JPH0456726A - 耐磨耗特性に優れた鋼管用鋼材の製造方法 - 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） 本発明は低合金鋼からなる基材に対して、それより焼入
れ性の優れた合金鋼を溶融状態から噴射し複層化させた
スラブを熱間圧延し、その後焼入れ性の優れた合金鋼側
からのみ急速冷却し硬化させた、耐磨耗特性に優れた鋼
管用鋼材の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 近年の鋼管盟要において、鋼管内面側の耐磨耗特性に対
する要求が増えている。石油掘削分野においては、オフ
ショアーにおける傾斜掘り（水平掘り）油井の開発か盛
んになっており、このような傾斜掘り（水平掘り）油井
では、ドリルパイプのヘッドを油井底部まで降下させる
際、ケーンングバイプの内面側と接触するため、バイブ
の内面側か磨耗することが問題となっている。また、ス
ラリー管等においても管内面の耐磨耗特性を高めること
か要求されている。

耐磨耗特性を向上させるには強度（硬度）を高めること
が効果的であるか、耐腐食特性や靭性等を考慮したとき
、むやみに高強度化することはできない。また、高強度
化するにはＮｉ、Ｖ等の高価な元素の添加や、焼入れ焼
戻し等の熱処理か必要となり製造コストが上昇すること
からも好ましくない。

また近年鋼管の表面近傍だけを硬化させるために表面処
理等が施される場合があるが、製造コスト、生産性の観
点から得策とはいえない。

複層鋼管に関する先行技術としては、特開昭６３−２１
３６３３号公報（ラインパイプ用高耐食クラツド鋼管）
かある。同技術では高耐食性を得るために、Ｎｉ：３０
〜６０％、Ｃｒ：Ｌ８−２５％等非常に高価な元素を使
用していることが特徴である。

また複層材料の製造技術としては、特開昭６３２６１３
０７７号公報（複合金属材料の製造方法）がある。

同技術では接合する鋼材の接着性を高めるためにＮｉま
たはＮｉ系合金を溶射、メツキすることが大きなポイン
トとなっている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は低合金鋼からなる基材に対して、それより焼入
れ性の優れた合金鋼を溶融状態から噴射し複層化させた
スラブを熱間圧延し、その後焼入れ性の優れた合金鋼側
からのみ急速冷却し硬化させた耐磨耗特性に優れた鋼管
用鋼材の製造方法を提起するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は低合金鋼からなる基材に対して、その基材成分
より焼入れ性が優れた合金鋼を、溶融状態とした後噴射
して積層させた複層スラブを熱間圧延し、続いて噴射し
た側からのみ平均冷却速度１０〜ｂ ℃〜１００℃とする耐磨耗特性に優れた鋼管用鋼材の製
造方法である。

即ち、本発明は焼入れ性の異なる２種の低合金鋼を、片
方を噴射して積層させた複層スラブを用いて熱間圧延し
た後、焼入れ性の優れた銅剣からのみ急冷し硬化させた
耐磨耗特性に優れた鋼管用鋼材の製造方法である。

本発明では低合金鋼どうしを複層化したスラブを用いる
ことにより、従来技術のように高合金（Ｔｉ　、Ｎｉ鋼
等含む）を利用しないために、素材費用を安価に抑える
ことができる。又接合面の接着強度についても、低合金
鋼どうしのため非常に良好なことが容易に推定できるも
のである。

以下本発明について詳細に説明する。

本発明は低合金鋼からなる基材に対して、それより焼入
れ性の優れた低合金鋼を噴射して積層させた複層スラブ
を利用することが大きなポイントとなる。

焼入れ性の異なる低合金鋼どうしを効果的に接着させる
ためには、本発明のように片方を溶融状態から噴射させ
、もう一方の鋼と積層させることが非常に効果的である
。このように、溶融状態の鋼を別の鋼上に噴射すること
により両者の界面は完全に金属結合し、それにより接着
性が非常に良好となる。

次にこの複層スラブを熱間圧延するが、その後の冷却条
件、冷却停止温度が重要となる。熱間圧延の冷却は噴射
させて積層した側、即ち焼入れ性の優れた銅剣からのみ
冷却することが必要である。

このように、焼入れ性の優れた鋼のみ冷却されることに
より、その銅剣のみ硬化させることができる。これによ
り鋼材全体の強度を必要以上に高めることなく、片面側
のみ硬度の高い即ち耐磨耗特性に優れた鋼管用鋼材の製
造が可能となる。

またこの時の冷却速度及び冷却停止温度については次に
示す条件を満たす必要がある。

まず冷却速度については、硬化させるためには平均冷却
速度をｌＯ℃／秒以上で急冷することが必要である。こ
のように平均冷却速度をｌＯ℃／秒以上で片側（焼入れ
性の優れた銅剣）からのみ急冷することにより、基材側
の強度を必要以上に高めることなく焼入れ性の優れた銅
剣のみ硬化させることができる。また１００℃／秒超で
は表層部が必要以上に硬化し表面割れが生じる場合があ
る。以上より、冷却速度は１０℃／秒から１００℃秒が
非常に好ましい。

次に冷却停止温度であるが、急速冷却したあとの復熱に
より硬化した鋼の軟化を抑制するために、６００℃以下
で冷却を停止することが必要である。

また１００℃未満の温度では復熱による軟化は殆ど無く
なるため、冷却停止温度は６００℃から１００℃が適当
である。

以上のような冷却条件により片面側（噴射した側の鋼）
のみ硬化させることができ、この鋼材を利用して耐磨耗
特性に優れた鋼管の製造が可能となる。

例えば、電縫管の場合は本発明のような複層スラブを用
いて熱間圧延後片面冷却して硬化させたホットコイルを
製造し、これを素材とし硬化した側を鋼管の内面側とす
ることにより、内面の耐磨耗特性に優れた電縫管の製造
が可能となる。本発明においては、基材側表面（反対面
）は積極的に冷却する必要はないが、復熱による軟化を
抑制するために必要に応じて適当な冷却を行っても良い
。

また、ＵＯＥ鋼管についても厚板圧延により同様な素材
をつくることにより、耐磨耗特性に優れたＵＯＥ鋼管の
製造が可能となる。

電縫管、ＵＯＥ鋼管等いずれの場合においても基材及び
噴射する側の合金の成分について、特に制約はない。し
かし、コスト的な問題からできるだけ安価な成分系で効
果的に組み合わせることか望ましい。これまでの調査の
結果以下のような成分とした場合、非常に効果的に耐磨
耗特性に優れた鋼管用鋼材の製造ができており、以下に
その内容を紹介する。

積層する合金の成分についてまず述へる。

熱間圧延後の片面急冷により硬化させる必要があるため
、焼入れ性に優れた成分系とすることか重要である。ま
たこの時、Ｎｉ等の高価な元素をできるたけ添加しない
ことか望ましく、Ｃ，ＳｉＭｎを基本成分とし、Ｂ、Ｍ
ｏ、Ｃｒ等の比較的安価な元素を必要に応じて添加する
ことか望ましい。

まず、Ｃは焼入れ性を向上させるには最も効果的な元素
である。また冷却条件が同し場合、硬化したときの硬度
はその鋼のＣｉのみに支配されると言われている。本発
明の耐磨耗鋼管では最大硬度をビッカース硬度で３００
ポイント以上を狙うものであり、その点からＣ量は０．
０５％以上か望ましい。

また、上限についてであるか、Ｃは極めて効果的な焼入
れ性向上元素であり、その量を増加させることにより、
素材の焼入れ性は向上しその結果硬度も高くなる。しか
し、むやみに硬化した場合コイル表面での割れが起こる
恐れかあることから、Ｃ量の上限を０．５０％とした。

Ｓ＋　も強度、硬度を高めるため必要な元素であるが、
溶接性の点から０．１０〜０３０％か望ましい。

ＭｎについてもＣと同様に焼入れ性向上には欠かせない
元素である。しかし、０５０％未満ては靭性低下の点て
好ましくなく、また２％を超えると強度、硬度か高くな
り過ぎるため、０　、５９６から２．０％程度が好まし
い。

さらに必要に応じてＢ、Ｍｏ、Ｃｒ等を添加することは
非常に効果的である。特にＢは一般的に数ｐｐｍ以上の
固溶Ｂが存在すれば鋼の焼入れ性は飛躍的に向上すると
言われている。一方、必要以上の多量添加は粒界を脆化
させるため好ましくない。以上より０．０００３　（３
ｐｐｍ）　〜０．０３０％（３０ｐｐｍ）程度が最も好
ましい範囲である。但し、固溶Ｂを確保するためＢと同
時にＴｉを添加する必要がある。

Ｂは精錬後添可避的に存在するＮとの親和力が強く、窒
化物（ＢＮ）を生成してしまうため、焼入れ性に効果の
ある固溶Ｂが減少あるいは無くなってしまう。これを防
止し、Ｂの焼入れ性向上効果を有効に活かすためにＴｉ
の添加か望ましい。

ＴｉはＢよりもＮとの親和力が強く、Ｔｊ系窒化物（Ｔ
ｊ−Ｎ）を生成するためＢＮの生成を防止することがで
きる。

Ｔｉの添加量は、全固溶ＮをＴｉと結合させるため０．
０１０〜０．０３５％としまた（Ｔｊ−３，４Ｎ。

Ｎ　Ｓ　ｆｏｏｌ）ｐ＋ｕ）。

またＮについては上記より上限を１００１００ｐｐ、０
１００９６）とすることか好ましい。

また、Ｂに代わりＣｒ、Ｍｏを適量添加することも効果
的である。Ｃ「については焼入れ性向上に効果的な元素
であるが、多量に添加した場合、溶接部にＣｒ系酸化物
を生成し溶接部品質を劣化させるため、上限を１．００
％とすることが好ましい。

０．１０％未満ではその効果か少ない。

Ｍｏについても同様に焼入れ性向上に効果的な元素であ
る。成分は０．１０％〜１．００％の範囲か効果的であ
る。０．１０９６未満ではその効果が期待できず、また
１、００％を超えて添加してもその効果は向上しないた
めである。

以上水した成分はあくまで必要性（鋼材厚、必要硬度）
に応して選択すればよい。

次に基材成分について述べる。

鋼材の強度は肉厚で大半を占める基材の強度により左右
されるため、必要に応じた成分系を選択すれば良い。但
し、硬化させる鋼に添加したような、Ｂ、Ｃｒ　、Ｍｏ
等の焼入れ性向上元素は一切添加せず、Ｃ，Ｓｔ　、Ｍ
ｎと及び不可避的に存在する元素からなる低合金鋼とす
ることかコスト的に好ましい。

次に基材上への溶融合金の積層方法について簡単に説明
する。

まず基材としては転炉で精錬された後連続鋳造あるいは
鋳型で鋳造されたスラブを用いる。但し生産性及びコス
ト面から連続鋳造スラブの方か有利である。

基材スラブ上に溶融合金を積層するが、この時、スラブ
表面の性状は特に問わず、通常の連続鋳造スラブで良い
。即ち溶融合金を噴射する前にスラブ表面をグラインダ
ーで研削する等の事前準備は一切必要としない。

基材スラブ１上への溶融合金２の噴射方法を第１図に示
す。３は不活性気体である。

溶融合金を積層する際の基材スラブ温度は特に制限はな
く、鋳造後の熱間状態でも、スラブ冷却後の冷間状態で
も良いが、結合性をより高めるためにはＡ３変態点以上
が好ましい。また、生産性の面からも連続鋳造直後の熱
間状態の時に溶融合金を噴射するのが最も好ましい。

溶融合金の積層は不活性気体３によりアトマイズして行
うが、この時の不活性気体はコスト、安全性を考慮して
ＡｒあるいはＮ２が適当である。

また、溶融合金を積層させる厚みについては必要に応じ
てその噴射量、時間、アトマイズガス量比を制御するこ
とで選択すれば良い。

（実　施　例） 表１中のＡ、　　Ｂ、　　Ｃ，Ｄが本発明の実施例であ
る。表１に示した成分系（積層材、基材）の複層スラブ
を片面を水冷により急冷することにより、基材に比べて
焼入れ性の優れた噴射材側が効果的に硬化しており、鋼
材全体の強度（硬度）を必要以上に高めることなく、耐
磨耗特性に優れた鋼管用鋼材の製造が可能となる。

一方、表１中のＥ、　　Ｆは本発明に対する比較材であ
る。Ｅについては冷却停止温度が高く軟化してしまう耐
磨耗特性に優れた鋼管用鋼材の製造ができない。またＦ
については冷却速度が不足しているため、硬度が不十分
となっている。

以上のように、本発明の如く成分系と冷却速度、冷却停
止温度の組合せにより耐磨耗特性に優れた鋼管用鋼材の
製造か可能となる。

（発明の効果） 本発明では低合金鋼からなる基材に対して、その基材成
分より焼入れ性が優れた合金鋼を、溶融状態とした後噴
射して積層させた複層スラブを熱間圧延し、続いて噴射
した側からのみ平均冷却速度１０〜ｂ ℃から１００℃とすることにより、安価で耐磨耗特性に
優れた鋼管用鋼材の製造が可能となり、その効果は極め
て大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は基材スラブ上への積層状況を示した説明図であ
る。 第２図は本発明の詳細な説明図である。 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫〔悌り板］

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 低合金鋼からなる基材スラブにその基材スラブより焼入
   れ性が優れた溶融合金鋼を積層して複層スラブとし、該
   複層スラブを熱間圧延し、続いて積層材側を平均冷却速
   度１０〜１００℃／秒で冷却し、冷却停止温度を６００
   ℃から１００℃とすることを特徴とする耐磨耗特性に優
   れた鋼管用鋼材の製造方法。