JPH07110970B2 - 耐応力腐食割れ性の優れた針状フェライトステンレス鋼の製造方法 - Google Patents
耐応力腐食割れ性の優れた針状フェライトステンレス鋼の製造方法Info
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- JPH07110970B2 JPH07110970B2 JP33044587A JP33044587A JPH07110970B2 JP H07110970 B2 JPH07110970 B2 JP H07110970B2 JP 33044587 A JP33044587 A JP 33044587A JP 33044587 A JP33044587 A JP 33044587A JP H07110970 B2 JPH07110970 B2 JP H07110970B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は降伏強度が、135ksi（94.5kg/mm2）程度以下の
エネルギー分野で使用される鋼、特に応力腐食割れを起
こさずしかも耐CO2腐食性に優れた鋼材の製造方法に関
するものである。
エネルギー分野で使用される鋼、特に応力腐食割れを起
こさずしかも耐CO2腐食性に優れた鋼材の製造方法に関
するものである。
（従来の技術） 天然ガス開発用のラインパイプとして一般に炭素鋼、低
合金鋼のものが用いられているが、近年開発が進むにつ
れて炭酸ガスを多く含む天然ガスに対しては上記鋼は耐
食性が十分とは言えなくなってきている。このためこの
種の天然ガス用の鋼として耐食性が良好なステンレス鋼
の使用が検討されている。例えばAISI410鋼や420鋼に代
表される13％Crを含むマルテンサイト系ステンレス鋼が
炭酸ガスに対する耐食性が良好である。このマルテンサ
イト系ステンレス鋼は通常焼入れ焼戻し処理（QT）にて
製造されているがQT条件によって強度が自由に変えられ
る比較的優れた鋼種と言うことが出来る。
合金鋼のものが用いられているが、近年開発が進むにつ
れて炭酸ガスを多く含む天然ガスに対しては上記鋼は耐
食性が十分とは言えなくなってきている。このためこの
種の天然ガス用の鋼として耐食性が良好なステンレス鋼
の使用が検討されている。例えばAISI410鋼や420鋼に代
表される13％Crを含むマルテンサイト系ステンレス鋼が
炭酸ガスに対する耐食性が良好である。このマルテンサ
イト系ステンレス鋼は通常焼入れ焼戻し処理（QT）にて
製造されているがQT条件によって強度が自由に変えられ
る比較的優れた鋼種と言うことが出来る。
しかしながらこのステンレス鋼の最大の弱点は応力腐食
割れを起すことである。
割れを起すことである。
この原因は製造方法がQTなので焼戻しマルテンサイトの
構造からくるものでこの焼戻しマルテンサイトの応力腐
食割れ感受性が降伏点に比例して強くなるためと考えら
れる。これらの対策として本発明者らは、例えば特開昭
60−197821号公報に、応力腐食割れ抵抗の優れたCr系ス
テンレス鋼油井管の熱処理方法を開示している。そこで
は焼入の冷却速度制御と焼戻し温度の最適な組合せによ
る組織制御で耐応力腐食割れ性の改善が可能であること
が述べられている。しかしながら、この方法では熱処理
を焼入れと焼戻しの二工程で行なわねばならず、コスト
の低減を図る必要があった。
構造からくるものでこの焼戻しマルテンサイトの応力腐
食割れ感受性が降伏点に比例して強くなるためと考えら
れる。これらの対策として本発明者らは、例えば特開昭
60−197821号公報に、応力腐食割れ抵抗の優れたCr系ス
テンレス鋼油井管の熱処理方法を開示している。そこで
は焼入の冷却速度制御と焼戻し温度の最適な組合せによ
る組織制御で耐応力腐食割れ性の改善が可能であること
が述べられている。しかしながら、この方法では熱処理
を焼入れと焼戻しの二工程で行なわねばならず、コスト
の低減を図る必要があった。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は以上の様な実状から検討を重ねた結果から得ら
れるもので、上記フェライト系ステンレス鋼の成分を基
本成分とし、この成分中Cr,C,N三元素の相互の添加量を
規制し、圧延圧下率を一定範囲内で加工して圧延後のγ
粒を細粒化させた鋼を１回の焼戻し処理により低コスト
で作業性良く、針状フェライト組織をうることにより、
この鋼の優れた耐食性をそのまま受け継いでしかも優れ
た応力腐食割れ抵抗を付与しうる鋼を提供することを目
的とする。
れるもので、上記フェライト系ステンレス鋼の成分を基
本成分とし、この成分中Cr,C,N三元素の相互の添加量を
規制し、圧延圧下率を一定範囲内で加工して圧延後のγ
粒を細粒化させた鋼を１回の焼戻し処理により低コスト
で作業性良く、針状フェライト組織をうることにより、
この鋼の優れた耐食性をそのまま受け継いでしかも優れ
た応力腐食割れ抵抗を付与しうる鋼を提供することを目
的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明は上述の問題点を有利に解決したものであり、そ
の要旨とするところは 重量％で C:0.15％以下 Si:0.1〜0.5％ Mn:0.2〜1.0％ Cr:9〜16.0％ P:0.02％以下 S:0.02％以下 Al:0.01〜0.05％ N:0.01〜0.25％ を含有し、またはこれらと共に更に Ni:0.2〜2.5％ Mo:0.2〜1.5％ V:0.02〜1.5％ Ti:0.001〜0.2％ Nb:0.02〜1.5％ を１種または２種以上含み、残部鉄及び不可避不純物か
ら成り、且つCr％≧10×Ｃ（％）＋30×Ｎ（％）＋８を
満足させる組成の鋼を加熱温度950℃〜1250℃に加熱
後、仕上温度750℃以上で加工率60％〜95％の範囲で熱
間加工し、加工後室温まで空冷以上の冷却速度で冷却
し、その後400℃〜750℃未満の温度で15分〜60分焼戻し
処理を行ない、針状フェライト組織を面積率で80％以上
となすことを特徴とする耐応力腐食割れ性の優れた針状
フェライトステンレス鋼の製造方法にある。
の要旨とするところは 重量％で C:0.15％以下 Si:0.1〜0.5％ Mn:0.2〜1.0％ Cr:9〜16.0％ P:0.02％以下 S:0.02％以下 Al:0.01〜0.05％ N:0.01〜0.25％ を含有し、またはこれらと共に更に Ni:0.2〜2.5％ Mo:0.2〜1.5％ V:0.02〜1.5％ Ti:0.001〜0.2％ Nb:0.02〜1.5％ を１種または２種以上含み、残部鉄及び不可避不純物か
ら成り、且つCr％≧10×Ｃ（％）＋30×Ｎ（％）＋８を
満足させる組成の鋼を加熱温度950℃〜1250℃に加熱
後、仕上温度750℃以上で加工率60％〜95％の範囲で熱
間加工し、加工後室温まで空冷以上の冷却速度で冷却
し、その後400℃〜750℃未満の温度で15分〜60分焼戻し
処理を行ない、針状フェライト組織を面積率で80％以上
となすことを特徴とする耐応力腐食割れ性の優れた針状
フェライトステンレス鋼の製造方法にある。
以下本発明を詳細に説明する。
（作 用） 高強度で耐硫化物応力腐食割れ性を得るには組織を極微
細かつ均一にすることが有効であり、これは適切な化学
成分の添加と熱間加工条件の制御とその後の焼戻し条件
の制御より80％以上の針状フェライト組織となすことで
達成される。
細かつ均一にすることが有効であり、これは適切な化学
成分の添加と熱間加工条件の制御とその後の焼戻し条件
の制御より80％以上の針状フェライト組織となすことで
達成される。
本発明者らは熱間加工ならびに焼戻し処理で得られる組
織と硫化物応力腐食割れ性の関係を研究した結果、針状
フェライト組織が従来法による焼戻しマルテンサイト組
織より耐硫化物応力腐食割れ性が優れていることを見出
した。
織と硫化物応力腐食割れ性の関係を研究した結果、針状
フェライト組織が従来法による焼戻しマルテンサイト組
織より耐硫化物応力腐食割れ性が優れていることを見出
した。
すなわち本発明は耐硫化物応力腐食割れ性に有効な針状
フェライト組織を得るに必要な合金添加と熱間加工条件
および焼戻し条件を組み合せたことを骨子とする高強度
耐応力腐食割れ鋼にある。
フェライト組織を得るに必要な合金添加と熱間加工条件
および焼戻し条件を組み合せたことを骨子とする高強度
耐応力腐食割れ鋼にある。
次に本発明により製造される鋼の鋼成分の限定理由につ
いて述べる。以下％はいずれも重量％である。
いて述べる。以下％はいずれも重量％である。
C:Cは鋼の強度増加に対して有効である。しかし添加量
を0.15％超とすると、焼入性を上昇させ組織をマルテン
サイトにし易くし、針状フェライト（AF）組織が出にく
くなる。したがってＣは0.15％以下とする。
を0.15％超とすると、焼入性を上昇させ組織をマルテン
サイトにし易くし、針状フェライト（AF）組織が出にく
くなる。したがってＣは0.15％以下とする。
Si:Siは脱酸のために添加する。しかし添加量が0.1％未
満では効果がなく、添加量が0.5％超では脱酸の効果は
充分となるが靱性が劣化する。したがってSiは0.1〜0.5
％とする。
満では効果がなく、添加量が0.5％超では脱酸の効果は
充分となるが靱性が劣化する。したがってSiは0.1〜0.5
％とする。
Mn:Mnは靱性を向上させるために添加する。しかし添加
量が0.2％未満では靱性向上に効果がなく１％を超える
と焼入性を向上させる元素であるため組織をマルテンサ
イトにし易くし、AFが出にくくなる。したがって、Mnは
0.2〜1.0％とする。
量が0.2％未満では靱性向上に効果がなく１％を超える
と焼入性を向上させる元素であるため組織をマルテンサ
イトにし易くし、AFが出にくくなる。したがって、Mnは
0.2〜1.0％とする。
Cr:CrはCO2腐食を低減させるに有効な元素である。しか
しながら本発明の対象にしているエネルギー分野での使
用の場合非常にシビアーな条件では添加量が少いとその
効果がない。下限値は腐食の低減効果の出初める添加量
で決る。添加量上限は効果がある範囲を超えて添加して
も添加した意味を持たない。したがってCrの添加範囲は
９〜16.0％とする。
しながら本発明の対象にしているエネルギー分野での使
用の場合非常にシビアーな条件では添加量が少いとその
効果がない。下限値は腐食の低減効果の出初める添加量
で決る。添加量上限は効果がある範囲を超えて添加して
も添加した意味を持たない。したがってCrの添加範囲は
９〜16.0％とする。
P:Pは鋼を脆化させる。しかし本発明鋼の場合組織が焼
戻しマルテンサイトとなる従来のものと異り、AF組織と
するためＰが鋼を脆化させる程度は低い。したがって通
常レベルの0.02％以下としておけば脆化の心配はない。
したがってＰは0.02％以下とする。
戻しマルテンサイトとなる従来のものと異り、AF組織と
するためＰが鋼を脆化させる程度は低い。したがって通
常レベルの0.02％以下としておけば脆化の心配はない。
したがってＰは0.02％以下とする。
S:Sも鋼を脆化させる。靱性を得るためには低い程良い
コストがかかるため実質的に問題とならない含有上限値
は0.02％程度である。したがってＳは0.02％以下とす
る。
コストがかかるため実質的に問題とならない含有上限値
は0.02％程度である。したがってＳは0.02％以下とす
る。
Al:Alは脱酸のために添加する。0.01％未満では脱酸の
効果がなく、0.05％超では脱酸効果は充分となるが、鋼
の清浄度を下げ靱性低下を起こす。したがってAl添加量
は0.01〜0.05％とする。
効果がなく、0.05％超では脱酸効果は充分となるが、鋼
の清浄度を下げ靱性低下を起こす。したがってAl添加量
は0.01〜0.05％とする。
N:Nは13％Cr前後の鋼に於てはγループを広げる効果が
あり組織をコントロールするために重要な働きをする。
しかし添加量が0.01％未満であるとγループを広げる効
果がなく、0.01％以上を添加する必要がある。一方上限
値は多い方が良いが通常のプロセスで容易に添加し得る
添加量は0.25％程度である。したがってＮの添加量は0.
01〜0.25％とする。
あり組織をコントロールするために重要な働きをする。
しかし添加量が0.01％未満であるとγループを広げる効
果がなく、0.01％以上を添加する必要がある。一方上限
値は多い方が良いが通常のプロセスで容易に添加し得る
添加量は0.25％程度である。したがってＮの添加量は0.
01〜0.25％とする。
Ni,No,Nb,V,Ti:これらの元素は任意に１種以上添加可能
な元素である。組織をAFにしたときの炭化物形成により
強度上昇を図るために添加する。それぞれの添加量下限
未満では効果に乏しく、上限を超えると巨大炭化物を形
成するのでNi0.2〜2.5％,Mo0.2〜1.5％,V0.02〜1.5％,T
i0.001〜0.2％,Nb0.02〜1.5％の範囲とする。なおこれ
らの元素は複合添加した場合と単独添加した場合の差は
ないので必要に応じて１種または２種以上添加すること
ができる。
な元素である。組織をAFにしたときの炭化物形成により
強度上昇を図るために添加する。それぞれの添加量下限
未満では効果に乏しく、上限を超えると巨大炭化物を形
成するのでNi0.2〜2.5％,Mo0.2〜1.5％,V0.02〜1.5％,T
i0.001〜0.2％,Nb0.02〜1.5％の範囲とする。なおこれ
らの元素は複合添加した場合と単独添加した場合の差は
ないので必要に応じて１種または２種以上添加すること
ができる。
Cr,C,N添加量の関係式：均一なAF組織を得るために加熱
時にフェライトを含まないオーステナイト状態をするこ
とが必要である。実験の結果Cr％≧10×Ｃ（％）＋30×
Ｎ（％）＋８を満足させることが必要となる。
時にフェライトを含まないオーステナイト状態をするこ
とが必要である。実験の結果Cr％≧10×Ｃ（％）＋30×
Ｎ（％）＋８を満足させることが必要となる。
次に、本発明の熱間圧延工程について述べる。
本発明の鋼成分よりなるスラブの加熱温度の限定理由は
針状フェライト組織を得るには完全オーステナイト域で
熱間加工する必要があり、それ故950℃以上とし、又オ
ーステナイトの粗大化を防止するため1250℃以下とす
る。
針状フェライト組織を得るには完全オーステナイト域で
熱間加工する必要があり、それ故950℃以上とし、又オ
ーステナイトの粗大化を防止するため1250℃以下とす
る。
熱間加工率は耐硫化物応力割れ性を劣化させない微細組
織となすため60％以上が必要である。
織となすため60％以上が必要である。
一方仕上板厚から言って通常加工率は95％以下となるの
で上限を95％以下とした。
で上限を95％以下とした。
加工温度は針状フェライト組織とするために完全オース
テナイト域で加工することが必要で750℃以上にする必
要がある。加工後オーステナイト粒の再結晶および成長
による粗粒化を防止するため加工後可能な限り速やかに
冷却を開始することが必要である。冷却速度について冷
却以上としたのは空冷未満では冷却の制御にコストがか
かり、一方空冷以上の冷却をしても組織的に問題ないの
で冷却速度は空冷以上とした。
テナイト域で加工することが必要で750℃以上にする必
要がある。加工後オーステナイト粒の再結晶および成長
による粗粒化を防止するため加工後可能な限り速やかに
冷却を開始することが必要である。冷却速度について冷
却以上としたのは空冷未満では冷却の制御にコストがか
かり、一方空冷以上の冷却をしても組織的に問題ないの
で冷却速度は空冷以上とした。
また焼戻し温度の限定理由は次の通りである。
焼戻しは耐硫化物応力腐食割れ性に有害な内部応力除去
のため必須であり、その有効焼戻範囲として400℃〜750
℃未満の温度までとする。下限を400℃以上としたのは
下限以下では応力除去に効果がなく、上限750℃以上で
はフェライトの析出が起るためである。また焼戻し時間
は作業効率の上から15分〜60分で実施するのが望まし
い。
のため必須であり、その有効焼戻範囲として400℃〜750
℃未満の温度までとする。下限を400℃以上としたのは
下限以下では応力除去に効果がなく、上限750℃以上で
はフェライトの析出が起るためである。また焼戻し時間
は作業効率の上から15分〜60分で実施するのが望まし
い。
以上詳述したように、本発明の成分鋼を本発明の加工条
件で製造し、鋼組織を針状フェライト組織80％以上にす
れば、耐硫化物応力腐食割れ性を著しく向上することが
できる。そしてこの鋼の本来の優れた耐食性をそのまま
受けつぐことができる。
件で製造し、鋼組織を針状フェライト組織80％以上にす
れば、耐硫化物応力腐食割れ性を著しく向上することが
できる。そしてこの鋼の本来の優れた耐食性をそのまま
受けつぐことができる。
（実施例） 第１表に示す組成の鋼について、第１表に示す製造条件
で処理して鋼を製造し、各鋼について試験した結果を第
１図に示す。鋼Ａ〜Ｔは本発明法によるもの、Ｕ〜Ｚは
従来法による比較例である。
で処理して鋼を製造し、各鋼について試験した結果を第
１図に示す。鋼Ａ〜Ｔは本発明法によるもの、Ｕ〜Ｚは
従来法による比較例である。
試験はNACE液中での４点曲げ治具により、種々の応力を
負荷して336時間経過しても破断しない最小応力を限界
応力（σth）として求めたものである。第１図の横軸は
供試鋼の耐力（YS）を示し、縦軸は限界応力を示し、○
は本発明法による鋼を示し、●は比較鋼である。
負荷して336時間経過しても破断しない最小応力を限界
応力（σth）として求めたものである。第１図の横軸は
供試鋼の耐力（YS）を示し、縦軸は限界応力を示し、○
は本発明法による鋼を示し、●は比較鋼である。
第１図の結果から明らかなように本発明法により耐硫化
物応力腐食割れ性が著しく改善された鋼が得られる。
物応力腐食割れ性が著しく改善された鋼が得られる。
また本発明による鋼の耐炭酸ガス腐食性については従来
の13％Cr鋼と同様の優れた耐食性を持っている事は言う
までもない。
の13％Cr鋼と同様の優れた耐食性を持っている事は言う
までもない。
（発明の効果） 本発明によれば従来法である再加熱QT鋼では得られない
耐硫化物応力腐食割れ性を達成し、かつ再加熱焼入れ工
程を必要とせず、油井用鋼管、厚板等に有利に使用でき
る低コスト鋼を製造することができるのでその工業的効
果は大きい。
耐硫化物応力腐食割れ性を達成し、かつ再加熱焼入れ工
程を必要とせず、油井用鋼管、厚板等に有利に使用でき
る低コスト鋼を製造することができるのでその工業的効
果は大きい。
第１図は本発明法と比較例で製造した鋼の限界応力と耐
力との関係を示す図である。
力との関係を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】重量％で C:0.15％以下 Si:0.1〜0.5％ Mn:0.2〜1.0％ Cr:9〜16.0％ P:0.02％以下 S:0.02％以下 Al:0.01〜0.05％ N:0.01〜0.25％ を含み、残部鉄及び不可避不純物から成り、且つCr％≧
10×Ｃ（％）＋30×Ｎ（％）＋８を満足させる組成の鋼
を加熱温度950℃〜1250℃に加熱後、仕上温度750℃以上
で加工率60％〜95％の範囲で熱間加工し、加工後室温ま
で空冷以上の冷却速度で冷却し、その後400℃〜750℃未
満の温度で15分〜60分焼戻し処理を行い、針状フェライ
ト組織を面積率で80％以上となすことを特徴とする耐応
力腐食割れ性の優れた針状フェライトステンレス鋼の製
造方法。 - 【請求項２】重量％で C:0.15％以下 Si:0.1〜0.5％ Mn:0.2〜1.0％ Cr:9〜16.0％ P:0.02％以下 S:0.02％以下 Al:0.01〜0.05％ N:0.01〜0.25％ を含有すると共に更に Ni:0.2〜2.5％ Mo:0.2〜1.5％ V:0.02〜1.5％ Ti:0.001〜0.2％ Nb:0.02〜1.5％ を１種または２種以上含み、残部鉄及び不可避不純物か
ら成り、且つCr％≧10×Ｃ（％）＋30×Ｎ（％）＋８を
満足させる組成の鋼を加熱温度950℃〜1250℃に加熱
後、仕上温度750℃以上で加工率60％〜95％の範囲で熱
間加工し、加工後室温まで空冷以上の冷却速度で冷却
し、その後400℃〜750℃未満の温度で15分〜60分焼戻し
処理を行ない、針状フェライト組織を面積率で80％以上
となすことを特徴とする耐応力腐食割れ性の優れた針状
フェライトステンレス鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33044587A JPH07110970B2 (ja) | 1987-12-26 | 1987-12-26 | 耐応力腐食割れ性の優れた針状フェライトステンレス鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33044587A JPH07110970B2 (ja) | 1987-12-26 | 1987-12-26 | 耐応力腐食割れ性の優れた針状フェライトステンレス鋼の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01172516A JPH01172516A (ja) | 1989-07-07 |
| JPH07110970B2 true JPH07110970B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=18232695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33044587A Expired - Lifetime JPH07110970B2 (ja) | 1987-12-26 | 1987-12-26 | 耐応力腐食割れ性の優れた針状フェライトステンレス鋼の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07110970B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2562740B2 (ja) * | 1990-10-15 | 1996-12-11 | 日新製鋼株式会社 | 耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れたフエライト系ステンレス鋼 |
| JP2002336990A (ja) * | 2001-05-11 | 2002-11-26 | Daido Steel Co Ltd | 高温引張り強さ、伸び、耐割れ性および靭性の優れたフェライト系ステンレス鋼の溶接部および溶接方法 |
| JP6112064B2 (ja) * | 2014-05-21 | 2017-04-12 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 靭性と加工性に優れた高強度１３Ｃｒ系ステンレス厚鋼板およびその製造方法 |
| JP6112065B2 (ja) * | 2014-05-21 | 2017-04-12 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 靭性と加工性に優れた高強度１３Ｃｒ系ステンレス厚鋼板の製造方法 |
| WO2016174500A1 (fr) * | 2015-04-30 | 2016-11-03 | Aperam | Acier inoxydable martensitique, procédé de fabrication d'un demi-produit en cet acier et outil de coupe réalisé à partir de ce demi-produit |
-
1987
- 1987-12-26 JP JP33044587A patent/JPH07110970B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01172516A (ja) | 1989-07-07 |
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