JP4654818B2 - 高剛性鋼管およびその製造方法 - Google Patents
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鋼材の剛性を高める方法として、例えば、特許文献1には、C:0.05〜0.50%、Si:0.05〜0.30%、Mn:0.5〜2.0%を含む鋼製鋳造スラブに、その鋼の(Ar3点+50℃)以下Ar1点までの温度域での累積圧下率を初期スラブ厚みの3%以上10%以下とする熱間圧延を施した熱延鋼帯(コイル)を素材として電縫油井管とする、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が提案されている。特許文献1に記載された技術によれば、熱延鋼帯(コイル)の圧延直角方向、すなわち、通常の電縫鋼管の円周方向の結晶方位を[111]方向に整合させることができ、この方向のヤング率が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が向上するとしている。
本発明は、このような従来技術の問題を有利に解決し、管長手方向と管円周方向のヤング率がいずれも230GPa以上である鋼管およびその製造方法を提供することを目的とする。
(1)質量%で、C:0.0005〜0.50%、Si:0.001〜2.5%、Mn:0.01〜3.0%、P:0.001〜0.2%、S:0.05%以下、Al:0.01〜0.10%、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有し、鋼管の肉厚中央面における{110}<557>、{227}<212>、および{332}<10 49>の方位群の平均X線ランダム強度比が3.5以上である集合組織を有し、管長手方向のヤング率が230GPa以上、管円周方向のヤング率が230GPa以上であることを特徴とする高剛性鋼管。
(4)質量%で、C:0.0005〜0.50%、Si:0.001〜2.5%、Mn:0.01〜3.0%、P:0.001〜0.2%、S:0.05%以下、Al:0.01〜0.10%、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有する鋼管に、管軸方向の一部でかつ管全周に亘り400℃以上Ac3変態点以下の範囲の温度でねじり加工を施す工程を逐次、管軸方向に沿って1回または2回以上行い、合計で剪断歪:0.35以上となるように施すことを特徴とする管長手方向のヤング率が230GPa以上、管円周方向のヤング率が230GPa以上を有する高剛性鋼管の製造方法。
Cは、鋼の強度を増加させる元素であり、所望の鋼管強度を確保するために所定量含有させる。しかし、0.0005%未満では構造材として必要な強度を確保することが難しく、一方、0.50%を超えて含有すると、強度が高くなりすぎて靭性が著しく低下する。このため、本発明ではCは0.0005〜0.50%の範囲に限定することが好ましい。
Siは、脱酸剤として作用するとともに、鋼の強度を増加させる元素であり、このような効果を得るためには0.001%以上含有することが好ましいが、2.5%を超える含有は電縫溶接性を低下させる。このため、Siは0.001〜2.5%の範囲に限定することが好ましい。なお、電縫溶接管の場合は電縫溶接性の観点からより好ましくは1.4%以下である。
Mnは、鋼の強度を増加させるとともに、Sによる熱間脆性を防止する作用を有する元素であり、このためには0.01%以上含有させることが好ましい。一方、3.0%を超える含有は、電縫溶接性、靭性を劣化させる。このため、Mnは0.01〜3.0%の範囲に限定することが好ましい。なお、Mnは、Ar3変態点を低下させる作用を有し、オーステナイトの未再結晶域を拡げるのにも有効であり、0.7〜2.5%含有することがより好ましい。
Pは、固溶強化により少量の含有で鋼の強度を顕著に増加させる元素であり、このような効果は0.001%以上の含有で認められるが、0.2%を超えて多量に含有すると粒界等に偏析して、延性、靭性を低下させる。このため、Pは0.001〜0.2%の範囲に限定することが好ましい。なお、電縫溶接管の場合は、電縫部の靭性の観点から0.015%以下とすることがより好ましい。
Sは、鋼中では硫化物(介在物)として存在し、延性、靭性、耐食性を低下させる。このため、Sはできるだけ低減することが好ましいが、本発明では0.05%まで許容できる。なお、電縫溶接管の場合、フッククラック防止の観点からより好ましくは0.002%以下である。
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、0.01%未満では脱酸が不十分となり0.01%以上含有させることが好ましい。一方、0.10%を超えて含有すると、鋼管の表面品質が劣化するとともに、電縫溶接性が劣化する。このため、Alは0.01〜0.10%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.02〜0.05%である。
Nは、本発明では不可避的不純物として、できるだけ低減することが好ましいが、0.01%までであれば許容できるため、0.01%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.005%以下である。
上記した組成が基本組成であるが、本発明では、上記した基本組成に加えて、Ti:0.2%以下、Nb:0.2%以下、V:0.2%以下、Cr:2.0%以下、Mo:2.0%以下、W:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cu:2.0%以下、B:0.0050%以下のうちから選ばれた1種又は2種以上を選択して含有できる。
Nb、Mo、Bは、母材の強度増加に加えて、オーステナイトの未再結晶温度域を拡大する作用を有する元素であり、オーステナイトの加工集合組織を利用する場合には有用で、1種又は2種以上を選択して含有することが好ましい。このような効果は、Nb:0.01%以上、Mo:0.01%以上、B:0.0005%以上の含有でそれぞれ顕著となるが、一方、Nb:0.2%、Mo:0.2%、B:0.0050%を超える含有は、靭性、延性が劣化する。このため、Nb:0.2%以下、Mo:0.2%以下、B:0.0050%以下にそれぞれ限定することが好ましい。
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。
好ましくは上記した組成の鋼管に、ねじり加工を施して、0.35以上の剪断歪を付与する。付与される剪断歪が0.35未満では、図1に示すように、鋼管の管軸方向および管円周方向のヤング率が目標の230Gpa以上を達成できない。このため、ねじり加工で付与する剪断歪を0.35以上に限定することが好ましい。また、ねじり加工は、冷間を含むAc3変態点以下の温度域で行なうことが好ましい。上記した温度域で上記したねじり加工を施すことにより、フェライトの加工集合組織が発達しその結果として、またはオーステナイトの加工集合組織が発達しオーステナイトの加工集合組織からの変態集合組織として、上記した所望の集合組織である、肉厚中央面における{110}<557>、{227}<212>、および{332}<10 49>の方位群の平均X線ランダム強度比が3.5以上である集合組織を有する鋼管となる。なお、Ac3変態点を超えてもオーステナイトの未再結晶温度以下でオーステナイトの圧延集合組織が十分に発達する温度域でねじり加工を行えば、同様の効果が得られる。しかし、その温度域は鋼組成、温度、歪速度等の多くの因子により影響されるため、実験的に決定する必要がある。
また、本発明で用いるねじり加工は、例えば、引張強さが840MPa程度の鋼材を使用した場合でも、25.4mmφ×2.6mmt×100mml程度の鋼管であれば、通常の旋盤等の加工機械を利用し、冷間で、座屈等の不均一な変形を生じさせることなく、1以上の大きな剪断歪を付与できる。なお、座屈や割れが生じる加工限界は、当然、鋼管の寸法に依存する。
また、得られた鋼管から弧状試験片を切り出し、集合組織を測定した。採取した弧状試験片は、プレス加工して平板としたのち、機械研磨や化学研磨などによって板厚中心付近まで研磨し、さらに試験片表面をバフ研磨によって鏡面状態に仕上げたのち、電解研磨や化学研磨によって歪を除去すると同時に、肉厚中央面が測定面となるように調整した。このようにして得た試験片を用いて、EBSP法により、各方位のX線強度を求め、ランダム方位の場合を基準として各方位のX線ランダム強度比を求めた。得られた{110}<557>、{227}<212>、および{332}<10 49>の各方位のX線ランダム強度比から、上記した方位群の平均X線ランダム強度比を算出した。
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.0005〜0.50%、 Si:0.001〜2.5%、
Mn:0.01〜3.0%、 P:0.001〜0.2%、
S:0.05%以下、 Al:0.01〜0.10%、
N:0.01%以下
を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有し、鋼管の肉厚中央面における{110}<557>、{227}<212>、および{332}<10 49>の方位群の平均X線ランダム強度比が3.5以上である集合組織を有し、管長手方向のヤング率が230GPa以上、管円周方向のヤング率が230GPa以上であることを特徴とする高剛性鋼管。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti:0.2%以下、Nb:0.2%以下、V:0.2%以下、Cr:2.0%以下、Mo:2.0%以下、W:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cu:2.0%以下、B:0.0050%以下のうちから選ばれた1種又は2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項1に記載の高剛性鋼管。
- 質量%で、
C:0.0005〜0.50%、 Si:0.001〜2.5%、
Mn:0.01〜3.0%、 P:0.001〜0.2%、
S:0.05%以下、 Al:0.01〜0.10%、
N:0.01%以下
を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有する鋼管に、Ac3変態点以下の温度域で、剪断歪:0.35以上のねじり加工を施すことを特徴とする管長手方向のヤング率が230GPa以上、管円周方向のヤング率が230GPa以上を有する高剛性鋼管の製造方法。 - 質量%で、
C:0.0005〜0.50%、 Si:0.001〜2.5%、
Mn:0.01〜3.0%、 P:0.001〜0.2%、
S:0.05%以下、 Al:0.01〜0.10%、
N:0.01%以下
を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有する鋼管に、管長手方向の一部で管全周に亘り400℃以上Ac3変態点以下の範囲の温度でねじり加工を施す工程を逐次、管長手方向に沿って1回または2回以上行い、合計で剪断歪:0.35以上となるように施すことを特徴とする管長手方向のヤング率が230GPa以上、管円周方向のヤング率が230GPa以上を有する高剛性鋼管の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti:0.2%以下、Nb:0.2%以下、V:0.2%以下、Cr:2.0%以下、Mo:2.0%以下、W:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cu:2.0%以下、B:0.0050%以下のうちから選ばれた1種又は2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項3または4に記載の高剛性鋼管の製造方法。
- 前記ねじり加工後の冷却途中に500℃以上(Ar1変態点+20℃)以下の温度で、あるいは前記ねじり加工後に再加熱して500℃以上(Ac1変態点+20℃)以下の温度で、1s以上保持する保持処理を施すことを特徴とする請求項3ないし5のいずれかに記載の高剛性鋼管の製造方法。
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