JPH0375332A - Martensitic stainless steel having high strength and excellent corrosion resistance and its manufacture - Google Patents

Martensitic stainless steel having high strength and excellent corrosion resistance and its manufacture

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JPH0375332A
JPH0375332A JP21104689A JP21104689A JPH0375332A JP H0375332 A JPH0375332 A JP H0375332A JP 21104689 A JP21104689 A JP 21104689A JP 21104689 A JP21104689 A JP 21104689A JP H0375332 A JPH0375332 A JP H0375332A
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corrosion resistance
martensitic stainless
excellent corrosion
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Abstract

PURPOSE:To obtain the martensitic stainless steel having excellent corrosion resistance in a wet carbon dioxide environment and having high resistance to cracking caused by wet hydrogen sulfide by forming it from the compsn. contg. each prescribed amt. of C, Si, Mn, Cr, Cu, Al and N and the balance Fe with inevitable impurities. CONSTITUTION:The martensitic stainless steel contg., by weight, 0.03 to 0.12% C, <=1% Si, <=2% Mn, >14 to 18% Cr, 1.2 to 5% Cu, 0.005 to 0.2% Al and 0.005 to 0.15% N is treated as follows. Namely, the stainless steel is austenitized at 900 to 1100 deg.C, is thereafter cooled at a cooling rate more than that in air cooling and is then subjected to tempering treatment at >=580 deg.C to the Ac1 temp. or below. Next, the above steel after subjected to the tempering treatment is cooled at a cooling rate more than that in air cooling, by which the objective martensitic stainless steel having high strength and excellent corrosion resistance can be obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高強度かつ耐食性、耐応力腐食割れ性の優れた
マルテンサイト系ステンレス鋼とその製造方法に係り、
さらに詳しくは例えば石油・天然ガスの掘削、輸送及び
貯蔵において湿潤炭酸ガスや湿潤硫化水素を含む環境中
で高い腐食抵抗および割れ抵抗を有し強度の高い鋼とそ
の製造方法に関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a martensitic stainless steel with high strength, excellent corrosion resistance, and stress corrosion cracking resistance, and a method for producing the same.
More specifically, the present invention relates to a high-strength steel that has high corrosion resistance and cracking resistance in environments containing wet carbon dioxide gas and wet hydrogen sulfide, for example, in the drilling, transportation, and storage of oil and natural gas, and a method for producing the same.

(従来の技術) 近年生産される石油・天然ガス中には、湿潤な炭酸ガス
を多く含有する場合が増加している。こうした環境中で
炭素鋼や低合金鋼は著しく腐食することがよく知られて
いる。このため、掘削に使用される油井管や輸送に使用
されるラインパイプなどの防食対策として、腐食抑制剤
の添加が従来より行なわれてきた。しかし、腐食抑制剤
は高温ではその効果が失われる場合が多いことに加えて
、海洋油井や海底パイプラインでは腐食抑制剤の添加・
回収処理に要する費用は膨大なものとなり、適用できな
い場合が多い。従って、腐食抑制剤を添加する必要のな
い耐食材料に対するニーズが最近とみに高まっている。
(Prior Art) Oil and natural gas produced in recent years increasingly contain a large amount of wet carbon dioxide. It is well known that carbon steel and low alloy steel corrode significantly in such environments. For this reason, corrosion inhibitors have traditionally been added to prevent corrosion of oil country tubular goods used for drilling, line pipes used for transportation, and the like. However, corrosion inhibitors often lose their effectiveness at high temperatures, and in offshore oil wells and submarine pipelines, corrosion inhibitors are
The costs required for recovery processing are enormous and are often not applicable. Therefore, the need for corrosion-resistant materials that do not require the addition of corrosion inhibitors has recently increased.

炭酸ガスを多く含む石油・天然ガス用の耐食材料として
は、耐食性の良好なステンレス鋼の適用がまず検討され
、例えばり、J、  クライン、コロージョン゛84、
ペーパーナンバー211にあるように、高強度で比較的
コストの安い鋼としてAl5I410あるいは420と
いった、12〜13%のCrを含有するマルテンサイト
系ステンレス鋼が広く使用され始めている。しかしなが
ら、これらの鋼は湿潤炭酸ガス環境ではあっても高温、
例えば120℃以上の環境やCI−イオン濃度の高い環
境では耐食性が充分ではなくなり、腐食速度が大きいと
いう難点を有する。さらにこれらの鋼は、石油・天然ガ
ス中に硫化水素が含まれている場合には著しく耐食性が
劣化し、全面腐食や局部腐食、さらには応力腐食割れを
生ずるという難点を有している。
As a corrosion-resistant material for petroleum and natural gas containing a large amount of carbon dioxide gas, the application of stainless steel with good corrosion resistance was first considered.
As described in Paper No. 211, martensitic stainless steel containing 12 to 13% Cr, such as Al5I410 or Al5I420, has begun to be widely used as a high-strength, relatively inexpensive steel. However, these steels are sensitive to high temperatures even in a humid carbon dioxide environment.
For example, in an environment of 120° C. or higher or an environment with a high concentration of CI- ions, the corrosion resistance is insufficient and the corrosion rate is high. Furthermore, these steels have the disadvantage that when hydrogen sulfide is contained in oil or natural gas, their corrosion resistance is significantly degraded, causing general corrosion, localized corrosion, and even stress corrosion cracking.

このため上記のマルテンサイト系ステンレス鋼の使用は
、例えばHzS分圧が0.001気圧といった極微量の
HzSを含むか、あるいは全< Hisを含まない場合
に限られてきた。
For this reason, the use of the above-mentioned martensitic stainless steel has been limited to cases where the HzS partial pressure contains a very small amount of HzS, such as 0.001 atm, or where all<His is not included.

これに対し、硫化水素による割れに対する抵抗を増した
マルテンサイト系ステンレス鋼として、例えば特開昭6
0−174859号公報、特開昭62−54063号公
報にみられる綱が提案されている。しかし、これらの鋼
もCO2環境における耐食性が必ずしも充分ではなく、
また高価な合金元素であるニッケルを多量に使用するた
めコストが高いという難点を有している。
On the other hand, as martensitic stainless steel with increased resistance to cracking due to hydrogen sulfide, for example,
The ropes shown in Japanese Patent Application Laid-open No. 0-174859 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-54063 have been proposed. However, these steels do not necessarily have sufficient corrosion resistance in a CO2 environment,
Furthermore, since a large amount of nickel, which is an expensive alloying element, is used, the cost is high.

(発明が解決しようとする課題) 本発明はこうした現状に鑑み、高温や高CI−イオン濃
度の炭酸ガス環境でも十分な耐食性を有し、硫化水素を
含む場合においてもS CC(StressCorro
sion Cracking)に対して高い割れ抵抗を
有する安価なマルテンサイト系ステンレス鋼とその製造
方法を提供することを目的としている。
(Problems to be Solved by the Invention) In view of the current situation, the present invention has sufficient corrosion resistance even in a carbon dioxide environment with high temperature and high CI-ion concentration, and has SCC (Stress Corro) even when containing hydrogen sulfide.
The purpose of the present invention is to provide an inexpensive martensitic stainless steel that has high cracking resistance against ion cracking and a method for manufacturing the same.

(課題を解決するための手段) 本発明者らは、上記の目的を達成すべくマルテンサイト
系ステンレス鋼の成分を種々検討してきた結果、ついに
以下の知見を見出すに至った。
(Means for Solving the Problem) The present inventors have studied various components of martensitic stainless steel in order to achieve the above object, and as a result, they have finally found the following knowledge.

まず、Crを14%を超えて鋼に添加すると湿潤炭酸ガ
ス環境中における腐食速度が著しく小さくなり、かかる
鋼中にCuを添加すると腐食速度が一段と小さくなるこ
とを見出した。そしてこのCuの添加効果は、添加量を
1.2%以上とすると顕著であり、湿潤炭酸ガス環境中
に180℃以上まで実用的に使用できるようになること
を見出した。また、Cuを1.2%以上添加した場合に
は、C量を0.12%以下に低減しても焼入れ後にマル
テンサイト組織が得られることも見出した。CuはNi
に比べるとはるかに安価な元素であるので、1.2%以
上を添加しても材料コストの上昇は少ないのである。一
方、Cuを1.2%以上添加しCを0.12%以下とし
た鋼にNを0.005%以上含有させると一段と高強度
が得られ、かつ耐食性も改善されることがわかった。こ
のとき、かかる成分を有する鋼は硫化水素を含む環境に
おいても高い割れ抵抗を有するという新知見も得られた
First, it was discovered that when more than 14% Cr was added to steel, the corrosion rate in a wet carbon dioxide environment was significantly reduced, and when Cu was added to such steel, the corrosion rate was further reduced. It has been found that the effect of adding Cu is significant when the amount added is 1.2% or more, and it can be used practically at temperatures of 180° C. or higher in a humid carbon dioxide environment. It has also been found that when 1.2% or more of Cu is added, a martensitic structure can be obtained after quenching even if the amount of C is reduced to 0.12% or less. Cu is Ni
Since it is a much cheaper element than , the increase in material cost is small even if 1.2% or more is added. On the other hand, it has been found that when steel containing 1.2% or more of Cu and 0.12% or less of C contains 0.005% or more of N, even higher strength is obtained and corrosion resistance is also improved. At this time, new findings were also obtained that steel with such components has high cracking resistance even in environments containing hydrogen sulfide.

さらに本発明者らは検討を進め、Cuを1.2%以上添
加し、Cを0.12%以下に低減し、Nを0.005%
以上添加した鋼中のPを0.025%以下に低減し、S
を0.010%以下に低減するか、Oを0.004%以
下に低減するかのいずれかを適用すると硫化水素を含む
環境における割れ抵抗が一段と改善されることを明らか
にした。一方、これらの鋼にNi、 Mo。
Furthermore, the present inventors further investigated and added 1.2% or more of Cu, reduced C to 0.12% or less, and added 0.005% of N.
The above added P in steel is reduced to 0.025% or less, and S
It was revealed that cracking resistance in an environment containing hydrogen sulfide is further improved by reducing O to 0.010% or less or reducing O to 0.004% or less. On the other hand, Ni and Mo are added to these steels.

Wを添加すれば高温あるいは高CI−イオン濃度の湿潤
炭酸ガス環境での腐食速度を一段と減少できることも見
出した。
It has also been found that the addition of W can further reduce the corrosion rate in a humid carbon dioxide environment at high temperature or high CI-ion concentration.

本発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、 第1発明の要旨とするところは、重量%で、C0.03
〜0.12%、Si1%以下、Mn2%以下、 Cr1
4%超18%以下、Cu1.2〜5%、Ar1.005
〜0.2%、 N0.005〜0.15%を含有し、残
部Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする高
強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼
にあり、 第2発明の要旨とするところは、第1発明の鋼において
不可避不純物のうち、重量%で、Pを0.025%以下
、Sをo、oio%以下に低減したことを特徴とする高
強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼
にあり、 第3発明の要旨とするところは、第1発明あるいは第2
発明の鋼において不可避不純物のうち、重量%で、0を
0.004%以下に低減したことを特徴とする高強度か
つ耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼にあり
、 第4発明の要旨とするところは、第1発明、第2発明あ
るいは第3発明の各鋼において、重量%で、Ni4%以
下、MO2%以下、W4%以下のうち1種または2種以
上を含有することを特徴とする高強度かつ耐食性の優れ
たマルテンサイト系ステンレス鋼にあり、 第5発明の要旨とするところは、第1発明、第2発明、
第3発明あるいは第4発明の基調において、重量%で、
V 0.5%以下、Ti0.2%以下、 NbO35%
以下、Ta0.2%以下、Zr0.2%以下、 Hf0
02%以下のうち1種または2種以上を含有することを
特徴とする高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系
ステンレス鋼にあり、 第6発明の要旨とするところは、第1発明、第2発明、
第3発明、第4発明あるいは第5発明の基調において、
重量%で、Ca 0.008%以下、希土類元素0.0
2%以下のうち1種または2種を含有することを特徴と
する高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ステン
レス鋼にあり、第7発明の要旨とするところは、第1発
明、第2発明、第3発明、第4発明、第5発明あるいは
第6発明の基調において、900〜1100℃でオース
テナイト化した後、空冷以上の冷却速度で冷却し、次い
で580″C以上A c 、温度以下の温度で焼戻し処
理を施した後、空冷以上の冷却速度で冷却することを特
徴とする高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼の製造方法にある。
The present invention has been made based on the above findings, and the gist of the first invention is that, in weight%, C0.03
~0.12%, Si1% or less, Mn2% or less, Cr1
More than 4% but not more than 18%, Cu1.2-5%, Ar1.005
-0.2%, N0.005-0.15%, and the remainder consists of Fe and inevitable impurities, and is characterized by high strength and excellent corrosion resistance.Summary of the second invention The steel of the first invention has high strength and excellent corrosion resistance, and is characterized by reducing P to 0.025% or less and S to 0.025% or less and OIO% or less among the inevitable impurities in the steel of the first invention. The gist of the third invention lies in the martensitic stainless steel.
The fourth aspect of the invention resides in a martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance, characterized in that among the inevitable impurities in the steel of the invention, 0 is reduced to 0.004% or less by weight. However, each of the steels of the first invention, the second invention, or the third invention is characterized in that it contains one or more of Ni 4% or less, MO 2% or less, and W 4% or less in weight percent. The fifth invention is a martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance.
In the keynote of the third invention or the fourth invention, in weight%,
V 0.5% or less, Ti 0.2% or less, NbO 35%
Below, Ta 0.2% or less, Zr 0.2% or less, Hf0
The gist of the sixth invention is a martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance, which is characterized by containing one or more of two or more of the following: invention,
In the keynote of the third invention, fourth invention, or fifth invention,
In weight%, Ca 0.008% or less, rare earth elements 0.0
The gist of the seventh invention is a martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance, which is characterized by containing one or two of the following: 2% or less. , in the third invention, the fourth invention, the fifth invention, or the sixth invention, after austenitizing at 900 to 1100°C, cooling at a cooling rate higher than air cooling, and then cooling at a temperature of 580″C or more A c and a temperature below The present invention provides a method for producing martensitic stainless steel having high strength and excellent corrosion resistance, which is characterized by performing tempering treatment at a high temperature and then cooling at a cooling rate higher than that of air cooling.

(作 用) 以下に本発明で成分および熱処理条件を限定した理由を
述べる。
(Function) The reasons for limiting the components and heat treatment conditions in the present invention will be described below.

C:Cはマルテンサイト系ステンレス鋼の強度を上昇さ
せる元素として最も安定的かつ低コストであるから、必
要な強度を確保するために0.03%以上の添加が必要
であるが、0.12%を超えて添加すると耐食性を著し
く低下させることから、上限含有量は0.12%とすべ
きである。
C: Since C is the most stable and low-cost element that increases the strength of martensitic stainless steel, it is necessary to add 0.03% or more to ensure the necessary strength, but 0.12 If it is added in an amount exceeding 0.1%, the corrosion resistance will be significantly reduced, so the upper limit content should be 0.12%.

St : Stは脱酸のために必要な元素であるが、1
%を超えて添加すると耐食性を著しく低下させることか
ら、上限含有量は1%とすべきである。
St: St is an element necessary for deoxidation, but 1
If added in excess of 1%, the corrosion resistance will be significantly reduced, so the upper limit content should be 1%.

Mn : Mnは脱酸および強度確保のために有効な元
素であるが、2%を超えて添加するとその効果は飽和す
るので、上限含有量は2%とする。
Mn: Mn is an effective element for deoxidizing and ensuring strength, but its effect becomes saturated when added in excess of 2%, so the upper limit content is set to 2%.

Cr : Crはマルテンサイト系ステンレス鋼を構成
する最も基本的かつ必須の元素であって耐食性を付与す
るために必要な元素であるが、含有量が14%以下では
耐食性が充分ではなく、一方18%を超えて添加すると
他の合金元素をいかに調整してもマルテンサイト組織を
得るのが困難であって強度確保が困難になるので上限含
有量は18%とすべきである。
Cr: Cr is the most basic and essential element constituting martensitic stainless steel, and is necessary for imparting corrosion resistance. However, if the content is less than 14%, the corrosion resistance will not be sufficient; If it is added in excess of 18%, it will be difficult to obtain a martensitic structure and ensure strength no matter how the other alloying elements are adjusted, so the upper limit content should be 18%.

Cu : Cuは湿潤炭酸ガス環境におけるマルテンサ
イト系ステンレス鋼の腐食速度を著しく減少させ、Cお
よびNの含有量を調整することによって硫化水素を含む
環境における割れ感受性を顕著に低下させる極めて有用
な元素であるが、含有量が1.2%未満ではこれらの効
果が不十分であり、5%を超えて添加してもその効果は
飽和するばかりか熱間加工性を著しく低下させるように
なるので、1.2〜5%の範囲に限定する。
Cu: Cu is an extremely useful element that significantly reduces the corrosion rate of martensitic stainless steel in a humid carbon dioxide environment and significantly reduces the cracking susceptibility in an environment containing hydrogen sulfide by adjusting the C and N content. However, if the content is less than 1.2%, these effects are insufficient, and if it is added in excess of 5%, the effects not only become saturated but also significantly reduce hot workability. , limited to a range of 1.2 to 5%.

AI:Nは脱酸のために必要な元素であって含有量がo
、oos%未満ではその効果が十分ではなく、0、2%
を超えて添加すると粗大な酸化物系介在物が鋼中に残留
して硫化水素中での割れ抵抗を低下させるので、含有量
範囲はo、oos〜0.2%とした。
AI:N is an element necessary for deoxidation, and the content is o.
, below oos%, the effect is not sufficient, and 0.2%
If it is added in excess of 2%, coarse oxide-based inclusions will remain in the steel and reduce the cracking resistance in hydrogen sulfide, so the content range was set to 0,00% to 0.2%.

N:NはCと同様にマルテンサイト系ステンレス鋼の強
度を上昇させる元素として有効であるが、0.005%
未満ではその効果が充分ではなく、0.15%を超える
とCr窒化物を生成して耐食性を低下させ、また、割れ
抵抗をも低下させるので、含有量範囲は0.005〜0
.15%とした。
N: Like C, N is effective as an element for increasing the strength of martensitic stainless steel, but at 0.005%
If it is less than 0.15%, the effect will not be sufficient, and if it exceeds 0.15%, Cr nitrides will be produced, reducing corrosion resistance and cracking resistance. Therefore, the content range is from 0.005 to 0.
.. It was set at 15%.

以上が本発明における基本的成分であるが、本発明にお
いては必要に応じてさらに以下の元素を添加して特性を
一段と向上させることができる。
The above are the basic components in the present invention, but in the present invention, the following elements can be further added as necessary to further improve the characteristics.

P:Pは応力腐食割れ感受性を増加させる元素であるの
で少ないほうが好ましいが、あまりに少ないレベルにま
で低減させることは、いたずらにコストを上昇させるの
みで特性の改善効果は飽和するものであるから、本発明
の目的とする耐食性。
P: Since P is an element that increases stress corrosion cracking susceptibility, it is preferable to have less P, but reducing it to too low a level will only unnecessarily increase costs and the effect of improving properties will be saturated. Corrosion resistance as an objective of the present invention.

耐応力腐食割れ性を確保するのに必要十分なほど少ない
含有量として0.025%以下に低減すると耐応力腐食
割れ性が一段と改善される。
When the content is reduced to 0.025% or less, which is sufficiently small to ensure stress corrosion cracking resistance, stress corrosion cracking resistance is further improved.

SO3はPと同様に応力腐食割れ感受性を増加させる元
素であるので少ないほうが好ましいが、あまりに少ない
レベルにまで低減させることはいたずらにコストを上昇
させるのみで特性の改善効果は飽和するものであるから
、本発明の目的とする耐食性、耐応力腐食割れ性を確保
するのに必要十分なほど少ない含有量として0.010
%以下に低減すると耐応力腐食割れ性が一段と改善され
る。
Like P, SO3 is an element that increases stress corrosion cracking susceptibility, so it is better to have less SO3, but reducing it to too low a level will only unnecessarily increase costs and the effect of improving properties will be saturated. , the content is 0.010 as low as necessary and sufficient to ensure the corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance targeted by the present invention.
% or less, stress corrosion cracking resistance is further improved.

O:○は多量に存在すると粗大な酸化物系非金属介在物
クラスターを生成して応力腐食割れ感受性を増加させる
ので少ないほうが好ましいが、あまりに少ないレベルに
まで低減させることはいたずらにコストを上昇させるの
みで特性の改善効果は飽和するものであるから、本発明
の目的とする耐食性、耐応力腐食割れ性を一段と向上す
るのに必要充分なほど少ない含有量として0.004%
以下に低減すると耐応力腐食割れ性が一段と改善される
O: If present in a large amount, coarse oxide-based nonmetallic inclusion clusters will be generated and stress corrosion cracking susceptibility will increase, so it is preferable to have a small amount, but reducing it to a too small level will unnecessarily increase costs. Since the property improvement effect is saturated with only 0.004%, the content is as low as necessary and sufficient to further improve the corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance that are the objectives of the present invention.
When the stress corrosion cracking resistance is reduced to below, the stress corrosion cracking resistance is further improved.

Ni : Niは1.2%以上のCuと共存して湿潤炭
酸ガス環境の耐食性をさらに改善するのに効果があるが
、4%を超えて添加してもその効果は飽和するばかりか
、いたずらにコストを上昇させるようになるので上限含
有量は4%とする。
Ni: Ni coexists with 1.2% or more of Cu and is effective in further improving corrosion resistance in a humid carbon dioxide environment, but if it is added in an amount exceeding 4%, the effect not only becomes saturated, but also becomes undesirable. Therefore, the upper limit content is set at 4%.

Mo : Moは1.2%以上のCuと共存して湿潤炭
酸ガス環境の耐食性を改善するのに効果があるが、2%
を超えて添加してもその効果は飽和するばかりか、靭性
なと他の特性を低下させるようになるので上限含有量は
2%とする。
Mo: Mo coexists with 1.2% or more of Cu and is effective in improving corrosion resistance in a wet carbon dioxide environment, but 2%
If it is added in excess of 2%, the effect will not only be saturated, but also the toughness and other properties will be degraded, so the upper limit content is set at 2%.

WOWも1.2%以上のCuと共存して湿潤炭酸ガス環
境の耐食性を改善するのに効果があるが、4%を超えて
添加してもその効果は飽和するばかりか、靭性なと他の
特性を低下させるようになるので上限含有量は4%とす
る。
WOW is also effective in coexisting with 1.2% or more Cu to improve corrosion resistance in a humid carbon dioxide environment, but adding more than 4% not only saturates the effect, but also improves toughness and other properties. The upper limit content is set at 4% because the properties of

V、 Ti、 Nb、 Ta、 Zr+ Hf: V、
 Ti、 Nb、 Ta、 Zr。
V, Ti, Nb, Ta, Zr+ Hf: V,
Ti, Nb, Ta, Zr.

Hfは耐食性を一段と向上させるのに有効な元素である
が、Ti、 Zr、 Ta、 Hfでは0.2%、Nb
、 Vでは0.5%をそれぞれ超えて添加すると粗大な
析出物・介在物を生威して硫化水素含有環境における割
れ抵抗を低下させるようになるので上限含有量はTi、
 Zr、 Ta、 Hfでは0.2%、Nb、 Vでは
0.5%とする。
Hf is an effective element to further improve corrosion resistance, but 0.2% for Ti, Zr, Ta, and Hf, and 0.2% for Nb.
, V, if added in excess of 0.5%, will produce coarse precipitates and inclusions and reduce cracking resistance in an environment containing hydrogen sulfide, so the upper limit content is Ti,
It is 0.2% for Zr, Ta, and Hf, and 0.5% for Nb and V.

Ca、希土類元素:Caおよび希土類元素(REM)は
熱間加工性の向上、耐食性の向上に効果のある元素であ
るが、Caでは0.008%を超えて、希土類元素では
0.02%を超えて添加すると、それぞれ粗大な非金属
介在物を生成して逆に熱間加工性および耐食性を劣化さ
せるので、上限含有量はCaでは0.008%、希土類
元素では0.02%とする。なお、本発明において希土
類元素とは原子番号が57〜71番および89〜103
番の元素およびYを指す。
Ca, rare earth elements: Ca and rare earth elements (REM) are elements that are effective in improving hot workability and corrosion resistance, but Ca exceeds 0.008%, and rare earth elements exceed 0.02%. If added in excess, coarse non-metallic inclusions will be formed and the hot workability and corrosion resistance will deteriorate, so the upper limit content is set at 0.008% for Ca and 0.02% for rare earth elements. In addition, in the present invention, rare earth elements include those having atomic numbers of 57 to 71 and 89 to 103.
Refers to the number element and Y.

上記の成分を有するステンレス鋼を熱処理してマルテン
サイト組織とし所定の強度を付与するに際し、オーステ
ナイト化温度を900〜1100℃としたのは、900
℃より低い温度ではオーステナイト化が十分ではなく従
って必要な強度を得ることが困難だからであり、オース
テナイト化温度が1100℃を超えると結晶粒が著しく
粗大化して硫化水素含有環境における割れ抵抗が低下す
るようになるので、オーステナイト化温度は900−1
100℃とする。
When heat-treating stainless steel having the above components to form a martensitic structure and imparting a predetermined strength, the austenitizing temperature was set to 900 to 1100°C.
This is because at temperatures lower than 1100°C, austenitization is not sufficient and it is therefore difficult to obtain the necessary strength, and when the austenitization temperature exceeds 1100°C, crystal grains become significantly coarsened and cracking resistance in an environment containing hydrogen sulfide decreases. Therefore, the austenitizing temperature is 900-1
The temperature shall be 100°C.

オーステナイト化後の冷却における冷却速度を空冷以上
の冷却速度としたのは、空冷よりも遅い冷却速度ではマ
ルテンサイトが十分生成せず、所定の強度を確保するこ
とが困難になるからである。
The reason why the cooling rate in cooling after austenitization was set to be higher than air cooling is because martensite is not sufficiently generated at a cooling rate slower than air cooling, making it difficult to secure a predetermined strength.

焼戻し温度を580℃以上Ac+温度以下としたのは、
焼戻し温度が580℃未満では充分な焼戻しが行われず
、焼戻し温度がA c 1温度を超えると一部がオース
テナイト化し、その後の冷却時にフレッシュ・マルテン
サイトを生威し、いずれも十分に焼戻しされていないマ
ルテンサイトが残留するために硫化水素含有環境におけ
る割れ感受性を増加させるためである。
The reason why the tempering temperature was set to 580°C or higher and lower than Ac+ temperature is because
If the tempering temperature is less than 580°C, sufficient tempering will not be performed, and if the tempering temperature exceeds A c 1 temperature, a part of the steel will become austenite, and fresh martensite will be produced during subsequent cooling, and neither will be sufficiently tempered. This is because no martensite remains to increase cracking susceptibility in hydrogen sulfide-containing environments.

焼戻し後の冷却における冷却速度を空冷以上の冷却速度
としたのは、空冷よりも遅い冷却速度では靭性が低下す
るためである。
The reason why the cooling rate in cooling after tempering was set to be higher than air cooling is because toughness decreases at a cooling rate slower than air cooling.

本発明鋼は、通常の熱間圧延によって鋼板として使用す
ることが可能であるし、熱間押出あるいは熱間圧延によ
って鋼管として使用することも可能であるし、棒あるい
は線として使用することも勿論可能である。本発明鋼は
、油井管あるいはラインパイプとしての用途のほか、バ
ルブやポンプの部品としてなど多くの用途がある。
The steel of the present invention can be used as a steel plate by ordinary hot rolling, can be used as a steel pipe by hot extrusion or hot rolling, and of course can be used as a bar or wire. It is possible. The steel of the present invention has many uses, such as as oil country tubular goods or line pipes, as well as parts for valves and pumps.

(実施例) 以下に本発明の実施例について説明する。(Example) Examples of the present invention will be described below.

第1表に示す成分のステンレス鋼を溶製し、熱間圧延に
よって厚さ12mw*の鋼板とした後、第1表に併せて
示す条件で焼入れ焼戻し処理を施していずれも0.2%
オフセット耐力が63kg/−以上の高強度ステンレス
鋼とした。なお、第1表中の焼戻し温度はいずれも基調
のAcl温度以下の温度である。次にこれらの鋼材から
試験片を採取して湿潤炭酸ガス環境における腐食試験、
および硫化水素含有環境におけるSCC試験を行なった
。湿潤炭酸ガス環境における腐食試験としては、厚さ3
ttrm、幅15mm、長さ50mの試験片を用い、試
験温度150℃および180℃のオートクレーブ中で炭
酸ガス分圧40気圧の条件で3%NaC1水溶液中に3
0日間浸漬して、試験前後の重量変化から腐食速度を算
出した。腐食速度の単位はcm/yで表示したが、−船
釣にある環境におけるある材料の腐食速度が0.1m/
y以下の場合、材料は十分耐食的であり使用可能である
と考えられている。
Stainless steel with the composition shown in Table 1 is melted and hot-rolled into a steel plate with a thickness of 12 mw*, and then quenched and tempered under the conditions shown in Table 1 to achieve a content of 0.2%.
It is made of high-strength stainless steel with an offset yield strength of 63 kg/- or more. Note that the tempering temperatures in Table 1 are all below the base ACl temperature. Next, test pieces were taken from these steel materials and subjected to corrosion tests in a humid carbon dioxide environment.
and an SCC test in an environment containing hydrogen sulfide. For corrosion testing in a humid carbon dioxide environment, thickness 3
ttrm, width 15 mm, and length 50 m, in an autoclave at test temperatures of 150°C and 180°C, and at a partial pressure of carbon dioxide gas of 40 atm, in a 3% NaCl aqueous solution.
After immersion for 0 days, the corrosion rate was calculated from the weight change before and after the test. The unit of corrosion rate was expressed in cm/y.
y or less, the material is considered to be sufficiently corrosion resistant and usable.

硫化水素含有環境における割れ試験としては、NAcH
(米国腐食技術者協会)の定めている標準試験法である
NAcE規格TM0177に準拠して試験したが、硫化
水素分圧は0.1気圧とし試験温度は120 ’Cとし
た。上記の試験条件の5%NaC1+ 0.5%酢酸水
溶液中にセットした試験片に一定の単軸引張応力を負荷
し、720時間以内に破断するか否か、を調べた。試験
応力は各鋼材の0.2%オフセット耐力の60%の値と
した。
For cracking tests in environments containing hydrogen sulfide, NAcH
The test was conducted in accordance with NAcE standard TM0177, which is a standard test method established by the American Society of Corrosion Engineers (American Society of Corrosion Engineers), and the hydrogen sulfide partial pressure was 0.1 atm and the test temperature was 120'C. A constant uniaxial tensile stress was applied to a test piece set in a 5% NaCl + 0.5% acetic acid aqueous solution under the above test conditions, and it was examined whether it would break within 720 hours. The test stress was set to a value of 60% of the 0.2% offset proof stress of each steel material.

試験結果を第1表に併せて示した。第1表のうち、腐食
試験結果において◎は腐食速度が0.05m/y未満、
○は腐食速度が0.05 m/ y以、に0.10m/
y未満、×は腐食速度が0.1 mm/ 7以上0.5
 tug / y未満、××は腐食速度が0.5 am
/ y以」二であったことをそれぞれ表わしており、S
CC試験結果において◎は破断しなかったもの、×は破
断したものをそれぞれ表わしている。なお、第1表にお
いて比較鋼の恥、29はAl5I 420鋼であり、−
030は9Cr−IMo鋼であって、いずれも従来から
湿潤炭酸ガス環境で使用されている従来鋼である。
The test results are also shown in Table 1. In Table 1, in the corrosion test results, ◎ indicates that the corrosion rate is less than 0.05 m/y.
○ means the corrosion rate is 0.05 m/y or more, and 0.10 m/y
Less than y, × indicates corrosion rate of 0.1 mm/7 or more, 0.5
less than tug/y, XX indicates corrosion rate of 0.5 am
/ y is 2, respectively, and S
In the CC test results, ◎ indicates that the sample did not break, and × indicates that it did. In addition, in Table 1, the comparative steel 29 is Al5I 420 steel, -
030 is a 9Cr-IMo steel, and both are conventional steels that have been conventionally used in a humid carbon dioxide environment.

第1表から明らかなように、本発明鋼である鋼kl=2
8は、湿潤炭酸ガス環境において180℃という従来の
マルテンサイト系ステンレス鋼では考えられないような
高温であっても、実用的に使用可能な腐食速度である0
、1ms/yよりも腐食速度が小さく、かつ硫化水素含
有環境における割れ試験においても破断していないこと
から、優れた耐食性と耐応力腐食割れ性を有しているこ
とがわかる。これに対して比較鋼である綱に29=−3
4は湿潤炭酸ガス環境において150℃でも既に腐食速
度が0.1 run / yを大きく上回っており、か
つ硫化水素含有環境における割れ試験番ごおいて破断し
ている。
As is clear from Table 1, the steel of the present invention kl=2
8 is a corrosion rate that can be practically used even at a high temperature of 180°C in a humid carbon dioxide environment, which is unthinkable for conventional martensitic stainless steel.
, 1 ms/y, and did not break even in a cracking test in a hydrogen sulfide-containing environment, indicating that it has excellent corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance. On the other hand, 29 = -3 for the comparison steel, rope.
In case of No. 4, the corrosion rate was already much higher than 0.1 run/y even at 150°C in a humid carbon dioxide environment, and it fractured in every cracking test in an environment containing hydrogen sulfide.

(発明の効果) 以上述べたように、本発明は湿潤炭酸ガス環境における
優れた耐食性と湿潤硫化水素による割れに対して高い割
れ抵抗を有する鋼およびその製造方法を提供することを
可能としたものであり、産業の発展に貢献するところ極
めて大である。
(Effects of the Invention) As described above, the present invention makes it possible to provide a steel having excellent corrosion resistance in a wet carbon dioxide environment and high cracking resistance against cracking caused by wet hydrogen sulfide, and a method for manufacturing the same. Therefore, it is extremely important to contribute to the development of industry.

223−223-

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)重量%で、 C0.03〜0.12%、 Si1%以下、 Mn2%以下、 Cr14%超18%以下、 Cu1.2〜5%、 Al0.005〜0.2%、 N0.005〜0.15% を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなることを
特徴とする高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系
ステンレス鋼。
(1) In weight%, C 0.03 to 0.12%, Si 1% or less, Mn 2% or less, Cr more than 14% and 18% or less, Cu 1.2 to 5%, Al 0.005 to 0.2%, N 0.005 A martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance, characterized by containing ~0.15% and the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities.
(2)不可避不純物のうち、重量%で、 Pを0.025%以下、 Sを0.010%以下 に低減したことを特徴とする請求項1記載の高強度かつ
耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
(2) A martensitic system with high strength and excellent corrosion resistance according to claim 1, characterized in that among unavoidable impurities, P is reduced to 0.025% or less and S to 0.010% or less. stainless steel.
(3)不可避不純物のうち、重量%で、 Oを0.004%以下 に低減したことを特徴とする請求項1または2記載の高
強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス綱
(3) The martensitic stainless steel steel with high strength and excellent corrosion resistance according to claim 1 or 2, characterized in that among the inevitable impurities, O is reduced to 0.004% or less by weight.
(4)付加成分として、重量%で、 Ni4%以下、 Mo2%以下、 W4%以下 のうち1種または2種以上を含有することを特徴とする
請求項1、2または3記載の高強度かつ耐食性の優れた
マルテンサイト系ステンレス鋼。
(4) The high-strength steel according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it contains one or more of Ni 4% or less, Mo 2% or less, and W 4% or less as an additional component. Martensitic stainless steel with excellent corrosion resistance.
(5)付加成分として、重量%で、 V0.5%以下、 Ti0.2%以下、 Nb0.5%以下、 Ta0.2%以下、 Zr0.2%以下、 Hf0.2%以下 のうち1種または2種以上を含有することを特徴とする
請求項1、2、3または4記載の高強度かつ耐食性の優
れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
(5) As an additional component, one of the following in weight%: V 0.5% or less, Ti 0.2% or less, Nb 0.5% or less, Ta 0.2% or less, Zr 0.2% or less, Hf 0.2% or less The martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance according to claim 1, 2, 3, or 4, characterized in that it contains two or more of the following.
(6)付加成分として、重量%で、 Ca0.008%以下、 希土類元素0.02%以下 のうち1種または2種を含有することを特徴とする請求
項1、2、3、4または5記載の高強度かつ耐食性の優
れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
(6) Claim 1, 2, 3, 4, or 5, characterized in that the additional component contains one or two of Ca0.008% or less and rare earth element 0.02% or less in weight percent. Martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance.
(7)請求項1、2、3、4、5または6記載のマルテ
ンサイト系ステンレス鋼を、900〜1100℃でオー
ステナイト化した後、空冷以上の冷却速度で冷却し、次
いで580℃以上Ac_1温度以下の温度で焼戻し処理
を施した後、空冷以上の冷却速度で冷却することを特徴
とする高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ステ
ンレス鋼の製造方法。
(7) The martensitic stainless steel according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6 is austenitized at 900 to 1100°C, then cooled at a cooling rate higher than air cooling, and then at Ac_1 temperature of 580°C or higher. A method for producing martensitic stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance, which comprises tempering at a temperature below and then cooling at a cooling rate higher than air cooling.
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