JP6962084B2 - 鋼管の冷却速度を決定する方法及びそれを用いた鋼管の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態による鋼管の冷却速度の決定方法のフロー図である。この方法は、所定の大きさの応力を負荷した試験片を複数の冷却速度で冷却して冷却速度毎のMs点を測定する工程(ステップS1)と、応力を負荷せずに試験片を複数の冷却速度で冷却して冷却速度毎のMs点を測定する工程(ステップS2)と、応力を負荷して測定されたMs点と、応力を負荷せずに測定されたMs点との差が、所定の閾値以下になる最小の冷却速度を下限冷却速度と決定する工程(ステップS3)とを備えている。以下、各工程を詳述する。
次に、上記の方法で決定した下限冷却速度を用いた鋼管の製造方法を説明する。以下、鋼管の製造方法に関する説明では、熱処理の対象となる鋼管を「素管」と呼ぶ。また、「素管」と区別して、熱処理されて製造された鋼管という意味で「鋼管」の用語を用いる。
図6は、フォーマスタ試験によって作成された、所定の化学組成を有する鋼のCCTである。図6において、Fはフェライト、Bはベイナイト、Mはマルテンサイトを表す。図6から、この鋼では2℃/秒以上の冷却速度で冷却すれば、マルテンサイトのみの組織が得られることが分かる。すなわち、この鋼の上部臨界冷却速度は約2℃/秒である。
幅70mm×長さ100mm×厚さ40mmの平板試験片を作製し、950℃に加熱した後、片方の面から水冷する冷却試験を実施した。図9は、平板試験片の冷却試験の模式図である。冷却面から5mm、20mm、35mm位置に埋め込んだ熱電対と、冷却面と反対側の面に溶着した熱電対で、冷却中の温度を測定した。
上記の冷却試験を模擬した条件で有限要素法(FEM)による数値解析を実施した。図10は、数値解析で使用した平板試験片のモデルである。試験片の形状と冷却条件の対称性から1/2領域を解析領域とした。一般化平面ひずみ温度−変形連成解析要素を適用し、実鋼管冷却相当の冷却熱伝達をモデル下端面に与えた。
次に、平板試験片と同じ鋼材で外径426mm×肉厚40mmの鋼管を作製し、950℃に加熱した後、外面から水冷する冷却試験を実施した。冷却面(鋼管の外面)から35mm位置の冷却速度は2.9℃/秒であった。これは平板試験片での冷却試験における35mm位置の冷却速度1.9℃/秒よりも大きい値であった(この差異は、平板試験片の冷却試験では単一ノズルでの冷却であったのに対し、鋼管の冷却試験では複数ノズルでの冷却であったことが原因の一つと考えられる。)。しかし、冷却後の鋼管の硬さ測定では、冷却面から30mm位置より内側の領域では硬さが目標値を下回っており、マルテンサイト率の高い組織が得られていないことが分かった。
鋼管の冷却試験についてもFEMによる数値解析を実施した。図13は、数値解析に使用した鋼管のモデルである。平板試験片の場合と同様に、試験片の形状と冷却条件の対称性から1/2領域を解析領域とした。対称面に対称境界条件を与えたモデル(拘束有)と、境界条件のないモデル(拘束無)とを使用し、拘束の有無による発生応力を比較した。
次に、図2A及び図2Bに示した構成を有する装置を使用して、負荷応力が変態点や硬さ、組織に与える影響を調査した。上述の平板試験片や鋼管と同じ鋼材で、幅W:20mm、厚さt:1.2mm、長さL:200mm(図2A及び図2Bを参照)の矩形状の試験片を作製した。この試験片を、通電加熱によって10℃/秒で940℃まで加熱して300秒間保持してオーステナイト化させた後、Heガスを冷媒として冷却した。冷却過程の500℃到達時点で応力を負荷した。冷却速度は、1〜5℃/秒を1℃/秒間隔で変化させた。負荷応力は、25〜100MPaを25MPa間隔で変化させた。差動トランス式伸び計の評点間距離G.Lは14.5mmとした。
Claims (3)
- 鋼管の冷却速度を決定する方法であって、
所定の大きさの応力を負荷した試験片を複数の冷却速度で冷却して冷却速度毎のマルテンサイト変態開始温度を測定する工程と、
応力を負荷せずに試験片を複数の冷却速度で冷却して冷却速度毎のマルテンサイト変態開始温度を測定する工程と、
応力を負荷して測定されたマルテンサイト変態開始温度と、応力を負荷せずに測定されたマルテンサイト変態開始温度との差が、20℃以下になる最小の冷却速度を下限冷却速度と決定する工程とを備える、方法。 - Ac3点以上の温度の素管を、最も冷却速度が小さくなる部分の冷却速度が請求項1に記載の方法によって決定された前記下限冷却速度以上になるように冷却する工程を備える、鋼管の製造方法。
- 請求項2に記載の鋼管の製造方法であって、
前記最も冷却速度が小さくなる部分の冷却速度が、請求項1に記載の方法によって決定された前記下限冷却速度+5℃/秒以下である、製造方法。
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