JP2003277831A - 高強度高靭性ベンド管の製造方法 - Google Patents

高強度高靭性ベンド管の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ＡＰＩＸ８０級以上の強度と優れた靭性を鋼管
全長に亘って有する高周波ベンド管の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 原管を 質量％でＣ：０．０４〜０．１
０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜２．
５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０８％、Ｔｉ：０．００
５〜０．０５％、必要に応じてＣｕ：０．５％以下、Ｎ
ｉ：０．４％未満、Ｃｒ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５
％以下、Ｖ：０．０１〜０．１％の一種または二種以上
を含有し、且つＣｅｑ（＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎ
ｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５）：０．４〜０．
５の成分組成とベイナイト組織を有する鋼管とし、 管
端の一方から他方に逐次高周波誘導コイルにより９００
〜１１００℃に加熱し、直管部においては加熱後５℃／
ｓｅｃ以上で冷却し、ベンド部においては加熱後曲げ加
工した後５℃／ｓｅｃ以上で冷却し、その後ベンド管全
体を２５０〜６５０℃で焼戻す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高周波誘導コイルに
より加熱し、曲げ加工を行うベンド管の製造方法に関
し、特に、直管部と曲げ加工部の鋼管全長において米国
石油協会規格（ＡＰＩ規格）Ｘ８０以上（降伏強さ５５
２Ｎ／ｍｍ2以上、引張強さ６２１Ｎ／ｍｍ2以上）の強
度と優れた靭性が得られるよう鋼管を管端の一方から他
方へ逐次加熱するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】パイプライン建設費を低減するため、鋼
管の高張力化により肉厚を薄くし溶接施工能率を向上す
ることが有効で、Ｘ８０級の鋼管が実用化されている。
鋼管を熱間曲げ加工するベンド管の場合、加熱により鋼
管での特性（高強度、高靭性）が損なわれることが多い
ことから高張力化を目的に種種の提案がなされている。
【０００３】特開平９−６７６２３号公報、特開平１１
−１７２３７４号公報および特開平７−３３３０号公報
には鋼管を加熱後、曲げ加工しながら焼入れし、特定の
温度範囲で焼戻す技術が開示されている。
【０００４】しかしながら、これらの技術はＸ６５（降
伏強さ４４８Ｎ／ｍｍ2）級の鋼管が対象で、ベンド管
の直管部は焼入れ処理が省略されるにもかかわらず、ベ
ンド部に対する焼戻し処理も受けるため強度が低下す
る。
【０００５】更に、焼入れ処理が不連続となるためその
境界域に二相域に加熱される部分が生じ、該領域におい
て強度、靭性が低下する懸念があった。
【０００６】ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＩＳＩＪ，ｖｏ
ｌ．２７，（１９８７）Ｐ．２９１〜２９８には鋼管全
体に同一の熱処理を施す技術が記載されているが、ＡＰ
ＩＸ６５級の鋼管が対象である。
【０００７】特開平１１−１７２３７４号公報、特開２
００１−１０７１３７号公報はＸ１００級のベンド管製
造方法を対象とするものであるが、その原管はＮｉ，Ｍ
ｏを多量に含有し、高価で且つ溶接性やＨＡＺ靭性が優
れているとはいいがたく、後者に記載の技術では曲げ加
工後の冷却操作が複雑で生産コストが上昇する。
【０００８】また、ベンド管においても不安定き裂の伝
播停止特性として、仕様温度のＤＷＴＴ特性として延性
破面率８５％以上が要求されるが、現在の技術ではＸ８
０級以上で仕様温度−１０℃において上記ＤＷＴＴ特性
を満足することは困難とされている（シャルピー衝撃試
験とＤＷＴＴ試験では延性破面率の遷移温度において５
０〜７０℃相違し、−１０℃でＤＷＴＴ特性を満足する
ためには−８０℃でのシャルピー衝撃試験で少なくとも
５０％以上の延性破面率（吸収エネルギ−で約１００Ｊ
以上）が必要とされる。）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ベン
ド管において直管部からベンド部の全長に亘ってＡＰＩ
Ｘ８０級（引張強度６２１Ｎ／ｍｍ2以上）超えの高強
度を有し且つ−８０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ以
上の靭性に優れたベンド管の製造方法は確立されていな
い。
【００１０】そこで、本発明は、複雑な熱処理や高価な
元素を用いることなく直管部からベンド部のベンド管全
長に亘って高強度で靭性に優れる特性が均一に得られる
製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、加熱時間
が短い高周波加熱におけるベンド部の焼入れ性向上につ
いて鋭意検討し、Ｘ８０級以上の鋼管の場合、原管のミ
クロ組織をベイナイト主体組織とすることが焼入れ性の
向上にとって重要であり、また、Ｘ８０級鋼管において
は、焼入れ焼戻しされたベンド部と焼戻しのみされる直
管部との境界域において靭性が低下することを新たに見
出した。
【００１２】本発明はこれらの知見を基に更に検討を加
えてなされたものである。すなわち、本発明は、 １． ベンド管の製造方法において、原管を 質量％で
Ｃ：０．０４〜０．１０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５
％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．
０８％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％を含有し、且つ
Ｃｅｑ（＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃ
ｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５）：０．４〜０．５の成分組成とベ
イナイト組織を有する鋼管とし、管端の一方から他方に
逐次高周波誘導コイルにより９００〜１１００℃に加熱
し、直管部においては加熱後５℃／ｓｅｃ以上で冷却
し、ベンド部においては加熱後曲げ加工した後５℃／ｓ
ｅｃ以上で冷却し、その後ベンド管全体を２５０〜６５
０℃で焼戻すことを特徴とする高強度高靭性ベンド管の
製造方法。 ２． 原管の成分組成が更にＣｕ：０．５％以下、Ｎ
ｉ：０．４％未満、Ｃｒ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５
％以下、Ｖ：０．０１〜０．１％の一種または二種以上
を含有することを特徴とする１記載の高強度高靭性ベン
ド管の製造方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明では、原管の成分組成、ミ
クロ組織、およびベンド管の製造条件について規定す
る。以下、詳細に説明する。 １．成分組成 Ｃ Ｃは強度、靭性向上に有効なためその作用効果が得られ
る０．０４％以上添加する。一方、０．１０％を超える
と靭性が劣化し、溶接性が低下するため０．０４〜０．
１０％（０．０４％以上、０．１０％以下）とする。
【００１４】Ｓｉ Ｓｉは脱酸、強度向上に有効なためその作用効果が得ら
れる０．０１％以上添加する。一方、０．５％を超える
とＨＡＺ靭性、溶接性が低下するため０．０１〜０．５
％とする。
【００１５】Ｍｎ Ｍｎは強度、靭性を向上させるため其の作用効果が得ら
れる０．５％以上添加する。一方、２．５％を超えると
鋼の焼入れ性が過度に向上し、靭性が低下し、また、連
続鋳造時の中心偏析が助長されるため、０．５〜２．５
％とする。
【００１６】Ｐ，Ｓ Ｐ，Ｓは本発明では不可避的不純物であり、少ないほど
好ましいが生産コストを過度に上昇させないようＰは
０．０２％以下、Ｓは０．０１％以下とすることが望ま
しい。
【００１７】Ｎｂ Ｎｂは炭窒化物の形成により焼入れ時の粒成長を抑制し
細粒組織とし、靭性を向上させ、また固溶により鋼の焼
入れ性を向上させるためその作用効果が得られる０．０
０５％以上添加する。一方、０．０８％を超えると溶接
性、靭性が劣化するようになるため０．００５〜０．０
８％とする。
【００１８】Ｔｉ Ｔｉは窒化物を形成し、焼入れ時の粒成長を抑制し靭性
を向上させるためその作用効果が得られるように０．０
０５％以上添加する。一方、０．０５％を超えると靭
性、溶接性が劣化するようになるため０．００５〜０．
０５％とする。
【００１９】本発明の好ましい基本成分組成は以上であ
るが更に特性を向上させるためＣｕ：０．５％以下、Ｎ
ｉ：０．４％未満、Ｃｒ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５
％以下、Ｖ：０．０１〜０．１％の一種または二種以上
を添加することができる。
【００２０】Ｃｕ Ｃｕは強度を向上させる場合に添加するが、０．５％を
超えて添加すると熱間加工性が低下するため０．５％以
下とする。
【００２１】Ｎｉ Ｎｉは強度、靭性を向上させる場合に添加するが、０．
４％以上添加すると溶接性が損なわれ、また生産コスト
が上昇するため０．４％未満とする。
【００２２】Ｃｒ Ｃｒは強度を向上させる場合、添加するが、０．５％を
超えると靭性および溶接性が低下するため０．５％以下
とする。
【００２３】Ｍｏ Ｍｏは強度靭性を向上させる場合添加するが０．５％を
超えると靭性、溶接性が低下するため０．５％以下とす
る。尚、Ｍｏはミクロ組織をベイナイト化するのに有効
であり高周波加熱による焼入れ性向上に特に有効であ
る。
【００２４】Ｖ Ｖは強度を向上させる場合０．０１％以上添加するが
０．１％を超えると溶接性が低下するため０．０１〜
０．１％とする。
【００２５】Ｃｅｑ（＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）
／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５） 更に本発明ではＣｅｑ（＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎ
ｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５）を０．４〜０．
５に規定する。焼入れ性を確保し、Ｘ８０級の強度を得
るため０．４以上とし、溶接性やＨＡＺ靭性を損なわな
いように０．５以下とする。尚、本式において添加しな
い元素は計算に含めない。
【００２６】２．ミクロ組織 本発明では原管のミクロ組織をベイナイト組織とする。
本発明でベイナイト組織とは、ベイナイト以外の組織
（フェライト、マルテンサイト、パーライト、セメンタ
イト等）を体積率で１０％以下含むものも対象とする。
組織不均一を１０％以下とした場合、高周波加熱時に成
分不均一が解消する。
【００２７】ベイナイト組織は、炭化物が均一微細なた
め高周波加熱により容易に溶解し、その後の急冷焼戻し
によりＡＰＩＸ８０級の強度靭性が得られる。
【００２８】ベイナイト組織の原管は、熱間圧延後、Ａ
ｒ3点以上から５℃／ｓｅｃ以上で加速冷却した鋼板を
冷間加工により鋼管に成形するか、冷間または熱間成形
で鋼管とし、その後オーステナイト温度域に加熱し、Ａ
ｒ3点以上から加速冷却して得られる。
【００２９】加速冷却停止温度は靭性を著しく劣化する
島状マルテンサイト組織などが生成しないよう４００℃
以上とすることが望ましい。
【００３０】３．ベンド管の製造条件 本発明は高周波誘導コイルによる局部加熱を曲げ加工を
行うところのみでなく鋼管の一方の端部から他方の端部
へ鋼管全長に亘って施し、直管部と曲げ加工部の境界に
加熱遷移領域を生じないようにする。局部加熱域の移動
は高周波誘導コイルまたは鋼管を移動させることによっ
て行う。
【００３１】局部加熱条件 曲げ加工を容易とし、且つ直管部を含めた鋼管全体でＡ
ＰＩＸ８０級強度と優れた靭性が得られるように加熱は
９００〜１１００℃とする。加熱温度が９００℃未満で
はＮｂ系炭化物がオ−ステナイト中に固溶する量が不足
し強度が低下し、一方、１１００℃を超えると組織が粗
大化し靭性が低下するため９００〜１１００℃とする。
【００３２】加熱後の冷却速度 局部加熱域は９００〜１１００℃に加熱後、５℃／ｓｅ
ｃ以上で冷却する。冷却速度が５℃／ｓｅｃ未満では変
態強化が不充分でＡＰＩＸ８０級強度と優れた靭性が得
られない。冷却方法は特に規定せず、５℃／ｓｅｃ以上
の冷却速度が得られれば良い。
【００３３】本発明では曲げ加工部を９００〜１１００
℃に加熱し、曲げ加工後、５℃／ｓｅｃ以上で冷却し、
直管部は９００〜１１００℃に加熱後、５℃／ｓｅｃ以
上で冷却する。
【００３４】焼戻し温度 焼戻しは２５０℃未満ではその効果が十分でなく、一
方、６５０℃を超えると強度が低下するため２５０〜６
５０℃とする。
【００３５】
【実施例】表１に示す供試鋼管（原管）から種々の条件
で高周波ベンド管を製造した。高周波加熱による局部加
熱温度、冷却速度、焼戻しを変化させたが、曲げ加工部
は曲げ半径を管直径の３倍、曲げ角度は９０°の一条件
とした。また、焼戻しは３０分間とした。
【００３６】ベンド管の直管部、ベンド部について引張
試験、シャルピー衝撃試験を行った。引張試験では直管
部の場合は管軸方向からＡＰＩ試験片を採取し、ベンド
部は曲げ内側から管軸方向にＡＰＩ試験片を採取した。
【００３７】シャルピー衝撃試験では直管部の場合は管
周方向から２ｍｍＶノッチ試験片を採取し、ベンド部は
曲げ中立軸側から管周方向に２ｍｍＶノッチ試験片を採
取し、それぞれ試験温度−８０℃で吸収エネルギーを求
め、１００Ｊ以上を本発明例とした。
【００３８】表２に曲げ加工条件および直管部、ベンド
部の引張試験結果、シャルピー衝撃試験結果を示す。
【００３９】Ｎｏ．１〜７は本発明例でＸ８０級強度と
優れた靭性が得られている。Ｎｏ．８〜１２は原管の成
分組成、ミクロ組織のいずれかが本発明範囲外で、Ｎ
ｏ．１３〜２０はベンド部の焼入れ焼戻し条件のいずれ
かが本発明範囲外で比較例となっている。
【００４０】Ｎｏ．８は原管のミクロ組織がベイナイト
と体積率２０％のフェライトを有し、Ｎｏ．９は原管の
ミクロ組織がフェライトとパーライトを有しているため
それぞれＸ８０級強度が得られていない。
【００４１】Ｎｏ．１０はＣｅｑが本発明範囲外で低
く、Ｎｏ．１１はＣ量が本発明範囲外で低く、いずれも
強度に劣る。Ｎｏ．１２はＮｂ量が本発明範囲外で低く
靭性に劣っている。
【００４２】Ｎｏ．１３は曲げ加工時の加熱温度が本発
明範囲外で高く、靭性が低い。Ｎｏ．１４は曲げ加工時
の加熱温度が本発明範囲外で低く、強度が低い。Ｎｏ．
１５は曲げ加工後の冷却速度が本発明範囲外で遅く靭性
に劣る。Ｎｏ．１６は焼戻し処理を行っていないため、
靭性におとる。
【００４３】Ｎｏ．１７は焼戻し温度が本発明範囲外で
高く強度が低下している。Ｎｏ．１８は焼戻し温度が本
発明範囲外で低く強度が低い。
【００４４】Ｎｏ．１９は曲げ加工部のみを加熱し、直
管部を加熱しなかったため、曲げ加工部と直管部の境界
部に加熱遷移領域が生じ、その部分での強度、靭性に劣
っている。
【００４５】Ｎｏ．２０は曲げ加工部の焼戻し処理を省
略し、直管部を加熱しなかったため、ベンド部、境界部
の靭性に劣っている。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、ＡＰＩＸ８０級以上の
強度と優れた靭性を鋼管全長に亘って有するベンド管が
安価に製造でき産業上極めて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 38/58 Ｃ２２Ｃ 38/58 (72)発明者 近藤 丈 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4E063 AA04 KA02 KA05 4K042 AA09 BA01 BA02 CA05 CA06 CA08 CA10 CA12 CA13 DA01 DA02 DB01 DC02 DE02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ベンド管の製造方法において、原管を
    質量％でＣ：０．０４〜０．１０％、Ｓｉ：０．０１〜
    ０．５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｎｂ：０．００５
    〜０．０８％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％を含有
    し、且つＣｅｑ（＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１
    ５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５）：０．４〜０．５の成分
    組成とベイナイト組織を有する鋼管とし、 管端の一方から他方に逐次高周波誘導コイルにより９０
    ０〜１１００℃に加熱し、直管部においては加熱後５℃
    ／ｓｅｃ以上で冷却し、ベンド部においては加熱後曲げ
    加工した後５℃／ｓｅｃ以上で冷却し、その後ベンド管
    全体を２５０〜６５０℃で焼戻すことを特徴とする高強
    度高靭性ベンド管の製造方法。
  2. 【請求項２】 原管の成分組成が更にＣｕ：０．５％以
    下、Ｎｉ：０．４％未満、Ｃｒ：０．５％以下、Ｍｏ：
    ０．５％以下、Ｖ：０．０１〜０．１％の一種または二
    種以上を含有する請求項１記載の高強度高靭性ベンド管
    の製造方法。
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