JPH0191980A - クラッド鋼管の製造方法 - 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） 本発明は、クラッド鋼管の製造方法、特に耐食性の良好
なＮｉ、　ＣｒおよびＭｏを含むオーステナイト系材料
を内層形成材とするクラッド鋼管の製造方法に関するも
のである。

（従来の技術） 近年、エネルギー事情の逼迫にともない、油井およびガ
ス井は深井戸化し、その環境は益々苛酷なものとなりつ
つあり、かつては開発されなかったような、硫酸水素（
ＬＳ）や炭酸ガス（Ｃ０２）、塩素イオン（（Ｊ−）等
腐食性の強い物質を含む原油や天然ガスの掘削、輸送も
行われるようになり、それに応してかかる環境下での使
用に適した高強度でかつ耐食性にすぐれた鋼管が要求さ
れている。

従来、前記油井およびガス井における油井管や輸送管に
は低合金鋼が使用されていたが、かかる苛酷な環境下で
は耐食性に劣り使用に耐えられないので、最近では、よ
り高級な耐食性材料が用いられる傾向にある。例えばオ
ーステナイト系ステンレス鋼やインコロイやハステロイ
　（いずれも商品名）といった高合金材料等が採用され
始めている。

ところで、そのような材料の高合金化は必ずコストの上
昇を伴うため、経済面での不利は避けられない、さらに
、これらの材料はオーステナイト系のステンレス鋼また
は合金であるため、耐食性確保を目的に製管後に行う溶
体化処理のままでは強度が低く、従って必要強度を確保
するために、溶体化処理後さらに冷間加工を施すのが通
例であった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、本発明者らの実験、研究によれば、１１
□５−ＣＯ□−α−環境下での腐食の主たるものは、所
謂応力腐食割れ（以下、°“ＳＣＣ”と略称する）であ
るが、この場合のＳＣＣは一般のそれとは腐食挙動が全
く異なる。すなわち、一般のＳＣＣがＣＱ−の存在と潔
く係わるものであるのに対し、＋ｈｓ−ｃｏ□−Ｃ２−
環境下におけるＳＣＣはＣＱ−もさることながら、むし
ろそれ以上にＨ，Ｓの影響が大きく、さらに上記した冷
間加工がこの１１□５−ＣＯ！−Ｃυ環境下での腐食に
対する抵抗性を著しく劣化させるという重要な事実が明
らかになった。

そこで本発明者らはオーステナイト系材料を冷間加工す
ることなく、しかも強度と耐食性にすぐれた廉価な鋼管
を開発すべく、−ｇの耐食性が腐食環境にさらされる表
面のみの性質に依存する点に着目し、種々実験、研究を
重ねた結果、腐食環境にさらされる内層材（内管）がＮ
ｉ、　ＣｒおよびＭ。

を含むオーステナイト系材料から成り、外層材（外管）
は所望の強度と靭性を有する炭素鋼や低合金鋼から成る
クラッド鋼管により所期の目的が達せられるとの知見を
得ることができた。しかし、上記クラッド鋼管の通常の
製造方法は、先ず内層材となるオーステナイト系材料の
内管と、外層材となる炭素鋼や低合金鋼の外管とを熱間
加工で個々に製造し、次いで内管の外表面と外管の内表
面を研削して、外管の内面側に内管を挿入し、内管上外
管の界面での非接合を防止するために、界面の空気を真
空ポンプで除去して真空度を高めたのち拡管し、その後
端部界面を肉盛溶接して熱間加工し、圧着、成形する方
法である。

しかし、このようなりラッド鋼管の製造方法は、その製
造工程が複雑でかつ製造コストは極めて高く、しかも、
すでに述べたように、成形後に溶体化処理を施さなけれ
ば、オーステナイト系材料には所望の耐食性が得られな
い。したがって、耐食性を確保するには成形後のクラッ
ド鋼管に対して溶体化処理を施せばよいのであるが、−
ａにオーステナイト系材料を十分に溶体化させるために
は１０００℃以上の温度で処理することが必要である。

こうした高温度で加熱処理すれば、今度は外層材の炭素
鋼および低合金鋼のオーステナイト粒が粗大化し、靭性
が劣化するという問題がある。

一方、外層材の炭素鋼および低合金鋼の靭性を確保する
ために圧延のままあるいは圧延後常温まで冷却したもの
を１０００℃を下まわる低温域に再加熱して焼き入れし
たままで用いられることもあるが、その場合にはオース
テナイト系材料の耐食性の劣化は免れない。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは上記の如き現状に対し、外層材となる炭素
鋼および低合金鋼の性能を損なうことなく、しかも内層
材となるオーステナイト系材料の耐食性を確保すること
、およびこのような品質に優れるクラッド鋼管を安価に
能率よく製造することを目的としてさらに検討を行った
結果、以下に示される知見を得た。

（ａ）一端にタンディシュを連結して一体化した両端開
放モールド内へ、前記タンディシュの上方から該タンデ
ィシュを貫通してクラッド鋼管の内層材となるオーステ
ナイト系材料の芯材を連続的に挿入しつつ、該タンディ
シュによって芯材の周囲に外層材となる炭素鋼または低
合金鋼の溶湯を連続的に供給して凝固させて複合鋳片を
製造し、これを熱間加工してクラッド鋼管とすれば、高
い生産能率で安定して安価に量産できること。

（ｂ）オーステナイト系のステンレス鋼や高合金は熱間
加工後、８００℃以上の温度から直接栄、冷する処理を
行えば、良好な組繊と耐食性が得られること。

（ｃ）オーステナイト系材料を芯材とし、炭素鋼または
低合金鋼の溶湯をその表面に凝固させた複合鋳片を熱間
加工してクラッド鋼管に成形する際、その熱間加工終了
後８００℃以上の温度からそのまま急冷処理すると、該
急冷処理は外層材の炭素鋼または低合金鋼に対しては直
接焼入処理となり、加工によって細粒化した鋼は細粒組
繊を呈したまま焼入れされることになり、この細粒鋼に
ついては、特にＣが０．０６重量％程度以下の低Ｃｌで
は、焼入れたままでも良好な強度と靭性が得られること
。

（ｄ）外層材がＣが０．０６重量％程度以上の綱の場合
、熱間加工後８００℃以上の温度から急冷したままの状
態、すなわち焼入れのままでは靭性が劣化しているが、
これをそのＡｃ１点以下の温度で焼戻し処理すれば、靭
性が回復すること。

（ｅ）　Ｃが０．０６重量％程度以下の低Ｃ鋼について
も、上記の焼戻し処理は有効であること。

（ｆ）さらに上記の、外層材に対する焼戻し処理を行っ
ても、内層材のオーステナイト系材料の耐食性は劣化し
ないこと。

かくして、本発明者らは上記知見に基づいて本発明を完
成したものであって、その要旨は下記のとおりである。

■Ｃ：０．３重量％以下の炭素鋼または低合金鋼の外層
材と、Ｎｉ、　ＣｒおよびＭｏを含むオーステナイト系
材料の内層材とから成るクラッド鋼管の製造方法におい
て、一端にタンディシュを連結して一体化した両端開放
モールド内へ、前記タンディシュの上方から該タンディ
シュを貫通して前記組成のオーステナイト系材料の芯材
を連続的に挿入しつつ、該タンディシュによって芯材の
周囲に前記組成の炭素鋼または低合金鋼の溶湯を連続的
に供給して凝固させて複合鋳片を製造し、次いで該複合
鋳片を１０００℃以上に加熱して熱間加工を施して鋼管
に成形した後、８００℃以上の温度から急冷処理するこ
とを特徴とするクラッド鋼管の製造方法。

■前記急冷処理後さらに外層材のＡｃ、点以下の温度で
焼戻し処理することを特徴とするクラッド鋼管の製造方
法。

ここで、クランド鋼管の内層材となるオーステナイト系
材料はＮｉ、　ＣｒおよびＭｏを含むものを用いる必要
があるが、Ｈ，５−Ｃｏ□−ＣＱ−環境下において優れ
た耐ＳＣＣ性を得るためには、重量％で、Ｎｉを２０％
以上、Ｃｒを１６％以上、Ｍｏを２．５％以上含んでい
ることが好ましい。

なお、上記オーステナイト系材料が成分元素としてさら
にＣｕを含む場合には一層良好な耐ＳＣＣ性を有するが
、Ｃｕの多量添加は熱間加工性を劣化させるのでその上
限は３重量％程度にすることが好ましい。

また、外層材であるＣ　：　０．３重量％以下の炭素鋼
または低合金鋼は好ましくはＣ：　０．０６重量％以下
であるが、Ｃ：　０．０６重重量を超える場合、焼入れ
による靭性劣化を阻止するにはＡｃ１点以下での焼戻し
を行うの、が好ましい。

ここに、「低合金鋼」とは広義には、５重量％以下の合
金成分と残部Ｆｅから成る鋼である。

前記クラッド鋼管の外層材について炭素鋼または低合金
鋼を選んだのはすでに述べたようにクラッド鋼管として
の強度および靭性を確保するためであり、またその炭素
含有量を０．３重量％以下としたのは良好な靭性を得る
ためである。

ところで、従来の溶体化処理は、熱間加工後の一旦常温
まで大気中に冷却したものを高温に再加熱して急冷する
工程を経るものであったが、この従来の溶体化処理工程
と比較すれば明らかなように、この発明の方法によれば
鋼管の外層を形成する綱の靭性劣化が防止されるばかり
か、前記溶体化温度への加熱と保持の熱エネルギーを節
約した上で所望の耐食性を確保できると言う副次的効果
も得られる。

（作用） 以下、添付図面を参照して本発明のクラッド鋼管の製造
方法を詳細に説明する。

第１図は、本発明にかかるクラッド鋼管の製造方法のう
ちの複合鋳片の製造工程を説明するための概略断面図で
あり、上端にＳｉ：＋Ｌ　、Ａ（ｈ（ｈ、ＡＱＮおよび
ＢＮ等の１種または２種以上から成る耐火物製リング１
を介してタンディシュ２を連結し一体化した両端開放モ
ールド３内へ、タンディシュ２の上方からこれを貫通し
てＮｉ、　Ｃｒ、　Ｍｏを含むオーステナイト系材料、
即ち内層材となる芯材４を連続的に挿入し、さらにこれ
と同時に該芯材４の周囲にタンディシュ２からＣ含有量
０．３重量％以下の外層材となる炭素鋼または低合金鋼
の溶湯５を連続的に供給して凝固させつつ両端開放モー
ルドの下方から複合鋳片６を引き抜いていく。なお、第
１図において、７は芯材４をモールド３内に連続挿入す
るための芯出しロール、８は複合鋳片引き抜き用のピン
チロール、９はダミーである。

第１図において、芯材４をタンディシュ２の上方から両
端開放モールド３内へ連続的に挿入しながら芯材４とモ
ールド３壁との隙間に溶湯５を供給すると、溶湯供給用
のタンディシュ２は容量が大きく、しかもメニスカスが
モールド３内から上方に移動して広い場面を形成するこ
とから給湯が容易となり、掻めて静かで円滑な溶湯供給
を安定して実施でき、スカムの巻込みや溶湯と耐火物装
置の異常な摩擦を生じないばかりか、溶湯中の介在物の
十分な浮上分離を図ることができる。しかも芯材４はタ
ンディシュ２の上方から該タンディシュ２を貫通してモ
ールド３内へ連続挿入されるので、芯材挿入部からの湯
漏れの恐れは全く無い。

従って、安定した作業性の下で健全な複合鋳片を高速で
量産することができるのである。

本発明は、上記のようにして製造された複合鋳片を１０
００℃以上に加熱し、熱間加工を施して鋼管に成形した
後、８００℃以上の温度からそのまま急冷するか或いは
更に前記外層材のＡｃ＋点以下の温度で焼戻しすること
により製品とするものである。

複合鋳片を熱間加工するための加熱下限温度を１０００
℃としたのは、この温度を下まわる低温域での加熱では
材料の変形抵抗が大きくなって熱間加工が困難となるほ
か、内層材となるオーステナイト系材料において、炭化
物や析出物等のオーステナイト基地中への固溶が不十分
となって熱間加工性が劣化し、加えて本発明方法のよう
に、熱間加工後に直接に急冷処理する方法では、上記加
熱温度が１０００℃未満では所望のミクロ組織が得られ
ず、耐ＳＣＣ性の劣化を招くこととなるからである。

しかし、この複合鋳片の熱間加工に先立つ加熱の上限温
度は特定されるものではなく、材料加工時に熱間での脆
性の生じない温度とすればよく、特に内層材となるオー
ステナイト系材料について、グリ−プル試験機を用いた
高温引張り試験での絞り値が５０％以上となるような温
度、例えば１２００〜１２５０℃の範囲内の温度で加熱
すれば、外層材に対しても問題はない。

一方、熱間加工後の急冷開始の下限温度を８００℃とし
たのは、急冷開始温度をこの温度より低い側に設定すれ
ば、その温度まで徐冷されることになり、そのように８
００℃未満にまで徐冷されると、内層材のオーステナイ
ト系材料に粒界炭化物の析出が生じ耐ＳＣＣ性が劣化す
る場合があるからであり、また外層材にフェライトやパ
ーライトといった高温変態組織が生じて、強度、靭性が
劣化する場合があるからである。

さらに炭素鋼もしくは低合金鋼である外層材の靭性をよ
り良好なものとするためにＡｃ＋点以下の温度で焼戻し
を行ってもよいが、この際焼戻し温度が＾ｃ１点を超え
ると強度、靭性のバラツキが大きくなり、また内層材の
耐ＳＣＣ性が劣化する場合があるため焼戻しの上限温度
を外層材のＡｃ＋点とする。

以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。

（実施例） 第１表に示す成分組成のオーステナイト系材料から成る
直径が１１５ｍｍの円柱状芯材（内層材）、および第２
表に示す成分組成の低合金鋼及び炭素鋼の溶湯（外層材
）とを用いて直径が２００ｍｍの複合ビレットを、第１
図で示す垂直型の複合鋳片製造装置で連続的に鋳造した
。

次いで、この複合ビレットの表面を２＋ｕ＋切削し、第
３表に示す熱間加工条件で外径２３５＋ｖ＋　、肉厚１
２１１１１１の継目無鋼管に成形した後、同じく第３表
に示す温度から直接に、或いは同表に示す温度に再加熱
して急冷処理し、クラッド銅管を製造した。

なお、試験Ｎｏ、４．７および９〜１１のものについて
は急冷処理後さらに焼戻し処理を施した。

このようにして得られたクラッド鋼管の強度と外層材の
靭性を調べた結果を同じく第３表に示す。

第３表に示す結果から、本発明にかかる処理によって外
層材の靭性の良好なりラッド鋼管が安定して得られるこ
とが明らかである。

次ぎに、第１表に示した内層材の番号Ａ−１およびＡ−
３の合金について、第４表に示した条件で板を作成し、
得られた板材から圧延方向と直角に２１１１１１厚さ、
１０ｍｍ幅、７５Ｉｌｌ１Ｍ長さの試験片を採取してＳ
ＣＣ試験を実施した。ＳＣＣ試験は第２図に模式的に示
す３点支持ビーム治具１１を用いて、上記の試験片ｌＯ
を支点１３で支持し０．２％耐力に相当する応力を付加
し、５気圧）１．Ｓ　、　３０気圧ＣＯｚを含む１０％
ＮａＣＱ溶液（温度１７５℃）中に２０日間浸漬して行
い、耐ＳＣＣ性は、試験後に試験片表面での割れ発生の
有無を観察する方法によって評価した。同じく第４表に
板材の製造条件とともに、０．２％耐力、ＳＣＣ試験結
果をまとめて示す。

なお、第２図において、１２はＴ型ネジ押さえである。

第４表に示す結果から明らかな如く、本発明にかかる処
理を行っても、クラッド鋼管の内層材たるオーステナイ
ト系材料に十分な耐食性を具備せしめ得ることが明白で
あり、更に第３表と第４表とに示される結果を併せれば
、本発明の方法を採用することで、強度、靭性並びに耐
食性に優れ、しかも価格の依願なりラッド鋼管を高能率
で安定して量産し得ることが明らかである。

（発明の効果） 以上説明した如く、本発明によれば、腐食の厳しいｆｉ
ｚｓ　　Ｃｏｔ　　ＣＱ−′環境下でも優れた耐食性を
発揮するとともに、強度および靭性ともに優れたクラッ
ド鋼管を低コストで製造することができ、その産業上も
たらされる効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかるクラッド鋼管の製造方法のう
ちの複合鋳片の製造工程を説明するための概略断面図、 第２図は、板状試験片用３点曲げＳＣＣ試験治具を示す
概略模式図、である。 １：耐火物製リング　２：タンデイ２１３８両端開放モ
ールド４：芯材 ５：溶湯　　　　　　６：複合鋳片 ７：芯出しロール　　８：ピンチロール９：ダミ−１０
：試験片 １１：治　具　　　　　１２：Ｔ型ネジ押さえ１３：支
持点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．３重量％以下の炭素鋼または低合金鋼の
   外層材と、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏを含むオーステナイト
   系材料の内層材とから成るクラッド鋼管の製造方法にお
   いて、一端にタンディシュを連結して一体化した両端開
   放モールド内へ、前記タンディシュの上方から該タンデ
   ィシュを貫通して前記組成のオーステナイト系材料の芯
   材を連続的に挿入しつつ、該タンディシュによって芯材
   の周囲に前記組成の炭素鋼または低合金鋼の溶湯を連続
   的に供給して凝固させて複合鋳片を製造し、次いで該複
   合鋳片を１０００℃以上に加熱して熱間加工を施して鋼
   管に成形した後、８００℃以上の温度から急冷処理する
   ことを特徴とするクラッド鋼管の製造方法。
2. （２）Ｃ：０．３重量％以下の炭素鋼または低合金鋼の
   外層材と、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏを含むオーステナイト
   系材料の内層材とから成るクラッド鋼管の製造方法にお
   いて、一端にタンディシュを連結して一体化した両端開
   放モールド内へ、前記タンディシュの上方から該タンデ
   ィシュを貫通して前記組成のオーステナイト系材料の芯
   材を連続的に挿入しつつ、該タンディシュによって芯材
   の周囲に前記組成の炭素鋼または低合金鋼の溶湯を連続
   的に供給して凝固させて複合鋳片を製造し、次いで該複
   合鋳片を１０００℃以上に加熱して熱間加工を施して鋼
   管に成形した後、８００℃以上の温度から急冷処理して
   から、さらに前記外層材のＡｃ＿１点以下の温度で焼戻
   し処理することを特徴とするクラッド鋼管の製造方法。