JP7243950B1 - 二相ステンレス鋼管 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
質量%で、
C:0.030%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:0.10~7.00%、
P:0.040%以下、
S:0.0050%以下、
Cr:20.0~30.0%、
Ni:4.2~10.0%、
Mo:0.5~5.0%、
Cu:0.5~6.0%、
N:0.350%未満、
O:0.0005~0.0100%、
Ca:0.0005~0.0100%、
V:0~0.200%、
Nb:0~0.100%、
Al:0~0.100%、
Ta:0~0.100%、
Ti:0~0.100%、
Zr:0~0.100%、
Hf:0~0.100%、
W:0~0.200%、
Co:0~0.500%、
Sn:0~0.100%、
Sb:0~0.100%、
B:0~0.100%、
Mg:0~0.1000%、
希土類元素:0~0.100%、及び、
残部がFe及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積率で30~80%のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が552MPa以上であり、
円相当径で2.0μm以上のCa酸化物の個数密度が500個/100mm2以上である。
質量%で、
C:0.030%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:0.10~7.00%、
P:0.040%以下、
S:0.0050%以下、
Cr:20.0~30.0%、
Ni:4.2~10.0%、
Mo:0.5~5.0%、
Cu:0.5~6.0%、
N:0.350%未満、
O:0.0005~0.0100%、
Ca:0.0005~0.0100%、
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Sb:0~0.100%、
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Mg:0~0.1000%、
希土類元素:0~0.100%、及び、
残部がFe及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積率で30~80%のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が552MPa以上であり、
円相当径で2.0μm以上のCa酸化物の個数密度が500個/100mm2以上である、
二相ステンレス鋼管。
[1]に記載の二相ステンレス鋼管であって、
V:0.001~0.200%、
Nb:0.001~0.100%、
Al:0.001~0.100%、
Ta:0.001~0.100%、
Ti:0.001~0.100%、
Zr:0.001~0.100%、
Hf:0.001~0.100%、
W:0.001~0.200%、
Co:0.001~0.500%、
Sn:0.001~0.100%、
Sb:0.001~0.100%、
B:0.001~0.100%、
Mg:0.0001~0.1000%、及び、
希土類元素:0.001~0.100%、からなる群から選択される1元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼管。
[1]又は[2]に記載の二相ステンレス鋼管であって、
Cu:1.3~6.0%を含有し、
長径50nm以下のCu析出物の個数密度が400個/μm3以上である、
二相ステンレス鋼管。
[1]~[3]のいずれか1項に記載の二相ステンレス鋼管であって、
V:0.001~0.200%、
Nb:0.001~0.100%、
Al:0.001~0.100%、
Ta:0.001~0.100%、
Ti:0.001~0.100%、
Zr:0.001~0.100%、
Hf:0.001~0.100%、及び、
W:0.001~0.200%、からなる群から選択される1元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼管。
[1]~[4]のいずれか1項に記載の二相ステンレス鋼管であって、
Co:0.001~0.500%、
Sn:0.001~0.100%、及び、
Sb:0.001~0.100%、からなる群から選択される1元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼管。
[1]~[5]のいずれか1項に記載の二相ステンレス鋼管であって、
B:0.001~0.100%、
Mg:0.0001~0.1000%、及び、
希土類元素:0.001~0.100%、からなる群から選択される1元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼管。
本実施形態による二相ステンレス鋼管の化学組成は、次の元素を含有する。
炭素(C)は、不可避に含有される。すなわち、C含有量の下限は0%超である。Cは結晶粒界にCr炭化物を形成し、粒界での腐食感受性を高める。そのため、C含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐食性が低下する。したがって、C含有量は0.030%以下である。C含有量の好ましい上限は0.028%であり、さらに好ましくは0.025%である。C含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、C含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、C含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。
ケイ素(Si)は、不可避に含有される。すなわち、Si含有量の下限は0%超である。Siは、鋼を脱酸する。Si含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Si含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Si含有量は1.00%以下である。Si含有量の好ましい下限は0.12%であり、さらに好ましくは0.15%である。Si含有量の好ましい上限は0.90%であり、さらに好ましくは0.80%である。
マンガン(Mn)は、鋼を脱酸し、鋼を脱硫する。Mnはさらに、鋼材の熱間加工性を高める。Mn含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、Mnは、P及びS等の不純物とともに、粒界に偏析する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Mn含有量は0.10~7.00%である。Mn含有量の好ましい下限は0.30%であり、さらに好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.70%であり、さらに好ましくは0.90%であり、さらに好ましくは1.00%であり、さらに好ましくは1.30%であり、さらに好ましくは1.55%であり、さらに好ましくは1.60%である。Mn含有量の好ましい上限は6.50%であり、さらに好ましくは6.20%である。
燐(P)は、不可避に含有される不純物である。すなわち、P含有量の下限は0%超である。P含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Pが粒界に偏析して、鋼材の靭性が低下する。したがって、P含有量は0.040%以下である。P含有量の好ましい上限は0.035%であり、さらに好ましくは0.030%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、P含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、P含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.003%である。
硫黄(S)は、不可避に含有される不純物である。すなわち、S含有量の下限は0%超である。S含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Sが粒界に偏析して、鋼材の靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、S含有量は0.0050%以下である。S含有量の好ましい上限は0.0040%であり、さらに好ましくは0.0030%である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、S含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、S含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%である。
クロム(Cr)は、鋼材の耐食性を高める。Crはさらに、鋼材中のフェライトの体積率を高める。Cr含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、オーステナイトの体積率が高くなりすぎ、オーステナイト粒が粗大化する場合がある。この場合、鋼材の切削性が低下する。一方、Cr含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、フェライトの体積率が高くなりすぎる。したがって、Cr含有量は20.0~30.0%である。Cr含有量の好ましい下限は21.0%であり、さらに好ましくは21.5%であり、さらに好ましくは22.0%である。Cr含有量の好ましい上限は29.0%であり、さらに好ましくは28.0%であり、さらに好ましくは27.0%である。
ニッケル(Ni)は、鋼材中のオーステナイトを安定化させる元素である。すなわち、Niは安定したフェライト及びオーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Niはさらに、鋼材の耐食性を高める。Ni含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。Ni含有量が低すぎればさらに、フェライトの体積率が高くなりすぎる。一方、Ni含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、オーステナイトの体積率が高くなりすぎ、オーステナイト粒が粗大化する場合がある。この場合、鋼材の切削性が低下する。したがって、Ni含有量は4.2~10.0%である。Ni含有量の好ましい下限は4.3%であり、さらに好ましくは4.5%であり、さらに好ましくは5.0%である。Ni含有量の好ましい上限は9.0%であり、さらに好ましくは8.5%であり、さらに好ましくは8.0%であり、さらに好ましくは7.5%である。
モリブデン(Mo)は、鋼材の耐食性を高める。Mo含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Mo含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Mo含有量は0.5~5.0%である。Mo含有量の好ましい下限は1.0%であり、さらに好ましくは1.2%であり、さらに好ましくは1.5%である。Mo含有量の好ましい上限は4.8%であり、さらに好ましくは4.6%であり、さらに好ましくは4.3%である。
銅(Cu)は、鋼材の耐食性を高める。Cu含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Cu含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Cu含有量は0.5~6.0%である。Cuはさらに、鋼材中に析出して、鋼材の被削性を高める。上記効果を有効に得るためのCu含有量の好ましい下限は1.3%であり、さらに好ましくは1.5%であり、さらに好ましくは1.7%であり、さらに好ましくは2.0%である。Cu含有量の好ましい上限は5.5%であり、さらに好ましくは5.0%であり、さらに好ましくは4.0%である。
窒素(N)は不可避に含有される。すなわち、N含有量の下限は0%超である。Nは、鋼材中のオーステナイトを安定化させる元素である。Nはさらに、鋼材の耐食性を高める。一方、N含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、N含有量は0.350%未満である。N含有量の好ましい上限は、0.330%であり、さらに好ましくは0.300%である。N含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、N含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。
酸素(O)は不可避に含有される不純物である。Oは、Caと結合して、Ca酸化物を形成し、鋼材の被削性を高める。O含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、O含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中に酸化物が過剰に形成される。この場合、鋼材の靭性が低下する。したがって、O含有量は0.0005~0.0100%である。O含有量の好ましい下限は0.0010%であり、さらに好ましくは0.0015%である。O含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%である。
カルシウム(Ca)は、鋼材中のOと結合してCa酸化物を形成し、鋼材の被削性を高める。Ca含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ca含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が過剰に粗大化する。粗大なCa酸化物が多量に形成されすぎれば、鋼材の靭性が低下する場合がある。したがって、Ca含有量は0.0005~0.0100%である。Ca含有量の好ましい下限は0.0010%であり、さらに好ましくは0.0020%である。Ca含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%である。
[第1群任意元素]
上述の二相ステンレス鋼管の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、V、Nb、Al、Ta、Ti、Zr、Hf、及び、Wからなる群から選択される1元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼材の強度を高める。
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、V含有量は0%であってもよい。含有される場合、Vは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Vが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、V含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の靭性が低下する。したがって、V含有量は0~0.200%である。V含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.003%であり、さらに好ましくは0.005%である。V含有量の好ましい上限は0.180%であり、さらに好ましくは0.160%である。
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Nb含有量は0%であってもよい。含有される場合、Nbは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Nbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Nb含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の靭性が低下する。したがって、Nb含有量は0~0.100%である。Nb含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。Nb含有量の好ましい上限は0.080%であり、さらに好ましくは0.070%である。
アルミニウム(Al)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Al含有量は0%であってもよい。含有される場合、Alは窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Alが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Al含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なAl2O3系介在物が形成する。粗大なAl2O3系介在物は、鋼材の靭性を低下させる。したがって、Al含有量は0~0.100%である。Al含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Al含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.085%である。なお、本明細書にいうAl含有量は、「酸可溶Al」、つまり、sol.Alの含有量を意味する。
タンタル(Ta)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ta含有量は0%であってもよい。含有される場合、Taは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Taが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ta含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ta含有量は0~0.100%である。Ta含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。Ta含有量の好ましい上限は0.095%であり、さらに好ましくは0.090%である。
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ti含有量は0%であってもよい。含有される場合、Tiは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Tiが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ti含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ti含有量は0~0.100%である。Ti含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。Ti含有量の好ましい上限は0.080%であり、さらに好ましくは0.070%である。
ジルコニウム(Zr)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Zr含有量は0%であってもよい。含有される場合、Zrは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Zrが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Zr含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の靭性が低下する。したがって、Zr含有量は0~0.100%である。Zr含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。Zr含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.080%である。
ハフニウム(Hf)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Hf含有量は0%であってもよい。含有される場合、Hfは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Hfが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Hf含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の靭性が低下する。したがって、Hf含有量は0~0.100%である。Hf含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。Hf含有量の好ましい上限は0.080%であり、さらに好ましくは0.070%である。
タングステン(W)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、W含有量は0%であってもよい。含有される場合、Wは鋼に固溶し、鋼材の強度を高める。Wが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、W含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の靭性が低下する。したがって、W含有量は0~0.200%である。W含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.003%であり、さらに好ましくは0.005%である。W含有量の好ましい上限は0.190%であり、さらに好ましくは0.180%であり、さらに好ましくは0.150%である。
上述の二相ステンレス鋼管の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Co、Sn、及び、Sbからなる群から選択される1元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼材の耐食性を高める。
コバルト(Co)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Co含有量は0%であってもよい。含有される場合、Coは鋼材の表面に被膜を形成して、鋼材の耐食性を高める。Coはさらに、鋼材の焼入性を高め、鋼材の強度を安定化する。Coが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Co含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、製造コストが極端に高まる。したがって、Co含有量は0~0.500%である。Co含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Co含有量の好ましい上限は0.450%であり、さらに好ましくは0.430%であり、さらに好ましくは0.400%である。
スズ(Sn)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Sn含有量は0%であってもよい。含有される場合、Snは鋼材の耐食性を高める。Snが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Sn含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、製造コストが極端に高まる。したがって、Sn含有量は0~0.100%である。Sn含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.003%である。Sn含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.080%である。
アンチモン(Sb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Sb含有量は0%であってもよい。含有される場合、Sbは鋼材の耐食性を高める。Sbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Sb含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、製造コストが極端に高まる。したがって、Sb含有量は0~0.100%である。Sb含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.003%である。Sb含有量の好ましい上限は0.080%であり、さらに好ましくは0.070%である。
上述の二相ステンレス鋼管の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、B、Mg、及び、希土類元素(REM)からなる群から選択される1元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼材中のSを硫化物として固定し、鋼材の熱間加工性を高める。
ホウ素(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、B含有量は0%であってもよい。含有される場合、Bは鋼材中のSの粒界への偏析を抑制し、鋼材の熱間加工性を高める。Bが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、B含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ボロン窒化物(BN)が生成し、鋼材の靭性を低下させる。したがって、B含有量は0~0.100%である。B含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.003%である。B含有量の好ましい上限は0.095%であり、さらに好ましくは0.090%であり、さらに好ましくは0.080%である。
マグネシウム(Mg)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Mg含有量は0%であってもよい。含有される場合、Mgは鋼材中のSを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。Mgが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Mg含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化する。粗大な酸化物は、鋼材の靭性を低下させる。したがって、Mg含有量は0~0.1000%である。上記効果をより有効に得るための、Mg含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。Mg含有量の好ましい上限は0.0900%であり、さらに好ましくは0.0800%であり、さらに好ましくは0.0500%である。
希土類元素(REM)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、REM含有量は0%であってもよい。含有される場合、REMは鋼材中のSを硫化物として固定することでSを無害化する。その結果、鋼材の熱間加工性が高まる。REMが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、REM含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化する。粗大な酸化物は、鋼材の靭性を低下させる。したがって、REM含有量は0~0.100%である。REM含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。REM含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.080%であり、さらに好ましくは0.060%である。
本実施形態による二相ステンレス鋼管のミクロ組織は、体積率で30~80%のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなる。本明細書において、ミクロ組織が「フェライト及びオーステナイトからなる」とは、ミクロ組織においてフェライト及びオーステナイト以外の相が無視できるほど少ないことを意味する。たとえば、本実施形態による二相ステンレス鋼管のミクロ組織において、析出物や介在物の体積率は、フェライト及びオーステナイトの体積率と比較して、無視できるほど低い。
本実施形態による二相ステンレス鋼管は、552MPa以上の降伏強度を有する。本実施形態による二相ステンレス鋼管は、上述の化学組成と、体積率で30~80%のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織とを有し、かつ、円相当径で2.0μm以上のCa酸化物の個数密度が500個/100mm2以上である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼管は、降伏強度が552MPa以上であっても、優れた被削性を有する。本実施形態による二相ステンレス鋼管の降伏強度の好ましい下限は566MPaであり、より好ましくは579MPaであり、さらに好ましくは586MPaである。本実施形態による二相ステンレス鋼管の降伏強度の上限は特に限定されないが、たとえば、862MPaである。
本実施形態による二相ステンレス鋼管は、円相当径で2.0μm以上のCa酸化物の個数密度が500個/100mm2以上である。本明細書では、二相ステンレス鋼管中に含まれる粒子の含有元素のうち、O、N及びSの合計含有量を100質量%とした場合、O含有量が50質量%以上であり、かつ、粒子の含有元素のうち、O、N及びSを除く元素の合計含有量を100質量%とした場合、Ca含有量が50質量%以上である粒子を、「Ca酸化物」と定義する。本明細書ではさらに、円相当径が2.0μm以上のCa酸化物を、「粗大Ca酸化物」ともいう。
好ましくは、本実施形態による二相ステンレス鋼管は、Cu含有量が1.3%以上であり、かつ、長径50nm以下のCu析出物の個数密度が400個/μm3以上である。本明細書においてCu析出物とは、Cu及び不純物からなる析出物を意味する。
本実施形態による二相ステンレス鋼管は、上述の化学組成と、体積率で30~80%のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織とを有し、かつ、粗大Ca酸化物の個数密度が500個/100mm2以上である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼管は、降伏強度が552MPa以上であっても、優れた被削性を有する。本実施形態において、被削性は、以下の方法で評価できる。
本実施形態による二相ステンレス鋼管は、継目無鋼管であってもよく、溶接鋼管であってもよい。鋼管とは、たとえば、油井用鋼管である。油井用鋼管は、油井管用途の鋼管を意味する。油井管はたとえば、油井又はガス井の掘削、原油又は天然ガスの採取等に用いられるケーシング、チュービング、ドリルパイプ等である。好ましくは、本実施形態による二相ステンレス鋼管は、油井用継目無鋼管である。
上述の構成を有する、本実施形態による二相ステンレス鋼管の製造方法の一例を説明する。以下に説明する製造方法は、二相ステンレス鋼管の製造方法の一例として、継目無鋼管の製造方法である。なお、上述のとおり、本実施形態による二相ステンレス鋼管は、継目無鋼管に限定されず、溶接鋼管であってもよい。ただし、以下に説明する製造方法は、本実施形態による二相ステンレス鋼管が継目無鋼管である場合、好適な製造方法である。要するに、本実施形態による二相ステンレス鋼管の製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されない。
製鋼工程では、溶鋼を製造する工程(精錬工程)と、溶鋼を用いて鋳造法により素材を製造する工程(素材製造工程)とを含む。
精錬工程では初めに、Crを含有する溶鋼を取鍋に収納して、取鍋内の溶鋼に対して、大気圧下で脱炭処理を実施する。この工程を粗脱炭精錬工程という。粗脱炭精錬工程での脱炭処理により、スラグが生成する。粗脱炭精錬工程後の溶鋼の液面には、脱炭処理により生成したスラグが浮上している。粗脱炭精錬工程において、溶鋼中のCrが酸化してCr2O3が生成する。Cr2O3はスラグ中に吸収される。そこで、取鍋に脱酸剤を添加して、スラグ中のCr2O3を還元し、Crを溶鋼中に回収する。この工程をCr還元処理工程という。粗脱炭精錬工程及びCr還元処理工程はたとえば、電気炉法、転炉法、又は、AOD(Argon Oxygen Decarburization)法により実施する。Cr還元処理工程後、溶鋼からスラグを除滓する。この工程を除滓処理工程という。
τ=800×ε-0.4 (A)
ここで、εはLTにおける溶鋼の撹拌動力密度であり、式(B)により定義される。
ε=28.5(Q/W)×T×log(1+H/1.48) (B)
ここで、Qは上吹きガス流量(Nm3/min)である。Wは溶鋼質量(t)である。Tは溶鋼温度(K)である。Hは取鍋内の溶鋼の深さ(鋼浴深さ)(m)である。
上述の精錬工程により製造された溶鋼を用いて、素材を製造する。素材とは、鋳片又はインゴットである。具体的には、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片を製造する。鋳片はスラブでもよいし、ブルームでもよいし、ビレットでもよい。又は、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットとしてもよい。鋳片又はインゴットに対してさらに、分塊圧延等を実施して、ビレットを製造してもよい。以上の工程により、素材を製造する。
熱間加工工程では、準備された素材に対して熱間加工を実施して、素管を製造する。まず、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、たとえば、1000~1300℃である。加熱炉から抽出された素材に対して、熱間加工を実施する。本実施形態では、熱間加工とは、特に限定されない。熱間加工はたとえば、熱間圧延であってもよく、熱間押出であってもよい。熱間加工として熱間圧延を実施する場合、たとえば、マンネスマン法を実施して、素管を製造してもよい。マンネスマン法を実施する場合、穿孔機により素材(丸ビレット)を穿孔圧延する。穿孔圧延する場合、穿孔比は特に限定されないが、たとえば、1.0~4.0である。穿孔圧延された中空丸ビレットはさらに、マンドレルミル、レデューサ、サイジングミル等によって、熱間圧延が実施され、素管が製造される。
溶体化処理工程では、上記熱間加工工程で製造された素管に対して、溶体化処理を実施する。溶体化処理の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、素管を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷する。なお、素管を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷して溶体化処理を実施する場合、溶体化温度とは、溶体化処理を実施するための熱処理炉の温度(℃)を意味する。この場合さらに、溶体化時間とは、素管が溶体化温度で保持される時間を意味する。
本実施形態による製造方法では、上記以外の製造工程を含んでもよい。本実施形態では、好ましくは、溶体化処理工程の後の素管に対して、時効熱処理を実施する。時効熱処理とは、溶体化処理後の素管を所望の温度で保持することを意味する。時効熱処理を実施する場合、好ましい熱処理温度は340~660℃であり、好ましい保持時間は20~80分である。なお、本明細書において、熱処理温度とは、時効熱処理を実施するための熱処理炉の温度を意味する。本明細書においてさらに、保持時間とは、素管が熱処理温度で保持される時間を意味する。
各試験番号の継目無鋼管に対して、ASTM E8/E8M(2021)に準拠して、引張試験を実施した。具体的には、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、丸棒引張試験片を作製した。丸棒引張試験片は、平行部直径8.9mm、平行部長さ35.6mmであった。丸棒引張試験片の長手方向は、継目無鋼管の圧延方向(管軸方向)と平行であった。各試験番号の丸棒引張試験片を用いて、常温(25℃)、大気中にて引張試験を実施して、0.2%オフセット耐力(MPa)を求めた。求めた0.2%オフセット耐力を降伏強度(MPa)と定義した。得られた各試験番号の降伏強度(Yield Strength)を、表2の「YS(MPa)」欄に示す。
各試験番号の継目無鋼管に対して、ミクロ組織観察試験を実施して、フェライトの体積率を求めた。各試験番号の継目無鋼管について、上述のASTM E562(2019)に準拠した点算法により、フェライトの体積率(%)を求めた。得られた各試験番号のフェライトの体積率(%)を、表2の「フェライト(%)」欄に示す。
各試験番号の継目無鋼管に対して、粗大Ca酸化物個数密度測定試験を実施して、円相当径2.0μm以上のCa酸化物(粗大Ca酸化物)の個数密度を求めた。各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から作製した試験片を用いて、上述の方法で、粗大Ca酸化物の個数密度を求めた。得られた各試験番号の粗大Ca酸化物の個数密度(個/100mm2)を、表2の「粗大Ca酸化物(個/100mm2)」欄に示す。
各試験番号の継目無鋼管に対して、微細Cu析出物個数密度測定試験を実施して、長径が50nm以下のCu析出物(微細Cu析出物)の個数密度を求めた。各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から作製した試験片を用いて、上述の方法で、微細Cu析出物の個数密度を求めた。得られた各試験番号の微細Cu析出物の個数密度(個/μm3)を、表2の「微細Cu析出物(個/μm3)」欄に示す。
各試験番号の継目無鋼管に対して、上述の方法で外周旋削加工を実施して、被削性を評価した。本実施例では、被削性の評価指標として、工具寿命を用いた。具体的には、JIS B 4053(2013)に規定のP10に相当する超硬合金を切削工具として用いた。切削の条件は、切削速度:100m/分、送り速度:0.15mm/rev、切り込み量:0.75mm、及び、潤滑剤:不使用とした。上述の方法で、鋼管の仕上げ面を目視及びJIS B 0601(2013)に準拠した表面粗さ計による最大高さRzによって、各試験番号の鋼管の仕上げ面の品位を評価した。
表1及び表2を参照して、試験番号1~23の継目無鋼管は、化学組成が適切であり、製造方法も上述の好ましい製造方法の条件を満たしていた。その結果、これらの継目無鋼管は、降伏強度が552MPa以上であった。これらの継目無鋼管はさらに、ミクロ組織において、フェライトが30~80体積%であった。これらの継目無鋼管はさらに、粗大Ca酸化物の個数密度が500個/100mm2以上であった。その結果、これらの継目無鋼管は、工具寿命(相対値)が0.70以上であり、優れた被削性を有していた。すなわち、試験番号1~23の継目無鋼管は、552MPa以上の降伏強度と、優れた被削性とを有していた。
質量%で、
C:0.030%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:0.10~7.00%、
P:0.040%以下、
S:0.0050%以下、
Cr:20.0~30.0%、
Ni:4.2~10.0%、
Mo:0.5~5.0%、
Cu:0.5~6.0%、
N:0.350%未満、
O:0.0005~0.0100%、
Ca:0.0005~0.0100%、及び、
残部がFe及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積率で30~80%のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が552MPa以上であり、
円相当径で2.0μm以上のCa酸化物の個数密度が500個/100mm2以上である、
二相ステンレス鋼管。
質量%で、
C:0.030%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:0.10~7.00%、
P:0.040%以下、
S:0.0050%以下、
Cr:20.0~30.0%、
Ni:4.2~10.0%、
Mo:0.5~5.0%、
Cu:0.5~6.0%、
N:0.350%未満、
O:0.0005~0.0100%、
Ca:0.0005~0.0100%、を含有し、さらに、
V:0.200%以下、
Nb:0.100%以下、
Al:0.100%以下、
Ta:0.100%以下、
Ti:0.100%以下、
Zr:0.100%以下、
Hf:0.100%以下、
W:0.200%以下、
Co:0.500%以下、
Sn:0.100%以下、
Sb:0.100%以下、
B:0.100%以下、
Mg:0.1000%以下、及び、
希土類元素:0.100%以下、からなる群から選択される1元素以上を含有し、
残部がFe及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積率で30~80%のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が552MPa以上であり、
円相当径で2.0μm以上のCa酸化物の個数密度が500個/100mm2以上である、
二相ステンレス鋼管。
[2]に記載の二相ステンレス鋼管であって、
V:0.200%以下、
Nb:0.100%以下、
Al:0.100%以下、
Ta:0.100%以下、
Ti:0.100%以下、
Zr:0.100%以下、
Hf:0.100%以下、及び、
W:0.200%以下、からなる群から選択される1元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼管。
[2]又は[3]に記載の二相ステンレス鋼管であって、
Co:0.500%以下、
Sn:0.100%以下、及び、
Sb:0.100%以下、からなる群から選択される1元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼管。
[2]~[4]に記載の二相ステンレス鋼管であって、
B:0.100%以下、
Mg:0.1000%以下、及び、
希土類元素:0.100%以下、からなる群から選択される1元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼管。
[1]~[5]のいずれか1項に記載の二相ステンレス鋼管であって、
Cu:1.3~6.0%を含有し、
長径50nm以下のCu析出物の個数密度が400個/μm3以上である、
二相ステンレス鋼管。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.030%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:0.10~7.00%、
P:0.040%以下、
S:0.0050%以下、
Cr:20.0~30.0%、
Ni:4.2~10.0%、
Mo:0.5~5.0%、
Cu:0.5~6.0%、
N:0.350%未満、
O:0.0005~0.0100%、
Ca:0.0005~0.0100%、
V:0~0.200%、
Nb:0~0.100%、
Al:0~0.100%、
Ta:0~0.100%、
Ti:0~0.100%、
Zr:0~0.100%、
Hf:0~0.100%、
W:0~0.200%、
Co:0~0.500%、
Sn:0~0.100%、
Sb:0~0.100%、
B:0~0.100%、
Mg:0~0.1000%、
希土類元素:0~0.100%、及び、
残部がFe及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積率で30~80%のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が552MPa以上であり、
円相当径で2.0μm以上のCa酸化物の個数密度が500個/100mm2以上である、
二相ステンレス鋼管。 - 請求項1に記載の二相ステンレス鋼管であって、
V:0.001~0.200%、
Nb:0.001~0.100%、
Al:0.001~0.100%、
Ta:0.001~0.100%、
Ti:0.001~0.100%、
Zr:0.001~0.100%、
Hf:0.001~0.100%、
W:0.001~0.200%、
Co:0.001~0.500%、
Sn:0.001~0.100%、
Sb:0.001~0.100%、
B:0.001~0.100%、
Mg:0.0001~0.1000%、及び、
希土類元素:0.001~0.100%、からなる群から選択される1元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼管。 - 請求項1又は請求項2に記載の二相ステンレス鋼管であって、
Cu:1.3~6.0%を含有し、
長径50nm以下のCu析出物の個数密度が400個/μm3以上である、
二相ステンレス鋼管。
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JP2019077925A (ja) * | 2017-10-25 | 2019-05-23 | 日新製鋼株式会社 | スラグスポット発生抑止能に優れるステンレス鋼材並びに溶接構造部材およびその製造法 |
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