JPS62260017A - 低温靭性に優れた太径、高強度チエ−ンの製造方法 - 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〕 本発明は比濁や北極海のような氷’ｄｒＳ域で使用され
る、海底石油掘削リグ係留用チェーンの製造方法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

引張強度が’ｌ０ｋｇ／ａｍ”以上で靭性に優れたチェ
ーンの製造方法として、本出願人の出願になる特公昭６
０−３３１７８号や特公昭６１−７４６８号がある。し
かしながら石油掘削活動が比濁や北極海のような氷ｌ毎
域へと進展するに伴い、リグ係留用のチェーンとして、
直径が７０ｍｍ以」二の太径で低温靭性に優れたものが
要求されるようになってきた。これには例えば引張強度
が７０ｋｇｆ／ｓｓ”以上、降伏強度が４６ｋｇｆ／ａ
ｓ２以ヒ、伸び率が１７％以上、絞り率が５０％以りで
さらに母材部および溶接接合部のシャルピー吸収エネル
ギーは一６０℃で２．８ｋｇ　ｆ　ｍ以上が必要とされ
ている。

現在、引張強度７０ｋｇｆ／■龜２以」−の３種チエー
ン用素材の化学成分としては、ＪＩＳおよび日本海事協
会規格（ＮＫ）やノルウニ　（ＮＶ）あるいはアメリカ
船級協会（ＡＢ）にそれぞれ、ＫＳＢＣ７０、ＮＶＫ３
鋼および３ａｍとして定められており、３種チェーンは
これらの成分から成る丸鋼を８００℃以上の高温に加熱
してリンク形状に加工後、一般に焼ならしゃ焼入焼戻等
の熱処理により製造されている。しかしこれらの３種チ
ェーンは、低温靭性が低く、せいぜい０℃までの海域で
使用されているもので、氷海域の環境温度である一６０
℃では到底使用出来るものではなかった。これに対して
一６０℃までの低温靭性を考慮したチェーン用鋼として
は、例えば特公昭５１−２４９６７号に良好な溶接性を
有する低炭素高強度構造用鋼の記載があり、この鋼の適
用温度は一６０’Ｃまで考慮したものとなっている。し
かしこの鋼は焼入性向上元素として２〜５％もの多量の
Ｃｒを必要とする非常に高価な鋼材となっており、しか
も−６０’Ｃにおける溶接接合部の靭性については、全
く記載されておらず不明である。またこの発明に記載さ
れている鋼材の直径は１０〜３０１重程度の細径材であ
るが、一般に径が太くなるに従って強度および靭性は著
しく低下することが知られている。

そこで本発明者らがこの発明と同じ成分を有する直径７
８ｍ１の丸鋼を用い、フラッシュッパット溶接実験を行
なったところ、多量のＣｒ酸化物が接合面に散在し、溶
接部の靭性は著しく低下することがわかった。このよう
に従来技術では特に溶接部の靭性確保が困難であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はこれまで製造出来なかった、氷海域で使用され
るチェーンの製造方法に関するもので、具体的には直径
が７０ｎｍ以上の太径材で、引張強度が７０　ｋｉｒ　
ｒ　／＊ｍｚ以上、ｎ　伏強度カ４６　ｋｉｒ　ｆ　／
１１以上、伸び率が１７％以上、絞り率が５０％以上で
さらに母材部および溶接接合部のシャルピー吸収エネル
ギーが一６０℃で２．８　ｋｇ　ｆ　ｒｒ＋以上が得ら
れるチェーンの製造方法に関するものである。

一般にチェーンリンクはフラッシュバット溶接によって
接合されるが、溶接面には次に示すような種々の欠陥が
生成し、引張特性および靭性が劣化する。

まずフラッシングによって形成される溶融相に、これと
隣接する固相部からＣや合金元素が移動して濃化するが
、この溶融相がアプセット時に押し出されるため、接合
部にはこれらの元素が少なくなり焼入性が低下する。ま
た鋼材成分に相応して生成したＡｌ、Ｓｉ、Ｍｎおよび
Ｃｒ等の各種酸化物が完全に排出されず、一部溶接面に
残留するため引張特性および靭性が劣化する。またアプ
セット時の圧着力により接合面に平行なメタルフローが
生成し、これも長手方向の靭性劣化の原因となる。この
ように溶接部の機械的性質は種々の原因により、劣化が
避けられない。

本発明は鋼材の成分を適切に組合わせることにより、従
来の溶接技術によっても、焼入焼戻温度および冷却速度
を制御することによって、強度および低温靭性に優れた
太径チェーンを低コストで製造する方法を提供するもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明ハＣ：　０．１５〜０．３５％、　　Ｓ　ｉ　：
　０．１５〜Ｏ，ＳＯ％、　Ｍｎ　：　１．００〜２．
Ｏ０％、Ｃｒ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．１０〜０．
６０％、酸可溶性ＡＩ！：０．０１０〜０．１００％の
範囲で含有し、かつ焼入性が下記（１）式を満足する組
成から成る棒鋼を熱間で曲げ加工を行ない、溶接により
整環した後、９００℃〜１１００℃に加熱後３℃／ｓ以
上の速度で冷却し、引き続き５５０℃〜７００　’ｃに
加熱後０．１℃／ｓ以上の速度で冷却することを特徴と
する低温靭性に優れた太径、高強度チェーンの製造方法
にある。

Ｄｉ≧０．０３５Ｄ＋０．３５　　　　　　・・・（１
）但しＤｉ＝鋼材の焼入性（ｉｎ；）、　　Ｄ　：棒鋼
の直径（１寵） 〔作　用〕 次に本発明の条件を定めた理由について述べる。

（１）Ｃは低コストで鋼の焼入性を高める最良の元素で
あるが、含有量が０．１５％未満では所定の強度が得ら
れず、一方０．３５％を超えると焼入時に割れが発生し
たりフランシュバット溶接接合部の靭性劣化を招くため
上限を０．３５％とした。

（２）Ｓｉは強化元素として使用すると同時に、脱酸元
素として使用するもので０．１５％未満では、両効果が
期待出来ない。また強化および脱酸作用は０．５０％で
十分であり、０．５０％を超えるとシリケート系介在物
の増加により靭性および延性の低下を招くため上限を０
．５０％とした。

（３１Ｍｎは靭性劣化の少ない焼入性向上元素として使
用するものであるが、１％未満では十分な焼入効果が得
られず強度の確保が困難であり、また２、０％を超える
と焼割れが発生するようになるため上限を２．０％とし
た。

（４１Ｃｒは溶鋼中のＣの活量を低下させフラッシュバ
ット溶接時の脱炭を少なくするのに有効な元素であるが
、一方酸化物を形成しやすく、これが接合面に残留して
靭性を低下させる主要な原因となるため上限はＯ，ＳＯ
％とした。またＣｒを使用しな（てもＣ，Ｍｎ等の組み
合わせにより、所要の溶接部材質が得られるため下限は
０％とした。

（５）Ｍｏはフラッシュバット溶接時に減少する割合が
極めて少ない元素の一つで、溶接部の焼入性を確保する
ために使用する。さらにチェーンの焼戻処理時においｔ
軟化抵抗が大となるため、高温焼戻が可能となり靭延性
を向上させる。氷海域におけるチェーンの到達温度は一
６０℃であり、当該温度で所定の衝撃値を得るためには
０．１０％以上必要であり、また０、６０％を超えると
前記効果が飽和し、コスト増を招くためＭＯの必要量は
０．１０〜０．６０％とした。

（６）酸可溶性ＡＪはチェーンの焼入時においてオース
テナイト結晶粒の粗大化を防止し、熱処理後の組織を微
細化するため靭性を向上させる作用を有する。この効果
を得るためには０．０１０％以上の含有量が必要であり
また０、　１００％を超えるとアルミナ系の介在物が増
加し、′靭性の劣化を招くため上限を０．１００％とし
た。

ｆ７ＪＤｉ値をＤｉ≧０．０３５　Ｄ　＋　０．３５と
したのは次の理由による。溶接をしない基地部の強度お
よび低温靭性はもっと小さいＤｉの鋼材でも十分要求値
を満足出来る。しかしフラッシュバット溶接部はＣおよ
び合金元素の固相から液相への再配分により、これら元
素が低減するため焼入性は大幅に低下する。これを改善
するには、あらかじめ鋼材の成分を高めておく必要があ
り、数多くの実験によって本式を見出したため、このよ
うに規制した。

（８）　　焼入温度を９００℃〜１１００℃としたのは
、９００℃未満では保定時間の短い連続熱処理によって
は、十分にオーステナイト化されず、強度および靭性不
足になるためである。また加熱温度を高くする程、溶接
によって低減した合金元素の拡散が促進され、溶接部の
材質が改善されるが１１００℃を超えるとオーステナイ
ト結晶粒度が粗大化し、特に低温靭性が劣化するためで
ある。

さらに焼入後の冷却速度を３℃／ｓｅｃ以上としたのは
、直径が本発明の対象とするような太径のチェーンの場
合でも２／３Ｒ（Ｒ：チェーン材の半径）まで十分に焼
きが入るようにするためである。

（９）焼戻温度を５５０　’Ｃ〜７００℃としたのは、
５５０℃未満では強度が高くなりすぎ、所定の低温靭性
が得られず、また７００℃を超えると再度オーステナイ
ト化して焼入効果が消失するためである。また焼戻後は
脆化を回避するため、通常４”Ｃ／　ｓ程度の速い冷却
速度（水冷速度に相当）で冷却されるが、本発明鋼の場
合は、太径材の空冷速度に相当する０、　１℃／ｓでも
脆化が回避出来るため、焼戻後の冷却速度はＯ，１℃／
ｓ以上とした。

第１図は本発明による製造工程を示したブロック図であ
り、第２図は焼入れ、焼戻しを連続化した製造装置の一
例を示す説明図である。１は連続焼入炉、２は連続焼戻
炉、３は連続的に製鎖されたチェーンを示す。４は第１
冷却槽、５は第２冷却槽を示す。なお、！！！鎖のため
の溶接は特に限定されるものではないが、フラッシュバ
ット方式が一般的である。

〔実施例〕

次に実施例により本発明を説明する。

第１表に転炉で出趨１し、試験に用いた本発明鋼および
比較材としてのＪＩＳ３種チェーン用ＫＳＢＣ７０１Ｆ
ｉｌの化学成分と、あわせて従来技術の一例である特公
昭５１−２４９６７号公報にて開示されている鋼の化学
組成（化学組成は実施例から引用した）も記載した。本
発明鋼は氷海域用チェーンへの適用を目的としたもので
あるが、これを３種チェーン用鋼と比較するとＣｒ、Ｍ
ｏの両元素が増加している。しかし同じ氷海域用チェー
ンへの適用を目的とした特公昭５１−２４９６７鋼に比
較して本発明鋼は、Ｃｒを著しく低くし、若干のＭｏを
使用している点に特徴がある。また本発明鋼には、通常
行なわれているように、さらに強度および靭性向上を目
的として、炭窒化物形成元素であるＶｓＴｉおよびＮｂ
等を添加してもよい。

次に本発明鋼１および２により直径７８−ｍおよび１２
０龍の棒鋼を熱間圧延により製造した。３種チェーン用
鋼は同様に７８１−サイズに圧延した。

これを１メートルずつの長さに切断してガス加熱炉で、
９５０℃で４５分間加熱した後、直ちに円環状に曲げ加
工を行ない両端部をフラッシュバット溶接により接合し
、環状（リンク）にした。この中に変形防止のためにス
タッドをはめて整環し、これを連結して製造したチェー
ン、１５０メートルを第２表に示すような条件で、第２
図に示すような縦型の連続熱処理炉により、焼入焼戻処
理を行なった。これに対して特公昭５１−２４９６７鋼
は、発明の詳細な説明によると、熱処理は焼入まま（水
冷、油冷）および焼ならしく空冷）処理が行なわれてい
るので、そのように処理した。

次に熱処理後のチェーンリンクの２／３　Ｒ（Ｒ：リン
ク材の半径）の位置から、ＪＩＳ１４Ａ号引張試験片お
よびＪＩＳＪ号衝撃試験片を採取し、材質特性を調査し
た。第３表に調査結果を示す。

本発明鋼１を用いて本発明の方法により製造したＡおよ
びＢの場合は、焼入は平均温度７０　”Ｃの温水による
湯冷を行っているため、本発明の他の方法、平均温度２
５℃の水による水焼入により製造したリンクＣに比較し
て、強度は若干低下しているが、衝撃値と共に要求値を
十分満足している。

なおＣの方法で製造したリンクは、十分に焼入されてい
るため強度と共に靭性も、最も良好な値を示している。

ＤおよびＥは本発明ｆｉｌｌを用いているが、Ｄは焼入
後空冷（０，３℃／ｓ）した場合であり、このため十分
に焼きが入らす引張強度は所定の値が得られず、また衝
撃値も低い。Ｅは焼戻温度が高すぎる場合で、一部再固
溶したオーステナイトがその後の急冷によって、マルテ
ンサイトＭｉ織に変化したため、強度は高くなるがシャ
ルピー衝撃値は要求値を満足できない。Ｆは本発明鋼２
から製造した１　２０　ａｍ棒鋼を、本発明の方法によ
り製造した場合であり、強度および衝撃値共要求値を満
足できる。これに対して現行の３種チェーン用ＫＳＢＣ
７０鋼ではＨ条件により、引張特性および母材部の靭性
は要求値を満足出来るが、溶接接合部の衝撃値が低く要
求値を満足できない。

特公昭５１−２４９６７′ｇＩは発明の詳細な説明によ
れば、加熱後水冷または油冷によって３０ｍ■サ　−イ
ズでは強度および絞り率は、氷海域用チェーンの要求値
を満足出来るが、伸び率は十分でなく、また−６０℃に
おける母材部衝撃値は、氷；１σ域用チエーンの要求値
を満足できるが、チェーンに重要な溶接接合部の衝撃特
性の記載がないため不明であり、前述したようにサイズ
が太くなると強度および靭性（特に溶接接合部の靭性）
が低下することから、当該鋼をそのまま氷海域用チェー
ンへ適用出来ないものと予想される。

〔発明の効果〕

以上のように本発明はこれまで製造出来なかった、太径
で高強度高靭性が要求される氷海域用チェーンを低コス
トで製造する方法を提供するものであり、その効果は極
めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による製造工程を示すプロ・７り図、第
２図は焼入れ、焼戻しを連続化した製造装置の一例を示
す説明図、第３図は実施例において示した試験片の採取
位置を示す説明図である。 第２図 ９：溶接接合部　　１ｏ：引張試１験片（ＪＩＳ１４Ａ
号）１１：衝撃試験片（ＪＩＳ４号） 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃ：０．１５〜０．３５重量％ Ｓｉ：０．１５〜０．５０重量％ Ｍｎ：１．００〜２．００重量％ Ｃｒ：０．５０重量％以下 Ｍｏ：０．１０〜０．６０重量％ 酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．１００重量％の範囲で
   含有し、かつ焼入性が下記（１）式を満足する組成から
   成る棒鋼を、熱間で曲げ加工を行ない、溶接により整環
   した後、９００℃〜１１００℃に加熱後３℃／ｓ以上の
   速度で冷却し、引き続き５５０℃〜７００℃に加熱後０
   ．１℃／ｓ以上の速度で冷却して製造することを特徴と
   する低温靭性に優れた太径、高強度チェーンの製造方法
   。 Ｄｉ≧０．０３５Ｄ＋０．３５・・・（１）但しＤｉ：
   鋼材の焼入性（ｉｎ．）、Ｄ：棒鋼の直径（ｍｍ）