JP2008248334A - マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法は、鋼管をその外面温度が(A3変態点+20℃)以上980℃以下の所定温度になるまで加熱する加熱工程と、前記加熱された鋼管をその外面温度が350℃以上の所定温度になるまで水冷する第1冷却工程と、前記水冷された鋼管をその外面温度が250℃以下の所定温度になるまで空冷する第2冷却工程と、前記空冷された鋼管をその外面温度が常温になるまで水冷又は空冷する第3冷却工程とを含む熱処理工程を有する。そして、前記第2冷却工程における鋼管の外面温度の復熱量が50℃以下となるように、前記第1冷却工程における鋼管の冷却速度を鋼管の肉厚に応じて決定することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
(A)空冷前の水冷の冷却速度を速くするほど、その後の空冷で鋼管を所定温度まで冷却するのに必要な時間が長くなるのは、水冷終了直後(空冷開始時)の鋼管の内外面の温度差に起因した復熱の影響である。具体的には、以下の通りである。
鋼管の外面を水冷すると、水冷終了直後の鋼管の内面温度は、外面温度よりも高くなる。このため、空冷に移行した初期段階において、鋼管の内面や内部の熱量が外面に向けて伝導することにより、鋼管の外面温度が水冷終了直後に比べて上昇する復熱現象が生じる。この復熱による温度上昇量(復熱量)は、水冷終了直後の鋼管の内外面の温度差が大きいほど、大きくなる。そして、復熱量が大きいほど、水冷後の空冷で鋼管を所定温度まで冷却するのに必要な時間は長くなる。また、水冷終了直後の鋼管の内外面の温度差は、水冷の冷却速度を速くするほど大きくなる。従って、水冷の冷却速度を速くするほど(空冷段階の復熱量が大きくなるような条件で水冷するほど)、その後の空冷で鋼管を所定温度まで冷却するのに必要な時間は長くなる。
(B)上記(A)の復熱量は、水冷の冷却速度に依存すると共に、鋼管の肉厚にも依存する。すなわち、鋼管の肉厚が大きいほど、水冷終了直後の鋼管の内外面の温度差は大きくなり、復熱量も大きくなる。
(C)一般的に、空冷の冷却速度よりも水冷の冷却速度の方が遙かに速いため、水冷の冷却速度を速めることによって短縮される水冷の冷却時間よりも、復熱量を低減することによって短縮される空冷の冷却時間の方が遙かに長い。従って、焼き入れ時の冷却時間(冷却工程全体に必要な時間)を短縮するには、復熱量が所定値以下となるように、水冷の冷却速度を鋼管の肉厚に応じて決定することが肝要である。
鋼管をその外面温度が(A3変態点+20℃)以上980℃以下の所定温度になるまで加熱する加熱工程と、
前記加熱された鋼管をその外面温度が350℃以上の所定温度になるまで水冷する第1冷却工程と、
前記水冷された鋼管をその外面温度が250℃以下の所定温度になるまで空冷する第2冷却工程と、
前記空冷された鋼管をその外面温度が常温になるまで水冷又は空冷する第3冷却工程とを含む熱処理工程を有する。
そして、本発明は、前記第2冷却工程における鋼管の外面の復熱量が50℃以下となるように、前記第1冷却工程における鋼管の冷却速度を鋼管の肉厚に応じて決定することを特徴とする。
Cは、適切な強度、硬度を有する鋼を得るために必要な元素である。Cの含有量が0.15%未満では、所定の強度が得られない。一方、Cの含有量が0.20%を超えると、強度が高くなり過ぎて、降伏比や硬度の調整が困難となる。また、有効固溶C量が増大することにより、遅れ破壊が生じ易くなる。従って、Cの含有量は、0.15〜0.21%とするのが好ましい。より好ましくは、0.17〜0.20%である。
Siは、鋼の脱酸剤として添加される。その効果を得るためには、Siの含有量を0.05%以上とする必要がある。一方、Siの含有量が1.0%を超えると靱性が劣化する。従って、Siの含有量は、0.05〜1.0%とするのが好ましい。より好ましい含有量の下限値は0.16%であり、最も好ましい下限値は0.20%である。また、より好ましい含有量の上限値は0.35%である。
MnもSiと同様に脱酸作用を有するが、含有量が0.30%未満ではその効果が乏しい。また、含有量が1.0%を超えると靱性が劣化する。従って、Mnの含有量は、0.30〜1.0%とするのが好ましい。熱処理後の靱性を確保することも考慮すると、含有量の上限値を0.6%とすることがより好ましい。
Crは、鋼の必要な耐食性を得るための基本成分である。Crの含有量を10.5%以上とすることにより、孔食及び時間性腐食に対する耐食性が改善されると共に、CO2環境下での耐食性が著しく向上する。一方、Crはフェライト生成元素であるため、含有量が14.0%を超えると、高温での加工の際にδフェライトが生成され易くなり、熱間加工性が損なわれる。また、熱処理後の鋼の強度が低下する。従って、Crの含有量は、10.5〜14.0%とするのが好ましい。
Pの含有量が多いと、鋼の靱性が劣化する。従って、Pの含有量は、0.020%以下とするのが好ましい。
Sの含有量が多いと、鋼の靱性が劣化する。また、偏析を発生させるため、鋼管の内面品質が悪化する。従って、Sの含有量は、0.0050%以下とするのが好ましい。
Alは、不純物として鋼中に存在するが、その含有量が0.10%を超えると、鋼の靱性が劣化する。従って、Alの含有量は、0.10%以下とするのが好ましい。より好ましくは、0.05%以下である。
Moを鋼に添加すると、鋼の強度を高め、耐食性を向上させる効果が得られる。しかし、その含有量が2.0%を超えると、鋼のマルテンサイト変態が困難となる。従って、Moの含有量は、2.0%以下とするのが好ましい。なお、Moは高価な合金元素であるため、経済性の点からすれば、含有量はできるだけ少ない方が好ましい。
Vを鋼に添加すると、鋼の降伏比を高める効果が得られる。しかし、その含有量が0.50%を超えると、鋼の靱性が劣化する。従って、Vの含有量は、0.50%以下とするのが好ましい。なお、Vは高価な合金元素であるため、経済性の点からすれば、含有量は0.30%以下とすることが好ましい。
Nbを鋼に添加すると、鋼の強度を高める効果が得られる。しかし、その含有量が0.020%を超えると、鋼の靱性が劣化する。従って、Nbの含有量は、0.020%以下とするのが好ましい。なお、Nbは高価な合金元素であるため、経済性の点からすれば、含有量はできるだけ少ない方が好ましい。
Caの含有量が0.0050%を超えると、鋼中の介在物が増大し、鋼の靱性が劣化する。従って、Caの含有量は、0.0050%以下とするのが好ましい。
Nの含有量が0.1000%を超えると、鋼の靱性が劣化する。従って、Nの含有量は、0.1000%以下とするのが好ましい。また、この範囲内において、Nの含有量が多い場合、有効固溶N量が増大することにより、遅れ破壊が生じ易くなる。一方、Nの含有量が少ない場合、脱窒素工程の効率が低下し、生産性を阻害する要因となる。従って、Nの含有量は、より好ましくは、0.0100〜0.0500%である。
Ti、B、Niは、少量の添加物として、又は、不純物として、鋼中に含有させることが可能である。ただし、Niの含有量が0.2%を超えると、鋼の耐食性が劣化するため、Niの含有量は、0.2%以下とするのが好ましい。
本発明によって製造されるマルテンサイト系ステンレス鋼管の材料は、上記(1)〜(13)の成分の他に、Fe及び不可避的不純物を含有する。
ΔT=tw+{(tm−tw)×(λ/αg)/(λ/αg−ΔX/2)・・(1)
上記の式(1)において、ΔTは単位時間当たりの温度変化量を、twは冷却水の水温を、tmは鋼管の温度を、λは鋼管の熱伝導率を、αgは熱伝達率(外面は水と鋼管との間の熱伝達率、内面は空気と鋼管との間の熱伝達率)を、ΔXは鋼管の単位厚さを意味する。
tmx={tm(X−ΔX/2)+tm(X+ΔX/2)}/2 ・・(2)
上記の式(2)において、tmXは鋼管の表面(内面又は外面)から肉厚方向に距離Xだけ離れた位置における鋼管の温度を意味する。
Claims (1)
- 鋼管をその外面温度が(A3変態点+20℃)以上980℃以下の所定温度になるまで加熱する加熱工程と、
前記加熱された鋼管をその外面温度が350℃以上の所定温度になるまで水冷する第1冷却工程と、
前記水冷された鋼管をその外面温度が250℃以下の所定温度になるまで空冷する第2冷却工程と、
前記空冷された鋼管をその外面温度が常温になるまで水冷又は空冷する第3冷却工程とを含む熱処理工程を有し、
前記第2冷却工程における鋼管の外面温度の復熱量が50℃以下となるように、前記第1冷却工程における鋼管の冷却速度を鋼管の肉厚に応じて決定することを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。
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