JP2596860B2 - 鋼管の円周方向ヤング率が高く圧潰特性に優れた電縫油井管の製造方法 - Google Patents

鋼管の円周方向ヤング率が高く圧潰特性に優れた電縫油井管の製造方法

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JP2596860B2 JP3013470A JP1347091A JP2596860B2 JP 2596860 B2 JP2596860 B2 JP 2596860B2 JP 3013470 A JP3013470 A JP 3013470A JP 1347091 A JP1347091 A JP 1347091A JP 2596860 B2 JP2596860 B2 JP 2596860B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電縫鋼管の円周方向ヤ
ング率が一般的に知られている値2.10×104 (kgf
/mm2)よりも高く、これに伴い圧潰特性に優れた電縫油
井管の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、油井の掘削深さは益々高深度化す
る傾向にあり、これに伴い圧潰特性に優れた油井用鋼管
に対する要求が高まっている。また、耐圧潰特性が高く
なることにより油井管の厚みを薄くすることが可能とな
り、これにより油井の軽量化、鋼材の削減ができるの
で、この点からも客先からは圧潰特性に優れた油井用鋼
管に対する要求が非常に厳しくなっている。
【0003】圧潰特性に優れた電縫油井管に関する先行
技術としては、特開昭59−260442号公報〔パイ
プ内外表面部の降伏強度の高い高圧潰型油井管〕記載の
ものがある。同技術では電縫鋼管製造後低温での熱処理
を行い、歪時効強化を有効に利用することにより、パイ
プ内外表面部の降伏強度を高め、これにより圧潰特性に
優れた 電縫油井管を得ようとするものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】油井用鋼管の圧潰特性
を支配する要因として一般的に、降伏強度、残留応力、
鋼管の真円度、偏肉率等が挙げられる。また、鋼のポア
ソン比やヤング率についても圧潰特性を支配する要因と
考えられているが、これらの値は一般的に不変値とされ
ていた。
【0005】本発明は、従来から一定値とされてきたヤ
ング率(圧潰特性に影響を与えるのは鋼管円周方向のヤ
ング率で2.10×104 (kgf/mm2)とされてきた)を
積極的に高めることにより圧潰特性を向上させる電縫油
井管製造技術を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記のとおりである。 (1) C;0.05〜0.50%、Si;0.05〜
0.30%、Mn;0.5〜2.0%を基本成分とし
て、残部Fe及び不可避的不純元素からなる鋳造スラブ
を熱間圧延するに際して、その鋼の〔Ar3 点+50
℃〕以下Ar1 点までの温度域での累積圧延率を初期ス
ラブ厚みの3%以上10%以下とすることにより得られ
た熱延鋼板から、該鋼板の圧延方向を長軸とする電縫鋼
管を製造し、その際電縫鋼管製造時のサイジング絞り率
を2%以上30%以下とし、鋼の圧延方向に対して直角
方向のヤング率を高くすることを特徴とする鋼管の円周
方向ヤング率が高く圧潰特性に優れた電縫油井管の製造
方法。
【0007】(2) C;0.05〜0.50%、S
i;0.05〜0.30%、Mn;0.5〜2.0
基本成分として、Nb;0.005〜0.060%、
V;0.005〜0.060%、Mo;0.10〜1.
00%、Ti;0.005〜0.030%の1種または
2種以上を含み、残部Fe及び不可避的不純元素からな
る鋳造スラブを熱間圧延するに際して、その鋼の〔Ar
3 点+50℃〕以下Ar1点までの温度域での累積圧延
率を初期スラブ厚みの3%以上10%以下とすることに
より得られた熱延鋼板から、該鋼板の圧延方向を長軸と
する電縫鋼管を製造し、その際電縫鋼管製造時のサイジ
ング絞り率を2%以上30%以下とし、鋼の圧延方向に
対して直角方向のヤング率を高くすることを特徴とする
鋼管の円周方向ヤング率が高く圧潰特性に優れた電縫油
井管の製造方法。
【0008】一般に、鋼のヤング率は2.10×104
(kgf/mm2)と考えられている。一方、鋼を温間、冷間に
て強加工したとき集合組織が形成され、これに伴いヤン
グ率が変化することが知られている。冶金学的には、α
鉄単結晶の〔111〕方向のヤング率は最大で2.90
×104 (kgf/mm2)であることが知られている。また
〔110〕方向のヤング率は2.16×104 (kgf/mm
2)であるとされている。即ち、結晶方位を〔111〕方
向に整合させることによりヤング率を高めることが可能
である。コイルの圧延直角方向、即ち鋼管の円周方向の
結晶方位を〔111〕方向に整合させることにより、こ
の方向のヤング率は2.10×104 (kgf/mm2)よりも
上昇し、これに伴い電縫鋼管の圧潰特性を向上させるこ
とが可能となる。
【0009】本発明は、電縫鋼管の円周方向ヤング率を
積極的に高めることにより、圧潰特性を向上させる電縫
鋼管の製造技術に関するものである。鋼の結晶方位を制
御するには熱間圧延条件により集合組織を生成させる方
法が一般的に考えられる。これに対して、本発明者ら
は、熱間圧延に加えて、電縫鋼管成形条件を制御するこ
とにより、鋼管の円周方向ヤング率を従来値(2.10
×104 (kgf/mm2))よりも約10%程度向上させ、こ
れにより従来よりも圧潰特性に優れた電縫油井管を提供
しようとするものである。
【0010】以下にヤング率を高めるための手段につい
て具体的に説明する。まず熱間圧延であるが、連続鋳造
スラブをその鋼のAc3 温度以上に加熱したあと熱間圧
延を行うが、初期の圧延は特に制約はなく、その鋼の
〔Ar3 点+50℃〕以下Ar1 点間で仕上げ圧延を実
施し、累積圧延量を初期スラブ厚みの3%以上とするこ
とが必要である。また累積圧延量の上限についての制約
は特にないが、圧延機の能力の関係から10%以下が適
当である。
【0011】仕上げ圧延を〔Ar3 点+50℃〕以下の
低温域で実施し、かつその圧下量を初期スラブ厚みの3
%以上となるような強圧下を施すことにより鋼の集合組
織の形成が助長される。これにより、圧延方向のヤング
率とその直角方向ヤング率の間に異方性が生まれる。こ
れは〔Ar3 点+50℃〕以下ではその鋼は加工された
ままの組織が残存するためである。即ち、この様な低温
域ではオーステナイトの再結晶が起こりにくく、そのた
め集合組織が形成されるものである。
【0012】またフェライト変態の開始するAr3 温度
以下、Ar1 温度間のいわゆる2相域で最終圧延を実施
した場合、さらに集合組織の形成が助長される。このよ
うに熱間圧延の最終圧延を〔Ar3 点+50℃〕以下A
1 点間で行うことにより集合組織を形成させ、これに
よりコイルのヤング率にL,C異方性を発生させること
ができる。この場合、コイルの圧延方向ヤング率が約
2.10×104 (kgf/mm2)に比べて、圧延直角方向ヤ
ング率は集合組織形成に伴い約7〜8%程度上昇する
(ヤング率の異方性)。
【0013】次に、このヤング率異方性を有するコイル
を素材として電縫鋼管を製造するが、その成形条件によ
りさらにヤング率異方性を助長させることができる。以
下に電縫鋼管の製造方法について述べる。電縫鋼管は熱
間圧延コイルを素材として冷間成形により製造される。
本発明ではサイジングロールでの加工量を制御すること
により、コイル段階で得られたヤング率異方性をさらに
助長させることを実現した。先述したように熱間圧延段
階で形成された集合組織は、電縫鋼管成形時の加工量
(ここではサイジング量)を制御することによりさらに
安定化し、これに伴いヤング率異方性は拡大する傾向に
ある。
【0014】本発明者らは、サイジングでの加工量を2
%以上とすることにより、熱間圧延段階で得られたヤン
グ率異方性をさらに拡大できることを突き止めた。ちな
みに熱間圧延段階では、圧延方向ヤング率(2.10×
104 kgf/mm2 )に対して、圧延直角方向ヤング率は
約7〜8%高い値(2.27×104 kgf /mm2)であっ
たが、電縫鋼管成形時の加工量を制御することによりさ
らにヤング率異方性は拡大し、圧延方向(管軸方向)に
比べて約10%(2.30×104 kgf /mm2 程度)高
い値となる。
【0015】尚、この時のサイジング加工量とは(サイ
ジング前の外周長−サイジング後の外周長)/サイジン
グ前の外周長×100より求めた値である。また、サイ
ジングでの加工量を2%未満とした時はヤング率異方性
の拡大効果は少ない。さらに30%超の高加工量は圧延
機の能力上難しい。従って、サイジングでの加工量は2
%から30%が適当である。
【0016】以上のように熱間圧延条件と鋼管での加工
量を制御することにより、一般的に用いられているヤン
グ率(2.10×104 kgf /mm2 )に対して、鋼管円
周方向のヤング率を最大で約10%程度向上させること
ができる。このような高圧潰型電縫油井管において、そ
の成分での制約は特になく、必要に応じて成分系を選択
すればよいが、できるだけ安価な成分系で製造すること
が好ましい。
【0017】以下に本発明者らが推奨する成分について
簡単に紹介する。Cは必要な強度を得るために重要とな
るが、0.05%未満では本発明の狙いとする降伏強度
35 kgf/mm2 以上を確保することが非常に困難である
ため0.05%以上含有することが好ましい。また、
0.50%超では強度が高くなり過ぎることや、低温靱
性、腐食特性が著しく劣化すること等より、上限は0.
50%が適当である。
【0018】Siも必要な強度を得るために重要となる
が、電縫溶接性の関点から0.05%から0.30%が
好ましい。Mnも必要な強度を得るために重要である
が、0.5%未満では本発明の狙いとする降伏強度35
kgf/mm2 以上を確保することが非常に困難であるため
0.5%以上含有することが好ましい。また、2.0%
を越えた場合、低温靱性が大幅に劣化することや、合金
コストが高くなることを考慮して、上限は2.0%が望
ましい。
【0019】以上C,Si,Mnを基本成分とするが、
必要に応じてNb,V,Ti,Moを1種または2種以
上添加することもある。まずNbについては熱間圧延時
のオーステナイトの再結晶を大幅に抑制する効果がある
ため、集合組織を形成するには効果的である。但し、
0.005%未満ではその効果が期待出来ず、また0.
060%を越えて添加しても効果は変わらないため、
0.005%から0.060%が適当である。
【0020】VについてもNbと同様に熱間圧延時のオ
ーステナイトの再結晶を遅らせる効果が若干あると言う
報告もあるが明らかではない。Vは低温靱性向上や強度
の向上には効果があるため、必要に応じて添加すること
は効果的である。但し、0.005%未満ではその効果
が期待出来ず、また0.060%を越えて添加しても効
果は変わらないため、0.005%から0.060%が
好ましい。
【0021】Tiについてはスラブ加熱時のオーステナ
イト粒粗大化を抑制し、この結果フェライト粒も細粒と
なることから、低温靱性の向上には効果的である。但
し、0.005%未満ではその効果が期待出来ず、また
0.030%を越えて添加しても効果は変わらないた
め、0.005%から0.030%が好ましい。Moは
強度を向上させるために非常に効果的な元素である。但
し、0.10%未満ではその効果が期待出来ず、また
1.00%を越えて添加しても効果は変わらないため、
0.10%から1.00%が好ましい。
【0022】その他精錬時に不可避的に得られるP,S
についてはできるだけ少ないことが好ましい。以上に示
した成分はあくまで一例であり、その他Ni,Cu,C
r,Zr等を必要に応じて添加しても良い。次にヤング
率の測定方法について簡単に説明する。
【0023】ヤング率の測定方法については磁気振動に
より共振周波数を測定して求める方法等があるが、本発
明では鋼の音速を測定することによりヤング率を算出し
た。その方法は図1に示す様な小型試験片1を鋼管から
採取し、各面を研磨したあと管軸方向2及び管円周方向
3に超音波を発進してその時の速度からヤング率を算出
した。算出するのに使用した計算式は理論的に波動方程
式から求まるものであり、詳細は割愛するが、その結果
得られる計算式のみ以下に示す。
【0024】
【数1】
【0025】
【実施例】本発明の実施例について表1および表2(表
1のつづき)に示した。1〜12までは、本発明の実施
例を示し、13〜17は、従来比較材を示す。尚、表1
および表2(表1のつづき)に示した実施例は全て、外
径339.7mm、肉厚9.6mmサイズの電縫油井管であ
る。
【0026】本発明の実施例1〜12では、熱延での圧
延条件として、〔Ar3 +50℃〜Ar1 〕間の累積圧
延量を3〜10%とし、さらに鋼管でのサイジング量を
2〜30%とすることで鋼管C方向のヤング率を従来一
般値である2.10×104 ( kgf/mm2 )よりも約1
0%高めることができ、これにより、圧潰特性を従来材
に対して向上させることができた。表1および表2(表
1のつづき)に示した実施例においては、従来材に対し
て約20%程度圧潰値が向上している。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【発明の効果】本発明は、電縫鋼管の円周方向ヤング率
が従来一般的に知られている値である2.10×104
kgf/mm2 よりも約10%高く、圧潰特性に優れた電縫
油井管を製造する方法を提供するものである。本発明で
は、電縫鋼管の円周方向ヤング率を高めることにより圧
潰特性を向上させるため、これまでは鋼管の寸法(外
径、肉厚)によってのみ左右されていた弾性域サイズの
鋼管に対しても非常に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明における鋼管のヤング率(L,C
方向)を測定する方法を示す簡略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/04 C22C 38/04 (72)発明者 小畠 正秋 愛知県東海市東海町5番3号 新日本製 鐵株式会社 名古屋製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭56−23223(JP,A) 特開 昭54−2970(JP,A) 特開 平4−254521(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C;0.05〜0.50%、Si;0.
    05〜0.30%、Mn;0.5〜2.0%を基本成分
    として、残部Fe及び不可避的不純元素からなる鋳造ス
    ラブを熱間圧延するに際して、その鋼の〔Ar3 点+5
    0℃〕以下Ar1 点までの温度域での累積圧延率を初期
    スラブ厚みの3%以上10%以下とすることにより得ら
    れた熱延鋼板から、該鋼板の圧延方向を長軸とする電縫
    鋼管を製造し、その際電縫鋼管製造時のサイジング絞り
    率を2%以上30%以下とし、鋼の圧延方向に対して直
    角方向のヤング率を高くすることを特徴とする鋼管の円
    周方向ヤング率が高く圧潰特性に優れた電縫油井管の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 C;0.05〜0.50%、Si;0.
    05〜0.30%、Mn;0.5〜2.0を基本成分
    として、Nb;0.005〜0.060%、V;0.0
    05〜0.060%、Mo;0.10〜1.00%、T
    i;0.005〜0.030%の1種または2種以上を
    含み、残部Fe及び不可避的不純元素からなる鋳造スラ
    ブを熱間圧延するに際して、その鋼の〔Ar3 点+50
    ℃〕以下Ar1 点までの温度域での累積圧延率を初期ス
    ラブ厚みの3%以上10%以下とすることにより得られ
    た熱延鋼板から、該鋼板の圧延方向を長軸とする電縫鋼
    管を製造し、その際電縫鋼管製造時のサイジング絞り率
    を2%以上30%以下とし、鋼の圧延方向に対して直角
    方向のヤング率を高くすることを特徴とする鋼管の円周
    方向ヤング率が高く圧潰特性に優れた電縫油井管の製造
    方法。
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