の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Ag:0.500%以下、および、Pd:0.100%以下、からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、高温下での耐硫酸腐食性を高める。
 Ag:0.500%以下
 銀(Ag)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ag含有量は0%であってもよい。Agが含有される場合、高温下での鋼の耐硫酸腐食性が高まる。Agが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ag含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ag含有量は0.500%以下である。Ag含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.010%である。Ag含有量の好ましい上限は0.400%であり、さらに好ましくは0.250%であり、さらに好ましくは0.100%である。
 Pd:0.100%以下
 パラジウム(Pd)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Pd含有量は0%であってもよい。Pdが含有される場合、高温下での鋼の耐硫酸腐食性が高まる。Pdが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Pd含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Pd含有量は0.100%以下である。Pd含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.010%である。Pd含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.080%であり、さらに好ましくは0.070%である。
 (B)金属組織
 本実施形態の継目無鋼管の金属組織では、フェライトの面積率が90.0%以上である。金属組織において、フェライト以外の残部は、パーライトである。つまり、本実施形態の継目無鋼管の金属組織(マトリックス:母相)は、フェライトおよびパーライトからなる組織である。本実施形態の継目無鋼管の金属組織において、フェライトの面積率が90.0%未満であれば、応力腐食割れが発生しやすくなる。フェライト面積率が90.0%以上であれば、応力腐食割れが発生しにくくなる。したがって、フェライトの面積率は90.0%以上である。フェライト面積率の好ましい下限は92.0%であり、さらに好ましくは95.0%である。
 フェライトの面積率は次の方法で測定する。継目無鋼管の肉厚中央部から試料を採取する。試料の大きさは特に限定されず、後述の金属組織観察用の視野が確保できればよい。試料の表面のうち、継目無鋼管の長手方向に垂直な断面を観察面とする。観察面に対して鏡面研磨を実施する。鏡面研磨後の試料を、ナイタール腐食液に浸漬して、エッチングによる組織現出を行う。エッチングした観察面を、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて、二次電子像にて観察する。1視野あたり200×200μm程度(倍率500倍)とし、5視野観察する。各視野において、コントラストから組織(フェライト、パーライト等)を特定する。各視野で特定されたフェライトの面積率(合計5視野)の算術平均値を、フェライトの面積率(%)と定義する。
 さらに、本実施形態の継目無鋼管の金属組織では、管内面表層におけるフェライトの平均結晶粒径が3.0~20.0μmであり、管外面表層におけるフェライトの平均結晶粒径が3.0~25.0μmである。
 上述のように、CuおよびSbを含有させることによって耐食性を発揮する鋼材においては、粒径が大きいほど耐食性良好である。結晶粒が微細化されると結晶粒界面積が増大し、偏析元素であるSbが粒界に偏析/分散され、耐硫酸腐食性に有効なSbの存在位置が結晶粒界となってしまう。耐食性に有効なもう一つの元素であるCuは粒内に存在するため、Sbが粒界に偏析すると、耐食性発現のためのCuおよびSbの複合効果が得にくくなる。したがって、管内面表層および管外面表層のいずれにおいても、フェライトの平均結晶粒径は3.0μm以上とする。
 一方、結晶粒が過剰に粗大であると、構造物として必要な強度が得られなくなるため、フェライトの平均結晶粒径に上限を設ける必要がある。
 なお、本実施形態の継目無鋼管は、熱間加工ままの鋼管(熱延仕上げ材)であってもよいし、その後に冷間加工を施した鋼管(冷延仕上げ材)であってもよい。
 継目無鋼管のフェライトの平均結晶粒径は、次の方法で測定する。継目無鋼管の内面の表層および外面の表層から、それぞれ試料を採取する。なお、表層とは、内面および外面から、それぞれ深さ方向に2.0mmまでの領域を意味する。採取された試料を樹脂埋めして、試料の表面を研磨する。研磨される試料の表面(観察面)は、継目無鋼管の長手方向に垂直な断面とする。樹脂埋めされた試料の観察面を研磨した後、試料をナイタール腐食液に浸漬して、表面のフェライトの結晶粒界を現出させる。腐食された観察面の任意の5視野において、各視野のフェライトの円相当径を求め、その平均値を平均結晶粒径とする。
 (C)介在物
 本実施形態の継目無鋼管は、管内面表層中および管外面表層中にMnSおよびMnS酸化物を含む。そして、管内面表層中および管外面表層中のいずれにおいても、最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度が100/mm未満である。加えて、最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度に対する、最大長さが2.0μm以上のMnS酸化物の個数密度の比が0.10以上である。
 なお、最大長さが2.0μm未満のMnSは鋼材の耐食性にはほとんど影響を与えないため、本発明においては、最大長さが2.0μm以上の介在物を対象とすることとする。以下の説明では、最大長さが2.0μm以上のMnSを単にMnSと呼び、最大長さが2.0μm以上のMnS酸化物を単にMnS酸化物と呼ぶ。
 上述のように、本実施形態の継目無鋼管において、MnSの形成は避けられない。しかしながら、MnSは硫酸腐食環境および高温水環境のいずれの場合においても、腐食の起点となり耐食性を劣化させる。そのため、MnSの個数密度を100/mm未満に制限する必要がある。MnSの個数密度は90/mm以下であるのが好ましく、80/mm以下であるのがより好ましい。
 一方、MnおよびSの含有量の極端な低減は、本実施形態の継目無鋼管においては、強度、靭性および耐食性を向上させる観点から好ましくない。これらを両立するためには、MnSを無害化する必要がある。MnSが酸素と結合し、MnS酸化物となると無害化され、腐食の起点とはなりづらくなる。そのことから、本発明においては、MnSの個数密度に対する、MnS酸化物の個数密度の比を0.10以上とする。上記の比は0.12以上であるのが好ましく、0.15以上であるのがより好ましい。
 ここで、上述のように、本実施形態の継目無鋼管において、外面の方により優れた耐食性が求められることがあるため、管外面表層におけるフェライトを相対的に粗粒にすることが好ましい。しかしながら、継目無鋼管の製造工程において外面の粒径制御が困難な場合がある。
 そこで、比較的細粒であっても管外面での耐食性を確保する観点から、管外面表層中において、MnSの個数密度を50/mm未満とし、かつMnSの個数密度に対する、MnS酸化物の個数密度の比を0.50以上とすることが好ましい。
 MnSの個数密度、およびMnS酸化物の個数密度は、走査電子顕微鏡(SEM)が備えるエネルギー分散型X線分析(EDS)により測定する。測定倍率は1000倍とし、視野内に検出されるMnSおよびMnS酸化物の最大長さを測定する。そして、それぞれ最大長さが2.0μm以上である介在物の個数を数え、視野面積で除することで、個数密度を求める。
 介在物の同定は、EDSにより行い、MnとSとの合計含有量が90質量%以上である介在物をMnSと判断し、さらにOのピークが検出され、MnとSとOとの合計含有量が90質量%以上である介在物をMnS酸化物と判断する。
 (D)機械的特性
 本実施形態の継目無鋼管の機械的特性については特に制限は設けない。しかしながら、石炭火力発電所ボイラの空気予熱器、ガス-ガスヒータ等、ごみ焼却設備の空気予熱器/脱硫装置等に代表される、硫酸腐食環境用途の継目無鋼管として用いる場合には、引張強さは380MPa以上であり、降伏応力は230MPa以上であるのが好ましい。引張強さの好ましい下限は390MPaであり、さらに好ましくは400MPaである。引張強さの好ましい上限は特に限定されないが、例えば、600MPaであり、580MPaであってもよい。降伏応力の好ましい下限は240MPaであり、さらに好ましくは250MPaである。降伏応力の上限は特に限定されないが、例えば、450MPaであり、440MPaであってもよい。
 (E)酸化スケール
 継目無鋼管が熱延仕上げ材の場合には、鋼管母材の外面の少なくとも一部に酸化スケールを有し、鋼管母材と酸化スケールとの界面にSi、CuおよびSbの濃化層を有することが好ましい。これらの元素の濃化層を有することで、硫酸および塩酸へのバリア効果が発揮され、酸腐食環境における耐食性がさらに向上する。
 ここで、Si、CuおよびSbの濃化層とは、鋼材中のSi、CuおよびSbが熱処理に伴い拡散し、母材と酸化スケールとの界面に濃化したものである。具体的には、鋼材の表面に垂直であり、母材と酸化スケールとの界面を含む断面に対して、電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)による線分析を行い、Si、CuおよびSbの含有量が、いずれも母材中の含有量よりも2倍以上高くなる領域を濃化層と定義する。本発明においては、加速電圧:15kV、ビーム径:~100nm、照射時間:20ms、測定ピッチ:80nmの条件で測定を行うものとする。
 なお、母材中にNiが含まれる場合においては、Si、CuおよびSbの濃化層より母材側において、Niの濃化層が形成されていることが望ましい。Niの濃化層を有することにより、耐食性をさらに向上させることが可能となる。
 (F)用途
 本実施形態の継目無鋼管の用途について、特に限定されないが、外面が硫酸腐食環境に晒され、内面が高温水に晒される環境での使用に適する。より具体的には、本実施形態の継目無鋼管は、石炭火力発電所ボイラの空気予熱器、ガス-ガスヒータ等、ごみ焼却設備の空気予熱器/脱硫装置等に好適である。
 (G)製造方法
 本発明の一実施形態に係る継目無鋼管の製造方法について説明する。本実施形態の継目無鋼管の製造方法は、素材準備工程と、熱間加工工程と、熱処理工程とを備える。
 [素材準備工程]
 素材準備工程では、上述の化学組成を有する溶鋼を用いて、鋳造法により素材を製造する。素材は、溶鋼を用いて連続鋳造法により製造されるスラブまたはブルームであってもよいし、連続鋳造法により製造される丸ビレットであってもよい。丸ビレットは、長手方向に垂直な断面が円形状のビレットである。また、素材は、溶鋼を用いて造塊法により製造されるインゴットであってもよい。
 [熱間加工工程]
 熱間加工工程では、鋳造法により製造された素材に対して熱間加工を実施して、継目無鋼管を製造する。
 例えば、素材がブルーム、スラブ、またはインゴットである場合、次の熱間加工を実施して継目無鋼管を製造する。まず、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、例えば、1000~1300℃である。加熱後の素材に対して、分塊圧延機を用いた分塊圧延を実施して、丸ビレットを製造する。
 続いて、丸ビレットに対してマンネスマン法を実施して、素管(Hollow Shell)を製造する。丸ビレットには、まず、その少なくとも一方の端面(穿孔圧延する側の端面)にSi化合物を含むスケール改質剤が塗布される。ここで、Si化合物を含むスケール改質剤とは、Si化合物のほか、Al、FeO、CaO、MgO、NaO、KO、B、ZrOなどの酸化物と、バインダと、水と、場合によってCrBなどの化合物とを混合して得た混合物である。
 Si化合物としては、例えば、SiO、SiCなどが挙げられる。特に、質量%で、50%以上のSiOを含むもの、または、質量%で、15%以上のSiCを含むものを使用することが好ましい。このスケール改質剤を丸ビレットの端面に塗布しておくことにより、穿孔圧延時に素管の内面にスケール改質剤が塗布される。その結果、穿孔圧延による加工発熱およびスケールの形成が抑制されるため、鋼管内面側において、冷却が促進され、MnSの微細化が可能となる。
 なお、Al、FeO、CaO、MgO、NaO、KO、B、ZrO等の酸化物、C、Bなどの化合物のうちの数種類が、Si化合物とともに混合され、ガラスフリットの状態でスケール改質剤に混合される。これらの混合比については、穿孔圧延前の加熱時にスケール改質剤の粘度が適切な範囲となるように調整すればよい。また、塗布時の作業性を高めるために、ガラスフリットと、バインダおよび水との混合比を調整して、スケール改質剤の室温での粘度も適切な範囲にするのがよい。
 このスケール改質剤の塗布方法には、制約がないが、例えば、室温の鋼材の少なくとも一方の端面に吹き付けまたは刷毛塗りで塗布することができる。スケール改質剤の塗布量は、例えば、50~100mg/cmとするのがよい。
 続いて、スケール改質剤を塗布した丸ビレットを加熱炉で加熱する。加熱温度は、1170~1300℃である。次に、丸ビレットを加熱炉から抽出し、抽出された丸ビレットに対して、穿孔機を用いた穿孔圧延を実施して、素管を製造する。穿孔圧延後の素管に対してさらに、マンドレルミルを用いた延伸圧延を実施してもよい。
 また、マンドレルミルを用いた延伸圧延(熱間加工)後に再加熱を行った素管に対して、サイザーまたはストレッチレデューサーを用いた定径圧延(Sizing)を実施してもよい。
 製造された素管を冷却する。冷却方法は例えは空冷である。以上の熱間加工により、継目無鋼管を製造する。
 素材準備工程で準備された素材が丸ビレットである場合、上述の分塊圧延工程を省略する。つまり、準備された素材(丸ビレット)に対してマンネスマン法を実施して素管を製造する。製造された素管を冷却して、継目無鋼管とする。
 [熱処理工程]
 本実施形態の継目無鋼管の製造方法では、製管後の熱処理は省略されてもよいが、機械的性質等の品質の安定性等の理由で、必要に応じて、熱処理を実施してもよい。
 熱処理では、熱処理温度をAc変態点以上とする。熱処理での熱処理温度は例えば900℃以上であり、さらに好ましくは900~920℃である。上記熱処理温度での保持時間は特に限定されないが、例えば5~10分である。熱処理での熱処理温度および保持時間により、フェライトの平均結晶粒径を調整する。上記熱処理温度での保持時間が経過した後、継目無鋼管をストレッチレデューサーで成形する。冷延仕上げ材を製造する際は、ストレッチレデューサーで成型後に、冷間加工を実施し、その後再度熱処理を実施する。
 熱間加工後の熱処理および冷間加工後の再熱処理後の制御冷却することが耐食性に影響を与える。熱処理および再熱処理後の冷却速度を大きくすることで耐食性が向上する。詳細なメカニズムは不明だが、冷却速度を速くすることで、冷却中のSbの粒界への偏析を抑制し、耐食性に寄与する粒内のSb濃度を確保することができるためだと考えられる。したがって、冷却速度は速い方がよい。熱処理温度から500℃までの冷却速度を15.0℃/分以上にすることが好ましく、20.0℃/分以上にすることがさらに好ましい。
 以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。なお、以下に示す実施例での条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。また本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
 表1に示す化学組成を有する鋼を溶製し、連続鋳造法により丸ビレットを製造した。丸ビレットを加熱炉にて1200~1250℃に加熱した。そして、加熱された丸ビレットに対して、穿孔機を用いた穿孔圧延を実施して素管を製造した。この際、試験番号24および25を除いて、穿孔圧延する側の端面にSi化合物を含むスケール改質剤を塗布した。スケール改質剤としては、SiO:50.0%、Al:24.0%、B:11.9%を含む混合物を用いた。
 さらに、素管に対して、マンドレルミルを用いた延伸圧延、および、ストレッチレデューサーまたはサイザーを用いた定径圧延を実施し、その後、冷間加工および熱処理を実施した。なお、試験番号22および23については、冷間加工を行わずに、製管後(定径圧延)に熱処理を実施した。表2に示す継目無鋼管を製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 得られた各鋼管を用いて、以下に示す各種の性能評価試験を行った。
 [ミクロ組織観察試験]
 各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部からサンプルを採取した。サンプルの表面のうち、継目無鋼管の長手方向に垂直な断面を観察面とした。観察面に対して鏡面研磨を実施した。鏡面研磨後のサンプルを、ナイタール腐食液に浸漬して、エッチングによる組織現出を行った。エッチングした観察面を、SEMを用いて、二次電子像にて観察した。1視野あたり400μm程度(倍率5000倍)とし、5視野観察した。各視野において、コントラストから相(フェライト、パーライト)を特定した。各視野で特定されたフェライトの面積率(合計5視野)の算術平均値を、フェライトの面積率(%)と定義した。
 得られた結果を表2に示す。表2の「ミクロ組織」欄での「F」は、フェライト面積率が90.0%以上であり、残部がパーライトであることを意味する。表2に示すとおり、いずれの例においても、ミクロ組織はフェライトおよびパーライトからなり、フェライト面積率は90.0%以上であった。
 試験番号22および23は熱間加工ままの熱延仕上げ材であり、酸化スケールが鋼材表面に形成しており、スケール/鋼板界面にはSi、CuおよびSbの濃化層、ならびに、当該濃化層の母材側にNi濃化層が形成していた。
 [フェライト結晶粒径測定]
 各試験番号の継目無鋼管の断面組織からフェライト結晶粒径測定を実施した。鋼管からサンプルを切断、樹脂埋めして、研磨を実施した。研磨するサンプルの表面(観察面)は、継目無鋼管の長手方向に垂直な断面とした。樹脂埋めしたサンプルの観察面を研磨した後、サンプルをナイタール腐食液に浸漬して、表面のフェライトの結晶粒界を現出させた。腐食した観察面の任意の5視野において、各視野のフェライトの結晶粒径を求めた。鋼管内面および外面から、それぞれ深さ方向に40μmまでの領域を各視野の面積は、200×200μmとした。管内面および外面のそれぞれ5視野で評価した粒径の平均値を、フェライト結晶粒の結晶粒径と定義した。
 [硫酸腐食試験]
 各試験番号の継目無鋼管から鋼管内外面を含んだ弧状クーポン試験片を採取した。クーポン試験片の幅は10mmであり、厚さは鋼管厚さであり、長さは40mmであった。
 作製した2つのクーポン試験片を用いて、次に示す「6時間硫酸腐食試験」を実施した。6時間硫酸腐食試験では、JIS K 8951に規定する硫酸特級品(密度約1.84)と蒸留水とによって50質量%の硫酸溶液を調製した。大気圧下にて、70℃の硫酸溶液中にクーポン試験片を6時間浸漬した。比液量は22.7cm/cmとした。6時間経過後、クーポン試験片を硫酸溶液から取り出して、水洗して乾燥した。乾燥後のクーポン試験片の表面の腐食生成物を除去した後試験片の質量を測定して、腐食減量を求めた。
 得られた減量に基づいて、腐食速度(mg・cm-2・h-1)を求めた。2つのクーポン試験片の平均値を、その試験番号の6時間硫酸腐食試験での腐食速度mg・cm-2・h-1)と定義した。なお、表2においては、腐食速度が20mg・cm-2・h-1以下である場合を◎、20mg・cm-2・h-1を超えて30mg・cm-2・h-1以下である場合を〇、30mg・cm-2・h-1を超えて50mg・cm-2・h-1以下である場合を△、50mg・cm-2・h-1を超える場合を×とした。
 本発明によれば、外面が硫酸腐食環境に晒され、かつ内面が高温水に晒されるような環境において、優れた耐食性を有する継目無鋼管を提供することが可能となる。したがって、本発明に係る継目無鋼管は、石炭火力発電所ボイラの空気予熱器、ガス-ガスヒータ等、ごみ焼却設備の空気予熱器/脱硫装置等に好適である。

 

Claims (3)

  1.  内面および外面を有する継目無鋼管であって、
     化学組成が、質量%で、
     C:0.06%以下、
     Si:0.55%以下、
     Mn:0.70~1.40%、
     P:0.020%以下、
     S:0.0005~0.020%、
     N:0.005%以下、
     O:0.0005~0.0035%、
     Cu:0.25~0.45%、
     Ni:0.50%以下、
     Mo:0.20%以下、
     Sb:0.05~0.15%、
     残部:Feおよび不純物であり、
     金属組織が、面積%で、
     フェライト:90.0%以上を含み、
     管内面表層におけるフェライトの平均結晶粒径が3.0~20.0μmであり、
     管外面表層におけるフェライトの平均結晶粒径が3.0~25.0μmであり、
     前記管内面表層中にMnSおよびMnS酸化物を含み、最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度が100/mm未満であり、かつ最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度に対する、最大長さが2.0μm以上のMnS酸化物の個数密度の比が0.10以上であり、
     前記管外面表層中にMnSおよびMnS酸化物を含み、最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度が100/mm未満であり、かつ最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度に対する、最大長さが2.0μm以上のMnS酸化物の個数密度の比が0.10以上である、
     継目無鋼管。
  2.  前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、質量%で、
     Al:0.050%以下、
     Cr:0.70%以下、
     Nb:0.100%以下、
     Ta:0.100%以下、
     V:0.100%以下、
     Ti:0.100%以下、
     W:1.00%以下、
     Ca:0.0100%以下、
     Mg:0.0100%以下、
     REM:0.0100%以下、
     B:0.0050%以下、
     Sn:0.30%以下、
     Pb:0.30%以下、
     Se:0.100%以下、
     Te:0.100%以下、
     Bi:0.100%以下、
     Ag:0.500%以下、および、
     Pd:0.100%以下、
     からなる群から選択される1種以上を含有するものである、
     請求項1に記載の継目無鋼管。
  3.  前記管外面表層中において、最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度が50/mm未満であり、かつ最大長さが2.0μm以上のMnSの個数密度に対する、最大長さが2.0μm以上のMnS酸化物の個数密度の比が0.50以上である、
     請求項1または請求項2に記載の継目無鋼管。

     
PCT/JP2022/037509 2022-10-06 2022-10-06 継目無鋼管 WO2024075258A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/037509 WO2024075258A1 (ja) 2022-10-06 2022-10-06 継目無鋼管

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/037509 WO2024075258A1 (ja) 2022-10-06 2022-10-06 継目無鋼管

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024075258A1 true WO2024075258A1 (ja) 2024-04-11

Family

ID=90607966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/037509 WO2024075258A1 (ja) 2022-10-06 2022-10-06 継目無鋼管

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024075258A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1490427A (zh) * 2003-05-08 2004-04-21 朱忠亚 耐硫酸露点腐蚀无缝钢管用低合金钢——09CrCuSb(ND钢)
JP2019072750A (ja) * 2017-10-18 2019-05-16 新日鐵住金株式会社 継目無鋼管の製造方法
JP2020033601A (ja) * 2018-08-30 2020-03-05 日本製鉄株式会社 継目無鋼管
WO2021005959A1 (ja) * 2019-07-09 2021-01-14 Jfeスチール株式会社 耐硫酸露点腐食性に優れる継目無鋼管およびその製造方法
JP2021017636A (ja) * 2019-07-23 2021-02-15 日本製鉄株式会社 鋼材
WO2021095186A1 (ja) * 2019-11-13 2021-05-20 日本製鉄株式会社 鋼材

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1490427A (zh) * 2003-05-08 2004-04-21 朱忠亚 耐硫酸露点腐蚀无缝钢管用低合金钢——09CrCuSb(ND钢)
JP2019072750A (ja) * 2017-10-18 2019-05-16 新日鐵住金株式会社 継目無鋼管の製造方法
JP2020033601A (ja) * 2018-08-30 2020-03-05 日本製鉄株式会社 継目無鋼管
WO2021005959A1 (ja) * 2019-07-09 2021-01-14 Jfeスチール株式会社 耐硫酸露点腐食性に優れる継目無鋼管およびその製造方法
JP2021017636A (ja) * 2019-07-23 2021-02-15 日本製鉄株式会社 鋼材
WO2021095186A1 (ja) * 2019-11-13 2021-05-20 日本製鉄株式会社 鋼材

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2607503C2 (ru) Высокопрочная бесшовная стальная труба для применения в нефтяной скважине, обладающая высокой стойкостью к растрескиванию под действием напряжений в сульфидсодержащей среде
JP5124857B2 (ja) マルテンサイト系ステンレス鋼
WO2010134498A1 (ja) 油井用ステンレス鋼、油井用ステンレス鋼管及び油井用ステンレス鋼の製造方法
CN112119174B (zh) 钢板以及搪瓷制品
JPWO2015147166A1 (ja) 耐酸露点腐食性に優れた鋼板および製造方法並びに排ガス流路構成部材
WO2011136175A1 (ja) 高強度油井用ステンレス鋼及び高強度油井用ステンレス鋼管
JP6822623B1 (ja) 耐硫酸露点腐食性に優れる継目無鋼管およびその製造方法
JP6801712B2 (ja) フェライト系耐熱鋼及びフェライト系伝熱部材
KR102710344B1 (ko) 강재
JP5082509B2 (ja) 継目無鋼管用ビレットおよび継目無鋼管
JP6806291B1 (ja) 耐硫酸露点腐食性に優れる継目無鋼管およびその製造方法
JP7091947B2 (ja) 継目無鋼管
JP7488503B1 (ja) マルテンサイト系ステンレス鋼材
EP2656931A1 (en) PRODUCTION METHOD FOR ROUND STEEL BAR FOR SEAMLESS PIPE COMPRISING HIGH Cr-Ni ALLOY, AND PRODUCTION METHOD FOR SEAMLESS PIPE USING ROUND STEEL BAR
WO2021005959A1 (ja) 耐硫酸露点腐食性に優れる継目無鋼管およびその製造方法
WO2024075258A1 (ja) 継目無鋼管
JP7218524B2 (ja) 鋼材
JP7529983B2 (ja) 鋼材
JP6398585B2 (ja) 鋼管の製造方法及び鋼管
JP6919493B2 (ja) 継目無鋼管の製造方法
JP4586313B2 (ja) 二次加工性に優れた高炭素継目無鋼管の製造方法
JP7648868B2 (ja) 鋼材
CN114599807B (zh) 钢材
JP7486339B2 (ja) ステンレス鋼、シームレスステンレス鋼管、及びステンレス鋼の製造方法
KR102368362B1 (ko) 내마모성과 복합내식성이 우수한 강판 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22961445

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2024555566

Country of ref document: JP