JP4930652B2 - ラインパイプ用継目無鋼管の製造方法及びラインパイプ用継目無鋼管 - Google Patents

Description

本発明は、継目無鋼管の製造方法及び継目無鋼管に関し、さらに詳しくは、ラインパイプ用継目無鋼管の製造方法及びラインパイプ用継目無鋼管に関する。

海底に配置されるパイプラインは、高圧流体を内部に通す。パイプラインはさらに、波浪による繰り返し歪みと、海水圧とを受ける。そのため、海底のパイプラインに使用される鋼管には、高強度と高靭性とが要求される。

ラインパイプ用継目無鋼管の肉厚を厚くすれば、高強度が得られる。しかしながら、肉厚が厚ければ、脆性破壊が生じやすく、靭性が低下する。そのため、海底で使用されるラインパイプ用継目無鋼管には、優れた靭性が特に求められる。

ラインパイプ用継目無鋼管の靭性を向上する製造方法は、特開２０００−１０４１１７号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１に開示された製造方法では、穿孔圧延直後の鋼管温度を９５０℃以上とする。そして、鋼管温度をＡｒ３点以下にすることなく、９００℃〜１０００℃の温度に鋼管を均熱する。そして、均熱された鋼管を５℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する。

また、ラインパイプ用継目無鋼管ではない他の鋼管の靭性を向上する製造方法は、特開昭６３−２１５３０９号公報（特許文献２）、特開平９−３５３９号公報（特許文献３）、特開２００８−２６６７００号公報（特許文献４）、特許第３７５５１６３号（特許文献５）及び特許第３８５５３００号（特許文献６）に開示されている。

特許文献２に開示された製造方法は、ピアサ、マンドレルミル、冷却設備、再熱炉及びストレッチレデューサを利用する。ビレットをピアサにより穿孔して素管とする。そして、素管をマンドレルミルにより延伸圧延する。延伸圧延された素管を冷却設備によりＡｒ１点以下に冷却する。そして、冷却された素管をストレッチレデューサで定径圧延する。

特許文献３に開示された製造方法は、仕上げ圧延された鋼管をＡｒ３点以上の温度から、空冷以上の冷却速度で冷却する。そして、冷却された鋼管をＡｃ１点以下の温度で焼戻しする。

特許文献４に開示された製造方法は、定径圧延された鋼管を加速冷却する。そして、加速冷却された鋼管を３５０〜６００℃の温度に保持する。

特許文献５に開示された製造方法は、仕上げ圧延された鋼管を８５０〜１１００℃に加熱する。そして、加熱された鋼管を焼入れする。焼入れの冷却速度は特に限定されない。

特許文献６に開示された製造方法は、仕上げ圧延された鋼管を、８０℃／分以上の冷却速度でＡｒ３点以下の温度に冷却する。そして、冷却された鋼管を焼入れし、焼き戻す。

特許文献１に開示される製造方法は、ラインパイプ用継目無鋼管の靭性をある程度向上する。しかしながら、最近ではラインパイプ用継目無鋼管の靭性のさらなる向上が求められている。特許文献２〜特許文献６の製造方法は、ラインパイプ用継目無鋼管と異なる鋼種の鋼管を製造する。そのため、これらの製造方法は、ラインパイプ用継目無鋼管の靭性を向上するのに必ずしも好適ではない。

本発明の目的は、ラインパイプ用継目無鋼管の靭性を向上できる、ラインパイプ用継目無鋼管の製造方法を提供することである。

本発明者らは、ラインパイプ用継目無鋼管の靭性を向上するために、鋼の結晶粒を更に微細化する方法を検討した。その結果、本発明者らは、熱間加工により製造される鋼管を加速冷却した後、さらに焼入れを行うことにより、鋼管の結晶粒が微細化されると考えた。具体的には、穿孔機及び連続圧延機（マンドレルミル及びサイザ又はストレッチレデューサ）により製造された継目無鋼管を水冷（加速冷却）する工程と、焼戻しする工程との間に、焼入れする工程を挿入する。この製造方法により製造されたラインパイプ用継目無鋼管の結晶粒は微細化され、靭性が向上する。

本発明者らはさらに、加速冷却において、水冷停止温度を低くすれば、結晶粒がより微細化されると考えた。水冷停止温度は、加速冷却において、水冷を停止するときの鋼管の表面温度を意味する。Ａｒ３点以上の表面温度を有するラインパイプ用鋼管を水冷するとき、水冷停止温度が低ければ、鋼中にベイナイト組織が生成される。ベイナイト組織は、マルテンサイト組織と同様に格子変態により生成されると考えられ、転位等の高密度の格子欠陥を含む。ベイナイト組織の鋼管を焼入れ温度に加熱すれば、高密度の格子欠陥を起点として微細なγ粒が生成される。そのため、焼入れ及び焼戻し後の鋼管の結晶粒が微細化され、鋼管の靭性が向上する。

以上の見解に基づいて、加速冷却での水冷停止温度と靭性との関係を調査した。水冷停止温度と靭性との関係を図１に示す。図１は以下の方法により得られた。表１に示す化学組成を有する複数のビレットを準備した。

各ビレットを加熱炉により加熱した。続いて、穿孔機により各ビレットを穿孔圧延して素管にした。続いて、延伸圧延機により各素管を延伸圧延した。続いて、定径圧延機により各素管を定径圧延し、複数のラインパイプ用継目無鋼管を製造した。続いて、製造された各継目無鋼管を水冷（加速冷却）した。このとき、水冷停止温度を継目無鋼管ごとに変えた。水冷開始時の継目無鋼管の表面温度（外表面温度）はいずれも１１００℃であった。冷却後の各継目無鋼管を焼入れした。焼入れ温度は９５０℃であり、４０分均熱した。焼入れ後、各継目無鋼管を焼戻しした。焼戻し温度は６５０℃であり、３０分均熱した。以上の工程によりラインパイプ用継目無鋼管を製造した。

製造された各ラインパイプ用継目無鋼管の肉厚中央部からＪＩＳ Ｚ ２２０２に準拠したｖノッチ試験片を採取した。そして、各ｖノッチ試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に準拠したシャルピー衝撃試験を実施し、エネルギ遷移温度ｖＴＥを求め、図１に示す曲線Ｃ１を得た。

図１を参照して、水冷停止温度が低下するに従い、エネルギ遷移温度ｖＴＥ（℃）は低下した。さらに、水冷停止温度＝４５０℃を境に、曲線Ｃ１の傾きが変化した。より具体的には、水冷停止温度が低下するとき、水冷停止温度が４５０℃になるまで、エネルギ遷移温度は急速に低下した。一方、４５０℃未満の温度範囲において、水冷停止温度が低下しても、エネルギ遷移温度はそれほど低下しなかった。つまり、曲線Ｃ１は水冷停止温度＝４５０℃において変曲点を有した。

以上の新規な知見に基づいて、本発明者らは、以下の発明を完成した。

本発明によるラインパイプ用継目無鋼管の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％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、加熱された丸ビレットを穿孔圧延して素管を製造する工程と、素管を延伸圧延及び定径圧延して継目無鋼管を製造する工程と、製造された継目無鋼管を水冷し、継目無鋼管の温度が４５０℃以下となったときに水冷を停止する工程と、水冷された継目無鋼管を焼入れする工程と、焼入れされた継目無鋼管を焼戻しする工程とを備える。

好ましくは、ラインパイプ用継目無鋼管の製造方法はさらに、製造された継目無鋼管を９００℃〜１１００℃に加熱する工程を備える。水冷する工程では、加熱された継目無鋼管を水冷する。

好ましくは、丸ビレットの化学組成はさらに、Ｃｕ：１．５％以下、Ｎｉ：１．５％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：０．８％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｂ：０．０６％以下及びＴｉ：０．０５％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する。

本発明によるラインパイプ用継目無鋼管は、上述の製造方法により製造される。

図１は、本発明のラインパイプ用継目無鋼管のエネルギ遷移温度と水冷停止温度との関係を示す図である。 図２は、本発明のラインパイプ用継目無鋼管の製造設備ラインの構成を示すブロック図である。 図３は、図２に示す製造設備ラインを利用したラインパイプ用継目無鋼管の製造フローを示すフロー図である。 図４は、図３に示す製造フロー中の各工程における素材の表面温度の変化を示す図である。 図５は、実施例１のラインパイプ用継目無鋼管の強度と水冷停止温度との関係を示す図である。 図６は、実施例２のラインパイプ用継目無鋼管の強度と水冷停止温度との関係を示す図である。 図７は、実施例２のラインパイプ用継目無鋼管のエネルギ遷移温度と水冷停止温度との関係を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［化学組成］
本発明の実施の形態によるラインパイプ用継目無鋼管は、以下の化学組成を有する。以降、合金元素に関する％は質量％を意味する。

Ｃ：０．０２〜０．１５％
炭素（Ｃ）は、鋼の強度を向上する。ラインパイプに必要な強度を有するために、Ｃ含有量の下限値は０．０２％である。一方、Ｃが過剰に含有されると、ラインパイプの溶接部の溶接熱影響部及び母材の靭性が低下する。そのため、Ｃ含有量の上限値は０．１５％である。好ましいＣ含有量は、０．０４〜０．１２％であり、さらに好ましくは、０．０４〜０．０９％である。

Ｓｉ：０．５％以下
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。そのため、Ｓｉ含有量は０．５％以下とする。好ましいＳｉ含有量は、０．０５〜０．３５％である。

Ｍｎ：０．５〜２．５％
マンガン（Ｍｎ）は鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を向上する。ラインパイプに必要な強度を有するために、Ｍｎ含有量の下限値は０．５％である。一方、Ｍｎが過剰に含有されると、Ｍｎが偏析する。そのため、溶接熱影響部及び母材の靭性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量の上限値は２．５％である。好ましいＭｎ含有量は０．５〜２．２％である。

残部は鉄（Ｆｅ）及び不純物である。不純物は、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）等を含む。Ｐは中心偏析を引き起こす。ＳはＭｎとＭｎＳを形成し、鋼の靭性を低下する。Ｏは鋼の清浄度を下げる。Ｎは鋼に固溶して、鋼の靭性を低下する。Ａｌは、鋼を脱酸する。しかしながら、Ａｌは鋼の清浄度を低下し、靭性を低下する。そのため、本発明では、Ａｌは不純物である。

好ましいＰ含有量は、０．０１５％以下である。好ましいＳ含有量は０．００４％以下である。好ましいＯ含有量は、０．０１％以下である。好ましいＮ含有量は０．００７％以下である。好ましいＡｌ含有量は０．０５％以下である。

本実施の形態によるラインパイプ用継目無鋼管の化学組成はさらに、以下に説明する選択元素を含有してもよい。

銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）及びモリブデン（Ｍｏ）、は、いずれも鋼の焼入れ性を高めて鋼の強度を向上する。以下、これらの元素について詳述する。

Ｃｕ：１．５％以下
銅（Ｃｕ）は選択元素である。Ｃｕは鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を向上する。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０．０５％以上である。一方、Ｃｕが過剰に含有されれば、鋼の溶接性が低下する。さらに、Ｃｕは高温における粒界強度を下げるため、熱間圧延時に鋼が割れやすくなる。したがって、Ｃｕ含有量は１．５％以下である。

Ｎｉ：１．５％以下
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０．０５％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１．５％以下である。

Ｃｒ：１．０％以下
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はさらに、鋼の焼戻し軟化抵抗を高める。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％以上である。一方、Ｃｒが過剰に含有されれば、鋼の溶接性が低下し、鋼の靭性も低下する。したがって、Ｃｒ含有量は１．０％以下である。

Ｍｏ：０．８％以下
モリブデン（Ｍｏ）は選択元素である。Ｍｏは鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を向上する。Ｍｏが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。好ましいＭｏ含有量は０．０２％以上である。一方、Ｍｏが過剰に含有されれば、鋼の靭性が低下し、溶接性も低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０．８％以下である。

Ｖ、Ｎｂ及びＴｉは、いずれも炭窒化物を析出して鋼の強度及び靭性を向上する。以下、これらの元素について詳述する。

Ｖ：０．２％以下
Ｎｂ：０．０６％以下
バナジウム（Ｖ）及びニオブ（Ｎｂ）はいずれも選択元素である。Ｖ及びＮｂはいずれも、炭窒化物を生成して、鋼の結晶粒の微細化に寄与する。そのため、Ｖ及びＮｂは、鋼の強度及び靭性を向上する。Ｖ及び／又は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Ｖ含有量は、０．０１％以上であり、好ましいＮｂ含有量は０．０１％以上である。一方、Ｖ及びＮｂが過剰に含有されれば、鋼の溶接部の靭性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．２％以下であり、Ｎｂ含有量は０．０６％以下である。好ましいＶ含有量の上限は０．１％であり、好ましいＮｂ含有量の上限は０．０３％である。

Ｔｉ：０．０５％以下
チタン（Ｔｉ）は、選択元素である。Ｔｉは炭窒化物を生成して、鋼の結晶粒の微細化に寄与する。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、０．００２％以上である。しかしながら、Ｔｉが過剰に含有されれば、かえって鋼の靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．０５％以下である。好ましいＴｉ含有量の上限は、０．０３％である。

［製造設備］
図２は、本実施の形態によるラインパイプ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２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２では、焼入れ装置７及び焼戻し装置８も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。

［製造方法］
図３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４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。

図３及び図４を参照して、本実施の形態によるラインパイプ用継目無鋼管の製造方法では、初めに、丸ビレットを加熱炉１で加熱する（Ｓ１）。続いて、加熱された丸ビレットを熱間加工して継目無鋼管にする（Ｓ２及びＳ３）。具体的には、丸ビレットを穿孔機２により穿孔圧延して素管にする（Ｓ２）。さらに、素管を延伸圧延機３や定径圧延機４で圧延し、継目無鋼管とする（Ｓ３）。熱間加工により製造された継目無鋼管を、必要に応じて、補熱炉５により所定の温度に加熱する（Ｓ４）。続いて、継目無鋼管を水冷装置６により水冷し（加速冷却）、継目無鋼管の表面温度を４５０℃以下にする（Ｓ５）。水冷された継目無鋼管を焼入れ装置７により焼入れし（Ｓ６）、焼戻し装置８により焼戻しする（Ｓ７）。以下、それぞれの工程について詳しく説明する。

［加熱工程（Ｓ１）］
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。

［穿孔圧延工程（Ｓ２）］
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、傾斜ロール間に配置されるプラグとを備える。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圧延が可能だからである。

［延伸圧延工程及び定径圧延工程（Ｓ３）］
次に、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。

定径圧延機４の複数のロールスタンドのうち、最後尾のロールスタンドで圧延された素管の外表面の温度を「仕上げ温度」と定義する。仕上げ温度はたとえば、定径圧延機４の最後尾のロールスタンドの出側に配置された温度センサにより計測される。好ましい仕上げ温度は、図４に示すとおりＡ３点（より具体的にはＡｃ３点）以上であり、好ましくは、９００℃以上であり、さらに好ましくは、９５０℃以上である。本発明の化学組成を有する継目無鋼管のＡｃ３点は７５０〜９５０℃である。仕上げ温度が９００℃以上であれば、定径圧延中の素管において、ロール抜熱による熱損失が小さい。そのため、製造された継目無鋼管の温度むらを低減できる。

延伸圧延機３と定径圧延機４との間に、加熱炉を配置してもよい。この場合、延伸圧延された素管を、加熱炉で加熱する。そして、加熱された素管を定径圧延機４により定径圧延する。そのため、定径圧延時の素管温度が高くなり、定径圧延機４に掛かる負荷が低減される。

［再加熱工程（Ｓ４）］
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３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２において、補熱炉５は配置されない。

再加熱工程を実施する場合、製造された継目無鋼管を補熱炉５に装入し、加熱する。これにより、製造された継目無鋼管の温度むらを低減できる。補熱炉５における加熱温度はＡｒ３点〜１１００℃であり、好ましくは９００〜１１００℃、さらに好ましくは９５０〜１１００℃である。加熱温度がＡｒ３点未満であれば、α相が析出して組織が不均一になり、強度のばらつきが大きくなる。一方、加熱温度が１１００℃を超えると、結晶粒が粗大化する。好ましい加熱時間は１〜３０分である。

［水冷工程（Ｓ５）］
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、Ａｒ３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は、複数の回転ローラと、ラミナー水流装置と、ジェット水流装置とを備える。複数の回転ローラは２列に配置される、継目無鋼管は２列に配列された複数の回転ローラの間に配置される。このとき、２列の回転ローラはそれぞれ、継目無鋼管の外面下部と接触する。回転ローラが回転すると、継目無鋼管が軸周りに回転する。ラミナー水流装置は、回転ローラの上方に配置され、継目無鋼管に対して上方から水を注ぐ。このとき、継目無鋼管に注がれる水は、ラミナー状の水流を形成する。ジェット水流装置は、回転ローラに配置された継目無鋼管の端近傍に配置される。ジェット水流装置は、継目無鋼管の端から鋼管内部に向かってジェット水流を噴射する。ラミナー水流装置及びジェット水流装置により、継目無鋼管の外面及び内面は同時に冷却される。

水冷装置６は、継目無鋼管の表面温度が４５０℃以下になるまで、継目無鋼管を冷却する。換言すれば、水冷停止温度は４５０℃以下である。水冷停止温度を４５０℃以下にすれば、上述のとおり、組織がベイナイト変態する。後工程で焼入れを行うことにより、継目無鋼管の結晶粒がより微細化される。その結果、ラインパイプ用継目無鋼管の靭性が向上する。

好ましくは、水冷停止温度は３００℃以上であり、より好ましくは３５０℃以上であり、さらに好ましくは４００℃以上である。水冷停止温度を４５０℃以下の範囲でなるべく高くすれば、次工程の焼入れ時において、継目無鋼管を焼入れ温度まで加熱するのに必要な時間を短くできる。また、継目無鋼管を焼入れ温度まで加熱するために必要な熱量を低減できる。

水冷装置６の好ましい冷却速度は、１０℃／ｓｅｃ以上である。水冷装置６は、上述の回転ローラ、ラミナー水流装置及びジェット水流装置以外の他の装置であってもよい。水冷装置６はたとえば、水槽であってもよい。この場合、ステップＳ３で製造された継目無鋼管は水槽内に浸漬され、冷却される。このような冷却方法は、「どぶ漬け」と呼ばれる。水冷装置６はまた、ラミナー水流装置のみであってもよい。要するに、１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で継目無鋼管を冷却可能であれば、冷却装置６の種類は限定されない。

水冷装置６と、次工程用の焼入れ装置７とは、連続して配置されるのが好ましい。焼入れ装置７が水冷装置６に近いほど、水冷工程後の継目無管を焼入れ温度まで加熱するのに必要な熱量を低減することができるからである。

［焼入れ工程（Ｓ６）］
水冷装置６により水冷された継目無鋼管を焼入れする。具体的には、継目無鋼管を焼入れ温度まで加熱し、焼入れ温度で均熱する。均熱後、継目無鋼管を水冷等により急冷する。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、水冷停止温度を４５０℃以下にすることにより、焼入れ工程において結晶粒の微細化を促進できる。

焼入れ温度がＡｃ３変態点未満であれば、逆変態が十分に起こらない。一方、焼入れ温度が１０００℃を超えると、結晶粒が粗大化する。焼き入れ処理の好ましい均熱時間は、１０秒〜３０分である。

［焼戻し工程（Ｓ７）］
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。本発明の化学組成を有する継目無鋼管のＡｃ１点は、６８０〜７２０℃である。焼戻し処理により、本発明の継目無鋼管の強度グレードを、ＡＰＩ規格に基づくＸ６０（降伏応力が４１５ＭＰａ以上、引張り強度が５２０ＭＰａ以上）以上に調整できる。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。

以上の製造方法では、水冷停止温度を４５０℃以下と規定する加速冷却が実施され（Ｓ５）、その後焼入れ処理が実施される（Ｓ６）。これらの工程により、結晶粒の微細化が促進される。そのため、製造されたラインパイプ用継目無鋼管は、上述のとおり、優れた靭性を有する。

表１に示す化学組成を有するラインパイプ用継目無鋼管を製造し、強度及び靭性を調査した。

［調査方法］
表１に示す化学組成を有する複数のビレットを製造した。製造された各ビレット加熱炉により加熱した。続いて、穿孔機により各ビレットを穿孔圧延して素管にした。続いて、マンドレルミルにより各素管を延伸圧延した。続いて、サイザにより各素管を定径圧延し、複数のラインパイプ用継目無鋼管を製造した。続いて、製造された各鋼管を水冷（加速冷却）した。このとき、水冷停止温度を鋼管ごとに変えた。継目無鋼管の仕上げ温度はいずれも１１００℃であった。冷却後の各継目無鋼管を焼入れした。焼入れ温度は９５０℃であり、４０分均熱した。焼入れ後、各継目無鋼管を焼戻しした。焼戻し温度は６５０℃であり、３０分均熱した。以上の工程によりラインパイプ用継目無鋼管を製造した。

［強度調査］
製造された各ラインパイプ用継目無鋼管の肉厚中央部からＪＩＳ Ｚ ２２０１に準拠した引張り試験片を採取した。そして、引張り試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠した引張り試験を常温（２５℃）の大気中で実施した。引張り試験により、降伏応力及び引張強度を求めた。本実施例では、降伏応力を０．５％全伸び法により求めた。

［靭性調査］
製造された各ラインパイプ用継目無鋼管の肉厚中央部からＪＩＳ Ｚ ２２０２に準拠したｖノッチ試験片を採取した。そして、各ｖノッチ試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に準拠したシャルピー衝撃試験を実施し、エネルギ遷移温度ｖＴＥ（℃）を求めた。

［調査結果］
得られた降伏応力及び引張強度と水冷停止温度との関係を図５に示す。図５中のＳ１は、降伏応力のグラフである。Ｓ２は引張り強度のグラフである。また、得られたエネルギ遷移温度と水冷停止温度との関係を図１に示す。図１を参照して、水冷停止温度＝４５０℃を境に、曲線Ｃ１の傾きが変化した。より具体的には、水冷停止温度が低下するとき、水冷停止温度が４５０℃になるまで、エネルギ遷移温度は急速に低下した。一方、４５０℃以下の温度範囲において、水冷停止温度が低下しても、エネルギ遷移温度はそれほど低下しなかった。そして、水冷停止温度が４５０℃以下である場合、エネルギ遷移温度は−５５℃以下となり、良好な靭性を示した。

一方、図５を参照して、水冷停止温度が４５０℃以下である場合、降伏応力は４５０ＭＰａ以上であり、かつ、引張り強度は５４０ＭＰａ以上であった。したがって、水冷停止温度が４５０℃以下のサンプルの強度グレードは、ＡＰＩ規格のＸ６０以上（降伏応力が４１５ＭＰａ以上、引張強度が５２０ＭＰａ以上）であった。

表２に示す化学組成を有する複数のビレットを製造した。

［調査方法］
実施例１と同じ製造方法により、各ビレットを用いてラインパイプ用鋼管を製造した。そして、実施例１と同じ試験方法により、強度（降伏応力及び引張強度）と水冷停止温度との関係、及び、エネルギ遷移温度ｖＴＥ（℃）と水冷停止温度との関係を求めた。なお、実施例２では、継目無鋼管の仕上げ温度は１０５０℃であった。焼入れ温度は９２０℃であり、均熱時間は２０分であった。焼戻し温度は６５０℃であり、均熱時間は３０分であった。その他の条件は実施例１と同じであった。

［調査結果］
得られた降伏応力及び引張強度と水冷停止温度との関係を図６に示す。図６中のＳ１は、降伏応力のグラフであり、Ｓ２は引張強度のグラフである。また、得られたエネルギ遷移温度と水冷停止温度との関係を図７に示す。

図７を参照して、エネルギ遷移温度は、図１と同様に、４５０℃になるまで、温度の低下とともに急速に低下した。そして、４５０℃以下では、水冷停止温度の低下に対して、エネルギ遷移温度はあまり低下しなかった。水冷停止温度が４５０℃以下である場合、エネルギ遷移温度は−６０℃以下となり、良好な靭性を示した。

図６を参照して、水冷停止温度が４５０℃以下である場合、降伏応力は５３０ＭＰａ以上であり、引張り強度は６２０ＭＰａ以上であった。したがって、水冷停止温度が４５０℃以下のサンプルの強度グレードは、ＡＰＩ規格のＸ７０以上（降伏応力が４８５ＭＰａ以上、引張り強度が５７０ＭＰａ以上）であった。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、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 (4)

1. 質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含有し、さらに、Ｃｕ：１．５％以下、Ｎｉ：１．５％以下、Ｃｒ：１．０％以下及びＭｏ：０．８％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を含有し、さらに、Ｖ：０．２％以下、Ｎｂ：０．０６％以下及びＴｉ：０．０５％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を含有し、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、
   加熱された丸ビレットを穿孔圧延して素管を製造する工程と、
   前記素管を延伸圧延及び定径圧延して継目無鋼管を製造する工程と、
   前記継目無鋼管を水冷し、前記水冷を停止するときの前記継目無鋼管の表面温度を４５０℃以下とする工程と、
   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、ラインパイプ用継目無鋼管の製造方法。
2. 請求項１に記載のラインパイプ用継目無鋼管の製造方法であってさらに、
   前記延伸圧延及び定径圧延後であって、前記水冷する前に、前記製造された継目無鋼管を９００℃〜１１００℃に加熱する工程を備え、
   前記水冷する工程では、前記加熱された継目無鋼管を水冷する、ラインパイプ用継目無鋼管の製造方法。
3. 質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含有し、さらに、Ｃｕ：１．５％以下、Ｎｉ：１．５％以下、Ｃｒ：１．０％以下及びＭｏ：０．８％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を含有し、さらに、Ｖ：０．２％以下、Ｎｂ：０．０６％以下及びＴｉ：０．０５％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を含有し、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、前記水冷を停止するときの表面温度が４５０℃以下であり、前記水冷停止後に、焼入れ及び焼戻しされて製造される、ラインパイプ用継目無鋼管。
4. 請求項３に記載のラインパイプ用継目無鋼管であってさらに、
   前記熱間加工された後であって、水冷される前に、９００〜１１００℃に加熱される、ラインパイプ用継目無鋼管。

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