CN1088117C - 高延展性且高强度的钢材及其制造方法 - Google Patents

高延展性且高强度的钢材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

将以铁素体或者铁素体+珠光体或者铁素体+渗碳体为主的组织的钢材，在铁素体再结晶温度区进行断面收缩率20%以上的轧制，得到晶粒直径3μm以下、最好1μm以下，延伸率是20%以上，而且抗拉强度(TS：MPa)×延伸率(El：%)在10000以上，或者在-100℃下的实管夏氏冲击试验时韧性断口率是95%以上、最好100%的特性。特别是，按重量%，含有C：0.05～0.30%、Si：0.01～3.0%、Mn：0.01～2.0%、Al：0.001～0.10%，由铁素体或者铁素体和第二相构成的，铁素体晶粒直径是3μm以下，第二相的面积率是30%以下。将上述组成的原材料钢管加热到(AC1+50℃)～400℃，在(AC1+50℃)～400℃的轧制温度区进行累计缩径率：20%以上的拉力减径。最好是包括至少1道次以上的拉力减径轧制，每1道次轧制的缩径率是6%以上。只要将C、Si、Mn和其他的合金元素含量限制在低含量，在上述温度范围进行拉力减径，就能够制造高延展性、高强度而且韧性和耐应力腐蚀开裂性提高的钢管，可以用来作为输送管道用钢管。并且，耐疲劳性能也提高。

Description

高延展性且高强度的钢材及其制造方法
发明领域
本发明是关于高强度、高延展性且耐碰撞冲击性和韧性优良的钢材，特别是关于具有细晶粒的钢管、线材、棒钢、型钢、钢板、钢带等钢材及其制造方法。
发明背景
为了提高钢材的强度，添加Mn、Si等合金元素，进而进行控制轧制、控制冷却、淬火回火等热处理或者添加Nb、V等沉淀硬化元素等。但是，在钢材中，不仅需要高的强度，而且需要高的延展性和韧性，迄今，迫切期望强度和延展性、韧性的平衡充分提高的钢材。
晶粒细化是可以同时提高强度和延展性、韧性的少数的重要手段之一。晶粒细化的方法有防止奥氏体晶粒粗化、从细奥氏体发生奥氏体-铁素体相变、使铁素体晶粒细化的方法；利用加工细化奥氏体晶粒、从而细化铁素体晶粒的方法；或者利用由淬火回火处理产生的马氏体、下贝氏体的方法等。
其中，利用在奥氏体区的强加工及在其后接着通过奥氏体-铁素体相变、使铁素体晶粒细化的控制轧制，被广泛地用于钢材制造。另外，添加微量的Nb，控制奥氏体晶粒的再结晶，也使铁素体晶粒更细化。通过在奥氏体的未再结晶温度区施行加工，奥氏体晶粒伸长，晶粒内生成变形带，从该变形带产生铁素体晶粒，能使铁素体晶粒更加细化。为了进一步细化铁素体晶粒，也可以采用在加工中途或者加工后进行冷却的控制冷却。
但是，上述的方法，在制造以要求汽车的安全性日益提高为目的的、耐碰撞冲击性提高的钢管等钢材方面，需要包括设备的改造等在内的大幅度工艺改造，在费用上受到限制。
另外，像输送管道用钢管那样的钢材，为了提高耐硫化物应力腐蚀开裂性，正在进行由降低杂质和调整合金元素而产生的硬度控制。另外，到目前为止，为了提高耐疲劳性，进行调质、高频淬火、渗碳等热处理，或者大量添加Ni、Cr、Mo等高价合金元素。但是，这些方法使焊接性劣化，而且存在成本变高的问题。
例如，作为小口径～中口径钢管用钢管，主要使用利用高频电流的电阻焊接法制成的电阻焊接钢管(电焊管)。该方法是连续地供给带钢，使用成形辊成形成管状，形成开口管，接着利用高频电流将开口管的两边缘部端面加热至钢的熔点以上后，用挤压辊将两边缘部端面进行对接焊，制造钢管的方法。
但是，该方法必须使用与钢管制品的尺寸一致的辊子，存在不能适应小批量多品种生产的问题。
针对该问题，例如在特公平2-24606号公报中提出：以带钢作为原材料，用预热炉和加热炉加热带钢，接着利用电阻焊接形成母管后，使母管升温至A3相变点以上，使用管拉力减径装置制成规定外径的制品管的钢管制造方法。
但是，该方法将钢管升温至A3相变点以上，因而存在产生新氧化皮，或者在拉力减径时咬入氧化皮等问题，另外，因为晶粒粗化等，也存在得不到延展性、强度和韧性优良的钢管的问题。
另外，在特开昭63-33105号公报中提出：使用数个由3个辊子构成的孔型，在冷状态将无缝钢管或者电焊钢管等中空管坯进行外径缩小的冷定径方法。但是，为了在冷状态进行拉力减径，轧制载荷要大，要求轧机大型化，再者为了防止与轧辊烧焊在一起，必须设置润滑轧制装置等，此外，因为在冷状态进行轧制，所以加工应变蓄积，也存在延展性、韧性劣化的问题。
本发明的目的是，有效地解决上述问题，提供不大幅度地改变工艺，铁素体晶粒细化，强度、韧性和耐碰撞冲击性优良的钢材及其制造方法。
发明概述
本发明人对能够以高造管速度生产延展性优良的高强度钢管的制造方法进行了深入的研究，结果发现，对限定成分的钢管在铁素体再结晶温度区施行拉力减径，能够制造强度-延展性平衡优良的高延展性高强度钢管。
首先，说明成为本发明基础的实验结果。
将含有C0.09％(重量)-Si0.40％(重量)-Mn0.80％(重量)-Al 0.04％(重量)的电焊钢管(φ42.7mmD×2.9mmt)加热到750℃～400℃的各温度，利用拉力减径机、以轧制速度200m/min进行使制品管的外径在φ33.2～15.0mm的各种变化的拉力减径，形成制品管。轧制后测定制品管的抗拉强度(TS)、延伸率(El)，在图1中示出延伸率-强度的关系(图中符号●)。符号○是同样地图示各种尺寸的焊接接合、不进行拉力减径的电焊钢管的延伸率-强度的关系例子。再者，延伸率(El)的值考虑试样的尺寸效应，使用由El＝El0
Figure C9880056100061
(其中，El0：实测延伸率，a0：292mm2，a：试样断面积(mm2))求出的换算值。
从图1可看出，将原料钢管加热到750～400℃，进行拉力减径，与接合的原封不动的电焊钢管的延伸率-强度的关系进行比较，在同一强度得到比较高的延伸率。即，本发明人发现，通过将限定成分的原料钢管加热到750～400℃，进行拉力减径，能够制造延展性-强度平衡良好的高强度钢管。
另外还证实上述钢管具有3μm以下的细铁素体晶粒。本发明人为了调查耐碰撞冲击性，使应变速度为2000s-1并大幅度地变化应变速度，求出抗拉强度(TS)与铁素体晶粒直径的关系。其结果，如图2所示，若铁素体晶粒直径是3μm以下，最好是1μm以下，TS就显著地增加，尤其是在应变速度大的碰撞冲击变形时，TS的增加更显著。即，具有细铁素体晶粒的钢管除了延展性-强度平衡良好之外，具有显著地改善的耐碰撞冲击性。
本发明是基于上述的知识而完成的。
即，本发明是高延展性且高强度的钢材，其特征是，垂直于钢材纵向的断面的平均晶粒直径是3μm以下、最好是1μm以下，组织是以铁素体或铁素体+珠光体或铁素体+渗碳体为主的组织，并且延伸率是20％以上，而且抗拉强度(TS：MPa)×延伸率(El：％)是10000以上。
另外，本发明是高延展性且高强度的钢管，其特征是，垂直于钢材纵向的断面的平均晶粒直径是3μm以下、最好是1μm以下，是以铁素体或铁素体+珠光体或铁素体+渗碳体为主的组织，延伸率是20％以上，抗拉强度(TS：MPa)×延伸率(El：％)是10000以上，而且在-100℃实管的夏氏冲击试验时垂直于钢管纵向的断面的韧性断口率是95％以上、最好是100％。
另外，本发明是高延展性且高强度钢管的制造方法，该方法是以将含有C：0.60％(重量)以下的原材料钢在铁素体再结晶温度区施行断面收缩率20％以上的轧制为特征的高韧性钢材，最好上述原材料钢是钢管。另外，上述轧制也可以在润滑下进行轧制。
此外，本发明是高延展性且高强度的钢管，其特征是，按重量％，具有C：0.005～0.30％、Si：0.01～3.0％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质构成的组成，而且组织由铁素体或者铁素体和按面积率是30％以下的铁素体以外的第二相组成，该铁素体的平均晶粒直径是3μm以下、最好是1μm以下。
另外，在本发明中，上述组成也可以是含有C：0.005～0.30％、Si：0.01～3.0％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，此外还含有从Cu：1％以下、Ni：2％以下、Cr：2％以下、Mo：1％以下中选择的1种或2种以上，余量为Fe和不可避免的杂质构成的组成。另外，上述组成也可以是含有C：0.005～0.30％、Si：0.01～3.0％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，此外还含有从Nb：0.1％以下、V：0.3％以下、Ti：0.2％以下、B：0.004％以下中选择的1种或2种以上，余量为Fe和不可避免的杂质构成的组成。另外，上述组成还可以是含有C：0.005～0.30％、Si：0.01～3.0％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，此外还含有从REM：0.02％以下、Ca：0.01％以下中选择的1种或2种，余量为Fe和不可避免的杂质构成的组成。
另外，上述组成也可以是含有C：0.005～0.30％、Si：0.01～3.0％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，此外还含有从Cu：1％以下、Ni：2％以下、Cr：2％以下、Mo：1％以下中选择的1种或2种以上，从Nb：0.1％以下、V：0.3％以下、Ti：0.2％以下、B：0.004％以下中选择的1种或2种以上，余量为Fe和不可避免的杂质构成的组成。上述组成还可以是含有C：0.005～0.30％、Si：0.01～3.0％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，此外还含有从Cu：1％以下、Ni：2％以下、Cr：2％以下、Mo：1％以下中选择的1种或2种以上，从REM：0.02％以下、Ca：0.01％以下中选择的1种或2种，余量为Fe和不可避免的杂质构成的组成。另外，上述组成也可以是含有C：0.005～0.30％、Si：0.01～3.0％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，此外还含有从Nb：0.1％以下、V：0.3％以下、Ti：0.2％以下、B：0.004％以下中选择的1种或2种以上，从REM：0.02％以下、Ca：0.01％以下中选择的1种或2种，余量为Fe和不可避免的杂质构成的组成。
上述组成也可以是含有C：0.005～0.30％、Si：0.01～3.0％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，此外还含有从Cu：1％以下、Ni：2％以下、Cr：2％以下、Mo：1％以下中选择的1种或2种以上，从Nb：0.1％以下、V：0.3％以下、Ti：0.2％以下、B：0.004％以下中选择的1种或2种以上，从REM：0.02％以下、Ca：0.01％以下中选择的1种或2种，余量为Fe和不可避免的杂质构成的组成。
另外，本发明是高延展性且高强度钢管的制造方法，其特征是，将具有上述的任一种组成的原材料钢管加热到加热温度：(AC1+50℃)～400℃，最好750～400℃后，在轧制温度：(AC1+50℃)～400℃，最好750～400℃，进行累计缩径率：20％以上的拉力减径，上述拉力减径最好是包括至少1道次以上的轧制，每一道次的缩径率为6％以上，并且上述累计缩径率达到60％以上。另外，本发明中的上述拉力减轻最好是在润滑下进行轧制。
本发明人发现，在上述钢管的制造方法中，通过将原材料钢管的组成限定在更适当的范围内，能够制造高强度、高韧性且耐应力腐蚀开裂性优良的钢管，可以用来作为输送管道用钢管。
以往，为了提高输送管道用钢管的耐应力腐蚀开裂性，进行降低S等杂质和调整合金元素的硬度控制。但是，这些方法，在高强度化方面有一定的限制，而且存在成本高的问题。通过将原材料钢管的组成限定在更适当的范围内，在铁素体再结晶区进行拉力减径，可以得到细铁素体和弥散的细碳化物，获得高强度、高韧性，同时能够进一步限制合金元素，降低焊接硬化性，并且能够抑制裂纹的发生、扩展，从而提高耐应力腐蚀开裂性。
即，本发明是延展性和耐碰撞冲击性优良、而且耐应力腐蚀开裂性优良的钢管的制造方法，其特征是，将含有(按重量％)C：0.005～0.10％、Si：0.01～0.5％、Mn：0.01～1.8％、Al：0.001～0.10％，此外还含有从Cu：0.5％以下、Ni：0.6％以下、Cr：0.5％以下、Mo：0.5％以下中选择的1种或2种以上，以及从Nb：0.1％以下、V：0.1％以下、Ti：0.1％以下、B：0.004％以下中选择的1种或2种以上，或者进而从REM：0.02％以下、Ca：0.01％以下中选择的1种或2种，余量为Fe和不可避免的杂质构成的原材料钢管加热到加热温度：(AC1+50℃)～400℃，最好750～400℃后，在轧制温度：(AC1+50℃)～400℃，最好750～400℃，进行累计缩径率：20％以上的拉力减径。
另外，本发明人发现，在上述钢管的制造方法中，通过将原材料钢管的组成限定在更适当的范围内，能够制造高强度、高韧性且耐疲劳性能优良的钢管，可以用来作为高疲劳强度钢管。将限定在适当范围内的组成的原材料钢管在铁素体再结晶区进行拉力减径，能够得到细铁素体和弥散的细小碳化物，在得到高强度、高韧性的同时，能够进一步限制合金元素，降低焊接硬化性，并且能够抑制疲劳裂纹的发生、扩展，从而提高耐疲劳性能。
即，本发明是延展性、强度和耐疲劳性优良的钢管的制造方法，其特征是，将含有(按重量％)C：0.06～0.30％、Si：0.01～1.5％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质组成的原材料钢管加热到加热温度：(AC1+50℃)～400℃，最好750～400℃后，在轧制温度：(AC1+50℃)～400℃，最好750～400℃，进行累计缩径率：20％以上的拉力减径。
另外，在本发明中，上述组成也可以是含有C：0.06～0.30％、Si：0.01～1.5％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，此外还含有从Cu：1.0％以下、Ni：2.0％以下、Cr：2.0％以下、Mo：1.0％以下中选择的1种或2种以上，余量为Fe和不可避免的杂质。上述组成也可以是含有(按重量％)C：0.06～0.30％、Si：0.01～1.5％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，还含有从Nb：0.1％以下、V：0.3％以下、Ti：0.2％以下、B：0.004％以下中选择的1种或2种以上，余量为Fe和不可避免的杂质。另外上述组成还可以是含有(按重量％)C：0.06～0.30％、Si：0.01～1.5％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，还含有从REM：0.02％以下、Ca：0.01％以下中选择的1种或2种，余量为Fe和不可避免的杂质。另外，上述组成也可以是含有C：0.06～0.30％、Si：0.01～1.5％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，还含有从Cu：1.0％以下、Ni：2.0％以下、Cr：2.0％以下、Mo：1.0％以下中选择的1种或2种以上，从Nb：0.1％以下、V：0.3％以下、Ti：0.2％以下、B：0.004％以下中选择的1种或2种以上，余量为Fe和不可避免的杂质。另外，上述组成还可以是含有(按重量％)C：0.06～0.30％、Si：0.01～1.5％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，还含有从Nb：0.1％以下、V：0.3％以下、Ti：0.2％以下、B：0.004％以下中选择的1种或2种以上，从REM：0.02％以下、Ca：0.01％以下中选择的1种或2种，余量为Fe和不可避免的杂质。上述组成也可以是含有C：0.06～0.30％、Si：0.01～1.5％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，还含有从Cu：1.0％以下、Ni：2.0％以下、Cr：2.0％以下、Mo：1.0％以下中选择的1种或2种以上，从REM：0.02％以下、Ca：0.01％以下中选择的1种或2种，余量为Fe和不可避免的杂质。另外，上述组成也可以是含有C：0.06～0.30％、Si：0.01～1.5％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，还含有从Cu：1.0％以下、Ni：2.0％以下、Cr：2.0％以下、Mo：1.0％以下中选择的1种或2种以上，从Nb：0.1％以下、V：0.3％以下、Ti：0.2％以下、B：0.004％以下中选择的1种或2种以上，从REM：0.02％以下、Ca：0.01％以下中选择的1种或2种，余量为Fe和不可避免的杂质。
附图的简单说明
图1是表示钢管的延伸率和抗拉强度关系的曲线图。
图2是表示拉伸应变速度对钢管的抗拉强度与铁素体晶粒直径的关系造成影响的曲线图。
图3是表示钢材的晶粒直径与轧制开始温度和轧制终了温度的关系曲线图。
图4是表示本发明的一个实施例的钢管金属组织的电子显微镜照片。
图5是表示耐硫化物应力开裂性试验的试样形状的概略说明图。
实施发明的最佳方式
首先，说明本发明钢材的制造方法。
本发明钢材具有以铁素体或铁素体+珠光体或铁素体+渗碳体为主的组织，因此只要是可以形成铁素体或铁素体+珠光体或铁素体+渗碳体组织范围的化学组成即可，没有特别的限制，但为了容易生成铁素体或铁素体+珠光体或铁素体+渗碳体组织，较好是C：0.60％(重量)以下、更好是0.20％(重量)以下、最好是0.10％(重量)以下。除此之外，在本发明中也可以含有Si：2.0％(重量)以下、Mn：2.0％(重量)以下、Al：0.10％(重量)以下，Cu：1.0％(重量)以下、Ni：2.0％(重量)以下、Cr：3.0％(重量)以下、Mo：2.0％(重量)以下，Nb：0.1％(重量)以下、V：0.5％(重量)以下、Ti：0.1％(重量)以下、B：0.005％(重量)以下。另外，除了铁素体、珠光体、渗碳体以外含有30％(体积％)以下的贝氏体也没有任何问题。在以铁素体+珠光体为主的组织或者以铁素体+渗碳体为主的组织中，也可以分别含有少量的渗碳体、珠光体。
将原材料钢最好加热到800℃以下，轧制成所要求的形状。加热方法没有必要加以特别的限制，但感应加热的加热速度快，从抑制晶粒长大的观点看是合适的。加热温度最好是晶粒不发生粗化的温度范围即800℃以下，原材料的晶粒直径为20μm以下。这样，通过此后的铁素体再结晶，容易形成3μm以下、最好1μm以下的细铁素体晶粒。在低于400℃时，变形抗力增加，轧制加工困难，因此下限温度是400℃，最好是550℃。因此，轧制加工的加热温度在400～800℃是适宜的。优选的是600～700℃。并且，希望加热时的奥氏体化率是25％以下。
轧制加工温度限定在铁素体再结晶温度区。铁素体再结晶温度区随所使用的原材料钢的化学成分而变化，在本发明中，最好是400～750℃的温度范围。在超过铁素体再结晶温度区的高温度下，形成包含多量的奥氏体的铁素体+奥氏体两相区或者奥氏体单相区，加工后难以形成以铁素体或者铁素体+珠光体或者铁素体+渗碳体为主的组织。另外，轧制加工温度若超过750℃，再结晶后的铁素体晶粒显著长大，难以形成3μm以下、最好是2μm以下的细晶粒。在轧制加工温度低于400℃时，处于蓝脆化区，轧制变得困难，或者再结晶不充分，容易残存加工应变，因而延展性、韧性降低。因此，轧制加工温度在400～750℃的温度范围为宜。优选的是560～720℃，最好是600～700℃。前者能够期待1μm以下的细晶粒，后者可以期待0.8μm以下的晶粒。在图3中模拟地表示上述晶粒的大小与轧制加工温度(轧制开始和终了温度)的关系。
轧制加工量，按断面收缩率规定为20％以上。在本发明中所谓断面收缩率是指设A0：轧制前断面积、A：轧制后断面积，按公式(A0-A)/A×100求出的值。在断面收缩率低于20％时，由加工引起的应变少，通过再结晶形成的晶粒没有发生细化。断面收缩率最好是50％以上。
轧制加工后，将钢材冷却到室温。冷却方法可以是空冷，为了少许抑制晶粒长大，可以采用水冷或者喷雾冷却、强制空冷等通常公知的冷却方法。冷却速度最好达到1℃/s以上。
轧制加工方法可根据原材料的形状适当选择。例如，在以钢管作为原材料时，利用称为减径机的数个孔型轧机进行拉力减径是合适的。作为原材料的钢管，无缝钢管或者电焊管、锻接钢管、固态压接钢管都可适用。
在本发明中，轧制加工最好是在润滑下进行轧制。通过进行润滑轧制，厚度方向的应变分布变得均匀，晶粒直径的分布在厚度方向变得均匀。在无润滑轧制时，材料表面的应变集中，厚度方向的晶粒容易不均匀。润滑轧制可以使用矿物油或者矿物油和合成酯等通常的轧制油进行，轧制油没有特别的限制。
按照上述的制造方法，可以得到具有以铁素体或者铁素体+珠光体或者铁素体+渗碳体为主的组织，垂直于钢材纵向的断面的平均晶粒直径在3μm以下、最好1μm以下的高韧性高延展性的钢材。另外，本发明的钢材的组织，除了铁素体、珠光体、渗碳体以外，即使含有30％以下的贝氏体也没有任何问题。若含有30％以上的贝氏体或者马氏体，则强度高，但韧性和延展性劣化。
另外，平均晶粒直径超过3μm时，强度与韧性、延展性的平衡低劣，不能确保延伸率20％以上且抗拉强度(TS：MPa)×延伸率(El：％)是10000以上的高延展性，或者在-100℃下的实管的夏氏冲击试验中，在垂直于钢管纵向的断面上发生大面积的脆性龟裂，不能达到韧性断口率95％以上、最好100％的高韧性。如果平均晶粒直径是3μm以下、最好1μm以下，就很少发生垂直于钢管纵向的断面的脆性龟裂，得到高韧性。
下面，以钢管为减径对象，更详细地说明本发明钢的制造方法。
本发明使用钢管作为原材料。原材料钢管的制造方法没有特别的限制。利用高频电流的电阻焊接法制成的电阻焊接钢管(电焊钢管)、将开口管两边缘部加热到固相压接温度区、利用压接接合形成的固相压接钢管、锻接钢管和利用曼内曼式穿孔轧制的无缝钢管都能适合使用。
下面说明原材料钢管和制品钢管的化学成分的限定理由。
C：0.005～0.30％
C固溶于基体中或者作为碳化物析出，是增加钢的强度的元素，另外，作为硬质的第二相析出的细小的渗碳体、马氏体、贝氏体有助于延展性(均匀延伸率)提高。为了确保所要求的强度、并获得由作为第二相析出的渗碳体等而产生的提高延展性的效果，C必须含有0.005％以上、最好0.04％以上。超过0.30％时，强度变得过高，而延展性低劣。从上述可知，C限定在0.005～0.30％，最好0.04～0.30％的范围。再者，为了提高作为输送管道用的耐应力腐蚀开裂性，C最好是0.10％以下。超过0.10％时，因为焊接部硬化，使耐应力腐蚀开裂性低劣。
作为高疲劳强度钢管用时，为了提高耐疲劳性能，C含量最好是0.06～0.30％。低于0.06％时，由于强度，使耐疲劳性能低劣。
Si：0.01～0.30％以下，
Si作为脱氧元素，同时，固溶于基体中使钢的强度增加。在含有0.01％以上、最好0.1％以上时具有该效果。而超过3.0％时，延展性劣化。因此，Si含量规定在0.01～3.0％的范围。最好是0.1～1.5％的范围。
再者，作为输送管道用，为了提高耐应力腐蚀开裂性，Si最好是在0.5％以下。超过0.5％时，焊接部硬化，耐应力腐蚀开裂性低劣。
另外，作为高疲劳强度钢管用，为了提高耐疲劳性能，Si最好是在1.5％以下。超过1.5％时，就生成夹杂物，因而使耐疲劳性能劣化。
Mn：0.01～2.0％
Mn是提高钢强度的元素，在本发明中促进作为第二相的渗碳体的细小析出，或者促进马氏体、贝氏体的析出。低于0.01％时，不能确保所要求的强度，而且妨碍渗碳体的细小析出，或者妨碍马氏体、贝氏体的析出。另外，Mn超过2.0％时，强度过分增加，而延展性劣化。因此，Mn限定在0.01～2.0％的范围。从强度-延伸率平衡的观点看，Mn较好是0.2～1.3％的范围，最好是0.6～1.3％的范围。
再者，作为输送管道用，为了提高耐应力腐蚀开裂性，Mn最好是在1.8％以下。超过1.8％时，因为焊接部硬化，使耐应力腐蚀开裂性低劣。
Al：0.001～0.10％
Al具有细化晶粒的作用。为了晶粒细化，至少必须含有0.001％以上。但超过0.10％时，氧系夹杂物量增加，使纯净度低劣。因此，Al含量限定在0.001～0.10％的范围。
最好是0.015～0.06％。
另外，除了上述的原材料钢管的基本组成之外，还可以单独或者复合添加下面所述的合金元素组。
从Cu：1％以下、Ni：2％以下、Cr：2％以下、Mo：1％以下中选择的1种或2种以上。
Cu、Ni、Cr、Mo都是提高钢的淬透性，增加强度的元素，根据需要，可以添加1种或2种以上。这些元素降低相变点，具有细化铁素体晶粒或者第二相的效果。但是，多量添加Cu时，热加工性劣化，因此上限规定为1％。Ni在提高强度的同时，也改善韧性，但超过2％时，其效果达到饱和，而且成本增大，因此上限规定为2％。多量添加Cr、Mo时，使焊接性、延展性劣化，而且在经济上成本增大，因此上限分别规定为2％、1％。最好是Cu：0.1～0.6％、Ni：0.1～1.0％、Cr：0.1～1.5％、Mo：0.05～0.5％。
作为输送管道用，为了提高耐应力腐蚀开裂性，Cu、Ni、Cr、Mo都最好分别限制在0.5％以下。添加超过0.5％时，使焊接部硬化，因而耐应力腐蚀开裂性低劣。
从Nb：0.1％以下、V：0.3％以下、Ti：0.2％以下、B：0.004％以下中选择的1种或2种以上。
Nb、V、Ti、B作为碳化物、氮化物或者碳氮化物析出，是有助于晶粒细化和高强度化的元素，特别对于具有加热到高温的接合部的钢管，在接合时的加热过程中起到细化晶粒的作用和在冷却过程中起到作为铁素体的析出核的作用，具有防止接合部硬化的效果，根据需要，可以添加1种或2种以上。但是，多量添加时，使焊接性和韧性劣化，因此，Nb、V、Ti、B的上限分别规定为0.1％、0.3％、0.2％、0.004％。最好是Nb：0.005～0.05％、V：0.05～0.1％、Ti：0.005～0.10％、B：0.0005～0.002％。
作为输送管道用，为了提高耐应力腐蚀开裂性，Nb、V、Ti最好分别限制在0.1％以下。Nb、V、Ti添加超过0.1％时，因为沉淀硬化，而使耐应力腐蚀开裂性劣化。
从REM：0.02％以下、Ca：0.01％以下中选择的1种或2种。
REM、Ca都具有调整夹杂物的形状、提高加工性的作用，还作为硫化物、氧化物或者硫氧化物析出，也有防止具有接合部的钢管的接合部硬化的作用，根据需要可以添加1种以上。超过REM：0.02％、Ca：0.01％时，夹杂物过多，使纯净度降低，延展性劣化。REM低于0.004％、Ca低于0.001％时，由该作用而产生的效果小，因此，最好是REM：0.004％以上、Ca：0.001％以上。
原材料钢管和制品钢管，除了上述成分外，由余量为Fe和不可避免的杂质组成。
作为不可避免的杂质，例如允许N：0.010％以下、O：0.006％以下、P：0.025％以下、S：0.020％以下。
N：0.010％以下
N和Al结合使晶粒细化的必要量，可以允许至0.010％，含有0.010％以上时，延展性劣化，因此其含量在0.010％以下为宜。最好N是0.002～0.006％。
O：0.006％以下
O形成氧化物，使纯净度低，因此应尽可能降低，最多可以允许至0.006％。
P：0.025％以下
P在晶界偏析，使韧性劣化，因此应尽可能降低，最多可以允许至0.025％。
S：0.020％以下
S增加硫化物，而劣化纯净度，因此应尽可能降低，最多可以允许至0.020％。
接着，说明制品钢管的组织。
本发明的钢管，是以铁素体晶粒直径为3μm以下、最好1μm以下的铁素体为主的组织构成的、延展性和耐碰撞冲击性优良的钢管。铁素体晶粒直径超过3μm时，得不到延展性的显著改善和对于应变速度大的冲击载荷的性能，即耐碰撞冲击性能的显著改善。本发明中的铁素体晶粒直径，是用硝酸乙醇腐蚀液腐蚀垂直于钢管纵向的断面，使用光学显微镜或者电子显微镜观察组织，求出200个以上的铁素体晶粒的相当圆直径，使用其平均值。
在本发明中所说的以铁素体为主的组织，包括没有第二相析出的单一铁素体组织，以及由铁素体和铁素体以外的第二相组成的组织。作为铁素体以外的第二相，有马氏体、贝氏体、渗碳体，它们可以单独或者复合析出。第二相的面积率规定为30％以下。析出的第二相在变形时有助于提高均匀延伸率，提高钢管的延展性、耐碰撞冲击性。但这样的效果在第二相的面积超过30％时减小。在图4中示出本发明钢管组织的一例。
下面，说明本发明钢管的制造方法。
将上述成分的原材料钢管加热到温度：(AC1+50℃)～400℃、最好750～400℃。加热温度超过(AC1+50℃)时，表面性状劣化，同时在加热时奥氏体增加，晶粒粗化，因此，原材料钢管的加热温度在(AC1+50℃)以下为宜，最好是750℃以下。在加热温度低于400℃时，不能确保合适的轧制温度，因而加热温度在400℃以上为宜。
接着，对已加热的原材料钢管进行拉力减径。拉力减径最好利用3辊或者4辊式的拉力减径机进行，但也不限于此。最好配置数台拉力减径机，连续地进行轧制。可以根据原材料钢管的尺寸和制品钢管的尺寸适当决定台数。
拉力减径的轧制温度规定在铁素体再结晶温度区的(AC1+50℃)～400℃、最好750～400℃的范围。轧制温度超过(AC1+50℃)时，再结晶后的铁素体晶粒的长大显著，使延展性降低。因此，轧制温度规定为(AC1+50℃)以下，最好750℃以下。而在轧制温度低于400℃时，由于蓝脆性而发生脆化，轧制过程中材料有破断的危险。另外，在轧制温度低于400℃时，材料的变形抗力增大，不易轧制，除此之外，再结晶不充分，容易残留加工应变。因此，拉力减径的轧制温度规定为(AC1+50℃)～400℃、更好750～400℃的范围。最好是600～700℃。
拉力减径时的累计缩径率规定为20％以上。累计缩径率(＝(原材料钢管外经-制品钢管外经)/(原材料钢管外经)×100％)低于20％时，由再结晶引起的晶粒细化不充分，不能形成富于延展性的钢管。另外，制管速度也慢，生产率降低。因此，在本发明中累计缩径率规定为20％以上。在累计缩径率为60％以上时，除了由加工硬化引起强度增加外，组织的细化变得显著，即使上述成分范围的合金添加量低的低成分系钢管，也能得到强度和延展性的平衡优良、强度和延展性都良好的钢管。因此，累计缩径率在60％以上更好。
在拉力减径中，最好进行包括至少1道次以上的轧制，每一道次的缩径率为6％以上。在拉力减径的每一道次的缩径率低于6％时，由再结晶引起的晶粒细化是不充分的。另外，在6％以上时，因加工发热而引起温度上升，能够防止轧制温度降低。优选的是，每一道次的缩径率在8％以上，这样能够进行动态再结晶，晶粒细化是有效的。
在本发明中，钢管的拉力减径成为双向应力状态的轧制加工，能够得到显著的晶粒细化效果。与此相反，在钢板的轧制中，除了在轧制方向，在板宽方向(垂直轧制方向)也存在自由端，是在单向应力状态下的轧制加工，晶粒细化是有限的。
另外，在本发明中，拉力减径适合在润滑下进行轧制。通过在润滑下的轧制(润滑轧制)进行拉力减径，使厚度方向的应变分布均匀，晶粒直径的分布在厚度方向变得均匀。若进行无润滑轧制，由于剪切效果，仅在材料表面层部集中应变，容易使厚度方向的晶粒不均匀。润滑轧制，例如可以使用通常公知的矿物油或者在矿物油中混合合成酯的轧制油进行，没有必要特别限定轧制油。
拉力减径加工后，钢材冷却至室温。冷却方法可以是空冷，为了少许抑制晶粒长大，水冷、或者喷雾冷却、强制空冷等通常公知的冷却方法都能适用。冷却速度最好达到10℃/sec以上。
实施例1
利用热轧将具有表1所示化学成分的原材料钢轧成3.2mm厚的带钢。将该带钢预热到600℃后，使用数个成形辊进行连续成形，制成开口管。接着，利用感应加热将开口管的两边缘部预热至1000℃后，再利用感应加热将两边缘部加热至1300℃，使用挤压辊对接而进行固相压接，制成φ31.8mm×3.2mm厚的母管。已固相压接的母管在接缝部冷却后，用感应线圈加热至表2所示的温度，使用3辊结构的拉力减径机制成表2所示外径的制品管。No.1～2的制品管，在拉力减径时，使用在矿物油中混合合成酯的轧制油进行润滑轧制。
调查这些制品管的特性，其结果示于表2中。关于制品管的特性，对组织、晶粒直径、拉伸性能、冲击性能进行了调查。晶粒直径，是对垂直于钢管纵向的断面(C断面)，在5000倍的视野，分别观察5个视野以上，测定平均晶粒直径。拉伸性能使用JIS 11号试样。考虑到试样的尺寸效应，延伸率(El)使用按 (其中，El0：实测延伸率，a0＝100mm2，a：试样断面积mm2)求出的换算值。将实管进行夏氏冲击试验，使用在-100℃时C断面的韧性断口率评价冲击性能(韧性)。实管夏氏冲击试验是在垂直于实管纵向的方向上开2mmV型缺口，进行冲击破坏，求出韧性断口率。
从表2可看出，本发明范围的本发明例(No.1-1～No.1-3)，晶粒都是2μm，成为3μm以下的细晶粒，是延伸率、韧性都高、强度和韧性·延展性的平衡优良的钢管。另外，进行润滑轧制的No.1-2，壁厚方向的晶粒的偏差小。与此相比，本发明范围以外的比较例(No.1-4、No.1-5)，晶粒粗大，延展性、韧性劣化。再者，在珠光体(P)中，除层状组织以外，还包含层状组织散开的伪珠光体。
实施例2
利用热轧将具有表1所示化学成分的原材料钢轧成3.2mm厚的带钢。使用数个成形辊进行连续成形，制成开口管。接着，利用感应加热将开口管的两边缘部加热至熔点以上后，利用挤压辊进行对接焊接，制成φ31.8mm×3.2mm厚的母管。利用焊蚕切削机削除在焊合时形成的焊蚕。使用感应加热线圈将这些电焊管再加热至表3所示的温度，利用3辊结构的拉力减径机制成表3所示外径的制品管。
调查这些制品管的特性，其结果示于表3中。对组织、晶粒直径、拉伸性能、韧性等制品管的特性，进行与实施例1相同的调查。
从表3可看出，本发明范围的本发明例(No.2-2、No.2-3、No.2-5、No.2-7)是晶粒为3μm以下的细晶粒，成为延伸率和韧性都高、强度和韧性·延展性平衡优良的钢管。与此相比，本发明范围以外的比较例(No.2-1、No.2-4、No.2-6、No.2-8、No.2-9)晶粒粗大，延展性、韧性劣化。
实施例3
在转炉中熔炼表1所示化学成分的钢，利用连续铸造制成钢坯。加热该钢坯，使用曼内斯曼式的轧机进行造管，制成φ158×壁厚8mm的无缝钢管。利用感应加热线圈将这些无缝钢管再加热到表4所示的温度，使用3辊结构的拉力减径机制成表4所示外径的制品管。
与实施例1和2同样地调查这些制品管的特性，其结果示于表4中。
从表4可看出，本发明范围的本发明例(No.3-1、No.3-2、No.3-4、No.3-5)是晶粒为3μm以下的细晶粒，成为延伸率、韧性都高，并且强度与韧性·延展性的平衡优良的钢管。与此相比，本发明范围以外的比较例(No.3-3、No.3-6)晶粒粗大，延展性、韧性劣化。
实施例4
利用感应加热线圈将具有表5所示化学成分的原材料钢管加热到表6所示的温度后，使用3辊结构的拉力减径机、按表6所示的轧制条件制成制品管。
所谓表6所示的固相压接钢管，是按下面所述制成的钢管，即，将2.6mm厚的热轧带钢预热到600℃后，使用数个成形辊连续地进行成形，制成开口管。接着，用感应加热将开口管的两边缘部预热至1000℃后，再利用感应加热将两边缘部加热至未熔融温度区的1450℃，使用挤压辊对接，进行固相压接，制成φ42.7mm×2.6mm厚的钢管。无缝钢管是使用将连铸钢坯加热，使用曼内斯曼式的轧机进行造管制成的无缝钢管。
调查这些制品管的拉伸性能、碰撞冲击性能和组织，其结果示于表6中。拉伸性能使用JIS 11号试样。考虑到试样的尺寸效应，延伸率的值使用按 (其中，El0：实测延伸率，a0：292mm2，a：试样断面积mm2))求出的换算值。碰撞冲击性能是，进行应变速度2000s-1的高速拉伸试验，根据得到的应力-应变曲线求出至应变量30％的吸收能量，作为碰撞冲击吸收能量进行评价。碰撞冲击性能是以汽车实际碰撞时的应变速度1000～2000s-1时的材料的变形能代表，该能量越大，耐碰撞冲击性能越优良。
从表6可知，本发明范围的本发明例(No.4-1～No.4-16、No.4-19～No.4-22)是延展性和强度平衡优良的钢管。在高应变速度下的抗拉强度以及碰撞冲击吸收能都很高。而本发明范围以外的比较例No.4-17、No.4-18、No.4-23的延展性或者强度都低，强度-延展性的平衡恶化，耐碰撞冲击性能也低劣。
比较例No.4-17、No.4-18的缩径率在本发明的范围以外，铁素体晶粒粗化，强度延展性的平衡劣化，耐碰撞冲击吸收能量低。
实施例5
利用感应加热线圈将具有表7所示化学成分的原材料钢管加热到表8所示的温度后，使用3辊结构的拉力减径机、按表8所示的轧制条件制成制品管。原材料钢管的制造方法与实施例4相同。
对这些制品管与上述实施例同样地调查拉伸性能、耐碰撞冲击性能、组织，其结果示于表8中。
从表8可知，本发明范围的本发明例(No.5-1～No.5-3、No.5-7～No.5-10)是延展性和强度的平衡优良的钢管。并且在高应变速度时的抗拉强度也高，碰撞冲击吸收能量也高。而本发明范围以外的比较例No.5-4～No.5-6的延展性或者强度都低，强度-延展性的平衡恶化，并且耐碰撞冲击性能也低劣。
按照本发明，可以得到以往没有的延展性-强度平衡提高的、耐碰撞冲击性能优良的钢管，进而，本发明的钢管的二次加工性例如液压橡皮膜成形等的凸肚加工性优良，是适合作为膨凸加工用的钢管。
本发明的钢管中，在焊接钢管(电焊钢管)或者施行焊缝冷却的固相压接钢管中，硬化的焊缝部通过拉力减径成为和母管部相同水平的硬度，膨凸加工性比以往得到显著的改善。
实施例6
利用感应加热线圈将具有表9所示化学成分的原材料钢管加热到表10所示的温度后，使用3辊结构的拉力减径机、按表10所示的轧制条件制成制品管。
本实施例中的原材料钢管是采用由控制轧制、控制冷却制造的热轧钢板制成的φ110mm×4.5mm厚的钢管。
调查这些制品管的拉伸性能、碰撞冲击性能、组织和耐硫化物应力腐蚀开裂性，其结果示于表10中。拉伸性能与实施例4相同地使用JIS 11号试样。考虑到试样的尺寸效应，延伸率使用按El＝El0×
Figure C9880056100201
(其中，El0：实测延伸率，a0：292mm2，a：试样断面积mm2))求出的换算值。
另外，与实施例4同样，碰撞冲击性能是进行应变速度2000s-1的高速拉伸试验，根据得到的应力-应变曲线求出至应变量30％的吸收能量，作为碰撞冲击吸收能量进行评价。再者，碰撞冲击性能是以汽车实际上碰撞时的应变速度1000～2000s-1时的材料的变形能代表，该能量越大，耐碰撞冲击性能越优良。
耐硫化物应力腐蚀开裂性，使用图5所示的C状环试样，在NACE浴(0.5％乙酸+5％食盐水、H2S饱和，温度25℃，1大气压)中，施加相当于屈服强度的120％的拉伸应力，调查在200小时的试验期间有无断裂，以此进行评价。C状环试样是从制品管母材部的T方向(圆周方向)切取的。试验在同一条件下各进行2个。
从表10可看出，本发明范围的本发明例(No.6-1～No.6-3、No.6-6、No.6-8～10)是延展性和强度的平衡优良的钢管。在高应变速度时的抗拉强度也高，碰撞冲击吸收能量也高。并且，耐硫化物应力腐蚀开裂性也优良，作为输送管道用，是具有优良特性的钢管。而本发明范围以外的比较例No.6-4、No.6-5、No.6-7的延展性或者强度都低，强度-延展性的平衡恶化，耐碰撞冲击性能也低劣，在NACE浴中的试验中发生断裂，耐硫化物应力腐蚀开裂性低劣。
比较例No.6-5的缩径率在本发明的范围以外，铁素体晶粒粗化，强度延展性的平衡劣化，耐碰撞冲击吸收能量低，耐硫化物应力腐蚀开裂性低劣。
比较例No.6-4、No.6-7的拉力减径的轧制温度在本发明范围以外，铁素体晶粒粗化，强度延展性的平衡劣化，耐碰撞冲击吸收能量低，耐硫化物应力腐蚀开裂性低劣。
实施例7
利用感应加热线圈将具有表11所示化学成分的原材料钢管加热到表12所示的温度后，使用3辊结构的拉力减径机、按表12所示的轧制条件制成制品管。
本实施例中的原材料钢管是使用电焊钢管和无缝钢管，所述的电焊钢管是使用数个成形辊将热轧带钢成形成开口管，接着，利用感应加热将开口管的两边缘部焊接，形成φ110mm×2.0mm厚的电焊钢管；所述的无缝钢管是将连铸钢坯加热，使用曼内斯曼式轧机进行造管，制成φ110mm×3.0mm厚的无缝钢管。
调查这些制品管的拉伸性能、碰撞冲击性能、组织和耐疲劳性能，其结果示于表12中。拉伸性能和碰撞冲击性能与实施例4同样进行试验。疲劳性能使用制品管本身的实管试样，在大气中进行悬臂式交变反复疲劳试验(反复速率：20Hz)，求出疲劳强度。
从表12可知，本发明范围的本发明例(No.7-1、No.7-3、No.7-6～No.7-8)是延展性和强度的平衡优良的钢管。在高应变速度时的抗拉强度也高，碰撞冲击吸收能量也高。并且，耐疲劳性也好，作为高疲劳强度钢管是具有优良性能的钢管。而本发明的范围以外的比较例(No.7-2、No.7-4、No.7-5)的疲劳强度低下。
比较例No.7-2不进行拉力减径，比较例No.7-5的缩径率在本发明的范围以外，比较例No.7-4的拉力减径的轧制温度在本发明的范围以外，铁素体晶粒粗化，强度延展性的平衡劣化，耐碰撞冲击性能低，耐疲劳性能劣化。
产业上的应用可能性
按照本发明，能够容易制造具有3μm以下的超细晶粒的、韧性和延展性优良的高强度钢材，可以扩大钢材的用途，在产业上能期待特别的效果。
另外，按照本发明，能够容易以高生产率制造延展性和耐冲击性能优良的高强度钢管，能够扩大钢管的用途，在产业上达到特别的效果。此外，按照本发明，耐应力腐蚀开裂性优良的高强度、高韧性的输送管道用钢管和耐疲劳性能优良的高强度高延展性钢管降低了合金元素量，也具有能够廉价地制造的效果。表1
 钢                   化学           成分(重量％)
 No     C     Si     Mn     P     S     Al     N
  A   0.06   0.05   0.35   0.018   0.019   0.028   0.0025
  B   0.08   0.25   1.28   0.007   0.002   0.041   0.0025
  C   0.25   0.20   0.82   0.012   0.007   0.010   0.0028
  D   0.16   0.22   0.75   0.009   0.006   0.031   0.0033
表2
 No 钢No 母管外径mm          母管    轧制     条件   制品管外径mm                     制  品  管  特  性   备注
 加热温度℃  轧制开始温度℃  轧制终了温度℃   断面减缩率％   晶粒直径μm  屈服点YSMPa   抗拉强度TSMPa  延伸率(El)％  TS×ElMPa·％ 实管夏氏冲击韧性断口率％   组织*
1-1 A  31.8   750   700   675     60     15.0     2   401   425   37   15725     100  F+P+5％B 本发明例
1-2   700   670   625     60     15.0     2   428   452   36   16272     100     F+C 本发明例
1-3   650   590   585     60     15.0     2   490   510   26   13260     100     F+P 本发明例
1-4   550   540   530     60     15.0     10   593   603   19   11457     10     F+P 比较例
1-5                    -     31.8   17   307   338   29   9802     0     F+P 比较例
*：F铁素体，P珠光体(也包括伪珠光体)C渗碳体，B贝氏体表3
  No   钢No   母管外径mm       母管轧制条件  制品管外径mm                 制  品  管  特  性    备注
 加热温度℃  轧制开始温度℃  轧制终了温度℃  断面减缩率％  晶粒直径μm 屈服点YSMPa   抗拉强度TSMPa  延伸率(El)％  TS×ElMPa·％  实管夏氏冲击韧性断口率％    组织*
2-1 B  31.8  900  770  715  60 15   20  430   457   29  13253    30  F+P+5％B   比较例
2-2  800  770  715  60   2  470   500   40  20000    100  F+C+15％B   本发明例
2-3  700  670  630  60   1  523   556   39  21684    100  F+P+10％B   本发明例
2-4  700  520  535  60   6  619   658   13  8554    10  F+P+10％B   比较例
2-5  600  590  605  60   1  581   618   36  22248    100  F+P+5％B   本发明例
2-6  520  500  520  60   6  620   660   14  9240    20  F+P+5％B   比较例
2-7  700  660  630  30   3  502   534   33  17622    100  F+P+10％B   本发明例
2-8  700  660  650  10   9  435   468   30  14040    50  F+P+10％B   比较例
2-9                  -   31.8   12  424   460   29  13340    40  F+P+5％B   比较例
*：F铁素体，P珠光体(也包括伪珠光体)C渗碳体，B贝氏体表4
  No   钢No   母管外径mm            母管轧制条件 制品管外径mm                              制品管特性   备注
加热温度℃   轧制开始温度℃  轧制终了温度℃  断面减缩率％ 晶粒直径μm 屈服点YSMPa   抗拉强度TSMPa   延伸率(El)％  TS×ElMPa·％  实管夏氏冲击韧性断口率％ 组织*
3-1 C   158  700  660  657  75  55.0   3  579   658     23   15134     100   F+P 本发明例
3-2  650  622  613  75  55.0   3  600   678     24   16272     100   F+P 本发明例
3-3                     -  158.0   21  401   555     18   9990     10   F+P 比较例
3-4 D  700  690  680  75  65.0   1  500   547     32   17504     100   F+P 本发明例
3-5  650  635  630  75  55.0   2  608   627     29   18183     100   F+P 本发明例
3-6                    -  158.0   9  426   501     27   13527     40   F+P 比较例
*：F铁素体，P珠光体(也包括伪珠光体)C渗碳体，B贝氏体表5
 钢No                       化学成分(重量  ％)     Acl℃     备注
    C     Si     Mn     P     S     Al     N     O
  E   0.09   0.40   0.80   0.012   0.005   0.035   0.0035   0.0025     770     本发明例
  F   0.08   0.07   1.42   0.015   0.011   0.036   0.0038   0.0036     760     本发明例
  G   0.06   0.21   0.35   0.013   0.008   0.028   0.0025   0.0028     775     本发明例
  H   0.11   0.22   0.45   0.017   0.013   0.018   0.0071   0.0035     775     本发明例
  I   0.21   0.20   0.50   0.016   0.013   0.024   0.0043   0.0030     770     本发明例
  J   0.03   0.05   0.15   0.021   0.007   0.041   0.0026   0.0038     780     本发明例
  K   0.09   0.15   0.52   0.024   0.003   0.004   0.0025   0.0026     775     本发明例
表6(1)
  No   钢No   原料钢管                拉力减径条件   制品管外径mm                    制品管特性 其他     备  注
种类 外径mm  加热温度℃  轧制开始温度℃  轧制终了温度℃    累计缩径率％   全道次数  6％以上/道次的道次数  最终轧制速度m/min   抗拉强度MPa   延伸率El％  高速抗拉强度MPa   碰撞冲击吸收能量MJ·m-3   铁素体晶粒直径μm  第二相面积率％  第二相种类*
4-1 E 固相压接管 42.7  750  710  690     65     14     9   200     15.0   525   44   728   242   2.0   10   C 本发明例
4-2 E 固相压接管 42.7  700  670  660     65     14     9   200     15.0   575   43   780   260   2.0   11   C 本发明例
4-3 E 固相压接管 42.7  650  635  620     65     14     9   200     15.0   622   40   864   292   1.0   11   C 本发明例
4-4 E 固相压接管 42.7  700  655  630     40     7     4   140     25.5   537   43   761   257   1.0   11   C 本发明例
4-5 E 固相压接管 42.7  650  605  590     40     7     4   140     25.5   580   38   799   267   1.5   11   C 本发明例
4-6 E 固相压接管 42.7  700  660  630     30     5     3   120     29.7   512   40   724   241   1.5   11   C 本发明例
4-7 E 固相压接管 42.7  650  615  690     30     5     3   120     29.7   562   38   799   268   1.0   11   C 本发明例
4-8 E 固相压接管 42.7  700  660  640     22     3     2     110     33.2     493     42     712     230     1.0     11     C 本发明例
4-9 E 固相压接管 42.7  650  615  585     22     3     2     110     33.2     541     39     755     249     1.5     11     C 本发明例
4-10 E 固相压接管 42.7  650  620  580     22     7     0     110     33.2     537     36     751     242     1.5     11     C 本发明例
注)  *：C渗碳体，B贝氏体，M马氏体，P珠光体
 **：未拉力减径表6(2)
  No  钢No      原材料钢管                   拉力减径条件  制品管外径mm     制品管特  性 其他 备  注
  种类  外径mm  加热温度℃  轧制开始温度℃  轧制终了温度℃   累计缩径率％   全道次数  6％以上/道次的道次数  最终轧制速度m/min   抗拉强度MPa  延伸率El％  高速抗拉强度MPa  碰撞冲击吸收能量MJ·m-3   铁素体晶粒直径μm  第二相面积率％  第二相种类*
4-11  F 电焊钢管 42.7  650  650  622     65     14     9   200   15.0   555   42   792   265   1.0   15   C 本发明例
4-12  F 电焊钢管 42.7  600  590  580     65     14     9   200   15.0   611   37   850   289   1.0   15   C 本发明例
4-13  G 电焊钢管 42.7  650  640  620     65     14     9   200   15.0   492   42   685   225   2.5   7   C 本发明例
4-14  H 无缝钢管 110  700  695  670     77     17     10   150   25.6   475   52   666   219   2.0   9   C 本发明例
4-15  I 无缝钢管 110  700  695  670     77     17     10   150   25.6   526   46   733   231   2.0   22   C+B 本发明例
4-16  E 固相压接管 42.7  550  540  528     85     14     9   200   15.0   688   30   892   299   2.5   12   C 本发明例
4-17  G 电焊钢管 42.7  -  -  -     0     -     -   -   42.7   409   43   566   185   11.0   6   P ** 比较例
4-18  G 电焊钢管 42.7  650  630  615     11     3     1   80   38.0   427   40   570   191   7.0   8   C 比较例
4-19  J 电焊钢管 42.7  650  600  545     65     14     9   200   15.0   552   29   744   248   3.0   0   - 本发明例
4-20  K 电焊钢管 42.7  750  705  690     65     14     9   200   15.0   431   48   611   202   3.0   13   C 本发明例
4-21  K 电焊钢管 42.7  650  620  615     65     14     9   200   15.0   511   33   704   233   3.0   13   C 本发明例
4-22  K 电焊钢管 42.7  750  710  685     41     7     4   140   25.3   425   47   604   206   3.0   12   C 本发明例
4-23  K 电焊钢管 42.7  950  910  890     22     3     2   110   33.1   410   45   570   183   18.0   13   C 比较例
注)  *：C渗碳体，B贝氏体，M马氏体，P珠光体
 **：未拉力减径表7
钢No                                                                            化学成分(重量％)   AC1℃     备注
  C   Si   Mn     P     S    Al     N     O   Cu   Ni  Cr     Mo   V    Nb   Ti     B   Ca
  L 0.07 0.20 0.66 0.018 0.005 0.028 0.0022 0.0025   -   -  -     -   - 0.009  0.008  -   -   765   本发明例
  M 0.08 0.04 1.35 0.015 0.011 0.036 0.0041 0.0032   -   -  -     -   0.10 -  -  -   0.002   755   本发明例
  N 0.15 0.21 0.55 0.009 0.004 0.010 0.0028 0.0028   -   -  0.21    0.53   - -  -  -   -   785   本发明例
  O 0.05 1.01 1.35 0.012 0.001 0.035 0.0030 0.0030   -   -  0.92    -   - 0.015  0.011  0.0023   -   790   本发明例
  P 0.15 0.22 0.41 0.018 0.003 0.031 0.0036 0.0038   0.11   0.15  -    -   - -  -  -   0.002   760   本发明例
表8
  No   钢No     原材料钢管                        拉力减径条件  制品管外径mm     制品管特性  其他 备  注
种类 外径mm  加热温度℃  轧制开始温度℃  轧制终了温度℃   累计缩径率％   全道次数  6％以上/道次的道次数  最终轧制速度m/min   抗拉强度MPa  延伸率El％  高速抗拉强度MPa  碰撞冲击吸收能量MJ·m-3   铁素体晶粒直径μm   第二相面积率％  第二相种类*
5-1 L 固相压接管 42.7  730  700  640     65     14     9     200     15.0     530     43     734     242     2.0     8     C 本发明例
5-2 固相压接管 42.7  670  640  600     65     14     9     200     15.0     640     38     884     301     1.0     7     C 本发明例
5-3 固相压接管 42.7  620  600  560     65     14     9     200     15.0     730     32     931     318     2.0     8     C 本发明例
5-4 固相压接管 42.7  -  -  -     0     -     -     -     42.7     470     40     640     196     7.0     7     C   ** 比较例
5-5 固相压接管 42.7  850  820  800     65     14     9     200     15.0     430     43     592     191     10.0     8     C 比较例
5-6 固相压接管 42.7  670  640  600     11     3     1     80     38.0     490     37     666     199     6.0     8     C 比较例
固相压 42.7  700  670  620     41     7     4     140     25.3     530     40     724     240     2.5     13     C
5-7  M 接管 本发明例
5-8 N 无缝钢管   110   700   700   690     69     17     15     400     34.1     663     42     885     298     1.5     23   C+B 本发明例
5-9 O 电焊钢管   42.7   720   690   650     65     14     9     200     15.0     712     34     931     318     1.5     12   M 本发明例
5-10 P 无缝钢管   110   700   700   680     77     24     18     400     25.4     581     44     802     259     1.5     18   C 本发明例
注)  *：C渗碳体，B贝氏体，M马氏体，
 **：未拉力减径表9
 钢No                         化学成分(重量％)   AC1℃   备注
  C   Si   Mn     P     S    Al     N     O     Cu     Ni    Cr    Mo     V     Nb     Ti     B   Ca     REM
  Q 0.05 0.30 1.22 0.007 0.001 0.022 0.0030 0.0028   -   0.20   -  0.05   0.05   0.05   0.011   -   -     -     770   本发明例
  R 0.08 0.51 1.41 0.008 0.001 0.028 0.0035 0.0019   0.12   0.18   0.15  -   0.02   0.02   0.007   0.0011   -     -     760   本发明例
  S 0.06 0.28 0.95 0.009 0.001 0.025 0.0026 0.0025   -   0.15   -  0.06   0.02   0.03   0.009   -   0.002     -     770   本发明例
  T 0.06 0.30 1.18 0.008 0.001 0.028 0.0031 0.0023   0.15   0.15   -  -   0.04   0.03   0.009   -   -     0.007     765   本发明例
  U 0.04 0.10 1.50 0.006 0.001 0.018 0.0029 0.0023   -   -   -  0.06   0.06   0.04   -   -   -     -     770   本发明例
表10
  No 钢No   原材料钢管     拉力减径条件  制品管外径mm     制品管特性 其他 备  注
  种类 外径mm  加热温度℃  轧制开始温度℃  轧制终了温度℃   累计缩径率％  全道次数  6％以上/道次的道次数  屈服强度***MPa  抗拉强度MPa   延伸率El％  高速抗拉强度MPa  碰撞冲击吸收能量MJ·m-3  耐SSC性有无断裂****  铁素体晶粒直径μm  第二相面积率％  第二相种类*
6-1 Q 电焊钢管 110  720  700  680     45     10     7   60.5   507   616     41     786     258     ○○     2.0     5     C 本发明例
6-2  660  650  640     45     10     7   60.5   565   642     38     838     275     ○○     1.5     5     C 本发明例
6-3  610  600  590     45     10     7   60.5   616   692     35     906     293     ○○     2.0     5     C 本发明例
6-4  880  860  840     45     10     7   60.5   460   540     41     705     196     ×○     8.0     5     C 比较例
6-5  660  650  640     8     3     1   101.6   506   582     43     761     199     ○×     10.0     5     C 比较例
6-6  R  660  650  640     45     10     7   60.5   637   724     35     943     307     ○○     2.0     20     C 本发明例
6-7  880  860  830     45     10     7   60.5   572   618     40     799     206     ××     6.0     26     M 比较例
6-8  S  720  700  690     69     17     15   34.1   560   625     42     815     270     ○○     1.5     5     C 本发明例
6-9 T   720   690   650     69     14     15   34.1   582   640     40     830     273     ○○     1.5     5     C 本发明例
6-10 U   720   700   680     77     24     18   25.4   600   658     38     861     279     ○○     1.5     5     C 本发明例
注)*：C渗碳体，B贝氏体，M马氏体  **：未拉力减径***：0.2％屈服点  ****：未断裂○，断裂×表11
 钢No                                                化学成分(重量％)   AC1℃   备注
  C   Si   Mn     P     S     Al     N     O   Cu   Ni   Cr   Mo   V     Nb     Ti    B     Ca  REM
  V 0.09 0.02 0.73 0.011 0.003 0.032 0.0036 0.0025   -   -   -   -   -     -     -    -     -  -   770 本发明例
  W 0.11 0.15 1.28 0.007 0.001 0.028 0.0041 0.0025   0.12   0.18   0.15   -   -     -     -    -     -  -   755 本发明例
  X 0.14 0.35 0.91 0.008 0.001 0.025 0.0038 0.0033   -   -   -   -   0.02     0.021    0.007    0.0011     -  -   770 本发明例
  Y 0.12 0.25 1.36 0.008 0.001 0.028 0.0030 0.0028   -   -   -   -   -     -    -    -    0.003  -   760 本发明例
  Z 0.21 0.20 0.48 0.009 0.001 0.025 0.0038 0.0031   0.12   0.12   0.11   0.05   0.02     0.009    0.009    -    -  0.006   765 本发明例
表12
  No 钢No        原材料钢管     拉力减径条件  制品管外径mm                              制品管特性 备  注
  种类 外径mm 加热温度℃  轧制开始温度℃  轧制终了温度℃   累计缩径率％   全道次数  6％以上/道次的道次数  屈服强度***MPa   抗拉强度TSMPa   延伸率El％ 高速抗拉强度MPa 碰撞冲击吸收能量MJ·m-3  疲劳强度****MPa   铁素体晶粒直径μm  第二相面积率％  第二相种类**
7-1 V 电焊钢管 110   660   650   630     68     14     9   35.0   466   550     47     742     198     220     1.5     14  C 本发明例
7-2 35 -** 35.0 364 448 45 553 124 140 13.0 15 C 比较例
7-3 W 电焊钢管 110   605   600   590     68     14     9   35.0   531   612     40     821     223     250     1.5     18  C 本发明例
7-4   880   860   830     68     14     9   35.0   421   517     38     648     143     155     8.0     16  C+B 比较例
7-5   660   650   640     18     4     2   90.0   451   522     36     679     151     160     9.0     18  C 比较例
7-6  X 无缝钢管 110   660   650   630     77     17     10   25.6   507   596     40     795     196     235     2.0     16  C 本发明例
7-7  Y 无缝钢管 110   660   650   630     77     17     10   25.6   523   618     39     806     198     240     2.5     20  C 本发明例
7-8  Z 无缝钢管 110   660   650   630     77     17     10   25.6   570   657     37     850     210     255     2.0     23  C 本发明例
注) *：C渗碳体，B贝氏体，M马氏体
**：未拉力减径
***：0.2％屈服点
****：耐久次数：在106次时的负荷应力

Claims (10)

1.一种高延展性且高强度的钢管，其特征在于，按重量％计含有C：0.005～0.30％、Si：0.01～3.0％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质，其组织由铁素体或者铁素体和面积率30％以下的铁素体以外的第二相组成，该铁素体的晶粒直径是3μm以下。
2.权利要求1所述的高延展性且高强度的钢管，其特征在于，延伸率是20％以上，而且抗拉强度(TS：MPa)×延伸率(El：％)在10000以上。
3.权利要求1所述的高延展性且高强度的钢管，其中，所述铁素体的平均晶粒直径是1μm以下。
4.权利要求1所述的高延展性且高强度的钢管，其特征在于，按重量％，在上述组成中还含有从Cu：1％以下、Ni：2％以下、Cr：2％以下、Mo：1％以下、Nb：0.1％以下、V：0.3％以下、Ti：0.2％以下、B：0.004％以下、REM：0.02％以下、Ca：0.01％以下中选择的1种或2种以上。
5.权利要求1或4所述的高延展性且高强度的钢管，其特征在于，在-100℃下的实管夏氏冲击试验中，垂直于钢管纵向的断面的韧性断口率是95％以上。
6.一种高延展性且高强度钢管的制造方法，其特征在于，将按重量％计含有C：0.005～0.30％、Si：0.01～3.0％、Mn：0.01～2.0％、Al：0.001～0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质的原材料钢管加热到加热温度：(AC1+50℃)～400℃后，在轧制温度：(AC1+50℃)～400℃进行润滑下的累计缩径率：20％以上的拉力减径轧制。
7.权利要求6所述钢管的制造方法，其特征在于，使所述钢管按重量％还含有从Cu：1.0％以下、Ni：2.0％以下、Cr：2.0％以下、Mo：1.0％以下、Nb：0.1％以下、V：0.3％以下、Ti：0.2％以下、B：0.004％以下、REM：0.02％以下、Ca：0.01％以下中选择的1种或2种。
8.权利要求6或7所述钢管的制造方法，其特征在于，所述加热温度为750～400℃，所述轧制温度为750～400℃。
9.权利要求6或7所述钢管的制造方法，其特征在于，所述拉力减径轧制包括至少1道次以上的轧制，每一道次的缩径率是6％以上。
10.权利要求6或7所述钢管的制造方法，其中，所述累计缩径率是60％以上。
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