JP5303842B2 - 偏平性に優れた熱処理用電縫溶接鋼管の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)電縫溶接時に、接合部(電縫溶接部)は固液共存域まで加熱され、Cは液相に濃化し、固相では減少する。
(2)Cが濃化された液相は、接合時のアプセットにより電縫溶接部外に排出され、ビードを形成する。このため、電縫溶接部にはCが減少した固相のみが残存することになり、電縫溶接部に減炭層が形成される。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.2%以下、V:0.2%以下のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする熱処理用電縫溶接鋼管の製造方法。
C:0.15〜0.40%
Cは、固溶して鋼の強度を増加させるとともに、炭化物、炭窒化物として析出し、焼戻後の強度を高める有用な元素である。本発明では、所望の鋼管の強度、および中空スタビライザーとして所望の焼入れ処理後の部品強度を確保するために、0.15%以上の含有を必要とする。一方、0.40%を超えて含有すると、焼入れ処理後の靭性が低下する。このため、Cは0.15〜0.40%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.20〜0.35%である。
Siは、脱酸剤として作用する元素であり、このような効果を得るためには、0.05%以上の含有を必要とする。一方、0.50%を超えて含有しても、脱酸の効果が飽和するため、含有量に見合う効果を期待できず、経済的に不利となるうえ、電縫溶接時に介在物が生じやすくなり、電縫溶接部の健全性に悪影響を及ぼす。このため、Siは0.05〜0.50%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.10〜0.30%である。
Mnは、固溶して鋼の強度を高めるとともに、鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、本発明では、所望の強度を確保するためには、0.30%以上の含有を必要とする。一方2.00%を超えて含有すると、残留オーステナイト(γ)が生成し、焼戻後の靭性が低下する。このため、Mnは0.30〜2.00%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.30〜1.60%である。
Alは、脱酸剤として作用するとともに、Nを固定し、焼入れ性向上に有効な固溶B量を確保する効果を有する元素である。このような効果を得るためには0.01%以上の含有を必要とする。一方、0.10%を超えて含有すると、介在物の生成が多くなり、疲労寿命を低下させる場合がある。このため、Alは0.01〜0.10%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.02〜0.05%である。
Bは、鋼の焼入れ性を向上させる有効な元素であり、また、Bは粒界を強化する作用を有し、焼割れを防止する効果を有する。このような効果を得るためには0.0005%以上の含有を必要とする。一方、0.0050%を超えて含有しても、上記した効果が飽和し経済的に不利となる。また、0.0050%を超えて含有すると、粗大なB含有析出物が生じ靭性が低下する場合がある。このようなことから、Bは0.0005〜0.0050%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.0010〜0.0025%である。
Tiは、N固定化元素として作用し、焼入れ性向上に有効な固溶B量を確保する効果を有する。また、Tiは、微細な炭化物として析出し、溶接時や熱処理時の結晶粒の粗大化を抑制し、靭性の向上に寄与する。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、0.040%を超えて含有すると、介在物の形成が著しくなり靭性が低下する。このため、Tiは0.001〜0.040%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.020〜0.030%である。
Nは、鋼中の合金元素と結合し窒化物、炭窒化物を形成し、焼戻後の強度確保に寄与する元素であり、このような効果を得るためには、0.0010%以上の含有を必要とする。一方、0.0100%を超える含有は、窒化物の粗大化を招き靭性や疲労寿命が低下する。このため、Nは0.0010〜0.0100%の範囲に限定した。
(N/14) < (Ti/47.9)
を満足するように含有する。TiおよびNが、上記した式を満足しない場合には、焼入時の固溶B量が不安定となり好ましくない。
上記した成分が基本の成分であるが、基本の組成に加えてさらに、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、W:1.0%以下、Ni:1.0%以下、Cu:1.0%以下のうちから選ばれた1種または2種以上、および/または、Nb:0.2%以下、V:0.2%以下のうちから選ばれた1種または2種、を必要に応じて選択して含有できる。
Cr、Mo、W、Cu、Niはいずれも、鋼の焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上含有できる。
Crは、焼入れ性向上に加えて、微細な炭化物を形成し強度を上昇させる作用も有し、所望の強度確保に寄与する。このような効果を得るためには0.05%以上含有することが望ましいが、1.0%を超えて含有すると、上記した効果は飽和し、経済的に不利となるとともに、電縫溶接時に介在物を生じ易くなり、電縫溶接部の健全性に悪影響を及ぼす。このため、Crは1.0%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.10〜0.30%である。
Niは、焼入れ性向上に加えて靭性向上にも寄与する元素であり、このような効果を得るためには0.05%以上含有することが望ましいが、1.0%を超えて含有しても上記した効果が飽和し経済的に不利となるうえ、加工性が低下する。このため、Niは1.0%以下に限定することが望ましい。なお、より好ましくは、0.10〜0.50%である。
Nb:0.2%以下、V:0.2%以下のうちから選ばれた1種または2種
Nb、Vは、炭化物を形成し強度増加に寄与する元素であり、必要に応じて選択して含有できる。このような効果を得るためにはNb:0.01%以上、V:0.01%以上含有することが望ましいが、Nb:0.2%、V:0.2%をそれぞれ超えて含有しても、効果が飽和し経済的に不利となる。このため、Nb:0.2%以下、V:0.2%以下にそれぞれ限定することが好ましい。
Pは、溶接割れ性、靭性に悪影響を及ぼす元素であり、中空スタビライザー用としては0.020%以下に調整することが好ましい。なお、さらに好ましくは0.015%以下である。
Sは、鋼中では硫化物系介在物として存在し、鋼管の加工性、靭性、疲労寿命を低下させるとともに、再熱割れ感受性を増大する元素であり、中空スタビライザー用としては0.010%以下に調整することが好ましい。なお、さらに好ましくは0.005%以下である。
つぎに、本発明電縫溶接鋼管の好ましい製造方法について説明する。
上記した組成を有する鋼板を鋼管素材とする。鋼板の製造方法はとくに限定する必要はなく、常用の製造方法がいずれも適用できる。鋼板には鋼帯をも含むものとする。また、熱延鋼板,冷延鋼板等の鋼板の種類は、とくに限定する必要はないが、熱延鋼板とすることが材料コストの点からも好ましい。なお、中空スタビライザー用としては板厚が2mm以上であることが多く、冷延鋼板の使用は経済性の観点から現実的でない。
また、得られた電縫溶接鋼管から電縫溶接部を含む硬さ測定用試験片を採取し、図5、図6に示す条件の急速加熱焼入れ処理、さらに表3に示す条件で焼戻処理を施したのち、硬さ試験を実施し、電縫溶接部の焼入れ硬さ、および焼入れ焼戻し後硬さを測定した。また、得られた製品管から疲労試験用試験材(管軸方向長さ:250mm)を採取し、該疲労試験用試験材に、図5、または図6に示す急速加熱焼入れ処理および表2に示す焼戻処理を施したのち、ねじり疲労試験を実施した。
試験方法は次のとおりとした。
母管および製品管から電縫溶接部を含む管軸方向に垂直な断面を切り出し、研磨し、メタルフローエッチング(5%ピクリン酸+界面活性剤)液を用いて腐蝕し、光学顕微鏡(倍率:400倍)を用いて断面組織を観察した。該断面組織における偏析線が観察されない領域(層)の最大幅を測定しボンド幅とした。
母管および製品管から偏平試験用試験片(長さ150mm)を7本ずつ採取し、該試験片に900℃×10minの焼準処理を施したのち、JIS G 3445の8.4の規定に準拠して偏平試験を行い、電縫溶接部での割れ発生の有無を調査した。なお、偏平試験では、平板間の距離が管肉厚の2倍となるまで圧縮した。電縫溶接部が圧縮方向と直角となるように試験片を設置した。
母管および製品管から、電縫溶接部硬さ測定用試験片(大きさ:パイプ肉厚×10mm長さ)と、同寸法の母材部硬さ測定用試験片を採取し、該試験片に、図4、5に示す急速加熱焼入れ処理を施したのち、電縫溶接部および母材部について、ビッカース硬度計(荷重:5N)でビッカース硬さHv0.5を測定した。測定は外表面から0.15mmピッチで行い、得られた値を算術平均し、各鋼管の電縫部、母材部における硬さとした。
製品管から疲労試験用試験材(管軸方向長さ:250mm)を採取し、該疲労試験用試験材に、図4、5に示す急速加熱焼入れ処理を施したのち、表2に示す条件で焼戻処理を行い疲労試験を実施した。疲労試験は、JIS Z 2273の規定に準拠した両振りの捩り疲労試験とし、106回の疲労強度を求めた。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.15〜0.40%、 Si:0.05〜0.50%、
Mn:0.30〜2.00%、 Al:0.01〜0.10%、
Ti:0.001〜0.04%、 B:0.0005〜0.0050%、
N:0.0010〜0.0100%
を含み、かつTiおよびNが、(N/14) < (Ti/47.9)を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼板を鋼管素材として、該鋼管素材を成形し略円筒状のオープン管としたのち、該オープン管の端部同士を突き合わせて高周波抵抗溶接によりボンド幅が30〜65μmとなるように入熱を調整して電縫溶接し電縫溶接鋼管とし、ついで該電縫溶接鋼管に、Ac3変態点以上の温度に加熱した後、外径比で圧下率:(1−25/縮径圧延前ボンド幅(μm))×100%以上の縮径圧延を施して、ボンド幅を25μm以下とすることを特徴とする偏平性に優れた熱処理用電縫溶接鋼管の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、W:1.0%以下、 Ni:1.0%以下、Cu:1.0%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項1に記載の熱処理用電縫溶接鋼管の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.2%以下、V:0.2%以下のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする請求項1または2に記載の熱処理用電縫溶接鋼管の製造方法。
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