CN113677816B - 电阻焊钢管及其制造方法、以及钢管桩 - Google Patents

Abstract

一种电阻焊钢管及其制造方法、以及钢管桩，所述电阻焊钢管是具有母材部和沿管轴方向的焊接部的电阻焊钢管，其中，母材部的成分组成具有特定的成分组成，将母材部的板厚设为t时，自电阻焊钢管的外表面起板厚t的1/4t深度位置处的钢组织中，贝氏体以面积率计为70％以上，贝氏体的平均有效粒径以平均等效圆直径计为10.0μm以下，并且贝氏体的平均长径比为0.1～0.8，管轴方向的拉伸强度为590MPa以上，0.2％屈服强度为450MPa以上，屈服比为85～95％，母材部的以管轴方向为试验片长度方向的‑30℃下的夏比吸收能为70J以上，母材部的钢管外表面的管轴方向的残余应力为250MPa以下。

Description

电阻焊钢管及其制造方法、以及钢管桩

技术领域

本发明涉及适合于用作结构物的基础的钢管桩的电阻焊钢管及其制造方法、以及钢管桩。特别是本发明涉及以热轧钢板(热轧钢带)为原材、通过对原材进行冷辊轧成形、制管而得到的电阻焊钢管的高强度化、高韧性化、屈服比的最优化以及耐压曲性能的提高。

背景技术

近年来，作为应对大规模地震的对策，对于用作结构物的基础的钢管桩，也强烈期望高强度化和变形能量吸收能力的提高。通常，为了提高钢管的变形能量吸收能力，制成具有高拉伸强度和低屈服比的钢管是有效的。但是，对于钢管桩而言，从在打桩时抑制钢管的变形的观点出发，难以过度地降低管轴方向的屈服比。此外，特别是在寒冷地区使用的钢管桩，还需要高的低温韧性。另外，为了耐受地震等所导致的变形，还需要高的耐压曲性能。

专利文献1中记载了一种耐局部压曲性优良的耐震性焊接钢管的制造方法。在专利文献1中，对以重量％计含有C：0.03～0.15％、Mn：1.0～2.0％、且含有Cu：0.05～0.50％、Ni：0.05～0.50％、Cr：0.05～0.50％、Mo：0.05～0.50％、Nb：0.005～0.10％、V：0.005～0.10％、Ti：0.005～0.080％中的一种以上、Pcm为0.10～0.25的组成的钢进行热轧，轧制结束后以5℃/秒以上的冷却速度冷却至600℃以下，对所得到的钢板进行冷成形，制成钢管。由此，能够得到管轴方向的拉伸试验中的加工硬化指数为0.10以上的变形性能优良的钢管，能够防止从横向作用于钢管的外力引起的局部压曲的产生及由此引起的脆性的龟裂或断裂的产生。

专利文献2中记载了一种钢管的制造方法，其中，对以重量％计含有C：0.02～0.20％、Si：0.02～0.50％、Mn：0.50～2.00％、并且含有选自由Cu：0.10～1.5％、Ni：0.10～0.50％、Nb：0.005～0.10％和V：0.005～0.10％组成的组中的一种或两种以上、Ceq为0.38～0.45的钢片以使900℃以上的温度范围内的每1道次的压下率达到4％以下的方式进行热轧而制成热轧钢板，对于该热轧钢板，再加热至Ac1点以上且Ac3点以下的两相温度范围后从该两相温度范围进行淬火，进而进行回火，然后进行制管加工。由此得到的钢管是0.2％屈服强度为440MPa以上、拉伸强度为590～700MPa、屈服比为80％以下的低屈服比高张力钢管，适合用作建筑物、桥梁、罐等钢结构物。

专利文献3中记载了一种制作低屈服比的建筑结构用高张力钢管的制造方法，其中，在制造以质量％计含有C：0.10～0.18％、Si：0.1～0.5％、Mn：1～2％的组成的钢管时，依次实施加热至Ac3点以上后进行骤冷的工序、加热至Ac1点～Ac3点的两相温度范围后进行空冷的工序、冷成形为管状的工序和再加热至500～600℃的工序。由此，能够不使用价格昂贵的合金元素地制造拉伸强度为590MPa以上的建筑结构用钢管。

专利文献4中记载了一种面向钢管桩的低屈服比高强度电阻焊钢管，其以质量％计含有C：0.11～0.20％、Si：0.05～0.50％、Mn：1.00～2.00％、P：0.030％以下、S：0.010％以下、Al：0.01～0.08％，并且具有以铁素体相为主相、主相以外的第二相是以面积率计为8～30％的珠光体和/或伪珠光体、包含该主相和第二相在内的平均粒径为4.0～10μm的组织，在管周方向和管轴方向上，0.2％屈服强度YS为450MPa以上、拉伸强度TS为590MPa以上、且屈服比为90％以下。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-6032号公报

专利文献2：日本专利第2687841号公报

专利文献3：日本特开2004-300461号公报

专利文献4：日本专利第6123734号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，通过专利文献1记载的技术制造的钢管的管轴方向的屈服比过度降低。因此，在用作钢管桩的情况下，打桩时有可能因打入而产生压曲等问题。

在专利文献2记载的技术中，需要用于回火的热处理工序。另外，在专利文献3记载的技术中，不仅需要大型的管用热处理装置，而且制管后还需要热处理工序。在这些需要热处理的技术中，存在屈服比过度降低的问题。此外，还存在工序变得复杂、生产率降低的问题。另外，生产成本增大，难以廉价地提供。

在专利文献4记载的技术中，在热轧后，用10～100秒从精轧结束温度冷却至550～700℃的温度范围，得到以铁素体和珠光体为主体的组织，不能得到期望的组织。另外，需要具有非常长的冷却带的设备，难以提供廉价的面向钢管桩的高强度高韧性电阻焊钢管。

本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供具有最佳的屈服比和高耐压曲性能、而且具备高强度和高韧性的电阻焊钢管及其制造方法、以及钢管桩。

需要说明的是，在本发明中，主要提供在使用板厚为16mm以下的热轧钢板作为原材的情况下能够解决上述问题的电阻焊钢管及其制造方法、以及钢管桩。

此处所谓的“高强度”是指在电阻焊钢管的母材部的管轴方向上0.2％屈服强度(YS)为450MPa以上、拉伸强度(TS)为590MPa以上的情况。此处所谓的“高韧性”是指以电阻焊钢管的母材部的管轴方向为试验片长度方向时-30℃下的夏比吸收能为70J以上的情况，在电阻焊钢管的管周方向和管轴方向中的任一方向均满足上述高韧性。此处所谓的“最佳的屈服比”是指0.2％屈服强度相对于上述拉伸强度的比(YR)为85～95％。此处所谓的“高耐压曲性能”是指电阻焊钢管的母材部的钢管外表面的管轴方向上的残余应力为250MPa以下、且屈服比为95％以下的情况。

用于解决问题的方法

为了达到上述目的，本发明人对各种合金元素和制造条件给屈服比、0.2％屈服强度、拉伸强度和夏比冲击特性带来的影响进行了深入研究。另外，对所得到的钢管(电阻焊钢管)的耐压曲性能也进行了深入研究。其结果发现，存在在将屈服比维持得较低的同时能够兼顾高强度和高韧性、具有高耐压曲性能的适当的成分组成、钢组织和制造条件。

即，对于限定为特定的成分组成、热轧条件而制造的热轧钢板，在利用冷辊轧成形的冷辊轧成形工序中在焊接后在特定的条件下实施缩径轧制。发现由此可以得到具备低屈服比、高强度、高韧性和高耐压曲性能的电阻焊钢管，其能够使自电阻焊钢管的母材部的钢管外表面起板厚t的1/4t深度位置处的钢组织中，贝氏体以面积率计为70％以上、而且贝氏体的平均有效粒径以平均等效圆直径计为10.0μm以下、并且贝氏体的平均长径比为0.1～0.8，0.2％屈服强度为450MPa以上，拉伸强度高达590MPa以上，并且屈服比为85～95％，-30℃下的夏比吸收能为70J以上，母材部的钢管外表面的管轴方向的残余应力为250MPa以下。

本发明是基于上述见解进一步进行研究而完成的，本发明的主旨如下。

[1]一种电阻焊钢管，其是具有母材部和沿管轴方向的焊接部的电阻焊钢管，其中，

母材部的成分组成以质量％计含有C：0.020～0.11％、Si：0.60％以下、Mn：0.50～1.70％、P：0.030％以下、S：0.015％以下、Al：0.010～0.060％、Nb：0.010～0.080％、V：0.001～0.060％、Ti：0.010～0.050％、N：0.006％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，

将上述母材部的板厚设为t时，自上述电阻焊钢管的外表面起板厚t的1/4t深度位置处的钢组织中，贝氏体以面积率计为70％以上，上述贝氏体的平均有效粒径以平均等效圆直径计为10.0μm以下，并且上述贝氏体的平均长径比为0.1～0.8，

管轴方向的拉伸强度为590MPa以上，0.2％屈服强度为450MPa以上，屈服比为85～95％，

上述母材部的以管轴方向为试验片长度方向的-30℃下的夏比吸收能为70J以上，

上述母材部的钢管外表面的管轴方向的残余应力为250MPa以下。

[2]如[1]所述的电阻焊钢管，其中，在上述成分组成的基础上，以质量％计还含有B：0.008％以下。

[3]如[1]或[2]所述的电阻焊钢管，其中，在上述成分组成的基础上，以质量％计还含有选自Cr：0.01～1.0％、Mo：0.01～1.0％、Cu：0.01～0.50％、Ni：0.01～1.0％、Ca：0.0005～0.010％中的一种或两种以上。

[4]一种电阻焊钢管的制造方法，其中，对钢原材依次实施热轧工序、冷却工序而制成热轧钢板，进而对该热轧钢板实施冷辊轧成形工序而制成电阻焊钢管，

所述制造方法中，

上述钢原材具有[1]～[3]中任一项所述的成分组成，

上述热轧工序为如下工序：将上述钢原材加热至1100～1280℃的加热温度后，实施粗轧结束温度为850～1150℃、精轧结束温度为750～850℃、并且粗轧和精轧中的在930℃以下时的合计压下率为65％以上的粗轧和精轧，制成热轧板，

上述冷却工序为如下工序：将上述热轧板在以板厚中心温度计从冷却开始到冷却停止的平均冷却速度为15～35℃/秒、冷却停止温度为450～650℃的条件下进行冷却，

上述冷辊轧成形工序中，将对上述热轧钢板实施辊轧成形加工而得到的钢管原材焊接，进行相对于焊接后的钢管外表面的周长的缩径率为0.2～0.5％的缩径轧制。

[5]一种电阻焊钢管的制造方法，其中，对热轧钢板实施冷辊轧成形工序而制成电阻焊钢管，所述热轧钢板具有[1]～[3]中任一项所述的成分组成，在将板厚设为t时，自外表面起板厚t的1/4t深度位置处的钢组织中，贝氏体以面积率计为70％以上，上述贝氏体的平均有效粒径以平均等效圆直径计为10.0μm以下，并且上述贝氏体的平均长径比为0.1～0.8，

所述制造方法中，

上述冷辊轧成形工序中，将对上述热轧钢板实施辊轧成形加工而得到的钢管原材焊接，进行相对于焊接后的钢管外表面的周长的缩径率为0.2～0.5％的缩径轧制。

[6]一种钢管桩，其使用了[1]～[3]中任一项所述的电阻焊钢管。

发明效果

根据本发明，可以提供适合用作钢管桩的、具有最佳的屈服比和高耐压曲性能、而且具备高强度和高韧性的电阻焊钢管及其制造方法、以及钢管桩。本发明的电阻焊钢管能够容易地制造，在产业上发挥出显著的效果。

具体实施方式

以下，对本发明详细地进行说明。

首先，对本发明的电阻焊钢管的成分组成的限定理由进行说明。以下，只要没有特别说明，成分组成中的“质量％”简记为“％”。

本发明的电阻焊钢管具有母材部和焊接部，母材部具有如下成分组成：含有C：0.020～0.11％、Si：0.60％以下、Mn：0.50～1.70％、P：0.030％以下、S：0.015％以下、Al：0.010～0.060％、Nb：0.010～0.080％、V：0.001～0.060％、Ti：0.010～0.050％、N：0.006％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。

需要说明的是，本发明的电阻焊钢管具有沿管轴方向的焊接部。后述的“热轧钢板”包括热轧钢板、热轧钢带。

C：0.020～0.11％

C是通过固溶强化使钢管(电阻焊钢管)的强度增加、并且参与贝氏体等钢组织的生成的元素。另外，C是通过形成硬质组织而对降低屈服比有效的元素。板厚较小的钢管(例如，板厚为16mm以下的钢管)由于外径与内径之差小，因此，制造钢管时的加工度小，屈服比难以升高。因此，即使C含量为0.020％也能够使屈服比为95％以下。另一方面，板厚较小的钢管在制造作为钢管的原材的热轧钢板时的冷却速度容易增大。因此，在C含量超过0.11％的情况下，容易生成马氏体，韧性容易降低。

因此，为了得到上述效果，需要含有0.020％以上的C。另一方面，含有超过0.11％的C时，容易生成马氏体，不能得到在本发明中作为目标的钢组织。其结果是不能确保在本发明中作为目标的高韧性。因此，C设定为0.020～0.11％。C优选设定为0.040％以上，更优选设定为0.050％以上。C优选设定为0.10％以下。

Si：0.60％以下

Si是作为脱氧剂发挥作用、并且能够使钢管的强度增加的元素。但是，含有过量的Si时，韧性降低。因此，Si设定为0.60％以下。Si优选设定为0.50％以下，更优选设定为0.45％以下。需要说明的是，Si的下限没有特别规定，从电阻焊接性的观点出发，优选设定为0.01％以上。更优选设定为0.02％以上。

Mn：0.50～1.70％

Mn是通过固溶强化使钢管的强度增加的元素。为了得到这样的效果、确保在本发明中作为目标的高强度，需要含有0.50％以上的Mn。另一方面，含有超过1.70％的Mn时，钢组织微细化，屈服强度变高，不能确保在本发明中作为目标的屈服比。因此，Mn设定为0.50～1.70％。Mn优选设定为0.55％以上，更优选设定为0.60％以上。Mn优选设定为1.65％以下，更优选设定为1.60％以下。

P：0.030％以下

P是偏析于晶界而使韧性降低的元素，作为杂质优选尽可能地减少，但在本发明中可以允许到0.030％。因此，P设定为0.030％以下。P优选设定为0.025％以下，更优选设定为0.020％以下。但是，P的过度减少会导致精炼成本的高涨，因此P优选设定为0.002％以上。更优选设定为0.003％以上。

S：0.015％以下

S在制造作为钢管的原材的热轧钢板时在钢中以MnS的形式存在并由于在热轧工序中被薄薄地拉伸而对钢管的延展性和韧性带来不良影响。因此，在本发明中，将S作为杂质优选尽可能地减少，但S的含有可以允许到0.015％。因此，S设定为0.015％以下。S优选设定为0.010％以下，更优选设定为0.008％以下。但是，S的过度减少会导致精炼成本的高涨，因此S优选设定为0.0002％以上。更优选设定为0.001％以上。

Al：0.010～0.060％

Al作为脱氧剂发挥作用，并且与N结合而形成AlN，有助于晶粒的微细化。为了得到这样的效果，需要含有0.010％以上的Al。另一方面，含有超过0.060％的大量Al时，使钢材(作为钢管的原材的热轧钢板)的洁净度降低，使钢管的延展性和韧性降低。因此，Al设定为0.010～0.060％。Al优选设定为0.015％以上，更优选设定为0.020％以上。Al优选设定为0.055％以下，更优选设定为0.050％以下。

Nb：0.010～0.080％

Nb与碳、氮结合而形成微细的析出物，通过析出强化使钢管的强度增加。为了得到这样的效果，需要含有0.010％以上的Nb。另一方面，含有超过0.080％的Nb时，在制造作为钢管的原材的热轧钢板时，难以通过热轧工序中的加热使其固溶。其结果是以粗大的析出物的形式残留，韧性降低。因此，Nb设定为0.010～0.080％。Nb优选设定为0.015％以上，更优选设定为0.020％以上。Nb优选设定为0.075％以下，更优选设定为0.070％以下。

V：0.001～0.060％

V与碳、氮结合而形成微细的析出物，通过析出强化使钢管的强度增加。为了得到这样的效果，需要含有0.001％以上的V。另一方面，含有超过0.060％的V时，析出物粗大化，韧性降低。因此，V设定为0.001～0.060％。V优选设定为0.002％以上，更优选设定为0.003％以上。V优选设定为0.055％以下，更优选设定为0.050％以下。

Ti：0.010～0.050％

Ti与碳、氮结合而形成微细的析出物，通过析出强化使钢管的强度增加。为了得到这样的效果，需要含有0.010％以上的Ti。另一方面，含有超过0.050％的Ti时，析出物粗大化，韧性降低。因此，Ti设定为0.010～0.050％。Ti优选设定为0.012％以上，更优选设定为0.015％以上。Ti优选设定为0.045％以下，更优选设定为0.040％以下。

N：0.006％以下

N为微量时具有使钢管的强度增加的效果，但是，如果大量含有，则在高温下形成粗大的析出物，使韧性降低。因此，N设定为0.006％以下。N的过度减少会导致精炼成本的高涨，因此，优选设定为0.001％以上，更优选设定为0.002％以上。N优选设定为0.005％以下，更优选设定为0.004％以下。

余量为Fe和不可避免的杂质。需要说明的是，在不损害本发明效果的范围内，作为不可避免的杂质，可以允许含有O：0.0050％以下。

上述成分是本发明中的电阻焊钢管的基本的成分组成。通过上述必须元素可以得到在本发明中作为目标的特性，但除了该基本的成分组成以外，可以根据需要进一步含有下述元素。

B：0.008％以下

B是通过使铁素体相变开始温度降低而有助于钢组织的微细化的元素，可以根据需要含有。但是，B的含量超过0.008％时，有可能容易偏析于晶界，韧性降低。因此，在含有B的情况下，优选将B设定为0.008％以下。更优选设定为0.006％以下。需要说明的是，B优选设定为0.0003％以上，更优选设定为0.0005％以上。

选自Cr：0.01～1.0％、Mo：0.01～1.0％、Cu：0.01～0.50％、Ni：0.01～1.0％、Ca：0.0005～0.010％中的一种或两种以上

Cr：0.01～1.0％

Cr是通过提高淬透性而使钢管的强度升高的元素，可以根据需要含有。为了得到这样的效果，优选含有0.01％以上的Cr。另一方面，含有超过1.0％的Cr时，有可能使韧性、焊接性降低，因此优选设定为1.0％以下。因此，在含有Cr的情况下，优选将Cr设定为0.01～1.0％。Cr更优选设定为0.02％以上，进一步优选设定为0.03％以上。Cr更优选设定为0.8％以下，进一步优选设定为0.6％以下。

Mo：0.01～1.0％

Mo是通过提高淬透性而使钢管的强度升高的元素，可以根据需要含有。为了得到这样的效果，优选含有0.01％以上的Mo。另一方面，含有超过1.0％的Mo时，有可能使韧性降低，因此优选设定为1.0％以下。因此，在含有Mo的情况下，优选将Mo设定为0.01～1.0％。Mo更优选设定为0.02％以上，进一步优选设定为0.03％以上。Mo更优选设定为0.8％以下，进一步优选设定为0.6％以下。

Cu：0.01～0.50％

Cu是通过固溶强化使钢管的强度升高的元素，可以根据需要含有。为了得到这样的效果，优选含有0.01％以上的Cu。另一方面，含有超过0.50％的Cu时，有可能使韧性降低，因此优选设定为0.50％以下。因此，在含有Cu的情况下，优选将Cu设定为0.01～0.50％。Cu更优选设定为0.02％以上，进一步优选设定为0.03％以上。Cu更优选设定为0.45％以下，进一步优选设定为0.40％以下。

Ni：0.01～1.0％

Ni是通过固溶强化使钢管的强度升高的元素，可以根据需要含有。为了得到这样的效果，优选含有0.01％以上的Ni。另一方面，含有超过1.0％的Ni时，有可能使韧性降低，因此优选设定为1.0％以下。因此，在含有Ni的情况下，优选将Ni设定为0.01～1.0％。Ni更优选设定为0.02％以上，进一步优选设定为0.03％以上。Ni更优选设定为0.8％以下，进一步优选设定为0.6％以下。

Ca：0.0005～0.010％

Ca是通过在制造作为钢管的原材的热轧钢板时使在热轧工序中被薄薄地拉伸的MnS等硫化物球状化而有助于提高钢的韧性的元素，可以根据需要含有。为了得到这样的效果，在含有Ca的情况下，优选含有0.0005％以上。但是，Ca的含量超过0.010％时，有可能在钢中形成Ca氧化物团簇，韧性劣化。因此，在含有Ca的情况下，优选将Ca设定为0.0005～0.010％。Ca更优选设定为0.0010％以上，进一步优选设定为0.0015％以上。Ca更优选设定为0.005％以下，进一步优选设定为0.004％以下。

接着，对限定本发明的电阻焊钢管的钢组织的理由进行说明。

将本发明的电阻焊钢管的母材部的板厚设为t时，自电阻焊钢管的外表面起板厚t的1/4t深度位置处的母材部的钢组织具有如下钢组织：贝氏体以面积率计为70％以上，贝氏体的平均有效粒径以平均等效圆直径计为10.0μm以下，并且贝氏体的平均长径比为0.1～0.8。

在此，板厚t的1/4t深度位置是指在控制钢组织方面重要的、制造作为钢管的原材的热轧钢板时的热轧工序中的冷却速度最大的最表层与最小的1/2t深度位置的中间的位置。需要说明的是，在本发明中，将热轧中的板宽W的1/4W位置的与轧制方向平行的截面作为钢组织的评价面。在本发明中，由于热轧后不进行热处理等，因此热轧钢板的组织与钢管(母材部)的组织相同。

贝氏体的面积率：70％以上

在本发明中，为了兼顾高强度和高韧性，重要的是含有以面积率计为70％以上的贝氏体。贝氏体小于70％时，难以得到在本发明中作为目标的强度。因此，自钢管的外表面起板厚t的1/4t深度位置处的母材部的钢组织中，将贝氏体以面积率计设定为70％以上。优选为72％以上。需要说明的是，贝氏体的面积率过量时，屈服比过度变高，因此，贝氏体以面积率计优选设定为98％以下。更优选设定为95％以下。

贝氏体以外的组织(剩余组织)可以考虑铁素体、珠光体、马氏体、奥氏体等。这些组织的面积率的合计相对于钢组织整体为30％以上时，导致强度、韧性的不足、屈服比的过度降低。因此，剩余组织以面积率的合计计优选设定为小于30％。更优选设定为小于28％。如果考虑得到在本发明中作为目标的屈服比，剩余组织的面积率的合计的下限优选大于2％，更优选大于5％。

需要说明的是，在本发明中，上述各组织的面积率的测定可以通过后述的实施例记载的方法进行。

贝氏体的平均有效粒径：以平均等效圆直径计10.0μm以下

在本发明中，为了兼顾高强度和高韧性，重要的是使贝氏体的平均有效粒径的平均等效圆直径为10.0μm以下。贝氏体的平均有效粒径以平均等效圆直径计超过10.0μm时，不能得到在本发明中作为目标的韧性。另外，不能得到在本发明中作为目标的强度。优选设定为8.0μm以下。需要说明的是，贝氏体变得过度微细时，屈服比变得过高，因此优选将贝氏体的平均有效粒径的平均等效圆直径设定为1.0μm以上，更优选设定为2.0μm以上。

在此，求出相邻的结晶的取向差，将由相邻的结晶的取向差(晶体取向差)为15°以上的边界包围的区域作为晶粒时，将面积与该晶粒相等的圆的直径作为贝氏体的有效粒径。由所得到的有效粒径求出粒径的算术平均，作为平均等效圆直径(平均有效粒径)。需要说明的是，在本发明中，晶体取向差、有效粒径和平均等效圆直径可以通过后述的实施例记载的方法进行测定。

贝氏体的平均长径比：0.1～0.8

在本发明中，为了将管轴方向的屈服比控制为85～95％，需要使贝氏体的平均长径比为0.1～0.8。在此，对于上述贝氏体的晶粒，算出(板厚方向的长度的平均)/(管轴方向的长度的平均)，作为贝氏体的平均长径比。贝氏体的平均长径比超过0.8时，管轴方向的塑性变形能力降低，屈服比容易超过95％。另一方面，贝氏体的平均长径比小于0.1时，管轴方向的强度降低，不能得到在本发明中作为目标的强度。

需要说明的是，在本发明中，贝氏体晶粒的板厚方向的长度的平均、轧制方向的长度的平均可以通过后述的实施例记载的方法进行测定。

接着，对本发明的一个实施方式的电阻焊钢管的制造方法进行说明。

本发明的电阻焊钢管例如对具有上述成分组成的钢原材依次实施热轧工序、冷却工序和卷取工序而制成热轧钢板，进而对该热轧钢板实施冷辊轧成形工序而制成电阻焊钢管。

需要说明的是，在以下的制造方法的说明中，只要没有特别说明，关于温度的“℃”表示设定为钢原材或钢板(热轧钢板)的表面温度。这些表面温度可以利用辐射温度计等进行测定。另外，钢板板厚中心的温度可以通过传热分析计算钢板截面内的温度分布并将其结果利用钢板的表面温度进行修正来求出。另外，“热轧钢板”包括热轧钢板、热轧钢带。

在本发明中，钢原材(钢坯)的熔炼方法没有特别限定。从品质、生产率等观点出发，优选将具有上述成分组成的钢水通过转炉、电炉、真空熔化炉等常用的熔炼方法进行熔炼，通过连铸法等常用的铸造方法制成钢坯等铸片。需要说明的是，即使应用铸锭-开坯轧制法代替连铸法也没有任何问题。也可以对钢水进一步实施钢包精炼等二次精炼。

接着，对所得到的钢原材(钢坯)实施热轧工序。热轧工序为如下工序：将钢原材加热至1100～1280℃的加热温度后，实施使粗轧结束温度为850～1150℃的粗轧，实施使精轧结束温度为750～850℃的精轧，并且实施使粗轧和精轧中的在930℃以下时的合计压下率为65％以上的热轧，制成热轧板。

加热温度：1100～1280℃

在加热温度低于1100℃的情况下，不能使在铸造时生成的存在于钢原材中的粗大的碳化物固溶。其结果是不能充分地得到所含有的碳化物形成元素的效果。另一方面，加热温度超过1280℃而变为高温时，晶粒显著粗大化，作为钢管的原材的热轧钢板的组织粗大化，难以确保在本发明中作为目标的特性。因此，钢原材的加热温度需要设定为1100～1280℃。优选设定为1120～1230℃。需要说明的是，该温度为加热炉的炉内设定温度。

粗轧结束温度：850～1150℃

在粗轧结束温度低于850℃的情况下，不发生热轧中的组织的恢复，容易生成在轧制方向上过度伸长的晶粒。其结果是贝氏体的平均长径比变得容易小于0.1。另一方面，粗轧结束温度超过1150℃时，奥氏体未再结晶温度范围内的压下量不足，不能得到微细的奥氏体晶粒，其结果是难以确保在本发明中作为目标的贝氏体的平均有效粒径。因此，粗轧结束温度设定为850～1150℃。优选设定为860～1000℃。

精轧结束温度：750～850℃

在精轧结束温度低于750℃的情况下，不发生热轧中的组织的恢复，容易生成在轧制方向上过度伸长的晶粒。其结果是贝氏体的平均长径比变得容易小于0.1。另一方面，精轧结束温度超过850℃时，奥氏体未再结晶温度范围内的压下量不足，不能得到微细的奥氏体晶粒，其结果是难以确保在本发明中作为目标的贝氏体的平均有效粒径。因此，精轧结束温度设定为750～850℃。优选设定为770～830℃。

粗轧和精轧中的在930℃以下时的合计压下率：65％以上

在本发明中，通过在热轧工序中使奥氏体微细化，能够使在接下来的冷却工序、卷取工序中生成的贝氏体和剩余组织微细化，从而得到适合作为具有在本发明中作为目标的强度和韧性的电阻焊钢管的原材的热轧钢板。为了在热轧工序中使奥氏体微细化，需要提高奥氏体未再结晶温度范围内的压下率，导入充分的加工应变。为了得到该效果，在本发明中，将930℃以下到精轧结束温度为止的温度范围内的合计压下率设定为65％以上。在此，合计压下率是指930℃以下到精轧结束温度为止的温度范围内的各轧制道次的压下率的合计。

在930℃以下到精轧结束温度为止的温度范围内的合计压下率小于65％的情况下，不能在热轧工序中导入充分的加工应变，因此不能得到具有在本发明中作为目标的贝氏体的平均有效粒径的钢组织。930℃以下到精轧结束温度为止的温度范围内的合计压下率更优选为70％以上。特别是上限没有规定，但超过80％时，相对于压下率的升高的韧性提高的效果变小，只会使设备负荷增大。因此，930℃以下到精轧结束温度为止的温度范围内的合计压下率优选为80％以下。更优选为75％以下。

在本发明中，设定为930℃以下是因为，超过930℃时，在热轧工序中奥氏体再结晶，通过轧制导入的位错消失，不能得到微细化的奥氏体。

需要说明的是，在本发明中，对钢原材进行热轧时，既可以进行在上述粗轧和精轧这两者中使930℃以下到精轧结束温度为止的合计压下率为65％以上的热轧，也可以进行仅在精轧中使930℃以下到精轧结束温度为止的合计压下率为65％以上的热轧。后者中，在只通过精轧无法使930℃以下到精轧结束温度为止的合计压下率为65％以上的情况下，可以在粗轧的中途对钢坯进行冷却而使温度变为930℃以下后，使粗轧和精轧这两者中的930℃以下到精轧结束温度为止的合计压下率为65％以上。

接着，对热轧工序后的热轧板实施冷却工序。冷却工序为如下工序：在以板厚中心温度计从冷却开始到冷却停止的平均冷却速度为15～35℃/秒、冷却停止温度为450～650℃的条件下对热轧板进行冷却。

从冷却开始到冷却停止的平均冷却速度：15～35℃/秒

以热轧板的板厚中心温度计从冷却开始到后述的冷却停止温度的温度范围内的平均冷却速度小于15℃/秒时，由于生成铁素体，贝氏体的面积率降低，不能得到在本发明中作为目标的强度。另一方面，平均冷却速度超过35℃/秒时，贝氏体的平均长径比超过0.8。其结果是屈服比变得容易超过95％。平均冷却速度优选设定为20℃/秒以上，优选设定为30℃/秒以下。

需要说明的是，在本发明中，只要没有特别说明，平均冷却速度设定为通过((冷却前的热轧板的板厚中心温度－冷却后的热轧板的板厚中心温度)/冷却时间)求出的值(冷却速度)的平均。冷却方法例如可以列举从喷嘴喷射水等的水冷、利用冷却气体的喷射的冷却等。在本发明中，优选以热轧板的两面在相同条件下被冷却的方式对热轧板的两面实施冷却操作(处理)。

冷却停止温度：450～650℃

以热轧板的板厚中心温度计冷却停止温度低于450℃时，贝氏体的平均长径比超过0.8，其结果是屈服比变得容易超过95％。另一方面，冷却停止温度超过650℃时，超过贝氏体相变开始温度，因此不能使贝氏体的面积率为70％以上。冷却停止温度优选设定为480℃以上，优选设定为620℃以下。

接着，实施对冷却工序后的热轧钢板进行卷取、然后进行自然冷却的卷取工序。

在卷取工序中，从作为钢管的原材的热轧钢板的钢板组织的观点出发，优选在450～650℃的卷取温度下进行卷取。卷取温度低于450℃时，贝氏体的平均长径比超过0.8，其结果是屈服比有时超过95％。另一方面，卷取温度超过650℃时，超过贝氏体相变开始温度，因此有时不能使贝氏体的面积率为70％以上。卷取温度更优选为480～620℃。

接着，对卷取工序后的热轧钢板实施冷辊轧成形工序。在冷辊轧成形工序中，通过对热轧钢板进行冷辊轧成形加工而成形为圆筒状的开口管，对钢管原材的两端(即，开口管的对接部分)进行电阻焊接，以相对于焊接后的圆型钢管的钢管外表面的周长为0.2～0.5％的缩径率进行缩径轧制。

缩径轧制中的缩径率：0.2～0.5％

在缩径轧制中的缩径率小于0.2％的情况下，在上述本发明的钢管的钢原材中塑性变形引起的残余应力的降低不充分。其结果是钢管外表面的管轴方向的残余应力超过250MPa。另外，由于加工度不足，屈服比小于85％。另一方面，缩径轧制中的缩径率超过0.5％时，由于加工硬化，屈服比超过95％。其结果是不能得到期望的塑性变形能力、即耐压曲性能。另外，即使上述残余应力超过250MPa，耐压曲性能也降低。

如上制造本发明的电阻焊钢管。根据本发明，可以得到管轴方向的拉伸强度为590MPa以上、0.2％屈服强度为450MPa以上、屈服比为85～95％、-30℃下的夏比吸收能为70J以上、钢管外表面的管轴方向的残余应力为250MPa以下的电阻焊钢管。由此，能够容易地制造高强度、高韧性、最佳的屈服比和耐压曲性能优良的电阻焊钢管。该电阻焊钢管能够特别适合用于作为结构物的基础使用的钢管桩，因此在产业上发挥出显著的效果。

接着，对本发明的钢管桩进行说明。

本发明的钢管桩的板厚为16mm以下、外径为300mm以上且700mm以下，由具有上述成分组成和钢组织的电阻焊钢管构成。通过如上所述地规定电阻焊钢管的成分组成和钢组织，可以得到管轴方向的拉伸强度为590MPa以上、0.2％屈服强度为450MPa以上、屈服比为85～95％、-30℃下的夏比吸收能为70J以上、钢管外表面的管轴方向的残余应力为250MPa以下的钢管桩。本发明的钢管桩被打入地下，在必要的情况下，可以在打入中途通过焊接或螺纹接头等连接单元将钢管桩彼此连接，在现场施工制成长桩。根据本发明的钢管桩，由于具有上述特性，因此能够降低对打桩产生压曲等问题的可能性。

实施例

以下，基于实施例进一步详细地说明本发明。需要说明的是，本发明不限于以下实施例。

将具有表1所示的成分组成的钢水用转炉进行熔炼，通过连铸法制成钢坯(钢原材：壁厚250mm)。对所得到的钢坯在表2-1、表2-2所示的制造条件下实施热轧工序、冷却工序、卷取工序和冷辊轧成形工序，制造表2-1、表2-2所示的外径和板厚的电阻焊钢管。另外，在冷辊轧成形工序中，对开口管的对接部分进行电阻焊接。

从所得到的电阻焊钢管上裁取试验片，通过以下所示的方法实施组织观察、拉伸试验、夏比冲击试验、残余应力的测定、构件压缩试验。

[组织观察]

组织观察用的试验片如下制作：以将电阻焊接部设为0°时圆周方向90°位置的管轴方向截面为观察面的方式进行裁取、研磨，然后用硝酸乙醇溶液进行腐蚀，由此制作组织观察用的试验片。组织观察是使用光学显微镜(倍率：1000倍)或扫描电子显微镜(SEM、倍率：1000倍)对自电阻焊钢管的外表面起板厚t的1/4t深度位置处的组织进行观察、拍摄。根据所得到的光学显微镜图像和SEM图像求出贝氏体的面积率。贝氏体的面积率是在5个视野以上进行观察、以在各视野得到的值的平均值的形式算出。

另外，贝氏体的平均有效粒径(平均等效圆直径)使用SEM/EBSD法进行测定。关于有效粒径，求出相邻的晶粒间的取向差，将由取向差为15°以上的边界包围的区域作为有效晶粒时，将面积与该有效晶粒相等的圆的直径作为贝氏体的有效粒径。求出所得到的有效粒径的算术平均，作为平均等效圆直径。测定区域设定为500μm×500μm，测定步长设定为0.5μm。需要说明的是，在结晶粒径分析中，将有效粒径为2.0μm以下的晶粒作为测定噪声从分析对象中排除。

另外，贝氏体的平均长径比如下求出：测定通过上述方法测定的各有效晶粒的板厚方向的长度、管轴方向的长度，计算各自的平均，由此求出贝氏体的平均长径比。板厚方向的长度、管轴方向的长度设定为各有效晶粒的板厚方向、管轴方向各自的最大长度。

[拉伸试验]

拉伸试验中，将所得到的电阻焊钢管的电阻焊接部设为0°时，在圆周方向90°位置，以拉伸方向与管轴方向平行的方式裁取JIS5号的拉伸试验片。依照JIS Z 2241的规定实施拉伸试验。测定0.2％屈服强度(屈服强度YS)、拉伸强度TS，算出由(0.2％屈服强度)/(拉伸强度)定义的屈服比。

[夏比冲击试验]

夏比冲击试验中，将所得到的电阻焊钢管的电阻焊接部设为0°时，在圆周方向90°位置，从板厚t/2位置以试验片长度方向与管轴方向平行的方式裁取V型切口试验片。依照JIS Z 2242的规定，在试验温度为-30℃的条件下实施夏比冲击试验，求出吸收能(J)。需要说明的是，试验片的根数设为各三根，算出其平均值，求出吸收能(J)。

[残余应力的测定]

残余应力使用Pulstec制造的μ-X360通过X射线衍射cosα法进行测定。残余应力的测定位置设定为所得到的电阻焊钢管的管长度中央的外表面，将电阻焊接部设为0°时，设为90°位置、180°位置、270°位置这三处。将所得到的三处的测定值的平均值作为残余应力。需要说明的是，应力测定方向设定为管轴方向。

[构件压缩试验]

在本发明中，为了评价作为钢管桩的性能，进行构件压缩试验，求出压曲强度比σcr/σy(需要说明的是，σcr为压曲应力度，σy为材料屈服强度)。压曲强度比大于降低系数R＝0.8+2.5×t/r(需要说明的是，t为板厚，r为半径)时，可以判断作为钢管桩的性能重要的压曲强度充分。

将所得到的结果分别示于表3-1、表3-2中。

如表1～表3-2所示，在本发明的范围内的电阻焊钢管均是管轴方向的拉伸强度为590MPa以上、0.2％屈服强度为450MPa以上、屈服比为85～95％、-30℃下的夏比吸收能为70J以上、管外表面的管轴方向的残余应力为250MPa以下的电阻焊钢管。另外可知，具有这些特性的电阻焊钢管的作为钢管桩的性能重要的压曲强度也充分。

另一方面，成分组成、钢组织和制造条件在本发明的范围外的钢管在管轴方向的拉伸强度、0.2％屈服强度、屈服比、-30℃下的夏比吸收能、管外表面的管轴方向的残余应力中某一项以上没有得到在本发明中作为目标的值。

根据上述可知，通过使电阻焊钢管的成分组成、钢组织和制造条件在本发明的范围内，能够提供适合作为面向钢管桩的、具有最佳的屈服比和高耐压曲性能、而且兼顾了高强度和高韧性的电阻焊钢管。

Claims (6)

1.一种电阻焊钢管，其是具有母材部和沿管轴方向的焊接部的电阻焊钢管，其中，

母材部的成分组成以质量％计含有C：0.020％以上且0.093％以下、Si：0.60％以下、Mn：0.50～1.70％、P：0.030％以下、S：0.015％以下、Al：0.010～0.060％、Nb：0.010～0.080％、V：0.001～0.060％、Ti：0.010～0.050％、N：0.006％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，

将所述母材部的板厚设为t时，自所述电阻焊钢管的外表面起板厚t的1/4t深度位置处的钢组织中，贝氏体以面积率计为70％以上，所述贝氏体的平均有效粒径以平均等效圆直径计为10.0μm以下，并且所述贝氏体的平均长径比为0.1～0.8，

所述母材部的管轴方向的拉伸强度为590MPa以上，0.2％屈服强度为450MPa以上，屈服比为85～95％，

所述母材部的以管轴方向为试验片长度方向的-30℃下的夏比吸收能为70J以上，

所述母材部的钢管外表面的管轴方向的残余应力为250MPa以下。

2.如权利要求1所述的电阻焊钢管，其中，在所述成分组成的基础上，以质量％计还含有B：0.008％以下。

3.如权利要求1或2所述的电阻焊钢管，其中，在所述成分组成的基础上，以质量％计还含有选自Cr：0.01～1.0％、Mo：0.01～1.0％、Cu：0.01～0.50％、Ni：0.01～1.0％、Ca：0.0005～0.010％中的一种或两种以上。

4.一种电阻焊钢管的制造方法，其中，对钢原材依次实施热轧工序、冷却工序而制成热轧钢板，进而对该热轧钢板实施冷辊轧成形工序而制成电阻焊钢管，

所述制造方法中，

所述钢原材具有权利要求1～3中任一项所述的成分组成，

所述热轧工序为如下工序：将所述钢原材加热至1100～1280℃的加热温度后，实施粗轧结束温度为850～1150℃、精轧结束温度为750～850℃、并且粗轧和精轧中的在930℃以下时的合计压下率为65％以上的粗轧和精轧，制成热轧板，

所述冷却工序为如下工序：将所述热轧板在以板厚中心温度计从冷却开始到冷却停止的平均冷却速度为15～35℃/秒、冷却停止温度为450～650℃的条件下进行冷却，

所述冷辊轧成形工序中，将对所述热轧钢板实施辊轧成形加工而得到的钢管原材焊接，进行相对于焊接后的钢管外表面的周长的缩径率为0.2～0.5％的缩径轧制。

5.一种电阻焊钢管的制造方法，其中，对热轧钢板实施冷辊轧成形工序而制成电阻焊钢管，所述热轧钢板具有权利要求1～3中任一项所述的成分组成，在将板厚设为t时，自外表面起板厚t的1/4t深度位置处的钢组织中，贝氏体以面积率计为70％以上，所述贝氏体的平均有效粒径以平均等效圆直径计为10.0μm以下，并且所述贝氏体的平均长径比为0.1～0.8，

所述制造方法中，

所述冷辊轧成形工序中，将对所述热轧钢板实施辊轧成形加工而得到的钢管原材焊接，进行相对于焊接后的钢管外表面的周长的缩径率为0.2～0.5％的缩径轧制。

6.一种钢管桩，其使用了权利要求1～3中任一项所述的电阻焊钢管。