(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｎ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１〜０．３％、Ｍｎ：０．１％以上０．２％未満，Ｃｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：５．０％超え８％以下、Ｍｏ：１．５〜３％、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、Ｃ＋Ｎ：０．０２０％超え０．０４％以下を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｎ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１〜０．３％、Ｍｎ：０．１％以上０．２％未満，Ｃｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：５．０％超え８％以下、Ｍｏ：１．５〜３％、さらにＷ：０．１〜３％、Ｃｕ：０．１〜３％の１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、Ｃ＋Ｎ：０．０２０％超え０．０４％以下を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｎ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１〜０．３％、Ｍｎ：０．１％以上０．２％未満，Ｃｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：５．０％超え８％以下、Ｍｏ：１．５〜３％、さらにＴｉ，Ｎｂの１種または２種を０．０１〜０．１％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、Ｃ＋Ｎ：０．０２０％超え０．０４％以下を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｎ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１〜０．３％、Ｍｎ：０．１％以上０．２％未満，Ｃｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：５．０％超え８％以下、Ｍｏ：１．５〜３％、さらにＷ：０．１〜３％、Ｃｕ：０．１〜３％の１種または２種、Ｔｉ，Ｎｂの１種または２種を０．０１〜０．１％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、Ｃ＋Ｎ：０．０２０％超え０．０４％以下を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、湿潤炭酸ガス、および湿潤硫化水素を含む環境下で用いられるラインパイプ等に適する溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油、天然ガスの輸送用パイプラインに用いられる鋼材には、使用環境に応じた耐食性と現地溶接性（パイプラインが施工される現地での継手溶接における溶接部の割れ防止に必要な予熱、後熱処理）に優れていることが要求され、Ｘ５０，Ｘ６５グレードの炭素鋼鋼管が用いられることが多かった。
【０００３】
近年、湿潤炭酸ガス，湿潤硫化水素を含む環境が増加し、耐食性の観点から、ステンレス鋼の使用が検討されるようになってきたが、既存のステンレス鋼はラインパイプ用として必ずしも十分な性能ではなく、新たな開発が望まれてきた。
【０００４】
すなわち、湿潤炭酸ガス、湿潤硫化水素を含む環境に対して良好な耐食性を有する０．２Ｃ−１３Ｃｒ系は溶接を必要としない油井管用であり、溶接割れ防止のためには高い予熱、後熱温度を必要とし、現地溶接性が重視されるパイプライン用としては適当でない。２２Ｃｒ，２５Ｃｒ等２相ステンレス鋼は予熱、後熱処理は必要ないものの高価であり、大量の鋼材を必要とするパイプラインには使用し難い。
【０００５】
そこで、特開平６−１００９４３号公報、特開平４−２６８０１８号公報、特開平８−１００２３５号公報、特開平８−１００２３６号公報などはＣ量を低下させた１３Ｃｒ系を提案しているが、湿潤炭酸ガスと湿潤硫化水素の両者を含む環境での耐食性と現地溶接性を同時に十分な性能で満足しているとは言い難い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、湿潤炭酸ガスと湿潤硫化水素の両者を含む環境で使用可能であり、且つ、溶接性、製造性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するため、マルテンサイト系ステンレス鋼の成分について種々検討し、以下の知見を得た。湿潤炭酸ガス中での酸に対する耐食性にはＣｒが有効であること、そして、湿潤硫化水素を含む環境で問題となる耐硫化物応力腐食割れ性についても、鋼材への水素の進入量を低減させるため、湿潤硫化水素に対する耐食性を向上させることが重要であり、Ｃｒとともに一定量以上のＭｏを添加すること、および、脱硫元素Ｍｎと脱酸元素Ｓｉの低減が有効であること、さらに、溶接性、製造性に関してはＣ，Ｎ量の制御の有効なことを見出した。すなわち、本発明は湿潤炭酸ガスと湿潤硫化水素の両者に対する耐食性、および、溶接性、製造性が良好なマルテンサイト系ステンレス鋼であり、以下の構成をとる。（尚、製造性が良好とは、機械的特性が熱処理など製造条件の変動に対し、安定していることを意味する。）
１．質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｎ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１〜０．３％、Ｍｎ：０．１％以上０．２％未満、Ｃｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：５．０％超え８％以下、Ｍｏ：１．５〜３％、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、Ｃ＋Ｎ：０．０２０％超え０．０４％以下を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
【０００８】
２．質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｎ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１〜０．３％、Ｍｎ：０．１％以上０．２％未満、Ｃｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：５．０％超え８％以下、Ｍｏ：１．５〜３％、さらにＷ：０．１〜３％、Ｃｕ：０．１〜３％の１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、Ｃ＋Ｎ：０．０２０％超え０．０４％以下を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
【０００９】
３．質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｎ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１〜０．３％、Ｍｎ：０．１％以上０．２％未満、Ｃｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：５．０％超え８％以下、Ｍｏ：１．５〜３％、さらにＴｉ，Ｎｂの１種または２種を０．０１〜０．１％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、Ｃ＋Ｎ：０．０２０％超え０．０４％以下を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
【００１０】
４．質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｎ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１〜０．３％、Ｍｎ：０．１％以上０．２％未満、Ｃｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：５．０％超え８％以下、Ｍｏ：１．５〜３％、さらにＷ：０．１〜３％、Ｃｕ：０．１〜３％の１種または２種、Ｔｉ，Ｎｂの１種または２種を０．０１〜０．１％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、Ｃ＋Ｎ：０．０２０％超え０．０４％以下を満足する耐食性と溶接性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に発明鋼の成分およびその限定範囲について説明する。
【００１２】
Ｃ：０．０２％以下、鋼中のＣｒと炭化物を形成し強度を高める元素であるが、過剰に添加すると耐食性に有効なＣｒ量を減少させる。また、溶接熱影響部の硬さを上昇させ、溶接後熱処理が必要となるため上限を０．０２％とする。
【００１３】
Ｎ：０．０２％以下、鋼中のＣｒと化合物を形成し、耐食性に有効なＣｒ量を減少させる。また、溶接熱影響部の硬さを上昇させるため上限を０．０２％とする。
【００１４】
Ｓｉ：０．１〜０．３％、脱酸剤として添加されるが、０．１％以下では脱酸効果がない。Ｓｉが過剰に添加されるとデルタフェライトが晶出して耐食性が低下するので、相バランスを保つため、Ｎｉ量の増量が必要となるため、上限を０．３％とする。
【００１５】
Ｍｎ：０．１％以上０．２％未満、製鋼上、脱硫剤として添加されるが、０．１％以上では効果がなく熱間加工性も低下し、過剰に添加すると炭酸ガス、硫化水素環境下での耐食性が低下するため０．２％未満とする。
【００１６】
Ｃｒ：１０〜１３％、湿潤炭酸ガスを含む環境中での耐食性向上に有効な元素であるが、１０％以下ではその効果が得られない。含有量の増加に従い、耐食性は向上するが、強力なフェライト生成元素であり、マルテンサイト組織とするため高価なオーステナイト生成元素であるＮｉの増量が必要となるので上限を１３％とする。
【００１７】
Ｎｉ：５．０％を超え８％以下、マルテンサイト組織を得るため必要な元素であるが、５．０％以下ではフェライト相が多くなり、靭性、耐食性を損ない、８％を超えると高価な元素のため、経済性が低下するので、含有量範囲を５．０％を超え８％以下とする。
【００１８】
Ｍｏ：１．５〜３％、耐食性に有効な元素であるが、１．５％未満ではその効果が十分でない。フェライト生成元素のため、３％を超えて添加すると、相バランスを確保のため、高価なＮｉの添加が必要となるため、含有量範囲を１．５〜３％とする。
【００１９】
Ｃ＋Ｎ：０．０２０％超え０．０４％以下、Ｃ，Ｎの個々の元素は上述した限定範囲内で添加されるが、本発明では更に、Ｃ＋Ｎについて規定する。目標強度の耐力６００〜７００ＭＰａを得るために０．０２０％超えるＣ＋Ｎとし、溶接熱影響部の硬さを目標硬さの３５０Ｈｖ以下に抑制するために０．０４％以下のＣ＋Ｎとする。
【００２０】
Ｗ，Ｃｕ：０．１〜３％、いずれも強度、耐食性に有効な元素であり、添加する場合は０．１％未満では効果が十分でなく、３％を超えると熱間加工性が劣化するので０．１〜３％とする。
【００２１】
Ｔｉ，Ｎｂ：０．０１〜０．１％、いずれも鋼中のＣと炭化物を形成し、結晶粒を微細化する効果により、強度と靭性を向上させる元素であるが、添加する場合は０．０１％未満では効果が十分でなく、０．１％を超えると効果が飽和するので０．０１〜０．１％とする。
【００２２】
本発明鋼は、所定の成分範囲に調整できれば、転炉、電気炉またはそれらの合わせ湯等、いずれの方法で溶製してもよい。溶製後、連続鋳造機または鋳型でビレット、スラブとしたのち、熱間圧延で鋼管、鋼板などの所定の形状に加工し、熱処理で目標の強度とする。熱処理は加工後の冷却や、焼準により変態マルテンサイト組織とした後、焼戻しにより強度の調整を行うとよい。
【００２３】
【実施例】
表１に示す化学成分の鋼を真空溶解炉を用いて溶製し、熱間圧延で板厚１２ｍｍの鋼板とした後、耐力：６００〜７００ＭＰａを目標に焼き入れ、焼戻しを行った。実操業を想定し、スラブ加熱温度９００℃±１０℃から水冷後、６４０℃±５℃で焼戻しを行った。
【００２４】
熱処理後、耐食性、溶接性について調査を行った。湿潤炭酸ガスに対する耐食性試験は５％ＮａＣｌ−３０ａｔｍＣＯ２の溶液で１８０℃、９６時間の条件で行い、腐食量が０．３ｍｍ／ｙ以下を合格とした。湿潤硫化水素に対する耐食性を評価する試験としての耐硫化物応力腐食割れ試験（耐ＳＳＣ試験）はＮＡＣＥで定めているＴＭ０１７７の試験法に準拠した。
【００２５】
試験条件は、１ａｔｍのＨ２Ｓを飽和させた５％ＮａＣｌ＋０．５％酢酸水溶液中で耐力の６０％を負荷し、７２０時間で破断しない場合を合格とした。溶接性試験は現地溶接における予熱、後熱の必要性の有無の判定が目的で、再現ＨＡＺ部を作成し、その硬さが３５０Ｈｖ以下を合格とした。
【００２６】
表２に試験結果を示す。本発明鋼であるＡ〜Ｊは強度、耐食性、耐硫化物応力腐食割れ性（耐ＳＳＣ性：湿潤硫化水素に対する耐食性）、硬さとも良好な結果を示す。一方、比較鋼ＫはＣｒ量が少なく、十分な耐食性を示さない。比較鋼Ｌは脱酸剤としてのＳｉ量が多く、比較鋼Ｍは脱硫剤としてのＭｎ量が多いため、耐硫化物応力腐食割れ性（耐ＳＳＣ性）が悪い。
【００２７】
また、比較鋼ＮはＭｏ量が低いため、耐硫化物応力腐食割れ性（耐ＳＳＣ性）が悪い。比較鋼ＯはＮｉ量が低いためデルタフェライトが析出し耐食性が低下する。比較鋼ＰはＣ＋Ｎ量が低く十分な強度が得られない。比較鋼ＱはＣ，Ｎ量がともに高いため強度が高く、溶接性試験での硬さが不合格となった。
【００２８】
【表１】
0003620319.tif 000002
【００２９】
【表２】
0003620319.tif 000003
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、湿潤炭酸ガス、湿潤硫化水素を含む環境下で優れた耐食性、且つ、良好な溶接性を有するマルテンサイト系ステンレス鋼が得られ、石油、天然ガス用ラインパイプに使用でき、工業上著しい効果を有する。