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JP6137082B2 - High strength stainless steel seamless steel pipe excellent in low temperature toughness and method for producing the same - Google Patents

High strength stainless steel seamless steel pipe excellent in low temperature toughness and method for producing the same Download PDF

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JP6137082B2 JP2014155735A JP2014155735A JP6137082B2 JP 6137082 B2 JP6137082 B2 JP 6137082B2 JP 2014155735 A JP2014155735 A JP 2014155735A JP 2014155735 A JP2014155735 A JP 2014155735A JP 6137082 B2 JP6137082 B2 JP 6137082B2
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Description

本発明は、高強度ステンレス継目無鋼管およびその製造方法に係り、とくに低温靱性の向上に関する。   The present invention relates to a high-strength stainless steel seamless pipe and a method for producing the same, and more particularly to improvement of low-temperature toughness.

近年、原油等のエネルギー価格の高騰や、石油資源の枯渇といった問題から、従来、省みられなかったような深い深度の油田や、硫化水素等を含む厳しい腐食環境(いわゆるサワー環境)下の油田やガス田、さらには極北のような厳しい気象環境下の油田やガス田等の開発が盛んに行われている。   In recent years, due to problems such as soaring energy prices such as crude oil and depletion of oil resources, oil fields with deeper depths that were not previously excluded, and oil fields under severe corrosive environments (so-called sour environments) including hydrogen sulfide, etc. Development of oil fields and gas fields under severe weather conditions such as those in the extreme north has been actively conducted.

このような環境下で使用される鋼材には、高強度で、かつ優れた耐食性(耐サワー性)、さらには優れた低温靭性を兼ね備えることが要求されている。また、輸送効率、耐圧壊性等を考慮して、従来の薄肉の鋼管に加えて、厚肉の鋼管も要求されるようになっている。   Steel materials used in such an environment are required to have high strength, excellent corrosion resistance (sour resistance), and excellent low temperature toughness. In addition to the conventional thin steel pipe, a thick steel pipe is also required in consideration of transport efficiency, pressure resistance, and the like.

従来から、炭酸ガスCO2、塩素イオンCl等を含む腐食環境下の油田、ガス田では、鋼材としては、13%Crマルテンサイト系ステンレス鋼が多く使用されている。しかし、サワー環境下では、13%Crマルテンサイト系ステンレス鋼では耐食性が不足するため、最近ではC量を低減し、Cr量とNi量を増加させた二相ステンレス鋼の使用も拡大している。 Conventionally, 13% Cr martensitic stainless steel is often used as a steel material in oil fields and gas fields in a corrosive environment containing carbon dioxide CO 2 , chlorine ions Cl − and the like. However, under the sour environment, 13% Cr martensitic stainless steel has insufficient corrosion resistance, and recently, the use of duplex stainless steel with reduced C content and increased Cr content and Ni content has been expanded. .

例えば、特許文献1には、耐食性、耐硫化物応力腐食割れ性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法が記載されている。特許文献1に記載された技術では、重量%で、C:0.005〜0.05%、Si:0.05〜0.5%、Mn:0.1〜1.0%、Cr:10〜15%、Ni:4.0〜9.0%、Cu:0.5〜3%、Mo:1.0〜3%、Al:0.005〜0.2%、N:0.005〜0.1%を含有し、Nieqを−10以上に調整した組成を有する鋼を、熱間加工し室温まで自然放冷したのち、Ac点以上でかつオーステナイト分率が80%になる温度以下で熱処理を施し、さらにオーステナイト分率が60%になる温度以下で熱処理を行なう、としている。これにより、上記した組成と、焼戻しマルテンサイト相、マルテンサイト相、残留オーステナイト相からなり、焼戻しマルテンサイト相、マルテンサイト相の合計の分率が60〜90%で、残部が残留オーステナイト相である組織とを有し、湿潤炭酸ガス環境および湿潤硫化水素環境における耐食性と耐硫化物応力腐食割れ性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼(鋼板)が得られるとしている。 For example, Patent Document 1 describes a method for producing martensitic stainless steel having excellent corrosion resistance and sulfide stress corrosion cracking resistance. In the technique described in Patent Document 1, by weight%, C: 0.005-0.05%, Si: 0.05-0.5%, Mn: 0.1-1.0%, Cr: 10-15%, Ni: 4.0-9.0%, Cu : Steel containing 0.5 to 3%, Mo: 1.0 to 3%, Al: 0.005 to 0.2%, N: 0.005 to 0.1%, with Nieq adjusted to -10 or more, hot-worked to room temperature After natural cooling, heat treatment is performed at a temperature not lower than an Ac 1 point and a temperature at which the austenite fraction is 80% or less, and further, heat treatment is performed at a temperature or less at which the austenite fraction is 60%. Thereby, it consists of an above-described composition, a tempered martensite phase, a martensite phase, and a retained austenite phase. The total fraction of the tempered martensite phase and the martensite phase is 60 to 90%, and the balance is the retained austenite phase. It is said that martensitic stainless steel (steel plate) having a structure and excellent in corrosion resistance and sulfide stress corrosion cracking resistance in a wet carbon dioxide environment and a wet hydrogen sulfide environment is obtained.

また、特許文献2には、耐食性に優れた油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法が記載されている。特許文献2に記載された技術では、mass%で、C:0.005〜0.05%、Si:0.05〜0.5%、Mn:0.2〜1.8%、Cr:15.5〜18%、Ni:1.5〜5%、Mo:1〜3.5%、V:0.02〜0.2%、N:0.01〜0.15%、O:0.006%以下を含有し、Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu−20C≧19.5およびCr+Mo+0.3Si−43.5C−0.4Mn−Ni−0.3Cu−9N≧11.5を満足する組成を有する鋼管素材を加熱し、熱間加工により造管して、造管後、空冷以上の冷却速度で室温まで冷却して所定寸法の継目無鋼管とし、ついで該継目無鋼管を、850℃以上の温度に再加熱したのち、空冷以上の冷却速度で100℃以下まで冷却し、ついで700℃以下の温度に加熱する焼入れ−焼戻処理を施すとしている。これにより、体積率で10〜60%のフェライト相を含み残部がマルテンサイト相である組織を有し、降伏強さ:654MPa以上で、試験温度:−40℃でのシャルピー衝撃試験吸収エネルギーが50J以上の高靭性を有し、CO2やClを含む、230℃までの高温の厳しい腐食環境下においても充分な耐食性を有する、油井用高強度ステンレス鋼管が得られるとしている。 Patent Document 2 describes a method for producing a high-strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells that has excellent corrosion resistance. In the technique described in Patent Document 2, in mass%, C: 0.005 to 0.05%, Si: 0.05 to 0.5%, Mn: 0.2 to 1.8%, Cr: 15.5 to 18%, Ni: 1.5 to 5%, Mo : 1 to 3.5%, V: 0.02 to 0.2%, N: 0.01 to 0.15%, O: 0.006% or less, Cr + 0.65Ni + 0.6Mo + 0.55Cu-20C ≧ 19.5 and Cr + Mo + 0.3Si-43.5C-0.4Mn -Ni-0.3Cu-9N≥11.5 steel pipe material is heated, piped by hot working, and then piped and then cooled to room temperature at a cooling rate equal to or higher than that of air cooling to seamlessly pass through the specified dimensions. Then, after reheating the seamless steel pipe to a temperature of 850 ° C. or higher, cooling it to 100 ° C. or lower at a cooling rate of air cooling or higher, and then performing a quenching and tempering treatment to heat it to a temperature of 700 ° C. or lower. It is said. As a result, it has a structure including a ferrite phase of 10 to 60% by volume and the balance being a martensite phase, yield strength: 654 MPa or more, Charpy impact test absorption energy at a test temperature: −40 ° C. is 50 J It is said that a high-strength stainless steel pipe for oil wells having the above-mentioned high toughness and sufficient corrosion resistance in a severe corrosive environment up to 230 ° C. containing CO 2 and Cl is obtained.

特開平10−1755号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-1755 特許第5109222号公報Japanese Patent No. 5109222

しかしながら、特許文献1、2に記載された技術は、高々肉厚12.7mmまでの鋼材を対象としており、肉厚15mmを超えるような厚肉鋼材についての言及はない。最近では、油井が高深度化して、油井用として用いられる鋼材では、厚肉鋼材が多用されるようになっている。肉厚が厚くなるにしたがい、通常の熱間加工法では、所望の加工歪を肉厚中心部まで付与することが難しく、肉厚中心部の組織が粗大化する傾向となる。そのため、薄肉鋼材に比べて厚肉鋼材では、肉厚中央部の低温靭性が低下しやすいという問題がある。しかし、特許文献1、2には、厚肉鋼材における、とくに低温靭性の向上についてまでの言及はない。   However, the techniques described in Patent Documents 1 and 2 target steel materials having a thickness of up to 12.7 mm, and there is no mention of thick steel materials exceeding a thickness of 15 mm. Recently, the depth of oil wells has increased, and steel materials used for oil wells are often used with thick steel materials. As the thickness increases, it is difficult to apply a desired processing strain to the center of the thickness in the normal hot working method, and the structure of the center of the thickness tends to become coarse. Therefore, there is a problem that the low-temperature toughness of the central portion of the wall tends to be lowered in the thick-walled steel material as compared with the thin-walled steel material. However, Patent Documents 1 and 2 do not mention any improvement in low-temperature toughness in thick steel materials.

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決し、継目無鋼管の低温靭性、とくに肉厚中央部の低温靭性に優れた、油井用高強度継目無鋼管およびその製造方法を提供することを目的とする。ここでいう「高強度」とは、降伏強さYS:654MPa以上である場合をいい、「低温靭性に優れた」とは、試験温度:−40℃でシャルピー試験の吸収エネルギーvE−40が50J以上である場合をいうものとする。なお、本発明油井用高強度継目無鋼管の肉厚は比較的厚肉の15mm以上100mm未満とすることが好ましい。 An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide a high-strength seamless steel pipe for oil wells and a method for producing the same, which is excellent in low-temperature toughness of seamless steel pipes, in particular, low-temperature toughness in the central portion of the wall thickness. And “High strength” as used herein refers to the case where the yield strength is YS: 654 MPa or more, and “excellent in low temperature toughness” means that the absorbed energy vE −40 of the Charpy test is 50 J at a test temperature of −40 ° C. This is the case. The wall thickness of the high strength seamless steel pipe for oil wells of the present invention is preferably 15 mm or more and less than 100 mm, which is relatively thick.

本発明者らは、上記した目的を達成するために、まず、マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の低温靭性に及ぼす各種要因について鋭意研究した。その結果、厚肉ステンレス継目無鋼管の低温靭性、とくに肉厚中央部における低温靭性、を向上させるためには、組織を、マルテンサイト相とフェライト相に加えて、安定なオーステナイト相を適正量、含有させた組織とすることが有効であることに思い至った。   In order to achieve the above-described object, the present inventors have intensively studied various factors affecting the low temperature toughness of a martensitic stainless steel seamless pipe. As a result, in order to improve the low-temperature toughness of the thick-walled stainless steel seamless pipe, particularly the low-temperature toughness at the center of the wall thickness, in addition to the martensite phase and the ferrite phase, an appropriate amount of stable austenite phase, It came to mind that it is effective to make the structure included.

そして、本発明者らの更なる研究により、オーステナイト相中のNi濃度と周囲のマルテンサイト相中のNi濃度との比、(CNiγ/(CNiが、オーステナイト相の安定度を制御していることを見出し、加工熱処理を組み合わせて、その比、(CNiγ/(CNiを適正範囲(1.15以上)に調整することにより、安定なオーステナイト相を所定量確保することができることを知見した。また、本発明者らは、厚肉ステンレス継目無鋼管の低温靭性をさらに向上させるためには、フェライト相を微細化した組織とすることも必要であることを知見した。 As a result of further studies by the present inventors, the ratio between the Ni concentration in the austenite phase and the Ni concentration in the surrounding martensite phase, (C Ni ) γ / (C Ni ) M, is the stability of the austenite phase. By controlling the heat treatment and adjusting the ratio (C Ni ) γ / (C Ni ) M to the appropriate range (1.15 or more), a certain amount of stable austenite phase is secured. I found out that I can do it. The inventors have also found that it is necessary to make the ferrite phase finer in order to further improve the low temperature toughness of the thick stainless steel seamless steel pipe.

すなわち、マルテンサイト系ステンレス鋼素材を、フェライト単相となるAc変態点以上に加熱したのち、加速冷却を施してフェライト→オーステナイト変態を抑制した状態で熱間加工を施し組織を調整したうえ、さらに、フェライト+オーステナイトの二相温度に加熱したのち急冷し、さらに焼戻を行う二段階の熱処理を少なくとも1回施すことにより、オーステナイト相にNiが濃化し、所定量のオーステナイト相を安定して確保でき、さらにまた、フェライト相中に粒状のマルテンサイト相が適正量、形成されてフェライト相が分断され細粒化された、組織を容易に得ることができることを知見した。 In other words, after the martensitic stainless steel material is heated to the Ac 4 transformation point or higher, which becomes a ferrite single phase, accelerated cooling is performed and hot working is performed with the ferrite → austenite transformation suppressed, and the structure is adjusted. Furthermore, Ni is concentrated in the austenite phase by heating it to a ferrite + austenite two-phase temperature and then rapidly cooling and further tempering at least once to stabilize a predetermined amount of austenite phase. Furthermore, it was found that an appropriate amount of granular martensite phase was formed in the ferrite phase, and the ferrite phase was divided and finely divided to obtain a microstructure.

本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎの通りである。
(1)質量%で、C:0.050%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.20〜1.80%、Cr:15.5〜18.0%、Ni:1.5〜5.0%、Mo:1.0〜3.5%、V:0.02〜0.20%、Al:0.05%以下、N:0.01〜0.15%、O:0.006%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、体積率で、50%以上のマルテンサイト相と、3〜15%のオーステナイト相と、残部がフェライト相からなる組織を有し、かつ前記オーステナイト相中のNi濃度(CNiγ(質量%)と前記マルテンサイト相中のNi濃度(CNi(質量%)との比、(CNiγ/(CNi、が1.15以上であることを特徴とする低温靭性に優れた油井用高強度ステンレス継目無鋼管。
(2)(1)において、前記組織が、前記フェライト相中に、前記マルテンサイト相の一部を粒径10μm以下の粒状で、フェライト粒100μm2あたり3個以上含む組織であることを特徴とする油井用高強度ステンレス継目無鋼管。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:3.5%以下を含む組成とすることを特徴とする油井用高強度ステンレス継目無鋼管。
(4)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下、Zr:0.2%以下、W:3.0%以下、B:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含む組成とすることを特徴とする油井用高強度ステンレス継目無鋼管。
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種を含む組成とすることを特徴とする油井用高強度ステンレス継目無鋼管。
(6)鋼素材に、穿孔圧延を含む熱間加工を施して厚肉継目無鋼管とするにあたり、前記鋼素材を、質量%で、C:0.050%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.20〜1.80%、Cr:15.5〜18.0%、Ni:1.5〜5.0%、Mo:1.0〜3.5%、V:0.02〜0.20%、Al:0.05%以下、N:0.01〜0.15%、O:0.006%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材とし、該鋼素材を加熱温度:1150〜1350℃に加熱後、該加熱された前記鋼素材を、肉厚中心温度で冷却開始温度からの温度差が少なくとも50℃以上で、かつ800℃以上となる冷却停止温度まで、2.0℃/s以上の平均冷却速度で加速冷却したのち、前記穿孔圧延を含む熱間加工を施し、冷却し継目無鋼管とし、しかるのちに、該継目無鋼管に、加熱温度:750〜950℃に再加熱し急冷する第一段処理と、加熱温度:550〜680℃の温度に加熱する第二段処理とからなる熱処理を少なくとも1回施すことを特徴とする低温靱性に優れた油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法。
(7)(6)において、前記鋼素材を加熱温度:1150〜1350℃に加熱後、前記熱間加工前の前記加速冷却を施すことなく、前記穿孔圧延を施し、該穿孔圧延の終了の後に冷却を開始し、肉厚中心温度で冷却開始温度からの温度差が少なくとも50℃以上となる温度範囲を2.0℃/s以上の冷却速度で、かつ800℃以上の温度域の冷却停止温度まで加速冷却し、ついで前記穿孔圧延以外の前記熱間加工を施して継目無鋼管とし、しかる後に該継目無鋼管に前記熱処理を施すことを特徴とする油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法。
(8)(6)または(7)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:3.5%以下を含む組成とすることを特徴とする油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法。
(9)(6)ないし(8)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下、Zr:0.2%以下、W:3.0%以下、B:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含む組成とすることを特徴とする油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法。
(10)(6)ないし(9)のいずれかに前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種を含む組成とすることを特徴とする油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法。
The present invention has been completed based on such findings and further studies. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) By mass%, C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less, Mn: 0.20 to 1.80%, Cr: 15.5 to 18.0%, Ni: 1.5 to 5.0%, Mo: 1.0 to 3.5%, V: 0.02 -0.20%, Al: 0.05% or less, N: 0.01-0.15%, O: 0.006% or less, the composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities, the martensite phase of 50% or more by volume, and 3 -15% of austenite phase and the balance is composed of ferrite phase, and Ni concentration (C Ni ) γ (mass%) in the austenite phase and Ni concentration (C Ni ) M in the martensite phase M A high-strength stainless steel seamless pipe for oil wells excellent in low temperature toughness, characterized in that the ratio to (mass%), (C Ni ) γ / (C Ni ) M , is 1.15 or more.
(2) In (1), the structure is a structure in which in the ferrite phase, a part of the martensite phase is granular having a particle size of 10 μm or less and containing 3 or more per 100 μm 2 of ferrite particles. High strength stainless steel seamless pipe for oil wells.
(3) In (1) or (2), in addition to the above-mentioned composition, the high-strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells further comprising, by mass%, Cu: 3.5% or less.
(4) In any one of (1) to (3), in addition to the above composition, in mass%, Nb: 0.2% or less, Ti: 0.3% or less, Zr: 0.2% or less, W: 3.0% or less, B: A high-strength stainless steel seamless pipe for oil wells having a composition containing one or more selected from 0.01% or less.
(5) In any one of (1) to (4), in addition to the above composition, the composition further includes one or two selected from Ca: 0.01% or less and REM: 0.01% or less by mass%. A high-strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells characterized by having a composition.
(6) When the steel material is subjected to hot working including piercing and rolling to make a thick-walled seamless steel pipe, the steel material is mass%, C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less, Mn: 0.20 ~ 1.80%, Cr: 15.5 ~ 18.0%, Ni: 1.5 ~ 5.0%, Mo: 1.0 ~ 3.5%, V: 0.02 ~ 0.20%, Al: 0.05% or less, N: 0.01 ~ 0.15%, O: 0.006% or less The steel material is composed of the balance Fe and unavoidable impurities, and the steel material is heated to a heating temperature of 1150 to 1350 ° C., and then the heated steel material is cooled from the cooling start temperature at the thickness center temperature. Accelerated cooling at an average cooling rate of 2.0 ° C./s or higher until a cooling stop temperature at which the temperature difference is at least 50 ° C. or higher and 800 ° C. or higher, and then subjected to hot working including the piercing and rolling, and then cooled The steel pipe is made into a steel pipe, and then the seamless steel pipe is heated to a temperature of 750 to 950 ° C. and rapidly cooled, and the heating temperature is a temperature of 550 to 680 ° C. Second stage treatment with the at least one superior process for producing a high strength stainless seamless steel pipe for oil well in low temperature toughness characterized by applying heat treatment the consisting of heating.
(7) In (6), after the steel material is heated to a heating temperature of 1150 to 1350 ° C., the piercing rolling is performed without performing the accelerated cooling before the hot working, and after the end of the piercing rolling, Starts cooling and accelerates the temperature range where the temperature difference from the cooling start temperature at the wall thickness center temperature is at least 50 ° C to 2.0 ° C / s or higher and to the cooling stop temperature of 800 ° C or higher. A method for producing a high-strength stainless steel seamless pipe for oil wells, which is cooled and then subjected to the hot working other than the piercing and rolling to form a seamless steel pipe, and then the heat treatment is performed on the seamless steel pipe.
(8) In (6) or (7), in addition to the said composition, it is set as the composition which contains further Cu: 3.5% or less by mass%, The manufacturing method of the high strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells characterized by the above-mentioned.
(9) In any one of (6) to (8), in addition to the above composition, in addition to mass, Nb: 0.2% or less, Ti: 0.3% or less, Zr: 0.2% or less, W: 3.0% or less, B: A method for producing a high-strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells, wherein the composition contains one or more selected from 0.01% or less.
(10) In addition to the composition described above in any one of (6) to (9), the composition further comprises one or two selected from Ca: 0.01% or less and REM: 0.01% or less by mass%. A method for producing a high-strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells.

本発明によれば、低温靭性に優れた油井用高強度ステンレス継目無鋼管を、容易に製造でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、比較的少ない加工量で継目無鋼管の組織を肉厚中心部まで微細化することができ、とくに肉厚中心部での加工量を大きくすることができない厚肉継目無鋼管においても、低温靭性の向上が図れるという効果を奏する。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the high strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells excellent in low temperature toughness can be manufactured easily, and there is a remarkable industrial effect. Further, according to the present invention, the structure of the seamless steel pipe can be refined to the thickness center portion with a relatively small processing amount, and in particular, the thickness seam where the processing amount at the thickness center portion cannot be increased. Even in a steelless pipe, there is an effect that the low temperature toughness can be improved.

本発明で使用できる製造設備列の一例を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing equipment row | line | column which can be used by this invention.

本発明継目無鋼管の製造用設備として好適な、製造設備列の一例を図1に示す。なお、本発明では、この設備列に限定されないことは言うまでもない。   FIG. 1 shows an example of a production equipment row suitable as equipment for producing the seamless steel pipe of the present invention. In addition, it cannot be overemphasized that in this invention, it is not limited to this equipment row | line | column.

継目無鋼管の製造用設備としては、加熱装置1と、穿孔圧延装置21および圧延装置22とからなる熱間加工装置2と、が例示できるが、本発明では、冷却装置3を、加熱装置1と穿孔圧延装置21の間に、あるいは穿孔圧延装置21と圧延装置22との間に、配設した製造設備列を用いることが好ましい。   Examples of equipment for manufacturing seamless steel pipes include a heating device 1 and a hot working device 2 including a piercing and rolling device 21 and a rolling device 22. In the present invention, the cooling device 3 is used as the heating device 1. It is preferable to use a production equipment line arranged between the piercing and rolling device 21 or between the piercing and rolling device 21 and the rolling device 22.

本発明で使用する加熱装置1は、鋳片、鋼片等の鋼素材を所定温度に加熱できる、加熱炉であればよく、とくに限定する必要はないが、回転炉床式加熱炉、ワーキングビーム式加熱炉等の常用の加熱炉がいずれも適用できる。また、誘導加熱方式の加熱炉としてもなんら問題はない。   The heating device 1 used in the present invention may be any heating furnace capable of heating steel materials such as slabs and steel slabs to a predetermined temperature, and is not particularly limited. Any conventional heating furnace such as a heating furnace can be used. Moreover, there is no problem as an induction heating type heating furnace.

また、本発明で使用する穿孔圧延装置21は、バレル型ロール、コーン型ロール等を用いるマンネスマン傾斜式穿孔機、熱間押出式穿孔機等の、通常公知の穿孔圧延装置がいずれも適用できる。また、熱間圧延装置2の一つである圧延装置22は、目的に応じて、例えば、エロンゲータ221、プラグミル222、リーラ(図示せず)、サイザー223の順で配置された圧延装置、あるいはマンドレルミル、レデューサを配置した圧延装置(図示せず)等の、通常公知の圧延装置がいずれも適用できる。   Further, as the piercing and rolling apparatus 21 used in the present invention, any generally known piercing and rolling apparatus such as a Mannesmann tilting piercing machine or a hot extrusion piercing machine using a barrel roll, a cone roll or the like can be applied. Further, the rolling device 22 which is one of the hot rolling devices 2 may be a rolling device arranged in the order of an elongator 221, a plug mill 222, a reeler (not shown), a sizer 223, or a mandrel, depending on the purpose. Any generally known rolling device such as a rolling device (not shown) provided with a mill and a reducer can be applied.

また、本発明で使用する冷却装置3は、ステンレス鋼組成の鋼素材で、被冷却材の表面、肉厚中心位置で、少なくとも2.0℃/s以上の平均冷却速度を得ることができる冷却能を有する装置とすることが好ましい。冷却能が不足し、上記した平均冷却速度より遅い冷却しかできない場合には、所望の相分布を得ることができず、その後に熱間加工を加えても所望の微細組織を確保できなくなる。なお、冷却速度の上限は、とくに限定する必要ないが、割れ、曲りを防止するという観点から、50℃/sとすることが好ましい。なお、図1では、外面側から冷却が行われている状態が示されているが、これに限定されず、外面側および内面側から冷却してもよいことはいうまでもない。   In addition, the cooling device 3 used in the present invention is a steel material having a stainless steel composition, and has a cooling capacity capable of obtaining an average cooling rate of at least 2.0 ° C./s or more at the surface of the material to be cooled and the center of the wall thickness. It is preferable to have an apparatus. If the cooling capacity is insufficient and only cooling slower than the above average cooling rate is possible, a desired phase distribution cannot be obtained, and a desired fine structure cannot be secured even if hot working is subsequently applied. The upper limit of the cooling rate is not particularly limited, but is preferably 50 ° C./s from the viewpoint of preventing cracking and bending. In addition, in FIG. 1, although the state currently cooled from the outer surface side is shown, it is not limited to this, and it cannot be overemphasized that you may cool from an outer surface side and an inner surface side.

なお、圧延装置22の出側に、保温装置(図示せず)を配設した装置列としてもよい。保温装置は、熱間加工後の冷却速度を遅くするために、必要に応じて配設する。ステンレス鋼組成の場合、加工後に冷却が速すぎると、非平衡フェライト相がα→γ変態を生じることなく冷却され、所望の微細なオーステナイト粒の生成が得られず、鋼管組織の微細化が達成できなくなる。なお、保温装置は、被冷却材の表面温度で、少なくとも20℃/s以下程度の冷却速度に調整できる保温能があれば十分である。   Note that a device row in which a heat retaining device (not shown) is disposed on the exit side of the rolling device 22 may be used. The heat retaining device is provided as necessary to slow down the cooling rate after hot working. In the case of stainless steel composition, if the cooling is too fast after processing, the nonequilibrium ferrite phase is cooled without causing the α → γ transformation, and the desired fine austenite grains cannot be produced, and the refinement of the steel pipe structure is achieved. become unable. Note that it is sufficient for the heat retaining device to have a heat retaining capacity that can be adjusted to a cooling rate of at least about 20 ° C./s at the surface temperature of the material to be cooled.

つぎに、本発明高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法について説明する。   Below, the manufacturing method of this invention high strength stainless steel seamless steel pipe is demonstrated.

本発明では、鋼素材に、穿孔圧延を含む熱間加工を施して継目無鋼管とする。まず、使用する鋼素材の組成限定理由について説明する。なお、以下、組成における質量%はとくに断わらない限り単に%で記す。   In the present invention, the steel material is subjected to hot working including piercing and rolling to obtain a seamless steel pipe. First, the reasons for limiting the composition of the steel material used will be described. Hereinafter, mass% in the composition is simply expressed as% unless otherwise specified.

本発明で使用する鋼素材は、C:0.050%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.20〜1.80%、Cr:15.5〜18.0%、Ni:1.5〜5.0%、Mo:1.0〜3.5%、V:0.02〜0.20%、Al:0.05%以下、N:0.01〜0.15%、O:0.006%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する。   Steel materials used in the present invention are: C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less, Mn: 0.20 to 1.80%, Cr: 15.5 to 18.0%, Ni: 1.5 to 5.0%, Mo: 1.0 to 3.5%, V : 0.02 to 0.20%, Al: 0.05% or less, N: 0.01 to 0.15%, O: 0.006% or less, and has a composition consisting of the balance Fe and inevitable impurities.

C:0.050%以下
Cは、マルテンサイト系ステンレス鋼の強度に関係する重要な元素であり、本発明では所望の強度を確保するために0.005%以上含有することが望ましい。一方、0.050%を超えて含有すると、Ni含有による焼戻時の鋭敏化が増大する。このため、耐食性の観点からはCは少ないほうが望ましい。このようなことから、Cは0.050%以下に限定した。なお、好ましくは0.030〜0.050%である。
C: 0.050% or less
C is an important element related to the strength of martensitic stainless steel. In the present invention, C is preferably contained in an amount of 0.005% or more in order to ensure a desired strength. On the other hand, if the content exceeds 0.050%, sensitization during tempering due to Ni inclusion increases. For this reason, from the viewpoint of corrosion resistance, it is desirable that C is less. For these reasons, C is limited to 0.050% or less. In addition, Preferably it is 0.030 to 0.050%.

Si:0.50%以下
Siは、脱酸剤として作用する元素であり、0.05%以上含有することが望ましい。0.50%を超える含有は、耐食性を低下させ、さらに熱間加工性をも低下させる。このため、Siは0.50%以下に限定した。なお、好ましくは0.10〜0.30%である。
Si: 0.50% or less
Si is an element that acts as a deoxidizer, and it is desirable to contain 0.05% or more. If the content exceeds 0.50%, the corrosion resistance is lowered and the hot workability is also lowered. For this reason, Si was limited to 0.50% or less. In addition, Preferably it is 0.10 to 0.30%.

Mn:0.20〜1.80%
Mnは、強度を増加させる作用を有する元素であり、このような効果を得るためには0.20%以上の含有を必要とする。一方、1.80%を超えて含有すると、靭性に悪影響を及ぼす。このため、Mnは0.20〜1.80%に限定した。なお、好ましくは0.20〜1.00%である。
Mn: 0.20 to 1.80%
Mn is an element having an action of increasing the strength, and in order to obtain such an effect, it needs to be contained in an amount of 0.20% or more. On the other hand, if the content exceeds 1.80%, the toughness is adversely affected. For this reason, Mn was limited to 0.20 to 1.80%. In addition, Preferably it is 0.20 to 1.00%.

Cr:15.5〜18.0%
Crは、保護皮膜を形成し耐食性を向上させる作用を有し、さらに固溶して鋼の強度を増加させる元素である。このような効果を得るためには、15.5%以上の含有を必要とする。一方、18.0%を超えて多量に含有すると、熱間加工性が低下し、さらに強度が低下する。このため、Crは15.5〜18.0%に限定した。なお、好ましくは16.6〜18.0%である。
Cr: 15.5-18.0%
Cr is an element that has a function of forming a protective film and improving the corrosion resistance, and further increasing the strength of the steel by solid solution. In order to obtain such an effect, the content of 15.5% or more is required. On the other hand, if the content exceeds 18.0%, the hot workability is lowered and the strength is further lowered. For this reason, Cr was limited to 15.5-18.0%. In addition, Preferably it is 16.6 to 18.0%.

Ni:1.5〜5.0%
Niは、保護膜を強固にし、耐食性を高める作用を有する元素であり、さらに固溶して鋼の強度を増加させ、さらに靭性を向上させる元素でもある。このような効果は1.5%以上の含有で認められる。一方、5.0%を超えて含有すると、マルテンサイト相の安定性が低下し、強度が低下する。このため、Niは1.5〜5.0%に限定した。なお、好ましくは2.5〜4.5%である。
Ni: 1.5-5.0%
Ni is an element that has an action of strengthening the protective film and improving the corrosion resistance, and further increasing the strength of the steel by solid solution and further improving the toughness. Such an effect is recognized when the content is 1.5% or more. On the other hand, if the content exceeds 5.0%, the stability of the martensite phase decreases and the strength decreases. For this reason, Ni was limited to 1.5 to 5.0%. In addition, Preferably it is 2.5 to 4.5%.

Mo:1.0〜3.5%
Moは、Clによる孔食に対する抵抗性を増加させる元素である。このような効果を得るためには、1.0%以上含有する必要がある。一方、3.5%を超える多量の含有は、強度が低下するとともに、材料コストが高騰する。このため、Moは1.0〜3.5%に限定した。なお、好ましくは2.0〜3.5%である。
Mo: 1.0-3.5%
Mo is an element that increases resistance to pitting corrosion caused by Cl . In order to acquire such an effect, it is necessary to contain 1.0% or more. On the other hand, if the content exceeds 3.5%, the strength decreases and the material cost increases. For this reason, Mo was limited to 1.0 to 3.5%. In addition, Preferably it is 2.0 to 3.5%.

V:0.02〜0.20%
Vは、強度を増加させるとともに、耐食性を改善する元素である。このような効果を得るためには、0.02%以上の含有を必要とする。一方、0.20%を超えて含有すると、靭性が低下する。このため、Vは0.02〜0.20%に限定した。なお、好ましくは0.02〜0.08%である。
V: 0.02 to 0.20%
V is an element that increases strength and improves corrosion resistance. In order to obtain such an effect, a content of 0.02% or more is required. On the other hand, if the content exceeds 0.20%, toughness decreases. For this reason, V was limited to 0.02 to 0.20%. In addition, Preferably it is 0.02 to 0.08%.

Al:0.05%以下
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、このような効果を得るためには、0.002%以上含有することが望ましい。一方、0.05%を超えて含有すると、靭性に悪影響を及ぼす。このため、Alは0.05%以下に限定した。なお、Al無添加の場合には、不可避的不純物として0.002%未満程度が許容される。
Al: 0.05% or less
Al is an element that acts as a deoxidizer, and in order to obtain such an effect, it is desirable to contain 0.002% or more. On the other hand, if it exceeds 0.05%, the toughness is adversely affected. For this reason, Al was limited to 0.05% or less. When Al is not added, an inevitable impurity of about 0.002% is allowed.

N:0.01〜0.15%
Nは、耐孔食性を著しく向上される元素であり、このような効果を得るためには0.01%以上の含有を必要とする。一方、0.15%を超えて含有すると、種々の窒化物を形成し靭性を低下させる。このため、Nは0.01〜0.15の範囲に限定した。なお、好ましくは0.02〜0.08%である。
N: 0.01-0.15%
N is an element that remarkably improves the pitting corrosion resistance. In order to obtain such an effect, N is required to be contained in an amount of 0.01% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.15%, various nitrides are formed and the toughness is lowered. For this reason, N was limited to the range of 0.01 to 0.15. In addition, Preferably it is 0.02 to 0.08%.

O:0.006%以下
O(酸素)は、鋼中では酸化物として存在し、各種特性に悪影響を及ぼす。このため、できるだけ低減することが望ましい。とくに、Oが0.006%を超えて多量に含有すると、熱間加工性、靭性、耐食性の低下が著しくなる。このため、Oは0.006%以下に限定した。
O: 0.006% or less
O (oxygen) exists as an oxide in steel and adversely affects various properties. For this reason, it is desirable to reduce as much as possible. In particular, when O is contained in a large amount exceeding 0.006%, the hot workability, toughness and corrosion resistance are remarkably deteriorated. For this reason, O was limited to 0.006% or less.

上記した成分が基本の成分であり、本発明では、この基本組成に加えてさらに、選択元素として、Cu:3.5%以下、および/または、Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下、Zr:0.2%以下、W:3.0%以下、B:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種以上、および/または、Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種、を必要に応じて含有できる。   The above components are basic components. In the present invention, in addition to this basic composition, Cu: 3.5% or less and / or Nb: 0.2% or less, Ti: 0.3% or less, Zr: 1 or more selected from 0.2% or less, W: 3.0% or less, B: 0.01% or less, and / or Ca: 0.01% or less, REM: 1 selected from 0.01% or less A seed | species or 2 types can be contained as needed.

Cu:3.5%以下
Cuは、保護皮膜を強固にし、鋼中への水素の侵入を抑制して、耐硫化物応力腐食割れ性を高める。このような効果は0.5%以上の含有で顕著となる。一方、3.5%を超える含有は、CuSの粒界析出を招き、熱間加工性が低下する。このため、含有する場合には、Cuは3.5%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.8〜1.2%である。
Cu: 3.5% or less
Cu strengthens the protective film and suppresses the penetration of hydrogen into the steel, improving the resistance to sulfide stress corrosion cracking. Such an effect becomes remarkable when the content is 0.5% or more. On the other hand, if the content exceeds 3.5%, CuS grain boundary precipitation occurs, and hot workability decreases. For this reason, when it contains, it is preferable to limit Cu to 3.5% or less. In addition, More preferably, it is 0.8 to 1.2%.

Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下、Zr:0.2%以下、W:3.0%以下、B:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種以上
Nb、Ti、Zr、W、Bはいずれも、強度を増加させる元素であり、必要に応じて選択して含有できる。このような効果は、Nb:0.03%以上、Ti:0.03%以上、Zr:0.03%以上、W:0.2%以上、B:0.01%以上の含有で認められる。一方、Nb:0.2%、Ti:0.3%、Zr:0.2%、W:3.0%、B:0.01%、をそれぞれ超える含有は、靭性を低下させる。このため、含有する場合は、Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下、Zr:0.2%以下、W:3.0%以下、B:0.01%以下に、それぞれ限定することが好ましい。
One or more selected from Nb: 0.2% or less, Ti: 0.3% or less, Zr: 0.2% or less, W: 3.0% or less, B: 0.01% or less
Nb, Ti, Zr, W, and B are all elements that increase the strength, and can be selected and contained as necessary. Such effects are recognized when Nb: 0.03% or more, Ti: 0.03% or more, Zr: 0.03% or more, W: 0.2% or more, B: 0.01% or more. On the other hand, inclusions exceeding Nb: 0.2%, Ti: 0.3%, Zr: 0.2%, W: 3.0%, and B: 0.01% respectively reduce toughness. For this reason, when it contains, it is preferable to limit to Nb: 0.2% or less, Ti: 0.3% or less, Zr: 0.2% or less, W: 3.0% or less, B: 0.01% or less, respectively.

Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種
Ca、REMはいずれも、硫化物系介在物の形状を球状化する作用を有し、介在物周囲のマトリッククスの格子歪を小さくして、介在物系の水素トラップ能を低下させる効果を有する元素であり、必要に応じて1種または2種を含有できる。このような効果は、Ca:0.0005%以上、REM:0.001%以上の含有で顕著となる。一方、Ca:0.01%、REM:0.01%をそれぞれ超えて含有すると、靭性が低下する。このため、含有する場合には、Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下、に限定することが好ましい。
One or two selected from Ca: 0.01% or less, REM: 0.01% or less
Both Ca and REM have the effect of spheroidizing the shape of sulfide inclusions, reducing the lattice distortion of the matrix surrounding the inclusions, and reducing the hydrogen trapping ability of inclusions It is an element and can contain 1 type or 2 types as needed. Such an effect becomes remarkable when Ca: 0.0005% or more and REM: 0.001% or more. On the other hand, when it contains exceeding Ca: 0.01% and REM: 0.01%, toughness will fall. For this reason, when it contains, it is preferable to limit to Ca: 0.01% or less and REM: 0.01% or less.

上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。なお、不可避的不純物としては、P:0.03%以下、S:0.005%以下が、許容できる。   The balance other than the components described above consists of Fe and inevitable impurities. Inevitable impurities are P: 0.03% or less and S: 0.005% or less.

上記した組成を有する鋼素材の製造方法はとくに限定する必要はない。転炉、電気炉等、常用の溶製炉を使用して、上記した組成の溶鋼を溶製し、連続鋳造法等の常用の鋳造方法で、鋳片(丸鋳片)としたものを鋼素材とすることが好ましい。なお、鋳片を熱間圧延して所定寸法の鋼片として鋼素材としてもよい。また、造塊−分塊圧延法で鋼片とし、鋼素材としてもなんら問題はない。   The method for producing a steel material having the above composition need not be particularly limited. Using a conventional smelting furnace such as a converter or electric furnace, the molten steel having the composition described above is melted, and a slab (round slab) is obtained by a conventional casting method such as a continuous casting method. It is preferable to use a raw material. In addition, it is good also as a steel raw material as a steel slab of a predetermined dimension by hot-rolling a slab. Moreover, it is set as a steel slab by the ingot-making-slab rolling method, and there is no problem as a steel raw material.

まず、上記した組成を有する鋼素材を、加熱装置1に装入して、加熱温度:1150〜1350℃に加熱する。   First, a steel material having the above-described composition is charged into the heating device 1 and heated to a heating temperature of 1150 to 1350 ° C.

加熱温度:1150〜1350℃
加熱温度が1150℃未満では、フェライト単相組織とすることができず、単相からの変態を利用した組織の微細化を達成することができない。また、変形抵抗が高くなりすぎて、その後の熱間加工が困難となる。一方、1350℃以上では、自重による変形が生じたり、成形(加工)による歪の蓄積が困難となる。このため、鋼素材の加熱温度は1150〜1350℃の範囲の温度に限定した。なお、変形抵抗が小さく加工がしやすいことや、冷却時に温度差を大きくとれるという観点から、好ましくは1200〜1300℃である。
Heating temperature: 1150-1350 ° C
If the heating temperature is less than 1150 ° C., a ferrite single-phase structure cannot be obtained, and refinement of the structure using transformation from the single phase cannot be achieved. Further, the deformation resistance becomes too high, and subsequent hot working becomes difficult. On the other hand, at 1350 ° C. or higher, deformation due to its own weight occurs, or accumulation of strain due to molding (processing) becomes difficult. For this reason, the heating temperature of the steel material was limited to a temperature in the range of 1150 to 1350 ° C. In addition, it is preferably 1200 to 1300 ° C. from the viewpoint of low deformation resistance and easy processing, and a large temperature difference during cooling.

なお、上記した組成範囲の鋼素材では、1200℃以上の温度域でフェライト単相となる。1150℃以上1200℃未満の温度域では、フェライトとオーステナイトの二相組織を呈するが、この温度域ではフェライトが大部分であるため、その後の加工で十分に組織の微細化が達成できる。   In the steel material having the composition range described above, a ferrite single phase is formed in a temperature range of 1200 ° C. or higher. In the temperature range of 1150 ° C. or more and less than 1200 ° C., a two-phase structure of ferrite and austenite is exhibited. However, since the ferrite is mostly contained in this temperature range, the structure can be sufficiently refined by subsequent processing.

本発明では、加熱された鋼素材は、ついで、冷却装置3で、加速冷却を施される。   In the present invention, the heated steel material is then subjected to accelerated cooling by the cooling device 3.

加速冷却は、加熱後の鋼素材の温度を冷却開始温度とし、該冷却開始温度からの温度差が少なくとも50℃以上で、かつ800℃以上となる冷却停止温度まで、肉厚中心換算で2.0℃/s以上の平均冷却速度で加速冷却する冷却処理とする。以下、とくに断らないかぎり、温度は肉厚中心温度とする。   In accelerated cooling, the temperature of the steel material after heating is set as the cooling start temperature, and the temperature difference from the cooling start temperature is at least 50 ° C., and the cooling stop temperature at which the temperature is 800 ° C. or higher is 2.0 ° C. in terms of thickness center. The cooling process is accelerated cooling at an average cooling rate of at least / s. Hereinafter, unless otherwise specified, the temperature is the thickness center temperature.

なお、ここで冷却開始温度とは、冷却開始前の鋼素材の温度であり、950℃以上とすることが好ましい。950℃未満では、冷却後の温度が低くなりすぎて、変形抵抗が高くなり、その後の加工成形が困難となる。本発明では、フェライト相ができるだけ多い組織状態としたうえで、熱間加工を施し組織の微細化を図ることを意図しているので、フェライト相ができるだけ多い組織状態となるように、加速冷却開始温度は高いほうが好ましい。   Here, the cooling start temperature is the temperature of the steel material before the start of cooling, and is preferably 950 ° C. or higher. If it is less than 950 degreeC, the temperature after cooling will become low too much, deformation resistance will become high, and subsequent process shaping | molding will become difficult. In the present invention, it is intended to make the microstructure state as much as possible with the ferrite phase and then subject to hot working to refine the structure, so accelerated cooling is started so that the microstructure state has as much ferrite phase as possible. Higher temperatures are preferred.

加速冷却の温度範囲:50℃以上
加速冷却の温度範囲、すなわち、冷却開始温度と冷却停止温度の温度差は、少なくとも50℃以上とする。加速冷却の温度範囲が50℃未満では、顕著な非平衡状態の相分率を確保できなくなり、その後の加工による組織微細化効果が期待できなくなる。このため、加速冷却の温度範囲を50℃以上に限定した。加速冷却の温度範囲が大きいほど、非平衡状態の相分率を確保できやすくなる。なお、好ましくは100℃以上である。
Accelerated cooling temperature range: 50 ° C or higher The temperature range of accelerated cooling, that is, the temperature difference between the cooling start temperature and the cooling stop temperature is at least 50 ° C or higher. When the temperature range of accelerated cooling is less than 50 ° C., a remarkable non-equilibrium phase fraction cannot be secured, and the effect of refining the structure by subsequent processing cannot be expected. For this reason, the temperature range of accelerated cooling was limited to 50 ° C. or higher. The larger the temperature range of accelerated cooling, the easier it is to secure a non-equilibrium phase fraction. In addition, Preferably it is 100 degreeC or more.

加速冷却の冷却停止温度:800℃以上
冷却停止温度は800℃以上とする。冷却停止温度が800℃未満では、元素の拡散が遅くなり、その後の加工による相変態(α→γ変態)が遅れ、その後の加工による組織微細化効果が期待できなくなる。このため、加速冷却の冷却停止温度は800℃以上に限定した。なお、好ましくは1000〜800℃である。
Cooling stop temperature for accelerated cooling: 800 ° C or higher The cooling stop temperature shall be 800 ° C or higher. When the cooling stop temperature is less than 800 ° C., the diffusion of elements is delayed, the phase transformation (α → γ transformation) by the subsequent processing is delayed, and the effect of refining the structure by the subsequent processing cannot be expected. For this reason, the cooling stop temperature of accelerated cooling is limited to 800 ° C. or higher. In addition, Preferably it is 1000-800 degreeC.

加速冷却の平均冷却速度:2.0℃/s以上
加速冷却の平均冷却速度は、表面で2.0℃/s以上とする。平均冷却速度が2.0℃/s未満では、非平衡状態の相分率を確保できなくなり、その後の加工による組織微細化効果が期待できなくなる。このため、加速冷却の平均冷却速度は2.0℃/s以上に限定した。なお、好ましくは5〜20℃/sである。また、平均冷却速度の上限は、冷却装置の能力により決定され、とくに限定する必要はないが、割れや曲り防止という観点から50℃/s以下とすることが好ましい。
Average cooling rate of accelerated cooling: 2.0 ° C./s or more The average cooling rate of accelerated cooling is 2.0 ° C./s or more on the surface. When the average cooling rate is less than 2.0 ° C./s, the phase fraction in the non-equilibrium state cannot be secured, and the effect of refining the structure by the subsequent processing cannot be expected. For this reason, the average cooling rate of accelerated cooling was limited to 2.0 ° C./s or more. In addition, Preferably it is 5-20 degrees C / s. The upper limit of the average cooling rate is determined by the capacity of the cooling device and is not particularly limited, but is preferably 50 ° C./s or less from the viewpoint of preventing cracking and bending.

加速冷却された鋼素材は、ついで穿孔圧延装置221により穿孔圧延を施され中空素材とされ、さらに例えば熱間圧延装置222等により、熱間加工(穿孔圧延以外の熱間圧延)を施されて、所定寸法の継目無鋼管とされる。   The accelerated and cooled steel material is then subjected to piercing and rolling by a piercing and rolling device 221 to form a hollow material, and further subjected to hot working (hot rolling other than piercing and rolling) by, for example, a hot rolling device 222 or the like. , A seamless steel pipe having a predetermined dimension.

なお、加熱後の鋼素材に上記した加速冷却を行うことなく、加熱後直ちに、穿孔圧延装置221により熱間加工(穿孔圧延)を施し中空素材としたのちに、上記した条件と同様の加速冷却を施してもよい。この場合、穿孔圧延後の中空素材の温度は、1050〜1200℃程度と加熱直後より低温となっているが、上記した条件の加速冷却を十分に施すことができ、加速冷却の効果はほとんど変化がないことを確認している。なお、この場合、加速冷却の冷却停止温度は800℃以上とすることが好ましい。   In addition, without subjecting the steel material after heating to the above-described accelerated cooling, immediately after the heating, the steel material is subjected to hot working (piercing rolling) with a piercing and rolling device 221 to form a hollow material, and then accelerated cooling similar to the above-described conditions. May be applied. In this case, the temperature of the hollow material after piercing and rolling is about 1050 to 1200 ° C., which is lower than that immediately after heating, but the accelerated cooling under the above conditions can be sufficiently performed, and the effect of the accelerated cooling is almost changed. Make sure there is no. In this case, the cooling stop temperature for accelerated cooling is preferably 800 ° C. or higher.

加速冷却後の鋼素材(中空素材をも含む)に施される熱間加工は、フェライト相の多い組織状態で加工することが好ましく、加速冷却の冷却停止温度に対応して、800℃以上、好ましくは1000〜800℃である。また、熱間加工条件は、所定寸法の継目無鋼管とすることができればよく、常用の加工条件が適用でき、とくに限定する必要はない。本発明では、比較的低い加工量(圧下率)でも、所望の組織微細化が可能であるが、組織のより微細化という観点からは累積で50%以上の加工量とすることが好ましい。   Hot working performed on steel materials (including hollow materials) after accelerated cooling is preferably processed in a state of structure with a lot of ferrite phase, corresponding to the cooling stop temperature of accelerated cooling, 800 ° C or higher, Preferably it is 1000-800 degreeC. Further, the hot working conditions only need to be a seamless steel pipe having a predetermined size, and ordinary working conditions can be applied, and there is no particular limitation. In the present invention, a desired microstructure can be refined even with a relatively low machining amount (rolling rate). However, from the viewpoint of further miniaturization of the microstructure, it is preferable that the cumulative machining amount is 50% or more.

なお、熱間加工で所望寸法の継目無鋼管に仕上げられた後の冷却速度は、とくに限定する必要はなく、放冷でもよいが、熱間加工終了後から500℃までの平均で、20℃/s以下とすることが好ましい。熱間加工後に、平均冷却速度で20℃/sを超えて冷却が速くなると、非平衡フェライト相がα→γ変態を生じることなく冷却され、所望の微細なオーステナイト粒の生成が得られず、鋼管組織の微細化が達成できなくなるとともに、生成したオーステナイト相へのNi濃化が進行せず、オーステナイト相の安定度を向上させることができない。   In addition, the cooling rate after being finished into a seamless steel pipe having a desired dimension by hot working is not particularly limited and may be allowed to cool, but it is 20 ° C on average from the end of hot working to 500 ° C. / S or less is preferable. After the hot working, when the cooling becomes faster at an average cooling rate exceeding 20 ° C./s, the nonequilibrium ferrite phase is cooled without causing the α → γ transformation, and the desired fine austenite grains cannot be produced, While refinement of the steel pipe structure cannot be achieved, Ni concentration in the generated austenite phase does not proceed, and the stability of the austenite phase cannot be improved.

本発明では、上記した条件で得られた継目無鋼管に、さらに加熱温度:750〜950℃に再加熱し急冷する第一段処理と、加熱温度:550〜680℃の範囲の温度に加熱する第二段処理とからなる熱処理を少なくとも1回施す。   In the present invention, the seamless steel pipe obtained under the above-described conditions is further heated to a temperature in the range of 550 to 680 ° C. and a first stage treatment in which the heating temperature is reheated to 750 to 950 ° C. and rapidly cooled. The heat treatment consisting of the second stage treatment is performed at least once.

第一段処理と第二段処理からなる熱処理は、オーステナイト相にNiを濃化させ、安定したオーステナイト相の含有量を増加させるために行う処理である。   The heat treatment consisting of the first stage treatment and the second stage treatment is a treatment performed for concentrating Ni in the austenite phase and increasing the content of the stable austenite phase.

第一段処理は、加熱温度:750〜950℃に再加熱し急冷する処理とする。   The first stage treatment is a heating temperature: reheating to 750 to 950 ° C. and quenching.

第一段処理では、750〜950℃の温度域に加熱する。上記した温度域に再加熱することにより、マルテンサイト相から変態によりオーステナイト相が形成され、また加速冷却時に過冷却されたフェライト相からもオーステナイト相(粒状)が形成され、その後急冷されることにより、形成されたオーステナイトの一部が残留し、それ以外はマルテンサイトに変態する。なお、フェライト相から変態で形成されたオーステナイト相(粒状)はマルテンサイト相(粒状)に変態し、フェライト相中に粒状に分散する。   In the first stage treatment, heating is performed in a temperature range of 750 to 950 ° C. By reheating to the above temperature range, an austenite phase is formed by transformation from the martensite phase, and an austenite phase (granular) is also formed from the ferrite phase supercooled during accelerated cooling, and then rapidly cooled. Part of the formed austenite remains, and the others are transformed into martensite. Note that the austenite phase (granular) formed by transformation from the ferrite phase is transformed into a martensite phase (granular) and dispersed in the ferrite phase in a granular form.

第一段処理における加熱温度が、750℃未満ではマルテンサイト相からオーステナイト相の形成が認められない。一方、950℃を超えると、形成するオーステナイト相量が多くなり安定性が低下して、所望のオーステナイト相量を残留させることができなくなる。そのため、第一段処理の加熱温度は750〜950℃に限定した。   When the heating temperature in the first stage treatment is less than 750 ° C., formation of the austenite phase from the martensite phase is not recognized. On the other hand, if the temperature exceeds 950 ° C., the amount of austenite phase to be formed increases, the stability is lowered, and the desired amount of austenite phase cannot be retained. Therefore, the heating temperature of the first stage treatment was limited to 750 to 950 ° C.

なお、加熱温度における保持(滞留)時間は、オーステナイトの安定化という観点から60min以下程度とすることが好ましい。また、加熱したのちの急冷は、水冷とすることが好ましい。   The holding (residence) time at the heating temperature is preferably about 60 min or less from the viewpoint of stabilization of austenite. The rapid cooling after heating is preferably water cooling.

上記した第一段処理に引続き、第二段処理を施す。第二段処理は、加熱温度:550〜680℃の範囲の温度に加熱し、放冷する処理とする。第一段処理に引続き行う第二段処理では、第一段処理で形成されたオーステナイト相へのNiの濃化を促進し、オーステナイト相を安定化する。加熱温度が550℃未満では、温度が低く、Niの拡散が遅れ、上記したオーステナイト相へのNiの濃化が遅延する。一方、加熱温度が680℃を超えて高くなると、オーステナイト相が多くなり、Ni量が希薄となりオーステナイトが安定化しない。なお、加熱後の冷却は、オーステナイト相へのNiの濃化という観点からは遅いほうが好ましく、放冷とした。   Subsequent to the first stage process described above, the second stage process is performed. The second stage treatment is a treatment in which the heating temperature is heated to a temperature in the range of 550 to 680 ° C. and allowed to cool. In the second stage treatment that follows the first stage treatment, the enrichment of Ni in the austenite phase formed in the first stage treatment is promoted, and the austenite phase is stabilized. When the heating temperature is less than 550 ° C., the temperature is low, the diffusion of Ni is delayed, and the concentration of Ni in the austenite phase is delayed. On the other hand, when the heating temperature is higher than 680 ° C., the austenite phase increases, the amount of Ni becomes dilute, and austenite is not stabilized. The cooling after heating is preferably slower from the viewpoint of the concentration of Ni in the austenite phase, and is allowed to cool.

なお、第一段処理の加熱温度と第二段処理の加熱温度の温度差は、150℃以上とすることが好ましい。この温度差が150℃未満では、第二段処理でのオーステナイト量が多すぎて、オーステナイト相へのNiの濃化が少なく、安定したオーステナイトを確保できないため、顕著な低温靭性の向上が望めない。このため、第一段処理の加熱温度と第二段処理の加熱温度の温度差は、150℃以上に限定することが好ましい。   The temperature difference between the heating temperature of the first stage treatment and the heating temperature of the second stage treatment is preferably 150 ° C. or more. If this temperature difference is less than 150 ° C, the amount of austenite in the second stage treatment is too large, Ni concentration in the austenite phase is small, and stable austenite cannot be secured, so significant low temperature toughness cannot be expected. . For this reason, it is preferable to limit the temperature difference between the heating temperature of the first stage treatment and the heating temperature of the second stage treatment to 150 ° C. or more.

なお、第一段処理と第二段処理からなる熱処理は、少なくとも1回、好ましくは複数回繰り返すことが好ましい。上記した熱処理を複数回繰り返すことにより、オーステナイト相の安定度がより高くなり、変形時に安定なオーステナイト量が増加し、低温靭性が向上する。   In addition, it is preferable to repeat the heat processing which consists of a 1st step process and a 2nd step process at least once, Preferably several times. By repeating the above heat treatment a plurality of times, the stability of the austenite phase becomes higher, the amount of stable austenite at the time of deformation increases, and the low temperature toughness is improved.

上記した製造方法で得られる継目無鋼管は、上記した組成と少なくとも肉厚中心部である肉厚1/4〜3/4の範囲で、面積率で、50%以上のマルテンサイト相と、3〜15%のオーステナイト相と、残部がフェライト相からなり、あるいはさらに、フェライト相中に、マルテンサイト相の一部を粒径10μm以下の粒状で、フェライト粒100μm2あたり3個以上分散してなる組織を有し、かつオーステナイト相中のNi濃度(CNiγ(質量%)とマルテンサイト相中のNi濃度(CNi(質量%)との比、(CNiγ/(CNi、が1.15以上で、降伏強さYS:654MPa以上で、試験温度:−40℃でシャルピー試験の吸収エネルギーvE−40が50J以上である、低温靭性に優れた高強度ステンレス継目無鋼管である。 The seamless steel pipe obtained by the above-described manufacturing method has the above composition and at least a thickness of 1/4 to 3/4, which is the thickness central portion, and a martensite phase with an area ratio of 50% or more, 3 ~ 15% austenite phase and the remainder is composed of ferrite phase, or part of the martensite phase is dispersed in the ferrite phase in the form of particles having a particle size of 10 μm or less and 3 or more per 100 μm 2 of ferrite particles The ratio between the Ni concentration (C Ni ) γ (mass%) in the austenite phase and the Ni concentration (C Ni ) M (mass%) in the martensite phase, (C Ni ) γ / (C Ni ) High strength stainless steel seamless pipe with excellent low temperature toughness, with M , 1.15 or higher, yield strength YS: 654 MPa or higher, test temperature: −40 ° C., Charpy absorbed energy vE −40 is 50 J or higher It is.

以下、本発明高強度ステンレス継目無鋼管の組織限定理由について説明する。   Hereinafter, the reason for limiting the structure of the high-strength stainless steel seamless steel pipe of the present invention will be described.

マルテンサイト相:面積率で50%以上
本発明継目無鋼管では、体積率で50%以上のマルテンサイト相を主相とする。マルテンサイト相は、所望の高強度を確保するために重要な相で、体積率で50%未満では、強度が低下して、所望の高強度を確保できない。このため、マルテンサイト相を体積率で50%以上を占める相とした。なお、マルテンサイト相の一部は、フェライト粒内に粒状のマルテンサイト粒として分散させる。
Martensite phase: 50% or more in area ratio In the seamless steel pipe of the present invention, a martensite phase having a volume ratio of 50% or more is a main phase. The martensite phase is an important phase for securing a desired high strength. If the volume ratio is less than 50%, the strength is lowered and the desired high strength cannot be secured. For this reason, the martensite phase is a phase occupying 50% or more by volume ratio. A part of the martensite phase is dispersed as granular martensite grains in the ferrite grains.

オーステナイト相:体積率で3〜15%
オーステナイト相は靭性に富み、優れた低温靭性を確保するために分散させる。このような効果を得るためには、体積率で3%以上の含有を必要とする。一方、15%を超えて含有すると、強度が低下し、所望の高強度を確保できなくなる。このため、オーステナイト相は体積率で3〜15%の範囲に限定した。
Austenitic phase: 3-15% by volume
The austenite phase is rich in toughness and is dispersed to ensure excellent low temperature toughness. In order to obtain such an effect, it is necessary to contain 3% or more by volume. On the other hand, if the content exceeds 15%, the strength is lowered and the desired high strength cannot be ensured. For this reason, the austenite phase was limited to a range of 3 to 15% by volume ratio.

(CNiγ/(CNi:1.15以上
オーステナイト相へのNi濃化は、オーステナイト相の安定化のために重要である。とくにマルテンサイト相中に形成させるオーステナイト相では、周囲のマルテンサイト相に比べてNiが濃化することにより、安定度が増加し、低温靭性が向上する。そのため、オーステナイト相中のNi濃度(CNiγ(質量%)とマルテンサイト相中のNi濃度(CNi(質量%)との比、(CNiγ/(CNi、を1.15以上に限定した。
(C Ni ) γ / (C Ni ) M : 1.15 or more Ni concentration in the austenite phase is important for stabilizing the austenite phase. In particular, in the austenite phase formed in the martensite phase, Ni is concentrated as compared with the surrounding martensite phase, so that the stability is increased and the low temperature toughness is improved. Therefore, the ratio of the Ni concentration (C Ni ) γ (mass%) in the austenite phase and the Ni concentration (C Ni ) M (mass%) in the martensite phase, (C Ni ) γ / (C Ni ) M , Was limited to 1.15 or more.

なお、オーステナイト相、マルテンサイト相のNi濃度は、走査電子顕微鏡(SEM)、透過電子顕微鏡(TEM)に付設されたエネルギー分散型X線分光分析装置(EDS)や波長分散型X線分光分析装置(WDS)を用いて測定することができる。なお、オーステナイト相(粒)が1μm以下の場合には、TEM-EDSにより測定することが、測定時間や空間分解能の観点から好適である。   The Ni concentration of the austenite and martensite phases is determined by the energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) and wavelength dispersive X-ray spectrometer attached to the scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM). (WDS) can be used for measurement. When the austenite phase (grains) is 1 μm or less, it is preferable to measure by TEM-EDS from the viewpoint of measurement time and spatial resolution.

粒径10μm以下の粒状マルテンサイト粒:フェライト粒100μm2あたり3個以上
マルテンサイト相の一部は、フェライト相中に、粒状のマルテンサイト粒として分散させる。フェライト粒中に粒状のマルテンサイト粒を分散させることにより、フェライト粒が分断され、見掛けの微細化が達成されて、低温靭性が向上する。粒状のマルテンサイト粒のうち、フェライト粒を細粒化するという観点から、粒径が10μm以下の粒状マルテンサイト粒をフェライト粒100μm2あたり3個以上、分散させる。本発明では、粒径が10μm超える粒状マルテンサイト粒では、大きすぎてフェライト粒の分断による細粒化には寄与しないとし、粒径が10μm以下の粒状マルテンサイト粒に限定し、フェライト粒100μm2あたり3個以上、分散させるとした。粒径が10μm以下の粒状マルテンサイト粒の分散がフェライト粒100μm2あたり3個未満では、所望のフェライト相の細分化に寄与しない。なお、粒状マルテンサイト粒は、ほぼ楕円形状を呈することが多く、ここでいう「粒径」は長軸を指す。
Granular martensite grains having a particle size of 10 μm or less: 3 or more per 100 μm 2 of ferrite grains A part of the martensite phase is dispersed as granular martensite grains in the ferrite phase. By dispersing the granular martensite grains in the ferrite grains, the ferrite grains are divided, the apparent miniaturization is achieved, and the low temperature toughness is improved. From the viewpoint of making the ferrite grains fine among the granular martensite grains, three or more granular martensite grains having a particle diameter of 10 μm or less are dispersed per 100 μm 2 of ferrite grains. In the present invention, the particulate martensitic grains having a particle size of more than 10 [mu] m, and does not contribute to the grain refining of a ferrite grain of shed too large, the particle size is limited to granular martensite grains 10 [mu] m, the ferrite grains 100 [mu] m 2 Three or more per one were dispersed. When the dispersion of granular martensite grains having a particle size of 10 μm or less is less than 3 per 100 μm 2 of ferrite grains, it does not contribute to the desired subdivision of the ferrite phase. In addition, granular martensite grains often exhibit a substantially elliptical shape, and the “particle diameter” herein refers to the major axis.

本発明では、粒状のマルテンサイト粒の適正量を、上記した二段階の熱処理により、フェライト相中に分散させることができるため、熱間加工による歪付加が難しいとくに厚肉の継目無鋼管の肉厚中央部の低温靭性を顕著に向上させることができる。   In the present invention, an appropriate amount of granular martensite grains can be dispersed in the ferrite phase by the above-described two-stage heat treatment, so that it is difficult to add strain by hot working, especially in the wall of thick-walled seamless steel pipes. The low temperature toughness of the thickness center can be remarkably improved.

以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。   Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated further.

表1に示す組成の溶鋼を、転炉で溶製し、連続鋳造法で鋳片(スラブ:肉厚260mm)としたのち、該鋳片を孔型圧延して、径:350mmの丸鋼片とし、鋼素材とした。   Molten steel having the composition shown in Table 1 is melted in a converter and made into a slab (slab: thickness 260 mm) by a continuous casting method, and then the slab is pierced and round steel slab having a diameter of 350 mm. And steel material.

得られた鋼素材を、加熱装置に装入して加熱温度:1250℃に加熱し、一定時間(45min)保持した。加熱された鋼素材は、水スプレーを利用した冷却装置で、表2に示す冷却開始温度から冷却停止温度までを、表2に示す平均の冷却速度で、加速冷却されたのち、穿孔圧延装置で穿孔圧延を施されて中空素材とされた後に、圧延装置で熱間加工(穿孔圧延および熱間圧延)を施された。   The obtained steel material was charged into a heating device and heated to a heating temperature of 1250 ° C. and held for a certain time (45 min). The heated steel material is a cooling device using water spray, and is accelerated and cooled from the cooling start temperature to the cooling stop temperature shown in Table 2 at the average cooling rate shown in Table 2, and then in the piercing and rolling device. After being pierced and rolled into a hollow material, hot working (piercing and hot rolling) was performed with a rolling device.

熱間加工後、冷却され、継目無鋼管(外径273mφ×内径209mmφ)とした。なお、一部では、加熱された鋼素材は、穿孔圧延装置で穿孔圧延を施されて中空素材とされた後に、表2に示す穿孔圧延後の加速冷却を施され、しかる後に熱間圧延装置で熱間圧延を施され、冷却されて同じ寸法の継目無鋼管とされた。なお、冷却速度は、放射温度計で表面温度を測定し、その表面温度から伝熱計算により肉厚中央の温度を求め、平均の冷却速度を算出した。   After hot working, it was cooled to a seamless steel pipe (outer diameter 273 mφ × inner diameter 209 mmφ). In some cases, the heated steel material is subjected to piercing and rolling by a piercing and rolling device to be a hollow material, and then subjected to accelerated cooling after piercing and rolling shown in Table 2, and thereafter a hot rolling device. And then rolled into a seamless steel pipe of the same dimensions. In addition, the cooling rate measured the surface temperature with the radiation thermometer, calculated | required the temperature of the thickness center by heat transfer calculation from the surface temperature, and calculated the average cooling rate.

得られた継目無鋼管に、表2に示す条件で第一段処理と第二段処理からなる熱処理を施した。なお、第一段処理は表2に示す加熱温度に加熱した後、水冷し、また、第二段処理は表2に示す加熱温度に加熱したのち、放冷した。一部では、第一段処理と第二段処理をその順に2回繰り返し行った。また、一部では第一段処理と第二段処理を行ったのち、第二段処理を繰り返した。   The obtained seamless steel pipe was subjected to heat treatment consisting of a first stage treatment and a second stage treatment under the conditions shown in Table 2. The first stage treatment was heated to the heating temperature shown in Table 2 and then cooled with water, and the second stage treatment was heated to the heating temperature shown in Table 2 and then allowed to cool. In some cases, the first stage treatment and the second stage treatment were repeated twice in that order. In some cases, the first-stage treatment and the second-stage treatment were performed, and then the second-stage treatment was repeated.

得られた継目無鋼管から、試験片を採取し、組織観察、引張試験、衝撃試験を実施した。試験方法はつぎのとおりとした。
(1)組織観察
得られた継目無鋼管から、圧延方向に直交する断面(C断面)が観察面となるように組織観察用試験片を採取し、機械研磨および電解研磨を行い、直ちに、走査型電子顕微鏡(SEM)(倍率:500〜5000倍)を用いて組織を観察した。肉厚中央部について組織を観察し、撮像して、得られた組織写真を用いて画像解析(画像処理)により、フェライト相の組織分率およびフェライト100μm2中の粒状マルテンサイトの個数を測定した。なお、SEM(倍率:500倍)による観察では、フェライト相の組織分率を、また、SEM(倍率:2000倍、5000倍)による観察では、フェライト中の長軸が10μm以下の粒状マルテンサイトの個数を測定し、フェライト100μm2中の個数に換算した。なお、粒状マルテンサイトの界面のうち、80%以上がフェライトとの界面である場合には、粒状マルテンサイトがフェライト粒の中に存在すると判断した。
Test pieces were sampled from the obtained seamless steel pipe and subjected to a structure observation, a tensile test, and an impact test. The test method was as follows.
(1) Microstructure observation From the obtained seamless steel pipe, a specimen for microstructural observation was collected so that the cross section perpendicular to the rolling direction (C cross section) became the observation surface, and mechanical polishing and electrolytic polishing were performed and immediately scanned. The tissue was observed using a scanning electron microscope (SEM) (magnification: 500 to 5000 times). The structure was observed and imaged at the center of the thickness, and the structure fraction of the ferrite phase and the number of granular martensites in ferrite 100 μm 2 were measured by image analysis (image processing) using the obtained structure photograph. . In addition, in the observation by SEM (magnification: 500 times), the structure fraction of the ferrite phase is observed, and in the observation by SEM (magnification: 2000 times, 5000 times), the granular martensite whose major axis in the ferrite is 10 μm or less. The number was measured and converted to the number in 100 μm 2 of ferrite. In addition, when 80% or more of the interfaces of granular martensite are interfaces with ferrite, it was determined that granular martensite is present in the ferrite grains.

また、得られた継目無鋼管から、肉厚中央部が観察面となるように、透過型電子顕微鏡(TEM)用試験片(薄膜用)を採取し、機械研磨および電解研磨を行って、透過型電子顕微鏡(TEM)観察用試験片とし、TEMによる組織観察を行った。電子線回折を行ってオーステナイト粒を特定し、TEMに付設されたエネルギー分散型X線分光分析装置(EDS)により、オーステナイト中のNi濃度(CNiγと、その周囲のマルテンサイトのNi濃度(CNiを測定し、(CNiγ/(CNiを算出した。 In addition, a transmission electron microscope (TEM) test piece (for a thin film) was collected from the obtained seamless steel pipe so that the central portion of the wall became the observation surface, and subjected to mechanical polishing and electrolytic polishing. The specimen was observed with a scanning electron microscope (TEM), and the structure was observed with TEM. Electron diffraction is used to identify austenite grains, and by using an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) attached to the TEM, the Ni concentration in the austenite (C Ni ) γ and the Ni concentration in the surrounding martensite (C Ni ) M was measured, and (C Ni ) γ / (C Ni ) M was calculated.

また、得られた継目無鋼管から、肉厚中央部が測定面となるように、X線回折用試験片を採取し、機械研磨、電解研磨して、X線回折を行ない、オーステナイト相の体積分率Vγを算出した。なお、X線回折では、オーステナイト相(γ)の(220)面、フェライト相(α)の(211)面の回折X線積分強度を測定し、次式
γ(%)=100/{1+(Iαγ/Iγα)}
ここで、Iα:αの積分強度、
γ:γの積分強度、
α:αの結晶学的理論計算値、
γ:γの結晶学的理論計算値
を用いて換算した。
なお、マルテンサイト相の分率はこれらの相以外の残部とした。
Further, from the obtained seamless steel pipe, an X-ray diffraction test piece was collected so that the central portion of the wall thickness would be the measurement surface, mechanically polished and electrolytically polished, and subjected to X-ray diffraction, and the volume of the austenite phase. The fraction was calculated. In the X-ray diffraction, the X-ray integrated intensity of diffraction of the (220) plane of the austenite phase (γ) and the (211) plane of the ferrite phase (α) is measured, and the following formula V γ (%) = 100 / {1+ (I α R γ / I γ R α)}
Where I α : Integral intensity of α,
I γ : Integral intensity of γ,
R α : crystallographically calculated value of α,
R γ : Conversion was performed using a crystallographic theoretical calculation value of γ.
The fraction of the martensite phase was the remainder other than these phases.

(2)引張試験
得られた継目無鋼管の肉厚中心位置から、圧延方向が引張方向となるように、丸棒引張試験片(平行部6mmφ×GL20mm)を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施し、引張特性(降伏強さYS、引張強さTS、伸びEL)を求めた。なお、降伏強さYSは0.2%伸びでの強度とした。
(3)衝撃試験
得られた継目無鋼管の肉厚中心位置から、圧延方向と直交する方向(C方向)が試験片長手方向となるように、Vノッチ試験片を採取し、JIS Z 2242の規定に準拠してシャルピー衝撃試験を実施した。試験温度は−40℃とし、吸収エネルギーvE−40(J)を求めた。なお、試験片は各3本とし、それらの平均値を当該鋼管の吸収エネルギーとした。
(2) Tensile test A round bar tensile test piece (parallel part 6mmφ x GL20mm) was taken from the center of the thickness of the obtained seamless steel pipe so that the rolling direction was the tensile direction, and stipulated in JIS Z 2241 A tensile test was carried out in accordance with the tensile properties (yield strength YS, tensile strength TS, elongation EL). The yield strength YS was the strength at 0.2% elongation.
(3) Impact test V-notch test specimens were collected from the center of thickness of the obtained seamless steel pipe so that the direction perpendicular to the rolling direction (C direction) was the specimen longitudinal direction, and JIS Z 2242 A Charpy impact test was conducted in accordance with the regulations. The test temperature was −40 ° C., and the absorbed energy vE −40 (J) was determined. The number of test pieces was three each, and the average value thereof was taken as the absorbed energy of the steel pipe.

得られた結果を表3に示す。   The obtained results are shown in Table 3.

Figure 0006137082
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本発明例はいずれも、肉厚:15mm超えの肉厚中央部においても、YS:654MPa以上で、かつvE−40:50J以上と、高強度、高靭性を示す厚肉継目無鋼管となっている。一方、本願の発明範囲を外れる比較例は、所望の高強度が得られていないか、所望の高靭性が得られていないか、あるいは両方とも得られていない。 In all of the examples of the present invention, even in the central portion of the wall thickness exceeding 15 mm, YS: 654 MPa or more and vE −40 : 50 J or more, a thick-walled seamless steel pipe showing high strength and high toughness. Yes. On the other hand, in the comparative examples that are outside the scope of the present invention, the desired high strength is not obtained, the desired high toughness is not obtained, or both are not obtained.

1 加熱装置
2 熱間加工装置
21 穿孔圧延装置
22 圧延装置
221 エロンゲータ
222 プラグミル
223 サイザー
3 冷却装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heating apparatus 2 Hot working apparatus 21 Punching and rolling apparatus 22 Rolling apparatus 221 Elongator 222 Plug mill 223 Sizer 3 Cooling apparatus

Claims (9)

質量%で、
C :0.050%以下、 Si:0.50%以下、
Mn:0.20〜1.80%、 Cr:15.5〜18.0%、
Ni:1.5〜5.0%、 Mo:1.0〜3.5%、
V :0.02〜0.20%、 Al:0.05%以下、
N :0.01〜0.15%、 O :0.006%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、
肉厚中心部である肉厚1/4〜3/4の範囲で、体積率で、50%以上のマルテンサイト相と、3〜15%のオーステナイト相と、残部がフェライト相からなり、かつ前記フェライト相中に、前記マルテンサイト相の一部を粒径10μm以下の粒状で、フェライト粒100μm あたり3個以上含む組織を有し、かつ
前記オーステナイト相中のNi濃度(CNiγ(質量%)と前記マルテンサイト相中のNi濃度(CNi(質量%)との比、(CNiγ/(CNi、が、1.15以上である
ことを特徴とする低温靭性に優れた油井用高強度ステンレス継目無鋼管。
% By mass
C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less,
Mn: 0.20-1.80%, Cr: 15.5-18.0%,
Ni: 1.5-5.0%, Mo: 1.0-3.5%,
V: 0.02 to 0.20%, Al: 0.05% or less,
N: 0.01 to 0.15%, O: 0.006% or less, the composition comprising the balance Fe and inevitable impurities,
In the range of thickness 1 / 4-3 / 4 thick central portion, by volume, more than 50% of martensite phase, and 3% to 15% of austenite phase, Ri Do balance being ferrite phase, and The ferrite phase has a structure in which a part of the martensite phase is granular with a particle size of 10 μm or less and includes 3 or more per 100 μm 2 of ferrite particles , and the Ni concentration (C Ni ) γ ( %) And the ratio of Ni concentration (C Ni ) M (% by mass) in the martensite phase, (C Ni ) γ / (C Ni ) M , is 1.15 or more, characterized by low temperature toughness High strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells.
前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:3.5%以下を含む組成とすることを特徴とする請求項1に記載の油井用高強度ステンレス継目無鋼管。 The high-strength stainless steel seamless pipe for oil wells according to claim 1, wherein the composition further comprises Cu: 3.5% or less in terms of mass% in addition to the composition. 前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下、Zr:0.2%以下、W:3.0%以下、B:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含む組成とすることを特徴とする請求項1または2に記載の油井用高強度ステンレス継目無鋼管。 In addition to the above composition, in addition to mass, Nb: 0.2% or less, Ti: 0.3% or less, Zr: 0.2% or less, W: 3.0% or less, B: 0.01% or less The high-strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells according to claim 1 or 2 , wherein the composition contains a seed or more. 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種を含む組成とすることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の油井用高強度ステンレス継目無鋼管。 In addition to the above composition, by mass%, Ca: 0.01% or less, REM: claims 1, characterized in that a composition comprising one or two species selected from among 0.01% or less any 3 High-strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells. 請求項1に記載の低温靭性に優れた油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法であって、鋼素材に、穿孔圧延を含む熱間加工を施して継目無鋼管とするにあたり、
前記鋼素材を、質量%で、
C :0.050%以下、 Si:0.50%以下、
Mn:0.20〜1.80%、 Cr:15.5〜18.0%、
Ni:1.5〜5.0%、 Mo:1.0〜3.5%、
V :0.02〜0.20%、 Al:0.05%以下、
N :0.01〜0.15%、 O :0.006%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材とし、
該鋼素材を加熱温度:1150〜1350℃に加熱後、該加熱された前記鋼素材を、肉厚中心温度で冷却開始温度からの温度差が少なくとも50℃以上で、かつ800℃以上となる冷却停止温度まで、2.0℃/s以上の平均冷却速度で加速冷却したのち、前記穿孔圧延を含む熱間加工を施し、冷却し継目無鋼管とし、しかるのちに、該継目無鋼管に、
加熱温度:750〜950℃に再加熱し急冷する第一段処理と、加熱温度:550〜680℃の温度に加熱する第二段処理とからなる熱処理を少なくとも1回施す
ことを特徴とする低温靱性に優れた油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法。
A method for producing a high-strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells with excellent low-temperature toughness according to claim 1, wherein the steel material is subjected to hot working including piercing and rolling to form a seamless steel pipe.
The steel material in mass%,
C: 0.050% or less, Si: 0.50% or less,
Mn: 0.20-1.80%, Cr: 15.5-18.0%,
Ni: 1.5-5.0%, Mo: 1.0-3.5%,
V: 0.02 to 0.20%, Al: 0.05% or less,
N: 0.01 to 0.15%, O: 0.006% or less, the steel material of the composition consisting of the balance Fe and inevitable impurities,
After the steel material is heated to a heating temperature of 1150 to 1350 ° C., the heated steel material is cooled so that the temperature difference from the cooling start temperature at the thickness center temperature is at least 50 ° C. or more and 800 ° C. or more. After accelerated cooling at an average cooling rate of 2.0 ° C./s or higher up to the stop temperature, it is subjected to hot working including the piercing and rolling to be a seamless steel pipe, and then to the seamless steel pipe,
A low temperature characterized by performing at least one heat treatment consisting of a first stage treatment that is reheated to 750 to 950 ° C. and rapidly cooled, and a second stage treatment that is heated to a temperature of 550 to 680 ° C. A method for producing high-strength stainless steel seamless steel pipes with excellent toughness for oil wells.
前記鋼素材を加熱温度:1150〜1350℃に加熱したのち、前記熱間加工前の前記加速冷却を施すことなく、前記穿孔圧延を施し、該穿孔圧延の終了の後に、肉厚中心温度で冷却開始温度からの温度差が少なくとも50℃以上の温度範囲を2.0℃/s以上20℃/s以下の冷却速度で、かつ800℃以上の温度域の冷却停止温度まで加速冷却し、ついで、前記穿孔圧延以外の熱間加工を施して継目無鋼管とし、しかる後に該継目無鋼管に前記熱処理を施すことを特徴とする請求項に記載の油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法。 The steel material is heated to a heating temperature of 1150 to 1350 ° C. and then subjected to the piercing and rolling without performing the accelerated cooling before the hot working, and cooled at the thickness center temperature after the piercing and rolling is finished. The temperature difference from the start temperature is at least 50 ° C. or higher, and the cooling is accelerated to the cooling stop temperature in the temperature range of 800 ° C. or higher at a cooling rate of 2.0 ° C./s to 20 ° C. 6. The method for producing a high-strength stainless steel seamless pipe for oil wells according to claim 5 , wherein hot-working other than rolling is performed to obtain a seamless steel pipe, and then the heat treatment is performed on the seamless steel pipe. 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:3.5%以下を含む組成とすることを特徴とする請求項またはに記載の油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法。 The method for producing a high-strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells according to claim 5 or 6 , wherein the composition further comprises Cu: 3.5% or less by mass% in addition to the composition. 前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下、Zr:0.2%以下、W:3.0%以下、B:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含む組成とすることを特徴とする請求項ないしのいずれかに記載の油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法。 In addition to the above composition, in addition to mass, Nb: 0.2% or less, Ti: 0.3% or less, Zr: 0.2% or less, W: 3.0% or less, B: 0.01% or less The method for producing a high-strength stainless steel seamless steel pipe for oil wells according to any one of claims 5 to 7 , wherein the composition contains a seed or more. 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種を含む組成とすることを特徴とする請求項ないしのいずれかに記載の油井用高強度ステンレス継目無鋼管の製造方法。 In addition to the above composition, by mass%, Ca: 0.01% or less, REM: any of claims 5-8, characterized in that a composition comprising one or two species selected from among 0.01% or less A method for producing a high-strength stainless steel seamless pipe for oil wells according to claim 1.
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