JP7574975B1 - Martensitic stainless steel seamless pipe - Google Patents
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Abstract
758MPa以上の降伏応力を有し、かつ-80℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが100J以上であり、かつ優れた耐食性を有するマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管を提供する。質量%で、C:0.005~0.100%、Si:0.05~1.00%、Mn:0.05~1.00%、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Ni:6.0~9.0%、Cr:15.0~17.5%、Al:0.001~0.10%、Nb:0.001~0.20%、N:0.1%以下、O:0.01%以下、Cu:3.5%以下、Mo:1.0%未満、及びW:1.0%以下を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、所定の式(1)及び式(2)を満たす成分組成を有する、マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管。The present invention provides a martensitic stainless steel seamless pipe having a yield stress of 758 MPa or more, an absorbed energy of 100 J or more in a Charpy impact test at -80°C, and excellent corrosion resistance. A martensitic stainless steel seamless pipe containing, by mass%, C: 0.005 to 0.100%, Si: 0.05 to 1.00%, Mn: 0.05 to 1.00%, P: 0.05% or less, S: 0.005% or less, Ni: 6.0 to 9.0%, Cr: 15.0 to 17.5%, Al: 0.001 to 0.10%, Nb: 0.001 to 0.20%, N: 0.1% or less, O: 0.01% or less, Cu: 3.5% or less, Mo: less than 1.0%, and W: 1.0% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and having a component composition that satisfies predetermined formulas (1) and (2).
Description
本発明は、マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管に関する。 The present invention relates to a martensitic stainless steel seamless pipe.
従来の油田、ガス田では、採掘に使用する油井管として13%Cr鋼(Crを13質量%程度含む鋼)や17%Cr鋼(Crを17質量%程度含む鋼)などのマルテンサイト系ステンレス鋼管が多く使用されている。また、近年、カーボンニュートラル達成に向けて全世界的に二酸化炭素回収・貯留技術(CCS)が進められている。CCSにおいて、回収した二酸化炭素を帯水層や枯渇した油田に圧入する際の圧入管(以下、CCS圧入管ともいう)にもマルテンサイト系ステンレス鋼管が用いられる。In conventional oil and gas fields, martensitic stainless steel pipes such as 13% Cr steel (steel containing about 13% by mass of Cr) and 17% Cr steel (steel containing about 17% by mass of Cr) are widely used as oil well tubular goods for mining. In recent years, carbon dioxide capture and storage (CCS) technology has been promoted worldwide in order to achieve carbon neutrality. In CCS, martensitic stainless steel pipes are also used for injection pipes (hereinafter also referred to as CCS injection pipes) used to inject captured carbon dioxide into aquifers or depleted oil fields.
油井管や、CCS圧入管は、地中数千mの深さまで鋼管をつないでいくため、その自重に耐える強度が求められる。また、油井管、CCS圧入管は、いずれも高温高圧の二酸化炭素と塩化物イオンが存在する環境下での耐食性が求められる。特に、CCSでは、酸素や硫黄酸化物、窒素酸化物などの腐食性の強い不純物を含んだ二酸化炭素を圧入する場合があり、CCS圧入管の材料としては、より耐食性の高い材料が求められる。 Oil well tubular goods and CCS injection pipes are steel pipes that are connected to depths of several thousand meters underground, so they must be strong enough to withstand their own weight. In addition, both oil well tubular goods and CCS injection pipes must be corrosion resistant in environments containing high-temperature, high-pressure carbon dioxide and chloride ions. In particular, with CCS, carbon dioxide containing highly corrosive impurities such as oxygen, sulfur oxides, and nitrogen oxides may be injected, so the material for the CCS injection pipes must be highly corrosion resistant.
また、油井管、CCS圧入管を寒冷地で使用する場合には、低温でも脆化しない必要があるため、低温靭性が求められる。特に、CCS圧入管では、鋼管内を通す流体の圧力が高いため、漏洩などが原因で急激な圧力低下が生じたとき、ジュールトムソン効果によって低温化することが懸念される。そのため、より低温での靭性が要求される場合がある。 Furthermore, when oil well tubular goods and CCS injection pipes are used in cold regions, they need to be able to withstand low temperatures without becoming brittle, and so low-temperature toughness is required. In particular, with CCS injection pipes, the pressure of the fluid passing through the steel pipe is high, so there is concern that if a sudden drop in pressure occurs due to a leak or other reason, the temperature will drop due to the Joule-Thomson effect. For this reason, there are cases where toughness at even lower temperatures is required.
特許文献1では、Cr含有量が14質量%以下の成分組成を有する、高強度、高靭性の継目無鋼管が提案されている。また、特許文献2~4では、Cr含有量が17質量%程度で、Ni含有量が6.0質量%以下の成分組成と、一定量のフェライト相を含む組織を有する、高強度、高靭性、高耐食性の継目無鋼管が提案されている。Patent Document 1 proposes a seamless steel pipe with high strength and high toughness, having a composition with a Cr content of 14 mass% or less. Patent Documents 2 to 4 propose seamless steel pipes with high strength, high toughness and high corrosion resistance, having a composition with a Cr content of about 17 mass% and a Ni content of 6.0 mass% or less, and a structure containing a certain amount of ferrite phase.
特許文献1に記載の技術では、20質量%NaCl水溶液、液温80℃、30気圧のCO2雰囲気下での1週間の腐食試験を行っているが、油井管やCCS圧入管のより厳しい腐食環境では十分な耐食性を持つとは言えない場合がある。 In the technology described in Patent Document 1, a corrosion test is conducted for one week in a 20 mass % NaCl aqueous solution at a liquid temperature of 80° C. and in a CO2 atmosphere at 30 atmospheres. However, in the more severe corrosive environments of oil country tubular goods and CCS injection pipes, it may not be said that the corrosion resistance is sufficient.
特許文献2、3では、それぞれシャルピー衝撃試験の-60℃での吸収エネルギーが80J以上、-40℃での吸収エネルギーが40J以上であることを優れた低温靭性としている。また、特許文献4では、シャルピー衝撃試験の-10℃での吸収エネルギーが300J以上かつ延性-脆性遷移温度が-40℃以下であることを優れた低温靭性としている。しかしながら、CCS圧入管用途においては、使用環境が-60℃以下になる可能性があるため、さらに低い温度での靭性が要求される場合がある。In Patent Documents 2 and 3, excellent low-temperature toughness is defined as an absorbed energy of 80 J or more at -60°C and an absorbed energy of 40 J or more at -40°C in a Charpy impact test. In Patent Document 4, excellent low-temperature toughness is defined as an absorbed energy of 300 J or more at -10°C in a Charpy impact test and a ductile-brittle transition temperature of -40°C or less. However, in CCS press-in pipe applications, the usage environment may be -60°C or less, so toughness at even lower temperatures may be required.
このように、13質量%程度のCrを含むマルテンサイト系ステンレス鋼は、高強度、高靭性を得ることができるが、耐食性が十分でない場合がある。一方で、17質量%程度のCrを含む、比較的耐食性の高いマルテンサイト系ステンレス鋼では、フェライト相を含有するために低温靭性が低下してしまうという課題があった。As described above, martensitic stainless steels containing about 13% by mass of Cr can achieve high strength and toughness, but may not have sufficient corrosion resistance. On the other hand, martensitic stainless steels containing about 17% by mass of Cr, which have relatively high corrosion resistance, have the problem of reduced low-temperature toughness due to the inclusion of ferrite phase.
本発明は、758MPa以上の降伏応力を有し、かつ-80℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが100J以上であり、かつ優れた耐食性を有するマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a martensitic stainless steel seamless pipe having a yield stress of 758 MPa or more, an absorbed energy of 100 J or more in a Charpy impact test at -80°C, and excellent corrosion resistance.
本発明において、「優れた耐食性を有する」とは、30気圧のCO2ガス雰囲気下において、液温200℃の20質量%NaCl水溶液中に試験片を336時間浸漬した場合の腐食速度が0.127mm/y以下の場合をいうものとする。 In the present invention, "having excellent corrosion resistance" means that the corrosion rate when a test piece is immersed in a 20 mass % NaCl aqueous solution at a liquid temperature of 200°C for 336 hours in a CO2 gas atmosphere at 30 atmospheres is 0.127 mm/y or less.
本発明者らは、上記した目的を達成するために、高強度、高靭性、高耐食性を両立するマルテンサイト系ステンレス鋼の成分について鋭意検討した。その結果、従来の17%Cr鋼に対して6~9質量%までNiを増加させ、フェライト相を減少させることで高耐食性を維持したまま、より低温での靭性を得ることができることを明らかにした。ただし、CrやNiなど合金含有量が増加すると、マルテンサイト変態が開始する温度であるMs点が室温以下まで低下し、焼入れ処理を施しても十分な強度を得られなくなる恐れがある。そこで、C、Cu、Ni、Cr、Mo、Nb、NおよびWを適正な関係式で規定し、さらに前記関係式で算出される値が所定の範囲を満足するように成分組成を調整することにより、所望の強度と、優れた低温靭性および優れた耐食性を有するマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管とすることができることを見出した。In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have intensively studied the components of martensitic stainless steel that achieve both high strength, high toughness, and high corrosion resistance. As a result, it has been revealed that by increasing the Ni content to 6-9 mass% and reducing the ferrite phase compared to conventional 17% Cr steel, it is possible to obtain toughness at lower temperatures while maintaining high corrosion resistance. However, if the content of alloys such as Cr and Ni increases, the Ms point, which is the temperature at which martensitic transformation begins, drops to below room temperature, and there is a risk that sufficient strength cannot be obtained even if quenching is performed. Therefore, it has been found that it is possible to obtain a martensitic stainless steel seamless pipe having the desired strength, excellent low-temperature toughness, and excellent corrosion resistance by defining C, Cu, Ni, Cr, Mo, Nb, N, and W in an appropriate relational formula and further adjusting the composition of the components so that the value calculated by the relational formula satisfies a predetermined range.
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とおりである。
[1]質量%で、
C:0.005~0.100%、
Si:0.05~1.00%、
Mn:0.05~1.00%、
P:0.05%以下、
S:0.005%以下、
Ni:6.0~9.0%、
Cr:15.0~17.5%、
Al:0.001~0.10%、
Nb:0.001~0.20%、
N:0.1%以下、
O:0.01%以下、
Cu:3.5%以下、
Mo:1.0%未満、及び
W:1.0%以下
を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、下記式(1)及び式(2)を満たす成分組成を有する、マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管。
1001-2172C-17.35Cu-44.95Ni-34.45Cr-22.15Mo+60.96Nb-978.3N-18.57W> 50.00 ・・・(1)
Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.3W+0.55Cu-20C> 20.00 ・・・(2)
ここで、式(1)及び式(2)中の各元素記号は、対応する各元素の含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
[2]前記成分組成は、さらに、質量%で、
Co:1%以下、
V:0.1%以下、
Ti:0.1%以下、
Zr:0.2%以下、
Ta:0.2%以下、
Hf:0.2%以下、
Ca:0.01%以下、
REM:0.01%以下、
Mg:0.01%以下、
B:0.01%以下、
Sn:0.2%以下、及び
Sb:0.2%以下
のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する、[1]に記載のマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管。
[3]降伏強度が758MPa以上で、かつ-80℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが100J以上である、[1]または[2]に記載のマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管。
The present invention was completed based on these findings and further investigations.
[1] In mass%,
C: 0.005-0.100%,
Si: 0.05-1.00%,
Mn: 0.05-1.00%,
P: 0.05% or less,
S: 0.005% or less,
Ni: 6.0 to 9.0%,
Cr: 15.0-17.5%,
Al: 0.001-0.10%,
Nb: 0.001-0.20%,
N: 0.1% or less,
O: 0.01% or less,
Cu: 3.5% or less,
A martensitic stainless steel seamless pipe containing less than 1.0% Mo, 1.0% or less W, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and having a chemical composition that satisfies the following formulas (1) and (2):
1001-2172C-17.35Cu-44.95Ni-34.45Cr-22.15Mo+60.96Nb-978.3N-18.57W> 50.00...(1)
Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.3W+0.55Cu-20C> 20.00...(2)
Here, each element symbol in formula (1) and formula (2) indicates the content (mass%) of the corresponding element, and when the element is not contained, it is set to 0.
[2] The composition further includes, in mass%,
Co: 1% or less,
V: 0.1% or less,
Ti: 0.1% or less,
Zr: 0.2% or less,
Ta: 0.2% or less,
Hf: 0.2% or less,
Ca: 0.01% or less,
REM: 0.01% or less,
Mg: 0.01% or less,
B: 0.01% or less,
The martensitic stainless steel seamless pipe according to [1], containing one or more selected from Sn: 0.2% or less and Sb: 0.2% or less.
[3] A martensitic stainless steel seamless pipe according to [1] or [2], having a yield strength of 758 MPa or more and an absorbed energy in a Charpy impact test at -80 ° C. of 100 J or more.
本発明によれば、758MPa以上の降伏応力を有し、かつ-80℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが100J以上であり、かつ優れた耐食性を有するマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a martensitic stainless steel seamless pipe having a yield stress of 758 MPa or more, an absorbed energy of 100 J or more in a Charpy impact test at -80°C, and excellent corrosion resistance.
本発明によれば、従来の油井管用途よりも、優れた低温靭性、高耐食性を要求されるCCS圧入管用途として、マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管を利用できるようになった。また、本発明によれば、25%Cr鋼等の2相ステンレス鋼が用いられている用途に対しても、より安価で靭性に優れるマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管を提供できる。According to the present invention, it is now possible to use martensitic stainless steel seamless pipes for CCS press-in pipe applications, which require superior low-temperature toughness and high corrosion resistance compared to conventional oil well pipe applications. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide martensitic stainless steel seamless pipes that are less expensive and have superior toughness even for applications where duplex stainless steels such as 25% Cr steel are used.
本発明のマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管(以下、単に、本発明の継目無鋼管ともいう。)は、質量%で、C:0.005~0.100%、Si:0.05~1.00%、Mn:0.05~1.00%、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Ni:6.0~9.0%、Cr:15.0~17.5%、Al:0.001~0.10%、Nb:0.001~0.20%、N:0.1%以下、O:0.01%以下、Cu:3.5%以下、Mo:1.0%未満、及びW:1.0%以下を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、下記式(1)及び式(2)を満たす成分組成を有する。
1001-2172C-17.35Cu-44.95Ni-34.45Cr-22.15Mo+60.96Nb-978.3N-18.57W> 50.00 ・・・(1)
Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.3W+0.55Cu-20C> 20.00 ・・・(2)
ここで、上記式(1)及び式(2)中の各元素記号は、対応する各元素の含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
The martensitic stainless steel seamless pipe of the present invention (hereinafter, simply referred to as the seamless steel pipe of the present invention) contains, in mass%, C: 0.005 to 0.100%, Si: 0.05 to 1.00%, Mn: 0.05 to 1.00%, P: 0.05% or less, S: 0.005% or less, Ni: 6.0 to 9.0%, Cr: 15.0 to 17.5%, Al: 0.001 to 0.10%, Nb: 0.001 to 0.20%, N: 0.1% or less, O: 0.01% or less, Cu: 3.5% or less, Mo: less than 1.0%, and W: 1.0% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and has a component composition that satisfies the following formulas (1) and (2).
1001-2172C-17.35Cu-44.95Ni-34.45Cr-22.15Mo+60.96Nb-978.3N-18.57W> 50.00...(1)
Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.3W+0.55Cu-20C> 20.00...(2)
Here, each element symbol in the above formula (1) and formula (2) indicates the content (mass%) of the corresponding element, and when the element is not contained, it is set to 0.
以下で、本発明の継目無鋼管の成分組成を限定した理由について説明する。なお、以下、特に断らない限り、質量%は、単に%と記す。The reasons for limiting the composition of the seamless steel pipe of the present invention are explained below. In the following, unless otherwise specified, mass% will simply be written as %.
C:0.005~0.100%
Cは、焼入れ性を高めて鋼材の強度を高める。その効果を得るため、C含有量は0.005%以上とする。一方で、Cの含有量が高すぎればMs点が低下し、室温でマルテンサイト変態を起こさなくなり、強度が確保できなくなる。したがって、C含有量は0.100%以下とする。C含有量は、好ましくは0.007%以上である。また、C含有量は、好ましくは0.050%以下であり、より好ましくは0.030%以下であり、さらに好ましくは0.020%以下である。
C: 0.005-0.100%
C improves the hardenability and strength of steel. To obtain this effect, the C content is set to 0.005% or more. On the other hand, if the C content is too high, the Ms point decreases and the room temperature Therefore, the C content is set to 0.100% or less. The C content is preferably set to 0.007% or more. The C content is set to The content is preferably 0.050% or less, more preferably 0.030% or less, and further preferably 0.020% or less.
Si:0.05~1.00%
Siは、脱酸剤として作用する。その効果を得るため、Si含有量は0.05%以上とする。一方で、1.00%を超えるSiの含有は、δ-フェライトの析出により、耐食性および熱間加工性を低下させる。したがって、Si含有量は1.00%以下とする。Si含有量は、好ましくは0.50%以下である。一方、安定した強度確保の観点から、Si含有量は0.10%以上が好ましい。
Si: 0.05-1.00%
Silicon acts as a deoxidizer. To obtain this effect, the silicon content is set to 0.05% or more. On the other hand, if the silicon content exceeds 1.00%, the corrosion resistance is deteriorated due to the precipitation of δ-ferrite. and deteriorates hot workability. Therefore, the Si content is set to 1.00% or less. The Si content is preferably set to 0.50% or less. On the other hand, from the viewpoint of ensuring stable strength, the Si content is The amount is preferably 0.10% or more.
Mn:0.05~1.00%
Mnは、熱間加工性および強度を向上させる元素である。その効果を得るため、Mn含有量は0.05%以上とする。一方、Mnを過剰に含有することでMnSが析出し、耐硫化物応力腐食割れ性を低下させる。よって、Mn含有量は1.00%以下とする。Mn含有量は、好ましくは0.50%以下である。また、Mn含有量は、好ましくは0.10%以上である。
Mn: 0.05-1.00%
Mn is an element that improves hot workability and strength. To obtain this effect, the Mn content is set to 0.05% or more. On the other hand, excessive Mn content causes MnS to precipitate, which reduces the resistance. The Mn content is preferably 0.50% or less. It is more than 10%.
P:0.05%以下
Pは、不可避的に含有される不純物である。Pは、耐食性を低下させる元素であり、本発明ではできるだけ低減させることが望ましい。しかしながら、極端なPの低減は製造コストを増加させる。よって、特性の極端な低下を招かない範囲で、かつ工業的に安価に実施可能な範囲として、P含有量は0.05%以下に限定した。なお、P含有量は、好ましくは0.03%以下である。また、P含有量の下限は特に限定されないが、過度の脱Pは製造コストの増加を招くので、製造コストの観点からは、P含有量は0.005%以上とすることが好ましい。
P: 0.05% or less P is an impurity that is inevitably contained. P is an element that reduces corrosion resistance, and it is desirable to reduce it as much as possible in the present invention. However, an extreme reduction in P increases manufacturing costs. Therefore, the P content is limited to 0.05% or less as a range that does not cause an extreme decrease in characteristics and is industrially feasible at low cost. The P content is preferably 0.03% or less. In addition, although there is no particular limit to the lower limit of the P content, since excessive de-P leads to an increase in manufacturing costs, from the viewpoint of manufacturing costs, the P content is preferably 0.005% or more.
S:0.005%以下
Sは、不可避的に含有される不純物である。Sは、熱間加工性を著しく低下させる元素であるため、できるだけ低減させることが望ましい。S含有量を0.005%以下に低減することで、マンネスマン方式でのパイプ製造が可能となるため、本発明におけるS含有量は0.005%以下に限定した。S含有量は、好ましくは0.002%以下である。また、S含有量の下限は特に限定されないが、過度の脱Sは製造コストの増加を招くので、製造コストの観点からは、S含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。
S: 0.005% or less S is an impurity that is inevitably contained. Since S is an element that significantly reduces hot workability, it is desirable to reduce it as much as possible. By reducing the S content to 0.005% or less, pipe manufacturing by the Mannesmann method becomes possible, so the S content in the present invention is limited to 0.005% or less. The S content is preferably 0.002% or less. In addition, although there is no particular limit to the lower limit of the S content, since excessive de-S leads to an increase in manufacturing costs, from the viewpoint of manufacturing costs, the S content is preferably 0.0005% or more.
Ni:6.0~9.0%
Niは、保護被膜を強固にして耐食性を向上させ、更に、固溶することで鋼の強度を増加させる元素である。また、焼入れ温度にてオーステナイト相を安定化させる元素であるため、Ni含有量は6.0%以上とした。Ni含有量が6.0%未満では、フェライト量が増加し、靭性が低下する。一方、Ni含有量が9.0%を超えると、Ms点が低下して、強度が低下する。よって、Ni含有量は6.0~9.0%に限定した。Ni含有量は、好ましくは6.5%以上である。また、Ni含有量は、好ましくは8.0%以下であり、より好ましくは7.5%以下である。
Ni: 6.0-9.0%
Ni is an element that strengthens the protective film to improve corrosion resistance, and further increases the strength of steel by dissolving in solid solution. In addition, Ni is an element that stabilizes the austenite phase at the quenching temperature, so The Ni content is set to 6.0% or more. If the Ni content is less than 6.0%, the amount of ferrite increases and the toughness decreases. On the other hand, if the Ni content exceeds 9.0%, the Ms point decreases. As a result, the strength decreases. Therefore, the Ni content is limited to 6.0 to 9.0%. The Ni content is preferably 6.5% or more. It is 8.0% or less, and more preferably 7.5% or less.
Cr:15.0~17.5%
Crは、保護被膜を形成して耐食性を向上させる元素であり、15.0%以上の含有で目標の耐食性を得ることができる。一方、Crを17.5%を超えて過剰に含有すると、Ms点の低下やフェライト量の増加により、強度と低温靭性の両立ができなくなる。よって、Cr含有量は15.0~17.5%に限定した。Cr含有量は、好ましくは15.5%以上であり、より好ましくは、16.0%以上である。また、Cr含有量は、好ましくは17.0%以下である。
Cr: 15.0-17.5%
Cr is an element that forms a protective film to improve corrosion resistance, and a target corrosion resistance can be obtained by including 15.0% or more of Cr. On the other hand, if the Cr content is excessive, exceeding 17.5%, The decrease in Ms point and the increase in ferrite content make it impossible to achieve both strength and low-temperature toughness. Therefore, the Cr content is limited to 15.0 to 17.5%. The Cr content is preferably 15.5%. The Cr content is preferably 17.0% or less, and more preferably 16.0% or more.
Al:0.001~0.10%
Alは、脱酸剤として作用する。その効果を得るため、Al含有量は0.001%以上とする。しかしながら、0.10%を超えるAlの含有は、過剰な酸化物の析出により、靱性に悪影響を及ぼすため、本発明におけるAl含有量は0.10%以下に限定した。なお、Al含有量は、好ましくは0.01%以上である。また、Al含有量は、好ましくは0.04%以下である。
Al: 0.001-0.10%
Al acts as a deoxidizer. To obtain this effect, the Al content is set to 0.001% or more. However, if the Al content exceeds 0.10%, the toughness is deteriorated due to the precipitation of excessive oxides. Therefore, the Al content in the present invention is limited to 0.10% or less. The Al content is preferably 0.01% or more. The Al content is preferably 0. It is less than 0.4%.
Nb:0.001~0.20%
Nbは、炭化物を形成することで、固溶炭素を減少させて、Ms点を向上できる。その効果を得るため、Nb含有量は0.001%以上とする。一方、0.20%を超えるNbの含有は、粗大な炭化物を析出し、靱性を低下させる場合がある。よって、Nb含有量は0.20%以下とした。なお、Nb含有量は、好ましくは0.01%以上である。また、Nb含有量は、好ましくは0.10%以下である。
Nb: 0.001-0.20%
Nb forms carbides, thereby reducing solute carbon and improving the Ms point. To obtain this effect, the Nb content is set to 0.001% or more. On the other hand, if the Nb content exceeds 0.20%, The inclusion of Nb may cause the precipitation of coarse carbides and reduce toughness. Therefore, the Nb content is set to 0.20% or less. The Nb content is preferably 0.01% or more. The Nb content is preferably 0.10% or less.
N:0.1%以下
Nは、不可避的に含有される不純物である。Nは、鋼中に固溶し強度を増加させる作用を有する。しかしながら、Nの含有量が0.1%を超えると、種々の窒化物系介在物が多く生成し、耐食性が低下する。よって、本発明におけるN含有量は0.1%以下に限定した。なお、N含有量は、好ましくは0.005%以上である。また、N含有量は、好ましくは0.05%以下であり、より好ましくは0.03%以下である。
N: 0.1% or less N is an impurity that is inevitably contained. N has the effect of dissolving in steel and increasing strength. However, if the N content exceeds 0.1%, various nitride-based inclusions are generated in large amounts, and corrosion resistance decreases. Therefore, the N content in the present invention is limited to 0.1% or less. The N content is preferably 0.005% or more. The N content is preferably 0.05% or less, and more preferably 0.03% or less.
O:0.01%以下
Oは、不可避的に含有される不純物である。Oは、鋼中では酸化物として存在するため、各種特性に悪影響を及ぼす。そのため、本発明では、できるだけ低減することが望ましい。特に、Oの含有量が0.01%を超えると、熱間加工性、耐食性、靭性が低下する。そのため、O含有量は0.01%以下とする。O含有量は、好ましくは0.005%以下である。O含有量の下限は特に限定されないが、過度の脱Oは製造コストの増加を招くので、製造コストの観点からは、O含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
O: 0.01% or less O is an impurity that is inevitably contained. Since O exists as an oxide in steel, it has a negative effect on various properties. Therefore, in the present invention, it is desirable to reduce it as much as possible. In particular, if the content of O exceeds 0.01%, the hot workability, corrosion resistance, and toughness decrease. Therefore, the O content is set to 0.01% or less. The O content is preferably 0.005% or less. Although the lower limit of the O content is not particularly limited, since excessive de-O leads to an increase in manufacturing costs, from the viewpoint of manufacturing costs, the O content is preferably set to 0.001% or more.
Cu:3.5%以下
Cuは、保護被膜を強固にして耐食性を向上させる。しかしながら、3.5%を超えるCuの含有は、金属Cuの析出によって熱間加工性を低下させる。よって、Cu含有量は3.5%以下とした。Cu含有量は、好ましくは3.0%以下である。なお、本発明の継目無鋼管は、Cuを含有しなくてもよい。Cu含有量は、好ましくは0.5%以上である。
Cu: 3.5% or less Cu strengthens the protective coating and improves corrosion resistance. However, a Cu content exceeding 3.5% reduces hot workability due to precipitation of metallic Cu. Therefore, the Cu content is set to 3.5% or less. The Cu content is preferably 3.0% or less. The seamless steel pipe of the present invention does not need to contain Cu. The Cu content is preferably 0.5% or more.
Mo:1.0%未満
Moは、耐食性を向上させる元素である。一方、1.0%以上の過剰なMoの含有は、Ms点の低下を招くため、焼入れ性が低下しフェライトが生成しやすくなることで、靭性が低下する。そのため、本発明ではMo含有量を1.0%未満に限定した。Mo含有量は、好ましくは0.8%以下である。なお、本発明の継目無鋼管は、Moを含有しなくてもよい。Mo含有量は、好ましくは0.1%以上である。
Mo: less than 1.0% Mo is an element that improves corrosion resistance. On the other hand, excessive Mo content of 1.0% or more leads to a decrease in the Ms point, which reduces the hardenability and makes ferrite more likely to form, thereby reducing toughness. Therefore, in the present invention, the Mo content is limited to less than 1.0%. The Mo content is preferably 0.8% or less. The seamless steel pipe of the present invention does not need to contain Mo. The Mo content is preferably 0.1% or more.
W:1.0%以下
Wは、耐食性を向上させる元素である。一方、1.0%超のWの過剰な含有は、Ms点の低下を招くため、本発明ではW含有量を1.0%以下に限定した。W含有量は、好ましくは0.8%以下である。なお、本発明の継目無鋼管は、Wを含有しなくてもよい。W含有量は、好ましくは0.1%以上である。
W: 1.0% or less W is an element that improves corrosion resistance. On the other hand, an excessive W content of more than 1.0% leads to a decrease in the Ms point, so in the present invention, the W content is limited to 1.0% or less. The W content is preferably 0.8% or less. The seamless steel pipe of the present invention does not need to contain W. The W content is preferably 0.1% or more.
本発明の継目無鋼管の成分組成は、さらに下記式(1)を満たすように各元素を含有する。
1001-2172C-17.35Cu-44.95Ni-34.45Cr-22.15Mo+60.96Nb-978.3N-18.57W> 50.00 ・・・(1)
ここで、式(1)中の各元素記号は、対応する各元素の含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
式(1)はMs点に相関する式であり、式(1)の左辺で計算される値が50.00超を満たすことで室温までの冷却でもマルテンサイト変態が起こり、十分な強度を確保することができる。よって、式(1)の左辺で計算される値は50.00超とした。式(1)の左辺で計算される値は、好ましくは、55.00以上である。また、式(1)の左辺で計算される値は、好ましくは300.00以下である。
The chemical composition of the seamless steel pipe of the present invention further contains each element so as to satisfy the following formula (1).
1001-2172C-17.35Cu-44.95Ni-34.45Cr-22.15Mo+60.96Nb-978.3N-18.57W> 50.00...(1)
Here, each element symbol in formula (1) indicates the content (mass%) of the corresponding element, and when the element is not contained, the content is set to 0.
Formula (1) is a formula that correlates with the Ms point, and by satisfying the value calculated on the left side of formula (1) exceeding 50.00, martensitic transformation occurs even when cooled to room temperature, and sufficient strength can be ensured. Therefore, the value calculated on the left side of formula (1) is set to be greater than 50.00. The value calculated on the left side of formula (1) is preferably 55.00 or more. In addition, the value calculated on the left side of formula (1) is preferably 300.00 or less.
本発明の継目無鋼管の成分組成は、さらに下記式(2)を満たすように各元素を含有する。
Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.3W+0.55Cu-20C> 20.00 ・・・(2)
ここで、式(2)中の各元素記号は、対応する各元素の含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
式(2)は耐食性に関する式である。式(2)の左辺で計算される値が20.00超を満たすことで、30気圧のCO2ガス雰囲気下において、液温200℃の20質量%NaCl水溶液中に試験片を336時間浸漬した場合の腐食速度が0.127mm/y以下の値を得ることができる。よって、式(2)の左辺で計算される値は20.00超とした。なお、式(2)の左辺で計算される値は、好ましくは20.50以上であり、さらに好ましくは21.00以上である。また、過剰な合金添加は金属間化合物の析出を促進するため、式(2)の左辺で計算される値は、好ましくは30.00以下である。
The chemical composition of the seamless steel pipe of the present invention further contains each element so as to satisfy the following formula (2).
Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.3W+0.55Cu-20C> 20.00...(2)
Here, each element symbol in formula (2) indicates the content (mass%) of the corresponding element, and when the element is not contained, the content is set to 0.
Formula (2) is a formula related to corrosion resistance. By satisfying the condition that the value calculated on the left side of formula (2) is more than 20.00, the corrosion rate when the test piece is immersed in a 20 mass% NaCl aqueous solution at a liquid temperature of 200 ° C. for 336 hours under a CO2 gas atmosphere at 30 atmospheres can be obtained as a value of 0.127 mm / y or less. Therefore, the value calculated on the left side of formula (2) is set to be more than 20.00. The value calculated on the left side of formula (2) is preferably 20.50 or more, more preferably 21.00 or more. In addition, since excessive alloy addition promotes the precipitation of intermetallic compounds, the value calculated on the left side of formula (2) is preferably 30.00 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とすることができる。The remainder other than the above components may consist of Fe and unavoidable impurities.
本発明の継目無鋼管の成分組成は、さらに、任意選択元素として、Co:1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下、Zr:0.2%以下、Ta:0.2%以下、Hf:0.2%以下、Ca:0.01%以下、REM:0.01%以下、Mg:0.01%以下、B:0.01%以下、Sn:0.2%以下、及びSb:0.2%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することができる。なお、本発明の継目無鋼管の成分組成は、これらの任意選択元素を含有しなくても(0%でも)よい。The composition of the seamless steel pipe of the present invention may further contain one or more optional elements selected from Co: 1% or less, V: 0.1% or less, Ti: 0.1% or less, Zr: 0.2% or less, Ta: 0.2% or less, Hf: 0.2% or less, Ca: 0.01% or less, REM: 0.01% or less, Mg: 0.01% or less, B: 0.01% or less, Sn: 0.2% or less, and Sb: 0.2% or less. The composition of the seamless steel pipe of the present invention may not contain these optional elements (even 0%).
Co:1%以下
Coは、耐食性や焼入れ性を高める元素である。一方、1%を超えるCoの含有は低温靭性を低下させる。よって、Coを含有する場合、Co含有量は1%以下とした。Co含有量は、好ましくは0.5%以下である。また、Coを含有する場合、Co含有量は0.01%以上が好ましい。
Co: 1% or less Co is an element that enhances corrosion resistance and hardenability. On the other hand, a Co content of more than 1% reduces low-temperature toughness. Therefore, when Co is contained, the Co content is set to 1% or less. The Co content is preferably 0.5% or less. Furthermore, when Co is contained, the Co content is preferably 0.01% or more.
V:0.1%以下
Vは、析出強化によって鋼の強度を高める元素である。一方、0.1%を超えるVの含有は、低温靭性を低下させる。よって、Vを含有する場合、V含有量は0.1%以下とした。V含有量は、好ましくは0.08%以下である。また、Vを含有する場合、V含有量は0.01%以上が好ましい。
V: 0.1% or less V is an element that increases the strength of steel by precipitation strengthening. On the other hand, a V content of more than 0.1% reduces low-temperature toughness. Therefore, when V is contained, the V content is set to 0.1% or less. The V content is preferably 0.08% or less. Furthermore, when V is contained, the V content is preferably 0.01% or more.
Ti:0.1%以下
Tiは、炭窒化物を形成し、鋼の強度を高める元素である。一方、0.1%を超えるTiの含有は、低温靭性を低下させる。よって、Tiを含有する場合、Ti含有量は0.1%以下とした。Ti含有量は、好ましくは0.02%以下である。また、Tiを含有する場合、Ti含有量は0.001%以上が好ましい。
Ti: 0.1% or less Ti is an element that forms carbonitrides and increases the strength of steel. On the other hand, a Ti content of more than 0.1% reduces low-temperature toughness. Therefore, when Ti is contained, the Ti content is set to 0.1% or less. The Ti content is preferably 0.02% or less. Furthermore, when Ti is contained, the Ti content is preferably 0.001% or more.
Zr:0.2%以下
Zrは、炭窒化物を形成し、鋼の強度を高める元素である。一方、0.2%を超えるZrの含有は、低温靭性を低下させる。よって、Zrを含有する場合、Zr含有量は0.2%以下とした。Zr含有量は、好ましくは0.15%以下である。また、Zrを含有する場合、Zr含有量は0.01%以上が好ましい。
Zr: 0.2% or less Zr is an element that forms carbonitrides and increases the strength of steel. On the other hand, a Zr content of more than 0.2% reduces low-temperature toughness. Therefore, when Zr is contained, the Zr content is set to 0.2% or less. The Zr content is preferably 0.15% or less. Furthermore, when Zr is contained, the Zr content is preferably 0.01% or more.
Ta:0.2%以下
Taは、炭窒化物を形成し、鋼の強度や耐食性を高める元素である。一方、0.2%を超えるTaの含有は、低温靭性を低下させる。よって、Taを含有する場合、Ta含有量は0.2%以下とした。Ta含有量は、好ましくは0.15%以下である。また、Taを含有する場合、Ta含有量は0.01%以上が好ましい。
Ta: 0.2% or less Ta is an element that forms carbonitrides and enhances the strength and corrosion resistance of steel. On the other hand, a Ta content of more than 0.2% reduces low-temperature toughness. Therefore, when Ta is contained, the Ta content is set to 0.2% or less. The Ta content is preferably 0.15% or less. Furthermore, when Ta is contained, the Ta content is preferably 0.01% or more.
Hf:0.2%以下
Hfは、炭窒化物を形成し、鋼の強度を高める元素である。一方、0.2%を超えるHfの含有は、低温靭性を低下させる。よって、Hfを含有する場合、Hf含有量は0.2%以下とした。Hf含有量は、好ましくは0.15%以下である。また、Hfを含有する場合、Hf含有量は0.01%以上が好ましい。
Hf: 0.2% or less Hf is an element that forms carbonitrides and increases the strength of steel. On the other hand, a Hf content of more than 0.2% reduces low-temperature toughness. Therefore, when Hf is contained, the Hf content is set to 0.2% or less. The Hf content is preferably 0.15% or less. Furthermore, when Hf is contained, the Hf content is preferably 0.01% or more.
Ca:0.01%以下
Caは、鋼材中のSを硫化物として固定することで鋼の熱間加工性を高める元素である。一方、0.01%を超えるCaの含有は介在物を粗大化させ、靭性や耐食性を低下させる。よって、Caを含有する場合、Ca含有量は0.01%以下とした。Ca含有量は、好ましくは0.005%以下である。また、Caを含有する場合、Ca含有量は0.0001%以上が好ましい。
Ca: 0.01% or less Ca is an element that improves the hot workability of steel by fixing S in the steel as sulfides. On the other hand, a Ca content of more than 0.01% coarsens inclusions and reduces toughness and corrosion resistance. Therefore, when Ca is contained, the Ca content is set to 0.01% or less. The Ca content is preferably 0.005% or less. Furthermore, when Ca is contained, the Ca content is preferably 0.0001% or more.
REM:0.01%以下
REM(希土類金属)は、鋼材中のSを硫化物として固定することで鋼の熱間加工性を高める元素である。一方、0.01%を超えるREMの含有は介在物を粗大化させ、靭性や耐食性を低下させる。よって、REMを含有する場合、REM含有量は0.01%以下とした。REM含有量は、好ましくは0.005%以下である。また、REMを含有する場合、REM含有量は0.0001%以上が好ましい。なお、本発明におけるREMとは、原子番号21番のSc、原子番号39番のY、及び、原子番号57番のLaから原子番号71番のLuまでの15元素の計17元素の総称を意味する。また、REM含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。
REM: 0.01% or less REM (rare earth metal) is an element that improves the hot workability of steel by fixing S in the steel as sulfide. On the other hand, the content of REM exceeding 0.01% coarsens the inclusions and reduces the toughness and corrosion resistance. Therefore, when REM is contained, the REM content is set to 0.01% or less. The REM content is preferably 0.005% or less. Furthermore, when REM is contained, the REM content is preferably 0.0001% or more. In the present invention, REM refers to a collective term for a total of 17 elements, including Sc with atomic number 21, Y with atomic number 39, and 15 elements from La with atomic number 57 to Lu with atomic number 71. Furthermore, the REM content refers to the total content of these elements.
Mg:0.01%以下
Mgは、鋼材中のSを硫化物として固定することで鋼の熱間加工性を高める元素である。一方、0.01%を超えるMgの含有は介在物を粗大化させ、靭性や耐食性を低下させる。よって、Mgを含有する場合、Mg含有量は0.01%以下とした。Mg含有量は、好ましくは0.005%以下である。また、Mgを含有する場合、Mg含有量は0.0001%以上が好ましい。
Mg: 0.01% or less Mg is an element that improves the hot workability of steel by fixing S in the steel as sulfides. On the other hand, Mg content exceeding 0.01% coarsens inclusions and reduces toughness and corrosion resistance. Therefore, when Mg is contained, the Mg content is set to 0.01% or less. The Mg content is preferably 0.005% or less. Furthermore, when Mg is contained, the Mg content is preferably 0.0001% or more.
B:0.01%以下
Bは、鋼材中のSの粒界への偏析を抑制することで鋼の熱間加工性を高める元素である。一方、0.01%を超えるBの含有は粗大な窒化物を形成し、鋼の靭性を低下させる。よって、Bを含有する場合、B含有量は0.01%以下とした。B含有量は、好ましくは0.005%以下である。また、Bを含有する場合、B含有量は0.0001%以上が好ましい。
B: 0.01% or less B is an element that suppresses segregation of S in the steel to grain boundaries, thereby improving the hot workability of the steel. On the other hand, a B content of more than 0.01% forms coarse nitrides, reducing the toughness of the steel. Therefore, when B is contained, the B content is set to 0.01% or less. The B content is preferably 0.005% or less. Furthermore, when B is contained, the B content is preferably 0.0001% or more.
Sn:0.2%以下
Snは、鋼の耐食性を高める元素である。一方、0.2%を超えるSnの含有は、鋼の熱間加工性を低下させる。よって、Snを含有する場合、Sn含有量は0.2%以下とした。Sn含有量は、好ましくは0.1%以下である。また、Snを含有する場合、Sn含有量は0.01%以上が好ましい。
Sn: 0.2% or less Sn is an element that enhances the corrosion resistance of steel. On the other hand, if the content of Sn exceeds 0.2%, the hot workability of the steel is reduced. Therefore, when Sn is contained, the Sn content is set to 0.2% or less. The Sn content is preferably 0.1% or less. Furthermore, when Sn is contained, the Sn content is preferably 0.01% or more.
Sb:0.2%以下
Sbは、鋼の耐食性を高める元素である。一方、0.2%を超えるSbの含有は、鋼の熱間加工性を低下させる。よって、Sbを含有する場合、Sb含有量は0.2%以下とした。Sb含有量は、好ましくは0.1%以下である。また、Sbを含有する場合、Sb含有量は0.01%以上が好ましい。
Sb: 0.2% or less Sb is an element that enhances the corrosion resistance of steel. On the other hand, if the content of Sb exceeds 0.2%, the hot workability of the steel is reduced. Therefore, when Sb is contained, the Sb content is set to 0.2% or less. The Sb content is preferably 0.1% or less. Furthermore, when Sb is contained, the Sb content is preferably 0.01% or more.
つぎに、本発明の継目無鋼管の好ましい製造方法について説明する。本発明では、上記成分組成を有する鋼管素材を用いるが、継目無鋼管の製造方法は特に限定する必要はなく、例えば公知の継目無鋼管の製造方法がいずれも適用できる。上記成分組成の溶鋼を、転炉等の溶製方法で溶製し、連続鋳造法、造塊-分塊圧延法等の方法でビレット等の鋼管素材とすることが好ましい。続いて、鋼管素材を加熱し、公知の造管方法である、マンネスマン-プラグミル方式、またはマンネスマン-マンドレルミル方式の造管工程にて、熱間加工および造管し、焼入れ焼戻し処理を施すことで上記成分組成を有する継目無鋼管とする。Next, a preferred method for manufacturing the seamless steel pipe of the present invention will be described. In the present invention, a steel pipe material having the above-mentioned composition is used, but the method for manufacturing the seamless steel pipe does not need to be particularly limited, and any known method for manufacturing seamless steel pipes can be applied. It is preferable to melt molten steel having the above-mentioned composition using a melting method such as a converter, and make a steel pipe material such as a billet using a method such as a continuous casting method or an ingot-making-blooming rolling method. Next, the steel pipe material is heated, and hot worked and pipe-made in a pipe-making process using the Mannesmann plug mill method or the Mannesmann mandrel mill method, which are known pipe-making methods, and then quenched and tempered to obtain a seamless steel pipe having the above-mentioned composition.
本発明の継目無鋼管のミクロ組織は、マルテンサイトを主相とする。本明細書において、マルテンサイトを主相とするとは、ミクロ組織において、マルテンサイトの体積率が60%以上であることを意味する。また、残部は、体積率で0~40%の残留オーステナイト、体積率で0~10%のフェライトのうちから選ばれる1種または2種とすることができる。マルテンサイトの体積率は、80%以上が好ましく、90%以上がより好ましい。なお、本発明の継目無鋼管のミクロ組織は、マルテンサイト単相であってもよい。The microstructure of the seamless steel pipe of the present invention has martensite as the main phase. In this specification, having martensite as the main phase means that the volume fraction of martensite in the microstructure is 60% or more. The balance can be one or two selected from a volume fraction of 0 to 40% retained austenite and a volume fraction of 0 to 10% ferrite. The volume fraction of martensite is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more. The microstructure of the seamless steel pipe of the present invention may be a single martensite phase.
本発明の継目無鋼管の降伏強度は、758MPa以上が好ましい。前記降伏強度は792MPa以上がより好ましく、827MPa以上がさらに好ましい。また、特に限定されないが、一例として、前記降伏強度は1034MPa以下である。The yield strength of the seamless steel pipe of the present invention is preferably 758 MPa or more. The yield strength is more preferably 792 MPa or more, and even more preferably 827 MPa or more. In addition, although not particularly limited, as an example, the yield strength is 1034 MPa or less.
本発明の継目無鋼管の-80℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは100J以上が好ましい。前記吸収エネルギーは、150J以上が好ましく、180J以上がより好ましい。The seamless steel pipe of the present invention preferably has an absorbed energy of 100 J or more in a Charpy impact test at -80°C. The absorbed energy is preferably 150 J or more, and more preferably 180 J or more.
表1に示す成分組成の溶鋼を50kg真空炉で溶製し、造塊法によりインゴットを製造した。そして、マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造工程を模擬して、以下の処理を施した。すなわち、前記インゴットを1250℃で60分加熱し、肉厚105mmまで圧延した。その後、再び1250℃で60分加熱し、肉厚15mmまで圧延して板材を製造した。板材に対して、1000℃で20分加熱後、25℃まで水冷する焼入れ処理を行い、その後570℃で30分加熱後、室温まで空冷する焼戻し処理を行い、試験材(板材)を得た。 50 kg of molten steel with the composition shown in Table 1 was melted in a vacuum furnace, and an ingot was produced by the ingot casting method. The following processing was then carried out to simulate the manufacturing process of martensitic stainless steel seamless steel pipes. That is, the ingot was heated at 1250°C for 60 minutes and rolled to a thickness of 105 mm. It was then heated again at 1250°C for 60 minutes and rolled to a thickness of 15 mm to produce a plate material. The plate material was heated at 1000°C for 20 minutes, quenched by water cooling to 25°C, and then heated at 570°C for 30 minutes and tempered by air cooling to room temperature to obtain the test material (plate material).
引張試験
各試験材の板厚中央部(継目無鋼管の肉厚中央部に相当)からAPIの規定に準拠して、平行部径6mm平行部長さ25mmの丸棒引張試験片を採取した。この試験片の平行部の長手方向は板材の圧延方向とした。この試験片を用いて、常温(25℃)で引張試験を行い、降伏強度YS(MPa)を求めた。降伏強度YSは0.2%耐力とした。降伏強度YSが758MPa以上のものを合格とし、758MPa未満のものを不合格とした。
Tensile test: A round bar tensile test piece with a parallel part diameter of 6 mm and a parallel part length of 25 mm was taken from the center of the plate thickness of each test material (corresponding to the center of the plate thickness of a seamless steel pipe) in accordance with API regulations. The longitudinal direction of the parallel part of this test piece was the rolling direction of the plate material. Using this test piece, a tensile test was performed at room temperature (25°C) to determine the yield strength YS (MPa). The yield strength YS was defined as 0.2% proof stress. A yield strength YS of 758 MPa or more was considered to be passed, and a yield strength YS of less than 758 MPa was considered to be failed.
衝撃試験
各試験材の板厚中央部からJIS Z 2242:2018の規定に準拠して、試験片長手方向が圧延方向と垂直となるように、Vノッチ試験片(フルサイズ)を採取し、シャルピー衝撃試験を実施した。試験温度は-80℃とし、吸収エネルギーが100J以上のものを合格とし、100J未満のものを不合格とした。
Impact test: A V-notch test piece (full size) was taken from the center of the plate thickness of each test material so that the longitudinal direction of the test piece was perpendicular to the rolling direction, and a Charpy impact test was performed in accordance with the provisions of JIS Z 2242: 2018. The test temperature was -80 ° C., and those with an absorbed energy of 100 J or more were considered to have passed, and those with an absorbed energy of less than 100 J were considered to have failed.
耐食性試験
各試験材から30mm×40mm×3mmの試験片を採取した。試験片をオートクレーブ中に保持された試験液:20質量%NaCl水溶液(液温200℃、30気圧のCO2ガス雰囲気)中に浸漬し、浸漬期間を336時間として腐食試験を実施した。試験後の試験片について、重量を測定し、腐食試験前後の重量差から計算した腐食速度を求めた。腐食速度が0.127mm/y以下のものを合格とし、0.127mm/y超えのものを不合格とした。
Corrosion resistance test A test piece of 30 mm x 40 mm x 3 mm was taken from each test material. The test piece was immersed in a test liquid: 20 mass% NaCl aqueous solution (liquid temperature 200 ° C, CO2 gas atmosphere at 30 atmospheres) held in an autoclave, and a corrosion test was performed with an immersion period of 336 hours. The weight of the test piece after the test was measured, and the corrosion rate was calculated from the weight difference before and after the corrosion test. A corrosion rate of 0.127 mm / y or less was considered to be passed, and a corrosion rate of more than 0.127 mm / y was considered to be failed.
組織観察
各試験材から、板厚中央位置(継目無鋼管の肉厚中央位置に相当)から組織観察用試験片及びX線回折用試験片を採取した。前記組織観察用試験片の鋼材の長手方向(圧延方向)に垂直な断面を、ビレラエッチング液を用いてエッチングした。その後、前記断面を100~1000倍間の適正な倍率で光学顕微鏡を用いて観察した。得られた画像を解析してフェライト相の面積率を算出した。この面積率をフェライト相の体積率とみなした。残留オーステナイト相の体積率は、前記X線回折用試験片の鋼材の厚み方向に垂直な断面を化学研磨し、X線回折にて求めた。入射X線にはCo-Kα線源を用い、フェライトの(200)、(211)面とオーステナイトの(200)、(220)、(311)面の強度比から残留オーステナイト相の面積率を算出した。この面積率を残留オーステナイト相の体積率とみなした。結果を表2に示す。なお、表2中、フェライト相および残留オーステナイト相以外の残部は、マルテンサイト相とした。本発明におけるマルテンサイト相にはフェライト相及び残留オーステナイト相のほかに含まれる体積率で5%以下の析出物相が含まれていてもよい。
Microstructure observation A test piece for microstructure observation and a test piece for X-ray diffraction were taken from each test material at the center position of the plate thickness (corresponding to the center position of the wall thickness of a seamless steel pipe). The cross section of the test piece for microstructure observation perpendicular to the longitudinal direction (rolling direction) of the steel material was etched using a Villela etching solution. The cross section was then observed using an optical microscope at an appropriate magnification of 100 to 1000 times. The obtained image was analyzed to calculate the area ratio of the ferrite phase. This area ratio was considered to be the volume ratio of the ferrite phase. The volume ratio of the retained austenite phase was determined by chemically polishing the cross section of the test piece for X-ray diffraction perpendicular to the thickness direction of the steel material, and performing X-ray diffraction. A Co-Kα radiation source was used for the incident X-rays, and the area ratio of the retained austenite phase was calculated from the intensity ratio of the (200), (211) planes of ferrite to the (200), (220), and (311) planes of austenite. This area ratio was regarded as the volume ratio of the retained austenite phase. The results are shown in Table 2. In Table 2, the remainder other than the ferrite phase and the retained austenite phase was regarded as the martensite phase. In the present invention, the martensite phase may contain a precipitate phase having a volume ratio of 5% or less in addition to the ferrite phase and the retained austenite phase.
本発明例はいずれも、降伏強度YS:758MPa以上の高強度と、-80℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが100J以上の高靭性と、CO2、Cl-イオンを含む200℃の高温の腐食環境下における優れた耐食性を有していた。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、降伏強度YS、-80℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー、耐食性の少なくとも1つが所望の値を得られなかった。 All of the examples of the present invention had high strength with a yield strength YS of 758 MPa or more, high toughness with an absorbed energy of 100 J or more in a Charpy impact test at -80°C, and excellent corrosion resistance in a high-temperature corrosive environment of 200°C containing CO 2 and Cl - ions. On the other hand, the comparative examples outside the scope of the present invention did not achieve the desired value in at least one of the yield strength YS, the absorbed energy in a Charpy impact test at -80°C, and the corrosion resistance.
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。 The above describes an embodiment of the present invention. However, the above-described embodiment is merely an example for implementing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be modified as appropriate within the scope of the spirit of the present invention.
本発明のマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管は、高い強度、優れた低温靭性、優れた耐食性が求められる油井管及びCCS圧入管として有用なものであり、特に、CCS圧入管として好適である。The martensitic stainless steel seamless pipe of the present invention is useful as oil country pipes and CCS press-in pipes, which require high strength, excellent low-temperature toughness, and excellent corrosion resistance, and is particularly suitable as CCS press-in pipes.
Claims (3)
C:0.005~0.100%、
Si:0.05~1.00%、
Mn:0.05~1.00%、
P:0.05%以下、
S:0.005%以下、
Ni:6.0~9.0%、
Cr:15.0~17.5%、
Al:0.001~0.10%、
Nb:0.001~0.20%、
N:0.1%以下、
O:0.01%以下、
Cu:3.5%以下、
Mo:1.0%未満、及び
W:1.0%以下
を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、下記式(1)及び式(2)を満たす成分組成を有する、マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管。
1001-2172C-17.35Cu-44.95Ni-34.45Cr-22.15Mo+60.96Nb-978.3N-18.57W> 50.00 ・・・(1)
Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.3W+0.55Cu-20C> 20.00 ・・・(2)
ここで、式(1)及び式(2)中の各元素記号は、対応する各元素の含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。 In mass percent,
C: 0.005-0.100%,
Si: 0.05-1.00%,
Mn: 0.05-1.00%,
P: 0.05% or less,
S: 0.005% or less,
Ni: 6.0 to 9.0%,
Cr: 15.0-17.5%,
Al: 0.001-0.10%,
Nb: 0.001-0.20%,
N: 0.1% or less,
O: 0.01% or less,
Cu: 3.5% or less,
A martensitic stainless steel seamless pipe containing less than 1.0% Mo, 1.0% or less W, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and having a chemical composition that satisfies the following formulas (1) and (2):
1001-2172C-17.35Cu-44.95Ni-34.45Cr-22.15Mo+60.96Nb-978.3N-18.57W> 50.00...(1)
Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.3W+0.55Cu-20C> 20.00...(2)
Here, each element symbol in formula (1) and formula (2) indicates the content (mass%) of the corresponding element, and when the element is not contained, it is set to 0.
Co:1%以下、
V:0.1%以下、
Ti:0.1%以下、
Zr:0.2%以下、
Ta:0.2%以下、
Hf:0.2%以下、
Ca:0.01%以下、
REM:0.01%以下、
Mg:0.01%以下、
B:0.01%以下、
Sn:0.2%以下、及び
Sb:0.2%以下
のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する、請求項1に記載のマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管。 The composition further includes, in mass%,
Co: 1% or less,
V: 0.1% or less,
Ti: 0.1% or less,
Zr: 0.2% or less,
Ta: 0.2% or less,
Hf: 0.2% or less,
Ca: 0.01% or less,
REM: 0.01% or less,
Mg: 0.01% or less,
B: 0.01% or less,
2. The martensitic stainless steel seamless pipe according to claim 1, containing one or more selected from the group consisting of Sn: 0.2% or less and Sb: 0.2% or less.
3. The martensitic stainless steel seamless pipe according to claim 1 or 2, having a yield strength of 758 MPa or more and an absorbed energy in a Charpy impact test at -80°C of 100 J or more.
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