JP2021169640A - スパイラル鋼管 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
粒界フェライト:20.0%以下、島状マルテンサイト:5.0%以下を含有し、EBSD粒径が15.0μm以下であることを特徴とする前記[1]のスパイラル鋼管。
Cの含有量が0.030%未満であると、焼き入れ性が低く、溶接金属が十分な焼入れ組織とならない。また、高温割れの感受性が高くなる。特に、スパイラル鋼管の内面に対する溶接の後に行う外面に対する溶接により形成された後続溶接金属部では、内面に対する溶接を行う際の予熱効果により冷却速度が遅くなるため、高温割れが発生する可能性が高い。また、Cの含有量が0.150%を超えると、焼入れ性が過剰となり、冷却工程における冷却時に割れる危険性が高くなる。また、C量が高い場合も高温割れが懸念される。したがって、Cの含有量は0.030〜0.150%とする。
Siの含有量が0.05%未満であると、脱酸不足となり粗大な酸化物が形成されるおそれがある。Siの含有量が0.50%を超えると、粗大な島状マルテンサイト(MA)が形成し、その結果、溶接金属の靭性が低下する。したがって、Siの含有量は0.05〜0.50%とする。
Mnは焼入れ性を確保する上で必要な元素である。Mnの含有量が0.50%未満であると、焼入れ性が不足する。Mnの含有量が2.00%を超えると、焼入れ性が過剰となり、冷却工程における冷却時に割れる危険性がある。また、焼入れ後の溶接金属部の靭性の回復も困難となる。さらに粗大なMnSが形成し破壊の起点となり靭性が低下する。したがって、Mnの含有量は0.50〜2.00%とする。
Pは不純物であり、その含有量は0.020%以下とする。含有量は0であってもよい。Pは凝固割れを助長する元素である。Pの含有量が0.020%を超えると、凝固割れの危険性が高くなるので、精錬コストを考慮し、含有量を低減する。
Sは不純物であり、その含有量は0.010%以下とする。含有量は0であってもよい。SはPとともに凝固割れを助長する元素である。Sの含有量が0.010%を超えると、凝固割れの危険性が高くなるので、精錬コストを考慮し、含有量を低減する。
Alはアシキュラーフェライト生成サイトとなる酸化物を溶接金属中に多数分散させるための酸素量制御に必要な元素である。Alは母材、溶接ワイヤ―およびフラックスから含有される。Alの含有量が0.001%未満では上記酸化物がほとんど得られない。Alの含有量が0.050%を超えると、そだいなAl2O3が形成され、破壊の起点となり靭性が低下する。したがって、Alの含有量は0.001%以上、0.050%以下とする。
Tiはアシキュラーフェライト生成サイトとなる酸化物の構成元素の1つで溶接金属組織の微細化を促す。Tiの含有量が0.002%未満では上記の効果が得られない。Tiの含有量が0.050%を超えると、固溶Tiが増加して、焼き戻し工程において炭化物を形成し、溶接金属部の靭性が低下する。したがって、Tiの含有量は0.002%以上、0.050%以下とする。
Bは、固溶状態のBが、溶接金属の粒界フェライト形成を抑制することにより、アシキュラーフェライトの形成を促進する効果を有する。Bは極少量でも含有すればこの効果が得られる。効果をより確実に得るためには0.0001%以上の含有が好ましい。強度が高くなりすぎることによる靭性の低下を防ぐために、0.0050%以下とする。
Nは不純物であり、Tiと反応せずに残った固溶Nが靭性を低下させるのを防ぐため、0.0100%以下とする。
Oはアシキュラーフェライトの核となる酸化物形成のため、0.0150%以上とし、酸化物の過剰形成、凝集・粗大化による靭性の低下を抑えるため、0.0600%以下とする。
Cuは溶接金属の強度を向上することのできる元素であり、必要に応じて添加する。含有量は0.50%以下の範囲とすることが好ましい。
Niは靭性を低下させることなく、溶接金属の強度を向上することができ、また、焼入れ性を高める元素である。必須ではないが、0.50%以下の範囲で含有させることが好ましい。
Crは溶接金属の強度を向上させることができ、また、焼入れ性を高める元素である。必須ではないが、0.50%以下の範囲で含有させることが好ましい。
Moは溶接金属の強度を向上させることができ、また、焼入れ性を高める元素である。必須ではないが、0.50%以下の範囲で含有させることが好ましい。
Vは溶接金属の強度を向上することのできる元素である。必須ではないが、0.050%以下の範囲で含有させることが好ましい。
Nbは強度向上、粒界フェライト抑制に有効な固溶Bを存在させるために有効な元素である。Nbの含有は必須ではない。島状マルテンサイトの形成による靭性の低下を防ぐため、0.050%以下とするのが好ましい。
Mgは、脱酸剤として働き溶接金属の酸素量を低減し、靭性を向上させる元素である。必須ではないが、0.0100%以下の範囲で含有させることが好ましい。
Caは形態制御による延性の改善や組織微細化に有効な元素である。Caの含有は必須ではない。硫化物や酸化物の粗大化による延性や靭性の低下を防ぐため、0.0060%以下とするのが好ましい。
Al/Oは、Al量とO量の比であり、アルミ脱酸終了後の酸素ポテンシャルを示す指標である。Al/Oを0.300〜1.000に制御することで、アシキュラーフェライトの生成量を向上できる。
α´はAl、O及びTi、Nの化学量論比に基づいて、有効なアシキュラーフェライト生成能を示したパラメーターであり、α´=(1.5×(O−0.89Al)+3.4×N−Ti)×1000で定義される。α´を0〜60.0%の範囲に制御することによりアシキュラーフェライト核生成能が向上する。ここで、溶接金属に含有されない元素はゼロとして計算する(以降の説明で同じ)。
溶接金属の化学組成は、Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15で定義されるCeqが0.350〜0.450%となる必要がある。
溶接金属の化学組成は、Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5Bで定義されるPcmが0.250%以下となる必要がある。
アシキュラーフェライトはTi系酸化物を核とした針状のフェライト組織であり、その割合が大きいほど、溶接金属部の破壊単位が微細化する。その効果を得るためには、アシキュラーフェライトを70.0%以上とすることが好ましい。最も好ましくはアシキュラーフェライトの割合が100%である。
粒界フェライトは脆化相の1つで、破壊の起点となり、靭性低下要因となる。そのため、粒界フェライトは20.0%以下とすることが好ましい。
島状マルテンサイト脆化相の1つで、非常に硬度が高いため破壊の起点となり、靭性低下要因となる。そのため、島状マルテンサイトは5.0%以下とすることが好ましい。
さらに、溶接金属組織においては、EBSD粒径が15.0μm以下であることが好ましい。EBSD(Electron Back Scatter Diffraction)粒径は破壊単位の目安となる結晶粒径サイズである。EBSD粒径が15.0μm以下であれば破壊単位が微細であり、低温での靭性を確保できるので好ましい。
Cは鋼の強度向上に有効であり、所望の強度を得るために0.030%以上含有させるのが好ましい。C量が多すぎると焼き入れ性が向上しすぎて母材の靭性が低下するため、C量は0.150%以下とするのが好ましい。好ましくは0.060〜0.080%である。
Siは脱酸に必要な元素である。Si量が多いと島状マルテンサイトを形成しやすくなり、低温靱性を著しく劣化させるので、Si量は0.55%以下とするのが好ましい。より好ましくは0.35%未満である。脱酸は、Al、Tiでも行えるのでSiの添加は必須ではない。
Mnは焼入れ性向上元素として作用し、その効果を得るために0.50%以上含有させるのが好ましい。Mn量が多いと鋼の焼入れ性が増して、HAZ靱性、溶接性を劣化し、さらに、連続鋳造鋼片の中心偏析を助長し、母材の低温靱性が劣化するので、Mn量は2.00%以下とするのが好ましい。より好ましくは、1.00〜1.80%である。
S :0.010%以下
P、Sは、いずれも不純物であり、継手の靭性を悪化させる元素である。これらの含有量はなるべく低い方が好ましく、Pは0.020%以下、Sは0.010%以下とするのが好ましい。より好ましくは、Pは0.010%以下、Sは0.003%以下である。
Alは通常脱酸剤として用いられ、鋼材中に含まれる元素である。Al量が多くなると、Al系非金属介在物が増加し、鋼材の清浄度が低下し、靭性が劣化するので、0.100%以下とするのが好ましい。
Tiは、鋼中で微細なTiNを形成し、その単体、あるいはMg(MgAl2O4)酸化物との複合介在物がピニング粒子として作用する。その結果、HAZのオーステナイト粒の粗大化が抑制されミクロ組織が微細化し、低温靱性が改善する。Tiは必須の元素ではないが、この効果を得るためには、Tiは0.005%以上含有させるのが好ましい。Ti量が多くなると、Ti酸化物が凝集・粗大化し、靭性が劣化するので、Ti量は0.030%以下とするのが好ましい。より好ましくは、0.008〜0.020%である。
NはTiと結合してTiNを形成する元素である。Nは必須の元素ではないが、TiNがピニング粒子として作用する効果を得るためには0.0020%以上含有させるのが好ましい。N量が多いと、Tiと結合しなかった固溶Nが靭性を低下させるので、N量は0.0060%以下とするのが好ましい。より好ましくは、0.0030〜0.0050%である。
Oはピニング粒子を形成する元素である。しかしながら、Oを含有すると鋼の清浄度が低下するので少ない方が好ましく、0.0050%以下とするのが好ましい。より好ましくは0.0030%以下である。
Caは、硫化物系介在物の形態を制御し、低温靱性を向上させる元素である。Ca量が多いと、CaO−CaSが大型のクラスターや介在物となり、靱性に悪影響を及ぼすおそれがある。Caはスパイラル鋼管の母材には必ずしも含有される必要はなく、好適なCa量は0.0050%以下である。
Niは靭性を低下させることなく、母材の強度を向上することのできる元素である。Ni量が多くなると、効果は飽和する。Niはスパイラル鋼管の母材には必ずしも含有される必要はなく、好適なNi量は0.50%以下である。
Crは母材の強度を向上することのできる元素である。Cr量が多くなると、効果は飽和する。Crはスパイラル鋼管の母材には必ずしも含有される必要はなく、好適なCr量は0.50%以下である。
Cuは母材の強度を向上することのできる元素である。Cu量が多くなると、効果は飽和する。Cuはスパイラル鋼管の母材には必ずしも含有される必要はなく、好適なCu量は0.50%以下である。
Moは母材の強度を向上することのできる元素である。Mo量が多くなると、効果は飽和し、さらに、靭性が低下する。Moはスパイラル鋼管の母材には必ずしも含有される必要はなく、好適なMo量は0.50%以下である。
Nbは母材強度を向上させる元素である。Nb量が多くなると、島状マルテンサイトが形成しやすくなり、靭性が低下する。Nbはスパイラル鋼管の母材には必ずしも含有される必要はなく、好適なNb量は0.100%以下である。強度と靭性の観点から、より好ましくは0.020〜0.050%である。
Bは母材の焼入れ性向上、粒界フェライト形成抑制に有効な元素である。B量が多くなると、効果は飽和する。Bはスパイラル鋼管の母材には必ずしも含有される必要はなく、好適なB量は0.0020%以下である。
Vは母材強度を向上させる元素である。V量が大きくなると、析出硬化によって降伏比が上昇することがある。Vはスパイラル鋼管の母材には必ずしも含有される必要はなく、好適なV量は0.060%以下である。
MgはMgAl2O4、MgSのような介在物を形成する元素である。MgAl2O4はTiN上に析出する。これらの介在物はピニング粒子として作用し、HAZのオーステナイト粒の粗大化を抑制してミクロ組織を微細化し、低温靱性を改善する。Mg量が多くなると、効果は飽和する。Mgはスパイラル鋼管の母材には必ずしも含有される必要はなく、好適なMg量は0.0100%以下である。
Claims (5)
- スパイラル状に巻かれた鋼帯の幅方向端面同士を内外面から溶接したスパイラル鋼管であって、
溶接金属の化学組成が、質量%で、
C :0.030〜0.150%、
Si:0.05〜0.50%、
Mn:0.50〜2.00%、
P :0.020%以下、
S :0.010%以下、
Al:0.001〜0.050%、
Ti:0.002%〜0.050%、
B :0%超、0.0050%以下、
N :0.0100%以下、
O :0.0150〜0.0600%、
残部:Fe及び不純物
であり、元素の含有量(質量%)を元素記号で表すとき、
0.300≦Al/O≦1.000を満たし、
α´=(1.5×(O−0.89Al)+3.4×N−Ti)×1000で定義されるα´が0〜60.0%であり、
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5で定義されるCeqが0.350〜0.450%であり、
Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5Bで定義されるPcmが0.250%以下である
ことを特徴とするスパイラル鋼管。 - 前記溶接金属の組織が、面積率で、
アシキュラーフェライト:70.0%以上、
粒界フェライト:20.0%以下、
島状マルテンサイト:5.0%以下
を含有し、
EBSD粒径が15.0μm以下である
ことを特徴とする請求項1に記載のスパイラル鋼管。 - 前記溶接金属が、前記Feの一部に代えて、さらに、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Mo:0.50%以下、
V :0.050%以下、
Nb:0.050%以下、
Mg:0.0100%以下、及び
Ca:0.0060%以下
からなる群から選択される1種以上の元素を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載のスパイラル鋼管。 - 前記スパイラル鋼管の母材の化学組成が、質量%で、
C :0.030〜0.150%、
Si:0.55%以下、
Mn:0.50〜2.00%、
P :0.020%以下、
S :0.010%以下、
残部:Fe及び不純物
であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスパイラル鋼管。 - 前記母材が、前記Feの一部に代えて、さらに、
Al:0.100%以下、
Ti:0.030%以下、
N :0.0060%以下、
O :0.0050%以下、
Ca:0.0050%以下、
Ni:0.50%以下、
Cr:0.50%以下、
Cu:0.50%以下、
Mo:0.50%以下、
Nb:0.100%以下、
B :0.0020%以下、
V :0.060%以下、及び
Mg:0.0100%以下
からなる群から選択される1種以上の元素を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のスパイラル鋼管。
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