JPS589918A - 耐硫化物応力腐食割れ性に優れた鋼管の製造方法 - 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】 この発明は油田や天然ガス田あるいはそれらの化石資源
を輸送するパイプライン等に好適に使用される耐硫化物
応力腐食割れ性の優れた鋼管等の鋼材の製造方法に関す
るものである。

周知のように油田や天然ガス田、あるいはそれら化石資
源の輸送において使用される鋼材、例えば油井管あるい
は油送管等は酸性環境、ｌｌｌ１Ｋ硫化物雰囲気に曝さ
れて応力腐食割れの危険が高らから、この種の用途に使
用される鋼材としては耐硫化物応力腐食割れ性に優れた
ものを用いる必要がある。

従来、鋼材に耐硫化物応力腐食割れ性を附与する手段と
しては、鋼中のＣ量を０．４０１以上に高めたシ、合金
元素特に多量のＭｏ　、　Ｖなどを添加して、焼入後高
温で長時間焼４どしし九後、炭化物を充分に球状化させ
、鋼材のかたさをＨ，ｃ２３以下Ｋｇ節する方法が知ら
れている。しかしながらこの方法では、Ｃ量を多量にす
れば熱処理中に焼割れや焼ひずみが発生し易くなる問題
が生じ、−万Ｍｅ　、　Ｖ等の合金元素を多量に添加す
ればこれらの合金元素が高価である丸め製造コストを大
幅に上昇させる問題が生じる。そしてまた前記方法Ｐｃ
おける長時間焼もどしは通常１時間におよび、鋼材の生
産性を低下させる問題がある。さらに前記方法において
は、製造し得る耐硫化物腐食割れ鋼の強度がかたさｋし
てせいぜい）ｉｎ（２３以下、すなわち引張強さに換算
してｓｏ１ｗ／５ｌｌｌｆ以下であるという致命的な欠
点があシ、したがってそれ以上の強度が要求される場合
には高価な高合金鋼、特にステンレス鋼を使用せざるを
得ながったのが実情である。

上述のような事情から、安′価□な通常の鋼材を素材と
して、耐硫化物応力腐食割れ性に優れしかも強度的にも
優れた鋼管等の鋼材を製造する方法の開発が強く要望さ
れている。

とζろで本発明者等は継目無鋼管の製造方法として、鋼
ビレツトを一次熱間加工によル穿孔正弧し、続いて二次
熱間加工によシ外径調節のための仕上圧延を行った後、
冷却せずＫただちに焼入れ（直接焼入れ）する方法の開
発研究を進めている。

このような直接焼入れを適用した継目無鋼管の製造方法
について第１図を参照してさらに詳細に説明すると、先
ず素材としての鋼ビレット１をロータリーファーネス等
の加熱炉２において１２００℃程度以上に加熱し、これ
をピアサ、エロンゲータ、プラグミル、リーラミル等の
一連の穿孔正弧工程３において熱間加工して、最終製品
の断面に近い断面寸法まで加工し、続いてウオーキング
ビームファーネス等の再加熱炉４に装入して９００℃程
度に再加熱し、その再加熱された鋼材（素管）をサイザ
ミルあるいはスドレッ、チレデ為−サ勢の仕上圧延工程
５によって所定の外径に仕上げ、その後九だちに焼入装
置６によシ焼入れする方法である。このような方法では
、鋼ビレット１の加熱かセ焼入れまでが一連続の工程で
行なわれるが、その連続工程の最終段階である焼入れ装
置６が何らかのＪ［因で停止した場合、上流側から加工
・処理されて送られて来る鋼材を焼入れ装置６に近い段
階で系外へ排出して一旦スドックしておく必要がある。

この場合、一般にはサイザミル等の仕上圧延工１１５が
終了した段階、すなわち最終製品の寸法・塑状を讐加工
され九段階で鋼材を系外へ排中してストックしておき、
その後焼入れ装置の復旧に伴って前記ストックされてい
た鋼材を再加熱し、焼入れするのが通常と考えられる。

しかしながらこの場合には熱関加工彼にただちに焼入れ
する所謂直接焼入れではなく、通常の焼入れとなるから
、得られる製品の品質が直接焼入れ♀場合よｆｉｔ！５
り、例えば同一の焼もどし条件を採用した場合に引張強
度が格段に劣る。このような事情から本発明者等は前述
のように焼入れ装置６が停止した場合にサイザミル等の
仕上圧延を・行う直・、前１、すなわち再加熱炉４から
排出された鋼材をそめままクーリングベッド７儒へ送シ
、そこでストック（５） することを考えた。そして焼入装置の復旧に伴って、前
記ストックされていえ鋼材を再加熱炉４において再び加
熱し、これにサイザミル等の仕上ｉ延工程５でわずかに
熱間圧延を加えて１．ただちに焼入れする実験を行った
とζろ、単に強度的に優れるばかシでなく、耐硫化物応
力腐食割れ性に優れた鋼管が得られる可能性があること
を見出した。

そこでさらに実験を繰返したとζろ、焼入れ直前の熱間
圧延（仕上圧延）における加工比を調節することによっ
て、通常成分の鋼材でも優れた耐、応力腐食割れ性を有
するものが得られるこ−と、すなわち前述の要望を満足
し得ることを見出し、この発明をなすに至ったのである
。

すなわちこの発明の耐硫化物応力腐食割れ鋼の製造方法
は、６例えば前述のような一連の継目無鋼管製造工程の
サイザミル等の仕上圧延工程の直前で系外へ排出、スト
ックされてＡｒ１変態点以下に冷却された鋼索管の如く
、最終製品の断面寸法・形状に近い寸法・形状に既に加
工されている鋼材を加熱して特定の範囲の加工比で熱間
圧延し、九（６） だちに直接焼入れするものである。

よシ具体的には、この発明の方法は、Ｃ０，１５〜０．
４０＊、　８１　０．１〜１．ｌＧ、Ｍｍ　　Ｏ，４〜
２．０−１Ａ＃　　０．０１〜０，１０％、残１　実ｊ
ｊ　的Ｋ　Ｆ＊　オよび不可避的不純物よシなシ、かつ
製品の断面寸法・形状に近い断面寸法・形状に予め加工
されている鋼材を、Ａｃ３変態点以上、オーステナイト
結晶粒粗大化開始温度以下の温度に加熱して、断面収縮
比Ｒが０．０１５以上とな−るように熱間圧延した後、
ただちに焼入れし、その後Ａｃ１変態点以下の温度で焼
もどすことを特徴とするものである。

但し、ここで断面収縮比Ｒは、熱間圧延前後における主
圧延方向に対し直角な断面の面積収縮率、すなわちよシ
正確には、熱間圧延前における前記断面の面積を８１、
熱間圧延後の面積を８．とすれば、 ２ １ によりてあられされるものである。

以下この発明の方法をさらに詳細に説明する。

この発明下対象とする。鋼材の成分範囲は、前述ノヨう
ＫＣ，，０，１５〜０．．４０％、　　８１　０．１〜
１．０〜２．０　”ＩＩ、Ａ＃　　０．０１〜０．１０
１ＪＧ。

残部実質的ＫＦ＠および不可避的不純物であ）、このよ
うな成分限定理由は次の通シである。

Ｃは０．１５−未満で祉強度が不足し、を九耐硫化物応
力腐食割れ性を高めるために必要な９０１ト比を確保す
ることが困難で ０−を越えれば熱処理時に焼割れ や焼歪みが発生し易くなる。

Ｓｌは脱酸および強度増加の目的から添加される０、１
ｓ以上が必要であシ、一方 Ｓｌが１．０チを越えれば靭性が急激に低下する。

ＭＩＩは強度および靭性の向上の目的から０．４．−以
上添加することが暮要であるが、２．０−を越えれば偏
析や焼割れが発生し易くなる。

鱒は脱酸の目的およ、び鋼中ＯＮ、Ｊ結合して結晶粒を
微細化させるために添加されるが、そのためにはｏ、ｏ
ｘｏ−以上が必要であシ、一方ｏ、　ｉ　ｏ　−を越え
ればその効果が飽和する。

なおこのほか、耐硫化物応力腐食割れ性をさらに向上さ
せる目的から、Ｃｕ　　０．０５〜０．５＊。

Ｃｒ　　０．０５〜２．５　％、Ｍｅ　　０．０５〜１
．５１Ｇ、ｌＮｂ０．０１〜０．１１Ｇ、Ｖ　Ｏ，０１
〜０．２　＊、Ｔｌ０−００５〜０．１９Ｇ、−Ｂ　　
Ｏ，０００５〜０．００”５　％、Ｃｍ０．００２〜０
．００５　＊、　ＲＩＭ　　Ｏ，００５〜０．０５−の
うちから選ばれた１種または２種以上を用途等に応じて
添加しても良い。

この発明の製造方法は上述のような成分範囲の鋼を素材
とするのであるが、ことでこの発明の製造方法に供する
素材線、予め製品断面に近い形状・寸法に加工されてい
る素管等のものである０例えば前述のように第１図に示
す如き継目無鋼管の一連の製造工程において、熱間仕上
圧延工程５の直前で系外へ排出されてムｒ１変態点以下
に冷却された木管、すなわち穿孔圧延工程３等の一次熱
間加工が既に施されている素管、あるいは第１図におけ
る焼入れ装置６の直前で系外へ排州され−てムｒ、変態
点以下に冷却された素管、すなわち穿孔圧延工程３等の
一次熱間加工および仕上圧延工程（９） ５等の二次熱間圧延が既に施されて、当初予定していた
製品の断面形状・寸法（但し本発明ではさらに若干の熱
間圧延を施すから、本発明の製造方法にお叶る製品の断
面形状・・寸法とは異なる）に加工されている素管など
が対象となる。このような素管等の素材に対・し、この
発明の方法では先ずＡｃ３変態点以上、オーステナイト
結晶粒粗大化開始温度以下の温度に加熱する。この加熱
は均一にオーステナイト化す゛るとともに鋼中の合一元
素を充分に固溶させるためＫＡｃ５変態点以上が必要で
あるが、熱間圧延後のオーステナイト結晶粒を微細化す
るため、オーステナイト温度域の可及的に低温度に加熱
することが望ましく、“少くともオーステナイト結晶粒
粗大化温度以下の温度とする。

このように加熱した素材は゛、ただちにサイザミル、ス
トレッチレゾ凰−サ等、得ようとする製品の形状２寸法
に応じ是正延機によシ断面収縮比、すなわち主圧延方向
に直角な断面における圧気前の面積Ｓ＠と圧延後の面積
Ｓ、とによって定まる（１８ｍ／Ｓｓ）の値が０．０１
５以上となるように熱間（１０） 圧延する。この断面収縮比が適当であることは後述する
実施例に示すように本発明者等が実験によシ見出し九の
であシ、断面収縮比をＯ＝０１５以上とすることによっ
てはじめて焼入れ１焼もどし後の鋼材に優れ九耐−硫化
物応力腐★割れ性が与えられ、断■収總比が０．０１）
未満では亀好な耐硫化得られない、なおこの熱間圧延に おける断面収縮比の上限は特に限定しないが、実施例で
示すように耐硫化物応分腐食割れ性の効果それ以上断面
収縮比を大きくしても効果は上昇せめ製品に近“断面形
状°寸法に１工２！″″″Ｃ″′６ものであるから、断
面収縮比状通常はＱ、１０程に以下とする。なおまた、
−の熱間圧延において杜、圧縮荷重をできるだけ一挙に
加えて０．０１５以上の断面収縮比を得ることが望まし
く１．そ？観点から、３パス程度以下（但し圧下が加え
・られ九、１組のロールを通過する過程を１パスとする
）で断面収縮比０．０１５以上に圧延することが望まし
い。

４パス以上で圧延した場合、熱間圧延工程全体としての
断面収縮比が０．０１５以上であっても１パス当シの断
面収縮比が著しく小さくなり、充分な耐硫化物応力腐食
割れ性能が得られなくなるおそれがある。

上述のようにして熱間圧延した鋼材は、これをただちに
水焼入れする−０すなわち臨界温度まで冷却される以前
に焼入れする。この焼入れは、例えば鋼管の場合、内外
両面に長手方向に沿った水流、すなわち軸流を流して冷
却する方式を採用することが望ましいがこれに限られる
ものではない、焼入れした後にはＡＣ１変態点以下に焼
もどしする。

この焼もどしは、通常は６２０℃以上で行うことが望ま
しく、また焼もどし後は常法にしたがって急冷する。・
このようにして熱関正弧後、焼入れ焼もどしすることに
よシこの発明の方法における最終製品である鋼管等の鋼
材が得られる。

なお、この発明の製造方法における素材として、第１図
に示される継目無鋼管の製造ラインの中途からライン外
へ排出された素管を用いる場合に杜、第１図におけるウ
オーキングビームファーネス等の再加熱炉４をこの発明
の製造方法における熱間圧延前の加熱に利用することが
望ましい、すなわち、例えば第２図の破線で示すように
再加熱炉４からクーりングベッド７の側へ排出・ストッ
クされてムｒ、変態点以下に冷却され九素管−を素材と
する場合、第２図の集線で示すようにその冷・却された
素管を再加熱炉４に再装入してムｃ３変態点以上オース
テナイト結晶粒粗大化開始温度以下に加熱し、これをサ
イザミル、ストレッチレデエーサ等の仕上圧延工１１５
で断面収縮比０．０１５以上に熱間圧延し、焼入れ焼も
どしすれば良い、また例えば第３図の破線で示すように
１仕上圧延工１１５を経てからライン外のクーりングベ
ッド、７′へ排出されて冷却されえ鋼管を素材とする場
合も１．第３図の夷線で示すようにその鋼管を再加熱炉
４に再装入し、再度仕上圧延工１１５において断面収縮
比が０．０１５以上となるように熱間圧延し、前記２一
様に焼入れ焼もどしすれば良い。

前述のようｋして得られた鋼材は、その耐硫化（１３） 物応力腐食割れ性が著しく優れている。その理由は次の
ように考えられる。すなわち、熱間圧延の丸めの加熱な
オーステナイト結晶粒粗大化開始温を 度以下（但しムｃ３点以上）の低い温度とし、かつ０．
０１５以上の比較的大きい断面収縮比で熱間圧延するた
め、熱間圧延後（焼入れ前）のオーステナイト結晶粒が
著しく微細化されて、焼入れ焼奄どし後の結晶粒も微細
化され、これＫよってクラックの伝播が阻止されること
が第１の理由として−」゛ 挙げられ、また硫化物応力腐食割れは、酸性腐食環境下
において鋼材に浸入する水素が特に硫化物系非金属介在
物に捕捉されてクラックが発生し、割れに至ると考えら
れているが、断面収縮比が０．０１５以上の大きい加工
率で熱間圧延することＫよりて、非金属介在物が展伸し
さらＫは分断されて、水素の捕捉されるサイトが分散す
ることにな）、その結果水素が分散されて吸着されるた
めクラックが発生し難くなることが第２の理由と考えら
れる。

なお、結晶粒度の点だけから見れば、優れた耐（１４） 硫化物応力腐食割れ性を得る丸めには、熱間庄嬌後のオ
ーステナイト結晶粒度（ＪＩＳ　）が５．０以上あるこ
とが望ましく、そのためＫは、例えば鋼材の化学成分に
結晶粒を微細化する添加元素の添加量が少なければ熱間
圧延における断面収縮比を大きくシ、反対にそれらの合
金元素の添加量が多ければ熱間圧延におゆる断面収縮比
を小さくして良いと考えられる。しかしながら本発明者
等の実験によれば、同じ結晶粒度でもそれが断面収縮比
を大にして得られた場合と合金元素の添加量を多くして
得られた場合とを比較すれば前者の方が曳好な耐硫化物
応力腐食割れ性が発揮されることが確認されている。そ
の理由は前述のように耐硫化物応力腐食割れ性の向上が
単に結晶粒度のみｋよるのではなく、熱間圧延による介
在物の分断が大島〈影響しているためであると思われる
。

以下にこの発明の実施例を記す。

実施例 第１表に示される３種の銅材Ａ−ＣＫついて予め熱間加
工によシ直径５０〜１３０■、肉厚６〜１５■の素管に
加工しておき、これを素材としてウオーキングビームフ
ァーネスによｊ９８９０〜９２５℃に充分に均熱した後
、孔型熱間圧延機にし１〜３パスにて各種の断面収縮比
となるように熱間圧延した。続いてただちに内外両面軸
流焼入れ装置によシ水焼入れし、その後６２０℃〜６８
０℃程度に焼もどしして、各鋼材の降伏強さく＃ｙ）を
８０に＃ｆ鷹にそろえた。

第１表 上述の実施例によシ得られ九各鋼材に対し、ＮＡＣＩ法
Ｋｌｋ拠して硫化物応力腐食割れ試験を行った。すなわ
ち、鋼材の中心部から採取し九直径２．５４−の丸棒平
滑試験片を、９４５７の水に対し塩化す）　ＩＪウム５
０？および氷酢酸５ｔを加えた硫化水素飽和水溶液中に
浸漬し、降伏強さ４７に対し５０〜１ｏｏｎの引張応力
を負荷して常温常圧で３０日間経過した後、割れの有無
を観察した０割れを発生しない最高応力を臨界応力（σ
ｔｈ）として、硫化物応力腐食割れ抵抗性をＢｈ／ａｙ
で評価した。その値を各成分の鋼材の各断面収縮比Ｒに
対応して第４図に示す、この硫化物応力腐食割れ抵抗性
＃ｔＶｔＩｙの値が０．７５以上であれば耐硫化物応力
腐食割れ抵抗性が曳好であると判断できるが、第４図か
ら明らかなように、断面収縮比Ｒが０．０１０から０．
０２０の範囲でｇｔＶｐｙの値が急上昇し、断面収縮比
翼が０．０１５以上であればいずれの成分の鋼材におい
てもｇｔＶａｙが０．７５以上を確保することができた
。

前述の説明で明らかなようにこの発明の製造方法によれ
ば、硫化物応力腐食割れに対する抵抗性に優れ丸鋼管等
の鋼材を、安価な通常成分や鋼を―φ 素材として、簡単かつ容易に製造することができ、した
がって油井管や油送管等に適した耐硫化物心（１７） 力腐食割れ性鋼材を低コストで提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の背景としての継目無鋼管の製造工程
の一例を示すブロック図、第２図および第３図はそれぞ
れ継目無鋼管の製造工程にこの発明の方法を適用した例
を示すブロック図、第４図線この発明の実施例における
断面収縮比Ｒと硫化物応力腐食割れ抵抗性（σｔｈ／ｇ
ｒｙ　　）との関係を示すグラフである。 出願人　川崎製鉄株式会社 代理−人　弁理士　豊　１）武　久 （ばか１名） （１８）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ０，１５〜０，４０チ（重量−１以下同じ）Ｓ
   ｉ　　Ｏ，１〜１．０１！　、　Ｍｕ　　Ｏ，４〜２．
   ０１１、ｌ゛　０．０１〜０．１０−１残部実質的ＫＦ
   ・および不可避的不純物からなり、かつ予め製品の断面
   形状・寸法に近い断面形状・寸法に加工されている鋼材
   を素材とし、その素材をＡＣｓ変態点以上、オーステナ
   イト結晶粒粗大化開始温匿以下の温度に加熱して、下記
   （１）式で定まる断面収縮比Ｒが０．０１５以上となる
   ように熱間圧延し先後、ただちに焼入れし、その後ＡＣ
   １変態点以下の温度で焼もどしすることを特徴とする耐
   硫化物応力腐食割 製造方法。 口１ 但し、Ｓｌは熱間圧延前における主圧延方向に対し直角
   をなす断面の面積、ａｍは熱間圧延後における主圧延方
   向に対し直角をなす断面の面積をあられす。
2. （２）　　前記熱間圧延において断面収縮比Ｒが０．０
   １５以上０．１０以下と起るように圧延する特許請求の
   範囲第１項記載の製造方法。