JPH0452026A - 耐磨耗特性に優れた電縫鋼管の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐磨耗特性に優れた電縫鋼管の製造方法に関
するものである。

（従来の技術） 近年の鋼管需要において、鋼管内面側の耐磨耗特性に対
する要求が増えている。石油掘削分野においては、オフ
ショアーにおける傾斜掘り（水平掘り）油井の開発が盛
んになっており、このような傾斜掘り（水平掘り）油井
では、ドリルパイプのヘッドを油井底部まで降下させる
際、ケーシングパイプの内面側と接触するため、パイプ
の内面側か磨耗することか問題となっている。また、ス
ラリー管等においても管内面の耐磨耗特性を高めること
が要求されている。

耐磨耗特性を向上させるには強度（硬度）を高めること
か効果的であるか、耐腐食特性や靭性等を考慮したとき
、むやみに高強度化することはできない。また、高強度
化するにはＮｊ、Ｖ等の高価な元素の添加か考えられる
が、製造コストが上昇することから好ましくない。

また近年鋼管の表面近傍だけを硬化させるために表面処
理等が施される場合があるが、製造コスト、生産性の観
点から得策とはいえない。

複層鋼管に関する先行技術としては、特開昭１１ｉ３−
２１３６３３号公報（ラインパイプ用高耐食クラツド鋼
管）がある。同技術では高耐食性を得るために、Ｎｉ：
３０〜６０％、Ｃｒ：１８〜２５％等非常に高価な元素
を使用していることが特徴である。

また複層材料の製造技術としては、特開昭６３２１３８
０７７号公報（複合金属材料の製造方法）がある。

同技術では接合する鋼材の接着性を高めるためにＮｉま
たはＮＩ系合金を溶射、メツキすることか大きなポイン
トとなっている。

（発明か解決しようとする課題） 本発明は耐磨耗特性に優れた電縫鋼管を製造する際に、
製造コストが高い、あるいは生産性が悪い等の従来の欠
点を有利に解消する、耐磨耗特性に優れた電縫鋼管の製
造方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、低合金鋼からなる基材スラブにその基
材スラブより焼入れ性が優れた溶融合金を積層して複層
スラブとし、該複層スラブを熱間圧延し、積層側を鋼管
の内面側になるように成形、溶接して電縫鋼管とし、次
いで管全体を８００℃〜１０００℃に加熱、その後鋼管
の内面側からのみ冷却することを特徴とする耐磨耗特性
に優れた電縫鋼管の製造方法である。

即ち、本発明は焼入れ性の異なる２種の低合金鋼を、片
方を噴射して積層させた複層スラブを用いて、熱間圧延
して製造したホットコイルを素材として電縫鋼管を製造
するか、この時焼入れ性の優れた側を鋼管の内面となる
ように成形・溶接した後、管全体を８００℃から１００
０℃に加熱し、さらに鋼管の内面からのみ急速冷却して
焼入れを行うことで鋼管の内面側のみ焼入れ硬化させた
、鋼管内面の耐磨耗特性に優れた電縫鋼管を製造するも
のである。

本発明では低合金鋼どうしを複層化したスラブを用いる
ことにより、従来技術のような高合金（Ｔｉ　、Ｎｉ鋼
等含む）を利用しないために、素材費用を安価に抑える
ことができる。又接合面の接着強度についても、低合金
鋼どうしのため非常に良好なものである。

以下本発明について詳細に説明する。

本発明は低合金鋼からなる基材に対して、それより焼入
れ性の優れた低合金鋼を噴射して積層させた複層スラブ
を利用することか大きなポイントとなる。

焼入れ性の異なる低合金鋼どうしを効果的に接着させる
ためには、本発明のように片方を溶融状態から噴射させ
、もう一方の鋼と積層させることが非常に効果的である
。このように、溶融状態の鋼を別の鋼上に噴射すること
により両者の界面は完全に金属結合し、それにより接着
性が非常に良好となる。

次にこの複層スラブを熱間圧延するが、その時の冷却条
件、冷却停止温度は特に制約はない。但し、あまり急速
冷却し低温でコイルを巻取りした場合、焼入れ性の優れ
た側のみむやみに硬化しすぎ、コイルの巻取りが困難に
なることや、その後の電縫鋼管製造に支障を来すことも
考えられる。

従って、コイルが巻取られた後の自己顕熱により焼戻さ
れる程度（セルフテンパーされる）の温度が好ましく、
この温度は６００℃から７００℃程度が好ましい。

冷却速度についてはｌＯ℃／秒未満程度が好ましく、ま
たコイル上面、下面を均一に冷却させることか必要であ
る。

以上のように緩冷却、比較的高温で巻取ることにより、
複層コイルの基材側、複層側（焼入れ性の優れた鋼側）
の強度差は大きくなく、従ってその後の電縫管製造（成
形、溶接）には特に支障はないものである。

次に電縫鋼管の製造方法について述べる。

先述した方法で製造された複層鋼板を用いて電１ｉＩｌ
ｌ！４管を製造するが、この時複層された側、即ち焼入
れ性の優れた合金側を鋼管の内面側と成るように成形、
溶接することが必要である。またこの複層コイルは、鋼
管を製造する時点では基材側、複層側ともに強度はそれ
ほど変わりがなく、従って鋼管の成形、溶接上特に問題
とならない。

その他電縫鋼管の成形、溶接に関する制約は特にない。

続いて管全体の熱処理を行うがその時の条件について以
下に説明する。

管内面の耐磨耗特性を高めるため、即ち内面側の硬度を
高めるために、焼入れを実施する。電縫鋼管に成形され
た後管全体を８００℃から１０００℃に加熱したあと、
続いて管の内面側からのみ急速冷却する。即ち、管の内
面側から焼入れを行うことにより、焼入れ性の優れた合
金が複層された内面側のみ焼入れ硬化し、管外面側即ち
基材側は焼入れ性が少ないため、内面に比べて硬化しな
い。

以上のような内面焼入れにより、管内面の耐磨耗特性に
優れた電縫鋼管の製造が可能となる。さらに焼入れした
後に管全体をＡＣ３変態点未満の各温度で焼戻しするこ
とは、目的とする強度、耐磨耗特性を得るために非常に
有効であり、必要に応じて行えばよいが、内面焼入れま
までも成分系の選択により目的の強度を得ることが可能
である。

焼入れ条件についてさらに詳細に説明する。

まず加熱温度については成分により異なるが、オーステ
ナイト域まで均一に加熱されることが望ましく、その点
から下限温度は８００℃とした。また１０００℃を超え
る温度から急冷された場合焼き割れが起こる可能性かあ
るため、上限は１０００℃とした。

次に冷却条件であるか、冷却速度、冷却停止温度につい
ての制約は特にないが、内面側を効果的に焼入れするた
め、ｌＯ℃／秒以上の冷速か望ましい。また冷却停止温
度は復熱による強度低下を抑制するため４００℃以下と
することが好ましい。

次に成分系について述べる。

本発明における基材、複層材（噴射する合金）の成分に
ついて特に制約はない。しかしコスト的な問題からでき
るだけ安価な成分系とすることが好ましい。これまでの
調査の結果以下のような成分とした場合、非常に効果的
に耐磨耗特性に優れた電縫鋼管の製造かできており、以
下にその内容を紹介する。

積層する合金の成分についてまず述べる。

鋼管の内面急冷により硬化させる必要があるため、焼入
れ性に優れた成分系とすることが重要である。またこの
時、Ｎｉ等の高価な元素をできるだけ添加しないことが
望ましく、よってＣ，Ｓｉ。

Ｍｎを基本成分とし、Ｂ、Ｍｏ、Ｃｒ等の比較的安価な
元素を必要に応して添加することが望ましい。

まずＣについてであるが、Ｃは焼入れ性を向上させるに
は最も効果的な元素である。また冷却条件か同じ場合、
硬化したときの硬度はその鋼のＣ量のみに支配されると
言われている。本発明の耐磨耗鋼管では最大硬度をビッ
カース硬度で３００ポイント以上を狙うものであり、そ
の点からＣ量は０．０５％以上が望ましい。また、上限
については、Ｃは極めて効果的な焼入れ性向上元素であ
り、その量を増加させることにより素材の焼入れ性は向
上しその結果硬度も高くなる。しかし、むやみに硬化し
た場合コイル表面での割れが起こる恐れがあることから
、Ｃ量の上限を０．５０％とした。

Ｓｔ　も強度、硬度を高めるため必要な元素であるが、
溶接性の点から０．１０〜０．３０％が望ましい。

ＭｎについてもＣと同様に焼入れ性向上には欠かせない
元素である。しかし、０．５０％＊満ては靭性低下の点
で好ましくなく、また２％を超えると強度、硬度が高く
なり過ぎるため、０．５％から２．０％程度が好ましい
。

さらにＢ、Ｍｏ、Ｃｒ等の１種又は２種以上を添加する
ことは非常に効果的である。特にＢは一般的に数ｐｐｍ
以上の固溶Ｂが存在すれば鋼の焼入れ性は飛躍的に向上
すると言われている。一方、必要以上の多量添加は粒界
を脆化するため好ましくない。以上より０．０００３　
（３ｐｐｍ）〜０．００３０（３０ｐｐｍ）程度が最も
好ましい範囲である。但し、固溶Ｂを確保するためＢと
同時にＴｉを添加する必要がある。

Ｂは精錬後不可避的に存在するＮとの親和力が強く、窒
化物（ＢＮ）を生成してしまうため、焼入れ性に効果の
ある固溶Ｂが減少あるいは無くなってしまう。これを防
止し、Ｂの焼入れ性向上効果を有効に活かすためにＴｊ
の添加が望ましい。

ＴｉはＢよりもＮとの親和力が強く、Ｔｉ系窒化物（Ｔ
ｉ　　−Ｎ）を生成するためＢＮの生成を防止すること
ができる。

Ｔｉの添加量は、全固溶ＮをＴｉ、と結合させるため０
．０１０〜０．０３５％とした。好ましくはＴｊ−３．
４Ｎ、Ｎ≦１００１）ｐｌｌｌとする。

またＮについては上記より上限を１００１００ｐｐ、０
１００％）とすることが好ましい。

また、Ｂに代わりＣｒ、Ｍｏを適量添加することも効果
的である。Ｃｒについては焼入れ性向上に効果的な元素
であるが、多量に添加した場合、溶接部にＣｒ系酸化物
を生成し溶接部品質を劣化させるため、上限を１．００
％とすることが好ましい。

０．１０％未満ではその効果が少ない。

Ｍｏについても同様に焼入れ性向上に効果的な元素であ
る。Ｍｏは０，１０％〜１．００％の範囲が効果的であ
る。０．１０％未満ではその効果が期待てきす、また１
、００％を超えて添加してもその効果は向上しないため
である。

以上水した成分はあくまで必要性（鋼材厚、必要硬度）
に応じて選択すればよい。

次に基材成分について述べる。

鋼材の強度は肉厚で大半を占める基材の強度により左右
されるため、必要に応じた成分系を選択すれば良い。但
し、効果させる鋼に添加したような、Ｂ、Ｃｒ　、Ｍｏ
等の焼入れ性向上元素はいっさい添加せす、Ｃ，Ｓｉ　
、Ｍｎ及び不可避的に存在する元素からなる低合金鋼と
することかコスト的に好ましい。

次に基材上への溶融合金の積層方法について簡単に説明
する。

まず基材としては転炉で精錬された後連続鋳造あるいは
鋳型で鋳造されたスラブを用いる。但［。

生産性及びコスト面から連続鋳造スラブの方か有利であ
る。

基材スラブ１上への溶融合金２の積層方法を第１図に示
す。

溶融合金を積層する際の基材スラブ温度は特に制限はな
く、鋳造後の熱間状態でも、スラブ冷却後の冷間状態で
も良いか、結合性をより高めるためにはＡ３変態点以上
が好ましい。また、生産性の面からも連続鋳造直後の熱
間状態の時に溶融合金を噴射するのが最も好ましい。

溶融合金はノズル８て不活性気体３によりアトマイズし
て行うが、この時の不活性気体はコスト、安全性を考慮
してＡｒあるいはＮが適当である。

また、溶融合金を積層させる厚みについては必要に応じ
てその噴射量、時間、アトマイズガス量比を制御するこ
とで選択すれば良い。

このような複層スラブを熱間圧延を行い、その後成形、
溶接して電縫鋼管を製造する。この電縫鋼管を内面側か
ら第２図の如く冷却する。

即ち、焼入れ性の大きい積層材４を内面とし、例えば水
冷ノズル５からの冷却水６て冷却し、電縫鋼管７の内面
側のみ硬度を上昇させ耐磨耗特性を向上させるものであ
る。

（実　施　例） 表１のＡ、　　Ｂ、　Ｃ，Ｄが本発明の実施例である。

表中に示した成分系（積層材、基材）の複層鋼材を素材
として電縫鋼管を製造するが、この時積層鋼（複層材側
）を鋼管の内面側とし、その後８００℃から１０００℃
に加熱したあと内面側から水冷した場合の鋼管の肉厚位
置別の硬度を示している。

いずれも複層材側（鋼管内面側）からの水冷により、複
層材側（鋼管内面側）のみ硬化している。

また基材側（鋼管外面側）は複層材側（鋼管内面側）に
比へて成分的に焼入れ性が劣ることに加えて、冷加速度
も小さいことからそれ程硬化していない。

以上により鋼管の内面側の耐磨耗特性に優れた電縫鋼管
を製造した。

一方表１中のＥ、　　Ｆは本発明に対する比較材である
か、何れも鋼管の外面側から冷却を行うため、複層材側
（鋼管内面側）か十分な冷却速度か得られず硬化できな
い。

以上より、基材より焼入れ性の優れた噴射材を複層させ
た複層鋼材を素＋４とし、て、その積層側を鋼管の内面
となるように成形［７たあと加熱し２、鋼管内面側から
のみ急冷する本発明の方法により、鋼管の内面側の耐磨
耗特性に優れた電縫鋼管の製造が可能となる。

（発明の効果） 本発明によれば、安価で生産性の良い耐磨耗特性に優れ
た電縫鋼管が製造できるもので、その効果は極めて大き
いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は基材スラブ上への積層材の積層状況を示してい
る説明図、第２図は電縫鋼管の焼入れ方法を示す説明図
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　低合金鋼からなる基材スラブにその基材スラブより焼
   入れ性が優れた溶融合金を積層して複層スラブとし、該
   複層スラブを熱間圧延し、積層側を鋼管の内面側になる
   ように成形、溶接して電縫鋼管とし、次いで管全体を８
   ００℃〜１０００℃に加熱、その後鋼管の内面側からの
   み冷却することを特徴とする耐磨耗特性に優れた電縫鋼
   管の製造方法。