WO2018020972A1

WO2018020972A1 - 高強度継目無鋼管及びライザー

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Publication number: WO2018020972A1
Application number: PCT/JP2017/024739
Authority: WO
Inventors: 大江　太郎
Original assignee: 新日鐵住金株式会社
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2018-02-01
Also published as: JP6642715B2; AR109055A1; EP3492612A4; BR112018015533A2; MX2018011404A; EP3492612A1; JPWO2018020972A1

Abstract

溶接性を確保しつつ、高強度と低硬度とを安定して両立させることが可能な高強度継目無鋼管を提供する。高強度継目無鋼管は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１０～０．１８％、Ｓｉ：０．０３～１．０％、Ｍｎ：０．５～２．０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００８０％以下、Ｃｒ：０．１０～０．６０％、Ｍｏ：０．１０～０．４０％、Ｖ：０．０２～０．４０％、Ｔｉ：０．００４～０．０２０％、Ｂ：０．０００５～０．００５％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｎ：０．００８％以下、Ｃａ：０．０００４～０．００４０％、Ｃｕ：０．１～１．０％、Ｎｉ：０．２～１．０％、Ｎｂ：０～０．０５％、残部：Ｆｅ及び不純物であり、下記の式（１）を満たす。　Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．２８　式（１）　式（１）の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。

Description

高強度継目無鋼管及びライザー

　本発明は、高強度継目無鋼管及びそれを用いたライザーに関し、より詳しくは、ワークオーバーライザーに好適な高強度継目無鋼管及びそれを用いたライザーに関する。

　近年、陸上や浅海に位置する油田の石油・天然ガス資源は枯渇しつつあり、海底油田の開発が活発になっている。海底油田では、海底に設置された油井・天然ガス井の坑口から洋上のプラットフォームまで、フローラインやライザーと呼ばれる輸送用鋼管（ラインパイプ）を用いて原油・天然ガスを輸送する必要がある。

　フローラインとは、地上又は海底面の地勢に沿って敷設された輸送用鋼管である。ライザーとは、海底面から海上のプラットフォームまで立ち上がった輸送用鋼管である。深海に敷設されたフローラインやライザーは、深い地層圧が加わった高圧の流体から圧力を受ける。また、操業停止時には深海の海水圧の影響を受ける。ライザーは、さらに波浪による繰り返し歪の影響を受ける。そのため、フローラインやライザーには高い強度が要求され、肉厚３０ｍｍ以上の厚肉の鋼管が用いられる。

　ワークオーバーライザーは、海底油田開発における油井機器の試運転やテスト生産に使用される。ワークオーバーライザーは、テスト生産時に生産流体に接する可能性がある。そのため、ワークオーバーライザーには、高強度に加えて、耐サワー性が要求されることがある。

　ライザーやフローラインには現在、アメリカ石油協会（ＡＰＩ）規格Ｘ６０グレード（降伏強度４１５ＭＰａ以上）や同Ｘ６５グレード（降伏強度４５０ＭＰａ以上）の鋼管が用いられているが、同Ｘ８０グレード（降伏強度５５５ＭＰａ以上）の鋼管も開発されている。

　特許第４５０２０１０号公報には、肉厚の大きい継目無鋼管で高強度と安定した靱性と良好な耐食性を確保できるラインパイプ用継目無鋼管及びその製造方法が開示されている。同公報には実施例として、肉厚４０ｍｍで降伏強度が５５５ＭＰａ以上であり、かつ耐硫化物応力腐食割れ性（耐ＳＳＣ性）に優れたラインパイプ用鋼管が記載されている。

　特開２０１３－３２５８４号公報には、耐サワー性に優れた厚肉高強度継目無鋼管及びその製造方法が開示されている。同公報には実施例として、肉厚３０ｍｍで降伏強度が６００ＭＰａであり、かつ耐サワー性に優れた継目無鋼管が記載されている。

　特許第５５１６８３１号公報には、高強度及び優れた耐水素誘起割れ性（耐ＨＩＣ性）を有し、円周溶接された場合であっても、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の耐ＨＩＣ性に優れる、ラインパイプ用に好適な継目無鋼管が開示されている。同公報には実施例として、肉厚４０ｍｍで降伏強度が５５５ＭＰａ以上であり、かつ耐ＨＩＣ性に優れた継目無鋼管が記載されている。

　ラインパイプ用の高強度継目無鋼管は一般的に、焼入れ焼戻しの熱処理をされて製造される。厚肉材で高強度を得ようとする場合、炭素当量を高くして焼入れ性を高くすることが考えられる。しかし、炭素当量を高くすると溶接性が低下する。ラインパイプは、円周溶接して使用されるため、溶接性を確保する必要がある。そのため、ラインパイプ用鋼管は、溶接されることなく施工される油井管用鋼管と比較して低炭素当量に成分設計されており、焼入れ性が低い。

　ＩＳＯ１５１５６は、耐ＳＳＣ性が要求される炭素鋼ラインパイプの表層の硬度を２５０Ｈｖ以下に管理することを規定している。しかし、ラインパイプ用鋼管は上述のとおり焼入れ性が低いため、焼入れ時に冷却速度の小さい肉厚中央の硬度が高くなりにくく、冷却速度の大きい表層の硬度が相対的に高くなる。この硬度分布は焼戻し後も引き継がれる。その結果、特に厚肉の鋼管において、表層の硬度を低く管理することが困難である。

　特開２０１３－３２５８４号公報には、焼入れ後に表層の高硬度部を研削する方法、焼入れ前に表面脱炭させる方法、膜沸騰状態で焼入れする方法等が記載されている。しかしこれらの方法は、一般的な継目無鋼管の製造工程とは大きく異なるため、製造能率の低下が懸念される。

　特許第４５０２０１０号公報、及び特許第５５１６８３１号公報には、硬度管理のための具体的な手法は言及されていない。

　本発明の目的は、溶接性を確保しつつ、高強度と低硬度とを安定して両立させることが可能な高強度継目無鋼管及びライザーを提供することである。

　本発明の一実施形態による高強度継目無鋼管は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１０～０．１８％、Ｓｉ：０．０３～１．０％、Ｍｎ：０．５～２．０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００８０％以下、Ｃｒ：０．１０～０．６０％、Ｍｏ：０．１０～０．４０％、Ｖ：０．０２～０．４０％、Ｔｉ：０．００４～０．０２０％、Ｂ：０．０００５～０．００５％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｎ：０．００８％以下、Ｃａ：０．０００４～０．００４０％、Ｃｕ：０．１～１．０％、Ｎｉ：０．２～１．０％、Ｎｂ：０～０．０５％、残部：Ｆｅ及び不純物であり、下記の式（１）を満たす。
　Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．２８　　　式（１）
　式（１）の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。

　本発明によれば、溶接性を確保しつつ、高強度と低硬度とを安定して両立させることが可能な高強度継目無鋼管及びライザーが得られる。

図１は、ＨＡＺ硬さの測定位置を模式的に示す図である。図２は、鋼種１における、焼戻しパラメータＴＰと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。図３は、鋼種２における、焼戻しパラメータＴＰと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。図４は、鋼種３における、焼戻しパラメータＴＰと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。図５は、鋼種４における、焼戻しパラメータＴＰと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。図６は、鋼種５における、焼戻しパラメータＴＰと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。図７は、鋼種６における、焼戻しパラメータＴＰと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。図８は、鋼種７における、焼戻しパラメータＴＰと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。図９は、鋼種８における、焼戻しパラメータＴＰと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。図１０は、鋼種９における、焼戻しパラメータＴＰと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。図１１は、鋼種１０における、焼戻しパラメータＴＰと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。

　本発明者等は、溶接性を確保しつつ、高強度と低硬度との両立が可能な高強度継目無鋼管について検討した。その結果、以下の知見を得た。

　焼入れ性を高めるため、従来はラインパイプ用鋼材には適していないと考えられていた０．１０～０．１８％の炭素（Ｃ）を含有する鋼材を使用する。上記のＣ含有量であっても、以下の式で定義されるＰＣＭが０．２８以下であれば、実用上必要な溶接性が得られる。具体的には、ＰＣＭが０．２８以下であれば、予熱することなく溶接が可能である。
　ＰＣＭ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ
　上式の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。

　硼素（Ｂ）は、溶接性を顕著に悪化させるため、ラインパイプ用鋼材に積極的に含有させる元素ではないと考えられている。しかし、ＰＣＭ≦０．２８を満足する範囲でＢを適量含有させることで、鋼の焼入れ性を飛躍的に向上させることができる。また、焼入れ性を向上させる元素であり、かつ、ＰＣＭへの影響が比較的小さいＣｕ及びＮｉを所定量含有させることが有効である。これによって、厚肉の鋼管であっても肉厚中央まで焼入れ組織が得られ、高強度と低硬度との両立が可能になる。

　鋼管の焼入れ性を向上させることで、管軸方向に垂直な断面における硬度ばらつきも小さくすることができる。このことは、鋼管の靱性の向上にも寄与する。硬度ばらつきを抑制し、かつＰやＳ等の不純物を適切に制限することで、優れた靱性が得られる。

　以上の知見に基づいて、本発明は完成された。以下、本発明の一実施形態による高強度継目無鋼管を詳述する。

　［化学組成］
　本実施形態による高強度継目無鋼管は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「％」は、質量％を意味する。

　Ｃ：０．１０～０．１８％
　炭素（Ｃ）は、鋼の焼入れ性を高める。Ｃ含有量が０．１０％未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃ含有量が０．１８％を超えると、鋼の溶接性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．１０～０．１８％である。Ｃ含有量の下限は、好ましくは０．１２％である。Ｃ含有量の上限は、好ましくは０．１５％である。

　Ｓｉ：０．０３～１．０％
　シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が０．０３％以上であれば、上記効果が顕著に得られる。しかしながら、Ｓｉ含有量が１．０％を超えると、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０３～１．０％である。Ｓｉ含有量の下限は、好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｓｉ含有量の上限は、好ましくは０．８％であり、さらに好ましくは０．５％である。

　Ｍｎ：０．５～２．０％
　マンガン（Ｍｎ）は、鋼の焼入れ性を高める。Ｍｎ含有量が０．５％未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｎ含有量が２．０％を超えると、Ｍｎが鋼中で偏析し、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．５～２．０％である。Ｍｎ含有量の下限は、好ましくは０．６％である。Ｍｎ含有量の上限は、好ましくは１．５％であり、さらに好ましくは１．０％である。

　Ｐ：０．０２０％以下
　燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは鋼の靱性を低下させる。したがって、Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。そのため、Ｐ含有量は０．０２０％以下である。Ｐ含有量は、好ましくは０．０１５％以下であり、さらに好ましくは０．０１３％以下である。

　Ｓ：０．００８０％以下
　硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは、Ｍｎと結合して粗大なＭｎＳを形成し、鋼の靱性及び耐ＨＩＣ性を低下させる。したがって、Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。そのため、Ｓ含有量は０．００８０％以下である。Ｓ含有量は、好ましくは０．００６０％以下であり、さらに好ましくは、０．００４０％以下である。

　Ｃｒ：０．１０～０．６０％
　クロム（Ｃｒ）は鋼の焼入れ性を高める。Ｃｒはさらに、鋼の焼戻し軟化抵抗を高める。Ｃｒ含有量が０．１０％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が０．６０％を超えると、溶接性及びＨＡＺ靱性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は０．１０～０．６０％である。Ｃｒ含有量の下限は、好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．３０％である。Ｃｒ含有量の上限は、好ましくは０．５５％であり、さらに好ましくは０．５０％である。

　Ｍｏ：０．１０～０．４０％
　モリブデン（Ｍｏ）は、鋼の焼入れ性を高める。Ｍｏはさらに、鋼中のＣ、Ｖと結合して鋼の強度を高める。Ｍｏ含有量が０．１０％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が０．４０％を超えると、鋼の溶接性及びＨＡＺ靱性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０．１０～０．４０％である。Ｍｏ含有量の下限は、好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。Ｍｏ含有量の上限は、好ましくは０．３５％である。

　Ｖ：０．０２～０．４０％
　バナジウム（Ｖ）は、鋼中のＣと結合してＶ炭化物を形成し、鋼の強度を高める。Ｖ含有量が０．０２％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｖ含有量が０．４０％よりも高ければ、炭化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０２～０．４０％である。Ｖ含有量の下限は、好ましくは０．０３％である。Ｖ含有量の上限は、好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１０％である。

　Ｔｉ：０．００４～０．０２０％
　チタン（Ｔｉ）は、鋼中のＮと結合してＴｉＮを形成し、固溶したＮによる鋼の靱性の低下を抑制する。さらに、分散析出した微細なＴｉＮは鋼の靱性を高める。Ｔｉ含有量が０．００４％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｔｉ含有量が０．０２０％よりも高ければ、ＴｉＮが粗大化したり、粗大なＴｉＣが発生したりすることで、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．００４～０．０２０％である。Ｔｉ含有量の下限は、好ましくは０．０１０％である。

　Ｂ：０．０００５～０．００５％
　ボロン（Ｂ）は、微量の含有で焼入れ性を飛躍的に向上させる。これによって厚肉の鋼管であっても、肉厚中央まで焼入れ組織が得られ、高強度と低硬度との両立が可能になる。また、Ｂを含有することによって、所定の範囲の強度と硬度とを同時に満たすことができる焼戻し条件の範囲を広くすることができる。これによって、所定の範囲の強度と硬度とを同時に満たす継目無鋼管を工業的に安定的に生産することができる。Ｂ含有量が０．０００５％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｂを過度に含有すると溶接性が急激に低下する。したがって、Ｂ含有量は０．０００５～０．００５％である。Ｂ含有量の下限は、好ましくは０．０００８％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｂ含有量の上限は、好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１５％である。

　Ａｌ：０．１０％以下
　アルミニウム（Ａｌ）は、Ｎと結合して微細な窒化物を形成し、鋼の靱性を高める。Ａｌが少しでも含有されていれば、上記の効果が得られる。一方、Ａｌ含有量が０．１０％よりも高ければ、Ａｌ窒化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．１０％以下である。Ａｌ含有量の下限は、好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１％である。Ａｌ含有量の上限は、好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０６％である。本明細書におけるＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ（いわゆるＳｏｌ-Ａｌ）の含有量を意味する。

　Ｎ：０．００８％以下
　窒素（Ｎ）は、Ａｌと結合して微細なＡｌ窒化物を形成し、鋼の靱性を高める。Ｎが少しでも含有されていれば、上記の効果が得られる。一方、Ｎ含有量が０．００８％よりも高ければ、固溶したＮが鋼の靱性を低下させる。Ｎ含有量が高すぎればさらに、炭窒化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．００８％以下である。Ｎ含有量の下限は、好ましくは０．００１％である。Ｎ含有量の上限は、好ましくは０．００６％であり、さらに好ましくは０．００５％である。

　Ｃａ：０．０００４～０．００４０％
　カルシウム（Ｃａ）は、鋼中のＳと結合してＣａＳを形成する。ＣａＳの形成により、ＭｎＳの形成が抑制される。そのため、Ｃａは、鋼の靱性及び耐ＨＩＣ性を高める。またアルミナ系介在物の粗大化も抑制し靱性及び耐ＨＩＣ性を改善する働きもある。Ｃａ含有量が０．０００４％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃａ含有量が０．００４０％よりも高ければ、鋼の清浄度が低下し、鋼の靱性及び耐ＨＩＣ性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．０００４～０．００４０％である。Ｃａ含有量の下限は、好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．０００８％である。Ｃａ含有量の上限は、好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。

　Ｃｕ：０．１～１．０％
　銅（Ｃｕ）は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Ｃｕ含有量が０．１％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｃｕ含有量が１．０％よりも高ければ、鋼の溶接性が低下する。Ｃｕ含有量が高すぎればさらに、高温における鋼の粒界強度が低下し、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０．１～１．０％である。Ｃｕ含有量の下限は、好ましくは０．１２％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｃｕ含有量の上限は、好ましくは０．５％であり、さらに好ましくは０．３％であり、さらに好ましくは０．２％である。

　Ｎｉ：０．２～１．０％
　ニッケル（Ｎｉ）は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Ｎｉはまた、焼入れ性を高める元素であるにもかかわらず、溶接性への悪影響が小さい。Ｎｉはさらに、鋼の靱性も向上する。Ｎｉが０．２％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｎｉ含有量が１．０％よりも高ければ、耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は０．２～１．０％である。Ｎｉ含有量の下限は、好ましくは０．３％であり、さらに好ましくは０．３５％であり、さらに好ましくは０．４％である。Ｎｉ含有量の上限は、好ましくは０．９％であり、さらに好ましくは０．８％である。

　本実施形態による高強度継目無鋼管の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物である。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップから混入される元素、あるいは製造過程の環境等から混入される元素をいう。

　本実施形態による高強度継目無鋼管の化学組成は、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂを含有してもよい。Ｎｂは選択元素である。すなわち、本実施形態による高強度継目無鋼管の化学組成は、Ｎｂを含有していなくてもよい。

　Ｎｂ：０～０．０５％
　ニオブ（Ｎｂ）は、鋼中のＣ及び／又はＮと結合して微細なＮｂ炭化物を形成し、鋼の強度及び靱性を高める。Ｎｂはさらに、Ｍｏ炭化物中に固溶し、Ｍｏ炭化物の粗大化を抑制する。Ｎｂが少しでも含有されていれば、上記の効果が得られる。一方、Ｎｂ含有量が０．０５％よりも高ければ、炭化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．０５％である。Ｎｂ含有量の下限は、好ましくは０．００５％である。Ｎｂ含有量の上限は、好ましくは０．０４％であり、さらに好ましくは０．０３％である。

　本実施形態によるライザー用高強度継目無し鋼管の化学組成は、下記式（１）を満たす。
　Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．２８　　　式（１）
　式（１）の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。

　式（１）の左辺の値は、ＰＣＭと呼ばれる。ＰＣＭが高いと、溶接性の低下、具体的には、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の過度の硬度上昇、あるいは溶接割れが起こりやすくなる。そのため、ＰＣＭは０．２８以下とする。ＰＣＭは、好ましくは０．２７以下であり、より好ましくは０．２６以下である。

　本実施形態によるライザー用高強度継目無し鋼管の化学組成は、好ましくは、下記式（２）で定義される炭素当量Ｃｅｑが０．４０以上である。
　Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５　　　式（２）
　式（２）の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。

　炭素当量Ｃｅｑは、焼入れ性の指標として用いられる。炭素当量Ｃｅｑが小さすぎると、十分な焼入れ性が得られず、特に肉厚の鋼管において、表層の硬度と肉中の硬度との差が大きくなる。そのため、高強度と低硬度とを両立することが難しくなる。炭素当量Ｃｅｑの下限は、好ましくは０．４２であり、さらに好ましくは０．４５である。一方、炭素当量Ｃｅｑが大きすぎると、溶接性を確保することが難しくなる。炭素当量Ｃｅｑの上限は、好ましくは０．５５であり、さらに好ましくは０．５０である。

　[機械的特性]
　本実施形態による高強度継目無鋼管は、好ましくは５５５ＭＰａ以上の降伏強度と、６２５ＭＰａ以上の引張強度とを有する。本実施形態による高強度継目無鋼管は、より好ましくは６００ＭＰａ以上の降伏強度と、６７０ＭＰａ以上の引張強度とを有する。

　本実施形態による高強度継目無鋼管は、好ましくは表層の硬度が２５０Ｈｖ以下である。より具体的には、鋼管の内面から１ｍｍの位置の硬度、及び鋼管の外面から１ｍｍの位置の硬度が、いずれも２５０Ｈｖ以下であることが好ましい。なお、硬度は、ＪＩＳ　Ｚ　２２４４に準拠して測定する。本実施形態による高強度継目無鋼管は、より好ましくは、表層の硬度が２４０Ｈｖ以下である。

　本実施形態による高強度継目無鋼管は、好ましくは管軸方向に垂直な断面における硬度のばらつき（以下「同一断面における硬度のばらつき」と呼ぶ。）が１５Ｈｖ以下である。具体的には、鋼管の内面から１ｍｍの位置及び外面から１ｍｍの位置で測定した硬度の大きい方の値と、肉厚中央の硬度の平均値との差が、１５Ｈｖ以下であることが好ましい。なお、肉厚中央の硬度の平均値は、肉厚中央位置（１／２肉厚位置）で４点測定した平均値とする。本実施形態による高強度継目無鋼管は、より好ましくは同一断面における硬度のばらつきが１３Ｈｖ以下である。

　本実施形態による高強度継目無鋼管は、好ましくは３０ｍｍ以上の肉厚を有する。本実施形態による高強度継目無鋼管は、好ましくは３５ｍｍ以上の肉厚を有し、さらに好ましくは４０ｍｍ以上の肉厚を有する。

　本実施形態による高強度継目無鋼管は、ライザーに好適である。本実施形態による高強度継目無鋼管は、特にワークオーバーライザーに好適である。

　［製造方法］
　以下、本実施形態による高強度継目無鋼管の製造方法の一例を説明する。ただし、本実施形態による高強度継目無鋼管の製造方法は、これに限定されない。

　上述の化学組成の鋼を溶製し、精錬する。続いて、連続鋳造法によって溶鋼からビレットを製造する。溶鋼からスラブ又はブルームを製造し、スラブ又はブルームを熱間加工してビレットを製造してもよい。ビレットを熱間加工して素管を製造する。具体的には、穿孔圧延、延伸圧延及び定径圧延を実施して素管を製造する。

　製造した素管を焼入れする。焼入れは、素管をオーステナイト領域から急冷する熱処理である。焼入れは、熱間加工後の高温の素管を、Ａｒ_３点以上の温度からそのまま急冷する、いわゆる直接焼入れであってもよいし、熱間加工度の高温の素管を補熱炉でＡｃ_３点以上の温度に均熱してから急冷する、いわゆるインライン焼入れであってもよい。あるいは、一旦冷却した素管をＡｃ_３点以上の温度に再加熱してから急冷する、いわゆる再加熱焼入れであってもよい。

　焼入れした素管を焼戻しする。焼戻しは通常、Ａｃ_１点以下の温度で実施する。焼戻しの条件は、降伏強度及び硬度に応じて調整する。焼戻し条件は、下記の焼戻しパラメータＴＰを用いて管理できる。
　ＴＰ＝（Ｔ＋２７３）×（２０＋ｌｏｇ（ｔ））
　式中、Ｔは℃で表した焼戻し温度であり、ｔは時間で表した焼戻し時間であり、ｌｏｇ（ｔ）はｔの常用対数である。

　焼戻しパラメータＴＰが高い条件で焼戻しするほど、降伏強度及び表層の硬度が低くなる。上述のとおり、高強度継目無鋼管は、降伏強度が高く、表層の硬度が低いことが好ましい。必要な特性が得られるように、焼戻しパラメータＴＰを調整する。

　以上、高強度継目無鋼管の製造方法の一例を説明した。本実施形態による高強度継目無鋼管及びこれを使用したライザーは、溶接性を確保しつつ、高強度と低硬度とを両立することができる。

　以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されない。

　表１に示す鋼種１～１０の化学組成の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造により丸ビレットを製造した。なお、表１中の「‐」は、該当する元素の含有量が不純物レベルであったことを示す。

　鋼種１、鋼種２、及び鋼種１０は、本実施形態の好適な条件を満たす鋼である。鋼種３は、Ｃ含有量の低い一般的なラインパイプ用鋼材の化学組成から、炭素当量Ｃｅｑが鋼種１と同程度になるものを選んだ比較例である。鋼種４は、Ｎｂを含有する一般的なラインパイプ用鋼材の化学組成から、炭素当量Ｃｅｑが鋼種１と同程度になるものを選んだ比較例である。鋼種５は、Ｃ含有量及び炭素当量Ｃｅｑを鋼種１と同程度にし、Ｂ含有量を低くした比較例である。鋼種６は、油井用鋼管等に用いられる高炭素当量の鋼材を模擬した比較例である。鋼種７は、Ｃａ含有量を低くした比較例である。鋼種８は、Ｃｕ及びＮｉ含有量を低くした比較例である。鋼種９は、Ｍｏ含有量を低くした比較例である。

　製造された丸ビレットを加熱炉で１１００～１３００℃に加熱し、穿孔機によって穿孔圧延した。さらに、マンドレルミルによって延伸圧延し、サイザによって定径圧延して、表２に示す外径（ＯＤ）及び肉厚（ＷＴ）の継目無鋼管を製造した。各継目無鋼管を、表２に示す条件で焼入れ及び焼戻しを実施し、ＩｔｅｍＡ～Ｌの継目無鋼管を製造した。

　［硬度測定］
　焼戻し後の各継目無鋼管から硬度測定用試験片を採取し、ＪＩＳ　Ｚ　２２４４に準拠して硬度を測定した。鋼管の内面から１ｍｍの位置の硬度、及び鋼管の外面から１ｍｍの位置の硬度の高い方を、表２の「表層」の欄に示す。また、肉厚中央で測定した４点の平均硬度を、表２の「肉中」の欄に示す。「表層」の値と「肉中」の値の差を、表２の「差」の欄に示す。

　［引張試験］
　焼戻し後の各継目無鋼管から、ＡＳＴＭ　Ｅ８／Ｅ８Ｍに規定された弧状試験片（幅３８．１ｍｍ、標点距離５０．８ｍｍ）を、試験片の長辺が鋼管の長手方向（Ｌ方向）に平行になるように採取した。採取した試験片を用いて、引張試験を常温（２５℃）の大気中で実施し、降伏応力及び引張強度を求めた。降伏応力は、０．５％全伸び法によって求めた。降伏応力を表２の「ＹＳ」の欄に、引張強度を「ＴＳ」の欄に、それぞれ示す。

　［ＨＩＣ試験］
　焼戻し後の各継目無鋼管から、内面を含む試験片、肉厚中央を含む試験片、及び外面を含む試験片を採取した。各試験片は、厚さ３０ｍｍ、幅（円周方向）２０ｍｍ、長さ１００ｍｍであった。ＮＡＣＥ　ＴＭ０２８４－２００３にしたがって、各試験片の耐ＨＩＣ性を評価した。試験浴は、１ａｔｍの硫化水素ガスを飽和させた常温の５％食塩＋０．５％酢酸水溶液であった。浸漬してから９６時間経過後、各試験片を長手方向に３等分に切断し、割れの有無を目視で確認した。さらに、鋼管の内面を含む試験片に対し、超音波探傷によって割れの有無を確認した。

　結果を表２の「ＨＩＣ」欄に示す。「ＨＩＣ」欄の「Ｎｏ　ＨＩＣ」は、割れが確認されなかったことを示す。「ＨＩＣ」は、割れが確認されたことを示す。

　［ＳＳＣ試験］
　焼戻し後の各継目無鋼管から、内面を含む試験片、肉厚中央を含む試験片、及び外面を含む試験片を採取した。各試験片は、厚さ２ｍｍ、幅（円周方向）２０ｍｍ、長さ１００ｍｍであった。これらの試験片を、上述したＨＩＣ試験と同じＮＡＣＥ試験浴に、降伏強度の９０％の応力を負荷した状態で７２０時間浸漬した。浸漬後の試験片の割れの有無を調査した。

　結果を表２の「ＳＳＣ」欄に示す。「ＳＳＣ」欄の「Ｎｏ　ＳＳＣ」は、いずれの試験片においても割れが確認されなかったことを示す。「ＳＳＣ」は、いずれかの試験片において割れが確認されたことを示す。

　［溶接性］
　焼戻し後の各継目無鋼管を用いて円周溶接継手を作製し、ＨＡＺ硬さ試験を実施した。開先形状は５°狭開先、溶接プロセスはＧＭＡＷ（ガスメタルアーク溶接）とし、溶接条件として、溶接時の入熱量は１．０ｋＪ／ｍｍ、予熱／層間温度は２００～２５０℃、シールドガスはダイアルゴン（８０体積％Ａｒ＋２０体積％ＣＯ_２）とした。

　図１は、ＨＡＺ硬さの測定位置を模式的に示す図である。円周溶接継手を、管軸方向と平行に切断した。溶融線（ＦＬ）から０．３ｍｍ離れた位置において、鋼管の内面から１．５ｍｍの位置を起点に、肉厚方向外面に向かって、１．０ｍｍ間隔で硬さを７点測定した。測定点中の最高硬さを、最高ＨＡＺ硬さとした。結果を表２の「最高ＨＡＺ硬さ」の欄に示す。

　［靱性］
　製造した鋼管の靱性を、シャルピー衝撃試験によって確認した。鋼管の肉厚中央部付近から、試験片の長辺が鋼管の長手方向（Ｌ方向）と平行になるように断面１０×１０ｍｍ（ノッチ部では１０×８ｍｍ）の２ｍｍＶノッチ試験片を採取し、－４０℃にて試験を実施した。結果を表２の「吸収エネルギー」の欄に示す。このシャルピー衝撃試験において、１００Ｊを越える吸収エネルギーを示した材料は高靱性であると判定した。

　［試験結果］
　表２に示すように、本実施形態の好適な条件を満たす鋼種１、鋼種２、及び鋼種１０からそれぞれ製造したＩｔｅｍＡ、ＩｔｅｍＢ、及びＩｔｅｍＬは、降伏強度が５５５ＭＰａ以上、引張強度が６２５ＭＰａ以上であり、かつ表層の硬度が２５０Ｈｖ以下であった。ＩｔｅｍＡ、ＩｔｅｍＢ、及びＩｔｅｍＬではさらに、同一断面における硬度のばらつき（表層の硬度と内厚中央の硬度との差）が１５Ｈｖ以下であった。さらに、ＩｔｅｍＡ、ＩｔｅｍＢ、及びＩｔｅｍＬでは、最高ＨＡＺ硬さが２５０Ｈｖ以下であった。またシャルピー衝撃試験においても１００Ｊを越える吸収エネルギーであり高靱性であった。

　鋼種３から製造したＩｔｅｍＣは、降伏強度及び引張強度がＸ８０グレードの規定を満たさなかった。また、同じ鋼種３から焼戻し条件を変えて製造したＩｔｅｍＤは、Ｘ８０グレードの規定は満たしたものの、表層の硬度が２５０Ｈｖを超えた。そのため、ＩｔｅｍＤではＳＳＣ試験で割れが確認された。

　鋼種４から製造したＩｔｅｍＥは、降伏強度及び引張強度がＸ８０グレードの規定を満たし、かつ表層の硬度も２５０Ｈｖ以下であった。しかし、同一断面の硬度のばらつきは１５Ｈｖよりも大きかった。ＩｔｅｍＥの降伏強度及び引張強度はＸ８０グレードの下限に近く、表層の硬度はＩＳＯ１５１５６の規定の上限に近い。そのため、操業条件の変動によってこれらの規定を満たさなくなる可能性がある。同じ鋼種４から焼戻し条件を変えて製造したＩｔｅｍＦは、表層の硬度が２５０Ｈｖを超えた。そのため、ＩｔｅｍＦではＳＳＣ試験で割れが確認された。

　鋼種５から製造したＩｔｅｍＧは、降伏強度がＸ８０グレードの規定を満たさなかった。

　鋼種６から製造したＩｔｅｍＨは、降伏強度及び引張強度がＸ８０グレードの規定を満たし、かつ表層の硬度も２５０Ｈｖ以下であった。しかし、最高ＨＡＺ硬さは２６０Ｈｖを超える高い値を示した。また、シャルピー衝撃試験において１００Ｊを下回る吸収エネルギーであった。

　鋼種７から製造したＩｔｅｍＩは、降伏強度及び引張強度がＸ８０グレードの規定を満たし、かつ表層の高度も２５０Ｈｖ以下であった。しかし、ＨＩＣ試験で割れが発生し、また、シャルピー衝撃試験において１００Ｊを下回る吸収エネルギーであった。

　鋼種８から製造したＩｔｅｍＪは、表層の硬度が２５０Ｈｖを超えた。そのため、ＩｔｅｍＪではＳＳＣ試験で割れが確認された。

　鋼種９から製造したＩｔｅｍＫは、降伏強度がＸ８０グレードの規定を満たさなかった。

　［強度－硬度バランス試験］
　鋼種１～１０のそれぞれについて、焼戻し条件を変えながら継目無鋼管を製造し、降伏強度、引張強度、表層の硬度を測定した。測定値から、焼戻しパラメータＴＰとこれらの特性との関係を回帰分析によって求めた。そして、降伏強度が５５５ＭＰａ以上、引張強度が６２５ＭＰａ以上、表層の硬度が２５０Ｈｖ以下という３つの条件をすべて満たすＴＰの範囲（許容ＴＰ幅）を求めた。

　許容ＴＰ幅は、より具体的には、表層の硬度が２５０Ｈｖ以下になる最小のＴＰをＴＰ_ＭＩＮとし、降伏強度が５５５ＭＰａ以上になる最大のＴＰ、及び引張強度が６２５ＭＰａ以上になる最大のＴＰの小さい方をＴＰ_ＭＡＸとして、下記の式で定義される。
　許容ＴＰ幅＝ＴＰ_ＭＡＸ－ＴＰ_ＭＩＮ

　許容ＴＰ幅が広ければ、操業条件が多少変動しても、Ｘ８０グレードの強度と、２５０Ｈｖ以下の硬度とを両立できる。そのため、上記の性能を有する高強度継目無鋼管を工業的に安定して生産することができる。許容ＴＰ幅は、好ましくは２００以上、さらに好ましくは３００以上、さらに好ましくは４００以上である。

　結果を図２～図１１、及び表２の「許容ＴＰ幅」の欄に示す。図２は、鋼種１における、焼戻しパラメータＴＰと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。同様に、図３～図１１はそれぞれ、鋼種２～１０における、焼戻しパラメータＴＰと降伏強度、引張強度、及び表層の硬度との関係を示す図である。

　図２～図１１、及び表２に示すように、本実施形態の規定する好適な条件を満たす鋼種１、鋼種２、及び鋼種１０は、鋼種３～９と比較して、許容ＴＰ幅が広かった。そのため、操業条件が多少変動しても、Ｘ８０グレードの強度と、２５０Ｈｖ以下の硬度とを両立することができる。したがって、鋼種１、鋼種２、及び鋼種１０は、上記の性能を有する高強度継目無鋼管を工業的に安定して生産することができる。

　以上、本発明の実施の形態を説明した。上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

Claims

　化学組成が、質量％で、
　Ｃ　：０．１０～０．１８％、
　Ｓｉ：０．０３～１．０％、
　Ｍｎ：０．５～２．０％、
　Ｐ　：０．０２０％以下、
　Ｓ　：０．００８０％以下、
　Ｃｒ：０．１０～０．６０％、
　Ｍｏ：０．１０～０．４０％、
　Ｖ　：０．０２～０．４０％、
　Ｔｉ：０．００４～０．０２０％、
　Ｂ　：０．０００５～０．００５％、
　Ａｌ：０．１０％以下、
　Ｎ　：０．００８％以下、
　Ｃａ：０．０００４～０．００４０％、
　Ｃｕ：０．１～１．０％、
　Ｎｉ：０．２～１．０％、
　Ｎｂ：０～０．０５％、
　残部：Ｆｅ及び不純物であり、
　下記の式（１）を満たす、高強度継目無鋼管。
　Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．２８　　　式（１）
　式（１）の元素記号には、質量％で、対応する元素の含有量が代入される。
　請求項１に記載の高強度継目無鋼管であって、
　前記化学組成が、質量％で、
　Ｎｂ：０．００５～０．０５％、
　を含有する、高強度継目無鋼管。
　請求項１又は２に記載の高強度継目無鋼管であって、
　３０ｍｍ以上の肉厚を有し、
　５５５ＭＰａ以上の降伏強度と、６２５ＭＰａ以上の引張強度とを有し、
　表層の硬度が２５０Ｈｖ以下である、高強度継目無鋼管。
　請求項１～３のいずれか一項に記載の高強度継目無鋼管であって、
　管軸方向に垂直な断面における硬度ばらつきが１５Ｈｖ以下である、高強度継目無鋼管。
　請求項１～４のいずれか一項に記載の高強度継目無鋼管からなるライザー。