JP6544497B1 - トーションビーム用電縫鋼管 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、自動車足回り部品鋼管等の機械構造鋼管に用いられる、疲労特性及び曲げ成形性に優れた機械構造鋼管用熱延鋼板が開示されている。
一方、トーションビームは、トーションビーム用電縫鋼管に対して曲げ成形を施すことによって製造される場合がある。この場合、電縫鋼管の曲げ成形が施された部分(以下、「曲げ部」ともいう)の内面に、割れ(以下、「内面割れ」ともいう)が生じることがある。電縫鋼管の曲げ成形性の観点から、電縫鋼管に対し、耐内面割れ性を向上させることが求められる場合がある。
ここで、耐内面割れ性とは、電縫鋼管に対して曲げ成形を施した場合の内面割れを抑制できる性質を意味する。
上記特許文献1では、鋼管の耐内面割れ性を向上する観点からみた検討が一切なされておらず、更なる改善の余地が残されている。
<1> 母材部及び電縫溶接部を含み、
前記母材部の化学組成が、質量%で、
C:0.05〜0.30%、
Si:0.03〜1.20%、
Mn:0.30〜2.50%、
P:0〜0.030%、
S:0〜0.010%、
Ti:0.010〜0.200%、
Al:0.005〜0.500%、
Nb:0.010〜0.040%、
N:0〜0.006%、
B:0.0005〜0.0050%、
Cu:0〜1.000%、
Ni:0〜1.000%、
Cr:0〜1.00%、
Mo:0〜0.50%、
V:0〜0.200%、
W:0〜0.100%、
Ca:0〜0.0200%、
Mg:0〜0.0200%、
Zr:0〜0.0200%、
REM:0〜0.0200%、並びに、
残部:Fe及び不純物からなり、
下記式(i)によって定義されるVc90が2〜150であり、
Nに対するTiの含有質量比が3.4以上であり、
前記電縫溶接部から管周方向に180°ずれた位置のL断面において、肉厚中央部の金属組織が焼戻しマルテンサイト組織であり、前記焼戻しマルテンサイト組織中の旧オーステナイト粒の平均アスペクト比が2.0以下であり、
C断面の肉厚中央部において、前記電縫溶接部から肉厚分の距離以内の領域の金属組織が、焼戻しマルテンサイト相と、焼戻しベイナイト相及びフェライト相の少なくとも一方と、を含み、
管軸方向引張試験を行った場合に降伏伸びが観測され、
管軸方向の引張強さが750〜980MPaであるトーションビーム用電縫鋼管。
logVc90=2.94−0.75βa … 式(i)
βa=2.7C+0.4Si+Mn+0.45Ni+0.8Cr+2Mo … 式(ii)
〔式(i)中、βaは、式(ii)によって定義される値である。
式(ii)中、各元素記号は、各元素の質量%を表す。〕
Cu:0%超1.000%以下、
Ni:0%超1.000%以下、
Cr:0%超1.00%以下、
Mo:0%超0.50%以下、
V:0%超0.200%以下、
W:0%超0.100%以下、
Ca:0%超0.0200%以下、
Mg:0%超0.0200%以下、
Zr:0%超0.0200%以下、及び、
REM:0%超0.0200%以下、
からなる群から選択される1種以上を含有する<1>に記載のトーションビーム用電縫鋼管。
<4> 前記L断面における肉厚中央部の転位密度が2.0×1014m−2以下である<1>〜<3>のいずれか1つに記載のトーションビーム用電縫鋼管。
<5> 外径が50〜150mmであり、肉厚が2.0〜4.0mmである<1>〜<4>のいずれか1つに記載のトーションビーム用電縫鋼管。
本明細書中、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよく、また、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書中、C(炭素)の含有量を、「C含有量」と表記することがある。他の元素の含有量についても同様に表記することがある。
本明細書中、「L断面」とは、管軸方向及び肉厚方向に対して平行な断面を指し、「C断面」とは、管軸方向に対して垂直な断面を指す。
βa=2.7C+0.4Si+Mn+0.45Ni+0.8Cr+2Mo … 式(ii)
〔式(i)中、βaは、式(ii)によって定義される値である。
式(ii)中、各元素記号は、各元素の質量%を表す。〕
電縫鋼管は、一般的に、熱延鋼板を管状に成形(以下、「ロール成形」ともいう)することによりオープン管とし、得られたオープン管の突合せ部を電縫溶接して電縫溶接部(electric resistance welded portion)を形成し(以下、ここまでのプロセスを「造管」ともいう)、次いで、必要に応じ、電縫溶接部をシーム熱処理することによって製造される。
本開示の電縫鋼管は、造管後(シーム熱処理を行う場合にはシーム熱処理後)、焼戻し(以下、「造管後焼戻し」ともいう)が施されて製造される。
本開示の電縫鋼管において、母材部(base metal portion)とは、電縫溶接部及び熱影響部以外の部分を指す。
ここで、熱影響部(heat affected zone;以下、「HAZ」とも称する)とは、電縫溶接による熱の影響(電縫溶接後にシーム熱処理を行う場合には、電縫溶接及びシーム熱処理による熱の影響)を受けた部分を指す。
ここでいう熱影響部と、後述する電縫溶接部から肉厚分の距離以内の領域(以下、「電縫溶接部近傍」ともいう)とは、重複部分を有する。
電縫鋼管の素材である熱延鋼板は、長尺の鋼板(continuous steel sheet)である点で、厚板ミル(plate mill)を用いて製造される厚鋼板(steel plate)とは異なる。
厚鋼板(steel plate)は、長尺の鋼板(continuous steel sheet)ではないため、連続的な曲げ加工である、ロール成形に使用することはできない。
電縫鋼管は上述した熱延鋼板を用いる製造される点で、厚鋼板を用いて製造される溶接鋼管(例えば、UOE鋼管)とは明確に区別される。
上記効果が得られる理由は、以下のように推測される。但し、本開示の電縫鋼管は、以下の推定理由によって限定されることはない。
ここで、母材180°位置は、母材部の代表的な位置として選定した位置である。
本開示の電縫鋼管に対し、上記L断面における肉厚中央部の金属組織における焼戻しマルテンサイト組織中の旧オーステナイト粒の平均アスペクト比が2.0超である場合には、耐内面割れ性が劣化する。
この理由は、旧オーステナイト粒の平均アスペクト比が2.0超である場合(即ち、旧オーステナイト粒が延伸されている場合)には、旧オーステナイト粒中のパケット粒のアスペクト比も大きくなり(即ち、パケット粒も延伸されている状態となり)、その結果、パケット粒界が連続し易くなると考えられる。このため、曲げ成形時、曲げ部の内面及びその近傍において、パケット粒界の裂けがパケット粒界に沿って進展し易くなり、その結果、連続した割れである内面割れが起こり易くなるためと考えられる。
本開示の電縫鋼管では、上記旧オーステナイト粒の平均アスペクト比を2.0以下とし、旧オーステナイト粒中のパケット粒の形状を球状に近づける。これにより、パケット粒界が連続することが抑制され、上述したパケット粒界の裂けの進展が抑制され、その結果、内面割れが抑制される(即ち、耐内面割れ性が向上する)と考えられる。
詳細には、本開示における化学組成を有する熱延鋼板を製造するための熱延工程及び冷却工程において、実質的な焼入れが行われ、母材部(代表的には母材180°位置)の組織として焼入れままマルテンサイト組織(即ち、焼戻されていないマルテンサイト組織。以下、同じ。)が造り込まれ、その後、造管後焼戻しにより、焼戻しマルテンサイト組織が造り込まれる。
また、上述した、焼戻しマルテンサイト組織中の旧オーステナイト粒の平均アスペクト比が2.0以下であることは、熱延工程において再結晶域で圧延を行うこと(例えば、熱間圧延仕上温度を920℃以上とすること)によって達成される。
本開示の電縫鋼管の製造方法の一例については後述する。
電縫溶接部近傍の金属組織が、焼戻しベイナイト相及びフェライト相の少なくとも一方を含むことは、本開示の電縫鋼管が、造管後、焼入れを経ずに焼戻しが施された電縫鋼管であることを示している。
本開示の電縫鋼管に対し、造管後に焼入れ及び焼戻しが施された電縫鋼管では、電縫溶接部近傍が、実質的に焼戻しベイナイト相もフェライト相も含まない焼戻しマルテンサイト組織となる。
本開示の電縫鋼管を製造するための、造管後に焼入れを経ずに焼戻しを施す製造方法は、造管後に焼入れ及び焼戻しを施す製造方法と比較して、生産性に優れる。
即ち、本開示の電縫鋼管は、造管後に焼入れ及び焼戻しを施す製造方法よりも生産性に優れた製造方法によって製造できるので、経済性に優れる(即ち、低コストである)という利点も有する。
本開示の電縫鋼管に対し、造管前に(即ち、素材である熱延鋼板に対して)焼戻しが施され、造管後には焼戻しが施されなかった電縫鋼管では、管軸方向引張試験を行った場合に降伏伸びは観測されない(例えば、後述の比較例25参照)。
本開示の電縫鋼管は、造管前に焼戻しが施され、造管後には焼戻しが施されなかった電縫鋼管と比較して、耐内面割れ性に優れる。この理由は、本開示の電縫鋼管では、造管時に生じた造管歪みが、造管後の焼戻しによって低減されており、これにより転位密度が低減されているためと考えられる。
以下、本開示の電縫鋼管における母材部の化学組成(即ち、本開示における化学組成)について説明する。
Cは、鋼の強度を向上させる元素である。C含有量が0.05%未満では、トーションビームとして必要な強度が得られない場合がある。従って、C含有量は0.05%以上である。C含有量は、好ましくは0.08%以上であり、より好ましくは0.10%以上である。
一方、C含有量が0.30%を超えると、強度が上がり過ぎて耐内面割れ性が劣化する場合がある。従って、C含有量は0.30%以下である。C含有量は、好ましくは0.25%以下であり、より好ましくは0.20%以下である。
Siは、脱酸のために用いられる元素である。Si含有量が0.03%未満では、脱酸が不十分となり粗大なFe酸化物が生成する場合がある。従って、Si含有量は0.03%以上である。Si含有量は、好ましくは0.10%以上であり、より好ましくは0.20%以上である。
一方、Si含有量が1.20%を超えるとSiO2などの介在物の生成を招き、電縫鋼管を製造するためのロール成形時及び/又は電縫鋼管に対する曲げ成形時に、上記介在物を起点とし、微小ボイドが発生しやすくなる場合がある。従って、Si含有量は1.20%以下である。Si含有量は、好ましくは1.00%以下であり、より好ましくは0.80%以下である。
Mnは、焼入れ性を上げて鋼の強度を向上させ、かつ、最終的に(即ち、造管後焼戻しにより)焼戻しマルテンサイト組織を得るために重要な元素である。Mn含有量が0.30%未満では、焼入れ性が足りず、焼戻しマルテンサイト組織が得られない場合がある。従って、Mn含有量は0.30%以上である。Mn含有量は、好ましくは0.60%以上であり、より好ましくは0.70%以上である。
一方、Mn含有量が2.50%を超えると、強度が上がり過ぎて耐内面割れ性が劣化する場合がある。従って、Mn含有量は2.50%以下である。Mn含有量は、好ましくは2.00%以下であり、より好ましくは1.50%以下であり、更に好ましくは1.30%以下である。
Pは、鋼中に不純物として含まれ得る元素である。P含有量が0.030%を超えると、パケット粒界に濃化しやすくなり、耐内面割れ性が劣化する場合がある。従って、P含有量は0.030%以下である。P含有量は、好ましくは0.020%以下である。
一方、P含有量は、0%であってもよい。脱燐コスト低減の観点から、P含有量は0%超であってもよく、0.001%以上であってもよく、0.010%以上であってもよい。
Sは、鋼中に不純物として含まれ得る元素である。S含有量が0.010%を超えると、粗大なMnSが生成し、耐内面割れ性が劣化する場合がある。従って、S含有量は0.010%以下である。S含有量は、好ましくは0.005%以下である。
一方、S含有量は、0%であってもよい。脱硫コスト低減の観点から、S含有量は0%超であってもよく、0.001%以上であってもよく、0.003%以上であってもよい。
Tiは、TiCとして析出することで鋼の強度を向上させる元素である。また、Tiは、熱延時のピンニング効果によりオーステナイト粒の微細化に寄与し、その結果として、旧オーステナイト粒中のパケット粒の微細化に寄与する元素でもある。Ti含有量が0.010%未満では、トーションビームとして必要な強度及びオーステナイト粒に対するピンニング効果が得られない場合がある。また、Ti含有量が0.010%未満では、NをTiNとして固定できずにNがBと共に析出してしまうため(即ち、BNが形成されてしまうため)、焼入れ性向上に寄与する実効的なBの量を確保できず、その結果、Bによる焼入れ性向上効果が得られなくなる場合がある。従って、Ti含有量は0.010%以上である。Ti含有量は、好ましくは0.015%以上である。
一方、Ti含有量が0.200%を超えると、粗大なTiC及び/又はTiNが析出し、耐内面割れ性が劣化する場合がある。従って、Ti含有量は0.200%以下である。Ti含有量は、好ましくは0.150%以下であり、より好ましくは0.120%以下であり、更に好ましくは0.100%以下であり、更に好ましくは0.080%以下である。
Alは、AlNを生成し、熱延時のピンニング効果によりオーステナイト粒の微細化に寄与し、その結果として、旧オーステナイト粒中のパケット粒の微細化に寄与する元素である。Al含有量が0.005%未満では、オーステナイト粒に対するピンニング効果が得られず、旧オーステナイト粒が粗大になり、その結果としてパケット粒が粗大になる場合がある。従って、Al含有量は0.005%以上である。Al含有量は、好ましくは0.010%以上であり、より好ましくは0.020%以上である。
一方、Al含有量が0.500%を超えると粗大なAlNが析出し、耐内面割れ性が劣化する場合がある。従って、Al含有量は0.500%以下である。Al含有量は、好ましくは0.100%以下であり、より好ましくは0.050%以下である。
Nbは、NbCを生成し、熱延時のピンニング効果によりオーステナイト粒の微細化に寄与し、その結果として、旧オーステナイト粒中のパケット粒の微細化に寄与する元素である。Nb含有量が0.010%未満では、オーステナイト粒に対するピンニング効果が得られず、旧オーステナイト粒が粗大になり、その結果としてパケット粒が粗大になる場合がある。従って、Nb含有量は0.010%以上である。Nb含有量は、好ましくは0.020%以上である。
一方、Nb含有量が0.040%を超えると粗大なNbCが析出し、耐内面割れ性が劣化する場合がある。従って、Nb含有量は0.040%以下である。Nb含有量は、好ましくは0.036%以下である。
Nは、鋼中に不純物として含まれ得る元素である。N含有量が0.006%を超えると、粗大なAlNが生成し、耐内面割れ性が劣化する場合がある。従って、N含有量は0.006%以下である。
N含有量は、0%であってもよい。
Nは、AlNを生成し、熱延時のピンニング効果によりオーステナイト粒の微細化に寄与し得る元素でもあり、その結果として、旧オーステナイト粒中のパケット粒の微細化に寄与し得る元素でもある。かかる効果を得る観点から、N含有量は、0%超であってもよく、0.001%以上であってもよい。
Bは、鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、電縫鋼管の素材である熱延鋼板を製造するための熱延工程及び冷却工程において、焼入れままマルテンサイト組織を造り込むために必須な元素である。B含有量が0.0005%未満ではその効果は得られない場合がある。従って、B含有量は、0.0005%以上である。B含有量は、好ましくは0.0010%以上である。
一方、B含有量が0.0050%を超えると、Bが凝集及び/又は析出し、オーステナイト粒界に偏析する固溶Bが減少するため、鋼の焼入れ性を向上させる効果が低下する場合がある。従って、B含有量は、0.0050%以下である。B含有量は、好ましくは0.0040%以下であり、更に好ましくは0.0030%以下である。
Cuは、任意の元素であり、含有されなくてもよい。即ち、Cu含有量は0%であってもよい。
Cuは、鋼の高強度化に寄与する元素である。かかる効果の観点から、Cu含有量は、0%超であってもよく、0.005%以上であってもよく、0.010%以上であってもよく、0.050%以上であってもよい。
一方、Cuを過剰に含有させると、効果が飽和してコストの上昇を招く場合がある。従って、Cu含有量は、1.000%以下である。Cu含有量は、好ましくは0.500%以下であり、より好ましくは0.300%以下であり、更に好ましくは0.200%以下である。
Niは、任意の元素であり、含有されなくてもよい。即ち、Ni含有量は0%であってもよい。
Niは、鋼の高強度化に寄与する元素である。かかる効果の観点から、Ni含有量は、0%超であってもよく、0.005%以上であってもよく、0.010%以上であってもよく、0.050%以上であってもよい。
一方、Niを過剰に含有させると、効果が飽和してコストの上昇を招く場合がある。従って、Ni含有量は、1.000%以下である。Ni含有量は、好ましくは0.500%以下であり、より好ましくは0.300%以下であり、更に好ましくは0.200%以下である。
Crは、任意の元素であり、含有されなくてもよい。即ち、Cr含有量は0%であってもよい。
Crは、鋼の高強度化に寄与する元素である。かかる効果の観点から、Cr含有量は、0%超であってもよく、0.005%以上であってもよく、0.01%以上であってもよく、0.05%以上であってもよい。
一方、Crを過剰に含有させると、効果が飽和してコストの上昇を招く場合がある。従って、Cr含有量は、1.00%以下である。Cr含有量は、好ましくは0.50%以下であり、より好ましくは0.30%以下であり、更に好ましくは0.20%である。
Moは、任意の元素であり、含有されなくてもよい。即ち、Mo含有量は0%であってもよい。
Moは、鋼の高強度化に寄与する元素である。かかる効果の観点から、Mo含有量は、0%超であってもよく、0.01%以上であってもよく、0.05%以上であってもよく、0.10%以上であってもよい。
一方、Moを過剰に含有させると、効果が飽和してコストの上昇を招く場合がある。従って、Mo含有量は、0.50%以下である。Mo含有量は、好ましくは0.40%以下である。
Vは、任意の元素であり、含有されなくてもよい。即ち、V含有量は0%であってもよい。
Vは、鋼の高強度化に寄与する元素である。かかる効果の観点から、V含有量は、0%超であってもよく、0.005%以上であってもよい。
一方、Vを過剰に含有させると、効果が飽和してコストの上昇を招く場合がある。従って、V含有量は、0.200%以下である。V含有量は、好ましくは0.100%以下であり、より好ましくは0.050%以下である。
Wは、任意の元素であり、含有されなくてもよい。即ち、W含有量は0%であってもよい。
Wは、鋼の高強度化に寄与する元素である。かかる効果の観点から、W含有量は、0%超であってもよく、0.005%以上であってもよい。
一方、Wを過剰に含有させると、効果が飽和してコストの上昇を招く場合がある。従って、W含有量は、0.100%以下である。W含有量は、好ましくは0.050%以下である。
Caは、任意の元素であり、含有されなくてもよい。即ち、Ca含有量は0%であってもよい。
Caは、介在物を制御し、耐内面割れ性をさらに抑制する効果を有する。かかる効果の観点から、Ca含有量は、0%超であってもよく、0.0001%以上であってもよく、0.0010%以上であってもよい。
一方、Caを過剰に含有させると、粗大なCa酸化物が生成して、耐内面割れ性が劣化する場合がある。従って、Ca含有量は、0.0200%以下である。Ca含有量は、好ましくは0.0100%以下であり、より好ましくは0.0070%以下である。
Mgは、任意の元素であり、含有されなくてもよい。即ち、Mg含有量は0%であってもよい。
Mgは、介在物を制御し、耐内面割れ性をさらに抑制する効果を有する。かかる効果の観点から、Mg含有量は、0%超であってもよく、0.0001%以上であってもよい。
一方、Mgを過剰に含有させると、効果が飽和してコストの上昇を招く場合がある。従って、Mg含有量は、0.0200%以下である。Mg含有量は、好ましくは0.0100%以下であり、より好ましくは0.0050%以下であり、更に好ましくは0.0020%以下である。
Zrは、任意の元素であり、含有されなくてもよい。即ち、Zr含有量は0%であってもよい。
Zrは、介在物を制御し、耐内面割れ性をさらに抑制する効果を有する。かかる効果の観点から、Zr含有量は、0%超であってもよく、0.0001%以上であってもよい。
一方、Zrを過剰に含有させると、効果が飽和してコストの上昇を招く場合がある。従って、Zr含有量は、0.0200%以下である。Zr含有量は、好ましくは0.0100%以下であり、より好ましくは0.0050%以下であり、更に好ましくは0.0020%以下である。
REMは、任意の元素であり、含有されなくてもよい。即ち、REM含有量は0%であってもよい。
ここで、「REM」は希土類元素、即ち、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を指す。
REMは、介在物を制御し、耐内面割れ性をさらに抑制する効果を有する。かかる効果の観点から、REM含有量は、0%超であってもよく、0.0001%以上であってもよく、0.0005%以上であってもよい。
一方、REMを過剰に含有させると、粗大な酸化物を生成して耐内面割れ性を劣化させる場合がある。従って、REM含有量は、0.0200%以下である。REM含有量は、好ましくは0.0100%以下であり、より好ましくは0.0050%以下であり、更に好ましくは0.0020%以下である。
母材部の化学組成において、上述した各元素を除いた残部は、Fe及び不純物である。
ここで、不純物とは、原材料(例えば、鉱石、スクラップ、等)に含まれる成分、または、製造の工程で混入する成分であって、意図的に鋼に含有させたものではない成分を指す。
不純物としては、上述した元素以外のあらゆる元素が挙げられる。不純物としての元素は、1種のみであっても2種以上であってもよい。
不純物として、例えば、Sb、Sn、Co、As、Pb、Bi、Hが挙げられる。
通常、Sb、Sn、Co、及びAsについては例えば含有量0.1%以下の混入が、Pb及びBiについては例えば含有量0.005%以下の混入が、Hについては例えば含有量0.0004%以下の混入が、それぞれあり得る。その他の元素の含有量については、通常の範囲であれば、特に制御する必要はない。
これらの元素の含有量の好ましい範囲は、それぞれ前述したとおりである。
母材部の化学組成において、下記式(i)によって定義されるVc90は、鋼の焼入れ性の指標となる値である。
Vc90は、90%マルテンサイト組織が得られる臨界冷却速度(単位:℃/s)として知られている値である〔例えば、上野らの論文「GROSSMANNの式に代わる鋼の焼入性の新しい予測式」、「鉄と鋼」(社団法人日本鉄鋼協会)、第74年(1988)第6号、pp.1073-1080参照〕。
βa=2.7C+0.4Si+Mn+0.45Ni+0.8Cr+2Mo … 式(ii)
〔式(i)中、βaは、式(ii)によって定義される値である。
式(ii)中、各元素記号は、各元素の質量%を表す。〕
従って、Vc90が150以下であると、フェライト相及びベイナイト相の生成が抑制され、焼入れままマルテンサイト相の生成が促進されるので、造管後焼戻しにより、焼戻しマルテンサイト組織が得られやすい。
また、Vc90が2以上であると、コストの観点で有利である。Vc90を2未満とするには多大な合金元素を添加する必要があるため、製鋼工程で精製する際に多くの時間とコストがかかる。
従って、Vc90は2〜150である。
Vc90の上限は、好ましくは140である。
Vc90の下限は、好ましくは10であり、より好ましくは20である。
母材部の化学組成において、Nに対するTiの含有質量比(以下、「Ti/N比」又は「Ti/N」ともいう)は、3.4以上である。
Ti/N比が3.4以上であることにより、B(ホウ素)による焼入れ性向上の効果が効果的に奏される。以下、この点を詳述する。
前述のとおり、Bは、鋼の焼入れ性向上に寄与する元素である。
しかし、鋼中にBが含有される場合であっても、BN(窒化ホウ素)の形態で存在するBは、焼入れ性向上の機能を発揮しない。この点に関し、鋼中のTi/N比が3.4以上である場合には、鋼中のNが、TiN(窒化チタン)の形態で固定される。これにより、BNの形成が抑制されるので、焼入れ性向上に寄与する実効的なBの量が確保される。その結果、B(ホウ素)による焼入れ性向上の効果が効果的に奏される。
Ti/N比は、好ましくは4.0以上である。
Ti/N比の上限は、Ti含有量の範囲及びN含有量の範囲による。N含有量が0%である場合、Ti/N比は無限大である。Ti/N比の上限としては、好ましくは80.0であり、より好ましくは50.0であり、更に好ましくは40.0である。
次に、母材180°位置のL断面における肉厚中央部の金属組織について説明する。
ここで、母材180°位置のL断面における肉厚中央部は、母材部の代表的な位置として選定した位置に過ぎない。
従って、本開示の電縫鋼管では、母材部中、母材180°位置のL断面における肉厚中央部以外の位置の金属組織が、以下の特徴を有していても構わない。
本開示の電縫鋼管は、母材180°位置(即ち、電縫溶接部から管周方向に180°ずれた位置)のL断面において、肉厚中央部の金属組織が焼戻しマルテンサイト組織である。
本開示において、焼戻しマルテンサイト組織とは、実質的に焼戻しマルテンサイト相からなる単相組織を意味する。
ここで、実質的に焼戻しマルテンサイト相からなる単相組織とは、後述する走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた確認方法において、焼戻しマルテンサイト相の面積率が80%以上(好ましくは90%以上)である金属組織を意味する。
JIS G 0551(2013年)に準拠し、電縫鋼管における母材180°位置のL断面(観察面)を研磨し、次いでナイタール腐食液によってエッチングする。エッチングされたL断面における肉厚中央部の金属組織の写真(以下、「金属組織写真」ともいう)を、走査型電子顕微鏡(SEM)によって撮影する。金属組織写真は、倍率3000倍にて、3視野分(1視野は40μm×40μmの範囲)撮影する。
撮影された金属組織写真(SEM写真)に基づき、金属組織全体に占める焼戻しマルテンサイト相の面積率を算出する。焼戻しマルテンサイト相の面積率が80%以上である場合、焼戻しマルテンサイト組織であると判定する。
ここで、焼戻しマルテンサイト相は、SEM写真上で、ラス(Lath)構造及びセメンタイト(鉄系炭化物)を確認でき、かつ、セメンタイトの優先成長方位が二方向以上(即ち、ランダム)である相である。
これに対し、焼戻しベイナイト相は、SEM写真上で、ラス構造及びセメンタイト(鉄系炭化物)を確認でき、かつ、セメンタイトの優先成長方位が一方向である相である。
焼戻しマルテンサイト相か焼戻しベイナイト相かの区別が困難である相については、焼戻しマルテンサイト相であると判断する。
また、フェライト相は、SEM写真上で、ラス構造を確認できない相である。
また、焼入れままマルテンサイト相は、SEM写真上で、ラス構造を確認できるが、セメンタイトを確認できない相である。
本開示の電縫鋼管では、上記焼戻しマルテンサイト組織中の旧オーステナイト粒の平均アスペクト比が2.0以下である。これにより、前述したとおり、耐内面割れ性が向上する。
旧オーステナイト粒の平均アスペクト比が2.0を超えると、旧オーステナイト粒中のパケット粒のアスペクト比も大きくなり、その結果、パケット粒界が連続し易くなる。
このため、電縫鋼管の曲げ成形を行った際に、曲げ部の内面に一旦亀裂が発生すると、亀裂がパケット粒界に沿って進展し、連続した割れ(即ち、内面割れ)へと発展する場合がある。
旧オーステナイト粒の平均アスペクト比は、好ましくは1.8以下であり、より好ましくは1.6以下である。
旧オーステナイト粒のアスペクト比とは、旧オーステナイト粒を楕円近似した場合の、短軸長さに対する長軸長さの比(即ち、長軸長さ/短軸長さ比)を意味する。
母材部(詳細には、本開示の電縫鋼管における母材180°位置)のL断面における肉厚中央部の金属組織をSEM−EBSD装置を用いて観察し(倍率1000倍)、傾角15°以上の粒界で囲まれる領域を旧オーステナイト粒とみなし、この旧オーステナイト粒の形状を楕円近似する。得られた楕円における、短軸長さに対する長軸長さの比(即ち、長軸長さ/短軸長さ比)を、旧オーステナイト粒のアスペクト比とする。
この方法により、200μm(管軸方向)×500μm(肉厚方向)の視野範囲に含まれる全ての旧オーステナイト粒について、それぞれアスペクト比を求める。得られた測定値(アスペクト比)を算術平均し、得られた算術平均値を、旧オーステナイト粒の平均アスペクト比とする。
本開示の電縫鋼管では、上記焼戻しマルテンサイト組織中のパケット粒の平均粒径(以下、「平均パケット粒径」ともいう)が、10μm以下であることが好ましい。
平均パケット粒径が10μm以下である場合には、曲げ成形による成形歪みが粗大なパケット粒に集中することを抑制でき、上記成形歪みを各パケット粒に分散させることができる。これにより、耐内面割れ性がより向上する。
平均パケット粒径は、好ましくは8μm以下である。
平均パケット粒径の下限には特に制限はない。鋼の製造適性の観点から、平均パケット粒径は、好ましくは3μm以上であり、より好ましは4μm以上である。
母材180°位置のL断面における肉厚中央部の金属組織を、SEM−EBSD装置を用い、倍率3000倍、1視野40μm×40μmの範囲の条件にて観察し、3視野分のEBSD像を得る。
得られたEBSD像から、パケット粒を任意に30個選定する。
この際、ほぼ平行に並んでいる複数の細長い結晶からなる単位(具体的には、傾角10°以上の粒界で囲まれる単位)をパケット粒とみなす。
次に、選定された30個のパケット粒について、個々のパケット粒の円相当径を求め、得られた値を、個々のパケット粒の粒径とする。
次に、パケット粒30個におけるパケット粒の粒径の算術平均値を求め、得られた算術平均値を、平均パケット粒径(即ち、パケット粒の平均粒径)とする。
母材部の化学組成が、Ti、Al、及びNbを、それぞれ所定量以上含有すること;
熱延工程において、再結晶域で圧延を行うこと(例えば、熱間圧延仕上温度を920℃以上とすること);
等によって達成され得る。
本開示の電縫鋼管では、母材180°位置のL断面における肉厚中央部の転位密度が、2.0×1014m−2以下であることが好ましい。
転位密度が2.0×1014m−2以下である場合には、耐内面割れ性がより向上する。
耐内面割れ性をより向上させる観点から、転位密度は、好ましくは1.9×1014m−2以下である。
転位密度の下限には特に制限はない。転位密度の下限として、例えば、0.4×1014m−2、0.6×1014m−2等が挙げられる。
母材180°位置のL断面における肉厚中央部について、X線回折により、(110)面、(211)面、及び(220)面の半価幅をそれぞれ測定し、測定値に基づき、Williamson-Hall法(詳細には、ACTA METALLURGICA Vol.1, JAN. 1953, pp.22-31に記載された方法)に従い、転位密度を算出する。
以上の測定及び算出を、上記肉厚中央部における3箇所で行い、得られた3つの算出値の算術平均値を、本開示における転位密度とする。
管球:Mo管球(ターゲットとしてMoを用いた管球)
ターゲット出力:50KV、40mA
スリット:発散1/2°、散乱1°、受光0.15mm
サンプリング幅:0.010°
測定範囲(2θ):34.2°〜36.2°
最大カウント数:3000以上
本開示の電縫鋼管は、C断面の肉厚中央部において、電縫溶接部近傍(即ち、電縫溶接部から肉厚分の距離以内の領域)の金属組織が、焼戻しマルテンサイト相と、焼戻しベイナイト相及びフェライト相の少なくとも一方と、を含む。
図1に示すように、C断面の肉厚中央部において、電縫溶接部EW1から肉厚t分の距離以内の領域V1(即ち、電縫溶接部近傍)は、C断面の肉厚中央部に該当する曲線上において、電縫溶接部EW1を中心とする、長さ2t(即ち、肉厚tの2倍)の領域である。図1では、領域V1を、一点鎖線で示した。
JIS G 0551(2013年)に準拠し、電縫鋼管のC断面(観察面)を研磨し、次いでナイタール腐食液によってエッチングする。エッチングされたC断面の肉厚中央において、電縫溶接部から肉厚分の距離以内の領域(例えば、前述の領域V1)全体を、SEM(倍率500倍)により、観察領域を走査しながら観察し、この領域内に、焼戻しベイナイト相及びフェライト相の少なくとも一方が存在するかどうかを確認する。
SEM写真上で、焼戻しベイナイト相、フェライト相、及び焼戻しマルテンサイト相を区別する方法については、前述したとおりである。
これに対し、造管後、焼入れ及び焼戻しが施された電縫鋼管では、電縫溶接部近傍の金属組織は、焼戻しマルテンサイト組織となり、実質的に焼戻しベイナイト相もフェライト相も含まない。
本開示の電縫鋼管では、管軸方向引張試験を行った場合に降伏伸びが観測される。
ここで、「降伏伸びが観測される」とは、管軸方向引張試験において、実質的な降伏伸び(詳細には、0.1%以上の降伏伸び)が観測されることを意味する。
降伏伸びの有無を観測するための管軸方向引張試験は、後述する管軸方向の引張強さを測定するための管軸方向引張試験と同様の条件で行う。
例えば、造管前に焼戻しが施され、造管後には焼戻しが施されなかった電縫鋼管では、降伏伸びは観測されない。
本開示の電縫鋼管は、管軸方向の引張強さ(以下、単に「引張強さ」ともいう)が750〜980MPaである。
引張強さが750MPa以上であることにより、トーションビーム用の鋼管としての強度が確保される。引張強さは、好ましくは800MPa以上である。
引張強さが980MPa以下であることにより、耐内面割れ性が向上する。引張強さは、好ましくは950MPa以下であり、より好ましくは900MPa以下である。
本開示の電縫鋼管における母材180°位置から、JIS 12号引張試験片を採取する。採取したJIS 12号引張試験片について、JIS Z 2241(2011年)に準拠して管軸方向引張試験(即ち、試験方向を管軸方向とした引張試験)を行い、引張強さを測定する。得られた結果を、本開示の電縫鋼管の引張強さ(即ち、管軸方向の引張強さ)とする。
本開示の電縫鋼管の肉厚には特に制限はない。電縫鋼管の製造適性の観点から、本開示の電縫鋼管の肉厚は、好ましくは2.0〜4.0mmである。
本開示の電縫鋼管は、トーションビームの製造に用いられる。
本開示の電縫鋼管を用いたトーションビームの製造は、例えば、本開示の電縫鋼管の一部に対し曲げ成形を施すことによって行う。曲げ成形は、例えば、本開示の電縫鋼管のうち、管軸方向に平行な直線状の領域の一部を、電縫鋼管の外部から内部に向かう方向に押し込むことにより行う(例えば、後述の図2に示す曲げ試験参照)。これにより、例えば、略V字型の閉断面(例えば、後述の図3参照)を有する部分を含むトーションビームが製造される。
しかし、耐内面割れ性に優れた本開示の電縫鋼管によれば、この場合においても、内面割れの発生が効果的に抑制される。
従って、本開示の電縫鋼管による耐内面割れ性向上の効果は、曲げ成形による曲げ部の内面の曲率半径Rが小さい場合に、特に効果的に発揮される。
言い換えれば、本開示の電縫鋼管による耐内面割れ性向上の効果は、本開示の電縫鋼管が、内面の曲率半径Rが小さい曲げ部(例えば、内面の曲率半径Rが肉厚に対して2倍以下(好ましくは0.7〜2倍、より好ましくは1〜2倍)である曲げ部)を含むトーションビームの作製に用いられた場合に、特に効果的に発揮される。
本開示の電縫鋼管を製造する方法の一例として、以下の製法Aが挙げられる。
製法Aは、
本開示における化学組成を有するスラブを準備するスラブ準備工程と、
準備したスラブを1070〜1300℃のスラブ加熱温度にまで加熱し、加熱されたスラブに対し、熱間圧延仕上温度を920℃以上とする熱間圧延を施すことにより、熱延鋼板を得る熱延工程と、
熱延工程で得られた熱延鋼板を、冷却開始から200℃までの平均冷却速度が40〜100℃/sとなる条件で、200℃以下の巻取温度(即ち、冷却終了温度)となるまで冷却する冷却工程と、
冷却された熱延鋼板を上記巻取温度にて巻取ることにより、熱延鋼板からなるホットコイルを得る巻取工程と、
ホットコイルから熱延鋼板を巻き出し、巻き出された熱延鋼板をロール成形することによりオープン管とし、得られたオープン管の突合せ部を電縫溶接して電縫溶接部を形成することにより、アズロール電縫鋼管(As-rolled electric resistance welded steel pipe)を得る造管工程と、
アズロール電縫鋼管に対し、焼入れを施すことなく、焼戻し温度500〜700℃及び焼戻し時間1分以上120分以下の条件の焼戻しを施す造管後焼戻し工程と、
を含む。
製法Aは、必要に応じ、その他の工程を含んでいてもよい。
以上の、熱延工程、冷却工程、及び巻取工程は、ホットストリップミルを用いて実施する。
母材180°位置のL断面において、肉厚中央部の金属組織が焼戻しマルテンサイト組織であり、焼戻しマルテンサイト組織中の旧オーステナイト粒の平均アスペクト比が2.0以下であり、
C断面の肉厚中央部において、電縫溶接部近傍の金属組織が、焼戻しマルテンサイト相と、焼戻しベイナイト相及びフェライト相の少なくとも一方と、を含み、
管軸方向引張試験を行った場合に降伏伸びが観測され、管軸方向の引張強さが750〜980MPaである、
本開示の電縫鋼管を製造し易い。
製法Aにおいて、スラブ準備工程は、上述の化学組成を有するスラブを準備する工程である。
スラブ準備工程は、スラブを製造する工程であってもよいし、予め製造されていたスラブを単に準備するだけの工程であってもよい。
スラブを製造する場合、例えば、上述の化学組成を有する溶鋼を製造し、製造した溶鋼を用いて、スラブを製造する。この際、連続鋳造法によりスラブを製造してもよいし、溶鋼を用いてインゴットを製造し、インゴットを分塊圧延してスラブを製造してもよい。
製法Aにおいて、熱延工程は、上記で準備したスラブを1070〜1300℃のスラブ加熱温度にまで加熱し、加熱されたスラブに対し、熱間圧延仕上温度を920℃以上とする熱間圧延を施すことにより、熱延鋼板を得る工程である。
スラブ加熱温度が1070℃以上であると、溶鋼凝固過程で析出した、炭化物、窒化合物及び炭窒化合物を、鋼中に十分に固溶させることができる。
スラブ加熱温度が1300℃以下であると、オーステナイト粒の粗大化が抑制され、粗大なAlNが、熱間圧延中または熱間圧延後の冷却中に析出することを抑制できる。
熱間圧延仕上温度が920℃以上であることは、未再結晶域で熱間圧延を行うのではなく、再結晶域で熱間圧延を行うことを意味する。これにより、得られる電縫鋼管において、旧オーステナイト粒の平均アスペクト比が2.0以下であることが達成され易い。
また、熱間圧延仕上温度が920℃以上であることは、旧オーステナイト粒の微細化、及び、旧オーステナイト粒中のパケット粒の微細化にも寄与する。従って、熱間圧延仕上温度が920℃以上であることにより、平均パケット粒径が10μm以下であることも達成され易い。
熱間圧延仕上温度の上限は適宜設定されるが、オーステナイト粒の粗大化をより抑制する観点から、上限は、好ましくは1000℃である。
製法Aにおいて、冷却工程は、熱延工程で得られた熱延鋼板を、冷却開始から200℃までの平均冷却速度が40〜100℃/sとなる条件にて、200℃以下の巻取温度となるまで冷却する工程である。
後述の造管後焼戻し工程では、この冷却工程で生成された母材部(例えば母材180°位置)の焼入れままマルテンサイト組織が焼戻され、焼戻しマルテンサイト組織が生成される。
一方、冷却開始から200℃までの平均冷却速度が100℃/s以下であると、冷却停止温度を制御し易い。また、平均冷却速度が100℃/s以下であると、熱延鋼板の表面と肉厚内部(例えば肉厚中央部)との間での冷却速度の差が小さくなるので、熱延鋼板の材質の安定性により優れる。
製法Aにおいて、巻取工程は、冷却後の熱延鋼板を上記巻取温度にて巻取ることにより、熱延鋼板からなるホットコイルを得る工程である。
製法Aにおいて、造管工程は、ホットコイルから熱延鋼板を巻き出し、巻き出された熱延鋼板をロール成形することによりオープン管とし、得られたオープン管の突合せ部を電縫溶接して電縫溶接部を形成することにより、アズロール電縫鋼管を得る工程である。
造管工程は、公知の方法に従って行うことができる。
造管工程は、必要に応じ、
電縫溶接部の形成の後、電縫溶接部をシーム熱処理すること;
電縫溶接部の形成の後(前述のシーム熱処理を行う場合には、シーム熱処理の後)、アズロール電縫鋼管の外径をサイザーによって縮径すること;
等を含んでいてもよい。
製法Aにおいて、造管後焼戻し工程は、アズロール電縫鋼管に対し、焼入れを施すことなく、焼戻し温度500〜700℃及び焼戻し時間1分以上120分以下の条件の焼戻しを施す工程である。
この造管後焼戻し工程により、母材部(例えば母材180°位置)の焼入れままマルテンサイト組織が効果的に焼戻され、焼戻しマルテンサイト組織が生成される。
なお、電縫溶接部近傍では、電縫溶接により、一旦、焼入れままマルテンサイト組織が、オーステナイト相に逆変態されて消滅する。電縫溶接後、上記オーステナイト相が冷却され、その後、造管後焼戻しが施されることにより、前述した、焼戻しマルテンサイト相と、焼戻しベイナイト相及びフェライト相の少なくとも一方と、を含む金属組織が生成される。
更に、かかる条件の焼戻しにより、造管歪みを効果的に低減させることができるので、転位密度を効果的に低減させることができる。
ここでいう焼入れとは、鋼管に対し、A3点以上の温度の加熱処理及び急速冷却を施す操作を指す。
A3点は、加熱時にオーステナイトへの変態が完了する温度を意味し、鋼管の化学組成に依存する。本開示における化学組成では、A3点が700℃以下となることはないので、上記焼戻しが、焼入れに該当することはない。
従って、製法Aによって製造される電縫鋼管の母材部の化学組成は、原料(溶鋼又はスラブ)の化学組成と同様とみなせる。
<電縫鋼管の製造>
前述の製法Aに従い、実施例1〜10の電縫鋼管をそれぞれ得た。
また、各実施例の電縫鋼管における化学組成又は製造条件を変更し、比較例1〜29の電縫鋼管をそれぞれ得た。
以下、詳細を示す。
表1に示した元素を除いた残部は、Fe及び不純物である。
表1中、鋼H中のREMは、Laである。
表1中のVc90は、前述の式(i)によって定義されるVc90である。
表1〜表3中の下線は、本開示の範囲外であることを示す。
熱延工程で得られた熱延鋼板に対し、表2又は表3に示す平均冷却速度にて、表2又は表3に示す巻取温度(即ち、冷却終了温度)となるまで冷却を施した(冷却工程)。
次いで、表2又は表3に示す巻取温度にて巻き取ることにより、板厚3.0mmの熱延鋼板からなるホットコイルを得た(巻取工程)。
以上の、熱延工程、冷却工程、及び巻取工程は、ホットストリップミルを用いて実施した。
比較例25では、アズロール電縫鋼管に対し、造管後焼戻しを施さなかった。
上記で得られた電縫鋼管(比較例25ではアズロール電縫鋼管。以下同じ。)について、母材180°位置におけるL断面の観察を行い、以下の確認及び測定を行った。
前述した方法により、母材180°位置におけるL断面の肉厚中央部の金属組織を確認した。
結果を表2及び表3に示す。
「TM」は、焼戻しマルテンサイト組織を意味し、
「TM+TB」は、焼戻しマルテンサイト相と焼戻しベイナイト相とからなる二相組織を意味し、
「F+TB」は、フェライト相と焼戻しベイナイト相とからなる二相組織を意味し、
「TB」は、焼戻しベイナイト組織を意味する。
前述した方法により、上記L断面の肉厚中央部における、旧オーステナイト粒の平均アスペクト比(表2及び表3では、「旧γ粒平均アスペクト比」と表記する)を測定した。
結果を表2及び表3に示す。
前述した方法により、上記L断面の肉厚中央部における平均パケット粒を測定した。
結果を表2及び表3に示す。
前述した方法により、上記L断面の肉厚中央部における転位密度を測定した。X線回折に用いるX線回折装置としては、リガク社製「RINT2200」を用いた。
結果を表2及び表3に示す。
実施例1〜10の電縫鋼管について、前述した方法により、C断面の肉厚中央部における電縫溶接部近傍(即ち、電縫溶接部から肉厚分の距離以内の領域)の観察を行った。
その結果、実施例1〜10のいずれにおいても、電縫溶接部近傍の金属組織は、焼戻しマルテンサイト相と、焼戻しベイナイト相及びフェライト相の少なくとも一方と、を含むことが確認された。
電縫鋼管の管軸方向の引張強さ(以下、単に「引張強さ」とする)を、前述した方法によって測定した。
結果を表2及び表3に示す。
引張強さの測定を行うための管軸方向引張試験において、降伏伸びの有無を確認した。
0.1%以上の降伏伸びが観測された場合を、降伏伸び「あり」と判断し、0.1%以上の降伏伸びが観測されなかった場合を、降伏伸び「無し」と判断した。
電縫鋼管について、トーションビームの製造を模した曲げ試験を行い、内面割れ深さを評価した。以下、詳細を説明する。
図2に示すように、各実施例及び各比較例の電縫鋼管である電縫鋼管100Aと、V字型の切り欠き部を有する下金型10と、断面が略三角形状である先端を有するポンチ12と、を準備した。
ここで、金型10の切り欠き部の谷部の角度θ1、及び、ポンチ12の先端の角度θ2は、いずれも60°とした。
なお、電縫鋼管100Aの管軸方向Lは、電縫鋼管100Aの素材である熱延鋼板の製造時における圧延方向に相当する。
図2及び図3に示すように、電縫鋼管100Aに曲げ成形を施すことにより、略V字型の閉断面を有する構造物100Bが形成された。ここで、ポンチ12の押し込み量は、構造部100Bの閉断面における一端部101B(曲げ部)において、内面102Bの曲率半径Rが4mmとなるように調整した。構造部100Bの閉断面における他端部の内面の曲率半径Rも4mmとなるように調整した。
一端部101Bの断面(詳細には、図3に相当する断面)における内面102B及びその近傍を、SEMにより、倍率1000倍にて観察することにより、内面割れの深さ(以下、「内面割れ深さ」ともいう)を測定した。
ここで、内面割れ深さは、以下のようにして求めた。
一端部101Bの断面における内面102B及びその近傍をSEMで観察することにより、内面割れの有無を確認した。内面割れが存在した場合、個々の内面割れについて、それぞれ、割れの起点から終点までの直線距離を求め、個々の内面割れの深さを求めた。個々の内面割れの深さの最大値を、その実施例又は比較例における「内面割れ深さ」とした。内面割れが存在しなかった場合、その実施例又は比較例における「内面割れ深さ」は、「0μm」とした。
得られた内面割れ深さを表2及び表3に示す。
C含有量が少なすぎる比較例1では、引張強さが不足した。
C含有量が多すぎる比較例2では、引張強さが過大となり、耐内面割れ性が劣化した。
Si含有量が少なすぎる比較例3では、耐内面割れ性が劣化した。この理由は、脱酸が不十分となり、粗大なFe酸化物が生成されたためと考えられる。
Si含有量が多すぎる比較例4では、耐内面割れ性が劣化した。この理由は、SiO2などの介在物が生成され、電縫鋼管を製造するためのロール成形時及び/又は電縫鋼管に対する曲げ成形時に、上記介在物を起点とし、微小ボイドが発生したためと考えられる。
Mn含有量が少なすぎる比較例5では、母材180°位置におけるL断面の肉厚中央部の金属組織が、焼戻しマルテンサイト組織ではなく、焼戻しマルテンサイト相と焼戻しベイナイト相とからなる二相組織となり、引張強さが不足し、耐内面割れ性が劣化した。
Mn含有量が多すぎる比較例6では、引張強さが過大となり、耐内面割れ性が劣化した。
S含有量が多すぎる比較例8では、耐内面割れ性が劣化した。この理由は、粗大なMnSが生じたためと考えられる。
Ti含有量が少なすぎる比較例9では、Ti/Nが3.4未満となり、母材180°位置におけるL断面の肉厚中央部の金属組織が、焼戻しマルテンサイト組織ではなく、フェライト相と焼戻しベイナイト相とからなる二相組織となり、引張強さが不足し、耐内面割れ性が劣化した。この理由は、NをTiNの形態で固定できなくなり、BNが形成され、その結果、Bによる焼入れ性向上の効果が不十分となったためと考えられる。
Ti含有量が多すぎる比較例10では、耐内面割れ性が劣化した。この理由は、粗大なTiC及び/又はTiNが析出したためと考えられる。
Al含有量が少なすぎる比較例11では、耐内面割れ性が劣化した。この理由は、旧オーステナイト粒が粗大となり、旧オーステナイト粒中のパケット粒も粗大となったためと考えられる。
Al含有量が多すぎる比較例12では、耐内面割れ性が劣化した。この理由は、粗大はAlNが生成したためと考えられる。
Nb含有量が少なすぎる比較例13では、耐内面割れ性が劣化した。この理由は、旧オーステナイト粒が粗大となり、旧オーステナイト粒中のパケット粒も粗大となったためと考えられる。
Nb含有量が多すぎる比較例14では、耐内面割れ性が劣化した。この理由は、粗大はNbCが生成したためと考えられる。
N含有量が多すぎる比較例15では、耐内面割れ性が劣化した。この理由は、粗大はAlNが生成したためと考えられる。また、この比較例15では、Ti/Nが3.4未満となり、母材180°位置におけるL断面の肉厚中央部の金属組織が、フェライト相と焼戻しベイナイト相とからなる二相組織となり、引張強さが不足した。この理由は、NをTiNの形態で固定できなくなり、BNが形成され、その結果、Bによる焼入れ性向上の効果が不十分となったためと考えられる。
B含有量が多すぎる比較例17では、母材180°位置におけるL断面の肉厚中央部の金属組織が、焼戻しマルテンサイト組織ではなく、焼戻しマルテンサイト相と焼戻しベイナイト相とからなる二相組織となり、引張強さが不足し、耐内面割れ性が劣化した。この理由は、Bの凝集及び又は析出により、オーステナイト粒界に偏析する固溶Bが減少したことにより、焼入れ性が低下したためと考えられる。
本開示の化学組成を有するが、熱間圧延仕上温度が低すぎた比較例18では、旧オーステナイト粒の平均アスペクト比が2.0超となり、耐内面割れ性が劣化した。
本開示の化学組成を有するが、熱延鋼板を冷却する際の冷却速度が遅すぎた比較例19では、母材180°位置におけるL断面の肉厚中央部の金属組織が、焼戻しマルテンサイト組織ではなく、焼戻しマルテンサイト相と焼戻しベイナイト相とからなる二相組織となり、引張強さが不足し、耐内面割れ性が劣化した。
本開示の化学組成を有するが、熱延鋼板を巻き取る際の巻取温度(即ち、冷却終了温度)が高すぎた比較例20では、母材180°位置におけるL断面の肉厚中央部の金属組織が、焼戻しマルテンサイト組織ではなく、フェライト相と焼戻しベイナイト相とからなる二相組織となり、引張強さが不足し、耐内面割れ性が劣化した。
本開示の化学組成を有するが、造管後焼戻しにおける焼戻し温度が低すぎた比較例21では、降伏伸びが観測されず、耐内面割れ性が劣化した。
本開示の化学組成を有するが、造管後焼戻しにおける焼戻し温度が高すぎた比較例22では、引張強さが不足した。
本開示の化学組成を有するが、造管後焼戻しにおける焼戻し時間が短すぎた比較例23では、降伏伸びが観測されず、耐内面割れ性が劣化した。
本開示の化学組成を有するが、造管後焼戻しにおける焼戻し時間が長すぎた比較例24では、引張強さが不足した。
本開示の化学組成を有するが、造管後焼戻しではなく造管前焼戻しを行った比較例25では、降伏伸びが観測されず、耐内面割れ性が劣化した。
本開示の化学組成を有するが、熱間圧延仕上温度が低すぎた比較例26では、旧オーステナイト粒の平均アスペクト比が2.0超となり、耐内面割れ性が劣化した。
本開示の化学組成を有するが、熱延鋼板を巻き取る際の巻取温度(即ち、冷却終了温度)が高すぎた比較例27では、母材180°位置におけるL断面の肉厚中央部の金属組織が、焼戻しマルテンサイト組織ではなく、焼戻しベイナイト組織となり、引張強さが不足し、耐内面割れ性が劣化した。
本開示の化学組成における各元素の含有量は適正であるが、Vc90が150超である比較例28では、母材180°位置におけるL断面の肉厚中央部の金属組織が、焼戻しマルテンサイト組織ではなく、焼戻しマルテンサイト相と焼戻しベイナイト相とからなる二相組織となり、引張強さが不足し、耐内面割れ性が劣化した。
本開示の化学組成における各元素の含有量は適正であるが、Ti/Nが3.4未満である比較例29では、母材180°位置におけるL断面の肉厚中央部の金属組織が、焼戻しマルテンサイト相と焼戻しベイナイト相とからなる二相組織となり、引張強さが不足した。この理由は、NをTiNの形態で固定できなくなり、BNが形成され、その結果、Bによる焼入れ性向上の効果が不十分となったためと考えられる。
Claims (4)
- 母材部及び電縫溶接部を含み、
前記母材部の化学組成が、質量%で、
C:0.05〜0.30%、
Si:0.03〜1.20%、
Mn:0.30〜2.50%、
P:0〜0.030%、
S:0〜0.010%、
Ti:0.010〜0.200%、
Al:0.005〜0.500%、
Nb:0.010〜0.040%、
N:0〜0.006%、
B:0.0005〜0.0050%、
Cu:0〜1.000%、
Ni:0〜1.000%、
Cr:0〜1.00%、
Mo:0〜0.50%、
V:0〜0.200%、
W:0〜0.100%、
Ca:0〜0.0200%、
Mg:0〜0.0200%、
Zr:0〜0.0200%、
REM:0〜0.0200%、並びに、
残部:Fe及び不純物からなり、
下記式(i)によって定義されるVc90が2〜150であり、
Nに対するTiの含有質量比が3.4以上であり、
前記電縫溶接部から管周方向に180°ずれた位置のL断面において、肉厚中央部の金属組織は、焼戻しマルテンサイト相の面積率が80%以上である焼戻しマルテンサイト組織であり、前記焼戻しマルテンサイト組織中の旧オーステナイト粒の平均アスペクト比が2.0以下であり、前記焼戻しマルテンサイト組織中のパケット粒の平均粒径が10μm以下であり、
C断面の肉厚中央部において、前記電縫溶接部から肉厚分の距離以内の領域の金属組織が、焼戻しマルテンサイト相と、焼戻しベイナイト相及びフェライト相の少なくとも一方と、を含み、
管軸方向引張試験を行った場合に0.1%以上の降伏伸びが観測され、
管軸方向の引張強さが750〜980MPaであるトーションビーム用電縫鋼管。
logVc90=2.94−0.75βa … 式(i)
βa=2.7C+0.4Si+Mn+0.45Ni+0.8Cr+2Mo … 式(ii)
〔式(i)中、βaは、式(ii)によって定義される値である。
式(ii)中、各元素記号は、各元素の質量%を表す。〕 - 前記母材部の化学組成が、質量%で、
Cu:0%超1.000%以下、
Ni:0%超1.000%以下、
Cr:0%超1.00%以下、
Mo:0%超0.50%以下、
V:0%超0.200%以下、
W:0%超0.100%以下、
Ca:0%超0.0200%以下、
Mg:0%超0.0200%以下、
Zr:0%超0.0200%以下、及び、
REM:0%超0.0200%以下、
からなる群から選択される1種以上を含有する請求項1に記載のトーションビーム用電縫鋼管。 - 前記L断面における肉厚中央部の転位密度が2.0×1014m−2以下である請求項1又は請求項2に記載のトーションビーム用電縫鋼管。
- 外径が50〜150mmであり、肉厚が2.0〜4.0mmである請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のトーションビーム用電縫鋼管。
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