JPWO2011114896A1 - スチームインジェクション用継目無鋼管及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施の形態によるスチームインジェクション用継目無鋼管は、以下の化学組成を有する。以降、元素に関する%は質量%を意味する。
炭素(C)は、鋼の強度を向上する。しかしながら、Cが過剰に含有されると、靭性が低下し、溶接性が低下する。そのため、C含有量は0.03〜0.08%である。好ましいC含有量の下限は0.04%である。好ましいC含有量の上限は0.06%である。
珪素(Si)は、鋼を脱酸する。しかしながら、Siが過剰に含有されると、鋼の靭性が低下する。特に、溶接熱影響部の靭性が低下し、溶接性が低下する。したがって、Si含有量は0.05〜0.5%である。好ましいSi含有量の上限は0.3%であり、さらに好ましくは0.15%である。
マンガン(Mn)は鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を向上する。Mnはさらに、鋼の靭性を向上する。しかしながら、Mnが過剰に含有されると、耐HIC(Hydrogen Induced Cracking:水素誘起割れ)性が低下する。したがって、Mn含有量は1.5〜3.0%である。好ましいMn含有量の下限は1.8%であり、より好ましくは2.0%であり、さらに好ましくは2.1%である。
モリブデン(Mo)は鋼の高温強度を向上する。具体的には、Moは鋼に固溶し、鋼の焼入れ性を向上する。焼入れ性の向上により、鋼の高温強度が向上する。Moはさらに、微細な炭化物を形成し、鋼の高温強度を向上する。Moはさらに、鋼に固溶して焼戻し軟化抵抗を高める。しかしながら、Moが過剰に含有されれば、溶接性が低下する。より具体的には、溶接熱影響部の靭性が低下する。したがって、Mo含有量は、0.4%よりも大きく、1.2%以下である。Mo含有量の好ましい下限は0.5%であり、さらに好ましくは0.6%である。
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。しかしながら、Alが過剰に含有されると、Alはクラスター状の介在物を生成し、鋼の靭性を低下する。Alが過剰に含有されるとさらに、管端にベベル面を加工するとき、表面欠陥が発生しやすい。したがって、Al含有量は0.005〜0.100%である。Al含有量の好ましい上限は0.050%であり、さらに好ましくは、0.030%である。Al含有量の好ましい下限は0.010%である。本発明におけるAl含有量は、酸可溶Al(いわゆるSol.Al)の含有量を意味する。
カルシウム(Ca)は、Sと結合してCaSを形成する。CaSの生成によりSは固定される。そのため、鋼の靭性及び耐食性が向上する。カルシウムはさらに、鋳込み時に連続鋳造装置のノズルが詰まるのを抑制する。一方、Caが過剰に含有されれば、Caはクラスター状の介在物を生成しやすく、耐HIC性が低下する。したがって、Ca含有量は0.001〜0.005%である。
窒素(N)は鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を向上する。一方、Nが過剰に含有されれば、鋼の靭性が低下する。したがって、N含有量は0.002〜0.015%である。
燐(P)は、不純物である。Pは、鋼の靭性を低下する。したがって、P含有量は少ない方が好ましい。P含有量は0.03%以下である。
硫黄(S)は、不純物である。Sは、鋼の靭性を低下する。したがって、S含有量は少ない方が好ましい。S含有量は0.01%以下である。
銅(Cu)は耐HIC性を向上する。具体的には、Cuは、鋼中に水素が侵入するのを抑制し、HICの発生及び伝搬を抑制する。Cuが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。好ましいCu含有量は、0.02%以上である。一方、Cuが過剰に含有されれば、上記効果が飽和する。したがって、Cu含有量は1.5%以下である。
クロム(Cr)は選択元素である。Crは鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を向上する。Crが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。好ましいCr含有量は、0.02%以上であり、より好ましくは0.1%以上であり、さらに好ましくは、0.2%以上である。一方、Crが過剰に含有されると、鋼の靭性が低下する。したがって、Cr含有量は1.0%以下である。
ニオブ(Nb)は選択元素である。Nbは、炭窒化物を形成して、鋼の結晶粒を微細化する。そのため、Nbは、鋼の強度及び靭性を向上する。Nbが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。好ましいNb含有量は、0.003%以上である。一方、Nbが過剰に含有されれば、上記効果は飽和する。したがって、Nb含有量は0.1%以下である。
チタン(Ti)は選択元素である。Tiは、連続鋳造時において、鋳片の表面欠陥の発生を抑制する。Tiはさらに、炭窒化物を生成して、鋼の結晶粒を微細化する。そのため、Tiは鋼の強度及び靭性を向上する。Tiが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。好ましいTi含有量は、0.003%以上である。一方、Tiが過剰に含有されれば、上記効果は飽和する。したがって、Ti含有量は0.1%以下である。
ニッケル(Ni)は選択元素である。Niは鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度及び靭性を向上する。Niが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。好ましいNi含有量は0.02%以上である。一方、Niが過剰に含有されれば、上記効果は飽和する。したがって、Ni含有量は1.0%以下である。
バナジウム(V)は選択元素である。Vは、炭窒化物を生成して、鋼の結晶粒を微細化する。そのため、Vは、鋼の強度及び靭性を向上する。Vが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。好ましいV含有量は、0.003%以上である。一方、Vが過剰に含有されれば、鋼の靭性が低下する。したがって、V含有量は0.2%以下である。
本実施の形態による継目無鋼管は、熱間加工後に加速冷却される。継目無鋼管はさらに、加速冷却後に焼入れ及び焼戻しされる。上述の工程により製造された継目無鋼管の350℃における降伏応力は600MPa以上である。継目無鋼管はさらに、結晶粒が微細化された組織を有するため、高い靭性を有する。したがって、Mo含有量が高いにもかかわらず、鋼の溶接性の低下が抑制される。以下、本実施の形態による継目無鋼管の製造方法を詳述する。
図1は、本実施の形態によるスチームインジェクション用継目無鋼管の製造ラインの一例を示すブロック図である。図1を参照して、製造ラインは、加熱炉1と、穿孔機2と、延伸圧延機3と、定径圧延機4と、補熱炉5と、水冷装置6と、焼入れ装置7と、焼戻し装置8とを備える。各装置間には、複数の搬送ローラ10が配置される。図1では、焼入れ装置7及び焼戻し装置8が製造ラインに含まれている。しかしながら、焼入れ装置7及び焼戻し装置8は、製造ラインから離れて配置されていてもよい。要するに、焼入れ装置7及び焼戻し装置8はオフラインに配置されていてもよい。
図2は、本実施の形態による継目無鋼管の製造工程を示すフロー図であり、図3は、製造中の圧延素材(丸ビレット、素管及び継目無鋼管)の時間に対する表面温度の変化を示す図である。
初めに、丸ビレットを加熱炉1で加熱する。好ましい加熱温度は1050℃〜1300℃である。この温度範囲で丸ビレットを加熱すれば、穿孔圧延時の丸ビレットの熱間加工性は良好であり、表面疵の発生が抑制される。また、この加熱温度範囲で丸ビレットを加熱すれば、結晶粒の粗大化が抑制される。加熱炉1はたとえば、周知のウォーキングビーム炉やロータリー炉である。
丸ビレットを加熱炉1から出す。そして、加熱された丸ビレットを穿孔機2により穿孔圧延する。穿孔機2は周知の構成を有する。具体的には、穿孔機2は、一対の傾斜ロールと、プラグとを備える。プラグは、傾斜ロール間に配置される。好ましい穿孔機2は交叉型の穿孔機である。高い拡管率での穿孔が可能だからである。
次に、素管を圧延する。具体的には、素管を延伸圧延機3により延伸圧延する。延伸圧延機3は直列に配列された複数のロールスタンドを含む。延伸圧延機3はたとえば、マンドレルミルである。続いて、延伸圧延された素管を、定径圧延機4により定径圧延して、継目無鋼管を製造する。定径圧延機4は、直列に配列された複数のロールスタンドを含む。定径圧延機4はたとえば、サイザやストレッチレデューサである。
再加熱工程(S4)は、必要に応じて実施される。要するに、再加熱工程を実施しなくてもよい。再加熱工程を実施しない場合、図2において、ステップS3からステップS5に進む。また、再加熱工程を実施しない場合、図1において、補熱炉5は配置されなくてもよい。
ステップS3で製造された継目無鋼管、又は、ステップS4で再加熱された継目無鋼管を水冷装置6により水冷(加速冷却)する。水冷直前の継目無鋼管の表面温度は仕上げ温度又は補熱炉での加熱温度と実質的に同じである。つまり、水冷直前の継目無鋼管の表面温度は、A3点以上であり、好ましくは900℃以上、さらに好ましくは950℃以上である。
水冷装置6により水冷された継目無鋼管を焼入れする。好ましい焼入れ温度はAc3点よりも高く1000℃以下である。継目無鋼管を上記焼入れ温度に加熱すると、継目無鋼管の組織は、ベイナイトから微細なオーステナイト組織に変態する。つまり、逆変態が起こる。このとき、結晶粒が微細化される。つまり、ステップS5で加速冷却が実施されることにより、焼入れ工程において結晶粒の微細化を促進できる。
焼入れされた鋼管を、焼戻しする。焼戻し温度は、Ac1点以下であり、所望の力学特性に基づいて調整される。焼戻し処理により、本発明の継目無鋼管の350℃における降伏応力を600MPa以上にすることができる。焼戻し温度のばらつきは、好ましくは±10℃であり、さらに好ましくは±5℃である。焼戻し温度のばらつきが小さければ、所望の力学特性が得られやすい。
製造された各継目無鋼管の肉厚中央部からASTM A370に準拠した複数の引張り試験片を採取した。そして、引張り試験片を用いて、ASTM E21に準拠した引張り試験を常温(23℃)〜360℃の温度範囲で実施した。より具体的には、各試験番号において、23℃、100℃、200℃、300℃、350℃(鋼番号3のみ)、360℃(鋼番号1及び2のみ)の各温度で2つの引張試験片を使用して引張試験を実施した。試験結果に基づいて、降伏応力及び引張強さを求めた。本実施例では、降伏応力を0.5%全伸び法により求めた。
表2は、各鋼番号の継目無鋼管の降伏応力及び引張強さを示す。図4は、鋼番号1の継目無鋼管の引張試験温度と降伏応力及び引張強さとの関係を示す。図5は、鋼番号2の継目無鋼管の引張試験温度と降伏応力及び引張強さとの関係を示す。図6は、鋼番号3の継目無鋼管の引張試験温度と降伏応力及び引張強さとの関係を示す。図4〜図6中の記号「◆」は降伏応力を示す。記号「■」は引張強さを示す。
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.03〜0.08%、
Si:0.05〜0.5%、
Mn:1.5〜3.0%、
Mo:0.4超〜1.2%、
Al:0.005〜0.100%、
Ca:0.001〜0.005%、
N:0.002〜0.015%、
P:0.03%以下、
S:0.01%以下、
Cu:1.5%以下、
を含有し、残部はFe及び不純物からなる化学組成を有し、
熱間加工された後、水冷され、さらに、焼入れ及び焼戻しされて製造される、スチームインジェクション用継目無鋼管。 - 請求項1に記載の継目無鋼管であって、
前記化学組成は、前記Feの一部に換えて、
Cr:1.0%以下、
Nb:0.1%以下、
Ti:0.1%以下、
Ni:1.0%以下、
V:0.2%以下、
からなる群から選択された1種又は2種以上を含有する、継目無鋼管。 - 請求項1に記載の継目無鋼管であって、
350℃において、600MPa以上の降伏応力を有する、継目無鋼管。 - 請求項2に記載の継目無鋼管であって、
350℃において、600MPa以上の降伏応力を有する、継目無鋼管。 - 質量%で、
C:0.03〜0.08%、
Si:0.05〜0.5%、
Mn:1.5〜3.0%、
Mo:0.4超〜1.2%、
Al:0.005〜0.100%、
Ca:0.001〜0.005%、
N:0.002〜0.015%、
P:0.03%以下、
S:0.01%以下、
Cu:1.5%以下、
を含有し、残部はFe及び不純物からなる化学組成を有する丸ビレットを加熱する工程と、
加熱された前記丸ビレットを穿孔して素管を製造する工程と、
前記素管を圧延して継目無鋼管を製造する工程と、
圧延後の前記継目無鋼管を水冷する工程と、
水冷された前記継目無鋼管を焼入れする工程と、
焼入れされた前記継目無鋼管を焼戻しする工程とを備える、スチームインジェクション用継目無鋼管の製造方法。 - 請求項5に記載の継目無鋼管の製造方法であって、
前記丸ビレットの化学組成は、前記Feの一部に換えて、
Cr:1.0%以下、
Nb:0.1%以下、
Ti:0.1%以下、
Ni:1.0%以下、
V:0.2%以下、
からなる群から選択された1種又は2種以上を含有する、継目無鋼管の製造方法。
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