(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6879110
(24)【登録日】2021年5月7日
(45)【発行日】2021年6月2日
(54)【発明の名称】鋼管およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20210524BHJP
C22C 38/58 20060101ALI20210524BHJP
C21D 8/10 20060101ALI20210524BHJP
B21C 37/08 20060101ALI20210524BHJP
B21B 17/14 20060101ALI20210524BHJP
【FI】
C22C38/00 301Z
C22C38/58
C21D8/10 A
B21C37/08 A
B21B17/14 Z
【請求項の数】4
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2017-149498(P2017-149498)
(22)【出願日】2017年8月1日
(65)【公開番号】特開2019-26910(P2019-26910A)
(43)【公開日】2019年2月21日
【審査請求日】2020年5月13日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002044
【氏名又は名称】特許業務法人ブライタス
(72)【発明者】
【氏名】坂本 真也
(72)【発明者】
【氏名】友永 雄也
(72)【発明者】
【氏名】林 昌秀
(72)【発明者】
【氏名】田中 王治
(72)【発明者】
【氏名】山本 和人
【審査官】
瀧澤 佳世
(56)【参考文献】
【文献】
特開2002−020840(JP,A)
【文献】
特開2002−206141(JP,A)
【文献】
特開2005−281853(JP,A)
【文献】
特開2001−214218(JP,A)
【文献】
荒谷昌利ら,熱縮径圧延プロセスを活用した電磁特性に優れる電縫鋼管の開発,まてりあ,2012年,第51巻 第2号,64〜66頁
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C22C 38/00
B21B 17/14
B21C 37/08
C21D 8/10
C22C 38/58
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼管の化学組成が、質量%で、
C:0.03〜0.50%、
Si:0.01〜0.30%、
Mn:0.5〜2.0%、
P:0.100%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.100%以下、
N:0.010%以下、
O:0.010%以下、
Cr:0〜1.00%、
Mo:0〜1.00%、
Ni:0〜1.00%、
Cu:0〜1.00%、
Ti:0〜0.050%、
Nb:0〜0.100%、
V:0〜0.100%、
B:0〜0.0050%、
Ca:0〜0.0100%、
残部:Feおよび不純物であり、
前記鋼管の肉厚をtとしたときに、前記鋼管の外表面から1/8tの位置における(001)X線反射ランダム強度が3.0以上であり、
前記鋼管の外表面から5/8tの位置から7/8tの位置までの領域における(001)X線反射ランダム強度が3.0未満である、
鋼管。
【請求項2】
前記鋼管が、電縫鋼管である、
請求項1に記載の鋼管。
【請求項3】
前記鋼管が、熱間縮径圧延鋼管である、
請求項1または請求項2に記載の鋼管。
【請求項4】
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された鋼管を製造する方法であって、
質量%で、
C:0.03〜0.50%、
Si:0.01〜0.30%、
Mn:0.5〜2.0%、
P:0.100%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.100%以下、
N:0.010%以下、
O:0.010%以下、
Cr:0〜1.00%、
Mo:0〜1.00%、
Ni:0〜1.00%、
Cu:0〜1.00%、
Ti:0〜0.050%、
Nb:0〜0.100%、
V:0〜0.100%、
B:0〜0.0050%、
Ca:0〜0.0100%、
残部:Feおよび不純物である化学組成を有する鋼帯に対して、ロール成形し、高周波溶接により電縫鋼管とする工程と、
該電縫鋼管に熱間縮径圧延する工程とを備え、
前記熱間縮径圧延する工程において、
圧延終了時の前記電縫鋼管の外表面の温度を、下記(i)式で算出されるAr3点未満とし、かつ、
下記(ii)式で算出される前記電縫鋼管の内表面の温度をAr3点以上とする、
鋼管の製造方法。
Ar3=−507.44×C+877.01 ・・・(i)
TI=TO+10×t ・・・(ii)
但し、上記式中の各記号の意味は以下のとおりである。
C:電縫鋼管のC含有量(質量%)
TI:圧延終了時の電縫鋼管の内表面温度(℃)
TO:圧延終了時の電縫鋼管の外表面温度(℃)
t:電縫鋼管の肉厚(mm)
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼管およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
小径管製造ラインでは、一定径で製造された電縫鋼管を素管として、ストレッチレデューサによる熱間縮径圧延工程で所定径の小径管にしている。その際に、鋼管に曲がりが発生する場合がある。圧延後に生じる曲がりは、オーステナイト−フェライト変態に起因すると考えられている。
【0003】
また、縮径後の鋼管内面にへき開割れが発生し、その結果、歩留低下および追加製造による能率低下の問題が発生する場合がある。しかしながら、従来、割れの発生原因については解明されていないため、過去の実績のみを元に操業条件を設定して、割れの発生を少なくする努力が続けられており、課題の根本的な解決はなされていなかった。
【0004】
熱間縮径圧延に関する技術として、例えば、特許文献1には、電縫鋼管素管を加熱後、縮径圧延して製造した鋼管において優れた成形性を得るため、塑性変形能を示すn値、r値、集合組織集積状況を特定の範囲とすること、および、これらを実現するための縮径圧延での加熱温度、加工温度、加工量を制御する技術が開示されている。
【0005】
また、特許文献2には、電縫鋼管に、圧延終了温度:750〜900℃、累積縮径率:30〜80%で、かつ増肉率が+1%以上である縮径圧延を施し、あるいはさらに二次加工として、増肉率1%以上の冷間での縮径加工を施すことにより、大傾角粒界で囲まれた結晶粒の最大粒径が50μm以下で、結晶粒の〈100〉方位と管円周方向とのなす角度をθとし、cos
2θが0.9以上となる結晶粒(脆化粒)の面積率が55%以下である組織を有し、低温靭性に優れる鋼管が得られることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2002−115029号公報
【特許文献2】特開2014−9374号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献1および2には、縮径圧延時に発生する内面割れの問題についても、それを解決する方法についても記載がなされていない。
【0008】
本発明は、上記の課題を解決し、熱間縮径圧延後に内面割れおよび曲がりを抑制することが可能な鋼管および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】
【0009】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、下記の鋼管およびその製造方法を要旨とする。
【0010】
(1)鋼管の化学組成が、質量%で、
C:0.03〜0.50%、
Si:0.01〜0.30%、
Mn:0.5〜2.0%、
P:0.100%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.100%以下、
N:0.010%以下、
O:0.010%以下、
Cr:0〜1.00%、
Mo:0〜1.00%、
Ni:0〜1.00%、
Cu:0〜1.00%、
Ti:0〜0.050%、
Nb:0〜0.100%、
V:0〜0.100%、
B:0〜0.0050%、
Ca:0〜0.0100%、
残部:Feおよび不純物であり、
前記鋼管の肉厚をtとしたときに、前記鋼管の外表面から1/8tの位置における(001)X線反射ランダム強度が3.0以上であり、
前記鋼管の外表面から5/8tの位置から7/8tの位置までの領域における(001)X線反射ランダム強度が3.0未満である、
鋼管。
【0011】
(2)前記鋼管が、電縫鋼管である、
上記(1)に記載の鋼管。
【0012】
(3)前記鋼管が、熱間縮径圧延鋼管である、
上記(1)または(2)に記載の鋼管。
【0013】
(4)質量%で、
C:0.03〜0.50%、
Si:0.01〜0.30%、
Mn:0.5〜2.0%、
P:0.100%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.100%以下、
N:0.010%以下、
O:0.010%以下、
Cr:0〜1.00%、
Mo:0〜1.00%、
Ni:0〜1.00%、
Cu:0〜1.00%、
Ti:0〜0.050%、
Nb:0〜0.100%、
V:0〜0.100%、
B:0〜0.0050%、
Ca:0〜0.0100%、
残部:Feおよび不純物である化学組成を有する鋼帯に対して、ロール成形し、高周波溶接により電縫鋼管とする工程と、
該電縫鋼管に熱間縮径圧延する工程とを備え、
前記熱間縮径圧延する工程において、
圧延終了時の前記電縫鋼管の外表面の温度を、下記(i)式で算出されるAr
3点未満とし、かつ、
下記(ii)式で算出される前記電縫鋼管の内表面の温度をAr
3点以上とする、
鋼管の製造方法。
Ar
3=−507.44×C+877.01 ・・・(i)
T
I=T
O+10×t ・・・(ii)
但し、上記式中の各記号の意味は以下のとおりである。
C:電縫鋼管のC含有量(質量%)
T
I:圧延終了時の電縫鋼管の内表面温度(℃)
T
O:圧延終了時の電縫鋼管の外表面温度(℃)
t:電縫鋼管の肉厚(mm)
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、熱間縮径圧延後に内面割れおよび曲がりを抑制することが可能な鋼管を得ることが可能になる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
【0016】
(A)化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
【0017】
C:0.03〜0.50%
Cは、鋼の強度を増加させる作用を有する元素である。しかし、その含有量が過剰であると、強度が上昇し過ぎて延性および熱間加工性が低下するとともに、溶接接合部に欠陥が発生し易くなって溶接状況が不安定となる。そのため、C含有量は0.03〜0.50%とする。C含有量は0.10%以上であるのが好ましく、0.15%以上であるのがより好ましい。また、C含有量は0.45%以下であるのが好ましい。
【0018】
Si:0.01〜0.30%
Siは、脱酸元素として作用する。しかし、その含有量が過剰であると延性を劣化させる等の悪影響を生じる。そのため、Si含有量は0.01〜0.30%とする。Si含有量は0.02%以上であるのが好ましい。また、Si含有量は0.25%以下であるのが好ましく、0.20%以下であるのがより好ましい。
【0019】
Mn:0.5〜2.0%
Mnは、鋼の強度および靭性を確保する上で必要な元素である。一方、Mnは、一般にr値を低下させる元素として知られており、その低下代はC含有量が多い鋼ほど顕著になる。Mn含有量が過剰であると、r値が低下し、さらに強度が高くなり過ぎ、靭性および延性の劣化を招く。そのため、Mn含有量は0.5〜2.0%とする。
【0020】
P:0.100%以下
Pは、鋼中に不可避的に含有される成分である。しかしながら、P含有量が0.100%を超えると、鋼中で粒界偏析および中心偏析を起こし、延性劣化の原因となる。そのため、P含有量は0.100%以下とする。
【0021】
S:0.030%以下
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、冷間加工において割れの発生起点となる。そのため、S含有量はできるだけ少ないことが望ましく、その上限を0.030%とする。
【0022】
Al:0.100%以下
Alは、脱酸のために必要な元素であるが、過剰に添加するとAl
2O
3などの鋼中に残存する脱酸生成物の量が増すことになる。特に、電縫鋼管に用いられる場合、電縫部での巨大な介在物は致命的欠陥となる。したがって、Al含有量は0.100%以下とする。
【0023】
N:0.010%以下
Nは、鋼中に不純物として含有される。N含有量が0.010%を超えると靱性が低下する。そのため、N含有量は0.010%以下とする。N含有量は0.005%以下であるのが好ましい。
【0024】
O:0.010%以下
O(酸素)は鋼中に不純物として含有される。O含有量が0.01%を超えると靱性が低下する。そのため、O含有量は0.010%以下とする。O含有量は0.005%以下であるのが好ましい。
【0025】
Cr:0〜1.00%
Mo:0〜1.00%
Ni:0〜1.00%
Cu:0〜1.00%
Cr、Mo、Ni、Cuは、いずれも鋼の強度を高める元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、過剰に含有させるとコストが上昇するだけでなく、延性の低下を招く。そのため、いずれの元素の含有量も1.00%以下とする。上記の効果を得るためには、これらの元素から選択される1種以上を0.05%以上含有させるのが好ましい。
【0026】
Ti:0〜0.050%
Nb:0〜0.100%
V:0〜0.100%
Ti、Nb、Vは、炭化物、窒化物または炭窒化物を形成することによって、鋼を高強度化し、さらに加工性を向上するため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、過剰に含有させると結晶粒内または粒界に、多量の炭化物、窒化物または炭窒化物として析出し、延性を劣化させる。そのため、Ti、NbおよびVの含有量はそれぞれ0.050%以下、0.100%以下、および0.100%以下とする。上記の効果を得るためには、これらの元素から選択される1種以上を0.010%以上含有させるのが好ましい。
【0027】
B:0〜0.0050%
Bは、r値を向上させ、さらに耐二次加工性の改善に有効であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、過剰に含有させると結晶粒内または粒界に多量の炭化物または窒化物として析出し、延性を劣化させる。そのため、B含有量は0.0050%以下とする。上記の効果を得るためには、B含有量は0.0005%以上であるのが好ましい。
【0028】
Ca:0〜0.0100%
Caは、介在物制御の他、脱酸に有効な元素であり、さらに冷間での加工性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、過剰に含有させると鋼中の介在物が増加し、逆に冷間での加工性を劣化させる。そのため、Ca含有量は0.0100%以下とする。上記の効果を得るためには、Ca含有量は0.0010%以上であるのが好ましい。
【0029】
本発明の鋼管の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼管を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【0030】
(B)金属組織
本発明の鋼管は、フェライト主体の金属組織を有する。なお、本発明において、フェライト主体であるとは、フェライトの面積率が50%以上であることを意味する。フェライトの面積率は60%以上であるのが好ましく、70%以上であるのがより好ましい。
【0031】
熱間縮径圧延後の曲がりは、圧延後に鋼管の外表面側においてオーステナイト−フェライト変態が生じることで発生する。そのため、圧延終了前に外表面側においてフェライト変態が完了している必要がある。その結果、圧延終了後には、外表面側におけるフェライト組織は、加工を受け加工フェライト組織となる。特に、鋼管の肉厚をtとしたときに、鋼管の外表面から1/8tの位置までの領域において、加工フェライト組織が主体となる必要がある。
【0032】
一方、熱間縮径圧延後の内面割れは、圧延後に鋼管の内表面側において、加工フェライトのL断面(長手方向に垂直な断面)に(001)集合組織が発達することによって発生する。したがって、内面割れを防止するためには、内表面側においては、少なくとも圧延終了までの間、オーステナイト組織のままである必要がある。そのため、鋼管の外表面から5/8tの位置から内表面までの領域において、整粒フェライト組織が主体となる必要がある。
【0033】
本発明においては、加工フェライト組織が主体であるか、整粒フェライトが主体であるかは、(001)X線反射ランダム強度によって判断するものとする。すなわち、本発明に係る鋼管は、鋼管の肉厚をtとしたときに、鋼管の外表面から1/8tの位置における(001)X線反射ランダム強度が3.0以上となり、鋼管の外表面から5/8tの位置から7/8tの位置までの領域における(001)X線反射ランダム強度が3.0未満となる。
【0034】
なお、本発明において、(001)X線反射ランダム強度は以下の手順により測定を行う。まず、鋼管から弧状試験片を切り出し、これにプレス加工を施し、平板状にする。弧状試験片を平板状に加工するに際しては、加工に伴う結晶回転の影響を避けるため、極力低歪で行う必要があり、導入される歪み量は10%以下とする。
【0035】
続いて、得られた平板状の試験片について、機械研磨および化学研磨を行って歪みを除去した後、バフ研磨によって鏡面に仕上げ、測定面とする。そして、上記の測定面に対して、X線回折により(001)X線反射ランダム強度の測定を行う。測定は、外表面から内表面に向かって1/8t刻みで行う。そして、5/8t位置から7/8t位置までの1/8t刻みでの測定値の平均を、鋼管の外表面から5/8tから7/8tまでの領域における(001)X線反射ランダム強度とする。
【0036】
(C)寸法
本発明に係る鋼管の寸法について特に制限は設けないが、外径が13〜65mmであり、肉厚が1.5〜9.0mmであることが望ましい。
【0037】
(D)製造方法
本発明に係る鋼管の製造条件について特に制限はないが、例えば、以下に示す方法により、製造することができる。
【0038】
まず、上述の化学組成を有する鋼帯に対して、ロール成形し、高周波溶接により電縫鋼管とする。この工程においては特に制限はなく、常法に従って行えばよい。
【0039】
続いて、上記の電縫鋼管に対して、熱間縮径圧延を施す。鋼管の組織を制御するためには、本工程での鋼管の温度分布の調整が重要となる。
【0040】
上述のように、熱間縮径圧延後の曲がりを抑制するためには、圧延終了前に鋼管の外表面側においてフェライト変態が完了している必要がある。すなわち、熱間圧延終了時の電縫鋼管の外表面の温度がAr
3点未満となる必要がある。なお、Ar
3点は下記(i)式で算出される。
Ar
3=−507.44×C+877.01 ・・・(i)
但し、上記式中のCは、電縫鋼管のC含有量(質量%)を表す。
【0041】
一方、熱間縮径圧延後の内面割れを防止するためには、鋼管の内表面側において、少なくとも圧延終了までの間、オーステナイト組織のままである必要がある。すなわち、熱間圧延終了時の電縫鋼管の内表面の温度がAr
3点以上となる必要がある。なお、本発明において、鋼管の内表面温度は下記(ii)式で算出するものとする。
T
I=T
O−10×t ・・・(ii)
但し、上記式中の各記号の意味は以下のとおりである。
T
I:圧延終了時の電縫鋼管の内表面温度(℃)
T
O:圧延終了時の電縫鋼管の外表面温度(℃)
t:電縫鋼管の肉厚(mm)
【0042】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【0043】
表1に示す化学組成を有する鋼を溶製し、鋳造し鋳片とした。得られた鋳片を1150℃に加熱し、圧延仕上げ温度890℃、巻き取り温度630℃で熱間圧延し、板厚6mmの鋼板とした。上記鋼板を所定の幅にスリットして鋼帯とし、該鋼帯に対してロール成形した後、高周波電縫溶接により外径90mmの電縫鋼管とした。
【0044】
【表1】
【0045】
続いて、これらの鋼管を円周方向に回転させながら搬送し、高周波誘導加熱により表2に示す温度まで加熱した後、ストレッチレデューサにより縮径圧延を施し、外径30mm、肉厚6.5mmの鋼管を製造した。縮径圧延後の冷却は大気放冷とした。縮径圧延直後の鋼管の外表面温度および上記(ii)式によって算出される内表面温度を表2に示す。
【0046】
【表2】
【0047】
次に、得られた各鋼管について、(001)X線反射ランダム強度の測定を行った。具体的には、まず、各鋼管から弧状試験片を切り出し、これにプレス加工を施し、平板状にした。この際、導入される歪み量は10%以下となるように調整した。
【0048】
続いて、得られた平板状の試験片について、機械研磨および化学研磨を行って歪みを除去した後、バフ研磨によって鏡面に仕上げ、測定面とした。そして、上記の測定面に対して、X線回折により(001)X線反射ランダム強度の測定を行った。測定は、外表面から内表面に向かって1/8t刻みで行った。そして、5/8t位置から7/8t位置までの1/8t刻みでの測定値の平均を、鋼管の外表面から5/8tから7/8tまでの領域における(001)X線反射ランダム強度とした。
【0049】
表2に、鋼管の外表面から1/8tの位置における(001)X線反射ランダム強度、および5/8tの位置から7/8tの位置までの領域における(001)X線反射ランダム強度の測定結果を併せて示す。
【0050】
さらに、得られた各鋼管について、熱間縮径圧延後の曲がりおよび内面割れの発生の有無を目視および顕微鏡により観察した。その結果を表2に併せて示す。
【0051】
試験No.1〜10は、本発明の規定を全て満足する本発明例である。表2から分かるように、本発明例では、熱間縮径圧延後の曲がりも内面割れも発生しなかった。
【0052】
これらに対して、比較例である試験No.11では、熱間縮径圧延後の外表面温度がAr
3点以上であったことに起因して、鋼管の外表面から1/8tから5/8tまでの領域における(001)X線反射ランダム強度が3.0未満となり、その結果、圧延後に曲がりが発生した。一方、試験No.12では、熱間縮径圧延後の内表面温度がAr
3点未満であったことに起因して、鋼管の内表面における(001)X線反射ランダム強度が3.0以上となり、その結果、内面割れが発生した。
【産業上の利用可能性】
【0053】
本発明によれば、熱間縮径圧延後に内面割れおよび曲がりを抑制することが可能な鋼管を得ることが可能になる。