(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ  ：０．１０〜０．１８％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：０．１〜１．５％、
Ｐ  ：０．０２％以下、
Ｓ  ：０．０１％以下、
Ｃｒ：１２〜１４％、
Ｎｉ：１〜３％、
Ａｌ：０．３％以下、
Ｎ  ：０．００１〜０．０８％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼を熱間圧延法により造管した後、Ａｃ1点以上Ａｃ3点以下の温度に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却し、しかる後、Ａｃ1点以下の温度で焼戻し処理することを特徴とする低温靭性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。
【請求項２】
重量％で、
Ｃ  ：０．１０〜０．１８％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：０．１〜１．５％、
Ｐ  ：０．０２％以下、
Ｓ  ：０．０１％以下、
Ｃｒ：１２〜１４％、
Ｎｉ：１〜３％、
Ａｌ：０．３％以下、
Ｎ  ：０．００１〜０．０８％
を含有し、さらに、
Ｍｏ：０．５％以下、
Ｃｕ：１．５％以下、
Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、
Ｃａ：０．００１〜０．０１％
の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼を熱間圧延法により造管した後、Ａｃ1点以上Ａｃ3点以下の温度に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却し、しかる後、Ａｃ1点以下の温度で焼戻し処理することを特徴とする低温靭性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。
【請求項３】
重量％で、
Ｃ  ：０．１０〜０．１８％、
Ｓｉ：０．５以％下、
Ｍｎ：０．１〜１．５％以下、
Ｐ  ：０．０２％以下、
Ｓ  ：０．０１％以下、
Ｃｒ：１２〜１４％、
Ｎｉ：１〜３％、
Ａｌ：０．３％以下、
Ｎ  ：０．００１〜０．０８％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼を熱間圧延法により造管した後、Ａｃ3点以上９５０℃以下の温度域に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却し、Ａｃ1点以上Ａｃ3点以下の温度に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却し、しかる後、Ａｃ1点以下の温度で焼戻し処理することを特徴とする低温靭性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。
【請求項４】
重量％で、
Ｃ  ：０．１０〜０．１８％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：０．１〜１．５％以下、
Ｐ  ：０．０２％以下、
Ｓ  ：０．０１％以下、
Ｃｒ：１２〜１４％、
Ｎｉ：１〜３％、
Ａｌ：０．３％以下、
Ｎ  ：０．００１〜０．０８％
を含有し、さらに、
Ｍｏ：０．５％以下、
Ｃｕ：１．５％以下、
Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、
Ｃａ：０．００１〜０．０１％
の１種または２種以上を含有し，残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼を熱間圧延法により造管した後、Ａｃ3点以上９５０℃以下の温度域に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却し、Ａｃ1点以上Ａｃ3点以下の温度に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却し、しかる後、Ａｃ1点以下の温度で焼戻し処理することを特徴とする低温靭性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温靭性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マルテンサイト系ステンレス鋼は、ＡＩＳＩ４２０鋼に代表されるように、強度、耐ＣＯ2腐食性に優れ比較的安価であることから１９８０年頃より油井管として適用されてきた。通常は製管後，焼き入れ・焼戻し処理して製造されるが、低温靭性が不十分であるため寒冷地での使用が制限されている。そこで，優れた低温靭性を得るための製造方法として、特開平３−７５３０８号公報などに見られるような、オーステナイト化後の冷却速度を大きくし粗大クロム炭化物の析出を抑制する製造方法や、特開平５−２６３１３４号公報などに見られるような、焼戻し後の冷却速度を大きくし粗大クロム炭化物の析出を抑制する製造方法や、特開平４−２１０４５３号公報などに見られるようなオーステナイト化時の昇温速度を大きくしかつ保定時間を短くしてオーステナイト粒径の粗大化を防止する製造方法や、特開昭６３−２３８２１７号公報や特開昭６３−２４１１１７号公報などに見られるように加工熱処理法を利用する製造方法などが提案されている。しかしながら、これらの策をとってもなお降伏応力が６５０ＭＰａを超える高強度材においては十分な低温靭性が得られていないのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような問題点を解決しようとするものであって、降伏応力が６５０ＭＰａを超える高強度を有しかつ優れた低温靭性を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、成分の異なる種々の素材に対して種々の熱処理を行い、低温靭性について研究を重ねた結果、Ｃを０．１０％以上０．１８％以下，Ｎｉを１％以上３％以下に調整した１３％Ｃｒ鋼を熱間圧延法により造管した後、Ａｃ1点以上Ａｃ3点以下の温度に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却するとマルテンサイト母相中に残留オーステナイトが微細に分散した組織となり、これをＡｃ1点以下の温度で焼戻し処理すると低温靭性が大幅に向上することと、上記成分範囲内であれば熱間加工性を劣化させるδフェライトの析出を防止できることを知見した。
【０００５】
本発明はこのような知見に基づいて構成したものであり，その要旨とするところは、重量％で、
Ｃ  ：０．１０〜０．１８％、      Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：０．１〜１．５％以下、      Ｐ  ：０．０２％以下、
Ｓ  ：０．０１％以下、            Ｃｒ：１２〜１４％、
Ｎｉ：１〜３％、                  Ａｌ：０．３以下％、
Ｎ  ：０．００１〜０．０８％
を含有し、さらに，必要に応じて、
Ｍｏ：０．５％以下、              Ｃｕ：１．５％以下、
Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、    Ｃａ：０．００１〜０．０１％
の１種または２種以上を含有し，残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼を熱間圧延法により造管した後、必要に応じてＡｃ3点以上９５０℃以下の温度域に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却し、Ａｃ1点以上Ａｃ3点以下の温度に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却し、しかる後、Ａｃ1点以下の温度で焼戻し処理することを特徴とする低温靭性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。マルテンサイト系ステンレス鋼の代表的鋼種であるＡＩＳＩ４２０鋼（０．２％Ｃ−１３％Ｃｒ）をＡｃ1点以上Ａｃ3点以下の温度に加熱すると逆変態オーステナイトが生成するが、続いて室温まで空冷以上の速度で冷却すると逆変態したオーステナイトはマルテンサイトに変態するため残留オーステナイトはほとんど生成しない。ところがＣ量を０．１８％以下に低減し、オーステナイト安定化元素であるＮｉを１％以上添加した成分の鋼をＡｃ1点以上Ａｃ3点以下の温度に加熱すると逆変態したオーステナイト相中にＮｉが濃化しオーステナイトの安定性が高くなるため、室温まで空冷以上の速度で冷却してもオーステナイトが保持される。すなわち、マルテンサイト母相中に残留オーステナイトが微細に分散した組織となる。これをＡｃ1点以下の温度で焼戻し処理すると低温靭性が大幅に向上する。逆変態したオーステナイトの安定性を向上させるにはＮｉ量は多いほどよいが、多すぎると、Ａｃ1点が低下し強度調質可能範囲が制限されるので、Ｎｉ添加量の上限を３％とした。Ａｃ1点以上Ａｃ3点以下の温度に加熱して逆変態したマルテンサイトを室温まで冷却するときにマルテンサイト変態するのを防止するためにはＣ量は低いほどよいが、熱間加工性を劣化させるδフェライトの生成を防止するため下限を０．１％とした。
【０００７】
熱間圧延法により造管した後、Ａｃ1点以上Ａｃ3点以下の温度に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却する熱処理を行う前に、Ａｃ3点以上９５０℃以下の温度域に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却する熱処理を行うと、低温靭性を一層向上させることができる。これは、熱間圧延法により造管した後オーステナイトと未固溶炭化物の共存温度域に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却すると、未固溶炭化物の粒界ピンニングによるオーステナイト粒成長の抑制効果によりオーステナイト粒径を細粒化することができ、また、固溶炭素が少ないので空冷以上の速度で冷却すると粒界への粗大クロム炭化物の析出を抑制できるからである。
【０００８】
必要に応じてＡｃ3点以上９５０℃以下の温度域に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却し、Ａｃ1点以上Ａｃ3点以下の温度に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却したマルテンサイトと残留オーステナイトの２相混合組織を、Ａｃ1点以下の温度で焼戻し処理すると所要の強度・靭性が得られるが、焼戻し温度がＡｃ1点を超えると降伏応力が急激に低下するため強度を安定的に造り込むことができない。それゆえ焼戻し温度をＡｃ1点以下とした。
【０００９】
本発明におけるマルテンサイト系ステンレス鋼管の成分限定理由は以下の通りである。
Ｃ：Ｃは０．１８％を超えると耐食性及び靭性の劣化が生じるので上限を０．１８％とした。また、０．１０％より少ないと熱間加工温度域でδフェライトが析出して熱間加工性を劣化させるので加減を０．１０％とした。
【００１０】
Ｓｉ：Ｓｉは製鋼工程において脱酸剤として添加されるものである。０．５％を越えて含有されると靭性が劣化することから、上限を０．５％とした。
【００１１】
Ｍｎ：Ｍｎはオーステナイト安定化元素であり、熱間加工時にδフェライトの析出を抑制することにより圧延疵防止に有効であるが、０．１％未満ではその効果は発現されず，１．５％を超えて添加すると粒界強度を低下させ靱性が劣化するので，最適添加範囲を０．１％〜１．５％とした。
【００１２】
Ｐ：Ｐは粒界に偏析して粒界強度を低下させ、靱性を劣化させる不純物元素であり、可及的低レベルが望ましいが、現状精錬技術の到達可能レベルとコストを考慮して、上限を０．０２％とした。
【００１３】
Ｓ：Ｓは熱間加工性及び靭性を劣化させる不純物元素であり、可及的低レベルが望ましいが、現状精錬技術の到達可能レベルとコストを考慮して、上限を０．０１％とした。
【００１４】
Ｃｒ：Ｃｒは耐食性向上の基本元素であり、十分な耐食性を得るには１２％以上の添加が必要であるが、フェライト安定化元素でもあり、多すぎると熱間加工時にδフェライトが析出して熱間加工性を劣化するため、上限を１４％とした。
【００１５】
Ｎｉ：Ｎｉはオーステナイト安定化元素であり、圧延疵につながるδフェライトの生成を抑止するとともに、マルテンサイト母相中に残留オーステナイトを微細分散させ靭性を向上させるのに有効であるが、１％未満ではその効果は発現されず、３％を超えて添加するとＡｃ1点が低下し強度調質可能範囲が制限されることから，最適添加量を１％〜３％とした。
【００１６】
Ａｌ：Ａｌは製鋼工程において脱酸及び脱硫を促進させるために添加される。０．３％を超えて含有されると靭性が劣化することから、上限を０．３％とした。
【００１７】
Ｎ：Ｎは窒化物を形成し結晶粒粗大化を抑制する効果があるが，０．００１％未満ではその効果は発現されず、０．０８％を超えて添加すると靭性が劣化するため，最適添加量を０．００１％〜０．０８％とした。
【００１８】
Ｍｏ：ＭｏはＰの粒界偏析を抑制し靭性向上に有効な元素であり，必要に応じて添加するが、フェライト安定化元素でもあり、多すぎると熱間加工時にδフェライトが析出して熱間加工性を劣化するため、上限を０．５％とした。
【００１９】
Ｃｕ：ＣｕはＮｉと同様に耐腐食性向上に有効な元素であるとともに、オーステナイト安定化元素でありδフェライトの生成を抑止し圧延疵防止に有効であるため，必要に応じて添加するが、１．５％を越えて添加すると粒界に過剰に偏析して粒界強度を低下させるため熱間加工性が著しく劣化するため、上限を１．５％とした。
【００２０】
Ｔｉ：ＴｉはＳによる熱間加工性劣化を抑制するものであり、必要に応じて添加するが、０．００１％未満ではその効果が発現されず、０．０５％を超えて添加してもその効果は飽和し，逆に粗大な窒化物を析出して靭性を低下させるため、最適添加量を０．００１％〜０．０５％とした。
【００２１】
Ｃａ：ＣａはＳによる熱間加工性劣化を抑制するものであり、必要に応じて添加するが、０．００１％未満ではその効果が発現されず、０．０１％を越えて添加するとＣａ系介在物が増加して耐硫化物応力割れ性が劣化するので、最適添加量を０．００１％〜０．０１％とした。
【００２２】
本発明鋼は、主にマンネスマン方式の熱間圧延法によって継目無管に造管される。ここでいうマンネスマン方式の圧延法とは矩形断面もしくは丸断面の管材を用い、プレスロース穿孔法あるいはマンネスマン穿孔法により穿孔した後、必要に応じて傾斜圧延機（エロンゲータ）により延伸し、さらにプラグミルあるいはマンドレルミルにより造管していくプロセスを意味する。
【００２３】
【実施例】
表１に示す成分の外径１７７．８ｍｍ，肉厚１１．５ｍｍの熱間圧延ままの鋼管に表１に示す条件で熱処理を施して６５０ＭＰａを超える高強度に調質し、Ｖノッチシャルピー衝撃試験（JIS Z 2242，フルサイズ，Ｌ方向）を行い破面遷移温度を求めた。また、降伏応力を引張試験（JIS Z 2241）により求めた。結果を表１に示す。表１において２相域処理とはＡｃ1点以上Ａｃ3点以下の温度に加熱し続いて室温まで冷却する熱処理を意味する。
【００２４】
本発明（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０）によれば降伏応力が６５０ＭＰａを超える高強度を有しかつ破面遷移温度が−３０℃以下の良好な低温靭性が得られることが明らかである。特に、Ａｃ1点以上Ａｃ3点以下の２相域温度に加熱する熱処理を行う前に、Ａｃ3点以上９５０℃以下の温度域に加熱し続いて室温まで空冷以上の速度で冷却する熱処理を行うと、いっそう優れた低温靭性が得られることが明らかである（本発明Ｎｏ．９，１０）。一方、比較例（Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１８）ではいずれも破面遷移温度が０℃以上であり良好な低温靭性は得られていない。
【００２５】
【表１】
0003921809.tif 000002
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば，降伏応力が６５０ＭＰａを超える高強度を有しかつ優れた低温靭性を有するマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法を提供する。