JPS6389618A - 高耐食性２相ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 本発明は高耐食２相ステンレス鋼の製造方法に係り、特
に薄物の圧延方法に関して圧延中の温度、冷却条件を限
定することにより表面性状の良好な鋼板を適切に製造す
ることのできる方法を提供しようとするものである。

産業上の利用分野 石油、ガス輸送用パイプライン等に使用されるラインパ
イプ原板などに用いる高耐食２相系ステンレス鋼の製造
技術。

従来の技術 ２相系ステンレス鋼はその優れた耐食性、高強度等の利
点からその利用価値が高まりつつある。

特に石油、ガス輸送用バイブライン等に使用されるライ
ンパイプ原板には高強度、高耐食性が要求され、近年の
油井及び天然ガス井の深井戸化傾向による使用条件の苛
酷化に伴い、Ｃｒ≧２２−ｔ％、Ｍｏ２３ｗｔ％を含有
する高耐食２相系ステンレス鋼が広く用いられる傾向が
強まりつつある。

発明が解決しようとする問題点 上記したような２相系ステンレス鋼における高Ｃｒ化、
高Ｍｏ化は、圧延中のび相、χ相に代表される金属間化
合物の析出を助長し、圧延時の表面割れの原因となる。

このような金属間化合物の析出を根本的に抑制できる添
加元素は存在せず、唯一の方法はＣｒ量、Ｍｏ量の低減
が有効であるが、上述した使用環境の苛酷化を考慮した
場合、Ｃｒ量、Ｍ。

量の低減は根本的な解決策とはなり得ない。

従来このような高耐食性２相ステンレス鋼の圧延に際し
ては、σ相が析出する温度以上で圧延を終了するような
手法（例えば特開昭６０−１９７８２４）が報告されて
いるが、板厚が薄くなるにつれて圧延仕上温度の確保が
困難となって圧延不能となったり、又はたとえ圧延が可
能であっても加熱と圧延を繰り返す多ヒート圧延が不可
欠であったりしてエネルギー的に不利であった。

従って圧延条件の最適化を図ることにより多ヒート圧延
を行なうことなく薄物まで製造可能な圧延手法の開発が
望まれていた。

またこのような圧延時の割れと関係の深い熱間加工性の
評価には、熱間引張または熱間ねしりによる方法が用い
られていたが、これらの手法は上記のような対象鋼種で
ある綱耐食２相ステンレス鋼のように圧延時にσ相が析
出する場合には、前段までの歪の影響をシュミレートで
きず適正な判断が下せないという問題があった。

「発明の構成」 問題点を解決するための手段 １、　Ｃ：　０．０３ｗｔ％以下、　Ｓｉ　：　２．０
ｗｔ％ｔ％、Ｍｎ　：　２．０ｗｔ％ｔ％、　Ｐ　：　
０．０２ｗｔ％以下、Ｓ　：　０．０１ｗｔ％以下、　
Ｃｒ　：　２２．０〜３０．０ｗｔ％、Ｎｉ　：　３．
５〜１０ｗｔ％、　Ｍｏ　：　３．０〜５．０ｗｔ％、
Ｎ　：　０．０５〜０．２０鰐ｔ％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる２相ス
テンレス鋼を９００℃以上１０５０℃以下の温度まで圧
延後、直ちに下記の式で示されるＣ、Ｒ０’Ｃ／ｓｅｃ
以上２０℃りｓｅｃ以下の冷却速度で７００℃以上７７
５℃以下まで冷却し、再びｍ続して圧延することを特徴
とする高耐食性２相ステンレス鋼の製造方法。

ｌｏｇ　Ｃ，Ｒ，≧０．０４５　Ｘ（Ｃｒ　＋１０Ｍｏ
）　　２，５７２、　Ｃ：　０．０３ｗｔ％以下、　Ｓ
ｉ：　２．０％１ｔ％以下、Ｍｎ　：　２．０ｗｔ％ｔ
％、　Ｐ　：　０．０２ｗｔ％以下、Ｓ　：　Ｏ，０ｂ
ｖｔ％以下、　Ｃｒ　：　２２．０〜３０．０ｗｔ％、
Ｎｉ　：　３．５〜１０．０ｗｔ％、Ｍｏ　：　３．０
〜５．０ｗｔ％、Ｎ　：　０．０５〜０．２０ｗｔ％ 及び Ｃｕ　：　１．０　ｗｔ％ｔ％、　Ｗ　：　１．０ｗｔ
％ｔ％の１種または２種を含有し、残部がＦｅ及び不可
避不純物からなる２相ステンレス鋼を９００℃以上１０
５０℃以下の温度まで圧延後、直ちに下記の式で示され
るＣ、Ｒ，”Ｃ／ｓｅｃ以上２０℃／りｅｃ以下の冷却
速度で７００℃以上７７５℃以下まで冷却し、再びｍ続
して圧延することを特徴とする高耐食性２相ステンレス
鋼の製造方法。

ｌｏｇ　Ｃ，Ｒ，≧０．０４５　Ｘ（Ｃｒ　＋１０Ｍｏ
）　−２，５７作用 成分組成としてＣ，Ｓｉ、　Ｍｎ＋　　Ｐ、　　Ｓ＋　
Ｃｒ量　ＭｏおよびＮを規定することにより耐食性、加
工性、溶接性、靭性および製造性の如きを夫々適切に維
持する。

９００℃〜１０５０℃まで圧延後直ちにｌｏｇＣ，Ｒ，
（℃／ｓ）≧０．０４５　Ｘ（Ｃｒ　＋１０Ｍｏ）　−
２，５７の式を満足する冷却速度から２０℃／ｓｅｃの
範囲の冷却速度で７００〜７７５℃まで冷却することに
よりσ相の形成を抑制し、σ相に起因する割れを抑制す
る。

上記冷却後再び圧延することにより表面性状の良好な薄
物をも的確に得しめる。

実施例 上記したような本発明について図面を用いてさらに具体
的に詳述するならば、本発明者等は前記した従来技術の
背景をもとに厚板圧延時のσ相の析出及びそれに伴う表
層部の割れの発生挙動を実験室的にシュミレートする方
法として、第１図に示すような切欠き付き円柱状サンプ
ル、即ち円柱体（１）の西側面に各部の寸法が図示され
るような切欠き溝（２）を設けたサンプルによる圧縮試
験法を開発することにより、その挙動を明らかにし、圧
延条件と圧延中の冷却速度をコントロールすることによ
って、圧延時に割れの発生しない高耐食２相ステンレス
鋼の圧延方法を提供しようとするものである。

第２図においては高耐食２相ステンレス鋼における圧延
のシュミレートに用いた多段圧縮パターンを示した。本
鋼種の厚板圧延における１バス当りの圧下率（１０〜１
５％）を考慮し、１バスの圧下率１５％で６パスを与え
るものであり、加工中に生じるσ相の析出のみを観察し
、最終加工後の冷却中に生じるσ相の析出の影響を除く
ため、最終圧下温度冷を行なっている。加工性はノツチ
底の割れの有無より評価した。後述する第２表には次の
第１表に示す供試鋼１を用い、多段圧縮試験と圧延試験
で割れの発生を比較した結果を示したものであって、多
段圧縮試験では第２図の加エバターンで１２５０℃加熱
、バス間冷却速度２℃／Ｓで加工を加え、また圧延試験
では同−供試験鋼を１２５０℃に加熱後、１バスの圧下
率１５％で１５ｍに圧延した０割れの有無、σ相の形成
に関して両者はよい一致を示しており、最終圧下温度が
９００℃以上ではσ相は形成されず、割れも生じていな
い、これに対し９００℃より低温域で圧下するとσ相の
形成と割れが生じ、従来から知られているように低温域
での圧延では割れが生じる現象を再現しており、この手
法がσ相に起因する割れの評価法として有効であること
が明らかである。

第２表 従来２相ステンレス鋼におけるσ相の析出については多
くの研究がなされ、等温保持又は連続冷却した場合のσ
相の析出曲線が報告されているが、それらのほとんどは
歪を与えない場合の挙動である。また一部加工を加えた
場合の挙動についての報告もあるが、これは１バスで歪
を与えたものであり、厚板圧延のように各バス間で回復
、再結晶を繰り返す場合とはその挙動が異なっている。

−古本発明に用いた多パス圧縮試験は、このようなバス
間の回復、再結晶挙動が加味されており、実際の圧延に
対応していると考えられる。

本発明者等は上記手法を用い、必然的に圧延仕上温度が
９００℃より低温となる薄物の圧延において、圧延温度
と圧下間の冷却速度の最適化を図ることにより、従来の
圧延下限温度である９００℃より低温で圧延を終了した
場合においても割れの発生しない圧延方法を見出した。

即ち、第３図には１２５０℃に加熱後６段で加工する場
合、３段目と４段目の加工温度を大きく変化させた場合
の割れの発生及びσ相の形成の有無を示した。３段目の
加工を９００℃以上で与え、その後４段目の加工を７７
５℃以下で与えた場合には割れの発生及びσ相の形成は
認められない。

これに対し４段目の加工温度が８００℃以上、３段目の
加工温度が８７５℃以下の領域で加工を加えた場合は、
割れの発生及びσ相の析出が観察される。これは、この
領域での加工によりσ相が形成され、その後の圧下によ
りσ相に起因する割れが生じたためである。従って４段
目の加工温度が８００℃以上、３段目の加工温度が８７
５℃以下の領域で加工を加えなければ割れの発生は生じ
ないことが明らかである。

以上はいずれも各圧下間を２．０℃／Ｓで冷却した場合
の結果であるが、第４図には同じく供試鋼１を１２５０
℃に加熱後３段目及び４段目の加工をそれぞれ９００℃
及び７５０℃で加えるに際し、この領域の冷却速度を変
化させた場合の結果が示されているが、１．５℃１５以
下の冷却速度でこの領域を冷却した場合は、σ相の形成
に伴う割れの発生が認められた。このような臨界冷却速
度はＣｒ。

Ｍｏ量により大きく変化する。第５図には第１表に成分
を示したＣｒ≧２２ｗｔ％、Ｍｏ≧３ｗｔ％の高耐食２
相ステンレス鋼を圧縮した場合の割れの発生しない臨界
冷却速度（７５０℃〜９００℃）を、Ｃｒ＋１０Ｍｏで
整理した結果を示したｅ　ｌｏｇ　Ｃ，Ｒ，（’Ｃ／　
ｓ　）≧０．０４５　（Ｃｒ　＋　１０Ｍｏ）−２，５
７を満足する冷却速度でこの領域を急冷することにより
、σ相の形成を抑制し、σ相に起因する割れを抑制する
ことが可能である。

冷却速度の上限については２０℃／ｓｅｃであり、２０
℃／ｓｅｃを超えると所定の冷却停止温度域（７００〜
７７５℃）に制御することが困難となる。

以上より、高耐食２相ステンレス鋼の圧延に際しては、
９００℃以上で圧延を一時中断後、ｌｏｇＣ，Ｒ，≧０
．０４５（Ｃｒ＋１０Ｍｏ）−２，５７の冷却速度で７
７５℃以下の温度まで加速冷却し、その後圧延を再開す
ることにより表面性状の良好な高耐食２相ステンレス鋼
板の製造が可能であることが確認される。

更に、本発明における熱処理条件の限定理由について述
べると以下の如くである。

圧延中断温度＝９００℃〜１０５０℃。

下限値９００℃については前述した如くであり、また上
限値については圧延による組織を微細化する理由で１０
５０℃とした。

冷却速度。

下限値ｌｏｇ　Ｃ，Ｒ，≧０．０４５　（Ｃｒ　＋　１
０Ｍｏ）　−２，５７については前述した如くであり、
また上限値については２０℃／ｓｅｃを超えると所定の
冷却停止温度域（７００〜７７５℃）に制御することが
困難となるため２０℃／ｓｅｅとした。

冷却停止温度ニア００℃〜７７５℃。

下限値については、７００℃未満まで冷却するとその後
の圧延において圧延荷重が大きくなり圧延が困難となる
ので７００℃とし、また上限値７７５℃については前述
したような理由による。

次に本発明における成分元素の限定理由を示すと以下の
如（である。

Ｃ：Ｃは粒界腐食性を高める元素であり可能な限り少な
い方が望ましいが、特に０．０３ｗｔ％を境に感受性が
著しく変化することから０　、０３ｗ　ｔ％以下が望ま
しい。

Ｓｔ　：　Ｓｔは脱酸には不可欠な元素であるが、２．
０ｗｔ％を超えると溶接性及び加工性を劣化させるため
上限を２．０ｗｔ％とした。

Ｍｎ　：　Ｍｎも脱酸作用を有しているが、２．０ｗｔ
％を超えると加工性を劣化させるため上限を２．０ｗｔ
％とした。

ＦＤＰは不純物として少ない方が望ましく、耐食性及び
加工性を劣化させるので、０．０２ｗｔ％以下に限定し
た。

Ｓ：Ｓも不純物として少ない方が望ましく、熱間加工性
、耐孔食性を劣化させるので０．０１ｗｔ％以下に限定
した。

Ｃｒ　：　Ｃｒは耐食性維持のための基本成分であり、
−定の耐食性を維持しかつ製造性を考慮した場合、２２
−ｔ％〜３０−ｔ％が必要である。

Ｎｉ：２相ステンレス鋼の耐食性及び靭性はα／γ比に
依存して大きく変化する。Ｎｉはそのα／γ比をコント
ロールするため、３．５　ｗｔ％ｔ％以下０−ｔ％以下
の範囲で適正量の添加が必須である。

Ｍｏ　：　Ｍｏは耐粒界腐食、耐孔食性向上に有効な元
素であるが、３．０ｗｔ％ｔ％ではその効果が小さく　
、５．０ｗｔ％を超えると製造性に悪影響を与えるので
３．０　ｔｉｔ％以上、５．０　ｗｔ％ｔ％以下た。

ＮＵＮはα／γ比のコントロール、強度上昇、耐孔食性
向上のために有効であるが、過剰の添加は鋭敏化熱処理
により炭窒化物を生成し耐食性を劣化させるため、０．
０５ｗｔ％以上、０．２０ｗｔ％以下とした。

Ｃｕ、　Ｗ　：　Ｃｕ、　Ｗの添加は耐食性の向上に有
効であり、それぞれ１．０　ｉ１ｔ％以下の範囲で１種
または２種を目的に応じて添加することができる。

本発明法および比較法によるものの製造例について説明
すると以下の如くである。

即ち、後述第４表には第３表に示す供試鋼６を用い圧延
及び冷却条件を変化させた結果を示したもので、表中の
割れ長さは仕上材表面において割れ長さの長いものを１
０個選びその平均の値で定義し、またいずれも１２００
℃加熱で行なった結果である。製造例Ａは従来行なわれ
ているように加熱後６鶴まで一気に圧延を行なったもの
であるが、温度低下に伴い圧延中にσ相が析出し、それ
に起因する割れの発生のため板厚８鶴で圧延を中止した
。また製造例Ｂは圧延中の冷却速度条件（ｌｏｇ　Ｃ，
Ｒ，≧０．０４５（Ｃｒ＋１０Ｍｏ）−２，５７）を満
足していないため、製造例Ｃは圧延中断温度が低いため
、更に製造例りは圧延再開温度が高いためいずれも圧延
中にσ相が析出し、４０〜５０ｍ長さの割れが鋼板全面
に生じた。これに対し、本発明の圧延及び冷却条件を満
足している製造例Ｅ及びＦは割れの生じない６鶴及び４
鶴の鋼板が製造できた。

また、第５表には第３表に示した供試ｗ４７．８．９を
用いた製造例を示した。いずれも１２５０℃加熱で行な
った結果であって、表中の割れ長さは仕上材表面におい
て割れ長さの長いものを１０個選びその平均の値で定義
することは前記の通りである。製造例Ｇ、Ｈ，Ｉは供試
材７を用い１０１１１に圧延した結果であり、９５０℃
で圧延を中断し空冷した製造例Ｇでは本発明の臨界冷却
速度を満足していないため２０鶴の割れが生じたが、本
発明の圧延及び冷却条件を満足している製造例Ｈ１■で
は割れが生じなかった。供試材７より更に高Ｃｒ、高Ｍ
ｏ化した供試材８を用いた製造例Ｊ、Ｋ、Ｌにおいても
、圧延中断後空冷したＪ及び加速冷却を行なったものの
２℃／Ｓの冷却速度しか確保できなかったＫでは、本発
明の冷却条件を満足していないため割れのない鋼板が製
造できなかったのに対し、冷却条件を満足した製造例し
では割れは生じなかった。またＣｒ、　Ｍｏの添加量が
最も低い供試材９を用いた製造例Ｍ、Ｎ、０では、２５
１ｍの空冷において臨界冷却速度は満足するものの圧延
条件が満足していない製造例Ｍでは割れが生じた。これ
に対し圧延条件を満足している製造例Ｎ−〇では割れの
ない鋼板が製造できた。

本発明は仕上板厚が薄い場合又は板巾が広い場合のよう
に９００℃以上の仕上温度が確保できない場合に有効で
ある。この場合圧延中断板厚は最終圧延時の極端な温度
低下を防ぐため３００以下が望ましい。

「発明の効果」 以上説明したように本発明によるときは、割れ発生がな
く表面性状の良好な高耐食２相ステンレス鋼板を的確に
製造することができるものであって、工業的にその効果
の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであって、第１図
は本発明者等の用いた切欠きつき圧延試験片の形状につ
いての説明図、第２図は圧縮パターンの説明図表、第３
図は第２図に示した第３段目および第４段目の圧下温度
と割れ発生の関係を要約した図表、第４図は冷却速度と
ノツチ部割れ長さの関係を示した図表、第５図はＣｒ、
　Ｍｏ量と割れの発生しない臨界冷却速度の関係を示し
た図表である。 然して前記第１図において、（１）は円柱体、（２）は
切欠き溝を示すものである。 特許　出願人　日本鋼管株式会社 発　　　　明　　　　者　　山　　本　　定　　仏間　
　　　　　　　　　　　　尾　　野　　　　　　忠第　
　、５′　　圓 Ｃｒす１０Ｎ蹟夕Ｑ ノヅナ部剖トか）Ｊｔ長さく−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０３ｗｔ％以下、 Ｓｉ：２．０ｗｔ％以下、 Ｍｎ：２．０ｗｔ％以下、 Ｐ：０．０２ｗｔ％以下、 Ｓ：０．０１ｗｔ％以下、 Ｃｒ：２２．０〜３０．０ｗｔ％、 Ｎｉ：３．５〜１０ｗｔ％、 Ｍｏ：３．０〜５．０ｗｔ％、 Ｎ：０．０５〜０．２０ｗｔ％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる２相ス
   テンレス鋼を９００℃以上１０５０℃以下の温度まで圧
   延後、直ちに下記の式で示されるＣ、Ｒ、℃／ｓｅｃ以
   上２０℃／ｓｅｃ以下の冷却速度で７００℃以上７７５
   ℃以下まで冷却し、再び継続して圧延することを特徴と
   する高耐食性２相ステンレス鋼の製造方法。 ｌｏｇＣ、Ｒ、≧０．０４５×（Ｃｒ＋１０Ｍｏ）−２
   ．５７ ２、Ｃ：０．０３ｗｔ％以下、 Ｓｉ：２．０ｗｔ％以下、 Ｍｎ：２．０ｗｔ％以下、 Ｐ：０．０２ｗｔ％以下、 Ｓ：０．０１ｗｔ％以下、 Ｃｒ：２２．０〜３０．０ｗｔ％、 Ｎｉ：３．５〜１０．０ｗｔ％、 Ｍｏ：３．０〜５．０ｗｔ％、 Ｎ：０．０５〜０．２０ｗｔ％ 及び Ｃｕ：１．０ｗｔ％以下、 Ｗ：１．０ｗｔ％以下の１種または２種を含有し、残部
   がＦｅ及び不可避不純物からなる２相ステンレス鋼を９
   ００℃以上１０５０℃以下の温度まで圧延後、直ちに下
   記の式で示されるＣ、Ｒ、℃／ｓｅｃ以上２０℃／ｓｅ
   ｃ以下の冷却速度で７００℃以上７７５℃以下まで冷却
   し、再び継続して圧延することを特徴とする高耐食性２
   相ステンレス鋼の製造方法。 ｌｏｇＣ、Ｒ、≧０．０４５×（Ｃｒ＋１０Ｍｏ）−２
   ．５７