JFE 技報 No.2
(2003 年 11 月 ) p.51–62

エネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材
Steels for Production, Transportation and Storage of Energy

弟子丸慎一

DESHIMARU Shinichi

JFE スチール 西日本製鉄所 鋼材商品技術部 厚板･鋳鍛室長

高橋

TAKAHASHI Kazuhide

JFE スチール スチール研究所 厚板・形鋼研究部 主任研究員・工博ENDO Shigeru

JFE スチール スチール研究所 厚板・形鋼研究部 主任研究員・工博HASUNUMA Junichi

JFE スチール 知多製造所 商品技術部長

和秀

遠藤

茂

蓮沼

純一

坂田

敬

SAKATA Kei

JFE スチール スチール研究所 鋼管・鋳物研究部長・工博

長浜裕

NAGAHAMA Yutaka

JFE スチール 鋼管セクター部長

要旨
JFE スチールはエネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材を幅広く製造している。厚板としては，圧力容器用鋼
張力鋼，高靭性海洋構造物用鋼と高性能鋼材を生産するための連続鋳造 - 鍛造技術を紹介する。鋼管では，UOE 鋼管，電縫鋼管およびシームレス鋼管の全品種を製造している。これらの商品の中からラインパイプを中心に油井管，防食管などの高性能鋼管の紹介をする。

Abstract:
JFE Steel produces a wide variety of steel materials used for the development, transportation and storage of energy. In thispaper, there are introduced, as steel plate products, high strength steel plates for pressure vessels and high toughness steel
plates for marine structures, and introduced further is, new continuous casting-forging technology for manufacturing highperformance steel materials. In JFE Steel, all types of pipes, such as UOE pipes, electric-welded steel pipes and seamless steel
pipes, are manufactured. Here is especially given explanation of high-performance steel pipes on linepipes, oil country tubular
goods and so forth.

した。

1.

はじめに

一方，エネルギー需要の増加に対応するために，これまでは開発されなかったような深い井戸や，腐食環境の厳し

石油，天然ガスなどのエネルギーの生産，輸送，貯蔵にい井戸が開発されるようになってきた。CO2 の多い井戸では鋼材が多用されている。天然ガスを地中から取り出す油は CO2 腐食が，また，H2S の多い井戸では水素誘起割れ井管，海上における掘削用リグに使用される海洋構造物用（HIC）や硫化物応力腐食割れ（SSC）が問題となる。こ鋼材，ガス田から消費地まで輸送するためのラインパイ

ける鋼材の重要性はますます増している。
パイプラインに使用される材料を例に取れば，その性能に対する要求は年々高度化している。Fig. 1 に示すように1965 年以前には API X52 クラスの鋼材が主に使用されていたが，2002 年には X100 が実用化された。この 35 年間

Strength level (ksi*)

プ，石油タンカーおよび LNG 船用鋼材，また，ガスを蓄えておく圧力容器用鋼材などである。エネルギー産業にお

120
110
100
90
80
70
60
50
1960

で強度が倍になっている。圧力容器用鋼材においても高強− 51 −

1980

1990

2000

Year

度化が進んでいる。また強度ばかりではなく，地震による地盤の変動に起因する座屈にも強い鋼管（HIPER）を開発

1970*kilo-pound/square inch

Fig. 1

History of high strength linepipe

エネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材

れらの環境に対応する鋼材として 13％ Cr 油井管 , ウェル

予熱温度の低下（Fig. 2）と溶接部硬さの低減を可能とし

ダブル 12％ Cr ラインパイプや耐サワーラインパイプなどている。
Fig. 3 に JFE-HITEN610U2 の最高硬さ試験結果を示す。

優れた特性を有する耐食材料が開発されている。
また，サハリンやアラスカ，北海などの寒冷地の井戸にいずれの溶接条件においても，ビッカース硬さが 300 ポイ

使用する低温靭性に優れた構造用材料やラインパイプ材

ント以下の低い HAZ 硬さが得られており，従来鋼と比較が開発されている。

して大幅な溶接部硬化性の低減を実現している。

エネルギー産業分野で使用される鋼材は要求特性が多大型石油貯蔵タンクなどで高効率の大入熱エレクトロ

岐にわたる。これに加えて，高圧のガスを扱うため，信頼ガスアーク溶接が適用される側板用として，大入熱溶接時性，安全性を確保する必要があり，高度の品質が要求される。これらの要求に応えるために，厚板，UOE 鋼管では

150
Tp1 440 (PCM  HGL/60  K/40 000)392
Prehest temperate (°C)

主に TMCP 鋼が使用され，当社では最新鋭の設備である
Super-OLAC を適用して，高強度で溶接性，靭性に優れた鋼板を製造している。本章では当社の代表的な商品を紹介
する。

2.

厚板

HGL1 m /100g (SAW or GMAW)
100

K20  Thickness(PCM0.29)
Conventional
2570 N/mm class steel
50(PCM0.27)(PCM0.22)

2

2.1 圧力容器用高性能 610 N/mm 級高張力鋼
エネルギー貯蔵設備や化学プラント，発電プラントなどのエネルギー分野では種々の厚板が使用されている。近0High-weldability steel

2040Fig. 2

60
80
Thickness (mm)

100

120

Example of the decrease in required pre-heat2)
temperature for low PCM HSLA steel plates

年，これらの設備の大型化，操業条件や使用条件の過酷化と同時に，さらに建設コストの低減に繋がる施工の高能率化などにともない，鋼材に対しては高強度化や，溶接部靭400
Maximum hardness, Hv(98N)

性などの溶接部を含めた信頼性の向上，溶接施工性の向上などますます厳しい性能が要求されている。当社ではこのようなニーズに応えるため，最新の材質設計と製造技術を2駆使して Table 1 に示す高性能 610 N/mm 級高張力鋼板
シリーズ

1)

を開発した。その化学組成を Table 2 に示す。

JFE-HITEN610U2 は溶接施工性と溶接部靭性に優れており，これに加えて 610E は大入熱溶接部特性に優れ，また610U2L はさらに低温靭性に優れている。これらの開発鋼

350

300

250

従来鋼に対して C 量および PCM 値を低くすることにより，

JFE-HITEN
610U2
JFE-HITEN
610E
JFE-HITEN
610U2L

Fig. 3

FeatureJIS

Excellent weldability, superior toughness, etc.

6  t  75

Excellent weldability, superior properties of weldments JIS G3115
SPV490for high-heat input welding, superior toughness, etc.
Excellent weldability, superior toughness at lower
temperature, etc.

Table 2

(GMAW)(SMAW)

0.5

1.0
Heat input (kJ/cm)(SMAW)
1.5

Maximum hardness of JFE-HITEN610U2

2

6  t  75

6  t  75

JIS Z 3101

JFE Steel’s 610 N/mm class high performance steel plates for pressure vessel

Available
thickness (mm)Grade

Hv(98N)300

200
0.0

は，JIS G3115 圧力容器用鋼板 SPV490 に適合しており，Table 1

38 t 75 t Preheat temperature (°C)
: 25°C: 50°C
Conv. steels:: 100°C(1.7 kJ/cm, 25°C)

WES certification
WES3001 WES3009 WES3003

HW490
QB

HW490QCF

Applications–

Penstock, tank,pressure vessel, etc.

–

Oil storage tank, etc.

LT490-75
50G Q

Tank for low
temperature use, etc.

2

Chemical compositions of JFE Steel’s 610 N/mm class high performance steel plates for pressure vessel

Grade
JFE-HITEN610U2
JFE-HITEN610E
JFE-HITEN610U2L
cf.
JIS G 3115 SPV490

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

C
0.09
max.
0.09
max.
0.18
max.

Si
0.150.55
0.150.55
0.150.75

Mn
1.001.60
1.001.60
1.60
max.

P
0.020
max.
0.015
max.
0.030
max.

(mass%)S
Others
Ceq
PCM
0.010
max.
0.44
0.20
Cu, Ni, Cr, Mo : 0.30 max.,
max.
max.
V : 0.06 max., Nb : 0.03 max.
0.005
max.
Alloying elements other than those
0.45
0.030
0.28
listed may be added.
max.
max.
max.
Ceq= CSi/24Mn/6Ni/40Cr/5Mo/4V/14
PCM = CSi/30Mn/20Cu/20Ni/60Cr/20Mo/15V/105B− 52 −

2.0

エネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材

Table 3Chemical composition of steel plate developed(mass%)
*1

PCM

Note

0.18

Ti treated

C

Si

Mn

P

S

Cu

Ni

Nb

Ceq

0.07

0.10

1.55

0.005

0.001

0.29

1.09

0.015

0.42

*2

CeqCMn/6(VMoCr)/5(CuNi)/15
PCMCSi/30(MnCuCr)/20Ni/60Mo/15V/105B*1*2の継手強度と溶接部の靭性を向上させた大入熱溶接用
2

610 N/mm 級高張力鋼板 JFE-HITEN610E はすでに数多くの採用実績がある。
4.0

50 ℃ ま で の 低 温 靭 性 を 兼 ね 備 え た 低 温 用 高 靭 性
2610 N/mm 級高張力鋼板 JFE-HITEN610U2 も開発してお
2.0
CTOD value (mm)り，低温タンクへの採用実績を有している。
これらの新規開発鋼はいずれもマイクロアロイングの活用と，高度な厚板製造技術の融合により達成されたものであり，多様なニーズに対応できる。
これらの開発鋼は，Table 1 に示すとおり（財）日本溶接

1.0
0.8
0.6
0.4

協 会（WES） の WES 3001-1996「 溶 接 用 高 張 力 鋼 板 」，
WES 3009-1998「溶接割れ感受性の低い高張力鋼板の特性」

0.2

および，WES 3003-1995「低温用圧延鋼板判定基準」に規定される当該規格の鋼種認定を取得している。また，近年著しい経済発展を遂げ，大型のエネルギープラント建設が0.1
Notch location

活発化している中国やアジア向けにも各種タンクやペン

WM: 40°C

Test temperature

ストック用などにすでに数多くの採用実績があり，JFEHITEN610U2 および 610U2L などは中国／全国ボイラ圧力

Heat input

容器標準化技術委員会の材料評定の一般承認を取得してFig. 4

いる。

SCHAZ

CGHAZ
: 60°C

5.0 (kJ/mm)

CTOD values for SAW welded joints of steel platedeveloped

2.2. 高靭性海洋構造物用鋼
2.3

近年，石油エネルギー資源開発の活発化により海洋構造

連続鋳造製スラブの鍛造 - 圧延プロセス

物の設置域も氷海域，深海域へと広がりつつあり，使用さ連続鋳造スラブ製高品質極厚鋼板の製造方法として，厚れる鋼板自体も高強度化 , 厚肉化している。また氷海域で板圧延前の連続鋳造スラブに鍛造工程を付与するプロセ

は破壊靭性 CTOD の要求される温度が従来の 10℃からス技術を開発した

40℃に低温化している。

センターポロシティーの閉鎖 - 圧着による板厚中心部の鋼5, 6)。本鍛造 - 圧延プロセスの効果は，

当社の海洋構造物は，Super-OLAC による高速冷却を活板内質および機械的特性の向上と中心偏析の軽減による用し，YP420 MPa 級鋼としては，最大 101.6 mm までの厚板厚方向の均質性向上である。当社では，310 mm 厚の連肉材

3)

続鋳造製スラブを用い，製品厚：240 mm（元スラブ厚 /が製造可能である。

最近では，40℃での継手 CTOD 値 0.38 mm を保証で
4)

製品厚  圧下比：1.29）までの内質が健全な極厚鋼板の製きる板厚 75 mm の鋼板を開発した 。Table 3 に鋼板の造が可能であり，種々用途への製造実績は既に約６万トン

化学組成を示す。従来の低 C，低 N，低 Si，低 P，Ti 処

以 上 を 有 す る。 ま た 本 プ ロ セ ス は，ASTM STANDARD理といった HAZ 靭性対策に加え，特に低温での靭性を確2002 A20/A20M や ASME 2002 Addenda SA-20/SA-20M で保すべく Ni を 1.1％添加した。Fig. 4 に入熱 5.0 kJ/mmの圧力容器用鋼板に関する一般条件規定において，圧下比の SAW 継手部の CTOD を示すが，極めて安定した特性が緩和（3 以上→ 2 以上へ）の一必須プロセスとして認知され，得られている。

今後は連続鋳造スラブ製極厚鋼板の適用拡大を図る上で，さらに高強度の YP460 MPa 級鋼，YP500 MPa 級鋼が使大いにその活用が期待されるものである。
製造工程フローおよび鍛造要領をおのおの Fig. 5, 6 に用されているが，これについても各物件に対応した製品化を順次進めている。

示す。実際のスラブ厚方向鍛造プレス作業を Photo 1 に示す。
Fig. 6 に示すように，スラブ幅方向の圧下後にスラブ厚− 53 −

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

エネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材

LD Refining

RH degassing

Table 4

Continuous casting

Chemical composition of 2.25Cr-1Mo steel(mass%)

Forging

Plate rollingFig. 5

UST, Mechanical test

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

0.14

0.09

0.55

0.007

0.001

2.43

1.05

Manufacturing process

Widthwise

Fracture appearance
transition temperature, vTrs (°C)

40

Thicknesswise
Anvil
block

B
H0

Slab

1/2 t
C direction
60

80
1/4 t
C direction
100

0

10

20

30

40

Reheating time at 1 270°C (h)Fig. 6

Schematic diagram of CC slab forging

Fig. 7

Influence of reheating time at forging on vTrs

3. 鋼管
3.1 高強度 UOE ラインパイプ
3.1.1

高強度 API X80，X100 ラインパイプ

操業圧力を上げるとともに使用鋼材量の低減を可能にすることから，長距離パイプラインに用いられるラインパ
イプへの高強度化の要求は継続的なトレンドである。2002
年当社は世界で初めて CSA グレード 690（API X100 相当）という世界最高強度のラインパイプの商用生産を行った。

Photo 1 Forging reduction in thickness of CC slab

また，当社では 1991 年にカナダ向け X80 ラインパイプの製造を開始し，以来約 5 万トンの X80 ラインパイプを実方向圧下を行う二方向鍛造圧下法や適切な B/H0（B：鍛造製造している。本章では，X100 など高強度ラインパイプ

金敷の掛幅，H0：元スラブ厚）の設定による厚み方向鍛の製造技術と特徴について述べる。
3.1.2

造圧下を行うことにより，効果的にスラブ厚中心における高強度･高靭性ラインパイプの製造技術

高強度ラインパイプを用いるためには，安全性の観点か

幅，厚方向の圧縮側塑性歪量を付与し，内質の向上が達成

ら優れた低温靱性，施工能率の観点からは優れた現地溶接される。
中心偏析の軽減，さらに鍛造時加熱保持時間の増大によ性が重要である。これらの要求を満足するための手段としる拡散効果によって，板厚中心位置での低温靭性あるいはて，高強度ラインパイプの製造には制御圧延と加速冷却が焼戻し脆化感受性や HIC 特性などを著しく改善すること適用されている。加速冷却は，1980 年に世界で初めて西が可能となる。

日本製鉄所福山地区厚板工場で実用化された技術で，制御

Table 4 に示す取鍋化学組成の高温圧力容器用 2.25Cr-

圧延後オンラインで鋼板を冷却するものである。加速冷却

1Mo 鋼（JIS G4109 SCMV4-2, 110 mm 厚）において，鍛造の適用により，より低成分な鋼を用いた高強度高靱性鋼板

時加熱温度：1 270℃での保持時間 ( 保持時間：0 におけるの製造が可能となる。さらに，高冷却速度と優れた温度制

特性値は鍛造工程を適用しない通常圧延プロセスによる )御性，鋼板上下面の対称冷却と面内均一冷却を特徴とするを変更し，以降，同様に厚板圧延，調質熱処理，試験片

新しい加速冷却装置「Super-OLAC」を開発し，1998 年に

PWHT を施した後に調査した靭性レベルの比較結果を設置，稼動した（Fig. 8） 。

7)

3.1.3

Fig. 7 に示す。

Table 5 に，12.7 mm ならびに 15.1 mm の管厚さで外径

鍛造加熱保持時間の増大とともに，1/2 t 位置での顕著な靭性向上が確認できる。
JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

X100 ラインパイプの機械的性質と今後の展開

36” の X100 ラインパイプの機械的性質の例を示す。パイ− 54 −

エネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材

Table 5

Mechanical properties of API X100 linepipes

Tensile properties (Transverse direction)
Grade

Wall
thickness
(mm)
12.7

Outsidediameter
(”)
36

15.1

36

API X100

Charpy impact properties

Specimen type

YS
(MPa)

TS
(MPa)

El
(%)

API (flattened)
Round bar
API (flattened)
Round bar

735
850
734
818

886
890
923
901

23
19
21
16

Energyat 0°C(J)

DWTT

50%FATT(°C)

SA
at 0°C(%)

85%SATT
(°C)

262

60

100

28

223

55

100

40

YS : Yield strength, TS : Tensile strength, El : Elongation, FATT : Fracture appearance transition temperature,
DWTT : Drop weight tear test, SATT : Shear area transition temperature

Cooling rate (K/s)

70Super-OLAC

60

3.2.2 高変形性ラインパイプ「HIPER」の特徴

Feature of Super-OLAC

一般に，一軸圧縮試験での限界座屈ひずみは管厚に比例(1) Ultimate cooling rate(2) Uniform temperature profile

50

し，管径に反比例する。パイプラインが高強度化した場合，40

管厚を低減すると管径管厚比が増加し，Fig. 9 に示すよう

30
Previous

20
100

20 40 60 80 100 120
Variation of temperature in plate (K)Fig. 8に限界座屈ひずみを低下させる結果となる。

Feature of Super-OLAC steel(1) Low Ceq→Good weldability(2) Homogeneous properties(3) Camber-less after cutting

当社では高強度ラインパイプの座屈ひずみ改善に関しての検討を行い，高変形性ラインパイプ「HIPER」を開発した。HIPER は鋼材の加工硬化能を向上させることにより，Main features of Super-OLAC system

高い耐座屈性を達成している。高変形能を得るため，鋼板
プ円周方向の引張，シャルピー，DWTT（落重試験）結果の製造には加速冷却プロセス Super-OLAC を適用していをまとめて示す。表に示すとおり，X100 の強度は規格をる。HIPER の耐座屈性を通常材のそれと比較した結果を充分に満足するものであり，シャルピー試験における吸収

Fig. 9 に示す。HIPER の一軸圧縮時の限界座屈ひずみは通エネルギーは 200 J 以上と高い値が得られている。DWTT

常のパイプの 1.5 倍以上となっている。

試験の 85％延性破面遷移温度はいずれも 20℃以下で，HIPER の機械的性質を Table 6 に示す。表中には現地

寒冷地のパイプラインを考慮しても充分な性能が得られ

溶 接 を 想 定 し た 溶 接 部 の 機 械 的 性 質 も 合 わ せ て 示 す。

ている。

HIPER は API 規格のグレード X65 ならびに X80 に相当す

さらに当社においては X80 までの曲がり管の開発を完
8)る強度を有している。通常のラインパイプは，10℃前後

了している 。X100 ラインパイプにおいては，曲がり管，の環境で使用され，シャルピー試験で 50 J 以上の吸収エ

円周溶接材料ならびに適正溶接プロセスの開発が今後のネルギー，DWTT でほぼ 100％延性破面が得られている課題である。これら周辺技術の開発と，上述の延性破壊挙が，HIPER も遜色ない特性を有している。また，現地円

動の検討が X80 さらに X100 ラインパイプの適用拡大をも

周溶接を模擬した溶接継手においても良好な特性が得らたらすと考えられる。

れることも確認できている。
3.2.3 HIPER の製造実績と今後の展開

3.2 高変形性 UOE ラインパイプ「HIPER」

高変形能を有する HIPER は API の X80 まで対応可能で，

3.2.1 高変形性ラインパイプ開発ニーズ

すでに，国内向けに耐震性ラインパイプとして X65 の製地盤の変動などによる大ひずみの発生が予想されるパ
イプラインの場合，高強度高靭性以外に必要となる特性と2.0

して，大変形を考慮した変形吸収能があげられる。現在国

Lateralspreading

内で広く用いられているラインパイプでも径厚比 D/t がきな変形能を示す。しかし，API X80 などの高強度ライン
パイプを適用し管厚の低減を図る場合，座屈強度が低下する傾向を示すことが一般的である。したがって，耐座屈特1.5
Buckling strain (%)

40 前後で一軸圧縮試験での限界座屈ひずみは 1％以上の大性を向上させることにより，高強度ラインパイプの適用が

HIPER
1.0
Conventional linepipes
0.5

可能となる。このような背景にかんがみ，高い耐座屈性を有する高変形性ラインパイプを開発した。本報告では，開発したラインパイプの機械的性質，耐座屈性などについて

Level 2 earthquake
0
35

40

紹介する。

45

50

55

Diameter / Thickness

Fig. 9− 55 −

Critical buckling strain of HIPER
JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

エネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材

Table 6

Dimensions and mechanical properties of API X65 and X80 HIPER linepipes

Dimensions

CharpyDWTT

API Grade

OD
(mm)

WT
(mm)

D/t

YS
(MPa)

TS
(MPa)

Energy at 10°C(J)

85%SATT
(°C)

TS
(MPa)

Girth welded joint
Charpy energy
at 10°C (J)

FATT
(°C)

X65
X80

711
711

16
18

44
40

468
557

615
751

222, 265, 255
236, 246, 250

30
30

670
785

169, 149, 147
124, 178, 142

56
57

OD : Outside diameter, WT : Wall thickness, YS : Yield strength, TS : Tensile Strength, DWTT : Drop Weight tear test,
SATT : Shear area transition temperature, FATT: Fracture appearance transition temperature.

造実績を数千トン有している。開発した HIPER の実ガス

160

パイプラインへの適用により，従来以上に安全性の高いパ

140
120

プを用いる場合にその効果は大きいと考えられ，国内ガス

100

Quantity (kt)

イプラインの建設が可能となる。特に，高強度ラインパイ
パイプラインの高圧力化の進行とともに，その適用の拡大が期待されている。さらに，高変形能を要求される凍土地

8060

帯や大変形が予想される海底パイプラインへの適用の拡40大を図っている。

20
0
1976

3.3 UOE 耐サワーラインパイプ
油田・ガス田の掘削技術や長距離輸送技術の進歩によ

NACE(pH3)
Mild sourBP(pH5)

Fig. 10

1980

1985

1990
Year

1995

2000 2002

Production amount of sour gas line pipes

り，寒冷域や深海の石油ガス開発が進んでいる。これにともなって輸送流体の性状も多様化する傾向にある。このよ

コストの低減も図られた結果，コストパフォーマンスの優

うな背景から高強度耐サワーラインパイプは今後も安定位性を背景に UOE 鋼管やシームレス鋼管の分野へ進出し的な需要が予想される。

つつある。特に天然ガスラインパイプの高強度化にともな

3.3.1 高強度･高靭性耐サワーラインパイプのい，小径薄肉化が図られ，電縫鋼管でも対応可能なサイズ製造技術が増加している。

サワーラインパイプに要求される特性は，強度，低温靭当社知多製造所の中径電縫鋼管ミルは，電縫鋼管として性，溶接性に加えて H2S を含有する流体では耐サワー性（水は世界最大外径の 26” まで製造可能な唯一のミルであり，

素誘起割れや硫化物応力腐食割れに対する抵抗力）であFig. 11 に示すように世界最大級の製造範囲を有している。そのために，製鋼技術として極低 S・低 P 鋼溶製技術

る。

と，Ca 添加による硫化物形態制御技術，連続鋳造スラブ

近年は電縫鋼管のラインパイプにも X65 クラスの高強の軸心部に存在するマクロ，セミマクロ偏析の低減や表面度で，破面遷移温度が 46℃以下の高靭性，および硫化水

割れ防止技術を開発してきた

9, 10)。さらに，鋼板の圧延には制御圧延と加速冷却「Super-OLAC」を適用している

11）。

3.3.2 高強度耐サワーラインパイプの製造実績と素環境を考慮した耐 HIC 性，耐 SSC 性などの複合特性が要求される。これらの要求を満足させるため低 C 化と熱間圧延条件の適正化を図っている

今後の展望

11, 12）。また電縫溶接部の靭性を向上させるための，熱処理技術も確立しており，Fig. 10 にこれまでの耐サワーラインパイプの生産量のFig. 12 に示すように，電縫溶接部に QT 処理を施すこと推移を示す。主なパイプグレードは X65 で，至近の製造により，破面遷移温度が 46℃以下の溶接部靭性が得られ

実績は年間 10 万トンを超える大量なものとなっている。

ている。この QT 技術により溶接部品質が大幅に改善され

また，図中 Mild と分類した H2S 濃度が低いあるいは pHた。さらに電縫溶接部の欠陥を防止する造管技術を開発しが高いサワー環境に適合したラインパイプの需要が高またことにより，高強度，高靭性でかつ高耐食性電縫鋼管ラ

りつつあり，当社においても 1997 年から開発し，すでにインパイプの開発に成功した。

供給している。

また品質検査体制において，全数・全長・全面検査を基

このようなラインパイプは高強度耐サワーラインパイ本としその充実を図っており，特に電縫溶接部では Fig.

プと同様にパイプラインシステム費用低減の可能性があ

13 に示す独自開発のマルチプローブシステムを導入してり，今後の需要の拡大が期待されている。

肉厚全面の検査を可能とした。これらの検査体制により，電縫溶接部の信頼性が格段に向上し，使用対象が陸上のパ

3.4 高強度高靭性電縫鋼管ラインパイプ

イプラインのみならず，海底パイプラインにも拡大され，近年において電縫鋼管ラインパイプは，素材製造技術と北海において使用された。当社の電縫鋼管ラインパイプの鋼管製造技術の進歩により高級化，高品質化とともに製造

優れた品質を示すことができ，オイルメジャーからも高い

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）− 56 −

エネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材

Table 7Available range at 26” ERW pipe mill

API X65-grade

Outside diameter

15

Wall thickness

0.157” (4.0 mm)- 1.000” (25.4 mm)Material grade

Up to API 5L X80(1” wall pipe : API 5L X56)

10
JFE Steel only

12

14

16

18
20
22
Outside diameter (”)

24

Collapse pressure (kPa)

5
26

Fig. 11 Available manufacturing size range of X65-grade
ERW line pipe of JFE Steel at 26” ERW mill

100
10 mm  10 mm,
2V
Shear area ratio (%)

12.75” (323.9 mm) - 26” (660 mm)(1” wall pipe : 20” (508 mm)- 26” (660 mm))

45 000
Based on API Bul 5C3
6 000
40 000Material grade API 5LX56
5 000
35 000
OD : 20”30 0004 000
25 000
OD : 26” 3 000
20 000
15 000
2 000
10 0001 000
5 000
0.812”
1.000”
000.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 (”)
12 14
16
18 20
22
24
26
28 (mm)Wall thickness(psi)

Wall thickness (mm)20

Fig. 14

Calculated maximum collapse pressure for heavy
wall pipe

Photo 2

ERW weld seam of 1.000” thick pipe (Nital etched)

50
Quenching
and tempering
Normalizing
0150

Fig. 12

100

50
0
Testing temperature (ºC)

50

Charpy impact property of weld seam of X65-grade
ERW line pipe

Normal tandem method
ReceiverMulti-prove

事後の当工場の製造可能範囲を Table 7 に示す。肉厚 1”

Weld seam

Senderの鋼管はこれまで UOE 鋼管またはシームレス鋼管のみが供給可能であった。電縫鋼管で製造可能なのは 2003 年 11
Only one focal
point
Defect月現在で当工場のみである。肉厚の増加により，耐圧潰特Every prove can receive
every reflecting beam.

性が従来の約 1.6 倍の鋼管を供給することができる（Fig.

Multiple beams cancover full wall
thickness.

Fig. 13

14）。
Photo 2 に電縫溶接部の断面マクロ写真を示す。ボン

Schematic image of JFE Steel’s new multi-probe
system compared with normal tandem method

ド層および熱処理状況とも良好な溶接部を形成している。
品質保証の面では，独自開発のマルチプローブシステム

評価を受けた。

を導入することにより，1” の極厚材でも全面探傷が可能

最 近 で は さ ら に 検 討 を 加 え，X65 で 外 径 24”， 肉 厚となった。

19.1 mm の 母 材 部 お よ び 電 縫 溶 接 部 と も に 0 ℃ で の

3.6

CTOD  0.2 mm を保証した高強度厚肉高靭性電縫鋼管ラインパイプにも対応している。今後は X80 グレード以上の高強度高靭性化

13）にも対応可能とすべく開発を進めて13Cr シームレス油井管

石油，天然ガス開発は年々深井戸化の方向に進み，かつ開発地域も陸上から海底に拡がってきた。また，環境面においても高温でかつ，CO2 や H2S などを含む過酷な条件いる。

の井戸開発が進んできた。このような腐食性の強い井戸開3.5 厚肉電縫鋼管ラインパイプ

発では鋼管の内面をコーティングし，さらにインヒビター

知多製造所の 26” 電縫鋼管ミルでは 2003 年に成形装置を使用するのが一般的であったが，環境問題からインヒビの増強工事を行い，輸出用オイル・ガス用鋼管の製造最大

ターの使用に制約が加わってきており，耐食性に優れた鋼

肉厚を，従来の 0.812”（20.6 mm）から 1.000”（25.4 mm）

管のニーズが高まってきている。湿潤 CO2 環境におけるに引き上げ，2003 年 5 月より商業生産を開始した。増強工

耐食性向上には Cr 添加が有効である− 57 −

14)。Fig. 15 に CO2

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

エネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材

1040CSteel30

0.15

HP 13Cr
Applicable(0.125mm/y)

0.10

0.12

0.018
0. 91

0.18

0.30

13Cr
CO2 pressure (MPa)

Corrosion rate (mm/y)

3.5% NaCl solution
80ºC

20

10

1

0.011
0.26

0.13

0.25

0.071

0.08

0.17
0.39

0.13

0.1
13Cr
10

1
0.1
Partial pressure of CO2 (MPa)0.01

Fig. 15

Applicable(0.125mm/y)Corrosion rate (mm/y)
0.125 0.125
HP 13Cr
13Cr

CO2 corrosion test result

20%NaCl, 7d

0.01
100

Table 8 Chemical composition of 13 Cr and HP13Cr

125

150

C

Si

Mn

Cr

Ni

Mo

0.20

0.20

0.40

13

0.1

–

HP13Cr-1

0.025

0.25

0.45

13

4.0

1.0

HP13Cr-2

0.025

0.25

0.45

13

5.0

2.0

200

Temperature (ºC)(mass%)

13Cr

175

Fig. 16

CO2 corrosion map for 13Cr and HP13Cr

0.1

H2S pressure (MPa)

環境における炭素鋼と 13Cr 鋼管の腐食速度を示す。13Cr
鋼管は炭素鋼に比べて大幅に腐食速度が低下し，高濃度のCO2 が存在する環境においてもインヒビターなしでも使用可能である。13Cr 鋼管は開発当初よりその優れた耐食性から，CO2 を含む環境を中心にそのニーズは高かった。

95 ksi grade (655 MPa)
Open
: No failure
Closed : Failure

HP13Cr-1
HP13Cr-2

0.01
HP-2
HP-1

0.001

13Cr 鋼管製造に関して，当社はビレット製造技術，ピア
サー穿孔圧延技術，マンドレルミル圧延技術，工具寿命延0.000 1
2

長技術等の高合金鋼圧延技術を開発し，それまで主として

2.5

3

熱間押出し法で製造されていた 13Cr 鋼管をマンネスマン
Fig. 17プロセスにて高寸法精度でかつ高い生産性で製造することを可能にした

15, 16)

3.5

4

4.5

5

pH

SSC test result for HP13Cr pipe

。その結果，13Cr 鋼管の市場を年間10 万トンを超える規模まで大きく拡大させるとともに，また，HP13Cr 鋼管は耐孔食性に有効な Mo を含むこと

当社は 13Cr 油井管において世界でトップクラスのシェア

から，SSC の起点となる孔食発生を抑制することができ，を有するようになった。

13Cr 鋼管に比べてより厳しい H2S 環境でも適用可能であ

一方，13Cr 鋼管は API 規格で L80-13Cr として規格化さる。Fig. 17 に HP13Cr-1，2 の SSC 試験結果の一例を示す。

れ，CO2 を含む環境で使用されているが，150℃を超える

HP13Cr-2 鋼管は Mo 増量によってより低い pH，より高い環境では耐 CO2 腐食性が劣化し，長期間の使用に耐えら

H2S 環境で使用可能である。

れなくなる。また，H2S を含む環境では硫化物応力腐食割

13Cr 系油井管は CO2，あるいは H2S を含む厳しい環境

れ（SSC）が発生するという問題があった。そこで，耐においてもインヒビターなしで使用可能なことから，今後

CO2 腐食性，耐 SSC 性を改善した新しい化学組成のマルも天然ガス開発用を中心に，順調に需要が伸びていくと考テンサイト系ステンレス鋼管 HP13Cr を開発した

17, 18）。

えられる。

13Cr および HP13Cr の主な化学組成を Table 8 に示す。

3.7 Weldable12Cr シームレスラインパイプ

HP13Cr はより高温で苛酷な環境に対応するために，C 量を低下させて耐食性に有効な固溶 Cr 量を増加させるととCO2 や H2S を含む腐食性の強い油田・ガス田においてもに，Ni，Mo を添加して，熱間加工性，耐食性の両立を

未処理の生産物を輸送するためのフローライン，ギャザリ

図っている。Fig. 16 に高温，高 CO2 環境における 13Cr

ングラインと呼ばれるパイプラインでは，CO2 腐食や硫化鋼 管，HP13Cr 鋼 管 の 腐 食 速 度 と 適 用 可 能 条 件 を 示 す。

物応力腐食割れ（SSC）の防止対策が必要である。パイプ

13Cr 鋼管は 120℃まで，
CO2 が 1 MPa である環境において，ラインには一般に，インヒビターを注入するか，二相ステ

HP13Cr 鋼管は 175℃までの温度域で適用可能である。

ンレス鋼などの高価な耐食材料を用いるなどの対策が講JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）− 58 −

エネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材

Table 9Chemical composition of two types of weldable 12Cr
seamless line pipe

本材料が微量 H2S 環境下で使用可能であることを示してMaterial

C

Cr

Ni

Mo

(mass%)CuN

KL-12CR

0.01

11

2.4

–

0.5

0.01

KL-HP12CR

0.01

12

5.5

2.0

–

0.01

いる。なお，強度は，KL-12CR および KL-HP12CR でそれ
ぞれ X70 級および X80 級であり，靭性はともに 20℃での使用が十分可能なレベルである。
Weldable12Cr シームレスラインパイプは 1996 年に世界で初めて出荷され，これまでに合計 20 000 t 以上の実績がCorrosion rate (mm/y)

0.1

ある。

10%NaCl, 3.0MPaCO2, 80ºC

3.8 特殊ねじ継手 KSBEAR

0.08
0.06

油井管の使用環境において，油井管の接続にはメタル
トゥメタルシールを有する特殊ねじ継手の使用が一般化

0.04

しつつある。ところが近年，傾斜井・水平井の増加により，0.02

既存の特殊ねじでは対応困難な油井設計の事例が増加している。特に，圧縮，外圧，曲げ環境下での耐リーク性能

0Base metal
Welded jointKL12CR

Fig. 18

0.2C13Cr OCTGの高いねじ継手が望まれてきている。このような市場の要
求に応えるべく，高圧縮・曲げ・外圧リーク特性に優れた

CO2 corrosion test results of KL-12CR welded joint

油井管用特殊ねじ継手 ｢KSBEAR｣ を開発した。

H2S partial pressure (MPa)0.1

3.8.1 油井管ねじ継手に求められる性能

No pitting, No SSC
Pitting, No SSC
SSC(1) 油井における耐リーク性能
油井管を坑内へ降下する過程および降下後には，ね0.01

じ継手には管自重により引張りの力を受ける。また，
坑壁からは外圧，管内からは生産流体による内圧が加わる。さらに，水平井では湾曲部において曲げが加わ0.001る。曲げの内側では圧縮，外側では引張りの力が働く。
NACE0177MethodA
pH adjusted by CH3COONa
Stress : 567MPa

よって，上記の条件下での耐リーク性能が求められる。

0.000 1
3

3.5

4

4.5

5

5.5

(2) ねじ接続の作業性

pH

Fig. 19

ねじ継手には，複数回の締付けに対する耐ゴーリン

SSC test results of KL-HP12CR welded joint

グ（焼付き）性能が求められる。
じられていた。しかしながら，インヒビターは操業コスト

さらに，降下作業の所要時間短縮のため，ねじの噛が，また，二相ステンレス鋼は材料コストが高いことから，

み違いの発生防止や作業効率性が求められている。
3.8.2 KSBEAR の特徴

当社は，ライフサイクルコストを低減できる新材料とし

KSBEAR の形状を Fig. 20 に示す。

て，Weldable12Cr シームレスラインパイプを開発した。
Weldable12Cr シームレスラインパイプは，マルテンサ(1) フックねじの採用

イト系ステンレス鋼を素材としている。マルテンサイト系

フックねじを採用することにより，引張り，外圧，ステンレス鋼は一般に溶接性が悪く，溶接には予熱を必要

曲げが作用した際にピンねじとカップリングねじがとするため，施工効率が重視されるパイプラインの敷設で管径方向に離れようとする力を大幅に減少させるよは使用が敬遠されていた。本製品は，C および N をともうにした。

に 0.01 mass％まで低減し，溶接性を改善し，予熱なしで溶接可能とした。またこれとともに，耐食性向上に効果のLoad flank angle Stabbing flank angle
25º5º
Coupling

あ る Ni，Mo な ど を 適 量 添 加 す る こ と で，2 種 類 のPinWeldable12Cr シームレスラインパイプ，すなわち，CO2
環 境 用 KL-12CR， お よ び，CO2  微 量 H2S 環 境 用 KLHP12CR を開発した

Thread form

19）

Coupling。化学組成を Table 9 に示す。

Metal tometal seal

Fig. 18 に KL-12CR の CO2 腐 食 試 験 結 果 を 示 す。KLPin

12CR の腐食速度は，油井管用 0.2C-13Cr 鋼管の半分程度

Shoulderであり，優れた耐 CO2 腐食性を示していることがわかる。
Fig. 19 は KL-HP12CRa 溶接継手の SSC 試験結果であり，− 59 −

Seal form

Fig. 20

Design of KSBEAR
JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

エネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材

Table 10

Grade, size and interference of specimen(e) 圧縮と曲げの同時負荷，引張りと曲げの同時負荷( f ) リーク試験終了後の締付け試験の実施

Grade

Size

Interference*

13CR-80

5-1/2”23.0 1b/ft

H/H

H/L

L/H

L/L

13CR-80

7”29.0 1b/ft

H/H

H/L

L/H

L/L

13CR-80

7”35.0 1b/ft

H/H

H/L

L/H

L/L

(2) 試験結果
上記の各試験においてリークの発生は検出されなかった。また，試験終了後にねじ部およびシール部を
観 察 し た 結 果， ゴ ー リ ン グ は 見 ら れ な か っ た。

*Thread/Seal
H : High, L : Low

KSBEAR は，Fig. 21 に示す 80％ PBYS での圧縮とた性能がみられた。

80% Compression

3.9 極薄肉管

External

PressureInternal

いう厳しい条件においてもリークが発生せず，安定し高圧ガスボンベ用鋼管には，その用途上，高強度化，薄肉化，平滑な表面肌が要求されている。今後，自動車用
CNG ボンベの需要拡大とともに，さらに要求は厳しくな
95%VME
Compression

Fig. 21

るものと予想される。当社シームレス鋼管は，その特徴で

API collapse
Axial load

Tension

Performance of KSBEAROD

WT (mm)

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

Range (mm)7”(2) スタビングフランク間隔の最適化.

177.80-182.00
4.5

スタビングフランクの間隔を最適化し，高圧縮荷重

7-5/8” 183.50-199.00を受けた際にスタビングフランクを接触させることによって，シール部およびショルダー部への荷重を軽8-5/8” 203.00-221.20
5.5

減し，ショルダー部およびシール部の塑性変形を大幅に抑制させる。その結果，圧縮後の引張り荷重下における耐リーク性能が大幅に向上した。

9-5/8” 231.00-252.30
Available size
10-3/4” 253.50-277.00
6.0(3) ピンねじのロードフランクコーナ円弧の最適化
11-3/4” 297.40-310.50

ゴーリング発生を防止するためにピンねじのロードフランク上方のコーナ円弧を大きくすることによ

12-3/4” 316.00-331.40

り応力を分散させた。

13-3/8” 336.40-347.00

6.35

7.9

(4) ピンとカップリングのロードフランク角度の最適化

14”

カップリングに対するピンのロードフランク角度を変更した。最も強度の高いピンねじ下部に応力を集

348.50-370.0

14-3/4” 374.50-381.00
16”

400.00-414.80

16-3/4” 423.50-427.50

中させ，耐ゴーリング性能をさらに向上させた。
(5) 25° のスタビング角度
バットレスモディファイねじでは 10° であったスタ

WT/OD≒2.0%

9.0
OD : Outside diameter, WT : Wall thickness

Fig. 22

Available manufacturing size

Photo 3Vessel for high-pressure gas

ビング角度を 25° とし，ねじ接続時の作業性を高めた。
3.8.3 KSBEAR ねじ性能評価試験
あるオイルメジャーから要求のあった試験方法と試験結果の例について述べる。
(1) 試験方法
試験材のグレード・サイズと試験体の組合わせをTable 10 に示す。
(a) グリーンドープ（環境保護型潤滑剤）のねじ締付けへの適用(b) 19.7°/30 m の曲げ試験(c) 80 ％ PBYS（pipe body yield strength） の 圧 縮 試
験(d) 100 回の熱サイクル試験
JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）− 60 −

エネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材ある薄肉管製造技術，表面性状平滑化技術を適用して，上管のみが認可されていた。しかし 2001 年に評価基準が見記要求に応えている。製造可能範囲を Fig. 22 に示す。

直されたことを受け，可燃性材料であるポリエチレンの被高圧ガスボンベ（Photo 3）に用いられる鋼管は，肉厚

覆鋼管において，樹脂に適切な耐熱性，耐候性を付与する

外径比：2％程度であり，シームレス鋼管の中で最も薄肉ことで認定を取得することが可能となり，従来の埋設用途品として位置付けられる。薄肉シームレス鋼管の製造にはだけでなく露出配管を含め，使用可能範囲を拡大すること

寸法精度の観点から非常に高度な製造技術が要求され，穿ができた。
Fig. 23 に商品の被覆構成を，Photo 4 に商品の写真を孔プロセスで生じる偏芯性偏肉を防止するための最適圧
延スケジュールを採用している。

示す。
3.10.2 商品の特長

内面性状改善のためには，圧延中に発生するスケールを内面工具（プラグ）で押さえ込むことを防止する必要があ「PLS-F」商品の特長は次の３点である。

り，被圧延材の温度低下を最小限にすることが可能な最適(1) 非塩ビ樹脂（ポリエチレン）被覆

なデスケーリング方法や薄肉材用の潤滑剤を適用してい(2) 配管場所：埋設部，立ち上り部（メーター）
，屋内（一

る。

般，防火区画貫通部，厨房周辺）(3) 配管接続方法：ネジ継手，メカニカル継手

3.10 防食管（ガス用非塩ビ樹脂外面被覆鋼管
PLS-F）

3.10.3 防火区画貫通評定
日本消防設備安全センター性能評定
評定番号：評 14-654 号

塩ビ系樹脂の廃材処理時の環境汚染といった地球環境問題に対する社会的責任が高まる中，当社の防食管におい国土交通省大臣認定ても塩ビ被覆鋼管を代替する商品の開発を推進している。

認定番号：壁）PS060WL-0059

その１つとしてガス配管用途である「外面塩ビ被覆鋼管」

床）PS060FL-0060の代替商品として防火区画貫通用ポリエチレン被覆鋼管

4. おわりに

PLS-F を開発した。
3.10.1 認定取得経緯
共同住宅・オフィスビルなどの「防火区画部」の配管施

地球温暖化問題に対応するために，水素利用技術に代表工については，耐熱性能において建築基準法および消防法される新エネルギー対応の技術開発が進展している。新エの規制により，従来，自己消火性材料である塩ビの被覆鋼

ネルギーを利用する場合も高性能で高品質の鋼材は必要である。特に，水素エネルギーの利用に当たっては安全性

Steel pipe

Polyethylene (Corrosion protective layer)などの面からもこれまでとは異なった特性が要求される

Modified polyethylene (Adhesive layer)

ものと考えられる。JFE スチールでは社会の発展に寄与するために技術開発を継続し時代の最先端を行く高性能の鋼材を供給していく所存である。

Fig. 23

Construction of coating for “PLS-F”

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Photo 4 “PLS-F”

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JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

エネルギーの生産，輸送，貯蔵に使用される鋼材

弟子丸慎一

高橋 和秀

遠藤

茂

蓮沼

坂田

長浜

裕

純一

敬

− 62 −