JPH03281724A - サワー環境用高強度鋼線の製造方法 - Google Patents

サワー環境用高強度鋼線の製造方法

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JPH03281724A
JPH03281724A JP8090890A JP8090890A JPH03281724A JP H03281724 A JPH03281724 A JP H03281724A JP 8090890 A JP8090890 A JP 8090890A JP 8090890 A JP8090890 A JP 8090890A JP H03281724 A JPH03281724 A JP H03281724A
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JP
Japan
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steel wire
steel
high strength
wire
strength steel
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JP8090890A
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English (en)
Inventor
Yukio Ochiai
落合 征雄
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/16—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Wire Processing (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

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〕 本発明は引張強さ70kgf/nm2以上の高強度鋼線
の製造方法に関し、さらに訂しくはサワー環境(湿潤硫
化水素環境)で使用される高強度鋼線の製造方法に関す
るものである。
〔従来の技術〕
従来、たとえば、カス、原油等の高圧流体輸送用フレキ
ンプルパイプの鎧装線などは、C0,2%以下の低炭素
鋼線材を伸線後、異形引抜き、ローラーダイス加工、圧
延等の異形加工により所定の断面形状の異形鋼線(平圧
線や溝形線)とし、そのままないしは500℃未満の低
温焼鈍を行なったのち、非ザワー環境の使用に供せられ
ていた。
しかし、最近の深井戸化に伴って油井を取り巻く環境か
変化し、原油やガスの輸送環境も厳しくなってきた。す
なわち、硫化水素を伴ったサワー環境か多くなってきた
。このため、異形鋼線に要求される特性の中でも、使用
環境から鋼線中に侵入する水素に対する安定性、すなわ
ち水素誘起割れ(以下、I−I I Cという)および
硫化物応力腐食割れ(以下、SSCという)の発生しな
いことが特に要求されるようになった。ちなみに、HI
 Cは無負荷状態の鋼線に水素か侵入することに伴って
発生する割れであり、一方、SSCは高負荷状態の鋼線
に水素が侵入し、これが原因となって起こる割れである
。
このような動向に対して、本発明者らは、引張強さ50
kgf/mm2以」二の鋼線を対象とj7て二つの技術
を開発(7た。一つはすでに特開平1−279710号
公報に開示されているように、0.40−0.70%の
Cを含む高炭素鋼線祠をパテンティング後、断面減少率
25〜75%の冷間加工を行なったのち、500〜70
0℃で球状化焼鈍する方法である(以下、従来法1とい
う)。他の一つは従来法lで製造された鋼線に0.3〜
5%の引っ張りひずみを付与する方法である(以下、従
来法2という)。
゛従来法lに従って製造された鋼線は耐HIC特性は優
れている。しかし、実際の使用環境においては、鋼線に
は強い引張応力が作用していることから、耐HIC特性
以外に耐SSC特性にも優れていることが重要である。
このような観点にたって従来法lの耐SSC特性を改善
したものが従来法2である。しかし、鋼線をより高負荷
状態で、しかもサワー環境でより安定して使用できるよ
うにするためには、鋼線の強度を高め、かつ耐SSC特
性をさらに向上させる必要かある。
〔発明か解決j〜ようとする課題〕
本発明の目的は、強度および耐SSC特性か従来法に比
べてより一段と優れたサワー環境用高強度鋼線の製造方
法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、C:0.40〜0.705%、Si:0.1
〜1%、Mn:0.20〜1%、P : 0.025%
以下、S:0.010%以下を含有し、必要に応じてA
l : 0.008%〜0.050%を含有し、残部が
Peおよび不可避的不純物からなる鋼を、断面減少率2
5〜75%の冷間加工を行なった後500〜620℃で
球状化焼鈍し、その後0.2〜2%の引っ張りひずみを
与えた後、250〜400℃でブルーイングすることを
特徴とするサワー環境用高強度鋼線の製造方法である。
〔作 用〕
以下、本発明について詳細に説明する。
Cは、0.40%未満では、球状化焼鈍後、所定の強度
が得られない。また、C0,70%を超えると冷間加工
で強加]二が困難となり、加工中に鋼線中心部に微細ク
ラックが発生して)(I C特性が劣化するため、0.
70%を上限とした。
Siは脱酸剤として最低o、 io%以上必要である。
その量が多くなるに従って強度が向上する。しかし、1
%を超えると脱炭が激しくなり、これか原因となって冷
間加工時に鋼線に割れか多発する。
Mnは熱間脆性を防止するため0.2%以上必要である
。また、Mnは焼入性を向上させるため、パテンティン
グによって均一 なパーライト組織を得るためにはその
量は多いほど望ましいが、1%を超えると中心偏析に起
因する)−1I Cの発生頻度か高くなるため1%を上
限とする。
次に、Pは粒界に偏析(7やすいため加工性を低下させ
る。したがって、その量は少ないほうが好ましい。しか
し、連続鋳造で製造する場合、溶製温度を高くするため
復Pが起こるので、上限のみを0.025%に規定した
。
SはPと同様な弊害のほか、耐蝕性の点で少ないはと好
ま(5いが、現在経済的に製造できる0、010%を上
限とした。なお、Sは0.001%までは工業的生産か
十分可能である。
八1は脱酸剤および結晶細粒化元素として必要に応じて
使用する。AI添加の場合、細粒化に必要なAl量の下
限は0.008%である。一方、Alか0.050%を
超えると非金属介在物量が増加するため、表面欠陥起因
の歩留低下を惹起する。
上述の各元素のほかに、異形鋼線の肉厚が厚いために焼
入性が不足する場合には0.6%以−FのCrを添加す
ることが有効である。、さらに、0.3%以下のCuお
よび0.02%以下のWは鋼中への水素侵入を抑制する
効果かあるので、必要に応してこれらを添加すれば、よ
り一層耐HI C特性を向上させることができる。
以上の組成からなる線材を加圧して鋼線とする。
本発明で鋼線とは、線材を異形引抜き、ローラーダイス
加工、あるいは圧延等の加工により、断面形状が円また
は異形(矩形や溝形)と(7たものを総称している。ま
た、ここでは球状化焼鈍後の弓張強さが70〜80kg
f/++++++2のものを高強度鋼線と称している。
すなわち、引張強さが70kgf/mm2以トないと苛
酷な使用環境から要求される内圧および外圧に耐えられ
ず、鎧装線としての効果がない。
一方、引張強さが80kgf/mm2を超えると、硬度
がHRC22以上となり、SSCが低応力で発生するよ
うになるため、上限を80kgf/+nn+2とした。
次に、本発明にかかわる加工方法に関して説明する。
通常、線材は加工前に熱処理をおこなうが、本発明にお
いてはパテンティング処理を行なう。これにより線材の
組織を均一な微細パーライト組織とし、断面減少率25
〜75%の加工に耐え得る性能を付与する。
本発明で断面減少率を25〜75%の範囲に限定した理
由は、断面減少率25%未満では、加工後の焼鈍でセメ
ンタイトの球状化が不十分となり、I−1ICが発生し
、断面減少率が75%を超えると例えば平圧線の端面お
よび内部に加工による割れが発生し、特に内部割れはH
I Cを誘発するためである。
なお、本発明の断面減少率は次式で定義する。
S :異形加工された鋼線の断面積 So 、素線(線材)の断面積 本発明は、断面減少率25〜75%の冷間加工後、球状
化焼鈍を行ない、加工ひずみを除去するとともに、パー
ライト組織をフェライト(マトリックス)中に微細な球
状化セメンタイトの分散した組織に変える。すなわち、
焼鈍によって得られた球状化セメンタイト組織は、従来
の層状パーライト組織に比べてHIC特性が著しく優れ
ている。鋼中に侵入した水素原子はセメンタイト/フェ
ライト界面に集積し、そこにHICの核を形成するが、
球状化セメンタイトの場合には応力集中が小さいため、
耐HIC特性が優れていると考えられる。
適正な球状化焼鈍温度範囲を求めるために、鉛パテンテ
イング処理された直径9.5mmの線材(成分を第1表
に示す)を伸線加工および平圧延で平圧線としたのち、
球状化焼鈍を実施した。球状化焼鈍は昇温2時間、保温
4時間の条件で行なった。
結果を第1図に示ず。70kgf/inn”以上の引張
強さが得られるのは、CO,42%の鋼線では550℃
以下、またC O,65%では620℃以下である。一
方、引張強さを80kgf/nm”以下に抑えられる球
状化焼鈍温度は、CO,42%では500℃以上、C0
165%では520℃以上必要である。したかって、本
発明の球状化焼SII!温度範囲は500〜620℃と
なる。
第  1  表 本発明は、耐SSC特性を向上させるために、以−1−
の方法で製造した球状化焼鈍鋼線にさらに0.2〜2%
の引っ張りひずみを付与した後、250〜400℃でブ
ルーイングする。
SSCの原因は、サワー環境から鋼材中に侵入した水素
が、負荷応力により生じた微小降伏領域に拡散してそこ
に凝集する結果、降伏現象が加達されてマイクロクラッ
クが生じるためと考えられる。従って、耐SSC特性を
向上させるためには、マクロ的な降伏現象がはじまる前
の局部的な微小降伏現象を阻止することが重要である。
すなわち、鋼Hの降伏強度を高めることが効果を発揮す
る。
しかし、一般的には、降伏強度を高めることにより引張
強さは増加する。引張強さの増加は、前述したようにS
SC発生の危険性を高めるため、好ましいことではない
。
本発明者は、降伏強度を高めるが引張強さやほかの機械
的性質に与える影響の少ない加工方法を研究し、その結
果、球状化焼鈍後の鋼線にわずかな引っ張りひずみを与
え(以下、ストレッチングという)だ後、さらに250
〜400℃でブルーインクすることにより目標とする高
い降伏強度が得られ、その結果耐SSC特性か大幅に向
上するという、従来なかった新しい知見を得た。ストレ
ッチングにおける引っ張りひずみは、0,2%未満では
SSC改善効果が不十分である。引っ張りひずみの増加
に伴って降伏強度は上がり、それに伴ってSSC発生下
限応力も上昇する。しかし、本発明法のようにブルーイ
ングを行なう場合には、2%を超えるとHI Cが発生
し、SSC発生下限応力も低下傾向を示すため2%を」
二限とする。
ブルーイング温度に関(では、250℃未満では1−(
I Cが発生し、またSSC発生下限応力も低い。
一方、400℃を超えると降伏強度が低下するため、耐
SSC特性は著しく低下する。以上の理由により、ブル
ーイング温度は250〜400℃とする。
ストレッチング装置は、長尺のコイル状鋼線を連続的に
処理できるものでなければならない。この意味からは、
鋼線を供給する側のプーリの回転速度に対し、鋼線を巻
き取る側のプーリの回転速度を少し速くすることにより
鋼線に一定のひずみを与えるような機構を備えた装置が
望ましい。また、ブルーイング設備としては通電加熱な
いしは誘導加熱装置を備えた連続炉が望ましいが、大気
炉でも目的を達することができる。
〔実施例〕 鉛パテンテイングによって微細なパーライト組織にされ
た直径9.5mmの線材を伸線加工により直径5 mm
の鋼線とし、ついで平圧延にて厚み0.9〜2.85i
n+の平線とした。これを球状化焼鈍したのち、上述し
たような機構を備えたストレッチング装置を用いて鋼線
に引っ張りひずみをあたえた後、引き続き連続ブルーイ
ング処理を行なった。
HIC特性は、上述の平線を長さ 100 ff1mに
切断し、5%NaC1−0,5%CH,C00H−H,
S飽和溶液に25℃で96時間浸漬後、3箇所研磨し、
ミクロクラックの有無を光学顕微鏡で観察して評価した
。
SSC特性は、上述の平線をそのままの状態で試験片と
し、両端をつかんで実際の降伏強度の80〜110%の
引張応力を与え、試験片の中央部200闘をサワー環境
、すなわち上述のHIC試験と同じ組成の溶液中に浸漬
し、溶液の温度は25℃とし、このような状態で720
時間の負荷試験を実施し、破断の生じない最大応力、す
なわちSSC発生下限応力を測定して評価した。
使用した鋼線の化学成分、冷間加工、焼鈍温度、ストレ
ッチングひずみ、ブルーイング条件などの製造条件なら
びに製品の機械的性質、耐サワー特性を第2表に示す。
No、 1〜4、Nα10および11. No、18〜
21、No24〜27は本発明法と二つの従来法の比較
を行なったもので、同一製造工程で焼鈍鋼線を製造した
のち、本発明法では0.8〜2.0%の引っ張りひずみ
を付与した後、330〜360℃で約4分間誘導加熱す
る方法でブルーイングを行なった。本発明法で製造され
た鋼線はいずれも引張強さが70kgf/mm2以上有
り、従来法で製造された鋼線に比べ降伏強度が高い。
また、SSC発生下限応力は67kgf/mm+2以]
二と、従来法のいずれにおいても達成できなかった高い
レベルに達している。
Nα5〜9はストレッチング時の引っ張りひずみか°、
またNo、13〜I7はストレッチング後のブルーイン
グ温度が異形線の特性におよぼす影響を調べたものであ
る。適切なひずみを付与し、さらにブルーイングを施す
ことにより、HICの発生がなく、かつSSC発生下限
応力が67kgf/am2以−Lある耐サワー特性に優
れた異形線を製造できた。
〔発明の効果〕
以」−に説明したように、本発明法によれば、70kg
f/mm”以上の引張強さを有し、耐HIC特性ならひ
に耐SSC特性か格段に改善されたサワー環境用高強度
鋼線を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は焼鈍温度と引張強さの関係を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)C:0.40〜0.70%、Si:0.10〜1
    %、Mn:0.20〜1%、P:0.025%以下、S
    :0.010%以下を含有し、必要に応じてAl:0.
    008〜0.050%を含有し、残部がFeおよび不可
    避的不純物からなる鋼を、断面減少率25〜75%の冷
    間加工を行なった後500〜620℃で球状化焼鈍し、
    その後0.2〜2%の引っ張りひずみを与えた後、25
    0〜400℃でブルーイングすることを特徴とするサワ
    ー環境用高強度鋼線の製造方法。
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Cited By (3)

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