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JP2580407B2 - 耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製造法 - Google Patents

耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製造法

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JP2580407B2
JP2580407B2 JP3140479A JP14047991A JP2580407B2 JP 2580407 B2 JP2580407 B2 JP 2580407B2 JP 3140479 A JP3140479 A JP 3140479A JP 14047991 A JP14047991 A JP 14047991A JP 2580407 B2 JP2580407 B2 JP 2580407B2
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JP
Japan
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corrosion resistance
steel pipe
transformation point
temperature
seamless steel
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JP3140479A
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哲 川上
均 朝日
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐CO2 腐食特性に優
れ、耐硫化物応力割れ性を有するマルテンサイト系ステ
ンレス鋼継目無鋼管の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、CO2 を多量に含むガスを生産す
るガス井の開発や、2次回収のためのCO2 インジェク
ションが広く行われるようになっている。このような環
境では鋼管の腐食が激しいため、耐CO2 腐食特性に優
れたマルテンサイト系ステンレス鋼管が多く利用されて
いる。特に、低〜中CでNiを数%含有するタイプのマ
ルテンサイト系ステンレス鋼は耐食性が優れているが、
油井管やラインパイプとしてCO2 だけでなく微量のH
2 Sも含むような厳しい腐食環境下にて使用されること
が望まれている。
【0003】このタイプの鋼としては、AISIに規定
されているAISI 414,431などが良く知られ
ている。しかしながら、これらの鋼は鋳鋼として用いら
れることを前提としているために熱間加工性が著しく悪
く、また微量のH2 Sを含むCO2 腐食環境下では硫化
物応力割れを生じてしまうために、耐食性も十分である
とは言えない。
【0004】また、これらの鋼の熱間加工性ならびに耐
食性を改善した鋼が、特公昭59−15977号公報、
特開昭60−174859号公報などに挙げられてい
る。しかしながら、これらのマルテンサイト系ステンレ
ス鋼は耐食性を向上させるためにCならびにNの添加量
を著しく低下させているか、あるいは低C化しつつ数%
のMoを添加しているために、鋼塊を加熱した時にオー
ステナイト基地に熱間加工性を悪化させるδフェライト
相を形成するという欠点をもつ。したがって、シームレ
ス圧延のように苛酷な加工条件下では割れや疵を発生
し、歩留低下によるコストアップが避けられず、このよ
うな成分系で高耐食性を有する継目無鋼管の製造はこれ
まで非常に困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな従来の製造上、使用環境上における問題点を極めて
有利に解決するものであって、熱間加工性、耐食性、耐
硫化物応力腐食割れ性にすぐれたマルテンサイト系ステ
ンレス鋼継目無鋼管の製造法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】本発明者らは多くの実験
結果から耐CO2 腐食性はCを低減化し必要量のCrを
添加しておけば維持されること、耐硫化物応力割れ性は
割れ抵抗性を示す組織制御を行うことで向上することを
知見した。また、熱間加工性は、P,Sなどを低減化し
て介在物の形成を抑えることと、CおよびNの添加量を
制御してさらにNiを添加することにより、変形抵抗の
異なる異相の相分率および形状を制御するような冶金的
操作を行うことで維持されることを知見した。
【0007】特に、本発明者らはCならびにNの効果に
着目し次のような知見を得た。図1に、ベース成分を
1.5%Ni−12.5%Cr鋼としてCおよびN含有
量を変えた場合の耐CO2 腐食特性ならびに熱間加工時
の絞り値を示す。図1において、C.R.は40atm の
CO2 と平衡した150℃の人工海水中における年間の
腐食速度であり、C.R.<0.1mm/yであれば十分な
耐食性を有すると評価できる。また、R.A.は125
0℃に加熱した試料を900℃で歪速度3sec -1の条件
にて単軸引張変形したときの絞り率であり、70%以上
となれば熱間変形能が良好であると言える。なお、CO
2 腐食試験には熱間加工後、焼入れ・焼きもどし処理を
行い、降伏強度が650MPa 程度を示すものを用いた。
図1より、耐CO2 腐食特性を満足するためにはC<
0.05%にする必要があり、また、十分な熱間加工性
を有するためには、C+0.8N>0.06にする必要
があるということが読み取れる(各元素記号の含有量の
単位は重量%)。本発明は以上に述べた知見に基づいて
構成したものであって、その要旨とするところは、重量
%としてC≦0.05%、Si≦0.50%、Mn≦
1.0%、P≦0.03%、S≦0.01%、Cr:1
1〜17%、Ni:1.5〜5%、Al≦0.05%、
N:0.02〜0.1%で、かつ、C(%)+0.8N
(%)>0.06を満足し、あるいはさらにCu:0.
5〜2%を含み、残部が実質的にFeおよび不可避的不
純物からなる鋼を熱間加工して継目無鋼管に形成した後
室温まで自然放冷し、その後、Ac3 変態点+10℃〜
Ac3 変態点+200℃の温度に加熱し室温まで空冷以
上の速度にて冷却し、続いて、Ac1 変態点以下の温度
に焼きもどし処理する耐食性に優れたマルテンサイト系
ステンレス鋼継目無鋼管の製造法である。
【0008】以下に本発明について詳細に説明する。ま
ず、鋼成分の限定理由について述べる。CはCr炭化物
などを形成し耐食性を劣化させる元素であるが、典型的
なオーステナイト形成元素であり、熱間加工温度域であ
る900〜1250℃でδフェライト相の発生を抑制す
る効果があるために添加する。ただし、0.05%を越
える量を添加するとCr炭化物などの炭化物が多量に析
出してCr欠乏層を形成するために耐CO2 腐食特性が
低下し、また、粒界に炭化物が析出しやすくなるために
耐硫化物応力割れ性が著しく低下する。したがってC含
有量は0.05%以下とした。
【0009】Siは製鋼上脱酸材として添加され残有さ
れたもので、鋼の中に0.50%を越えて含有されると
靭性および耐硫化物応力割れ性を低下するために、0.
50%以下とした。Mnはオーステナイト単相化するた
めに有用な成分であるために添加する。ただし、1.0
%を越えて添加すると、介在物を形成し、腐食環境下で
割れ抵抗性を損なうために、その上限を1.0%とし
た。
【0010】Pは粒界に偏析して粒界強度を弱め、熱間
加工性および耐硫化物応力割れ性を低下させるので0.
03%以下とした。Sは硫化物として介在物を形成し熱
間加工性を低下させるため、その上限を0.01%とし
た。
【0011】Crは本発明の目的とする耐CO2 腐食性
を付与し、ステンレス鋼としての腐食性を有するために
は、11%以上の含有が必要である。しかし、17%を
越えて添加するとフェライト相が生成しやすくなるため
に、その限定範囲を11〜17%とした。NiはCr含
有鋼においては耐食性を向上させる効果がある。しか
も、強力なオーステナイト形成元素であり、高温加熱時
にδフェライト相の形成を抑制するうえ、その形状を細
く短くし熱間加工時にδフェライト相内部に形成される
クラックの成長を抑える効果があることから、熱間加工
性を向上させる効果も有する。ただし、N:0.02%
の場合にNi:1.5%以下の添加ではそれらの効果を
示さず、また、5%を越えて添加するとAc1 点が非常
に低くなり調質が困難になることと、残留オーステナイ
ト相が形成されて強度・靭性を損なうために、その限定
範囲を1.5〜5%とした。
【0012】AlはSiと同様に脱酸剤として添加され
残有されたもので、0.05%を越えて添加するとAl
Nが多数形成されて著しく靭性が低下する。したがっ
て、添加量の上限を0.05%とした。Nは耐食性に対
し無害であるうえに、Cと同様に典型的なオーステナイ
ト形成元素であり、熱間加工温度域である、900〜1
250℃でフェライト相の形成を抑える効果がある。そ
の効果は、前述のように1.5%Ni−12.5%Cr
鋼をベース成分とする場合には、C(%)+0.8N
(%)>0.06を満たす添加量の範囲において有効で
ある。したがって、C<0.05%の場合に熱間加工温
度域にてフェライト相を発生させず、良好な熱間加工性
を得るためにはNを0.02%以上添加する必要があ
る。また、通常の溶製工程においては0.1%以上の添
加は困難であるためにその添加量の範囲を0.02〜
0.1%とした。
【0013】CuはNiと同様に強力なオーステナイト
形成元素であり、Ac1 変態点を低下させないという利
点も有する。しかし、単独で2.0%を越えて添加する
と熱間脆性が生じることとNiに比べて耐食性・相の安
定性をもたらす効果が少ないために単独での添加は効果
を示さない。したがって、Cuを添加する場合にはその
添加量は2.0%以下とし、必ずNiと同時に添加する
こととした。
【0014】次に、熱間加工し継目無鋼管に形成した後
自然放冷したその後の熱処理条件の限定理由について述
べる。加熱温度は、Cr含有ステンレス鋼のγループ内
において、炭化物が完全に固溶せず結晶粒の粗大化が生
じない温度を上限とし、またオーステナイト相が安定化
する最低温度を下限とした。すなわち、Ac3 変態点+
200℃以上の温度に加熱すると炭化物が完全に固溶す
るために、冷却時にCr炭化物などが粒界に多量に析出
し耐食性が著しく低下する。また、Ac3 変態点+10
℃以下の低い温度に加熱した場合には、オーステナイト
相が安定化せず、安定な強度得ることが困難である。し
たがって、加熱処理温度はAc3 変態点+10℃〜Ac
3 変態点+200℃とした。この加熱後の冷却速度が空
冷よりも遅いと粒界に炭化物が板状に析出し、靱性が著
しく低下する。そのため冷却速度を限定した。
【0015】こうして室温まで冷却するとマルテンサイ
ト変態が生じて、マルテンサイト単相組織となる。この
マルテンサイト組織中の残留応力を回復により消滅さ
せ、過飽和炭素原子を炭化物として析出させることによ
って、靭性・延性を高め、所望の強度を得るために焼き
もどし処理を施す。このとき、Ac1 変態点以上の温度
に加熱すると逆変態が生じて靭性が著しく低下するため
に、焼きもどし処理はAc1 変態点以下の温度にて行
う。
【0016】以上のような本発明法により製造された鋼
管は、耐CO2 腐食特性・耐硫化物応力割れ性だけでな
く、靭性なども優れている。
【0017】
【実施例】まず、表1に示される化学成分の鋼を通常の
溶製工程にて鋳造した後、熱間圧延により鋼管を製造
し、加熱処理と焼きもどし処理を施したものを用いて、
強度、靭性、耐CO2 腐食性、耐硫化物応力割れ性を調
査した。そのときの熱処理温度と強度などの材質調査結
果を表2に示す。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】耐CO2 腐食性は40気圧のCO2 と平衡
した150℃の人工海水中での腐食速度で評価した。腐
食速度が0.1mm/年以下であれば耐食性を有すると見
なせる。耐硫化物応力割れ性は丸棒引張試験片を25℃
の5%NaCl溶液中に1気圧の99%CO2 +1%H
2 Sガスを飽和した腐食環境中で単軸引張応力を加え、
720時間で破壊が生じない最大初期応力と降伏応力の
比(Rs値)を求めた。Rs≧0.8であれば優れた特
性であるといえる。
【0021】表2の結果より、本発明法により製造され
た鋼管は良好な耐CO2 腐食性、耐硫化物応力割れ性な
らびに高靭性を示すのに対し、本発明の範囲から外れた
比較法ではいずれかの特性が劣っていることが明らかで
ある。
【0022】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明法によれば、
熱間加工性がすぐれ、得られた鋼管の耐食性および耐硫
化物応力割れ性は極めて良好であり、しかも高靭性でも
ある。従ってこの鋼管は、ガス井、あるいは油井などの
CO2 +H2 Sの厳しい腐食環境に使用するに好適であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】1.5%Ni−12.5%Cr鋼のCおよびN
を変えた場合の耐CO2 腐食性ならびに熱間加工時の絞
り値を測定した結果を示す。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%として、 C ≦0.05%、 Si≦0.50%、 Mn≦1.0%、 P ≦0.03%、 S ≦0.01%、 Cr:11〜17%、 Ni:1.5〜5%、Al≦0.05%、 N:0.02〜0.1%で、かつC(%)+0.8N
    (%)>0.06 を満足する成分を含み、残部が実質的にFeおよび不可
    避的不純物からなる鋼を熱間加工して継目無鋼管に形成
    した後室温まで自然放冷し、その後、Ac3 変態点+1
    0℃〜Ac3 変態点+200℃の温度に加熱し室温まで
    空冷以上の速度にて冷却し、続いて、Ac1 変態点以下
    の温度にて焼きもどし処理することを特徴とする耐食性
    に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製
    造法。
  2. 【請求項2】 重量%として、 C ≦0.05%、 Si≦0.50%、 Mn≦1.0%、 P ≦0.03%、 S ≦0.01%、 Cr:11〜17%、 Ni:1.5〜5%、Al≦0.05%、 N:0.02〜0.1%で、かつC(%)+0.8N
    (%)>0.06を満足し、 更にCu:0.5〜2% を含み、残部が実質的にFeおよび不可避的不純物から
    なる鋼を熱間加工して継目無鋼管に形成した後室温まで
    自然放冷し、その後、Ac3 変態点+10℃〜Ac3
    態点+200℃の温度に加熱し室温まで空冷以上の速度
    にて冷却し、続いて、Ac1 変態点以下の温度にて焼き
    もどし処理することを特徴とする耐食性に優れたマルテ
    ンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製造法。
JP3140479A 1991-03-14 1991-06-12 耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製造法 Expired - Lifetime JP2580407B2 (ja)

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NO313805B1 (no) * 1995-04-21 2002-12-02 Kawasaki Steel Co Martensittisk stÕlrör og fremgangsmÕte for fremstilling derav

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