JP2019116658A - Electroseamed steel pipe excellent in fatigue strength, and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油井管、ラインパイプ用として好適な電縫鋼管に係り、とくに繰返し荷重を受ける使途に好適な、疲労強度に優れた電縫鋼管およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an oil welded pipe suitable for oil well pipes and line pipes, and more particularly to an electric welded pipe excellent in fatigue strength and suitable for use under cyclic loading, and a method of manufacturing the same.
電縫鋼管は、継目無鋼管（シームレス鋼管）やUOE鋼管に比較して、安価であるという大きなメリットを有している。しかも、近年、電縫鋼管は、その製造技術や素材特性の向上により、性能が著しく向上し、油井管、ラインパイプ等向け素材として適用されるようになっている。油井管、ラインパイプ等向けとしては、まず、所定の強度を有し、さらに低温靭性、溶接性等に優れた電縫鋼管であることが、要求される。 ERW steel pipe has a great advantage of being inexpensive compared to seamless steel pipe (seamless steel pipe) and UOE steel pipe. Moreover, in recent years, electric resistance welded steel pipe has remarkably improved performance due to the improvement of its manufacturing technology and material properties, and has been applied as a material for oil well pipes, line pipes and the like. First, for oil well pipes, line pipes, etc., it is required to be an electric resistance welded steel pipe having predetermined strength and further excellent in low temperature toughness, weldability and the like.
例えば、特許文献１には、「低温靭性、溶接性に優れた高強度電縫管用熱延鋼帯」が記載されている。特許文献１に記載された技術は、質量％で、C：0.005〜0.04％、Si：0.05〜0.3％、Mn：0.5〜2.0％、Al：0.001〜0.1％、Nb：0.001〜0.1％、V：0.001〜0.1％、Ti：0.001〜0.1％、P：0.03％以下、S：0.005％以下、N：0.006％以下を含み、かつCu：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Mo：0.5％以下のうちから選んだ一種又は二種以上を含有する組成で、Pcmが0.17以下を満足し、かつ全組織中、主相であるベイニティックフェライトの占める割合が95vol％以上である高強度電縫管用熱延鋼帯である。特許文献１に記載された技術によれば、降伏強さ：560MPa以上の高強度で、試験温度：−10℃でのCTOD値が0.25mm以上となる母材および溶接部靭性を有し、ラインパイプ用鋼管や、油井管等向け素材として好適な電縫鋼管用熱延鋼帯となるとしている。 For example, Patent Document 1 describes “a high-strength hot-rolled steel strip for a high-resistance welded tube with excellent low-temperature toughness and weldability”. The technology described in Patent Document 1 is mass%, C: 0.005 to 0.04%, Si: 0.05 to 0.3%, Mn: 0.5 to 2.0%, Al: 0.001 to 0.1%, Nb: 0.001 to 0.1%, V : 0.001 to 0.1%, Ti: 0.001 to 0.1%, P: 0.03% or less, S: 0.005% or less, N: 0.006% or less and Cu: 0.5% or less, Ni: 0.5% or less, Mo: 0.5% A high-strength electrode having a composition containing one or more selected from the following, in which Pcm satisfies 0.17 or less, and the proportion of bainitic ferrite which is the main phase in the entire structure is 95 vol% or more: It is a hot-rolled steel strip for sewing tube. According to the technology described in Patent Document 1, it has high strength of 560 MPa or more, a base material and a weld zone toughness such that the CTOD value at test temperature: -10 ° C is 0.25 mm or more, It is said to be a hot-rolled steel band for ERW steel pipe suitable as a material for steel pipe for pipe and oil well pipe.
また、特許文献２には、「低温での衝撃エネルギー吸収特性と耐HAZ軟化特性に優れた高降伏比熱延鋼板」が記載されている。特許文献２に記載された技術は、質量％で、C：0.04〜0.09％、Si：0.4％以下、Mn：1.2〜2.0％、P：0.1％以下、S：0.02％以下、Al：1.0％以下、Nb：0.02〜0.09％、Ti：0.02〜0.07％、N：0.005％以下、を含有し、Mn＋8Ti＋12Nb：2.0〜2.6であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、パーライトの面積分率が5％以下、マルテンサイトおよび残留オーステナイトの合計面積分率が0.5％以下を含有し、残部がフェライトおよびベイナイトの１種または２種である金属組織からなり、フェライトおよびベイナイトの平均結晶粒径が10μm以下であり、TiおよびNbを含有する非整合析出した合金炭窒化物の平均粒子径が20nm以下であり、降伏比が0.85以上、最大引張強度が600MPa以上であり、−40℃におけるシャルピー衝撃エネルギー吸収が70J/cm2以上で、耐ＨＡＺ軟化特性に優れた高降伏比熱延鋼板である。 Further, Patent Document 2 describes "a high yield specific heat rolled steel sheet excellent in impact energy absorption characteristics at low temperature and HAZ resistance against softening". The technology described in Patent Document 2 is mass%, C: 0.04 to 0.09%, Si: 0.4% or less, Mn: 1.2 to 2.0%, P: 0.1% or less, S: 0.02% or less, Al: 1.0% The following contains Nb: 0.02 to 0.09%, Ti: 0.02 to 0.07%, N: 0.005% or less, Mn + 8 Ti + 12 Nb: 2.0 to 2.6, and the balance is a component composition consisting of Fe and unavoidable impurities, pearlite Area fraction of 5% or less, the total area fraction of martensite and retained austenite is 0.5% or less, and the balance is composed of one or two types of ferrite and bainite, and the average of ferrite and bainite The grain size is 10 μm or less, and the average particle diameter of the nonconformingly precipitated alloy carbonitride containing Ti and Nb is 20 nm or less, the yield ratio is 0.85 or more, the maximum tensile strength is 600 MPa or more, −40 in ℃ Charpy impact energy absorption in the 70 J / cm 2 or more, anti HA Excellent softening properties is a high yield specific heat-rolled steel sheet.
また、特許文献３には、「電縫溶接部の耐HIC性および低温靱性に優れた電縫鋼管」が記載されている。特許文献３に記載された技術は、質量％で、C：0.03〜0.59％、Si：0.10〜0.50％、Mn：0.40〜2.10％、Al：0.01〜0.35％を含有し、Si、MnをMn/Siが6.0〜9.0の範囲になるように調整して含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、引張強さTS：434MPa以上の強度を有する電縫鋼管であり、電縫溶接部に存在する円相当径8μm以上の介在物に含まれるSi、Mn、Al、Ca、Crの合計量が、地鉄を含む幅2mmの電縫溶接部全量に対する質量％で、16ppm以下であり、該電縫溶接部が優れた耐HIC特性と優れた低温靭性とを兼備する電縫鋼管である。 Further, Patent Document 3 describes “the electric resistance welded steel pipe excellent in HIC resistance and low temperature toughness of the electric resistance welded portion”. The technique described in Patent Document 3 contains, by mass%, C: 0.03 to 0.59%, Si: 0.10 to 0.50%, Mn: 0.40 to 2.10%, Al: 0.01 to 0.35%, and Si and Mn are Mn. ERW steel pipe with composition adjusted to have a range of 6.0 to 9.0 / Si and containing Fe and unavoidable impurities, and having a strength of tensile strength TS: 434 MPa or more, The total amount of Si, Mn, Al, Ca, and Cr contained in inclusions with a circle-equivalent diameter of 8 μm or more present in parts is 16 ppm or less by mass% with respect to the total amount of 2 mm wide ERW welded joints containing ground iron The electric-resistance-welded steel pipe is characterized in that the electric-resistance-welded portion has both excellent HIC resistance and excellent low temperature toughness.
また、特許文献４には、「溶接部品質の優れた電縫鋼管」が記載されている。特許文献４に記載された技術は、電縫鋼管の母材を構成する鋼板の成分組成が、質量％で、C：0.03〜0.15％、Si：0.1〜0.3％、Mn：0.5〜2.0％、Al：0.01〜0.06％、Ti：0.011〜0.023％、Ca：0.001〜0.005％、Ce及びLaの１種または２種の合計：0.001〜0.005％、P：0.03％以下、S：0.0015％以下、O：0.002％以下、N：0.005％以下を含有し、さらにNb：0.1％以下、V：0.1％以下、Mo：0.2％以下、及びB：0.002％以下の１種または２種以上を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であり、Ca、O、S、Ce、La、及びAlの含有量が、式
XCASO＝｛Ca/O＋Ca/S＋0.285(Ce＋La)/O＋0.285（Ce＋La）/S｝×｛Al/Ca｝＞78
を満し、電縫鋼管の溶接部における酸化物系介在物が、Ce及びLaの１種または２種を含有し、上記酸化物系介在物の長径／短径が2.5以下である、溶接部品質の優れた電縫鋼管である。特許文献４に記載された技術によれば、電縫溶接部の靭性低下が回避でき、油井管およびラインパイプに適した耐ＳＳＣ性と低温靭性とを兼備した電縫鋼管を得ることができるとしている。
In addition,
XCASO = {Ca / O + Ca / S + 0.285 (Ce + La) /O+0.285 (Ce + La) / S} × {Al / Ca}> 78
Welds, wherein the oxide inclusions in the welds of the ERW steel pipe contain one or two of Ce and La, and the major axis / short diameter of the oxide inclusions is 2.5 or less It is a high quality ERW steel pipe. According to the technique described in
また、特許文献５には、「低降伏比高強度電縫鋼管」が記載されている。特許文献５に記載された技術は、質量％で、C：0.05〜0.25％、Mn：0.2〜2.0％、Mo：0.05〜2.0％、V：0.1％超〜1.0％、Ti：0.002〜0.05％を含有し、Si：0.5％以下、Al：0.10％以下、P：0.025％以下、S：0.010％以下、N：0.01％以下に制限し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、次（式１）
Ceq＝C＋Mn/6＋Ni/15＋（Mo＋V）/5 ……（式１）
によって求められるCeqが0.45以上であり、金属組織が焼戻しマルテンサイトからなる低降伏比高強度電縫鋼管である。特許文献５に記載された電縫鋼管は、造管後、焼入れ焼戻し処理を施されて、降伏強さ：800MPa以上の高強度と、90％以下の低降伏比と、を有し、低温靭性に優れた電縫鋼管である。特許文献５に記載された技術では、高い焼入れ性を有し、厚肉管でもマルテンサイト組織とすることができ、高強度、高靭性で、降伏比も低く、大径かつ厚肉の電縫鋼管とすることができるとしている。
In addition, Patent Document 5 describes “low yield ratio high strength electric resistance welded steel pipe”. The technology described in Patent Document 5 is, by mass%, C: 0.05 to 0.25%, Mn: 0.2 to 2.0%, Mo: 0.05 to 2.0%, V: more than 0.1% to 1.0%, Ti: 0.002 to 0.05% Contained, Si: 0.5% or less, Al: 0.10% or less, P: 0.025% or less, S: 0.010% or less, N: 0.01% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities, and 1)
Ceq = C + Mn / 6 + Ni / 15 + (Mo + V) / 5 (Equation 1)
The Ceq obtained by the above is 0.45 or more, and the steel structure is a low yield ratio high strength electric resistance welded steel pipe composed of tempered martensite. The ERW steel pipe described in Patent Document 5 is subjected to quenching and tempering after pipe formation, and has a high strength of 800 MPa or more and a low yield ratio of 90% or less, and has low temperature toughness. It is an excellent ERW steel pipe. According to the technique described in Patent Document 5, it is possible to form martensitic structure even in a thick-walled tube having high hardenability, high strength and high toughness, low yield ratio, large diameter and thick electric resistance It can be a steel pipe.
また、特許文献６には、「高強度中空スタビライザー用電縫鋼管」が記載されている。特許文献６に記載された技術は、質量％で、C：0.20〜0.38％、Si：0.10〜0.50％、Mn：0.30〜2.00％、Al：0.01〜0.10％、W：0.01〜1.50％、B：0.0005〜0.0050％を含みさらにTi、Nを、Ti：0.001〜0.04％、N：0.0010〜0.0100％の範囲で、かつ（１）式
N/14＜Ti/47.9 ……（１）
を満足するように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、焼入れ処理後あるいは焼入れ焼戻処理後の強度−靭性バランスに優れる高強度中空スタビライザー用電縫鋼管であり、上記組成に加えてさらに、Cr、Moのうちから選ばれた１種または２種、Nb、Vのうちから選ばれた１種または２種、Cu、Niのうちから選ばれた１種または２種を含有してもよいとしている。特許文献６に記載された技術によれば、焼入れ焼戻し後の、肉厚方向の平均硬さが400HV以上の高強度で、シャルピー衝撃試験の破面遷移温度vTrsが−110℃以下の高靭性を有し、さらに機械的特性のばらつきが少ない自動車用スタビライザーを製造できるとしている。
Further,
N / 14 <Ti / 47.9 (1)
And a composition comprising the balance of Fe and unavoidable impurities, which is excellent in strength-toughness balance after quenching treatment or after quenching and tempering treatment. In addition to the above, one or two selected from Cr and Mo, one or two selected from Nb and V, one or two selected from Cu and Ni It may be contained. According to the technique described in
また、特許文献７には、「低温衝撃特性に優れた自動車用高強度電縫鋼管」が記載されている。特許文献７に記載された技術は、質量％で、C：0.2〜0.4％、Si：0.05〜0.5％、Mn：0.5〜2.5％、P：0.025％以下、S：0.01％以下、Al：0.15％以下、Cu：2％以下、Cr：2％以下、Ti：0.2％以下、B：0.005％以下を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる組成を有し、引張強さが1750N/mm2以上、0.1％耐力が1320N/mm2以上、−40℃におけるシャルピー衝撃値が50J/cm2以上である鋼板により構成される自動車用高強度電縫鋼管である。特許文献７に記載された技術によれば、所定の化学成分を有する電縫鋼管を高周波焼入れし、ミクロ組織をマルテンサイト単相としたのち、低温焼戻し処理を施すことにより、上記した高強度を有し、さらに高荷重域まで局部座屈が起こらず、衝撃吸収特性に優れた高強度電縫鋼管が得られるとしている。 Further, Patent Document 7 describes “high-strength electric-resistance welded steel pipe for automobile excellent in low-temperature impact characteristics”. The technique described in Patent Document 7 is, by mass%, C: 0.2 to 0.4%, Si: 0.05 to 0.5%, Mn: 0.5 to 2.5%, P: 0.025% or less, S: 0.01% or less, Al: 0.15 %, Cu: 2% or less, Cr: 2% or less, Ti: 0.2% or less, B: 0.005% or less, the balance being composed of iron and unavoidable impurities, and having a tensile strength of 1750 N / mm 2 or more, 0.1% proof stress of 1320N / mm 2 or more, a high strength electric resistance welded steel pipe for automotive constituted by steel sheet is Charpy impact value 50 J / cm 2 or more at -40 ° C.. According to the technique described in Patent Document 7, after induction hardening of the electric resistance steel pipe having a predetermined chemical component to make the microstructure into a martensite single phase, the above-described high strength can be obtained by low temperature tempering treatment. Furthermore, local buckling does not occur up to the high load area, and it is possible to obtain a high strength electric resistance welded steel pipe excellent in shock absorption characteristics.
また、特許文献８には、「高強度電縫鋼管」が記載されている。特許文献８に記載された技術は、質量％で、C：0.05〜0.20％、Si：0.5〜2.0％、Mn：1.0〜3.0％、P：0.1％以下、S：0.01％以下、Al：0.01〜0.1％、N：0.005％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、フェライト相とマルテンサイト相からなる二相組織で、マルテンサイト相が体積率で20〜60％である組織とを有し、引張強さが1180MPa以上、管軸方向の伸びが10％以上、降伏比が90％未満である優れた加工性と、塗装焼付け処理後の強度増加量が100MPa以上で、かつ降伏比が90％以上となる衝撃吸収特性とを有し、電縫溶接部の内面ビード高さが−0.1〜0.1mmである高強度電縫鋼管である。特許文献８に記載された技術により製造された高強度電縫鋼管は、自動車衝撃吸収用部材、自動車骨格部材等に有効に適用できるとしている。
Further,
また、特許文献９には、「疲労特性に優れた電縫鋼管」が記載されている。特許文献９に記載された技術は、質量％で、C：0.35〜0.55％、Si：0.01〜1.0％、Mn：1.0〜3.0％、P：0.02％以下、S：0.01％以下、Al：0.005％以下、N：0.0050％以下、Cr：0.1〜0.5％含有し、残部Feおよび不可避的不純部物からなる組成を有し、パーライト、フェライトおよびベイナイトからなり、パーライトの面積率が85％以上、フェライトおよびベイナイトの面積率の合計を15％以下、旧オーステナイト粒径が25μm以下である電縫鋼管である。特許文献９に記載された技術では、主たる組織をパーライトとすることにより、疲労き裂がジグザグに伝播することで疲労き裂伝播抵抗が高くなり、疲労強度が向上するとしている。 In addition, Patent Document 9 describes “a ERW steel pipe excellent in fatigue characteristics”. The technique described in Patent Document 9 is, by mass%, C: 0.35 to 0.55%, Si: 0.01 to 1.0%, Mn: 1.0 to 3.0%, P: 0.02% or less, S: 0.01% or less, Al: 0.005 % Or less, N: 0.0050% or less, Cr: 0.1 to 0.5%, the balance has a composition consisting of Fe and unavoidable impurities, consists of pearlite, ferrite and bainite, and the area ratio of pearlite is 85% or more, The ERW steel pipe has a total area ratio of ferrite and bainite of 15% or less and a prior austenite grain size of 25 μm or less. In the technique described in Patent Document 9, when the main structure is pearlite, the fatigue crack propagation resistance increases by the zigzag propagation of the fatigue crack, and the fatigue strength is improved.
海底油田・ガス田から石油・天然ガス等を採取する際に用いられる油井管やラインパイプでは、繰り返し荷重により疲労を受ける場合があり、特に、例えば、海洋掘削リグにおけるライザーパイプにおけるように、潮流による管軸方向の応力変動による疲労破壊が懸念されるなど、油井管、ラインパイプ等の使途に適用される電縫鋼管では、優れた耐疲労特性を有することが要望されている。 Oil well pipes and line pipes used when extracting oil and natural gas from submarine oil fields and gas fields may be subject to fatigue due to repeated loading, and in particular, for example, as in riser pipes in offshore drilling rigs, tidal currents There is a concern about fatigue failure due to stress fluctuation in the axial direction of the pipe, and it is demanded that ERW steel pipe applied to applications such as oil well pipes and line pipes have excellent fatigue resistance characteristics.
しかしながら、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に記載された各技術では、耐疲労特性についてまでの言及はなく、疲労強度に優れた電縫鋼管であるかどうかについては、不明のままである。
However, in each of the techniques described in Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3 and
また、特許文献５に記載された技術では、高い焼入れ性を有し、厚肉管でもマルテンサイト組織とすることができ、高強度、高靭性で、降伏比も低く、大径かつ厚肉の電縫鋼管とすることができるとしている。しかし、特許文献５には、耐疲労特性についてまでの言及はない。また、特許文献６に記載された技術で製造される電縫鋼管は、自動車用スタビライザー向けであり、たかだか肉厚5mm程度で、外径：25.4mmφ程度の小径電縫鋼管である。しかも、特許文献６には、強度、靭性についての記載があるだけで、耐疲労特性についてまでの言及はない。また、特許文献７に記載された技術で製造される電縫鋼管は、マルテンサイト単相組織で、引張強さが1750N/mm2以上で、0.1％耐力が1320N/mm2以上となる高強度を有しているが、自動車向けであり、しかも特許文献７には、肉厚：2mm程度、外径：31.8mmφと、薄肉小径電縫鋼管が例示されているにすぎない。さらに、特許文献７には、強度、靭性についての記載はあるが、耐疲労特性についての言及はない。
The technique described in Patent Document 5 has high hardenability, can form a martensitic structure even in a thick-walled tube, has high strength and high toughness, has a low yield ratio, and has a large diameter and a thick wall. It can be made into ERW steel pipe. However, Patent Document 5 does not mention fatigue resistance. Further, a ERW steel pipe manufactured by the technique described in
また、特許文献８に記載された技術で製造された電縫鋼管は、マルテンサイト相が体積率で20〜60％である、フェライト相とマルテンサイト相からなる二相組織で、引張強さが1180MPa以上を有する高強度電縫鋼管であり、主として自動車部材用のため、外径が高々48.6mmφ、肉厚が1.8mm程度の薄肉小径電縫鋼管が例示されているにすぎない。しかも、特許文献８には、耐疲労特性についての記載もない。また、特許文献９に記載された技術では、主たる組織をパーライトとすることにより、疲労強度を向上させているが、特許文献９に記載された技術では、自動車の中空ドライブシャフト用を目的としているため、高々、外径89mm、肉厚4.7mm程度の薄肉小径電縫鋼管についての記載があるだけで、特許文献９には、厚肉大径の電縫鋼管についてまでの記載はない。
In addition, the ERW steel pipe manufactured by the technology described in
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑み、油井管、ラインパイプ用として、とくに繰り返し荷重を受ける使途向けとして好適な、厚肉大径で、疲労強度に優れた電縫鋼管を提供することを目的とする。なお、ここでいう「疲労強度に優れた」とは、応力比：0.1での繰返し応力負荷試験（疲労試験）を実施して得られた繰返し応力歪曲線から求めた繰返し降伏強さが、360MPa以上である場合をいうものとする。また、ここでいう「厚肉大径」電縫鋼管とは、肉厚（板厚）：11.9mm以上好ましくは25.4mm以下、管外径：219.1mm以上である電縫鋼管をいうものとする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the problems of the prior art, the present invention provides a thick-diameter large-diameter ERW steel pipe excellent in fatigue strength suitable for oil well pipes and line pipes, particularly for use under repeated loading. To aim. Here, “excellent in fatigue strength” means that the cyclic yield strength obtained from the cyclic stress-strain line obtained by carrying out the cyclic stress load test (fatigue test) at a stress ratio of 0.1 is 360 MPa. The case of the above shall be said. In addition, “thick thick large diameter” ERW steel pipe refers to ERW steel pipe having a wall thickness (plate thickness) of 11.9 mm or more, preferably 25.4 mm or less, and a pipe outer diameter of 219.1 mm or more. .
また、本発明が目的とする厚肉大径電縫鋼管は、上記した範囲の肉厚、管径を有し、JIS Z 2241の規定に準拠した引張試験で得られた肉厚中央位置で管軸方向で、静的降伏強さYS：360MPa以上好ましくは570MPa以下で、静的引張強さTS：520MPa以上好ましくは760MPa以下の強度特性と、JIS Z 2242に規定されるシャルピー衝撃試験で、試験温度：0℃における吸収エネルギーが27J以上である靭性と、を有する鋼管とする。 In addition, the thick-walled large-diameter ERW steel pipe targeted by the present invention has the thickness and the pipe diameter in the above-mentioned range, and the pipe at the middle position of the thickness obtained by the tensile test in accordance with JIS Z 2241. Tests in the axial direction, static yield strength YS: 360 MPa or more, preferably 570 MPa or less, static tensile strength TS: 520 MPa or more, preferably 760 MPa or less, and Charpy impact test specified in JIS Z 2242 It is set as the steel pipe which has the toughness whose absorbed energy in temperature: 0 degreeC is 27 J or more.
本発明者らは、上記した目的を達成するために、上記した静的強度特性を有する電縫鋼管の疲労強度に及ぼす各種要因について、鋭意検討した。その結果、まず、上記した、静的降伏強さYS：360MPa以上、静的引張強さTS：520MPa以上となる強度特性を確保するためには、電縫鋼管の組織を、高強度が得やすくかつ靭性への悪影響が少ないベイナイトを面積率で30％以上含む、フェライトとベイナイトとからなる組織を主とする必要があることに思い至った。 MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors earnestly examined about the various factors which influence on the fatigue strength of the electric resistance welded steel pipe which has an above-described static strength characteristic, in order to achieve an above-described objective. As a result, first, in order to ensure the strength characteristics that the static yield strength YS is 360 MPa or more and the static tensile strength TS is 520 MPa or more, high strength can easily be obtained for the structure of the ERW steel pipe. At the same time, it has been found that it is necessary to mainly have a structure composed of ferrite and bainite containing at least 30% by area ratio of bainite which has little adverse effect on toughness.
そして、フェライトとベイナイトとからなる組織を主とする電縫鋼管の疲労強度に及ぼす各種要因について、鋭意検討した。その結果、まず、応力比：0.1での繰返し応力負荷試験（疲労試験）を実施して繰返し応力歪曲線を求め、得られた繰返し応力歪曲線から求めた繰返し降伏強さが、通常、鋼材の疲労強度として用いられる、JIS Z 2273 に規定される200万回疲労強度と、非常によい相関を示すことを新規に見出した。 Then, various factors affecting fatigue strength of ERW steel pipe mainly composed of ferrite and bainite were examined intensively. As a result, first, a cyclic stress load test (fatigue test) at a stress ratio of 0.1 is carried out to obtain a cyclic stress distortion line, and a cyclic yield strength obtained from the obtained cyclic stress distortion line is generally the steel It has been newly found that the fatigue strength has a very good correlation with the 2,000,000 times fatigue strength specified in JIS Z 2273, which is used as the fatigue strength.
まず、本発明者らが行った実験結果について説明する。
種々の組成を有し、フェライト、フェライト＋ベイナイト、フェライト＋ベイナイト＋パーライト、ベイナイト等、各種組織を有する熱延鋼板（鋼帯）（板厚：11.9〜25.4mm）を素材として、該素材に、冷間加工を施し、略円筒状のオープン管としたのち、該オープン管の幅方向端部同士を突き合わせて、押圧し、大電流の高周波抵抗溶接により電縫溶接して、外径：219.1〜508mmφの電縫鋼管とした。
First, experimental results performed by the present inventors will be described.
The material is a heat-rolled steel plate (steel strip) (plate thickness: 11.9 to 25.4 mm) having various compositions and having various structures such as ferrite, ferrite + bainite, ferrite + bainite + pearlite, bainite, etc. After cold working to form a substantially cylindrical open tube, widthwise end portions of the open tube are butted and pressed, and resistance welding is performed by high frequency high frequency resistance welding, and the outer diameter: 219.1 to It was a 508mmφ ERW pipe.
得られた電縫鋼管から、図３に示す断面の、電縫部（シーム部）から時計周りに90°の位置の肉厚中央位置で、試験片の長手方向が管軸方向となるように、図５に示す疲労試験片を採取した。そして、試験片の中央部に塑性歪ゲージを貼付した疲労試験片に、図６に示す、応力比：0.1の正弦波の応力を負荷し、試験片に発生する歪を測定する、繰返し応力負荷試験（疲労試験）を実施した。なお、ここでいう応力比は、図６に示すように、σmin/σmaxである。なお、負荷する応力を、応力比：0.1の正弦波の応力としたのは、油井管やラインパイプに負荷される繰り返し荷重は、平均応力がプラス側にある場合が多いという理由からである。 From the obtained ERW steel pipe, at the thickness center position of the cross section shown in FIG. 3 at a position of 90 ° clockwise from the seam part (seam part), so that the longitudinal direction of the test piece becomes the tube axial direction, The fatigue test pieces shown in FIG. 5 were collected. Then, a fatigue test piece having a plastic strain gauge attached to the center of the test piece is loaded with a sinusoidal stress of stress ratio: 0.1 shown in FIG. 6, and the strain generated in the test piece is measured. A test (fatigue test) was performed. The stress ratio referred to here is σ min / σ max as shown in FIG. The stress to be applied is a sinusoidal stress of stress ratio: 0.1 because the average load is often on the plus side of the repeated load applied to the oil well pipe or line pipe.
この繰返し応力負荷試験では、応力比：0.1の正弦波の応力を負荷し、応力負荷に伴い試験片に発生する歪を測定し、応力と歪との関係を求める。同一条件で数サイクル（例えば10サイクル）行い、応力と歪との関係の頂点を求めたのち、応力比：0.1を一定としたままで、応力レベルを漸増（395〜622MPa）し、同様に、数サイクル（10サイクル）応力負荷して、応力と歪との関係の頂点を求める。このような応力レベルの漸増を繰り返して、それぞれ頂点をもとめ、得られた各頂点を結び、応力と歪との関係曲線を得る。 In this cyclic stress load test, a stress of a sine wave with a stress ratio of 0.1 is loaded, and the strain generated in the test piece with the stress load is measured to determine the relationship between the stress and the strain. After several cycles (for example, 10 cycles) under the same conditions to determine the peak of the relationship between stress and strain, the stress level is gradually increased (395 to 622 MPa) while keeping the stress ratio: 0.1 constant, Stress is applied for several cycles (10 cycles) to find the apex of the relationship between stress and strain. Repeating such a gradual increase in stress level, each vertex is obtained, and each obtained vertex is connected to obtain a relationship curve between stress and strain.
その概要を図２に示す。図２では、各サイクルでの頂点を黒丸（●）で示す。得られた曲線を、繰返し応力歪曲線と称する。図２に示す繰返し応力歪曲線は、ラウンドハウス型曲線である。 The outline is shown in FIG. In FIG. 2, the vertices in each cycle are indicated by black circles (●). The resulting curve is referred to as the cyclic stress distortion curve. The cyclic stress distortion curve shown in FIG. 2 is a round house curve.
このようにして得られた「繰返し応力歪曲線」から、「繰返し降伏強さ」を求めた。「繰返し応力歪曲線」が降伏点型曲線を呈する場合には、「繰返し降伏強さ」は上降伏点とし、「繰返し応力歪曲線」がラウンド型曲線を呈する場合には、「繰返し降伏強さ」はオフセット0.5％耐力σ0.5とした。 From the “repeated stress distortion line” obtained in this manner, the “repeated yield strength” was determined. If the "repeated stress distortion curve" exhibits a yield point type curve, the "repetitive yield strength" is taken as the upper yield point, and if the "repetitive stress distortion line" exhibits a round shape curve, the "repeated yield strength" “Offset 0.5% proof stress σ 0.5 ”.
さらに、得られた電縫鋼管について同様に、電縫部（シーム部）から時計周りに90°の位置の肉厚中央位置で、試験片の長手方向が管軸方向となるように、図５に示す疲労試験片を採取し、JIS Z 2273 の規定に準拠して、応力比：0.1の繰返し応力負荷の条件で、負荷応力を変化させて、疲労試験を実施し、各負荷応力で破断までの繰返し負荷回数を求め、S-N曲線を得た。そして、2×106回で破断しない上限の負荷応力を疲労強度σmax（2×106回）とした。 Furthermore, in the case of the obtained ERW steel pipe, similarly, in FIG. 5, the longitudinal direction of the test piece is in the direction of the tube axis at the thickness center position at a position of 90 ° clockwise from the seamed portion. The fatigue test pieces shown are collected, and the load stress is changed under the condition of cyclic stress load of 0.1, the load stress is changed, and the fatigue test is carried out in accordance with the provisions of JIS Z 2273. The number of repeated loadings was determined to obtain an SN curve. Then, the upper limit applied stress not broken at 2 × 10 6 times was taken as the fatigue strength σ max (2 × 10 6 times).
得られた疲労強度σmax（2×106回）と繰返し降伏強さとの関係を図１に示す。
図１から、繰返し降伏強さは、電縫鋼管の疲労強度σmax（2×106回）と、鋼管組織に影響されることなく、非常によい相関関係を有していることを、新規に知見した。
The relationship between the obtained fatigue strength σmax (2 × 10 6 times) and the cyclic yield strength is shown in FIG.
From FIG. 1, it is newly shown that the cyclic yield strength has a very good correlation with the fatigue strength σ max (2 × 10 6 times) of ERW steel pipe without being affected by the steel pipe structure. I found out.
このようなことから、本発明者らは、上記した「繰返し降伏強さ」により、耐疲労特性を評価することが、多数の試験片を用いることなく、簡便に、当該電縫鋼管の疲労強度を精度高く推定できることに想到した。 From these facts, the inventors of the present invention have evaluated fatigue resistance characteristics by the above-mentioned “repeating yield strength” simply by using the fatigue strength of the ERW steel pipe without using a large number of test pieces. We thought that we could estimate with high accuracy.
さらに、本発明者らは、疲労強度の評価手段として上記した「繰返し降伏強さ」を用いて、各種電縫鋼管の疲労強度を推定し、造管ままの電縫鋼管に、焼戻温度：150〜350℃の低温焼戻処理を施すと、管軸方向の疲労強度が著しく向上することを見出した。 Furthermore, the present inventors estimate the fatigue strength of various ERW steel pipes using the above-mentioned "repeating yield strength" as an evaluation means of the fatigue strength, and tempering temperature of the as-formed ERW steel pipe: It has been found that the low temperature tempering at 150 to 350 ° C. significantly improves the fatigue strength in the axial direction of the tube.
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）質量％で、C：0.001〜0.50％、Si：0.001〜2.0％、Mn：0.001〜3.0％、P：0.05％以下、S：0.05％以下、Al：0.010〜0.060％を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成と、面積率で、フェライト：70％以下（0％を含まず）、ベイナイト：30〜50％を含み、かつフェライトとベイナイトとの合計が90％以上で、さらに10％以下（0％を含む）のパーライトまたはマルテンサイトとからなる組織と、を有し、さらに前記組織中には粒径500nm未満の微細炭化物が分散してなり、JIS Z 2241の規定に準拠した引張試験により得られた、肉厚中央位置で管軸方向の静的降伏強さが360MPa以上、静的引張強さが520MPa以上で、かつ、応力比：0.1の繰返し応力負荷を施して得られた繰返し応力歪曲線から求めた繰返し降伏強さが360MPa以上であることを特徴とする疲労強度に優れた厚肉大径電縫鋼管。
（２）（１）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：0.001〜5.0％、Ni：0.001〜5.0％、Cr：0.001〜5.0％、Mo：0.001〜5.0％、Nb：0.0001〜0.5％、V：0.0001〜0.5％、Ti：0.0001〜0.5％、B：0.00001〜0.1％、Ca：0.00001〜0.1％、REM：0.00001〜0.1％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする厚肉大径電縫鋼管。
（３）熱延鋼帯を、素材として、該素材の幅方向に冷間で曲げ加工を施し、断面略円筒状のオープン管としたのち、該オープン管の幅方向端部同士を突き合わせ、押圧し、電縫溶接して、電縫鋼管とするに当り、前記熱延鋼帯を、質量％で、C：0.001〜0.50％、Si：0.001〜2.0％、Mn：0.001〜3.0％、P：0.05％以下、S：0.05％以下、Al：0.010〜0.060％を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成と、面積率で、フェライト：70％以下（0％を含まず）、ベイナイト：30〜50％を含み、かつフェライトとベイナイトとの合計が90％以上で、さらに10％以下（0％を含む）のパーライトまたはマルテンサイトとからなる組織と、を有する鋼帯とし、前記電縫鋼管に、焼戻温度：150〜350℃の低温焼戻処理を施し、JIS Z 2241の規定に準拠した引張試験により得られた、肉厚中央位置で管軸方向の静的降伏強さが360MPa以上、静的引張強さが520MPa以上で、かつ、応力比：0.1の繰返し応力負荷を施して得られた繰返し応力歪曲線から求めた繰返し降伏強さが360MPa以上である電縫鋼管とすることを特徴とする疲労強度に優れた厚肉大径電縫鋼管の製造方法。
（４）（３）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：0.001〜5.0％、Ni：0.001〜5.0％、Cr：0.001〜5.0％、Mo：0.001〜5.0％、Nb：0.0001〜0.5％、V：0.0001〜0.5％、Ti：0.0001〜0.5％、B：0.00001〜0.1％、Ca：0.00001〜0.1％、REM：0.00001〜0.1％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする厚肉大径電縫鋼管の製造方法。
The present invention has been completed based on such findings, with further studies. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) In mass%, C: 0.001 to 0.50%, Si: 0.001 to 2.0%, Mn: 0.001 to 3.0%, P: 0.05% or less, S: 0.05% or less, Al: 0.010 to 0.060%, the balance Ferrite: 70% or less (not including 0%), bainite: 30 to 50% in area ratio, and the total of ferrite and bainite is 90% or more in terms of area ratio And a structure composed of 10% or less (including 0%) of pearlite or martensite, and in the structure, fine carbides having a particle size of less than 500 nm are dispersed, and are in accordance with JIS Z 2241. Obtained by applying a cyclic stress load with a static yield strength of 360 MPa or more, a static tensile strength of 520 MPa or more, and a stress ratio of 0.1 at the thickness center position obtained by the above tensile test. Fatigue strength characterized by a cyclic yield strength of at least 360 MPa determined from the cyclic stress distortion curve Thick-walled large radial electric sewing steel pipe.
(2) In (1), in addition to the above composition, Cu: 0.001 to 5.0%, Ni: 0.001 to 5.0%, Cr: 0.001 to 5.0%, Mo: 0.001 to 5.0%, Nb: 0.0001 by mass%. ~ 0.5%, V: 0.0001 to 0.5%, Ti: 0.0001 to 0.5%, B: 0.00001 to 0.1%, Ca: 0.00001 to 0.1%, REM: 0.00001 to 0.1% One or two or more selected from A thick large-diameter ERW steel pipe characterized by containing
(3) A hot-rolled steel strip is cold-bent in the width direction of the blank to form an open tube having a substantially cylindrical cross section, and then the end portions in the width direction of the open tube are butted and pressed And electric resistance welded to form electric resistance welded steel pipe, C: 0.001 to 0.50%, Si: 0.001 to 2.0%, Mn: 0.001 to 3.0%, P: 0.05% or less, S: 0.05% or less, Al: 0.010 to 0.060%, the composition comprising the balance Fe and unavoidable impurities, and the area ratio, ferrite: 70% or less (not including 0%), bainite: 30 A steel strip having a structure comprising at least 50%, and a total of at least 90% of ferrite and bainite, and further comprising 10% or less (including 0%) of pearlite or martensite; , A low temperature tempering treatment of 150 to 350 ° C., and a meat obtained by a tensile test according to JIS Z 2241. Determined from cyclic stress distortion line obtained by applying cyclic stress load with static yield strength of 360 MPa or more, static tensile strength of 520 MPa or more, and stress ratio: 0.1 at thickness center position. A method of manufacturing a thick-walled large diameter ERW steel pipe excellent in fatigue strength characterized by using ERW steel pipe having a cyclic yield strength of 360 MPa or more.
(4) In (3), in addition to the above composition, Cu: 0.001 to 5.0%, Ni: 0.001 to 5.0%, Cr: 0.001 to 5.0%, Mo: 0.001 to 5.0%, Nb: 0.0001 by mass%. ~ 0.5%, V: 0.0001 to 0.5%, Ti: 0.0001 to 0.5%, B: 0.00001 to 0.1%, Ca: 0.00001 to 0.1%, REM: 0.00001 to 0.1% One or two or more selected from A method of manufacturing a thick large-diameter ERW steel pipe characterized by containing
本発明によれば、特殊な工程を必要とせずに、また多量の合金元素を含有することなく、油井管、ラインパイプ等の使途に好適な、疲労強度に優れた厚肉大径電縫鋼管を製造でき、産業上格段の効果を奏する。本発明になる電縫鋼管は、高い疲労強度を有することから、油井管、ラインパイプ等の構造物の疲労破壊に対する安全裕度を拡大できるという効果もある。 According to the present invention, a thick, large-diameter electric resistance welded steel pipe excellent in fatigue strength, which is suitable for use in oil well pipes, line pipes, etc., without requiring special processes and without containing a large amount of alloy elements. Can be manufactured and the industrial effects are outstanding. Since the ERW steel pipe according to the present invention has high fatigue strength, there is also an effect that the safety margin for fatigue failure of structures such as oil well pipes and line pipes can be expanded.
本発明電縫鋼管は、静的降伏強さが360MPa以上、静的引張強さが520MPa以上の高強度を有し、疲労強度に優れた厚肉大径電縫鋼管である。 The ERW steel pipe of the present invention is a thick large-diameter ERW pipe having a high static strength such as 360 MPa or more and a static tensile strength of 520 MPa or more and excellent in fatigue strength.
本発明電縫鋼管は、質量％で、C：0.001〜0.50％、Si：0.001〜2.0％、Mn：0.001〜3.0％、P：0.05％以下、S：0.05％以下、Al：0.010〜0.060％を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成（基本組成）を有する。 The electric resistance welded steel pipe of the present invention is, by mass%, C: 0.001 to 0.50%, Si: 0.001 to 2.0%, Mn: 0.001 to 3.0%, P: 0.05% or less, S: 0.05% or less, Al: 0.010 to 0.060% And a composition (basic composition) consisting of the balance Fe and unavoidable impurities.
まず、本発明電縫鋼管の組成限定理由について、説明する。以下、組成における質量％は、単に％で記す。 First, the composition limitation reason of the electric resistance welded steel pipe of the present invention will be described. Hereinafter, mass% in the composition is simply expressed as%.
C：0.001〜0.50％
Cは、電縫鋼管の強度増加に寄与する元素であり、所望の強度を確保するために、0.001％以上の含有を必要とする。一方、0.50％を超える含有は、延性、靭性や、溶接性を劣化させる。このため、Cは0.001〜0.50％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.01〜0.30％である。
C: 0.001 to 0.50%
C is an element that contributes to the increase in the strength of the ERW steel pipe, and needs to be contained at 0.001% or more in order to secure a desired strength. On the other hand, the content exceeding 0.50% deteriorates ductility, toughness and weldability. For this reason, C was limited to the range of 0.001 to 0.50%. In addition, Preferably it is 0.01 to 0.30%.
Si：0.001〜2.0％
Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶して電縫鋼管の強度増加に寄与する元素であり、所望の強度を確保するためには、0.001％以上の含有を必要とする。一方、2.0％を超えて含有すると、溶接性、靭性を劣化させる。このため、Siは0.001〜2.0％の範囲に限定した。なお、0.01〜1.0％である。
Si: 0.001 to 2.0%
Si is an element which acts as a deoxidizing agent and is in solid solution to contribute to the increase in strength of the ERW steel pipe, and in order to secure a desired strength, it needs to be contained 0.001% or more. On the other hand, if the content exceeds 2.0%, the weldability and the toughness are deteriorated. For this reason, Si was limited to the range of 0.001 to 2.0%. In addition, it is 0.01 to 1.0%.
Mn：0.001〜3.0％
Mnは、焼入れ性増加を介して、電縫鋼管の強度増加および靭性向上に寄与する元素であり、所望の強度、靭性を確保するために、0.001％以上の含有を必要とする。一方、3.0％を超える含有は、溶接性、靭性の低下を招く。このため、Mnは0.001〜3.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.01〜2.5％の範囲である。
Mn: 0.001 to 3.0%
Mn is an element that contributes to the increase in strength and toughness of the ERW steel pipe through the increase in hardenability, and requires a content of 0.001% or more in order to secure desired strength and toughness. On the other hand, when the content exceeds 3.0%, the weldability and the toughness decrease. For this reason, Mn was limited to the range of 0.001 to 3.0%. In addition, Preferably it is 0.01 to 2.5% of range.
P：0.05％以下
Pは、電縫鋼管の靭性を劣化させる元素であり、できるだけ低減することが望ましいが、0.05％以下であれば、許容できる。このため、Pは0.05％以下に限定した。なお、好ましくは0.03％以下である。
P: 0.05% or less
P is an element that degrades the toughness of the electric resistance welded steel pipe, and it is desirable to reduce as much as possible, but 0.05% or less is acceptable. For this reason, P was limited to 0.05% or less. In addition, Preferably it is 0.03% or less.
S：0.05％以下
Sは、鋼中では主として硫化物系介在物として存在し、多量の含有は鋼管の延性、靭性を低下させる元素であり、極力低減することが望ましいが、0.05％以下であれば許容できる。このようなことから、Sは0.05％以下に限定した。なお、好ましくは0.01％以下である。
S: 0.05% or less
S is mainly present as sulfide-based inclusions in steel, and a large amount of S is an element that reduces the ductility and toughness of the steel pipe, and it is desirable to reduce as much as possible, but 0.05% or less is acceptable. From such a thing, S was limited to 0.05% or less. In addition, Preferably it is 0.01% or less.
Al：0.010〜0.060％
Alは、脱酸剤として作用するとともに、窒化物AlNを形成して、結晶粒の微細化に寄与する元素である。このような効果を得るためには、Alは0.010％以上含有する必要があるが、0.060％を超えて多量に含有すると、延性、靭性の低下を招く。このため、Alは0.010〜0.060％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.030〜0.060％である。
Al: 0.010 to 0.060%
Al acts as a deoxidizing agent and is an element that forms nitride AlN and contributes to the refinement of crystal grains. In order to obtain such an effect, Al needs to be contained in 0.010% or more. However, if Al is contained in a large amount exceeding 0.060%, the ductility and the toughness decrease. For this reason, Al was limited to 0.010 to 0.060% of range. In addition, Preferably it is 0.030 to 0.060%.
上記した成分が基本の成分であるが、本発明電縫鋼管では、この基本の組成に加えてさらに、強度、靭性や溶接性等の調整、耐候性の付与などを目的として、選択元素として、Cu：0.001〜5.0％、Ni：0.001〜5.0％、Cr：0.001〜5.0％、Mo：0.001〜5.0％、Nb：0.0001〜0.5％、V：0.0001〜0.5％、Ti：0.0001〜0.5％、B：0.00001〜0.1％、Ca：0.00001〜0.1％、REM：0.00001〜0.1％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有しても良い。 The above-mentioned components are the basic components, but in the case of the ERW steel pipe of the present invention, in addition to the basic composition, for the purpose of adjusting the strength, toughness, weldability, etc., imparting weather resistance, etc. Cu: 0.001 to 5.0%, Ni: 0.001 to 5.0%, Cr: 0.001 to 5.0%, Mo: 0.001 to 5.0%, Nb: 0.0001 to 0.5%, V: 0.0001 to 0.5%, Ti: 0.0001 to 0.5%, B It may contain one or more selected from 0.00001 to 0.1%, Ca: 0.00001 to 0.1%, and REM: 0.00001 to 0.1%.
Cu、Ni、Cr、Mo、Nb、V、Ti、Bはいずれも、電縫鋼管の強度増加に寄与する元素であり、必要に応じて選択して１種または２種以上を含有できる。 Cu, Ni, Cr, Mo, Nb, V, Ti, and B are all elements contributing to the increase in the strength of the ERW steel pipe, and can be selected to contain one or more kinds as needed.
Cu：0.001〜5.0％
Cuは、固溶してあるいは析出して、電縫鋼管の強度増加に寄与するとともに、耐候性をも向上させる元素であり、これらの効果を得るためには、0.001％以上の含有を必要とする。一方、5.0％を超える含有は、溶接性、靱性の低下を招くとともに、熱間圧延時の疵発生を招く。このようなことから、含有する場合は、Cuは0.001〜5.0％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは、0.01〜2.5％である。
Cu: 0.001 to 5.0%
Cu is an element that forms a solid solution or precipitates and contributes to the increase in the strength of the ERW steel pipe and also improves the weather resistance. In order to obtain these effects, the content of 0.001% or more is required. Do. On the other hand, the content exceeding 5.0% causes deterioration of weldability and toughness, and also causes the generation of wrinkles during hot rolling. From such a thing, when it contains, it is preferable to limit Cu to 0.001 to 5.0% of range. More preferably, it is 0.01 to 2.5%.
Ni：0.001〜5.0％
Niは、電縫鋼管の強度増加に寄与するとともに、とくに低温靭性の向上、耐候性の付与、Cu起因の熱間脆性の改善に有効に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.001％以上の含有を必要とする。一方、5.0％を超える含有は、溶接性を低下させるうえ、製造コストの高騰を招く。このため、含有する場合には、Niは0.001〜5.0％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.01〜5.0％である。
Ni: 0.001 to 5.0%
Ni is an element that contributes to the increase in the strength of the ERW steel pipe and, in particular, effectively contributes to the improvement of the low temperature toughness, the imparting of weather resistance, and the improvement of the hot embrittlement caused by Cu. In order to acquire such an effect, 0.001% or more needs to be contained. On the other hand, when the content exceeds 5.0%, the weldability is lowered and the production cost is increased. For this reason, when it contains, it is preferable to limit Ni to 0.001 to 5.0% of range. More preferably, it is 0.01 to 5.0%.
Cr：0.001〜5.0％
Crは、電縫鋼管の強度増加、耐候性の付与に有効に寄与する元素であり、このような効果を得るためには、0.001％以上の含有を必要とする。一方、5.0％を超える含有は、溶接性および靭性の低下を招く。このため、含有する場合には、Crは0.001〜5.0％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.01〜2.5％である。
Cr: 0.001 to 5.0%
Cr is an element effectively contributing to the increase in strength and weatherability of the ERW steel pipe, and in order to obtain such an effect, the content of 0.001% or more is required. On the other hand, when the content exceeds 5.0%, the weldability and the toughness decrease. For this reason, when it contains, it is preferable to limit Cr to 0.001 to 5.0% of range. More preferably, it is 0.01 to 2.5%.
Mo：0.001〜5.0％
Moは、電縫鋼管の強度増加に有効に寄与する元素であり、このような効果を得るためには、0.001％以上の含有を必要とする。一方、5.0％を超える含有は、溶接性および靭性の低下を招く。このため、含有する場合には、Moは0.001〜5.0％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは、0.01〜2.5％である。
Mo: 0.001 to 5.0%
Mo is an element effectively contributing to the increase in the strength of the ERW steel pipe, and in order to obtain such an effect, the content of 0.001% or more is required. On the other hand, when the content exceeds 5.0%, the weldability and the toughness decrease. For this reason, when it contains, it is preferable to limit Mo to 0.001 to 5.0% of range. More preferably, it is 0.01 to 2.5%.
Nb：0.0001〜0.5％
Nbは、固溶しあるいは炭化物、窒化物等として析出して、電縫鋼管の強度増加に寄与するとともに、オーステナイト粒の再結晶を抑制し、熱間圧延を介して結晶粒の細粒化を図る作用を有する元素である。このような効果を得るためには、0.0001％以上の含有を必要とする。一方、0.5％を超える多量の含有は、靭性の低下を招く。このため、含有する場合には、Nbは0.0001〜0.5％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは、0.001〜0.25％である。
Nb: 0.0001 to 0.5%
Nb forms a solid solution or precipitates as carbides, nitrides, etc. and contributes to the increase in strength of the ERW steel pipe, suppresses recrystallization of austenite grains, and refines grains through hot rolling. It is an element having an effect of In order to obtain such an effect, the content needs to be 0.0001% or more. On the other hand, a large content exceeding 0.5% causes a decrease in toughness. For this reason, when it contains, it is preferable to limit Nb to the range of 0.0001 to 0.5%. More preferably, it is 0.001 to 0.25%.
V：0.0001〜0.5％
Vは、Nbと同様に、炭化物等として析出して、電縫鋼管の強度増加に有効に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.0001％以上の含有を必要とする。一方、0.5％を超える含有は、溶接性および靭性の低下を招く。このため、含有する場合には、Vは0.0001〜0.5％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは、0.001〜0.25％である。
V: 0.0001 to 0.5%
V, like Nb, is an element that precipitates as a carbide or the like and contributes effectively to the increase in the strength of the ERW steel pipe. In order to obtain such an effect, the content needs to be 0.0001% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.5%, the weldability and the toughness decrease. For this reason, when it contains, it is preferable to limit V to the range of 0.0001 to 0.5%. More preferably, it is 0.001 to 0.25%.
Ti：0.0001〜0.5％
Tiは、炭化物、窒化物等の析出物の析出を介して電縫鋼管の強度増加に寄与するとともに、溶接部靭性の向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.0001％以上の含有を必要とする。一方、0.5％を超える含有は、製造コストの上昇を招く傾向にある。このため、含有する場合には、Tiは0.0001〜0.5％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは、0.001〜0.25％である。
Ti: 0.0001 to 0.5%
Ti is an element that contributes to the increase in the strength of the ERW steel pipe through the precipitation of precipitates such as carbides and nitrides, and contributes to the improvement of the weld zone toughness. In order to obtain such an effect, the content needs to be 0.0001% or more. On the other hand, the content exceeding 0.5% tends to cause the increase of the manufacturing cost. For this reason, when it contains, it is preferable to limit Ti in the range of 0.0001 to 0.5%. More preferably, it is 0.001 to 0.25%.
B：0.00001〜0.1％
Bは、焼入れ性向上を介して電縫鋼管の強度増加に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.00001％以上の含有を必要とする。一方、0.1％を超える多量の含有は、溶接性の低下を招く。このため、含有する場合には、Bは0.00001〜0.1％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは、0.0001〜0.05％である。
B: 0.00001 to 0.1%
B is an element that contributes to the increase in the strength of the ERW steel pipe through the improvement of the hardenability. In order to obtain such an effect, the content needs to be 0.00001% or more. On the other hand, a large content exceeding 0.1% causes a decrease in weldability. For this reason, when it contains, it is preferable to limit B to 0.00001-0.1% of range. More preferably, it is 0.0001 to 0.05%.
また、Ca、REMはいずれも、介在物の形態制御を介して、電縫鋼管の延性向上、靱性向上に寄与する元素であり、必要に応じて選択して１種または２種を含有できる。 Further, Ca and REM are elements contributing to the improvement of ductility and the improvement of toughness of the ERW steel pipe through the control of the form of inclusions, and can be selected to contain one or two kinds as needed.
Ca：0.00001〜0.1％
Caは、介在物の形態制御を介して、電縫鋼管の延性向上、靱性向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.00001％以上の含有を必要とする。一方、0.1％を超える含有は、靱性の低下を招く。このため、含有する場合は、Caは0.00001〜0.1％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.0001〜0.05％である。
Ca: 0.00001 to 0.1%
Ca is an element which contributes to the improvement of ductility and the improvement of toughness of the ERW steel pipe through the control of the form of inclusions. In order to obtain such an effect, the content needs to be 0.00001% or more. On the other hand, the content exceeding 0.1% causes the decrease in toughness. For this reason, when it contains, it is preferable to limit Ca to the range of 0.00001-0.1%. More preferably, it is 0.0001 to 0.05%.
REM：0.00001〜0.1％
REMは、Caと同様に、介在物の形態制御を介して、電縫鋼管の延性向上、靱性向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.00001％以上の含有を必要とする。一方、0.1％を超える含有は、靱性の低下を招く。このため、含有する場合は、REMは0.00001〜0.1％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.001〜0.05％である。
REM: 0.00001 to 0.1%
Like Ca, REM is an element that contributes to the improvement of ductility and the improvement of toughness of the ERW steel pipe through the control of the form of inclusions. In order to obtain such an effect, the content needs to be 0.00001% or more. On the other hand, the content exceeding 0.1% causes the decrease in toughness. For this reason, when it contains, it is preferable to limit REM to the range of 0.00001-0.1%. More preferably, it is 0.001 to 0.05%.
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物としては、N：0.006％以下、O：0.006％以下が許容できる。 The balance other than the above components is Fe and unavoidable impurities. As unavoidable impurities, N: 0.006% or less and O: 0.006% or less are acceptable.
本発明電縫鋼管は、上記した組成を有し、さらに面積率で、フェライト：70％以下（0％を含まず）、ベイナイト：30〜50％を含み、かつフェライトとベイナイトとの合計が90％以上で、さらに10％以下（0％を含む）のパーライトまたはマルテンサイトとからなる組織を有する。なお、この組織は、電縫鋼管の管軸方向に垂直な断面でシーム部から時計回りに90°の位置で、板厚中央位置で観察するものとする。 The electric resistance welded steel pipe of the present invention has the composition described above, and further contains, in area ratio, ferrite: 70% or less (not including 0%), bainite: 30 to 50%, and the total of ferrite and bainite is 90 % Or more and further 10% or less (including 0%) have a structure consisting of pearlite or martensite. In addition, this structure shall be observed at a plate thickness central position at a position 90 ° clockwise from the seam in a cross section perpendicular to the axial direction of the ERW steel pipe.
フェライト＋ベイナイト：面積率で合計90％以上
本発明電縫鋼管は、所望範囲の静的引張特性と、所望の靭性を確保するために、フェライトとベイナイトを主たる組織とする。本発明電縫鋼管は、組織全体に対する面積率で30％以上のベイナイトを必須含有する。ベイナイトが面積率で30％未満では、所望の静的降伏強さ：360MPa以上の高強度を確保できない。一方、ベイナイトが面積率で50％を超えると、所望の静的降伏強さの範囲を外れる。このようなことから、本発明電縫鋼管では、ベイナイトを面積率で、30％以上50％以下含む組織とする。また、フェライトが面積率で70％を超えると、残りすべてをベイナイトとしても、所望の静的引張特性の範囲を保持することができない。このようなことから、本発明電縫鋼管では、フェライトを面積率で、70％以下（0％は含まず）含む組織とする。
Ferrite + Bainite: Total area ratio of 90% or more The electric resistance welded steel pipe of the present invention has ferrite and bainite as main structures in order to secure static tensile characteristics in a desired range and desired toughness. The ERW steel pipe of the present invention essentially contains 30% or more of bainite in terms of area ratio to the entire structure. If the area percentage of bainite is less than 30%, the desired static yield strength: high strength of 360 MPa or more can not be secured. On the other hand, when the area ratio of bainite exceeds 50%, the desired static yield strength is out of the range. From such a thing, in the ERW steel pipe of the present invention, bainite has a structure including 30% or more and 50% or less in area ratio. In addition, when the area ratio of ferrite exceeds 70%, even if all the remaining is bainite, the desired static tensile property range can not be maintained. From such a thing, in the electric resistance welded steel pipe of the present invention, the structure contains ferrite at an area ratio of 70% or less (not including 0%).
そして、本発明電縫鋼管では、フェライトとベイナイトとを、合計で、面積率で90％以上となる組織とする。フェライトとベイナイト以外の組織でパーライトが面積率で10％を超えて多量に含まれると、静的降伏強さが360MPaを下回る。また、フェライトとベイナイト以外の組織でマルテンサイトが面積率で10％を超えて多量に含まれると、静的降伏強さが好適範囲の上限570MPaを超えて高くなる。このため、本発明電縫鋼管では、フェライトとベイナイトとを、合計で、面積率で90％以上含む組織とし、フェライトとベイナイト以外の組織を10％以下（0％を含む）に限定した。なお、フェライトとベイナイト以外の組織としては、パーライトまたはマルテンサイトが例示できる。 And, in the ERW steel pipe of the present invention, the ferrite and the bainite have a structure which is 90% or more in area ratio in total. When the perlite is contained in a large amount exceeding 10% in area ratio in structures other than ferrite and bainite, the static yield strength is less than 360 MPa. In addition, when the martensite is contained in a large amount exceeding 10% in area ratio in a structure other than ferrite and bainite, the static yield strength becomes higher than the upper limit 570 MPa of the preferable range. For this reason, in the ERW steel pipe of the present invention, the ferrite and the bainite in total have a structure including 90% or more in area ratio, and the structures other than the ferrite and the bainite are limited to 10% or less (including 0%). In addition, pearlite or martensite can be illustrated as structures other than ferrite and bainite.
また、本発明電縫鋼管の上記した組織では、転位上に析出した微細な炭化物(析出物)が分散した状態を呈する。析出した炭化物（析出物）は、粒径500nm未満（10〜400nm程度）の大きさを有している。このような微細な炭化物(析出物)が分散した状態となることにより、疲労強度、静的降伏強さが向上する。このような微細な炭化物(析出物)の存在が認められない場合には、顕著な疲労強度の増加や、静的降伏強さの増加は望めない。 Further, in the above-described structure of the ERW steel pipe of the present invention, a state in which fine carbides (precipitates) deposited on dislocations are dispersed is exhibited. The precipitated carbide (precipitate) has a particle size of less than 500 nm (about 10 to 400 nm). When such fine carbides (precipitates) are dispersed, fatigue strength and static yield strength are improved. If the presence of such fine carbides (precipitates) is not recognized, a remarkable increase in fatigue strength and an increase in static yield strength can not be expected.
なお、このような微細な炭化物(析出物)が分散した状態は、熱延鋼帯を素材として、素材の幅方向に冷間で曲げ加工し、略円筒状のオープン管に造管した際に導入された転位上に、低温焼戻処理により、炭化物等の析出物が析出したことによるものである。 When such fine carbides (precipitates) are dispersed, they are cold worked in the width direction of the material by using a hot-rolled steel band as a material, and are formed into a substantially cylindrical open pipe. It is due to precipitation of precipitates such as carbides by low temperature tempering treatment on the introduced dislocations.
上記した組成および組織を有する本発明電縫鋼管は、静的降伏強さ：360MPa以上好ましくは570MPa以下で、静的引張強さ：520MPa以上好ましくは760MPa以下の静的引張特性を有し、さらに、繰返し降伏強さ：360MPa以上である優れた疲労強度を有する厚肉大径電縫鋼管である。なお、引張特性は、管軸方向に垂直な断面でシーム部から時計回りに90°の位置で、肉厚中央で試験片長手方向が管軸方向となるように、JIS Z 2241の規定に準拠して試験片を採取し、引張試験を行って得られた値を用いるものとする。 The ERW steel pipe of the present invention having the above-described composition and structure has static tensile properties: static yield strength: 360 MPa or more, preferably 570 MPa or less, static tensile strength: 520 MPa or more, preferably 760 MPa, Repeated yield strength: A thick, large diameter ERW steel pipe having excellent fatigue strength which is 360 MPa or more. The tensile properties conform to the provisions of JIS Z 2241 so that the longitudinal direction of the test piece is in the direction of the tube axis at the center of the thickness at a position 90 ° clockwise from the seam in a cross section perpendicular to the tube axis direction. Then, test specimens are taken, and tensile tests are performed to use the values obtained.
また、本発明では、「疲労強度」を評価するための指標として、繰返し降伏強さを用いる。「繰返し降伏強さ」は、繰返し応力負荷試験を行って得られる繰返し応力歪曲線から、算出する。繰返し応力歪曲線は、次に示す手順で求めるものとする。 Further, in the present invention, the cyclic yield strength is used as an index for evaluating the "fatigue strength". The "repetitive yield strength" is calculated from a cyclic stress distortion line obtained by conducting a cyclic stress load test. The cyclic stress distortion line is to be determined by the following procedure.
まず、厚肉大径電縫鋼管の所定の位置（例えば、管軸方向に垂直な断面でシーム部から時計回りに90°の位置）から所定形状の疲労試験片（例えば、図５）を採取する。採取した疲労試験片の中央部に塑性歪ゲージを貼付する。そして、該疲労試験片に、応力比（＝σmin/σmax）：0.1の正弦波の応力を負荷し、試験片に発生する歪を測定する繰返し応力負荷試験（疲労試験）を実施する。 First, a fatigue test piece (for example, FIG. 5) having a predetermined shape is collected from a predetermined position (for example, a position perpendicular to the axial direction of the pipe 90 ° clockwise from the seam portion) Do. A plastic strain gauge is attached to the center of the collected fatigue test piece. Then, a stress of sine wave stress ratio (= σmin / σmax): 0.1 is applied to the fatigue test piece, and a cyclic stress load test (fatigue test) is performed to measure a strain generated in the test piece.
繰返し応力負荷試験では、繰返し応力を、一定の応力比となるように、負荷する。油井管やラインパイプに負荷される繰り返し荷重は、平均応力がプラス側にある場合が多いため、本発明では、応力比：0.1の正弦波の応力を負荷することとした。 In a cyclic stress test, cyclic stress is applied so as to have a constant stress ratio. The cyclic load applied to the oil well pipe and the line pipe often has an average stress on the positive side, so in the present invention, it is decided to apply a sinusoidal stress of stress ratio: 0.1.
応力比：0.1（一定）の繰返し応力を１サイクル以上（例えば10サイクル）負荷し、同時に発生する歪を求め、該サイクルにおける繰返し応力と歪との関係の頂点を求める。ついで、繰返し応力を漸次増加し、応力比：0.1（一定）の条件のもとで、増加した繰返し応力を複数サイクル（10サイクル）負荷し、同時に発生する歪を求め、該複数サイクル（10サイクル）における応力と歪との関係の頂点を求める。このような繰返し応力と歪との関係の頂点を求める工程を、所定の複数回、繰返し行い、得られた複数の繰返し応力と歪との関係の頂点を繋ぎ合せて、繰返し応力歪曲線とする。 Stress ratio: A cyclic stress of 0.1 (constant) is applied for one or more cycles (for example, 10 cycles), a strain generated simultaneously is determined, and a vertex of a relationship between the cyclic stress and strain in the cycle is determined. Next, the cyclic stress is gradually increased, and under the condition of stress ratio: 0.1 (constant), the cyclic stress is increased for multiple cycles (10 cycles), and simultaneously generated strain is determined, and the multiple cycles (10 cycles) are obtained. Find the vertex of the relationship between stress and strain in The step of determining the apex of the relationship between the cyclic stress and the strain is repeated a predetermined number of times, and the apexes of the relationship between the plurality of cyclic stresses and the strain thus obtained are joined together to form a cyclic stress distortion line. .
ついで、得られた繰返し応力歪曲線から繰返し降伏強さを求める。
得られた「繰返し応力歪曲線」が降伏点型曲線を呈する場合には、「繰返し降伏強さ」は上降伏点とし、「繰返し応力歪曲線」がラウンドハウス型曲線を呈する場合には、「繰返し降伏強さ」はオフセット0.5％耐力σ0.5とする。
Subsequently, the cyclic yield strength is determined from the cyclic stress distortion line obtained.
When the obtained "repeated stress distortion curve" exhibits a yield point type curve, "repetitive yield strength" is taken as the upper yield point, and when "repetitive stress distortion line" exhibits a round house curve, " The “repeating yield strength” is an offset 0.5% proof stress σ 0.5 .
図１に示すように、繰返し降伏強さと疲労強度σmax（2×106回）とは、非常によい相関関係を示している。本発明では、ラインパイプの健全性の観点から、繰返し降伏強さが360MPa以上あれば、疲労強度に優れた厚肉大径電縫鋼管であると言える。 As shown in FIG. 1, the cyclic yield strength and the fatigue strength σmax (2 × 10 6 times) show a very good correlation. In the present invention, from the viewpoint of the soundness of the line pipe, if the cyclic yield strength is 360 MPa or more, it can be said that it is a thick large diameter ERW steel pipe excellent in fatigue strength.
次に、本発明電縫鋼管の好ましい製造方法について、説明する。
まず、上記した組成の溶鋼を、転炉等の、常用の溶製方法で溶製し、連続鋳造法等の常用の鋳造方法で鋳片とする。ついで、鋳片を、加熱炉に装入し、好ましくは加熱温度：1100〜1300℃に加熱する。加熱温度が1100℃未満では、加熱温度が低すぎて、熱間圧延荷重が高くなりすぎる。一方、1300℃を超えて高温となると、結晶粒が粗大化し、所望の微細な結晶粒を得ることができにくくなる。このため、鋳片の加熱温度は1100〜1300℃の範囲に限定することが好ましい。なお、鋳片の温度が高く所定量以上の熱量を保持している場合には、加熱することなく、熱間圧延を施すことが好ましい。なお、鋳片の加熱方法はこれに限定されないことは言うまでもない。また、鋳片を一旦冷却したのち、あるいは鋳片に熱間圧延を施して鋼片としたのち、再加熱を行う方法でもよいことは言うまでもない。
Next, a preferred method for producing the ERW steel pipe of the present invention will be described.
First, molten steel of the above-described composition is melted by a commonly used melting method such as a converter and made into a slab by a commonly used casting method such as a continuous casting method. Next, the slab is charged into a heating furnace and preferably heated to a heating temperature of 1100 to 1300 ° C. When the heating temperature is less than 1100 ° C., the heating temperature is too low, and the hot rolling load becomes too high. On the other hand, when the temperature becomes higher than 1300 ° C., the crystal grains become coarse and it becomes difficult to obtain desired fine crystal grains. For this reason, it is preferable to limit the heating temperature of a cast to the range of 1100-1300 degreeC. In addition, when the temperature of a slab is high and hold | maintains the calorie | heat amount more than predetermined amount, it is preferable to hot-roll, without heating. Needless to say, the method of heating the slab is not limited to this. Also, it goes without saying that reheating may be carried out after the slab has been cooled once or hot-rolled on the slab to make a steel slab.
ついで、加熱された鋳片（または鋼片）に、熱間圧延を施し、所定板厚の熱延鋼帯とし、コイル状に巻き取ることが好ましい。熱間圧延は、圧延仕上温度：Ar3変態点以上、巻取温度：400℃以上とすることが好ましい。圧延仕上温度がAr3変態点未満では、（フェライト＋オーステナイト）域での加工となり、加工フェライト粒が残存し、靱性を著しく低下させる。なお、Ar3変態点は、例えば、次式
Ar3（℃）＝910−310C−80Mn−20Cu−15Cr−55Ni−80Mo
ここで、C、Mn、Cu、Cr、Ni、Mo：各元素の含有量（質量％）
で表わされる関係式を用いて、算出することができる。また、巻取温度が400℃未満となると、マルテンサイトが混入しやすくなり、所望の熱延鋼帯組織を得ることができない。なお、仕上圧延終了から巻取りまでの冷却は、所望量のベイナイトが生成するように、ベイナイト生成臨界冷却速度以上の、冷却速度：5℃/s以上の冷却とすることが好ましい。仕上圧延終了から巻取りまでの冷却速度が100℃/s以上と速すぎると、マルテンサイトが生成し、所望の熱延鋼帯組織を得ることができない。
Subsequently, it is preferable to hot-roll the heated slab (or steel slab) to form a hot-rolled steel strip having a predetermined thickness and to wind it into a coil. Hot rolling is preferably performed at a rolling finish temperature: Ar3 transformation point or higher, and a winding temperature: 400 ° C. or higher. When the rolling finish temperature is less than the Ar3 transformation point, processing is performed in the (ferrite + austenite) region, processed ferrite grains remain, and the toughness is significantly reduced. The Ar3 transformation point is, for example,
Ar3 (° C.) = 910-310 C-80 Mn-20 Cu-15 Cr-55 Ni-80 Mo
Here, C, Mn, Cu, Cr, Ni, Mo: Content of each element (mass%)
It can calculate using the relational expression represented by. When the coiling temperature is less than 400 ° C., martensite is easily mixed, and a desired hot-rolled steel strip structure can not be obtained. In addition, it is preferable to set it as the cooling rate: 5 degrees C / s or more of cooling more than a bainite formation critical cooling rate so that a desired amount of bainite may be produced | generated from completion | finish of finish rolling to winding. If the cooling rate from the end of finish rolling to winding is as fast as 100 ° C./s or more, martensite is formed, and a desired hot-rolled steel strip structure can not be obtained.
なお、ここでいう「所望の熱延鋼帯組織」とは、面積率で、フェライト：70％以下（0％を含まず）、ベイナイト：30〜50％を含み、かつフェライトとベイナイトとの合計が90％以上で、さらに10％以下（0％を含む）のパーライトまたはマルテンサイトとからなる組織をいう。 Here, the “desired hot-rolled steel strip structure” as used herein refers to area ratio: ferrite: 70% or less (not including 0%), bainite: 30 to 50%, and the total of ferrite and bainite Of 90% or more, and further 10% or less (including 0%) of pearlite or martensite.
熱延鋼帯を素材とし、ロール等で幅方向に冷間で曲げ加工を施し、略円筒状のオープン管に成形したのち、該オープン管の幅方向端部同士を突き合わせ、押圧し、電気抵抗溶接等で電縫溶接して、所定外径の電縫鋼管とする。なお、このような造管方法によれば、成形時に管軸方向に歪が導入される。このように歪が導入された電縫鋼管に低温焼戻処理（150〜350℃）を施すと、導入された歪と低温焼戻処理の組合せにより、転位上に微細な（大きさ（直径）：500nm未満）炭化物等が析出し、組織中に分散する。この成形時に導入された歪に起因した時効硬化により、管軸方向の疲労強度が著しく向上する。 A hot-rolled steel band is used as a raw material, and it is cold-bent in the width direction with a roll etc. and formed into a substantially cylindrical open pipe, then the width direction end portions of the open pipe are butted and pressed, and electric resistance Electric resistance welded by welding, etc., to form an electric resistance welded steel pipe of a predetermined outer diameter. In addition, according to such a pipe-making method, distortion is introduce | transduced to a pipe-axis direction at the time of shaping | molding. When low temperature tempering treatment (150 to 350 ° C) is applied to the ERW steel pipe into which strain has been introduced in this way, the combination of the introduced strain and low temperature tempering treatment makes the size (diameter (diameter) on the dislocation fine : Less than 500 nm) Carbides etc. precipitate and disperse in the structure. The fatigue strength in the axial direction of the pipe is significantly improved by the age hardening caused by the strain introduced at the time of molding.
焼戻温度が、150℃未満では、微細な炭化物の析出が不十分であり、一方、350℃を超えて高温となると、析出した炭化物が粗大となり、所望の歪時効硬化が確保できなくなり、所望の疲労強度の向上が達成できなくなる。また、静的降伏強さも低下する。なお、低温焼戻処理の保持時間は1s以上とすることが好ましい。電縫鋼管の低温焼戻処理は、常用の大型炉や誘導加熱設備などを用いて行うか、あるいは、海底敷設時のコーティング熱処理などで代用してもよい。 When the tempering temperature is less than 150 ° C., precipitation of fine carbides is insufficient. On the other hand, when the temperature becomes higher than 350 ° C., the precipitated carbides become coarse, and desired strain age hardening can not be ensured, Improvement in fatigue strength can not be achieved. Also, the static yield strength is reduced. The holding time of the low temperature tempering treatment is preferably 1 s or more. The low-temperature tempering treatment of the ERW steel pipe may be performed using a large-sized furnace or induction heating equipment for ordinary use, or may be substituted by a coating heat treatment at the time of laying on the seabed or the like.
以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。 Hereinafter, the present invention will be further described based on examples.
表１に示す組成の溶鋼を、常用の電気炉で溶製し、連続鋳造法で鋳片（肉厚：250mm）とした。ついで、これら鋳片を、表２に示す加熱温度の加熱炉に装入し、表２に示す条件で熱間圧延を施し、ついで、表２に示す条件で冷却を施して、表２に示す板厚の各種熱延鋼帯を得た。 The molten steel having the composition shown in Table 1 was melted in a conventional electric furnace, and was made into a slab (thickness: 250 mm) by a continuous casting method. Next, these slabs are loaded into a heating furnace at a heating temperature shown in Table 2, subjected to hot rolling under the conditions shown in Table 2, and then cooled under the conditions shown in Table 2, and shown in Table 2 Various hot-rolled steel strips of sheet thickness were obtained.
得られた熱延鋼帯を素材とし、該素材の幅方向に冷間で曲げ加工を施し、略円筒状のオープン管に造管したのち、該オープン管の端部同士を突き合わせ、押圧して、突合せ部に高周波大電流を負荷し電縫溶接して、表３に示す寸法の電縫鋼管とした。 The obtained hot-rolled steel strip is used as a material, cold bending is performed in the width direction of the material, and a tube is formed into a substantially cylindrical open tube, and then the ends of the open tube are butted and pressed. A high frequency large current was applied to the butt joint, and electric resistance welding was performed to obtain an electric resistance welded steel pipe having the dimensions shown in Table 3.
ついで、得られた電縫鋼管に、表３に示す焼戻温度で、焼戻処理(低温焼戻処理）を施した。なお、一部の電縫鋼管には焼戻処理を施さなかった。 Next, the obtained ERW steel pipe was subjected to tempering treatment (low temperature tempering treatment) at the tempering temperature shown in Table 3. In addition, temper processing was not performed to a part of ERW steel pipe.
得られた電縫鋼管から試験片を採取し、組織観察、引張試験、衝撃試験、疲労試験を実施した。試験方法は、次のとおりとした。
（１）組織観察
焼戻処理済みの電縫鋼管から、図３に示す断面で、90°の位置で、肉厚1/2位置が組織観察面となるように、試験片を採取し、研磨、腐蝕（ナイタール液腐蝕）して組織を現出し、光学顕微鏡（倍率：400倍）または透過型電子顕微鏡（倍率：30000倍）を用いて、組織を観察し、撮像して、組織の同定および各相の面積率の測定、微細炭化物（粒径：500nm未満）の有無の観察を行った。
（２）引張試験
焼戻処理済みの電縫鋼管から、図３に示す断面で、90°の位置で肉厚1/2位置で、試験片長手方向が管軸方向となるように、 図４に示す引張試験片（平行部：6mmφ×30mm）を採取した。採取した引張試験片を用いて、JIS Z 2241の規定に準拠して、引張試験を実施し、静的降伏強さ、静的引張強さを求めた。なお、応力―歪曲線が、降伏点型を呈する場合には上降伏点を、ラウンドハウス型を呈する場合には歪が0.5％であるときのオフセット耐力σ0.5を、静的降伏強さとした。
（３）衝撃試験
焼戻処理済みの電縫鋼管から、図３に示す断面で、90°の位置で肉厚1/2位置で、試験片長手方向が管軸方向となるように、2mmVノッチシャルピー衝撃試験片３本を採取した。JIS Z 2242の規定に準拠して、衝撃試験片３本について、試験温度：0℃で、シャルピー衝撃試験を実施し、それぞれの吸収エネルギーを求め、３本の平均値を算出した。
（４）疲労試験
焼戻処理済みの電縫鋼管から、図３に示す断面で、90°の位置で肉厚1/2位置で、試験片の長手方向が管軸方向となるように、図５に示す疲労試験片を採取した。そして、採取した疲労試験片の中央部に塑性歪ゲージを貼付し、試験片に、図６に示す、応力比：0.1の正弦波の繰返し応力を複数サイクル（ここでは10サイクル）負荷し、同時に試験片に発生する歪を測定する繰返し応力負荷試験（疲労試験）を実施し、得られた応力と歪との関係の頂点を求めた。このような繰返し応力負荷試験を、負荷応力を増加させて、繰返し複数サイクル（10サイクル）実施し、応力と歪との関係の頂点（図２：黒丸）を求めた。得られた各頂点を結び、応力と歪との関係曲線（繰返し応力歪曲線）を得た。そして、得られた繰返し応力歪曲線から、繰返し降伏強さを求めた。なお、繰返し応力歪曲線が、降伏点型曲線を呈する場合には、繰返し降伏強さは上降伏点とし、繰返し応力歪曲線がラウンドハウス型曲線を呈する場合には、繰返し降伏強さは歪0.5％のときのオフセット耐力σ0.5とした。
Test pieces were collected from the obtained electric resistance welded steel pipe and subjected to structure observation, tensile test, impact test and fatigue test. The test method was as follows.
(1) Observation of structure From the tempered ERW steel pipe, a test piece is collected and polished so that the thickness 1/2 position is the structure observation surface at the position of 90 ° in the cross section shown in FIG. Erosion (Nital liquid corrosion) to reveal the tissue, observe and image the tissue using a light microscope (magnification: 400 ×) or a transmission electron microscope (magnification: 30,000 ×) to identify the tissue and identify the tissue The area ratio of each phase was measured, and the presence or absence of fine carbides (particle size: less than 500 nm) was observed.
(2) Tensile test From the tempered ERW steel pipe, in the cross section shown in FIG. 3, in the position of 90 °, at the thickness 1/2 position, so that the longitudinal direction of the test piece becomes the tube axial direction, The tensile test piece (parallel part: 6 mm diameter x 30 mm) shown to was extract | collected. The tensile test was carried out using the collected tensile test pieces in accordance with the provisions of JIS Z 2241, and the static yield strength and static tensile strength were determined. The upper yield point was taken as the static yield strength when the stress-strain curve had a yield point type, and the offset resistance σ 0.5 when the strain was 0.5% when the stress had a round house type.
(3) Impact test 2 mm V notch from tempered ERW steel pipe so that the longitudinal direction of the test piece becomes the tube axis direction at the thickness 1/2 position at the position of 90 ° in the cross section shown in FIG. 3 Three Charpy impact test specimens were collected. Charpy impact tests were conducted on three impact test specimens at a test temperature of 0 ° C. in accordance with the provisions of JIS Z 2242, the absorbed energy of each was determined, and the average value of the three was calculated.
(4) Fatigue test From the tempered ERW steel pipe, in the cross section shown in FIG. 3, in the position of 90 °, at the thickness 1/2 position, the longitudinal direction of the test piece is in the direction of the tube axis, The fatigue test pieces shown in 5 were collected. Then, apply a plastic strain gauge to the central part of the collected fatigue test piece, apply multiple cycles (here 10 cycles) of sine wave cyclic stress with a stress ratio of 0.1 to the test piece, as shown in Figure 6, simultaneously The cyclic stress load test (fatigue test) which measures the distortion which generate | occur | produces in a test piece was implemented, and the peak of the relationship of the obtained stress and distortion was calculated | required. Such a cyclic stress load test was carried out with an increase in applied stress and repeated cycles (10 cycles) to determine the peak of the relationship between stress and strain (FIG. 2: black circle). The obtained apexes were connected to obtain a relationship curve between stress and strain (repeated stress distortion line). And, from the cyclic stress distortion line obtained, the cyclic yield strength was determined. When the cyclic stress distortion line exhibits a yield point type curve, the cyclic yield strength is the upper yield point, and when the cyclic stress distortion line exhibits a round house type curve, the cyclic yield strength is strain 0.5. The offset resistance σ 0.5 at % was used.
なお、参孝として、焼戻処理済みの電縫鋼管で同様に、図３に示す断面で、90°の位置で肉厚1/2位置から、試験片の長手方向が管軸方向となるように、図５に示す疲労試験片を採取した。そして、JIS Z 2273 の規定に準拠して、応力比：0.1の繰返し応力負荷の条件で、負荷応力（σmax）を変化して疲労試験を実施し、破断までの繰返し負荷回数を求め、S-N曲線とした。そして、2×106回で破断しない上限値をもとめ、疲労強度（σmax）（2×106回）とした。 In addition, in the cross section shown in FIG. 3, the longitudinal direction of the test piece from the thickness 1/2 position in the cross section shown in FIG. The fatigue test pieces shown in FIG. 5 were collected. Then, in accordance with the provisions of JIS Z 2273, under the condition of cyclic stress load of stress ratio: 0.1, the load stress (σmax) is changed to carry out a fatigue test, and the number of cyclic loads until breakage is determined, SN curve And Then, the upper limit not breaking at 2 × 10 6 times was determined, and the fatigue strength (σmax) (2 × 10 6 times) was determined.
得られた結果を表３に示す。 The obtained results are shown in Table 3.
本発明例はいずれも、静的降伏強さが360MPa以上、570MPa以下の範囲にあり、静的引張強さも520MPa以上を有し、さらに吸収エネルギーvE0が27J以上と靭性に優れ、さらに繰返し降伏強さが360MPa以上と、疲労強度に優れた電縫鋼管となっている。なお、繰返し降伏強さは、疲労強度σmax（2×106回）に略等しい値となっており、繰返し降伏強さが、簡便に、当該電縫鋼管の疲労強度を精度高く推定できることがわかる。 In all of the inventive examples, the static yield strength is in the range of 360 MPa or more and 570 MPa or less, the static tensile strength is also 520 MPa or more, and the absorbed energy vE 0 is 27 J or more, which is excellent in toughness and further cyclic yield The strength is 360MPa or more, making it a ERW pipe excellent in fatigue strength. The cyclic yield strength has a value substantially equal to the fatigue strength σmax (2 × 10 6 times), and it can be seen that the cyclic yield strength can estimate the fatigue strength of the ERW steel pipe easily with high accuracy. .
一方、本発明範囲を外れる比較例は、繰返し降伏強さが360MPa未満で疲労強度が低下しているか、静的引張特性が本発明範囲を外れているか、靭性が低下しているか、しており、所望の各特性をすべて満足できていない。 On the other hand, in the comparative examples out of the range of the present invention, the cyclic yield strength is less than 360 MPa, the fatigue strength is reduced, the static tensile properties are out of the range of the present invention, or the toughness is reduced. And each desired characteristic is not satisfied.
電縫鋼管No.S13（比較例）は、C、Si、Mnの含有量が本発明範囲の下限を下回り、組織が、フェライト単相となり、静的降伏強さ、繰り返し降伏強さがともに360MPa未満、静的引張強さが520MPa未満となり、所望の引張特性、疲労強度を確保できていない。 In ERW steel pipe No. S13 (comparative example), the C, Si and Mn contents are below the lower limit of the present invention range, the structure becomes ferrite single phase, and both static yield strength and cyclic yield strength are 360MPa The static tensile strength is less than 520 MPa, and the desired tensile properties and fatigue strength can not be ensured.
また、電縫鋼管No.S14は、C、Si、Mnの含有量が本発明範囲の上限を超え、組織がベイナイト単相となり、静的降伏強さが好適範囲の上限570MPaを超え、またシャルピー吸収エネルギーvE0が27Jを下回り、靭性が低下している。 In addition, electric resistance welded steel pipe No. S14 has C, Si, and Mn contents exceeding the upper limit of the range of the present invention, the structure becomes bainite single phase, static yield strength exceeds the upper limit of 570 MPa in the preferable range, and Charpy The absorbed energy vE 0 is less than 27 J, and the toughness is reduced.
また、電縫鋼管No.S15は、P、Sの含有量が本発明範囲の上限を超え、そのため、シャルピー吸収エネルギーvE0が27Jを下回り、靭性が低下している。 Furthermore, electric resistance welded steel pipe No.S15 is, P, exceeds the upper limit content of the invention ranges of S, therefore, Charpy absorbed energy vE 0 is below 27 J, toughness is lowered.
また、電縫鋼管No.S16は、Cu、Niの含有量が本発明範囲の上限を超え、そのため、組織がベイナイト単相となり、静的降伏強さが本発明の好適範囲の上限570MPaを超え、また、シャルピー吸収エネルギーvE0が27Jを下回り、靭性が低下している。 In the case of ERW steel pipe No. S16, the contents of Cu and Ni exceed the upper limit of the range of the present invention, so the structure becomes bainite single phase and the static yield strength exceeds the upper limit of 570 MPa of the preferred range of the present invention in addition, the Charpy absorbed energy vE 0 is below 27 J, toughness is lowered.
また、電縫鋼管No.S17は、Cr、Mo、Nb、Vの含有量がそれぞれ本発明範囲の上限を超え、そのため、組織がベイナイト単相となり、静的降伏強さが本発明の好適範囲の上限570MPaを超え、またシャルピー吸収エネルギーvE0が27Jを下回り、靭性が低下している。 In the case of ERW steel pipe No. S17, the contents of Cr, Mo, Nb, and V exceed the upper limits of the scope of the present invention respectively, so the structure becomes bainite single phase and the static yield strength is the preferred scope of the present invention Upper limit of 570 MPa, and Charpy absorbed energy vE 0 is less than 27 J, and the toughness is lowered.
また、電縫鋼管No.S18は、Ti、B、Ca、REMの含有量がそれぞれ、本発明範囲の上限を超え、そのため、シャルピー吸収エネルギーvE0が27Jを下回り、靭性が低下している。 Furthermore, electric resistance welded steel pipe No.S18 is, Ti, B, Ca, REM content is respectively exceeded the upper limit of the range of the present invention, therefore, Charpy absorbed energy vE 0 is below 27 J, toughness is lowered.
また、電縫鋼管No.S20は、低温焼戻処理を実施しておらず、そのため、静的降伏強さ、繰り返し降伏強さがともに360MPa未満、静的引張強さが520MPa未満となり、所望の引張特性、疲労強度を確保できていない。 In addition, ERW steel pipe No. S20 is not subjected to low-temperature tempering treatment, so static static strength and cyclic yield strength are both less than 360 MPa and static tensile strength is less than 520 MPa, which is desirable. Unable to secure tensile properties and fatigue strength.
また、電縫鋼管No.S21は、低温焼戻処理の焼戻温度が本発明範囲の上限を超え、そのため静的引張強さが520MPa未満となり、所望の引張特性を確保できていない。 In addition, in ERW steel pipe No. S21, the tempering temperature of the low temperature tempering treatment exceeds the upper limit of the range of the present invention, so the static tensile strength becomes less than 520 MPa and desired tensile properties can not be secured.
Claims (4)
C ：0.001〜0.50％、 Si：0.001〜2.0％、
Mn：0.001〜3.0％、 P ：0.05％以下、
S ：0.05％以下、 Al：0.010〜0.060％
を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成と、
面積率で、フェライト：70％以下（0％を含まず）、ベイナイト：30〜50％を含み、かつフェライトとベイナイトとの合計が90％以上で、さらに10％以下（0％を含む）のパーライトまたはマルテンサイトとからなる組織と、を有し、さらに
前記組織中には粒径500nm未満の微細炭化物が分散してなり、
JIS Z 2241の規定に準拠した引張試験で得られた、肉厚中央位置で管軸方向の静的降伏強さが360MPa以上、静的引張強さが520MPa以上で、かつ、
応力比：0.1の繰返し応力負荷を施して得られた繰返し応力歪曲線から求めた繰返し降伏強さが360MPa以上である
ことを特徴とする疲労強度に優れた厚肉大径電縫鋼管。 In mass%,
C: 0.001 to 0.50%, Si: 0.001 to 2.0%,
Mn: 0.001 to 3.0%, P: 0.05% or less,
S: 0.05% or less, Al: 0.010 to 0.060%
A composition comprising the balance Fe and the inevitable impurities,
The area ratio includes ferrite: 70% or less (not including 0%), bainite: 30 to 50%, and the total of ferrite and bainite is 90% or more, and further 10% or less (including 0%) And a structure consisting of pearlite or martensite, in which fine carbides with a particle size of less than 500 nm are dispersed in the structure,
The static yield strength is 360 MPa or more and the static tensile strength is 520 MPa or more at the thickness center position, obtained by the tensile test in accordance with JIS Z 2241.
Stress ratio: A large diameter ERW steel pipe excellent in fatigue strength characterized by having a cyclic yield strength of 360 MPa or more determined from a cyclic stress-strain line obtained by applying a cyclic stress load of 0.1.
前記熱延鋼帯を、質量％で、
C ：0.001〜0.50％、 Si：0.001〜2.0％、
Mn：0.001〜3.0％、 P ：0.05％以下、
S ：0.05％以下、 Al：0.010〜0.060％
を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成と、面積率で、フェライト：70％以下（0％を含まず）、ベイナイト：30〜50％を含み、かつフェライトとベイナイトとの合計が90％以上で、さらに10％以下（0％を含む）のパーライトまたはマルテンサイトとからなる組織と、を有する鋼帯とし、
前記電縫鋼管に、焼戻温度：150〜350℃の低温焼戻処理を施し、
JIS Z 2241の規定に準拠した引張試験により得られた、肉厚中央位置で管軸方向の静的降伏強さが360MPa以上、静的引張強さが520MPa以上で、かつ、応力比：0.1の繰返し応力負荷を施して得られた繰返し応力歪曲線から求めた繰返し降伏強さが360MPa以上である電縫鋼管とすること
を特徴とする疲労強度に優れた厚肉大径電縫鋼管の製造方法。 A hot-rolled steel strip is cold-bent in the width direction of the blank to make it an open tube with a substantially cylindrical cross section, and then the ends in the width direction of the open tube are butted and pressed. In sewing and forming a ERW steel pipe,
The hot-rolled steel strip in mass%,
C: 0.001 to 0.50%, Si: 0.001 to 2.0%,
Mn: 0.001 to 3.0%, P: 0.05% or less,
S: 0.05% or less, Al: 0.010 to 0.060%
Containing 70% or less of ferrite (not including 0%), 30 to 50% of bainite, and 90% of the total of ferrite and bainite. Above, further, a steel strip having a structure consisting of 10% or less (including 0%) of pearlite or martensite,
The ERW steel pipe is subjected to a low temperature tempering treatment at a tempering temperature of 150 to 350 ° C.
Static yield strength is 360 MPa or more, static tensile strength is 520 MPa or more, and stress ratio is 0.1, obtained by tensile test based on JIS Z 2241 at the thickness center position. A resistance welded steel pipe having a cyclic yield strength of 360 MPa or more determined from a cyclic stress-strain curve obtained by applying a cyclic stress load. .
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