JP3491339B2

JP3491339B2 - 高張力電縫鋼管の製造方法

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Publication number: JP3491339B2
Application number: JP13580294A
Authority: JP
Inventors: 昌彦横川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 2004-01-26
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JPH083641A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高張力の電縫鋼管の製
造方法、特に電縫造管後に調質により高張力を付与する
高張力の電縫鋼管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】特に近年に至り、自動車等の高強度構造
部材および駆動力伝達部材として使用される機械構造用
電縫鋼管では燃費向上のために軽量化が推進されてい
る。また、油井管洗浄用電縫鋼管なども鋼管継ぎ溶接部
の強度問題より懸垂重量軽減が必要とされており、同様
に鋼管の軽量化が求められてきている。

【０００３】このように近年の技術動向にしたがって、
上記のような鋼管軽量化を実現できる高張力電縫鋼管へ
の需要が高まってきている。ところで、従来の高張力電
縫鋼管の製造方法は、高張力を実現する機構の違いによ
って次の二つの方式に分けられる。

【０００４】ａ) 鋼管母材として高張力化した帯鋼を用
意し、それを用いて電縫造管する高張力帯鋼方式。しか
しながら、かかる方法には、次のような問題が見られ
る。帯鋼自体が高張力なため電縫造管時のロール成形が困
難である。電縫溶接時に形状不良が発生し易い。電縫溶接に際して溶接熱影響部が軟化し溶接部強度が
低下することがある。

【０００５】ｂ) 電縫造管後、調質 (焼入れもしくは、
焼入れ＋焼戻し) を行う調質方式。この方式にも次のよ
うな問題点が見られる。調質コストすなわち焼入れ、焼戻しのための設備費お
よび燃料費が高い。電縫造管後に調質を行わなければならないため生産性
が低下する。

【０００６】これまでは、前者の方式によるものが一般
的であり、そのような方式が採用できない事情のときに
はじめて後者の方式が採用されるというのであった。し
かし、後者の方式による電縫鋼管の製造方法としても従
来にあっては次のようにいくつかすでに提案されてい
る。

【０００７】例えば、特開平４−6219号公報に開示され
ている方法によれば、強度確保のためにＣ、Mnを比較的
多量に含有したTi添加鋼について、造管前にはTiを析出
させない軟質材とし、造管後に600 〜700 ℃で熱処理を
行いTiの析出硬化を利用して高強度化するのである。

【０００８】特開平４−103718号公報にはMn:1.0〜3.0
％とすることで強度の確保を図り、さらに造管後の500
〜650 ℃という比較的低い温度での熱処理に際しての析
出硬化を利用すべくCu:0.7〜2.0 ％添加している。

【０００９】同様に、特開平４−103719号公報には、M
n:1.0〜3.0 ％としたTi添加鋼を利用してB:0.0003〜0.0
03 ％とすることで、造管後に熱処理を行って得た組織
は、細粒の網目状マルテンサイト−フェライト複合組織
ないしベイナイト−マルテンサイト複合組織とし、靱性
と強度の確保を図っている。

【００１０】このように後者の方式による従来法にあっ
ては、最終的に時効硬化を利用して強度の確保をはかる
か、空冷焼入れができるような組成として最終的に比較
的高温で熱処理を行い、空冷下で焼入れすることで複合
組織を得、強度と靱性との両立を図るというのである。
しかし、かかる従来技術には、特殊元素を多量に添加す
るため経済的でないという問題が見られる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ここに、本発明の目的
は、上述のような従来技術の欠点の見られない高張力電
縫鋼管の製造方法を提供することである。より具体的に
は、本発明の目的は、降伏強度500N/mm²以上、引張強度
600N/mm²以上、伸び20％以上の帯鋼を使用して簡便な手
段、装置で製造でき、造管後の降伏強度700N/mm²以上、
引張強度800N/mm²以上、伸び15％以上を有する電縫管の
溶接熱影響部の軟化をもたらすことがなく、かつ生産性
の高い製造方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述のよう
な目的達成のためにそれぞれ従来方式を検討したとこ
ろ、溶接熱影響部が存在する限り、予め高張力化した帯
鋼を使用することは溶接後の熱処理等の問題があり、特
性的には調質方式が望ましい。

【００１３】そこで、調質方式に関して、上述のような
問題点について詳細に検討を重ねたところ、強度および
溶接性を確保するために、Ｃ：0.09〜0.18％、Si：0.25
〜0.45％、そしてMn：0.70〜1.00％に制限すると共に焼
入性確保のためにMo：0.10〜0.40％を配合することによ
り、それらの相乗効果によって前述の目的が達成され、
しかも焼入れ後の焼戻し処理 (調質熱処理) を特に行わ
ずに目標特性を実理でき、結局、設備費や燃料費を大幅
に削減することができることを見出して本発明を完成し
た。

【００１４】ここに、本発明の要旨とするところは、重
量％で、Ｃ：0.09〜0.18％、 Si：0.25〜0.45％、 M
n：0.70〜1.00％、Cu：0.20〜0.40％、 Ni：0.05〜0.2
0％、 Cr：0.50〜0.80％、Mo：0.10〜0.40％、Ｓ：
0.0020％以下、残部Feおよび不可避不純物から成る鋼組
成を有する鋼を、圧延終了温度 Ar₃〜950 ℃にて熱間圧
延し、400〜600 ℃で巻取り、得られた帯鋼から電縫造
管後、750 ℃超950 ℃未満で熱処理を行った後、電縫鋼
管を冷却途中でコイル状に巻取るようにしたことを特徴
とする、耐腐食性および延性に優れた高張力電縫鋼管の
製造方法である。

【００１５】

【作用】次に、本発明にあって、鋼組成および熱間圧延
条件を上述のように限定した理由についてその作用とと
もに説明する。まず、本発明によって製造される電縫鋼
管は種々の用途に使用可能であり、本発明においてもそ
の用途には何ら制限ない。少なくとも、従来法で製造さ
れる場合に、熱影響部の靱性劣化を防止するために熱処
理を必要とする電縫鋼管であればいずれであっても本発
明の意義がある。例えば油井管洗浄用鋼管として用いら
れ、また自動車用の動力伝達部材あるいはその他の用途
用鋼管として用いられる。

【００１６】本発明によって製造される電縫鋼管におけ
る合金の各成分配合割合は次のようにして定められる。
なお、油井管洗浄用電縫鋼管には、耐食性、溶接性、そ
して強度が要求される。

【００１７】Ｃ：0.09〜0.18％鋼に所要の強度を付与するために0.09％以上を必要と
し、一方溶接性確保のために上限を0.18％とする。好ま
しくは、0.14〜0.16％である。

【００１８】Si：0.25〜0.45％本発明の場合、Ｃのときと同様に、所定強度を確保する
ために下限を0.25％とし、溶接性確保のために上限を0.
45％に制限する。好ましくは、0.30〜0.40％である。

【００１９】Mn：0.70〜1.00％鋼の強度確保のため下限値として0.70％が必要であり、
一方溶接性悪化の懸念あるため上限として1.00％を設定
する。好ましくは、0.70〜0.90％である。

【００２０】Cu：0.20〜0.40％ Cuは鋼表面に不動体膜を形成し、耐腐食性を向上させ
る。また熱処理による析出効果がある。その効果を得る
ために0.20％以上の配合が必要である。またCu添加鋼
は、過剰に添加すると熱間圧延時の加熱の際、圧延材表
面スケール直下に低融点のCu富化固溶体が生じ熱間圧延
時に表面疵を生じる。そのため、本発明にあっても0.40
％以下に制限する。好ましい上限は0.30％である。さら
に好ましくは、0.22〜0.30％である。

【００２１】Ni：0.05〜0.20％低融点のCu富化固溶体の生成は、0.05％以上のNiを添加
することでCu富化固溶体の融点上昇を図ることができ、
軽減可能であるが、Ni量はCu量に比例し添加せねばなら
ず、さらにNiは高価ゆえ経済性を考慮し上限値を0.20％
と設定した。好ましくは、0.07〜0.12％である。

【００２２】Cr：0.50〜0.80％ Crの添加は、鋼の強度および、耐耐食性を向上させる効
果がある。この効果を得るには下限値として0.50％が必
要である。また経済性より上限値は0.80％程度がよい。
好ましくは、0.50〜0.70％である。

【００２３】Mo：0.10〜0.40％ Moは焼入れ性向上元素であり、そのためには0.10％以上
が添加される。また0.40％の上限値を超えると溶接特性
を劣化させる。好ましくは、0.18〜0.30％である。

【００２４】Ｓ： 0.0020 ％以下Ｓは鋼の不可避不純物の１種である。油井管内環境下で
は硫化水素割れの発生があり、0.0020％超とＳ含有量大
では硫化物介在物が鋼内部に多く発生し、硫化水素割れ
に対する抵抗力が低下する。よって、上限値として0.00
20％を設定する。

【００２５】次に、このような鋼組成を有する鋼は熱間
圧延を行って、帯鋼とし、次いで慣用の電気溶接によっ
て電縫管を製造するが、以下にあっては、本発明におい
て熱間圧延条件および電縫溶接管を製造した後の熱処理
条件の限定理由を述べる。

【００２６】圧延条件圧延終了温度 (仕上温度) Ar₃〜950 ℃ 圧延終了温度が 950℃超では未再結晶域での圧延が存在
しないため強度、靱性不足となる。Ar₃未満では２相域
圧延となり強度は上昇するが、延性、靱性が著しく低下
する。

【００２７】熱延巻取温度 (400〜600 ℃) 熱間圧延後の巻取温度が400 ℃未満ではマルテンサイト
生成が起こり、延性、靱性が低下し、また強度が必要
以上に上昇し、ロール成形時に支障を来す。一方、巻取
温度が、600 ℃以上では、Cu、Mo析出効果が成形前に生
じてしまい、また強度が上昇してしまう。

【００２８】なお、電縫管の製造方法それ自体は慣用の
それを用いればよく、それについては当業者あれば当然
に了解している筈であるので、これ以上の説明を省略す
る。ただし、その標準的な操業例は次の通りである。す
なわち、本発明における電縫管の製造工程の流れは次の
通りである。

【００２９】工程例: 熱間圧延 → [成形→溶接→定型 (電縫鋼管製造)] →
[熱処理、要すれば冷却途中でコイル巻取り] すなわち、熱間圧延された帯鋼は、例えば５段のロール
成形を経て連続的に管状に成形され、次いで突合せ継目
を同じく連続的に電気抵抗溶接され、最終的に定型に形
状修正がなされ、電縫鋼管が製造される。

【００３０】ここに、本発明によればこのようにして製
造された電縫鋼管は、熱処理されるが、それを行う製造
設備の概要を示す図１を参照しながら、さらに詳述す
る。本発明の一つの効果は、図１のように短時間の焼入
れ処理による処理効率の向上と、さらに必要に応じ焼入
れ処理後、直ちにコイル状に巻取り、焼戻し工程を省略
できることである。図中、主要設備は、a.焼入れ用加熱
炉、b.冷却ゾーン、c.巻取設備、d.保温設備である。

【００３１】すなわち、上述のようにして連続的に製造
される電縫鋼管は、まず、焼入れ用加熱炉a において、
加熱方法は特に問わず、例えば、直火、誘導加熱 etc.
によって加熱される。このとき、昇温速度３℃/sec以上
という急速加熱によって750℃超950 ℃未満にまで加熱
される。あまり遅い昇温では、生産性が低下するととも
に加熱設備の長さを大きくとる必要があり設備費の問題
が生じるからである。熱処理温度は、高強度、高延性を
確保するためであり、上記温度範囲を外れると所定のパ
イプ特性が得られなくなり、本発明の目的が達成できな
い。好ましくは、800 〜900 ℃の範囲での熱処理を行
う。

【００３２】上記温度範囲への保持時間は可及的短時間
が好ましい。通常、３〜10秒であり、好ましくは、３〜
５秒である。本発明では基本的に保持時間を10秒以内を
目標としている。冷却ゾーンｂは、巻取り開始温度を調
節するために必要である。冷却方法は水冷でも空冷でも
かまわない。

【００３３】本発明の好適態様によれば、巻取温度は、
600 〜750 ℃とする。つまり、焼入れ組織 (ベイナイト
とパーライト) の最適化により高強度と高延性の両方を
満足させるものである。巻取設備ｃにおける、巻取りは
鋼管の形状を損なわないように行われる。すなわち鋼管
自体の曲げ変形量は弾性域内になるよう巻取り径を決定
する。

【００３４】保温設備ｄは、巻取りされたコイル (鋼
管) の温度いわゆる巻取温度を調節するための設備であ
る。脱着式であり必要に応じ保温用加熱装置を取り付け
てもよい。ただし基本的に加熱は行わないのがよい。次
に、本発明の実施例を示すことで本発明の作用について
さらに具体的に説明する。

【００３５】

【実施例】

(実施例１)表１に示す鋼組成をもった一連の供試鋼を仕
上温度830 ℃、巻取温度560 ℃の条件で熱間圧延を行
い、得られた帯鋼を使用して、同じく下記条件下で慣用
の電縫鋼管の製造を行った。次いで、得られた電縫鋼管
には図２に示す熱履歴の熱処理を行った。

【００３６】鋼帯厚：2.3 mm 鋼管サイズ：直径３１．８ｍｍ鋼管熱処理条件：昇温：３℃／秒保持時間：３秒巻取温度までの冷却方法：水冷（噴霧) 巻取後の冷却方法：空冷最終的に得られた電縫鋼管についてＪＩS で規定する各
試験片を採取して、その機械的特性、耐腐食性、表面状
況、および鋼管製造の可否を決定した。結果は表２にま
とめて示す。

【００３７】試験要領は次の通りであった。引張試験はJIS ５号試験片にて実施した。耐腐食性試験は下記の条件にて実施した。腐食試験液：60容量％H₂SO₄ 水溶液試験温度：80℃ 浸漬時間：16時間試験片寸法：厚さ2.3 ×幅100 ×長さ150 mm 鋼板表面状況は酸洗を行い目視によるチェックの結果
である。

【００３８】(実施例２)本例では、表１の鋼種Ａを用い
て次の要領で電縫管を製造し、そのとき巻取温度および
熱処理温度を種々変更して、特性変化を調べた。本例に
おける試験要領は次の通りであった。

【００３９】JIS 11号試験片鋼帯厚：2.3 mm 鋼管サイズ：直径31.8mm 鋼管熱処理条件：昇温：３℃／秒保持時間：３秒巻取温度までの冷却方法：水冷 (噴霧) 巻取後の冷却方法：空冷結果は表３にまとめて示すが、本発明においては、熱処
理温度が750 ℃超、950 ℃未満である限り、巻取温度は
必ずしも限定する必要はないが、好ましくは、上記範囲
内の熱処理温度であっても、巻取温度を600 〜700 ℃に
限定することでさらなる改良が見られる。

【００４０】また、図３は、本例において鋼種Ａの鋼帯
から製造した鋼管の熱処理前後の溶接部衝撃特性を簡易
的に比較したグラフである。本発明により製造した電縫
鋼管の衝撃特性が非常に向上していることがわかる。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】

【発明の効果】本発明により高品質の高張力電縫鋼管の
製造が容易に、かつ安価に行うことができ、実用的観点
からのその工業的意義は大変大きいと考える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる電縫鋼管の熱処理設備の概要図
である。

【図２】実施例における電縫鋼管の熱履歴の説明図であ
る。

【図３】実施例２で得られた電縫鋼管の熱処理前後の溶
接部衝撃特性を簡易的に比較したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/10,9/50,9/08 B21C 37/08 B23K 13/00 C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.09〜0.18％、 Si：0.25〜0.45％、 Mn：0.70〜
1.00％、 Cu：0.20〜0.40％、 Ni：0.05〜0.20％、 Cr：0.50〜
0.80％、 Mo：0.10〜0.40％、Ｓ：0.0020％以下、残部Feおよび不可避不純物から成る鋼組成を有する鋼
を、圧延終了温度 Ar₃〜950 ℃にて熱間圧延し、400〜6
00 ℃で巻取り、得られた帯鋼から電縫造管後、750 ℃
超950 ℃未満で熱処理を行うことを特徴とする、耐腐食
性および延性に優れた高張力電縫鋼管の製造方法。
【請求項２】熱処理後、電縫鋼管を冷却途中でコイル
状に巻取ることを特徴とする請求項１記載の高張力電縫
鋼管の製造方法。