專利名稱：馬氏體類不銹鋼管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于天然氣、石油的管道的馬氏體類不銹鋼管，特別涉及焊接熱影響部的耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性的改善。
背景技術(shù)：
近年來，為了應(yīng)付原油價(jià)格的急劇上漲、近期可預(yù)想的石油資源的枯竭，在世界范圍內(nèi)大規(guī)模對以前未考慮過的深層油田、暫時(shí)放棄開發(fā)的強(qiáng)腐蝕性的酸氣田等進(jìn)行開發(fā)。在這種油田、天然氣田中使用的鋼管要求強(qiáng)耐腐蝕性。
以往，例如在大量地含有二氧化碳的環(huán)境中，作為防腐蝕方法添加抑制劑。但是由于抑制劑的添加不僅導(dǎo)致高成本，在高溫下不能得到充分的效果，因而最近的趨勢是不使用抑制劑，而使用耐腐蝕性優(yōu)良的鋼管。
在API標(biāo)準(zhǔn)中，作為管道鋼管用材料，規(guī)定降低C量的12％Cr馬氏體類不銹鋼。最近，作為含有CO2的天然氣用管道鋼管，廣泛使用馬氏體類不銹鋼管。但是，馬氏體類不銹鋼管存在進(jìn)行圓周焊接時(shí)需要預(yù)熱、焊接后處理，并且焊接部韌性變差的問題。
對于這種問題，例如在特開平9-316611號公報(bào)中，提出了一種馬氏體不銹鋼，C、N量降低至C0.02％以下、N0.07％以下，并且將Cr、Ni、Mo量以與C量的關(guān)系調(diào)整為適當(dāng)量，將Cr、Ni、Mo量以與C、N量的關(guān)系調(diào)整為適當(dāng)量，并且將Ni、Mn量以與C、N量的關(guān)系調(diào)整為適當(dāng)量。通過該公報(bào)中記載的技術(shù)制造出的馬氏體類不銹鋼管是耐二氧化碳腐蝕性、耐應(yīng)力腐蝕裂紋性、焊接性、高溫強(qiáng)度以及焊接部韌性都優(yōu)良的鋼管。
但是，最近，在含有CO2的環(huán)境下，馬氏體類不銹鋼管的進(jìn)行圓周焊接的焊接熱影響部(以下還稱為HAZ)產(chǎn)生裂紋，成為新的問題。
以往，作為在含有CO2的環(huán)境下發(fā)生的腐蝕，公知的有伴隨母材減厚的所謂二氧化碳腐蝕或母材的應(yīng)力腐蝕裂紋。但是，最近成為問題的裂紋只在圓周焊接部的HAZ發(fā)生。并且，具有所謂二氧化碳腐蝕完全不會(huì)發(fā)生的較弱的腐蝕環(huán)境中也發(fā)生的特征。并且，該裂紋由于呈現(xiàn)晶界裂紋，因而推測是晶界應(yīng)力腐蝕裂紋(Intergranular StressCorrosion Cracking)(以下還稱為IGSCC)。
為了防止在圓周焊接的HAZ發(fā)生的這種IGSCC，已知在600～650℃保持3～5分鐘短時(shí)間的焊接后熱處理是有效的。但是，焊接后熱處理雖然是短時(shí)間，也存在使管道鋪設(shè)工序變得復(fù)雜，并且使工期延長，使鋪設(shè)成本上升的問題。根據(jù)這些情況，要求不進(jìn)行焊接后熱處理而就能夠在含有CO2的環(huán)境下防止HAZ的IGSCC的馬氏體類不銹鋼管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述要求作出的，目的在于提供焊接熱影響部的耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性優(yōu)良的馬氏體類不銹鋼管。
本發(fā)明人們?yōu)榱诉_(dá)成上述課題，首先對在馬氏體類不銹鋼管圓周焊接部的HAZ發(fā)生的IGSCC的發(fā)生原因進(jìn)行了銳意研究。結(jié)果得知，由于分散在基體中的碳化物通過焊接時(shí)的熱循環(huán)暫時(shí)固溶到基體中，在其后的焊接熱循環(huán)中在原奧氏體晶界作為Cr碳化物析出，在原奧氏體晶界附近形成Cr缺乏層，因而發(fā)生IGSCC。
基于這種機(jī)理的應(yīng)力腐蝕裂紋，雖然在奧氏體類不銹鋼中是已知的，但沒想到在馬氏體類不銹鋼中也發(fā)生。這是因?yàn)?，認(rèn)為由于馬氏體組織中的Cr擴(kuò)散速度與奧氏體組織中的Cr擴(kuò)散速度相比非常大，因而在馬氏體類不銹鋼中，即使生成Cr碳化物，由于連續(xù)地供給Cr，因而不形成Cr缺乏層。但是，本發(fā)明人們初次發(fā)現(xiàn)即使在馬氏體類不銹鋼中，在特定的焊接條件下也形成Cr缺乏層，較弱的腐蝕環(huán)境下也導(dǎo)致IGSCC。
由此，本發(fā)明人們等人發(fā)現(xiàn)為了防止IGSCC，在原奧氏體晶界中防止Cr碳化物的形成是很重要的，為此，需要盡量降低C含量本身，或進(jìn)一步添加Ti、Nb、V、Zr等碳化物形成能比Cr更大的碳化物形成元素，使有助于形成Cr碳化物的有效固溶C量Csol不足0.0050質(zhì)量％。
本發(fā)明是根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步進(jìn)行研究后完成的。即，本發(fā)明的要旨如下所述(1)一種馬氏體類不銹鋼管，焊接熱影響部的耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性優(yōu)良，其特征在于，具有下述組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C不足0.0100％、N不足0.0100％、Cr10～14％、Ni3～8％，且滿足下面(1)式定義的Csol不足0.0050％，Csol＝C-1/3×Cpre……(1)其中，Cpre＝12.0{Ti/47.9+1/2(Nb/92.9+Zr/91.2)+1/3(V/50.9+Hf/178.5+Ta/180.9)-N/14.0}，C、Ti、Nb、Zr、V、Hf、Ta、N為各元素的含量(質(zhì)量％)，Cpre＜0時(shí)，令Cpre＝0。
(2)一種馬氏體類不銹鋼管，在(1)中，其特征在于，所述組成以質(zhì)量％計(jì)含有C不足0.0100％、N不足0.0100％、Cr10～14％、Ni3～8％、Si1.0％以下、Mn2.0％以下、P0.03％以下、S0.010％以下、Al0.10％以下，進(jìn)一步含有選自Cu4％以下、Co4％以下、Mo4％以下、W4％以下中的1種或2種以上、以及選自Ti0.15％以下、Nb0.10％以下、V0.10％以下、Zr0.10％以下、Hf0.20％以下、Ta0.20％以下中的1種或2種以上，且滿足上述(1)式中定義的Csol不足0.0050％，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
(3)一種馬氏體類不銹鋼管，在(2)中，其特征在于，除了所述組成以外，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有選自Ca0.010％以下、Mg0.010％以下、REM0.010％以下、B0.010％以下中的1種或2種以上。
(4)一種馬氏體類不銹鋼管，在(1)中，其特征在于，所述組成以質(zhì)量％計(jì)含有C不足0.0100％、N不足0.0100％、Cr10～14％、Ni3～8％、Si0.05～1.0％、Mn0.1～2.0％、P0.03％以下、S0.010％以下、Al0.001～0.10％、V0.02～0.10％、Ca0.0005～0.010％，進(jìn)一步含有選自Cu4％以下、Co4％以下、Mo4％以下、W4％以下中的1種或2種以上，且滿足上述(1)式中定義的Csol不足0.0050％，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
(5)一種馬氏體類不銹鋼管，在(4)中，其特征在于，除了所述組成以外，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有選自Ti0.15％以下、Nb0.10％以下、Zr0.10％以下、Hf0.20％以下、Ta0.20％以下中的1種或2種以上。
(6)一種馬氏體類不銹鋼管，在(1)至(5)中任一項(xiàng)中，其特征在于，其用于管道鋼管。
(7)一種焊接構(gòu)造物，焊接接合(1)至(6)中任一項(xiàng)所述的馬氏體類不銹鋼管而形成。


圖1是示意性地表示在實(shí)施例中使用的焊接再現(xiàn)熱循環(huán)的說明圖。
圖2是示意性地表示在實(shí)施例中使用的U彎曲應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)用試樣的彎曲狀況的說明圖。
具體實(shí)施例方式
首先，對本發(fā)明鋼管的組成限定理由進(jìn)行說明。以下，僅將質(zhì)量％記作％。
C不足0.0100％C固溶于鋼中，是有助于增加鋼強(qiáng)度的元素，含量高時(shí)，由于使HAZ硬化，產(chǎn)生焊接裂紋，或使HAZ的韌性變差，因而在本發(fā)明中優(yōu)選盡量降低。在本發(fā)明中，特別為了防止HAZ的IGSCC，將作為Cr碳化物析出而導(dǎo)致形成Cr缺乏層的C限定在不足0.0100％。C的含量在0.0100％以上時(shí)，難以防止HAZ的IGSCC。并且，優(yōu)選不足0.0050％。
在本發(fā)明中，對各元素含量進(jìn)行調(diào)整，以使C處于上述C含量范圍內(nèi)，并使有效固溶C量Csol不足0.0050％。由此，抑制Cr缺乏層的形成，從而能夠?qū)嵸|(zhì)上抑制HAZ的IGSCC。其中，“能夠?qū)嵸|(zhì)上抑制”是指在通過一般的焊接條件(例如，輸入熱量10kJ/cm的TIG焊接)焊接的焊接接頭在用作管道鋼管的一般使用環(huán)境下(例如，CO2壓0.1MPa、液體溫度100℃、pH4.0的5％NaCl水溶液)不產(chǎn)生IGSCC的情況。
通過以下(1)式定義有效固溶C量CsolCsol＝C-1/3×Cpre……(1)有效固溶C量Csol意味著焊接時(shí)作為Cr碳化物析出，形成Cr缺乏層的C量，是從整個(gè)C量減去焊接時(shí)與碳化物形成元素Ti、Nb、Zr、V、Hf、Ta結(jié)合而析出的C量，即對Cr碳化物的形成沒有貢獻(xiàn)的C量后得到的量。其中，Cpre通過下述(2)式進(jìn)行定義Cpre＝12.0{Ti/47.9+1/2(Nb/92.9+Zr/91.2)+1/3(V/50.9+Hf/178.5+Ta/180.9)-N/14.0}……(2)(其中，C、Ti、Nb、Zr、V、Hf、Ta、N為各元素的含量(質(zhì)量％))，在Cpre＜0的情況下，令Cpre＝0。并且，進(jìn)行Cpre計(jì)算時(shí)，將(2)式中包含的元素中不含有的元素設(shè)為零而進(jìn)行計(jì)算。并且，由于在各元素中形成碳化物的容易程度、碳化物的溶解的容易程度不同，綜合各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在本發(fā)明中使用的Cpre中，Nb、Zr的效果為Ti的1/2，V、Hf、Ta的效果為Ti的1/3。并且，由于在本發(fā)明中含有N，因而Ti、Nb、Zr、V、Hf、Ta優(yōu)先形成氮化物。因此，在本發(fā)明中使用的Cpre中，成為減去有助于形成氮化物的Ti、Nb、Zr、V、Hf、Ta相當(dāng)量的形式。并且，考慮HAZ中形成Cr缺乏層的這一不平衡狀態(tài)時(shí)，有助于形成Cr碳化物以外的碳化物，并能夠防止Cr碳化物的C量估計(jì)為Cpre的1/3。
另外，在不含有Ti、Nb、Zr、V、Hf、Ta中的任意一種的情況下，Cpre成為負(fù)數(shù)，在本發(fā)明中設(shè)Cpre＝0，因而有效固溶C量Csol＝C，為了滿足有效固溶C量不足0.0050％，關(guān)鍵是將C含量調(diào)整為不足0.0050％。
N不足0.0100％N與C相同地，固溶于鋼中，是有助于增加鋼強(qiáng)度的元素，含量高時(shí)，由于使HAZ硬化，產(chǎn)生焊接裂紋，或使HAZ的韌性變差，因而在本發(fā)明中優(yōu)選盡量降低。并且，由于N與Ti、Nb、Zr、V、Hf、Ta結(jié)合而形成氮化物，因而降低能夠形成碳化物而防止Cr碳化物形成的Ti、Nb、Zr、V、Hf、Ta量，使抑制Cr缺乏層形成并抑制LGSCC的效果降低。因此，優(yōu)選的是，盡量減少N。N的上述不良影響，只要不足0.0100％就允許，因而在本發(fā)明中N限定為不足0.0100％。并且，優(yōu)選0.0070％以下。
Cr10～14％Cr是用于提高耐二氧化碳腐蝕性、耐點(diǎn)蝕性、耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性等耐腐蝕性的基本元素，在本發(fā)明中需要含有10％以上。另一方面，含量超過14％時(shí)，容易形成鐵素體相，為了穩(wěn)定確保馬氏體組織，需要添加大量合金元素，從而導(dǎo)致材料成本的上升。因此，在本發(fā)明中Cr限定在10～14％的范圍內(nèi)。
Ni3～8％Ni是提高耐二氧化碳腐蝕性，并且固溶而有助于強(qiáng)度上升，并且提高韌性的元素。并且，是奧氏體形成元素，為了在低碳區(qū)域穩(wěn)定地確保馬氏體組織而有效地作用。為了得到這種效果，需要含有3％以上。另一方面，含量超過8％時(shí)，相變點(diǎn)過低，用于確保所希望特性的退火處理的時(shí)間變長，從而導(dǎo)致材料成本的急劇上漲。因此，Ni限定在3～8％的范圍內(nèi)。并且，優(yōu)選4～7％。
除了上述基本成分以外，還可以含有下述元素。
Si0.05～1.0％Si是作為脫氧劑進(jìn)行作用，并且固溶而有助于強(qiáng)度增加的元素，在本發(fā)明中含有0.05％以上。但是，Si也是鐵素體生成元素，含量超過1.0％時(shí)，使母材和HAZ韌性變差。因此，優(yōu)選的是，Si限定在0.05～1.0％。并且，進(jìn)一步優(yōu)選0.1～0.5％。
Mn0.1～2.0％Mn固溶而有助于鋼的強(qiáng)度上升，并且是奧氏體生成元素，抑制鐵素體生長而使母材和HAZ的韌性提高。為了得到這種效果，在本發(fā)明中優(yōu)選含有0.1％以上。另一方面，含量超過2.0％時(shí)效果飽和。因此，優(yōu)選的是，Mn限定在0.1～2.0％。并且，進(jìn)一步優(yōu)選0.2～1.2％。
P0.03％以下P是向晶界偏析而使晶界強(qiáng)度降低，并對耐應(yīng)力腐蝕裂紋性產(chǎn)生不良影響的元素，在本發(fā)明中，優(yōu)選盡量降低，允許降低至0.03％。因此，優(yōu)選的是，P限定在0.03％以下。另外，從熱加工性的觀點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)選為0.02％以下。并且，由于P的過度降低導(dǎo)致精煉成本的急劇上漲和生產(chǎn)率的降低，因而優(yōu)選0.010％以上。
S0.010％以下S是形成MnS等硫化物，使加工性降低的元素，在本發(fā)明中，優(yōu)選盡量降低，允許降低至0.010％。因此，優(yōu)選的是，S限定在0.010％以下。并且，由于S的過度降低導(dǎo)致精煉成本的急劇上漲和生產(chǎn)率的降低，因而優(yōu)選0.0005％以上。
Al0.001～0.10％Al起到脫氧劑的作用，雖然優(yōu)選含有0.001％以上，但是含量超過0.10％時(shí)韌性變差。因此，優(yōu)選的是，Al限定在0.001～0.10％。并且，進(jìn)一步優(yōu)選0.01～0.04％。
選自Cu4％以下、Co4％以下、Mo4％以下、W4％以下中的1種或2種以上Cu、Co、Mo、W都是使作為用于輸送含有CO2的天然氣的管道用鋼管所要求特性的耐二氧化碳腐蝕性提高的元素，在本發(fā)明中選擇性地與Cr、Ni一起含有1種或2種以上。
Cu4％以下Cu使耐二氧化碳腐蝕性提高，并且是奧氏體形成元素，為了在低碳區(qū)域穩(wěn)定地確保馬氏體組織而有效地進(jìn)行作用。為了得到這種效果，優(yōu)選含有1％以上。另一方面，含量超過4％時(shí)效果飽和，不能期望與含量相稱的效果，不利于經(jīng)濟(jì)性。因此，優(yōu)選的是，Cu限定在4％以下的范圍內(nèi)。并且，進(jìn)一步優(yōu)選1.5～2.5％。
Co4％以下Co與Cu相同，使耐二氧化碳腐蝕性提高，并且是用于奧氏體形成元素，為了在低碳區(qū)域穩(wěn)定地確保馬氏體組織而有效地進(jìn)行作用。為了得到這種效果，優(yōu)選含有1％以上。另一方面，含量超過4％時(shí)效果飽和，不能期望與含量相稱的效果，不利于經(jīng)濟(jì)性。因此，優(yōu)選的是，Co限定在4％以下的范圍內(nèi)。并且，進(jìn)一步優(yōu)選1.5～2.5％。
Mo4％以下Mo是使耐應(yīng)力腐蝕裂紋性以及耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性、耐點(diǎn)蝕性提高的元素，為了得到其效果，優(yōu)選含有0.3％以上。另一方面，含量超過4％時(shí)，容易生成鐵素體，并且耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性提高效果飽和，不能期望與含量相稱的效果，不利于經(jīng)濟(jì)性。因此，優(yōu)選的是，Mo限定在4％以下的范圍內(nèi)。并且，進(jìn)一步優(yōu)選1.0～3.0％，更進(jìn)一步優(yōu)選1.5～3.0％。
W4％以下W與Mo相同，是使耐應(yīng)力腐蝕裂紋性以及耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性、耐點(diǎn)蝕性提高的元素，為了得到其效果，優(yōu)選含有1％以上。另一方面，含量超過4％時(shí)，容易生成鐵素體，并且耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性提高效果飽和，不能期望與含量相稱的效果，不利于經(jīng)濟(jì)性。因此，優(yōu)選的是，W限定在4％以下的范圍內(nèi)。并且，進(jìn)一步優(yōu)選1.5～3.0％。
選自Ti0.15％以下、Nb0.10％以下、V0.10％以下、Zr0.10％以下、Hf0.20％以下、Ta0.20％以下中的1種或2種Ti、Nb、V、Zr、Hf、Ta都是碳化物形成元素，選擇性地含有1種或2種以上。Ti、Nb、V、Zr、Hf、Ta與Cr相比碳化物形成能強(qiáng)，具有抑制被焊接熱固溶的C在冷卻時(shí)作為Cr碳化物在原奧氏體晶界析出的情況，并使HAZ的耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性提高的效果。并且，Ti、Nb、V、Zr、Hf、Ta的碳化物還具有即使被焊接熱加熱至高溫也難以熔化，抑制固溶C的產(chǎn)生，由此抑制Cr碳化物的形成，使HAZ的耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性提高的效果。為了得到這種效果，優(yōu)選的是，分別含有Ti0.03％以上、Nb0.03％以上、V0.02％以上、Zr0.03％以上、Hf0.03％以上、Ta0.03％以上。另一方面，含量超過Ti0.15％、Nb0.10％、V0.10％、Zr0.10％、Hf0.20％、Ta0.20％時(shí)，使耐焊接裂紋性、韌性變差。因此，優(yōu)選的是，分別限定為Ti0.15％以下、Nb0.10％以下、V0.10％以下、Zr0.10％以下、Hf0.20％以下、Ta0.20％以下。另外，進(jìn)一步優(yōu)選的是，Ti0.03～0.12％、Nb0.03～0.08％、V0.02～0.08％、Zr0.03～0.08％、Hf0.10～0.18％、Ta0.10～0.18％。
其中，Ti是與其他元素相比使有效固溶Csol降低的效果更大，對耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性改善最有效的元素。進(jìn)一步優(yōu)選0.06～0.10％。
并且，V是對高溫中的強(qiáng)度上升也有效的元素，從改善耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性以外的目的出發(fā)也優(yōu)選含有。為了得到這種效果，優(yōu)選含有0.02％以上。不足0.02％時(shí)，特別對于確保80～150℃的高溫強(qiáng)度不充分，另一方面，含量超過0.10％時(shí)，導(dǎo)致韌性變差。進(jìn)一步優(yōu)選0.03～0.07％。
選自Ca0.010％以下、Mg0.010％以下、REM0.010％以下、B0.010％以下中的1種或2種Ca、Mg、REM、B都是有助于提高熱加工性、連續(xù)鑄造中的穩(wěn)定制造性的元素，可根據(jù)需要選擇性地含有。為了得到這些效果，優(yōu)選的是，分別含有Ca0.0005％以上、Mg0.0010％以上、REM0.0010％以上、B0.0005％以上。另一方面，超過Ca0.010％、Mg0.010％、REM0.010％、B0.010％而含有時(shí)，由于容易作為粗大夾雜物而存在，因而耐腐蝕性明顯變差，韌性明顯降低。因此，優(yōu)選的是，分別限定在Ca0.010％以下、Mg0.010％以下、REM0.010％以下、B0.010％以下。其中，Ca能夠提高鋼管的品質(zhì)穩(wěn)定性，還能夠較低地抑制制造成本，從品質(zhì)穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性的觀點(diǎn)來看最有效。Ca的進(jìn)一步優(yōu)選的范圍為0.005～0.0030％。
上述成分以外的余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
接著，以無縫鋼管為例說明本發(fā)明鋼管的優(yōu)選制造方法。
首先，優(yōu)選的是，通過轉(zhuǎn)爐、電爐、真空熔化爐等通常熔煉方法熔煉出上述組成的鋼水，并通過連續(xù)鑄造法、鑄錠-開坯軋制法等公知方法，制成鋼坯等鋼管原材。接著，優(yōu)選的是，對這些鋼管原材進(jìn)行加熱，使用通常的曼內(nèi)斯曼式自動(dòng)軋管機(jī)或曼內(nèi)斯曼式芯棒式軋管機(jī)等的制造設(shè)備進(jìn)行熱加工、并進(jìn)行制管而形成所希望尺寸的無縫鋼管。優(yōu)選的是，所得到的無縫鋼管以空冷以上的冷卻速度冷卻至室溫。另外，也可以使用沖壓方式的熱擠壓設(shè)備將鋼管原材制成無縫鋼管。
只要是上述組成的無縫鋼管，在熱加工后，以空冷以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻時(shí)，就能夠形成馬氏體組織，優(yōu)選的是，熱加工后冷卻至室溫，并施行回火處理。并且，也可以在熱加工后冷卻至室溫之后，進(jìn)一步進(jìn)行再加熱至Ac3相變點(diǎn)以上的溫度，然后以空冷以上的冷卻速度冷卻的淬火處理。優(yōu)選的是，施行淬火處理的無縫鋼管接著以Ac1相變點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行回火處理。
另外，本發(fā)明鋼管不限定于上述的無縫鋼管，也可以使用上述組成的鋼管原材，根據(jù)通常的工序，制成電焊鋼管、UOE鋼管、螺旋鋼管等焊接鋼管。
另外，本發(fā)明的馬氏體類不銹鋼管也可以進(jìn)行焊接接合而制成焊接構(gòu)造物。作為焊接構(gòu)造物，可例示對管道鋼管彼此進(jìn)行圓周焊接的管道、升降器、分流器等石油、天然氣生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備、化學(xué)工廠用配關(guān)設(shè)備、橋梁等。在本發(fā)明中所稱的焊接構(gòu)造物，除了對本發(fā)明的馬氏體類不銹鋼管彼此進(jìn)行焊接接合的焊接構(gòu)造物以外，還包括對本發(fā)明的馬氏體類不銹鋼管和由其他材質(zhì)構(gòu)成的鋼管進(jìn)行焊接接合的焊接構(gòu)造物或?qū)Ρ景l(fā)明的馬氏體類不銹鋼管和由其他材質(zhì)構(gòu)成的部件進(jìn)行焊接接合的焊接構(gòu)造物。
實(shí)施例對表1-1、表1-2所示組成的鋼水進(jìn)行脫氣后，鑄造成100kg鋼錠，并且進(jìn)行熱鍛后，通過使用模型無縫軋機(jī)的熱加工進(jìn)行制管，從而制成外徑65mm×壁厚5.5mm的無縫鋼管。制管后進(jìn)行空冷。
對所得到的無縫鋼管，在制管后冷卻的狀態(tài)下，目測調(diào)查內(nèi)外表面是否產(chǎn)生裂紋，在內(nèi)表面或外表面產(chǎn)生裂紋的情況表示為×，內(nèi)外表面都沒產(chǎn)生裂紋的情況表示為○，從而評價(jià)熱加工性。
接著，對所得到的無縫鋼管施行淬火回火處理，從而制成X-80級別的鋼管。其中，一部分鋼管不進(jìn)行淬火處理，只進(jìn)行回火處理。
對所得到的鋼管，實(shí)施拉伸試驗(yàn)、擺錘沖擊試驗(yàn)、二氧化碳腐蝕試驗(yàn)、硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)。試驗(yàn)方法如下所述(1)拉伸試驗(yàn)從所得到的無縫鋼管采取API弧狀拉伸試樣，并實(shí)施拉伸試驗(yàn)，求出拉伸特性(屈服強(qiáng)度YS、拉伸強(qiáng)度TS)，對母材強(qiáng)度進(jìn)行評價(jià)。
(2)擺錘沖擊試驗(yàn)從所得到的無縫鋼管，根據(jù)JIS Z 2202規(guī)定，采取V缺口試樣(厚度5.0mm)，根據(jù)JIS Z 2242的規(guī)定，實(shí)施擺錘沖擊試驗(yàn)，求出-40℃下的吸收能vE-40(J)，對母材韌性進(jìn)行評價(jià)。
(3)二氧化碳腐蝕試驗(yàn)從所得到的無縫鋼管，通過機(jī)械加工選擇厚度3mm×寬度25mm×長度50mm的腐蝕試樣，實(shí)施腐蝕試驗(yàn)，并對耐二氧化碳腐蝕性、耐點(diǎn)蝕性進(jìn)行評價(jià)。的將腐蝕試樣浸漬在150℃的20％NaCl水溶液中，該水溶液保持在高壓釜中，3.0MPa的二氧化碳飽和于其中，浸漬期間為30日，實(shí)施腐蝕試驗(yàn)。對腐蝕試驗(yàn)后的試樣，測定重量，求出從腐蝕試驗(yàn)前后的重量差計(jì)算出的腐蝕速度。并且，對試驗(yàn)后的腐蝕試樣，使用倍率10倍的放大鏡觀察試樣表面是否產(chǎn)生點(diǎn)蝕。未發(fā)生點(diǎn)蝕的情況表示為○，發(fā)生點(diǎn)蝕的情況表示為×。
(4)硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)從所得到無縫鋼管，選擇4點(diǎn)彎曲試樣(大小厚度4mm×寬度15mm×長度115mm)，實(shí)施根據(jù)EFC No.17的4點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，對耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性進(jìn)行評價(jià)。使用的試驗(yàn)液為5％NaCl+NaHCO3液(pH4.5)，使10％H2S+CO2混合氣體流動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。設(shè)附加應(yīng)力為YS，試驗(yàn)期間為720小時(shí)，對破裂的有無進(jìn)行測定。未破裂的情況表示為○，破裂的情況表示為×。其中，YS是母材屈服強(qiáng)度。
(5)U彎曲應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)從所得到的無縫鋼管采取厚度4mm×寬度15mm×長度115mm的試驗(yàn)用原材，在試驗(yàn)用原材的中央部施與由如圖1所示的第一步驟和第二步驟構(gòu)成的模擬HAZ熱循環(huán)的再現(xiàn)焊接熱循環(huán)，所述第一步驟在1300℃保持1秒后，以從800℃至500℃的冷卻時(shí)間為9秒的速度冷卻至100℃以下；所述第二步驟在450℃保持180秒。從再現(xiàn)焊接熱循環(huán)結(jié)束的這些試樣原材中央部，切出厚度2mm×寬度15mm×長度75mm的試樣，實(shí)施U彎曲應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)。
對U彎曲應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)而言，使用如圖2所示的夾具，將試樣以內(nèi)半徑8mm彎曲成U字形，進(jìn)行浸漬在腐蝕環(huán)境中的試驗(yàn)。試驗(yàn)期間設(shè)定為168小時(shí)。試樣的腐蝕環(huán)境為，液體溫度100℃、CO2壓0.1MPa、pH2.0的5％NaCl溶液。試驗(yàn)后，對試樣斷面，用100倍的光學(xué)顯微鏡觀察裂紋的有無，并對耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性進(jìn)行評價(jià)。存在裂紋的情況為×，不存在裂紋的情況為○。所得到的結(jié)果如表2-1、表2-2所示。
可知，本發(fā)明例都是不實(shí)施焊接后熱處理就能夠防止HAZ的IGSCC，HAZ的耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性優(yōu)良。并且，本發(fā)明例除了具有用作管道鋼管優(yōu)良的母材強(qiáng)度、母材韌性，母材的耐二氧化碳腐蝕性、耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性也優(yōu)良。其中，鋼管No.20(本發(fā)明例)，由于Mo較低而脫離本發(fā)明的較為優(yōu)選范圍，因而在二氧化碳腐蝕試驗(yàn)中發(fā)生點(diǎn)蝕，并且在硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)中發(fā)生裂紋，但是在U彎曲應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)中不發(fā)生裂紋。因此，在不特別要求耐二氧化碳腐蝕性、耐硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性的情況下，即使將Mo含量較低而脫離本發(fā)明的較為優(yōu)選范圍的鋼管用作管道鋼管，也能夠毫無問題地使用。與此相對，脫離本發(fā)明的范圍的比較例，在HAZ上發(fā)生IGSCC，HAZ的耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性不足。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性根據(jù)本發(fā)明，能夠廉價(jià)地提供用作管道鋼管的耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性優(yōu)良的馬氏體類不銹鋼管，其中，母材的強(qiáng)度、韌性優(yōu)良，并且母材的耐二氧化碳腐蝕性、耐應(yīng)力腐蝕裂紋性也優(yōu)良，不實(shí)施焊接后熱處理就能夠防止HAZ的IGSCC，在產(chǎn)業(yè)上具有突出效果。并且，本發(fā)明鋼管還具有熱加工性優(yōu)良，表面缺陷等產(chǎn)生較少，生產(chǎn)率提高的效果。
表1-1

*)Cpre＝12.0{(Ti/47.9+1/2(Nb/92.9+Zr/91.2)+1/3(V/50.9+Hf/178.5+Ta/180.9)-N/14.0)，其中，Cpre＜0時(shí)，Cpre＝0**)Csol＝C-1/3×Cpre
表1-2

*)Cpre＝12.0{(Ti/47.9+1/2(Nb/92.9+Zr/91.2)+1/3(V/50.9+Hf/178.5+Ta/180.9)-N/14.0)，其中，Cpre＜0時(shí)，Cpre＝0**)Csol＝C-1/3×Cpre
表2-1

表2-2

權(quán)利要求
1.一種馬氏體類不銹鋼管，焊接熱影響部的耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性優(yōu)良，其特征在于，具有下述組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C不足0.0100％、N不足0.0100％、Cr10～14％、Ni3～8％，且滿足下面(1)式定義的Csol不足0.0050％，Csol＝C-1/3×Cpre……(1)其中，Cpre＝12.0{Ti/47.9+1/2(Nb/92.9+Zr/91.2)+1/3(V/50.9+Hf/178.5+Ta/180.9)-N/14.0}，C、Ti、Nb、Zr、V、Hf、Ta、N為各元素的含量(質(zhì)量％)，Cpre＜0時(shí)，令Cpre＝0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬氏體類不銹鋼管，其特征在于，所述組成以質(zhì)量％計(jì)含有C不足0.0100％、N不足0.0100％、Cr10～14％、Ni3～8％、Si0.05％～1.0％、Mn0.1％～2.0％、P0.03％以下、S0.010％以下、Al0.001％～0.10％，進(jìn)一步含有選自Cu4％以下、Co4％以下、Mo4％以下、W4％以下中的1種或2種以上、以及選自Ti0.15％以下、Nb0.10％以下、V0.10％以下、Zr0.10％以下、Hf0.20％以下、Ta0.20％以下中的1種或2種以上，且滿足上述(1)式中定義的Csol不足0.0050％，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的馬氏體類不銹鋼管，其特征在于，除了所述組成以外，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有選自Ca0.010％以下、Mg0.010％以下、REM0.010％以下、B0.010％以下中的1種或2種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬氏體類不銹鋼管，其特征在于，所述組成以質(zhì)量％計(jì)含有C不足0.0100％、N不足0.0100％、Cr10～14％、Ni3～8％、Si0.05～1.0％、Mn0.1～2.0％、P0.03％以下、S0.010％以下、Al0.001～0.10％、V0.02～0.10％、Ca0.0005～0.010％，進(jìn)一步含有選自Cu4％以下、Co4％以下、Mo4％以下、W4％以下中的1種或2種以上，且滿足上述(1)式中定義的Csol不足0.0050％，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的馬氏體類不銹鋼管，其特征在于，除了所述組成以外，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有選自Ti0.15％以下、Nb0.10％以下、Zr0.10％以下、Hf0.20％以下、Ta0.20％以下中的1種或2種以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的馬氏體類不銹鋼管，其特征在于，其用于管道鋼管。
7.一種焊接構(gòu)造物，焊接接合權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的馬氏體類不銹鋼管而形成。
全文摘要
提供一種馬氏體類不銹鋼管，焊接熱影響部的耐晶界應(yīng)力腐蝕裂紋性優(yōu)良。具體的解決方法為，組成如下以質(zhì)量％計(jì)，含有C不足0.0100％、N不足0.0100％、Cr10～14％、Ni3～8％，或者進(jìn)一步含有適當(dāng)范圍的Si、Mn、P、S、Al，進(jìn)一步含有選自Cu4％以下、Co4％以下、Mo4％以下、W4％以下中的1種以上，以及選自Ti0.15％以下、Nb0.10％以下、V0.10％以下、Zr0.10％以下、Hf0.20％以下、Ta0.20％以下中的1種以上，并滿足Csol＝C－1/3×Cpre(其中，Cpre＝12.0{Ti/47.9+1/2(Nb/92.9+Zr/91.2) +1/3(V/50.9+Hf/178.5+Ta/180.9)－N/14.0}，其中，Cpre＜0時(shí)，Cpre＝0)定義的Csol不足0.0050％。也可以進(jìn)一步含有Ca、Mg、REM、B中的1種以上。由此，能夠防止在焊接熱影響部發(fā)生的晶界應(yīng)力腐蝕裂紋。
文檔編號C22C38/00GK1906319SQ20048004072
公開日2007年1月31日 申請日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月30日
發(fā)明者宮田由紀(jì)夫, 木村光男, 板倉教次, 正村克身 申請人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社