JPS6067623A - 直接焼入法による低炭素高強度継目無鋼管の製造方法 - 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】 （技術分野） 低炭素高強度継目無鋼管をいわゆる直接焼入で製造する
方法に関し、この明細書に述べる技術内容は、ラインパ
イプや、海洋ないし、陸上の借造物などの使途に供され
るこの種の継目無鋼管の製造段階に独自の成分挙動に着
目して、上記直接焼入との適合を成就させることに関連
し、この種の熱処理を経る低炭素高強度継目無鋼管の製
造に係わる技術の分野に位置している。

（問題点） 高強度継目無鋼管の製造には通常、焼入れ焼戻し処理が
施される。その際焼入性を向上させるために微量のボロ
ン（Ｂ）を添加しかつその焼入性を安定比するために適
ｆ１１のＡｌを添加するのが一般的である。

゛熱間圧延で、所定寸法の鋼管に成形後−たん冷却させ
てからＡＣよ点以上まで再加熱し、焼入処理が行われる
従来法では、上記のＢによる焼入効果が実現され得るけ
れども、熱間圧延後ただちに、焼入処理を施すいわゆる
直接焼入の場合には、実際上Ｂによる焼入性効果が安定
して得られない。

またここにＢの効果を阻害するＮを固定するためにＴｉ
を添加することもすでに知られてはいるが直接焼入によ
る継目無ｆＭ管の製造においては、やはりその効果を安
定して得ることが困難である。

（発想の端緒） 発明者らは、種々検討を重ねた結果、上記した問題の原
因がＴｉ含含有色Ｎ含有値の不適正にあることを究明し
、Ｔｉ１Ｎを適正量に制御して直接焼入を実行すること
により、強度並びに切欠靭性の優れた低炭素高強度継目
無鋼管が次のように安定して製造できることを見い出し
たわけである。

さて継目無鋼管の製造に当ってはビレットを１２００〜
１３００℃に加熱するが、この温度域では、まずＡｌが
Ｎを固定する効果はない。

すなわち継目無鋼管を製造する場合には、芽孔機による
穿孔を可能とするためにビレットを１２００〜１３００
℃の温度で加熱することが必要なところ、このような高
い温度ではもはやＮがＡｌと結合しｌｆＮとして存在す
ることはできないからであり、かくして鋼中に固溶して
存在するＮは、熱間圧延時に温度が低下すると、それに
応じＢと結合してＢＮとなり、オーステナイト粒界に偏
析して焼入性を向上させるべき固溶Ｂ爪を減じてその効
果を失わせる。

熱間加工後７００℃程度以下の低温まで冷却し、再びＡ
ｃ８点以上まで加熱して焼入れする通常の再加熱焼入れ
の場合には、この再加熱時にＡｌがＮをＡｌＮとして固
定することにより固溶Ｂを増して焼入性を向上させるこ
とはよく知られているとおりであるが、直接焼入れの場
合には上記のようにＡＩＮの析出が阻害されるため、Ｂ
による焼入向上の効果が期待できない０ したがって熱間圧延前の加熱温度が１２００〜１３００
℃と高温の場合には、この温度領域で安定してＮと結合
するＴｉを添加することが直接焼入れの場合には、有効
であり、その効果の例を第１図に示す。

このようにＴｉはＮの固定効果があるものの過剰なＴｉ
は、焼入れ後の焼戻し処理においてＴｉＯとして析出し
、切欠靭性を著しく劣化させるのでＴｉ量の厳密な規制
が必要である。

すなわちＴｉは、ＮをＴｉＮという形で固定するので、
鋼中に含まれるＮをすべて固定するために必要なＴｉ量
は、比学黛論的にはＴｉ量３．４２Ｎである。

しかし工業的には、鋼中のＴｉ、ｌ（の量を常にこの割
合に保つのは不可能である。

（実験的事実） 発明者らは、Ｔｉ、Ｈの割合を種々変ｔしさびた屑を用
いて強度および衝撃試験での破ｍ１遷移話Ａ度を調査し
た結果、第２図に示す成績を得た。

第２図において横軸にとったΔＴｉ−＝Ｔｉ−８．４２
Ｎは理論上Ｎを固定するに必要なＴｉ量に対する過不足
を示す。

ΔＴ１が−ｏ、ｏｏｓ％よりも低いと、Ｔｉの不足のた
めに、固溶Ｎが多くなりすぎ、Ｂの焼入性向上効果を減
じ、強度、靭性が劣ることを示している。

一方ΔＴｉが＋０．００８％をこえるとＴｉによるＮの
固定にてＢの焼入性向上効果が十分に発揮されるものの
余剰Ｔｉが焼入後の焼もどしの際、　Ｔｉｅとして析出
するために、強度は高くなるものの、靭性を著しく劣化
させる。

ΔＴｉが−ｏ、ｏｏｓチと＋ｏ、ｏｏｓチの間にある場
合には、Ｎの大部分が固定されてＢによる焼入性向上効
果で筒い強度が得られるとともに、過剰なＴｉＣの析出
も抑えられ優れた靭性が確保される０ （発明の目的） ＴｉとＮの含有ｉＴｋを適当な範囲に規制することによ
って強度・靭性ともに優れた高強度継目無鋼管を直接焼
入法で製造することがこの発明の目的である。

（発明の構成） 上掲した発明の目的は、次の事項を骨子とする手順で有
利に実現されるＯ Ｑ：０．０６〜０．２０重量％（以下単にチで示す）、
Ｓｉ　：　０，１０〜０．５０　％、Ｍｎ　：　０．５
〜２．０　％、Ａｌ：ｏ、ｏｘ〜０．１％、Ｂ：０．０
００５〜０．００５０係と、ざらにＮｉ：Ｔｒ〜５％、
Ｃｊｒ　：　Ｔｒ　〜１　’％、Ｍｏ：Ｔｒ　〜１％、
Ｏｕ　：　Ｔｒ　〜０．５　％、Ｖ：Ｔｒ〜０．１％、
Ｈｂ　：　Ｔｒ　〜０．１　％およびＯａ　：　Ｔｒ　
〜０．０１０チを含み、ｐ：ｏ、ｏ３％以下、Ｓ：０．
Ｏ１５チ以下を含みかつＮ：０．００１０〜０．００６
０係において、Ｎ含有量に応じて次式０式 に従うＴ１を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物より
成る鋼を１２００℃以上１３００℃以下の温度に加熱し
て熱間加工により、所定形状の鋼管に成形すること、こ
の熱間加工後７５０℃以上の温度にてただちに焼入れす
ること、次いでＡＣ工以下の温度で焼戻すこと、の結合
からなる直接焼入法による低炭素高強度継目無鋼管の製
造方法。

またこの場合熱間加工による所定形状の継目無鋼管に成
形する過程が、その最終加工に際して、８５０℃以上の
温度に保持された加熱炉に装入して被加工材を再加熱す
る場合も実施態様に含まれる０ 次にこの発明で成分組成および工程段階について規定し
た理由を以下に述べる０ まず化学成分を制限した理由は以下の通りであるＯ Ｇ：０．０６〜０．２０条 Ｃは焼入性を高め、高強度を得る上で不可欠であって、
ｏ、ｏｅ％未満ではその効果がなく、また０、２０％を
こえると炭素当量が過大となり、溶接割れ感受性を高め
るのでこの発明の対象としているラインパイプや構造物
用鋼管として適しないので０．０６〜０１２０チに制限
した０ Ｓｉ：ｏ、１０〜０．５０係 Ｓｉは鋼の脱酸に必要であって、０．１０％未満ではそ
の効果がなく、また０゜５０チをこえると鋼片の割れを
生じたり、溶接性を損うので、０．１０〜０．５０チに
限定したＯ Ｉｎ　：　０．５〜２．０　％ Ｍｎは焼入性を高め、強度をあげるのＧこ有効であるが
、０．５％未満では効果がなく、２．０％をこえると溶
接性、加工性を損うので０．５〜２．０チに限定した。

Ａｌ：ｏ、ｏｌ〜０．１チ ＡＩは脱酸に必要な元素であるが、０．０１％未満では
効果がなく、またｏ、ｚ％をこえるとアルミナ系介在物
として鋼中に残存して靭性を劣（ヒさせるので０．０１
〜０．１チに限定したＯＢ：０．０００５〜０．００５
０％ Ｂは鋼の焼入性を向上させるのに微ｈ（で非常に有効な
元素であるが０．０００５％未満では効果がなく、一方
ｏ、ｏｏｓｏ％をこえると析出物を形成して靭性を劣化
させるので０．００（１５〜０．　ｆ）　Ｏ５０係の範
囲に限定した。

Ｎｉ：Ｔｒ　Ｓ−５％ Ｎ１は、母材、溶接部の靭性を改善するのに好ましくは
０．２チ以上でとく有効であるが非常に高価な元素でも
あるので下限を’ｌ”ｒ　ｓ上限を５チとした。

Ｏｒ　：　Ｔｒ〜１チ Ｏｒは焼入性向上に好ましくは０．１％にて有効である
が１％をこえると溶接性を損うので、下限をＴｒ１上限
をｌチとした。

Ｍｏ　：　Ｔｒ〜ｌチ ＭＯもＮｉと同様な効果があり、特に０．０５％以上に
て焼入性向上、焼戻し脆性の抑止に有効であるが、非常
に高価な上に、炭素当量も−りける元素なので下限をＴ
ｒ、上限を１％とした。

（！ｕ　：　Ｔｒ−０，５％ Ｏｕは耐食性を増すのに０．１％以上で有効であるが、
０．５チをこえると鋼片の割れ感受性を増し、溶接性も
損うので下限をＴｒ１上限を０．５％とした０ Ｖ　：　Ｔｒ〜０．１　チ ■は析出強化元素としてのぞましくは０．０１％以上で
焼戻し後の強度−を上げるのに有効であるが、ｏ、ｉｎ
をこえると鋼片の割れの原因となり、又靭性を阻害する
ので下限をＴｒ、上限を０．１係とした。

Ｎｂ：Ｔｒ〜０．１％ Ｎｂはオーステナイト粒の細粒子ヒに寄与し、析出強化
による強度増加にも０．０１％以上で著しく寄与するが
、０．１係をこえると鋼片の割れの原因となり、溶接性
も損うので下限をＴｒ、上限を０．１チとした。

Ｃａ　：　Ｔｒ　〜０．０１０　Ｔ。

Ｏａは硫化物の形体を球状比させ、とくに管長手に直角
方向の靭性を改善し、さらに水素Ｒｆｊ起割れを防止す
るのに好ましくは０．００１０％以上で有効であるが０
．０１０係をこえると却って介在物を形成して靭性を阻
害するので下限をＴｒ１上限を０．０１０チと限定した
。

Ｐ≦　０．０８　チ Ｐは鋼中に含まれる不純物で、低い程好ましい。

０．０３％をこえると靭性を著しく劣化させ、また焼戻
し脆性を引起すので上限を０．０８％としたＯ８≦０．
０１５係 Ｓも鋼中に含まれる不純物で、低い程好ましい。

ｏ、ｏ１５％をこえると靭性を損うので上限を０、０１
５チとした。

Ｎ：０．００１０〜０．００６０％ Ｎは、鋼中に含まれる不純物でｏ、ｏｏｉｏ％未満にす
ることは工業的に困難であるので下限をｏ、ｏｏｌｏ％
とした。また０、００６０チをこえると溶接部の靭性を
損い、さらに所要量のＴｉを添加した場合に巨大なＴｉ
Ｎ析出物を形成して母材の靭性を損うので上限をｏ、ｏ
ｏｅｏ％とじたＯＴｉは、既に記述した如くこの発明で
不可欠の元素であり、Ｂの焼入性効果を確保し、かつ過
剰Ｔ１による靭性劣化を防ぐために次式 で定める範囲に限定した。

次に製造条件を限定した理由を述べる。

継目無鋼管の製造においては、ビレットを１２００〜１
８００℃の範囲で加熱することは穿孔機での加工上必要
な条件であり、またこの発明で、Ｔ１１Ｎの割合を適正
範囲に収めるためのｌ）Ｕ提条件ともなるものなので、
加熱温度は１２００〜１３００℃に限定した。

次に熱間加工後直接焼入れを行なうことは、たとえば厚
板の分野などにおいては、広く行われており、熱エネル
ギー節減による経済的効果、焼もし抵抗性増大による高
強度化などの効果が知られ、一方鋼管製造分野において
も直接焼入法は公知の事実ではあるが、低炭素鋼の如く
焼入性の低い鋼管では実用１ヒされていなかった。

それというのは、継目無鋼管の場合には厚板に比べてｌ
ｏｏ’ｃ程度も高い温度にビレットが加熱され、Ｂの効
果を有効に利用できないことに原因があった０ この発明は、成分の適正比により、低炭素継目無鋼管に
おいても重接焼入れによる製造を可能とし、経済的およ
び高強度化の効果を充分に発揮させることを実現したも
のであり、従って直接焼入れを行なうことがこの発明に
おいて前提である。

直接焼入れにおいては、焼入温度が重要である。

その温度を７５０℃以上と限定したのは、７５０°Ｃよ
り低い温度では、焼入れ後の組織中にかなりの量のフェ
ライトが生成している場合があり、そのような条件では
強度も低いからである。

焼入れは、本来Ａｒ８変態点以上から行われるべきであ
り、Ａｒ８の温度は成分によってそれぞれめられるべき
であるが、直接焼入れ工程に対応したＡｒ８点をめるこ
とは技術的にも困難である。

この発明に含まれる最も焼入性の低い成分系においても
、７５０℃以上の温度から直接焼入れを行えば、焼入後
の組織は、マルテンーサイト、ベントナイトなどにより
構成されることが認められたので焼入下限温度を７５０
℃とした。

継目無＠管では、一般に熱間のｌ（シ終加−１ニにつき
、サイザーやストレッチレデューサ−による加工が行な
われることも多いところ、＠Ｈ’Ｆの肉１１）の薄いと
きには、これら最終加工時に温度が低下して、直接焼入
れに必要な７５０℃以上の温度を維持できない場合があ
り得る。

このような場合には最終加工前に再加熱炉に装入して管
全体の温度を高めることが必要で、通常の場合８５０℃
以上に加熱ずれば焼入前に７５０℃以上の温度を確保で
きるので、この場合に再加熱炉温度の下限は、８５０℃
とすることが実施態様として推奨される。

なお鋼管の焼入装置については、リングスプレー、浸漬
型、軸流型など種々の方式のものが考案され、いずれも
直接焼入時の焼入法として用いることができる０これら
のうぢでもｍ管の内・外周にて、鋼管の軸線方向に沿う
冷却水流を与える方式の焼入装置（特開昭５７−８５９
３０号、同１１４６１６号公報）では高い焼入能を有し
、低炭素高強度継目無鋼管の直接焼入れによく適合する
。

（実施例） 次にこの発明の効果を実施例をあげて説明する。

表１は、この発明による鋼および比較鋼のｆヒ学成分を
示し、表２は製造条件、得られた機械的特性の例である
。

表２において直接焼入れ一焼もどし後の破面遷移温度ｖ
Ｔｒｓは、比較＠Ｇ、Ｈ，Ｉ、Ｊの場合、ＴｉｘＮの含
有範囲が適切でないため非常に劣るのに対し、供試鋼Ａ
、Ｂ、０．Ｄ、Ｅ、ＦではｖＴｒｓが低く、極めて優れ
た靭性を示すことが理解されよう。

また各供試鋼を用いても通常の再加熱焼入れを行なう場
合には、直接焼入法に比べて強度が若干低くなることが
わかる。

なお／ｌ６１５は、この発明による成分を有する鋼であ
っても焼入温度が７４０°Ｃと低下すると十分な強度お
よび靭性が得られないことを示す例であるＯ （発明の効果） これらの実゛施例に示されるように、この発明によれば
強度・靭性がともに優れた低炭素継目無鋼管を直接焼入
法により製造できることが自明であり、その経済的、技
術的効果は極めて大である０

【図面の簡単な説明】

第１図は直接焼入れ後の硬さ分墳ｊを示し、Ａ１１−Ｂ
系では焼入性が不十分であ７るのに対し、Ｔｉ−Ｂ系で
は、十分に焼きの入ることを７Ｆすり゛ラフ、第２図は
ΔＴにＴｉ　−３，４２Ｎ　′ＩＪｉある；＠　ｊＥ範
囲（−Ｑ、ＱＯ８チ〜＋Ｑ、ＱＯ８嗟）にある場合にイ
氏い遷移温度、すなわち高靭ｍＥカタ？トロすることを
示すグラフであるＱ 第１図 巧ｉｆ）イ叱面η゛うカメ巨Ｍ　ｔｍｍｔ第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　ａ：ｏ。０６〜０．２０重量％、 Ｓｉ：０．１０〜０．５０重量％、 Ｍｎ　：　０．５〜２．０重量％、 Ａｌ：０，０１〜０．１重量％１ Ｂ：０．０００５〜０．００５０重散チと、さらに Ｎｉ　：　Ｔｒ〜５重量％、 Ｏｒ　＋　Ｔｒ〜１重量％、 ＭＯ：　Ｔｒ〜１重量％、 Ｏｕ：Ｔｒ　〜０．５重量％、 Ｖ　：　Ｔｒ〜０．１重量％、 Ｎｂ：Ｔｒ　〜ｏ、ｉ重量％ および（ａ　：　Ｔｒ　〜０，０１０重量％を含み、Ｐ
   ：０．０３重量％以下、 Ｓ：０．０１５重量％以下を含有しかつ、Ｎ：０．００
   １０〜０．００６０重量％においてＮ含有量に応じて下
   記の式に従うＴｉを含有し、残部がｙｅと不可避的不純
   物より成る鋼を１２００℃以上１８００℃以下の温度に
   加熱して熱間加工により、所定形状の鋼管に成形するこ
   と、 この熱間加工後７５０℃以上の温度にてただちに焼入れ
   すること、次いでＡＣ□以下の湿度で焼戻すこと、 の結合を特徴とする直接焼入法による低炭素高強度継目
   無鋼管の製造方法。 記 λ　熱間加工による所定形状の継目無鋼管に成形する過
   程が、その最終加工に際して、８５０℃以上の温度に保
   持された加熱炉に装入して被加工材を再加熱する工程を
   含む、１記載の方法。