JPH06330169A

JPH06330169A - 曲がり管の製造方法

Info

Publication number: JPH06330169A
Application number: JP11997893A
Authority: JP
Inventors: Jo Kondo; 丈近藤; Moriyasu Nagae; 守康長江
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 1994-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、低温靱性に優れた曲がり管の製造
方法の提供を目的とするる。【構成】所定成分の炭素鋼に、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉのいず
れか一種又は二種以上を所定量含有し、さらに上記成分
組成から定められるパラメタＰが曲がり管に要求される
規格下限降伏応力以上である直管を用意し、これをＡｃ
₃点以上１００℃以内の範囲において曲げ加工を施し、
８００℃から５００℃の間を０．５℃／ｓｅｃ以上で冷
却する工程からなる曲がり管の製造方法である。また、
所望により上記冷却後の曲がり管を６５０℃以下の温度
で焼き戻す工程をも含む曲がり管の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低温靱性に優れた曲が
り管の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石油や天然ガスを輸送する手段としての
パイプラインには、直管部分のほかに輸送方向を変化さ
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がある。近年、パイプラインにお
ける輸送効率の向上への要求によって、曲がり管におい
てもＡＰＩ５Ｌ規格Ｘ６０グレード以上の高張力鋼が
用いられているが、法的規制のためで内圧の制限を受け
る。しかし、高強度にする必要がない場合、材質の均一
化の要求がある場合にはグレードの低いＸ５２グレード
以下の比較的低グレードの曲がり管を多く用いられてい
るのが現状である。

【０００３】曲がり管の製造方法としては、特公昭６２
−１０２１２号公報に記載されているように、図４に示
すような誘導加熱曲げ装置を用いて、直管を曲げ加工し
その後直ちに焼き入れ（Ｑ）処理と、その後の焼き戻し
処理（Ｔ）を施す方法（ＱＴ法という）、特公昭６３−
６７５２５号公報に記載されているように曲げ加工直後
のＱ処理のままの方法（Ｑ法）、更には曲げ加工直後の
強制空冷する方法（Ｎ法）、そして曲げ加工後強制空冷
を施し、その後に焼戻し処理を施す方法（ＮＴ法）で製
造されている。

【０００４】このうち、Ｎ法またはＮＴ法は、強制空冷
を行うことにより曲がり管が管の曲がり部が偏平になる
ことを防止することができ、かつ水冷の場合のような材
質の不均一性を除去することができる点で優れた方法で
あるが、曲げ加工直後に水冷によって焼き入れるＱ法ま
たはその後焼き戻しするＱＴ法よりも低グレード、具体
的にはＸ５２グレード以下の曲がり管に適用されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】曲げ加工直後に強制空
冷するＮ法、もしくはその後にＴ処理をするＮＴ法で製
造される曲がり管においては、その組織はフェライトと
パーライト組織もしくは、一部にベーナイトを含む組織
となっているが、降伏応力（ＹＳ）と脆性破壊の伝播停
止特性を含む低温靱性の両立が難しく、脆性破壊の伝播
停止特性の場合には、その指標となる Drop Weight Tea
r Test (ＤＷＴＴ）の延性破面率が、ＡＰＩ規格に規定
されている０℃で４０％以上、又は０℃で８５％以上と
いった要求を安定して確保することが難しいといった問
題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した従来の
問題を解決することについて研究を重ね創案されたもの
であって、強度と低温靱性の双方を向上することができ
る曲がり管の製造方法を提供することに成功したもので
あって、以下の通りである。

【０００７】（１）請求項１の発明は下記の工程（成分
組成はｗｔ％である）を備えた曲がり管の製造方法であ
る。（ａ）C:0.04〜0.12 %、 Si:0.05 〜0.5 % 、M
n:0.5〜2.0 % 、 P:0.015%以下、S:0.015 % 以下、
sol.Al:0.01 〜0.06 %、N:0.002 〜0.01 % 、Cu＋
Ni＋Cr＋Mo: 1 % 以下を含有し、更に、Nb:0.01 〜 0.0
6%、 V :0.01〜0.1 %、Ti:0.01 〜 0.1 % のいずれ
か1 種または2 種以上を含有し、残部がFe及び不可避的
不純物からなる鋼であって、下式により定められる P
が、P ≧σ_smys である成分組成を有する直管を用意す
る工程と、 P ＝ 40C＋11Si＋6(Mn＋Cr) ＋4(Cu＋Ni) ＋12Mo＋140N
b ＋40V＋76Ti−5.2log［T(mm) ］＋22 ここで、σ_smys: 規格下限降伏応力、T ＝(2n ＋0.5)/
(2n−0.5)×t ,但し、n:曲げ半径/ 外径、 t:直管の
肉厚(mm) （ｂ）前記直管をＡｃ₃以上Ａｃ₃＋100 ℃以下の温度
に加熱して曲げ加工しする工程と、（ｃ）前記曲げ加工
した管を直ちに８００から５００℃間の冷却速度を０．
５℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で空冷する工程。

【０００８】（２）請求項２の発明は下記の工程（成分
組成はｗｔ％である）を備えた曲がり管の製造方法であ
る。（ａ）C:0.04〜0.1 %、 Si:0.05 〜0.5 % 、Mn:0.5
〜2.0 % 、 P:0.015%以下、S:0.015 % 以下、 so
l.Al:0.01 〜0.06 %、N:0.002 〜0.01 %、Cu＋Ni＋Cr＋
Mo: 1 % 以下を含有し、更に、Nb:0.01 〜 0.06 % 、 V
:0.01〜0.1 %、Ti:0.01 〜 0.1 % のいずれか1 種ま
たは2 種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物か
らなる鋼であって、下式により定められる Pが、P ≧σ
_smys である成分組成を有する直管を用意する工程
と、 P ＝ 40C＋11Si＋6(Mn＋Cr) ＋4(Cu＋Ni) ＋12Mo＋140N
b ＋40V＋76Ti−5.2log［T(mm) ］＋22 ここで、σ_smys: 規格下限降伏応力、T ＝(2n ＋0.5)/
(2n−0.5)×t ,但し、n:曲げ半径/ 外径、 t:直管の
肉厚(mm) （ｂ）前記直管をＡｃ₃以上Ａｃ₃＋100 ℃以下の温度
に加熱して曲げ加工する工程と、（ｃ）前記曲げ加工し
た管を直ちに８００から５００℃間の冷却速度を０．５
℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で空冷する工程と、（ｄ）前
記空冷した管を650 ℃以下の温度で焼き戻す工程。

【０００９】

【作用】本発明者等は、曲がり管の機械的特性に及ぼす
化学成分、曲げ加工条件、Ｔ処理条件の影響を研究し
た。なお、ノズル等から空気を吹きつけて冷却するいわ
ゆる強制冷却による冷却速度は図１に示すように８００
℃から５００℃までの間の平均冷却速度で４℃／ｓｅｃ
以下であった。冷却速度の測定場所は曲がり管の内周表
面である。その結果、以下のような知見が得られた。

【００１０】Ｎ法で製造された曲がり管（Ｎ型曲が
り管）の加工後に管厚が大きくなる曲げ内周部のＹＳ
は、図２に示すように、下記のパラメタＰと良い相関が
あり、パラメタＰを用いればＹＳの予測が可能である。
ここでパラメタＰは下式の通りである。 P ＝ 40C＋11Si＋6(Mn＋Cr) ＋4(Cu＋Ni) ＋12Mo＋140N
b ＋40V＋76Ti−5.2log［T(mm) ］＋22 ここで、σ_smys: 規格下限降伏応力、T ＝(2n ＋0.5)/
(2n−0.5)×t ,但し、n:曲げ半径/ 外径、 t:直管の
肉圧厚(mm) ここで変数 Tは曲げ内周部の管厚に相当する。パラメタ
Ｐが示すように、ＹＳの確保にはＣとともにＮｂ，Ｖ，
Ｔｉ等の元素の添加が有効である。また、曲がり管内周
部のＹＳは、ＡＰＩ５Ｌ規格によって規定されるもの
である。

【００１１】Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉといった炭窒化物元素
を含有し、Ａｃ₃点からＡｃ₃点＋１００℃の温度範囲
で曲げ加工したＮ型曲がり管のフェライト粒径は、５〜
９μｍと細かく、かつ、ほぼ一定であり、ＤＷＴＴ特性
を含む低温靱性は、図３に示すようにパーライト（一部
ベイナイトを含む）分率、即ちＣ量と良い相関がある。

【００１２】ＮＴ法で製造される曲がり管（ＮＴ型
曲がり管）は、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉといった元素が添加され
ているとＮ型曲がり管よりも靱性が劣るものの、Ｃ量を
調整することによってＮ法と同等の靱性を確保すること
が可能である。以上のような知見に基づいて本発明はな
されたものである。

【００１３】次に、各成分組成の限定理由を以下説明す
る。成分組成についてＣ：Ｃは、強度に寄与する元素であるため、強度確保の
観点から、０．０４％以上は必要であるが、Ｃ量の増加
とともにパーライト分率が上昇し、靱性に悪影響を与え
る。０℃におけるＤＷＴＴの延性破面率４０％を確保す
るためには、図４から、Ｎ型曲がり管の場合には０．１
２％、ＮＴ型曲がり管の場合には０．１０％を上限とす
る。

【００１４】Ｓｉ：Ｓｉは、脱酸効果があり、固溶強化
によって強度上昇へ寄与するために添加するが、０．０
５％未満ではそれらの効果がない。一方、０．５％を超
えると靱性、溶接性を劣化させるため、Ｓｉは０．０５
〜０．５％とする。

【００１５】Ｍｎ：Ｍｎは、強度と靱性の向上に寄与す
る元素であるが、０．５％未満では強度が低く、良好な
靱性が得られない。一方、２％を超える添加は靱性と溶
接性に悪影響を与えるため、０．５〜２．０％とする。

【００１６】ｓｏｌ．Ａｌ：Ａｌは脱酸効果があると共
に、析出したＡｌＮによるオーステナイト粒度成長の抑
制効果によって靱性に起因する元素であるが、０．０１
％未満ではその効果がない。一方、０．０６％を超える
と粒成長抑制効果が飽和するとともに、鋳塊の表面疵を
多発させ、最終製品まで影響するため、ｓｏｌ．Ａｌは
０．０１〜０．０６％とする。

【００１７】Ｎ：ＮはＡｌＮとして析出してオーステナ
イト粒成長を抑制する効果があるが、０．００２％未満
ではその効果が得られない。一方、０．０１％を超える
と靱性を害するため、Ｎは０．００２〜０．０１％とす
る。

【００１８】Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ：これらの元素は炭窒化物
形成元素で、強度特にＹＳを高めるとともに細粒化効果
があるため添加するが、０．０１％未満ではその効果が
顕著でない。一方、過度の添加は靱性に悪影響を与える
ため、Ｎｂは０．０１〜０．０６％、Ｖは０．０１〜
０．１％、Ｔｉは０．０１〜０．１％とする。

【００１９】Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ：上記パラメタＰ
に示すとおり、強度に寄与する元素である。特に限定は
しないが、過度の添加は靱性及び溶接性を劣化させるた
め、これらの元素の合計を１％以下とすることが望まし
い。なお、これらの元素は、本発明が目的としているＸ
５２以下のグレードに対しては積極的に添加すべき元素
ではないので、上記１％以下には０％も含むものとす
る。

【００２０】次に、パラメタＰの限定理由を説明する。
図２に示したように、曲げ加工後強制空冷される曲がり
管のＹＳはパラメタＰとよく一致しておりこのパラメタ
を用いることによって要求される強度を予測することが
できる。従って、このパラメタＰを規格降伏応力以上と
することによって所定の降伏応力が得られる。

【００２１】加工条件次に、曲げ加工条件の限定理由を説明する。炭窒化物形
成元素であるＮｂ，Ｖ，Ｔｉを含有している場合の加熱
温度については、Ａｃ₃点直上であると微細な組織が得
られ、ＹＳが高く良好な靱性が得られる。一方、Ａｃ₃
点＋１００℃を超える温度で加熱すると、上記炭窒化物
形成元素のオーステナイト中への固溶が顕著となり、冷
却時に焼きが入りすぎてベイナイト分率が上昇し、降伏
点が消失して連続的に降伏する挙動を示すようになるた
め、ＹＳが低下してしまう。以上の理由から加熱温度は
Ａｃ₃点以上Ａｃ₃点＋１００℃以下とする。

【００２２】次に加熱後の冷却速度であるが、８００℃
から５００℃の間の平均冷却速度を０. ５℃／ｓｅｃ未
満とすると細粒化が計れず、ＹＳが低く、靱性も劣るこ
とから、冷却速度は０．５℃／ｓｅｃ以上とする。な
お、上限については限定はないが、強制空冷の上限の冷
却速度は約４℃／ｓｅｃである。なお、上記平均冷却速
度の測定は曲がり管内面の表面で行なったものである。

【００２３】焼戻し温度については、６５０℃を超える
と強度が低下する。この温度で所定の強度を確保するた
めには多量の合金元素を添加しなければならなくなるた
め、経済性、溶接性、及び靱性確保の観点から、焼戻し
温度は６５０℃以下とする。なお、焼戻し温度の下限に
ついては、一般に５５０℃以上で行なわれているが特に
限定はしない。

【００２４】なお、６５０℃以下の温度で焼戻しを行な
う場合には降伏応力は曲げ加工のままより高くなるた
め、パラメタＰを用いることによって焼戻し後の降伏応
力も所望の値以上のものを得ることができる。更に、本
発明における曲がり管には、継目無し管だけでなく、溶
接鋼管も含まれる。この場合、溶接金属を母材と同一に
しておけば、上記熱処理によって、溶接部も溶接熱影響
部も母材と同様な強度と靱性が得られる。

【００２５】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。表１に示す寸法と化学成分を有する直管を、図４
に示す加工装置を用い、表２に示す曲げ加工条件におい
て曲がり管を製造し、一部を除いて曲げ加工のままと表
２中の温度において焼戻し処理を実施した。なお、表２
に示す曲げ加工条件中冷却速度は、曲げ内周部の肉厚中
央部における８００℃から５００℃間の平均冷却速度で
あり、焼戻し温度における保持時間は１時間とした。得
られた曲がり管の曲げ内周部から試験辺を採取し、引張
試験、シャルピー試験、ＤＷＴＴを実施した。なお、試
験方法はＡＰＩ５Ｌによった。上記試験によって得ら
れた結果を表２に示す。なお、比較のため、表３にＡＰ
Ｉ５Ｌ規格におけるＸ４２〜Ｘ５２グレードにおける
規格下限降伏応力と規格下限引張強度を示す。上記グレ
ードと低温靱性ｖＴｒｓ≦−５０℃、４０％ＳＡＴＴ≦
０℃を目標とした。

【００２６】比較曲がり管は、化学成分、もしくは表２
に△印で示したパラメタＰ、加熱温度、冷却速度、焼き
戻し温度のいずれかが本発明範囲から外れており、また
表２に▲印で示すように強度、靱性のいずれか、もしく
は両方が目標値よりも劣っていることがわかる。

【００２７】これに対して、本発明の曲がり管は、化学
成分、パラメタＰ、曲げ加工条件、焼戻し温度が本発明
範囲にあり、目標とするグレードを満たす強度とｖＴｒ
ｓ≦−５０℃、４０％ＳＡＴＴ≦０℃という優れた低温
靱性が得られており、本発明の効果が明らかである。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明により、曲
げ加工後、強制空冷された曲がり管において、強度、特
に降伏強度 (ＹＳ) と優れた低温靱性を両立させた曲が
り管の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】直管の管厚と強制空冷のよる冷却速度との関係
を示す。

【図２】パラメタＰとＮ型曲がり管の曲げ内周部のＹＳ
との相関を示す。

【図３】Ｎ型曲がり管のＣ量と低温靱性、パーライト分
率との関係を示す。

【図４】誘導加工曲げ装置を示す図である。

【符号の説明】

０支点１直管１′ 曲がり管２ガイドロール３アーム４クランプ５誘導加熱コイル６冷却ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の工程（成分組成はｗｔ％である）
を備えた曲がり管の製造方法。（ａ）C:0.04〜0.12 %、 Si:0.05 〜0.5 % 、 Mn:0.5〜2 % 、 P:0.015%以下、 S:0.015 % 以下、 sol.Al:0.01 〜0.06 %、 N:0.002 〜0.01 %、 Cu＋Ni＋Cr＋Mo: 1 % 以下を含有し、更に、 Nb:0.01 〜 0.06 % 、 V :0.01〜0.1 %、 Ti:0.01 〜 0.1 % のいずれか1 種または2 種以上を含
有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼であって、下式により定められる Pが、P ≧σ_smys である成分組
成を有する直管を用意する工程と、 P ＝ 40C＋11Si＋6(Mn＋Cr) ＋4(Cu＋Ni) ＋12Mo＋140N
b ＋40V＋76Ti−5.2log［T(mm) ］＋22 ここで、σ_smys: 規格下限降伏応力、T ＝(2n ＋0.5)/
(2n−0.5)×t ,但し、n:曲げ半径/ 外径、 t:直管の
肉厚(mm) （ｂ）前記直管をＡｃ₃以上Ａｃ₃＋100 ℃以下の温度
に加熱して曲げ加工しする工程と、（ｃ）前記曲げ加工
した管を直ちに８００から５００℃間の冷却速度を０．
５℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で空冷する工程。
【請求項２】下記の工程（成分組成はｗｔ％である）
を備えた曲がり管の製造方法。（ａ）C:0.04〜0.1 %、 Si:0.05 〜0.5 % 、 Mn:0.5〜2 % 、 P:0.015%以下、 S:0.015 % 以下、 sol.Al:0.01 〜0.06 %、 N:0.002 〜0.01 % 、 Cu＋Ni＋Cr＋Mo: 1 % 以下を含有し、更に、 Nb:0.01 〜 0.06 % 、 V :0.01〜0.1 %、 Ti:0.01 〜 0.1 % のいずれか1 種または2 種以上を含
有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼であって、下式により定められる Pが、P ≧σ_smys である成分
組成を有する直管を用意する工程と、 P ＝ 40C＋11Si＋6(Mn＋Cr) ＋4(Cu＋Ni) ＋12Mo＋140N
b ＋40V＋76Ti−5.2log［T(mm) ］＋22 ここで、σ_smys: 規格下限降伏応力、T ＝(2n ＋0.5)/
(2n−0.5)×t ,但し、n:曲げ半径/ 外径、 t:直管の
肉厚(mm) （ｂ）前記直管をＡｃ₃以上Ａｃ₃＋100 ℃以下の温度
に加熱して曲げ加工する工程と、（ｃ）前記曲げ加工し
た管を直ちに８００から５００℃間の冷却速度を０．５
℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で空冷する工程と、（ｄ）前
記空冷した管を650 ℃以下の温度で焼き戻す工程。