(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の工程を具備したことを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法
１．スラブを１１００〜１２５０℃に加熱後、仕上温度８００℃以上とする熱間圧延を行う工程。
２．熱間圧延後、コイル状に巻き取り、１８０℃以下まで冷却する工程。
３．７００〜８００℃に昇温速度１００℃／ｈ以下で加熱し、１０〜５０時間保持後、１８０℃以下まで冷却する一次加熱工程。
４．５００〜６５０℃に加熱、１０〜５０時間保持後、室温まで冷却する二次加熱工程。
【請求項２】
鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．００８〜０．０３％、Ｓｉ：０．１〜０．３％、Ｍｎ：０．１〜０．３％、Ｃｒ：１１〜１５％、Ｎｉ：２〜７％、Ｎ：０．００８〜０．０３％、Ｃ＋Ｎ≦０．０４％、残部実質的にＦｅ及び不可避的不純物からな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帯の製造方法。
【請求項３】
更に、鋼成分として、Ａｌ：０．０３〜０．０９％を添加することを特徴とする請求項２記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【請求項４】
更に、鋼成分として、Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、を添加することを特徴とする請求項２又は３記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【請求項５】
更に、鋼成分として、Ｃａ：０．００１〜０．００５％を含むことを特徴とする請求項２乃至４の何れか一つに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【請求項６】
更に、鋼成分として、Ｍｏ：１〜３％を含むことを特徴とする請求項２乃至５の何れか一つに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一つに記載の製造方法によるマルテンサイト系ステンレス鋼帯を溶接し、鋼管とすることを特徴とする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、マルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造に関し、特に、溶接性を改善するため低Ｃ系とした組成で、圧延後、コイル状とし、熱処理を行うものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
油井管やラインパイプには、Ｎｉ等オーステナイト形成元素を添加すると共に、溶接部の靭性を改善するため、低Ｃ，低Ｎとしたマルテンサイト系ステンレス鋼がシームレス鋼管、溶接管として利用されている。
【０００３】
マルテンサイト系ステンレス鋼は、焼入れ性が高く、オーステナイト状態での熱間加工後、空冷によってもマルテンサイト変態するため、焼戻し処理が必要で、特開平５−１１２８１８号公報等にはシームレスパイプ等、比較的熱容量が小さい製品を対象とし、焼戻し時間も１時間程度の焼戻し熱処理法が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近、マルテンサイト系ステンレス鋼の適用範囲が拡大し、コイル状に巻き取った鋼帯から、電縫鋼管などが製造されるようになってきているものの、コイル状の鋼帯は、その重量が数トンに達し熱容量は極めて大きく、内部まで均一な温度とするため、１０〜５０時間程度の長時間を必要とし、強度低下や、それを防止した場合には靭性の劣化が生じていた。
【０００５】
鋼帯の圧延、熱処理に関しては、熱間圧延後１５０℃以下まで冷却したのち、５５０〜６７０℃で熱処理する方法が特開平１１−２５６２３２号公報、特開平１１−２５６２８０号公報に開示されている。しかし、上記方法は数トンのコイルの場合、コイルの表面側と中心部では強度差が生じ、コイル全長に亘って均一な特性が得られない。
【０００６】
特開平１１−２５６２３１号公報には、コイルを巻き取った後８５０〜１２００℃で熱処理し、１５０℃以下に冷却したのち５５０〜６７０℃で熱処理、更に８５０〜１２００℃の熱処理後６８０〜７７０℃で熱処理したのち、５５０〜６７０℃で熱処理する方法が開示されている。
【０００７】
しかし、実際のコイルの熱処理は無酸化雰囲気炉で実施されるが、８５０℃以上の高温でかつ無酸化雰囲気とし、且つ数トンのコイルを熱処理するためには特殊な設備が必要となり、現状の設備では熱処理は不可能である。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、長時間の加熱であっても、強度低下が少なく、良好な靭性の得られるマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、マルテンサイト系ステンレス鋼帯を熱間圧延し、コイル状とした後、バッチ焼鈍炉で、１０〜５０時間程度に長時間焼戻し処理した場合の強度、靭性について詳細に検討を行った。
【００１０】
その結果、長時間焼戻し処理をした場合、マルテンサイト中の転位が回復し、強度が低下するものの、焼戻し条件の調整により、優れた強度と靭性の確保が可能なことを見出した。
【００１１】
本発明は以上の知見を基に更に検討を加えてなされたものであり、すなわち、本発明は、
１．  下記の工程を具備したことを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法
▲１▼スラブを１１００〜１２５０℃に加熱後、仕上温度８００℃以上とする熱間圧延を行う工程。
▲２▼熱間圧延後、コイル状に巻き取り、１８０℃以下まで冷却する工程。
▲３▼７００〜８００℃に昇温速度１００℃／ｈ以下で加熱し、１０〜５０時間保持後、１８０℃以下まで冷却する一次加熱工程。
▲４▼５００〜６５０℃に加熱、１０〜５０時間保持後、室温まで冷却する二次加熱工程。
【００１２】
２．  鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．００８〜０．０３％、Ｓｉ：０．１〜０．３％、Ｍｎ：０．１〜０．３％、Ｃｒ：１１〜１５％、Ｎｉ：２〜７％、Ｎ：０．００８〜０．０３％、Ｃ＋Ｎ≦０．０４％、残部実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする１記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【００１３】
３．  更に、鋼成分として、Ａｌ：０．０３〜０．０９％を添加することを特徴とする２記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【００１４】
４．  更に、鋼成分として、Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、を添加することを特徴とする２又は３記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【００１５】
５．  更に、鋼成分として、Ｃａ：０．００１〜０．００５％を含むことを特徴とする２乃至４の何れか一つに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【００１６】
６．  更に、鋼成分として、Ｍｏ：１〜３％を含むことを特徴とする２乃至５の何れか一つに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【００１７】
７．  １乃至６の何れか一つに記載の製造方法によるマルテンサイト系ステンレス鋼帯を溶接し、鋼管とすることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明では、熱間圧延条件、熱処理条件を規定する。
【００１９】
１．熱間圧延条件
スラブ加熱温度
スラブ加熱温度は、必要とする圧延仕上温度を確保するため、１１００℃以上とする。一方、１２５０℃以上でデルタフェライトがオーステナイト中に析出し、靭性が劣化するため、１１００〜１２５０℃未満（１１００℃以上、１２５０℃未満）とする。
【００２０】
仕上圧延温度
仕上圧延温度は８００℃未満となると、圧延後の再結晶が不十分で、圧延組織が残存し機械的特性に異方性が生じるため、８００℃以上とする。
【００２１】
２．熱処理条件
本発明では所望の強度、靭性とするため、コイル状とした鋼帯に２回の熱処理を行う。熱処理は、十分焼きの入ったマルテンサイト組織とするため、コイルに巻き取り後、一旦、１８０℃以下とした後に行う。
【００２２】
一次加熱工程：７００〜８００℃に昇温速度１００℃／ｈ以下で加熱し、１０〜５０時間保持後、１８０℃以下まで冷却。
【００２３】
マルテンサイト組織を実質的な細粒組織とし、靭性を向上させるため、２相域である７００〜８００℃に加熱する。２相域への加熱により、マルテンサイトのラス間や粒界から新にオーステナイト相が析出し、結晶粒（旧オーステナイト結晶）が分断され、実質的な細粒組織が得られる。
【００２４】
２相域までの加熱はコイル全体を均一な温度にするため、昇温速度１００℃／ｈ以下とし、再析出したオーステナイト相をマルテンサイト組織とするため、１８０℃以下まで冷却する。
【００２５】
二次加熱工程：５００〜６５０℃に加熱、１０〜５０時間保持後、室温まで冷却。
【００２６】
一次加熱により上昇した強度を、所望の強度とするため、５００〜６５０℃に加熱し、室温まで冷却する焼戻し処理を行なう。
【００２７】
図１に、一次熱処理材を対象に、焼戻し温度の強度に及ぼす影響を調査した結果を示す。調査は供試鋼を表１中の鋼種Ａとし、コイル状とした板厚６．５ｍｍの熱間圧延材から採取した素材を実験室において２７℃／ｈの昇温速度で７８０℃まで加熱後、３０時間保持の後室温まで冷却した一次処理材について行った。焼戻し時間は３０時間とした。
【００２８】
その結果、５００〜６５０℃の焼戻し温度の範囲において、ＡＰＩＸ８０規格（ＹＳ≧５５０ＭＰａ，ＴＳ≧６５０ＭＰａ）を満足し、且つ溶接管用に成形が容易とされるＴＳ≦７３０ＭＰａの強度が得られた。
【００２９】
尚、本発明において一次、二次のいずれの熱処理においても、熱処理温度の保持時間は、コイル状の鋼帯が均一に所定の温度となるように１０〜５０時間とする。
【００３０】
本発明はマルテンサイト系ステンレス鋼に、上記の熱間圧延条件、熱処理条件を適用した場合、所望の強度、靭性を安定して確保できるが、その望ましい成分組成は以下のようである。
【００３１】
Ｃ
Ｃは、鋼の強度を確保し、マルテンサイト組織とするため０．００８％以上添加する。一方、０．０３％を超えて、多量に添加すると溶接熱影響部が過度に硬化し、靭性が低下するため、０．００８〜０．０３％（０．００８％以上、０．０３％以下）とする。
【００３２】
Ｎ
Ｎは、鋼の強度を確保し、マルテンサイト組織とするため０．００８％以上添加する。一方、０．０３％を超えて、多量に添加すると溶接熱影響部が過度に硬化し、靭性が低下するため、０．００８〜０．０３％（０．００８％以上、０．０３％以下）とする。
【００３３】
Ｓｉ
Ｓｉは、脱酸のため添加する。０．１％未満ではその効果がなく、一方、０．３％を超えて過剰に添加されるとデルタフェライトが晶出し、相バランスを保つためＮｉ量増加が必要となるため、０．１〜０．３％とする。
【００３４】
Ｍｎ
Ｍｎは、製鋼上、脱硫のため添加する。０．１％未満ではその効果がなく、熱間加工性も低下する。一方、０．３％を超えて過剰に添加すると炭酸ガスを含む環境中での耐食性が低下するため、０．１〜０．３％とする。
【００３５】
Ｃｒ
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性向上に必要な元素であり、１１％以上添加する。一方、１５％を超えると、マルテンサイト一相組織が得られないため、１１％以上、１５％以下とする。
【００３６】
Ｎｉ
Ｎｉは、オーステナイト相を安定化させ、マルテンサイト組織とし、また靭性を向上させるために添加する。フェライト形成元素であるＣｒ含有量に応じて添加することが必要で、オーステナイト相を十分に安定させ、良好な溶接部靭性とするため、２％以上添加する。一方、７％を超えると、その効果が飽和し、生産原価を上昇させるため、２〜７％とする。
【００３７】
Ｃ＋Ｎ
Ｃ＋Ｎ量は、溶接熱影響部の硬度に影響を及ぼし、０．０４％を超えると溶接熱影響部の硬化により靭性が低下するため、０．０４％以下とする。
【００３８】
本発明では更に、好ましい特性を得るため、Ａｌ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｍｏの一種又は二種以上を添加することが可能である。
【００３９】
Ａｌ
Ａｌは、脱酸のため、及び鋳造時におけるノズル詰まりを防止するため、０．０３％以上添加する。一方、０．０９％を超えて過剰に添加するとアルミナ系介在物が増加し、また窒化物を生成して固溶Ｎ量を減少させるため、０．０３〜０．０９％とする。
【００４０】
Ｔｉ
Ｔｉは、鋼中のＮとＴｉＮを形成し、オーステナイト結晶粒の成長を抑制し、溶接熱影響部靭性を向上させるため０．００５％以上添加する。一方、０．０２％を超えると粗大なＴｉＮを形成し靭性を低下させ、固溶Ｎの減少により強度を低下させるため、０．００５〜０．０２％とする。
【００４１】
Ｃａ
Ｃａは脱酸、脱硫のため、及び鋳造時におけるノズル詰まりを防止するため
０．００１％以上添加する。一方、０．００５％を超えて過剰に添加するとカルシウム系介在物が増加し、耐食性を損なうため、０．００１〜０．００５％とする。
【００４２】
Ｍｏ
Ｍｏは、耐食性を向上させる場合添加する。１％未満では十分な効果が得られず、一方、３％を超えるとフェライトが生成し、Ｎｉ添加量の増量が必要となり生産原価が上昇するため、１〜３％とする。
【００４３】
【実施例】
[実施例１]
表１に示すＡ，Ｂ，Ｃの組成の鋼を各２５０ｔｏｎ溶製した。いずれも電気炉と転炉の合せ湯で、Ａ，Ｂは１２ｔｏｎ鋼塊に注ぎ分け鋳造し、分解圧延でスラブとし、Ｃは連続鋳造によりスラブとした。
【００４４】
表２に示す加熱温度、仕上温度条件で熱間圧延し、Ａは６．５ｍｍｔ，Ｂは７．０ｍｍｔ，Ｃは６．０ｍｍｔの熱延鋼帯としてコイルに巻き取った。その後、コイルを室温まで冷却した後、表２に示す熱処理条件で、一次、二次の熱処理を行った。
【００４５】
一次熱処理の昇温速度は、いずれの鋼でも約２５℃／ｈである。熱処理後、引張、衝撃特性を評価した。
【００４６】
表２に示すように、ＡＰＩＸ８０規格を満足する強度と優れた靭性の得られることが確認された。
【００４７】
【表１】
0003815229.tif 000002
【００４８】
【表２】
0003815229.tif 000003
【００４９】
[実施例２]
実施例１に用いたＡ，Ｂ，Ｃ鋼を、コイル状とし室温まで冷却後、素材を採取し、種々の条件で一次、二次の熱処理後、強度、靭性を評価した。
【００５０】
表３に結果を示す。本発明によるものは優れた強度、靭性が得られが、比較例では、強度、靭性の何れかまたは両方が劣っている。
【００５１】
【表３】
0003815229.tif 000004
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、マルテンサイト系ステンレス鋼を熱間圧延後、コイル状とした鋼帯のいずれの部位においても、ＡＰＩＸ８０規格を満足する強度、靭性が得られ、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一次熱処理後、二次熱処理における焼戻し温度が強度に及ぼす影響を示す図
【図１】
0003815229.tif 000005