JPS62260043A - 低温靭性に優れた太径、高強度チエ−ン用鋼 - 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〕 本発明は比濁や北極溝のような氷海域で使用される、海
底石油掘削リグ係留用チェーン用鋼に関するものである
。

〔従来の技術〕

引張強度が７０ｋｇ／ＩＩＩ”以上で靭性に優れたチェ
ーンとして、本出願人の出願に係る特公昭６０−３３１
７８号や特公昭６１−７４６８号がある。

しかしながら石油掘削活動が比濁や北極溝のような氷海
域へと進展するに伴い、リグ係留用のチェーンとして、
直径が７０ｍｍ以上の太径で低温靭性に優れたものが要
求されるようになってきた。例えば引張強度が７０　ｋ
ｇ　ｆ　／■１２以上、降伏強度が４６ｋｇｆ／ｍｍ”
以上、伸び率が１７％以上、絞り率が５０％以上でさら
に母材部および溶接接合部のシャルピー吸収エネルギー
は一６０℃で２．８　ｋｇｆｒｍ以上が必要とされてい
る。現在、引張強度７゜ｋｇｆ／ｍｍ”以上の３種チェ
ーン用素材としては、ＪＩＳおよび日本海事協会規格（
ＮＫ）やノルウェー　（ＮＶ）あるいはアメリカ船級協
会（ＡＢ）にそれぞれ、ＫＳＢＣ７０、ＮＶに３鋼およ
び３ａ鋼として成分が定められており、３種チェーンは
これらの成分から成る丸鋼を８００℃以上の高温に加熱
してリンク形状に加工後、一般に焼ならしゃ焼入焼戻等
の熱処理により製造されている。しかしこれらの３種チ
ェーンは、低温靭性が低く、せいぜい０℃までの海域で
使用されているもので、氷海域の環境温度である一６０
℃では到底使用出来るものではなかった。これに対して
一６０℃までの低温靭性を考慮したチェーン用鋼として
は、例えば特公昭５１−２４９６７号に良好な溶接性を
有する低炭素高強度構造用鋼の記載があり、この鋼の適
用温度は一６０℃まで考慮したものとなっている。しか
しこの鋼は焼入性向上元素として２〜５％もの多量のＣ
ｒを必要とする非常に高価な鋼材となっており、しかも
−６０’Ｃにおける溶接接合部の靭性については、全（
記載されておらず不明である。またこの発明に記載され
ている鋼材の直径は１０〜３０１鳳程度の細径材である
が、一般に径が太くなるに従って強度および靭性は著し
く低下することが知られている。

そこで本発明者らがこの発明と同じ成分を有する直径が
７８ｍｍの丸鋼を用い、フラッシュバット溶接実験を行
なったところ、多量のＣｒ酸化物が接合面に散在し、溶
接部の靭性は著しく低下するこ〔発明が解決しようとす
る問題点〕 本発明はこれまで製造出来なかった、氷海域で使用され
るチェーン用鋼に関するものであり、焼入焼戻処理によ
って直径７０龜−以一りの太径で引張強度が７０ｋｇｆ
／ａｍ２以上、降伏強度が４６ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ　”
以上、伸び率が１７％以上、絞り率が５０％以上で、さ
らに母材部および溶接接合部のシャルピー吸収エネルギ
ーが一６０℃で２．１３　ｋｇ　ｒ　ｍ以上が得られる
チェーン用鋼に関するものである。

一般にチェーンリンクはフランシュバット溶接によって
接合されるが、溶接面には次に示すような種々の欠陥が
生成し、引張特性および靭性が劣化する。

まずフラッシングによって形成される溶融部に、これと
隣接する固相部からＣや合金元素が移動して濃化するが
、この溶融部がアプセット時に押し出されるため、接合
部にはこれらの元素が少なくなり焼入性が低下する。ま
た鋼材成分に相応して生成したＡＪ、　Ｓｔ、　Ｍｎお
よびＣｒ等の各種酸化物が完全に排出されず、一部溶接
面に残留するため引張特性および靭性が劣化する。また
アンプセント時の圧着力により接合面に平行なメタルフ
ローが生成し、これも長手方向の靭性劣化の原因となる
。

このように溶接部の機械的性質は種々の原因により、劣
化が避けられない。

本発明は鋼材の成分を適切に組合わせることにより、従
来の溶接技術によっても強度および靭性に優れたチェー
ン用鋼を、低コストで提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明は、 （ＩＩＣ：０．１５〜０．３５％、Ｓｉ：０．１５〜０
．５０％、　Ｍｎ：　１．００〜２．００％、　Ｃｒ　
；　０．５０％以下、　Ｍ。

：０．１０〜０．６０％、酸可溶性１１ｊ２：０．０１
０〜０、１００％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的
な不純物から成る、引張強度７０ｋｇｆ／ａｓ”以上。

−６０℃におけるシャルピー衝撃値２．８　ｋｇｆｍ以
上の低温靭性に優れた太径、高強度チェーン用鋼であり
、又、 ！２１　　Ｃ：　０．１５〜０．３５％、　Ｓｉ　：　
０．１５〜０．５０％、　Ｍｎ：　１．００〜２．００
％、　Ｃｒ　：　０．５０％以下、　Ｉ’ｌ。

：　０．１０〜０．６０％、酸可溶性Ａｊ！：０．０１
０〜０、１００％を含有し、更にＶ、Ｎｂおよび１゛ｉ
の１種または２種以上をそれぞれ０．０１〜０．１０％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的な不純物がら成る
、引張強度７０　ｋｇ　ｆ　／　ａｍ”以上、−６０℃
におけるシャルピー衝撃値２．８　ｋｔｒｆｍ以上の低
温靭性に優れた太径、高強度チェーン用鋼である。

〔作　用〕

次に本発明の条件を定めた理由について述べる。

（１１Ｃは低コストで鋼の焼入性を高める最良の元素で
あるが、含有量が０．１５％未満では、所定の強度が得
られず、一方０．３５％を超えると焼入時に割れが発生
したりフラッシュバット溶接接合部の靭性劣化を招くた
め上限を０．３５％とした。

（２１Ｓｔは強化元素として使用すると同時に、脱酸元
素として使用するもので０．１５％未満では、両効果が
期待出来ない。また強化および脱酸作用は０．５０％で
十分であり、０．５０％を超えるとシリケート系介在物
の増加により靭性および延性の低下を招くため上限を０
．５０％とした。

（３１Ｍｎは靭性劣化の少ない焼入性向上元素として使
用するものであるが、１％未満では十分な焼入効果が得
られず強度の確保が困難であり、また２、０％を超える
と焼割れが発生するようになるため上限を２．０％とし
た。

ｆＪ　　Ｃｒは溶鋼中のＣの活量を低下させフランシュ
バット溶接時の脱炭を少なくするのに有効な元素である
が、一方酸化物を形成しやすく、これが接合面に残留し
て靭性を低下させる主要な原因となるため上限は０．５
０％とした。またＣｒを使用しなくてもＣ，Ｍｎ等の組
み合わせにより、所要の溶接部材質が得られるため下限
は０％とした。

（５）　　Ｍｏはフラッシュバット溶接時に減少する割
合が極めて少ない元素の一つで、溶接部の焼入性を確保
するために使用する。さらにチェーンの焼戻処理時にお
いて軟化抵抗が大となるため、高温焼戻が可能となり靭
延性を向上させる。氷海域におけるチェーンの到達温度
は一６０℃であり、当該温度で所定の衝撃値を得るため
には０．１０％以上必要であり、また０、６０％を超え
ると前記効果が飽和し、コスト増を招°くためＭｏの必
要量は０．１０〜０．６０％とした。

（６）酸可溶性Ａ１はチェーンの焼入時においてオース
テナイト結晶粒の粗大化を防止し、熱処理後の組織を微
細化するため靭性を向上させる作用を有する。この効果
を得るためにはｏ、ｏｉｏ％以上の含有量が必要であり
また０、　１００％を超えるとアルミナ系の介在物が増
加し、靭性の劣化を招くため上限を０．１００％とした
。

（７１Ｎｂ、　　ＶおよびＴｉは熱処理後の結晶粒の微
細化に寄与すると同時に、炭窒化物を析出するため母材
部および溶接部の強度および靭性の両特性を改善する。

このため、チェーンの強度および靭性を、さらに高めた
い場合に使用するもので、この強靭化作用は単独または
複合添加によって得られる。このためには、それぞれ０
．０１０％以上必要であり、また０、　１００％を超え
るとコスト高となり、さらに介在物が増加し靭性を低下
させるため上限を０．１００％とした。

〔実施例〕

次に実施例により本発明を説明する。第１図にチェーン
の製造工程を示す。チェーン用素材としては一般に丸棒
が使用され、これを鋸によって所定の長さに切断し、熱
間にで曲げ加工後フラ、７シユバソＦ？容接により接合
される。その後焼ならしまたは焼入焼戻等の熱処理によ
って強度および靭性が付与される。第１表に転炉で出鋼
し試験に用いた本発明鋼および比較材としてのＪＩＳ　
３種チェーン用ＫＳＢＣ７０鋼の化学成分と、あわせて
従来技術の一例として特公昭５１−２４９６７号で開示
されている鋼の化学組成（化学組成は実施例から引用し
た）を記載した。

本発明鋼は氷海域用チェーンへの適用を目的としたもの
であるが、これを３種チェーン用鋼と比較するとＣｒ＋
　Ｍｏの両元素（本発明鋼１，３，４゜５）あるいはＭ
ｏが増加している（本発明鋼２）。

しかし同じ氷海域用チェーンへの適用を目的とした特公
昭５１−２４９６７１１４に比較して本発明鋼は、Ｃｒ
を著しく低くし、若干のＭｏを使用している点に特徴が
ある。

次に本発明鋼１〜４および３種チェーン用鋼を用いて、
熱間圧延によって直径が７８−量の棒ｊ１２１に、また
本発明鋼５は１２０■諷サイズの丸棒に圧延した。これ
を】メートルずつの長さに切断して加熱炉中で９５０　
’Ｃで４５分間加熱した後、直ちに円環状に曲げ加工を
行ない両端部をフラッシュバット溶接により接合し、チ
ェーンリンクを製造した。

このリンクを連結して製造したチェーン１５０メートル
を第２表に示す温度条件で縦型の連続熱処理炉により　
９５０℃に加熱後、焼入処理を行ない、５５０℃および
６５０℃で焼戻処理を行なった。これに対して特公昭５
１−２４９６７鋼は、発明の詳細な説明によると、熱処
理は焼入まま（水冷、油冷）および焼ならしく空冷）処
理が行なわれている。　　　　− 次に熱処理後のチェーンリンクの（２／３）ｒ（ｒ：リ
ンク材の半径）の位置から、ＪＩＳ１４Ａ号引張試験片
およびＪＩＳ　ｄ号衝撃試験片を採取しく第２図参照）
材質特性を調査した。第３表に調査結果を示す。

本発明鋼ｌはＡ条件で熱処理を行なった場合には、伸び
率および溶接部の靭性が氷海域用チェーンの要求値を満
足出来ないが、Ｂ条件の熱処理により全ての特性を十分
満足出来る。これに対してＶ、Ｎｂ、またはＴｉを単独
あるいは複合添加した、本発明鋼２，３，４．５は細粒
化効果により、母材部および溶接部靭性は、さらに改善
されている。

また現行の３種チェーン用ＫＳＢＧ７０綱ではＤ条件の
熱処理により、引張特性は要求値を満足するが、溶接接
合部の衝撃値が低く要求値を満足できない。特公昭５１
−２４９６７鋼は発明の詳細な説明によれば、加熱後水
冷または油冷によって３０■■ψサイズまでは強度およ
び絞り率は氷海域用チェーンの要求値を満足出来るが伸
び率は十分でなく、また−６０℃における母材部衝撃値
は、氷海域用チェーンの要求値を満足しているが、チェ
ーンに躾も重要な溶接接合部の衝撃特性の記載がないた
め不明であり、１；１述したようにサイズが太くなると
強度および靭性（特に溶接接合部の靭性）が低下するこ
とから当該鋼をそのまま氷海域用チェーンへ適用出来な
いものと予想される。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、これまで製造出来なかった直径
が７０■■以上の太径で高強度高靭性が要求される、氷
海域チェーン用鋼を低コストで提供するものであり、そ
の効果は極めて大きい。なお、本発明は、太径用として
開発されたが、種々の直径のチェーン用としても適用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はチェーンの製造工程を示し、第２図は機械試験
片の採取位置を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．１５〜０．３５重量％ Ｓｉ：０．１５〜０．５０重量％ Ｍｎ：１．００〜２．００重量％ Ｃｒ：０．５０重量％以下 Ｍｏ：０．１０〜０．６０重量％ 酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．１００重量％を含有し
   、残部はＦｅおよび不可避的な不純物から成る、引張強
   度７０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上、−６０℃におけるシャル
   ピー衝撃値２．８ｋｇｆｍ以上の低温靭性に優れた太径
   、高強度チェーン用鋼。
2. （２）Ｃ：０．１５〜０．３５重量％ Ｓｉ：０．１５〜０．５０重量％ Ｍｎ：１．００〜２．００重量％ Ｃｒ：０．５０重量％以下 Ｍｏ：０．１０〜０．６０重量％ 酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．１００重量％を含有し
   、更にＶ、ＮｂおよびＴｉの１種または２種以上をそれ
   ぞれ０．０１〜０．１０％を含有し、残部はＦｅおよび
   不可避的な不純物から成る、引張強度７０ｋｇｆ／ｍｍ
   ＾２以上、−６０℃におけるシャルピー衝撃値２．８ｋ
   ｇｆｍ以上の低温靭性に優れた太径、高強度チェーン用
   鋼。