JPH0835009A - 耐食性の優れたマルテンサイトステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

耐食性の優れたマルテンサイトステンレス鋼の製造方法

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JPH0835009A
JPH0835009A JP16723794A JP16723794A JPH0835009A JP H0835009 A JPH0835009 A JP H0835009A JP 16723794 A JP16723794 A JP 16723794A JP 16723794 A JP16723794 A JP 16723794A JP H0835009 A JPH0835009 A JP H0835009A
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steel
stainless steel
tempering treatment
martensitic stainless
corrosion resistance
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JP16723794A
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Takuya Hara
卓也 原
Hitoshi Asahi
均 朝日
Hiroyuki Ogawa
洋之 小川
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐CO2 腐食性の優れた低C−(12〜1
6)%Cr−Ni−Cu−Mo系マルテンサイトステン
レス鋼を量産可能にする製造方法を提供する。 【構成】 C:0.005〜0.1%、Si:0.05
〜1%、Mn:0.1〜2%、Cr:12〜16%、N
i:0.1〜4%、Cu:0.1〜3%、Mo:0.1
〜3%、Al:0.005〜0.2%、N:0.005
〜0.1%、P:0.025%以下、S:0.015%
以下を含み、残部はFe及び不可避的不純物からなるマ
ルテンサイトステンレス鋼を、640℃以上770℃以
下の温度域で第1段の焼戻し処理を施した後、600℃
以上Ac1点以下の温度域で第2段の焼戻し処理を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐食性、特に油井管及
びラインパイプ用の耐CO2 腐食性に優れたマルテンサ
イト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】石油または天然ガスを採取するための井
戸の環境は近年ますます過酷なものとなっており、採掘
深さの増大に加えて湿潤な炭酸ガス(CO2 )や硫化水
素(H 2 S)、塩素イオン(Cl- )などの腐食性の成
分を含む井戸も多くなっている。このためこうした環境
中では炭素鋼や低合金鋼は著しく腐食することが知られ
ている。
【0003】炭酸ガスを多く含む油井環境では合金鋼と
しては比較的コストの安い鋼としてAISI420鋼と
いったCを0.2%含有し、12〜13%のCrを含有
するマルテンサイトステンレス鋼が広く使用されてい
る。しかし120℃以上の温度になるとAISI420
鋼も腐食してしまう。従って120℃以上のCO2 環境
下ではCrを22〜25%含有する2相ステンレス鋼が
使用されている。しかし2相ステンレス鋼はCO2 環境
で使用するには高価な材料である。そこでAISI42
0鋼と2相ステンレス鋼の中間の使用性能(180℃以
下の高温CO2 環境中に耐えうる)と価格を有するグレ
ードの開発が待望されていた。以下この鋼を低C−(1
2〜16)%Cr−Ni−Cu−Mo系マルテンサイト
ステンレス鋼と呼ぶ。
【0004】この低C−(12〜16)%Cr−Ni−
Cu−Mo系マルテンサイトステンレス鋼は分塊圧延後
の管材の硬度が極めて高いので、管材の鋸断が不可能で
あるか、或いは著しく困難であるので鋸断万能にするこ
とにプロセス上の問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は量産AISI
420鋼と変わらないプロセスで製造上のトラブル(す
なわち、180℃以下の高温CO2 環境中に耐えうる性
質を持つ低C−(12〜16)%Cr−Ni−Cu−M
o系マルテンサイトステンレス鋼の分塊圧延後の管材の
鋸断が困難)を解消し、工業的に量産できる製造プロセ
スを確立することを目的とする。
【0006】前記した製造上のトラブルを解消するため
には低C−(12〜16)%Cr−Ni−Cu−Mo系
マルテンサイトステンレス鋼のヴィッカース硬度を27
0以下にしなければならない。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上のような問題を解決
するために種々の実験を行った結果、低C−(12〜1
6%)Cr−Ni−Cu−Mo系マルテンサイトステン
レス鋼を軟化させる製造法を見出して本発明を完成させ
た。本発明は、重量%でC:0.005〜0.1%、S
i:0.05〜1%、Mn:0.1〜2%、P:0.0
25%以下、S:0.015%以下、Cr:12〜16
%、Ni:0.1〜4%、Cu:0.1〜3%、Mo:
0.1〜3%、Al:0.005〜0.2%、N:0.
005〜0.1%を含み、残部がFeおよび不可避的不
純物からなる鋼を、640℃以上770℃以下の温度域
で第1段の焼戻し処理を施した後に、600℃以上Ac
1点以下の温度域で第2段の焼戻し処理を行うことを特
徴とする耐食性の優れたマルテンサイトステンレス鋼の
製造方法を要旨とする。
【0008】
【作用】前記のように640℃以上770℃以下の温度
で第1段の焼戻し処理を行った後に、600℃以上Ac
1点以下の温度で第2段の焼戻し処理を行うことにより
低C−(12〜16)%Cr−Ni−Cu−Mo系マル
テンサイトステンレス鋼が軟化する理由について本発明
者らは以下のように推測している。
【0009】低C−(12〜16)%Cr−Ni−Cu
−Mo系マルテンサイトステンレス鋼を640℃以上7
70℃以下の温度域で第1段の焼戻し処理を行うことに
より生じる組織は焼戻しマルテンサイト及びフレッシュ
マルテンサイトである。さらにマトリクス中からCuが
析出する。770℃超ではフレッシュマルテンサイト量
の方が焼戻しマルテンサイト量よりも多いために硬度が
高すぎるために第1段の焼戻し温度の上限を770℃と
した。一方640℃未満ではCuが微細に析出すること
によって硬化するためにその下限を640℃とした。
【0010】一段だけの焼戻し処理ではフレッシュマル
テンサイトが生成する。その組織は硬度が高いためにも
う一度Ac1 点以下で第2段の焼戻し処理を行うことに
より組織全てが焼戻しマルテンサイト組織になり、軟化
するものと考えられる。従って、第2段の焼戻し温度の
上限をAc1 点とした。ここで第2段の焼戻し処理の下
限を600℃としたのは600℃未満で焼戻し処理を行
っても低温焼戻しであるために十分な焼戻し処理ができ
ないので硬度が変化しない。すなわちヴィッカース硬度
が270超になり、実際の製造ラインでの管材の鋸断が
困難になるからである。
【0011】次に対象鋼の成分範囲の限定理由について
以下に説明する。 C:Cはマルテンサイトステンレス鋼を製造するのに必
要な元素であって、0.005%未満では組織をマルテ
ンサイト単相にするのが困難になり、0.1%を超える
とCr炭化物が多く存在し、耐CO2 腐食性が劣化する
ので、含有量範囲を0.005〜0.1%とした。
【0012】Si:Siは脱酸のため必要な元素である
が、0.05%未満ではその効果が十分でなく、1%を
超えて添加すると衝撃靱性を低下させることから、含有
量範囲を0.05〜1%とした。 Mn:脱酸及び強度確保のために有効な元素であるが、
0.1%未満ではその効果が十分でなく、2%を超えて
添加するとその効果は飽和するので、含有量範囲を0.
1〜2%とした。
【0013】Cr:Crはマルテンサイトステンレス鋼
を構成する最も基本的かつ必須の元素であって、耐CO
2 腐食性を付与するために必要な元素であるが、含有量
が12%未満では耐食性が十分でなく、一方16%を超
えて添加するとマルテンサイト単相にすることが困難に
なるので、その含有量範囲を12〜16%とした。マル
テンサイト単相にするには12%以上15%以下にする
ことが望ましい。
【0014】Al:Alは脱酸のために必要な元素であ
って含有量が0.005%未満ではその効果が十分でな
く、0.2%を超えて添加すると粗大な酸化物系介在物
が鋼中に残留して靱性を低下させるので、その含有量範
囲を0.005〜0.2%とした。 N:Nはオーステナイト形成元素であるので必須である
が、0.005%未満では室温でマルテンサイト単相と
なり難く、0.1%を超えて存在すると母材の衝撃靱性
を低下させるので、その含有量範囲を0.005〜0.
1%とした。
【0015】P:Pは靱性を低下させる元素であるので
上限含有量を0.025%にした。 S:SはPと同様靱性を低下させる元素であるので上限
含有量を0.015%とした。 Ni:Niはオーステナイト形成元素でマルテンサイト
を安定させ、耐CO2腐食性を向上させるが、0.1%
未満ではその効果が十分でなく、4%を超えて添加する
とその効果が飽和すると共にコストが上昇するので、そ
の含有量範囲を0.1〜4%とした。望ましくは2〜4
%とする。
【0016】Cu:CuもNiと同様オーステナイト形
成元素で耐CO2 腐食性を向上させるが、0.1%未満
ではその効果が十分でなく、3%を超えるとコストが上
昇するので、その含有量範囲を0.1〜3%とした。望
ましくは1.0〜3.0%とする。 Mo:Moは耐CO2 腐食性あるいは耐孔食性を向上さ
せるのに有効な元素であるが、0.1%未満ではその効
果が十分でなく、3%を超えるとフェライトが生成しや
すくなるために、その含有量範囲を0.1〜3%とし
た。望ましくは0.1〜2.0%とする。
【0017】
【実施例】表1に供試鋼の化学組成および製造の熱処理
条件を示す。各供試鋼の硬度および180℃、CO2
0気圧での腐食速度をあわせて表1に示す。表2には表
1に示した熱処理条件として焼戻し条件を示す。No.
1〜8のいずれの鋼種においても第1段の焼戻し温度を
640℃以上770℃以下で焼戻した後に600℃以上
Ac1以下で第2段の焼戻し処理を施すと、ヴィッカー
ス硬度が270以下になり、実際の製造ラインで分塊圧
延後の管材の鋸断が容易になることがわかる。またN
o.1〜8のいずれの鋼種においても180℃CO2
境中での腐食速度は0.1mm/y以下で耐CO2 腐食
性が良好であることがわかる。さらに図1は鋼種4を6
00℃から750℃で焼戻し処理を施した時の硬度に及
ぼす焼戻し温度の影響を示す。このときの鋼種4のAc
1点は645℃である。△印は600℃以上750℃以
下の種々の温度で1回だけの焼戻し処理を施したもので
ある。○印は、750℃で第1段の焼戻し処理を施した
後に、640℃で第2段の焼戻し処理を施したもの、×
印は、670℃で第1段の焼戻し処理を施した後に、6
40℃で第2段の焼戻し処理を施したものである。60
0℃から750℃までの温度域で1回の焼戻し処理だけ
では硬さは極めて高く、管材の鋸断が極めて困難にな
る。これに対して670℃もしくは750℃の温度域で
第1段の焼戻し処理を施した後に、640℃の温度で第
2段の焼戻し処理を行うと、ヴィッカース硬度で270
以下に軟化することがわかった。この結果、実際の生産
ラインでの管材の鋸断が極めて容易になった。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、耐CO2 腐食性に優れ
たマルテンサイトステンレス鋼を量産することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】600℃以上750℃以下の温度域で焼戻し処
理を施したときの焼戻し温度−硬度曲線図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で C:0.005〜0.1%、 Si:0.05〜1%、 Mn:0.1〜2%、 P:0.025%以下、 S:0.015%以下、 Cr:12〜16%、 Ni:0.1〜4%、 Cu:0.1〜3%、 Mo:0.1〜3%、 Al:0.005〜0.2%、 N:0.005〜0.1% を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼
    を、640℃以上770℃以下の温度域で第1段の焼戻
    し処理を施した後に、600℃以上Ac1点以下の温度
    域で第2段の焼戻し処理を行うことを特徴とする耐食性
    の優れたマルテンサイトステンレス鋼の製造方法。
JP16723794A 1994-07-19 1994-07-19 耐食性の優れたマルテンサイトステンレス鋼の製造方法 Withdrawn JPH0835009A (ja)

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