JPH036206B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は北海や北極海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エーンの製造方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

引張強度が70Kg／mm²以上で靭性に優れたチエー
ンの製造方法として、本出願人の出願になる特公
昭60−33178号や特公昭61−7486号がある。しか
しながら石油掘削活動が北海や北極海のような氷
海域へと進展するに伴い、リグ係留用のチエーン
として、直径70mm以上の太径で定温靭性に優れた
ものが要求されるようになつてきた。これには例
えば引張強度が70Kgｆ／mm²以上、降伏強度が46Kg
ｆ／mm²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ヤルピー
吸収エネルギーは−60℃で−2.8Kgｆｍが必要と
されている。

現在、引張強度70Kgｆ／mm²以上の３種チエーン
用素材の科学成分としては、JISおよび日本海事
協会規格（NK）やノルウエー（NV）あるいは
アメリカ船級協会（AB）にそれぞれ、KSBC70、
NVK3鋼および3a鋼として定められており、３
種チエ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
に焼ならしや焼入戻等の熱処理により製造されて
いる。しかしこれらの３種チエーンは、定温靭性
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−60℃では到
底使用出来るものではなかつた。これに対して−
60℃までの定温靭性を考慮したチエーン用鋼とし
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−60℃まで考慮したものとなつ
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Crを必要とする非常に高価な
鋼材となつており、しかも−60℃における溶接接
合部の靭性については、全く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10〜30mm程度の細径材であるが、一般に径
が太くなるに従つ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78mmの丸鋼を用い、フラツシユバツト溶接
実験を行なつたところ、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と
がわかつた。このように従来技術では特に溶接部
の靭性確保が困難であつた。

〔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つた、氷海域で
使用されるチエーンの製造方法に関するもので、
具体的には直径が70mm以上の太径材で、引張強度
が70Kgｆ／mm²以上、降伏強度が46Kgｆ／mm²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ヤルピー吸収エネルギ
ーが−60℃で2.8Kgｆｍ以上が得られるチエーン
の製造方法に関するものである。

一般にチエーンリンクはフラツシユバツト溶接
によつて接合されるが、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。

まずフラツシングによつて形成される溶融相
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、この溶融相がアプセツト時に
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Al、Si、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。またアプセツ
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つても、焼入焼戻温度
および冷却速度を制御することによつて、強度お
よび低温靭性に優れた太径チエーンを低コストで
製造する方法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はＣ：0.15〜0.35％，Si：0.15〜0.50％、
Mn：1.00〜2.00％、Cr：0.50％以下、Mo：0.10
〜0.60％、酸可溶性Al：0.010〜0.100％の範囲で
含有し、かつ焼入性が下記(1)式を満足する組成か
ら成る棒鋼を熱間で曲げ加工を行ない、溶接によ
り整環した後、900℃〜1100℃に加熱後３℃／ｓ
以上の速度で冷却し、引き続き550℃〜700℃に加
熱後0.1℃／ｓ以上の速度で冷却することを特徴
とする低温靭性に優れた太径、高強度チエーンの
製造方法にある。

Di≧0.035D＋0.35 …(1) 但しDi：鋼材の焼入性（in.）、Ｄ：棒鋼の直径
（mm） 〔作 用〕 次に本発明の条件を定めた理由について述べ
る。

(1) Ｃ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ツシユバツト溶接接合部の
靭性劣化を招くため上限を0.35％とした。

(2) Si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。

(3) Mn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。

(4) Crは溶鋼中のＣの活量を低下させフラツシ
ユバツ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0.50％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はフラツシユバツ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。さらにチエーン
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。氷海域におけるチエーンの到達温度は−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Alはチエ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0.010％
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。

(7) Di値をDi≧0.035D＋0.35としたのは次の理由
による。溶接をしない基地部の強度および低温
靭性はもつと小さいDiの鋼材でも十分要求値
を満足出来る。しかしフラツシユバツト溶接部
はＣおよび合金元素の固相から液相への再配分
により、これら元素が低減するため焼入性は大
幅に低下する。これを改善するには、あらかじ
め鋼材の成分を高めておく必要があり、数多く
の実験によつて本式を見出したため、このよう
に規制した。

(8) 焼入温度を900℃〜1100℃としたのは、900℃
未満では保定時間の短い連続熱処理によつて
は、十分にオーステナイト化されず、強度およ
び靭性不足にになるためである。また加熱温度
を高くする程、溶接によつて低減した合金元素
の拡散が促進され、溶接部の材質が改善される
が1100℃を超えるとオーステナイト結晶粒度が
粗大化し、特に低温靭性が劣化するためであ
る。さらに焼入後の冷却速度を３℃／sec以上
としたのは、直径が本発明の対象となるような
太径のチエーンの場合でも2/3Ｒ（Ｒ：チエーン
材の半径）まで十分に焼きが入るようにするた
めである。

(9) 焼戻温度を550℃〜700℃としたのは、550℃
未満では強度が高くなりすぎ、所定の低温靭性
が得られず、また700℃を超えると再度オース
テナイト化して焼入効果が消失するためであ
る。また焼戻後は脆化を回避するため、通常４
℃／ｓ程度の速い冷却速度（水冷速度に相当）
で冷却されるが、本発明鋼の場合は、太径材の
空冷速度に相当する0.1℃／ｓでも脆化が回避
出来るため、焼戻後の冷却速度は0.1℃／ｓ以
上とした。

第１図は本発明による製造工程を示したブロツ
ク図であり、第２図は焼入れ、焼戻しを連続化し
た製造装置の一例を示す説明図である。１は連続
焼入炉、２は連続焼戻炉、３は連続的に製鎖され
たチエーンを示す。４は第１冷却槽、５は第２冷
却槽を示す。なお、製鎖のための溶接は特に限定
されるものではないが、フラツシユバツト方式が
一般的である。

〔実施例〕

次に実施例により本発明を説明する。

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JIS3種チエーン用KSBC７
０鋼の化学成分と、あわせて従来技術の一例であ
る特公昭51−24967号公報にて開示されている鋼
の化学組成（化学組成は実施例から引用した）も
記載した。本発明網は氷海域用チエーンへの適用
を目的としたものであるが、これを３種チエーン
用鋼と比較するとCr、Moの両元素が増加してい
る。しかし同じ氷海域用チエーンへの適用を目的
とした特公昭51−24967鋼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。また本発明鋼には、通常行なわれ
ているように、さらに強度および靭性向上を目的
として、炭窒化物形成元素であるＶ、Tiおよび
Nb等を添加してもよい。

次に本発明鋼１および２により直径78mmおよび
120mmの棒鋼を熱間圧延により製造した。３種チ
エーン用鋼は同様に78mmサイズに圧延した。これ
を１メートルずつの長さに切断してガス加熱炉
で、950℃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ツシユバツト溶接
により接合し、環状（リンク）にした。この中に
変形防止のためにスタツドをはめて整環し、これ
を連結して装造したチエーン、150メートルを第
２表に示すような条件で、第２図に示すような縦
型の連続熱処理炉により、焼入戻処理を行なつ
た。これに対して特公昭51−24967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（空冷）処理が行なわれて
いるので、そのように処理した。

次に熱処理後のチエーンリンクの2/3Ｒ（Ｒ：リ
ンク材の半径）の位置から、JIS14A号引張試験
片およびJIS4号衝撃試験片を採取し、材質特性を
調査した。第３表に調査結果を示す。

本発明鋼１を用いて本発明の方法により製造し
たＡおよびＢの場合は、焼入は平均温度70℃の温
水による湯冷を行つているため、本発明の他の方
法、平均温度25℃の水による水焼入により製造し
たリンクＣに比較して、強度は若干低下している
が、衝撃値と共に要求値を十分満足している。な
おＣの方法で製造したリンクは、十分に焼入され
ているため強度と共に靭性も、最も良好な値を示
している。ＤおよびＥは本発明鋼１を用いている
が、Ｄは焼入後空冷（0.3℃／ｓ）した場合であ
り、このため十分に焼きが入らず引張強度は所定
の値が得られず、また衝撃値も低い。Ｅは焼戻温
度が高すぎる場合で、一部再固溶したオーステナ
イトがその後の急冷によつて、マルテンサイト組
織に変化したため、強度は高くなるがシヤルピー
衝撃値は要求値を満足できない。Ｆは本発明鋼２
から製造した120mm棒鋼を、本発明の方法により
製造した場合であり、強度および衝撃値共要求値
を満足できる。これに対して現行の３種チエーン
用KSBC70鋼ではＨ条件により、引張特性および
母材部の靭性は要求値を満足出来るが、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つて30mmサイズでは強度お
よび絞り率は、氷海域用チエ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、氷海域用チエーンの要求値
を満足できるが、チエーンに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、前述した
ようにサイズが太くなると強度および靭性（特に
溶接接合部と靭性）が低下することから、当該鋼
をそのまま氷海域用チエ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つ
た、太径で高強度靭性が要求される氷海域用チエ
ーンを低コストで製造する方法を提供するもので
あり、その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による製造工程を示すブロツク
図、第２図は焼入れ、焼戻しを連続化した製造装
置と一例を示す説明図、第３図は実施例において
示した試験片の採取位置を示す説明図である。

【表】

【表】

【表】

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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％ の範囲で含有し、かつ焼入性が下記(1)式を満足す
   る組成から成る棒鋼を、熱間で曲げ加工を行な
   い、溶接により整環した後、900℃〜1100℃に加
   熱後３℃／ｓ以上の速度で冷却し、引き続き550
   ℃〜700℃に加熱後0.1℃／ｓ以上の速度で冷却し
   て製造するこを特徴とする低温靭性に優れた太
   径、高強度チエーンの製造方法。 Di≧0.035D＋0.35 …(1) 但しDi：鋼材の焼入性（in.）、Ｄ：棒鋼の直径
   （mm）