JPH03281725A - サワー環境用高強度鋼線の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は引張強さ５０ｋｇｆ／＋ｎｍ２以上の高強度鋼
線の製造方法に関し、さらに詳しくはサワー環境（湿潤
硫化水素環境）で使用される寸法形状の良好な高強度鋼
線の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、たとえば、ガス、原油等の高圧流体輸送用フレキ
シブルパイプの鎧装線などは、Ｃ０，２％以下の低炭素
鋼線祠を伸線後、異形引抜き、ローラーダイス加工、圧
延等の異形加工により所定の断面形状の異形鋼線（平圧
線や溝形線）とし、そのままないしは５００℃未満の低
温焼鈍を行なったのち、非サワー環境の使用に供せられ
ていた。

しかし、最近の深井戸化に伴って油井を取り巻く環境か
変化し、原油やカスの輸送環境も厳しくなってきた。す
なわち、硫化水素を伴ったサワ環境か多くなってきた。

このため、異形鋼線に要求される特性の中でも、使用環
境から鋼線中に侵入する水素に対する安定性、すなわち
水素誘起割れ（以下、）（Ｉ　Ｃという）および硫化物
応力腐食割れ（以下、ＳＳＣという）の発生しないこと
が特に要求されるようになった。ちなみに、ＨＩＣは無
負荷状態の鋼線に水素が侵入することに伴って発生する
割れであり、一方、ＳＳＣは高負荷状態の鋼線に水素が
侵入し、これが原因となって起こる割れである。

このような動向に対して、本発明者らは、すでに特開平
１−２７９７１０号公報に開示されているように、０．
４０〜０．７０％のＣを含む高炭素鋼線材をパテンティ
ング後、断面減少率２５〜７５％の冷間加工を行なった
のち、５００〜７００℃で球状化焼鈍する方法を開発し
ている（以下、従来法ｌという）。

従来法Ｉに従って製造された鋼線は耐Ｈｒ　Ｃ特性は優
れている。しかし、実際の使用環境においては、鋼線に
は強い引張応力が作用していることから、耐ＨＩ　Ｃ特
性以外に耐ＳＳＣ特性にも優れていることが重要である
。そこで、本発明者は耐ＨＩＣ特性のより一層の向上を
目的として多くの実験を行ない、その結果（以下、従来
法２という）をすでに特許出願している。従来法２は、
従来法ｌで製造された鋼線に０．３〜５％の引っ張りひ
ずみを与えることにより耐ＳＳＣ特性の改善をはかった
ものである。これら二つの従来法に共通した特徴は、耐
ＨＩＣ特性および耐ＳＳＣ特性は優れているものの、寸
法精度や形状に関しては必ずしも十分ではないことであ
る。フレキシブルパイプを構成する異形線は相互にかん
ごうされた状態で使用されているため、異形線の寸法形
状のばらつきはフレキシブルパイプの成形ならびに使用
性能上重大な支障となる。すなわち、従来法１で製造さ
れた鋼線は、焼鈍時に発生する曲がりや捻れのために巻
き付は成形に支障をきたす場合がある。

また、従来法２で製造された鋼線は、直線性は良好であ
るが、引っ張りひずみの不均一性に起因する異形線相互
間のがたつきが発生しやすく、そのような場合にはフレ
キシブルパイプの疲労特性が低下するので問題である。

すなわち、サワー環境用異形線には、強度や耐サワー特
性に加え高い寸法精度と形状の正しさが要求されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、耐ＨＩＣ特性および耐ＳＳＣ特性が良
好であり、かつ寸法精度と形状に関しても、従来法より
優れたサワー環境用高強度鋼線の製造方法を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、Ｃ：０゜４０〜０．７０％、Ｓｉ：０．１〜
１％、Ｍｎ　：　０．２０〜１％、Ｐ　：　０．０２５
％以下、Ｓ　：　０．０１０％以丁を含有し、必要に応
してＡｌ　：　０．００８％〜０．０５０％を含有し、
残部かＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、断面減
少率２５〜７５％の冷間加工を行なった後５００〜７０
０℃で球状化焼鈍し、その後断面減少率で５〜１５％で
引き抜き加工を行なうことを特徴とするサワー環境用高
強度鋼線の製造方法である。

〔作　用〕

以下、本発明について詳細に説明する。

Ｃは、０．４０％未満では、球状化焼鈍後、所定の強度
が得られない。また、ＣＯ，７０％を超えると冷間加工
で強加工か困難となり、加工中に鋼線中心部に微細クラ
ックが発生してｆ（Ｉ　Ｃ特性が劣化するため、０．７
０％を上限とした。

Ｓｉは脱酸剤として最低０．１０％以上必要である。

その量が多くなるに従って強度が向上する。しかし、１
％を超えると脱炭が激しくなり、これが原因となって冷
間加工時に鋼線に割れが多発する。

Ｍｎは熱間脆性を防止するため０．２％以上必要である
。また、Ｍｎは焼入性を向上させるため、パテンティン
グによって均一なパーライト系且織をｊｒＩるためには
その量は多いほど望ましいが、１％を超えると中心偏析
に起因するＩＩ　Ｉ　Ｃの発生頻度が高くなるため１％
を１−隅とする。

次に、■）は粒界に偏析しやすいため加工性を低下させ
る。したかって、その量は少ないほうが好ましい。しか
し、連続鋳造で製造する場合、溶製温度を高くするため
復■）が起こるので、上限のみを０．０２５％に規定し
た。

Ｓはｐと同様な弊害のほか、Ｆａ４蝕性の点で少ないほ
ど好ましいが、現在経済的に製造できるｏ、ｏｔ。

％を上限とした。なお、Ｓは０．ｏ旧％までは工業的生
産か十分可能である。

Ａ１は脱酸剤および結晶細粒化元素上して必要に応じて
使用する。Ａｅ添加の場６、細粒化に必要なＡｌ量の下
限は０．００８％である。一方、Ａｌか０．０５０％を
超えると非金属介在物屯が増加するため、表面欠陥起因
の歩留低下を惹起する。

」−二連の各元素のほかに、異形鋼線の肉厚が厚いため
に焼入性が不足する場合には０．６％以下のＣ「を添加
することが有効である。さらに、０．３％以下のＣｏお
よび０．０２％以下のＷは鋼中への水素侵入を抑制する
効果があるので、必要に応じてこれらを添加すれば、よ
り一層耐ＨＩ　Ｃ特性を向上させることができる。

以上の組成からなる線材を加工して鋼線とする。

本発明で鋼線とは、線材を異形引抜き、ローラーダイス
加工、あるいは圧延等の加工により、断面形状が円また
は異形（矩形や溝形）としたものを総称している。また
、ここでは球状化焼鈍後の引張強さが５０〜８０ｋｇｆ
／＋＋ｎ＋”のものを高強度鋼線と称している。すなわ
ち、引張強さが５０ｋｇ【７１１ｍ２以上ないと内圧お
よび外圧に耐えられず、鎧装線としての効果がない。一
方、引張強さが８０ｋｇｆ／ｍｍ２を超えると硬度がＨ
ＲＣ２２以上となり、ＳＳＣか低応力で発生するように
なるため、上限を８０ｋｇｆ／ｍｍ２とした。

次に、本発明にかかわる加工方法に関して説明する。

通常、線材は加工前に熱処理をおこなうが、本発明にお
いてはパテンティング処理を行なう。これにより線材の
組織を均一な微細パーライト組織とし、断面減少率２５
〜７５％の加工に耐え得る性能を付与する。

本発明で断面減少率を２５〜７５％の範囲に限定した理
由は、断面減少率２５％未満では、加工後の焼鈍でセメ
ンタイトの球状化か不十分となり、ＨＩＣが発生し、断
面減少率が７５％を超えると、例えば平圧線の端面およ
び内部に加工による割れか発生し、特に内部割れはＨＩ
Ｃを誘発するためである。なお、本発明の断面減少率は
次式で定義する。

断面減少率（％’）　＝　（１−−”−’）　Ｘ　１’
ＯＯ８゜ Ｓ　：異形加工された鋼線の断面積 Ｓｏ　＝素線（線材）の断面積 本発明は、断面減少率２５〜７５％の冷間加工後、球状
化焼鈍を行ない、加工ひずみを除去するとともに、パー
ライト組織をフェライト（マトリックス）中に微細な球
状化セメンタイトの分散した組織に変える。すなわち、
焼鈍によって得られた球状化セメンタイト組織は、従来
の層状パーライト組織に比べてＨＩＣ特性が著しく優れ
ている。鋼中に侵入した水素原子はセメンタイト／フェ
ライト界面に集積し、そこにＨＩＣの核を形成するが、
球状化セメンタイトの場合には応力集中か小さいため、
耐ＨＩ　Ｃ特性が優れていると考えられる。

適正な球状化焼鈍温度範囲を求めるために、鉛パテンテ
イング処理された直径９．５ｍｍの線材（成分を第１表
に示す）を伸線加工および平圧延で平圧線としたのち、
球状化焼鈍を実施した。球状化焼鈍は昇温２時間、保温
４時間の条件で行なった。

結果を第１図に示す。５０ｋｇｆ／ｎｍ２以上の引張強
さが得られるのは、ＣＯ，４２％の鋼線では６９０℃以
下、またＣ　Ｏ，６５％では７００℃以下である。一方
、引張強さを８０ｋｇｆ／ｗ２以下に抑えられる球状化
焼鈍温度は、ＣＯ，４２％では５００℃以上、ＣＯ，６
５％では５４０℃以上必要である。したがって、本発明
の球状化焼鈍温度範囲は５００〜７００℃となる。しか
し、成分範囲および炉内温度のばらつき等を考慮すると
工業的には５５０〜６８０℃が最適である。

第 表 本発明は、耐ＳＳＣ特性を向−トさせ、かつ寸法精度や
形状性を向上させるために、以」二の方法で製造した球
状化焼鈍鋼線に、さらに断面減少率で５〜１５％の引き
抜き加工を付与する。ＳＳＣの原因は、サワー環境から
鋼材中に侵入した水素が、負荷応力により生した微小降
伏領域に拡散してそこに凝集する結果、降伏現象が加速
されてマイクロクラックが生じるためと考えられる。従
って、耐ＳＳＣ特性を向上させるためには、マクロ的な
降伏現象かはしまる前の局部的な微小降伏現象を阻止す
ることが重要である。すなわち、鋼材の降伏強度を高め
ることが効果的であり、本発明者はその目的のために球
状化焼鈍後の鋼線に塑性ひずみを与えることが効果的で
あることを見いだした。

一方、鋼線の寸法精度や形状に関しては、ダイスあるい
はタークスヘツトを用いた引抜き加工が最も優れている
。したがって、球状化焼鈍後の鋼線に引抜き加工を付与
することは、寸法形状の改善のみならず、耐ＳＳＣ特性
の向上という好ましい結果が得られる。引抜き加工にお
ける断面減少率５％未満では寸法形状改善効果が不十分
であり、反対に１５％を超えるとＨＩ　Ｃが発生しやす
くなる。

したがって、断面減少率は５〜１５％とする。

〔実施例〕

鉛パテンテイングによって微細なパーライト組織にされ
た直径９．５ｒｎｎの線材を伸線加工により直径５Ｍの
鋼線とし、ついで平圧延にて厚み０．９〜２、８５Ｍの
平線と［７た。これを球状化焼鈍したのち、タークスヘ
ッドを用いて引抜き加工を実施した。

Ｉ−ｉ　１　Ｃ特性は、上述の平線を長さ　１００帥に
切断し、５％ＮａＣｊ７−０．５％ＣＨ３ＣＯ０Ｈ−Ｈ
，Ｓ飽和溶液に２５℃で９６時間浸漬後、３箇所研磨し
、ミクロクラックの有無を光学顕微鏡で観察して評価し
た。

ＳＳＣ特性は、上述の平線をそのままの状態で試験片と
し、両端をつかんで実際の降伏強度の８０〜１１０％の
引張応力を与え、試験片の中央部２００　ｍｍをサワー
環境、すなわち上述のＨＩＣ試験と同じ組成の溶液中に
浸漬し、溶液の温度は２５℃とし、このような状態で７
２０時間の負荷試験を実施し、破断の生じない最大応力
、すなわちＳＳＣ発生下限応力を測定して評価し、た。

使用した鋼線の化学成分、冷間加工、焼鈍温度、引抜き
加工時の断面減少率などの製造条件、ならびに製品の機
械的性質、耐サワー特性、製品幅のばらつきを第２表に
示す。

Ｎｏ１〜４、ＮＯ，ｌＯおよび１］、、　Ｎｏ、１８〜
２１．　Ｎｏ、２４〜２７は本発明法と従来法の比較を
行なったもので、同一製造工程で球状化焼鈍鋼線を製造
したのち、本発明法では７．４〜１２．２％の断面減少
率で引抜き加工を施した。一方、従来法１は球状化焼鈍
のままであり、従来法２は０．８〜４．４％のストレッ
チング加工を付与したものである。従来法ｌで製造され
た鋼線はいずれも引張強さは６０ｋｇ　ｆ／ｒｎｍ　２
以上あり、ＨＩ　Ｃの発生もないが、ＳＳＣ発生下限応
力は５５ｋｇｆ／ｍｍ’未満と本発明法で製造されたも
のに比べて低い。従来法２に従って製造された鋼線は引
張強さ、耐ＨＩ　Ｃ特性ともに従来法１で製造されたも
のとほとんど変わらないが、ＳＳＣ発生下限応力は５８
〜６０ｋｇｆ／ｆｆ１ｍ７と従来法ｌに比べて改善され
ている。しかし、製品の寸法精度は従来法１および本発
明法にしたがって製造された鋼線に比べ著しく劣ってい
る。これに対して、本発明法で製造された鋼線はＨＩ　
Ｃの発生はなく、ＳＳＣ発生下限応力は６０ｋｇｆ／Ｉ
Ｉｍ’以上と従来法で製造されたものより高く、さらに
製品の寸法精度は従来のいずれの方法でもなし得ない優
れたものとなっている。

Ｎａ　５〜９、Ｎｏ、１３〜１７は引抜き加工時の断面
減少率が異形線の特性におよぼす影響を調べたものであ
る。適切な断面減少率で引抜き加工を施すことにより、
ＨＩＣの発生がなく、ＳＳＣ発生下限応力が６０ｋｇｆ
／ｎ＋ｏ”以上と高く、かつ寸法形状性に優れたサワー
環境用異形線を製造することができた。

〔発明の効果〕

以４二に説明したように、本発明法によれば、耐ＨＩ　
Ｃ特性、耐ＳＳＣ特性がともに良好で、かつ寸法粘度や
形状性が従来よりも格段に改善されたサワー環境用高強
度鋼線を製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼鈍温度と引張強さの関係を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．４０〜０．７０％、Ｓｉ：０．１０〜１
   ％、Ｍｎ：０．２０〜１％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ
   ：０．０１０％以下を含有し、必要に応じてＡｌ：０．
   ００８〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可
   避的不純物からなる鋼を、断面減少率２５〜７５％の冷
   間加工を行なった後５００〜７００℃で球状化焼鈍し、
   その後断面減少率５〜１５％で引き抜き加工を行なうこ
   とを特徴とするサワー環境用高強度鋼線の製造方法。