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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022035868
(43)【公開日】2022-03-04
(54)【発明の名称】電縫鋼管
(51)【国際特許分類】
   C22C 38/00 20060101AFI20220225BHJP
   C22C 38/38 20060101ALI20220225BHJP
   C22C 38/58 20060101ALI20220225BHJP
   C21D 8/10 20060101ALN20220225BHJP
【FI】
C22C38/00 301Z
C22C38/38
C22C38/58
C21D8/10 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020140477
(22)【出願日】2020-08-21
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】JFEスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100165696
【弁理士】
【氏名又は名称】川原 敬祐
(74)【代理人】
【識別番号】100195785
【弁理士】
【氏名又は名称】市枝 信之
(72)【発明者】
【氏名】荒谷 昌利
(72)【発明者】
【氏名】松井 亮二
(72)【発明者】
【氏名】石川 和俊
(72)【発明者】
【氏名】近藤 友則
【テーマコード(参考)】
4K032
【Fターム(参考)】
4K032AA01
4K032AA04
4K032AA05
4K032AA11
4K032AA14
4K032AA16
4K032AA17
4K032AA20
4K032AA21
4K032AA22
4K032AA23
4K032AA27
4K032AA29
4K032AA31
4K032AA35
4K032AA36
4K032AA37
4K032AA40
4K032BA03
4K032CA02
4K032CA03
4K032CC03
4K032CC04
4K032CE01
4K032CE02
(57)【要約】
【課題】低温靱性に優れる低炭素の組成でありながら、780MPa以上の高い引張強さと、優れた局部延性能および耐溶接熱影響部軟化特性とを兼ね備えた電縫鋼管を提供する。
【解決手段】所定の成分組成を有し、主相としてのフェライト相と、第2相としてのベイナイトを含み、前記フェライト相に含まれるTi系炭化物の最大粒径が30nm以下であり、前記フェライト相に含まれるNb系炭化物の最大粒径が30nm以下であり、かつ、ベイナイトの面積率が10%以上、40%未満である微細組織を有し、引張強さが780MPa以上であり、フェライト相とベイナイト相のビッカース硬さの差ΔHVが40以下である、電縫鋼管。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量%で、
C :0.05~0.20%、
Si:0.01~1.0%、
Mn:0.1~2.5%、
P :0.1%以下、
S :0.01%以下、
Al:0.01~0.10%、
Ti:0.010~0.20%、
Nb:0.010~0.10%、
N :0.0005~0.0050%、
Cr:0.05~0.30%、および
Mo:0.05~0.30%、
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
主相としてのフェライト相と、第2相としてのベイナイトを含み、
前記フェライト相に含まれるTi系炭化物の最大粒径が30nm以下であり、
前記フェライト相に含まれるNb系炭化物の最大粒径が30nm以下であり、かつ、
ベイナイトの面積率が10%以上、40%未満である微細組織を有し、
引張強さが780MPa以上であり、
フェライト相とベイナイト相のビッカース硬さの差ΔHVが40以下である、電縫鋼管。
【請求項2】
前記成分組成が、質量%で、
Cu:1.0%以下、
Ni:1.0%以下、
W :0.5%以下、
V :0.5%以下、および
REM:0.02%以下からなる群より選択される少なくとも1つをさらに含む、請求項1に記載の電縫鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電縫鋼管に関し、特に、低温靱性に優れる低炭素の組成でありながら、780MPa以上の高い引張強さと、優れた局部延性能および耐溶接熱影響部軟化特性とを兼ね備え、建機フレームなどの用途に好適に用いることができる電縫鋼管に関する。
【背景技術】
【0002】
油圧ショベルなどの建設機械やトラクタなどの農業機械をはじめとする各種作業車両においては、オペレーター保護の観点からキャビン(運転室)の強度を確保することが求められる。そのため、キャビンの骨格構成部材(キャビンフレーム)には鋼管が一般的に用いられている。そして近年では、機能性向上や軽量化の観点から、異形断面形状に加工された鋼管(異形断面鋼管)の適用が進められている。
【0003】
例えば、特許文献1および特許文献2では、キャビン前方のピラーとして異形断面鋼管を用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平05-256059号公報
【特許文献2】特開2000-198468号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
異形断面鋼管を用いることにより、鋼管を薄肉化しても強度を確保できるため、軽量化の面で有利である。また、異形断面鋼管は、補強部品等との組み合わせが容易であり、機能的にも優れている。
【0006】
そのため、キャビンフレームの素材として用いられる鋼管には、強度が高いことに加えて、複雑な異形断面形状への加工に対応するために成形性に優れることも求められる。特に、特許文献1および特許文献2に記載されているような密着扁平部を含む異形断面形状に加工する際に、密着扁平部における割れの発生を防止するためには、高い局部延性能が必要とされる。
【0007】
しかし、引張強さと成形性とは相反する特性であるため、鋼管の引張強さを高めると、複雑な断面形状への成形が困難となる。そのため、従来のキャビンフレーム用鋼管の引張強さは、高くとも590MPa程度であった。しかし、さらなる安全性向上と軽量化のためには、780MPa以上の引張強さを有する高強度鋼管を用いることが求められる。
【0008】
ここで、780MPa以上の引張強さを有する高強度鋼は、析出強化型と組織強化型の2種類に大別される。
【0009】
析出強化型の高強度鋼では、軟質なフェライト相の中に、微細な析出物を分散させることで必要強度を確保している。しかし、析出強化型の高強度鋼を電縫鋼管に適用した場合、溶接部にて析出物が粗大化することで著しい軟化が生じるため、局部的に強度が不足する。
【0010】
一方、組織強化型の高強度鋼としては、軟質なフェライトと硬質なマルテンサイト相の二相組織を有するDP鋼や、ベイナイト単相鋼が挙げられる。DP鋼は、ある程度の加工度までの成形では優れた成形性を示すものの、密着扁平など成形限界に近いレベルで加工するとフェライトとマルテンサイトの界面で割れが生じる。すなわち、DP鋼は局部延性能が十分ではない。さらに、DP鋼における第二相であるマルテンサイト相は、溶接時の熱により焼き戻しを受けて軟化するため、局部的に強度が不足する。また、ベイナイト単層鋼は、微細組織が均一で局部延性能に優れるものの、全体的に成形性が劣位のため複雑な異形断面への成形に対応できない。また、建設機械などの作業車両は極寒冷地域で使用されることもあるため、低温靱性も重要な特性であるため、炭素量もできるだけ低い方が望ましい。しかし、ベイナイト単相鋼において780MPa以上の引張強さを達成するためには、炭素量をかなり高くする必要があり、低温靱性の面で不利である。
【0011】
さらに、キャビンフレームに使用される鋼管は、プラズマ溶接やアーク溶接など大入熱をともなう溶接方法で他の部品と接合されることが多い。そのため、溶接熱影響部(HAZ)で軟化が生じ、割れの原因となる。したがって、キャビンフレーム用鋼管には、大入熱溶接においてもHAZ軟化が極力少ないことが望まれる。
【0012】
また、建設機械などのクレーンのジブ(ブーム)には、鋼管を組み合わせてラチス構造としたものが用いられる。そのような用途に用いられる電縫鋼管にも、キャビンフレーム用電縫鋼管と同様に上述した優れた特性を備えることが求められる。
【0013】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、低温靱性に優れる低炭素の組成でありながら、780MPa以上の高い引張強さと、優れた局部延性能および耐溶接熱影響部軟化特性とを兼ね備えた電縫鋼管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】
【0014】
本発明者らは上記課題を解決するために検討を行った結果、以下の知見を得た。
【0015】
まず、加工性に優れるフェライト相を主相とし、第二相としてベイナイトを適量含む組織とすることで780MPa以上の引張強さを確保する。そして、前記組織において、フェライト相中に微細な炭化物を分散させて主相を強化することで、フェライト相とベイナイト相の硬さの差を小さくする。これにより、フェライト相とベイナイト相の界面での剥離が防止され、局部延性能が向上する。
【0016】
上記知見を得るために行った実験の一つについて、以下、説明する。
【0017】
まず、C:0.09%、Si:0.01%、Mn:1.8%、P:0.02%、S:0.002%、Ti:0.10%、Nb:0.03%、Cr:0.15%、およびMo:0.15%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、主相としての析出強化したフェライト相と第2相としてのベイナイト相からなる微細組織を有する熱延鋼板を製造した。なお、製造条件を調整することにより、前記熱延鋼板の引張強さを一定の範囲(780~820MPa)に収めつつ、フェライト相とベイナイト相の分率およびフェライト相とベイナイト相の硬さの差を変化させた。
【0018】
前記熱延鋼板を電縫溶接して、外径89.1mm、管厚3.2mmの電縫鋼管を製造した。得られた電縫鋼管のそれぞれに対し、図1に示すように管の断面が偏平となるように偏平加工を施し、割れが発生する直前の内側曲げ半径R(mm)を測定した。前記曲げ半径Rと管厚t(mm)から、下記(1)式を用いて、割れが発生する直前の曲げ外側における限界歪εmax(%)を求めた。
εmax=t/(2R+t)×100(%)…(1)
【0019】
図2に、フェライト相とベイナイト相の硬さの差ΔHVと、限界歪εmaxとの関係を示す。ここで、フェライト相およびベイナイト相のビッカース硬さは、管円周方向断面について硬さの測定に影響が出ない程度に希釈したナイタール腐食液で微細組織を現出させた後、マイクロビッカース硬度計を用いて、荷重0.5kgで測定した。測定は、各相につき10点ずつ行い、それらの平均値の差をΔHVとした。なお、ここで「管円周方向断面」とは、管の長手方向に垂直な断面を指す。
【0020】
図2に示したように、ΔHVが40以内の場合、εmaxが95%以上と、優れた局部延性能を示した。なお、いずれのサンプルにおいてもεmaxが100%に満たないのは、扁平加工を行った際に、曲げ内側が完全密着せず、不可避的に空間が残ってしまうためである。ΔHVが40以内のサンプルでは、すべて曲げ外側に目視で確認できる割れは発生していなかった。
【0021】
図3にはΔHVが40以内のサンプルにおける、ベイナイト相の面積率と限界歪εmaxとの関係を示す。なお、ベイナイト相の面積率は、パイプの円周方向断面をナイタール腐食した後、光学顕微鏡にて倍率400倍で観察し、画像解析により算出した。前記観察は10断面について行い、各断面における面積率の平均値を使用した。
【0022】
図3に示したように、ベイナイト面積率が40%を超えると、限界歪εmaxが急激に低下する。したがって、ベイナイト面積率が40%以上であれば、優れた局部延性能が得られる。
【0023】
本発明は上述の知見に基づいてなされたものであり、以下を要旨とするものである。
【0024】
1.質量%で、
C :0.05~0.20%、
Si:0.01~1.0%、
Mn:0.1~2.5%、
P :0.1%以下、
S :0.01%以下、
Al:0.01~0.10%、
Ti:0.010~0.20%、
Nb:0.010~0.10%、
N :0.0005~0.0050%、
Cr:0.05~0.30%、および
Mo:0.05~0.30%、
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
主相としてのフェライト相と、第2相としてのベイナイトを含み、
前記フェライト相に含まれるTi系炭化物の最大粒径が30nm以下であり、
前記フェライト相に含まれるNb系炭化物の最大粒径が30nm以下であり、かつ、
ベイナイトの面積率が10%以上、40%未満である微細組織を有し、
引張強さが780MPa以上であり、
フェライト相とベイナイト相のビッカース硬さの差ΔHVが40以下である、電縫鋼管。
【0025】
2.前記成分組成が、質量%で、
Cu:1.0%以下、
Ni:1.0%以下、
W :0.5%以下、
V :0.5%以下、および
REM:0.02%以下からなる群より選択される少なくとも1つをさらに含む、上記1に記載の電縫鋼管。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、低温靱性に優れる低炭素の組成でありながら、780MPa以上の高い引張強さと、優れた局部延性能および耐溶接熱影響部軟化特性とを兼ね備えた電縫鋼管を提供することができる。本発明の電縫鋼管は、一部密着部を含むような厳しい異形断面形状への加工にも耐えることができるため、キャビンフレーム用電縫鋼管、特に、キャビンフレーム用の異形断面鋼管の素材として、極めて好適に用いることができる。また、本発明の電縫鋼管を素材として用いることにより、キャビンフレームの強度を向上させつつ軽量化することができる。さらに、上記の優れた特性を有する本発明の電縫鋼管は、クレーンのジブ(ブーム)用電縫鋼管としても好適に用いることができる。すなわち、本発明の電縫鋼管は、建機フレーム用として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
図1】管に偏平加工を施して、割れが発生する直前の曲げ外側における限界歪を測定する方法を示す断面模式図である。
図2】フェライト相とベイナイト相の硬さの差ΔHVと、限界歪εmaxとの関係を示すグラフである。
図3】ベイナイト相の面積率と限界歪εmaxとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明について詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【0029】
[成分組成]
まず、本発明の電縫鋼管の成分組成について説明する。特に断らない限り、各成分の含有量を表す「%」は、「質量%」を意味する。
【0030】
C:0.05~0.20%
Cは、鋼管の強度を向上させる作用を有する元素である。キャビンフレームなどに求められる強度(硬さ)を確保するためには、C含有量を0.05%以上とする必要がある。そのため、C含有量は0.05%以上とする。一方、C含有量が0.20%を超えると、加工性や低温靱性が劣化する。そのため、C含有量は0.20%以下、好ましくは0.15%以下とする。
【0031】
Si:0.01~1.0%
Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶強化元素としても作用する元素である。前記効果を得るためには0.01%以上の含有を必要とする。そのため、Si含有量は0.01%以上とする。一方、1.0%を超えて含有すると、電縫溶接性が低下する。そのため、Si含有量は1.0%以下、好ましくは0.5%以下とする。
【0032】
Mn:0.1~2.5%
Mnは、固溶して鋼の強度向上に寄与するとともに、鋼の焼入れ性を向上させる元素である。キャビンフレームに求められる強度(硬さ)を確保するためには、0.1%以上の含有を必要とする。そのため、Mn含有量は0.1%以上、好ましくは0.5%以上とする。一方、2.5%を超えて含有すると、靭性が低下することに加え、焼割れの危険が増大する。そのため、Mn含有量は2.5%以下、好ましくは2.0%以下とする。
【0033】
P:0.1%以下
Pは、不純物として鋼中に含まれる元素であり、粒界等に偏析し、耐溶接割れ性および靭性を低下させる。そのため、キャビンフレームとして用いるためにはP含有量を0.1%以下に低減する必要がある。そのため、P含有量は0.1%以下、好ましくは0.05%以下とする。一方、耐溶接割れ性および靭性を向上させるという観点からは、P含有量は低ければ低いほどよい。そのため、P含有量の下限は特に限定されず、0%であってよい。
【0034】
S:0.01%以下
Sは、鋼中では硫化物系介在物として存在し、熱間加工性、靭性を低下させる元素である。キャビンフレームとして用いるためにはS含有量を0.01%以下に低減する必要がある。そのため、S含有量は0.01%以下、好ましくは0.005%以下とする。
【0035】
Al:0.01~0.10%
Alは、脱酸剤として作用するとともに、Nと結合しAlNとして析出し、強度を高める効果を有する。前記効果を得るためには、0.01%以上の含有を必要とする。そのため、Al含有量は0.01%以上とする。一方、0.10%を超えて多量に含有すると、酸化物系介在物量が増加し、加工性が低下する。そのため、Al含有量は0.10%以下、好ましくは0.05%以下とする。
【0036】
Ti:0.010~0.20%以下
Tiは、鋼中のCと結合してTiCを形成し、該TiCが主相であるフェライト中に微細分散することによってフェライト相のビッカース硬さが上昇する。したがって、Tiを添加することにより、フェライト相とベイナイト相のビッカース硬さの差を小さくし、局部延性能を高めることができる。しかし、Ti含有量が0.010%未満では前記作用が十分に発揮されない。そのため、Ti含有量は0.010%以上とする。一方、Ti含有量が0.20%を超えると鋼の加工性および靭性が低下する。そのため、Ti含有量は0.20%以下、好ましくは0.15%以下とする。
【0037】
Nb:0.010~0.10%
Nbは、Tiと同様、鋼中のCと結合してNbCを形成し、該NbCが主相であるフェライト中に微細分散することによってフェライト相のビッカース硬さが上昇する。したがって、Nbを添加することにより、フェライト相とベイナイト相のビッカース硬さの差を小さくし、局部延性能を高めることができる。前記効果を発揮するためには、0.010%以上の含有を必要とする。そのため、Nb含有量は0.010%以上とする。一方、Nb含有量が0.10%を超えると、添加効果が飽和して含有量に見合う効果が得られないため、経済的に不利となる。そのため、Nb含有量は0.10%以下、好ましくは0.05%以下とする。
【0038】
N:0.0005~0.0050%
Nは、不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼中の窒化物形成元素と結合し、結晶粒の粗大化の抑制、さらには焼戻後の強度増加に寄与する。前記効果を得るために、N含有量は0.0005%以上、好ましくは0.0010%以上とする。一方、0.0050%を超える含有は、溶接部の靭性を低下させる。そのため、N含有量は0.0050%以下、好ましくは0.004%以下とする。
【0039】
Cr:0.05~0.30%、
Crは、固溶して鋼の強度向上に寄与する元素である。また、Crは熱処理軟化抵抗を向上させる作用を有しているため、Crを添加することにより、キャビンフレームを周辺部品と大入熱溶接する際のHAZ軟化を抑制することができる。これらの効果を発揮するには、0.05%以上の含有が必要である。そのため、Cr含有量は0.05%以上、好ましくは0.10%以上でとする。一方、Cr含有量が0.30%を超えると、酸化物が形成されやすくなり、電縫溶接部にCr酸化物が残存して溶接品質が低下する。そのため、Cr含有量は0.30%以下、好ましくは0.20%以下とする。
【0040】
Mo:0.05~0.30%、
Moは、固溶して鋼の強度向上に寄与する元素である。また、Moは、Crと同様に熱処理軟化抵抗を向上させる作用を有しているため、Moを添加することにより、キャビンフレームを周辺部品と大入熱溶接する際のHAZ軟化を抑制することができる。これらの効果を発揮するには、0.05%以上の含有が必要である。そのため、Mo含有量は0.05%以上、好ましくは0.10%以上とする。一方、Moは高価な元素であり、過度な添加はコスト上昇につながる。また、過度にMoを添加してもその効果は飽和する。そのため、Mo含有量は0.30%以下、好ましくは0.20%以下とする。
【0041】
本発明の一実施形態における電縫鋼管は、上記元素を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することができる。
【0042】
また、本発明の他の実施形態においては、前記成分組成は、さらに以下に挙げる元素の少なくとも1つを任意に含有することができる。
【0043】
Cu:1.0%以下
Cuは、焼入れ性を向上させるとともに、耐食性を向上させる作用を有する元素である。しかし、Cuは高価な合金元素であるため、Cu含有量が1.0%を超えると材料コストの高騰を招く。そのため、Cu含有量は1.0%以下、好ましくは0.50%以下とする。一方、Cu含有量の下限はとくに限定されないが、Cuの添加効果を高めるという観点からは、Cuを添加する場合、Cu含有量を0.05%以上とすることが好ましい。
【0044】
Ni:1.0%以下
Niは、Cuと同様、焼入れ性を向上させるとともに、耐食性を向上させる作用を有する元素である。しかし、Niは高価な合金元素であるため、Ni含有量が1.0%を超えると材料コストの高騰を招く。そのため、Ni含有量は1.0%以下、好ましくは0.50%以下とする。一方、Ni含有量の下限はとくに限定されないが、Niの添加効果を高めるという観点からは、Niを添加する場合、Ni含有量を0.05%以上とすることが好ましい。
【0045】
W:0.5%以下
Wは、Nbと同様に、微細な炭化物を形成して強度(硬さ)の増加に寄与する元素である。しかし、W含有量が0.5%を超えると、添加効果が飽和して含有量に見合う効果が得られないため、経済的に不利となる。そのため、W含有量は0.5%以下、好ましくは0.3%以下とする。一方、W含有量の下限はとくに限定されないが、Wの添加効果を高めるという観点からは、Wを添加する場合、W含有量を0.01%以上とすることが好ましい。
【0046】
V:0.5%以下
Vは、NbおよびWと同様に、微細な炭化物を形成して強度(硬さ)の増加に寄与する元素である。しかし、V含有量が0.5%を超えると、添加効果が飽和して含有量に見合う効果が得られないため、経済的に不利となる。そのため、V含有量は0.5%以下、好ましくは0.3%以下とする。一方、V含有量の下限はとくに限定されないが、Vの添加効果を高めるという観点からは、Vを添加する場合、V含有量を0.01%以上とすることが好ましい。
【0047】
REM:0.02%以下
REM(希土類金属)は、硫化物系介在物の形態を微細な略球形の介在物に制御する作用を有する元素である。しかし、REM含有量が0.02%を超えると、疲労き裂の起点となる介在物の量が過剰となるため、かえって耐腐食疲労特性が低下する。そのため、REM含有量は0.02%以下、好ましくは0.01%以下とする。一方、REM含有量の下限はとくに限定されないが、REMの添加効果を高めるという観点からは、REMを添加する場合、REM含有量を0.001%以上とすることが好ましい。
【0048】
[微細組織]
本発明の電縫鋼管は、主相としてのフェライト相と、第2相としてのベイナイトを含み、前記フェライト相に含まれるTi系炭化物の最大粒径が30nm以下であり、前記フェライト相に含まれるNb系炭化物の最大粒径が30nm以下であり、かつ、ベイナイトの面積率が10%以上、40%未満である微細組織を有する。以下、上記微細組織の限定理由について説明する。
【0049】
なお、本発明において「主相」とは、微細組織全体の中で、最大の面積率を有する相を指すものとする。また、本発明において「第2相」とは、微細組織全体の中で、2番目に大きい面積率を有する相を指すものとする。
【0050】
Ti系炭化物の最大粒径:30nm以下
Nb系炭化物の最大粒径:30nm以下
本発明においては、主相としてのフェライト中を強化するために、前記フェライト中にTi系炭化物およびNb系炭化物を析出させる。しかし、炭化物による強化効果は、該炭化物が可動転位の移動を阻害する、いわゆるピン止め効果に基づいており、ピン止め効果を発揮させるためには炭化物が微細である必要がある。そこで、前記Ti系炭化物およびNb系炭化物の最大粒径を、それぞれ30nm以下とする。軟質なフェライト中に微細な炭化物を分散させて強化することで、フェライト相とベイナイト相の硬さの差が小さくなり、その結果、フェライト相とベイナイト相の界面での剥離が防止され、局部延性能が向上する。
【0051】
ベイナイト面積率:10%以上、40%未満
ベイナイトの面積率が低いと、相対的にフェライトの面積率が高くなる。フェライト面積率が高すぎると、フェライト中に析出している炭化物の粗大化に起因する溶接時の強度低下が顕著となる。そこで、溶接時の強度低下を防止するために、ベイナイト面積率を10%以上とする。一方、ベイナイトの面積率が40%以上であると、加工性が低下し、厳しい加工に対応できなくなる。そのため、ベイナイト相の面積率を40%未満とする。
【0052】
TS:780MPa以上
作業者保護および軽量化の観点から、電縫鋼管の強度を向上させることが重要である。そこで、本発明では電縫鋼管の引張強さ(TS)を780MPa以上とする。一方、引張強さの上限は特に限定されないが、過度な強度上昇は加工性を低下させる。そのため、引張強さを1180MPa以下とすることが好ましい。
【0053】
ΔHV:40以下
フェライト相とベイナイト相のビッカース硬さの差ΔHVが40以下であれば、密着扁平加工のような延性限界に近い厳しい加工でも割れの発生を防止できる。そのため、ΔHVを40以下とする。組織の均一性を高め、主相と第二相の硬さの差を極力小さくすることが局部延性能を向上させることになるので、ΔHVは小さい方が好ましく、下限については特に限定されない。
【0054】
上記電縫鋼管の寸法はとくに限定されることなく、任意のサイズとすることができる。しかし、キャビンフレームなどの用途への適用の観点からは、電縫鋼管の外径を65~127mmとすることが好ましい。また、同様の観点からは、電縫鋼管の管厚を3~12mmとすることが好ましい。
【0055】
[製造条件]
次に、本発明の電縫鋼管の製造方法の一例について説明する。上述した微細組織および機械的特性を有する電縫鋼管を得るには、鋼管の素材となる熱延鋼板の製造条件が重要である。特に、微細な析出物を効果的に析出させて主相のフェライト相を強化するためには、以下の条件にて熱間鋼板を製造する必要がある。
【0056】
スラブ加熱温度:1100~1300℃
まず、熱間圧延に先だって、上述した成分組成を有する鋼スラブをスラブ加熱温度まで加熱する。その際、前記スラブ加熱温度が低いと、鋼中のTiやNbなどの析出物を十分に溶解させることがでないため、最終的に得られる熱延鋼板中に、強化に有効な微細析出物を形成することができない。そのため、スラブ加熱温度は1100℃以上とする必要がある。一方、スラブ加熱温度が1300℃を超えると、炭化物が粗大となることに加え、結晶粒が著しく粗大化し、靱性が低下する。そのため、スラブ加熱温度は1300℃以下とする必要がある。
【0057】
次に、前記スラブ加熱温度まで加熱された鋼スラブ熱間圧延することにより、鋼管の素材となる熱延鋼板を製造する。前記熱間圧延は、通常と同じく、粗圧延と仕上圧延とを含むものであってよい。
【0058】
前記粗圧延の条件は特に限定されず、常法に従って行うことができる。鋼圧延に粗圧延を施すことによってシートバーとし、前記シートバーを仕上圧延することにより熱延鋼板とする。
【0059】
仕上圧延温度:Ar3点以上、950℃以下
前記仕上圧延における仕上圧延終了温度は、被圧延材である鋼のAr3点以上とする必要がある。仕上圧延終了温度がAr3点未満である場合、仕上圧延がフェライトとオーステナイトの二相域で行われるため、著しく粗大な結晶粒と微細な結晶粒とが混在する混粒組織となる。そしてその結果、引張特性にバラツキが生じ、最終的に得られる鋼管の加工性、加工精度が低下する。また、鋼板表面に肌荒れが生じ、外観品質が劣化する。一方、仕上圧延終了温度が950℃を超えると、炭化物が粗大となることに加え、表面肌が劣化して製品の外観性を損ねる。そのため、仕上圧延終了温度は950℃以下とする。
【0060】
ここで、Ar3点の値は、CALPHAD法に基づく熱力学平衡計算により算出することができる。具体的には、市販の熱力学平衡計算ソフトウェアであるThermo-Calc(Thermo-Calc Software社)を用いて求めることができる。
【0061】
巻取温度:500~700℃
熱間圧延により得られた熱延鋼板は、次いでコイル状へ巻取られる。前記巻取の際の巻取温度が500℃未満であると、Ti、Nbなどの元素の析出が進行せず、主相を十分に強化することができない。一方、巻取温度が700℃を超えると、析出物が粗大化し、かえって強化効果が低下する。したがって、巻取温度は500℃以上、700℃以下とする。
【0062】
以上の条件で得られた熱延鋼板を用いて、電縫鋼管を製造する。熱延鋼板から電縫鋼管への加工は、特に限定されることなく任意の方法で行うことができる。例えば、前記熱延鋼板を複数のロールにより連続して冷間成形して略円筒状のオープン管とし、次いで、前記オープン管の幅方向端部同士をスクイズロールで衝合し、電縫溶接して電縫鋼管とすることができる。前記電縫溶接は、例えば、高周波電気抵抗溶接、誘導加熱などにより行うことができる。
【実施例0063】
以下、本発明の作用効果について、実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。
【0064】
表1に示す成分組成を有する鋼スラブを表2に示す条件で熱間圧延し、板厚3.2mmの熱延鋼板とした。次いで、前記熱延鋼板を、冷間で複数のロールで連続的に成形し、略円筒状のオープン管とした。次いで、前記オープン管の円周方向端部同士を衝合、圧接し、高周波電気抵抗溶接法を用いて電縫溶接して電縫鋼管(外径89.1mmφ×肉厚3.2mm)とした。
【0065】
得られた電縫鋼管のそれぞれについて、以下の手順で微細組織および機械的特性の評価を行い、その結果を表2に示した。
【0066】
(フェライト面積率)
得られた電縫鋼管の円周方向断面(10断面)をナイタール腐食した後、光学顕微鏡にて倍率400倍で観察した。次いで、観察された10断面の画像を画像解析してそれぞれの断面におけるフェライト面積率を算出し、平均値を求めた。
【0067】
(析出物の最大粒径)
得られた電縫鋼管の円周方向断面を、透過型顕微鏡(TEM)を用いて倍率20~50万倍で観察し、析出物の定性分析を行い、Ti系炭化物およびNb系炭化物を同定した。次いで、画像解析によりTi系炭化物およびNb系炭化物それぞれの粒径を算出し、Ti系炭化物の最大粒径およびNb系炭化物の最大粒径を求めた。
【0068】
(ベイナイト面積率)
ベイナイト面積率は、パイプの円周方向断面(10断面)をナイタール腐食した後、光学顕微鏡にて倍率400倍で観察し、画像解析によりベイナイトの面積率を測定し、平均値を求めた。
【0069】
(引張特性)
得られた電縫鋼管から、引張方向が管長手方向となるように、管状試験片(JIS11号試験片)を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を行い、引張特性(降伏強度YS、引張強さTS、および伸びEl)を求めた。
【0070】
(ΔHV)
得られた電縫鋼管におけるフェライト相およびベイナイト相のビッカース硬さを測定した。ビッカース硬さの測定に当たっては、まず、硬さの測定に影響が出ない程度に希釈したナイタール腐食液で管円周方向断面を腐食させ、管円周方向断面における微細組織を現出させた。その後、マイクロビッカース硬度計を用いてフェライト相とベイナイト相それぞれのビッカース硬さを、荷重0.5kgで測定した。測定は10点ずつ行い、それらの平均値の差をΔHVとした。
【0071】
(局部延性能)
電縫鋼管の局部延性能を評価するために、以下の手順で限界歪εmaxを測定した。得られた電縫鋼管のそれぞれに対し、図1に示すように曲げ加工を施し、割れが発生する直前の内側曲げ半径R(mm)を測定した。前記曲げ半径Rと管厚t(mm)から、下記(1)式を用いて、割れが発生する直前の曲げ外側における限界歪εmax(%)を求めた。
εmax=t/(2R+t)×100(%)…(1)
【0072】
(耐溶接熱影響部軟化特性)
電縫鋼管の耐溶接熱影響部軟化特性を評価するために、以下の手順でアーク溶接を行い、溶接熱影響部における最低ビッカース硬さを測定した。
【0073】
得られた電縫鋼管の表面に単層ビードをアーク溶接し、溶接部を形成した。前記アーク溶接は以下の条件で実施した。
・溶接ワイヤ:590MPa級ソリッドワイヤ
・シールドガス:Ar+20%CO2
・シールドガス流量:20L/min
・溶接電流:90A
・溶接電圧:20V
・溶接速度:300mm/min(入熱:3.6kJ/cm)
【0074】
得られた溶接熱影響部における最低ビッカース硬さと、溶接熱の影響を全く受けない母材部のビッカース硬さとの差を耐溶接熱影響部軟化特性の指標として表2に示した。なお、溶接熱影響部における最低硬さは、ビード溶接方向に直交する断面における肉厚中心部のビッカース硬さを、ビッカース硬さ計(試験力:0.98N(100g荷重))を用いて測定した。
【0075】
得られた結果を表2に示す。本発明の条件を満たす電縫鋼管は、780MPa以上という高い引張強さと、εmaxが95%以上という高い局部延性能とを兼ね備えていた。さらに、本発明の電縫鋼管は、溶接熱影響部の最低硬さと母材部硬さとの差が、ビッカース硬さで50以下という優れた耐溶接熱影響部軟化特性を有していた。
【0076】
【表1】
【0077】
【表2】
図1
図2
図3