JP2002030392A - 耐食性に優れた高Crマルテンサイトステンレス鋼及びその製造方法 - Google Patents
耐食性に優れた高Crマルテンサイトステンレス鋼及びその製造方法Info
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- JP2002030392A JP2002030392A JP2000213215A JP2000213215A JP2002030392A JP 2002030392 A JP2002030392 A JP 2002030392A JP 2000213215 A JP2000213215 A JP 2000213215A JP 2000213215 A JP2000213215 A JP 2000213215A JP 2002030392 A JP2002030392 A JP 2002030392A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス・石油等の産出・輸送用の油井管やライ
ンパイプ、あるいはプラント用鋼として最適な耐SCC
性、耐CO2 耐食性、耐全面腐食性に優れた高Crマル
テンサイトステンレス鋼およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 C:0.05%以下、Si:1%以下、
Mn:3%以下、P:0.03%以下、S:0.01%
以下、Cr:9.0〜15.0%、Ni:3.0〜8.
0%、Mo:0.5〜3%、V:0.01〜0.3%、
Ti:0.01〜0.3%、Al:0.2%以下、N:
0.05%以下を含有し、それらの成分間の所定関係式
を満足し、かつその金属組織が5%以上の残留オーステ
ナイトとマルテンサイトあるいは焼き戻しマルテンサイ
トからなる複相組織である耐食性に優れた高Crマルテ
ンサイトステンレス鋼。
ンパイプ、あるいはプラント用鋼として最適な耐SCC
性、耐CO2 耐食性、耐全面腐食性に優れた高Crマル
テンサイトステンレス鋼およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 C:0.05%以下、Si:1%以下、
Mn:3%以下、P:0.03%以下、S:0.01%
以下、Cr:9.0〜15.0%、Ni:3.0〜8.
0%、Mo:0.5〜3%、V:0.01〜0.3%、
Ti:0.01〜0.3%、Al:0.2%以下、N:
0.05%以下を含有し、それらの成分間の所定関係式
を満足し、かつその金属組織が5%以上の残留オーステ
ナイトとマルテンサイトあるいは焼き戻しマルテンサイ
トからなる複相組織である耐食性に優れた高Crマルテ
ンサイトステンレス鋼。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主にエネルギー分
野で使用されるガス・石油等の産出・輸送用の油井管や
ラインパイプ、あるいはプラント用鋼として最適な耐食
性に優れたステンレス鋼、その製造方法および耐食鋼管
製品に関する。
野で使用されるガス・石油等の産出・輸送用の油井管や
ラインパイプ、あるいはプラント用鋼として最適な耐食
性に優れたステンレス鋼、その製造方法および耐食鋼管
製品に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、炭酸ガス(CO2 )を大量に含む
ガスや油を生産するガス井あるいは油井が開発され、ま
た、それらのガスや油を回収率を向上するためにCO2
インジェクションが広く行われるようになっている。こ
のような材料の腐食性が激しい環境下で使用される鋼管
の材料としては、AISI 420鋼に代表されるよう
な耐CO2 腐食性に優れた13%Cr鋼が使用されてい
る。しかし、この13%Cr鋼は硫化水素を含有する環
境下で生じる硫化水素応力割れ(SSC)感受性が高い
ため、この耐SSC性の向上も含めた総合的な耐食性に
優れた材料の開発が望まれている また、地表に出た後の配管であるラインパイプは溶接で
接合されるために、溶接性を考慮していない油井管用材
料は一般には使用できない。従って、止むなくさらに高
価な二相ステンレス鋼からなるラインパイプが使用され
ている。しかし、経済性の観点から13%Cr程度の材
料をラインパイプに使用できるようにすることが望まれ
ている。
ガスや油を生産するガス井あるいは油井が開発され、ま
た、それらのガスや油を回収率を向上するためにCO2
インジェクションが広く行われるようになっている。こ
のような材料の腐食性が激しい環境下で使用される鋼管
の材料としては、AISI 420鋼に代表されるよう
な耐CO2 腐食性に優れた13%Cr鋼が使用されてい
る。しかし、この13%Cr鋼は硫化水素を含有する環
境下で生じる硫化水素応力割れ(SSC)感受性が高い
ため、この耐SSC性の向上も含めた総合的な耐食性に
優れた材料の開発が望まれている また、地表に出た後の配管であるラインパイプは溶接で
接合されるために、溶接性を考慮していない油井管用材
料は一般には使用できない。従って、止むなくさらに高
価な二相ステンレス鋼からなるラインパイプが使用され
ている。しかし、経済性の観点から13%Cr程度の材
料をラインパイプに使用できるようにすることが望まれ
ている。
【0003】13%Cr鋼をラインパイプとして実用化
させるために必要とされる重要な要素は、1)予熱なし
で溶接可能な良溶接性を有すること、2)ラインパイプ
の使用温度において耐CO2 腐食性と微量のH2 Sに対
する耐硫化物応力割れ(SSC)性とを有すること、
3)溶接材料として使用されることが多い二相ステンレ
ス鋼よりも材料強度を低く抑えることが出来ること、で
ある。これらの技術課題に対応するために、例えば特開
平9−256115公報には、溶接性向上のためにCを
低減させ、耐CO2 腐食性の向上のためにCr、Cu、
Ni、耐SCC性の向上のためにMoをそれぞれ適量含
有するとともに、適度に強度を低下するためにフェライ
ト及びオーステナイト形成元素のバランスを調整し、か
つ、組織中に残留オーステナイト相を10%以上含有さ
せる高Crマルテンサイトステンレス鋼及びその製造方
法が開示されている。
させるために必要とされる重要な要素は、1)予熱なし
で溶接可能な良溶接性を有すること、2)ラインパイプ
の使用温度において耐CO2 腐食性と微量のH2 Sに対
する耐硫化物応力割れ(SSC)性とを有すること、
3)溶接材料として使用されることが多い二相ステンレ
ス鋼よりも材料強度を低く抑えることが出来ること、で
ある。これらの技術課題に対応するために、例えば特開
平9−256115公報には、溶接性向上のためにCを
低減させ、耐CO2 腐食性の向上のためにCr、Cu、
Ni、耐SCC性の向上のためにMoをそれぞれ適量含
有するとともに、適度に強度を低下するためにフェライ
ト及びオーステナイト形成元素のバランスを調整し、か
つ、組織中に残留オーステナイト相を10%以上含有さ
せる高Crマルテンサイトステンレス鋼及びその製造方
法が開示されている。
【0004】さらに特開平9−268349公報では、
焼き戻しマルテンサイト相にオーステナイト相を20%
以上の分率で混在させることにより特に耐SSC性を向
上させた高Crマルテンサイトステンレス鋼及びその製
造方法が開示されている。しかしながら、近年、H2 S
の濃度の高く、材料の硫化物応力割れ(SSC)が激し
い環境下で、材料を使用する場合が増えてきており、従
来の材料以上の耐硫化物応力割れ(SSC)性を有する
材料が求められている。
焼き戻しマルテンサイト相にオーステナイト相を20%
以上の分率で混在させることにより特に耐SSC性を向
上させた高Crマルテンサイトステンレス鋼及びその製
造方法が開示されている。しかしながら、近年、H2 S
の濃度の高く、材料の硫化物応力割れ(SSC)が激し
い環境下で、材料を使用する場合が増えてきており、従
来の材料以上の耐硫化物応力割れ(SSC)性を有する
材料が求められている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の問題に鑑みて、主にエネルギー分野で使用され
るガス・石油等の産出・輸送用の油井管やラインパイ
プ、あるいはプラント用鋼として最適な耐SCC性、耐
CO2 耐食性、耐全面腐食性に優れた高Crマルテンサ
イトステンレス鋼およびその製造方法および耐食鋼管を
提供することを目的とする。
な従来の問題に鑑みて、主にエネルギー分野で使用され
るガス・石油等の産出・輸送用の油井管やラインパイ
プ、あるいはプラント用鋼として最適な耐SCC性、耐
CO2 耐食性、耐全面腐食性に優れた高Crマルテンサ
イトステンレス鋼およびその製造方法および耐食鋼管を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは種々の実験
を行い鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。即
ち、本発明者らの検討の結果によれば、典型的なライン
パイプの使用環境である60〜120℃において耐CO
2 腐食性を良好とするためには、鋼中にCrを9%以上
含有させることが有効であり、また耐SSC性の向上の
ためには、Mo量を一定量以上添加する必要がある。さ
らに、当該腐食環境での本発明鋼種のSSCは、孔食起
点の水素脆化型であるため、5%以上の残留オーステナ
イト相及びTi、Vの炭窒化物により、孔食の修復まで
の間水素をトラップすることが、一層の耐SSC性向上
に有効であることを見出した。
を行い鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。即
ち、本発明者らの検討の結果によれば、典型的なライン
パイプの使用環境である60〜120℃において耐CO
2 腐食性を良好とするためには、鋼中にCrを9%以上
含有させることが有効であり、また耐SSC性の向上の
ためには、Mo量を一定量以上添加する必要がある。さ
らに、当該腐食環境での本発明鋼種のSSCは、孔食起
点の水素脆化型であるため、5%以上の残留オーステナ
イト相及びTi、Vの炭窒化物により、孔食の修復まで
の間水素をトラップすることが、一層の耐SSC性向上
に有効であることを見出した。
【0007】また、材料の熱間加工性、耐溶接割れ性、
溶接熱影響部の靱性などを考慮すると、フェライト相を
含有しないマルテンサイト相(高温では完全オーステナ
イト相)としなければならず、そのためにはNi等のオ
ーステナイト形成元素の添加が必要となる。一方、この
様な鋼では、AC1 点が低い上に、焼き戻し軟化抵抗が
極めて大きい。従って、一般的には、母材強度が高くな
り、それと溶接金属の強度がアンダーマッチとならない
ように調質するためにも、残留オーステナイト相を活用
することが有効である。
溶接熱影響部の靱性などを考慮すると、フェライト相を
含有しないマルテンサイト相(高温では完全オーステナ
イト相)としなければならず、そのためにはNi等のオ
ーステナイト形成元素の添加が必要となる。一方、この
様な鋼では、AC1 点が低い上に、焼き戻し軟化抵抗が
極めて大きい。従って、一般的には、母材強度が高くな
り、それと溶接金属の強度がアンダーマッチとならない
ように調質するためにも、残留オーステナイト相を活用
することが有効である。
【0008】本発明は以上の知見に基づいてなされたも
のであって、その主旨とするところは以下の通りであ
る。 (1)質量%で、C:0.05%以下、Si:1%以
下、Mn:3%以下、P:0.03%以下、S:0.0
1%以下、Cr:9.0〜15.0%、Ni:3.0〜
8.0%、Mo:0.5〜3%、V:0.01〜0.3
%、Ti:0.01〜0.3%、Al:0.2%以下、
N:0.05%以下を含有するとともに、それらの成分
間にC含有量に応じて下記式、C≧0.02%の時、 IPS=40C+34N+0.3Cu+Ni−1.1C
r−1.8Mo≧−10.5 あるいは、C>0.02%の時、 IPS=0.8+34N+0.3Cu+Ni−1.1C
r−1.8Mo≧−10.5 を満足する関係があって、かつ残部が鉄及び不可避的不
純物からなり、更にその金属組織が5%以上の残留オー
ステナイトとマルテンサイトあるいは焼き戻しマルテン
サイトからなる複相組織であることを特徴とする耐食性
に優れた高Crマルテンサイトステンレス鋼。 (2)前記金属組織中の残留オーステナイト分率が5%
以上15%未満であることを特徴とする上記(1)に記
載の耐食性に優れた高Crマルテンサイトステンレス
鋼。 (3)さらに、質量%で、Cu:2%以下、Zr:0.
2%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.02%
以下の1種あるいは2種以上を含有することを特徴とす
る上記(1)または(2)に記載の耐食性に優れた高C
rマルテンサイトステンレス鋼。 (4)さらに、質量%で、Nb:0.1%以下、Ta:
0.15%以下、Mg:0.006%以下、B:0.0
005〜0.03%の1種あるいは2種以上を含有する
ことを特徴とする上記(1)から(3)のうちの何れか
1項に記載の耐食性に優れた高Crマルテンサイトステ
ンレス鋼。 (5)上記(1)〜(4)のいずれかの項に記載の高C
rマルテンサイトステンレス鋼を製管加工して得たこと
を特徴とする耐食鋼管。 (6)上記(1)、(3)、(4)の何れかに記載の化
学成分を有する鋼片を、熱間加工後直ちに、またはAc
3変態点以上に再加熱して冷却し、その後Ac1点〜A
c1 点+150℃の範囲の温度に加熱して冷却し、さら
にその後Ac1 点−10℃〜Ac1 点+60℃の範囲の
温度に加熱して冷却することを特徴とする耐食性に優れ
た高Crマルテンサイトステンレス鋼の製造方法。
のであって、その主旨とするところは以下の通りであ
る。 (1)質量%で、C:0.05%以下、Si:1%以
下、Mn:3%以下、P:0.03%以下、S:0.0
1%以下、Cr:9.0〜15.0%、Ni:3.0〜
8.0%、Mo:0.5〜3%、V:0.01〜0.3
%、Ti:0.01〜0.3%、Al:0.2%以下、
N:0.05%以下を含有するとともに、それらの成分
間にC含有量に応じて下記式、C≧0.02%の時、 IPS=40C+34N+0.3Cu+Ni−1.1C
r−1.8Mo≧−10.5 あるいは、C>0.02%の時、 IPS=0.8+34N+0.3Cu+Ni−1.1C
r−1.8Mo≧−10.5 を満足する関係があって、かつ残部が鉄及び不可避的不
純物からなり、更にその金属組織が5%以上の残留オー
ステナイトとマルテンサイトあるいは焼き戻しマルテン
サイトからなる複相組織であることを特徴とする耐食性
に優れた高Crマルテンサイトステンレス鋼。 (2)前記金属組織中の残留オーステナイト分率が5%
以上15%未満であることを特徴とする上記(1)に記
載の耐食性に優れた高Crマルテンサイトステンレス
鋼。 (3)さらに、質量%で、Cu:2%以下、Zr:0.
2%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.02%
以下の1種あるいは2種以上を含有することを特徴とす
る上記(1)または(2)に記載の耐食性に優れた高C
rマルテンサイトステンレス鋼。 (4)さらに、質量%で、Nb:0.1%以下、Ta:
0.15%以下、Mg:0.006%以下、B:0.0
005〜0.03%の1種あるいは2種以上を含有する
ことを特徴とする上記(1)から(3)のうちの何れか
1項に記載の耐食性に優れた高Crマルテンサイトステ
ンレス鋼。 (5)上記(1)〜(4)のいずれかの項に記載の高C
rマルテンサイトステンレス鋼を製管加工して得たこと
を特徴とする耐食鋼管。 (6)上記(1)、(3)、(4)の何れかに記載の化
学成分を有する鋼片を、熱間加工後直ちに、またはAc
3変態点以上に再加熱して冷却し、その後Ac1点〜A
c1 点+150℃の範囲の温度に加熱して冷却し、さら
にその後Ac1 点−10℃〜Ac1 点+60℃の範囲の
温度に加熱して冷却することを特徴とする耐食性に優れ
た高Crマルテンサイトステンレス鋼の製造方法。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に、本発明鋼の鋼成分の作用
効果とそれらの含有量の限定理由について述べる。以下
%はいずれも質量%である。 C:Cは鋼の強度増加に対し有効な元素であり、且つ強
力なオーステナイト形成元素であって、δフェライト相
の形成を抑制する効果がある。しかし、多すぎるとCr
と炭化物を形成して耐食性を損なう。また溶接される場
合には、溶接熱影響部の硬さを低く抑えて耐SSC性を
向上させるために低C化が必要で0.05%以下に制限
する。特にラインパイプに使用される場合には望ましく
は0.02%以下に制限すると良い。下限は必ずしも明
らかではないが、0.001%でもまたδフェライト相
の形成抑制に有効である。
効果とそれらの含有量の限定理由について述べる。以下
%はいずれも質量%である。 C:Cは鋼の強度増加に対し有効な元素であり、且つ強
力なオーステナイト形成元素であって、δフェライト相
の形成を抑制する効果がある。しかし、多すぎるとCr
と炭化物を形成して耐食性を損なう。また溶接される場
合には、溶接熱影響部の硬さを低く抑えて耐SSC性を
向上させるために低C化が必要で0.05%以下に制限
する。特にラインパイプに使用される場合には望ましく
は0.02%以下に制限すると良い。下限は必ずしも明
らかではないが、0.001%でもまたδフェライト相
の形成抑制に有効である。
【0010】Si:Siは脱酸のために添加する。しか
し、添加量が1.0%超では低温靱性が劣化するため上
限は1.0%とする。 Mn:Mnは粒界強度を低下させ、腐食環境下での割れ
抵抗性を損なう元素である。しかし、MnSを形成して
Sの無害化を進め、またオーステナイト単相化に有効な
元素でもあるので添加する。しかし、3.0%を越える
と靱性の劣化が著しいのでMnの上限は3.0%とす
る。
し、添加量が1.0%超では低温靱性が劣化するため上
限は1.0%とする。 Mn:Mnは粒界強度を低下させ、腐食環境下での割れ
抵抗性を損なう元素である。しかし、MnSを形成して
Sの無害化を進め、またオーステナイト単相化に有効な
元素でもあるので添加する。しかし、3.0%を越える
と靱性の劣化が著しいのでMnの上限は3.0%とす
る。
【0011】P:Pは不純物元素として鋼中に存在し、
粒界に偏析して粒界強度を弱め、耐SSC性及び低温靱
性を低下させるので上限を0.03%とする。 S:Sも不純物元素として鋼中に存在し、鋼を脆化さ
せ、また耐食性にも悪影響があるため上限を0.01%
とする。 Cr:Crは炭酸ガス腐食を低減させる最も重要な元素
である。9%未満の添加では十分な耐食性が得られず、
一方、15%を超えるとδフェライト相が生成しやすく
なるので9.0〜15.0%とした。
粒界に偏析して粒界強度を弱め、耐SSC性及び低温靱
性を低下させるので上限を0.03%とする。 S:Sも不純物元素として鋼中に存在し、鋼を脆化さ
せ、また耐食性にも悪影響があるため上限を0.01%
とする。 Cr:Crは炭酸ガス腐食を低減させる最も重要な元素
である。9%未満の添加では十分な耐食性が得られず、
一方、15%を超えるとδフェライト相が生成しやすく
なるので9.0〜15.0%とした。
【0012】Ni:Niは強力なオーステナイト形成元
素であるので、マルテンサイト組織の実現、残留オース
テナイト相の生成、熱間加工性の向上に有用である。さ
らに、溶接される場合には溶接熱影響部の靱性を高める
効果がある。含有量が3%未満ではこれらの効果が十分
でなく、8%を超えるとAC1変態点が低く成りすぎ、
調質が困難になるためその範囲を3〜8%とした。特
に、高い耐SSC性を要求される場合にはMo含有量を
高くするため、相バランスの観点から5%以上が望まし
い。
素であるので、マルテンサイト組織の実現、残留オース
テナイト相の生成、熱間加工性の向上に有用である。さ
らに、溶接される場合には溶接熱影響部の靱性を高める
効果がある。含有量が3%未満ではこれらの効果が十分
でなく、8%を超えるとAC1変態点が低く成りすぎ、
調質が困難になるためその範囲を3〜8%とした。特
に、高い耐SSC性を要求される場合にはMo含有量を
高くするため、相バランスの観点から5%以上が望まし
い。
【0013】Mo:Moは耐SSC性を顕著に改善する
効果を有するが、0.5%未満では効果が十分ではな
く、3%を超えるとδフェライト相を生成し易くするの
で、添加量は0.5〜3%とした。なお、硫化水素分圧
が高い場合には2%以上添加することが望ましい。 Ti、V:これらの元素は耐SSC性向上のために添加
される。鋼中で炭窒化物を形成し、残留オーステナイト
と同様に水素トラップサイトとなって、水素脆性を抑制
する。Ti、Vの添加により、良好な耐SSC性を得る
ために必要な最低残留オーステナイト量は5%と低く抑
える事が可能となる。それぞれ、0.01%未満ではそ
の効果が十分でなく、0.3%を超えると靱性を損なう
ため、Ti:0.01〜0.3%、V:0.01〜0.
3%、の添加範囲とする。
効果を有するが、0.5%未満では効果が十分ではな
く、3%を超えるとδフェライト相を生成し易くするの
で、添加量は0.5〜3%とした。なお、硫化水素分圧
が高い場合には2%以上添加することが望ましい。 Ti、V:これらの元素は耐SSC性向上のために添加
される。鋼中で炭窒化物を形成し、残留オーステナイト
と同様に水素トラップサイトとなって、水素脆性を抑制
する。Ti、Vの添加により、良好な耐SSC性を得る
ために必要な最低残留オーステナイト量は5%と低く抑
える事が可能となる。それぞれ、0.01%未満ではそ
の効果が十分でなく、0.3%を超えると靱性を損なう
ため、Ti:0.01〜0.3%、V:0.01〜0.
3%、の添加範囲とする。
【0014】Al:Alは脱酸のために添加する。しか
し、0.20%超では鋼の清浄度を下げ、低温靱性劣化
の原因となるためAlは0.20%以下とする。 N:Nは除去不可能な元素として鋼中に残存する元素で
あるが、本発明では、TiやVとともに鋼中で炭窒化物
を形成し、水素トラップサイトとなって耐SSC性向上
させる。しかし、0.05%を超えると低温靱性劣化が
著しいので、上限を0.05%とした。
し、0.20%超では鋼の清浄度を下げ、低温靱性劣化
の原因となるためAlは0.20%以下とする。 N:Nは除去不可能な元素として鋼中に残存する元素で
あるが、本発明では、TiやVとともに鋼中で炭窒化物
を形成し、水素トラップサイトとなって耐SSC性向上
させる。しかし、0.05%を超えると低温靱性劣化が
著しいので、上限を0.05%とした。
【0015】本発明は、上記のような成分を主要成分と
して含有するものであり、後述するように鋼組織を5%
以上の残留オーステナイト相とマルテンサイト相及び焼
き戻しマルテンサイト相からなる複相組織とすることに
より、良好な耐CO2 腐食性と耐SSC性、更には全面
腐食性が得られる。しかし、本発明で規定する上記成分
中でNi等のオーステナイト形成元素に対してCr、M
o等のフェライト形成元素の含有量が多くなると、溶接
熱影響部にフェライト相が生成して低温靱性が低下した
り、冷間割れが発生したり、熱間加工性も低下する。従
って、これらの元素の適切な組み合わせを考える必要が
ある。従来の知見からC、N、Niはフェライト相の形
成を抑制し、Cr、Moは促進する。そこで、各元素濃
度を種々変化させた鋼を溶製し、実験的にその寄与率を
決定した。その結果、C≧0.02%の時には、 IPS=40C+34N+0.3Cu+Ni−1.1C
r−1.8Mo≧−10.5 あるいは、C<0.02%の時には、 IPS=0.8+34N+0.3Cu+Ni−1.1C
r−1.8Mo≧−10.5 の式を満足すれば、金属組織中にフェライト相は生成せ
ず、冷却ままの状態でマルテンサイト単相となることが
判った。すなわち、本発明では、上記の理由でC、N、
Ni、Cr、Moをさらに、この関係を満足させる必要
がある。なお、本発明で規定するIPSとはδフェライ
ト形成能を意味する。
して含有するものであり、後述するように鋼組織を5%
以上の残留オーステナイト相とマルテンサイト相及び焼
き戻しマルテンサイト相からなる複相組織とすることに
より、良好な耐CO2 腐食性と耐SSC性、更には全面
腐食性が得られる。しかし、本発明で規定する上記成分
中でNi等のオーステナイト形成元素に対してCr、M
o等のフェライト形成元素の含有量が多くなると、溶接
熱影響部にフェライト相が生成して低温靱性が低下した
り、冷間割れが発生したり、熱間加工性も低下する。従
って、これらの元素の適切な組み合わせを考える必要が
ある。従来の知見からC、N、Niはフェライト相の形
成を抑制し、Cr、Moは促進する。そこで、各元素濃
度を種々変化させた鋼を溶製し、実験的にその寄与率を
決定した。その結果、C≧0.02%の時には、 IPS=40C+34N+0.3Cu+Ni−1.1C
r−1.8Mo≧−10.5 あるいは、C<0.02%の時には、 IPS=0.8+34N+0.3Cu+Ni−1.1C
r−1.8Mo≧−10.5 の式を満足すれば、金属組織中にフェライト相は生成せ
ず、冷却ままの状態でマルテンサイト単相となることが
判った。すなわち、本発明では、上記の理由でC、N、
Ni、Cr、Moをさらに、この関係を満足させる必要
がある。なお、本発明で規定するIPSとはδフェライ
ト形成能を意味する。
【0016】また、以上の組成と金属組織をベースとし
て、さらに耐CO2 腐食性、耐SSC性、あるいは溶接
性や靱性、熱間加工性を改善するために、以下に述べる
元素の1種以上を選択的に添加することができる。 Cu:CuはNiと共存して耐CO2 腐食性を向上し、
耐孔食性も高めるので添加させることが出来る。添加量
が多い方が耐食性向上効果も大きいが、2.0%を超え
て添加すると熱間加工性を低下させるため、上限を2.
0%とした。
て、さらに耐CO2 腐食性、耐SSC性、あるいは溶接
性や靱性、熱間加工性を改善するために、以下に述べる
元素の1種以上を選択的に添加することができる。 Cu:CuはNiと共存して耐CO2 腐食性を向上し、
耐孔食性も高めるので添加させることが出来る。添加量
が多い方が耐食性向上効果も大きいが、2.0%を超え
て添加すると熱間加工性を低下させるため、上限を2.
0%とした。
【0017】Zr:耐SSC性に有害なPとの間で安定
な化合物を形成し、固溶Pを低減することで実質的な低
P化を図り耐SSC性向上に寄与する。ただし、多すぎ
ると粗大な酸化物の形成により靱性及び耐SSC性を低
下させるので、上限を0.2%とした。あまり少量では
効果が無いが、0.01%以上あれば十分な有効であ
る。
な化合物を形成し、固溶Pを低減することで実質的な低
P化を図り耐SSC性向上に寄与する。ただし、多すぎ
ると粗大な酸化物の形成により靱性及び耐SSC性を低
下させるので、上限を0.2%とした。あまり少量では
効果が無いが、0.01%以上あれば十分な有効であ
る。
【0018】Ca、REM:介在物を球状化させて無害
化するのに有効な元素である。しかし、多すぎると介在
物を増加させて低温靱性、耐SSC性を低下させるの
で、各々0.01%、0.02%を上限とした。少なす
ぎるとその効果がないが、いずれかを0.001%以上
含有していれば十分有効である。 Nb、Ta:これらの元素は何れも炭化物形成元素であ
り、溶接熱影響部の硬さを低下させるのに有効である
が、多く含有させても効果は飽和するので含有量の上限
をそれぞれ0.1%、0.15%とした。
化するのに有効な元素である。しかし、多すぎると介在
物を増加させて低温靱性、耐SSC性を低下させるの
で、各々0.01%、0.02%を上限とした。少なす
ぎるとその効果がないが、いずれかを0.001%以上
含有していれば十分有効である。 Nb、Ta:これらの元素は何れも炭化物形成元素であ
り、溶接熱影響部の硬さを低下させるのに有効である
が、多く含有させても効果は飽和するので含有量の上限
をそれぞれ0.1%、0.15%とした。
【0019】Mg:酸化物の形で分散し、溶接熱影響部
の粒成長を抑えて靱性の低下を抑制する。少なすぎると
効果がなく、過剰に添加すると粗大な酸化物の形成によ
り靱性を低下させる。従って、Mgを添加する場合の適
正範囲は0.0005%〜0.006%とした。 B:Bも熱間加工性改善に有効な元素であり、必要に応
じて0.0005%以上を添加するが、添加量が多いと
溶接割れを起こすため上限を0.03%とした。
の粒成長を抑えて靱性の低下を抑制する。少なすぎると
効果がなく、過剰に添加すると粗大な酸化物の形成によ
り靱性を低下させる。従って、Mgを添加する場合の適
正範囲は0.0005%〜0.006%とした。 B:Bも熱間加工性改善に有効な元素であり、必要に応
じて0.0005%以上を添加するが、添加量が多いと
溶接割れを起こすため上限を0.03%とした。
【0020】次に本発明における金属組織の限定理由に
ついて以下に述べる。従来のマルテンサイト系ステンレ
ス鋼の最終的な金属組織は、焼き戻しマルテンサイト均
一組織である。これに対して、本発明の組織では、耐S
SC性を向上させるために、上述のVやTiの炭窒化物
による水素トラップ機能と同様に、水素トラップ効果を
有する残留オーステナイト相を5%以上金属組織中に含
有させることを要件とする。
ついて以下に述べる。従来のマルテンサイト系ステンレ
ス鋼の最終的な金属組織は、焼き戻しマルテンサイト均
一組織である。これに対して、本発明の組織では、耐S
SC性を向上させるために、上述のVやTiの炭窒化物
による水素トラップ機能と同様に、水素トラップ効果を
有する残留オーステナイト相を5%以上金属組織中に含
有させることを要件とする。
【0021】本発明では、VやTiの炭窒化物による水
素トラップ効果が得られるために、より少量の残留オー
ステナイト相を金属組織中に含有させることで、これま
での残留オーステナイト含有マルテンサイト鋼と同等以
上の耐SSC性を発現できるが、残留オーステナイト量
が5%未満では耐SSC性の十分な改善効果が表れない
のでその下限を5%とした。また、その上限は、耐SS
C性の耐腐食性からは、特に限定する必要がないが、残
留オーステナイト相はあまり多量になると、Cr,M
o,Niなどの成分偏析が大きくなり、全面腐食量が若
干増加する傾向があるため、耐SSC性と共に、全面腐
食性を確保するために金属組織中の残留オーステナイト
量を15%未満にすることが好ましい。なお、ここで残
留オーステナイト量はオーステナイト相とマルテンサイ
ト相それぞれのX線回折線の回折ピーク強度比から決定
した値である。
素トラップ効果が得られるために、より少量の残留オー
ステナイト相を金属組織中に含有させることで、これま
での残留オーステナイト含有マルテンサイト鋼と同等以
上の耐SSC性を発現できるが、残留オーステナイト量
が5%未満では耐SSC性の十分な改善効果が表れない
のでその下限を5%とした。また、その上限は、耐SS
C性の耐腐食性からは、特に限定する必要がないが、残
留オーステナイト相はあまり多量になると、Cr,M
o,Niなどの成分偏析が大きくなり、全面腐食量が若
干増加する傾向があるため、耐SSC性と共に、全面腐
食性を確保するために金属組織中の残留オーステナイト
量を15%未満にすることが好ましい。なお、ここで残
留オーステナイト量はオーステナイト相とマルテンサイ
ト相それぞれのX線回折線の回折ピーク強度比から決定
した値である。
【0022】本発明で上記の組織を得るためには、鋼片
を、鋳造のまま、または再加熱後、熱間加工した後直ち
に、またはAc3 変態点以上に再加熱して冷却し、その
後AC1 点〜AC1 点+150℃の温度範囲に加熱して
冷却し、さらにその後AC1点−10℃〜AC1 点+6
0℃の温度範囲に加熱して冷却することが必要である。
すなわち、最初のAC1 点〜AC1 点+150℃への加
熱により焼き戻しマルテンサイト相と残留オーステナイ
ト相の二相になる。AC1 点より低温ではオーステナイ
ト相が生成しないかあるいは生成しても少な過ぎ、ま
た、AC1 点+150℃より高温では冷却途上でマルテ
ンサイト相に変態するオーステナイト相の量が多くな
り、残留するオーステナイト相が減少する。次に、二段
目のAC1 点−10℃〜AC1 点+60℃への加熱によ
り、最初の加熱後の冷却中に新たに生成したマルテンサ
イト相を焼戻すと共にオーステナイト相中の元素を濃縮
してオーステナイト相を安定化する。AC1 点−10℃
より低温の焼戻しではマルテンサイト相の焼戻しを十分
に行うことが出来ない。一方、AC1 点+60℃より高
温に加熱すると、高温で新たに生成されるオーステナイ
ト相が多すぎて、最初の加熱で生成したオーステナイト
相中の元素濃度が希釈され、最初の加熱で生成したオー
ステナイト相も冷却中にマルテンサイト相に変態するよ
うになり、残留オーステナイト相が減少してしまうし、
焼き戻しされないマルテンサイト相が多くなりすぎてし
まう。加熱時間については特には指定しないが、15〜
60分程度が望ましい。ここで、AC1 点(℃)は、A
C1 =812−25×Ni−670×C+3.4×Mo
で求められる。
を、鋳造のまま、または再加熱後、熱間加工した後直ち
に、またはAc3 変態点以上に再加熱して冷却し、その
後AC1 点〜AC1 点+150℃の温度範囲に加熱して
冷却し、さらにその後AC1点−10℃〜AC1 点+6
0℃の温度範囲に加熱して冷却することが必要である。
すなわち、最初のAC1 点〜AC1 点+150℃への加
熱により焼き戻しマルテンサイト相と残留オーステナイ
ト相の二相になる。AC1 点より低温ではオーステナイ
ト相が生成しないかあるいは生成しても少な過ぎ、ま
た、AC1 点+150℃より高温では冷却途上でマルテ
ンサイト相に変態するオーステナイト相の量が多くな
り、残留するオーステナイト相が減少する。次に、二段
目のAC1 点−10℃〜AC1 点+60℃への加熱によ
り、最初の加熱後の冷却中に新たに生成したマルテンサ
イト相を焼戻すと共にオーステナイト相中の元素を濃縮
してオーステナイト相を安定化する。AC1 点−10℃
より低温の焼戻しではマルテンサイト相の焼戻しを十分
に行うことが出来ない。一方、AC1 点+60℃より高
温に加熱すると、高温で新たに生成されるオーステナイ
ト相が多すぎて、最初の加熱で生成したオーステナイト
相中の元素濃度が希釈され、最初の加熱で生成したオー
ステナイト相も冷却中にマルテンサイト相に変態するよ
うになり、残留オーステナイト相が減少してしまうし、
焼き戻しされないマルテンサイト相が多くなりすぎてし
まう。加熱時間については特には指定しないが、15〜
60分程度が望ましい。ここで、AC1 点(℃)は、A
C1 =812−25×Ni−670×C+3.4×Mo
で求められる。
【0023】
【実施例】表1に示す化学組成の鋼を溶製し、熱間圧延
後、表2に示す熱処理により残留オーステナイトを含有
する金属組織に調整した。表2には残留オーステナイト
相分率、SSC試験、及び全面腐食試験の結果を示す。
残留オーステナイト相分率はX線回折線強度の比から求
めた。
後、表2に示す熱処理により残留オーステナイトを含有
する金属組織に調整した。表2には残留オーステナイト
相分率、SSC試験、及び全面腐食試験の結果を示す。
残留オーステナイト相分率はX線回折線強度の比から求
めた。
【0024】SSC試験(表2中のSSC)は、100
%実降伏応力相当の押し込み量を与えた4点曲げ試験片
を、温度25℃、大気圧下で、硫化水素ガスを1%及び
10%含有する炭酸ガスとの混合ガスを平衡させた20
重量%食塩水中に浸漬し、720時間後の割れ有無で判
定した。10%硫化水素で割れなかったものを◎、10
%では軽微の割れを被ったが1%では割れなかったもの
を○、1%硫化水素でも割れたものを×と示した。全面
腐食試験(表2中のGC)は、硫化水素分圧0.001
MPaを含有する4MPaの炭酸ガスと平衡させた20
重量%食塩水中で、104℃の温度で1週間の浸漬試験
を行い、0.02mm/y以下の腐食速度のものに◎、
0.02〜0.1mm/yの範囲の腐食速度のものに
○、0.1mm/y以上の腐食速度となったものに×と
評価した。
%実降伏応力相当の押し込み量を与えた4点曲げ試験片
を、温度25℃、大気圧下で、硫化水素ガスを1%及び
10%含有する炭酸ガスとの混合ガスを平衡させた20
重量%食塩水中に浸漬し、720時間後の割れ有無で判
定した。10%硫化水素で割れなかったものを◎、10
%では軽微の割れを被ったが1%では割れなかったもの
を○、1%硫化水素でも割れたものを×と示した。全面
腐食試験(表2中のGC)は、硫化水素分圧0.001
MPaを含有する4MPaの炭酸ガスと平衡させた20
重量%食塩水中で、104℃の温度で1週間の浸漬試験
を行い、0.02mm/y以下の腐食速度のものに◎、
0.02〜0.1mm/yの範囲の腐食速度のものに
○、0.1mm/y以上の腐食速度となったものに×と
評価した。
【0025】11〜14番の鋼は比較鋼で、11番は化
学成分は特許範囲にあるが、圧延後の熱処理が不適切で
残留オーステナイト量が特許範囲外である。12〜14
番の鋼は化学成分が範囲外である。1〜10番の本発明
鋼はいずれも、良好な耐SSC性と耐全面腐食性を示し
た。比較鋼においてはいずれも、耐SSC性が十分でな
く、本発明鋼の優位性が明らかである。
学成分は特許範囲にあるが、圧延後の熱処理が不適切で
残留オーステナイト量が特許範囲外である。12〜14
番の鋼は化学成分が範囲外である。1〜10番の本発明
鋼はいずれも、良好な耐SSC性と耐全面腐食性を示し
た。比較鋼においてはいずれも、耐SSC性が十分でな
く、本発明鋼の優位性が明らかである。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】
【発明の効果】本発明により、特に耐SSC性を向上さ
せた、耐食性に優れた高Cr合金鋼材、その製造方法及
び耐食鋼管製品を提供することが可能となり、効率的か
つ経済的なエネルギー産業の機器装置設計に寄与すると
ころ大である。
せた、耐食性に優れた高Cr合金鋼材、その製造方法及
び耐食鋼管製品を提供することが可能となり、効率的か
つ経済的なエネルギー産業の機器装置設計に寄与すると
ころ大である。
フロントページの続き (72)発明者 坂本 俊治 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1−1 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 田村 眞市 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1−1 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 Fターム(参考) 4K032 AA01 AA02 AA04 AA08 AA12 AA13 AA14 AA15 AA16 AA17 AA19 AA20 AA21 AA22 AA31 AA33 AA35 AA36 AA39 AA40 CF02
Claims (6)
- 【請求項1】 質量%で、C:0.05%以下、Si:
1%以下、Mn:3%以下、P:0.03%以下、S:
0.01%以下、Cr:9.0〜15.0%、Ni:
3.0〜8.0%、Mo:0.5〜3%、V:0.01
〜0.3%、Ti:0.01〜0.3%、Al:0.2
%以下、N:0.05%以下を含有するとともに、それ
らの成分間にC含有量に応じて下記式、 C≧0.02%の時、 IPS=40C+34N+0.3Cu+Ni−1.1C
r−1.8Mo≧−10.5 あるいは、 C<0.02%の時、 IPS=0.8+34N+0.3Cu+Ni−1.1C
r−1.8Mo≧−10.5 を満足する関係があって、かつ残部が鉄及び不可避的不
純物からなり、更にその金属組織が5%以上の残留オー
ステナイトとマルテンサイトあるいは焼き戻しマルテン
サイトからなる複相組織であることを特徴とする耐食性
に優れた高Crマルテンサイトステンレス鋼。 - 【請求項2】 前記金属組織中の残留オーステナイト分
率が5%以上15%未満であることを特徴とする請求項
1に記載の耐食性に優れた高Crマルテンサイトステン
レス鋼。 - 【請求項3】 さらに、質量%で、Cu:2%以下、Z
r:0.2%以下、Ca:0.01%以下、REM:
0.02%以下の1種あるいは2種以上を含有すること
を特徴とする請求項1または2記載の耐食性に優れた高
Crマルテンサイトステンレス鋼。 - 【請求項4】 さらに、質量%で、Nb:0.1%以
下、Ta:0.15%以下、Mg:0.006%以下、
B:0.0005〜0.03%の1種あるいは2種以上
を含有することを特徴とする請求項1から3のうちの何
れか1項に記載の耐食性に優れた高Crマルテンサイト
ステンレス鋼。 - 【請求項5】 請求項1〜4の何れかの項に記載の高C
rマルテンサイトステンレス鋼を製管加工して得たこと
を特徴とする耐食鋼管。 - 【請求項6】 請求項1、3、4の何れかに記載の化学
成分を有する鋼片を、熱間加工後直ちに、またはAc3
変態点以上に再加熱して冷却し、その後Ac 1 点〜Ac
1 点+150℃の範囲の温度に加熱して冷却し、さらに
その後Ac1点−10℃〜Ac1 点+60℃の範囲の温
度に加熱して冷却することを特徴とする耐食性に優れた
高Crマルテンサイトステンレス鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000213215A JP2002030392A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 耐食性に優れた高Crマルテンサイトステンレス鋼及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000213215A JP2002030392A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 耐食性に優れた高Crマルテンサイトステンレス鋼及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002030392A true JP2002030392A (ja) | 2002-01-31 |
Family
ID=18709006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000213215A Withdrawn JP2002030392A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 耐食性に優れた高Crマルテンサイトステンレス鋼及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002030392A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003087415A1 (fr) * | 2002-04-12 | 2003-10-23 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Procede de production d'acier martensitique inoxydable |
| WO2008117721A1 (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | ラインパイプ用ベンド管の製造方法およびラインパイプ用ベンド管 |
| JP2010242162A (ja) * | 2009-04-06 | 2010-10-28 | Jfe Steel Corp | 超臨界圧炭酸ガスインジェクション用Cr含有鋼管 |
| JP2010248543A (ja) * | 2009-04-13 | 2010-11-04 | Jfe Steel Corp | 超臨界圧炭酸ガスインジェクション用Cr含有鋼管 |
| EP1717328A4 (en) * | 2004-01-30 | 2012-03-28 | Jfe Steel Corp | TUBE MARTENSITIC STAINLESS STEEL |
| WO2016073218A1 (en) * | 2014-11-04 | 2016-05-12 | Dresser-Rand Company | Corrosion resistant metals and metal compositions |
-
2000
- 2000-07-13 JP JP2000213215A patent/JP2002030392A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003087415A1 (fr) * | 2002-04-12 | 2003-10-23 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Procede de production d'acier martensitique inoxydable |
| US7704338B2 (en) | 2002-04-12 | 2010-04-27 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Method of manufacturing a martensitic stainless steel |
| EP1717328A4 (en) * | 2004-01-30 | 2012-03-28 | Jfe Steel Corp | TUBE MARTENSITIC STAINLESS STEEL |
| WO2008117721A1 (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | ラインパイプ用ベンド管の製造方法およびラインパイプ用ベンド管 |
| JP2008240021A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ラインパイプ用ベンド管の製造方法およびラインパイプ用ベンド管 |
| US8038811B2 (en) | 2007-03-26 | 2011-10-18 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Process for producing bent pipe for line pipe |
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| JP2010248543A (ja) * | 2009-04-13 | 2010-11-04 | Jfe Steel Corp | 超臨界圧炭酸ガスインジェクション用Cr含有鋼管 |
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| CN107636187A (zh) * | 2014-11-04 | 2018-01-26 | 德雷瑟-兰德公司 | 耐腐蚀金属和金属组合物 |
| CN107636187B (zh) * | 2014-11-04 | 2020-03-17 | 德雷瑟-兰德公司 | 耐腐蚀金属和金属组合物 |
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