JP4327247B2 - 鋼鉄ワイヤの製造方法、ホース補強用の鋼鉄ワイヤ及びそれを用いたホース - Google Patents
鋼鉄ワイヤの製造方法、ホース補強用の鋼鉄ワイヤ及びそれを用いたホース Download PDFInfo
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Description
本発明は、加圧された排出液の輸送に用いるホースを補強するための、鋼鉄ワイヤのような非常に大きな長さの細長い要素に関する。本発明はこれらの補強用ワイヤを製造する方法、この方法によって得られたワイヤ、及びこのような補強用ワイヤをその構造の中に含むホースに関する。
【0002】
鋼鉄ワイヤよりなるいくつかの装甲層で補強されたホースを液体、中でも炭化水素類の輸送のために用いる用途が知られている。或る場合にはこれらのホースは、それらが、例えば硫黄化生成物を含む酸性液体の存在のもとでの腐食性の環境にさらされるような条件のもとに置かれる。そのようなホースが非常に深い水の中に配置されるような場合には、それらは内圧、軸方向の負荷、及び非常に深いところに沈められることに基づく外部圧力に対する抵抗において非常に高い機械的性能を有することがますます必要である。
【0003】
密封が1つ以上のポリマー被覆層により確保されるようなホースにおいては、内部的及び外部的圧力並びに外部からの機械的応力に対する機械的抵抗性は、ワイヤよりなるか又は特殊な断面形状を有する鋼鉄部材よりなる1つ以上の装甲層によって与えられる。
【0004】
一般に、このホースは次の各装甲層、すなわち、外部圧力に抗するためのワイヤ、又は軸に対して90°に近い角度で配置されたいくつかの区間部材で作られたケーシング、内部圧力に抗するための、55°よりも大きな角度で配置された層(アーチと呼ばれる)であって、そのケーシング及びそのアーチのそれぞれの細長い要素が好ましくはレース編みされていてもよいワイヤであるようなもの、及び55°よりも小さな角度で巻かれた少なくとも1層の抗張力装甲層のうちの少なくとも1つの層を含む。もう1つの方法によれば、このアーチ及び引張装甲は約55°の角度で巻かれた対称的な2つの装甲層で、又は55°の角度で巻かれた2対の層で、或いは少なくとも2つの層の組で置き換えられ、その際その少なくとも1層の巻きかけ角は55°よりも小さく、そしてその少なくももう1層の巻きかけ角は55°よりも大きい。補強材を含むワイヤの鋼鉄は、これらのワイヤが、それらの断面の考慮のもとに、実用に際して必要な機械的強度を与え、そして同時にそれらが、中でも或る場合には、H2Sの存在のもとでの腐食に耐えるように選ぶべきである。
【0005】
これらの鋼鉄ワイヤは一般に圧延又は熱間或いは冷間引抜きによって成形されるが、これらは異なった断面形状、すなわち直線状断面、近似的に平坦な、又は平坦な表面、U字型、T字型又はZ字型に成形されて、隣り合ったワイヤを拘止する手段を含むか、又は含まない形状、或いは円形等を有することができる。
これらの生成物が基本的にH2S及びCO2のような酸性のガスの存在のもとに使用される場合には、一般的な腐食に加えて、その鋼鉄の中への水素の浸透に関連するいくつかの問題がもちあがることがある。実際に、H2S(或いはむしろHS-イオン)はその鋼鉄の表面においてプロトンの還元により作り出される水素原子の再結合を阻害する物質である。これらの水素原子は金属内部に導入されてそこで再結合し、それによって下記の2つの型の障害をもたらす:
○その鋼鉄の表面下の泡(水素ふくれ:我々はこれをブリスタと呼ぶ)又は内部亀裂(段階的亀裂と呼ぶ)が応力の不存在のもとで現れる場合があり、そして残留応力の存在のもとでは一層促進されることがある。
○その鋼鉄を応力のもとに置いたときに遅延した破壊をもたらすような脆化(水素応力腐食)。
【0006】
鋼鉄構造要素をH2Sの存在のもとで使用するための適性の評価のためにNACE規格が与えられている。それらの鋼鉄は、代表的な試料について、それらをH2Sの存在において応力のもとでの腐食の作用に耐えなければならない金属構造材の製造に使用できると考えられるためには、2.8ないし3.4のpHを有するH2Sの外界環境の中での応カのもとにおける試験(一般に「硫化物応力腐食亀裂」或いはSSCCと呼ばれる応力亀裂の結果をもたらすようなNACE試験法TM0177)を受ける必要がある。
【0007】
もう1つのNACE規格(TM0284)は水素によって引き起こされる亀裂の作用に関するものであリ、一般に「水素誘発亀裂」又はHICと呼ばれるものである。上記の規格によって推奨されている試験方法は、試験片をH2Sで飽和した海水の溶液に外界温度及び外界圧力において4.8と5.4との間のpHにおいて無応力でさらすことよりなる。この方法は次にその試験片の亀裂を定量するため、又はその亀裂の不存在を明らかにするための金属組織学的な検査の実施を要求する。その試験片の損傷を評価するための追加的なもう1つの基準は、HIC試験の後での機械的な特性の測定であることができる。この基準はNACE規格TM0284には現れない。すなわち本発明者等は、各試験片についてHICの後での機械的特性を測定するための牽引試験を実施し、そしてこれらの結果をHICの前の各機械的特性と比較することよりなる追加的な評価方法を規定した。この方法は本発明の対象である補強用ワイヤの場合に、これらのワイヤを単軸の長手方向応力の条件にさらし、NACE規格の主な適用対象をなすいくつかの鋼鉄パイプの壁と比較することによって、特に有利であることが証明されている。もう1つの補助的な方法はHIC試験の前後におけるくびれ損失値Z(%)を比較することよりなり、これによればその差額は比較的小さく、そして好ましくは30%よりも小さくなければならない。
【0008】
時間とともにますます強固になってしまう水中沈着物についての研究の条件とともに、最近、H2Sの存在のもとでのそれら材料の使用の条件が、pHが約3程度に低い、より酸性の外界の場合を対象としなければならないことが明らかにされている。すなわち、或る特定の場合には、NACE規格TMO284に従う試験は、H2Sで飽和されていて、もはや少なくとも4.8に等しいpHにおいてではなくて、例えばNACE規格TM0177によって規定されている溶液と同様に、3又は2.8のpHを有する溶液の中で行なうべきであることが規定された。
【0009】
一般に知られている種々の技術に従い、ホースの補強用ワイヤ、特にH2Sを含む液体が輸送される場合のためのそれは軟質又は中間的硬度の炭素−マンガン鋼(0.15ないし0.50%の炭素)で作られ、これはフエライト−パーライト組織を有するが、これに、熱間ロール圧延棒材の冷間成形の後で、必要の場合適当な軟化焼鈍処理を施してその硬度を受容される値にする。
【0010】
NACE規格0175はそのような炭素−マンガン鋼が22HRCに等しいか又はそれよリも小さな硬度を有するならばこれらはH2Sの環境に適応できることを規定している。すなわち、上に記述したように、炭素−マンガン鋼で作られてフエライト−パーライト組織を有する補強用ワイヤは冷間成形を行ない、引き続いて従来のNACE規格に合致させるために軟化焼鈍することにより製造できることが証明されている。22HRCよりも高い硬度を有してNACE規格TM0177及び同TM0284に従いH2Sに適応できる鋼を得ることを可能にする、フランス特許FR−A−2661194に記述されているような方法が、4.8と5.4との間のpHを有し、TM0284に従う試験に用いられる溶液とともに知られている。
【0011】
他方において、もし規格TM0284の方法に従い実施されるHIC試験を、石油鉱床採掘における或る特定の場合に今や遭遇するような条件に相当する、例えば3のオーダーのpHの、より酸性の環境において実施した場合には、フエライト−パーライト組織を有する種々の炭素鋼はこれらのNIC試験に満足には耐え得ないことが見出されている。このような受容できない結果は、22HRCよりも低いHRC硬度を得るようにその最終的熱処理がより強い場合においてさえ得られる。
【0012】
従って、ホース補強用のワイヤを製造するためには、一方において上に記述したような新しい条件のもとでH2Sに適応でき、そして他方において製造経費を充分に低く保つために比較的に標準的でかつ充分に低技術である組成を有するような鋼鉄及び製造方法に対する需要が存在する。
【0013】
更に、ホース補強用ワイヤを製造するために用いられる鋼鉄材料及び製造方法は、非常に長い連続した長さ、すなわち数100メートル又は数キロメートルの長さでその成形ワイヤを製造できるようなものでなければならない。そのようにして作られたワイヤは後でホース補強用の層を作るのに用いることを考慮してコイル状に巻かれる。加えて、そのようにして作られたワイヤの非常に大きな単位長さにもかかわらず、それらはホース製造の過程においてその補強操作の間に溶接によって連結できることが重要である。その溶接帯域の中にその鋼鉄の指定された性質を再現するために、中でもH2Sに対する抵抗性を作り出すために溶接の後で熱処理を与える必要がある。しかしながら製造経費をあまり大きくしないようにするために、この溶接後の熱処理は、もし可能であれば充分に短い数分間の時間内で、好ましくは30分よりも短い時間で所望の結果に達するのを可能にするものであることが重要である。
【0014】
H2Sへの適応が要求されない場合(「スイート原油」)は、同様にフエライト−パーライト組織を有するけれども著しく高い機械的強度及び硬度値を有するような種々の炭素鋼がそれらを冷間成形した粗製の状態において一般に用いられる。それにもかかわらず、或る限度を超えて機械的強度を高めることは、その補強ワイヤを用いて実施しなければならない予備成形及び補強の作業を考慮した場合に、そのような鋼材が不適当な延性を有することをもたらす。
【0015】
本発明の目的は、ホースの製造を対象とした非常に大きな長さを有し、そして最適化された機械的諸特性、並びに本発明に従う利用方法においてH2Sに対する良好な抵抗性を有するような、細長い要素を得るための方法を記述することである。
【0016】
本発明は、鋼鉄の成形ワイヤが大きな長さのものであって、ホースの補強用ワイヤとして使用できるようなワイヤを製造するための方法に関する。この方法は下記の各段階、すなわち
【0017】
下記の各元素
0.05%から0.8%までのC、
0.4%から1.5%まで、好ましくは1%よりも少ないMn、
0から2.5%まで、そして0.25と1.3%との間のCr、
0.1%から0.6%までのSi、
0から1%までのMo、
最高で0.50%のNi、
最高で0.02%のS及びP、そして好ましくは0.005%に等しいか又はそれよりも少ないS、
を含む鋼から、
場合により上記Siの作用に加えて、アルミニウム又はシリコカルシウムよりなる脱酸素とともに、
圧延又は引抜きによって、大いに長い成形ワイヤを作り、
その成形ワイヤについて少なくとも1つの急冷操作を含む熱処理を、場合により、32に等しいか又はそれよりも大きく、そして好ましくは35に等しいか又はそれよりも大きく、そして有利には50に達するか、又はこれを超えるHRC硬度を得るように調節された条件のもとで実施し、
その際得られた成形ワイヤの鋼組織が主としてマルテンサイト−ベイナイトである
上記各段階を含む。
【0018】
フエライトの量は好ましくは小さく、特に10%以下で、有利には1%以下である。
【0019】
本発明の変形態様の1つによれば、炭素含有量Cは0.08%に等しいか、又はそれよりも大きくてもよく、好ましくは0.12%に等しいか又はそれよりも大きく、そしてその鋼鉄は最大で0.4%のSiを含むことができる。
【0020】
成形ワイヤは冷間成形によって作ることができ、中でも熱間ローラ圧延した棒材から圧延又は引抜きによって作ることができる。この熱間ローラ圧延した棒材を、例えばSTELMOR型の監視下での冷却により熱間圧延して850MPaよりも低いRm値に達することが可能であった。850MPaよりも大きなRm値を有する熱間ローラ圧延棒材の場合には、それらを軟化焼鈍してその等級をRm<850MPaに軟化させるのが有利であろう。
【0021】
この成形ワイヤはまた、熱間圧延によって直接得ることも可能である。この場合にはそのワイヤの破壊応力Rmも、圧延の後、又は軟化焼鈍の後で850Mpaよりも低く、その細長い要素の処理に含まれる急冷操作の前後における種々の操作を容易にするのが好ましい。
【0022】
すなわち、この方法は、通常は、引き続いて冷間成形により成形ワイヤに変形される熱間ロール圧延棒材の、又は成形ワイヤの直接の予備的な熱間成形段階を含む。両方の場合ともに、そのようにして熱間成形されたワイヤは主としてフェライト−パーライト組織を有するけれども、マルテンサイトのような硬質の帯域を含むことができる。好ましくは引き続くいずれかの冷間成形操作の前に、及び/又は急冷とともに、その棒材は850MPaよりも低い破壊点Rmを有するのがよいが、この性質は熱間成形の直後において、又は軟化焼鈍処理によって得ることができる。
【0023】
好ましくは急冷操作は流れ方式で連続的に行なうことができる。
【0024】
上記急冷の補助としてこの方法は熱的な応力除去焼鈍を含むことができる。この場合において、HRC硬度が32に等しいか又はそれよりも高く、そして好ましくは35に等しいか又はそれよりも高くなければならないと言う制限をその応力除去焼鈍の後で認めなければならない。
【0025】
この応力除去焼鈍はコイルにおいて炉の中で行なうことができる。
急冷及び上記応力除去焼鈍は流れ方式で、好ましくは、ホース補強用の層を作り出すのに必要な非常に大きな長さのワイヤの製造を可能にするようなラインの中で実施することができる。
【0026】
本発明の第1変形態様に従えば、炭素含量は0.45%に等しいか又はそれよりも低くてよく、好ましくは35%に等しいか又はそれよりも小さく、そしてその鋼鉄は下記の2つの合金元素の少なくとも一方、すなわち
○0.1%と2.5%との間、好ましくは0.25と1.3%との間のCr、
○0.1%と1%との間のMo
を少ない量で含み、その際この鋼鉄は従って低合金型であって、工業的に一般的で、かつ比較的限定された費用のものであるような等級に合致する。
【0027】
Cr及び/又はMoの限定された含有量を含むそのような鋼鉄は、場合により他のいかなる合金元素又はディスパーソイドをも含まなくてよい。しかしながらその鋼鉄が少量の、例えばバナジウム、チタン又はニオブのようなディスパーソイドを、中でも低炭素鋼の場合に含んでいて、それによりその炭素含有量が0.05%に等しいか又はそれよりも多くなることができる場合にも本発明の範囲を逸脱するものではない。この場合には、バナジウムの含有量は溶接の後での焼鈍時間があまりに長くなるのを避けるために僅かな値に制限することができ、好ましくはバナジウム含有量は0.10%に等しいか又はそれよりも少ない。
【0028】
本発明のもう一つの変形態様によれば、鋼鉄の炭素含有量は、0.4%に等しいか又はそれよりも多くて、0.8%以下に留まることができ、そしてCr又はMoのような合金元素を添加することなく、従来よりワイヤ引抜き又はケーブル製造において用いられている標準硬度の、又は半硬質の炭素−マンガン鋼に相当することができる。この鋼鉄は場合により、一般に市販の鋼鉄において見出すことができるような少量のディスパーソイドを含むことができる。そのような鋼鉄はAFNOR規格によればFM40ないしFM80の範囲の鋼鉄に含まれる。
【0029】
急冷熱処理は、ワイヤ用等級の鋼鉄のAC3点よりも高い温度のオーステナイト化炉の中へ送り込み、次いでその等級の鋼鉄とそれらワイヤの寸法との両方に適合させた急冷強さの液体の中の急冷のための帯域の中へ送り込むことを含むことができ、その際その温度及び滞留時間は、NF04102の規格に従うインデックス5とインデックス12との間、そして有利にはインデックス8とインデックス11との間であるような結晶粒度を得る等級に適合化させる。この急冷の後で得られる鋼組織は0%と50%との間の低いベイナイトの%割合を含む主としてマルテンサイトであるか、又は0%と50%との間のマルテンサイトを含む主として低ベイナイトであることができる。好ましくは、このベイナイトは高ベイナイト状態よりはむしろ低ベイナイト状態にあるのがよい。好ましくはこの組織はほんの僅かな量のフエライトを含むことができる。
この製造方法はこの急冷操作で終了し、好ましくは引き続いて応力除去焼鈍を行なうことができる。
【0030】
この応力除去焼鈍の温度は、
○流れ方式において300℃と550℃との間であることができ、その際その速度は、本発明に従い32HRCに等しいか又はそれよりも高い硬度を得るようにそのワイヤの断面に適合化され、
○コイルにおいては炉の中で150℃と300℃との間である。
【0031】
そのようにして得られたワイヤは、ある操作条件のもとではH2Sに耐えるのには適さないかもしれないが、但しその優れた最適化された機械的諸性質、中でも高い磯械的強度と、公知の方法で得ることのできるものよりも良好な延性との組み合わせによって種々のホースのための補強用ワイヤとして非常に有利に使用できることが可能である。破断点Rm値は1,000ないし1,600MPaに達することができ、これは通常知られている最も強い補強用ワイヤのそれに等しいか又はそれより高く、そしてその破断点伸びは5%よりも大きく、場合によっては10%より大きく、そして或る場合には15%を超えることがある。これに対して、冷間硬化された状態に匹敵する強度水準を有する公知の鋼鉄ワイヤについてはこの後者は5%を超えることのない破壊点伸びを有する。
【0032】
H2Sに耐える最適化された成形ワイヤを得るために、本発明の特別な実施態様の1つによれば、この方法は、場合により応力除去焼鈍によって補完される熱的な急冷処理の後で、20HRCに等しいか又はそれよりも高く、そして35HRCに等しいか又はそれよりも低い硬度を得るような特別な条件のもとで、最終の熱的焼戻し処理を含むことができる。
【0033】
この最終的焼戻し熱処理の条件は、3に近いpHの外界環境に要求される運転条件に適応できるような、28HRCに等しいか又はそれよりも低い硬度を得るように適合化させることができる。
【0034】
いずれの場合にも、上述の急冷及び最終の焼戻しの後で、3に近いpHを含めて、本発明に従う鋼鉄はHIC試験においてブリスタリングや亀裂を示さず、そして加えて、これを降伏点の60%に少なくとも等しく、そして後者の約90%に達することのできるような引張応力でNACE規格0177(SSCC)に従う試験を行なったときに亀裂を生じない。
【0035】
最終焼戻しは流れ方式で、ラインの中で、又は別個に実施することができる。最終焼戻しはコイルにおいて炉の中で実施することができる。
【0036】
この焼戻しの温度は、その特性の阻害に導くことのあるカーバイドの過剰な合体を避けるように、最高でその鋼鉄のオーステナイト化の開始温度ACIよりも約10℃ないし30℃低い温度に等しくてもよい。
【0037】
製造の最後に、そのワイヤはコイル機又は巻取り機の上に取りつけてホースの補強材を製造するためにコイルの上に巻かれることができる。
【0038】
一般に、中でも可能な最も良好な機械的強度特性を得るために、その等級の鋼鉄は、熱間ローラ圧延された棒材から成形ワイヤを成形する方法の1つの関数として最適化させることができる:
【0039】
○冷間加工によるワイヤの成形
本発明のこの実施態様は、低合金鋼又は炭素型の鋼鉄を選ぶことによって有利な結果を得ることを可能にすることが見出された。
【0040】
それら合金元素の含有量は、低合金ではあるけれども、急冷の後で僅かなフエライトを含む主としてマルテンサイト又はベイナイトの組織を得るのに充分でなければならない(すなわち、最も好ましい場合には100%に近いマルテンサイトを、そして通常は少なくとも90%のマルテンサイトとベイナイトとを含む組織を得ることができる)。
【0041】
更に、それら合金元素の含有量は比較的低い値に限定されるべきである。実際には、もしこの含有量が或る限度を超えた場合(これは当業者によっていくつかの一連の試験を実施することにより決定することができる)は、そのワイヤを冷間加工操作に不適当にするような次のような結果を招く:
a)その熱間ローラ圧延した棒材の組織の中でその熱間ローラ圧延した棒材の熱間成形に引き続く冷却の単純な作用により過剰量のマルテンサイトが形成される危険。
b)その熱間ローラ圧延棒材を指定された寸法に従う成形ワイヤにするための冷間圧延を正しく実施できるためには高すぎるその熱間ローラ圧延棒材の硬度。
【0042】
低合金に過ぎる鋼鉄及び過剰に合金化された鋼鉄の中から、冷間圧延によって急冷と焼戻しとの後で、特に有利な特性を有する成形ワイヤを製造するために最適化された合金元素の含有量を有するいくつかの鋼材を見出すのが可能であることが見出された。
【0043】
○熱間圧延によりワイヤの成形
この過程は製造経費を低下させることができる。これはまた、冷間圧延よりも大きな断面積を成形するためのワイヤを得ることを可能にする。
【0044】
すなわち、本発明は、急冷の後で、ワイヤの太さの増大にもかかわらずそのワイヤの全ての太さにわたって比較的均一に、主としてマルテンサイト又はベイナイトの組織を有するような成形ワイヤを製造するのを可能にする。すなわち、最も好ましい場合においては約100%に達するマルテンサイトを得ることが可能であり、その際マルテンサイトとベイナイトとの合計含有量は一般に少なくとも90%に等しい。
【0045】
このような結果は、冷間圧延によって成形するために推奨されている種々の鋼鉄よりもより合金化されている等級の鋼鉄を用いて得られる。その上に、より重大に合金化されている鋼鉄類は冷間圧延には使用するのが困難であるか、又は不適当であると考えられていた。
【0046】
本発明によれば、中でも冷間加工によって、その加工が全体的変形又は強く局在化した変形を誘起したとしてもH2Sの存在において高い機械的強度と優れた安定性との両方を有する成形ワイヤの製造が可能である。この結果は、高い水準の冷間変形がその変形の度合い及びその鋼材の等級に依存して、強度の過剰の上昇及び引き続く成形操作の間に欠陥に導くことのある延性の低下をもたらす危険の生ずるにもかかわらず得られる。その冷間成形が冷間加工の少なくとも2つの引き続く段階を含むような特別な実施態様によれば、ある中間的な熱処理操作をその第1の冷間加工段階と最後の冷間加工段階との間で実施する。例えば、この中間的な熱処理操作は、予備的なワイヤ引抜きの操作と圧延の開始との間、又は2つの引き続く圧延過程の間に実施することができる。
【0047】
このような中間的な熱処理は、冶金学における公知の種々の方法で、機械的強度を、好ましくは850MPa以下に低下させ、そして冷間加工を可能にする延性を保存するように達成することができる。
【0048】
本発明はまた、ホースの補強ワイヤとして使用するのに適した一定の断面で非常に長い長さを有する成形ワイヤにも関し、その際上記ワイヤは下記の元素、すなわち
0.05%から0.8%までのC、
0.4%から1.5%まで、好ましくは1%よりも少ないMn、
0から2.5%まで、好ましくは0.25%と1.3%との間のCr、
0.1%から0.6%までのSi、
0から1%までのMo、
最高で0.50%のNi、
最高で0.02%のS及びP、そして好ましくは0.005%に等しいか又はそれよりも少ないS、
を含む鋼鉄から作られる。
【0049】
この発明の変形態様の1つによれば、炭素Cの含有量は0.08%に等しいか又はそれよリも多く、好ましくは0.12%に等しいか又はそれより多くてもよく、そしてこの鋼鉄は最高0.4のSiを含むことができる。
【0050】
焼戻し処理、中でも応力除去焼戻しのような、その得られたワイヤが引き続いて補強用ワイヤとして使用されるのに必要な延性を有するような、又はそのワイヤをH2Sの存在において使用するのに適しているようにする品質焼戻しのような、焼戻しが多少とも著しい場合のある焼戻し処理のなされたマルテンサイト−ベイナイト型の鋼鉄である。
【0051】
好ましくはそのマルテンサイト−ベイナイト組織は、0%と50%との間の低いベイナイト%割合を有する、主としてマルテンサイトであるか、又は0%と50%との間のマルテンサイトの%割合を有する、主として低ベイナイトであるのが好ましい。好ましくはこの組織はほんの僅かな量のフエライトを含むことができる。そのワイヤは20HFCよりも高い硬度を有することができる。好ましくはそのオーステナイト型結晶粒の粒度は規格NF04012に従い、インデックス5とインデックス12との間、そして有利にはインデックス8とインデックス11との間にあるのがよい。
【0052】
その成形ワイヤは下記の一般的な形状、すなわちU字型、T字型、Z字型、矩形又は丸型の少なくとも1つの形を有する断面を有することができる。この成形ワイヤの断面は幅L及び厚さeを有することができ、そして次の比率を有することができる。すなわちL/eは1よりも大きく、7よりも小さい。その厚さは1mmと20mmとの間で変化でき、そして30mmに達することができる。
【0053】
その成形ワイヤの断面形状は、隣り合ったワイヤに拘止するための手段を含むことができる。
【0054】
本発明に従う成形ワイヤの第1の変形態様において、炭素含有量Cは0.45%に等しいか又はそれよりも少なく、そしてその鋼鉄は下記の合金元素少なくとも1つを少ない量で含む:
○0.1%と2.5%との間、好ましくは0.25と1.3%との間のCr
○0.1%と1%との間のMo
【0055】
本発明に従う成形ワイヤのもう1つの変形態様においてはその鋼鉄の炭素含有量は0.8%よりも少なく留まるけれども、0.4%に等しいか又はそれよりも多くてもよく、そしてCr又はMoのような合金元素を添加することなく、かつ場合により少量のディスパーソイドとともに、従来ワイヤ引抜き又はケーブル製造において使用されている標準的硬度の、又は中間的硬度の炭素−マンガン鋼に相当することができる。そのような鋼鉄はAFNOR規格に従うFM40からFM80までの範囲の鋼鉄において見出すことができる。
【0056】
本発明に従う成形ワイヤはその第1具体例によれば、32に等しいか又はそれよりも高く、好ましくは35に等しいか又はそれよりも高いHRC硬度を有することができる。そのようにして得られたワイヤは或る運転条件のもとではH2Sに耐えるためには適していないかもしれないが、しかしながらその優れた最適化された機械的諸性質、中でも高い機械的強度と公知の種々の方法で得ることのできるものよりも大きな延性との組み合わせによりホースの補強用ワイヤとして非常に有利に使用することができる。破壊点Rm値は1,000ないし1,600MPaに達することができ、好ましくは1,200MPaに等しいか又はそれよりも大きい。このようなワイヤは弱腐食性の原油(「スイート原油」)、脱ガスされた石油(「デッドオイル」)又は水を輸送するためのホースの補強を与えるために有利に使用することができる。このようなワイヤを製造するための方法は急冷操作によって終了することができ、好ましくは引き続いて応力除去焼鈍を行なう。
【0057】
本発明に従う成形ワイヤはそのもう1つの具体例によれば、20に等しいか又はそれよりも高く、好ましくは35に等しいかそれよりも低いHRC硬度を有することができる。そのようにして得られたワイヤは上述した運転条件のもとで、中でも非常に酸性の環境(2.8又は3に近いpH)におけるHIC試験に従いH2Sに対する抵抗性を有することができる。機械的強度Rmは3に近いpHで700ないし900MPaのオーダーであることができ、そしてより高いpHで少なくとも1,100MPaに達することができる。NACEに従うSSCC試験において印加される応力は2.8に近いpHで少なくとも400MPaであることができ、そして600MPaに達することができる。
【0058】
SSCC試験を3よりも高いpH値で実施した場合には、その受容できる応力はより高くてもよく、そして降伏点の約90%に達することができる。
【0059】
酸性ガス、中でもH2S及びCO2を含む原油を輸送するためのホースの補強用ワイヤとしてそれらを使用するために、本発明に従う方法は、マルテンサイト−ベイナイト組織の焼戻しによって作り出されるフエライト母材の中に非常に高度に分散した状態の極端に微細な球状カーバイドを組織の中に含むような焼戻し処理されたマルテンサイト−ベイナイト型の鋼の成形ワイヤを作ることを可能にする。この鋼鉄を、同じ用途に使用するための補強用ワイヤの製造のために既に提案されているか又は実用されているような、例えば一般にフエライトの母材の中のカーバイド要素を含む、冷間硬化させたフエライト−パーライト組織からの球状化処理によって得られる鋼鉄と比較するのが好都合である。これらの鋼鉄の球状化されたカーバイド要素は本発明に従う鋼の場合におけるよりも著しく細かくなくてかつ分散が悪く、これがこれら2つの型の材料の間の差異を明らかに示すことを可能にしている。本発明に従う成形ワイヤの、従来技術のワイヤに比しての機械的強度及びH2Sとの適応性における優れた性質は、それらが非常に微細でかつよりよく分散された球状化組織を有すると言う事実と組み合わされているもののようでもある。
【0060】
本発明は特に、同一ロットの熱間ローラ圧延鋼材から、そして同じ急冷操作及び場合により応力除去操作を実施することによって、要求条件に依存して機械的に非常に強いけれどもH2Sに対する所望の抵抗性を有しない鋼鉄ワイヤか、又は最も厳しい条件のもとでさえH2Sに対して抵抗性のあるワイヤかを製造できるという特別な利点を有することに注意すべきである。最初の場合においてはその手順は急冷操作で終了し、好ましくは引き続いて応力除去を行なう。他方の場合においてはその手順は最終焼戻し処理の追加的段階に続く。
【0061】
本発明はH2Sを含む排出流の輸送のためのホースに利用することができ、それによってそのパイプは圧力及び/又は引張力に対する本発明に従う成形ワイヤを含む補強用の少なくとも1つの装甲層を含むことができる。
以下にあげる諸例から、本発明はよりよく理解され、そしてその進歩性がより明瞭に示されるであろうが、これらは決して制限的なものではない。
【0062】
例1
AFNOR規格の等級30CD4(UNSG41300の数と組み合わされたASTM規格4130に相当する)に従うクロム−モリブデン型の鋼鉄から15mmの直径を有する円形断面の成形ワイヤを製造した。用いた鋼鉄は下記の組成を有する:
C:0.30%、Mn:0.46%、Cr:0.90%、
Si:0.32%、
Mo:0.18%、Ni:0.12%、S=0.003%、
P=0.009%
【0063】
急冷操作は流れ方式で1.8m/分の速度において、高周波誘導加熱を用いて980℃−1,000℃において、次いで油急冷によって実施した。応力除去焼鈍は炉の中で180℃において2時間実施した。
【0064】
これらの急冷及び応力除去の各熱処理の後でそのワイヤの硬度は40HRC(Rm=1,200MPa)であり、そしてその組織は主としてマルテンサイトである。結晶粒度はNF04.ID2の規格のインデックス8に相当する。
【0065】
炉の中での2時間にわたる熱的焼戻し処理は下記の機械的諸特性をもたらす:
【0066】
【表1】
【0067】
そのように熱処理され、そして22HRCと26HRCとの間の硬度を有する各ワイヤは、下記の単軸方向引張応力(T)のもとでの30日間にわたるSSCNACE TM 0177試験を満足する。
【0068】
【表2】
【0069】
これらの試験の後で、いくつかの試験片についての引張試験は機械的な諸特性値、及び特に破壊点伸びが変化を受けず、NACE試験の前に得られた値に非常に近くとどまっていることを示している。
【0070】
NACE TM 0284の操作に従い行なわれるが、但し合成海水(pH約5)に代えていわゆる「NACE TM 0177」型溶液(pH=2.8)の中で行なわれたHIC試験はこれらの3つの硬度水準(22、24及び26HRC)について段階的亀裂に不感性であること、すなわち
CLR=0% CTR=0% CSR=0%
であることを示している。
【0071】
更に、誘導加熱又は抵抗加熱によって作り出された軸方向圧縮を含み5分間よりも短い焼戻し処理を施した溶接は400MPaの単軸方向引張のもとでSSC NACE TM 0177試験に合格する。好ましくは、溶接後の焼戻し処理の温度はその金属の焼戻し処理のそれよりも高くなければならず、そしてオーステナイト化開始温度ACIよりも低く、好ましくはACIに対して20ないし30℃低いのがよい。
【0072】
ホースの工業的製造においてはそのような溶接操作はワイヤの各単位区間を連結するために必要である。それらワイヤについてのNACE試験において良好な結果を得ることが特に有利であり、そしてその焼戻し処理操作を溶接の後で迅速に実施できる可能性を確実にすることも有利であることに注意するべきである。例えば、そのような焼戻し処理の時間が、その鋼鉄が0.10%よりも多いバナジウムを含んでいる場合に30分を超える時間を要すること、及び従ってこの鋼鉄の使用は本発明の対象とする利用分野に対しては推奨されないことが見出されているが、一方、一見して、この型の用途のためにバナジウムを加えることに依存するのは自明であろう。
【0073】
僅かに異なっていて下記の各組成
C=0.31%、Mn=0.66%、Si=0.23%、Cr=1.02%、Mo=0.22%、Ni=0.24%、S=0.010%、P=0.009%
を有する、30CD4型のものでもある鋼鉄からT字型断面(高さ14mm、幅125mm)を有するワイヤを製造した。流れ方式での急冷操作及び応力除去焼鈍の後でそのワイヤは40HRCの硬度を有する。
【0074】
650℃に近い温度における炉の中での3時間の焼戻し処理の後で23HRCと25HRCとの間の硬度の関数として下記の機械的特性が得られる:
【0075】
【表3】
【0076】
15mmの直径の丸型ワイヤについて実施したHIC試験は、亀裂を生ずることなく同じ結果を示す。
【0077】
SSCC試験は、それらの硬度のそれぞれについて400MPaの値の少なくとも1つの単軸方向引張強度値を与える。
【0078】
例2
下記、すなわち
C:0.14%、Mn:0.74%、Cr:1.095%、Si:0.203%、Mo:0.246%、Ni:0.24%、S=0.006%、P=0.008%
を含む、AFNOR規格により規定された等級12CD4に従うクロム−モリブデン型の鋼の1つから、いくつかの成形ワイヤを製造した。
直径8mmの熱間ローラ圧延した丸棒材(約750MPaの破壊応力を有する)から幅9mm及び厚さ3mm(9×3)の扁平ワイヤをワイヤ引抜き及び冷間圧延によって得た。
【0079】
急冷は油を用いて流れ方式で行ない、続いて500℃に近い温度の鉛浴の中で流れ方式で応力除去焼戻し処理を行なった。40HRCの硬度及び1,240MPaの破壊応力が得られる。結晶粒度はNF04.102の規格のインデックス8に相当する。
【0080】
○炉中での焼戻し処理
下記の表から、NACE TM 0284の操作に従って行なったが、但し合成海水(pH約5)の代わりにいわゆる「NACE TM 0177」溶液(pH=2.8)の中で実施したHICの前後における各ワイヤの機械的特性を比較することができる。
【0081】
【表4】
【0082】
24HRCが得られるように調節した焼戻し処理の後で、各ワイヤは500MPaの応力のもとでのNACE TM 0177操作(方法A)に従う試験に合格した。
【0083】
○流れ方式での焼戻し処理
焼戻し処理は中間周波数の誘導加熱により種々の出力において15m/分の速度で実施したが、これは加熱炉出口において測定した温度に依存して下記の機械的性質もたらす:
【0084】
【表5】
【0085】
この2つの焼戻し処理の場合(炉中又は流れ方式での焼戻し処理)において、HIC試験をNACE TM 0284の操作に従うけれども但し合成海水(pH約5)の代わりにいわゆる「NACE TM 0177」型溶液(pH=2.8)の中でそれぞれの硬度水準についてHIC試験を行なう。それらの試験は、異なった硬度水準(炉中処理の場合22HRCから28HRCまで、そして流れ方式の場合26HRCから29HRCまで)について段階的亀裂に対する不感性、すなわち
CLR=0% CTR=0% CSR=0%
を示す。
【0086】
例3
AFNOR規格に従い20C4ないし40CIの範囲に従う、0.1%と1%との間のクロムを添加した、急冷処理及び焼戻し処理に適した炭素−マンガン鋼鉄。
【0087】
1)下記組成、すなわち
C=0.35%、Mn=0.75%、Si=0.26%、Cr=0.35%、S=0.02%、P=0.02%、モリブデン又はニッケルの添加なし
を有する鋼鉄を用いて35CIの等級(炭素0.35)において矩形の成形ワイヤ(9×3)を製造する。
【0088】
油冷却及び応力除去焼鈍の後で硬度40HRC及びRm=1,310MPaを有する各ワイヤが得られる。結晶粒度はNF04.102規格のインデックス8に相当する。
【0089】
○炉中での焼戻し処理
下記の温度での約1時間の処理の間に下記の硬度が得られる:
【0090】
【表6】
【0091】
NACE TM 0284に従い、但し合成海水(pH約5)の代わりにいわゆる「NACE TM 0177」操作(pH=2.8)の中でのHIC試験の後で、HIC試験の前に有していたものと比較して下記の機械的性質が得られる。
【0092】
【表7】
【0093】
○流れ方式での焼戻し処理
700℃の温度についてその得られたワイヤは27.5HRCの硬度、Re=710MPa、Rm=940MPa及びA=14.6%を有する。
【0094】
これら2つの焼戻し処理の場合に、NAC TM 0284の操作に従うけれども、但し合成海水(pH約5)の代わりにいわゆる「NACE TM 0177」型溶液(PH=2.8)を用いて実施されたHIC試験は、22HRCと27HRCとの間の硬度水準について、段階的亀裂に不感性であることを示している。
【0095】
流れ方式における焼戻し処理の場合(HRC=27.5)においてはSSC NACE TM 0177試験(方法A)は400Mpaの軸方向張力のもとで合格である。
【0096】
2)AFNOR規格に従う18C4又は20C4の等級の鋼鉄から製造された9×3の矩形の成形ワイヤについて試験を行なう。その組成は
C:0.18%、Mn:0.85%、Si:0.11%、
Cr:0.91、Ni:0.174%、Mo:0.039%、S及びP=0.015%
を含む。
【0097】
油急冷を実施し、引き続いて応力除去焼鈍を行なって39HRCの硬度、及びRm=1180MPaを得る。結晶粒度はNF04.102規格のインデックス8に相当する。
【0098】
約4時間にわたる炉の中での焼戻し処理を510℃、525℃及び540℃の温度において実施し、それぞれ26、24及び22HRCの硬度を得た。
【0099】
合成海水(pH約5)の代わりにいわゆる「NACE TM 0177」溶液(pH=2.8)の中で行なったHIC試験は上と同じ満足な結果を与える。SSCC試験は、400MPaと450MPaとの間の応力のもとでの各硬度(22ないし26HRC)に従い合格である。
【0100】
同じ鋼鉄及び引き続く等価の処理において13mmの直径を有する丸ワイヤについて硬度の関数として下記の機械的性質を与えることができる:
【0101】
【表8】
【0102】
3)上述した0.35%のCを有する等級のものを用いて2mmと7.5mmとの間の厚さ及び5mmと15mmとの間の幅を有する成形ワイヤを下記の組成、すなわち
C=0.33%、Mn=0.73%、Si=0.21%、
Cr=0.34%、S=0.015%、P=0.007%
の鋼鉄を用いて製造する。
【0103】
水急冷及び応力除去焼鈍の後で380ビッカース硬度(40HRC)及びRm=1,400MPaを有する各ワイヤが得られる。結晶粒度はNF04.102規格のインデックス1に相当する。
【0104】
615℃における炉の中での15時間の焼戻し処理(680℃における約1分間の処理により得ることのできる結果に相当する)の後で、24HRC硬度を有し、Rm=828MPaの破断点及びRP0.2=724MPaの降伏点を有する最終的なワイヤが得られる。NACE規格TM0284に従い、但しNACE TM 0177に従うpH=2.7の溶液の中で行なったHIC型のいくつかの試験は、このワイヤがH2Sの存在のもとでの亀裂に不感性であることを示す。
【0105】
NACE規格TM 0177に従うSSCC型応力のもとでの腐食試験は破壊や亀裂を生ずることなく720時間に達することができた。或る場合に3.5に等しいpHでその応力は降伏点の90%、すなわち652MPaに達した。もう1つの場合においてpHは2.7と言う非常に低い値であったが、適用された応力は600Mpa、すなわち降伏点の83%であった。
Claims (29)
- ホースの補強ワイヤ用としての鉄鋼ワイヤを製造する方法において、
下記の元素
0.05質量%から0.8質量%までのC、
0.4質量%から1.5質量%までのMn、
0.25質量%から2.5質量%までのCr、
0.1質量%から0.6質量%までのSi、
0から1質量%までのMo、
最高で0.50質量%のNi(0質量%の場合を含む)、
最高で0.02質量%のS及びP
を含む鋼鉄から圧延又は引抜きによって、成形ワイヤを作る段階と、
前記成形ワイヤに対して、少なくとも1つの急冷操作を含む少なくとも1つの第1熱処理を行い、32に等しいか又はそれよりも大きいHRC硬度及びマルテンサイト−ベイナイトからなり、10%以下のフェライトを含む鋼組織を有する第1熱処理後の成形ワイヤを得る段階と、を含み、
その際、
前記急冷操作が、前記鉄鋼を該鉄鋼のAC3点よりも高い温度においてオーステナイト化炉に通し、次いで急冷帯域へ移動させることからなり、かつ
前記第1熱処理の後で、前記第1熱処理後の成形ワイヤは1,600MPaを超えない破断点Rmを有する
ことを特徴とする方法。 - 前記第1熱処理後の成形ワイヤの硬度が35HRCに等しいか又はそれよりも大きい請求項1に記載の方法。
- 前記成形ワイヤが熱間ローラ圧延棒材の冷間加工により得られ、そして該熱間ローラ圧延棒材が、850MPaよりも低いRm値を有する請求項1または2に記載の方法。
- 前記圧延が熱間圧延であり、850MPaよりも低いRm値の成形ワイヤを直接得る請求項1または2に記載の方法。
- 前記熱間圧延に引き続いて軟化焼鈍を行う請求項4に記載の方法。
- 急冷操作を流れ方式で連続的に実施する請求項1ないし5のいずれかに記載の方法。
- 前記第1熱処理が、前記急冷に加えて応力除去焼鈍を含む請求項1ないし6のいずれかに記載の方法。
- 前記応力除去焼鈍を炉の中で、前記成形ワイヤをコイル状として実施する請求項6に記載の方法。
- 前記急冷及び応力除去焼鈍を流れ方式で実施する請求項7または8に記載の方法。
- 前記鉄鋼が、
最高0.45質量%のC、
及び下記に2つの元素の少なくとも1つ、すなわち
0.25質量%と2.5質量%との間のCr、
0.1質量%と1質量%との間のMo
を含む請求項1ないし9のいずれかに記載の方法。 - 前記鉄鋼が、0.40質量%と0.8質量%との間のCを含む請求項1ないし8のいずれかに記載の方法。
- 前記応力除去焼鈍の温度が、
流れ方式での処理において300℃と550℃との間、
炉の中でのコイル状としての処理において150℃と300℃との間
である、請求項7ないし11のいずれかに記載の方法。 - 第1熱処理の後において、20HRCに等しいか又はそれよりも高く、そして35HRCに等しいか又はそれよりも低い硬度が得られるように調節された条件のもとで最終の焼戻し処理を含む、請求項1ないし12のいずれかに記載の方法。
- 硬度が28HRCに等しいか又はそれよりも低い、請求項13に記載の方法。
- 最終焼戻し処理を流れ方式で実施する、請求項13または14に記載の方法。
- 最終焼戻し処理を、前記成形ワイヤをコイル状として実施する、請求項13または14に記載の方法。
- 前記最終焼戻し処理の温度が、最大でもその鉄鋼のオーステナイト化開始のAC1温度よりも10℃ないし30℃低い温度に等しい、請求項1ないし16のいずれかに記載の方法。
- 下記の各元素、すなわち
0.05質量%から0.8質量%までのC、
0.4質量%から1.5質量%までのMn、
0.25質量%から2.5質量%までのCr、
0.1質量%から0.6質量%までのSi、
0から1質量%までのMo、
最高で0.50質量%のNi(0質量%の場合を含む)、
最高で0.02質量%のS及びP
を含む鉄鋼から製造され、
32に等しいか又はそれよりも大きいHRC硬度及びマルテンサイト−ベイナイトを主体とする鋼組織を有し、10%以下のフェライトを含み、かつ1,600MPaを超えない破断点Rmを有する、ホースの補強用ワイヤ。 - 前記鉄鋼が、
最高0.45質量%のC、
及び下記の2つの元素の少なくとも1つ、すなわち
0.25質量%と2.5質量%との間のCr、
0.1質量%と1質量%との間のMo、
を含む、請求項18に記載のホースの補強用ワイヤ。 - 前記鉄鋼が、0.40質量%と0.8質量%との間のCを含む、請求項18に記載のホースの補強用ワイヤ。
- 1,000MPaよりも大きなRm値及び5%に等しいか又はそれよりも多い破壊点までの伸びを有する、請求項18ないし20のいずれかに記載のホースの補強用ワイヤ。
- 請求項18ないし21のいずれかに記載のホースの補強用ワイヤに対して、最終焼き戻しを行って得られたホースの補強用の焼き戻しされたワイヤであって、35HRCに等しいか又はそれよりもひくい硬度、及び700MPaよりも大きなRmを有する、ホースの補強用の焼き戻しされたワイヤ。
- 前記ホースの補強用ワイヤの断面の幅をL及び厚さをeとした場合に、下記の比、すなわちL/eが1よりも大きく、かつ7よりも小さく、その際eは30mmに等しいか又はそれよりも小さい、請求項18ないし22のいずれかに記載のホースの補強用ワイヤ。
- 前記ホースの補強用ワイヤの断面の形状が隣接ワイヤを拘止する手段を含む、請求項18ないし23のいずれかに記載のホースの補強用ワイヤ。
- 圧力及び/又は引っ張り力に対する補強のための、請求項18ないし24のいずれかに記載の成形ワイヤを含む少なくとも1つの装甲層を含む、H2Sの含まれた排出流を輸送するためのホース。
- 前記鉄鋼が、0.08質量%ないし0.8質量%のC、及び0.4質量%に等しいかそれよりも少ないSiを含む、請求項1ないし17のいずれかに記載の方法。
- 前記鉄鋼が、0.12質量%ないし0.8質量%のCを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記鉄鋼が、0.08質量%ないし0.8質量%のC、及び0.4質量%に等しいか又はそれよりも少ないSiを含む、請求項18ないし24のいずれかに記載のホースの補強用ワイヤ。
- 前記鉄鋼が0.12質量%ないし0.8質量%のCを含む、請求項28に記載のホースの補強用ワイヤ。
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