JP3437979B2 - 耐磨耗継目無鋼管およびその製造方法 - Google Patents
耐磨耗継目無鋼管およびその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は石炭等のスラリー輸
送や、塵芥の空気輸送等に使用する耐磨耗性を有する継
目無鋼管およびその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、土砂の輸送や石炭や鉱石等のスラ
リー輸送、塵芥の空気輸送等に鋼管を用いたパイプライ
ンが普及しつつある。この用途に使用される鋼管の内面
は、輸送対象である固体やスラリーに触れるため、それ
らにより絶えず研削される状態に置かれている。 【０００３】通常、この研削や磨耗量は極めて大きいた
め、これらのパイプラインに使用される鋼管の寿命はき
わめて短く、絶えず取替えを必要とし、多大のコストが
かかるばかりでなく、稼働率を下げる原因ともなってい
た。 【０００４】この様な用途に使用する鋼管の耐磨耗性を
上げる方法の１つとして、コーティング法がある。例え
ば、樹脂によるコーティング鋼管が広く知られている。
しかし、コスト高や溶接部近傍の対策等の問題がある。 【０００５】別の対策として、鋼の表面の硬度を高くし
て耐磨耗性を上げる方法がある。例えば、特開平４−１
６０１３６号公報には表面に浸炭等により硬化層を形成
させ、耐磨耗性を向上させる技術が開示されている。ま
た、ステライト等の固い合金により被覆する方法も知ら
れている。しかしながら、これらの方法には対象とする
の鋼管の外径や長さに制限がある。また、コスト的にも
相当に高価であることも言うまでもない。もちろん、溶
接は困難である。 【０００６】単重の大きな鉄鋼製品においても耐磨耗性
を上げる試みは成されている。特開平５−９８３５１号
公報には、Ｃ量が低く柔らかい鋼を、Ｃ量が高く固い鋼
で包んだスラブを圧延して鋼帯をつくり、その鋼帯より
溶接鋼管を製造する技術が開示されている。 【０００７】以上に述べた様な、鋼の表面の組成（物
質）を変更することにより、耐磨耗性を上げる方法の他
に、鋼の組成や熱処理と言った冶金的な面からの耐磨耗
性の改善も試みられている。特開昭６２−２７０７２５
号公報には、Ｃ当量を規定した鋼管を加熱して、その後
に内面から冷却し、低温で焼き戻す技術が開示されてい
る。また、特開平５−５１６９１号公報には、成分、圧
延温度、熱処理条件を規定することにより、表面近傍の
みを硬化させた鋼が得られるとされている。 【０００８】特開平６−１７１８８号公報には、Ｃ、Ｓ
ｉ、Ｍｎ等を適当量添加した鋼を、フェライト−オース
テナイト２相域に加熱し、フェライト相とマルテンサイ
ト相の混合組織とし、柔らかいフェライト相の中に固い
マルテンサイト相を分散させた耐磨耗性鋼が開示されて
いる。 【０００９】また、特開平４−２２８５３６号公報や特
開平４−３０８０５７号公報には、ＴｉＣ、ＮｂＣと言
った炭化物の析出硬化作用により、耐磨耗性を上げた鋼
が開示されている。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
技術を含め、従来の技術は耐磨耗性にすぐれた継目無鋼
管を得ると言う目的には、必ずしも適したものではな
い。特開平５−９８３５１号公報に記載の技術は、継目
無鋼管の製造に応用する場合には、異なった形状のスラ
ブやビレットが必要であり、それらの製造には相当のコ
ストがかかり経済性に著しく劣る。 【００１１】特開昭６２−２７０７２５号公報に開示さ
れている技術は、大型の鉄鋼製品の製造に関するもので
あるが、低温で焼き戻すことが前提である。低温の焼き
戻しにより硬度を低下させずに、靱性を向上させるため
には、精密な温度管理の基に、相当長時間の低温焼き戻
し処理が要求されるため、技術的にも経済的にも容易な
ことではない。溶接による硬化に対する対策も問題であ
ろう。Ｃ量がやや高い点も気になる。 【００１２】特開平５−５１６９１号公報の技術は、圧
延条件、冷却条件等が継目無鋼管の場合と異なり、やは
り適用するのは難しい。 【００１３】特開平６−１７１８８号公報に示されてい
る技術は、比較的低Ｃの鋼を使用して、機械的性質を確
保しつつ耐磨耗性を持った鋼を得るというものである
が、継目無鋼管には製造上の特徴に起因する特有の問題
が数多く存在するため、そのまま用いることはできな
い。 【００１４】特開平４−２２８５３６号公報等に記載の
炭化物強化型の鋼も、継目無鋼管に応用する場合には靱
性が問題となろう。 【００１５】鋼の耐磨耗性を上げる最も一般的な方法
は、鋼の硬度を上げることである。そのためには鋼の組
織をマルテンサイト組織にすることがまず考えられる。
一方、マルテンサイト組織の鋼は焼き戻しをしない状態
では溶接性、加工性等が劣り、そのままでパイプライン
やプラント等に使用することは現実的でない。焼き戻し
処理を行なえば溶接性等はもちろん改善されるが、耐磨
耗性は劣化しまた経費もかかる。 【００１６】以上のような状態であり、合金元素の添加
量が過大でなく、したがって通常の継目無鋼管の製造方
法と同様の方法で、安価かつ能率的に製造可能であり、
溶接性も兼ね備えた耐磨耗性継目無鋼管は得られていな
い状態である。 【００１７】 【課題を解決するための手段】本発明者らは鋼管の耐磨
耗性を上げるためには、Ｓｉの添加が有効であるとの知
見を基に研究を行い、これを発展させて、Ｃ量を比較的
低くし、Ｓｉを一定量添加した鋼において、ミクロ組織
を適当量の網目状のマルテンサイト相やべイナイト相と
フェライト相との混合組織にすることにより、焼き戻し
処理を行なうことなく、ラインパイプ等の用途に使用可
能な耐磨耗性継目無鋼管を得ることに成功した。 【００１８】第１発明は、重量％で、Ｃ：０．０５〜
０．２０％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜
２．５％、Ａｌ：０．０２〜０．０５％、Ｎ：０．００
１〜０．０１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純
物からなり、かつ不可避的不純物のＰ，Ｓを、Ｐ：≦
０．０１５％、Ｓ：≦０．０１０％に制限した組成を持
つ継目無鋼管を（Ａｃ１）〜（Ａｃ１＋１００℃）の温
度範囲に加熱し、加熱温度から６００℃以上、（Ａｃ１
＋５０℃）以下の温度にまで０．６℃／秒以下で徐冷
し、以後２００℃まで１０℃／秒以上で冷却後、放置す
ることを特徴とするｖＥ２０℃が２０Ｊ以上の靭性に優
れた耐摩耗性継目無鋼管の製造方法。 【００１９】 【００２０】 【００２１】 【００２２】 【発明の実施の形態】本発明鋼はフェライト相＋網目状
（マルテンサイト相＋べイナイト相）の組織とする。網
目状とはマルテンサイト相やべイナイト相が、フェライ
ト粒を取り囲む形の組織をさすものとする。この網目状
のマルテンサイト相やべイナイト相は、鋼を（Ａｃ1 ）
〜（Ａｃ1 ＋１００℃ ）の温度範囲に加熱したときに
生成したオーステナイト相が変態したものである。（な
お、以後のマルテンサイト相、およびべイナイト相はい
ずれもこの網目状の相をさすものとし、網目状を略
す。） 【００２３】マルテンサイト相＋べイナイト相により耐
磨耗性を確保し、フェライト相により靱性および延性を
確保する。通常のＳＳ４００の２倍の耐磨耗性（磨耗試
験における磨耗量が１／２以下）を確保するためには、
マルテンサイト相＋べイナイト相の合計量が４０％以上
であることが必要である。また、通常のＳＳ４００に
２．５倍の耐磨耗性（磨耗量が２／５）を確保するため
には、それに加えてマルテンサイト相の量が５％以上あ
ることが必要である。一方、延性を確保する上では、マ
ルテンサイト＋べイナイト量の上限を６５％にする必要
がある。 【００２４】次に成分の限定理由を述べる。マルテンサ
イト相およびベイナイト相の硬度を確保するためにＣ量
は０．０５％以上必要である。一方、溶接性や靱性の確
保の観点からは、その上限は０．２０％以下にしなくて
はならない。したがって、Ｃ量の範囲は０．０５〜０．
２０％とする。 【００２５】Ｓｉは冷却時にマルテンサイト変態、及び
ベイナイト変態を十分に起こさせるためには０．５％以
上が必要である．ただし、２．０％を越えると靱性、加
工性に悪影響が出てくるため、その範囲は０．５〜２．
０％とする。 【００２６】Ｍｎも冷却時にマルテンサイト変態、及び
ベイナイト変態を十分に起こさせるために、０．５％以
上が必要である。一方、２．５％を越えると靱性や溶接
性に悪影響が出てくるため、その範囲を０．５〜２．５
％とする。 【００２７】以上の元素は鋼に耐磨耗性を与える上から
添加をする。また、機械的特性等を確保するために、そ
れぞれの上限を定める。一方、継目無鋼管はその製造方
法上の特性より、例えば熱延鋼板等の鋼板類と比較し
て、加熱温度、加工温度が高く、また加工度が低いとい
う特徴がある。すなわち、圧延終了時のオーステナイト
結晶粒が大きい。 【００２８】オーステナイト結晶粒が大きい場合は、冷
却変態後の組織も粗くなり靱性が劣化する。したがっ
て、決められた圧延条件下でいかに、結晶粒を小さくす
るかが重要であるが、本発明においてはＡｌとＮの適正
量添加により、この問題点を解決した。 【００２９】すなわち、Ａｌを０．０２％以上、Ｎを
０．００１％以上とし、ＡｌＮを積極的に析出させ、オ
ーステナイト粒の細粒化を計るものである。一方、Ａｌ
が０．０５％、Ｎが０．０１％を越えると介在物量が増
加して、清浄度が下がり靱性が劣化するためこれを上限
とする。 【００３０】Ｐ、Ｓの制限も、本鋼の靱性を確保する上
で重要である。本発明鋼は急冷後に焼き戻し処理を行な
わない。通常、鋼は焼入れままの状態では延靱性が劣る
ことが知られているが、本発明鋼においては、Ｐ、Ｓ量
の制限とＣ量の制限およに上記のＡｌ、Ｎの適量添加に
よりこの問題を解決した。具体的には、Ｐ量を０．０１
５％以下にＳ量を０．０１０％以下に制限することによ
り、V Ｅ＋20 の値を２０Ｊ以上にすることができる。 【００３１】次に、熱処理条件について述べる。上記し
た様な組織の鋼管を得るためには、以上に示した成分の
制限に加えて、特別な熱処理が必要である。本発明にか
かる成分の鋼は、Ａｃ3 温度以上のオーステナイト１相
域より急冷した場合は、マルテンサイト量（網目状では
ない。）が多くなりすぎ、延性および靱性が確保されな
い。 【００３２】本発明においては、（Ａｃ1 ）〜（Ａｃ1
＋１００℃）の温度範囲に加熱しオーステナイト、フェ
ライト２相域から冷却する。この場合の冷却においては
少なくとも、６００℃より下（６００℃を含まず。）の
温度域は急冷する必要がある。急冷の冷却速度は１０℃
／秒以上である。なお、急冷の終了温度は２００℃以下
とする。 【００３３】また、上記の加熱温度から６００℃以上、
（Ａｃ1 ＋５０℃）以下の温度範囲にまで徐冷して、以
後急冷することにより、さらに優れた特性が得られる。
例えば、Ａｃ1 温度が７５０℃の鋼の場合に、７７０℃
に加熱した後にそのまま急冷する場合も本発明の熱処理
の範囲に含まれるが、そのまま急冷することなく、一定
の温度範囲を徐冷することにより、より優れた耐磨耗性
が得られる。この場合の徐冷の終了温度は６００℃以
上、７７０℃未満である。 【００３４】徐冷を（Ａｃ1 ＋５０℃）以下の温度範囲
にまで行うことにより、フェライト相がさらに現われて
靱性や溶接性が改善される。一方、６００℃より低温に
まで徐冷を行なうと軟らかく成りすぎ、十分な耐磨耗性
が得られなくなる。なお、徐冷の冷却速度は１℃／秒以
下である。 【００３５】本発明の鋼のＡｃ1 温度は７１０〜７８０
℃（実施例は７３０〜７７０℃）程度と予想される。し
たがって、加熱温度は７１０〜８８０℃（実施例の場合
は７３０〜８７０℃）の間であり、徐冷の終了温度は６
００〜８３０℃の間となる。なお、徐冷の終了温度は急
冷の開始温度である。 【００３６】上記の温度範囲を徐冷する場合に、徐冷の
冷却速度を遅くすると、強度やマクロ硬度は下がり、ま
た降伏比も下がり加工性が向上するが、これに加えて耐
磨耗性も向上すると言う優れた効果が現れる。冷却速度
をさらに遅くすると耐磨耗性は極大値を示した後に低下
する。優れた耐磨耗性が得られる下限の冷却速度は０．
２℃／秒程度であり、最適範囲は０．３〜0.６℃／秒程
度であるが、下限の規定は特に必要でない。 【００３７】耐磨耗性に対する徐冷の効果、および徐冷
の条件に最適範囲がある理由は明らかではないが、ゆっ
くり徐冷されることにより、フェライト相が析出しＣを
残っているオーステナイト相に排出し、結果的にマルテ
ンサイト相やべイナイト相の硬度を上げることが考えら
れる。徐冷の速度が遅過ぎるとフェライト相の割合が増
加しすぎる結果、当然耐磨耗性は劣る。 【００３８】徐冷を行なった場合の靱性はＰ量が低いほ
ど高くなる。０．０１０％以下にした鋼の靱性は、Ｐ量
が多い鋼に比較して良好である。Ｍｏには若干の靱性向
上の効果がある。また、加熱冷却を複数回繰り返すこと
により靱性は向上する。 【００３９】なお、本発明鋼の溶解は転炉による。介在
物はもちろん好ましくなく、清浄度は０．０５％以下と
する。鋳込み方法は連続鋳造とする。ＡｌＮの分散は連
続鋳造の場合により均一になることによる。 【００４０】 【実施例】表１、表２に本発明の実施例を、また表３に
比較例を示す。何れの鋼管も転炉による溶製、連続鋳
造、鋼片圧延、マンネスマン穿孔、プラグミル圧延の工
程を経て、２６７．４φ×１２．７ｔの継目無鋼管と
し、１度常温まで冷却した後、再度、表に示した熱処理
を行なった。 【００４１】オーステナイト結晶粒度番号は、Ｃ量や、
Ａｌ量、Ｎ量が低い比較例のＮｏ．３６、Ｎｏ．４０は
２〜３、他の実施例および比較例は４〜５であった。耐
磨耗性は、試験片を円盤の周辺に固定し、アルミナのス
ラリー中で回転させ、ＳＳ４００の磨耗減量との比によ
り求めた。靱性は２０℃におけるシャルピー衝撃試験の
吸収エネルギーで２０Ｊを境界値とした。２０Ｊ未満の
場合は、破壊が起こる確率が急増するためである。 【００４２】表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６は、同一の鋼
において熱処理条件を変化させた実施例である。加熱時
間は各温度とも１０分である。（以後も同様） Ｎｏ．
１〜Ｎｏ．５は８００℃に加熱後の徐冷の終了温度を変
化させている。徐冷時の冷却速度は０．５℃／秒であ
る。急冷は水冷（２０℃／秒）である。急冷は管の内面
にノズルより水を吹きつけて行なっている。冷却速度は
管の肉厚中央部の値であり、ミクロ組織の観察位置も肉
厚中央部である。 【００４３】Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１３も水冷ではあるが、
冷却水の量が少なく、冷却速度は１５℃／秒または１０
℃／秒である。Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１６は徐冷時の冷却
速度を変化させている。Ｎｏ．６は７８０℃に加熱し、
１０分保持後に水冷を行った例である。 【００４４】Ｎｏ．１〜１６の実施例はいずれも、ＳＳ
４００の２倍以上の耐磨耗性（磨耗量が１／２以下）を
示す。また、マルテンサイト量が５％未満のＮｏ．１０
〜Ｎｏ．１３を除いて、他の実施例はいずれもＳＳ４０
０の２．５倍以上の耐磨耗性を示している。このことよ
り、冷却速度が速いほど耐磨耗性は若干ではあるが向上
していることがわかる。 【００４５】以上に示した結果より、８００℃に加熱し
て７００℃まで０．５℃／秒程度の冷却速度で徐冷し、
以後水冷すると言った条件が最適と言えそうである。 【００４６】 【表１】【００４７】表２は成分を変化させた実施例である。い
ずれも本発明の成分範囲内にあり、耐磨耗性、靱性共に
優れた値を示している。Ｎｏ．１７は徐冷なしの実施例
である。Ｐ量が高いＮｏ．２１は靱性がやや低く、Ｐ量
や、Ｐ量、Ｓ量共に低いＮｏ．２２、Ｎｏ．２３の吸収
エネルギーはやや高い。 【００４８】 【表２】【００４９】表３は比較例である。Ｎｏ．３１〜Ｎｏ．
３５は、先のＮｏ．１等と同一の鋼において熱処理条件
が本発明の範囲外とした比較例である。Ｎｏ．３１、Ｎ
ｏ．３２は加熱温度および急冷開始温度が高過ぎるた
め、マルテンサイト相やべイナイト相が多くなりすぎ、
耐磨耗性は十分であるが、靱性が劣っている。 【００５０】Ｎｏ．３３は６００℃より下の温度域を徐
冷しており、靱性は十分であるが、耐磨耗性が低い。な
お、この場合の徐冷の冷却速度は、２００℃まで３℃／
分であった。 【００５１】Ｎｏ．３４は、５５０℃まで徐冷を行った
ためフェライト量が多くなり、靱性は十分であるが、耐
磨耗性はＳＳ４００に近づいている。 【００５２】Ｎｏ．３５は加熱温度がＡｃ1 温度以下の
ため、製管時のままのフェライト−パーライト組織であ
り、やはり靱性は十分であるが、耐磨耗性はＳＳ４００
と大差がない。Ｎｏ．３６はＣ量が低過ぎべイナイト量
およびマルテンサイト量が不足し、十分な耐磨耗性が得
られていない。 【００５３】比較例のＮｏ．３７はＣ量が多く、耐磨耗
性は十分であるが靱性が低い。Ｎｏ．３８はＳｉ量が多
く吸収エネルギーが低い。Ｎｏ．３９はＭｎ量が多く、
靱性が低い。Ｎｏ．４０はＡｌ，Ｎ量が少なく、オース
テナイト粒が大きく靱性が低い。Ｎｏ．４１はＡｌ，Ｎ
量が多く介在物量が多くなり、靱性が低い。Ｎｏ．４２
はＰ量が多く靱性が低い。Ｎｏ．４３はＳ量が多く靱性
が低い。 【００５４】 【表３】【００５５】なお、本発明は熱間仕上がり継目無鋼管に
限定されない。冷間伸管等の冷間加工を行なった鋼管に
おいても同様に優れた特性が確保できる。もちろん、曲
げ加工管にも適用可能である。曲げ加工時に高周波加熱
を行なう場合は、上記の加熱温度範囲に肉厚全体が昇温
されている必要はない。冷却方法は上記の冷却速度が得
られるものであれば、ミスト、空冷等何れも適用可能で
ある。 【００５６】 【発明の効果】本発明は、鋼管としての機械的特性を保
持しつつ、従来品にはない高い耐磨耗性と、合わせて経
済性をも有する画期的な耐磨耗性鋼管を提供するもので
あり、土砂、鉱石、石炭等のスラリー、ゴミ等の固体の
パイプ輸送、固体と液体の混合物のパイプ輸送用の鋼管
として最適である。
送や、塵芥の空気輸送等に使用する耐磨耗性を有する継
目無鋼管およびその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、土砂の輸送や石炭や鉱石等のスラ
リー輸送、塵芥の空気輸送等に鋼管を用いたパイプライ
ンが普及しつつある。この用途に使用される鋼管の内面
は、輸送対象である固体やスラリーに触れるため、それ
らにより絶えず研削される状態に置かれている。 【０００３】通常、この研削や磨耗量は極めて大きいた
め、これらのパイプラインに使用される鋼管の寿命はき
わめて短く、絶えず取替えを必要とし、多大のコストが
かかるばかりでなく、稼働率を下げる原因ともなってい
た。 【０００４】この様な用途に使用する鋼管の耐磨耗性を
上げる方法の１つとして、コーティング法がある。例え
ば、樹脂によるコーティング鋼管が広く知られている。
しかし、コスト高や溶接部近傍の対策等の問題がある。 【０００５】別の対策として、鋼の表面の硬度を高くし
て耐磨耗性を上げる方法がある。例えば、特開平４−１
６０１３６号公報には表面に浸炭等により硬化層を形成
させ、耐磨耗性を向上させる技術が開示されている。ま
た、ステライト等の固い合金により被覆する方法も知ら
れている。しかしながら、これらの方法には対象とする
の鋼管の外径や長さに制限がある。また、コスト的にも
相当に高価であることも言うまでもない。もちろん、溶
接は困難である。 【０００６】単重の大きな鉄鋼製品においても耐磨耗性
を上げる試みは成されている。特開平５−９８３５１号
公報には、Ｃ量が低く柔らかい鋼を、Ｃ量が高く固い鋼
で包んだスラブを圧延して鋼帯をつくり、その鋼帯より
溶接鋼管を製造する技術が開示されている。 【０００７】以上に述べた様な、鋼の表面の組成（物
質）を変更することにより、耐磨耗性を上げる方法の他
に、鋼の組成や熱処理と言った冶金的な面からの耐磨耗
性の改善も試みられている。特開昭６２−２７０７２５
号公報には、Ｃ当量を規定した鋼管を加熱して、その後
に内面から冷却し、低温で焼き戻す技術が開示されてい
る。また、特開平５−５１６９１号公報には、成分、圧
延温度、熱処理条件を規定することにより、表面近傍の
みを硬化させた鋼が得られるとされている。 【０００８】特開平６−１７１８８号公報には、Ｃ、Ｓ
ｉ、Ｍｎ等を適当量添加した鋼を、フェライト−オース
テナイト２相域に加熱し、フェライト相とマルテンサイ
ト相の混合組織とし、柔らかいフェライト相の中に固い
マルテンサイト相を分散させた耐磨耗性鋼が開示されて
いる。 【０００９】また、特開平４−２２８５３６号公報や特
開平４−３０８０５７号公報には、ＴｉＣ、ＮｂＣと言
った炭化物の析出硬化作用により、耐磨耗性を上げた鋼
が開示されている。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
技術を含め、従来の技術は耐磨耗性にすぐれた継目無鋼
管を得ると言う目的には、必ずしも適したものではな
い。特開平５−９８３５１号公報に記載の技術は、継目
無鋼管の製造に応用する場合には、異なった形状のスラ
ブやビレットが必要であり、それらの製造には相当のコ
ストがかかり経済性に著しく劣る。 【００１１】特開昭６２−２７０７２５号公報に開示さ
れている技術は、大型の鉄鋼製品の製造に関するもので
あるが、低温で焼き戻すことが前提である。低温の焼き
戻しにより硬度を低下させずに、靱性を向上させるため
には、精密な温度管理の基に、相当長時間の低温焼き戻
し処理が要求されるため、技術的にも経済的にも容易な
ことではない。溶接による硬化に対する対策も問題であ
ろう。Ｃ量がやや高い点も気になる。 【００１２】特開平５−５１６９１号公報の技術は、圧
延条件、冷却条件等が継目無鋼管の場合と異なり、やは
り適用するのは難しい。 【００１３】特開平６−１７１８８号公報に示されてい
る技術は、比較的低Ｃの鋼を使用して、機械的性質を確
保しつつ耐磨耗性を持った鋼を得るというものである
が、継目無鋼管には製造上の特徴に起因する特有の問題
が数多く存在するため、そのまま用いることはできな
い。 【００１４】特開平４−２２８５３６号公報等に記載の
炭化物強化型の鋼も、継目無鋼管に応用する場合には靱
性が問題となろう。 【００１５】鋼の耐磨耗性を上げる最も一般的な方法
は、鋼の硬度を上げることである。そのためには鋼の組
織をマルテンサイト組織にすることがまず考えられる。
一方、マルテンサイト組織の鋼は焼き戻しをしない状態
では溶接性、加工性等が劣り、そのままでパイプライン
やプラント等に使用することは現実的でない。焼き戻し
処理を行なえば溶接性等はもちろん改善されるが、耐磨
耗性は劣化しまた経費もかかる。 【００１６】以上のような状態であり、合金元素の添加
量が過大でなく、したがって通常の継目無鋼管の製造方
法と同様の方法で、安価かつ能率的に製造可能であり、
溶接性も兼ね備えた耐磨耗性継目無鋼管は得られていな
い状態である。 【００１７】 【課題を解決するための手段】本発明者らは鋼管の耐磨
耗性を上げるためには、Ｓｉの添加が有効であるとの知
見を基に研究を行い、これを発展させて、Ｃ量を比較的
低くし、Ｓｉを一定量添加した鋼において、ミクロ組織
を適当量の網目状のマルテンサイト相やべイナイト相と
フェライト相との混合組織にすることにより、焼き戻し
処理を行なうことなく、ラインパイプ等の用途に使用可
能な耐磨耗性継目無鋼管を得ることに成功した。 【００１８】第１発明は、重量％で、Ｃ：０．０５〜
０．２０％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜
２．５％、Ａｌ：０．０２〜０．０５％、Ｎ：０．００
１〜０．０１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純
物からなり、かつ不可避的不純物のＰ，Ｓを、Ｐ：≦
０．０１５％、Ｓ：≦０．０１０％に制限した組成を持
つ継目無鋼管を（Ａｃ１）〜（Ａｃ１＋１００℃）の温
度範囲に加熱し、加熱温度から６００℃以上、（Ａｃ１
＋５０℃）以下の温度にまで０．６℃／秒以下で徐冷
し、以後２００℃まで１０℃／秒以上で冷却後、放置す
ることを特徴とするｖＥ２０℃が２０Ｊ以上の靭性に優
れた耐摩耗性継目無鋼管の製造方法。 【００１９】 【００２０】 【００２１】 【００２２】 【発明の実施の形態】本発明鋼はフェライト相＋網目状
（マルテンサイト相＋べイナイト相）の組織とする。網
目状とはマルテンサイト相やべイナイト相が、フェライ
ト粒を取り囲む形の組織をさすものとする。この網目状
のマルテンサイト相やべイナイト相は、鋼を（Ａｃ1 ）
〜（Ａｃ1 ＋１００℃ ）の温度範囲に加熱したときに
生成したオーステナイト相が変態したものである。（な
お、以後のマルテンサイト相、およびべイナイト相はい
ずれもこの網目状の相をさすものとし、網目状を略
す。） 【００２３】マルテンサイト相＋べイナイト相により耐
磨耗性を確保し、フェライト相により靱性および延性を
確保する。通常のＳＳ４００の２倍の耐磨耗性（磨耗試
験における磨耗量が１／２以下）を確保するためには、
マルテンサイト相＋べイナイト相の合計量が４０％以上
であることが必要である。また、通常のＳＳ４００に
２．５倍の耐磨耗性（磨耗量が２／５）を確保するため
には、それに加えてマルテンサイト相の量が５％以上あ
ることが必要である。一方、延性を確保する上では、マ
ルテンサイト＋べイナイト量の上限を６５％にする必要
がある。 【００２４】次に成分の限定理由を述べる。マルテンサ
イト相およびベイナイト相の硬度を確保するためにＣ量
は０．０５％以上必要である。一方、溶接性や靱性の確
保の観点からは、その上限は０．２０％以下にしなくて
はならない。したがって、Ｃ量の範囲は０．０５〜０．
２０％とする。 【００２５】Ｓｉは冷却時にマルテンサイト変態、及び
ベイナイト変態を十分に起こさせるためには０．５％以
上が必要である．ただし、２．０％を越えると靱性、加
工性に悪影響が出てくるため、その範囲は０．５〜２．
０％とする。 【００２６】Ｍｎも冷却時にマルテンサイト変態、及び
ベイナイト変態を十分に起こさせるために、０．５％以
上が必要である。一方、２．５％を越えると靱性や溶接
性に悪影響が出てくるため、その範囲を０．５〜２．５
％とする。 【００２７】以上の元素は鋼に耐磨耗性を与える上から
添加をする。また、機械的特性等を確保するために、そ
れぞれの上限を定める。一方、継目無鋼管はその製造方
法上の特性より、例えば熱延鋼板等の鋼板類と比較し
て、加熱温度、加工温度が高く、また加工度が低いとい
う特徴がある。すなわち、圧延終了時のオーステナイト
結晶粒が大きい。 【００２８】オーステナイト結晶粒が大きい場合は、冷
却変態後の組織も粗くなり靱性が劣化する。したがっ
て、決められた圧延条件下でいかに、結晶粒を小さくす
るかが重要であるが、本発明においてはＡｌとＮの適正
量添加により、この問題点を解決した。 【００２９】すなわち、Ａｌを０．０２％以上、Ｎを
０．００１％以上とし、ＡｌＮを積極的に析出させ、オ
ーステナイト粒の細粒化を計るものである。一方、Ａｌ
が０．０５％、Ｎが０．０１％を越えると介在物量が増
加して、清浄度が下がり靱性が劣化するためこれを上限
とする。 【００３０】Ｐ、Ｓの制限も、本鋼の靱性を確保する上
で重要である。本発明鋼は急冷後に焼き戻し処理を行な
わない。通常、鋼は焼入れままの状態では延靱性が劣る
ことが知られているが、本発明鋼においては、Ｐ、Ｓ量
の制限とＣ量の制限およに上記のＡｌ、Ｎの適量添加に
よりこの問題を解決した。具体的には、Ｐ量を０．０１
５％以下にＳ量を０．０１０％以下に制限することによ
り、V Ｅ＋20 の値を２０Ｊ以上にすることができる。 【００３１】次に、熱処理条件について述べる。上記し
た様な組織の鋼管を得るためには、以上に示した成分の
制限に加えて、特別な熱処理が必要である。本発明にか
かる成分の鋼は、Ａｃ3 温度以上のオーステナイト１相
域より急冷した場合は、マルテンサイト量（網目状では
ない。）が多くなりすぎ、延性および靱性が確保されな
い。 【００３２】本発明においては、（Ａｃ1 ）〜（Ａｃ1
＋１００℃）の温度範囲に加熱しオーステナイト、フェ
ライト２相域から冷却する。この場合の冷却においては
少なくとも、６００℃より下（６００℃を含まず。）の
温度域は急冷する必要がある。急冷の冷却速度は１０℃
／秒以上である。なお、急冷の終了温度は２００℃以下
とする。 【００３３】また、上記の加熱温度から６００℃以上、
（Ａｃ1 ＋５０℃）以下の温度範囲にまで徐冷して、以
後急冷することにより、さらに優れた特性が得られる。
例えば、Ａｃ1 温度が７５０℃の鋼の場合に、７７０℃
に加熱した後にそのまま急冷する場合も本発明の熱処理
の範囲に含まれるが、そのまま急冷することなく、一定
の温度範囲を徐冷することにより、より優れた耐磨耗性
が得られる。この場合の徐冷の終了温度は６００℃以
上、７７０℃未満である。 【００３４】徐冷を（Ａｃ1 ＋５０℃）以下の温度範囲
にまで行うことにより、フェライト相がさらに現われて
靱性や溶接性が改善される。一方、６００℃より低温に
まで徐冷を行なうと軟らかく成りすぎ、十分な耐磨耗性
が得られなくなる。なお、徐冷の冷却速度は１℃／秒以
下である。 【００３５】本発明の鋼のＡｃ1 温度は７１０〜７８０
℃（実施例は７３０〜７７０℃）程度と予想される。し
たがって、加熱温度は７１０〜８８０℃（実施例の場合
は７３０〜８７０℃）の間であり、徐冷の終了温度は６
００〜８３０℃の間となる。なお、徐冷の終了温度は急
冷の開始温度である。 【００３６】上記の温度範囲を徐冷する場合に、徐冷の
冷却速度を遅くすると、強度やマクロ硬度は下がり、ま
た降伏比も下がり加工性が向上するが、これに加えて耐
磨耗性も向上すると言う優れた効果が現れる。冷却速度
をさらに遅くすると耐磨耗性は極大値を示した後に低下
する。優れた耐磨耗性が得られる下限の冷却速度は０．
２℃／秒程度であり、最適範囲は０．３〜0.６℃／秒程
度であるが、下限の規定は特に必要でない。 【００３７】耐磨耗性に対する徐冷の効果、および徐冷
の条件に最適範囲がある理由は明らかではないが、ゆっ
くり徐冷されることにより、フェライト相が析出しＣを
残っているオーステナイト相に排出し、結果的にマルテ
ンサイト相やべイナイト相の硬度を上げることが考えら
れる。徐冷の速度が遅過ぎるとフェライト相の割合が増
加しすぎる結果、当然耐磨耗性は劣る。 【００３８】徐冷を行なった場合の靱性はＰ量が低いほ
ど高くなる。０．０１０％以下にした鋼の靱性は、Ｐ量
が多い鋼に比較して良好である。Ｍｏには若干の靱性向
上の効果がある。また、加熱冷却を複数回繰り返すこと
により靱性は向上する。 【００３９】なお、本発明鋼の溶解は転炉による。介在
物はもちろん好ましくなく、清浄度は０．０５％以下と
する。鋳込み方法は連続鋳造とする。ＡｌＮの分散は連
続鋳造の場合により均一になることによる。 【００４０】 【実施例】表１、表２に本発明の実施例を、また表３に
比較例を示す。何れの鋼管も転炉による溶製、連続鋳
造、鋼片圧延、マンネスマン穿孔、プラグミル圧延の工
程を経て、２６７．４φ×１２．７ｔの継目無鋼管と
し、１度常温まで冷却した後、再度、表に示した熱処理
を行なった。 【００４１】オーステナイト結晶粒度番号は、Ｃ量や、
Ａｌ量、Ｎ量が低い比較例のＮｏ．３６、Ｎｏ．４０は
２〜３、他の実施例および比較例は４〜５であった。耐
磨耗性は、試験片を円盤の周辺に固定し、アルミナのス
ラリー中で回転させ、ＳＳ４００の磨耗減量との比によ
り求めた。靱性は２０℃におけるシャルピー衝撃試験の
吸収エネルギーで２０Ｊを境界値とした。２０Ｊ未満の
場合は、破壊が起こる確率が急増するためである。 【００４２】表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６は、同一の鋼
において熱処理条件を変化させた実施例である。加熱時
間は各温度とも１０分である。（以後も同様） Ｎｏ．
１〜Ｎｏ．５は８００℃に加熱後の徐冷の終了温度を変
化させている。徐冷時の冷却速度は０．５℃／秒であ
る。急冷は水冷（２０℃／秒）である。急冷は管の内面
にノズルより水を吹きつけて行なっている。冷却速度は
管の肉厚中央部の値であり、ミクロ組織の観察位置も肉
厚中央部である。 【００４３】Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１３も水冷ではあるが、
冷却水の量が少なく、冷却速度は１５℃／秒または１０
℃／秒である。Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１６は徐冷時の冷却
速度を変化させている。Ｎｏ．６は７８０℃に加熱し、
１０分保持後に水冷を行った例である。 【００４４】Ｎｏ．１〜１６の実施例はいずれも、ＳＳ
４００の２倍以上の耐磨耗性（磨耗量が１／２以下）を
示す。また、マルテンサイト量が５％未満のＮｏ．１０
〜Ｎｏ．１３を除いて、他の実施例はいずれもＳＳ４０
０の２．５倍以上の耐磨耗性を示している。このことよ
り、冷却速度が速いほど耐磨耗性は若干ではあるが向上
していることがわかる。 【００４５】以上に示した結果より、８００℃に加熱し
て７００℃まで０．５℃／秒程度の冷却速度で徐冷し、
以後水冷すると言った条件が最適と言えそうである。 【００４６】 【表１】【００４７】表２は成分を変化させた実施例である。い
ずれも本発明の成分範囲内にあり、耐磨耗性、靱性共に
優れた値を示している。Ｎｏ．１７は徐冷なしの実施例
である。Ｐ量が高いＮｏ．２１は靱性がやや低く、Ｐ量
や、Ｐ量、Ｓ量共に低いＮｏ．２２、Ｎｏ．２３の吸収
エネルギーはやや高い。 【００４８】 【表２】【００４９】表３は比較例である。Ｎｏ．３１〜Ｎｏ．
３５は、先のＮｏ．１等と同一の鋼において熱処理条件
が本発明の範囲外とした比較例である。Ｎｏ．３１、Ｎ
ｏ．３２は加熱温度および急冷開始温度が高過ぎるた
め、マルテンサイト相やべイナイト相が多くなりすぎ、
耐磨耗性は十分であるが、靱性が劣っている。 【００５０】Ｎｏ．３３は６００℃より下の温度域を徐
冷しており、靱性は十分であるが、耐磨耗性が低い。な
お、この場合の徐冷の冷却速度は、２００℃まで３℃／
分であった。 【００５１】Ｎｏ．３４は、５５０℃まで徐冷を行った
ためフェライト量が多くなり、靱性は十分であるが、耐
磨耗性はＳＳ４００に近づいている。 【００５２】Ｎｏ．３５は加熱温度がＡｃ1 温度以下の
ため、製管時のままのフェライト−パーライト組織であ
り、やはり靱性は十分であるが、耐磨耗性はＳＳ４００
と大差がない。Ｎｏ．３６はＣ量が低過ぎべイナイト量
およびマルテンサイト量が不足し、十分な耐磨耗性が得
られていない。 【００５３】比較例のＮｏ．３７はＣ量が多く、耐磨耗
性は十分であるが靱性が低い。Ｎｏ．３８はＳｉ量が多
く吸収エネルギーが低い。Ｎｏ．３９はＭｎ量が多く、
靱性が低い。Ｎｏ．４０はＡｌ，Ｎ量が少なく、オース
テナイト粒が大きく靱性が低い。Ｎｏ．４１はＡｌ，Ｎ
量が多く介在物量が多くなり、靱性が低い。Ｎｏ．４２
はＰ量が多く靱性が低い。Ｎｏ．４３はＳ量が多く靱性
が低い。 【００５４】 【表３】【００５５】なお、本発明は熱間仕上がり継目無鋼管に
限定されない。冷間伸管等の冷間加工を行なった鋼管に
おいても同様に優れた特性が確保できる。もちろん、曲
げ加工管にも適用可能である。曲げ加工時に高周波加熱
を行なう場合は、上記の加熱温度範囲に肉厚全体が昇温
されている必要はない。冷却方法は上記の冷却速度が得
られるものであれば、ミスト、空冷等何れも適用可能で
ある。 【００５６】 【発明の効果】本発明は、鋼管としての機械的特性を保
持しつつ、従来品にはない高い耐磨耗性と、合わせて経
済性をも有する画期的な耐磨耗性鋼管を提供するもので
あり、土砂、鉱石、石炭等のスラリー、ゴミ等の固体の
パイプ輸送、固体と液体の混合物のパイプ輸送用の鋼管
として最適である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C21D 8/00 - 8/10
C22C 38/00 - 38/60
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓ
ｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ａ
ｌ：０．０２〜０．０５％、Ｎ：０．００１〜０．０１
％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
かつ不可避的不純物のＰ，Ｓを、Ｐ：≦０．０１５％、
Ｓ：≦０．０１０％に制限した組成を持つ継目無鋼管を
（Ａｃ１）〜（Ａｃ１＋１００℃）の温度範囲に加熱
し、加熱温度から６００℃以上、（Ａｃ１＋５０℃）以
下の温度にまで０．６℃／秒以下で徐冷し、以後２００
℃まで１０℃／秒以上で冷却後、放置することを特徴と
するｖＥ２０℃が２０Ｊ以上の靭性に優れた耐摩耗性継
目無鋼管の製造方法。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34330595A JP3437979B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 耐磨耗継目無鋼管およびその製造方法 |
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ID=18360497
Family Applications (1)
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