JPH0742509B2 - 低温靭性に優れた電縫鋼管の製造方法 - Google Patents

低温靭性に優れた電縫鋼管の製造方法

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JPH0742509B2 JP2149262A JP14926290A JPH0742509B2 JP H0742509 B2 JPH0742509 B2 JP H0742509B2 JP 2149262 A JP2149262 A JP 2149262A JP 14926290 A JP14926290 A JP 14926290A JP H0742509 B2 JPH0742509 B2 JP H0742509B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、電縫鋼管の溶接部・靭性を改善した、低温靭
性に優れた電縫鋼管の製造方法に関するものである。
本発明は電縫鋼管製造後、管全体を熱処理することな
く、電縫溶接直後のシーム加熱後の冷却条件を適正化す
ることにより、母材部と同程度の溶接部靭性を有する、
低温靭性に優れた電縫鋼管の製造方法を提供するもので
ある。
<従来の技術> 近年、北海、アラスカ、シベリアでの原油採掘が活発化
しており、これに伴い低温靭性に優れた鋼管への要求が
高まっている。さらに、客先では鋼材購入コスト削減の
ため、安価な鋼管を欲している。即ち、安価で且つ低温
靭性に優れた鋼管に対する要求が非常に高まっているの
が現状である。
従来から母材部については、制御圧延、制御冷却等の技
術により、優れた低温靭性が得られるようになってき
た。しかし、電縫溶接部については、圧延組織が溶接時
に消失してしまい粗大な鋳造組織が形成されるため、低
温靭性が母材部に対して大幅に劣化することが大きな問
題となっている。これらを解消し、母材部と同等レベル
の靭性を確保するため、電縫溶接後、電縫部近傍をオー
ステナイト域まで再加熱(空冷)する、シームノルマ法
が一般的に適用されている。これにより、電縫部の靭性
は改善されるものの、依然、母材部より劣る。この理由
は、再加熱後空冷されるため、母材部に比べて粗大なフ
ェライト組織が生成するためである。最近の客先からの
靭性要求レベルに対しては、このようなシームノルマ法
では対処出来ず、再加熱後水冷、あるいは水冷後再再加
熱する等により、電縫部組織の微細化を図り、靭性の改
善を狙っている。しかしこれらの冷却条件は電縫部組織
やその硬度に対して大きな影響を与え、場合によっては
かえって靭性を劣化させてしまうおそれがある。
先行技術としては、特公平2−408号公報(電縫鋼管シ
ーム溶接部の冷却方法)がある。同技術では、電縫部の
再加熱後の冷却ゾーンでの冷却条件と造管速度を検出−
演算するシステムにより、水冷部の冷却速度を算出し、
これをフィードバックすることで冷却条件をコントロー
ルするものである。同技術では、冷却設備についてのハ
ード、ソフト面について記述されているものの、冶金学
的見地での冷却制御については一切触れていない。ま
た、特開昭59−35629号公報(低温靭性に優れた高張力
電縫鋼管の製造方法)記載のものは、電縫溶接後750〜1
050℃に加熱し、さらに、750〜950℃の温度から30〜150
℃/秒で急冷し、微細なアシキュラーフェライト組織を
形成させ、電縫部の靭性を改善させる技術であり、冷却
パターン、冷却停止温度等についての記載がなくただ一
様に冷却することになっている。
<発明が解決しようとする課題> 本発明は電縫部の低温靭性を母材部と同等以上に改善し
た、低温靭性に優れた電縫鋼管を安価に提供することを
目的とする。
<課題を解決するための手段> 本発明の前記の課題は、電縫部の再加熱後の水冷速度、
冷却停止温度を適正に制御することにより、微細なフェ
ライト組織を形成させ、さらに、硬度についても母材部
と同レベルとすることで、解決され得る。
本発明の要旨とするところは、C:0.05〜0.20%、Si:0.3
%以下:Mn:0.50〜2.00%を基本成分とし、Nb:0.01〜0.1
0%、V:0.01〜0.10%、Ti:0.01〜0.05%の1種または2
種以上を含み、残部Fe及び不可避的不純元素よりなる電
縫鋼管の電縫溶接部を850〜1000℃に加熱した後、Ar3
態点以上から冷却速度30℃超〜100℃/秒で急速冷却
し、停止温度をその鋼の(Ar1−50℃)から(Ar1−100
℃)とした後、弱冷却することを特徴とする低温靭性に
優れた電縫鋼管の製造方法にある。
本発明に従い、前記の如く電縫部加熱後の強制冷却時の
冷却速度、冷却停止温度を限定し、さらに弱冷却を組み
合わせることにより、溶接部低温靭性に優れた電縫鋼管
を製造することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
まず素材の成分系について説明する。
Cは必要な強度を確保するために必要な元素であり、0.
05%以上とした。しかし、C量があまり高すぎる場合、
母材部、電縫部共に低温靭性を劣化させるため、上限を
0.20%とした。
Siについては、電縫溶接の安定性の観点から0.3%以下
とする。
MnについてはC同様に強度確保には欠かせない元素であ
り、0.50%以上とした。また、2.00%を越えた場合中心
偏析部が硬化し、靭性の劣化をもたらすため、上限を2.
00%とした。
以上の元素を基本成分とするが、母材部の低温靭性向上
のためNb、V、Tiの1種または2種以上を添加すること
が有効である。
Nbは熱間圧延時でのオーステナイト粒の微細化に効果的
であり、その後の変態により生成するフェライト粒が細
粒となるため低温靭性向上には非常に有効である。この
ようなNb添加の効果を得るには、0.01%以上の添加が必
要である。また、0.10%を越えて添加しても効果は変わ
らないため、上限は0.10%とした。
Vについてはフェライト変態後に炭窒化物として析出
し、フェライト粒の粗大化を抑制するため母材部の靭性
改善には効果的である。このような析出の効果を得るに
は、0.01%以上の添加が必要であり、また、0.10%を超
えて添加してもその効果は向上しないため、上限は0.10
%とした。
Tiについても同様に炭窒化物を形成し粒成長を抑制する
効果が0.01%以上の添加で奏される。しかし、0.05%を
超えて添加してもその効果は変わらないので上限を0.05
%とした。
その他、P、Sは中心偏析、介在物の観点からできるだ
け少ない方が望ましい。
以上の成分有する鋼を溶製したあと連続鋳造で鋳造し、
その後熱間圧延ミルにおいて、電縫鋼管用鋼帯とする。
次に、電縫溶接部の加熱、冷却条件について述べる。
本発明では電縫溶接後、電縫溶接部を850〜1000℃に加
熱することで電縫溶接により生成した粗大な鋳造組織を
破壊するものである。即ち、加熱により電縫部をオース
テナイト組織に変態させるためには850℃以上の温度が
必要となる。また、あまり高温となるとオーステナイト
粒が粗大化し、靭性が劣化するため上限を1000℃とす
る。
以上のように加熱された電縫部を強制冷却するが、その
冷却パターン、速度、停止温度が重要となる。本発明は
これらを適正に制御することにより微細なフェライト組
織を生成させ、また、冷却後の再加熱(焼戻し)を施す
ことなく母材と同等レベルの硬度を確保し、これにより
電縫部の靭性が母材部と同等の優れたレベルとすること
が可能となる。
冷却はシーム加熱直後に行うことが電縫部靭性の向上に
は効果的である。第1図にシーム加熱器1〜冷却ゾーン
2(#1冷却ゾーン2a、#2冷却ゾーン2b)及び温度測
定器3の配置を示す。
本発明ではシーム加熱器1直後の#1冷却ゾーン2aでAr
3変態点以上から冷却し、その鋼の(Ar1変態点−50℃)
から(Ar1変態点−100℃)で冷却を終了する。その後、
#2冷却ゾーン2bでは復熱を防止する程度の弱冷却を行
う。急冷停止温度を(Ar1変態点−50℃)から(Ar1変態
点−100℃)とした理由は、測定している温度はあくま
でパイプ外面温度であり、パイプ内面側とは温度差が存
在するためである。即ち、パイプ内面側まで確実にAr1
変態点以下とするためには、実測されるパイプ外面温度
を(Ar1変態点−50℃)以下とすることが必要である。
また、下限温度については、逆にパイプ外面側が急速冷
却により硬化することを防止するため、(Ar1変態点−1
00℃)とした。このように前段域(#1冷却ゾーン2a)
で急速冷却することにより、Ar3変態点後のフェライト
粒成長を抑制し細粒化できる効果がある。また、Ar1
態点より50℃以下まで急冷することにより、靭性を劣化
させるパーライト組織を抑制する効果がある。このよう
にシーム加熱の冷却を前段急冷とすることで最も効果的
にフェライト粒の細粒化ができ、Ar1変態点より低温ま
で冷却することでパーライトの生成が防止できる。
冷却速度の限定理由について述べる。#1冷却ゾーンの
冷却速度は細粒フェライト組織を得るため下限を30℃超
/秒とする。但し、冷速が100℃/秒を越えた場合、パ
イプ外面部が硬化(焼入れ)組織となることがあるため
上限は100℃/秒とした。
#1冷却ゾーンでの急冷を停止したあと、#2冷却ゾー
ンでの弱冷却が是非必要である。#1冷却ゾーンでAr1
変態点より低温まで冷却されても、その後空冷された場
合は復熱することが考えられるため、これを防止するた
めには#2冷却ゾーンでの弱冷却が必要である。弱冷却
は復熱しない程度の冷却速度で且つ復熱しない温度域ま
で連続して行う必要がある。実機ライン試験の結果、10
〜20℃/秒程度の冷却速度で300℃以下まで冷却するこ
とが好ましい。
以上述べたように本発明では電縫部を加熱後、強制冷却
し、そのときの冷却速度、冷却停止温度の限定、並びに
復熱を防止するための弱冷却を組み合わせることによ
り、電縫部の再加熱あるいは管全体の熱処理(焼戻し)
をすることなく、母材部と同等レベルの優れた溶接部靭
性が得られる。
本発明での冷却速度、冷却停止温度の限定についてさら
に詳細に説明する。本発明は第2図(ア)に示すように
Ar3点以上からAr1点より低い温度まで急冷し、その後復
熱を防止するため弱冷却することが特徴である。これに
対して、(イ)に示すようにシーム加熱後空冷する従来
からのシームノルマ法ではAr3、Ar1点の通過速度が遅
く、従ってフェライト粒が粗大化すると共に、パーライ
ト組織が生成するため靭性が劣化する。また(ウ)に示
す如くAr3点以上から急冷した場合でも、その停止温度
がAr1点超ではパーライト組織が生成するため靭性が劣
化する。さらに(エ)のように急冷停止温度がAr1点直
下(Ar1点からマイナス20℃程度)の場合は復熱により
再び変態点を通過することにより靭性が劣化する。
(オ)のように復熱しない温度域まで、例えば300℃以
下まで急冷した場合にはパイプの外表面が硬化(特にシ
ーム加熱時の熱影響部)してしまい、これを調整するた
めにはシーム部の再加熱、あるいは管全体の熱処理が必
要となる。以上より、本発明の如く、電縫部加熱後の強
制冷却時の冷却速度、冷却停止温度を限定すること、及
び弱冷却を組み合わせることが溶接部靭性向上には効果
的な手段である。
本発明の実施例を表1に示し簡単に説明する。また従来
方法についても比較検討した。表1の1〜7については
本発明を実施した例である。表1に示す成分、冷却条件
により電縫溶接部の低温靭性(シャルピー試験で評価)
は母材部と同等レベルで良好である。一方、表1の8〜
11は従来方法による結果を示している。表1の8につい
てはシーム加熱後空冷する従来からのシームノルマ法で
あり、この場合冷却速度が遅いため粗大フェライトとパ
ーライト組織となり、良好な靭性が得られない。同9、
10の例については冷却停止温度がAr1変態点近傍のため
冷却停止後の復熱によりフェライト粒が粗大化するため
良好な靭性が得られない。同11については冷却速度が速
すぎるため硬化し靭性が劣化する。以上のように、本発
明の如く鋼の成分系と電縫部の冷却速度、冷却停止温度
を限定し、さらに復熱を防ぐための弱冷却を組み合わせ
ることにより、優れた電縫部低温靭性が得られる。
<発明の効果> 本発明に従い、電縫部加熱後の強制冷却時の冷却速度、
冷却停止温度を限定すること、及び弱冷却を組み合わせ
ることにより、溶接部低温靭性に優れだ電縫鋼管を製造
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施する設備の概略図を示す。 第2図はシーム加熱後の冷却パターンについて本発明と
従来技術とを比較したものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細江 一郎 愛知県東海市東海町5―3 新日本製鐵株 式會社名古屋製鐵所内 (56)参考文献 特公 平1−58253(JP,B2) 特公 昭57−8848(JP,B2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.05〜0.20%,Si:0.3%以下、Mn:0.50〜
    2.00%を基本成分とし、Nb:0.01〜0.10%,V:0.01〜0.10
    %,Ti:0.01〜0.05%の1種または2種以上を含み、残部
    Fe及び不可避的不純物よりなる電縫鋼管の電縫溶接部を
    850〜1000℃に加熱した後、Ar3変態点以上から冷却速度
    30℃超〜100℃/秒で急速冷却し、停止温度をその鋼の
    (Ar1−50℃)から(Ar1−100℃)とした後、弱冷却す
    ることを特徴とする低温靭性に優れた電縫鋼管の製造方
    法。
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