JP3290247B2 - 耐食性に優れた高張力高靭性曲がり管の製造方法 - Google Patents
耐食性に優れた高張力高靭性曲がり管の製造方法Info
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Description
C)や硫化物応力腐食割れ(SSCC)の生じにくい耐
蝕性に優れた高張力高靱性曲がり管の製造方法に関す
る。
イプラインが用いられている。パイプライン用鋼材とし
ては、通常API規格に規定されているX80グレード
までの強度と、−10℃以下でのDWTT特性が要求さ
れるため、シャルピー衝撃試験における破面遷移温度v
Trsで−60℃以下の低温靭性を確保する必要があ
る。また、輸送流体である原油や天然ガス中に硫化水素
を含む場合には、上記強度及び靭性のみならず、HIC
やSSCCの生じにくい耐食性をも考慮した鋼材が要求
される。
向を変化させたり、直管部分の温度変化による膨張収縮
を吸収するための曲がり管の部分もあり、直管部分のみ
ならず曲がり管部分に対しても強度及び靭性、並びに耐
食性に優れた鋼材が要求されている。
に誘導加熱曲げ加工装置に押し入れ、加熱コイル内を通
して加熱しながら曲げる方法、又は、軸方向に沿って曲
がった半円筒形状の鋼板2つを溶接により接合する方法
等により製造されている。
PI 5L規格X52以上の鋼種については特開昭62
−15154号公報、特開平4−154913号公報に
記載されているように、曲げ加工後焼入れ処理(Q)と
450〜650℃の温度で焼戻し処理(T)を行なう
か、又は、特公昭63−76525号公報に記載されて
いるように、焼入れのままで製造されている。
に記載されているように、焼き入れ後、550〜650
℃の温度で焼戻し処理を行なうと、耐食性は優れるもの
の、矯正試験片において高い降伏応力(YS)が得られ
ず、さらにYSが低い割にDWTT特性を含めた低温靭
性が劣るという問題がある。また、特開平4−1549
13号公報に記載されているように、焼入れ処理及び4
50〜600℃の温度での焼戻し処理によってBを含有
した鋼からなる曲がり管を得ると、強度及び耐食性は優
れるものの、低温靭性及び溶接性が劣るといった問題が
ある。
載されているように、焼入れ処理のままで製造されてい
る曲がり管は、低炭素量、低炭素当量で高い引張強度
(TS)が得られるが、降伏点が現れないため、降伏応
力(YS)が低い。従って、所望のYSを得るためには
TSを高くしなければならず、その場合には硬さが上昇
して耐食性が劣る場合があるという問題がある。以上の
ように、従来の方法では、耐食性、強度、低温靭性の要
求を全て満たす曲がり管を製造することは困難であっ
た。
鑑みてなされたものであって、低炭素量、低炭素当量で
耐食性に優れた高張力高靭性曲がり管の製造方法を提供
することを目的とする。具体的には、API 5L規格
X60〜X70グレードを満たす強度、及びvTrs≦
−60℃、DWTTの85%SATT≦−10℃なる低
温靭性を示しつつ、耐HIC性、耐SSCC性に優れた
曲がり管の製造方法を提供することを目的とするもので
ある。
は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ね
た結果、炭素当量を低くした特定成分の低合金鋼を、原
則としてAc3以上に加熱して曲げ加工を行い直ちにに
焼入れし、その後250〜450℃未満という従来より
も低い温度で焼戻すことによって、耐食性に優れた高張
力鋼高靭性を有する曲がり管を得ることができることを
見出した。本発明は本願発明者らのこのような知見に基
づいて完成されたものであって、第1に、重量%で、
C:0.02〜0.08%、Si:0.05〜0.5
%、Mn:0.8〜2.0%、Nb:0.01〜0.0
6%、Ti:0.005〜0.05%、Al:0.01
〜0.06%、N:0.002〜0.01%、Ca:
0.001〜0.005%を含有し、不純物としての
P,Sを夫々、P:0.015%以下、S:0.002
%以下に制限し、残部鉄及びその他の不可避的不純物か
らなる低合金鋼で形成された直管を、Ac3点以上、1
050℃以下の温度範囲に加熱して曲げ加工を行い、そ
の直後に焼入れ処理を施し、次いで、250〜450℃
未満の温度範囲で焼戻すことを特徴とする耐食性および
DWTT特性に優れた高張力高靭性曲がり管の製造方法
であり、第2に、重量%で、C:0.02〜0.08
%、Si:0.05〜0.5%、Mn:0.8〜2.0
%、Nb:0.01〜0.06%、Ti:0.005〜
0.05%、Al:0.01〜0.06%、N:0.0
02〜0.01%、Ca:0.001〜0.005%を
含有し、さらに、Cu:0.5%以下、Ni:1.0%
以下、Cr:0.3%以下、Mo:0.3%以下、V:
0.1%以下のうち少なくとも1種を含有し、不純物と
してのP,Sを夫々、P:0.015%以下、S:0.
002%以下に制限し、残部鉄及びその他の不可避的不
純物からなる低合金鋼で形成された直管を、Ac3点以
上、1050℃以下の温度範囲に加熱して曲げ加工を行
い、その直後に焼入れ処理を施し、次いで、250〜4
50℃未満の温度範囲で焼戻すことを特徴とする耐食性
およびDWTT特性に優れた高張力高靭性曲がり管の製
造方法である。
は以下のとおりである。なお、以下の説明において元素
の量を示す%表示は全て重量%である。 (1)低合金鋼のC量を0.08%以下にし、かつNb
等を添加することにより、焼入れ組織を細粒のベイナイ
トもしくはベイナイトとフェライトの混合組織とする。
なお、C量の低下による強度の低下はMnまたは前述の
合金成分の増加により補う。また、C量を0.08%以
下とするのは、後述する図1から明らかな通り、vTr
sを−60℃以下とするためであり、また、0.08%
を超えると、後述する焼戻し処理を施しても島状マルテ
ンサイトなどの硬化組織が消失しない場合があり、その
硬化組織がHICの起点となるためである。
に加熱し、その温度において管を曲げ加工し、直ちに急
冷してその強度を向上させる。 (3)最後に、250〜450℃未満の温度で焼戻す
と、ベイナイト中の島状マルテンサイトが分解して硬さ
が低下し、耐HIC性、耐SSCC性が向上すると共
に、YSおよび低温靭性が向上する。
n−Nb−V−Ti系の厚さ25mmの鋼材における焼
入れ処理と焼入れ焼戻し処理後のYS、TS、vTrs
に及ぼすC量の影響を示した。なお、焼入れ焼戻し処理
後のものについては、耐HIC性、耐SSCC性につい
ても示した。
とし、その後800℃から400℃までの平均冷却速度
10℃/secとし、焼戻し処理条件は、加熱温度40
0℃で30分間保持し、その後空冷とした。
つはNACE TM02−84に準拠したpH4.8〜
5.4のいわゆるBP溶液であり、他はNACE TM
01−77に準拠したpH3.0〜4.0のいわゆるN
ACE溶液である。試験条件は、いずれの溶液において
もNACE TM02−84に従った。また、SSCC
試験については、NACE TM01−77に準拠し、
X60グレードの規格下限降伏応力(SMYS)の80
%に相当する応力33.8kgf /mm2 を負荷して720
時間浸漬し、破断の有無を調査した。
処理を行なうことにより、焼入れ処理のままよりもYS
とvTrsが向上している。また、C量を下げることに
より400℃という低温での焼戻し処理後に優れた低温
靱性、耐HIC性、耐SSCC性を得ることができる。
いて、焼き入れ後種々の温度で焼戻したときの強度、靱
性、耐HIC性、耐SSCC性を示す。なお、鋼成分は
0.33%Si−1.5%Mn−0.036%Nb−
0.065%V−0.012%Ti−0.028%Al
−0.0035%Nである。熱処理として、1030℃
に加熱後、800℃から400℃間の平均冷却速度10
℃/secで焼入れ処理を行ない、焼戻し処理は200
℃から650℃までの種々の温度で30分間保持し、そ
の後空冷した。
C性は250℃以上の焼戻し温度で向上し、YSは55
0℃以上でNb,Vの炭窒化物の析出によって大幅に上
昇している。
とともに向上するが、500℃を超えると炭窒化物の析
出により劣化する。特に、DWTTの85%SATT特
性はその傾向が著しく、550℃以上では焼入れのまま
と同等か、もしくはさらに高温側となる。
は、焼戻し温度を500℃以下とすることによって、耐
食性に優れ、かつ、従来の焼入れ処理のままや、焼入れ
後600℃付近の温度で焼戻す場合よりも良好な強度と
低温靱性のバランスが得られる。
ることにより靱性及び耐食性は向上するものの、強度は
低下する。そこで、本発明では、強度を向上させるため
Mn,Cr,Mo,Vなどの元素を必要な量添加する。
mの鋼板について、焼入れままと焼き入れ後400℃で
焼戻したときの炭素当量CeqとTS,vTrsとの関
係を示した図である。ここで、Ceqは以下の式で表わ
される。
15+(Cr+Mo+V)/5 この図3から、C量が低下しても他の元素を添加するこ
とによりCeqを一定以上にすれば必要な強度を維持す
ることができることがわかる。
に規定した理由について説明する。C量は0.02〜
0.08%の範囲に規定される。Cは、図1に示す通
り、0.08%を超えると、(1)400℃で焼戻をし
てもvTrs−60℃以上となり、600℃で焼戻しさ
れる従来の曲がり管よりも高い低温靱性が得られないこ
と、(2)焼戻し処理を施しても島状マルテンサイトな
どの硬化組織が消失しない場合があり、その硬化組織が
HICの起点となること、などの不都合がある。従っ
て、C量の上限を0.08%とした。
度が下がるので、その分他の元素を補充しなければなら
なくなるので、経済的な観点から0.02%とした。S
i量は0.05〜0.5%の範囲に規定される。
効果を得るために0.05%以上であることが必要であ
る。しかし、その量が0.5%を超えると、焼戻し処理
後も島状マルテンサイトが残存し、耐HIC性及び靭性
の向上が望めない。従って、その上限を0.5%とし
た。
る。Mnは、Cに次いで有効な強化元素であり、所望の
強度を確保するためには少なくとも0.8%以上添加す
る必要がある。しかし、過度に添加すると靱性と溶接性
に悪影響をあたえると共に、ミクロ偏析が顕著となり、
耐HIC性を害するので、その上限をこれらの悪影響を
及ぼさない限界である2.0%に規定した。
定される。Nbは炭窒化物を形成し、焼入れ加熱時の粒
成長を抑制し、靱性の向上をもたらすとともに、オース
テナイト粒に適度に固溶すると焼入れ性を向上させ、強
度を確保する。従って、強度確保の観点から0.01%
以上は必要であるが、0.06%を超えると溶接性を低
下させるだけでなく、固溶Nb量の増加によって靱性を
劣化させるため、上限を0.06%とした。
れる。Tiは、窒化物として焼入れ加熱時の粒成長を抑
制し、靭性向上に寄与するが、0.005%未満ではそ
の効果が小さい。一方、0.05%を超えるとその効果
が飽和するとともに、靱性及び溶接性を害するので、上
限を0.05%とした。
定される。Alは脱酸材として有効な元素であり、ま
た、AlNとして析出して焼入れ加熱時に粒成長を抑制
し、靭性向上に寄与するが、これらの効果を得るために
は0.01%以上添加する必要がある。しかし、0.0
6%を超えると靭性を害するだけでなく、鋳塊の表面疵
を多発させるので、上限を0.06%とした。
定される。Nは、TiN、AlNとして析出して、焼入
れ加熱時に粒成長を抑制し、もって靭性向上に寄与する
が、その効果を発揮するためには0.002%以上は必
要である。しかし、その量が0.01%を超えると、特
に溶接部の靱性が損なわれるため、上限を0.01%と
した。
に規定される。Caは、MnSを球状化して耐HIC
性、耐SSCC性及び靭性に寄与する元素であるが、こ
れらの効果を発揮するためにはその量が0.001%以
上であることが必要である。一方、その量が0.005
%を超えると、Ca系介在物を形成して耐食性を劣化さ
せるばかりでなく、靭性及び溶接性をも劣化させるの
で、上限を0.005%とした。
本とするが、より管厚が厚い場合や、強度の高いグレー
ドの鋼成分は、上記組成にCu、Ni、Cr、Mo、V
のうち少なくとも1種を以下の範囲の量で含有させるこ
とにより得ることができる。
は、強度、靭性、耐HIC性の向上に効果があるが、
0.5%を超えると熱間加工性を害するので上限を0.
5%とした。
は良好な強度靭性バランスを得るための有効な元素であ
り、Cu疵の発生を防止する作用もあるが、多量の添加
は溶接性を損なうとともに経済的にも不利となるため、
上限を1.0%とした。
は強度向上に効果があるが、多過ぎると靱性及び溶接性
を害するので、上限を0.3%とした。
は、鋼の強度を向上と組織のベイナイト化に寄与する
が、多過ぎると靱性及び溶接性を害するので、上限を
0.3%とした。
鋼の強度向上に有効な元素であるが、多過ぎると靱性や
溶接性を害するので、上限を0.1%とした。
残部の鉄及び不可避的不純物からなる。これら不純物の
うち、特にP及びSについては、以下のように規定され
る。P量は0.015%以下の範囲とする。
有害な元素であり、さらに靭性にも影響を与えるため、
上限をこのような悪影響を及ぼさない限界である0.0
15%とした。
はMnSを形成し、耐HIC性及び靭性に有害な元素で
あるため、上限をこのような悪影響を及ぼさない限界で
ある0.002%とした。
がり管の特性を損なわせない範囲で許容される。次に、
曲げ加工条件の限定理由を説明する。
上1050℃以下とする。これにより、オーステナイト
組織とし、その後の処理によって所望の組織を得ること
ができる。適度なNbの固溶とオーステナイト粒の成長
抑制の観点から、加熱温度の上限を1050℃とした。
これは、1050℃を超えるとオーステナイト粒が粗大
化して焼入れ性が増加し、過度に強度が上昇して靭性及
び耐食性が劣化するためである。上記温度範囲であれば
耐食性が優れているが、強度靭性のバランスを最良とす
るためには900〜1050℃の範囲とすることが望ま
しい。
ト粒の粗大化を防止する点から短時間であることが望ま
しい。所望の短時間加熱は誘導加熱により達成すること
ができるが、誘導加熱に限定されるものではない。
ec以上、保持時間は10分以内とすることが望まし
い。焼入れの際の冷却速度は、800℃から400℃間
の平均冷却速度で8℃/秒以上とすることが望ましい。
説明する。まず、その温度については図2に示すとお
り、YSが焼入れのままより上昇し、耐食性が向上する
250℃を下限とし、Nb,Vなどの炭窒化物による析
出硬化によって靭性が劣化しないように450℃未満と
する。
るものではないが、30分間の保持でもYS、靱性、耐
食性の向上が認められるので、従来のように管厚1イン
チ当り1時間といった長時間の保持は必要ない。一般的
に長時間に亘って焼戻し温度に保持することは軟化を招
くので、30分間程度とすることが望ましい。
て実施されるが、これに限定されるものではない。な
お、本発明における曲がり管には、継目無し鋼管のみで
なく溶接鋼管をも含まれる。この場合、溶接金属を母材
と同一組成、すなわち上記組成と同一にしておけば、上
記熱処理によって、耐食性、強度、靭性に優れた溶接部
及び溶接熱影響部が得られる。
する。表1に示す寸法及び化学成分を有する直管を、表
2に示す曲げ加工条件にて曲がり管に製造した。なお、
焼き入れ時の冷却速度は10〜50℃/秒であり、焼戻
し処理における保持時間は30分間とした。
曲がり管の引張試験、シャルピー試験、DWTT、HI
C試験、SSCC試験の結果を併せて示した。なお、試
験片は、曲がり管の曲げ内周側(コンプレッション側)
から採取した。引張試験片については、未矯正のまま採
取する丸棒試験片と、矯正して採取する全厚試験片のう
ちYSが低く現れる試験片を用いた。すなわち、焼入れ
ままの曲がり管については未矯正のまま採取する丸棒試
験片で評価し、焼き戻し処理をほどこした曲がり管につ
いては矯正して採取する全厚試験片で評価した。また、
HIC試験については、前述のBP溶液とNACE溶液
の2種類の溶液で行った、SSCC試験についてはNA
CE TM01−77に準拠し、規格下限降伏応力(S
MYS)の80%に相当する負荷応力のもとで720時
間浸漬し、破断の有無を調査した。
学成分及び曲げ加工条件のいずれかが本発明の範囲から
外れており(表1及び2中白抜き三角で示す)、表2に
示すように強度、靭性、耐食性の少なくとも1つが劣っ
ていた(黒塗り三角で示す)。
がいずれも本発明に規定する範囲内の本発明曲がり管
は、vTrs≦−60℃、85%SATT≦−10℃と
いう優れた低温靭性、及び優れた耐食性が得られること
が確認され、本発明の効果が明らかとなった。
低炭素量、低炭素当量で耐食性に優れた高張力高靭性曲
がり管の製造方法が提供される。具体的には、API
5L規格X60〜X70グレードを満たす強度、及びv
Trs≦−60℃、DWTTの85%SATT≦−10
℃なる低温靭性を示しつつ、耐HIC性、耐SSCC性
に優れた曲がり管を製造することができ、工業的価値は
大である。
図。
を示す図。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、C:0.02〜0.08%、
Si:0.05〜0.5%、Mn:0.8〜2.0%、
Nb:0.01〜0.06%、Ti:0.005〜0.
05%、Al:0.01〜0.06%、N:0.002
〜0.01%、Ca:0.001〜0.005%を含有
し、不純物としてのP,Sを夫々、P:0.015%以
下、S:0.002%以下に制限し、残部鉄及びその他
の不可避的不純物からなる低合金鋼で形成された直管
を、Ac3点以上、1050℃以下の温度範囲に加熱し
て曲げ加工を行い、その直後に焼入れ処理を施し、次い
で、250〜450℃未満の温度範囲で焼戻すことを特
徴とする耐食性およびDWTT特性に優れた高張力高靭
性曲がり管の製造方法。 - 【請求項2】 重量%で、C:0.02〜0.08%、
Si:0.05〜0.5%、Mn:0.8〜2.0%、
Nb:0.01〜0.06%、Ti:0.005〜0.
05%、Al:0.01〜0.06%、N:0.002
〜0.01%、Ca:0.001〜0.005%を含有
し、さらに、Cu:0.5%以下、Ni:1.0%以
下、Cr:0.3%以下、Mo:0.3%以下、V:
0.1%以下のうち少なくとも1種を含有し、不純物と
してのP,Sを夫々、P:0.015%以下、S:0.
002%以下に制限し、残部鉄及びその他の不可避的不
純物からなる低合金鋼で形成された直管を、Ac3点以
上、1050℃以下の温度範囲に加熱して曲げ加工を行
い、その直後に焼入れ処理を施し、次いで、250〜4
50℃未満の温度範囲で焼戻すことを特徴とする耐食性
およびDWTT特性に優れた高張力高靭性曲がり管の製
造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP14802393A JP3290247B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 耐食性に優れた高張力高靭性曲がり管の製造方法 |
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JP14802393A JP3290247B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 耐食性に優れた高張力高靭性曲がり管の製造方法 |
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JPH073330A JPH073330A (ja) | 1995-01-06 |
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