(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｐ ：０．０３％以下、Ｓ ：０．００１９％以下、Ｃｒ：１０〜１４％、Ｎｉ：２〜８％、Ｍｏ：０．５〜３％、Ｃｕ：０．５超〜３％、Ａｌ：０．２％以下、Ｎ ：０．００１〜０．０５％、Ｂ ：０．０００５〜０．０２％、Ｏ ：０．００５％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする表面品質に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管。
【請求項２】
請求項１記載の成分の鋼に、さらに質量％で、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％、ＲＥＭ：０．００１〜０．０５％、Ｚｒ：０．０１〜０．０５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％の１種または２種以上を含有することを特徴とする表面品質に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管。
【請求項３】
請求項１又は２記載の成分の鋼に、さらに質量％で、Ｎｂ：０．０５〜０．５％、Ｖ ：０．０５〜０．５％、Ｗ ：０．５〜３％の１種または２種以上を含有することを特徴とする表面品質に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間加工時に圧延疵を生じない表面品質に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管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、ＡＩＳＩ ４２０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が、近年では、高温かつ多量のＣＯ2やそれに加えてＨ2Ｓを含む油井環境にも適応しうるために、ＡＩＳＩ ４２０鋼より優れた耐食性を有する鋼が開発されてきた。例えば、特公昭５９−１５９７８号公報や特公平３−２２２７号公報などに見られるような低Ｃ−Ｎｉ−Ｍｏ添加鋼、あるいは特開平２−２１７４４４号公報などに見られるような低Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｏ添加鋼といった鋼種（いわゆるModified１３Ｃｒ鋼と称される鋼種）が提案されている。さらに、溶接性を改善してラインパイプとしても適用されてきている。
【０００３】
一般に、合金量が多くなると、耐食性は向上する反面、加工性が悪化する。上記鋼の油井管やラインパイプはマンネスマン方式の圧延法によって継目無管に製管されるのが通例である。従来マンネスマン圧延は熱間加工方法の中でも最も苛酷な加工方法として知られており、これらの鋼は，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕといった合金元素を多量に含むため、マンネスマン方式の圧延法によって製管する際圧延疵が発生することがあった。
【０００４】
このような圧延疵の問題に対して、特開平８−１２０３４５号公報などに見られるように熱間加工温度域での組織をオーステナイト単相に制御するためにＣｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｃ，Ｎ等の主要合金元素添加量バランスを調整する方法や、特公平３−６０９０４号公報などに見られるように、ＰやＳに代表される熱間加工性に有害な不純物の含有量を特に低く制限する技術が提案されてきている。しかしながら、これらの策をとってもなお、熱間加工に伴う疵の問題は解決できていないのが現状である。特に、耐食性を向上させるためにＣｕを０．５質量％を超えて添加した鋼は、表層酸化層直下に濃縮したＣｕの粒界偏析により粒界強度が低下し、表層部の熱間加工性が低下するため、圧延疵を防止することが困難であった。
【０００５】
このように、従来提案されてきた技術では、Ｃｕを０．５質量％を超えて含有するModified１３Ｃｒ鋼を、マンネスマン方式の圧延法によって継目無管に製管する時に発生する圧延疵の問題を解決することは困難であった。
【０００６】
【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、Ｃｕを０．５質量％を超えて含有するModified１３Ｃｒ鋼を、マンネスマン方式の圧延法によって継目無管に製管する時の圧延疵を防止し、表面品質に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管を提供することを目的とする。
【０００７】
【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熱間加工性について研究を重ねた結果、本鋼種においては、Ｃｕを０．５％超〜３質量％以下に制限し、Ｓを０．００１９質量％以下に制限し、さらに、Ｂを０．０００５〜０．０２質量％添加すれば、表層部の熱間加工性が著しく改善し、マンネスマン方式の圧延法によって継目無管に製管する場合の圧延疵を防止できること、を知見した。
【０００８】
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、その要旨は以下の通りである。
（１） 質量％で、 Ｃ ：０．００１〜０．０５％、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｍｎ：０．１〜１．５％、 Ｐ ：０．０３％以下、 Ｓ ：０．００１９％以下、 Ｃｒ：１０〜１４％、 Ｎｉ：２〜８％、 Ｍｏ：０．５〜３％、 Ｃｕ：０．５超〜３％、 Ａｌ：０．２％以下、 Ｎ ：０．００１〜０．０５％、 Ｂ ：０．０００５〜０．０２％、 Ｏ ：０．００５％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする表面品質に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管。
（２） 上記（１）記載の成分の鋼に、さらに質量％で、 Ｃａ：０．００１〜０．０１％、 Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％、 ＲＥＭ：０．００１〜０．０５％、 Ｚｒ：０．０１〜０．０５％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０５％の１種または２種以上を含有することを特徴とする表面品質に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管。
（３） 上記（１）又は（２）記載の成分の鋼に、さらに質量％で、 Ｎｂ：０．０５〜０．５％、 Ｖ ：０．０５〜０．５％、 Ｗ ：０．５〜３％の１種または２種以上を含有することを特徴とする表面品質に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。１．５質量％のＣｕを含有するModified１３Ｃｒ鋼（０．０２Ｃ−０．０２Ｎ−１．５Ｃｕ−１２．２Ｃｒ−５．８Ｎｉ−２．０Ｍｏ一０．００１８Ｓ）の熱間加工性に及ぼすＢの影響を図１に示す。図１の縦軸と横軸はそれぞれ、絞り値と変形温度Ｔ1  を示している。図１に示す結果は図２に示した条件で熱間引張試験を行い得られたものである。すなわち、１２５０℃に加熱し１分保定後、変形温度（Ｔ1  ℃）まで１０℃/secで冷却し、その温度で１分間保定後、３/secの歪み速度で引張試験を行った。試験後の破断部の断面積を試験前の断面積で割った値を絞り値と定義する。絞り値が高いほど熱間加工性は良好である。これまでの知見から、絞り値が７５％以上あればその温度で良好な熱間加工性を示すことがわかっている図１より、１．５質量％のＣｕを含有するModified１３Ｃｒ鋼の熱間加工性は、Ｓ含有量が低い場合にはＢ添加により大幅に改善することがわかる。
【００１０】
さらに、べ一ス成分がほぼ同じ（０．０２Ｃ−０．０２Ｎ−１２．２Ｃｒ−５．８Ｎｉ−２．０Ｍｏ）でＣｕ，Ｓ及びＢ含有量のみ異なる組成の２１７mm×２１７mm断面のブルームを、マンネスマン方式の熱間圧延法によって外径１７８mm、肉厚１１．５mmの継目無管に造管し、圧延終了後、パイプの表面疵の発生状況を観察し、Ｃｕ，Ｓ及びＢ含有量と表面疵発生状況の関係を詳細に調査した。その結果を図３に示す。図３より、本鋼種においては、Ｃｕを３質量％以下に制限し、Ｓを０．００１９質量％以下に制限し、さらに、Ｂを０．０００５〜０．０２質量％添加すれば、表層部の熱間加工性が著しく改善し、マンネスマン方式の圧延法によって継目無管に製管する場合の圧延疵を防止できることがわかる。また、Ｃｕ含有量が３質量％を超えるとＳ含有量を制限し、かつ適量のＢを添加しても圧延疵を防止することは困難であることがわかる。
【００１１】
本発明におけるマルテンサイト系ステンレス鋼の成分限定理由は以下の通りである。成分の含有量は質量％である。
Ｃ：ＣはＣｒ炭化物などを形成し耐食性を劣化させる元素である。一方、強力なオーステナイト形成元素でもあり、高温加熱時にδフェライト相の生成を抑制する効果がある。しかし、０．００１％未満ではその効果は発現されず、０．０５％を超えて含有されると粒界にＣｒ炭化物が多量に析出し、Ｃｒ欠乏層が形成されるために耐ＣＯ腐食特性が低下し、また、粒界強度が低下するために耐硫化物応力割れ性が劣化する。さらに溶接性も劣化する。従って、Ｃ含有量は０．００１〜０．０５％とした。
【００１２】
Ｓｉ：Ｓｉは製鋼工程において脱酸剤として添加され残存するものである。０．５％を超えて含有すると靭性及び耐硫化物応力割れ性が劣化することから、上限を０．５％とした。
【００１３】
Ｍｎ：Ｍｎはオーステナイト安定化元素であり、高温加熱時にδフェライト相の生成を抑制する効果がある。またＭｎＳを形成してＳの有害性を低減する効果もある。しかし、０．１％未満ではそれらの効果は発現されず、１．５％を超えて含有されると、粒界強度が低下するために耐硫化物応力割れ性及び靭性が劣化する。従って、Ｍｎ含有量は０．１〜１．５％とした。
【００１４】
Ｐ：Ｐは粒界に偏析して粒界強度を低下させ、耐硫化物応力割れ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０．０３％とした。
【００１５】
Ｓ：Ｓは熱間加工性を劣化させる不純物元素である。０．００１９％を超えて含有されると、Ｂによる熱間加工性改善効果が十分には得られず、製管時に表面疵が発生するため、上限を０．００１９％とした。
【００１６】
Ｃｒ：Ｃｒは耐食性を向上させる元素であり、ステンレス鋼として十分な耐食性を得るには１０％以上含有されることが必要である。一方、フェライト安定化元素でもあり、１４％を超えて含有されると、高温加熱時にδフェライト相が生成して熱間加工性が劣化する。従って、Ｃｒ含有量は１０〜１４％とした。
【００１７】
Ｎｉ：ＮｉはＣｒ含有鋼において耐食性を向上させる元素である。また、強力なオーステナイト形成元素であり、高温加熱時にδフェライト相の生成を抑制する効果がある。しかし、２％未満ではそれらの効果は発現されず、８％を超えて含有されると、Ａｃ1  変態点が大幅に低下し強度調質が困難になる。従って、Ｎｉ含有量は２〜８％とした。
【００１８】
Ｍｏ：Ｍｏは耐食性を向上させるのに有効な元素である。しかし、０．５％未満ではその効果は発現されないため、下限を１．０％とした。一方、Ｍｏは強力なフェライト安定化元素でもあり、３％を超えて含有されると、高温加熱時にδフェライト相が生成して熱間加工性が劣化する。従って、Ｍｏ含有量は０．５〜３％とした。
【００１９】
Ｃｕ：Ｃｕは耐食性を向上させるのに有効な元素である。特に、Ｎｉと複合添加することにより腐食皮膜の安定性を改善し、耐ＣＯ腐食特性を格段に向上させることができる。また、オーステナイト安定化元素であり高温加熱時にδフェライト相の生成を抑制する効果がある。しかし、０．５％未満ではそれらの効果は発現せず、また、３％を超えて添加すると、Ｃｕの粒界偏析により粒界強度が低下し熱間加工性が著しく劣化するため、Ｓ含有量を制限し、かつ適量のＢを添加しても圧延疵を防止することが困難である。従って、Ｃｕ含有量は０．５％超〜３％以下とした。
【００２０】
Ａｌ：ＡｌはＳｉ同様に製鋼工程において脱酸剤として添加され残存するものである。０．２％を超えて含有されると、ＡｌＮが多量に形成されて熱間加工性及び靭性が低下する。従って、上限を０．２％とした。
【００２１】
Ｎ：は強力なオーステナイト形成元素であり、高温加熱時にδフェライト相の生成を抑制する効果がある。また、微細な窒化物は高温加熱時の結晶粒成長を抑制し熱間加工性を向上させる効果がある。しかし、０．００１％未満ではそれらの効果は発現されず、０．０５％を超えて含有されると粗大な窒化物が析出して熱間加工性及び靭性が劣化する。さらに溶接性も劣化する。従って、Ｎ含有量は０．００１〜０．０５％とした。
【００２２】
Ｂ：Ｂは自ら粒界に偏析することにより粒界結合力を向上させると共に、Ｓ及びＣｕの粒界偏析を抑制し、粒界強度を高め、熱間加工性及び耐硫化物応力割れ性を向上させるのに有効な元素である。しかし、０．０００５％未満ではその効果は発現されず、０．０２％を超えて含有すると溶融脆化温度が大幅に低下し、熱間加工温度域が著しく制限されるとともに、粗大なホウ化物を形成し熱間加工性、靭性及び溶接性が劣化する。従って、Ｂ含有量は０．０００５〜０．０２％とした。
【００２３】
Ｏ：製鋼工程での脱酸後に残存するＯは非金属介在物として鋼中に残留して清浄度を害し、熱間加工性、耐食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０．００５％とした。
【００２４】
Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭ，Ｚｒ，Ｔｉ：これらの元素は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、含有量が少なすぎるとその効果は発現せず、多すぎると粗大な酸化物や窒化物を形成して耐硫化物応力割れ性や靭性を劣化させるので、Ｃａは０．００１〜０．０１％、Ｍｇは０．０００５〜０．０１％、ＲＥＭは０．００１〜０．０５％、Ｚｒは０．０１〜０．０５％、Ｔｉは０．００５〜０．０５％とした。
【００２５】
Ｎｂ，Ｖ，Ｗ：これらの元素は耐食性を向上させる元素であり、必要に応じて添加するが、含有量が少なすぎるとその効果が発現せず、多すぎると靭性を劣化させるので、Ｎｂは０．０５〜０．５％、Ｖは０．０５〜０．５％、Ｗは０．５〜３％添加する。
【００２６】
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、通常の継目無鋼管製造のための熱間圧延法で、矩形断面もしくは丸断面の製管用素材（以下、管材と称す）を用い、プレスロール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で肉厚を調整し、最終仕上圧延機（サイザーミルあるいはストレッチレデューサー）で所定の外径に成形することにより造管していく一連のプロセスである。
【００２７】
【実施例】
表１に示す組成の２１７mm×２１７mm断面のブルームをマンネスマン方式の熱間圧延法によって外径１７８mm、肉厚１１．５mmの継目無管に造管した。圧延終了後、パイプの表面疵発生状況を調査した。結果を表１に併せて示す。本発明例（Ｎｏ．１〜１０）では製管時の表面疵は発生していない。一方、Ｃｕ，Ｓ，Ｂ含有量のうち１つ以上が本発明の成分限定範囲を超えている比較例（Ｎｏ．１１〜２０）では製管時に表面疵が発生している。以上により、Ｃｕ，Ｓ，Ｂ含有量が本発明の成分限定範囲内であれば、マンネスマン方式の熱間圧延法によって継目無管に製管するときに圧延疵を防止できることが明らかである。
【００２８】
【表１】
0004035919.tif 000002
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、Ｃｕを０．５質量％を超えて含有し、かつ、マンネスマン方式の圧延法によって継目無管に製管する時に圧延疵が発生しない、表面品質に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Modified１３Ｃｒ鋼（０．０２Ｃ−０．０２Ｎ−１．５Ｃｕ−１２．２Ｃｒ−５．８Ｎｉ−２．０Ｍｏ−０．００１８Ｓ）の熱間加工性に及ぼすＢの影響を示す図表である。
【図２】熱間引張試験の条件を示す図表である。
【図３】Ｃｕ，Ｓ及びＢ含有量と表面疵発生状況の関係を示す図表である。
【図１】
0004035919.tif 000003
【図２】
0004035919.tif 000004
【図３】
0004035919.tif 000005