JPS5884925A - 電縫鋼管の熱処理方法 - Google Patents

電縫鋼管の熱処理方法

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JPS5884925A
JPS5884925A JP18269481A JP18269481A JPS5884925A JP S5884925 A JPS5884925 A JP S5884925A JP 18269481 A JP18269481 A JP 18269481A JP 18269481 A JP18269481 A JP 18269481A JP S5884925 A JPS5884925 A JP S5884925A
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JP
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steel pipe
cooling
welded steel
electric welded
heat treatment
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JP18269481A
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JPS613372B2 (ja
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Eiichi Yokoyama
横山 栄一
Akio Ejima
江島 彬夫
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints

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】 ζO発@紘高強度電縫鋼管の製造方法に関し、轡に溶接
後owi接部に施す熱処理方法に関するもOである。
周知のように電縫鋼管の製造工程においては、硬化した
溶接部の組織を改善するために、溶接後に電縫溶接部を
局部的に加熱するいわゆるボストアニール処理(後熱処
理)を施すことが多い。このようなボストアニール処理
を含む従来の電縫鋼管製造方法を説明すると、先ず一般
に帯状スケルプと称される素材帯鋼を連続的に管状体に
成形し死後、溶接すべき帯鋼両端をコンタクトチップま
たは誘導コイルによって溶接温度まで加熱し、スクイズ
ロールによシその両端を加圧溶接する。続いて内外面の
溶接ビードを切削した後、ボストアニーラ−と称される
後熱処理装置によって溶接部を局部的にオーステナイト
化温度まで加熱する。
引続いて空冷ゾーンにおいて溶接部が400〜500℃
以下になるまで空冷され、その後水冷されて直ちにサイ
ザーと称される定形機によって所定の外径、真円tK成
形されて製品となる。
ところで最近の電縫鋼管ラインパイプによる気体、流体
輸送においてはますます高靭性、高強度かつ溶接性に優
れ丸鋼管が要望されるようになシ、そのため電縫鋼管素
材としても低C化、高Mn化のみならず、Nb、V、?
1等の添加によって細粒化、析出強化を図った素材の適
用が不可避となシつつある。すなわち電縫鋼管規格とし
て米国石油協金(API )によル定められ&API 
5LX−X 52Ill尚する強度以上のもの、具体的
には引張強さ50嬌−1降伏強さ36.6−程度以上の
高強度電縫鋼管が要求されることが多くな)、その場合
前述のようにNb 、 V 、 TI等を添加してそれ
ら合金元素による結晶粒微細化およびそれらの合金元素
の炭化物の析出による強化を図る必要がある。
しかるに上述のような素材を用い九電縫鋼管においては
、ボストアニール処理およびこれに引続く空冷工l!に
よりて、電縫溶接部の周辺のボストアニール熱影響部の
軟化が生じ、その結果母材部と比べて溶接部附近の引張
強さの低下を招き易い問題がToシ、また溶接線が引張
試験破断位置となる場合が観察されている。
電!1鋼管の製造時においてはフィンパスロール成形お
よびスクイズロールによるアプセット溶接工程において
溶接部周辺が母材部と比較して若干増肉されるため、そ
の増肉分によシある程度は溶接部周辺の強度低下を補う
ことができるが、管内圧力上昇によるラインパイプ輸送
能率の向上が要求される昨今においては、前述のような
溶接部周辺の強度低下によシバイブの破壊事故に至る危
険性があシ、安全性の点からボストアニール処理および
その後の空冷による溶接部周辺の軟化、ひいては強度低
下は大きな問題となっている。
この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、電縫鋼
管、特にAPI 5 LX −X 52相当強度11度
以上の高強度電縫鋼管を製造するにあたりて、靭性、溶
接性を損うことなく溶接部周辺の引張強度が他O部分(
母材部)と同等かまたは±九−上の値となる電縫鋼管を
得るための熱処理床法を提供することを目的とするもの
である。
すなわちこの発明の熱処理方法)t、C0,10S以下
、80.801以下、Mn 0.8〜2.0−1υ0.
01〜0.10−を含有しかつNb0.01〜0.10
チ、Vo、01〜0.15−1Ti O,01〜0.1
0 %のうち1種以上を含有し、残部Feおよび不可避
的不純物からまる素材を用いて電縫溶接鋼管を製造する
にあたシ、溶接後の電縫溶接部をオーステナイト化温度
まで加熱処理(ボストアニール)し友後、九だちに溶接
部周辺を30″c7′sec以上の冷却速度で強制冷却
することを特徴とするものであシ、このように強制冷却
することによって、溶接部周辺の引張強度の向上を図シ
得たのである。
以下この発明の熱処理方法をさらに詳細に説明する。
先ずこの発明の方法が適用される電縫鋼管素材の化学成
分の限定理由について説明する。
Cは最龜安定して強度を向上させる元素であるが、C量
の増大は一般に靭性の低下を招き易く、特にこの発明の
熱処理方法の如く強制冷却を施す場合には、C量が0.
101を越えればその他の化学成分や冷却条件によりて
は溶接部が硬化し、かえうて靭性の低下を招くおそれが
ある。もちろん溶接部を強制冷却する場合でも、他の化
学成分や管サイズ、造管速度尋に応じた適当な冷却条件
を選定すれば、C量が0110%を越えても靭性低下を
防止することは可能と考えられるが、実際にはその最適
条件の選定はきわめて困難であシ、また九とえ選定でき
たとしてもその最適冷却条件範囲が狭く、その九め実際
の電縫溶接製造に適用した場合に不安定となシ易く、か
つ溶接部に硬化点を発生し易い等の理由から実際には適
用困難である。
そこでこの発明においては溶接部の靭性を損うことなく
引張強度のみを向上させる手段と′してC量をα10S
以下に限定した。
81は鋼中の脱酸元素として有効な元素であるが、過1
1に含有されれば電縫溶接時にSin、成分によるペネ
トレータ欠陥が発生し易く、そのため0.8−以下に限
定した。
MaはCと同様に鋼管の強度を向上させる元素であって
靭性改善にも有効であるが、0.8−未満ではムPI5
LX−X52相当の強酸が得られず、一方過剰K Mn
を添加した場合にはMnO成分を主体としたベネトレー
タ欠陥が発生し易くなるとともに、強制冷却による焼入
効果によって靭性劣化を招き易くなシ、これらの理由か
らHa量は0.8〜2.0チに限定し九。
鱒は鋼の脱酸元素として有効な元素であシ、ま九結晶粒
黴細化作用によシ鋼の強度、靭性を向上させるが、0.
1011を越えればかえって靭法を低下させるばかシで
なく、溶接性をも低下させることから1、−上限を0.
10−とした。
さらにこの発明の対象とする電縫鋼管は、API5 L
lニー X 52相当強度程度以上の強度を有するもの
とするため、前記各成分のほか、Nb 、 VまたはT
IOうち111また紘2種以上を含有させて、これらの
元素による結晶粒微細化効果と析出効果によって素材強
度O向上を図る。これらの元素の成分限定理由は次O過
シである。
Nbは0.011G未満では前記効果が不充分であシ、
一方0.1011を越えればかえりて靭性を劣化させる
ことから、0.01〜0.101に限定した。
V FiNbと同様に0.01−未満では前記効果が不
充分でアシ、一方0.15 嘩を越えればかえって靭性
を劣化させるから、0.01〜0.15 %に限定し丸
TidNb、Vと同様に0.01チ未満で社前記効果が
不充分であシ、一方0.10チを越えれば靭性を劣化さ
せるばかシでなく、溶接性をも低下させるから、Ti含
有量は0.01〜0.105GKla定した。
なおこの発明の方法においては、通常は前述のように主
としてAPI5IJ−X52に相当する強度以上の強度
を有する電縫鋼管を対象とする。その理由は、API 
5LX−X52相当強度よりも低強度の電縫鋼管では、
通常はNb 、 V 、 Ti等の合金元素が添加され
ることなく、シたがって前述のようにこれらの合金元素
によシ細粒化および析出強化され九素材とは熱処理によ
る挙動が昇なるからである。すなわち、このような低強
度電縫鋼管における電縫溶接部のボストアニール処理に
おいては、整粒化効果によシ他の部分と比較して溶接部
の方が強度、靭性向上が図られ、そのためこの発明の如
き強制冷却処理が全く不要となるからである。
次に上述のような素材を用いて0の発明の方法を実施す
る工11について詳細に説明する。
第1図aCO発明の熱逃理方法を適用した電縫鋼管O製
造1揚を概略的に示すものてあシ、電縫鋼管の素材とな
る帯鋼lは成形ロール2によシ順次管状に成形された後
、一対のコンタクトチップ(!I触子)s4L、<は誘
導加熱コイルによシ溶接すべき帯鋼両端が局部的に高温
に加熱され、続いてスクイズロール4,5によシその帯
鋼両端が溶接され、電縫鋼管1人となる。その後電縫鋼
管1ムの溶接部紘ポスドアニー2−(後熱処理装置)6
によ如局部的にオーステナイト化温度に加熱焼鈍される
。ここで従来の通常の工程では、ボストアニール後に第
1図の仮想線で示す空冷ゾーン2において溶接部が40
0〜500℃以下となるまで空冷され、その後水冷ゾー
ン8において水冷され、直ちにサイザーと称する定形機
9により所定の外径・真円度に成形されて製品となるの
であるが、仁の発明の方法においては、ボストアニーラ
−6によジオ−ステナイト化温度まで加熱された電縫鋼
管1ムの溶接部の周辺すなわちボストアニール熱影響部
(HAZ )を含む部分を、ボスドアニーツー6に近接
して配置された強制冷却装置7により直ちに30℃/S
eC以上の冷却速度で強制冷却し、その後前記サイザ前
の水冷ゾーン8によりさらに水冷して、定形機9によ如
成形する。
上述のようなボストアニール後の30℃/@elC以上
の冷却速度の強制冷却は、ボストアニール後直ちに実施
することが必要であり、強制冷却時期が遅くなるほど細
粒化効果、焼入れ効果が低減し、引張強度の向上が期待
し難くなる。具体的には、溶接部の温度が900℃より
も低い温度に低下する以前の段階で可及的速やかに強制
冷却を開始することが望ましい。このようなボストアニ
ール処理直後の強制冷却による溶接部の冷却曲線の一例
を、従来法すなわちボストアニール処理直後に強制冷却
を行なわずに空冷する場合の冷却曲線の一例と比較して
第2図に示す。但し第2図の冷却曲線は、外径508■
、肉厚9.52■の電縫鋼管を241%/mlnの造管
速度(すなわち管の走行速度)で製造した場合について
示す。
なお前述Oように強制冷却速度を30 ’Q/see以
上に設定する必要があることは本発明者等の詳細な実験
によシ見出され九ことでTo夛、その実験結果の一例を
第3図に示す、すなわち第3図は後述する実施例O試料
番号Eの素材について、ボストアニール処理直後の強制
冷却速度を稲々変化させた鳩舎に冷却速度が溶接部の引
張強度に及ぼす影響を示すものであり、この第3図から
強制冷却速度を30 ’IQ/s@a以上とすることk
よシ溶接1の引張強度を急激に向上させ得ることが耐ら
かである。
なおこの冥験Kかいて冷却速度のほかの条件は実施例と
ほぼ同一とした。
なおまたボストアニール処理直後の強制冷却にかける冷
却終了時の温度は可及的に低いことが望ましく、不発明
者等の実験によれば200℃以下まで強制冷却すること
が望ましいことが判明した。
また強制冷却の具体的手段は任意であシ、水冷、噴霧水
冷、シャワー水冷、強制空冷等のいずれでも&い、そし
てまた強制冷却における30℃八eへ以上の範囲の具体
的冷却速度や冷却帯の長さなども、対象となる電縫鋼管
のサイズ、板厚、造管速度に応じて適宜選定すれば良い
次にこの発明の実施例および比較例を記す。
実施例 第1表の試料記号A−Hに示される化学成分を有する供
試材を用い、各種管強度を有する外径508■、肉厚9
.52■の電縫鋼管を造管速度2411%/win、で
製造した。ボストアニール処理における加熱温[社92
0℃とし、その直後直ちに3 G @C/sec以上の
冷却速度で水冷した。但し実際の水冷開始時の溶接部温
度は900℃であつた。
また強制水冷ゾーンの長さは6〜8惰とし、水冷終了時
の温度が200℃以下となるように設定して強制水冷し
た。
比較例 前記実施例と同一の供試材A−Hについて、ボストアニ
ール処理直後に強制冷却せずに空冷し、400−500
℃以下となってからはじめてサイザー前の水冷ゾーンに
おいて水冷した点以外紘実施例と同一の条件で造管した
上記実施例シよび比較例によって得られた各電縫鋼管に
ついて、管母材部の周方向引張強度と溶接部の周方向引
張強度との関係を調べた結果を第4図に示す。但し前述
のようにフィンパスロール成形工程およびスクイズロー
ルアプセット溶接工Sによりて洟接部周辺祉増肉される
から、第5図に示すように溶接部の管周方向引張試験片
10社増肉12め影響を除去するため試験片全長にわた
って板厚が均一になるように切削加工を施して採取した
。なお第5図において11はボストアニール熱影響部境
界線、13は溶接線を示す。
第4図から明らかなように、ボストアニール処理直後に
強−冷却を行なわない比較例によれば、管母材部の管周
方向引張強度と比較して溶接部の管周方向引張強度が低
下してしまうが、この発明の実施例によれば、溶接部の
管周方向引張強度が著しく向上されて、いずれの供試材
A−Hにおいても母材部の管周方向引張強度よシも高い
強度が得られた。
なお前述の実施例においては920℃のボストアニール
処理後ただちに水冷を開始し、実際の水冷開始部分にシ
、ける溶接部温度は900℃となっていた。一方、比較
のため920℃から600℃までを自然放冷した後60
0℃から30″C/s e c以上の冷却速度で強制冷
却を施してみたが、この場合に紘溶接部の引張強度向上
効果はほとんど認められなかった。このことから、この
発明の効果を充分に発揮させるためにはボストアニール
処理後に可及的に速やかに強制冷却を開始する必要があ
ることが明らかである。
以上のようKこの発明の熱処理方法によれば、電縫溶接
部をオーステナイト化温度まで加熱した後、ただちK1
1l接部周辺を30℃八eへ以上の冷却速度で強制冷却
することKよシ、溶接部周辺の引張強度の低下を防止す
ることができ、したがって高強度、高靭性を蚤求される
電縫鋼管として信頼性が高い電縫鋼管を得ることができ
、特に高内圧下で使用されるラインパイプ用の電縫鋼管
として破壊事故に至るおそれのない電縫鋼管を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の熱処理方法を適用した電縫鋼管の製
造工程を概略的に示す側面図、第2図はボストアニール
後の溶接部の冷却曲線の例をこの発明の方法および従来
方法について示す線図、第3図はボストアニール処理直
後の強制冷却速度を種々変化させた場合の冷却速度と溶
接部および母材部の引張強度の差ΔT、S、との関係を
示す相関図、第4図はこの発明の方法および従来法によ
る溶接部管周方向引張強度と母材部管周方向引張強度と
の関係を示す相関図、K5図は溶接部の引張試験片採取
要領を示す断面図である。 1・・・素材帯鋼、IA・・・電縫鋼管、6・・・ボス
トアニーラ−17・・・強制冷却装置。 第1図 第2図 木ストアニーラー出穣りVらのgJ!藺(sec、)釈
ストアニーラー戴イ刻1Sらのy巨^霊 (fn)第3

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (t)  c o、 t O−<重量−1以下同じ)以
    下、kllm 0.8〜Z、 OIss AJ O−0
    1〜0.105kを含有し、か−3Nml O,01〜
    0.101!、 V O,01〜0.1 S $1’r
    1G、01憾〜0.1ノ0110うち少くとも1種以上
    を含有し、残部は1aJpよび不可避的不純物からなる
    鋼を素材として電縫鋼管を製造するにあたシ、溶接後O
    電縫S*部をオーステナイト温度まで加熱JlI&理し
    た後、丸だちに溶接部周辺を30 ’C/sec以上O
    冷却適度で強制冷却することを特徴とする電縫鋼管の熱
    処理方法。 傭) 前記強制冷却を溶接部が200’C以下に達する
    まで行541許請*o*rs第1項記載の電縫鋼管O熱
    処理方法。
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