JP5011770B2 - 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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Description
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨とするところは下記の(1)〜(4)に示すマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法にある。
ただし、再加熱温度Tは上限を1020℃とする
ここで、Sinは最終圧延前の鋼管の断面積を、また、Soutは最終圧延後の鋼管の断面積を表す。
本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼管の化学成分組成を前記のように規定した理由および好ましい範囲について説明する。
Cは、Nとともに製管後の鋼管、すなわち、熱間圧延により製管したままで、熱処理を施されていない鋼管の固溶強化をもたらす元素である。固溶強化による被衝撃加工部の遅れ破壊を防止するためには、その含有量を0.22%以下とする必要がある。しかし、C含有量が低下し過ぎると、熱処理後に適正な強度を保つことができなくなる。また、Cは、オーステナイト生成元素であることから、C含有量が低下し過ぎると、δフェライトの生成により、製管後に中被れ疵が発生する。上記の理由から、C含有量は0.15%以上とする必要がある。さらに好ましいC含有量の範囲は、0.18%〜0.21%である。
Siは、鋼の脱酸作用を有する元素である。その効果を得るためには、Si含有量を0.1%以上とする必要がある。一方、含有量が1.0%を超えて多くなると、靭性が劣化する。上記の理由から、Si含有量の適正範囲は、0.1〜1.0%とした。靭性の確保を優先させる場合には、その含有量を0.75%以下とすることが好ましい。さらに好ましい含有量の範囲は、0.20〜0.35%である。
Mnは、鋼の強度向上作用を有し、また、Siと同様に脱酸作用を有する元素である。さらに、鋼中のSをMnSとして固定し、熱間加工性を改善する作用も有する。それらの効果を得るためには、0.10%以上を含有させる必要がある。しかし、その含有量が1.00%を超えて多くなると、靭性が劣化する。上記の理由から、Mn含有量の適正範囲は、0.10〜1.00%とした。
Crは、鋼の耐食性を向上させる作用を有する基本成分である。特に、Cr含有量を12.00%以上とすることにより、耐孔食性および耐隙間腐食性が改善されるとともに、CO2環境下での耐食性が著しく向上する。一方、Crはフェライト形成元素であることから、その含有量が14.00%を超えて多くなると、高温での加工の際にδフェライトが生成しやすくなり、熱間加工性が損なわれる。また、過度のCr添加は、製造コストの上昇を招く。上記の理由により、Cr含有量の適正範囲は、12.00〜14.00%とした。含有率のより好ましい範囲は12.40〜13.10%である。
Nは、オーステナイト安定化元素であり、鋼の熱間加工性を改善して内面疵の発生を防止する作用を有する。その効果を得るためには、0.01%以上を含有させる必要がある。しかし、その含有量が0.05%を超えて多くなると、被衝撃加工部の遅れ破壊を引き起こす。したがって、N含有量の適正範囲は、0.01〜0.05%とした。その含有量を0.02〜0.035%とすればさらに好ましい。
Pは、鋼中の不純物元素である。その含有量が多いと熱処理後の製品の靭性が低下することから、その含有量の許容上限値を0.020%以下とした。P含有量は、できる限り少ないことが好ましい。
Sは、その含有量が多くなると鋼の熱間加工性を低下させる不純物元素であることから、含有量の許容上限値を0.010%とした。S含有量は少ないほど好ましく、0.003%以下とすればさらに一層好ましい。
これらの元素は含有させれば、被衝撃加工部の遅れ破壊を防止する効果を発揮する。そのためには、これらの元素のうちの1種以上を含有させ、その含有量は、V、TiおよびNbについては0.005%以上、また、Bについては0.0005%以上とする。一方、これらの元素の含有量が多すぎると、熱処理後の窒化物の生成に起因する硬度の上昇により、耐食性の劣化や靭性の低下を招き、また、強度の変動を引き起こす。したがって、V、TiおよびNbについては、それらの含有量を各0.200%以下とし、また、Bについては0.0100%以下とする。
これらの元素は、含有させてもさせなくてもよいが、1種以上を含有させれば、鋼の熱間加工性や耐食性を改善させる作用を有する。
上記の適正範囲の鋼成分組成を有する外径190mmのビレットを穿孔圧延後、延伸圧延して素管とし、その素管を種々の再加熱温度T(℃)にて均熱した後、断面加工度R(%)を変化させて最終圧延を行い、製管後の鋼管の遅れ破壊による割れの発生状況および内面疵の発生状況を調査する基礎試験を行った。一部の基礎試験では、鋼中のN含有量またはMn含有量が適正範囲を外れるビレットを用いた試験も行った。
ただし、Sinは最終圧延前の鋼管の断面積を、また、Soutは最終圧延後の鋼管の断面積を表す。
長さ10〜12.5mの50本以上の鋼管を製造し、目視および超音波試験(UST)により内面疵の発生状況を調査した。内面疵の発生率が3%以下の場合を○印により、また、内面疵の発生率が3%を超える場合を×印により評価した。
製管後の鋼管から長さ250mmの落重試験用試験片を採取し、この試験片に、先端の曲率半径が90mmで質量が150kgの重錘を0.2mの高さから落下させ(すなわち、294Jの衝撃荷重を与え)ることにより変形を加え、目視およびUSTにより割れの有無を調査した。1週間後に割れの発生していない場合を○印により、3日後に割れの発生していない場合を△印により、そして、3日後に割れの発生した場合を×印により、それぞれ評価した。
上記の内面疵の評価結果および割れの評価結果のうち、低い方の評価結果を総合評価結果とした。
上記(3)式の関係から、被衝撃加工部の遅れ破壊による割れの発生を防止し、かつ内面疵の発生を抑止するためには、穿孔圧延して得られた素管の均熱時における再加熱温度T(℃)および最終圧延における断面加工度R(%)が前記(1)式により表される関係を満足するように調整する必要のあることが判明した。
4b:マンドレルバー、 4r:圧延ロール、 5:再加熱炉、
6:ストレッチレデューサ、 6r:圧延ロール
Claims (3)
- 質量%で、C:0.15〜0.22%、Si:0.1〜1.0%、Mn:0.10〜1.00%、Cr:12.00〜14.00%、N:0.01〜0.05%、Al:0.001〜0.1%、P:0.020%以下およびS:0.010%以下を含有し、且つV:0.005〜0.200%、Nb:0.005〜0.200%、Ti:0.005〜0.200%およびB:0.0005〜0.0100%のうちの1種以上を含有し、残部がFeおよび不純物からなるビレットを穿孔圧延し、さらに延伸圧延して素管となし、該素管を、最終圧延前の均熱における再加熱温度T(℃)および最終圧延における断面加工度R(%)が下記(1)式により表される関係を満足するように、均熱した後、最終圧延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。
T>44.4×ln(R)+821 ・・・(1)
ただし、再加熱温度Tは上限を1020℃とする - 前記ビレットが、さらに、Feの一部に替えて、質量%で、Ni:0.001〜0.5%およびCu:0.001〜0.25%のうちの1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鋼管の製造方法。
- 前記ビレットが、さらに、Feの一部に替えて、質量%で、Ca:0.0050%以下を含有する請求項1または2に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。
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