JPS62270725A - 耐摩耗性に優れた内面高硬度鋼管の製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〈産業上の利用分野〉 この発明は、内面の耐摩耗性に優れると共に、溶接性や
取り扱いが良好で、例えば石炭、鉱石或いは土砂等のス
ラリーを輸送するパイプライン用等として好適な内面高
硬度鋼管の製造方法に関するものである。

く背景技術〉 近年、石炭、鉱石、土砂等の輸送手段として、スラリー
状にしたこれらをパイプラインで輸送する方式が目立つ
ようになってきた。

勿論、このようなパイプラインに用いられる管には、内
面の優れた耐摩耗性が要求されることは言うまでもない
。

このため、従来は、高炭素鋼を素材として通常の鋼管よ
りも全体の硬度を上げ、これによって耐摩耗性を改善し
た継目無鋼管や溶接鋼管が圧延のまま又は溶接のままで
使用されたり、或いは内面にポリウレタンライニングを
行って耐摩耗性を改善したコーテイング管が使用された
りしていた。

しかし、上記従来の高炭素鋼管は、その製造に際して素
材の圧延（継目無管圧延、板材圧延又は帯板圧延）工程
が欠かせないことから熱間加工性にも大きな配慮を払わ
ざるを得ず、従って硬度もロックウェル硬度Ｃスケール
で最大２５〜３０程度となって耐摩耗性の点で不満が残
るものであった。一方、上記ポリウレタンライニング管
は耐摩純性に優れてはいたが、ライニングコストが高い
上、管の接続部の処理が面倒なので広範囲な使用が望め
ないとの問題点を有していた。

そこで、このような不都合を解消すべく、成形された鋼
管をＡｃ＝点以上に加熱した後、その内面側のみから焼
入れして内面の耐摩耗性を改善する手段も提案された（
特開昭５７−１９４２１３号公報参照）。

しかしながら、上記提案に係る方法は焼入れ時の冷却水
量コントロールに細心の注意を必要として実操業向きで
ない上、製造される内面焼入れ鋼管は良好な内面耐摩耗
性を有するものの、例えば運搬中の衝撃等によって割れ
を発生し易いなど、その取り扱いに大きな難点のあるこ
とが明らかとなったのである。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、スラリー輸送用
としても十分に満足できる優れた耐摩耗性内面を備える
と共に、取り扱いが容易で、しかも構造物等に組立てる
際の溶接性にも優れた鋼管を、コスト安く安定して製造
し得る方法を提供すべく研究を行った結果、以下に示さ
れる如き知見が得られたのである。即ち、 ＋ａ）　　Ｃ含有量と炭素当量とを特定範囲に調整して
十分な焼入れ性を確保した高炭素鋼管は、Ａｃ２点以上
に加熱した後内面からの単純な強制冷却を、施すだけで
容易に内面のみを高硬度にすることができ、従ってこの
ような高炭素鋼管を素材とすれば、優れた耐摩耗性を示
す内面と、簡単な溶接を施しても割れを生じる心配のな
い比較的低硬度の外面とを備えた内面高硬度管が安定し
て得られること、 山）　ところで、−ｍに上述のような内面焼入れによっ
て硬度バラツキのない鋼管内面性状を実現することは実
掻業段階では極めて困難であるが、前記の如き材質の鋼
管を使用すると共に加熱温度を制限し、かつ管内面の冷
却速度が特定の値以上となるような条件で強制冷却を施
すならば、例えば冷却水の水量コントロール等を余裕を
もって実施したとしても、得られる鋼管の内面硬度には
殆どバラツキが見られないこと、 （Ｃ）シかも、このように内面焼入れした鋼管に一般的
な焼戻し温度（６００”Ｃ程度）よりもはるかに低い特
定の温度域での焼戻しを施すと、表面部の硬度低下を来
すことなく衝撃による割れ発生の危険性が十分に除かれ
てしまい、運搬等の取り扱い性が格段に向上すること。

この発明は上記知見に基づいてなされたものであり、 重量割合にて０．２０％以上のＣを含むと共に、式％式
％（） で表わされる炭素当量（Ｃｅｑ）が０．４５％以上であ
る成分組成の継目無鋼管又は溶接鋼管をＡｃ＝点以以上
５０℃以下の温度に加熱した後、管内面部のみを６０’
Ｃ／ｓｅｃ以上の冷却速度で強制冷却し、次いで２５０
〜４００℃で焼戻すことよって、内面の耐摩耗性に優れ
ると共に取り扱いが極めて容易な内面高硬度鋼管を、コ
スト安く、かつ安定して量産し得るようにした点、 に特徴を有するものである。

鋼管の加熱方法（焼入れ時並びに焼戻し時を問わず）と
しては加熱炉方式及び誘導加熱方式のいずれを採用して
も良いが、誘導加熱方式の場合には管の肉厚方向の温度
差が少なくなるように低周波数（５００Ｈｚ以下程度）
のコイルを使用するのが良く、更に均一加熱のためには
加熱炉内又は加熱コイル内をスパイラル状に回転させな
がら管を送るのが望ましい。

また、焼入れの際の管内面部の強制冷却には、鋼管内に
挿入した水冷ノズルから冷却水を管内面に噴射する手段
を採用するのが実用的である。そしてこの発明で言う“
管内面部”とは、鋼管の内表面から１１１程度までの部
分を指すものである。

なお、第１図はこの発明の鋼管焼入れ工程の例を示した
模式図であり、第１図［ａｌは加熱炉１を使用した例を
、第１図山）は誘導加熱コイル２を使用した例をそれぞ
れ示しているが、加熱炉１又は誘導加熱コイル２に挿入
されて矢印の方向へ移動しながら所定温度に加熱された
鋼管３は、加熱炉１又は誘導加熱コイル２を出てから水
冷ノズル４を飲み込むように進行し、該水冷ノズル４か
ら噴射される冷却水５により内面部を冷却されて内面高
硬度管とされる。そしてこれに続く加熱装置によって所
定の焼戻し処理が施され、目的とする鋼管が得られるの
である。

このように、この発明は、特定成分組成の鋼管を所定温
度域にまで肉厚全体の温度差少なく昇温する加熱工程と
、これに続く鋼管内面の強制冷却工程とにより、管内外
面に冷却速度差を生ぜしめて内面高硬度鋼管を得、更に
特定温度域での焼戻し処理によって硬度低下を来すこと
なく優れた耐衝撃性を付与せしめ、これらの相乗的な作
用の下に内面の優れた耐摩耗性と耐衝撃割れ性、並びに
良好な溶接性等を兼備した鋼管を製造する方法に係るも
のであるが、この発明において素材鋼管のＣ含有量及び
炭素当量、焼入れ時の加熱温度、管内面部の冷却速度、
並びに焼戻し温度をそれぞれ前記の如くに限定した理由
を説明する。

ｉ）Ｃ含有量、及び炭素当量 素材鋼管のＣ含有量が０．２０％（以下、成分割合を表
す％は重量％とする）を下回ったり、また、Ｃｅｑ＝Ｃ
（χ）＋Ｓｉ（χ）／７＋Ｍｎ（χ）１５なる式で表さ
れる炭素当量（Ｃｅｑ）が０．４５％未満の場合にはそ
の焼入れ性が十分でなく、内面からの強制冷却によって
も内面のみが高硬度である鋼管を得ることができない。

従って、Ｃ含有量は０．２０％以上に、また炭素当量は
０．４５％以上とそれぞれ定めた。なお、鋼管のＣ以外
の成分については炭素当量さえ満足していれば格別な制
限はない。

ｉｉ　）焼入れ時の加熱温度 焼入れ時の加熱温度がＡｃ３点未満であるとオーステナ
イト化が達成されないので所望の焼入れ性を確保できず
、十分な内面硬さが得られない。一方、加熱温度が９５
０℃を越えると内面のみの強制冷却（例えば水冷）であ
っても外面にまで焼きが入ってしまい、内面のみの高硬
度管にならない。

そして、外面側が高硬度になるとパイプ継ぎの際の管外
面のみの溶接（例えばスリップオンタイプのフランジを
固定するための溶接等）において割れを生じる恐れが出
てくる。従って、焼入れ時の加熱温度はＡｃ３点以上９
５０℃以下と定めた。

なお、第２図は、Ｃ：　０．３８％、Ｓｉ　：　０．１
２％、Ｍｎ：　１．０２％、残部：実質的にＦｅ　（炭
素光ｉｉ　：　０．６０％、Ａｃ３点二８１０℃）であ
る電気抵抗溶接管（外径：　　５０８．０鶴、肉厚：　
１２．７酊）を各種温度に加熱した後、内面部の冷却速
度が８０℃／ｓｅｃとなるように内面のみから水冷し、
続いて３００℃で焼戻したちのについて管の肉厚方向の
硬度分布を比較したグラフである。この第１図からも、
焼入れの際の加熱温度が９５０℃以上では内面のみの強
制冷却であっても外面にまで焼きが入ってしまい、管の
外面のみに溶接を施すような場合には溶接割れを起こし
易くなることが分かる。

ｉｉｉ　）焼入れ時の冷却速度 焼入れ時の鋼管内面部の冷却速度が６０℃／ｓｅｃを下
回ると十分な鋼管内面硬度を達成することができず、所
望の耐摩耗性が得られないことから、該冷却速度は６０
℃／ｓｅｃ以上と定めた。

なお、第３図は、Ｃ：０．４８％、Ｓｔ　：　０．１６
％、Ｍｎ：　０．８２％、残部：実質的にＦｅ　（炭素
当量：　０．６７、Ａｃ、点ニア８０℃）である電気抵
抗溶接管（外径：　４５７．２鶴、肉厚：　１１．１鶴
）の内面焼入れにおいて、種々の加熱温度と内面部冷却
速度とに対する内面硬度変化の関係を示したグラフであ
るが、この第３図からも、加熱温度＝９５０℃以下の範
囲では前記冷却速度が６０℃／ｓｅｃ未溝になると内面
硬度が急激に低下してしまい、６０°Ｃ／ｓｅｃ以上の
冷却速度を確保しないと十分な硬度上昇を図れないこと
が分かる。

ｉｖ）焼戻し温度 この発明の対象素材である高炭素鋼鋼管を加熱した後そ
の内面を強制冷却すると、管の内面力」危くなって割れ
を生じ易くなるが、このような鋼管に本発明で規定する
条件の焼戻しを施すと硬度低下を伴うことなく上記不都
合を解消することができる。そして、この場合の焼戻し
温度が２５０℃を下回ると割れ防止効果が十分ではなく
、一方、４００℃を越える温度で焼戻しを実施すると鋼
管内面の表面硬度が急激に低下して所望の耐摩耗性が維
持されなくなることから、焼戻し温度は２５０〜４００
℃と定めた。

なお、第４図は、Ｃ：　０．４２％、Ｓｔ　：　０．１
８％、６口：　１．１５％、残部：実質的にＦｅ　（炭
素当量：　０．６８、Ａｃ、点：８００℃）である電気
抵抗溶接管（外径：　　４５７．２鰭、肉厚：　１１．
１ｎ）を８８０℃に加熱後８０℃／ｓｅｃの内面部冷却
速度で内面のみを水冷したものにつき、焼戻し温度を種
々変化させて鋼管肉厚方向の硬度分布及び内面割れ発生
状況（割れの判定は“ＪＩＳ　Ｚ２３４３”によった）
を比較したグラフであるが、この第４図からも、焼戻し
温度が２５０℃未満では割れが発生し、一方４００℃を
越える温度で焼戻すと内面硬度が急激に低下することが
分かる。そして、焼戻し温度が２５０〜４００℃の範囲
内であれば鋼管内面の硬度低下がなく、しかも高炭素鋼
であるにもかかわらず割れを発生しなくなることが確認
できる。

次いで、この発明を実施例により具体的に説明する。

〈実施例〉 まず、通常の方法によって第１表に示されるような素材
鋼管を製造し、これを所定温度に加熱した後、水冷ノズ
ルにて内面から強制冷却して内面焼入れ鋼管を得た。続
いて、これに焼戻し処理を施し内面高硬度鋼管製品とし
た。

この時の焼入れ条件並びに焼戻し条件を第１表に併せて
示す。

このようにして製造された製品鋼管につき、その周方向
４カ所で硬度分布を測定したが、該測定結果を第５図に
示した。

第５図からは、得られた製品鋼管が内面側で十分な硬度
を備え、かつ外面側では良好な溶接性を示す程度に低硬
度となっていることを確認できる。

更に、上記製品鋼管から試片として短管を切り取り、該
試片内に摩耗材（５号珪砂と水とを２＝１の重量比で混
合したもの）を封入した後２１５ｒｐｍ（接触速度：　
４．３ｎ＋／５ｅｃ）で５０時間回転し、試片内面の摩
耗程度を測定した。この結果を、通常鋼（ＪＩＳ　ＳＳ
４１）と比較して第６図に示す。

第６図からも明らかなように、本発明の方法によって製
造された内面高硬度網管は非常に優れた耐摩耗性を有し
ていることが分かる。

なお、製造された上記内面高硬度鋼管製品に衝撃を加え
て内面の割れ発生状態を調べたところ、いずれも通常の
運搬作業等で受ける衝撃程度では割れを発生しないこと
が確認された。

く総括的な効果〉 以上に説明した如く、この発明によれば、取り扱いが極
めて容易で、しかも各種のスラリー輸送用としても十分
に満足できる優れた内面の耐摩耗性を備えた内面高硬度
鋼管を、コスト安く安定して量産することが可能となる
など、産業上極めて有用な効果がもたらされるのである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋼管の内面焼入れ方法の例を模式化して示し
た概略図であり、第１図（ａ）は加熱炉を使用した場合
の一例を、そして第１図（ｂ）は誘導加熱コイルを用い
た場合の一例をそれぞれ示す、第２図は、焼入れ時の加
熱温度と鋼管肉厚方向の硬度分布との関係を比較したグ
ラフ、第３図は、鋼管焼入れ時の加熱温度並びに内面部
冷却速度と内表面硬さとの関係を比較したグラフ、 第４図は、鋼管の焼戻し温度と鋼管肉厚方向の硬度分布
との関係を比較したグラフ、 第５図は、実施例によって得られた鋼管についての肉厚
方向の硬度分布を示すグラフ、第６図は、実施例によっ
て得られた鋼管内面の耐摩耗性を通常鋼管のそれと比較
したグラフである。 図面において、 ｌ・・・加熱炉、　　　　　２・・・誘導加熱コイル、
３・・・鋼管、　　　　　　４・・・水冷ノズル、５・
・・冷却水。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量割合にて０．２０％以上のＣを含むと共に、式Ｃｅ
   ｑ＝Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）／７＋Ｍｎ（％）／５で表わ
   される炭素当量（Ｃｅｑ）が０．４５％以上である成分
   組成の継目無鋼管又は溶接鋼管をＡｃ＿３点以上９５０
   ℃以下の温度に加熱した後、管内面部のみを６０℃／ｓ
   ｅｃ以上の冷却速度で強制冷却し、次いで２５０〜４０
   ０℃で焼戻すことを特徴とする、内面の耐摩耗性に優れ
   た内面高硬度鋼管の製造方法。