JPS63293111A - マルテンサイト系ステンレス鋼継目無管の製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、機械的性質と耐応力腐食割れ性に優れたマル
テンサイト系ステンレス鋼の継目無管の製造方法に関す
る。

（従来の技術） マルテンサイト系ステンレス鋼継目無管は、強度、靭性
および耐食性が同時に要求される油井管、油送管として
用いられ、特に、耐Ｃ０ｆｆ１腐食性に優れているため
、Ｃｏｔを含む石油、ガスを対象とする油井管等に賞月
されている。しかし、Ｃ０ｆｉを含む環境は同時に微量
のＨＩＳを含むことが多く、マルテンサイト系ステンレ
ス鋼は一般に硫化物応力割れ（ＳＳＣ）感受性が高いた
め、現状ではその用途が制約されている。

油井管用等の継目無管は、通常、マンネスマンプラグミ
ル方式、マンネスマンマンドレル方式等の傾斜圧延法で
製造され、その後焼入れ一焼戻しくＱＴ）処理を受けて
所定の機械的性質が付与される。従来は、製管終了後、
一旦室温まで冷却された管を再加熱して焼入れするのが
普通であったが、近年、工程の合理化と省エネルギーの
ために、製管工程に引き続いて直ちに急冷して焼入れす
る直接焼入れ法（ＤＱ）が採用されつつある。

第１図に示すのが従来のＱＴプロセス、第２図に示すの
がＤＱのプロセスである。これらいずれのプロセスでも
、焼戻し工程では製品鋼管の強度を確保するため、加熱
温度が制限される。

本発明者の研究によれば、マルテンサイト系ステンレス
鋼の耐ＳＳＣ性は、焼入れによって生じたマルテンサイ
トのラス構造が、焼戻しによってくずれ、微細な再結晶
フェライト粒と微細分散炭化物から成る組織となワたと
きに改善される。しかし、上述のように、従来のプロセ
スでは焼戻し温度に制約があるため、再結晶が不十分で
マルテンサイトのラス構造が残存し、耐ＳＳＣ性が良く
ない。

上記の知見によれば、マルテンサイト系ステンレス鋼の
耐ＳＳＣ性を向上させるには、焼戻し温度を高くするの
が有効であるが、そのためには、高温焼戻しでも強度の
低下の少ない、いわゆる焼戻し軟化抵抗の大きい鋼が必
要となる。

マルテンサイト系ステンレス鋼の焼戻し軟化抵抗を高め
る手段としては、例えば、特開昭５８−２５４１８号お
よび特開昭６０−２１３２４号の公報に示されている方
法がある。しかし、これらの公報に示されているのは、
耐ＳＳＣ性の向上まで考慮した発明ではなく、継目無管
という特殊な製品の製造プロセスに配慮したものでもな
い０例えば、特開昭６０−２１３２４号公報の発明は、
ＤＱプロセスにおいて残留オーステナイト量を調整して
焼戻し軟化抵抗を向上させようという試みであるが、こ
の残留オーステナイトから新たなマルテンサイトが生成
して、これが耐ＳＳＣ性を低下させる要因となる。

本発明は、油井管等に使用される継目無管として必要な
強度、靭性とともに、Ｃｏｔ　、ＩＩ！Ｓを含む環境下
でも優れた耐食性、特に耐ＳＳＣ性を有するマルテンサ
イト系ステンレス鋼の継目無管を製造する新しい方法を
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） 本発明者は、マルテンサイト系ステンレス鋼の焼戻し軟
化抵抗と加工熱処理との関係を詳細に検討して次の知見
を得た。即ち、成る程度以上の加工硬化状態にあるマル
テンサイト系ステンレス鋼を直接焼入れした後焼戻しを
行うと、焼戻し時に析出する炭化物が、従来の通常ＱＴ
材および完全再結晶後のＤＱ材に比較して、著しく微細
になり、焼戻し軟化抵抗が大きくなる。しかも、析出炭
化物が微細化するために靭性の改善も同時に達成される
。かかる知見を継目無管の製造方法に応用したのが本発
明であって、その要旨は、「マルテンサイト系ステンレ
ス鋼のビレットから熱間で穿孔圧延して継目無管を製造
する方法において、穿孔圧延の後、未再結晶温度域で５
％以上の加工を施し、次いで少なくとも５００℃までを
５０℃／分以上の冷却速度で冷却し、容積で８０％以上
がマルテンサイトである組織となし、Ａｃ＋点以下で焼
戻しすることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス
鋼継目無管の製造方法」にある。

熱間でビレットを穿孔圧延して継目無管を製造する方法
には多くの方式があるが、本発明方法はその全てに通用
できる０例えば、継目無鋼管の製造法としてよく用いら
れるマンネスマン製管法では、ピアサ−またはプレスピ
アシングミルで穿孔した後、プラグミル、アラセルミル
、マンドレルミル等のいずれか、またはそれらの組合せ
で所定の肉厚まで加工された後、エロンゲータ−、リー
ラ−、ストレッチレデューサ−、サイザーなどのひとつ
或いはそれ以上の組合せで仕上げられる。

再結晶温度以下の圧延は、加工硬化状態を得るために行
うのであり、次いで加工硬化状態のままマルテンサイト
変態させることが重要である。従って、再結晶温度以下
での加工は、上記の圧延工程のうち、一つまたはそれ以
上で実施してよい。

ただし、再結晶温度以下での圧延は、靭性に異方性をも
たらすことがあり、これを避けるには肉厚圧下を行う圧
延工程、例えば、プラグミル、マンドレルミル、リーラ
−、エロンゲータ−による再結晶温度以下での加工がよ
り好ましい。

製造法によっては、途中で再加熱を行う場合があるが、
再加熱以前に再結晶温度以下の加工を行っても再加熱に
よって加工硬化状態が緩和されるので、所期の効果が期
待できない、従って、再加熱を行う工程をとる場合には
、再加熱後に再結晶温度以下で加工する必要がある。

本発明方法は、マルテンサイト系ステンレス鋼一般を素
材とする継目無管の製造に適用できる。

即ち、素材鋼の化学組成に特別の制限はない、ただし、
代表的な化学組成を例示すれば、下記のとおりである。

重量％で、Ｃ＋　０．００１〜０．４％、Ｓｉ　ｊ　１
％以下、Ｍｎ　：　０．０５〜２％、Ｃｒ：８〜１６％
、ｓｏｌ、　Ａ　１　：０．００５〜０．１％、ｐ、ｓ
それぞれ０．０３％以下、残部Ｆｅおよび不可避不純物
から成るもの、または、これに下記の各成分を必要に応
じて１種以上更に含有するもの。

Ｍｏ　：　２％以下、Ｎ：　０．０１〜０．１５％、Ｂ
：０．０１％以下、Ｔｉ：０．５％以下、Ｖ：０．５％
以下、Ｎｂ　ｊ　０゜５％以下、Ｎｉ：５％以下。

第３図はマンネスマンプラグミル方式による本発明方法
の加工熱処理パターンを示すものである。

同図に沿って本発明方法の各工程を詳しく説明する。

ビレットの加熱は、中心部まで均一に加熱しミクロ偏析
を除去した状態で次工程の穿孔および圧延を行うために
十分な温度と時間が必要である。

温度範囲は１０５０〜１２５０℃が適当である。　１０
５０℃より低温の加熱では次工程での変形抵抗が大きす
ぎる。また１２５０℃より高温での加熱では、スケール
の発生が著しくなって歩留り低下と表面肌荒れを招くだ
けでなく、δフェライトが生成し易くなって製管性能が
低下する。

ピアサ−での穿孔工程は常法によりおよそ１０５０〜１
２５０℃で行われる。プラグミルによる肉厚圧下は、通
常９５０〜１１５０℃で行われるが、この温度を再結晶
温度以下に下げて圧延してもよく、未再結晶域での圧下
度が大きい程、靭性、耐ＳＳＣ性は向上する。前記のよ
うな組成のマルテンサイト系ステンレス鋼の再結晶温度
はおよそ９５０℃である。

次のリーラ−、サイザーでの圧延は未再結晶温度域、即
ち、およそ９５０℃以下で行う、なお、靭性の異方性を
避けるために、肉厚圧下を行うり−ラーでの加工を主と
するのが望ましい。

未再結晶温度域での加工は５％以上が必要である。加工
度の定義は下記の式による。

ｄ　：　加工後の直径 前に貯えられる加工歪が不十分なため、その後の焼戻し
過程での炭化物の析出形態は、通常焼入れ材と同様であ
り、十分な焼戻し軟化抵抗が付与できない。

サイザーでの加工が終わった後は、直ちに焼入れを行う
、この時の冷却速度は重要であり、少な（とも５００℃
の温度までは５０℃／分以上の冷却速度にしなければな
らない、未再結晶温度域で加工を受けた状態では、ＯＣ
Ｔ曲線図において炭化物析出のノーズが高温かつ短時間
側に移動するので、歪が多く残留している粒界に炭化物
が析出し易（なる、しかし、本発明方法によれば、従来
より高温で焼戻しすることができるから、粒界炭化物が
ある程度析出しても焼戻しによって球状化され、靭性は
かえって向上する。但し、粗大な炭化物が析出すると高
温焼戻しでも球状化が困難となるから冷却速度を早くし
て粗大炭化物の析出を抑えなければならない、そのため
に圧延終了温度から５００℃までを５０℃／分以上の速
度で冷却する。

冷却終了温度は、Ｍ３点以下で８０％（体積）以上のマ
ルテンサイトが生成する温度域とする。マルテンサイト
量が８０９４より少ないと、未変態のオーステナイトは
その後の焼戻し工程でフェライト＋炭化物に分解し、強
度が低下するだけでなく耐ＳＳＣ性と靭性も大幅に劣化
する。かかる理由から焼入れによって、９５％以上をマ
ルテンサイト化しておくことが望ましい。

焼戻しは、Ａｃ、点板下の温度で行う、焼戻しの温度と
時間を変えて強度を自在に調整できるのがマルテンサイ
ト系ステンレス鋼の特徴であるが、Ａｃ１点を越える温
度に加熱するとオーステナイトが生成し、これが冷却時
にマルテンサイト変態して靭性と耐ＳＳＣ性を劣化させ
る。焼戻しの均熱時間は製品鋼管のサイズにもよるが、
およそ３０分程度でよい。

本発明方法に従って前述のように加工熱処理を受けた鋼
管は、焼戻し時に析出する炭化物が微細になるので、焼
戻し軟化抵抗が大きい、従って、強度低下の懸念なしに
焼戻し温度を高くすることができ、マルテンサイトのラ
ス構造が再結晶によりくずれた微細再結晶フェライト＋
微細分散炭化物の組織となし、靭性と耐ＳＳＣ性を大幅
に向上させることができる。一方、焼戻しを従来のとお
りに行えば、耐ＳＳＣ性と靭性を低下させずに、一層高
強度の鋼管が得られる。

焼戻し後の冷却は空冷でもよいが、高クロム鋼に特有の
焼戻し脆性を避けるため、より早い冷却、例えば水冷が
望ましい。

以下、実施例によって、本発明の効果を具体的に説明す
る。

（実施例） 第１表に示す７種類のマルテンサイト系ステンレス鋼’
ｌｒ　ｔ９　Ｉ！し、１００鶴φＸ３００ｗｊのビレッ
トとした後、第２表に示すそれぞれの条件で製管した。

製品鋼管のサイズは、外径２５０鰭φに統一し、圧下率
により肉厚を変化させた。

各製品鋼管から試験片を採り、下記の試験を行った。

引張試験・・・平行部直径４Ｍの引張試験片による０、
２％耐力と引張強さ。

靭性試験・・・５ａｓＸ１０鶴×５５ｆｉの２龍Ｖノツ
チシヤルピ一試験片によるし、 Ｃ両方向のｖＴｒｓ　ｅ 耐ＳＳＣ性 し方向・・・第４図に示すシェル型水平３点曲げ試験片
で応力を変化させ、 耐ＳＳＣ性の指標であ４Ｓｃ値を測 定、但し、Ｓｃ値−５ｈｔ（ｋｓｉ）／１０で、ｓｈｔ
は第４図において５０％ の確率で割れが発生する応力Ｓ。

試験条件は、０．５％ＣＨｚＣＯＯＨ＋１　ａｔｓ＋　
ｖ１和Ｈ１ｓ　１２０℃、５００１１ｒ。

Ｃ方向・・・第５図に示すＣリング試験片によりσＬｋ
／　σＶＰを求めた。

σ１は応力を変化させたとき割 れを生じない最大の応力、σＶＰ は０．２％耐力に相当する応力。

試験条件は、０．５％ＣＨＩＣＯＯＨ ５％ＮａＣｊ　＋　１　ａｔｅ飽和ＯＳＳ　。

２５℃、５００　Ｈｒ。

試験の結果を第２表にまとめて示す。

第２表中、阻１〜１４は本発明の実施例に相当する。こ
のうち、−〇、１〜７はそれぞれの鋼種につき従来のＱ
Ｔ材（−１５〜１７）よりも高い温度で焼戻しされてい
るが、強度は同等で靭性と耐ＳＳＣ性は大きく向上して
いる０本発明法の１１ｋｉ８〜１４は従来のＱＴ材と同
じ焼戻し温度としたものであるが、靭性と耐ＳＳＣ性の
低下はなく、高強度が得られている。

胤２２は、ＤＱ材であるが９５０℃以下（未再結晶温度
域）での圧下を行っていないものである。従来のＱＴ材
よりは幾分焼戻し軟化抵抗が上昇しているが耐ＳＳＣ性
は本発明方法によるものより劣る。

−２３は焼入れ時の冷却終了温度が高いためマルテンサ
イトの量が不足し、強度が著しく低い、また、臘２４は
加工終了後５００℃までの冷却速度が小さく、粗大炭化
物析出のため靭性が低い。

（発明の効果） 上記実施例の結果にも明らかなとおり、本発明の方法に
よれば、焼戻し温度を高めにすることによって、強度を
低下させることなく、靭性と耐ＳＳＣ性を向上させるこ
とができ、また、焼戻し温度を従来どおりにすれば、著
しく高強度化された継目無鋼管を製造することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、継目無鋼管製造における従来のＱＴプロセス
の例を示す図、 第２図は、同じ＜ＤＱ（直接焼入れ）のプロセスの例を
示す図、 第３図は、本発明の継目無鋼管製造方法の加工熱処理パ
ターンの一例を示す図、 第４図は、Ｌ方向の耐ＳＳＣ性試験に用いたシェルタイ
ブの３点曲げ試験の説明図、 第５図は、Ｃ方向の耐ＳＳＣ性試験に用いたＣリング試
験の説明図、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マルテンサイト系ステンレス鋼のビレットから熱間で穿
   孔圧延して継目無管を製造する方法において、穿孔圧延
   の後、未再結晶温度域で５％以上の加工を施し、次いで
   少なくとも５００℃までを５０℃／分以上の冷却速度で
   冷却し、容積で８０％以上がマルテンサイトである組織
   となし、Ａｃ＿１点以下で焼戻しすることを特徴とする
   マルテンサイト系ステンレス鋼継目無管の製造方法。