JP2721761B2 - 耐磨耗特性に優れた溶接鋼管の製造方法 - Google Patents

耐磨耗特性に優れた溶接鋼管の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は石油やガスの掘削や、輸
送分野で要求される、鋼管内面側の耐磨耗特性に優れた
溶接鋼管の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の鋼管需要において、鋼管内面側の
耐磨耗特性に対する要求が増加する傾向にある。石油や
ガスの掘削分野においては、水平掘りによる開発が盛ん
になっており、このときにドリルパイプとケーシングパ
イプの接触によるケーシングパイプ内面側の磨耗による
損傷が問題となっている。また、スラリー管等において
も管内面の耐磨耗特性を高めることが要求されている。
【0003】耐磨耗特性を向上させるには、例えば特開
昭62−270725号公報の如く硬度を高めることが
効果的であるが、耐腐食特性や低温靭性等との両立をは
かる上で、鋼管全体を高硬度化することは好ましくな
い。また近年鋼管の表面近傍だけを硬化させるため、異
種金属やセラミックス等を溶射する技術や表面処理等を
施す方法が検討されているが、いずれも生産性の観点か
ら得策とはいえない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠点を
解消し、生産性を損なわない効率的な、内面側の耐磨耗
特性に優れた溶接鋼管の製造方法を提供するものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とする処
は、外層成分材をC:0.2〜0.6wt%、Mn:0.
1〜3.0wt%を基本成分とした耐磨耗特性に優れた高
炭素成分の鋼とし、内層成分材をC:0.01〜0.3
wt%、Mn:0.1〜3.0wt%を基本成分とし、また
さらに内層成分材としてNb:0.01〜0.10wt
%、V:0.01〜0.10wt%、Ti:0.005〜
0.10wt%の1種または2種以上を含有し、及びさら
に内層成分材としてMo:0.05〜0.50wt%を
有し、かつ外層成分材の厚みを全厚みの5%〜20%の
鋼からなるスラブとし、該複層スラブを熱間圧延し溶接
鋼管用素材を製造し、該溶接鋼管用素材を用いて円形に
成形後、溶接して溶接鋼管とし、次いで管全体を800
℃〜1000℃に加熱、その後冷却することを特徴とす
る耐磨耗特性に優れた溶接鋼管の製造方法であり、ま
た、前記冷却工程を終了後、管全体を200℃〜600
℃で再加熱することを特徴とする耐磨耗特性に優れた溶
接鋼管の製造方法にある。
【0006】複層スラブの製造方法としては周知の連続
鋳造法、造塊法などの鋳造方法によればよく、例えば特
開昭63−108947号公報に記載されている連続鋳
造方法によって複層鋼材としてもよく、その手段は特に
こだわるものでない。
【0007】複層スラブとは、図1に示すように、外層
部1と内層部2の成分が異なるスラブ3である。本発明
では、外層部1を内層部2よりも高C系成分として、耐
磨耗特性を高めることにより、鋼全体を硬化させること
なく、効果的に耐磨耗特性を高めることが可能となる。
また、この時の外層部tの厚みは、最終製品の厚みによ
って適宜設定することができるが、一般的には全厚みw
の5%〜20%程度が適当である。
【0008】以下に本発明について詳細に説明する。本
発明は、外層成分材を耐磨耗特性に優れた高炭素成分
とした複層鋼材を素材とした溶接鋼管を、800℃以
上900℃以下の温度に加熱した後、急速冷却すること
により、焼入れすることで外層の高炭素成分層のみ硬化
させることが特徴である。また、必要に応じて急速冷却
後、200℃以上600℃以下の温度で再加熱すること
も効果的である。
【0009】また、本発明では内層成分材を、比較的低
炭素成分材とすることにより、管全体の強度を必要以上
に上昇することを回避することが可能で、これにより耐
腐食特性や低温高靭性の確保が可能である。
【0010】次に、本発明における鋼の成分の限定理由
について説明する。外層成分材の成分は、高硬度による
耐磨耗特性をねらったものである。熱間圧延および圧延
後の冷却条件、または、製管後の管体熱処理条件が同じ
場合、得られる硬度はそのC量に支配されるといわれて
いる。本発明の耐磨耗鋼管では硬度をビッカース硬度で
400ポイント以上を狙うものであり、その点からC量
は0.2%以上必要である。一方、C量が0.6%を超
えると熱間圧延の際の割れや鋼管成形時の割れをきた
す。
【0011】Mnも硬度の上昇に寄与する。Mn量の下
限0.1wt%はこれより低い量では硬化能力が小さく、
かつ製鋼コストが高くなるためで、一方、Mn量が3%
を超えると鋼管成形性が劣化し、かつコストが高くな
る。
【0012】Nb,V,Mo,Ti,Cu,Ni,C
r,Bの添加は本発明の必須の条件ではないが、これら
の元素の添加は組織の微細化や焼入れ性の向上に寄与す
るので、選択的に添加することは本発明の主旨に反しな
い。また、脱酸を目的としたAl,Siの添加や、非金
属介在物の形態制御を目的としたCa,Zrの添加も本
発明の主旨に反しない。
【0013】内層成分材の成分は、油井用鋼管や、スラ
リー管(ラインパイプ)としての基本性能を維持するこ
とを前提としたものである。Cは強度を得るのに必要な
元素で、C量が0.01wt%未満では十分な強度が得ら
れない。一方、C量が0.3wt%を超えると耐腐食特性
や低温靭性の確保が困難となる。
【0014】Mnも強度を得るのに必要な元素で、Mn
量の下限0.1wt%はこれより低い量では強化能力が小
さく、かつ製鋼コストが高くなる。一方、Mn量が3%
を超えると鋼管成形性が劣化し、かつコストが高くな
り、また中心偏析部が硬化し、耐腐食特性や低温靭性を
劣化させる。
【0015】さらに、組織の微細化や、強度上昇の目的
で、Nb,V,Mo,Tiの1種または2種以上を添加
することが有効である。Nbは熱間圧延時のオーステナ
イト粒の微細化に効果的であり、その後の変態により生
成するフェライト粒の微細化をもたらし、耐腐食性の向
上や、低温靭性の向上に有効である。このようなNb添
加効果を得るには、0.01wt%以上の添加が必要であ
る。また、0.10wt%を超えて添加しても効果は変わ
らないため、上限は0.10wt%とした。
【0016】Vはフェライト変態後に炭窒化物として析
出し、フェライト粒の粗大化を抑制する効果と、析出物
による強化の効果をもつ。V量の下限0.01wt%はこ
れより低い量では効果がなく、一方、V量が0.10wt
%を超えても効果は変わらないため上限は、0.10wt
%とした。
【0017】Moは固溶強化元素として強度確保に有効
であり、耐腐食特性や低温靭性の劣化を伴わずに強度を
高めるのに有効な元素である。Mo量の下限の0.05
wt%は、これより低い量では強化能力が小さいためであ
る。一方、Mo量が、0.50wt%を超えると必要以上
に強度が上昇し、かつコストが高くなる。
【0018】Tiは、炭窒化物として析出し、熱間圧延
前のスラブ再加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制
する効果や、フェライト変態後のフェライト粒の粗大化
を抑制する効果をもつ。Ti量の下限0.005wt%は
これより低い量では、効果がなく、一方、Ti量が0.
10wt%を超えても効果は変わらないため、上限は、
0.10wt%とした。
【0019】Cu,Ni,Bの添加は本発明の必須の条
件ではないが、これらの元素の添加は強度の上昇や焼入
れ性の向上に寄与するので、選択的に添加することは本
発明の主旨に反しない。
【0020】脱酸を目的としたAl,Siの添加や、非
金属介在物の形態制御を目的としたCa,Zrの添加は
本発明の主旨に反するものではない。
【0021】また、耐腐食特性の改善や低温靭性の改善
の目的で、できるだけP,Sの有害元素は低減すること
が望ましい。
【0022】次に、複層スラブの熱間圧延条件について
説明する。加熱条件は、適宜添加した合金元素の固溶を
考慮して設定する必要があるが、特に限定しない。仕上
げ圧延温度や仕上げ圧延後の冷却速度は、外層、内層の
成分と、ねらいとする全体の強度、耐腐食特性、低温靭
性を考慮して設定する必要があるが、特に限定しない。
【0023】熱間圧延後の鋼帯を素材とし、成形、溶接
して鋼管を製造し、その後管全体の熱処理を施すが、以
下にこの時の条件について述べる。加熱条件について
は、オーステナイト域まで加熱される必要があり、その
点から下限温度を800℃とした。また、1000℃を
超える場合、冷却時に割れが発生する可能性が有るた
め、上限を1000℃とした。
【0024】次に、冷却条件についてであるが、冷却速
度、冷却停止温度についての制約は特にないが、外層部
を効果的に硬化させるには、10℃/秒以上の冷却速度
が望ましい。また、冷却停止温度については、復熱によ
る軟化を防止するため、400℃以下程度が望ましい。
以上のような冷却速度、冷却停止温度については、要求
される特性(耐磨耗性)や成分により異なり、適宜その
条件を選択すれば良い。
【0025】また、冷却した後必要に応じて再加熱する
ことが効果的である。急速冷却されたままでは、硬度が
高すぎることがあり、これを調整するため、再加熱、即
ち、焼戻しすることが効果的である。この場合の温度に
ついては、200℃未満では、焼戻し効果がなく、また
600℃を超える温度では、外層部が軟化することが考
えられるため、200℃以上600℃以下の温度範囲が
適当である。
【0026】
【実施例】表1の1〜8は本発明の実施例である。1〜
8の複層スラブを圧延後溶接鋼管としさらに、管全体を
熱処理の熱処理を施すことにより、高炭素成分の外層部
のみ効果的に硬化しており、鋼管全体の硬度(強度)を
必要以上に高めることなく、耐磨耗特性に優れた溶接鋼
管が得られている。
【0027】一方、表1の9,10は、本発明に対する
比較材の単層鋼管の例である。9は炭素含有量が低いた
め、硬度が不十分である。また、10は炭素量が高いた
め、熱処理により全体が高硬度化してしまうため、実使
用上適さない。
【0028】
【表1】
【0029】
【発明の効果】本発明は、鋼管全体の硬度(強度)を必
要以上に高めることなく耐磨耗特性に優れた溶接鋼管を
製造可能にした。また、本発明の生産性は高く、且つ製
造コストも安価なことから、産業上極めて大きな効果が
期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】複層スラブの概観を示した斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 38/14 C22C 38/14 (56)参考文献 特開 平1−242720(JP,A) 特開 平2−225622(JP,A) 特開 昭57−192242(JP,A) 特開 昭57−192243(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外層成分材を、 C :0.2〜0.6wt%、 Mn:0.1〜3.0wt% を基本成分とした耐磨耗特性に優れた高炭素成分の鋼
    し、 内層成分材を、 C :0.01〜0.3wt%、 Mn:0.1〜3.0wt%を基本成分とした低炭素成分の鋼とし、かつ外層成分材
    の厚みを全厚みの5%〜20%の 鋼からなるスラブと
    し、該複層スラブを熱間圧延し溶接鋼管用素材を製造
    し、該溶接鋼管用素材を用いて円形に成形後、溶接して
    溶接鋼管とし、次いで管全体を800℃〜1000℃に
    加熱、その後冷却することを特徴とする耐磨耗特性に優
    れた溶接鋼管の製造方法。
  2. 【請求項2】 内層成分材が、さらに Nb:0.01〜0.10wt%、 V :0.01〜0.10wt%、 Ti:0.005〜0.10wt% の1種または2種以上を含有した鋼であることを特徴と
    する請求項1記載の耐磨耗特性に優れた溶接鋼管の製造
    方法。
  3. 【請求項3】 内層成分材が、さらに Mo:0.05〜0.50wt% を含有した鋼であることを特徴とする請求項1または2
    記載の耐磨耗特性に優れた溶接鋼管の製造方法。
  4. 【請求項4】 管全体を800℃〜1000℃に加熱後
    冷却し、さらに、管全体を200℃〜600℃で再加熱
    することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に
    載の耐磨耗特性に優れた溶接鋼管の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS57192243A (en) * 1981-05-20 1982-11-26 Sumitomo Metal Ind Ltd Clad steel pipe excellent in abrasion resistance and weldability
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