JPS58193324A - 高コラプス強度鋼管の製造方法 - Google Patents

高コラプス強度鋼管の製造方法

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JPS58193324A
JPS58193324A JP7395382A JP7395382A JPS58193324A JP S58193324 A JPS58193324 A JP S58193324A JP 7395382 A JP7395382 A JP 7395382A JP 7395382 A JP7395382 A JP 7395382A JP S58193324 A JPS58193324 A JP S58193324A
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steel pipe
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cooling
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cooling water
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Kenichi Tanaka
健一 田中
Katsuyuki Tokimasa
時政 勝行
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C21D9/14Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes wear-resistant or pressure-resistant pipes

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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】 この発明に、とくに油井管として好適な、コラプス強度
(圧潰に対する強度)にすぐれたM管の製造方法に関す
る。
近時、石油・天然ガス事情の逼迫から、油井・天然ガス
井は深井戸化の傾向が著しく、加えて産出ガス中に湿潤
な硫化水素の含まれる事例が多くなってきた。かかる傾
向に伴い油井管に対しても、すぐれた耐食性と高いコラ
フ“ス強度が要求されている。
ところが、鋼管の耐食性とコラプス強度とは一般に、相
反するものとして位置づけられる。コラ1ス強度の向上
は、降伏強度の上昇によって可能であるが、降伏強度の
上昇には引張強度の上昇が伴うのが通例で、との引張強
度の上昇は耐食性劣化の原因となるからである。このよ
うに、耐食性とコラ1ス強度の両立は本質的に成り難く
、例えは素材の成分調整といったような一般的な手法で
は、上記の如き使用条件の苛酷化に伴う要求に応えるこ
とは不可能である。
最近の逼迫した事情からくる高度な要求に対処するには
、耐食性とは独立的にコラプス強度を高める方法が必要
である。従来よりこの種の方法に関しては、種々の提案
がなされている。列挙して示せば以下のとおりである。
■ 鋼管に縮径加工を施こす。
■ ストレートナ加工を省略する。
■ 温間にてストレートナ加工を行う。
■ 鋼管の焼入−焼戻し後において水冷を行う。
しかるに、上記の何れの方法もそれぞれに問題がある。
ますのは縮径加工によりコラプス強度の向上に直接寄与
する前局方向の降伏強度のみ限定的に上昇させるという
ものであるが、これは鋼管の縮径手段そのものに問題が
、ある。すなわち、この縮径の手段としては、周方向に
多数に分割された複数のセグメントを利用するものが考
えられているが、これでは前局方向でセグメントの当り
方に微妙な差ができる関係で、前局方向各部の降伏強度
の上昇率にバラ名キが生じ、その結果安定かつ効果的な
コラプス強度の向上に望み得ない。
次に■は、上下に配置したっづみ形ロール間を通過させ
る一般のストレートナ加工が、鋼管の圧縮残留応力の発
生を伴い、その結果コラプス強度の劣化をもたらすとい
う考え方に基くものである−りi、こ(D7トレートナ
加工を省略する方法では、鋼管の品質維持の点から高精
度の製管技術が必要とされる許シでなく、とくに小径管
の場合には成品価値の低下を避けるのは到底無即である
また■はストレートナ加工を温間にすることにより、上
記圧縮残留応力の発生を阻止しようというものである。
これにはと−り立てて云う程の難点は見当らないが、前
記■も含めて、そもそもこのように鋼管の圧縮残留応力
の発生を防ぐという手法は消極策でしかあり得ず、それ
だけでは効果が   1 、薄いというのは否定できな
い事実である。
最後に■であるが、これは特開昭56−88424号に
て提案されている。この発明は、鋼管に20を以上降伏
応力以下の内面周方向引張応力を残留させればコラン”
ス強度が向上するという考え方を基礎とし、上記引張残
留応力の発生は焼戻し後の水冷によって突現し得るとし
ている。しかしながらその水冷条件と残留応力との関係
については詳細な検討が加えられておらず、したがって
■についても鋼管のコラゲス強度を安定的に高める手法
として確立てれたものとは云えない。その上、上述した
コラプス強度と引張残留応力の関係に対する考え方その
ものがそもそも不当なものと云わなければならない。こ
こで簡単にこの点に触れておこう。上記の考え方は要す
るに、外圧作用時の鋼管のコラプスは何れの場合にも管
内面側から発生するという前提があってこそ成立し得る
ものであり、このような前提は必ずしも事冥とに合致し
ない。つまり鋼管に予め前局方向残留応力が与えられて
いるときには、鋼管のコ、ラプスが管内面側から始まる
とは限らず、鋼管の内面周方向引張残留応力値がある大
きさを越えると前記コラ1スは管外面側から開始される
ようになり、このとき上記前提はくずれ去るのである。
このように実際の現象との一致をみない、いわば空論に
も等しいのが、前記発明の考え方であり、空論に基いた
手法の採用が安定的な成果に結びつこう筈かない。
以上のように、耐食性と無関係にコラプス強度の向上を
図る方法として一般に知られるものは、その何れもがそ
れぞれに不満を残すものである。
かかる実状を打開すべく、本発明者らは従来より、鋼管
のコラプス強度を高める有効策の開発に取組み、鋭意実
験、研究を重ねてきたが、その過程で、管内面周方向の
残留応力とコラプス強度の間に存在する正しい因果関係
を見い出した。すなわち第1図に示すようなものであっ
て、上記残留応力(σR11t、圧縮側(図中負の符号
を付して示す、以下圧縮応力の表現はこれに準するもの
とする)では従来よQ云われるとおりコラプス強度に弊
害を与えるが、引張側では降伏強度(”’y )の旧5
倍以下の応力値のとき、コラプス強度の向上に寄与する
のである。この関係が、鋼管の強度レベル等に係わりな
く普遍的に成立つことも確認済みである。
そこで本発明者らは、この関係に注目し、前出■として
従来より知られる水冷処理によりコラプス強度にとって
最適な管内面周方向引張残留応力を安定的に現出させる
方法の確立を意図して、鋼管の冷却条件と冷却後の上記
残留応力とを対応づける関係を見い出すべり、実験、研
究を更に推し進め、その結果、次のような知見を得た。
まず、水冷処理によって鋼管に発生する内面周方向残留
応力は、Wf!4管の断面寸法、すなわち外径CD)(
−”)と肉厚(t)lニー)および冷却に使用する冷却
水量(w)c ’ron7.an)は勿論であるが、そ
の他に鋼管の強度レベル、つまり降伏応力(cry)@
)とも〜深い係わりをもつことが明らかとなった。。す
なわち、第2図に示す如く加熱鋼管(1)を速度(■)
〔シmln〕で管軸方向へ移送しながら、その移送フィ
ンを囲繞するように設けた環状ノズ/l/ (2)によ
って前記移送中の鋼管に周囲から均等に冷却水を噴射、
供給して冷却処理を行うことを前提とした場合、冷却処
理後の管内面周方向残留応力(σR)と上記各条件との
関係は下記の如く式化できる。
但し、T:鋼管の冷却開始温度C℃) E:管材のヤング率〔t〕 γ:管材の熱膨張係数〔A〕 ここで上記の式は、鋼管の冷却開始温度(′r)か、(
fy/E・γ+172)c以上において成り立ち得るも
のである。この温度以下では、冷却処理によっても鋼管
に残留応力の発生が認められないのである。
一方、コラプス強度にとって好ましい管内面周方向残留
応力(σR)とは、前出第1図から、Oくσn<0.1
5σyといえるが、コラプス強度の最大値はσB−0.
07σyのとき得られるから、コラプス強度にとって最
適の上記σBとしては、0.04σyくσR<0.1σ
yのレンジ(第1図(I)の範囲)を採用するのが望ま
しい。この範囲のσRでは、コラプス強度はσB−00
ときに対し4%以上向上するものである。
前記の式に基づけば、この0,04σyくσn〈0.1
(17を得るに必要な冷却水量■は以下のように表示で
きる。
上記0式の関係を、管送り速度V−550/minでσ
y−77¥J、T−478℃(4)およびσy−56〜
T〜896′cCF3)の2つの場合について例示すれ
ば第3図の如くとなる。
すなわち本発明は以上の知見に基いて完成された高コヲ
プス強度鋼管の製造方法に関するもので、その特徴とす
るところは、加熱鋼管を管軸方向へ移送しながらその鋼
管に周囲から均等に上記0式を満たす水量(3)の冷却
水を噴射、供給して冷却を施す点を特徴とする。
上記本発明の方法を火施するに当っては、常温の鋼管を
改めて加熱しても勿論よいわけであるが、必ずしもそう
する必要はなく、例えば通常の油井管製造工程における
焼入−焼戻し後、或いは温間ストレートナ加ニーの段階
においてtlI4管が保有している熱を利用することも
可能でおる。上記加熱鋼管とは、このような何れの場合
をも含むものでるる。
本発明の方法を適用する加熱鋼管の温度(冷却開始温度
(T))は、先に述べたようにげ、H,、、+t72)
℃以上でないと管内面周方向残留応力の発生が認められ
ないが、他方焼戻し温度を越えると第4図に例示する如
く鋼管の降伏応力(σy)そのものが低下し、その点か
らのコラプス強度の低下が避けられない。したがって冷
却開始温度(Tlとしては、実際上(fy/E−γ+1
72)を以上の焼戻し湿度以下の範囲とする必要がある
本発明法に基く冷却処理に具体的には、第1図に示した
冷却ラインにおいて、環状ノズ/L/ (2J群の鋼管
入口側に設けた適当な温度センサー(3)により移送加
熱鋼管(1)の温度(T)を検出し、この検出値をプロ
セスコントローラ(4)に入力して、予め設定しておい
たw4肯寸法(t、D ) 、管材定数(γ、σy、l
七)管送、り速度Mから前出0式によ、り水量(W)を
算出し、環状ノズ#(2)からの冷却水噴出量が上記算
出水量■になるように該ノズルの水量制御弁(5)・・
・を自動詞節するという手法にて行うことができる。
次に本発明の実施効果について詳述する。
第1表に示す化学成分及び機械的性質の鋼管(外径D−
1141ff、肉厚t=6.88m、AHtAsRol
l材、Bは焼入焼戻し材)を供試材とした。
第   1   表 上記供試材を用い、第1図に示した冷却ラインにおいて
、種々の条件にて冷却処理を行なった。
第5図は、冷却水量(W) : 0.65 tCyn/
Ir1in 、管送り速度(V) :550”/mj−
nで、鋼管の冷却開始温度(ト)を種々に変えた場合の
冷却処理後の管内面周方向残留応力(a′R)値を示す
。また第6図は、上記T:600℃+ V : 550
”/minで、冷却水量(3)を種々に変えた場合の上
記Q値を示す。上記2つの図よりしてσaiT、Wおよ
びqの各条件によって変化することが明らかで、これら
の間には前出の式の関係が存在している。
本発明法に基く冷却処理の効果確認のため、同上ライン
において鋼管の冷却前温度(T)に応じて冷却水量■を
前出0式に基いて制御する冷却処理を、各種寸法の鋼管
(焼入焼戻し材)に対し実施した。
第7図は、上記冷却処理後の鋼管のコラブヌ強度を各同
−寸法、同一材質の焼入焼戻しまま(冷却処理なし)の
鋼管のコラプス強度の平均値で除したコラプス強度向上
率を示す。同図において、本発明法に基く冷却処理によ
り鋼管のコラブヌ強度が向上することは明らかであり、
とくにシし−12の場合にはその向上率が略1割にも達
することが分る。
以上の説明から明らかなように本発明の方法は、鋼管に
高コラプヌ強度を安定かつ効果的に付与せしめることが
可能であり、しかも鋼管本来の耐食性・(″他諸性能0
劣化を伴う懸念も7く・鴎    1 。
かって本発明はコラプス強度が重視きれる油井管の製造
上きわめて利用価値の高いものと云うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は管内面周方向残留応力と鋼管のコラプス強度と
の関係を示すグラフ、第2図は本発明性実施に適した鋼
管冷却フィンの模式説明図、第8図は本発明法に使用す
る0式の関係を例示した図、第4図は鋼管の冷却処理に
おける冷却開始温度σ)と冷却処理後の降伏応力(σy
)との関係を例示した図、第5図は同上冷却開始温度(
T)と冷却処理後の管内面周方向残留応力(σR)との
関係を例示する図、第6図は同上冷却処理における冷却
水量■とσRとの関係を例示する図、第7図は本発明法
に基く冷却処理を行なった鋼管と焼入焼劣しまま(冷却
処理なし)の鋼管のコラプス強度を比較して示した図で
ある。 図中、1:加熱鋼管、2:環状ノズμ、3:温度センサ
ー、4:プロセスコントローラ、5:水量制御弁

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)加熱鋼管を管軸方向へ移送しながらその鋼管に周
    囲から下式を満たす水量(ト)の冷却水を均等に噴射、
    供給して冷却を施すことを特徴とする高コラプス強度鋼
    管の製造方法。 但し、W : (ton/min ) t:鋼管肉厚〔峡〕 D:鋼管外径〔鱈〕 ■:鋼管送り速度〔−宜■〕 γ:管材の熱膨張係数〔し℃〕 T:鋼管の冷却開始温度〔℃〕 調:管材の降伏強度(i) E:管材のヤング率[1g)
  2. (2)加熱0w4+1#の冷却開始温度が、(σy/E
    ・γ+172)℃以上焼戻し温度以下の範囲の温度であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の高
    コラプス強度鋼管の製造方法、
JP7395382A 1981-11-04 1982-04-30 高コラプス強度鋼管の製造方法 Granted JPS58193324A (ja)

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FR8218393A FR2515777B1 (fr) 1981-11-04 1982-11-03 Structure tubulaire metallique avec une resistance amelioree a l'ecrasement, et son procede de fabrication
CA000414788A CA1196584A (en) 1981-11-04 1982-11-03 Metallic tubular structure having improved collapse strength and method of producing the same
DE3240729A DE3240729C3 (de) 1981-11-04 1982-11-04 Verfahren zur Herstellung eines Metallrohres mit verbesserter Eindrückfestigkeit
US07/145,711 US4825674A (en) 1981-11-04 1988-01-15 Metallic tubular structure having improved collapse strength and method of producing the same

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