JPH01279710A

JPH01279710A - 耐水素誘起割れ特性に優れた高強度鋼線の製造法

Info

Publication number: JPH01279710A
Application number: JP10543788A
Authority: JP
Inventors: Yukio Ochiai; 落合　征雄; Hideaki Omori; 大毛利　英昭; Manjiro Sato; 佐藤　満次郎; Masatsugu Murao; 雅嗣村尾; Kazuhiko Murao; 和彦村尾; Hideo Chiba; 千葉　英夫
Original assignee: Nippon Steel Corp; NANIWA SEITEI KK
Current assignee: Nippon Steel Corp; NANIWA SEITEI KK
Priority date: 1988-04-30
Filing date: 1988-04-30
Publication date: 1989-11-10
Also published as: JPH0583611B2

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］本発明は引張強さ５０ｋｇｆ／ｍｍ”以上の高強度鋼線
の製造法に関し、さらに詳しくは、湿潤硫化水素環境等
で使用される耐水素誘起割れ特性のすぐれた高強度鋼線
の製造法に関するものである。

［従来の技術］従来、たとえばガス、原油等の高圧流体輸送用フレキシ
ブルパイプの鎧装線などは、００１２％以下の低炭素鋼
線材を伸線加工後、異形引抜、ローラーダイス加工、圧
延等の異形加工により所定の断面形状の異形鋼線（平圧
線や溝形線）となし、そのままないしは５００℃未満の
低温焼鈍を行ったのち、非サワー環境の使用に供せられ
ていた。

しかし、最近の深井戸化に伴って、ガスおよび油井の環
境が厳しくなってきた。

すなわち、硫化水素を伴ったサワー環境（湿潤硫化水素
環境）が多くなってきた。

このため、異形鋼線に要求される特性の中で最も重要な
ものは、使用環境より鋼線中に侵入する水素に対し十分
安定であり、水素誘起割れ（Ｈｙｄｒｏｇ−ｅｎ　Ｉｎ
ｄｕｃｅｄ　Ｃｒａｃｋｉｎｇ、以下旧Ｃという）の発
生しないことである。

以上の如く、環境の変化に伴い、新たに、耐水素誘起割
れ特性に優れた高強度鋼線が要望されてきたが、ＨＩＣ
特性の優れた高強度鋼線の公開および公告特許は開示さ
れていない。

しかし、鋼板の製造例では、特許出願公告である特公昭
６３−１３６９に開示されており、これはＣ０１１２％
以下で、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ等の特殊元素を含有したもの
を、圧延条件のコントロールによって、耐水素誘起割れ
性を有するものである。しかし、高Ｃで冷間加工を伴う
鋼線に耐水素誘起割れ特性を付与することは、この鋼板
の製造法の特許思想から推定又は応用することは著しく
困難である。

［発明が解決しようとする課題］このような従来の製造法の問題点は、冷間加工度が高く
、また、焼鈍を行っても強度を確保する必要上低温焼鈍
とならざるを得ないため、環境より侵入する水素に対す
る抵抗性が小さいことである。このため、鋼線内部の比
較的ひずみの集中する部分にＨＩＣが発生し易く、はな
はだしい場合は、使用中に鋼線の破壊、すなわち断線を
惹起することとなる。

これらｌｌＩｃは鋼の化学成分や不純物としてのＰやＳ
の量にも影響されるが、鋼線の強度にも強く依存し、引
張強さ５０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の鋼線に発生しやすい。

一方、環境の影響も大きく、環境の水素イオン濃度の増
加にともないＨＩＣも増加する。

本発明の目的は、湿潤硫化水素環境で使用される耐水素
誘起割れ特性のすぐれた高強度鋼線の製造法を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段、作用］本発明は、Ｇ　Ｏ，４０〜０．７０％、　Ｓｉ　０．１
０〜１％。

Ｍｎ　Ｏ，２０〜１％、　Ｐ　Ｏ，０２５％以下、　Ｓ
　Ｏ，０１０％以下を含有し、必要に応じて八９０．０
０８〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避
的不純物からなる鋼を、断面減少率２５〜７５％の冷間
加工を行ったのち、温度５００〜７００℃で球状化焼鈍
することを特徴とする耐水素誘起割れ特性に優れた高強
度鋼線の製造法である。

以下、本発明について詳細に説明する。

Ｇ　Ｏ，４０％未満では、球状化焼鈍により所定の強度
が得られない、またＧ　Ｏ，７０％を超えると冷間加工
で強加工が困難となり、加工中に鋼線中心部に微細クラ
ック途発生してＨＩＣ特性が劣化するのみならず、端面
に割れが発生するため、０．７０％を上限とした。

ＳＬは脱酸剤として、最低０．１０％以上必要であり、
その量は多くなるに従って強度が向上する。

しかし１％を超えると、例えば鋳片およびビレット加熱
炉での脱炭が激しくなり、これがそのまま鋼線に残り、
冷間加工時に割れが多発するため好ましくない。

Ｍｎは熱間脆性を防止するため０．２％以上必要である
。また、Ｍｎは焼入性を向上させるため、パテンティン
グにより均一なパーライト組織を得るためその量は多い
ほど望ましいが、１％を越えると中心偏析に起因する旧
Ｃの発生頻度が高くなるため１％を上限とする。

次にＰは粒界に偏析しやすいため、加工性の低下、割れ
を誘発しやすいので、その量は少ないほど好ましい。し
かし、連続鋳造で製造する場合、溶製温度を高くするた
め復Ｐが起こるので上限のみを０．０２５％に規定した
。

ＳはＰと同様な弊害のほか、耐食性の点で少量はど好ま
しいが、現在経済的に製造できる０、０１０％以下とし
た。なおＳはｏ、ｏｏｔ％迄は工業的生産が十分可能で
ある。

Ａｌは結晶粒の細粒化および脱酸剤として使用される場
合と、反対に粗粒調指定およびｌによる鋼中非金属介在
物を防止するためＡｆｌを添加しない場合がある。１１
添加の場合、例えば細粒化に必要な５ｏｌＡ　Ｑとして
、最低０．００６％以上必要であるが、このとき全Ａｌ
量のうち５ｏｌＡ　ＱとＩｎ５ｏｌＡｌの分配（比率）
は８：２であるため、下限を０．００８％とした。Ａｌ
は０．０５０％を超えると鋼中非金属介在物が増加する
ため、製品品質および歩留が低下する。溶製歩留および
バラツキを考慮すると、Ａｌ添加の場合には通常Ｑ、０
１５〜０．０３５％が好ましい。一方Ａｌ無添加の場合
の鋼中Ａｌはｏ、ｏｏａ％未満の値を示す、Ａｌは上述
の目的により必要に応じて使用すればよい。

上述の各元素のほかに、異形鋼線の肉厚が厚いために焼
入性が不足する場合には、０．６％以下のＣｒを添加す
ることが有効である。さらに０．３％以下のＣｕおよび
０．０２％以下のＷは鋼中への水素侵入を抑制する効果
があるので、必要に応じてこれらを添加すれば、より一
層耐水素誘起割れ特性を向上させることができる。

以上の組成からなる鋼材を加工して鋼線とするが、本発
明の鋼線とは、鋼材（線材、棒鋼等）を異形引抜および
ローラーダイス加工又は圧延等の加工により、所定の断
面形状が円または異形鋼線（平圧線や溝形線）を総称し
ている。

また、ここでは球状化焼鈍後の引張強さが５０〜８０ｋ
ｇｆ／ｍａ”のものを高強度鋼線と称している。すなわ
ち、引張強さが５０ｋｇｆ／ｍｍ”以上ないと内圧およ
び外圧に耐えられず、深井戸用の鎧装線としての効果が
少ない。一方、引張強さが８０ｋｇｆ／ｎ＋ｍ”を超え
ると、硬度がＨＲＣ２２以上となり、硫化物応力腐食割
れを生じるため、上限を８０ｋｇｆ／ｍ＋ａ”とした。

次に本発明にかかわる加工方法に関して説明する。

通常、線材は加工前に熱処理を行うが、その代表的なも
のが、パテンティング処理であり、これによって線材の
組織を均一な微細パーライト組織とし、これにより断面
減少率２５％〜７５％の加工に耐えうる性能を有する鋼
線を製造することにある。

本発明で断面減少率２５％〜７５％の範囲に限定した理
由を説明する。

断面減少率２５％未満では、加工後の焼鈍で、セメンタ
イトの球状化が不十分となり、ＨＩＣが発生する。また
断面減少率７５％を超えると、例えば平圧線の端面およ
び内部に加工による割れが発生し、特に内部割れは）Ｉ
ＩＣを誘発するので好ましくない。

なお、本発明の断面減少率は次式で定義する。

断面減少率（％）＝　（１−−）Ｘ１００Ｓ　：異形加
工された鋼線の断面積Ｓ０：素線（線材）の断面積本発明の特徴は、断面減少率２５〜７５％の冷間加工後
、球状化焼鈍を行い、加工歪を除去するとともに、パー
ライト組織をフェライト（マトリックス）中に微細な球
状化セメンタイトの分散した組織に変えることにある。

即ち焼鈍によって得られた球状化セメンタイト組織は、
従来のパーライト組織にくらべてＦＩＩＣ特性が著しく
優れていることを新たに見い出したものである。鋼中に
侵入した水素原子は、セメンタイト／フェライト界面に
集積し、そこにＨＩＣの核を形成するが、球状化セメン
タイトの場合には応力集中が小さいためにクラックの発
生が抑制され、またクラックの伝播径路となる局部的な
高転位密度領域が存在しないため、耐水素誘起割れ特性
が優れているものと考えられる。

以下パテンティング工程以降について、線材から鋼線を
製造する例をもって詳細説明する。上述の組成の線材の
パテンティングの種類としては、ｌ）線材メーカーで線
材圧延時の熱（高温）を利用し、圧延終了後直ちに５０
０〜６００℃の塩浴に浸漬する方法（以下、ＤＬＰとい
う）、２）同様に、圧延終了後直ちに衝風冷却する方法（以下
、ＤＰという）。

３）線材加工メーカーにおいて線材をオーステナイト温
度領域に加熱後、５００〜６００℃に保持した鉛浴槽に
浸漬する方法、即ち鉛パテンテイング（以下、ＬＰとい
う）がある。

以上のうち、ＬＰの方法でパテンティングされた２種類
の線材（９，５＋ａ＋ａφ）を伸線加工および平圧延で
平圧線を製造したのち１球状化焼鈍部度範囲を求めた。

これを第１図に示す。球状化焼鈍は昇温２時間、保温４
時間ののち、炉冷の条件で行った。

５０ｋｇｆ／ｍｍ”以上の引張強さが得られるのは、Ｃ
Ｏ。

４２％の鋼線では６９０℃以下、またＣ　Ｏ，６５％で
は７００℃以下である。一方、引張強さ８０ｋｇｆ／＋
＋ａ”以下が得られる球状化焼鈍温度は、　Ｇ　Ｏ，４
２％では５００℃以上、ＣＯ，６５％では５４０℃以上
必要である。

従って本発明の球状化温度範囲は５００〜７００℃とな
る。

しかし、成分範囲および炉内温度のバラツキ（変動）等
を考慮すると工業的には５５０℃〜６８０℃が最適であ
る。

［実施例］鉛パテンテイング（Ｌ　Ｐ）によってパーライト組織に
された９、５ｍｍφの線材を伸線加工により直径５ｍｍ
φとし、次いで平圧延にて、厚み０．９〜２．８５ｍｍ
の平線とした。引続き、これを球状化焼鈍したのち引張
試験およびｌｌＩｃ試験を行った。引張試験片は４５０
ｍｍ長さのものを用いた。

一方、ＨＩＣ特性の評価は次の方法で行った。上述の平
線を長さ１００ｍｍに切断し、５％ＮａＣＱ　−０，５
％Ｃ１１，Ｃ００Ｈ−Ｈ，Ｓ飽和溶液中に２５℃で９６
時間浸漬後、横断面を３ケ所研磨し、ミクロクラックの
有無を一光学顕微鏡で観察した。

使用した材料の化学成分、パテンティング条件。

冷間加工および加工後の焼鈍温度等の製造条件ならびそ
の製品の引張強さ、ＨＩＣ特性を第１表に示す。

本発明法は第１表のＮｏ、１〜６．　Ｎｏ、１１〜１５
およびＮｏ。

１８〜２０であり、また従来法および比較例はＮｏ、７
〜１０、　Ｎｏ、１６〜１７である。従来法では焼鈍を
行わないと引張強さが１００ｋｇｆ／ａｍ２以上と高＜
　ＨＩＣが多発する。一方、焼鈍温度が７２０℃と高く
なると、ＨＩＣは皆無であるが引張強さ５０ｋｇｆ／ｍ
ｍ２以上を満足しなくなる。逆に５００℃未満と低くな
ると不完全な球状化組織のためｌｌＩｃが発生する。一
方、断面減少率が２０％以下でも同様、強度とＨＩＣ特
性のバランスがとれていない。以上のように従来法では
、パーライト組織ないしは望ましくない（不完全な）球
状化組織であるため、両特性を満足しない。

本発明では、これまで説明した如く、最適な球状化組織
を呈し、要求特性を十分満足している。

［発明の効果］以上述べてきた如く、本発明法にしたがって製造された
鋼線は耐水素誘起割れ特性がきわめて優れており、きび
しい湿潤硫化水素環境で使用しても破壊することがない
。

また、平圧線について述べてきたが、他の異形線、ボル
ト、棒鋼など一般の鋼材についても同様な方法で製造す
ることにより、耐水素誘起割れ特性のすぐれた鋼材を製
造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼鈍温度と引張強さの関係を示す図である。焼鈍温度（℃）第１　Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】Ｃ：０．４０〜０．７０％、Ｓｉ：０．１０〜１％、Ｍ
ｎ：０．２０〜１％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．
０１０％以下、を含有し、必要に応じてＡｌ：０．００８〜０．０５０
％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
鋼を、断面減少率２５〜７５％の冷間加工を行ったのち
、温度５００〜７００℃で球状化焼鈍することを特徴と
する耐水素誘起割れ特性に優れた高強度鋼線の製造法。