(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１５〜０．２２質量％，Ｓｉ：１．０質量％以下，Ｍｎ：０．２５〜１．００質量％，Ｐ：０．０２質量％以下，Ｓ：０．０１質量％以下，Ｃｒ：１２．０〜１４．０質量％，Ｃｕ：０．２５質量％以下，Ｎｉ：０．５０質量％以下、Ｖ：０．２００質量％以下，Ｎｂ：０．０５０質量％以下，Ｂ：２０ｐｐｍ以下を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなる鋼管を、その製造工程の最終で焼戻し処理を施して製造するに際し、
製品鋼管の目標製品特性である降伏強度と、それに影響を与える操業因子との間で重回帰分析を行い、下記（３）式で示す重回帰式を求めると共に、該（３）式を用い、製品鋼管の外径、肉厚及び目標製品特性である降伏強度の値に応じて、素材中のＶ，Ｎｂ，Ｂの値を、下記（１）式で定義する成分指標の値が当初値の±２０の範囲に収まるように調整し、定めることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼管用素材の決定方法。
Ｙｓ（Ｎ／ｍｍ２）＝２０２２．４１３＋０．２９６・ＯＤ−１．２１０・ＷＴ−０．０８２・Ｔ・Ｐａｒａｍｅｔｅｒ＋６．０３４・１０−２・Ｃ＋０．６２８・１０−３・Ｖ＋
７．９９２・１０−３・Ｎｂ＋０．７３０・１０−４・Ｂ                （３）
ここで、Ｙｓは、製品鋼管の目標降伏強度（Ｎ／ｍｍ２）、ＯＤは製品鋼管の外径（ｍｍ）、ＷＴは製品鋼管の肉厚（ｍｍ）、Ｔ・Ｐａｒａｍｅｔｅｒは下記（２）式で示す焼戻し指標である。
成分指標＝Ｖ(×１０−３)＋１０Ｎｂ（×１０−３）＋２Ｃ（×１０−２）＋２．５Ｂ（×１０−４）、単位：質量％                      （１）
焼戻し指標＝［焼戻し温度（℃）＋２７３］×［２０＋ｌｏｇ（均熱時間（分）／６０）］                                                （２）
【請求項２】
前記製品鋼管の目標製品特性の降伏強度及び（３）式に代え、目標製品特性が引張り強度で、（３）式が下記（４）式であることを特徴とする請求項１記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管用素材の決定方法。
Ｔｓ（Ｎ／ｍｍ２）＝２０８２．５０６＋０．２９４・ＯＤ−１．０６８・ＷＴ−０．０７７・Ｔ・Ｐａｒａｍｅｔｅｒ＋７．９４０・１０−２・Ｃ＋０．４４９・１０−３・Ｖ＋
６．４４８・１０−３・Ｎｂ＋０．６９０・１０−４・Ｂ                （４）
ここで、Ｔｓは、製品鋼管の目標引張り強度（Ｎ／ｍｍ２）である。
【請求項３】
前記製品鋼管の目標製品特性の降伏強度及び（３）式に代え、目標製品特性がロックウエル硬度で、（３）式が下記（５）式であることを特徴とする請求項１記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管用素材の決定方法。
ＨＲＣ（−）＝８４．１３１＋０．００４・ＯＤ−０．０８５・ＷＴ−０．００４・Ｔ・Ｐａｒａｍｅｔｅｒ＋０．２８１・１０−２・Ｃ＋０．０１４・１０−３・Ｖ＋０．３４７・１０−３・Ｎｂ−０．０２９・１０−４・Ｂ                （５）
ここで、ＨＲＣは、製品鋼管の目標ロックウエル硬度（―）である。
【請求項４】
前記鋼管が、継目無鋼管、電縫鋼管あるいは鍛接鋼管のいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管用素材の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼管用素材の決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルテンサイト系ステンレス鋼管は、油井の掘削等の過酷な環境条件下でも有効に使用される。油井の環境は、炭酸ガスを含む場合、鋼管に耐食性が要求されるからである。また、ＡPI（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅの略で、アメリカ石油協会）には、現在１３質量％Ｃｒ含有マルテンサイト系ステンレス鋼管としてＬ８０しか登録されていないが、近年の油井環境の深厳化に伴い、一部ユーザからは、より高強度の機械特性を要求されている。その鋼管として要求される機械特性は、表１に示すように、降伏強度Ｙｓが８０〜１２５ｋｓｉの範囲で５つのグレードに大別できる。なお、ここで言う鋼管とは、継目無鋼管だけでなく、電縫鋼管及び鍛圧鋼管も含むものである。
【０００３】
【表１】
0003982193.tif 000002
【０００４】
ところで、この５つのグレードに対応する鋼管を製造するため、鋼管の製造業者は、例えば表１に示したような３つの成分規格を設け、各グレードに応じて、鋼管の形状、成分、熱処理温度を個々に設計して、鋼管を製造しているのが現状である。また、特開平１１−３４３５１９号公報に開示されているように、鋼中のＭｏ含有量と、鋼管の熱処理条件との関係で降伏強度Ｙｓを満足させる技術もある。
【０００５】
しかしながら、成分規格が多いと、それに合うように素材を溶製する必要があり、溶製方法が異なるためにコストの増大を招く。また、特開平１１−３４３５１９号公報記載の技術では、今一歩Ｙｓの達成精度が良好でないのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、従来の成分規格数を少なく統合しても、顧客の要求機械特性を満足するマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造が可能な素材の決定方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化した。
【０００８】
すなわち、本発明は、Ｃ：０．１５〜０．２２質量％，Ｓｉ：１．０質量％以下，Ｍｎ：０．２５〜１．００質量％，Ｐ：０．０２質量％以下，Ｓ：０．０１質量％以下，Ｃｒ：１２．０〜１４．０質量％，Ｃｕ：０．２５質量％以下，Ｎｉ：０．５０質量％以下、Ｖ：０．２００質量％以下，Ｎｂ：０．０５０質量％以下，Ｂ：２０ｐｐｍ以下を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなる鋼管を、その製造工程の最終で焼戻し処理を施して製造するに際し、
製品鋼管の目標製品特性である降伏強度と、それに影響を与える操業因子との間で重回帰分析を行い、下記（３）式で示す重回帰式を求めると共に、該（３）式を用い、製品鋼管の外径、肉厚及び目標製品特性である降伏強度の値に応じて、素材中のＶ，Ｎｂ，Ｂの値を、下記（１）式で定義する成分指標の値が当初値の±２０の範囲に収まるように調整し、定めることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼管用素材の決定方法。
Ｙｓ（Ｎ／ｍｍ２）＝２０２２．４１３＋０．２９６・ＯＤ−１．２１０・ＷＴ−０．０８２・Ｔ・Ｐａｒａｍｅｔｅｒ＋６．０３４・１０−２・Ｃ＋０．６２８・１０−３・Ｖ＋
７．９９２・１０−３・Ｎｂ＋０．７３０・１０−４・Ｂ                （３）
ここで、Ｙｓは、製品鋼管の目標降伏強度（Ｎ／ｍｍ２）、ＯＤは製品鋼管の外径（ｍｍ）、ＷＴは製品鋼管の肉厚（ｍｍ）、Ｔ・Ｐａｒａｍｅｔｅｒは下記（２）式で示す焼戻し指標である。
成分指標＝Ｖ(×１０−３)＋１０Ｎｂ（×１０−３）＋２Ｃ（×１０−２）＋２．５Ｂ（×１０−４）、単位：質量％                      （１）
焼戻し指標＝{焼戻し温度（℃）＋２７３}×{２０＋ｌｏｇ（均熱時間（分）／６０）}                                                （２）
また、本発明は、前記製品鋼管の目標製品特性の降伏強度及び（３）式に代え、目標製品特性が引張り強度で、（３）式が下記（４）式であることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼管用素材の決定方法である。
Ｔｓ（Ｎ／ｍｍ２）＝２０８２．５０６＋０．２９４・ＯＤ−１．０６８・ＷＴ−０．０７７・Ｔ・Ｐａｒａｍｅｔｅｒ＋７．９４０・１０−２・Ｃ＋０．４４９・１０−３・Ｖ＋
６．４４８・１０−３・Ｎｂ＋０．６９０・１０−４・Ｂ                （４）
ここで、Ｔｓは、製品鋼管の目標引張り強度（Ｎ／ｍｍ２）である。
さらに、本発明は、前記製品鋼管の目標製品特性の降伏強度及び（３）式に代え、目標製品特性がロックウエル硬度で、（３）式が下記（５）式であることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼管用素材の決定方法である。
ＨＲＣ（−）＝８４．１３１＋０．００４・ＯＤ−０．０８５・ＷＴ−０．００４・Ｔ・Ｐａｒａｍｅｔｅｒ＋０．２８１・１０−２・Ｃ＋０．０１４・１０−３・Ｖ＋０．３４７・１０−３・Ｎｂ−０．０２９・１０−４・Ｂ                （５）
ここで、ＨＲＣは、製品鋼管の目標ロックウエル硬度（―）である。
【０００９】
この場合、前記鋼管は、継目無鋼管、電縫鋼管あるいは鍛接鋼管のいずれであっても良い。
【００１０】
本発明によれば、成分規格を外れる素材であっても、焼戻し条件の調整によって、目標鋼管特性を達成できるようになる。その結果、従来より成分規格数が低減でき、素材の溶製負荷が低減するばかりでなく、素材の製造コストが低減する。また、焼戻しにおける熱エネルギーの省力が達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
まず、本発明の対象であるマルテンサイト系ステンレス鋼管の主な化学組成は、Ｃ：０．１５〜０．２２質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：０．２５〜１．００質量％、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、Ｃｒ：１２．０〜１４．０質量％、Ｃｕ：０．２５質量％以下、Ｎｉ：０．５０質量％以下とする。これは、前記ＡＰＩ規格でＬ８０グレード（１３Ｃｒ）として規定されている組成である。本発明では、このＬ８０の組成にさらにＶ、Ｎｂ、Ｂを添加したものを素材とすることにした。それらの添加理由は、下記の通りである。
Ｖ：０．２００質量％以下、
Ｖは、Ｃ又はＮと化合し、オーステナイト粒界に析出して結晶の粒成長を抑止することで、鋼の強度を向上させる。しかし、過度な添加は、粒界の脆化につながり、特に連続鋳造機での曲げ加工時に鋳片に欠陥を発生させるので、上限を０．２００質量％に抑える。
Ｎｂ：０．０５０質量％以下
Ｎｂは、Ｖと同様、Ｃ又はＮと化合し、オーステナイト粒界に析出して鋼に析出強化の効果を持つ。また、その析出温度はＶよりも高いため、Ｖに比べ微量添加で同等の効果を呈する。そこで、経済的な観点より、上限０．０５０質量％とした。
Ｂ：０．００２０質量％以下
Ｂは、微量添加で鋼材の焼入れ硬化性を増すが、過剰に添加すると、鋼が脆化するので、上限を０．００２０質量％とした。
そして、これらの成分を前記５つのグレードに対応するように、規格化して製鋼工場で素材を溶製している（表１参照）。しかしながら、前記したように、多種類の素材を溶製することは、コストの増大を招くので、できるだけ規格数を減らすことが好ましい。つまり、同一規格の素材でも特性の異なる製品鋼管が入手できれば良い。
【００１３】
そこで、発明者は、製品特性に影響を及ぼす要因について検討した。その際、製品鋼管の降伏強度、引張り強度及び硬度について重相関分析を行ったところ、表２に示すような関係を得た。つまり、降伏強度の例で説明するならば、該強度と選択した要因との間には、下記（３）式で示す重相関関係が成立することがわかった。
Ｙｓ（Ｎ／ｍｍ2）＝２０２２．４１３＋０．２９６・ＯＤ−１．２１０・ＷＴ−０．０８２Ｔ・Ｐａｒａｍｅｔｅｒ＋６．０３４×１０-2・Ｃ＋０．６２８×１０-3・Ｖ＋７．９９２×１０-3・Ｎｂ＋０．７３０×１０-4・Ｂ            （３）
ここで、ＯＤは製品鋼管の外径（ｍｍ）、ＷＴは肉厚（ｍｍ），Ｔ・Ｐａｒａｍｅｔｅｒは、焼戻し指標であり、一般に（２）式で表す。
【００１４】
焼戻し指標＝[焼戻し温度（℃）＋２７３]×[２０＋ｌｏｇ（均熱時間（分）／６０）]                                                （２）
【００１５】
【表２】
0003982193.tif 000003
【００１６】
これは、重相関係数が０．９３と非常に大きい関係であったので、従来のＹｓ実績データと上記式で計算したＹｓとの関係を調べると、図１に示すように、計算値と実績値が一致していた。なお、引張り強度Ｔｓ及び硬度(この場合、ロックウエル硬度ＨＲＣを採用)についても、図２及び図３にそれぞれ示すように非常に良い結果になった。
【００１７】
この結果は、製品鋼管の外径及び肉厚が決定されると、成分がある程度変動しても、焼戻し指標を変化させることで相殺できることを示している。つまり、前記成分規格が若干異なっても、製品鋼管のＹｓ，ＴｓあるいはＨＲＣを同一にできる。他言すれば、焼戻し指標を予め決めれば、素材の成分を逆に決定できることになる。そこで、発明者は、重要成分であるＣ，Ｖ，Ｎｂ及びＢを一括して下記（１）式に示す成分指標を作成し，その値が変動しても、焼戻し指標で補える範囲を見出すことにした。その結果、その値が±２０の範囲内であることがわかり、本発明を完成させたのである。
成分指標＝Ｖ(×１０-3)＋１０Ｎｂ（×１０-3）＋２Ｃ（×１０-2）＋２．５Ｂ（×１０-4）、単位：質量％                      （１）
さらに言えば、Ｃｒ鉱石の品位によりＶ，Ｂの鋼材汚染量は増減し、所定の機械的特性を得るには焼戻し温度を変更する必要がある。その際、炉の処理能力に余裕があると言っても、経済的損失を少しでも回避するため、炉温変更によるロスタイムを減らしたい。そのためには、Ｖ，Ｂの最大汚染量を想定し、汚染が少ない場合には、Ｖ，Ｂを積極的に添加すれば良い。しかしながら、積極添加を行うと、かえって経済的損失が大きくなる。そこで、本発明では、前記成分指標で、各元素の機械的特性との相関を指数化し、比較的相関の強いＮｂを微量添加することで調整するようにしたのである。
【００１８】
以下、実施例において、本発明を具体的に説明する。
【００１９】
（実施例１）
マルテンサイト系ステンレス鋼でＹｓが５５０〜６５０ＭＰａの継目無鋼管を製造した。しかも、その生産量が少なかったので、焼戻し温度や焼戻し時間を自由に設定できる余裕があった。そこで、従来は表３の比較例１に示すような成分規格に対応する素材を、転炉で高価なフェロクロムを添加して溶製していたが、その規格からＢ，Ｖが高い方に外れる成分の素材でもって前記焼戻し指標の値で調整し、製造することにした。
【００２０】
そのため、前記（２）式の焼戻し温度を従来の７００℃より７２５℃へ上昇し、焼戻し時間（つまり、（２）式の均熱時間のこと）を従来の３０分より長い５０分に設定した。その結果、上記（１）式の成分指標の値を，（２）式の焼戻し指標とのバランスにより、従来より７１４だけ大きくしても良いことがわかった。つまり、その大きくなった分だけ、表３の本発明１及び１´に示したように、素材が含有するＢ，Ｖを高くできる。
【００２１】
このことを実際に確認するため、安価で低純度（Ｂ，Ｖが多い）のＣｒ鉱石を転炉で溶融還元してステンレス鋼製造用の母溶湯を製造し、その後転炉で脱炭してマルテンサイト系ステンレス鋼を溶製した。そして、得られた溶鋼を連続鋳造して鋼鋳片にしてから、分塊工場で丸ビレットとし、該ビレットを素材にマンドレル・ミル方式で継目無鋼管を製造した。その際の焼戻しは、前記設定した温度で５０分間行い、後に製品鋼管の降伏強度Ｙｓを測定した。その結果、従来の成分規格の素材で製造したものとほぼ同程度の６０２ＭＰａという値を得た。
【００２２】
【表３】
0003982193.tif 000004
【００２３】
（実施例２）
マルテンサイト系ステンレス鋼でＹｓが５５０〜６５０ＭＰａの電縫鋼管を製造した。その生産量が多かったので、焼戻し温度や焼戻し時間（つまり、（２）の均熱時間）を自由に設定できる余裕がない。そのため，上記焼戻し時間を極力短くすべく素材のＢ，Ｖ，Ｎｂを低下させ、さらに、前記（２）式の焼戻し温度を炉の最大能力である７５５℃に設定した。その結果、上記（１）式の成分指標の値が、（２）式の焼戻し指標とのバランスで、従来より４３０だけ小さくしても良いことがわかった。つまり、その小さくなった分だけ、表４の本発明２に示したように、焼戻し時間を５分まで短くできる。
【００２４】
このことを実際に確認するため、転炉で、安価で低純度（Ｂ，Ｖが多い）のＣｒ鉱石を用いるが、その投入量を規制し、Ｖ，Ｂの溶鋼汚染を減らしてマルテンサイト系ステンレス鋼を溶製した。そして、該溶鋼を連続鋳造して鋼鋳片にしてから、圧延工場で熱間圧延鋼帯とし、該鋼帯を素材に電縫鋼管を製造した。その際の焼戻しは、前記設定した温度で５分行い、後に製品鋼管の降伏強度Ｙｓを測定した。その結果、従来の成分規格の素材で製造したものとほぼ同程度の６０８ＭＰａという値を得た。
【００２５】
【表４】
0003982193.tif 000005
【００２６】
また、これらの結果は、素材の溶製にＶのばらつき防止のため使用できなかった安価原料のＣｒ鉱石の溶融還元が適用できることを示しており、素材製造コストの大幅な低減となる。さらに、表５に示すように、従来は製品のグレード別に有していた成分規格の幾つかを統合し、成分規格数の低減も達成できた。さらに、焼戻し時間の短縮もできるようになり、省エネルギーにもなった。
【００２７】
【表５】
0003982193.tif 000006
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、成分規格数を従来より少なくしても、ＡＰＩのグレードを満足するマルテンサイト系ステンレス鋼管が製造できるようになる。その結果、従来は素材の溶製に使用できなかったＣｒ鉱石の溶融還元法が採用できるようになり、素材製造コストの低減が達成できた。また、製品のグレード別に有していた成分規格の幾つかを統合し、成分規格数の低減も達成できたばかりでなく、焼戻し時間の短縮もできるようになり、省エネルギーにもなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をなす基礎となった鋼管の降伏強度Ｙｓの計算値と実績値との関係を示す図である。
【図２】本発明をなす基礎となった鋼管の引張り強度Ｔｓの計算値と実績値との関係を示す図である。
【図３】本発明をなす基礎となった鋼管のロックウエル硬度ＨＲＣの計算値と実績値との関係を示す図である。
【図１】
0003982193.tif 000007
【図２】
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【図３】
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