JP3293289B2 - 高コラプス強度鋼管の製造方法 - Google Patents

高コラプス強度鋼管の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、油井用ケーシングと
して使用される継目無鋼管等のように、もっぱら外部か
らの圧力で圧壊する恐れのある環境で使用される高コラ
プス強度鋼管の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】油井用ケーシングとして使用される継目
無鋼管等のように、もっぱら外部からの圧力が作用する
鋼管には、圧壊に耐えうる高コラプス強度鋼管が使用さ
れる。高コラプス強度鋼管であるための条件としては、
材料の結晶組織が細粒組織であり降伏強度が高いこと、
鋼管の強度が均一であること、また偏肉等が無く、鋼管
の断面形状が均一で、かつ長手方向の曲がりも無いこと
があげられる。
【0003】従来の高コラプス強度鋼管は、図4に示す
ような工程を経て製造される。すなわち、圧延素材であ
るビレットは加熱工程21において加熱炉で加熱された
後、圧延工程22において継目無鋼管に圧延される。圧
延された鋼管は空冷工程23を経た後、焼入れのための
加熱工程24を経て焼入工程25において焼入れが行わ
れる。焼入れが終わった鋼管は、焼戻工程26において
焼戻しが行われ、最終の矯正工程27において矯正が行
われる。
【0004】上述した従来の高コラプス強度鋼管の製造
工程においては、圧延工程22は変形抵抗等の圧延上の
諸要求を優先させるために、変形抵抗の小さい950〜
1050℃の温度域で行われ、したがって圧延終了温度
も高く設定されていた。このような高温度域において圧
延を終了した鋼管は圧延時または圧延終了後に回復、再
結晶が活発におこり、その結晶粒が粗大となるため細粒
化し強度を確保する目的で一旦冷却した後850〜95
0℃に再加熱して再結晶させ、結晶粒を細粒化させた
後、焼入工程25、焼戻工程26を経た後、矯正を行な
う。矯正温度は、450℃を超える可能な限りの高温
(一例として600℃)とし、矯正工程27で矯正が容
易に行えるようにしていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の高コラプス強度鋼管の製造方法においては、次
のような問題点があった。すなわち、焼入れを行うため
の鋼管の再加熱時に変形が発生し、またそれに続く焼入
れ時にその変形が拡大されたり新たな変形が生じてい
た。その結果として必要とされる矯正の量が大きくな
り、作業性より矯正温度を高くせざるを得ず、矯正によ
り鋼管の内外表面近傍の降伏強度が低下し、コラプス強
度の低下を招いていた。また、加熱温度が高いことは、
加熱炉を設置する費用や加熱に要するエネルギコストが
多くかかるため製造原価が高くなるという問題点もあっ
た。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係る高コラプ
ス強度鋼管の製造方法は、重量%で、C:0.08〜
0.35、Si:0.05〜0.50、Mn:0.3〜
2.0 、Al:0.005〜0.05、N:0.00
5〜0.03を含有する成分組成からなるビレットを9
50〜850℃の間で圧下率20%以上の圧延をし、8
50〜900℃の温度範囲で圧延を終了後、ただちに焼
入れして550〜700℃で焼戻し、焼戻し後450〜
550℃で矯正することを特徴とする高コラプス強度を
有する継目無鋼管の製造方法であり、また、重量%で、
C:0.08〜0.35、Si:0.05〜0.50、
Mn:0.3〜2.0 、Al:0.005〜0.0
5、N:0.005〜0.03を含有しさらに、Cr:
0.05〜1.5、Mo:0.05〜1.0、Ti:
0.0 1〜0.03、B:0.0005〜0.00
3、Cu:0.05〜1、Ni:0.05〜1、の1種
または2種以上含有する成分組成からなるビレットを9
50〜850℃の間に圧下率20%以上の圧延をし、8
50〜900℃の温度範囲で圧延を終了後、ただちに焼
入れして550〜700℃で焼戻し、焼戻し後450〜
550℃で矯正することを特徴とする高コラプス強度を
有する継目無鋼管の製造方法である。
【0007】
【作用】本発明は、高コラプス強度を有する継目無鋼管
の製造方法方法に関するものであるが、高コラプス強度
を有するための条件としては、材料の降伏強度が高いこ
と、矯正による強度低下を小さくするため圧延及び熱処
理後において長手方向に曲がりのない鋼管を製造するこ
とが要求される。これらの要求をみたすために、本年発
明においては上述したような製造工程をとるが、以下に
その理由をのべる。
【0008】(a)鋼の成分限定理由 C:0.08〜0.35% Cは鋼の強度を確保する作用のほか、焼入れ性や焼戻し
抵抗を向上させるための必須な元素として、その含有量
を0.08%以上とした。また、0.35%以下とした
理由は0.35%を超えると焼入れ時に割れを生じた
り、靱性の劣化を引き起こすことによる。
【0009】Si:0.05〜0.50% Siは鋼の脱酸剤としての作用をもつ。また鋼の強度を
向上させる作用がある。これらの作用は0.05%未満
の添加では明瞭でない。また0.5%を超えて含有させ
ると靱性の劣化をきたし、粒界強度も低下するため0.
5%以下とした。
【0010】Mn:0.3〜2.0% Mnは有力な強化元素である。またSiと同様に脱酸剤
であり、硫化物による熱間脆性を防止する効果もある。
それらの効果を有効に得るため添加量を0.3%以上と
した。また、2%をこえて添加しても効果が飽和するこ
と、および、靭性の劣化を招くため2%をその上限とし
た。
【0011】Al:0.005〜0.05% Alは鋼の脱酸剤として有用な元素である。またTiと
ならんで鋼中のNと結合して窒化物を形成し、Bの作用
を顕在化させる元素であるので、その含有量を0.00
5%以上とした。また、0.05%を超えて添加すると
鋼中にAl2 3 が増加し清浄度が下がるため上限を
0.05%とした。
【0012】N:0.005〜0.03% NはCと共に強化元素である。またTiおよびAlと窒
化物を形成し、特にTiNは鋼の粒成長を抑制し、結晶
粒を微細化する作用がある。それら効果は0.005%
以下では充分でなく、0.03%を越えると靭性が劣化
すため、0.005〜0.03%とした。
【0013】Cr:0.05〜1.5% Crは焼入れ性の向上に著しい効果をもたらす元素で、
鋼の強度を高くする作用もあるが、その含有量が0.0
5%未満では前記のような効果が期待できず、多量に添
加すると焼入れ性が過大になるためその上限を1.5%
とした。
【0014】Mo:0.05〜1% Moは鋼の焼戻し抵抗を高める作用があるが、0.05
%以下ではその効果が小さく、他方1%を超えて含有さ
せると、鋼の脆化や靱性の劣化をきたすようになること
から、上限を1%とした。
【0015】Ti:0.01〜0.03% TiはAlと同様にNをTiNとして固定し、Bの焼入
れ性向上を図り、かつ微細に分散析出するため、ビレッ
ト加熱時の結晶粒の粗大化を抑制する効果がある。しか
し、その含有量が0.01%未満では前記のような所望
の効果を得ることができず、他方含有量が0.03%を
超えると、TiNの凝集粗大化によって結晶粒成長の抑
制に効果がないばかりか、靱性の劣化を招くことになる
ので、その含有量の範囲は0.01〜0.03%とし
た。
【0016】B:0.0001〜0.005% Bは鋼の焼入れ性を向上させる効果があり、0.000
1%以上含有させることでその効果が現れる。しかし、
0.005%を越えて添加してもその効果が飽和するの
みならず、熱間加工時の割れの原因となるためその上限
を0.005%とした。
【0017】Cu:0.05〜1% Ni:0.05〜1% Cu、Niは共に強度向上に有効であるが、0.05%
以下ではその効果は明瞭でないため、0.05%を下限
とする。又1%を越えると焼入れ性が過大となること、
又製造コストが上昇するために上限を1%以下とする。
【0018】Nb:0.01〜0.1% Nbはオーステナイト粒を微細化する作用をもつ。0.
01%以下ではその効果は明瞭でなく、0.1%を越え
て添加すると靭性の低下を招くため0.01〜0.1%
とした。
【0019】V:0.01〜0.1% VもNbと同様の効果をもつ。また、同様に0.1%を
越える過剰の添加は靭性劣化の原因となるため0.01
〜0.1%とした。 Ca:0.0003〜0.01% 上記の合金元素に加えて通常、鉄鋼材料にふくまれる不
純物は以下の様に制限する。
【0020】P:0.020%以下 Pは粒界偏析をおこし加工性を下げるため含有量を0.
020%以下とした。 S:0.020%以下 Sは鋼中の不可避的な不純物であり、多量に含むとMn
Sを形成し靭性を下げるため0.020%以下とする。
【0021】(b)850〜950℃の範囲で少なくと
も圧下率20%の圧延を行う理由 圧延を出来るだけ低温で、かつ加工度を大きくし結晶粒
が圧延方向に延びた展伸組織にすることが高強度化につ
ながる。圧延により鋼に加えられた歪みは高温において
は回復、再結晶により開放されるため、圧延温度および
圧延終了温度が高く、加工度が低い場合は展伸組織が得
られない。この回復、再結晶は950℃を越えると著し
くなるため、規定する温度域は950℃以下とした。一
方、加工温度が低くなり、850℃以下になると鋼の加
工抵抗が増大し、加工が困難になるため下限を850℃
とした。なを、850℃以上で圧延を終了することによ
り、焼入れ後の鋼の組織を90%以上のマルテンサイト
組織とすることができる。
【0022】加工度は高いほど展伸組織が著しくなり、
マルテンサイト組織が微細化する。(展伸組織とは、オ
ーステナイト結晶粒の圧延方向の粒径が圧延直角方向の
粒径の2倍以上の場合を指し、50%とはこの様な結晶
粒の割合が50%である事を示す。) 850〜950℃の間の加工度が20%未満の場合は目
的とする微細組織は得られない。また、加工温度域が8
50〜950℃の場合でも900℃以下の温度域で一定
量の圧延をすることが必要である。850〜900℃の
間での加工度を7%以上とすることにより、展伸組織が
顕著となり焼入れ後のマルテンサイト組織をより微細に
し、降伏強度をさらに高めることができる。
【0023】図2は圧延終了温度(℃)と展伸組織発生
比率(%)との関係を表すグラフである。表1に示した
鋼1を用い、終了温度の約50℃高い温度より圧延を開
始し、圧下率20%の圧延を行なった。圧延終了温度を
900℃以下にすることにより、展伸組織発生比率は1
00%近くになる。これにより焼入れ後の結晶組織を微
細にすることができる。
【0024】(c)オンライン直接焼入れ オンライン直接焼入れの採用により、展伸され高強度に
なった鋼管を焼入れることになり、曲がりの少ない鋼管
が得られる。圧延された直後の鋼管は再加熱された場合
に比較して温度が均一であり、この事も鋼管の曲がりを
少なくする上で有効である。再加熱工程がないため加熱
時の変形がないが、従来方法ではこの再加熱と焼入れ時
の変形が大きく矯正温度を高くする必要があった。
【0025】(d)矯正温度の低下 矯正温度を550℃以下にすることで、矯正中の材料の
回復現象を防止し、鋼管の内外面近傍の降伏強度の低下
を防止するとともに、矯正温度の下限を450℃に以上
にすることで、バウシンガー効果によるコラプス強度の
低下を防止する。
【0026】図3は、コラプス強度を、従来法と本発明
を部分的に実施した低温圧延−直接焼入れー高温矯正お
よび本発明を完全に実施した低温圧延−直接焼入れ−低
温矯正とで比較して示したグラフである。鋼1(24
4.5φ×11.99t)を用い、従来方法に依り製造
した場合のコラプス強度の平均値を1とした場合の比較
を示した。図3より本発明の製造方法で継目無鋼管を製
造すると、コラプス強度は従来よりも5%以上向上する
ことが分かる。
【0027】
【実施例】本発明の実施例の高コラプス強度鋼管の製造
方法を図1の工程図により説明する。本発明の高コラプ
ス強度鋼管の製造方法においては、前述したような成分
組成のビレットを加熱工程1において加熱した後、圧延
工程3により圧延する。圧延工程3では後期の950〜
850℃の間で圧下率を20%以上とし、かつ850〜
900℃の範囲での圧下率を5〜10%の圧延を行な
い、圧延の終了後鋼管を、直ちにオンラインで直接焼入
れ工程4において、850〜900℃の温度範囲から直
接焼入れが行った。その後、引続き焼戻工程5において
焼戻しを行い、温度制御工程6において、鋼管の温度を
450〜550℃間に制御した後、最終の矯正工程7に
おいて矯正が行った。用いた鋼の成分を表1に示す。鋼
1、鋼3は炭素鋼、鋼2は合金鋼である。鋼管のサイズ
はいずれも177.8φ×12065tである。
【0028】
【表1】
【0029】表2〜表4に本発明により製造した鋼管お
よび比較例のコラプス強度を示す。
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】表2の690℃焼戻材、表3の620℃焼
戻材、表4の560℃焼戻材共、従来法に比較して4%
以上のコラプス強度の上昇が認められる。
【0034】
【発明の効果】この発明により、高コラプス強度鋼管を
大量の熱エネルギを消費することなく製造することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の高コラプス強度鋼管の製造工
程図である。
【図2】圧延終了温度と展伸組織発生比率との関係を表
すグラフである。
【図3】コラプス強度比を比較したグラフである。
【図4】従来の高コラプス強度鋼管の製造工程図であ
る。
【符号の説明】
1 加熱工程 2 温度制御工程 3 圧延工程 4 直接焼入れ工程 5 焼戻工程 6 温度制御工程 7 矯正工程
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安岡 秀憲 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 (72)発明者 和田野 克己 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 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/00 - 8/10 C21D 9/08 C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:0.08〜0.35、S
    i:0.05〜0.50、Mn:0.3〜2.0、A
    l:0.005〜0.05、N:0.005〜0.03
    を含有する成分組成からなるビレットを950〜850
    ℃の間で圧下率20%以上の圧延をし、850〜900
    ℃の温度範囲で圧延を終了後、ただちに焼入れして55
    0〜700℃で焼戻し、焼戻し後450〜550℃で矯
    正することを特徴とする高コラプス強度を有する継目無
    鋼管の製造方法 。
  2. 【請求項2】 重量%で、 C:0.08〜0.35、
    Si:0.05〜0.50、Mn:0.3〜2.0、A
    l:0.005〜0.05、N:0.005〜0.03
    を含有し、更に、Cr:0.05〜1.5、Mo:0.
    05〜1.0、Ti:0.0 1〜0.03、B:0.
    0005〜0.003、Cu:0.05〜1、Ni:
    0.05〜1、Nb:0.01〜0.1、V:0.01
    〜0.1、Ca:0.0003〜0.01の1種または
    2種以上含有する成分組成からなるビレットを950〜
    850℃の間で圧下率20%以上の圧延をし、850〜
    900℃の温度範囲で圧延を終了後、ただちに焼入れし
    て550〜700℃で焼戻し、焼戻し後450〜550
    ℃で矯正することを特徴とする高コラプス強度を有する
    継目無鋼管の製造方法。
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RU2495148C1 (ru) * 2012-03-27 2013-10-10 Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" Низкоуглеродистая низколегированная сталь для изготовления крупного горячекатаного сортового и фасонного проката
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