JP2017113801A

JP2017113801A - 鋼管の製造方法

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Publication number: JP2017113801A
Application number: JP2015255431A
Authority: JP
Inventors: 隆裕井上; Takahiro Inoue
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: JP6551224B2

Abstract

【課題】管端加工後に焼鈍を実施しなくても鋼管の強度及び耐食性の低下を抑制できる鋼管の製造方法を提供する。【解決手段】本実施形態による鋼管の製造方法は、準備工程と、焼入れ及び焼戻し工程と、加熱工程と、管端加工工程とを備える。準備工程では、鋼管を準備する。焼入れ及び焼戻し工程では、鋼管に対し焼入れ及び焼戻しを実施する。加熱工程では、焼入れ及び焼戻し後、鋼管を焼戻し温度未満に加熱する。管端加工工程では、プラグ又はダイスを用いて、焼戻し温度未満に加熱された鋼管の管端部を拡径又は縮径加工する。管端加工工程は、加熱されたプラグ又はダイスを用い、管端加工終了時の鋼管の管端部の温度は６００℃以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼管の製造方法に関する。さらに詳しくは、管端部を拡径又は縮径加工する鋼管の製造方法に関する。

近年、深井戸の油井や天然ガス井の開発に伴い、硫化水素等の腐食環境での耐食性に優れた油井管（以下、耐サワー油井管ともいう）の需要が増加している。油井管は、坑井を保護するケーシングや、石油や天然ガス等の生産流体を内部に流すチュービング等に使用される。油井や天然ガス井では、ケーシングの内側にチュービングを通して、生産流体を採取する。

掘削費用の削減のため、坑井の直径は小さい方が望ましい。坑井の直径を小さくする手法の一つに、使用される油井管の管端部にねじ加工を施し、他の油井管に直接締結（以下、フラッシュ型継手ともいう）して使用する場合がある。一般に、フラッシュ型継手を用いる油井管は、焼入れ及び焼戻しにより強度及び硬さを調整した後、ねじ部を形成するため管端部を拡径加工又は縮径加工（以下、管端加工ともいう）して製造される。

管端加工を行えば、管端部に残留応力が生じる。この残留応力により生じる歪は、バウシンガー効果による強度（降伏強度）低下を引き起こす。また、この管端加工時に生じる歪は、加工硬化を引き起こし、耐サワー油井管が有する耐食性を低下させる。したがって、強度及び耐食性を維持するために、残留応力は少ない方が好ましい。そこで、従前の製造方法としては、管端加工後の鋼管に対して応力除去焼鈍処理を実施することにより、管端加工により生じた残留応力を低減するというのが一般的である。

しかしながら、応力除去焼鈍処理を実施すれば、管端の被加工部のみならず焼入れ及び焼戻しにより調整された母材（管端部以外）の強度及び硬さまで変動する場合がある。耐サワー油井管では強度及び硬さが厳格に規定されているため、強度及び硬さの大幅な変動を引き起こす熱処理の適用は好ましくない。また、１つの全長熱処理炉で複数の処理（焼入れ、焼戻し、焼鈍等）を実施する場合、焼鈍処理を実施中に他の熱処理（焼入れ、焼戻し）を実施できないため、生産効率が低下する。そのため、管端加工後に焼鈍処理を実施しなくても、残留応力を従前よりも低減できる製造方法が望まれる。

油井管の管端部の縮径加工において残留応力を抑制する方法が、特開平８−１４１６７０号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１に開示された縮径加工方法では、鋼管を焼戻し炉から搬出後、鋼管の温度降下が焼戻し温度の９０℃以内で、対をなす孔型ローラで管端部を縮径加工する。これにより、加工後、管端部に生じる残留応力が低減されるため、残留応力を除去する熱処理が不要になる、と特許文献１には記載されている。

特開平８−１４１６７０号公報特公平１−５５０６１号公報

しかしながら、特許文献１の加工方法では、縮径加工時に、鋼管に接触する孔型ローラが鋼管の熱を奪う（抜熱する）ため、縮径加工中の素材温度は加工前の温度に比べて低下する。たとえば、特許文献１の実施例では、焼戻し温度が６７０℃と高温であるが、縮径加工時の油井管の温度は５８０℃である。したがって、特許文献１の加工方法を高強度の耐サワー油井用鋼管に適用すれば、縮径加工後の油井用鋼管に残留応力が残存し、強度及び耐食性が低下する場合がある。

本発明の目的は、管端加工後に焼鈍を実施しなくても管端部の強度及び耐食性の低下を抑制できる鋼管の製造方法を提供することである。

本発明の実施形態による鋼管の製造方法は、準備工程と、焼入れ及び焼戻し工程と、加熱工程と、管端加工工程とを備える。準備工程では、質量％で、Ｃ：０．２５〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｃｒ：０．４０〜１．５０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｔｉ：０．００２〜０．０５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｂ：０〜０．００３５％、Ｃａ：０〜０．００５％、Ｖ：０〜０．２５％、及び、Ｎｂ：０〜０．０４％、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、不純物のうち、Ｐ、Ｓ、及びＮはそれぞれ、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ：０．００７％以下、である化学組成を有する鋼管を準備する。焼入れ及び焼戻し工程では、鋼管に対し焼入れ及び焼戻しを実施する。加熱工程では、焼入れ及び焼戻し後、鋼管を焼戻し温度未満に加熱する。管端加工工程では、プラグ又はダイスを用いて、焼戻し温度未満に加熱された鋼管の管端部を拡径又は縮径加工する。管端加工工程は、加熱されたプラグ又はダイスを用い、管端加工終了時の鋼管の管端部の温度は６００℃以上である。

本発明による鋼管の製造方法は、管端加工後に焼鈍を実施しなくても鋼管の強度及び耐食性の低下を抑制できる。

図１は、加工温度と降伏強度との関係を示す図である。図２は、加工温度と硬さ（ロックウェル硬さ）との関係を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

本発明者は、拡径又は縮径加工（管端加工）後の鋼管の管端部の強度及び耐食性の低下を抑制する方法を検討した。その結果、本発明者は、管端加工終了時の管端部の温度が焼戻し温度未満であって６００℃以上とすれば、管端加工後に焼鈍処理を実施しなくても、鋼管の管端部の強度及び耐食性の低下を抑制できることを知見した。以下、この点について詳述する。

管端加工中、鋼管の管端部はプラグ（拡管）又はダイス（縮径）との接触により抜熱される。管端部の温度が低下すれば加工性が低下するため、管端部に残留応力が生じやすい。そこで、本発明者は、耐サワー油井管として使用される鋼管の管端加工中の管端部の温度低下が、管端部の強度及び耐食性（硬さ）に及ぼす影響を調査した。具体的には、表１に示す鋼種１の化学組成を有する外径１９４ｍｍ、肉厚１９ｍｍの鋼管に対し、焼入れ温度９２０℃、焼戻し温度７２０℃の焼入れ及び焼戻しを実施した。

焼入れ及び焼戻し後、表２に示す製造方法Ａ及び製造方法Ｂによって管端部を外径１８７ｍｍに縮径加工した。具体的には、製造方法Ａでは、上述の鋼管の管端部を６３０℃に加熱した後、加熱されていないダイスを用いて管端部を縮径加工した。一方、製造方法Ｂでは、上述の鋼管の管端部を６３０℃に加熱した後、３５０℃に加熱されたダイスを用いて管端部を縮径加工した。製造方法Ａ及び製造方法Ｂともに、管端部に表２に示す潤滑剤を塗布して管端加工を行った。

製造された各鋼管について、管端加工終了時の管端部の温度（以下、加工温度ともいう）と、鋼管の強度及び耐食性との関係について調査した。具体的には、製造方法Ａ及びＢで製造された各鋼管から試験片を採取して、ＪＩＳＺ２２４１（２０１１）に準拠した引張試験によって、降伏強度を求めた。また、各鋼管から試験片を採取して、ＪＩＳＺ２２４５（２０１１）に準拠したロックウェル硬さ試験を実施して、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を求めた。管端加工終了時の鋼管温度は、管端部の内面に取り付けられた熱電対により測定した。なお、基準材として、焼入れ焼戻し終了後の鋼管（焼入れ焼戻しまま材）の降伏強度及びロックウェル硬さも、上述の方法で求めた。

調査結果を表３に示す。

表３を参照して、製造方法Ｂでは加熱されたダイスを用いたため、加工中の抜熱が低減された。そのため、管端加工終了時の製造方法Ｂの加工温度は、製造方法Ａの加工温度よりも高かった。その結果、製造方法Ｂにより製造された鋼管の降伏強度は製造方法Ａにより製造された鋼管よりも高く、基準材の降伏強度に近かった。さらに、製造方法Ｂにより製造された鋼管の硬さは製造方法Ａにより製造された鋼管よりも低く、基準材のロックウェル硬さに近かった。硬さが低ければ耐食性に優れるため、製造方法Ｂにより製造された鋼管の方が、製造方法Ａにより製造された鋼管よりも耐食性に優れた。

以上の調査結果より、本発明者は、次の知見を得た。管端加工時の鋼管温度を高くすれば、管端加工により生じる残留応力が低減される。そのため、バウシンガー効果が抑制され、強度低下が抑制される。さらに、硬さの上昇も抑制される。そのため、管端加工後に焼鈍を実施しなくても、優れた強度及び耐食性を維持できる。

そこで、本発明者らは、強度の低下及び硬さの上昇を抑制できる管端加工温度について検討した。

具体的には、次の試験を実施した。表１の鋼種１及び２の化学組成を有する鋼管を準備した。鋼種１の寸法は外径１７８ｍｍ×肉厚１２ｍｍ×長さ１２０００ｍｍであった。鋼種２の寸法は外径２４４ｍｍ×肉厚１５ｍｍ×長さ１２０００ｍｍであった。各鋼管に対して焼入れ及び焼戻しを実施した。このとき、鋼種１の焼入れ温度は９３０℃、焼戻し温度は７００℃であった。鋼種２の焼入れ温度は９２０℃、焼戻し温度は６８８℃であった。

各鋼管に対して、管端加工を模擬した引張試験を実施した。具体的には、鋼管から複数の引張試験片を作製した。引張試験片を用いて、室温、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃及び６００℃での引張試験を実施した。各引張試験では、管端加工を想定して、試験片に対して約２％の歪を付与した。以上の方法により、管端加工を模擬した試験片を作製した。

引張歪を付与して作製した試験片に対して、強度及びロックウェル硬さを調査した。具体的には、各引張試験後の試験片平行部から圧縮試験片を作製した。圧縮試験片を用いて、常温、大気中で圧縮試験を実施し、降伏強度を求めた。一方、ロックウェル硬さに各試験片からロックウェル硬さ試験片を作製し、上述の同じ方法によりロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を求めた。なお、鋼種１及び鋼種２の焼入れ焼戻しまま材（基準材）の降伏強度及びロックウェル硬さも、上述の方法で求めた。

図１は、上記試験により得られた、引張試験時の試験片の温度（管端加工終了時の鋼管温度に相当）と降伏強度との関係を示す図である。図２は、引張試験時の試験片の温度とロックウェル硬さ（ＨＲＣ）との関係を示す図である。図１及び図２の横軸の「基準材」は、焼入れ焼戻しまま材（つまり、焼入れ焼戻し後に管端加工に相当する引張試験をしていない鋼材）の降伏強度及びロックウェル硬さを示す。図１及び図２中の○は鋼種１の値であり、□は鋼種２の値である。

図１を参照して、室温（２５℃）〜２００℃では、鋼種１及び鋼種２の降伏強度はいずれも、基準材の降伏強度よりも大きく低下した。バウシンガー効果による降伏強度の低下と考えられる。一方、３００℃以上では、温度の上昇に従い降伏強度が顕著に上昇した。そして、６００℃以上では、基準材の降伏強度とほぼ同等（基準材の降伏強度の±６％以内）となった。

さらに、図２を参照して、鋼種１及び鋼種２はともに、温度の上昇に伴い硬さが上昇し、基準材の硬さよりも高くなった。そして、５００℃に至るまで、鋼種１及び鋼種２の硬さは、いずれも基準材の硬さ以上となった。一方、鋼種１及び鋼種２ともに４００℃前後から温度の上昇に伴い硬さが低下し、６００℃以上では、鋼種１及び鋼種２の硬さはともに、基準材の硬さ以下まで低下した。

以上の図１及び図２の調査結果から、管端加工時の鋼管温度が６００℃以上であれば、強度の低下及び硬さの上昇を抑制でき、強度及び硬さは基準材（焼入れ焼戻しまま材）と同等になる。そのため、管端加工後に焼鈍処理を実施しなくても、優れた強度及び耐食性を維持できる。

なお、鋼管の強度及び硬さは焼戻し温度で調整するため、管端加工時の鋼管温度は焼戻し温度未満が好ましい。管端加工終了時の鋼管温度が焼戻し温度を超えれば、焼戻しにより調整された鋼管の強度及び硬さが変動するためである。

以上の知見に基づいて完成した本実施形態による鋼管の製造方法は、準備工程と、焼入れ及び焼戻し工程と、加熱工程と、管端加工工程とを備える。準備工程では、質量％で、Ｃ：０．２５〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｃｒ：０．４０〜１．５０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｔｉ：０．００２〜０．０５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｂ：０〜０．００３５％、Ｃａ：０〜０．００５％、Ｖ：０〜０．２５％、及び、Ｎｂ：０〜０．０４％、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、不純物のうち、Ｐ、Ｓ、及びＮはそれぞれ、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ：０．００７％以下、である化学組成を有する鋼管を準備する。焼入れ及び焼戻し工程では、鋼管に対し焼入れ及び焼戻しを実施する。加熱工程では、焼入れ及び焼戻し後、鋼管を焼戻し温度未満に加熱する。管端加工工程では、プラグ又はダイスを用いて、焼戻し温度未満に加熱された鋼管の管端部を拡径又は縮径加工する。管端加工工程は、加熱されたプラグ又はダイスを用い、管端加工終了時の鋼管の管端部の温度は６００℃以上である。

本実施形態の製造方法では、焼入れ及び焼戻しを実施された耐サワー性に優れた鋼管を焼戻し温度未満に加熱した後、加熱されたプラグ又はダイスを用いて管端部を管端加工し、管端加工終了時の管端部の温度を６００℃以上にする。そのため、上述のとおり、管端加工を実施しても鋼管の強度及び耐食性の低下を抑制できる。そのため、従前実施されていた管端加工後の焼鈍処理を省略できる。

好ましくは、加熱工程では、鋼管の管端部のみを焼戻し温度未満に加熱する。この場合、たとえば、インダクションヒータ等を用いて、管端部を加熱し、管端部以外の鋼管残部を加熱しない。そのため、製造コストを抑えることができる。さらに、加熱炉を複数の熱処理（焼入れ及び焼戻し等）にも共用している場合、加熱炉を他の用途に使用でき生産効率が向上する。また、従前に実施されていた管端加工工程は冷間での加工を基本としており、複数回の加工パスが必要であった。この点についても、本実施形態の製造方法では加熱後に管端加工工程を実施する。そのため、加工パス数は１回で完了し、生産効率が向上する。

以下、本実施形態の鋼管の製造方法について詳述する。

［製造方法］
本実施形態の鋼管の製造方法は、鋼管を準備する工程（準備工程：Ｓ１）と、焼入れ及び焼戻しを実施する工程（焼入れ及び焼戻し工程：Ｓ２）と、焼入れ焼戻し後の鋼管を再び加熱する工程（加熱工程：Ｓ３）と、拡径又は縮径加工する工程（管端加工工程：Ｓ４）とを備える。以下、各工程について詳述する。

［準備工程：Ｓ１］
初めに、鋼管を準備する。鋼管の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．２５〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｃｒ：０．４０〜１．５０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｔｉ：０．００２〜０．０５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｂ：０〜０．００３５％、Ｃａ：０〜０．００５％、Ｖ：０〜０．２５％、及び、Ｎｂ：０〜０．０４％、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、前記不純物のうち、Ｐ、Ｓ、及びＮはそれぞれ、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ：０．００７％以下、である。このような化学組成を有する鋼管は、耐サワー性に優れるため油井管に適する。以下に各成分元素の詳細について述べる。以下の説明で、化学組成の「％」は「質量％」を意味する。

Ｃ：０．２５〜０．３５％
炭素（Ｃ）は、鋼の強度を高める。Ｃ含有量が０．２５％未満では、油井管に適する強度が得られない。一方、Ｃの含有量が０．３５％を超えると応力腐食割れが発生する。したがって、Ｃ含有量は０．２５〜０．３５％である。

Ｓｉ：０．０５〜０．５０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸し、焼戻し軟化抵抗を高める。Ｓｉ含有量が０．０５％未満では、脱酸効果が得られない。一方、Ｓｉ含有量が０．５０％を超えると、軟化相であるフェライト相の析出を促進し靱性や耐硫化物応力割れ性（耐食性）が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５〜０．５０％である。

Ｍｎ：０．１０〜１．５０％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の焼入れ性を確保する。Ｍｎ含有量が０．１０％未満では、焼入れ性が低下する。一方、Ｍｎ含有量が１．５０％を超えると、燐（Ｐ）、硫黄（Ｓ）等の不純物元素とともに粒界に偏析し、靱性や耐食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．１０〜１．５０％である。

Ｃｒ：０．４０〜１．５０％
クロム（Ｃｒ）は，鋼の焼入れ性を高める。Ｃｒ含有量が０．４０％未満では、鋼の焼入れ性が低下する。一方、Ｃｒ含有量が１．５０％を超えると、鋼の転位密度が増加して、耐食性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は０．４０〜１．５０％である。

Ｍｏ：０．１０〜２．００％
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼の焼入れ性を高めるとともに、焼戻し時に微細炭化物を形成し、水素の拡散係数を低減させて耐食性を高める。Ｍｏ含有量が０．１０％未満では、これらの効果が得られない。一方、Ｍｏ含有量が２．００％を超えると、これらの効果は飽和し、製鋼コストが嵩む。したがって、Ｍｏ含有量は０．１０〜２．００％である。

Ｔｉ：０．００２〜０．０５０％
チタン（Ｔｉ）は、鋼中の不純物である窒素（Ｎ）を窒化物として固定する。さらに、Ｎの固定に必要な量よりも多いＴｉを含む場合、余ったＴｉが炭化物として微細に析出し、ピン止め作用によって結晶粒を微細化する。また、焼入れ性向上のためにボロン（Ｂ）を含有させる場合、ＮをＴｉにより固定しＢがＢＮとなるのを抑制する。Ｔｉ含有量が０．００２％未満では、これらの効果が得られない。一方、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えると、結晶粒を微細化する効果は飽和し、製鋼コストが嵩む。さらに、鋼の靱性も低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．００２〜０．０５０％である。

Ａｌ：０．００５〜０．１０％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が０．００５％未満では、この効果が得られない。一方、Ａｌ含有量が０．１０％を超えると、アルミナ系介在物が生成され、鋼の靱性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．００５〜０．１０％である。

Ｂ：０〜０．００３５％
ボロン（Ｂ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｂは鋼の焼入れ性を高める。しかしながら、Ｂ含有量が０．００３５％を超えると、上記効果が飽和する。さらに、粒界に粗大な炭化物であるＣｒ₂₃（Ｃ、Ｂ）₆が形成され、耐食性が低下する。したがって、Ｂ含有量は０〜０．００３５％である。上記効果をより有効に得るためのＢ含有量の好ましい下限は０．０００１％である。

Ｃａ：０〜０．００５％
カルシウム（Ｃａ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃａは鋼中のＳと結合して硫化物の形態を制御し、耐食性を高める。しかしながら、Ｃａ含有量が０．００５％を超えると、上記効果が飽和する。さらに、粗大なＣａ系介在物が生成され、却って耐食性及び靱性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０〜０．００５％である。上記効果をより有効に得るためのＣａ含有量の好ましい下限は０．０００１％である。

Ｖ：０〜０．２５％
バナジウム（Ｖ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＶはＭｏと同様に、焼戻し時に微細炭化物を形成し、水素の拡散係数を低減させて耐食性を高める。しかしながら、Ｖ含有量が０．２５％を超えると、この効果は飽和し、製鋼コストが嵩む。したがって、Ｖ含有量は０〜０．２５％である。上記効果をより有効に得るためのＶ含有量の好ましい下限は０．０５％である。

Ｎｂ：０〜０．０４％
ニオブ（Ｎｂ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＮｂはＣと結合して炭化物を形成し、ピン止め作用によって結晶粒を微細化する。しかしながら、Ｎｂの含有量が０．０４％を超えると、この効果は飽和する。さらに、ＮｂＣ析出物が増加して耐食性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０〜０．０４％である。上記効果をより有効に得るためのＮｂ含有量の好ましい下限は０．００２％である。

本実施形態の製造方法で使用される鋼管の化学組成の残部はＦｅ及び不純物からなる。ここでいう「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分を意味する。不純物のうち、Ｐ、Ｓ、及びＮの含有量は、それぞれ、次のとおりである。

Ｐ：０．０２０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは粒界に偏析し、靱性及び耐食性を低下させる。特に、Ｐ含有量が０．０２０％を超えると、靱性及び耐食性が著しく低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０２０％以下である。

Ｓ：０．０１０％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。ＳもＰと同様に粒界に偏析し、靱性及び耐食性を低下させる。特に、Ｓ含有量が０．０１０％を超えると、靱性及び耐食性が著しく低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０１０％以下である。

Ｎ：０．００７％以下
窒素（Ｎ）は不純物である。Ｎは不純物として鋼中に存在し、粒界に偏析して耐食性を低下させる。Ｎ含有量が０．００７％を超えると、Ｔｉを添加しても、Ｎを完全には固定できなくなり、フリーのＮが存在する。フリーのＮが粒界に偏析すると耐食性が低下する。また、フリーのＮがＢと結合してＢＮを形成すればＢの焼入れ性を高める効果が十分には得られないため、耐食性や靱性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．００７％以下である。

また、不純物としてＯ、Ｎｉ、及びＣｕを含有する場合、各元素の含有量は、それぞれ、次のとおりである。

Ｏ：０．００６％以下
酸素（Ｏ）は不純物である。ＯもＮと同様に鋼中に存在し、その含有量が多くなると粗大な酸化物を形成する。これにより、靱性や耐食性が低下する。特に、Ｏ含有量が０．００６％を超えると、靱性や耐食性が著しく低下する。したがって、Ｏ含有量は０．００６％以下である。

Ｎｉ：０．１０％以下
ニッケル（Ｎｉ）は不純物である。ＮｉもＮと同様に鋼中に存在し、靱性及び耐食性を低下させる。特に、Ｎｉ含有量が０．１０％を超えると、靱性及び耐食性が著しく低下する。したがって、Ｎｉの含有量は０．１０％以下である。

Ｃｕ：０．１０％以下
銅（Ｃｕ）は不純物である。ＣｕもＮと同様に鋼中に存在し、靱性及び耐食性を低下させる。特に、Ｃｕ含有量が０．１０％を超えると、靱性及び耐食性が著しく低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０．１０％以下である。

［焼入れ及び焼戻し工程：Ｓ２］
上述の鋼管に対し焼入れ及び焼戻しを実施する。焼入れでは、鋼管をＡ₃変態点以上の焼入れ温度に加熱する。焼入れ温度はたとえば、９００〜１０００℃である。鋼管を焼入れ温度で所定時間保持した後、鋼管を急冷する。焼入れ後、鋼管に対し焼戻しを実施する。焼戻しでは、鋼管の硬さや靱性等を調整し、素管を製造する。焼戻し温度は、Ａ₁変態点未満であり、要求される鋼管の強度や靱性により、適当な条件を設定すればよい。

［加熱工程：Ｓ３］
焼入れ及び焼戻し後、管端加工を行うために鋼管を加熱する。鋼管はたとえば、高周波誘導加熱炉で加熱される。加熱温度の上限は、焼戻し温度未満である。鋼管を焼戻し温度以上で加熱すると、焼戻しによって調整された強度及び硬さが変わるからである。加熱温度の好ましい上限は、焼戻し温度−５５℃以下であり、さらに好ましくは、焼戻し温度−１００℃以下である。

なお、上述したように管端加工終了時の鋼管の管端部の温度が６００℃以上となるように、加熱温度を設定する。

［管端加工工程：Ｓ４］
加熱された鋼管に対して、管端加工を実施する。拡径加工を実施する場合、プラグを有する拡径装置を利用する。具体的には、鋼管をチャック等により拡径装置に固定する。このとき、固定された鋼管の軸心をプラグの軸心に合わせる。プラグを金属管の端部から所定の距離まで軸方向に押し込む。プラグはシリンダにより鋼管に押し込まれる。これにより、管端部は拡径される。拡径加工では、鋼管の温度を測定する熱電対は管端部の外面に取り付けられる。

縮径加工を行う場合、ダイスを有するスエージング装置を利用する。具体的には、鋼管の管端部をスエージング装置に固定する。スエージング装置は、鋼管の周方向に沿って移動する複数のダイスを備える。ダイスは、周方向に移動しながら鋼管の径方向に往復運動し、鋼管を縮径する。これにより、管端部は縮径される。縮径加工では、鋼管の温度を測定する熱電対は管端部の内面に取り付けられる。

管端加工前の鋼管の加熱温度は、上述したように焼戻し温度未満に制限される。そのため、加工温度（管端加工終了時の管端部の温度）を６００℃以上とするのは容易ではない。そこで、本実施形態の製造方法では、加熱されたプラグ又はダイスを用いて管端加工を行い、管端加工終了時の鋼管温度を６００℃以上に維持する。プラグ又はダイスの加熱温度の好ましい上限は、鋼管の焼戻し温度未満である。プラグ及びダイスの加熱はたとえば、インダクションヒータ等によって行う。

プラグ又はダイスの加熱温度が低すぎれば、プラグ又はダイスの抜熱により加工中の鋼管温度が低下する。上述したように、鋼管の加熱温度は、焼戻し温度未満に制限される。したがって、加工中の鋼管の温度低下量が大きいと、管端加工終了時に鋼管の管端部の温度が６００℃未満になる。したがって、プラグ又はダイスの加熱温度の下限は、管端加工終了時の鋼管の管端部の温度が６００℃以上となるように設定される。

上述したように本実施形態の鋼管の製造方法は、管端加工時において、鋼管の温度を焼戻し温度未満であって６００℃以上とする。この場合、図１及び図２に示すとおり、鋼管の強度及び硬さが、焼入れ焼戻しまま材（基準材）と同等になり、強度及び耐食性が維持される。そのため、管端加工後に焼鈍を実施しなくても、優れた強度及び耐食性が得られる。

好ましくは、加熱工程（Ｓ３）では、鋼管の管端部のみを加熱する。たとえば、インダクションヒータを用いて、管端加工される管端部を加熱し、鋼管の残部は加熱しない。この場合、管端加工のために加熱炉を用いて鋼管全長を加熱する必要がなくなる。その結果、生産コストを低減できる。さらに、加熱炉を他の熱処理と共用している場合、生産性が高まる。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

Claims

質量％で、
Ｃ：０．２５〜０．３５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、
Ｃｒ：０．４０〜１．５０％、
Ｍｏ：０．１０〜２．００％、
Ｔｉ：０．００２〜０．０５０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１０％、
Ｂ：０〜０．００３５％、
Ｃａ：０〜０．００５％、
Ｖ：０〜０．２５％、及び、
Ｎｂ：０〜０．０４％、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記不純物のうち、Ｐ、Ｓ、及びＮはそれぞれ、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｎ：０．００７％以下、である化学組成を有する鋼管を準備する工程と、
前記鋼管に対し焼入れ及び焼戻しを実施する工程と、
前記焼入れ及び焼戻し後、前記鋼管を焼戻し温度未満に加熱する工程と、
プラグ又はダイスを用いて、焼戻し温度未満に加熱された前記鋼管の管端部を拡径又は縮径加工する管端加工工程とを備え、
前記管端加工工程は、加熱された前記プラグ又は前記ダイスを用い、前記管端加工終了時の前記鋼管の前記管端部の温度は６００℃以上である、鋼管の製造方法。
請求項１に記載の鋼管の製造方法であって、
前記加熱する工程では、前記鋼管の前記管端部のみを前記焼戻し温度未満の温度に加熱する、鋼管の製造方法。