JPH01225722A - 高強度油井用電縫鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、高い強度と溶接部を含む全周にわたる優れ
た低温靭性とを併せ持つ“アズロールタイプの油井用電
縫鋼管”の製造方法に関するものである。

く背景技術〉 近年、天然ガス或いは原油採掘用のガス井及び油井（以
降“油井”と総称する）は益々深さを増す傾向にあり、
これに伴って、支える自重が増大する油井用鋼管には一
段と高い強度が要求されることとなってきた。また、同
時に、寒冷地における油井用鋼管の需要も増加してきて
おり、優れた低温靭性をも兼備する高強度鋼管に対する
要望も高まっている。

一方、最近では、生産性の面から、製管・溶接の後に電
縫溶接部のみに部分的な加熱処理（高周波誘導加熱）を
施すだけで、管の全周にわたる熱処理（焼入れ・焼戻し
）を行うことなく使用するアズロールタイプの電縫鋼管
の生産が増大しつつあり、このような観点から焼入れ・
焼戻し処理を施すことなく高強度を示す安価な素材鋼が
強く望まれてもいた。

一般に、高強度鋼を安価に製造する手法としてＣ含有量
を高くすることが行われている。しかしながら、鋼のＣ
含有量を高めると溶接部靭性の悪化を招き、寒冷地で使
用される油井管用素材には適用することばセきなかった
。

このため、Ｃ含有量を低減して溶接部靭性の確保を図り
、なおかつ焼入れ・焼戻し処理を施すことなく高強度鋼
材を得ようとすると、強度確保のために多量の合金元素
を必要とし、焼入れ・焼戻し処理の省略によってもたら
される便益以上の製造コスト高を余儀無くされると言う
問題があった。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、油井用電縫鋼管を取り巻く前記情勢に鑑み、
高い強度と優れた低温靭性とを併せ持つ“アズロールタ
イプの油井用電縫鋼管”をコスト安く製造し得る方法を
提供するものであり、ｒｃ：ｏ、１４〜０゜２２％（以
下、成分割合を表わす％は重量％とする）。

Ｓｔ　：　０．０５〜０．３０％、　　Ｍｎ　：　１．
２０〜２．００％。

Ｔｉ　：　０．０４〜０．０７％、　　Ａｎ！　：　０
．００５〜０．１０％を含有するとともに、更に ｖ　：　ｏ、ｔｏ％以下。

Ｎｂ　：　０．０４５％以下 の１種又は２種をも含み、残部が実質的にＦｅからなる
鋼を１１５０〜１３００℃に加熱後、仕上げ温度：７５
０〜８５０℃で熱間圧延を行い、続いて平均冷却速度＝
５〜５０°Ｃ／ｓｅｃにて冷却してから４５０〜６００
℃で巻取ったコイルを素材とし、これを電縫溶接した後
、引き続いてその電縫溶接部を８００〜１０５０℃の温
度から１５〜１５０’Ｃ／ｓｅｃで急冷して得た管材に
矯正処理を施し、更に１５０〜４５０℃に加熱して３０
秒〜６０分間保持することによって、高強度で低温靭性
の優れた油井用電縫鋼管を安定製造する点」 に特徴を有している。

つまり、本発明では、通常は焼入れ・焼戻し処理を施さ
ずに使用されることのない“Ｔｉ添加中炭素鋼”を素材
鋼とし、まず高温に加熱した該Ｔｉ添加中炭素鋼スラブ
を低温で熱間圧延することによって固溶強化と結晶粒の
微細化を図り、その後の急冷と低温巻取りにより強度・
靭性を確保したコイルを電縫鋼管製造用の素材コイルと
して用いる。

次いで、このコイルを製管して電縫溶接し、引き続いて
その電縫溶接部を高温から急冷することによって電縫鋼
管素管を得るが、その後、通常の如くサイジング及びス
トレートナ−の矯正処理を施し、更に短時間の低温熱処
理を施すことによって、溶接部の靭性も十分に満足でき
る高強度高靭性油井用電縫鋼管を得ることが本発明の概
要である。

次に、本発明において、素材鋼の成分組成、コイル圧延
条件及び造管条件を前記の如くに数値限定した理由を説
明する。

八）素材鋼の成分組成 （ａ）　　Ｃ Ｃ含有量が０．１４％未満であると強度不足となり、所
望の強度を確保するためには多量の合金元素が必要とな
ってコスト増加につながる。また、０．２２％を超えて
、Ｃを含有させると、電縫鋼管の母材及び溶接部の靭性
劣化を招く。従って、Ｃ含有量は０．１４〜０．２２％
と定めた。

（ｂ）　　５ｔ Ｓｔ含有量が０．０５％を下回ると鋼の脱酸不足による
酸化物系介在物が増加し、一方、０．３０％を超えてＳ
ｔを含有させると電ｔａ溶接時のペネトレーターの排出
が困難になることから、Ｓｔ含有量は０．０５〜０．３
０％と定めた。

（ｃｌ　　Ｍｎ Ｍｎ成分は強度並びに靭性を改善する作用を有している
が、その含有量が１．２０％未満では上記作用による所
望の効果を確保できず、一方、２．００％を超えて含有
させることはコスト的な不利につながるので、Ｍｎ含有
量は１．２０％〜２．００％と定めた。

（ｄｌ　　Ｔｉ Ｔｉ成分は鋼の細粒化及び固溶強化作用を有しているが
、その含有量が０．０４％未満では上記作用による所望
の効果を確保できず、一方、０．０７％を超えて含有さ
せると固溶限界を超えてＴｉｃとなって析出し、却って
靭性を劣化させることから、Ｔｉ含有量は０．０４〜０
．０７％と定めた。

（ｅ）　　　　八！ Ｍ成分は、Ｓｔ成分同様に鋼の脱酸材として添加される
ものであるが、その含有量が０．００５％未満では脱酸
不足による酸化物系介在物の増加を招き、一方、０．１
０％を超えて含有させるとＡｌ　２０３系介在物が増加
することから、Ａｌ含有量は０．００５〜０．１０％と
限定した。、 （ｆ）　　Ｖ、及びＮｂ これらの成分は何れも鋼中に固溶して鋼を強化する作用
を有しているので、何れか一方又は双方を添加されるが
、各成分個々に、その含有範囲を数値限定した理由を説
明する。

ｉ）■ 固溶強化元素である■成分の含有量が０．１０％を超え
ると鋼の靭性劣化を招く。従って、■含有量は０．１０
％以下と定めた。

１ｉ）Ｎｂ Ｎｂは固溶強化元素であると共に、Ｔｉ同様に鋼の細粒
化にも有効であるが、０．０４５％を超えて含有させて
もその効果が少ないことから、Ｎｂ含有量は０．０４５
％以下と定めた。

Ｂ）コイル圧延条件 （ａ）　　加熱温度 圧延スラブの加熱温度はＴｉ、　Ｎｂ、　Ｖ等の固溶量
及びオーステナイト結晶粒径に大きな影響を及ぼすが、
加熱温度が１１５０℃未満では上記固溶元素を十分に固
溶させることができずに強度不足となり、一方、１３０
０℃を超えて加熱すると、オーステナイト結晶粒が粗大
となり靭性の劣化を招く。従って、加熱温度は１１５０
〜１３００℃と限定した。

（ｂＪ　　熱間圧延温度 スラブの圧延仕上げ温度が８５０℃を超えると再結晶γ
の比率が多く、フェライト細粒化に必要な未細結晶γ域
での十分な圧下量が確保できなくなる。一方、圧延仕上
げ温度が７５０℃を下回るとγ及びαの二相域圧延とな
り、αへの加工歪が増加して十分な靭性が得られないこ
とから、熱間圧延の仕上げ温度は７５０〜８５０℃と限
定した。

（Ｃ）　　圧延後の冷却速度 熱延後の平均冷却速度が５℃／ｓｅｃを下回ると圧延直
後の細粒フヱライトが回復により粒成長するため靭性が
劣化し、一方、５０℃／ｓｅｃを上回る速度で冷却する
と第二相の硬化組織が増加し、著しく強度が増加し靭性
を劣化することから、熱延後の冷却速度は５〜ｂ （ｄｌ　　巻取り温度 巻取り温度が６００℃を上回るとテンパー効果が著しく
なって強度低下を招き、一方、４５０℃を下回る温度で
巻取ると、圧延から冷却時に生じた硬化組織が十分軟化
されずに靭性劣化となることから、巻取り温度は４５０
〜６００℃と限定した。

Ｃ）造管条件 （ａ）　　電縫部熱処理温度及び冷却速度電縫溶接に引
き続く電縫溶接部の熱処理温度が８００℃未満であると
再結晶オーステナイトが得られずに強度不足となり、一
方、１０５０℃を超える温度で熱処理すると粗大オース
テナイト粒組織となることから、電縫部の熱処理温度は
８００〜１０５０℃と定めた。

また、この熱処理後の冷却速度が１５℃／ｓｅｃ未満で
あると電縫部に焼入れの効果を付与することができず、
一方、１５０℃／ｓｅｃを超える速度で冷却すると、硬
度が高くなり過ぎ、その後の寸法整形及び曲り取り（矯
正）のためのサイジング及びストレートナ−実施時に電
縫部に亀裂を生じる恐れがでてくることから、熱処理後
冷却速度は１５〜ｂ （ｂ）　　矯正処理後の低温熱処理条件上記熱処理を施
した電縫溶接部は焼入れ組織となっていて高強度で低い
靭性値を示すことから、矯正処理の後、母材部及び溶接
部の強度を低下さ廿ることなく（むしろ母材部の強度増
加となる）溶接部の靭性を回復させる目的で低温テンパ
ーが施される。そして、その際の加熱保持温度が１５０
℃未満であると、“造管後の寸法整形及び曲り取りのた
めのサイジング及びストレートナル時（矯正処理時）に
発生する冷間歪”を利用したエージング効果を獲得する
ことができないので母材強度が向上しない上、電縫溶接
部の焼入れ組織が十分に軟化されないことから溶接部靭
性も向上しない。

一方、上記加熱保持温度が４５０℃を上回ると、テンパ
ー効果が大きくなって母材部の強度が低下してしまう。

従って、矯正処理後の低温熱処理温度は１５０〜４５０
℃と定めた。

なお、この低温熱処理での°保持時間が３０秒未満であ
ると肉厚中央部まで所望温度に昇温することができず、
一方、６０分を超える保持では燃料費が多くなってコス
ト的な不利につながることから、該保持時間は３０秒〜
６０分と限定した。

次に、この発明の効果を、実施例により比較例と対比し
ながら具体的に説明する。

〈実施例〉 先ず、通常の方法により第１表に示される如き化学成分
組成のスラブを溶製した後、第２表に示した圧延条件で
熱延コイルとした。

次いで、これらの熱延コイルを電縫管造管ラインで連続
的に成形し、電気抵抗溶接と、これに続（第２表の如き
条件の加熱（高周波誘導加熱）・急冷（水冷）の熱処理
を施して電縫管素管を得た。

そして、この後、更にサイジング及びストレートナ−に
よる矯正処理を施してから、やはり第２表に示した条件
で低温焼戻しくテンパー）を行って製品電縫鋼管（外径
：４０６．４ｍｍ、肉厚：１２．７ｍｍ）を得た。

次に、得られた電縫鋼管から引張試験片とシャルピー衝
撃試験片を切り出して鋼管の機械的性質を調査したが、
その結果を第２表に併せて示す。

第２表に示される結果からも、本発明で規定される条件
通りに製造された電縫鋼管は高い強度を有し、かつ溶接
部を含む全周にわたって優れた低温靭性を示すことが分
かる。

なお、本発明法にて製造された各電縫鋼管は、何れも油
井用鋼管として必要な耐食性等の各特性を満足している
ことも確認された。

〈効果の総括〉 以上に説明した如（、この発明によれば、高い強度と優
れた低温靭性とを併せ持つアズロールタイプの油井用電
縫鋼管をコツト安く製造することができ、益々苛酷さを
増しつつある各地の油井事情に十分対処し得る鋼管材料
の安定供給が可能となるなど、産業上極めて有用な効果
がもたらされる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量割合で Ｃ：０．１４〜０．２２％，Ｓｉ：０．０５〜０．３０
   ％，Ｍｎ：１．２０〜２．００％，Ｔｉ：０．０４〜０
   ．０７％，Ａｌ：０．００５〜０．１０％ を含有するとともに、更に Ｖ：０．１０％以下， Ｎｂ：０．０４５％以下 の１種又は２種をも含み、残部が実質的にＦｅからなる
   鋼を１１５０〜１３００℃に加熱後、仕上げ温度：７５
   ０〜８５０℃で熱間圧延を行い、続いて平均冷却速度：
   ５〜５０℃／ｓｅｃにて冷却してから４５０〜６００℃
   で巻取ったコイルを素材とし、これを電縫溶接した後、
   引き続いてその電縫溶接部を８００〜１０５０℃の温度
   から１５〜１５０℃／ｓｅｃで急冷して得た管材に矯正
   処理を施し、更に１５０〜４５０℃に加熱して３０秒〜
   ６０分間保持することを特徴とする、高強度で低温靭性
   の優れた油井用電縫綱管の製造方法。