(57)【要約】【課題】管内に海水などを流し、管外に低温の媒体を接触させ、低温媒体を蒸発させるタイプの熱交換器に適したチタン溶接管製造において、冷間加工工程を新たに追加することなく、簡易的な短時間の熱処理で軸方向の０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上、且つ、凍結繰返し試験にて耐凍結回数３回以上を達成可能なチタン溶接管を提供する。【解決手段】酸素含有量が０．１０〜０．２０ｍａｓｓ％の工業用純チタンからなるチタンフープ材を、チタン管製造時に、断面減少率が３〜１０％となるようにサイザースタンドもしくはサイザーミルで加工歪を付与した後、７００〜８００℃、１０〜３０分で熱処理したチタン溶接管であり、溶接管全体が等軸α組織で、母材部、熱影響部、溶接部の各部位での平均粒径が３０〜１００μｍの範囲内であり、且つ、各部位の平均結晶粒径差が２０μｍ以下で均一なチタン溶接管。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素含有量が０．１０〜０．２０ｍａｓｓ％の工業用純チタンからなるチタン溶接管において、等軸α組織であり、母材部、熱影響部、溶接部の各部位での平均粒径が３０〜１００μｍの範囲内であり、且つ、各部位の平均結晶粒径差が２０μｍ以下であることを特徴とするチタン溶接管。
【請求項２】
チタン管製造時に、断面減少率が３〜１０％となるようにサイザースタンドもしくはサイザーミルで加工した後、７００〜８００℃、１０〜３０分で熱処理することを特徴とする請求項１に記載のチタン溶接管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管内に海水あるいは工業用水などを流し、管外に低温の媒体、例えば、ＬＮＧなどを接触させ、海水などの保有熱により低温媒体を蒸発させるタイプの熱交換器に適したチタン製伝熱管に用いることのできるチタン溶接管に関するものであり、チタン溶接管の軸方向の耐力が２７５ＭＰａ以上であり、且つ、管内を流れる海水あるいは工業用水などが凍結しても破裂しないチタン溶接管及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン溶接管の使用用途の一つとして、発電所などの復水器が挙げられる。これらの復水器（熱交換器）では、熱交換に海水を使用するため、対海水で極めて耐食性の高いチタン製伝熱管が使用されている。通常、復水器のような一般的な熱交換器に用いられるチタン製伝熱管（チタン溶接管）は、主に帯状チタンを幅方向に湾曲させ、突き合わせ端部を溶接して製造されており、溶接ままあるいは溶接後に熱処理を施して使用している。熱処理を施すものは、一般に６００℃前後で熱処理をしており、主に残留応力の除去や大気加熱による酸化被膜形成に伴い水素脆化を防止し耐食性向上を狙ったものであり（特開昭５４−１１０１２号公報）、結晶粒径や機械的特性はほとんど変わらない。これらのチタン溶接管では、溶接ままでも要求特性を十分満足し、機械的特性の面でも問題は生じていない。
【０００３】
一方、熱交換器の中には、管内に海水あるいは工業用水などを流し、管外に０℃以下の低温の媒体、例えば、ＬＮＧなどを接触させ、海水等の保有熱により低温媒体を蒸発させるタイプのものがある。この具体例として、シェルアンドチューブタイプの熱交換器が挙げられる。このような熱交換器の伝熱管としては、上記同様の対海水での耐食性に加え、溶接管内部の海水などが凍結した場合の耐久性が求められる。これは、管内部に異物等が付着した場合、付着物の存在により管内部の海水などの流れが悪くなり、流通悪化部の海水などが低温媒体により過度に冷却され、その凍結により、海水などの流れがさらに悪化し、最終的には管が閉塞してしまうことがあり、チタン溶接管は海水などの凍結による管内部での体積膨張に伴う大きな内圧を受け、溶接管及びその近傍に亀裂が生じ、破断に至ることがあるからである。即ち、チタン溶接管内で海水などが凍結し体積膨張した場合、溶接管もそれに伴い膨張するため、この膨張代を溶接管周方向の延性で吸収する必要があるが、溶接部や熱影響部は延性の乏しい針状組織であり、この部分を起点として亀裂が入り、最悪の場合、破断に至ることがある。そのため、溶接部や熱影響部の延性を改善させる手法として、強加工による歪を加えた後、焼鈍することで、溶接部や熱影響部の針状組織を再結晶させ、溶接部の延性を改善していた。
【０００４】
特許文献１では、シーム溶接法で製造されたチタン製伝熱管を断面減少率が３０％以上となるように引抜加工し、次いで６００〜８００℃で熱処理をすることで、凍結繰返し試験（サンプル管に水を満たし完全にシールした後、−５０℃の試験槽に浸漬して管内の水を凍結させる。その後、管内の氷を氷解させた後、さらに水を満たして完全にシールし、再度氷結させる。これを繰り返し、チタン管に亀裂が生じるまで行う。）を実施しても、耐凍結回数（チタン管に亀裂が入るまでに凍結繰り返し試験を実施した回数（亀裂発生時の試験回数は含まない））が３回以上であるチタン製伝熱管製造方法が開示されている。即ち、引抜加工時に加工歪を導入し、その後の熱処理時にチタン製伝熱管全体を再結晶させることで、溶接部及び熱影響部の延性が改善し、耐凍結回数を改善している。しかしながら、特許文献１では、冷間引抜加工工程が必要となるため、製造工程が煩雑になり、製造コストも割高となる懸念がある。
【０００５】
特許文献２では、酸素含有量が０．０８５ｍａｓｓ％以下であって、ＴＩＧ溶接法で製造したチタン溶接管について、７３０〜８００℃の温度範囲で３０分以上焼鈍することで、耐凍結繰返し試験を実施した際に耐凍結回数が３回以上であるチタン製伝熱管製造方法が提案されている。即ち、冷間引抜加工などの冷間加工を行わずに、焼鈍のみで溶接部及び熱影響部を再結晶させる方法であり、酸素濃度を０．０８５ｍａｓｓ％以下とすることで溶接部及び熱影響部の延性改善代を大きくしている。しかし、特許文献２では、熱処理前に冷間加工を実施していないため、熱処理後の溶接部、熱影響部及び母材部の結晶粒径が同程度に揃っていないと考えられる。このような場合、部分的に粗大結晶粒が発生することがあり、低耐力な粗大結晶粒部は、管内部の水の凍結時に優先的に変形し、不均一変形が生じる可能性が高く、耐凍結性の劣化が生じる可能性がある。
【０００６】
特許文献３では、β変態組織からなるフープを用いて製造したチタン溶接管、もしくは、等軸α組織からなるフープを用いて溶接した後、β変態点以上で加熱してβ変態組織としたチタン溶接管であり、凍結繰返し試験を実施しても、耐凍結回数が３回以上であるチタン溶接管とその製造方法が開示されている。即ち、凍結時に生じるフープ応力が働いた場合、フープ材の有する集合組織により円周方向に変形し難い母材部に比べ、熱影響部はランダムな結晶方位を有するため低耐力であり、この部分への応力集中をなくすために、β変態点以上まで加熱することで集合組織を消失（結晶方位をランダム化）させている。しかしながら、特許文献３では、β変態点以上まで加熱するため、大気熱処理の場合、酸化量が多くなり、大きな歩留低下を生じる。これを防止するためには不活性ガス雰囲気や真空中で熱処理を行う必要があり、大気熱処理と比べ、真空引きや不活性ガスへの置換などにより熱処理時間が長時間化し、製造コストも割高となる懸念がある。
【０００７】
特許文献４では、シーム溶接したチタン管に２〜５．５％の絞り加工を加え、６５０〜８００℃の温度範囲で３０分以上熱処理することでチタン管を等軸結晶組織とする方法が開示されている。しかしながら、例えば、絞り加工２％の条件では、加工時に導入される歪量が不十分であり、延性の乏しい針状組織が未再結晶のまま残存すると考えられ、耐凍結回数は３回未満となるものと推測される。また、本発明者らが検討したところ、２〜５．５％の比較的歪量の少ない場合では、熱処理温度が３０分以上の長時間になると、粒成長が促進され、過度な粗大粒が発生し、耐凍結回数が３回未満まで低下することを確認している。
【０００８】
また、溶接管の規格として、ＪＩＳでは０．２％耐力の規定はないが、ＡＳＴＭでは０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上という規定が存在しており、最近では、チタン溶接管の要求特性として、耐凍結回数（３回以上）に加え、この耐力の基準も挙がっており、０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上であることも満足する必要が出てきた。しかしながら、特許文献１〜４では、チタン溶接管の耐凍結回数に主眼が置かれており、これを改善するための延性に関しては触れられているものの、耐力については記載がなく、特許文献１〜４の製造方法では、０．２％耐力が２７５ＭＰａを満足することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６１−１８６４６１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１９２８５２号公報
【特許文献３】特開平１−１８８６５５号公報
【特許文献４】特開平２−１９０４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のように、管内に海水あるいは工業用水などを流し、管外に低温の媒体、例えば、ＬＮＧなどを接触させ、海水等の保有熱により低温媒体を蒸発させるタイプの熱交換器に適したチタン製伝熱管の製造に関して、耐凍結回数３回以上を達成するためには、冷間引抜工程を増やしたり、不活性ガス雰囲気もしくは真空で熱処理を実施したりする必要があり、製造工程が煩雑となり、製造コストが増加する懸念がある。
【００１１】
そこで、本発明は、管内に海水あるいは工業用水などを流し、管外に低温の媒体を接触させるタイプの熱交換器について、追加の冷間加工工程や不活性ガス雰囲気もしくは真空で熱処理を実施することなく、軸方向の０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上、且つ、凍結繰返し試験にて耐凍結回数３回以上を達成可能なチタン溶接管とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、前記課題を達成すべく、鋭意実験・検討を重ねた結果、低温の媒体を蒸発させるタイプの熱交換器に適用可能なチタン溶接管において、酸素含有量が０．１０〜０．２０ｍａｓｓ％の工業用純チタンからなるチタンフープ材を、チタン管製造時に、断面減少率が３〜１０％となるようにサイザースタンドもしくはサイザーミルで加工歪を付与した後、７００〜８００℃、１０〜３０分で熱処理することで、溶接管全体の組織を等軸α組織とし、母材部、熱影響部、溶接部の各部位での平均粒径が３０〜１００μｍの範囲内であり、且つ、各部位の平均結晶粒径差を２０μｍ以下として均一にすることで、溶接管の軸方向の０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上、且つ、凍結繰返し試験にて耐凍結回数３回以上を達成できることを見出した。
【００１３】
即ち、
（１）酸素含有量が０．１０〜０．２０ｍａｓｓ％の工業用純チタンからなるチタン溶接管において、等軸α組織であり、母材部、熱影響部、溶接部の各部位での平均粒径が３０〜１００μｍの範囲内であり、且つ、各部位の平均結晶粒径差が２０μｍ以下であることを特徴とするチタン溶接管。
（２）チタン管製造時に、断面減少率が３〜１０％となるようにサイザースタンドもしくはサイザーミルで加工した後、７００〜８００℃、１０〜３０分で熱処理することを特徴とした（１）に記載のチタン溶接管の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、管内に海水あるいは工業用水などを流し、管外に低温の媒体、例えば、ＬＮＧなどを接触させ、海水などの保有熱により低温媒体を蒸発させるタイプの熱交換器に適したチタン製伝熱管の製造に関して、引抜加工工程などの冷間加工工程を新たに追加することなく、熱処理工程も不活性ガス雰囲気中や真空中ではなく、短時間の大気熱処理のみで軸方向の０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上、且つ、凍結繰返し試験にて耐凍結回数３回以上を達成可能な溶接管及びその製造方法に関するものであり、冷間加工工程の省略、製造工程の簡素化、熱処理時間の短時間化、大気熱処理化などによる大幅な製造コスト低減が可能であり、産業上の効果は計り知れない。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について詳しく説明する。
【００１６】
［酸素含有量］
本発明では、溶接管の酸素含有量が０．１０〜０．２０ｍａｓｓ％の工業用純チタンからなることを特徴としている。前述したように、低温の媒体を蒸発させるタイプの熱交換器では、軸方向の０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上、且つ、凍結繰返し試験にて耐凍結回数３回以上という特性が求められている。後述するが、凍結繰返し試験において耐凍結回数を３回以上とするためには、溶接管全体を均一な等軸の結晶粒とする必要があり、熱処理時にある程度結晶粒を成長させ、均一化させる必要があり、個々の結晶粒が３０〜１００μｍまで粒成長するため、０．２％耐力は低下する傾向にある。したがって、固溶元素である酸素を０．１０〜０．２０ｍａｓｓ％添加することで、０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上となるようにしている。酸素量が０．１０ｍａｓｓ％未満であれば、０．２％耐力が２７５ＭＰａに達しない可能性があり、逆に、０．２０ｍａｓｓ％より多く酸素を添加すると、延性が低下し、耐凍結回数が劣化する場合がある。
【００１７】
［断面組織と結晶粒径］
本発明では、チタン溶接管の断面組織が等軸α組織であるとしている。チタン溶接管を溶接ままで観察すると、溶接部や熱影響部は針状組織であり、この針状組織の部分は低延性のため、凍結繰返し試験を実施すると、この部分で亀裂が発生し、早期に破断に至る。したがって、低延性の針状組織部を熱処理により再結晶させ、等軸α粒として、延性の向上を図っている。この熱処理の際、低延性の針状組織の部分が残存すると、耐凍結回数が劣化するため、この部位を完全になくし、等軸α粒とすることが重要である。
【００１８】
また、等軸α粒になっていても、部分的に粗大結晶粒が存在すると、凍結繰返し試験時に低耐力の粗大結晶粒部に起因し不均一変形が生じる場合があり、溶接管全体を適正で均一な大きさの結晶粒径とすることで、耐凍結回数３回以上が達成できる。母材部、熱影響部、溶接部の各部位の結晶粒径は、本発明に記載の熱処理条件で熱処理すると、その部位の中ではほぼ均一になるので、母材部、熱影響部、溶接部の結晶粒径が均一であれば良い。また、具体的な結晶粒に関しては、母材部、熱影響部、溶接部の各部位での平均粒径が３０〜１００μｍの範囲内であり、且つ、各部位の平均結晶粒径差が２０μｍ以下であることと規定している。本発明の製造方法で得られる結晶粒径は概ね３０μｍ以上であるため、結晶粒径の下限を３０μｍとしており、結晶粒径が１００μｍより大きくなると延性が低下し、耐凍結回数が劣化する場合があるため、結晶粒径の上限を１００μｍとした。母材部、熱影響部、溶接部のそれぞれの部位での平均粒径が、３０〜１００μｍの範囲内であり、且つ、各部位の平均粒径差が２０μｍ以下であれば、凍結繰返し試験時に、溶接管が均一に変形し、耐凍結回数３回以上が達成できる。このように、チタン管全体を均一な結晶粒径とすることによって、不均一変形をなくすことで、酸素添加量を０．１０〜０．２０ｍａｓｓ％に高めても耐凍結回数３回以上の達成が可能としている。
【００１９】
［加工及び熱処理］
本発明では、チタン管製造時に断面減少率が３〜１０％となるようにサイザースタンドもしくはサイザーミルで加工することを特徴としている。通常用途の溶接管の製造においては、サイザースタンドでの断面減少率は１％程度であり、ライン終盤で外形形状を整える用途として使われている。本発明では、このサイザースタンドを活用し、溶接部及び熱影響部で等軸α組織を得るための再結晶に必要な加工歪みを付与することを目的としている。母材部、熱影響部、溶接部の結晶粒径を均一にするための歪量は、概ね、チタン管の断面減少率を３％以上にすれば良いと分かった。これは、断面減少率が３％未満では、加工歪の導入量が少なく、溶接管全体が完全な等軸結晶粒にならず、一部で針状組織が残存し、耐凍結回数が３回に満たない可能性があるからである。再結晶を促進させるという意味では、十分に加工歪を付与することが重要であり、断面減少率６〜１０％で加工することが望ましい。さらに、サイザースタンドでの加工可能な範囲として、上限を１０％とした。しかしながら、断面減少率１０％超であっても、再結晶を促進する方向に働くので、本発明と同等の効果が得られると考えられる。このサイザーでの加工は、サイザースタンドで実施しても、サイザーミルで実施しても、どちらでも構わない。
【００２０】
また、加工後の熱処理について、７００〜８００℃、１０〜３０分で熱処理することとしている。熱処理温度が７００℃未満では、結晶粒径が３０μｍ未満となる場合があり、且つ、母材部、熱影響部、溶接部の各部位の平均粒径差が２０μｍより大きくなり、耐凍結回数３回を達成できない場合がある。８００℃より高い温度では、結晶粒径が１００μｍより大きくなり、過度な結晶粒径の粗大化が耐凍結回数を劣化させる場合があるため、７００〜８００℃とした。熱処理温度については、１０分未満では、再結晶が不十分であり、断面組織に針状組織が残存する場合が稀に存在し、あるいは、再結晶は達成され組織全体が等軸α粒になっていても、母材部、熱影響部、溶接部の各部位の平均結晶粒径差が２０μｍを超える場合があり、十分に粒成長させ結晶粒径を揃えるためにも、熱処理時間は１０分以上としている。また、高温での熱処理では熱処理時間を長時間化すると、過度な結晶粒粗大化が生じることや、生産性の悪化も懸念されるため、熱処理時間の上限を３０分とした。好ましくは、１５分以上２８分以下である。熱処理は、大気熱処理、真空熱処理、不活性ガス雰囲気のいずれの雰囲気で行っても良いが、実施例ではコストの観点から大気熱処理にて熱処理を行っている。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。表１、２において、本発明範囲から外れる数値にアンダーラインを付している。
【００２２】
【表１】
2015212407.tif 000002
【００２３】
【表２】
2015212407.tif 000003
【００２４】
表１に示す実施例及び比較例において、酸素含有量の異なる工業用純チタンからなる１．２ｍｍ厚のフープ材を用いて、チタン溶接管を製造した。この際、チタン溶接管製造ライン終盤にあるサイザースタンドを用いて、サイザースタンド通過前の外径から断面減少率が１〜１０％となるように造管を行った。なお、フープ材の断面組織は、等軸α組織からなる平均粒径２０〜３０μｍのものを採用しており、造管後の溶接管の外径がφ１９ｍｍとなるように造管を行った。溶接管造管後、溶接管を５００ｍｍ程度に切断し、６５０〜８５０℃の温度で、５〜６０分間、大気熱処理を行った。大気熱処理後、断面組織観察（組織形態及び各部位（母材部、熱影響部、溶接部）の結晶粒径）、引張試験、凍結繰返し試験を行った。これら試験後に、０．２％耐力と耐凍結回数を評価し、０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上、耐凍結回数が３回以上のものを合格とした。断面組織観察は、１００倍の倍率で実施しており、母材、熱影響部、溶接部でそれぞれ測定した結晶粒の数が２００個以上となるように切断法により平均結晶粒径を算出した。また、溶融部、熱影響部は、母材部に比べ、面積が少ないので、長手方向に数視野観察した。引張試験は、ＪＩＳ規格に準拠し、管状引張試験を行っており、引張試験片はＪＩＳ  １１号の試験片を用いた。また、凍結繰返し試験片は、３５０ｍｍ長さの溶接管を切り出し、管端に約１０ｍｍ厚でφ１９ｍｍのチタン円盤を溶接したものを使用しており、片方の管端には管内部に水を充填させるため、Ｍ８のボルト穴を加工した。試験時には、ボルト穴にＭ８ボルトを差し込み、内部の水を密封して試験を実施した（密封のためゴムパッキンやワッシャーなども使用）。凍結繰返し試験のサイクルは、前記要領で水を充填させシールしたチタン溶接管を−５０℃の試験槽に５分間浸漬して管内の水を凍結させ、その後、チタン溶接管を９０℃程度のお湯に浸漬させ管内の氷を氷解させる。その後、溶接管に亀裂がなければ、再度、溶接管内に水を充填して完全にシールし、再度−５０℃の試験槽に浸漬させる。これを繰り返し、チタン管に亀裂が生じるまで行い、チタン管に亀裂が入るまでに、−５０℃の試験槽で５分間チタン管が割れずに維持された試験回数を記録し、耐凍結回数とした。なお、−５０℃の試験槽は、アルコールと液体窒素を混合したものを使用した。
【００２５】
Ｎｏ．１からＮｏ．２９の実施例及び比較例は、酸素量が０．１５ｍａｓｓ％の純チタンフープ材を用いた場合である。
【００２６】
Ｎｏ．１の比較例は、通常の造管条件で溶接管を製造した例であり、サイザースタンドの断面減少率は１％であって強加工は行わず、熱処理も行っていない場合である。熱影響部や溶接部は、溶接ままのため、針状組織を呈しており、０．２％耐力は２７５ＭＰａ以上であるものの、耐凍結回数は０回であった。
【００２７】
Ｎｏ．２の比較例は、サイザースタンドの断面減少率は１％であって強加工を実施せず、通常の造管条件で製造した溶接管を、８００℃、１０分で熱処理した例である。熱処理後の断面組織において、母材部と熱影響部は等軸α組織を呈していたが、サイザースタンドでの強加工を実施しなかったため、溶接部は十分再結晶しておらず針状組織であり、耐凍結回数も３回には及ばなかった。
【００２８】
Ｎｏ．３の比較例は、サイザースタンドで断面減少率１０％の加工を実施したが、その後の熱処理を実施しなかった例である。Ｎｏ．１の比較例と同様、熱処理を実施していないため、溶接管の断面組織は、熱影響部と溶接部で針状組織となっており、耐凍結回数は０回であった。
【００２９】
Ｎｏ．４〜Ｎｏ．７の比較例は、サイザースタンドで断面減少率２％の加工を実施した場合である。温度７００〜８００℃で１０〜３０分保持する熱処理を実施しているが、いずれの条件でも０．２％耐力は２７５ＭＰａを満足するものの、耐凍結回数は３回未満であった。Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６の比較例では、低延性の針状組織が残存していたため、耐凍結回数が低かったと考えられる。また、Ｎｏ．７の比較例では、針状組織は残存しておらず、等軸α組織であったが、母材部、熱影響部、溶接部の結晶粒径差が２０μｍ以下に揃っておらず、耐凍結回数が低かったものと推測される。
【００３０】
Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１２の実施例及び比較例は、サイザースタンドでの断面減少率を通常よりも大きく３％とした場合である。
【００３１】
Ｎｏ．８の比較例では、６５０℃、１０分の熱処理を実施しているが、再結晶が不十分で、溶接部に針状組織が残存しており、耐凍結回数が３回に達していなかった。
【００３２】
Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１１の実施例は、熱処理温度を本発明範囲内で７００℃〜８００℃とそれぞれ変えているが、熱処理時間は１０分とした例である。いずれの実施例でも各部位の平均粒径差が２０μｍ以下と小さく、０．２％耐力は２７５ＭＰａ以上、且つ、耐凍結回数は３回以上を満足していた。
【００３３】
Ｎｏ．１２の比較例は、さらに熱処理温度を高くし、８５０℃、１０分で熱処理を実施した場合である。８５０℃まで熱処理温度を高くしたことで、結晶粒径が１００μｍより大きくなっており、溶接管全体での結晶粒径差は小さいものの、耐凍結回数はＮｏ．９〜Ｎｏ．１０の実施例と比較し、低下しており、基準を満足しなかった。過度な結晶粒の粗大化により、低延性な粗大粒が生じたため、不均一変形となり、耐凍結回数が劣化したものと考えられる。
【００３４】
Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１５の実施例は、サイザースタンドでの断面減少率をさらに大きく５％とした場合である。同様に、熱処理温度を７００〜８００℃の範囲で変化させ、１０分保持を行ったが、いずれも各部位の平均粒径差が２０μｍ以下と小さく、０．２％耐力は２７５ＭＰａ以上、且つ、耐凍結回数は３回以上を満足していた。
【００３５】
Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２９の実施例及び比較例は、サイザースタンドでの断面減少率を６％あるいは１０％まで大きくした場合である。
【００３６】
Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．１７の比較例は、サイザースタンドでの加工後の熱処理時を７００〜８００℃、５分で行った場合であるが、０．２％耐力は２７５ＭＰａ以上であったが、耐凍結回数は３回未満であった。Ｎｏ．１６の比較例では、保持時間が短いことに起因し、十分再結晶しておらず、低延性の針状組織が残存していたため、耐凍結回数が低かったと推定される。また、Ｎｏ．１７の比較例では、再結晶により等軸α組織が得られたものの、保持時間が少なく十分粒成長しなかったことに起因すると考えられる溶接管全体での結晶粒径差が生じており、これにより、耐凍結回数が低かったと思われる。
【００３７】
Ｎｏ．１８〜Ｎｏ．２２の実施例及び比較例は、熱処理を６５０〜８５０℃の範囲で変化させ、１０分間保持した場合である。
【００３８】
Ｎｏ．１８の比較例は、６５０℃、１０分で熱処理した例であり、保持温度が低いためか、十分な再結晶が生じておらず、熱影響部、溶接部で針状組織が残存していた。低延性の針状組織が残存したため、耐凍結回数は３回未満であったと考えられる。
【００３９】
Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２１の実施例は、熱処理条件を７００〜８００℃で１０分間保持した例である。各部位の平均粒径差が２０μｍ以下となっていたため、０．２％耐力は２７５ＭＰａ以上、且つ、耐凍結回数は３回以上を満足していた。
【００４０】
Ｎｏ．２２の比較例は、熱処理温度を高温にし、８５０℃、１０分とした場合である。部分的に１００μｍより大きい結晶粒が生じており、このような粗大結晶粒部が存在したことに起因したと思われる耐凍結回数の劣化が見られ、Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２１の実施例よりも耐凍結回数が低く、基準を満たしていなかった。
【００４１】
Ｎｏ．２３〜Ｎｏ．２７の実施例及び比較例は、Ｎｏ．１８〜Ｎｏ．２２の実施例及び比較例よりも熱処理時の保持時間を長くし、６５０〜８５０℃、２５〜３０分で熱処理した場合である。
【００４２】
Ｎｏ．２３の比較例は、６５０℃、３０分で熱処理した場合であるが、Ｎｏ．１８の比較例と同様、十分な再結晶が生じておらず、溶接部で針状組織が残存していた。ゆえに、耐凍結回数も低かったと推定される。
【００４３】
Ｎｏ．２４〜Ｎｏ．２６の実施例は、熱処理温度を７００〜８００℃で変化させ、２５〜３０分保持した場合である。こちらの例でも、Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２１の実施例と同様、平均粒径差は小さく、０．２％耐力と耐凍結回数の合格基準を満足していた。
【００４４】
Ｎｏ．２７の比較例は、８５０℃、３０分とした場合である。耐凍結回数が２回と、Ｎｏ．２４〜Ｎｏ．２６の実施例よりも１回低下していた。断面組織観察では、溶接管全体で結晶粒の粗大化が生じており、これによる低延性か寄与したものと思われる。
【００４５】
Ｎｏ．２８、Ｎｏ．２９の実施例及び比較例は、さらに熱処理時間を長くし、７００〜８００℃、６０分で熱処理した場合である。いずれの条件でも、母材部、熱影響部、溶接部の結晶粒径が粗大化しており、耐凍結回数は３回未満であった。
【００４６】
Ｎｏ．３０〜Ｎｏ．３９の実施例及び比較例は、酸素含有量を０．０８〜０．２５％まで変化させたフープ材を用いて、サイザースタンドで断面減少率１０％の加工を実施した例である。
【００４７】
Ｎｏ．３０、Ｎｏ３１の比較例は、酸素量が０．０８ｍａｓｓ％の素材を造管後、７００℃〜８００℃で１０分間熱処理した場合である。各部位での平均粒径は３０〜１００μｍの範囲であり、平均粒径差は２０μｍ以下であるため、耐凍結回数３回以上は満足したが、酸素量が０．０８ｍａｓｓ％と少なく、０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上とならなかった。
【００４８】
Ｎｏ．３２〜Ｎｏ．３４の実施例は、酸素量が０．１ｍａｓｓ％のフープ材を使用した例であり、熱処理時の保持温度を７００〜８００℃の範囲で変化させ、１０分保持している場合である。いずれも各部位の平均粒径差が２０μｍ以下であり、０．２％耐力は２７５ＭＰａ以上、且つ、耐凍結回数は３回以上を満足していた。
【００４９】
Ｎｏ．３５〜Ｎｏ．３７の実施例は、酸素量が０．２ｍａｓｓ％のフープ材を使用した例であり、同様に、熱処条件を７００℃〜８００℃、１０分とした場合である。Ｎｏ．３２〜Ｎｏ．３４の実施例よりも酸素量を上昇させているため、０．２％耐力は高くなっているが、溶接管全体の平均粒径は３０〜１００μｍの範囲で、且つ、各部位の平均粒径差が２０μｍ以下となっており、耐凍結回数の基準も満足していた。
【００５０】
Ｎｏ．３８〜Ｎｏ．３９の比較例は、酸素量が０．２５ｍａｓｓ％のフープ材を使用した例であり、それぞれ７００〜８００℃で、１０分間熱処理した場合である。酸素量が０．２５ｍａｓｓ％と多いフープを用いたため、延性に乏しく、耐凍結回数が３回の基準を下回ったと思われる。
【００５１】
以上の実施例では、いずれの部位でも、結晶粒径３０〜１００μｍの範囲であり、且つ、同一溶接管内では粒径が均一に揃っていたため、不均一変形が抑制され、耐凍結回数が改善したものと考えられる。