JPH04280946A

JPH04280946A - 耐食性の優れた二相ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH04280946A
Application number: JP41893190A
Authority: JP
Inventors: Tsuneaki Kobayashi; 小林　経明
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1992-10-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油井管、油送管等に使
用される二相ステンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】フェライト相とオーステナイト相の２相
組織を有する二相ステンレス鋼は、耐食性とりわけ微量
のＨ２　Ｓを含むＣＯ２　環境下での耐食性に優れ、且
つ強度、延性等の機械的性質に優れることから、油井管
、油送管の主要素材とされている。油井管、油送管に使
用される代表的な二相ステンレス鋼としては、例えばＡ
ＳＴＭ　　Ａ７９０　　ＵＮＳ−Ｓ３１８０３に規定さ
れた２２％Ｃｒ二相ステンレス鋼がある。しかし、近時
の採掘条件の悪化に伴い、油井管の使用環境は著しく過
酷になり、以前にも増して厳しい仕様が油井管に要求さ
れるようになった。例えば、ＡＳＴＭ　　Ｇ４８に規定
された１０％ＦｅＣｌ３　・　６Ｈ２　Ｏ（３０℃）に
よるピッティングテストはその一つであり、上記規格鋼
はこのテストをクリアし得ないとされている。そこで、
最近になってこのテストに耐え得る２２％Ｃｒ二相ステ
ンレス鋼の開発が始められ、例えば特公平２−３２３４
３号公報にはＣｕ、Ｃｏの添加によって耐ピッティング
性を高めた２２％Ｃｒ二相ステンレス鋼が開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここに開示された２２
％Ｃｒ二相ステンレス鋼は、ＡＳＴＭ　　Ｇ４８に規定
されたピッティングテストをクリアする優れた耐ピッテ
ィング性を有するものの、耐ピッティング性改善のため
にＣｕ、Ｃｏを添加しており、合金添加コストが上昇す
るという問題がある。特に、Ｃｏは高価な元素であり、
その使用は製品価格の上昇を招く。また、Ｃｕ、Ｃｏの
何れもが、熱間加工性を低下させる原因になる。

【０００４】本発明の目的は、耐ピッティング性に優れ
、しかも低コストで熱間加工性に優れた二相ステンレス
鋼を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】ＡＳＴＭ　　Ａ７９０　
　ＵＮＳ−Ｓ３１８０３に規定された成分組成は、重量
比でＣ：０．０３０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍ
ｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．
０１０％以下、Ｎｉ：４．５０〜６．５０％、Ｃｒ：２
１．００〜２３．００％、Ｍｏ：２．５０〜３．５０％
、Ｎ：０．０８〜０．２０％というものである。この２
２％Ｃｒ二相ステンレス鋼は、前述したように、ＡＳＴ
Ｍ　　Ｇ４８に規定された１０％ＦｅＣｌ３　・６Ｈ２
　Ｏ（３０℃）によるピッティングテストをクリアし得
ないとされていた。しかし、本発明者らの調査によれば
、このテストをクリアし得ない二相ステンレス鋼は、各
成分が規格範囲の中心狙いで設計されているものであり
、各成分、とりわけＣｒ、Ｍｏ、Ｎを規格範囲の上限狙
いで設計したものについては、Ｃｕ、Ｃｏを特に添加し
なくても、これらを添加した場合に匹敵する耐ピッティ
ング性の得られることが明らかになった。

【０００６】各成分が規格範囲の中心狙いで設計された
従来の２２％Ｃｒ二相ステンレス鋼における成分分布を
表１のＣａｓｅ１に示し、その場合のピッティングイン
デッスクＰＩ＝Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１６Ｎの分布を図２のＣ
ａｓｅ１に示す。このような成分分布の２２％Ｃｒ二相
ステンレス鋼は、ＡＳＴＭ　　Ｇ４８に規定された例え
ば１０％ＦｅＣｌ３　・６Ｈ２　Ｏ（３０℃）によるピ
ッティングテストをクリアできない。しかし、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｎを表１及び図２のＣａｓｅ２に示すように規格成
分範囲の上限狙いとすると、Ｃｕ、Ｃｏを添加しなくて
も、Ｃｕ、Ｃｏを添加した場合に匹敵する耐ピッティン
グ性が得られるのである。

【０００７】

【表１】

【０００８】２２％Ｃｒ二相ステンレス鋼に１０％Ｆｅ
Ｃｌ３　・６Ｈ２　Ｏ、３０℃、２４ｈｒｓのピッティ
ングテストを実施した場合の鋼中ＰＩと腐食速度との関
係を図１に示す。ＰＩが大きくなるほど、腐食速度が低
下し、ＰＩ≧３４．５で腐食は皆無となる。また、表１
及び図２にＣａｓｅ２として示された２２％Ｃｒ二相ス
テンレス鋼の機械的性質を図３及び図４に示すが、ＰＩ
の高い２２％Ｃｒ二相ステンレス鋼は機械的性質も良好
である。更に、Ｃａｓｅ２のフェライト相分布を図５に
示し、Ｃａｓｅ２の鋼管に自動ＧＴＡＷで周溶接を行っ
たときの溶接部硬度を図６に示す。耐ピッティング性に
優れた高ＰＩ鋼は、組織および溶接性も問題のないこと
が確認された。図７に溶接部硬度の測定点を示す。

【０００９】本発明は上記知見に基づきなされたもので
、重量比でＣ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．２〜２．０
％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｃｒ：１９％以上、２６
％未満、Ｎｉ：３．０〜８．０％、Ｍｏ：１．０〜５．
０％、Ｎ：０．０５〜０．３％、を含み、残部Ｆｅおよ
び不可避不純物からなり、且つＣｒ＋３Ｍｏ＋１６Ｎ≧
３４．５％を満足することを特徴とする耐食性の優れた
二相ステンレス鋼を要旨とする。

【００１０】

【作用】本発明の二相ステンレス鋼における成分限定理
由は以下のとおりである。

【００１１】Ｃはオーステナイト生成元素であり、且つ
強度の向上に著効を有するが、含有量が多すぎると、ク
ロム炭化物が析出し易くなり、炭化物近傍におけるＣｒ
濃度が減少する結果、孔食、すきま腐食、粒界腐食等の
局部腐食に対する抵抗性が低下し、且つ耐応力腐食割れ
性の劣化をみる。このため、０．０８％を上限とする。

【００１２】Ｓｉは溶鋼の脱酸および鋳造性確保のため
、少なくとも０．２％を必要とする。しかし、多量の含
有は靱性を悪くし、且つ溶接性をも損なうので、２．０
％を上限とする。

【００１３】Ｍｎは通常の脱酸・脱硫過程で、１．０％
程度含有されるもので、また鋼素地のオーステナイト相
の安定化に有効な元素である。このための含有量は２％
までで十分であり、それをこえる必要はない。よって、
０．２〜２．０％とする。

【００１４】Ｃｒは耐食性、特に耐粒界腐食性の改善に
著効を有するとともに、耐応力腐食割れ向上に寄与する
。また、Ｃｒはフェライト相生成元素であり、二相組織
におけるフェライト相の形成により強度を高める。本発
明鋼では後記Ｎｉ量との相関関係で、１９．０％以上の
Ｃｒを含有しないと、所要のフェライト量（面積率で３
０％以上）を確保しがたい。よって、耐食性とフェライ
ト量の点から、Ｃｒ量の下限を１９．０％とする。一方
、Ｃｒ量があまり多くなると、鋼の靱性の著しい低下を
生じ、かつ鋳造時に硬脆なσ相が成長する。更に、Ｎｉ
量との相関関係からフェライト相量が７０％を超え、二
相組織におけるオーステナイト相とのバランスを失し、
耐食性、就中孔食、すきま腐食に対する抵抗性を損なう
。このため、Ｃｒ量は２６％未満とする。

【００１５】Ｎｉはオーステナイト相を安定化する元素
であり、鋼の靱性の向上をもたらす。また、耐食性の点
からも必要な元素である。含有量が３．０％に満たない
と、これらの効果が不足する。前記Ｃｒ量との関係から
、フェライト相量を７０％以下にするためにも３．０％
以上の含有を必要とする。しかし、Ｎｉを多量に加えて
も、含有量の割に耐食性、機械的性質の向上効果は少な
く経済的に不利であるばかりか、二相組織におけるオー
ステナイト相が過剰になって二相の量的バランスを失う
。従って、Ｎｉ量は８．０％を上限とする。

【００１６】Ｍｏはステンレス鋼の耐食性の改善に大き
な効果を有する。ことに、孔食、すきま腐食抵抗性の改
善に著効を奏する。１．０％以上において、非酸化性酸
に対する耐食性、また塩化物を含む溶液中での孔食、粒
界腐食および応力腐食割れに対する抵抗性の顕著な向上
をみる。しかし、多量に加えると、耐食性の改善効果は
飽和し、かつσ相の析出による鋳造時の脆化が著しくな
るので、５．０％を上限とする。

【００１７】Ｎは通常有害な不純物元素として扱われる
が、本発明鋼では強度向上および耐食性改善を目的とし
て０．０５〜０．３％の範囲内で添加される。即ち、Ｎ
はＣと同じく強力なオーステナイト生成元素であり、且
つ侵入型固溶元素であるため、鋼基地の結晶格子に強い
格子歪みをもたらし、強度向上に顕著に寄与する。また
、Ｎは二相組織において、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等の主要元
素のフェライト相並びにオーステナイト相への分配率に
影響を与え、ことに耐食性に寄与する元素Ｃｒ、Ｍｏな
どをオーステナイト相へ高濃度で分配することにより二
相ステンレス鋼の耐食性、就中すきま腐食や孔食などの
局部腐食に対する抵抗性を高める。特に本発明鋼のよう
に、Ｃｒ及びＭｏ濃度が高く、そのフェライト相／オー
ステナイト相への分配率の差が顕著な、言い換えると偏
析の度合いの大きい合金系においては、Ｎの添加はこれ
らの耐食性元素をより高濃度でオーステナイト相に分配
しようとする作用を有し、従ってそれによる耐食性、と
くに局部腐食抵抗性の向上も顕著にあらわれる。この効
果を十分に発揮させるためにＮ量は少なくとも０．０５
％を必要とする。Ｎ量の増加に伴って効果も増すが、０
．３％をこえると窒化物として析出し、却って耐食性を
悪くする。Ｎは固溶状態にあってこそ強度向上および耐
食性の改善に著効を奏するのである。従って、Ｎ量は０
．０５〜０．３％とする。

【００１８】Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１６Ｎ（ＰＩ）は、耐ピッ
ティング性を左右するＣｒ，Ｍｏ，Ｎの各元素に各々係
数をかけて耐ピッティング性をあらわすインデックスで
ある。これらの係数は、Ｒｏｃｋｅｌ（Ｍ．Ｂ．Ｒｏｃ
ｋｅｌ　ＡＣＨＥＭＡ　ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ，ＦＲＡ
ＮＫＦＵＲＴ，１９７９）　の提唱した式Ｃｒ＋３Ｍｏ
１２Ｎの項を加えたもので、Ｎの係数は経験的に１６と
したものである。このピッティングインデックス（ＰＩ
）は、大きい程その材料の孔食電位が高くなるが、例え
ば、１０％ＦｅＣｌ３　，６Ｈ２　Ｏ，３０℃，２４Ｈ
ｒｓの腐食テスト環境でピッティングをおこさないため
には、その材料のピッティングインデックスの最少値は
実験的に３４．５である。

【００１９】

【実施例】表２に成分を示す１０種類の二相ステンレス
鋼１〜１０に１０％ＦｅＣｌ３　・６Ｈ２　Ｏ、２４ｈ
ｒｓのピッティングテストを実施した。テスト温度は２
５℃と３０℃の２種類とした。試験片の形状を図８に示
す。ピッティングテストの結果と機械的特性を調査した結果
を表３に示す。表３から明らかなように、本発明鋼はい
ずれも上記ピッティングテストをクリアし、機械的性質
および熱間加工性も優れる。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２１】

【発明の効果】本発明の二相ステンレス鋼は、耐ピッテ
ィング性に優れ、しかも、Ｃｕ、Ｃｏを使用しないので
、熱間加工性が良好で経済性も良い。

【図面の簡単な説明】

図１ＰＩとピッティングテストにおける腐食速度との関係を
示すグラフである。図２従来鋼および耐ピッティング性に優れた鋼におけるＰＩ
分布を示すグラフである。図３耐ピッティング性に優れた高ＰＩ鋼の引張性能を示すグ
ラフである。図４耐ピッティング性に優れた高ＰＩ鋼の硬度を示すグラフ
である。図５耐ピッティング性に優れた高ＰＩ鋼のフェライト量を示
すグラフである。図６耐ピッティング性に優れた高ＰＩ鋼からなる鋼管の周溶
接部の硬度を示すグラフである。図７周溶接部の硬度測定点を示す概略図である。図８ピッティングテストに使用した試験片の形状を示す概略
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　重量比でＣ：０．０８％以下、Ｓｉ：
０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｃｒ：１
９％以上、２６％未満、Ｎｉ：３．０〜８．０％、Ｍｏ
：１．０〜５．０％、Ｎ：０．０５〜０．３％、を含み
、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、且つＣｒ＋３
Ｍｏ＋１６Ｎ≧３４．５％を満足することを特徴とする
耐食性の優れた二相ステンレス鋼。