JPH0592282A - 耐サワー性と低温靭性に優れたクラツド鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、クラッド鋼板の圧延に際し、母材
の低温靭性とライナー材の耐サワー性をともに付与でき
る圧延方法を提供する。 【構成】 低合金鋼−オーステナイト系合金−オーステ
ナイト系合金−低合金鋼のようにサンドイッチ状に組立
て、上下の低合金鋼の四周を溶接したクラッドスラブの
圧延において、スラブの加熱温度、低合金鋼の圧下比、
圧延仕上げ時の鋼板表面温度、圧延後の放冷時間、放冷
後の水冷速度、水冷停止温度を最適にして、オーステナ
イト系合金は溶体化処理されて市販材と同程度の耐食性
を、低合金鋼は高靭性を有するようにする。 【効果】 本発明により、大径ラインパイプ用の耐サワ
ー性と低温靭性に優れた、金属結合によるクラッド鋼板
が熱処理なしに製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硫化水素を含有する天
然ガスや原油を輸送するためのラインパイプ用の原板と
して使用される、耐サワー性と低温靭性に優れたクラッ
ド鋼板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高温、高圧の硫化水素、炭酸ガスが存在
するサワーガス井、サワー油井では耐食性、耐応力腐食
割れ性（以下耐サワー性と呼ぶ）に優れたオーステナイ
ト系高合金鋼管が油井管あるいはラインパイプとして用
いられるようになっている。しかし、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ
を多量に含有し高価な高合金鋼管をラインパイプとして
多量に使用することは無用のコスト増をもたらす。そこ
で、腐食性ガスに接する内面側を高合金、外面側を低合
金として高合金の使用量を低減したいわゆるクラッドラ
インパイプの使用が注目されている。

【０００３】クラッドラインパイプの製造にあたって内
管の合せ材は、高合金としての耐食性を十分に発揮する
ために、１０００℃以上での溶体化処理が必要になる。
しかし、こうした鋼管の熱処理をＵＯ鋼管のような大径
ラインパイプに適用する場合、大型の熱処理設備が必要
になり、しかも製造工程を繁雑にするので製造コストが
増大するという問題がある。市場ニーズとしてＵＯ鋼管
クラスの大径ラインパイプへの要求が強い傾向を考慮す
ると、オフラインの鋼管熱処理によらない大径ラインパ
イプの製造技術の確立が望まれる。

【０００４】オフラインの鋼管熱処理を行わない方法と
して、予め溶体化処理をした内管と外管を焼嵌め方式に
より嵌合して二重管を得る方法（例えば、特開昭５５−
１１７５１４号公報）が示され、内管と外管のそれぞれ
の材質の特徴を最大限に発揮する方法として注目されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の焼嵌め方式で
は、焼嵌め温度を合せ材の耐食性が低下する鋭敏化温度
以下とすれば、予め溶体化しておいた合せ材の良好な耐
食性を害すること無くクラッドパイプの製造が可能であ
るので、確かにオフラインの鋼管熱処理を行う必要がな
い。しかし、焼嵌め方式のクラッドの界面は機械的に結
合しているだけで金属的に結合していないため、金属結
合が望まれる場合には適用不可能である。

【０００６】従って、母材と合せ材とが金属的に結合し
たクラッド材を製造し、しかもその製造過程で、合せ材
の耐食性を付与する必要がある。さらにラインパイプと
して使用するためには母材に低温靭性が要求されるの
で、母材の製造履歴にも留意しなければならない。

【０００７】本発明は、上記の問題を有利に解決するも
ので、クラッド圧延において圧延仕上げ温度、圧延後水
冷までの放冷時間、水冷速度を規制して合せ材の耐食性
を確保するのとともに、圧延加熱温度、圧下比、圧延仕
上げ温度、水冷速度、水冷停止温度を規制して、母材の
靭性を確保した耐サワー性と低温靭性の優れたクラッド
鋼板の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は以下の構成を要旨とする。すなわち、Ｎｂを
含有する低合金鋼を母材とし、耐サワー性に優れたオー
ステナイト系合金を合せ材とするクラッド鋼板の製造に
おいて、低合金鋼（母材）−オーステナイト系合金（合
せ材）−オーステナイト系合金（合せ材）−低合金鋼
（母材）のように重ね合わせ、上下の低合金鋼の四周を
溶接したサンドイッチ状のスラブを組み立て、当該スラ
ブを１１００℃〜１１５０℃に加熱し、低合金鋼の圧下
比が５以上となる熱間圧延を最終圧下直前の鋼板表面が
９５０℃〜１０５０℃となるように行い、圧延終了後当
該鋼板を３〜５分間放冷し、しかる後５５０℃〜３５０
℃の温度に１０℃／ｓ〜５０℃／ｓの冷却速度で水冷
し、以後放冷することを特徴とする耐サワー性と低温靭
性に優れたクラッド鋼板の製造方法である。

【０００９】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。

【００１０】本発明者らは、オフラインでの溶体化熱処
理を行うことなく、オンラインで合せ材の溶体化を達成
するために、クラッドのサンドイッチ圧延直後の顕熱を
利用することに着目した。表１に化学成分を示すＡＰＩ
規格Ｘ６５グレード用の低合金ラインパイプ鋼を母材、
Ｉｎｃｏ社のＩｎｃｏｌｏｙ８２５を合せ材として、母
材厚１５０mm、合せ材厚２０mmのサンドイッチ状スラブ
を組み立て、全厚が４０mmになるまで厚板工場で圧延
し、圧延後の溶体化状態に及ぼす影響を検討した。図１
に圧延仕上げ温度と圧延終了後の放冷時間が合せ材の再
結晶に及ぼす影響を示す。本実験により圧延仕上げ温度
を９５０℃以上とし、かつ圧延終了後の放冷時間を３mi
n 以上にすれば合せ材が完全に再結晶することが判明し
た。また、圧延後の合せ材を１０％塩化第二鉄溶液中で
４８時間腐食試験を行い孔食が発生しない温度を求めた
ところ、完全再結晶状態では臨界温度（以降、臨界孔食
温度と称する）が３２．５℃以上となり優れた耐食性が
得られること、すなわち十分な溶体化処理が行えている
ことが明らかとなった。一方、合せ材が未再結晶または
部分再結晶状態では、臨界孔食温度が３２．５℃未満と
なり十分な溶体化処理が行われていないことも判明し
た。

【００１１】以上の実験事実と後述する母材の靭性を確
保する観点から熱間圧延を最終圧下直前の鋼板表面が９
５０℃〜１０５０℃となるように行い、圧延終了後当該
鋼板を３〜５分間放冷すれば合せ材の溶体化が十分に行
われ優れた耐食性が得られるという結論を得た。すなわ
ち本発明は、Ｎｂを含有する低合金鋼を母材とし、耐サ
ワー性に優れたオーステナイト系合金を合せ材とするク
ラッド鋼板の製造において適正な圧延仕上げ温度、圧延
後水冷までの放冷時間を採用することにより、合せ材の
優れた耐食性と、母材の低温靭性を確保することを骨子
とする耐サワー性と低温靭性に優れたクラッド鋼板の製
造方法である。

【００１２】次に本発明における圧延条件の限定理由に
ついて述べる。サンドイッチ状に組み立てたスラブは、
加熱時に合せ材を十分に溶体化するために、１１００℃
以上に加熱する。一方、高温に加熱しすぎると母材の加
熱時オーステナイト粒径が大きくなり圧延後の母材の靭
性が低下するので、加熱温度は１１５０℃以下とする。
従って、スラブの加熱温度は１１００℃〜１１５０℃と
する。

【００１３】圧延における加工度は圧下比で５以上とす
る。これは、母材のオーステナイト再結晶温度域で、熱
間加工によりオーステナイト粒を再結晶させ、変態前の
粒径を細かくして圧延後に良好な靭性を確保するため
で、本目的を達成するために少なくとも５以上の母材の
圧下比が必要である。

【００１４】熱間圧延は９５０℃以上で仕上げる。これ
は図１に示すように、圧延後のクラッド鋼板の顕熱を活
用して合せ材を完全に再結晶させ溶体化状態を得るため
である。合せ材を溶体化する目的のみならば、圧延仕上
げ温度は高いほど望ましいが、あまりに高温となると、
母材のオーステナイト粒径が大きくなり、靭性が低下す
るので圧延仕上げ温度は１０５０℃以下とする。

【００１５】圧延終了後、クラッド鋼板を３〜５分間放
冷する。これは、放冷の間に９５０〜１０５０の高温で
圧延を終了したクラッド鋼板の顕熱を活用して合せ材を
溶体化するためで、図１に示すように９５０℃仕上げで
少なくとも３分以上の放冷時間が必要である。しかし、
放冷時間が長くなると、合せ材がいわゆる鋭敏化温度に
達し、耐食性が劣化する。また、母材も水冷開始前にフ
ェライト変態が始まるので、水冷後の組織が空冷組織＋
水冷組織の混合状態となり、靭性を確保する上で好まし
くない。従って、圧延後の放冷は５分以内とする。

【００１６】しかる後、当該クラッド鋼板は５５０℃〜
３５０℃の温度に１０℃／ｓ〜５０℃／ｓの冷却速度で
水冷する。これは、合せ材に対して、オンライン溶体化
後に、鋭敏化温度範囲を１０℃／ｓ以上の冷却速度で水
冷して、炭化物などの析出を抑制して鋭敏化を防止する
ためである。また、母材に対して、フェライト変態温度
域を水冷して冷却速度を高めフェライト粒径を細粒化し
て高靭性化するとともに、ベイナイト変態を促進して高
強度化を行うためである。水冷速度が大きくなり過ぎる
と、母材が必要以上に高強度化して靭性低下が生じるの
で、水冷速度は５０℃／ｓを上限とする。水冷停止温度
は、母材のフェライト変態温度域が終了する５５０℃以
下とする。５５０℃まで水冷すれば、ライナー材の鋭敏
化も避けることができる。水冷停止温度が３５０℃以下
となると、鋼板に冷却に伴う大きな残留歪が生じ形状が
悪くなるので、水冷停止温度の下限は３５０℃とする。

【００１７】

【実施例】表１に化学成分を示す。すなわち、ＡＰＩグ
レードＸ６５のラインパイプ用のスラブを母材とし、市
販のＩｎｃｏｌｏｙ８２５の厚板を合せ材として熱間圧
延素材としてのサンドイッチ状のスラブを組み立てた。
母材のスラブ厚は１５０mm、合せ材の厚さは２０mmで、
組み立て後のスラブ厚は３４０mmとなった。この組み立
てスラブを表２に示す圧延条件で全厚が４０mmとなるま
で圧延した。ただし、比較例２では母材の圧下比を小さ
くするために全厚が７２mmとなるように圧延を終了し
た。比較例２を除く各条件で製造した１組のクラッド鋼
板の板厚は約２０mmで、その内、合せ材の厚さは圧延時
に組み合わせた上下のクラッド鋼板の平均で約１．５mm
となった。比較例２の場合は、母材が約３３．３mm、合
せ材が２．７mmとなった。

【００１８】クラッド鋼板の母材から圧延方向に垂直に
２mmＶノッチシャルピー試験片を作製し、衝撃試験を行
った。母材の低温靭性は破面遷移温度（ｖＴｒｓ）で評
価し、ラインパイプとしての特性を考慮して、ｖＴｒｓ
≦−６０℃を達成した場合優れた靭性を有すると見なし
た。

【００１９】また、クラッド鋼板の合せ材から腐食試験
片を作製し、１０％塩化第二鉄溶液中で４８時間腐食試
験を行い臨界孔食温度を求めた。一般的な耐食性の評価
基準に従い、臨界孔食温度が３２．５℃以上の場合に優
れた耐食性を有する、すなわち、溶体化が十分に行われ
ていると見なした。Ｉｎｃｏｌｏｙ８２５は十分な溶体
化が行われていれば、サワー環境中で優れた耐食性、耐
応力腐食割れ性を示すので、臨界孔食温度の高低により
耐サワー性を評価することができる。

【００２０】表２に示すように、本発明に従う条件でク
ラッド鋼板を製造した場合には、耐サワー性と優れた低
温靭性を具備したクラッド鋼板が得られた。しかし、比
較例１では加熱温度が、比較例２では母材の圧下比が、
比較例３，４では最終圧下直前の鋼板表面温度が、比較
例５では圧延終了後の放冷時間が、比較例６，７では水
冷速度が、比較例８，９では水冷停止温度がそれぞれ本
発明による条件を逸脱しているために、母材の低温靭性
または合せ材の耐食性が所望のレベル以下に低下する。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】本発明により、従来のオフラインの熱処
理によらなければ製造が困難であった、大径ラインパイ
プ用の耐サワー性と低温靭性に優れ、しかも母材と合せ
材とが金属的に結合したクラッド鋼板が、オンライン溶
体化処理で製造できるので工業的効果は甚だしく大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】合せ材の再結晶挙動に及ぼす最終圧下直前の鋼
板表面温度及び圧延終了後の放冷時間の影響を示す図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾形 佳紀 千葉県君津市君津１番地 新日本製鐵株式 会社君津製鐵所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎｂを含有する低合金鋼を母材とし、耐
   サワー性に優れたオーステナイト系合金を合せ材とし、
   低合金鋼（母材）−オーステナイト系合金（合せ材）−
   オーステナイト系合金（合せ材）−低合金鋼（母材）の
   ように重ね合せ、上下の低合金鋼の四周を溶接したサン
   ドイッチ状のスラブを圧延するクラッド鋼板の製造方法
   において、当該スラブを１１００℃〜１１５０℃に加熱
   し、低合金鋼の圧下比が５以上となる熱間圧延を最終圧
   下直前の鋼板表面が９５０℃〜１０５０℃となるように
   行い、圧延終了後当該鋼板を３〜５分間放冷し、しかる
   後５５０℃〜３５０℃の温度に１０℃／ｓ〜５０℃／ｓ
   の冷却速度で水冷し、以後放冷することを特徴とする耐
   サワー性と低温靭性に優れたクラッド鋼板の製造方法。