(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．３５〜０．５５％、Ｓｉ：０．０５〜０．４０％、Ｍｎ：１．２０超〜２．００％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、残部：鉄および不可避不純物からなり、且つ前記成分におけるＣとＭｎはその量をＣ量＋Ｍｎ量／４．５≧０．６５％とするとともに比率をＭｎ量／Ｃ量≧２．５（これらの式中のＣ量、Ｍｎ量は各成分を質量％で表わした値）としたことを特徴とする耐摩耗性に優れたアズロール電縫鋼管。
【請求項２】
請求項１に記載のアズロール電縫鋼管において、質量％で、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．３０％以下、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｍｏ：０．３０％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｃａ：０．０１％以下のうちの１種または２種以上の元素を含ませたことを特徴とする耐摩耗性に優れたアズロール電縫鋼管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主としてスラリー、フライアッシュなどの空気輸送に使用される耐摩耗性に優れたアズロール電縫鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電縫鋼管は石炭、鉱石、土砂などのスラリーの空気輸送のためのラインパイプその他に広く使用されているが、前記のような空気輸送においては、硬い粒子が管の内面に衝突接触して摩耗が大きく、管の取り替え作業を頻繁に行わねばならず、コストが大となるほか、プラントの稼働率の低下という問題もあり、そのために優れた耐摩耗性を要求されるところである。
この結果、特に耐摩耗性が要求される用途向けの電縫鋼管に施されてきた処理の一つとして、管の内面にポリウレタンライニングを行って耐摩耗性を改善することがある。しかし、ポリウレタンライニングは耐摩耗性には優れているものの高価な処理となるためにランニングコストが高くなるほか管の溶接部の処理も面倒で広範な使用が望めないという欠点を有していた。
【０００３】
また、耐摩耗性を向上させる技術として、例えば特開平５−９８３５１号公報には、管全体を８００〜１０００℃に加熱して焼入れ処理を行ったのち２００〜６００℃の温度に焼戻し処理を施して硬度を高める技術が開示されており、特開平６−１７１８８号公報には、フェライト＋ベイナイトの地組織中に硬い島状のマルテンサイトを５％以上混在させて耐摩耗性を改善する技術が開示されている。さらに特開平８−２９５９８９にはＣ、Ｓｉ、Ｍｎの範囲を規定した鋼を加熱して管の内面のみを水冷により冷却して、焼戻しを施すことなく耐摩耗性に優れた電縫鋼管を製造する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記のような開示技術は以下のような問題を有している。
特開平５−９８３５１号公報に記載の技術は、管全体をオーステナイト温度域にまで高めたのち焼入れて、その後焼戻すものであるが、鋼の炭素量が０．２〜０．６％と比較的高く、このような炭素量の高い鋼管の全体を焼入れると、焼割れが発生し易い。また、オーステナイトからマルテンサイトへの変態に伴う膨脹によって管に歪みが発生し、捩れ、ゆがみが生ずる。したがって、発生した捩れ、ゆがみを除去するために管を矯正しなければならず、製造コストの高騰を招く。
【０００５】
特開平６−１７１８８号公報に記載の技術は、前記したとおりフェライト＋ベイナイトの地組織中に硬い島状のマルテンサイトを５％以上混在させて耐摩耗性を改善しようとするものであるため、空気輸送において、硬い粒子が繰り返し衝突接触して進行する摩耗現象においては、硬い粒子は柔らかい地組織を損傷させて進行するものであるから、硬いマルテンサイトを分散混在させても期待したほどの効果は得られないのである。
【０００６】
特開平８−２９５９８９号公報に記載の技術は、加熱した管の内面のみを冷却して焼戻しを施さない場合には、マルテンサイト変態時の膨脹によって生ずる残留応力が開放されておらず、そのままでは鋼管の保管中、あるいは使用中に割れを発生し、鋼管の取り替え作業が頻発し、プラントの稼働率を低下させる。
【０００７】
本発明は前記のような課題を解決して、スラリー状にした石炭、鉱石、土砂などの空気輸送に対する耐摩耗性に加え、フライアッシュの空気輸送などにおけるような温間温度域での耐摩耗性にも優れた電縫鋼管を安直に提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の請求項１の発明は、「質量％で、Ｃ：０．３５〜０．５５％、Ｓｉ：０．０５〜０．４０％、Ｍｎ：１．２０超〜２．００％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、残部：鉄および不可避不純物からなり、且つ前記成分におけるＣとＭｎはその量をＣ量＋Ｍｎ量／４．５≧０．６５％とするとともに比率をＭｎ量／Ｃ量≧２．５（これらの式中のＣ量、Ｍｎ量は各成分を質量％で表わした値）としたことを特徴とする耐摩耗性に優れたアズロール電縫鋼管」であり、請求項２の発明は、「請求項１に記載のアズロール電縫鋼管において、質量％で、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．３０％以下、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｍｏ：０．３０％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｃａ：０．０１％以下のうちの１種または２種以上の元素を含ませたことを特徴とする耐摩耗性に優れたアズロール電縫鋼管」である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のアズロール電縫鋼管は、前記の化学成分組成の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造にてスラブに鋳造する。次いで、前記スラブを１２００〜１３５０℃の比較的高温域の所定の温度に加熱したのち圧延して、仕上げ温度を７００〜８５０℃前後の所定の温度になるようにコントロールして鋼板とし、さらに巻き取り温度を５５０〜７００℃の所定の温度に収めて熱間圧延鋼帯としたうえその後、前記熱間圧延鋼帯をパイプ状に成形したのち、高周波抵抗溶接や高周波誘導溶接により接合部を溶接してアズロールすなわち電縫部のみを熱処理し、ビードの除去、定型などを行ってアズロール電縫鋼管とするものである。このようにして得られる本発明のアズロール電縫鋼管は、鋼管内面に特に何等の処理を行わずとも優れた耐摩耗性を有しているので、硬化処理を施す必要がなくそのまま使用に供される。
【００１０】
次に、本発明のアズロール電縫鋼管の化学成分について、説明する。％は全て質量％である。
（１）Ｃ（炭素）：
Ｃはベイナイト組織中の炭化物の量を増して硬度を増加させ耐摩耗性を向上させるために重要な元素であり、Ｃ含有量が０．３５％未満では所望の硬度が得られず、一方、Ｃ含有量が０．５５％を超えると延性が低下して熱間圧延時や鋼管成形時に割れや表面疵が発生し易くなり、また、溶接性が低下して溶接後に割れが発生し易くなる。
（２）Ｓｉ（シリコン）：
Ｓｉは脱酸剤として重要な元素であり、Ｓｉ含有量が０．０５％未満では十分な脱酸効果は得られず、鋼に気泡が残存して圧延後の鋼帯表面に疵を生成させる原因になる。一方０．４０％以上添加しても脱酸効果は飽和するのみならず、熱間圧延に際してスラブの加熱中、あるいは鋼帯の圧延途中や圧延後の冷却中に脱炭を助長する効果が強く、鋼帯の表面硬度を低下させ、耐摩耗性を低下させる原因になる。
（３）Ｍｎ（マンガン）：
Ｍｎは、安価な元素であって、鋼の焼入れ性を高める効果が大きく、鋼に添加することによって組織を微細にし、鋼帯を強靱化させて耐摩耗性を向上させる。しかし、Ｍｎの含有量が１．２０％以下ではその効果は小さく、一方、２．００％を超えると変形抵抗が増大してミルに掛かる負荷が過大になって、通常の熱間圧延では鋼帯を製造することが困難になる。
（４）Ｐ（燐）：
Ｐ含有量が０．０３％を超えると鋼の靱性の低下が大きくなる。したがって、不純物としてのＰの含有量は、０．０３％以下に限定される。
（５）Ｓ（硫黄）：
ＳはＭｎと結合してＭｎＳを形成し、熱間延性を低下して鋼帯圧延中に割れや疵を発生させる。また、鋼の清浄性を低下させて靱性を低下させる。したがって、不純物としてのＳの含有量は、０．０１％以下に限定すべきである。
（６）Ｃ量＋Ｍｎ量／４．５：
ＣおよびＭｎは前記の限定範囲内に限定されるとしても、Ｃ量＋Ｍｎ量／４．５により計算される値が０．６５％未満であるときは、鋼帯の硬度および靱性が不足して良好な耐摩耗性を有する鋼管を得ることができない。したがって、Ｃ量＋Ｍｎ量／４．５により計算される値は０．６５％以上であることが必要である。
（７）Ｍｎ量／Ｃ量：
さらに、ＣおよびＭｎは、Ｍｎ量／Ｃ量で計算される値が２．５未満であるときも鋼帯の硬度および靱性が不足して良好な耐摩耗性を有する鋼管を得ることができない。特にＭｎはＣの拡散速度を遅らせる効果が大きく、１００〜３００℃の温間温度域における硬さ低下に伴う耐摩耗性の低下を小さく抑える効果がある。したがって、Ｍｎ量／Ｃ量で計算される値は２．５以上であることが必要である。
（８）Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）：  Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏは、いずれも焼入れ性を向上する元素であって、鋼帯の組織を微細にして強靱化し耐摩耗性を向上させる。したがって、その１種または２種以上を０．３０％以下添加してもよい。これらの元素の少なくとも１種が０．３０％を超えると鋼の熱間加工性が低下して、鋼帯に割れや表面疵を発生する。したがって、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの各元素の含有量は０．３０％以下であることが望ましい。
（９）Ｎｂ（ニオブ）、Ｖ（バナジウム）：
Ｎｂ、Ｖは、いずれも微細な炭化物、窒化物を析出し、鋼を強靱化して耐摩耗性を向上させる。したがって、必要に応じて少なくとも１種を０．１０％以下添加してもよい。これらの元素の少なくとも１種が０．１０％を超えると、逆に地鉄中のＣが欠乏して硬度が低下することになるので、Ｎｂ、Ｖの各元素の含有量は、０．１０％以下であることが望ましい。
（１０）Ｃａ（カルシウム）
Ｃａは非金属介在物であるＭｎＳと結合してその形態を制御する。すなわち、ＭｎＳは通常は紐状に長く伸びるが、Ｃａを添加することによってＭｎＳは丸みを帯びた紡錘状となって鋼帯の靱性を向上させる。このようなＣａの効果は０．０１％までの添加で飽和し、これを超える添加は鋼の清浄性を低下させることになる。したがって、Ｃａの含有量は、０．０１％以下であることが望ましい。
【００１１】
【実施例】
次に、本発明の実施例を表１において、比較例と対比して示す。表１において、本発明の化学成分組成、Ｃ量＋Ｍｎ量／４．５の値、Ｍｎ量／Ｃ量の値を有する鋼Ｎｏ．１〜８と化学成分組成、Ｃ量＋Ｍｎ量／４．５の値、Ｍｎ量／Ｃ量の値のうちの少なくとも１つが本発明の範囲外である比較例の鋼Ｎｏ．９〜１４をそれぞれ転炉溶製して調整し、スラブに連続鋳造した。スラブを１２５０℃に加熱してオーステナイト化したのち、熱間圧延して仕上げ温度を８００℃として熱間圧延を終了し、その後鋼板の温度を水冷により調整して巻き取り温度を６００℃として熱間圧延鋼帯を製造した。その後熱間圧延鋼帯をアンコイラーにより巻き戻したのちコイル成形してパイプ状に成形し、高周波抵抗溶接によって開口部を溶接した。溶接後シーム部を多段シーム熱処理設備によって、溶接部組織を母材部組織と同様に均一化し、管体熱処理は一切行わないままのアズロール電縫鋼管を製造した。製造した電縫鋼管は外径２４４．５ｍｍ、肉厚７．８ｍｍである。
【００１２】
【表１】
0004331832.tif 000002
【００１３】
製造したアズロール電縫鋼管から試験片を採取して試験に供した。硬さ試験は供試鋼管を切断し、切断面でビッカース硬さＨｖを測定した。靱性は２ｍｍＶノッチを有する１０×５ｍｍの試験片を作成し、室温にてシャルピー試験に供し、吸収エネルギーを求めた。
摩耗試験は供試鋼管を縦割りし半円形のサンプルを作成し、この内面にケイ砂を所定時間噴射、衝突させて摩耗量（肉厚の減少）を測定し、予備試験として実施した一般４０キロ級構造用炭素鋼管の摩耗量と比較することで耐摩耗性を評価した。温間温度域での摩耗量を調査するために、ケイ砂噴射時は半円形のサンプルを２００℃に加熱して試験を行なった。
また製造から１週間後に鋼管の溶接部を超音波探傷により検査して、割れの有無をチェックした。
【００１４】
表１から明らかなように、本発明の実施例Ｎｏ．１〜８は、いずれも所望の硬度と靱性を有し、且つ一般４０キロ級構造用炭素鋼管に比較して２．３〜３倍の耐摩耗性を有しており、また、保管中や溶接時の割れの発生は認められなかった。
【００１５】
これに対し比較例Ｎｏ．９は、Ｍｎ量／Ｃ量の値が本発明の範囲を外れて低く、硬度は十分であるが、靱性が１０Ｊを下回って低くなり、耐摩耗性も一般４０キロ級構造用炭素鋼管の１．４倍に留まり、十分な耐摩耗性を有するに至っていない。
比較例Ｎｏ．１０は、Ｃが本発明の範囲より高く、また、Ｍｎ量／Ｃ量の値が本発明の範囲を外れて低い。このため硬度は高いが、靱性が低くなって耐摩耗性が低いものであった。また、Ｃが高いために溶接時に割れを発生した。
比較例Ｎｏ．１１は、Ｃ量＋Ｍｎ量／４．５の値が本発明の範囲を外れて低く、したがって、硬度が十分高くないために耐摩耗性の低いものであった。
比較例Ｎｏ．１２は、ＣおよびＣ量＋Ｍｎ量／４．５の値が本発明の範囲を外れて低く、このため、硬度が十分高くないために耐摩耗性の低いものであった。
比較例Ｎｏ．１３およびＮｏ．１４は、ＭｎおよびＭｎ量／Ｃ量の値が本発明の範囲を外れて低く、したがって、靱性が低くなって、耐摩耗性を十分高めることができなかった。
【００１６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、１００〜３００℃の温間温度域での耐摩耗性に優れた電縫鋼管を特殊な管内面の硬化処理を行なうことなく安直に製造でき、石炭、鉱石、土砂などのスラリーの空気輸送のほか、フライアッシュの空気輸送などにも適したアズロール電縫鋼管を提供することができたものであり、しかも、アズロール製品として生産性の向上、焼き割れの懸念がないうえ肉厚に制約されないなどの特性と相俟ち産業の発展に寄与するところ大なものである。