(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、C：0.04％以下、Si：0.0l〜1.0％、Mn：0.1〜1.5％、Cr：7〜15％、Ni：0.7〜8.0％、Al：0.001〜0.20％、Cu：0〜2％、S：0.01％以下、N：0.05％以下、残部Feおよび不可避の不純物からなり、さらに、下記の(1)-1式および(2)式を満足することを特徴とするカソード防食して使用される高耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼。
M=98+47C-1.1Cr+1.4Ni-150Al≧50  ・・・  (1)-1
P≦0.046-0.0008HRC  ・・・  (2)
但し、(1)-1式と(2)式の元素記号はそれぞれの元素の含有量（質量％）を示し、(2)式のHRCは焼入れしたままの鋼のロックウェルＣ硬度を示す。
【請求項２】
質量％で、C：0.04％以下、Si：0.0l〜1.0％、Mn：0.1〜1.5％、Cr：7〜15％、Ni：0.7〜8.0％、Al：0.001〜0.20％、Cu：0〜2％、S：0.01％以下、N：0.05％以下、下記第１群元素の１種以上、残部Feおよび不可避の不純物からなり、さらに、下記の(1)-2式および(2)式を満足することを特徴とするカソード防食して使用される高耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼。
0003555579.tif 000004
但し、(1)-2式と(2)式の元素記号はそれぞれの元素の含有量（質量％）を示し、(2)式のHRCは焼入れしたままの鋼のロックウェルＣ硬度を示す。
【請求項３】
質量％で、C：0.04％以下、Si：0.0l〜1.0％、Mn：0.1〜1.5％、Cr：7〜15％、Ni：0.7〜8.0％、Al：0.001〜0.20％、Cu：0〜2％、S：0.01％以下、N：0.05％以下、下記第２群元素の１種以上、残部Feおよび不可避の不純物からなり、さらに、下記の(1)-3式および(2)式を満足することを特徴とするカソード防食して使用される高耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼。
第２群元素…  Mo＋0.5Ｗで0.2〜3.0％となるMoおよびW
0003555579.tif 000005
但し、(1)-3式と(2)式の元素記号はそれぞれの元素の含有量（質量％）を示し、(2)式のHRCは焼入れしたままの鋼のロックウェルＣ硬度を示す。
【請求項４】
質量％で、C：0.04％以下、Si：0.0l〜1.0％、Mn：0.1〜1.5％、Cr：7〜15％、Ni：0.7〜8.0％、Al：0.001〜0.20％、Cu：0〜2％、S：0.01％以下、N：0.05％以下、下記第３群元素の１種以上、残部Feおよび不可避の不純物からなり、さらに、下記の(1)-1式および(2)式を満足することを特徴とするカソード防食して使用される高耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼。
0003555579.tif 000006
但し、(1)-1式と(2)式の元素記号はそれぞれの元素の含有量（質量％）を示し、(2)式のHRCは焼入れしたままの鋼のロックウェルＣ硬度を示す。
【請求項５】
質量％で、C：0.04％以下、Si：0.0l〜1.0％、Mn：0.1〜1.5％、Cr：7〜15％、Ni：0.7〜8.0％、Al：0.001〜0.20％、Cu：0〜2％、S：0.01％以下、N：0.05％以下、下記第１群元素の１種以上、下記第２群元素の１種以上、残部Feおよび不可避の不純物からなり、さらに、下記の(1)-4式および(2)式を満足することを特徴とするカソード防食して使用される高耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼。
0003555579.tif 000007
但し、(1)-4式と(2)式の元素記号はそれぞれの元素の含有量（質量％）を示し、(2)式のHRCは焼入れしたままの鋼のロックウェルＣ硬度を示す。
【請求項６】
質量％で、C：0.04％以下、Si：0.0l〜1.0％、Mn：0.1〜1.5％、Cr：7〜15％、Ni：0.7〜8.0％、Al：0.001〜0.20％、Cu：0〜2％、S：0.01％以下、N：0.05％以下、下記第１群元素の１種以上、下記第３群元素の１種以上、残部Feおよび不可避の不純物からなり、さらに、下記の(1)-2式および(2)式を満足することを特徴とするカソード防食して使用される高耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼。
0003555579.tif 000008
但し、(1)-2式と(2)式の元素記号はそれぞれの元素の含有量（質量％）を示し、(2)式のHRCは焼入れしたままの鋼のロックウェルＣ硬度を示す。
【請求項７】
質量％で、C：0.04％以下、Si：0.0l〜1.0％、Mn：0.1〜1.5％、Cr：7〜15％、Ni：0.7〜8.0％、Al：0.001〜0.20％、Cu：0〜2％、 S：0.01％以下、N：0.05％以下、下記第２群元素の１種以上、下記第３群元素の１種以上、残部Feおよび不可避の不純物からなり、さらに、下記の(1)-3式および(2)式を満足することを特徴とするカソード防食して使用される高耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼。
0003555579.tif 000009
但し、(1)-3式と(2)式の元素記号はそれぞれの元素の含有量（質量％）を示し、(2)式のHRCは焼入れしたままの鋼のロックウェルＣ硬度を示す。
【請求項８】
質量％で、C：0.04％以下、Si：0.0l〜1.0％、Mn：0.1〜1.5％、Cr：7〜15％、Ni：0.7〜8.0％、Al：0.001〜0.20％、Cu：0〜2％、S：0.01％以下、N：0.05％以下、下記第１群元素の１種以上、下記第２群元素の１種以上、下記第３群元素の１種以上、残部Feおよび不可避の不純物からなり、さらに、下記の(1)-4式および(2)式を満足することを特徴とするカソード防食して使用される高耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼。
0003555579.tif 000010
但し、(1)-4式と(2)式の元素記号はそれぞれの元素の含有量（質量％）を示し、(2)式のHRCは焼入れしたままの鋼のロックウェルＣ硬度を示す。
【請求項９】
Niの含有量が4.0質量％未満である請求項１から８までのいずれかに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれかに記載の鋼で製造されたカソード防食して海水中で使用される鋼管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、カソード防食の下で使用される高耐食性のマルテンサイト系ステンレス鋼に関する。このステンレス鋼は、炭酸ガスを含む雰囲気での耐食性に優れている。従って、炭酸ガスを含有する石油、天然ガスを輸送するラインパイプとして使用するのに適する。そのパイプを溶接のままで海水中でカソード防食して使用しても、割れが発生するおそれがない。
【０００２】
本発明のステンレス鋼は、シームレス鋼管、電縫鋼管、レーザー溶接鋼管、サブマージ・アーク溶接（SAW）管等の素材として好適なものであるが、鋼板、鋼棒、形鋼等の管以外の鋼製品として、炭酸ガスを含有する雰囲気に曝される各種の機器の材料としても使用することができる。そのような機器としては、例えば、脱炭酸ガス設備の配管、地熱発電用の配管、および炭酸ガス含有液のタンク等がある。なお、本発明にかかるステンレス鋼は、炭酸ガスとともに微量の硫化水素を含む環境下でも使用可能である。
【０００３】
背景技術
近年、石油または天然ガスを採取するための井戸の環境がますます過酷なものになっており、これらの流体を輸送する配管の腐食が大きな問題となっている。
【０００４】
この腐食に対処するため、従来、下記のような対策が採られてきた。(1)配管材料とし炭素鋼を用いる場合には、腐食を防止するためのインヒビターを使用する。(2)配管材料として、耐食性に優れる二相ステンレス鋼を使用する。
【０００５】
これらのいずれの場合にも、海水中に敷設する配管では、管の外面の防食のために、カソード防食が行われる。
【０００６】
上記(1)の方法では、管自体は安価であるが、インヒビターが高価で、かつ環境汚染を引き起こすおそれがある。一方、(2)の二相ステンレス鋼は、それ自体が高価である。
【０００７】
鋼の炭酸ガスに対する耐腐食性能（以下、耐炭酸ガス腐食性という）については多くの研究報告がある。例えば、A.Ikeda.et al.：Corrosion/83，NACE Houston. Paper No.45, 1983には、Crを7％以上にすることで100℃程度の高温の炭酸ガス含有水溶液中での炭酸ガス腐食を防止できることが報告されている。また、 M.Ueda，et al.：Corrosion/92,NACE Houston.Paper No.55, 1992 には、13Crマルテンサイト系ステンレス鋼にMoおよび／またはWを添加することで局部腐食性能
が改善されることが開示されている。
【０００８】
上記のような研究結果に基づいて、近年、13Cr系マルテンサイト系ステンレス鋼、例えばSUS410鋼、が耐炭酸ガス腐食性の配管材料して注目されている。この種の鋼は、焼入れ−焼戻しの熱処理を施して使用するものである。そして、溶接した場合には、溶接部の靱性確保と遅れ破壊防止を目的として、溶接後熱処理（Post Weld Heat Treatment、以下、略して PWHTと記す）を施すのが常識である（Kenji Satoh et al.：Corrosion/83，NACE Houston，Paper N0.56,1983）。
【０００９】
マルテンサイト系ステンレス鋼は、比較的安価で、しかも高強度でかつ耐食性にも優れており、インヒビターなしで使用できる。しかし、海水中で、例えば海底パイプライン等として使用する場合には、外面の防食のためにカソード防食を実施しなければならず、このカソード防食を施したときに、炭素鋼および二相ステンレス鋼にはない、大きな問題が生じる。
【００１０】
カソード防食というのは、腐食を受ける鋼材をカソードとして、防食電流を発生させて腐食電流を打ち消す防食法である。このとき、カソード反応によって水素が発生し、この水素が鋼材に侵入する。13Crマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接熱影響部は、溶接のままでは焼入れ組織になっていて、高硬度である。このような部分に水素が侵入すると、水素脆化による割れを引き起こす。
【００１１】
上記のカソード防食による割れは、溶接後の熱処理（PWHT）によってある程度は防止できると考えられる。しかし、従来の13Crマルテンサイト系ステンレス鋼では、PWHTを施してもなおカソード防食による割れの発生は確実には防止できない。しかも、このPWHTは、管を製造する工場で行うのは比較的容易であるが、パイプラインの敷設に際して現場で行う周溶接の後に、更にPWHTを行うのは大きな作業コストの増大を招く。
【００１２】
上記のような事情から、耐食性に優れ、しかもPWHTを施さなくても前記のカソード防食に伴う割れが発生しないマルテンサイト系ステンレス鋼が、強く要望されている。しかしながら、このカソード防食による溶接熱影響部の割れの防止を意図したマルテンサイト系ステンレス鋼は、未だ提案されていない。米国特許第5,383,983（特開平5-287455号公報に相当）には、TiまたはZrを必須成分とする耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼が開示されているが、その鋼もこのカソード防食による割れの防止まで考慮されているものではない。
【００１３】
発明の開示
本発明の目的は、下記(a)〜(c)の特性を併せ持つマルテンサイト系ステンレス鋼を提供することにある。
(a)耐食性、特に炭酸ガス、またはこれと共に微量の硫化水素を含む環境で優れた耐食性を有する。
(b)焼入れ−焼戻しの状態で 550MPa（80ksi）以上の耐力（0.2％耐力）を持つ。
(c)溶接のままで、PWHTを施さずに、使用してもカソード防食に伴う割れ発生のおそれがない。
【００１４】
本発明のもう一つの目的は、上記の特性を持つマルテンサイト系ステンレス鋼を素材とする鋼管を提供することにある。この鋼管には、シームレス鋼管並びに電縫鋼管、レーザー溶接管、SAW管等の溶接鋼管が含まれる。
【００１５】
本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼の基本的な化学組成は次のとおりである。
(A)質量％で、C：0.04％以下、Si：0.0l〜1.0％、Mn：0.1〜1.5％、Cr：7〜15％、Ni：0.7〜8.0％、Al：0.001〜0.20％、Cu：0〜2％、S：0.01％以下、N：0.05％以下、残部Feおよび不可避の不純物から成る組成。
(B)上記(A)の成分に加えて、更に、下記の第１群元素、第２群元素および第３群元素の少なくとも一つの群から選んだ１種以上の合金元素を含む組成。
0003555579.tif 000002
【００１６】
本発明のマルテンサイト系ステンレスは、上記(A)または(B)の基本組成を有し、さらに、下記の(1)-1から(1)-4までのいずれかの式、および(2)式を満足する。
0003555579.tif 000003
但し、(1)-1式から(1)-4式まで、および(2)式の中の元素記号はそれぞれの元素の含有量（質量％）を示し、(2)式中のHRCは鋼の焼入れままでのロックウェルＣ硬度を示す。なお、以下の説明では(1)-1式から(1)-4式までをまとめて(1)式と記す。
【００１７】
発明を実施するための最良の形態
本発明のステンレス鋼は、前記の基本組成と(1)式および(2)式によって規定される条件との総合的な効果として、前記(a)から(c)までの特性を備える。その中でも、溶接のままでカソード防食を行っても割れ発生のおそれがない、というのが本発明鋼の最も大きな特徴である。そこで、まず、この特徴について説明する。
【００１８】
溶接熱影響部は溶接入熱によって加熱され、その後、母材のチル効果で急冷される。その熱履歴は焼入れの熱履歴とほとんど同じである。従って、本発明者らは、溶接したままで使用することを前提とした場合、溶接熱影響部の腐食およびカソード防食による割れの現象は、焼入れのままの状態での鋼のそれによって評価できるものと考えた。そこで、13Crマルテンサイト系ステンレス鋼の焼入れのままの試料を作製し、その金属組織と耐炭酸ガス腐食性およびカソード防食による割れ発生の傾向を調査した。その結果、炭酸ガス腐食およびカソード防食による割れを防止するためには、下記１および２の条件を同時に満足させる必要があるという事実が明らかになった。
【００１９】
1.焼入れままの金属組織は、マルテンサイト率が95％以上の組織であること。
2.鋼のＰ（隣）の含有量と焼入れのままの状態での硬さ（HRC）との関係が  P≦0.046-0.0008HRC（前記の(2)式）を満たすこと。
【００２０】
このマルテンサイト率が95％に満たないということは、マルテンサイト以外の組織、例えばオーステナイトまたはフェライトの混入量が多いということであり、その場合にはカソード防食下での割れ発生が生じるようになる。これは、マルテンサイト組織以外の部分で腐食が促進され、その腐食反応によって水素が発生するために、鋼中に吸収される水素量も増大するからである。
【００２１】
焼入れのままでマルテンサイト率が95％以上の組織を得ることは、鋼の化学成分を調整することによって可能である。その成分調整の具体的な条件が前記の(1)式である。これは、本発明者らの多数の試験結果から得られた実験式である。
【００２２】
図１は、Ｃ：0.01〜0.039％、Si：0.31〜0.36％、Mn：1.09〜2.60％、Ｓ：0.003〜0.005％、Cr：11.7〜12.2％、Ni：1.8〜2.1％、Al：0.08〜0.11％、残部がFeの鋼において、Ｐの含有量と焼入れのままの硬さを様々に変化させた試験片を作製し、後述の実施例に示す炭酸ガス腐食試験とカソード防食下での割れ試験とを行った結果を示す図である。なお、試験片は焼入れのままでマルテンサイト率が95％以上の組織になるように（前記(1)式を満たすように）成分調整を行ったものであり、硬さはＣとMnの含有量の調整によって変化させた。
【００２３】
図１の直線Ｌの下方が、耐炭酸ガス腐食性に優れ、かつカソード防食下での割れが発生しない領域である。直線ＬはＰ＝0.046−0.0008HRCで表されるから、上記の望ましい領域は、Ｐ≦0.046−0.0008HRC（(2)式）で表すことができる。この(2)式の意味するところは、鋼のＰ含有量が低ければ焼入れままの硬さは比較的高くてもよい、逆に、Ｐ含有量が比較的高い場合には、焼入れままの硬さを低めにしなければならない、ということである。
【００２４】
以下、本発明鋼の基本組成を前述のように定めた理由を説明する。なお、本明細書において「％」は特にことわりがない限り「質量％」を意味する。
【００２５】
Ｃ：
Ｃの含有量が0.04％を超えると、焼入れままのマルテンサイト率が95％以上の鋼では硬度が高くなりすぎて、カソード防食下での割れを生じる。Ｃ％は低ければ低い程よい。従って、Ｃは0.04％以下とする。Ｃ％が低いほど溶接ままでの熱影響部の靱性も良好となる。従って、望ましい上限値は0.025％、さらに望ましいのは0.015％である。なお、経済的に製造することを考慮すれば、下限は0.001％程度である。
【００２６】
Si：
Siは、鋼の脱酸に必要な成分であるが、その含有量が1.0％を超えると熱間加工性が劣化する。従って、その上限値を1.0％と定めた。0.01％未満では脱酸効果が得られない。
【００２７】
Mn：
Mnも鋼の脱酸剤として必要な成分であるが、その含有量が1.5％を超えると熱間加工性が劣化する。従って、その上限値を1.5％と定めた。0.1％未満では脱酸効果が得られない。
【００２８】
Cr：
Crは耐炭酸ガス腐食性を向上させる成分である。7％未満では十分な耐炭酸ガス耐食性を得られない。一方、15％を超えると、焼入れのままで95％以上のマルテンサイト率を得ることが難しいので、Cr含有量は7〜15％とした。好ましいのは、9〜13％である。
【００２９】
Ni：
Niは焼入れのままで、95％以上のマルテンサイト率を得るため、0.7〜8.0％の範囲で含有量されている必要がある。0.7％未満ではフェライトの生成が増え、8.0％を超えるとオーステナイトの量が多くなるからである。Niの好ましいのは、0.7〜7.0％である。なお、Ni含有量が0.7から4.0％未満の低い範囲でも優れた特性が得られ、従って、材料のコストを下げることができるのも本発明鋼の特徴の一つである。
【００３０】
Al：
Alは上記のSiと同様に、製鋼過程で脱酸剤として必要な元素であるが、その含有量が0.001％未満では所望の脱酸効果が得られない。逆に、その含有量が0.20％を超えると、非金属介在物が多くなって耐食性が劣化する。よって、Al含有量は0.001〜0.20％とした。
【００３１】
Cu：
Cuは、必須の成分ではないが、鋼の腐食を抑制し、水素発生を減らしてカソード防食下での割れ発生を防止する効果があるので、必要に応じて添加することができる。ただし、その含有量が２％を超えるとその効果は飽和する。従って、Cuを添加する場合でもその含有量は２％までとするのがよい。
【００３２】
Ｎ：
Ｎの含有量が0.05％を超えると焼入れのままの溶接熱影響部の硬度が高くなりすぎて、カソード防食下での割れが発生しやすくなる。従って、Ｎは0.05％以下に抑えるべきである。
【００３３】
Ｐ：
Ｐの含有量が焼入れたままの鋼の硬さ（HRC）と関連づけて規制されていることが本発明鋼の大きな特徴の一つである。その規制の根拠は先に説明した。
【００３４】
なお、Ｐの含有量が0.03％を超えると、硫化水素環境での硫化物割れ性を高める作用が現れるので、その許容上限値を0.03％として上で前記の(2)式を満たすように調整するのが望ましい。
【００３５】
Ｓ：
Ｓも鋼中に不純物として存在するが、その含有量が0.01％を超えると熱間加工性を劣化させるので、その上限値を0.01％と定めた。少なければ少ない程よいが、経済的に製造可能な下限値は0.0007％程度である。
【００３６】
第１群元素（Nb、Ti、Zr）：
Nb、TiおよびZrは、Ｃを固定し、強度のばらつきを小さくするために必要に応じて１種以上を添加する。それぞれ0.005％未満では効果がなく、0.10％を超えると焼入れのままで95％以上のマルテンサイト率を実現することができず、更に焼入れのままの硬度も高くなりすぎて、カソード防食による割れ発生の危険が増す。なお、これらの元素は、１種だけの添加でも、２種以上の複合添加でもよい。
【００３７】
この第１群元素は、必須成分ではないから、全く添加しなくてもよい。但し、微量の添加でもＣを固定する効果はあるので、経済性も考慮してNbは 5×Ｃ（％）未満、Tiは４×Ｃ（％）未満、Zrは10×Ｃ（％）未満の範囲で含有させるのは望ましいことである。
【００３８】
第２群元素（Mo、Ｗ）：
MoおよびＷは、Crと共存して炭酸ガス環境での局部腐食を防止する元素である。従って、特に腐食条件が厳しい環境で使用される鋼には、Mo、Ｗのいずれか一方または両方を「Mo＋0.5Ｗ」として計算して0.2〜3.0％含有させるのが望ましい。0.2％未満では十分な耐局部腐食性の改善が得られない。一方、3.0％を超える含有量にしても効果の増大はほとんどない。
【００３９】
第３群元素（Ca、Mg、La、Ce）：
Ca、Mg、LaおよびCeは、いずれも鋼の熱間加工性を向上させるのに用いて有効である。したがって、その効果を得たい場合には、これらのうち1種または2種以上を選んで添加することができる。しかし、いずれの元素もその含有量が0.001％未満では上記の効果が得られない。一方、0.05％を超えると、鋼の耐食性を低下させる粗大な酸化物が生成する。従って、添加する場合には、含有量がそれぞれ0.001〜0.05％となるようにする。なお、これらの元素のうち特に好ましいのは、CaとLaである。
【００４０】
本発明のマルテンサイトステンレス鋼は焼入れ−焼戻しの熱処理を施されて使用される。その熱処理は通常の条件で行えばよい。例えばAr３点以上からの水焼入れと、それに続く600〜670℃×5〜60minの焼戻し処理を行えばよい。このような熱処理によって本発明鋼は、550MPa以上の耐力と優れた靱性を持つ鋼材となる。
【００４１】
溶接した場合は、前述のように溶接金属と接する溶接影響部は、焼入れされた状態になり、最も硬度が高くなる。このような状態のままであっても、本発明鋼の溶接熱影響部はマルテンサイト率が95％以上で、強度、靱性および耐食性において十分であり、かつ、カソード防食下で割れを生じるおそれもない。なお、溶接後に溶接熱影響部の軟化を目的として熱処理（PWHT）を施すのが更に望ましいことは言うまでもない。
次に、実施例によって本発明の作用効果をさらに具体的に説明する。
【００４２】
実施例
図２および図３に示される化学組成の溶湯を通常の電気炉で溶製し、脱硫の目的でアルゴン−酸素脱炭炉（AOD炉）を使用して精錬した後、直経500mmのインゴットに鋳造し、ついでこのインゴットに1200℃で熱間鍛造を施して直径150mmのビレツトを得た。このビレツトからマンネスマン製管法により外径168mm、肉厚12mmのシームレス鋼管を製造した。
【００４３】
上記のシームレス鋼管から、下記の試験材を作製した。
(a)950℃で30分間加熱した後、空冷または水冷した焼入れのままの管
(b)上記(a)の管に600℃×30分の加熱後、空冷する焼戻しを施した管
(c)上記(b)の管を周溶接した溶接管
【００４４】
(c)の溶接は、25Cr系の二相ステンレス鋼製の溶接材料を用いてガス・タングステン・アーク溶接法（GTAW）または被覆アーク溶接法（Shield Metal Arc Welding,略してSMAW）で、ASTM 1Gに従って行った。
【００４５】
上記(a)〜(c)の試験材を用いて、次の試験を実施した。
【００４６】
(A) 硬度測定
前記(a)の焼入れままのパイプから、その長手方向に垂直の断面を切り出し、HRC 硬度を測定した。
【００４７】
(B) マルテンサイト率
前記(a)の焼入れままのパイプからその長手方向に垂直の断面を切り出し、光学顕微鏡で100倍のミクロ金属組織を10視野観察してマルテンサイト率（面積率）を測定し、平均値を求めた。
【００４８】
(C) 引張り試験
前記(b)の焼入れ−焼戻し材から 直径4.Ommで平行部長さ20mmの試験片を採取し常温で引張試験を行い、0.2％耐力を求めた。
【００４９】
(D) シャルピー試験
前記(c)の溶接のままのパイプの溶接熱影響部からフルサイズのシャルピー試験片（10mm×10mm×55mm、2mmVノッチ）を切り出し、種々の温度で試験して脆性破面率が50％となる温度を求めた。
【００５０】
(E) 炭酸ガス腐食試験
前記(c)の溶接のままの試験材から22mm幅×3mm厚×76mm長の試験片を切り出し、600番エメリー紙で研磨した後、脱脂、乾燥したものを用いた。試験片は溶接熱影響部と溶接金属を含む位置から採取した。
上記の試験片を30気圧でCO２ガスを飽和させた5％NaCl水溶液（液温：125℃、流速：3.5m/s）に 720時間浸漬した。
その後、目視により試験片の局部腐食発生の有無を観察し、さらに試験片の腐食減量（試験前の試験片重量から試験後の試験片重量を差し引いた値）を測定し、その値を腐食速度（mm/年）に換算した。
【００５１】
(F) カソード防食下での割れ試験
前記(c)の溶接のままの試験材の溶接熱影響部と溶接金属を含む位置から採取した試験片を用いて、下記の条件で実施した。
試験溶液：人工海水
電位：−1300mV vs.SCE
試験温度：25℃
浸漬時間：720 時間
付加応力：母材の0.2％耐力の100％、
試験片：10mm幅×2mm厚×75mm長（4点曲げ試験片）
【００５２】
以上の試験結果を図４および図５に示す。これらの図において、各欄の"○"および"×"の意味は次のとおりである。
【００５３】
靱性の欄
○：脆性破面率50％を示す温度が−30℃以下。
×：脆性破面率50％を示す温度が−30℃を超える。
耐炭酸ガス腐食性の欄
○：腐食速度が0.05mm/年以下で、かつ局部腐食が見られない。
×：腐食速度が0.05mm/年を超え、かつ局部腐食が発生、または腐食速度が0.05mm/年以下だが局部腐食が発生。
カソード防食下での割れの欄
○：割れ発生なし。
×：割れが発生。
【００５４】
図２および図３に示した試験No.１〜44は本発明のステンレス鋼である。これらの鋼の焼入れのままでのマルテンサイト率および前記の(1)式で計算したＭの値は、図４および図５に表示してある。また、前記(2)式から計算される硬さ（HRC）の許容上限値、即ち、(0.046-P)/0.0008の値もこれらの図に併記した。
【００５５】
図４および図５の試験結果から明らかなように、どの鋼も焼入れのままでマルテンサイト率が95％以上であり、焼入れ−焼戻しの処理を施した後の0.2％耐力は550MPa以上である。そして、これらの鋼は、溶接のままでもカソード防食下で割れを発生させず、かつ、耐炭酸ガス腐食性にも優れている。
【００５６】
上記のような優れた特性は、基本的な化学組成が適切であること、前記(1)式を満たすことによって焼入れのままで95％以上のマルテンサイト率を持つこと、およびPの含有量と硬さ（HRC）の関係が前記(2)式を満たすことの総合的な作用効果によってもたらされるものである。
【００５７】
図３の試験No.45〜62の鋼は、比較例として作製されたものである。これらの中で、基本組成が本発明で定める範囲をはずれたNo.53〜55およびNo.60〜62の鋼は、図５に示すように、溶接のままの特性の一部または全部が劣る。
【００５８】
試験No.45、48〜52、および56〜59の鋼は、前記(2)式の条件を満たさない鋼である。即ち、焼入れのままの硬度が、(2)式で計算される許容上限値を超えているものである。これらの鋼では、いずれもカソード防食下で割れが生じている。試験No.46と47の鋼はＭの値が50に満たないものである。これらは、焼入れままでのマルテンサイト率が低く、そのために靱性が乏しく、カソード防食下で割れを生じている。
【００５９】
産業上の利用可能性
本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼は、耐炭酸ガス腐食性に優れた高強度、高靱性の鋼である。そして、溶接ままで、カソード防食下で使用しても割れ発生のおそれがない鋼である。この鋼は、炭酸ガスを含む原油等を輸送するラインパイプとして、特に海中でカソード防食を行いながら使用するのにきわめて好適である。この鋼は、溶接後の熱処理が不必要であるから、マルテンサイト系ステンレス鋼の経済性を十分に発揮でき、実用上大きな利点を有する。
【図面の簡単な説明】
図１は、マルテンサイト系ステンレス鋼におけるＰ（隣）の含有量および焼入れままの硬さと、耐食性との関係を示す図である。
図２は、実施例で使用した試験材の化学組成を示す表である。
図３は、同じく実施例で使用した試験材の化学組成を示す表である。
図４は、実施例の試験結果を示す表である。
図５は、同じく実施例の試験結果を示す表である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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