JP3417219B2 - 熱間加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents
熱間加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼Info
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱間加工性に優れ
たマルテンサイト系ステンレス鋼に関するものである。
たマルテンサイト系ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】マルテンサイト系ステンレス鋼は、ＡＩ
ＳＩ４２０鋼に代表されるように、強度、耐食性に優れ
比較的安価であることから、１９８０年頃より油井管と
しての適用が年々増えてきている。最近、４２０鋼より
優れた耐食性を有する、特開平３−１２０３３７号公報
に記載されているような低Ｃ−Ｎｉ−Ｍｏ添加鋼、ある
いは本出願人が提案した特願平６−２８６９１３号明細
書などで提示されるような、低Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｏ添
加鋼といった鋼種（いわゆるModified 13Cr 鋼と称され
る鋼種）が開発されてきている。また、特公平３−６０
９０４号公報などに記載されているような、不純物であ
るＰとＳの含有量を特に低く規定して穿孔圧延時の熱間
加工性を向上させた１３ＣＲ系のマルテンサイトステン
レス鋼も開発されてきている。
ＳＩ４２０鋼に代表されるように、強度、耐食性に優れ
比較的安価であることから、１９８０年頃より油井管と
しての適用が年々増えてきている。最近、４２０鋼より
優れた耐食性を有する、特開平３−１２０３３７号公報
に記載されているような低Ｃ−Ｎｉ−Ｍｏ添加鋼、ある
いは本出願人が提案した特願平６−２８６９１３号明細
書などで提示されるような、低Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｏ添
加鋼といった鋼種（いわゆるModified 13Cr 鋼と称され
る鋼種）が開発されてきている。また、特公平３−６０
９０４号公報などに記載されているような、不純物であ
るＰとＳの含有量を特に低く規定して穿孔圧延時の熱間
加工性を向上させた１３ＣＲ系のマルテンサイトステン
レス鋼も開発されてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】かかる鋼を継目無鋼管
に製管する場合、通常マンネスマン方式による継目無管
圧延を行うが、上記Modified 13Cr 鋼はＳ含有量が高い
と、継目無鋼管圧延時に圧延疵が生じる。そのため、製
鋼段階でＳ含有量を極低レベルに下げる必要があり、コ
スト高となる問題があった。そこで本発明は、極低硫化
せずとも良好な熱間加工性が得られ、熱間加工性に優れ
たマルテンサイト系ステンレス鋼を提供することを目的
とする。
に製管する場合、通常マンネスマン方式による継目無管
圧延を行うが、上記Modified 13Cr 鋼はＳ含有量が高い
と、継目無鋼管圧延時に圧延疵が生じる。そのため、製
鋼段階でＳ含有量を極低レベルに下げる必要があり、コ
スト高となる問題があった。そこで本発明は、極低硫化
せずとも良好な熱間加工性が得られ、熱間加工性に優れ
たマルテンサイト系ステンレス鋼を提供することを目的
とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、成分の異
なる種々の素材に対して熱間加工性を調査した。その結
果、本鋼種においては熱間加工性に影響を与える因子と
してＳがあるが、ＴｉをＳとの関係において適量添加す
れば、Ｓ含有量を極低レベルにしなくても、良好な熱間
加工性が得られることを見出した。また、Ｓ含有量の高
い鋼における低熱間加工性は鋼中の固溶Ｓ量と良い相関
があることを知見し、固溶Ｓを低減できればＳ含有量の
高い鋼でも良好な熱間加工性が得られることを見出だし
た。
なる種々の素材に対して熱間加工性を調査した。その結
果、本鋼種においては熱間加工性に影響を与える因子と
してＳがあるが、ＴｉをＳとの関係において適量添加す
れば、Ｓ含有量を極低レベルにしなくても、良好な熱間
加工性が得られることを見出した。また、Ｓ含有量の高
い鋼における低熱間加工性は鋼中の固溶Ｓ量と良い相関
があることを知見し、固溶Ｓを低減できればＳ含有量の
高い鋼でも良好な熱間加工性が得られることを見出だし
た。
【０００５】Modified 13Cr 鋼（低C-低N-1.5Cu-12.7Cr
-4.5Ni-1.5Mo）の熱間加工性に及ぼすＴｉの影響を図１
に示す。縦軸と横軸はそれぞれ、図１中に示した条件で
熱間引張試験を行ったときの絞り値(Reduction Area)と
変形温度Ｔ１(Deformation Temperature) を示してい
る。絞り値が高いほど熱間加工性は良好である。これま
での知見から、絞り値が７５％以上あればその温度で良
好な熱間加工性を示すことが分かっている。図１より、
Ｓ含有量が高くても、Ｔｉを適量添加すれば良好な熱間
加工性が得られることが明らかである。
-4.5Ni-1.5Mo）の熱間加工性に及ぼすＴｉの影響を図１
に示す。縦軸と横軸はそれぞれ、図１中に示した条件で
熱間引張試験を行ったときの絞り値(Reduction Area)と
変形温度Ｔ１(Deformation Temperature) を示してい
る。絞り値が高いほど熱間加工性は良好である。これま
での知見から、絞り値が７５％以上あればその温度で良
好な熱間加工性を示すことが分かっている。図１より、
Ｓ含有量が高くても、Ｔｉを適量添加すれば良好な熱間
加工性が得られることが明らかである。
【０００６】さらに、Ｓ含有量及びＴｉ含有量と熱間加
工性の関係を詳細に調査した結果、重量％で０．００２
〜０．００８％のＳを含有する鋼において、Ｓの含有量
の０．５倍以上のＴｉを添加すれば、Ｔｉの硫化物を形
成することにより鋼中の固溶Ｓが減少するため熱間加工
性を改善できることを見出だした。望ましくはＳの含有
量の１．０倍以上のＴｉを添加すれば、熱間加工性改善
効果はより大きくなる。ただし、０．０５％を超えて添
加してもその効果は飽和し、逆に粗大な窒化物を析出し
て靭性を低下させる。
工性の関係を詳細に調査した結果、重量％で０．００２
〜０．００８％のＳを含有する鋼において、Ｓの含有量
の０．５倍以上のＴｉを添加すれば、Ｔｉの硫化物を形
成することにより鋼中の固溶Ｓが減少するため熱間加工
性を改善できることを見出だした。望ましくはＳの含有
量の１．０倍以上のＴｉを添加すれば、熱間加工性改善
効果はより大きくなる。ただし、０．０５％を超えて添
加してもその効果は飽和し、逆に粗大な窒化物を析出し
て靭性を低下させる。
【０００７】本発明は上述したような知見に基づいて構
成したものであり、その要旨は、重量％で、 Ｃ ：０．０５％以下、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｐ ：０．０３％以下、 Ｓ ：０．００２〜０．００８％、 Ｃｒ：１０〜１７％、 Ｎｉ：４．０〜７．０％、 Ａｌ：０．１％以下、 Ｎ ：０．０８％以下、 Ｍｏ：１．０〜３．０％、 Ｃｕ：１．０〜３．０％、 Ｔｉ：０．５Ｓ〜０．０５％ を含有し、さらに必要に応じて、 Ｃａ：０．００１〜０．０１％、 ＲＥＭ：０．００３〜０．０３％ の１種又は２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純
物からなることを特徴とする熱間加工性に優れたマルテ
ンサイト系ステンレス鋼である。
成したものであり、その要旨は、重量％で、 Ｃ ：０．０５％以下、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｐ ：０．０３％以下、 Ｓ ：０．００２〜０．００８％、 Ｃｒ：１０〜１７％、 Ｎｉ：４．０〜７．０％、 Ａｌ：０．１％以下、 Ｎ ：０．０８％以下、 Ｍｏ：１．０〜３．０％、 Ｃｕ：１．０〜３．０％、 Ｔｉ：０．５Ｓ〜０．０５％ を含有し、さらに必要に応じて、 Ｃａ：０．００１〜０．０１％、 ＲＥＭ：０．００３〜０．０３％ の１種又は２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純
物からなることを特徴とする熱間加工性に優れたマルテ
ンサイト系ステンレス鋼である。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明におけるマルテンサイト系ステンレス鋼の
成分限定理由は以下の通りである。 Ｃ：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。また、強度を増大させ、油井管として使用
されるときに必要とされる耐応力腐食割れ性の劣化を招
く。このため上限を０．０５％とした。下限は低いほど
良い。
する。本発明におけるマルテンサイト系ステンレス鋼の
成分限定理由は以下の通りである。 Ｃ：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。また、強度を増大させ、油井管として使用
されるときに必要とされる耐応力腐食割れ性の劣化を招
く。このため上限を０．０５％とした。下限は低いほど
良い。
【０００９】Ｓｉ：Ｓｉは製鋼工程において脱炭剤とし
て添加されるものである。０．５％を超えて含有される
と靭性を劣化することから、上限を０．５％とした。
て添加されるものである。０．５％を超えて含有される
と靭性を劣化することから、上限を０．５％とした。
【００１０】Ｍｎ：Ｍｎはオーステナイト安定化元素で
あり、熱間加工時にδ相の析出を抑制することにより圧
延疵防止に有効であるが、１．５％を超えて添加すると
粒界強度を低下させ靭性が劣化するので１．５％を上限
とした。
あり、熱間加工時にδ相の析出を抑制することにより圧
延疵防止に有効であるが、１．５％を超えて添加すると
粒界強度を低下させ靭性が劣化するので１．５％を上限
とした。
【００１１】Ｐ：Ｐは粒界に偏析して粒界強度を低下さ
せ、靭性を劣化させる不純物元素であり、可及的低レベ
ルが望ましいが、現状精練技術の到達可能レベルとコス
トを考慮して、上限を０．０３％とした。
せ、靭性を劣化させる不純物元素であり、可及的低レベ
ルが望ましいが、現状精練技術の到達可能レベルとコス
トを考慮して、上限を０．０３％とした。
【００１２】Ｓ：Ｓは熱間加工性を劣化させる不純物元
素である。しかしながら、後述のＴｉを添加すれば０．
００８％以下のＳ量で圧延疵防止効果が得られる。一
方、精練コストの増大を抑制するため下限を０．００２
％とした。経済効果をさらに望むならば、下限は望まし
くは０．００３％とするのがよく、０．００５％とすれ
ば二次精練における脱硫処理を省略できるかまたは著し
く軽減できるためその効果は格段に大きい。
素である。しかしながら、後述のＴｉを添加すれば０．
００８％以下のＳ量で圧延疵防止効果が得られる。一
方、精練コストの増大を抑制するため下限を０．００２
％とした。経済効果をさらに望むならば、下限は望まし
くは０．００３％とするのがよく、０．００５％とすれ
ば二次精練における脱硫処理を省略できるかまたは著し
く軽減できるためその効果は格段に大きい。
【００１３】Ｃｒ：Ｃｒは耐食性向上の基本元素であ
り、十分な耐食性を得るには１０％以上の添加が必要で
あるが、フェライト安定化元素でもあり、多すぎると熱
間加工時にδ相が析出して熱間加工性を劣化させるた
め、上限を１７％とした。
り、十分な耐食性を得るには１０％以上の添加が必要で
あるが、フェライト安定化元素でもあり、多すぎると熱
間加工時にδ相が析出して熱間加工性を劣化させるた
め、上限を１７％とした。
【００１４】Ｎｉ：Ｎｉは耐腐食性向上及び靭性向上に
有効である。また、オーステナイト安定化元素であり、
圧延疵につながるδ相の生成を抑止する。これらの効果
は添加量４％以下では小さいため、下限を４％とした。
また、７％を超えて添加しても効果が飽和するととも
に、Ａc1変態点を低下させ、強度調質を困難にすること
から、最適添加範囲を４〜７％とした。
有効である。また、オーステナイト安定化元素であり、
圧延疵につながるδ相の生成を抑止する。これらの効果
は添加量４％以下では小さいため、下限を４％とした。
また、７％を超えて添加しても効果が飽和するととも
に、Ａc1変態点を低下させ、強度調質を困難にすること
から、最適添加範囲を４〜７％とした。
【００１５】Ａｌ：Ａｌは脱酸及び脱硫の目的で添加さ
れる。０．１％以下の添加で十分な効果が得られ、また
０．１％を超えて添加すると靭性が低化するため、上限
を０．１％とした。
れる。０．１％以下の添加で十分な効果が得られ、また
０．１％を超えて添加すると靭性が低化するため、上限
を０．１％とした。
【００１６】Ｎ：ＮはＭｎ、Ｎｉと同様に強力なオース
テナイト安定化元素であり、圧延疵防止に有効である
が、Ｃと同様に強度を増大させ、油井管として使用され
るときに必要とされる耐応力腐食割れ性の劣化を招く。
このため上限を０．０８％とした。下限は低いほどよ
い。
テナイト安定化元素であり、圧延疵防止に有効である
が、Ｃと同様に強度を増大させ、油井管として使用され
るときに必要とされる耐応力腐食割れ性の劣化を招く。
このため上限を０．０８％とした。下限は低いほどよ
い。
【００１７】Ｍｏ：Ｍｏは耐孔食性、耐硫化物応力腐食
割れ性を向上させるのに必須の元素である。これらの効
果は１．０％未満の添加では改善効果が小さいため、下
限を１．０％とした。また、強力なフェライト安定化元
素であり、３％を超える添加によりδ相を生成しやすく
なることから、最適添加量を１．０〜３．０％とした。
割れ性を向上させるのに必須の元素である。これらの効
果は１．０％未満の添加では改善効果が小さいため、下
限を１．０％とした。また、強力なフェライト安定化元
素であり、３％を超える添加によりδ相を生成しやすく
なることから、最適添加量を１．０〜３．０％とした。
【００１８】Ｃｕ：ＣｕはＮｉと同様に耐腐食性向上に
有効な元素であるとともに、オーステナイト安定化元素
であり、δ相の生成を抑止し、圧延疵防止に有効である
ため必要に応じて添加するが、１．０％未満ではこれら
の効果が十分に得られないため、下限を１．０％とし
た。また、３．０％を超えて添加すると粒界に過剰に偏
析して粒界強度を低下させるため、熱間加工性が著しく
低下するため、最適添加範囲を１．０〜３．０％とし
た。
有効な元素であるとともに、オーステナイト安定化元素
であり、δ相の生成を抑止し、圧延疵防止に有効である
ため必要に応じて添加するが、１．０％未満ではこれら
の効果が十分に得られないため、下限を１．０％とし
た。また、３．０％を超えて添加すると粒界に過剰に偏
析して粒界強度を低下させるため、熱間加工性が著しく
低下するため、最適添加範囲を１．０〜３．０％とし
た。
【００１９】Ｔｉ：重量％でＳの含有量の０．５倍以上
のＴｉを添加すれば、Ｔｉの硫化物を形成することによ
り鋼中の固溶Ｓが減少するため熱間加工性を改善できる
ので、下限はＳの添加量の０．５倍とした。また、０．
０５％を超えて添加してもその効果は飽和し、逆に粗大
な窒化物を析出して靭性を低下させるため、上限を０．
０５％とした。
のＴｉを添加すれば、Ｔｉの硫化物を形成することによ
り鋼中の固溶Ｓが減少するため熱間加工性を改善できる
ので、下限はＳの添加量の０．５倍とした。また、０．
０５％を超えて添加してもその効果は飽和し、逆に粗大
な窒化物を析出して靭性を低下させるため、上限を０．
０５％とした。
【００２０】Ｃａ：ＣａはＳによる熱間加工性劣化を抑
制するものであり、必要に応じて添加するが、０．００
１％未満ではその効果が発現されず、０．０１％を超え
て添加してもその効果は飽和するため、最適添加量を
０．００１〜０．０１％とした。 ＲＥＭ：介在物の形状を球状化させて無害化する有効な
元素である。少なすぎるとその効果がなく、多すぎると
介在物を増加して耐硫化物応力腐食割れ抵抗性を低下さ
せるので、最適添加量を０．００３〜０．０３％とし
た。
制するものであり、必要に応じて添加するが、０．００
１％未満ではその効果が発現されず、０．０１％を超え
て添加してもその効果は飽和するため、最適添加量を
０．００１〜０．０１％とした。 ＲＥＭ：介在物の形状を球状化させて無害化する有効な
元素である。少なすぎるとその効果がなく、多すぎると
介在物を増加して耐硫化物応力腐食割れ抵抗性を低下さ
せるので、最適添加量を０．００３〜０．０３％とし
た。
【００２１】本発明鋼は、いわゆるマンネスマン方式に
よる継目無管圧延により造管される。ここでいうマンネ
スマン方式の圧延法とは、矩形断面もしくは丸断面の管
材を用い、プレスロール穿孔法あるいはマンネスマン穿
孔法により穿孔した後、傾斜圧延機（エロンゲータ）に
より延伸し、さらにプラグミルあるいはマンドレルミル
により造管していくプロセスを意味する。圧延条件につ
いては特に限定するものではないが、圧延疵を有効に防
止するための加熱温度としては１１５０〜１２８０℃の
範囲が望ましい。
よる継目無管圧延により造管される。ここでいうマンネ
スマン方式の圧延法とは、矩形断面もしくは丸断面の管
材を用い、プレスロール穿孔法あるいはマンネスマン穿
孔法により穿孔した後、傾斜圧延機（エロンゲータ）に
より延伸し、さらにプラグミルあるいはマンドレルミル
により造管していくプロセスを意味する。圧延条件につ
いては特に限定するものではないが、圧延疵を有効に防
止するための加熱温度としては１１５０〜１２８０℃の
範囲が望ましい。
【００２２】
【実施例】表１に示す組成の２１５mm角断面のブルーム
を素材として、図２に示す工程で継目無管圧延を行っ
た。圧延終了後、管内外面を目視観察により調査した。
結果を表２に示す。本発明（No．１〜８）によれば圧延
疵発生頻度は極めて少ないことが明らかである。一方、
比較例（No．９〜１２）では激しい圧延疵が多発してい
る。
を素材として、図２に示す工程で継目無管圧延を行っ
た。圧延終了後、管内外面を目視観察により調査した。
結果を表２に示す。本発明（No．１〜８）によれば圧延
疵発生頻度は極めて少ないことが明らかである。一方、
比較例（No．９〜１２）では激しい圧延疵が多発してい
る。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、極低硫化
せずとも良好な加工性が得られ、熱間加工性に優れたマ
ルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法を提供
する。
せずとも良好な加工性が得られ、熱間加工性に優れたマ
ルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法を提供
する。
【図１】Modified 13Cr 鋼（低C-低N-1.5Cu-12.7Cr-4.5
Ni-1.5Mo）の熱間加工性に及ぼすＴｉの影響を示す図表
である。
Ni-1.5Mo）の熱間加工性に及ぼすＴｉの影響を示す図表
である。
【図２】継目無圧延工程を示す図表である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 永吉 治之
北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本
製鐵株式会社 八幡製鐵所内
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00 - 38/60
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．０５％以下、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｐ ：０．０３％以下、 Ｓ ：０．００２〜０．００８％、 Ｃｒ：１０〜１７％、 Ｎｉ：４．０〜７．０％、 Ａｌ：０．１％以下、 Ｎ ：０．０８％以下、 Ｍｏ：１．０〜３．０％、 Ｃｕ：１．０〜３．０％、 Ｔｉ：０．５Ｓ〜０．０５％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなること
を特徴とする熱間加工性に優れたマルテンサイト系ステ
ンレス鋼。 - 【請求項２】 重量％で、 Ｃ ：０．０５％以下、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｐ ：０．０３％以下、 Ｓ ：０．００２〜０．００８％、 Ｃｒ：１０〜１７％、 Ｎｉ：４．０〜７．０％、 Ａｌ：０．１％以下、 Ｎ ：０．０８％以下、 Ｍｏ：１．０〜３．０％、 Ｃｕ：１．０〜３．０％、 Ｔｉ：０．５Ｓ〜０．０５％ を含有し、さらに、 Ｃａ：０．００１〜０．０１％、 ＲＥＭ：０．００３〜０．０３％ の１種又は２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純
物からなることを特徴とする熱間加工性に優れたマルテ
ンサイト系ステンレス鋼。
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