JPS5933168B2 - 高強度高靭性特殊形状鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高強度で靭性の良好な特殊形状鋼管、特にＢＤ
’ｆｌ’Ｔ（Ｂａｔｔｌｅ ＤｒｏｐＷｅｉｇｈｔ Ｔ
ｅａｒＴｅｓ ｔ ）の８５％延性破面遷移温度が１５
℃以下とした曲管、異径管、異形管、変形管等の特殊形
状鋼管の製造方法に係るものである。

いわゆる原油や天然ガスの輸送用のラインパイプは直管
と称し、世界的にもＵＯ造管法あるいはスパイラル造管
法で工業的に大量生産されている。

ここで直管とは管軸が原理的に直線で、かつ管軸方向に
添った管の直径（管外径）が原理的に変化しない鋼管の
ことを意味する。

一方、それらのラインパイプで原油や天然ガスを輸送す
るために圧力を加えるポンプステーションが要所要所に
設置されており、このポンプステーションの内部あるい
は近傍では直管を連結したり、あるいは特殊な部分の用
途のため？こ、直管でなく、管軸が原理的に直線でない
鋼管（以下これを単に曲り管と称する）や管軸方向に添
って直径（管外径）が原理的に異った鋼管（以下これを
異径管と称する）（以下、これらの曲り管と異径管を併
せて特殊形状鋼管と称する）が使用されることが多い。

（第１図参照）。特殊形状鋼管は従来は熱間プレス加工
工程で製造されることが多かつた。

この理由は一つには従来技術ではその苛酷なプレス加工
に耐えうる様な冷間変形能の高い材質が得られていない
ためと、さらに他の一つとして特殊形状鋼管自体にＡＰ
Ｉ規格のＤＷＴＴ （Ｄ ｒ ｏ ｐＷｅｉｇｈｔ Ｔ
ｅａｒ Ｔｅ５ｔ）、つまりＢＤＷｒＴで代表される脆
性亀裂伝播特性が要求されなかったために、その特性が
ほとんど期待できない熱間プレス加工工程で行われてい
たものである。

なお本発明で熱間プレスとは温度７００℃以上でのプレ
スを意味し、冷間プレスきは温度２５０℃以下でのプレ
スを意味し、温間プレスとは温度２５０℃超〜７００℃
未満でのプレスを意味する。

本発明は温間プレス加工工程により降伏点上昇が著しく
大きいことを利用して高グレードでＢＤＷＴＴ特性の優
れた特殊形状鋼管を製造する方法を発明したもので、そ
の骨子は以下の如くである。

まず、プレス成形性の観点からは従来の冷間プレス加工
の技術では次の２つの大きな障害があった。

■ 直管と異なり特殊形状鋼管では局部的に大きな引張
応力を受ける部分があり、従来の冷間プレス加工ではこ
れに耐えられなかった。

■ 従来の素材は降伏点及び（降伏点）÷（引張強さ）
の値（以下これを降伏比と称する）が高く、そのために
一つには冷間プレス成形におけるスプリングバック量が
大きくなり、管形状が悪く、他には降伏比の高いことに
よる伸び不足もあって■と同様に冷間プレスに耐えられ
なかった。

従来の素材でも国内のガス配管用等のように引張強さが
４０にνｉ以下程度と低いグレードでは上の■、■の問
題はあまり生じないが、本発明の対象とする引張強さが
４５ｋｇ／ｍＡ以上程度では上の■、■の問題は従来技
術では大きな障害となっていた。

一方、従来の熱間プレス加工の技術では次の大きな障害
があった。

■ 熱間プレス加工工程を経る特殊形状鋼管ではＢＤＷ
ＴＴ特性が劣化するので８５係延性破面遷移温度（８５
％ Ｓｈ ｅａ ｒ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ａｐｐｅａｒ
ａｎｃｅＴｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ
ｅ）を１５℃以下とすることは困難であった。

■ 降伏点の熱間プレス加工による上昇代が小さく、従
って熱間プレス加工をしても加工製品の高度強化は期待
できなかった。

さて本発明は上記の従来技術の問題点に対して次の画期
的な改良がなされた。

■ 特殊形状鋼管の局部的に大きな変形応力を受けるプ
レスでも温間プレス加工では破断はおろか板厚減少も殆
んどない。

この原理として、温間プレス加工は加工による転位の増
殖と固溶Ｃ９Ｎの転位の固着とが同時に起る可能性が高
いので不安定現象としてのネッキングが生じにくく、こ
れも板厚減少の防止に役立っている。

■ 温間プレス成形では成形開始時の降伏点が素板まま
に比べて小さいのでスプリングバックが生じにくい。

■ 熱間プレス加工と異なり、温間プレス加工では変態
が生じないので、圧延のまま組織及びＢＤＷＴＴ特性向
上に有利なセパレーション発生の原因となる旧オーステ
ナイト粒界を残存させ、このためＢＤＷＴＴ特性は熱間
プレス加工に比べて良好である。

■ これは温間プレス加工の最も大きな特徴の一つであ
るが、熱間プレス加工あるいは冷間プレス加工に比べて
素材からの降伏点上昇代が極めて大きいことである。

この理由は■と同じで、加工による転位の増殖と、Ｃ，
Ｎによるそれの固着が繰返して行われるので成形された
製品の降伏点は著しく高くなる。

なお、ここで温間プレス加工とは前述のように温度２５
０℃超から温度７００℃未満の間でプレス加工するもの
である。

温度２５０℃以下ではいわゆる冷間プレス加工となり、
プレス加工工程の中で本発明の期待する加工による転位
増殖とＣ２Ｎによる成形中の転位のピンニング（ｐ ｉ
ｎｎ ｉ ｎｇ ）が行われないので製品での著しい
降伏点上昇は認められず、一方７００℃以上ではいわゆ
る熱間プレス加工となり、前述のようにＣＲで生成され
たＢＤＷＴＴ特性に好ましい組織や旧オーステナイト粒
界が消失し、ＢＤＷＴＴ特性は著しく劣化する。

以下本発明の化学成分及び製造条件の限定理由を述べる
。

Ｃは鋼の強化に必要であるが、本発明では靭性、とりわ
けＢＤＷｒＴ特性の向上のためと、温間プレス加工での
局部的な引張応力に耐えうる十分な延性を得るためには
、その含有量は０，１５％以下でなければならない。

しかして最終製品の特殊形状鋼管のＢＤＷｒＴ８５％延
性破面遷移温度を１５℃以下とするにはＣ含有量は０．
１０％以下が好ましＧ）。

Ｓｉは鋼の脱酸補助及び強化の目的で添加されることが
多いが、１．ｏ％超では鋼の溶接性のみならず、母材靭
性の劣化が大きいので１．０係以下と規定した。

ＳはＢＤＷＴＴ等の靭性確保のためにｏ、ｏ１ｏ％以下
でなければならない。

Ｍｎは鋼の強化に必要であり本発明でも最低０．５％は
必要である。

一方、３０係超では焼入れ性が高すぎて鋼の靭性はむし
ろ劣化する。

さらに溶接性の点からは２．５係以下が好ましい。

Ａ７は鋼の脱酸に必要であり、最低０．００５％は必要
であり、これ以下では靭性の劣化が大きい。

一方、０．２０係超ではＡｌ２Ｏ３クラスター生成量の
増大による表面疵の増加が著しい。

溶接性の点からは０．１０％以下が好ましい。

Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒの元素はスラブの加熱及び
熱間圧延のオーステナイト（以下γと称す）膣中に析出
し、γ粒の成長を抑制し、細粒子を生成し、ひいてはこ
れから変態で生じるα粒あるいは変態生成物を著しく細
かくせしめ、ＢＤＷＩ’Ｔ特性の向上及び苛酷なプレス
加工に耐えつる十分な延性及び切欠き抵抗をもたらすの
に有効であり、それにはその１種または２種以上を合計
０．００５％が最低必要である。

一方これらが１．０係超も含まれると、析出物を作るの
みならず固溶量も増加し、かえって靭性の劣化を招く。

溶接性の点からは０．５０係以下が好ましい。

本発明の主要成分は上記の通りであるが、一方決に示す
元素も本発明による製品の用途を拡大するのに有効であ
る。

Ｎｉ、ＣｕからなるＡ群の元素は引張強さの上昇が太き
い割りに鋼の靭性、とりわけＢＤＷＴＴ特性の向上に有
効であり、そのためにはその１種または２種を最低ｏ、
５ｏ％以上添加することが必要である。

一方、４ｏ％超も含まれると焼入れ性が増加しＢＤＷＴ
Ｔ特性は劣化する。

Ｂ 、Ｗ、 Ｚ ｒからなるＢ群の元素は焼入れ性を高
めると同時に炭窒化物を生成し、低降伏比特性を助長す
るのに有効であり、それにはその１種または２種以上を
最低０．００３％以上添加することが必要である。

一方０．２％超も添加すると焼入れ性を増加しすぎてＢ
ＤＷＴＴ特性の劣化を招く。

稀土類元素、Ｃａ、ＭｇからなるＣ群の元素はＳ等と結
合して硫化物の球状化をもたらし、ＢＤＷＴ Ｔ特性の
向上に有利であり、それにはその１種または２種以上を
最低０．０００５％は必要である。

一方、０．１％超も含まれると巨大酸化物の生成をもた
らしかえって靭性は劣化する。

上記の元素の外に、Ｐ、Ｃは極力少い方が鋼の靭性、溶
接性の向上の点で好ましい。

またはＮはＮｂ、Ｖ等と結合して微細炭窒化物の生成に
より強度の向上をもたらすこともあり、またＴｉ、Ｈの
生成によりγ粒の細粒化にも貢献するので必ずしも少い
方が良いとは言えないが、溶接性の点からは０．０１％
以下に抑えるべきである。

次に熱間圧延工程ではＣＲを十分行う必要があるが、と
りわけ９５０℃以下の累積圧下率は重要であり、これが
５ｏｏｔ＞未満ではオーステナイトの圧延中の微細化及
び格子欠陥量の増加が不十分であり、従って素材鋼板と
して微細α粒及び微細変態生成物の生成が困難であり、
前述のように温間プレス加工を受ける特殊形状鋼管のＢ
ＤＷＴＴ８５係延性破面遷移温度の１５℃以下の確保が
十分得られない。

本発明の製造条件の主な限定理由は以上のようであるが
、本発明を実際に製造するに当り考えられる主な製造法
を以下に述べる。

まず鋼を転炉又は電気炉で溶製し、次に必要に応じて脱
燐や清浄度の向上を目的とした特殊精錬処理、あるいは
脱水素や脱酸、脱炭や介在物浮上を目的とした脱ガス処
理を組合わせて行い、かかる溶鋼を通常の造塊、分塊法
又は連続鋳造法でスラブとし、これを加熱し熱間圧延す
る。

熱間圧延は必要に応じてクロスロールの可能な厚板製造
工程が好ましいが、ホットストリップ製造工程でも本発
明の目的は達せられる。

特殊形状鋼管の製造は、上下はぼ対称の一対の半管状の
部品を温間プレス加工し、しかるべきトリミング（ｔ
ｒ ｉｍｍ ｉｎｇ ）をした後に溶接でそれを縫合す
ることで製品を得る、いわゆるモナカ方式が一般に行わ
れる。

（第１図参照）なお、温間プレス加工及び溶接後に残留
応力除去の目的で機械的（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）又は
熱的（ｔｈｅｒｍａｌ）な応力除去（Ｓｔｒｅｓｓ Ｒ
ｅｌｉｅｖｉｎｇ）処理（以下ＳＲ処理）を行う場合が
ある。

この際、熱的なＳＲ処理を行う場合は、プレス加工温度
が３５０℃以下程度と低い場合はＳＲ処理を行わない場
合やあるいは機械的なＳＲ処理を行う場合に比べて素材
鋼板からの降伏点の上昇代は太きいが、一方３５０℃超
程度と高い場合は上昇代は小さくなる。

以下に本発明の実施例を述べる。

第４表に示す化学成分の鋼を転炉と一部（Ｑ。

ＳＣ）は電気炉で溶製し、これを一部は特殊精錬処理（
Ｊ、Ｒ，ＳＡ、ＳＧ）あるいは脱ガス処理（Ａ１゜Ａ２
．Ｂｌ 、Ｂ２．Ｃ，Ｅ、Ｊ、Ｍ、Ｒ，Ｙｌ 、Ｙ２．
ＳＤ、 ＳＩ）を行い、これらを一部（Ｂ１ 、Ｂ２．
Ｃ，Ｅ、Ｇ、Ｊ、Ｓ、Ｗ、Ｚ 。

ＳＡ、ＳＤ、ＳＥＩ、ＳＦ３．ＳＩ）は連続鋳造法で、
他は通常の造塊分塊法でスラブとした。

つぎにこれを加熱及び熱間圧延で鋼板にするが、スラブ
の加熱及び熱間圧延工程の条件を第４表に示す。

なお、熱間圧延工程はＳＧ（ホットストリップ工程）を
除き全て厚板製造工程で行った。

鋼板の板厚及び機械的性質（ＡＰＩ規格引張試験片）及
び２ｍｒｎＶノツチシャルピー試験、ＢＤＷＴＴの結果
を第１表に示す。

次にこれらの鋼板を特殊形状鋼管に温間プレス加工成形
（ＳＦ３は熱間プレス加工）及び溶接をするが、そのと
きのプレス加工温度及び特殊形状。

鋼管の種類（曲り管、異径管）、管外径の最大値、鋼管
の加工比、鋼管の真円度、鋼管の材質を第１表に示す。

なお、材質はいずれも管内周方向の値であり、また上の
鋼板ままの材質はそれと同じ方向の素板の値である。

溶接は入熱量が外面４０ ＫＪ ／ｃｍ、内面３５ＫＪ
肩の潜弧溶接で行い、一部（Ｄ 、 Ｈ。

Ｐ、Ｖ、Ｚ）は外面３５ＫＪ／”、内面３０ＫＪ／＝”
手溶接、またさらに一部（Ｃ，Ｉ、Ｑ、Ｗ、ＳＡ、ＳＤ
）は潜弧溶接と手溶接の組合せで行った。

Ｄｍａｘ−Ｄｍｊｎ なお、管の真円度は□Ｘ １００（楚 り。

で表わされる。

ここでＤｍａｘ：最大外径Ｄｍｉｎ：最小外径、Ｄｏ：
製造目標外径であり、真円度は通常１％以下であれば製
品として十分である。

第２図にＢＤＷＴＴ試験片（ＡＰＩ規格（７）ＤＷＴ
Ｔ試験片）の形状及び寸法を示しである。

破面率測定法はＡＰＩ規格に従う。

さて、第１表に示すように、本発明範囲内のものは特殊
形状鋼管の真円度、強度、ＢＤＷＴＴ％性、ＣＯＤ特性
、シャルピー特性及び溶接部靭性のいずれも優れている
。

一方本発明外のものは、そのいずれか１つ以上の特性が
著しく劣っており、本発明の目的とする製品としては好
ましくない。

なお最後に、慣用語として■エルボー（Ｅ Ｉ ｂｃ）
ｗ）管、■レデューサー（Ｒｅｄｕｃｅ ｒ ）管、■
フイツテインダス（ｐｉ ｔｔ ｉｎｇｓ）又フィッテ
ィング（Ｆｉ ｔｔｉｎｇ） （但しＴ字管を含まない
）という用語があるが、これらはそれぞれ本発明の０曲
り管、■異径管、■特殊形状鋼管の一部に含まれるもの
であることを付は加えておく。

【図面の簡単な説明】

第１図は特殊形状鋼管のうち、イ曲り管、口異径管を模
式的に表わす図、第２図はＢＤＷＴＴ試験片（ＡＰＩ規
格のＤＷｒＴ試験片）の形状及び寸法を表わす図である
。 Ｗ：溶接部、Ｐニブレスノツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ５０，１５係、Ｓｉ≦１．０係、Ｓ≦０．０１０
   ％、Ｍｎ ： ０．５〜３．０％、Ａ７ ： ０゜００
   ５〜０．２０％、さらにＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒの
   １種または２種以上を計０．００５〜１．０を含み、残
   部鉄及び不可避的不純物元素からなる鋼を、熱間圧延し
   その際温度９５０℃以下の累積圧下率を５０％以上とし
   、かくして製造した鋼板を成形し鋼管とするにあたり、
   直管と異なり管軸方向に添っての任意の点での管軸方向
   歪が均一となりえないような温間プレス加工工程と、こ
   の温間プレス加工製品を溶接する工程とからなる製管工
   程を経ることを特徴とする高強度高靭性特殊形状鋼管の
   製造方法。 ２ Ｃ５０，１５係、Ｓｉ≦１．０％、Ｓ≦０．０１０
   ％Ｍｎ ： ０．５〜３．０％、ＡＡ ： ０．００５
   〜０．２０ ％およびＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒの１
   種または２種以上を計０．００５〜１．Ｏ％を含み、さ
   らにＮｉ、ＣｕからなるＡ群の元素の１種または２種以
   上を計０．０５〜４．０％、Ｂ、Ｗ、ＺｒからなるＢ群
   の元素の１種または２種以上を計０．０００３〜０．２
   係、稀土類元素、Ｃａ、Ｍｇからなる０群の元素の１種
   または２種以上を計０．０００５〜０．１％のうちのい
   ずれか１群または２群以上を含み、残部鉄及び不可避的
   不純物元素からなる鋼を、熱間圧延しその際温度９５０
   ℃以下の累積圧下率を５０係以上きし、かくして製造し
   た鋼板を成形し鋼管とするにあたり、直管吉異なり管軸
   方向に添って任意の点での管軸方向歪が均一となりえな
   いような温間プレス加工工程と、この温間プレス加工製
   品を溶接する工程とからなる製管工程を経ることを特徴
   とする高強度高靭性特殊形鋼管の製造方法。