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JP2699785B2 - 耐摩耗性に優れたベンド鋼管の製造方法 - Google Patents

耐摩耗性に優れたベンド鋼管の製造方法

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JP2699785B2
JP2699785B2 JP4320490A JP32049092A JP2699785B2 JP 2699785 B2 JP2699785 B2 JP 2699785B2 JP 4320490 A JP4320490 A JP 4320490A JP 32049092 A JP32049092 A JP 32049092A JP 2699785 B2 JP2699785 B2 JP 2699785B2
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steel pipe
bend
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weight
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茂 遠藤
守康 長江
攻 平野
和巧 卯目
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JFE Engineering Corp
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  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ごみ輸送などの空気
輸送システムや鉱石質スラリー石灰質スラリーのような
スラリー状物質や磨耗性の高い硬質物質の輸送などに用
いられる耐摩耗性に優れたベンド鋼管の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、鋼板の耐摩耗性は、その表面硬
度を上昇させることにより向上する。このため、従来の
耐摩耗性鋼板はCをはじめ多量の合金元素を含む鋼を焼
入れ処理して製造する場合が多い。しかし、このような
耐摩耗鋼では、その高硬度のため加工性に劣ること、ま
た、炭素等量が必然的に高くなり溶接性が劣ることなど
の欠点を有している。
【0003】これらの問題を解決するため、比較的低い
炭素等量の鋼を用いて圧延焼入れ処理により耐摩耗鋼を
製造する方法が提案されている(特公昭56−1412
7号公報、特開昭57−89426号公報、特開昭61
−76615号公報など)。
【0004】
【0005】さらに、溶接性や加工性に優れたオーステ
ナイト乃至二相系ステンレスを用いた耐摩耗鋼管を製造
する方法(特開昭51−13361号公報)や耐摩耗ク
ラッド鋼管の製造方法(特開昭63−290616号公
報)も提案されている。
【0006】以上のように種々の耐摩耗鋼及び耐摩耗鋼
管の製造方法が提案されているものの、これらの技術を
用いて耐摩耗性に優れたベンド鋼管を製造する方法は未
だ提案されていない。一方、空気輸送システムなどには
鋳造により製造されたベンド管が用いられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
技術を用いてベンド鋼管を製造することは原理的には可
能であるが、上述した技術で製造された鋼管は加工性が
悪かったり、内面焼入れにより製造される鋼管の場合硬
化層が薄いこと、高合金を用いた場合には高価であるこ
となどの問題点がある。従って、空気輸送やスラリー輸
送の分野では加工性や溶接性に優れた耐摩耗鋼管がて耐
摩耗鋼管が求められているものの、現地での加工や溶接
が可能で耐摩耗性に優れたベンド鋼管は製造されていな
いのが現状である。また、現在空気輸送システムなどに
用いられている鋳鉄製のベンド管は、加工性や溶接性が
十分ではなく、高価でもある。
【0008】この発明はかかる事情に鑑みてなされたも
のであって、高加工性と優れた溶接性とを兼備し、かつ
耐摩耗性に優れたベンド鋼管の製造方法を提供すること
を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、第
1に、低炭素鋼管をオーステナイト及びフェライトの2
相域の温度に加熱しその温度範囲でベンド成形した後、
5℃/秒以上の冷却速度で冷却することを特徴とする耐
摩耗性に優れたベンド鋼管の製造方法を提供する。
【0010】第2に、低炭素鋼管を冷間でベンド成形
し、オーステナイト及びフェライトの2相域の温度に加
熱した後、5℃/秒以上の冷却速度で冷却することを特
徴とする耐摩耗性に優れたベンド鋼管の製造方法を提供
する。
【0011】本願発明者らは、高加工性と優れた溶接性
とを兼備し、すなわち比較的低い硬さと低い炭素当量と
を兼備し、かつ耐摩耗性に優れたベンド鋼管を製造すべ
く種々検討を重ねた結果、フェライトやベイナイトなど
の地組織中にマルテンサイトを分散させた鋼が、比較的
低い硬さを有しているため加工性に優れ、溶接性も良好
で、かつ優れた耐摩耗性を有することを見出した。ま
た、このような組織を得るためには従来鋼のように多量
の合金元素を添加する必要がなく、通常の低合金鋼に特
定の熱処理を施せば良いことを見出した。
【0012】すなわち、重量%で、C:0.05〜0.
30%,Si:0.50〜2.00%,Mn:0.50
〜2.50%を含み、必要によりCu:0.005〜
1.00%,Ni:0.005〜2.00%,Cr:
0.005〜0.50%,Nb:0.005〜0.10
%,Ti:0.005〜0.10%のうち1種以上を含
む鋼管を、2相域の温度に加熱して、フェライトとオー
ステナイトの2相組織とすることにより、オーステナイ
ト中に炭素やその他の元素が拡散により濃縮され、その
後の急処理によりオーステナイトがマルテンサイトに
変態するため、加工性の良いフェライトと耐摩耗性の良
いマルテンサイトの2相組織が得られるのである。組織
全体をマルテンサイト化するためには、溶接性を劣化さ
せる炭素やその他の合金元素などを多量に添加する必要
があるが、組織の一部をマルテンサイトにするためには
これらの元素の添加量は少量ですみ、溶接性も劣化も少
ない。上記構成を有する本発明は本願発明者らのこのよ
うな知見に基づいてなされたものである。以下、本発明
について詳細に説明する。
【0013】本発明で用いる低炭素鋼管については、そ
の製造方法は特に限定されるものではない。例えば、シ
ームレス鋼管、電縫鋼管、UO鋼管、スパイラル鋼管な
どいずれも許容される。また、鋼管の製造に用いられる
鋼板の製造方法も特別な方法に限定されるものではな
い。
【0014】また、低炭素鋼管は、低炭素の鉄系低合金
系の構造用鋼(例えば、JIS G3101,310
6,3115等に準ずる鋼)を用いた鋼管をいい、この
範囲であれば組成に制限はないが、C,Si,Mnを基
本成分として以下の範囲で含有するものであることが好
ましい。 C :0.05〜0.30重量% Si:0.50〜2.00重量% Mn:0.50〜2.50重量% このように好ましい範囲が限定される理由は以下のとお
りである。 C :0.05〜0.30重量%
【0015】十分なマルテンサイトの面積率を確保する
ために、Cは重要な元素であるが、その添加量が0.0
5重量%未満ではその効果が小さく、逆に0.3重量%
を超えると溶接性の劣化を招く、従って、C量は0.1
0〜0.30重量%の範囲が好ましい。 Si:0.50〜2.00重量%
【0016】Si量を低下させるとパーライト組織が生
成しやすくなりマルテンサイト量が低下し、良好な耐摩
耗性能が得られない。また、過剰に添加すると鋼板の熱
間延性の低下や溶接性の劣化を招く。これらの観点から
Si量は0.50〜2.00重量%の範囲が好ましい。 Mn:0.50〜2.50重量%
【0017】Mnは加熱時のオーステナイトの焼入性の
増加をもたらす元素であり、マルテンサイト量の確保
と、冷却後安定してマルテンサイトを得るために有効な
元素であるが、0.50重量%未満ではその効果が小さ
く、2.50重量%を超えて添加すると溶接性の劣化を
招く。従って、Mn量は0.50〜2.50重量%が好
ましい。また、上記基本成分に耐食性等の観点から、C
u,Ni,Crの少なくとも1種を以下の範囲で添加し
てもよい。 Cu:0.005〜1.00重量% Ni:0.005〜2.00重量% Cr:0.005〜0.50重量%
【0018】これらの元素はマルテンサイト量の増加、
耐食性の向上、及び硬さの上昇による地組織の耐摩耗性
能の向上を図るために添加されるものであり、いずれの
元素もその下限はこれらの効果を得るために最低必要な
量であり、その上限は溶接性を劣化させずにその効果が
得られる上限値である。さらに、地組織部分の硬さを上
昇させて、より優れた耐摩耗性能を得るために、Nb,
Tiの少なくとも1種を以下の範囲で添加してもよい。 Nb:0.005〜0.10重量% Ti:0.005〜0.10重量% これらの下限は硬さの上昇に効果がある最低量であり、
上限は溶接性や加工性を劣化させずに上記効果が得られ
る上限値である。
【0019】低炭素鋼管の加熱は、適性な量のフェライ
トとオーステナイトの2相組織を得るために、オーステ
ナイト及びフェライトの2相域の温度で行われるが、こ
の加熱温度はAc1 からAc1 +100℃の範囲である
ことが好ましい。この加熱温度がAc1 未満では、フェ
ライトからオーステナイトへの変態は生じず、加熱時に
2相組織が得られない。一方、Ac1 +100℃を超え
ると、加熱時のオーステナイト量が多すぎ、炭素などの
濃度の上昇が少なくなり、急令処理を行っても好ましい
フェライトとマルテンサイトの2相組織が得難い。
【0020】加熱処理後の冷却速度は5℃/秒以上に規
定される。これは、加熱時のオーステナイトがこれ以上
の速度で冷却することによりマルテンサイトに変態する
ためであり、これ未満の冷却速度では安定してフェライ
トとマルテンサイトの2相組織が得られない。なお、冷
却速度の上限は特に限定されない。
【0021】ベンド成形加工は、上記加熱に先立って冷
間で行ってもよいし、加熱後その温度域で行ってもよ
い。いずれにしても、所望の組織のベンド鋼管を得るこ
とができる。ただし、加熱温度域でのベンド成形加工
は、冷間での加工するよりも成形が容易であるなどの利
点がある。なお、この際のベンド成形加工は、通常行わ
れている方法が採用される。
【0022】加熱処理の方法は、高周波加熱を用いても
加熱炉を用いてもどちらでもよいが、水冷装置を具備し
た高周波加熱コイルを用いて加熱しながらベンド成形
し、直ちに水冷するのが最も好ましい方法である。
【0023】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
【0024】表1にこの実施例に用いた鋼管の組成及び
炭素当量Ceqを示す。A〜Mのいずれも一般構造用鋼の
組成であり、従ってCeqも一般構造溶鋼と同等である。
ただし、A〜Jは上記好ましい組成範囲内であるのに対
し、K〜Mはその組成範囲から外れている。なお、表1
には各組成のAc1 及びAc3 の値も併記した。
【0025】
【表1】
【0026】表1に示した組成の鋼を用いて表2、表3
に示す条件でベンド鋼管を製造した。表2、表3には鋼
管の製造方法、ベンド方法、及び熱処理条件を示してい
る。これら表の「ベンド方法」の欄における高周波ベン
ドは高周波加熱コイルを用い、加熱と共にベンド成形を
行うプロセスを意味し、冷間ベンドは冷間でベンド成形
を行うプロセスを意味している。また、冷間ベンド後の
熱処理は加熱炉を用いて行った。
【0027】表2、表3において、各鋼の番号1の鋼管
はいずれも本発明の範囲内の条件で、しかも加熱温度が
Ac1 からAc1 +100℃の範囲内で製造したもので
ある。また、鋼Bを除く各鋼の番号2は加熱温度がAc
1 未満であり、本発明の範囲外のものである。鋼Bを除
く各鋼の番号3は、本発明の範囲内であるが、加熱温度
がAc1 +100℃を超えるものである。さらに、鋼B
を除く各鋼の番号4は加熱温度は本発明の範囲内である
が冷却速度が本発明の範囲から外れるものである。
【0028】鋼Bの番号2、3は加熱温度、冷却速度と
も本発明の範囲を外れるもの、番号4は熱処理をおこな
わなかったものである。
【0029】これらのベンド鋼管について摩耗試験を行
った。摩耗試験は図1に示すような水と珪砂とを混合し
た環境での試験片回転型の摩耗試験装置により行った。
図1の(a)は試験装置を示し、(b)はこの装置に用
いる試験片を拡大して示すものである。摩耗試験は、容
器1に珪砂と水とを装入し、円盤2を水平状態でこれら
に埋設し、この円盤2の外周近傍に(b)で示す形状を
有する試験片3を取り付け、回転軸4を軸に円盤2を回
転させることによって行われる。摩耗特性は、供試験材
の試験片とSS400試験片とを同時に試験してこれら
の摩耗減量を測定し、SS400試験片の摩耗減量を供
試材の試験片の摩耗減量で除した値で評価した。その値
が大きい程、耐摩耗特性が良好であることを意味する。
このようにして求めた摩耗特性も表2、3に併記する。
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】これらの表から明らかなように、本発明の
範囲内の条件で製造されたベンド鋼管はいずれも1.5
以上の摩耗特性が得られた。特に、加熱温度がAc1
らAc1 +100℃の範囲のものはその中でも良い摩耗
特性を示した。また、A−1〜M−1はいずれも本発明
の範囲内のものであるが、好ましい組成を有するA−1
〜J−1がその範囲外のK−1〜M−1よりも良好な摩
耗特性を示した。
【0033】これに対し、熱処理条件が本発明の範囲か
ら外れるA−2〜J−2,A−4〜J−4,B−3,熱
処理を行わなかったB−4はいずれも1.5未満の摩耗
特性となった。この結果から、本発明により耐摩耗性が
良好なベンド鋼管が得られることが確認された。なお、
本発明の方法で得られたベンド鋼管はいずれも加工性が
良好であり、溶接性に優れていた。
【0034】
【発明の効果】この発明によれば、低合金鋼をベースと
し、フェライトとマルテンサイトの2相組織が形成され
るので、高加工性と優れた溶接性とを兼備し、かつ耐摩
耗性に優れたベンド鋼管を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】摩耗試験を説明するための図。
【符号の説明】
1;容器、2;円盤、3;試験片、4;回転軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/58 C22C 38/58 (72)発明者 卯目 和巧 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−174225(JP,A) 特開 昭63−171220(JP,A) 特開 平3−267315(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、C:0.05〜0.30%,S
    i:0.50〜2.00%,Mn:0.50〜2.50
    %を含む鋼管を、オーステナイトおよびフェライトの2
    相域の温度に加熱しその温度域でベンド成形した後、5
    ℃/秒以上の冷却速度で冷却することを特徴とする耐摩
    耗性に優れたベンド鋼管の製造方法。
  2. 【請求項2】重量%で、C:0.05〜0.30%,S
    i:0.50〜2.00%,Mn:0.50〜2.50
    %を含む鋼管を、冷間でベンド成形し、オーステナイト
    およびフェライトの2相域の温度に加熱した後、5℃/
    秒以上の冷却速度で冷却することを特徴とする耐摩耗性
    に優れたベンド鋼管の製造方法。
  3. 【請求項3】鋼管は、さらにCu:0.005〜1.0
    0%,Ni:0.005〜2.00%,Cr:0.00
    5〜0.50%,Nb:0.005〜0.10%,T
    i:0.005〜0.10%のうち1種以上を含むこと
    を特徴とする請求項1または2に記載の耐摩耗性に優れ
    たベンド鋼管の製造方法。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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