JPS6367526B2

JPS6367526B2 -

Info

Publication number: JPS6367526B2
Application number: JP10429083A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Taira; Junichiro Takehara; Kazuyoshi Ume
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1983-06-13
Filing date: 1983-06-13
Publication date: 1988-12-26
Also published as: JPS59232226A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、耐食性および靭性に優れたクラツ
ド曲り管の製造方法に関するものである。石油や天然ガス用輸送管の使用条件は、近年
益々苛酷になりつつある。例えば、硫化水素分や
炭酸ガス分を多く含んだガスをパイプラインによ
つて輸送する場合、安定操業、公害問題、安全性
等の面から、このような使用条件に充分耐える耐
食性、靭性および強度、その他パイプライン用輸
送管として具備すべき特性を兼ね備えた鋼管に対
する要望が高まつている。このような要望から、輸送管の材料は、従来か
ら用いられていた炭素鋼や低合金鋼の代りに高合
金鋼を用いる傾向にあるが、高合金鋼のみで鋼管
を製造すると経済的に不利となる。そこで、比較的安価な炭素鋼や低合金鋼の母材
板を外側とし、高価なステンレス鋼等の高耐食鋼
のクラツド材板を内側とするクラツド鋼管が開発
され、一部試験的に使用されている。上述した要望は直管に限らず曲り管にもあては
まり、耐食性および靭性に優れたクラツド曲り管
が望まれている。低炭素鋼や低合金鋼の曲り管は、後述する如
く、通常、直管を連続的に押し進めながら、直管
を高周波加熱コイルによつて加熱し、直管に曲げ
加工を施こすことによつて製造しており、比較的
強度レベルが高いものは、加熱直後に水冷する、
所謂Ｑベンド方式が採られている。このＱベンド
方式において、Ｑベンド後は組織を安定化させて
所要の性質を得るために、通常Ac₁以下の温度で
焼戻し処理が施こされる。この焼戻し処理時間
は、一般的には、炉内で板厚インチ当り30分程度
である。ところで、クラツド鋼管を上述した、Ｑベンド
と焼戻し処理によつて製造する場合、たとえＱの
温度を高くして溶体化処理の用をさせても、その
後の焼戻しによつて、クラツド材板の鋼組織に
Cr炭化物が再析出したり、シグマ相が出たりし
てクラツド材板の耐食性が劣化することが予想さ
れる。一方、焼戻し処理を省いて高温Ｑベンドままに
すると、クラツド材板の方は溶体化処理が施こさ
れて耐食性の面で好都合であるが、母材板は焼入
れままの如き熱履歴を受けることになるので、組
織的に硬くなり、靭性が劣化するといつた問題が
生じる。この発明は、上述のような観点から、クラツド
材板の耐食性の向上が図れるとともに、母材板の
靭性の向上が図れるクラツド曲り管の製造方法を
提供するものであつて、クラツド材板として高耐食鋼を用い、母材板と
して、Ｃ：0.002〜0.05％、 Si：0.05〜0.8％、 Mn：0.8〜2.2％、 Nb：0.1％以下、 Al：0.01〜0.08％、Ｎ：0.002〜0.01％、残り鉄および不可避不純物、さらに、必要に応じて、上記成分に、 Cu：1.0％以下、 Ni：3.0％以下、 Cr：1.0％以下、 Mo：0.8％以下、Ｖ：0.1％以下、 Ti：0.1％以下、Ｂ：0.003％以下、 Ca：0.01％以下の１種または２種以上を含有した鋼を用いてなる
クラツド鋼管に、900〜1150℃の温度で溶体化処
理を施こしながら曲げ加工を施こすことに特徴を
有する。前記溶体化処理とは、JISG0201で規定されて
いるように、高温に所定時間保持してCrその他
の元素の炭化物、窒化物等を固溶させた後、これ
らの析出物が再析出しない程度の冷却速度で急冷
する処理を云う。従つて、以下の説明では安全性
を見込んで、水冷により急冷した例のみを挙げて
いるが、前記析出物（主にCr炭化物）が冷却途
上で析出するのを防止しうる冷却速度は、高耐食
材料の種類によつて異なること、また同一冷却条
件下において冷却してもクラツド鋼管の肉厚等に
よつて冷却速度は異なることから、溶体化処理に
おける急冷は必らずしも水冷のみに限定されるも
のではないことは云うまでもない。溶体化処理を施こしながら曲げ加工を施こす方
法の一例について第１図を参照しながら説明す
る。処理前のクラツド鋼管１は、その一端が支点
０を中心として旋回自在なアーム３に取り付けら
れたクランプ４によつて把持されている。クラツ
ド鋼管１をガイドローラ２を介して押し進める
と、クラツド鋼管１は、旋回前のアーム３の後方
に設けられた高周波加熱コイル５によつて部分的
に溶体化処理温度に加熱される。このように加熱
されたクラツド鋼管１は、高周波加熱コイル５の
直後に設けられたスプレーノズル６からの冷却水
によつて加熱された直後に冷却され焼入れ処理が
施こされる。このときにクラツド鋼管１を押し進
めると、溶体化処理温度に加熱された変形抵抗の
小さい部分に曲げ加工が施こされ、必然的に焼入
れままのクラツド曲り管１′が製造される。これらの工程は、上述のように連続的に行うこ
とが望ましいが、必らずしも連続的に行う必要は
ない。この発明は、次の２つの事項が基本になつてな
されたものである。耐食性は、環境条件に応じて選択した、オー
ステナイト系ステンレス、２相系ステンレス、
フエライト系ステンレス、インコネル等の高
Ni合金等をクラツド材板とするクラツド鋼管
に、溶体化処理を施こしながら曲げ加工を施こ
すことによつて得られる。クラツド鋼管を溶体化処理することによつ
て、母材板として用いた炭素鋼や低合金鋼も同
じ熱履歴、即ち、高温から急冷される熱履歴を
受けるのであるが、前記炭素鋼や低合金鋼のＣ
量を低下させ、必要によつて他元素を増加ある
いは添加すれば、クラツド材板に適正な靭性と
強度を附与することができる。上記事項については、例えば、JIS G4304、
JIS G4902に溶体化温度が決められているよう
に、溶体化処理を施こすこと自体は公知である。上記について説明する。第２図は、Ｃ−
0.25Si−1.35Mn−0.02Nb−0.04Vを含有した20t
鋼材を用い、これに溶体化処理温度に相当する
1050℃から水冷した場合の、水冷したままのTS
（引張強さ）及びvTrs（破面遷移温度）に及ぼす
Ｃの影響を示した図である。第２図から明らから
ように、Ｃ量が少なくなるにしたがつて靭性が向
上し、反面、強度は低下することがわかる。これ
はＣ量を下げることによつて鋼の焼入性が低下し
て微細なベイナイトとフエライトとの混合組織に
なるからである。即ち、Ｃ：0.08〜0.15％とＣ量
が比較的高い従来鋼では硬化組織となり、靭性が
劣化するのに対して、Ｃ量を低減させた鋼では、
強度は低下するが靭性は向上する。この発明は、Ｃ量は低減させることによつて強
度が低下する分を、要求強度に応じて他元素で補
すことを基本としてなされたものである。第３図
は、厚さ20mmの鋼板を前述の高耐食鋼の溶体化処
理温度である1000〜1100℃から水冷した場合の、
焼入れままTSおよびvTrsに及ぼす炭素当量
（Ceq＝Ｃ＋Mn／６＋（Cu＋Ni）／15＋（Cr＋Mo
＋Ｖ）／５）の影響を示したものである。TS及
びvTrsは、Ceqと実質的に一定の関係があること
がわかる。また、上記Ceqには関与していないＢ
を添加した鋼についても上記関係が成立つている
ことがわかる。すなわち、Ｃを低下することによ
つて強度が低下した分をMnの増加あるいはCr、
Mo、Ｖなどの添加によつて補い、所定のCeqを
確保すれば目的とする強度と靭性が得られる。例
えば、TS58（Kg／mm²）（API規格X70）とする
には、Ceq0.265とし、vTrs60℃とするには、
Ceq0.36（好ましくはCeq0.33）とする如くで
ある。このようなことから、クラツド曲り管において
も、母材板として低炭素鋼を用いれば、溶体化処
理を施こしながら曲げ加工を施こすことによつて
良好な強度および靭性を有するクラツド曲り管の
製造が行なえることがわかる。第４図は、0.04％Ｃ−0.25％Si−1.55％Mn−P〓
−0.002％Ｓ−0.28Cu−1.10％Ni−0.035％Nb−
0.004％Ｎ系の厚さ15mmの鋼板を1010℃の温度に
40秒間保持し、この後40〜50℃／secの冷却速度
で水冷した場合（焼戻し処理なし）のTSおよび
vTrsに及ぼすＰ量の影響を示した図である。第
４図から明らかなように、Ｃ量が少ないので水冷
ままでも優れた靭性を示すが、Ｐ量を0.008％以
下に抑えることによつて靭性は更に向上すること
がわかる。これは、Ｐ量が少なくなることによつ
て鋼の焼入れ性が低下し、かつ固溶強化分も減少
するからであると考えられる。即ち、高温から急
冷したままの靭性を更に改善させる意味で、Ｐの
添加量は0.008％以下に抑えることが好ましい。
下限は不純物として含まれる0.0001％とする。以上の事項を考慮して、この発明における母材
板の基本成分の限定理由について説明する。Ｃは、第３図に示す如く、その含有量が0.05％
を越えると急冷ままで従来レベルのvTrs＞−60
℃を改善することができないので、上限を0.05％
とした。一方、Ｃ量が低減すればするほど強度が
出にくいが、靭性を改善するには少ない方が良
く、必要最小限の強度と靭性を得るＣ量は0.002
％である。従つて、この発明ではＣの含有割合を
0.002〜0.05％とした。 Siは、0.05％未満では脱酸効果がなく、一方、
0.8％を越えると靭性に悪影響を及ぼす。従つて、
この発明ではSiの含有割合を0.05〜0.8％に限定し
た。 Mnは、0.8％未満ではＣ量を低減したときの強
度補償の作用をなさず、第３図に示されるように
靭性上の考慮（Ceq0.36）をすると上限は2.2％
となる。従つて、この発明ではMnの含有割合を
0.8〜2.2％に限定した。 Nbは、制御圧延による熱処理前の組織を細粒
化する作用を有するだけでなく、溶体化温度に加
熱の際に、オーステナイト粒の粗大化を防止する
作用、すなわち、Nb（CN）として母材に微細に
均一分散させる作用を有する。このような観点か
ら添加する必要があるが、0.1％を越えて添加す
ると鋼塊に表面疵が生じる。従つて、この発明で
は、Nbの含有割合を0.1％以下に限定した。 Alは、脱酸剤として有効な元素であり、また、
AlNとして溶体化処理時のオーステナイト結晶
粒の粗大化を防止する効果があることから、少な
くとも0.01％以上添加する必要があり、一方、
0.08％を越えると鋼塊に表面疵が発生する。従つ
て、この発明ではAlの含有割合を0.01〜0.08％に
限定した。Ｎは、AlNとして溶体化処理温度でのオース
テナイト粒粗大化防止のために少なくとも0.002
％は必要であり、一方、0.01％を越えると靭性が
低下する。従つて、この発明ではＮの含有割合を
0.002〜0.01％に限定した。この発明における母材板の基本成分の限定理由
は以上であるが、上記基本成分に必要に応じて更
に含有させるCu、Ni、Cr、Mo、Ｖ、Ti、Ｂ、
の限定理由について説明する。 Cuは、強度を増加させるとともに耐水素誘起
割れを向上させる作用をなすが、1.0％を越える
と熱間加工性が悪くなる。従つて、1.0％以下と
した。 Niは、強度、靭性ともに向上させるに有効な
元素であり、しかもCu疵を防止する作用もある
が、3.0％を越えると溶接時の高温割れの可能性
が増し、かつ高価な金属である。従つて、3.0％
以下とした。 Crは、強度上昇に有効であるが、多すぎると
靭性や溶接性を悪化させるため、上限を1.0％と
した。 Moは、鋼の強度上昇および組織のベイナイト
化に寄与するが、多すぎると却つて靭性或いは溶
接性を損なう。従つて、上限を0.8％とした。Ｖは、鋼の強度を確保するうえで重要な元素で
あるが、多すぎると靭性に悪影響を及ぼす。この
ために上限を0.1％とした。特に、溶接管の場合、
高温焼入れ後の溶接金属の靭性を確保する点から
少ないほど好ましい。 Tiは、Nbと同様に熱処理前の組織の微細化す
る作用を有するとともに、Ｂを添加する場合、Ｂ
をＮから庇護する作用をなす。従つて、0.1％以
下とした。Ｂは、極低Ｃ領域での焼入性の低下（強度の低
下）を補うものであるが、0.003％を越えると靭
性が劣化する。従つて、0.003％以下とした。 Caは、耐水素誘起割れを改善する作用を有す
るが、0.01％を越えるとカルシウムオキシサルフ
アイド、カルシウムアルミネート等のクラスター
を形成し、耐水素誘起割れ性が劣化する。このた
めに上限を0.01％とした。次に、溶体化処理条件であるが、温度としては
Ac₃〜1150℃の温度範囲であれば良く、温度が低
いほど母材板の靭性面からは好ましい。しかし、
クラツド材板においては、例えば、JIS G4304に
示されるように最適溶体化温度範囲があり、その
意味で900〜1150℃の範囲とした。また、加熱速
度としては、通常の高周波加熱によるＱベンドの
場合、室温から上記温度までの加熱時間は１〜５
分程度なので、３〜15℃／sec（平均加熱速度）程
度が良い。保持時間は、高周波加熱によるＱベン
ドの場合30〜90秒程度が一般的であるが、必らず
しもこれに限定されない。しかし、保持時間は、
オーステナイト粒の粗大化防止の点から10分以内
が好ましい。冷却速度は、成分（焼入性）および
表面硬さ、強度、靭性のバランスによつて決まる
が、この発明における加熱温度の場合、10〜50
℃／sec程度が良い。高耐食鋼の溶体化処理にお
ける必要冷却速度もほぼ10℃／sec以上であるこ
とが知られているので、上記冷却速度範囲で冷却
すれば、クラツド材板の材料特性が良好となるだ
けでなく、高耐食鋼も十分な耐食性を発揮する。この発明によつて製造するクラツド曲り管は、
クラツド材板がオーステナイト系ステンレス、２
相系ステンレス、フエライト系ステンレス、イン
コネル等の高Ni合金からなり、母材板が前述し
た如き特定の組成からなる鋼であること以外何ら
限定を伴わないものであり、継目無しであつても
良いし、継目を有するものであつても良い。クラツド鋼板またはクラツド鋼管を製造するに
際して、現状では鋼板を異種金属板とを重ね合わ
せて圧延し、両金属板を相互に接合する技術が主
流をなしているが、この圧延工程で高耐食鋼には
Cr炭化物等が析出して耐食性の劣化を招く慮れ
がある。このために溶体化処理を施こす必要があ
る。この発明によれば、曲り管製造時に溶体化処
理を同時に施こすので、クラツド鋼板製造の段階
または、クラツド鋼板からクラツド鋼管を製造す
る段階で、溶体化処理を施こす必要はない。ま
た、継目を有するクラツド鋼管の場合には、溶接
部もクラツド曲り管製造時に同一の熱履歴を受け
るので、溶接部および溶接熱影響部の性質も同時
に改善される。次に、この発明の実施例について説明する。第１表に示される成分組成を有する母材板と、
クラツド材板とからなるクラツド鋼管１〜７に、
第１図に示した装置によつて、溶体化処理を施こ
しながら曲げ加工を施こした。このときの溶体化
処理条件は、溶体化温度950〜1100℃（No.１、３、
５は1020℃、No.２、４は1050℃、No.６は950℃、
No.７は1100℃）、保持時間40〜70秒、冷却速度25
〜50℃／secであつた。この後、クラツド曲り管
の外側から試験片を採取し、引張試験およびシヤ
ルピー試験を行つた。この結果を第１表に示す。
なお、引張試験は、第５図に示されるように、母
材板から切り取つた６mmφの丸棒試験片Ａについ
て行ない、シヤルピー試験は、第６図に示される
ように、母材板から切り取つた10×10mmの試験片
Ｂについて行なつた。

【表】

【表】第１表から明らかなように、本発明法によつて
製造したクラツド曲り管３〜７は、比較クラツド
曲り管１および２に比べて著しく靭性が優れてい
ることがわかる。以上説明したように、この発明の方法によれ
ば、耐食性に優れたクラツド材板と靭性に優れた
母材板とからなるクラツド曲り管を製造すること
ができるといつたきわめて有用な効果がもたらさ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、クラツド鋼管に曲げ加工を施こして
いる状態を示す平面図、第２図は、Ｃ量と、TS
およびvTrsとの関係を示す図、第３図は、Ceq
と、TSおよびvTrsとの関係を示す図、第４図
は、Ｐ量と、TSおよびvTrsとの関係を示す図、
第５図、第６図は、試験片の切り取り方法を示す
図である。図面において、１……クラツド鋼管、１′……クラツド曲り管、
２……ガイドローラ、３……アーム、４……クラ
ンプ、５……高周波加熱コイル、６……スプレー
ノズル。

Claims

【特許請求の範囲】１クラツド材板として高耐食鋼を用い、母材板
として、Ｃ：0.002〜0.05％、 Si：0.05〜0.8％、 Mn：0.8〜2.2％、 Nb：0.1％以下、 Al：0.01〜0.08％、Ｎ：0.002〜0.01％、残り鉄および不可避不純物を含有する鋼を用いてなるクラツド鋼管に、900
〜1150℃の温度で溶体化処理を施こしながら曲げ
加工を施こすことを特徴とする、耐食性および靭
性に優れたクラツド曲り管の製造方法。２クラツド材板として高耐食鋼を用い、母材板
として、Ｃ：0.002〜0.05％、 Si：0.05〜0.8％、 Mn：0.8〜2.2％、 Nb：0.1％以下、 Al：0.01〜0.08％、Ｎ：0.002〜0.01％、残り鉄および不可避不純物、および、 Cu：1.0％以下、 Ni：3.0％以下、 Cr：1.0％以下、 Mo：0.8％以下、Ｖ：0.1％以下、 Ti：0.1％以下、Ｂ：0.003％以下、 Ca：0.01％以下の１種または２種以上含有した鋼を用いてなるク
ラツド鋼管に、900〜1150℃の温度で溶体化処理
を施こしながら曲げ加工を施こすことを特徴とす
る、耐食性および靭性に優れたクラツド曲り管の
製造方法。