JPH0551648A

JPH0551648A - 電縫鋼管の製造方法

Info

Publication number: JPH0551648A
Application number: JP25653591A
Authority: JP
Inventors: Motoaki Itaya; 元晶板谷; Asao Narimoto; 朝雄成本
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1991-10-03
Publication date: 1993-03-02

Abstract

(57)【要約】【目的】電縫管の成分及び溶接部２の熱処理工程を調整
することによって、溶接部２の低温靭性を向上させる。【構成】特定成分の電縫管１１の電縫溶接部２を誘導加
熱装置５，６によって所定温度まで加熱した後、水冷装
置９により焼入れする際の管表面側及び管裏面側の冷却
速度が的確な範囲に入るように冷却を２段に分け、前段
を緩冷、後段を急冷とする制御冷却を行い、溶接部を微
細なフェライト組織とし溶接部２の板厚方向の冷却速度
を均一化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接部の低温靭性が優
れた高張力電縫鋼管の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電縫鋼管の溶接部の靭性を向上させるた
めに、従来一般的に行われていたノルマライジング処理
に代えて、焼鈍後に急冷する方法が例えば特公昭５７−
８８４８号公報あるいは特開昭５９−３５６２９号公報
に開示されている。また焼入れ焼戻しをする方法が例え
ば特開昭５９−４３８２７号公報あるいは特開昭５９−
１５３８３９号公報等に開示されている。さらに焼入れ
に続いて２相域加熱する方法が特開平３−３１４２３号
公報に、焼入れに続いて２相域焼入れした後焼戻しする
方法が特開平２−３０５９２３号公報に開示されてい
る。これらの熱処理はいずれも、基本的には焼入れによ
る結晶粒の微細化を狙ったものであり、微細なフェライ
ト組織を得ることによって靭性の向上を図るものであ
る。このような熱処理方法に対して従来技術では加熱温
度、冷却開始温度及び冷却速度によって熱処理の条件の
みが規定されている。加熱温度に関しては一般的にミル
ラインに直列に配置した誘導加熱装置を用いるためその
出力調整により、また冷却開始温度に関しては冷却開始
位置の調整により容易に実現可能である。しかしながら
焼入れ時の冷却速度に関しては、発明者らの検討によれ
ば、実際的な冷却方法としては管外面側一方向からの冷
却になることから、外面側と内面側で冷却速度の差が生
じてしまい板厚方向に均一な冷却速度は得られず、従っ
て目標とする微細なフェライト組織が板厚方向で均一に
得られないことが明らかになった。

【０００３】従来技術では、たとえ冷却速度を呈示して
いたとしても、その具体的な冷却方法が示されていな
い。一般的には通常の冷却方法では板厚方向に均一な冷
却速度は得られない。特に板厚が１０ｍｍを越える場
合、管内面側の冷却速度を確保するため冷却水量を多く
すれば管外面側の冷却速度が過大となり、管外面側にベ
ーナイト組織が生じて靭性が劣化する。一方管外面側の
冷却速度を抑えるため冷却水量を絞れば、管内面側の冷
却速度が過小となり、組織の微細化が十分に行われず、
やはり靭性が劣化する。このように通常の冷却方法では
板厚方向に冷却速度の差があり、内外面で組織の不均一
が生じ、その結果靭性の劣化を招くという悪影響があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは上記の点
に関して、種々の板厚の電縫管について実験を行い、冷
却速度の均一化について検討を加えた結果、次の（１）
〜（３）の知見を得るに至った。（１）管内面側は主に管外面側の温度が下がることに
より熱伝導によって冷却されるため、管内面側では冷却
速度が小さく、また管外面側とは冷却に時間差がある。

【０００５】（２）Ａｒ₁ 変態点付近の５００℃より
低い温度域であれば冷却速度が組織に及ぼす影響はほと
んどない。（３）上記（１）のことから管外面側が５００℃の時
点でも、肉厚の中央や、管内面側はそれ以上の温度にな
っており、ここで冷却水量を増やして外面温度を速く下
げればその分、肉厚の中央部や管内面側は冷却速度が大
きくなり、管外面側の冷却速度に近づく。

【０００６】本発明は上記知見に基いて完成されたもの
で、電縫管の溶接部の冷却過程に改善を加えることによ
って、溶接部の肉厚方向の組織を適正化し、溶接部の靭
性を向上させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記知見に基づ
いてなされたものであって、次の技術手段から構成され
ている。すなわち、連続的に成形した帯鋼を電縫溶接
し、これに引き続いて溶接部をＡｃ₃ 変態点以上、１０
５０℃以下に加熱し、外表面から強制冷却する過程を含
む熱処理において、前記冷却を溶接部外表面温度が８０
０℃から５００℃〜４００℃までを１０℃／ｓｅｃ以上
かつフェライトが析出する範囲の冷却速度で冷却し、該
溶接部外表面温度が５００℃〜４００℃に到達した時点
で冷却を強化して外表面が２００℃以下になるまで冷却
することを特徴とする電縫鋼管の製造方法である。

【０００８】この場合に、上記鋼帯の化学組成が、Ｃ：０．０１〜０．１０重量％、Ｓｉ：０．５重量％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０重量％、Ｐ：０．０３０重量％以下、Ｓ：０．００８重量％以下、Ｎ：０．０１重量％以下、Ａｌ：０．０６重量％以下を含み、かつＮｂ：０．１重量％以下、Ｖ：０．１重量％以下、Ｔｉ：０．０５重量％以下のうちの一種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純
物よりなる鋼帯とすれば、低温靭性の優れた高張力電縫
鋼管を製造することができ、さらに上記鋼帯の化学組成
がさらにＣｒ：０．１〜１．０重量％、Ｍｏ：０．１〜１．０重量％、Ｃｕ：０．１〜０．６重量％、Ｎｉ：０．１〜０．６重量％のうちの一種以上、又はこれらの代りに、あるいはこれ
らにさらに加えて、Ｃａ：０．０００５〜０．００５０重量％を含有すると一層好ましい。

【０００９】また熱処理としては上記２００℃以下まで
の冷却の後に、溶接部を４００℃以上８００℃以下に再
加熱して焼戻すか、又は溶接部をＡｃ₁ 点以上（Ａｃ₃
点−５０℃）以下に再加熱し、６５０℃から２００℃の
温度範囲内まで冷却速度１０℃／ｓｅｃ以上で冷却する
か又は、溶接部をＡｃ₁ 点以上（Ａｃ₃ 点−５０℃）以
下に再加熱し、２００℃以下まで冷却速度１０℃／ｓｅ
ｃ以上で冷却し、その後４００℃以上８００℃以下に再
再加熱して焼戻す処理を付加すると一層好ましい低温靭
性の優れた高張力電縫鋼管を製造することができる。

【００１０】本発明において「冷却を強化する」とは、
抜熱速度を高めることをいい、冷却水などの冷却媒体量
を増加することを指称する。

【００１１】

【作用】以下この発明について作用と共に詳細に説明す
る。本発明は電縫管の溶接部を焼入れすることを含む熱
処理において、焼入れの際の冷却を２段に分け、前段を
緩冷、後段を急冷とする制御冷却を行い、板厚方向の冷
却速度を均一化することにより、溶接部低温靭性の向上
を達成するものである。

【００１２】以下この発明について詳細に説明する。ま
ず素材成分の限定理由について説明する。Ｃは強度を確
保するための元素であるが、含有量が増えると靭性が劣
化するため０．０１〜０．１０重量％とした。Ｓｉも強
度確保のための必要元素であるが、０．５重量％を超え
ると溶接部にペネトレータが発生しやすくなり靭性が劣
化するため０．５重量％以下規定とした。

【００１３】Ｍｎも強度を保つための必要元素である
が、０．５重量％未満では必要強度が得られず、２．０
重量％を超えるとＳｉと同様に溶接部にペネトレータが
発生しやすくなるため０．５〜２．０重量％とした。Ｐ
は偏析を生じて靭性を劣化させる元素なので低い方が望
ましく、０．０３０重量％以下とした。さらに耐サワー
性を考慮する場合には、Ｐは０．０１０重量％以下が望
ましい。

【００１４】ＳはＭｎＳの介在物が靭性に悪影響を及ぼ
すため低い方が望ましく、０．００８重量％以下とし
た。さらにＭｎＳはＨＩＣの起点となるので、Ｓは耐サ
ワー性確保の点からは極力低く押さえて、０．００３重
量％以下が望ましい。Ｎはサイジング工程で加工を受け
た際、歪時効による靭性劣化の原因となるため低いほう
がよく、０．０１重量％以下とした。

【００１５】ＡｌはＡｌＮとしてオーステナイト粒を細
粒化する効果が大きいが、０．０６重量％を超えると介
在物が増加し欠陥の原因となるため０．０６重量％以下
とした。Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉについては、強度確保及び結晶
粒微細化のために必要な元素であり、Ｎｂ，Ｖは０．１
重量％以下、Ｔｉは０．０５重量％以下とした。

【００１６】Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎｉについては強度、
靭性あるいは耐食性を改善する元素であり、それぞれの
成分の限定理由は以下の通りである。Ｃｒ，Ｍｏは強度
の向上に効果があるが、０．１０重量％未満では効果が
得られず、１．０重量％を超えると靭性に悪影響を与え
るので０．１０〜１．０重量％とした。

【００１７】Ｃｕは強度及び耐食性の向上に効果がある
が、０．１重量％未満ではその効果が少なく、０．６重
量％を超えると熱間加工性を損なうので０．１〜０．６
重量％とした。Ｎｉは強度、靭性の向上ならびに耐食性
の向上に効果があり、またＣｕによる熱間加工性の低下
を防ぐためにも必要な元素であるが、０．１重量％未満
では効果がなく、０．６重量％を超えると硫化物応力腐
食が発生しやすくなるため０．１〜０．６重量％とし
た。

【００１８】Ｃａは硫化物系介在物を球状化し、靭性及
び耐ＨＩＣ性を向上させる元素であり、その効果を得る
ためには０．０００５重量％以上必要であるが、０．０
０５０重量％を超えるとＣａ系の介在物が増加し、靭性
及び耐ＨＩＣ性を低下させるため０．０００５〜０．０
０５０重量％とした。次に、熱処理条件について説明す
る。

【００１９】加熱温度をＡｃ₃ 以上、１０５０℃以下の
範囲に限定したのは、電縫溶接直後の靭性の劣化した急
冷組織を消去するためＡｃ₃ 変態点以上に加熱してオー
ステナイト組織にする必要があるが、誘導加熱などによ
る外面側一方向からの急速加熱の場合、加熱温度がＡ_c3
未満では内面側まで十分焼きならしができず、一方加熱
温度が１０５０℃を超えると結晶粒が粗大化し靭性が劣
化するためである。

【００２０】その後の冷却条件について、Ａ_c3変態点以
上の温度から冷却を開始し、溶接部外表面温度が８００
℃から５００〜４００℃までを、１０℃／ｓｅｃ以上か
つフェライトが析出する範囲の冷却速度で冷却すること
としたのは、冷却開始温度がＡ_c3変態点より低くなると
組織の整流均一化が行われず急冷の効果がなくなるから
であり、また、冷却速度が１０℃／ｓｅｃより遅いと結
晶粒が粗大化してしまい、靭性が劣化するためであり、
また冷却速度が例えば図８に示すようなＣＣＴ曲線（連
続冷却変態曲線）で決るフェライトが析出する範囲の冷
却速度を越えると外面側がベーナイトあるいはマルテン
サイトの脆化組織となり好ましくないためである。

【００２１】このような冷却を外面側が５００〜４００
℃に到達するまで実施するのは、この温度になると、管
の外面側が変態をほぼ完了するからである。５００℃を
越える温度で冷却を強化すると、脆化組織が混在し靭性
が劣化する。一方４００℃未満まで冷却すると管の外面
側以外の部分も変態を完了してしまいその後冷却を強化
しても細粒化の効果がなくなる。

【００２２】その後、冷却を強化した状態で管外表面側
が２００℃以下になるまで冷却するのは、板厚方向の内
外面温度差を考慮した上で内面側を十分に変態完了させ
るためである。次に２００℃以下まで冷却した後に際加
熱焼入れ焼戻しする場合について説明する。

【００２３】再加熱温度を４００〜８００℃の範囲に限
定したのは、４００℃未満では焼戻し効果が得られず、
一方８００℃を超えると結晶粒が粗大化して直前の加熱
急冷処理によって得た微細組織が消失し靭性が劣化する
ためである。また、焼入れに続いて２相域加熱する場
合、再加熱温度をＡｃ₁ 点以上、（Ａｃ₃ 点−５０℃）
以下の範囲に限定したのは、上記の処理によって得られ
た微細フェライト組織をさらに微細化するべく、オース
テナイト・フェライト２相域に加熱するためである。そ
の後の冷却条件で、６５０℃から２００℃の温度範囲内
までを１０℃／ｓｅｃ以上で冷却しその後空冷すること
にしたのは、６５０℃を超える温度で冷却を停止すると
組織が粗大化して靭性が劣化し、一方２００℃未満まで
該冷却を実施するとマルテンサイト等の脆化組織が生成
して靭性が劣化するためであり、またこの冷却速度が１
０℃未満の場合、十分に微細な組織が得られないためで
ある。

【００２４】さらに、焼入れに続いて２相焼入れした後
焼戻しする場合、再加熱温度をＡｃ ₁ 点以上、（Ａｃ₃
点−５０℃）以下の範囲に限定したのは、上記の処理に
よって得られた微細フェライト組織をさらに微細化する
べく、オーステナイト・フェライト２相域に加熱するた
めである。その後の冷却条件で、２００℃以下の温度ま
でを１０℃／ｓｅｃ以上で冷却することにしたのは、２
００℃を超える温度で該冷却を停止すると組織が十分細
粒化されず靭性が劣化するためであり、また該冷却の冷
却速度が１０℃未満の場合、十分に微細な組織が得られ
ないためである。さらに、再再加熱温度を４００〜８０
０℃の範囲に限定したのは、４００℃未満では焼戻し効
果が得られず、一方８００℃を超えるとフェライト結晶
粒が粗大化して靭性が劣化するためである。

【００２５】

【実施例】本発明を実施する電縫管製造設備の概略を図
１、図２に示す。連続的に成形された鋼帯１のエッジを
溶接電極３で加熱し、スクイズロール４で加圧、接合
し、電縫溶接部２をもつ電縫管１１を製造する。この電
縫溶接部２を誘導加熱装置５，６によって所定温度まで
加熱した後、水冷装置９により外面側から所定の方法で
所定温度まで冷却する。さらに、その後焼入れ焼戻しを
施す場合は、図１の装置を用い誘導加熱装置７で再加熱
し、焼戻し処理を施す。また焼入れに続いて２相域加熱
する場合は、誘導加熱装置７で再加熱し、水冷装置１０
で冷却する。さらに、焼入れに続いて２相域焼入れした
後焼戻しする場合は、誘導加熱装置７で再加熱し、水冷
装置１０で冷却し、その後再び誘導加熱装置８で加熱し
て焼戻し処理を施す。

【００２６】次に本発明の実施例を板厚１２．７ｍｍの
場合について説明する。図４に一例として水量密度１１
００リットル／ｍｉｎ・ｍ² で一定の場合の管内外面の
冷却曲線を示した。この場合管外面の冷却速度は１２５
℃／ｓｅｃ、管内面の冷却速度は３０℃／ｓｅｃで、管
外面の冷却速度はフェライトが析出する限界冷却速度を
越えており、また管の内外面の冷却速度の差が９５℃／
ｓｅｃと非常に大きい。

【００２７】そこで図３に示すように、まず冷却の初期
では水量密度４００リットル／ｍｉｎ・ｍ² で管外面側
の冷却速度を臨界冷却速度以下の４０℃／ｓｅｃ程度と
し、管外面の温度が５００℃となる時点で、水量密度を
２０００リットル／ｍｉｎ・ｍ² に上げて冷却を強化す
れば、管外面側の温度がより早く下がる。この時点で肉
厚の中央部、管内面側の温度はまだ５００℃以上であ
る。したがって、熱伝導による冷却で肉厚の中央部、管
内面側の冷却速度が上がり、５００℃までの管内面側の
冷却速度が２５℃／ｓｅｃ程度となる。従って、このよ
うな冷却パターンで冷却を行えば、８００℃〜５００℃
の冷却速度は管外面側が４０℃／ｓｅｃ、管内面側が２
５℃／ｓｅｃとなり、管内外面の冷却速度の差が１５℃
／ｓｅｃで通常の場合に比べて著しく小さくなる。

【００２８】以上で述べたような冷却パターンにより、
管の内外面の冷却速度の差が減少し板厚方向の冷却速度
が均一化される。ここで冷却を強化するパターンとして
図３に示した２段ステップ状に水量を増やすパターンの
他、例えば図５に示すように多段ステップ状に水量を増
やすパターン、あるいは図６に示すように連続的に水量
を増やすパターンがあり、これらのいずれのパターンと
してもよい。

【００２９】発明者らの研究によれば、図７に示すよう
に板厚方向の冷却速度の均一化により組織の均一性が向
上し、特に板厚方向の冷却速度の差を２０℃／ｓｅｃ以
下にすれば靭性が非常に向上することが判明している。
表１、表２、表３に示される化学成分組成の鋼を用い、
図１に概略を示す装置で電縫溶接を行い、次いで表４、
表５、表６、表７、表８、表９、表１０、表１１に示す
各条件で熱処理を施し、外径５０８ｍｍφ、肉厚１２．
７ｍｍの電縫鋼管を製造した。また表１２に示す化学成
分、外径、肉厚の電縫鋼管を表１３に示す条件で熱処理
を行った。なお、表４、表５、表６、表７、表８、表１
０には合せてフェライトが析出する臨界冷却速度も示し
てある。ここで図１の水冷装置９の下流側に配設されて
いる誘導加熱装置７，８や水冷装置１０は熱処理の種類
に応じて使い分けた。表４、５は、１回の強制冷却の場
合の例を示し、表６、７；表１３は、強制冷却後２回目
の加熱冷却を施した場合の例を示し、表８、９；表１
０、１１はさらに３回目の加熱冷却を施した例を示した
ものである。

【００３０】次に、このようにして製造された電縫鋼管
の溶接部から１０ｍｍ×１０ｍｍ、２Ｖノッチのシャル
ピー試験片を切り出して衝撃試験を実施し、シャルピー
遷移曲線から破面遷移温度を調査した。表４、表５、表
６、表７、表９、表１１、表１３に溶接部の熱処理条件
とともに破面遷移温度を示す。本発明例では管外面側、
管内面側の冷却速度はいずれも臨界冷却速度以下であ
り、かつ１０℃／ｓｅｃ以上で、本発明の条件を満たし
ている。表４、表５、表６、表７、表１２の結果から明
らかなように、本発明法により従来法に比べて溶接部低
温靭性が非常に優れた電縫鋼管の製造が可能である。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】

【表６】

【００３７】

【表７】

【００３８】

【表８】

【００３９】

【表９】

【００４０】

【表１０】

【００４１】

【表１１】

【００４２】

【表１２】

【００４３】

【表１３】

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、電縫管の溶接部の管厚
方向の組織の均一化を図ることができ、溶接部の靭性を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する電縫鋼管製造設備の概略図で
ある。

【図２】本発明を実施する電縫鋼管製造設備の概略図で
ある。

【図３】本発明法の冷却パターンと内外面の冷却カーブ
である。

【図４】従来法の冷却パターンと内外面の冷却カーブで
ある。

【図５】本発明に含まれる別の冷却パターンを示す図で
ある。

【図６】本発明に含まれる別の冷却パターンを示す図で
ある。

【図７】本発明の効果を示すグラフである。

【図８】ＣＣＴ曲線の例を示す図である。

【符号の説明】

１鋼帯２電縫溶
接部３溶接電極４スクイ
ズロール５，６，７，８誘導加熱装置９，１０
水冷装置１１電縫管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続的に成形した帯鋼を電縫溶接し、こ
れに引き続いて溶接部をＡｃ₃ 変態点以上、１０５０℃
以下に加熱し、外表面から強制冷却する過程を含む熱処
理において、前記冷却を溶接部外表面温度が８００℃か
ら５００℃〜４００℃までを１０℃／ｓｅｃ以上かつフ
ェライトが析出する範囲の冷却速度で冷却し、該溶接部
外表面温度が５００℃〜４００℃に到達した時点で冷却
を強化して外表面が２００℃以下になるまで冷却するこ
とを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の鋼帯が、Ｃ：０．０１〜０．１０重量％、Ｓｉ：０．５重量％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０重量％、Ｐ：０．０３０重量％以下、Ｓ：０．００８重量％以下、Ｎ：０．０１重量％以下、Ａｌ：０．０６重量％以下を含み、かつＮｂ：０．１重量％以下、Ｖ：０．１重量％以下、Ｔｉ：０．０５重量％以下のうちの一種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純
物よりなる鋼帯であることを特徴とする低温靭性の優れ
た高張力電縫鋼管の製造方法。
【請求項３】請求項２記載の鋼帯がさらにＣｒ：０．１〜１．０重量％、Ｍｏ：０．１〜１．０重量％、Ｃｕ：０．１〜０．６重量％、Ｎｉ：０．１〜０．６重量％のうちの一種以上を含有する鋼帯であることを特徴とす
る低温靭性の優れた高張力電縫鋼管の製造方法。
【請求項４】請求項２又は３記載の鋼帯がさらにＣａ：０．０００５〜０．００５０重量％を含有する鋼帯であることを特徴とする低温靭性の優れ
た高張力電縫鋼管の製造方法。
【請求項５】２００℃以下に冷却の後に、再び該溶接
部を４００℃以上８００℃以下に再加熱して焼戻すこと
を特徴とする請求項１、２、３又は４記載の低温靭性の
優れた高張力電縫鋼管の製造方法。
【請求項６】２００℃以下に冷却の後に、該溶接部を
Ａｃ₁ 点以上、（Ａｃ₃ 点−５０℃）以下に再加熱後、
６５０℃から２００℃の温度範囲内まで冷却速度１０℃
／ｓｅｃ以上で冷却することを特徴とする請求項１、
２、３又は４記載の低温靭性の優れた高張力電縫鋼管の
製造方法。
【請求項７】２００℃以下に冷却の後に、該溶接部を
Ａｃ₁ 点以上（Ａｃ ₃ 点−５０℃）以下に再加熱し、再
び２００℃以下まで冷却速度１０℃／ｓｅｃ以上で冷却
し、その後４００℃以上８００℃以下に加熱して焼戻す
ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の低温靭
性の優れた高張力電縫鋼管の製造方法。