(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．１０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．３５％以下、
Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｓ  ：０．００５％以下、
Ｐ  ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｎ  ：０．０１％以下、
Ｏ  ：０．０１％以下、
残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
鋼管の厚さ方向の断面全域において硬さが２５０Ｈｖ以下であり、
上記鋼管の厚さ方向において、外表面側の硬さと内表面側の硬さの差が５０Ｈｖ以下である
ことを特徴とする耐食性に優れたボイラー用曲げ電縫鋼管。
【請求項２】
前記成分組成が、更に、質量％で、
Ｃｒ：０．０５〜１．００％、
Ｍｏ：０．０５〜１．００％、
Ｎｉ：０．１０〜２．００％、
Ｃｕ：０．１０〜２．００％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１０％
Ｖ  ：０．００５〜０．１０％
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、
Ｂ  ：０．０００５〜０．００３０％、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下の一種又は二種以上を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の耐食性に優れたボイラー用曲げ電縫鋼管。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の成分組成を有するボイラー用電縫鋼管を、冷間加工又は熱間加工によって所定の形状に曲げ、鋼管の厚さ方向の断面全域において硬さが２５０Ｈｖ以下で、ボイラー用曲げ電縫鋼管の厚さ方向において、外表面側の硬さと内表面側の硬さの差が５０Ｈｖ以下であるボイラー用曲げ電縫鋼管を製造することを特徴とする耐食性に優れたボイラー用曲げ電縫鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性、特に、耐応力腐食割れ性に優れたボイラー用曲げ電縫鋼管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラー配管に要求される特性の１つに耐食性がある（例えば、特許文献１、参照）。しかし、近年、不純物の少ない石炭は高価であるため、硫黄などの不純物の多い安価な石炭を使用するが、ボイラー配管が、このような安価な石炭の燃焼ガスに曝され、水と混在すると、ボイラー配管の外表面から応力腐食割れが発生する。
【０００３】
対策の１つとして、熱間圧延で製造したボイラー用鋼管の表層部のみを焼入れする手法があるが、鋼管表層部の硬度が限界硬度を超えて、応力腐食割れが発生することがある。
【０００４】
ボイラー配管には曲げ部が多く存在し、曲げ部にも所要の耐食性が求められる。例えば、特許文献２には、ボイラー配管の曲げ部に熱処理を施し、耐高温腐食性の劣化を抑制する方法が開示されている。しかし、応力腐食割れの抑制については開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−２８７６７８号公報
【特許文献２】特開２００２−３６３７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、ボイラー曲げ配管に応力腐食割れが発生し、ボイラー配管が噴破することが大きな課題となっている。それ故、ボイラー曲げ配管には、優れた耐食性、特に、優れた耐応力腐食割れ性が要求されている。
【０００７】
そこで、本発明は、ボイラー用電縫鋼管（直管）を冷間加工又は熱間加工で所定の形状に曲げて製造したボイラー用曲げ電縫鋼管において、耐食性、特に、耐応力腐食割れ性を高めることを課題とし、該課題を解決するボイラー用曲げ電縫鋼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】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意研究した。その結果、所要の成分組成のボイラー用電縫鋼管において、鋼管の厚さ方向の断面における硬さを所要の範囲に調整すれば、優れた耐食性、特に、優れた耐応力腐食割れ性を確保できることを見いだした。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は次の通りである。
【００１０】
（１）成分組成が、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．５０％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｏ：０．０１％以下、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
鋼管の厚さ方向の断面全域において硬さが２５０Ｈｖ以下であり、
上記鋼管の厚さ方向において、外表面側の硬さと内表面側の硬さの差が５０Ｈｖ以下である
ことを特徴とする耐食性に優れたボイラー用曲げ電縫鋼管。
【００１１】
（２）前記成分組成が、更に、質量％で、Ｃｒ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｎｉ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．１０〜２．００％、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％、Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、及び、Ｍｇ：０．００５０％以下の一種又は二種以上を含むことを特徴とする前記（１）に記載の耐食性に優れたボイラー用曲げ電縫鋼管。
【００１３】
（３）前記（１）又は（２）に記載の成分組成を有するボイラー用電縫鋼管を、冷間加工又は熱間加工によって所定の形状に曲げ、鋼管の厚さ方向の断面全域において硬さが２５０Ｈｖ以下で、ボイラー用曲げ電縫鋼管の厚さ方向において、外表面側の硬さと内表面側の硬さの差が５０Ｈｖ以下であるボイラー用曲げ電縫鋼管を製造することを特徴とする耐食性に優れたボイラー用曲げ電縫鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、耐食性、特に、耐応力腐食割れ性に優れたボイラー用曲げ鋼管とその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の耐食性に優れたボイラー用曲げ電縫鋼管（以下「本発明鋼管」ということがある。）は、成分組成が、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．５０％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｏ：０．０１％以下、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
鋼管の厚さ方向の断面全域において硬さが２５０Ｈｖ以下であり、
上記鋼管の厚さ方向において、外表面側の硬さと内表面側の硬さの差が５０Ｈｖ以下である
ことを特徴とする。
【００１７】
本発明の耐食性に優れたボイラー用曲げ電縫鋼管の製造方法（以下「本発明製造方法」ということがある。）は、本発明鋼管の成分組成を有するボイラー用電縫鋼管を、冷間加工又は熱間加工によって所定の形状に曲げ、鋼管の厚さ方向の断面全域において硬さが２５０Ｈｖ以下で、ボイラー用曲げ電縫鋼管の厚さ方向において、外表面側の硬さと内表面側の硬さの差が５０Ｈｖ以下であるボイラー用曲げ電縫鋼管を製造する
ことを特徴とする。
【００１８】
以下、本発明鋼管及び本発明製造方法について説明する。
【００１９】
本発明鋼管について説明する。まず、本発明鋼管の成分組成の限定理由について説明する。以下、％は、質量％である。
【００２０】
Ｃ：０．１０〜０．５０％
Ｃは、鋼管としての強度を確保するとともに、高周波焼入れ性を確保するのに必要な元素である。０．１０％未満では、最終製品の強度が不足し、また、高周波焼入れ性も確保できないので、Ｃは０．１０％以上とする。好ましくは０．１５％以上である。一方、０．５０％を超えると、造管時の冷間加工性の低下、さらに、溶接性の低下を招くので、Ｃは０．５０％以下とする。好ましくは０．４５％以下である。
【００２１】
Ｓｉ：０．３５％以下
Ｓｉは、固溶強化により強度の向上に寄与する元素である。しかし、０．３５％を超えると、冷間加工性が低下するので、Ｓｉは０．３５％以下とする。好ましくは０．２５％以下である。下限は０％を含むが、Ｓｉを極力低減すると、製造コストが上昇するので、実用鋼上、０．０１％程度が実質的な下限である。
【００２２】
Ｍｎ：０．３０〜１．５０％
Ｍｎは、高周波焼入れ性の確保に有効な元素である。０．３０％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｍｎは０．３０％以上とする。好ましくは０．５０％以上である。一方、１．５０％を超えると、造管時の冷間加工性の低下を招くので、Ｍｎは１．５０％以下とする。好ましくは１．４０％以下である。
【００２３】
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％
Ｃａは、母材及び電縫溶接部における介在物の形態を制御し、冷間加工性の向上に寄与する元素である。０．０００１％未満では、添加効果が発現しないので、Ｃａは０．０００１％以上とする。好ましくは０．０００５％以上である。一方、０．００５０％を超えると、介在物が増加し冷間加工性が低下するので、Ｃａは０．００５０％以下とする。好ましくは０．００４０％以下である。
【００２４】
Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、Ｍｎと結合して、冷間加工時、割れの起点となり得るＭｎＳを形成する元素である。このため、Ｓは、少ない程好ましく、０．００５％以下とする。好ましくは０．００３％以下である。下限は０％を含むが、Ｓを極力低減すると、製造コストが上昇するので、実用鋼上、０．０００１％程度が実質的な下限である。
【００２５】
Ｐ：０．０２％以下
Ｐは、鋼中に不可避的に残留する元素である。０．０２％を超えると、粒界偏析や中心偏析を起こし、延性の低下を招くので、Ｐは０．０２％以下とする。好ましくは０．０１５％以下である。下限は０％を含むが、Ｐを極力低減すると、製造コストが上昇するので、実用鋼上、０．００１％程度が実質的な下限である。
【００２６】
Ａｌ：０．０５％以下
Ａｌは、脱酸元素である。脱酸後０．０５％を超えて残留すると、アルミナ系酸化物が粗大化し、冷間加工性の低下を招くので、Ａｌは０．０５％以下とする。好ましくは０．０３％以下である。下限は０％を含むが、Ａｌを極力低減すると、製造コストが上昇するので、実用鋼上、０．００１％程度が実質的な下限である。
【００２７】
Ｎ：０．０１％以下
Ｎは、鋼中に不可避的に残留し、窒化物を形成する元素である。０．０１％を超えて残留すると、粗大な窒化物が生成し冷間加工性が低下する可能性があるので、Ｎは０．０１％以下とする。好ましくは０．００５％以下である。下限は０％を含むが、Ｎを極力低減すると、製造コストが上昇するので、実用鋼上、０．００１％程度が実質的な下限である。
【００２８】
Ｏ：０．０１％以下
Ｏは、脱酸後も鋼中に不可避的に残留する元素である。０．０１％を超えて残留すると、粗大な酸化物が生成し冷間加工性が低下する可能性があるので、Ｏは０．０１％以下とする。好ましくは０．００３％以下である。下限は０％を含むが、Ｏを極力低減すると、製造コストが上昇するので、実用鋼上、０．００１％程度が実質的な下限である。
【００２９】
本発明鋼管は、上記元素の他、Ｃｒ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｎｉ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．１０〜２．００％、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％、Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、Ｍｇ：０．００５０％以下の一種又は二種以上を含有してもよい。
【００３０】
Ｃｒ：０．０５〜１．００％
Ｃｒは、高周波焼入れ性の確保に有効な元素である。０．０５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、０．０５％以上とする。好ましくは０．１０％以上である。一方、１．００％を超えると、硬さが上昇し、冷間加工性の低下を招くので、１．００％以下とする。好ましくは０．５０％以下である。
【００３１】
Ｍｏ：０．０５〜１．００％
Ｍｏは、高周波焼入れ性の確保に有効な元素である。０．０５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、０．０５％以上とする。好ましくは０．１０％以上である。一方、１．００％を超えると、硬さが上昇し、冷間加工性の低下を招くので、１．００％以下とする。好ましくは０．５０％以下である。
【００３２】
Ｎｉ：０．１０〜２．００％
Ｎｉは、高周波焼入れ性の確保に有効な元素である。０．１０％未満では、添加効果が十分に発現しないので、０．１０％以上とする。好ましくは０．１５％以上である。一方、２．００％を超えると、硬さが上昇し、冷間加工性の劣化を招くので、２．００％以下とする。好ましくは１．５０％以下である。
【００３３】
Ｃｕ：０．１０〜２．００％
Ｃｕは、高周波焼入れ性の確保に有効な元素である。０．１０％未満では、添加効果が十分に発現しないので、０．１０％以上とする。好ましくは０．１２％以上である。一方、２．００％を超えると、硬さが上昇し、冷間加工性の劣化を招くので、２．００％以下とする。好ましくは１．５０％以下である。
【００３４】
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％
Ｔｉは、Ｎとの親和力が強いので、Ｂ添加によるＢＮの析出を防止し、固溶Ｂの確保に寄与する元素である。Ｔｉは、Ｂ添加の場合に必要に応じて添加するが、０．０１％未満では、添加効果が十分に発現しないので、０．０１％以上とする。好ましくは０．０１５％以上である。一方、０．２０％を超えると、ＴｉＣの析出硬化が顕著となり、冷間加工性の劣化を招くので、０．２０％以下とする。好ましくは０．０５％以下である。
【００３５】
Ｎｂ：０．００５〜０．１０％
Ｎｂは、焼入れ性の確保に必要な元素である。０．００５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、０．００５％以上とする。好ましくは０．０１０％以上である。一方、０．１０％を超えると、ＮｂＣＮによる析出硬化が顕著となり、冷間加工性や靭性の劣化を招くので、０．１０％以下とする。好ましくは０．０５％以下である。
【００３６】
Ｖ：０．００５〜０．１０％
Ｖは、焼入れ性の確保に必要な元素である。０．００５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、０．００５％以上とする。好ましくは０．０１０％以上である。一方、０．１０％を超えると、ＶＣＮによる析出硬化が顕著となり、冷間加工性や靭性の劣化を招くので、０．１０％以下とする。好ましくは０．０５％以下である。
【００３７】
Ｂ：０．０００５〜０．００３０％
Ｂは、高周波焼入れ性の確保に有効な元素である。０．０００５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、０．０００５％以上とする。好ましくは０．００１０％以上である。一方、０．００３０％を超えると、粒界脆化を招く場合があるので、０．００３０％以下とする。好ましくは０．００２０％以下である。
【００３８】
Ｍｇ：０．００５０％以下
Ｍｇは、脱酸元素であり、ＭｎＳの析出核になり、ＭｎＳの微細均一分散に寄与する酸化物を生成する元素である。しかし、０．００５０％を超えると、歩留りが悪くなるばかりで添加効果は飽和するので、０．００５０％以下とする。好ましくは０．００３０％以下である。下限は０％を含むが、添加効果を確実に得る点で、０．０００５％以上が好ましい。
【００３９】
本発明鋼管においては、優れた耐食性、特に、優れた耐応力腐食割れ性を確保するため、成分組成を前述のように規定する他、鋼管の厚さ方向の断面全域における硬さを２５０Ｈｖ以下とする。
【００４０】
電縫鋼管（直管）を冷間加工又は熱間加工によって所定の形状に曲げ、曲げ電縫鋼管を製造する。このとき、曲げ電縫鋼管において、外表面の硬度が２５０Ｈｖを超えると、外表面から応力腐食割れが発生することがある。それ故、鋼管の外表面に限らず、鋼管の厚さ方向の断面全域における硬さを２５０Ｈｖ以下とする。好ましくは２４０Ｈｖ以下である。
【００４１】
曲げ電縫鋼管において応力腐食割れの発生をより抑制するため、曲げ電縫鋼管の厚さ方向において、外表面側の硬さと内表面側の硬さの差を５０Ｈｖ以下とする。
【００４２】
電縫鋼管（直管）を所定の形状に曲げた後、曲げ電縫鋼管を焼入れる場合があるが、外表面の硬さが２５０Ｈｖ以下であっても、外表面の硬さと内表面の硬さの差が５０Ｈｖ以上であると、この硬さの差によって、鋼管の厚さ方向に歪が生じ、応力腐食割れが発生し易くなる。
【００４３】
次に、本発明製造方法について説明する。
【００４４】
基本的には、電縫鋼管（直管）を冷間加工又は熱間加工で所定の形状に曲げ、鋼管の厚さ方向の断面全域において硬さが２５０Ｈｖ以下の曲げ電縫鋼管を製造する。
【００４５】
電縫鋼管（直管）は、本発明鋼管の成分組成を有する鋼板を用い、常法に従って製造したものでよい。また、冷間加工及び熱間加工は、常法に従って行えばよい。
【００４６】
ただし、熱間加工で所定の形状に曲げた後、冷却する際、鋼管の外表面の硬さが２５０Ｈｖを超えて上昇せず、かつ、鋼管の厚さ方向において外表面側の硬さと内表面側の硬さの差が５０Ｈｖを超えない冷却条件を選択して冷却することが好ましい。
【００４７】
なお、鋼管の断面における厚さ方向の硬さは、内表面から外表面までを、荷重１ｋｇ、０．５ｍｍピッチで測定する。
【実施例】
【００４８】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００４９】
（実施例１）
鋼帯を連続的に管状に成形し、管状鋼帯の端部を高周波溶接によって溶接し、その後、Ａc3変態点以上に再加熱して電縫鋼管を製造した。表１に、製造した電縫鋼管の成分組成を示す。表１において、発明鋼管は、成分組成が、本発明鋼管の成分組成の範囲内の鋼管で、比較鋼管は、成分組成が、本発明鋼管の成分組成の範囲外の鋼管である。
【００５０】
表１に成分組成を示す電縫鋼管を、冷間加工又は熱間加工で所定の形状に曲げて製造したボイラー用曲げ鋼管の外表面と内表面の硬さを、表２に示す。硬さは、ビッカ−ス硬度計で、荷重９．８Ｎで測定した。
【００５１】
また、発明鋼管を所定形状に曲げて製造したボイラー用曲げ鋼管（鋼管１〜１２）、及び、比較鋼管を所定形状に曲げて製造したボイラー用曲げ鋼管（鋼管１３〜１６）の応力腐食割れの発生有無を調査した。その結果を、表２に併せて示す。
【００５２】
表２から、本発明のボイラー用曲げ鋼管においては、応力腐食割れが発生せず、優れた耐食性を有していることが解る。
【００５３】
【表１】
0006596971.tif 000002
【００５４】
【表２】
0006596971.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００５５】
前述したように、本発明によれば、耐食性、特に、耐応力腐食割れ性に優れたボイラー用曲げ鋼管とその製造方法を提供することができる。よって、本発明は、鋼管製造産業において利用可能性が高いものである。