CN114599812A - 电阻焊钢管及其制造方法以及管线管和建筑结构物 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供适合于管线管或建筑物的柱材等大型结构物的、高强度且韧性和耐压曲性优良的电阻焊钢管及其制造方法以及建筑结构物和管线管。一种电阻焊钢管，其是具有母材部和电阻焊部的电阻焊钢管，其中，母材部具有规定的成分组成，钢组织以体积率计含有超过30％的铁素体、10％以上的贝氏体，该铁素体和该贝氏体的体积率的合计为70％以上且95％以下，余量具有选自珠光体、马氏体、奥氏体中的一种或两种以上，将由相邻的晶体的取向差为15°以上的边界包围的区域作为晶粒时，该晶粒的平均结晶粒径小于7.0μm，并且结晶粒径为40.0μm以上的晶粒以体积率计为30％以下，所述电阻焊钢管的内外表面的管轴方向的压缩残余应力的大小为250MPa以下。

Description

电阻焊钢管及其制造方法以及管线管和建筑结构物
技术领域
本发明涉及适合于管线管或建筑结构物等的电阻焊钢管及其制造方法以及管线管和建筑结构物。
背景技术
电阻焊钢管如下制造：将卷取成卷材状的热轧钢板(钢带)一边连续地导出一边进行冷辊轧成形而制成圆筒状的开口管，通过高频电阻加热使该开口管的周向对接部熔融，实施通过利用挤压辊的镦锻进行压接接合的电阻焊，通过定径辊缩径至规定的外径，由此来制造电阻焊钢管。
电阻焊钢管由于是通过冷加工连续地制管，因此具有生产率、形状精度高等优点。但是具有如下缺点：在制管过程中发生加工硬化，因此，与作为原材料的热轧钢板相比，管长度方向的屈服比高，管的弯曲变形等的变形能力低。
另外，电阻焊钢管越是厚壁，则制管过程中的加工硬化越大。因此，厚壁的电阻焊钢管的情况下，制管后的屈服比变高，变形能力降低。
因此，对于像管线管或建筑物的柱材那样的从耐震性等观点出发要求耐压曲性的大型结构物，难以应用厚壁的电阻焊钢管。
例如，在专利文献1中提出了一种厚壁电阻焊钢管，其特征在于，以面积率计含有50～92％的多边形铁素体，上述多边形铁素体的平均粒径为15μm以下，电阻焊部的硬度为Hv160～240，电阻焊部的组织为贝氏体、细粒铁素体和珠光体；或者细粒铁素体和贝氏体。
另外，在专利文献2中提出了一种管线管用轧制态电阻焊钢管，其中，在母材部的壁厚中央部的金属组织中，多边形铁素体分数为60～90％，平均结晶粒径为15μm以下，结晶粒径为20μm以上的晶粒的面积率、即粗大晶粒率为20％以下，管轴方向的屈服比为80～95％。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5293903号公报
专利文献2：日本专利第6260757号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，专利文献1和2中记载的热轧钢板特别是在作为管厚超过17mm的厚壁电阻焊钢管的原材料使用的情况下，制管后的屈服比变得过高，因此，不能作为应用于大型结构物的厚壁电阻焊钢管的原材料使用。
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供适合于管线管或建筑物的柱材等大型结构物的、高强度且韧性和耐压曲性优良的电阻焊钢管及其制造方法以及管线管和建筑结构物。
需要说明的是，本发明中所谓的“高强度”是指屈服应力为380MPa以上，本发明中所谓的“韧性优良”是指-40℃的夏比吸收能为70J以上。另外，本发明中所谓的“耐压曲性优良”是指钢管的轴向压缩试验中的压曲开始应变εc(％)满足(1)式。
εc≥35×t/D…(1)
其中，(1)式中，εc为轴向压缩试验中压缩载荷达到最大时的应变量(％)，D为外径(mm)，t为管厚(mm)。
用于解决问题的方法
本发明人进行了深入研究，结果发现，为了满足耐压曲性，需要使电阻焊钢管的管轴方向的屈服比(＝屈服应力/拉伸强度×100)为90％以下，并且使管内外表面的管轴方向的压缩残余应力的大小为250MPa以下。即，通过降低屈服比而提高变形能力，并且降低助长压缩变形的压缩残余应力，能够提高耐压曲性。
进一步进行深入研究，结果发现，为了得到期望的屈服比，需要使钢组织为铁素体与贝氏体的混合组织，使余量组织为选自硬质的珠光体、马氏体、奥氏体中的一种或两种以上。
但是还发现，在这样的钢组织中，一部分贝氏体容易变得极端粗大，这使得韧性大幅降低。因此，对于具有这样的钢组织的电阻焊钢管而言，为了得到期望的韧性，不仅需要规定平均结晶粒径，还需要降低粗大的晶粒的比例。
本发明是基于以上见解而完成的，其主旨如下所述。
[1]一种电阻焊钢管，其是具有母材部和电阻焊部的电阻焊钢管，其中，
母材部的成分组成以质量％计含有C：0.040％以上且0.50％以下、Si：0.02％以上且2.0％以下、Mn：0.40％以上且3.0％以下、P：0.10％以下、S：0.050％以下、Al：0.005％以上且0.10％以下、N：0.010％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，
钢组织以体积率计含有超过30％的铁素体、10％以上的贝氏体，该铁素体和该贝氏体的体积率的合计为70％以上且95％以下，余量具有选自珠光体、马氏体、奥氏体中的一种或两种以上，
将由相邻的晶体的取向差为15°以上的边界包围的区域作为晶粒时，该晶粒的平均结晶粒径小于7.0μm，并且结晶粒径为40.0μm以上的晶粒以体积率计为30％以下。
所述电阻焊钢管的内外表面的管轴方向的压缩残余应力的大小为250MPa以下。
[2]如[1]所述的电阻焊钢管，其中，在上述成分组成的基础上，以质量％计还含有选自Nb：0.15％以下、V：0.15％以下、Ti：0.15％以下、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下、Cr：1.0％以下、Mo：1.0％以下、Ca：0.010％以下、B：0.0050％以下中的一种或两种以上。
[3]如[1]或[2]所述的电阻焊钢管，其中，管厚为大于17mm且30mm以下。
[4]如[1]～[3]中任一项所述的电阻焊钢管，其中，轴向压缩特性满足下述式(1)。
εc≥35×t/D…(1)
其中，(1)式中，εc为轴向压缩试验中压缩载荷达到最大时的应变量(％)，D为外径(mm)，t为管厚(mm)。
[5]一种电阻焊钢管的制造方法，其中，
对于具有[1]或[2]所述的成分组成的热轧钢板，通过冷辊轧成形将上述热轧钢板成形为圆筒状，然后进行电阻焊，制成电阻焊钢管，
对该电阻焊钢管以使钢管周长以0.30％以上且2.0％以下的比例减少的方式进行缩径。
[6]一种电阻焊钢管的制造方法，其特征在于，
将具有[1]或[2]所述的成分组成的钢原材加热至1100℃以上且1300℃以下的加热温度后，实施粗轧结束温度为850℃以上且1150℃以下、精轧结束温度为750℃以上且850℃以下、并且930℃以下的合计压下率为65％以上的热轧，
接着，以板厚中心温度计以10℃/s以上且30℃/s以下的平均冷却速度冷却至450℃以上且650℃以下的冷却停止温度，
接着，在450℃以上且650℃以下的卷取温度下进行卷取，制成热轧钢板，
接着，通过冷辊轧成形将上述热轧钢板成形为圆筒状，然后进行电阻焊，制成电阻焊钢管，
对该电阻焊钢管以使钢管周长以0.30％以上且2.0％以下的比例减少的方式进行缩径。
[7]一种管线管，其使用了[1]～[4]中任一项所述的电阻焊钢管。
[8]一种建筑结构物，其使用了[1]～[4]中任一项所述的电阻焊钢管。
发明效果
根据本发明，能够得到高强度且韧性和耐压曲性优良的电阻焊钢管。另外，本发明的电阻焊钢管能够适用于管线管或建筑结构物。
附图说明
图1是电阻焊钢管的电阻焊部的管周方向截面的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的电阻焊钢管及其制造方法进行说明。
首先，对在本发明中限定电阻焊钢管的母材部的成分组成的理由进行说明。需要说明的是，只要没有特别说明，表示钢组成的“％”为“质量％”。
C：0.040％以上且0.50％以下
C是通过固溶强化而使钢的强度升高的元素。另外，C促进珠光体的生成，提高淬透性，有助于马氏体的生成，有助于奥氏体的稳定化，因此也是有助于硬质相的形成的元素。为了确保期望的强度和屈服比，需要含有0.040％以上的C。但是，C含量超过0.50％时，硬质相的比例变高，韧性降低，并且焊接性也劣化。因此，C含量设定为0.040％以上、0.50％以下。C含量优选为0.060％以上，优选为0.40％以下。更优选为大于0.12％，更优选为0.25％以下。
Si：0.02％以上且2.0％以下
Si是通过固溶强化使钢的强度升高的元素。为了得到这样的效果，含有0.02％以上的Si。但是，Si含量超过2.0％时，在电阻焊部容易生成氧化物，焊接部特性降低。另外，电阻焊部以外的母材部的屈服比变高，韧性降低。因此，Si含量设定为2.0％以下。Si含量优选为0.03％以上，优选为1.0％以下。更优选为0.05％以上，更优选为0.50％以下。Si含量进一步优选为0.10％以上，进一步优选为0.5％以下。
Mn：0.40％以上且3.0％以下
Mn是通过固溶强化使钢的强度升高的元素。另外，Mn是通过使铁素体相变开始温度降低而有助于组织的微细化的元素。为了确保本发明的期望的强度和组织，需要含有0.40％以上的Mn。但是，Mn含量超过3.0％时，在电阻焊部容易生成氧化物，焊接部特性降低。另外，由于固溶强化和组织的微细化，屈服应力变高，得不到期望的屈服比。因此，Mn含量设定为0.40％以上、3.0％以下。Mn含量优选为0.50％以上，优选为2.5％以下。更优选为0.60％以上，更优选为2.0％以下。
P：0.10％以下
P在晶界偏析，导致材料的不均匀，因此作为不可避免的杂质优选尽可能地减少，但可以允许不到0.10％以下的含量。因此，P含量设定为0.10％以下的范围内。P含量优选为0.050％以下，更优选为0.030％以下。需要说明的是，P的下限没有特别规定，过度的减少导致冶炼成本的高涨，因此P优选设定为0.002％以上。
S：0.050％以下
S在钢中通常以MnS的形式存在，但MnS在热轧工序中被拉伸得较薄，对延展性带来不良影响。因此，在本发明中优选尽可能地减少S，但0.050％以下的含量是可接受的。因此，S含量设定为0.050％以下。S含量优选为0.020％以下，更优选为0.010％以下。需要说明的是，S的下限没有特别规定，过度的减少导致冶炼成本的高涨，因此S优选设定为0.0002％以上。
Al：0.005％以上且0.10％以下
Al是作为强脱氧剂发挥作用的元素。为了得到这样的效果，需要含有0.005％以上的Al。但是，Al含量超过0.10％时，焊接性劣化，并且氧化铝系夹杂物变多，表面性状劣化。另外，焊接部的韧性也降低。因此，Al含量设定为0.005％以上、0.10％以下。Al含量优选为0.010％以上，优选为0.080％以下。更优选为0.015％以上，更优选为0.070％以下。
N：0.010％以下
N是具有牢固地固定位错的运动由此使韧性降低的作用的元素。在本发明中，N优选尽可能地减少，但N的含量最高可接受至0.010％。因此，N含量设定为0.010％以下。N含量优选为0.0080％以下。
余量为Fe和不可避免的杂质。但是，作为不可避免的杂质，可以含有0.0050％以下的O。
上述成分为本发明中的电阻焊钢管的基本成分组成。还可以根据需要含有选自下述元素中的一种或两种以上。
Nb：0.15％以下
Nb含量超过0.15％时，屈服比变高，韧性降低。因此，在含有Nb的情况下，Nb含量优选设定为0.15％以下。Nb通过在钢中形成微细的碳化物、氮化物而有助于提高钢的强度。另外，Nb也是抑制热轧中的奥氏体的粗大化而有助于组织的微细化的元素。为了得到上述效果，在含有Nb的情况下，优选含有0.002％以上的Nb。更优选为0.005％以上，更优选为0.13％以下。进一步优选为0.010％以上，进一步优选为0.10％以下。
V：0.15％以下
V含量超过0.15％时，屈服比变高，韧性降低。因此，在含有V的情况下，V含量优选设定为0.15％以下。V是通过在钢中形成微细的碳化物、氮化物而有助于提高钢的强度的元素，可以根据需要含有。为了得到上述效果，在含有V的情况下，优选含有0.002％以上的V。更优选为0.005％以上，更优选为0.13％以下。进一步优选为0.010％以上，进一步优选为0.10％以下。
Ti：0.15％以下
Ti含量超过0.15％时，屈服比变高，韧性降低。因此，在含有Ti的情况下，Ti含量优选设定为0.15％以下。Ti是通过在钢中形成微细的碳化物、氮化物而有助于提高钢的强度的元素。另外，Ti与N的亲和性高，因此也是有助于减少钢中的固溶N的元素，可以根据需要含有。为了得到上述效果，在含有Ti的情况下，优选含有0.002％以上的Ti。更优选为0.005％以上，更优选为0.13％以下。进一步优选为0.010％以上，进一步优选为0.10％以下。
Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下
Cu、Ni有可能导致韧性的降低和焊接性的劣化。因此，在含有Cu、Ni的情况下，优选分别设定为Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下。另外，Cu、Ni是通过固溶强化而使钢的强度升高的元素。为了得到上述效果，在含有Cu、Ni的情况下，优选分别设定为Cu：0.01％以上、Ni：0.01％以上。更优选Cu：0.05％以上，更优选Cu：0.70％以下，更优选Ni：0.10％以上，更优选Ni：0.70％以下。进一步优选Cu：0.10％以上，进一步优选Cu：0.50％以下，进一步优选Ni：0.10％以上，进一步优选Ni：0.50％以下。
Cr：1.0％以下、Mo：1.0％以下
Cr、Mo有可能导致韧性的降低和焊接性的劣化。因此，在含有Cr、Mo的情况下，优选分别设定为Cr：1.0％以下、Mo：1.0％以下。另外，Cr、Mo是提高钢的淬透性、使钢的强度升高的元素，可以根据需要含有。为了得到上述效果，在含有Cr、Mo的情况下，优选分别设定为Cr：0.01％以上、Mo：0.01％以上。更优选Cr：0.05％以上，更优选Cr：0.70％以下，更优选Mo：0.05％以上，更优选Mo：0.70％以下。进一步优选Cr：0.10％以上，进一步优选Cr：0.50％以下，进一步优选Mo：0.10％以上，进一步优选Mo：0.50％以下。
Ca：0.010％以下
Ca含量超过0.010％时，在钢中形成Ca氧化物簇，韧性劣化。因此，在含有Ca的情况下，Ca含量优选设定为0.010％以下。另外，Ca是通过使在热轧工序被薄薄地拉伸的MnS等硫化物球状化而有助于提高钢的韧性的元素，可以根据需要含有。为了得到上述效果，在含有Ca的情况下，优选含有0.0005％以上的Ca。更优选为0.0008％以上，更优选为0.008％以下。进一步优选为0.0010％以上，进一步优选为0.0060％以下。
B：0.0050％以下
B含量超过0.0050％时，屈服比升高，韧性劣化。因此，在含有B的情况下，B含量优选设定为0.0050％以下。另外，B是使铁素体相变开始温度降低而有助于组织的微细化的元素，可以根据需要含有。为了得到上述效果，在含有B的情况下，优选含有0.0003％以上的B。更优选为0.0005％以上，更优选为0.0030％以下。进一步优选为0.0008％以上，进一步优选为0.0020％以下。
接着，对限定本发明的电阻焊钢管的钢组织的理由进行说明。
本发明的电阻焊钢管的钢组织中，相对于钢组织整体，以体积率计，铁素体超过30％，贝氏体为10％以上，铁素体和贝氏体的合计为70％以上且95％以下，余量具有选自珠光体、马氏体、奥氏体中的一种或两种以上。将由相邻的晶体的取向差为15°以上的边界包围的区域作为晶粒时，晶粒的平均结晶粒径(平均等效圆直径)小于7.0μm，并且结晶粒径(等效圆直径)为40.0μm以上的晶粒相对于钢组织整体以体积率计为30％以下。
需要说明的是，在本发明中，结晶粒径(等效圆直径)是指与作为对象的晶粒的面积相等的圆的直径。另外，钢组织是指除电阻焊部以外的母材部的管厚中央的钢组织。
铁素体的体积率：超过30％、贝氏体的体积率：10％以上、铁素体和贝氏体的体积率的合计：70％以上且95％以下
铁素体是软质的组织，通过与其他硬质的组织混合，降低钢的屈服比。为了通过这样的效果得到本发明的期望的屈服比，铁素体的体积率需要超过30％。优选铁素体的体积率为40％以上。另外，为了确保期望的屈服应力，铁素体的体积率优选设定为小于70％，更优选为60％以下。
贝氏体是具有中间硬度的组织，使钢的强度升高。仅利用上述铁素体无法得到期望的屈服应力和拉伸强度，因此，贝氏体的体积率需要设定为10％以上。优选贝氏体的体积率为15％以上。另外，为了确保期望的屈服比，贝氏体的体积率优选设定为小于40％，更优选为35％以下。
需要说明的是，铁素体与贝氏体的体积率的合计小于70％时，得不到本发明的期望的屈服比或韧性。另一方面，铁素体与贝氏体的体积率的合计超过95％时，得不到本发明的期望的屈服应力和屈服比。因此，除了上述铁素体和贝氏体各自的体积率以外，还需要使铁素体与贝氏体的体积率的合计为70％以上、95％以下。优选为75％以上，优选为93％以下。
余量：选自珠光体、马氏体、奥氏体中的一种或两种以上
珠光体、马氏体和奥氏体是硬质的组织，特别是使钢的拉伸强度升高、并且通过与软质的铁素体混合而降低钢的屈服比。为了得到这样的效果，珠光体、马氏体和奥氏体以各体积率的合计计优选设定为5％以上，优选设定为30％以下。更优选为7％以上，更优选为25％以下。余量组织可以为由选自上述珠光体、马氏体和奥氏体中的一种或两种以上构成的组织。
需要说明的是，铁素体、贝氏体、珠光体、马氏体和奥氏体的体积率可以通过后述的实施例中记载的方法进行测定。
将由相邻的晶体的取向差(晶体取向差)为15°以上的边界包围的区域作为晶粒时，晶粒的平均结晶粒径：小于7.0μm，并且结晶粒径为40.0μm以上的晶粒的体积率：30％以下
如上所述，为了得到本发明的期望的低屈服比、屈服应力，本发明的钢组织为混合有软质组织和硬质组织的钢(以下称为“复合组织钢”)。但是，与单一组织钢相比，复合组织钢的韧性较低。因此，在本发明中，为了兼顾上述机械特性和优良的韧性，规定了将由晶体取向差为15°以上的边界包围的区域作为晶粒时的晶粒的平均结晶粒径的上限。晶粒的平均结晶粒径为7.0μm以上的情况下，铁素体晶粒未充分微细，因此得不到期望的屈服应力和韧性。晶粒的平均结晶粒径优选为小于6.0μm。平均结晶粒径减小时，屈服比升高，因此，从低屈服比的观点出发，平均结晶粒径优选为2.0μm以上。更优选为4.0μm以上。
一般，单一组织钢或接近单一组织钢的钢的结晶粒径分布遵循具有一个峰、且在变量大的一侧大幅扩展而在变量小的一侧有限的对数正态分布。但是，如本发明这样，可知：在含有铁素体和贝氏体的复合组织钢的结晶粒径分布中，在粗大晶粒侧新出现贝氏体的峰。
具体而言，在本发明的钢组织、即铁素体的体积率超过30％、贝氏体的体积率为10％以上的复合组织钢中，在结晶粒径分布中在粗大晶粒侧新出现贝氏体的峰。这表示混合存在有粗大的贝氏体。混合存在粗大的贝氏体成为使韧性大幅劣化的原因。其结果是，在复合组织钢中，即使规定最大结晶粒径的上限，也不能将粗大的贝氏体存在的比例抑制得较低。因此，为了得到良好的韧性，还需要规定粗大的晶粒存在的比例的上限。
贝氏体不会超过取向差大的边界(奥氏体晶界、由位错的集聚形成的亚晶界)而生长。因此，为了抑制上述粗大的贝氏体的生成，在尽可能低的温度下进行热轧中的精轧，在奥氏体中导入大量的位错而使亚晶界面积增加，形成微细的亚晶粒结构(以下也称为“微细化”)是特别有效的。
本发明中的钢管的韧性通过使成为脆性断裂的阻力的晶界的总面积增加而提高。在本发明中，通过预备实验新发现，结晶粒径为40.0μm以上的粗大的晶粒以体积率计超过30％时，不能确保足以得到必要的韧性的晶界面积。因此，在本发明中，将上述晶粒的平均结晶粒径设定为小于7.0μm，此外，将结晶粒径为40.0μm以上的晶粒的体积率设定为30％以下。优选将结晶粒径为40.0μm以上的晶粒的体积率设定为20％以下。
需要说明的是，晶体取向差、平均结晶粒径和结晶粒径为40.0μm以上的晶粒的体积率可以通过SEM/EBSD法进行测定。在此，可以通过后述的实施例中记载的方法进行测定。
在本发明中，在以管厚中央为中心在管厚方向上±1.0mm的范围内存在上述钢组织，也能够同样地得到上述效果。因此，在本发明中，“管厚中央的钢组织”是指以管厚中央为中心在管厚方向上±1.0mm的范围中的任一处存在上述钢组织。
接着，对限定本发明的电阻焊钢管的压缩残余应力的大小的理由进行说明。
本发明的电阻焊钢管的内外表面的管轴方向的压缩残余应力的大小为250MPa以下。管的压缩残余应力超过250MPa时，对于轴向的压缩变形或者弯曲变形时的弯曲内侧的压缩变形的刚性降低，容易产生压曲。因此，管内外表面的管轴方向的压缩残余应力的大小设定为250MPa以下。更优选为200MPa以下。
本发明的电阻焊钢管优选轴向压缩特性满足下述式(1)。
εc≥35×t/D…(1)
其中，(1)式中，εc为轴向压缩试验中压缩载荷达到最大时的应变量(％)，D为外径(mm)，t为管厚(mm)。
接着，对本发明的一个实施方式中的电阻焊钢管的制造方法进行说明。
例如，对于具有上述成分组成的热轧钢板，通过冷辊轧成形将热轧钢板成形为圆筒状，然后进行电阻焊，制成电阻焊钢管，对电阻焊钢管以使钢管周长以0.30％以上且2.0％以下的比例减少的方式进行缩径，由此得到本发明的电阻焊钢管。或者，例如，将具有上述成分组成的钢原材加热至1100℃以上且1300℃以下的加热温度后，实施粗轧结束温度为850℃以上且1150℃以下、精轧结束温度为750℃以上且850℃以下、并且930℃以下的合计压下率为65％以上的热轧，接着，以板厚中心温度计以10℃/s以上且30℃/s以下的平均冷却速度冷却至450℃以上且650℃以下的冷却停止温度，接着，在450℃以上且650℃以下的卷取温度下进行卷取，制成热轧钢板，接着，通过冷辊轧成形将上述热轧钢板成形为圆筒状，然后进行电阻焊，制成电阻焊钢管，对电阻焊钢管以使钢管周长以0.30％以上且2.0％以下的比例减少的方式进行缩径，由此得到本发明的电阻焊钢管。
需要说明的是，在以下的制造方法的说明中，只要没有特别说明，关于温度的“℃”表示设定为钢原材或钢板(热轧板)的表面温度。这些表面温度可以利用辐射温度计等进行测定。另外，对于钢板板厚中心的温度，可以通过传热分析来计算钢板截面内的温度分布，将其结果通过钢板的表面温度进行修正，由此求出钢板板厚中心的温度。另外，“热轧钢板”还包括热轧板、热轧钢带。
在本发明中，钢原材(钢坯)的熔炼方法没有特别限定，转炉、电炉、真空熔化炉等公知的熔炼方法中任一种均适合。铸造方法也没有特别限定，可以通过连铸法等公知的铸造方法制造成期望的尺寸。需要说明的是，代替连铸法而应用铸锭-开坯轧制法也没有任何问题。也可以对钢水进一步实施钢包精炼等二次精炼。
接着，将得到的钢原材(钢坯)加热至1100℃以上且1300℃以下的加热温度后，实施使粗轧结束温度为850℃以上且1150℃以下的粗轧，实施使精轧结束温度为750℃以上且850℃以下的精轧，并且实施930℃以下的合计压下率为65％以上的热轧，制成热轧钢板。
加热温度：1100℃以上且1300℃以下
加热温度低于1100℃时，被轧制材料的变形阻力变大，难以轧制。另一方面，加热温度超过1300℃时，奥氏体晶粒粗大化，在之后的轧制(粗轧、精轧)中得不到微细的奥氏体晶粒，难以确保本发明的电阻焊钢管的钢组织的平均结晶粒径。另外，难以抑制粗大的贝氏体的生成，难以将结晶粒径为40.0μm以上的晶粒的体积率控制在本发明的范围内。因此，热轧工序中的加热温度设定为1100℃以上、1300℃以下。优选为1120℃以上，优选为1280℃以下。
需要说明的是，在本发明中，制造钢坯(板坯)后，暂时冷却至室温，然后再次加热，除了这样的现有方法以外，还可以没有问题地应用不冷却至室温而以热片的状态装入加热炉中或者进行略微保温后立即进行轧制这样的直送轧制的节能工艺。
粗轧结束温度：850℃以上且1150℃以下
粗轧结束温度低于850℃时，在之后的精轧中钢板表面温度变为铁素体相变开始温度以下，生成大量的加工铁素体，屈服比升高。另一方面，粗轧结束温度超过1150℃时，奥氏体未再结晶温度范围内的压下量不足，得不到微细的奥氏体晶粒。其结果是难以确保本发明的期望的电阻焊钢管的钢组织的平均结晶粒径。另外，难以抑制粗大的贝氏体的生成。因此，粗轧结束温度设定为850℃以上、1150℃以下。优选为860℃以上，优选为1000℃以下。
精轧结束温度：750℃以上且850℃以下
精轧结束温度低于750℃时，精轧中钢板表面温度变为铁素体相变开始温度以下，生成大量的加工铁素体，屈服比升高。另一方面，精轧结束温度超过850℃时，奥氏体未再结晶温度范围内的压下量不足，得不到微细的奥氏体晶粒。其结果是难以确保本发明的电阻焊钢管的钢组织的平均结晶粒径。另外，难以抑制粗大的贝氏体的生成。因此，精轧结束温度设定为750℃以上、850℃以下。优选为770℃以上，优选为830℃以下。
930℃以下的合计压下率：65％以上
在本发明中，通过在热轧工序中使奥氏体中的亚晶粒微细化，使在接下来的冷却工序、卷取工序中生成的铁素体、贝氏体和余量组织微细化，得到具有期望的强度和韧性的电阻焊钢管的钢组织。为了在热轧工序中使奥氏体中的亚晶粒微细化，需要提高奥氏体未再结晶温度范围内的压下率，导入充分的加工应变。为了实现该目的，在本发明中，将930℃以下的合计压下率设定为65％以上。
930℃以下的合计压下率小于65％时，在热轧工序中不能导入充分的加工应变，因此得不到具有本发明的期望的结晶粒径的组织。930℃以下的合计压下率优选为70％以上。上限没有特别规定，但超过80％时，相对于压下率的升高，韧性提高的效果变小，只会使设备负荷增大。因此，930℃以下的合计压下率优选为80％以下。更优选为75％以下。
需要说明的是，设定为930℃以下是因为，超过930℃时，在热轧工序中奥氏体再结晶，通过轧制导入的位错消失，得不到微细的奥氏体。
另外，上述合计压下率是指930℃以下的温度范围内的各轧制道次的压下率的合计。
需要说明的是，对板坯进行热轧时，可以进行在上述粗轧和精轧两者中使930℃以下的合计压下率为65％以上的热轧。或者，也可以进行仅通过精轧使930℃以下的合计压下率为65％以上的热轧。后者的情况下，仅通过精轧无法使930℃以下的合计压下率为65％以上的情况下，在粗轧的途中对板坯进行冷却使温度为930℃以下后，使粗轧和精轧两者中的930℃以下的合计压下率为65％以上。
在本发明中，精加工板厚(精轧后的钢板的板厚)的上限没有特别规定，从确保必要压下率、钢板温度管理的观点出发，精加工板厚优选设定为大于17mm且30mm以下。
热轧工序后，对热轧板实施冷却工序。在冷却工序中，在到冷却停止温度为止的平均冷却速度为10℃/s以上且30℃/s以下、冷却停止温度为450℃以上且650℃以下的条件下进行冷却。
从冷却开始到冷却停止(冷却结束)的平均冷却速度：10℃/s以上且30℃/s以下
以热轧板的板厚中心温度计，从冷却开始到后述的冷却停止的温度范围内的平均冷却速度小于10℃/s时，铁素体的成核频率减少，铁素体晶粒粗大化，因此不能使平均结晶粒径小于7.0μm。另外，难以将结晶粒径为40.0μm以上的晶粒的体积率控制在本发明的期望的范围内。另一方面、平均冷却速度超过30℃/s时，生成大量的马氏体，铁素体与贝氏体的体积率的合计小于70％。平均冷却速度优选为15℃/s以上，优选为25℃/s以下。
需要说明的是，在本发明中，从抑制冷却前的钢板表面的铁素体生成的观点出发，优选在精轧结束后立即开始冷却。
冷却停止温度：450℃以上且650℃以下
以热轧板的板厚中心温度计，冷却停止温度低于450℃时，生成大量的马氏体，铁素体与贝氏体的体积率的合计小于70％。另一方面，冷却停止温度超过650℃时，铁素体的成核频率减少，铁素体晶粒粗大化，并且由于超过贝氏体相变开始温度，无法使贝氏体的体积率为10％以上。冷却停止温度优选为480℃以上，另外，优选为620℃以下。
需要说明的是，在本发明中，只要没有特别说明，平均冷却速度设定为通过((冷却前的热轧板的板厚中心温度-冷却后的热轧板的板厚中心温度)/冷却时间)求出的值(冷却速度)。冷却方法可以列举从喷嘴喷射水等的水冷、利用喷射冷却气体的冷却等。在本发明中，优选对热轧板的两面在相同条件下进行冷却的方式对热轧板两面实施冷却操作(处理)。
冷却工序后，对热轧板实施在450℃以上且650℃以下的卷取温度下进行卷取、然后进行放冷的卷取工序。
在卷取工序中，从钢板组织的观点出发，在450℃以上且650℃以下的卷取温度下进行卷取。卷取温度低于450℃时，生成大量的马氏体，有时铁素体与贝氏体的体积率的合计小于70％。卷取温度超过650℃时，铁素体的成核频率减少，铁素体晶粒粗大化，并且由于超过贝氏体相变开始温度，有时不能使贝氏体的体积率为10％以上。卷取温度优选为480℃以上，优选为620℃以下。
卷取工序后，实施制管工序。在制管工序中，通过辊轧成形将热轧钢板制成圆筒状的开口管(圆型钢管)，通过高频电阻加热使开口管的周向对接部熔融，同时通过利用挤压辊的镦锻进行压接接合，进行电阻焊，制成电阻焊钢管。然后，进行如下定径处理：利用相对于电阻焊钢管上下左右配置的辊对电阻焊钢管进行缩径，将外径调整为期望的值。
为了能够将成为韧性降低的原因的氧化物、氮化物等夹杂物与钢水一起排出，电阻焊时的镦锻量优选设定为板厚的20％以上。但是，镦锻量超过板厚的100％时，挤压辊负荷变大。因此，镦锻量优选设定为板厚的20％以上，另外，优选设定为板厚的100％以下。更优选为40％以上，更优选为80％以下。
在电阻焊后的定径工序中，为了满足本发明的期望的管轴方向的残余应力，需要以使钢管周长以定径工序中的全部机架的合计计为0.30％以上的比例减少的方式对钢管进行缩径。但是，以使钢管周长以合计超过2.0％的比例减少的方式进行缩径的情况下，辊通过时的管轴方向的弯曲量变大，缩径后的管轴方向的残余应力反而升高。此外，由于钢管大，发生加工硬化，因此，延展性降低，耐压曲性能降低。因此，以使钢管周长以0.30％以上且2.0％以下的比例减少的方式进行缩径。优选为0.50％以上，优选为1.8％以下。
需要说明的是，在定径工序中，为了尽可能地减小辊通过时的管轴方向的弯曲量，抑制管轴方向的残余应力的产生，优选利用多个机架进行多阶段的缩径，各机架的缩径优选以管周长以1.0％以下的比例减少的方式进行。
另外，钢管是否为电阻焊钢管可以通过将电阻焊钢管与管轴方向垂直地切断而对含有焊接部(电阻焊部)的切截面在研磨后进行腐蚀并利用光学显微镜进行观察来判断。焊接部(电阻焊部)的熔融凝固部的管周方向的宽度在管整个厚度上为1.0μm以上且1000μm以下时，则为电阻焊钢管。
在此，腐蚀液可以根据钢成分、钢管的种类来选择适当的腐蚀液。另外，如图1所示的腐蚀后的截面示意图那样，熔融凝固部作为具有与母材部1和焊接热影响区2不同的组织形态、对比度的区域(熔融凝固部3)而被识别。例如，碳钢和低合金钢的电阻焊钢管的熔融凝固部在用硝酸乙醇溶液腐蚀后的截面中可以利用光学显微镜作为观察到较白的区域来特定。另外，碳钢和低合金钢的UOE钢管的熔融凝固部在用硝酸乙醇溶液腐蚀后的截面中可以利用光学显微镜作为含有细胞状或枝晶状的凝固组织的区域而特定。
通过如上所述制造本发明的电阻焊钢管。对于本发明的电阻焊钢管，特别是即使管厚为大于17mm且30mm以下也能够发挥优良的耐压曲性能。另外，还兼具高的强度、优良的韧性。
另外，本发明的电阻焊钢管能够适合用于管线管或土木建筑结构物的柱材这样的从耐震性等观点出发要求耐压曲性的大型结构物。
实施例
以下，基于实施例对本发明进一步进行详细说明。需要说明的是，本发明不限于以下实施例。
将具有表1所示的成分组成的钢水熔炼，制成板坯。对所得到的板坯实施表2所示条件的热轧工序、冷却工序、卷取工序，制成表2所示的精加工板厚(mm)的电阻焊钢管用热轧钢板。
卷取工序后，通过辊轧成形将热轧钢板成形为圆筒状的圆型钢管，对其对接部分进行电阻焊。然后，利用配置在圆型钢管的上下左右的辊实施缩径，得到表2所示的外径(mm)和管厚(mm)的电阻焊钢管。
从得到的电阻焊钢管裁取在管轴方向上具有1800mm的长度的电阻焊钢管，供于管轴方向的残余应力测定和轴向压缩试验。
另外，从得到的电阻焊钢管裁取试验片，实施以下所示的组织观察、拉伸试验、夏比冲击试验。各种试验片从在管周方向上与电阻焊部相距90°的母材部裁取。
[残余应力测定]
残余应力的测定时在将电阻焊钢管的长度中央部的内外表面分别电解研磨100μm的面上利用X射线衍射法进行。进行测定的残余应力方向设定为管轴方向。测定时在电阻焊部以及以其为基准的管周方向30度间隔的各位置针对每一根电阻焊钢管在24个部位进行。根据这些24个部位的测定结果，求出压缩残余应力的大小的最大值。
[组织观察]
组织观察如下：使用光学显微镜(倍率：1000倍)或扫描型电子显微镜(SEM、倍率：1000倍)，从管外表面观察管厚t的1/4t位置处的组织，进行拍摄。由得到的光学显微镜图像和SEM图像求出铁素体、珠光体、贝氏体和余量组织的面积率。
各组织的面积率是在5个视野以上进行观察以在各视野中得到的值的平均值的方式算出。在此，将通过组织观察得到的面积率设为各组织的体积率。
需要说明的是，铁素体是由扩散相变得到的产物，呈现位错密度低、几乎恢复的组织。多边形铁素体和准多边形铁素体包含在其中。贝氏体是位错密度高的板条状的铁素体与渗碳体的多相组织。珠光体是铁与铁碳化物的共析组织(铁素体+渗碳体)，呈现线状的铁素体与渗碳体交替排列的层状组织。马氏体是位错密度非常高的板条状的低温相变组织。在SEM图像中，与铁素体、贝氏体相比，示出明亮的对比度。
另外，在光学显微镜图像和SEM图像中难以识别马氏体和奥氏体。因此，从得到的SEM图像测定作为马氏体或奥氏体所观察到的组织的面积率，由其减去通过后述的方法测定的奥氏体的体积率，将由此得到的值作为马氏体的体积率。
奥氏体的体积率的测定通过X射线衍射进行。组织观察用试验片如下制作：以衍射面为从钢管的管外面起为管厚t的1/4t位置的方式进行磨削后，进行化学研磨而除去表面加工层，由此制作组织观察用试验片。测定中使用Mo的Kα射线，由fcc铁的(200)、(220)、(311)面和bcc铁的(200)、(211)面的积分强度求出奥氏体的体积率。
另外，平均结晶粒径(平均等效圆直径)和结晶粒径(等效圆直径)为40.0μm以上的晶粒的体积率使用SEM/EBSD法进行测定。关于结晶粒径，求出相邻的晶粒间的取向差，将取向差为15°以上的边界作为晶界，测定结晶粒径。从得到的晶界求出粒径的算术平均，作为平均结晶粒径。测定区域设定为500μm×500μm，测定步长设定为0.5μm。需要说明的是，在结晶粒径分析中，结晶粒径小于2.0μm的结果作为测定噪音而从分析对象中排除，得到的面积率与体积率相等。
[拉伸试验]
拉伸试验如下：以拉伸方向与管长度方向平行的方式，裁取JIS5号的拉伸试验片，依照JIS Z 2241的规定实施拉伸试验。测定屈服应力YS(MPa)、拉伸强度TS(MPa)，算出由(YS/TS)×100定义的屈服比YR(％)。其中，屈服应力YS设为公称应变0.5％时的流动应力。
[夏比冲击试验]
夏比冲击试验是从得到的电阻焊钢管的板厚中央以试验片长度方向为管周方向(与管长度方向垂直)的方式裁取V型缺口试验片。依照JIS Z 2242的规定在-40℃实施试验，求出吸收能。试验根数设定为各3根，将它们的吸收能的平均值作为电阻焊钢管的吸收能。
[轴向压缩试验]
在钢管的两端安装耐压板，利用大型压缩试验装置实施轴向压缩试验。将压缩载荷达到最大时的应变量设为压曲开始应变εc(％)。将压曲开始应变εc(％)满足(1)式的样品设为合格。
εc≥35×t/D…(1)
其中，(1)式中，D为外径(mm)，t为管厚(mm)。
将所得到的结果示于表3中。
Figure BDA0003613945580000231
Figure BDA0003613945580000241
Figure BDA0003613945580000251
表3中，钢管No.1～3、12为本发明例，钢管No.4～11为比较例。
本发明例的电阻焊钢管的成分组成均含有C：0.040％以上且0.50％以下、Si：0.02％以上且2.0％以下、Mn：0.40％以上且3.0％以下、P：0.10％以下、S：0.050％以下、Al：0.005％以上且0.10％以下、N：0.010％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成，显微组织以体积率计铁素体超过30％、贝氏体为10％以上、铁素体和贝氏体的合计为70％以上且95％以下、余量由选自珠光体、马氏体、奥氏体中的一种或两种以上构成，晶粒的平均结晶粒径(平均等效圆直径)小于7.0μm，并且结晶粒径(等效圆直径)为40.0μm以上的晶粒以体积率计为30％以下，内外表面的管轴方向的压缩残余应力的大小为250MPa以下。
另外，这些本发明例的机械特性均是屈服应力为450MPa以上、屈服比为90％以下、-40℃的夏比吸收能为70J以上、压曲开始应变εc满足(1)式。
另一方面，对于比较例的钢管No.4而言，C的含量高于本发明的范围，因此铁素体与贝氏体的总体积率没有达到期望的值。其结果是，-40℃的夏比吸收能没有达到期望的值。
对于比较例的钢管No.5而言，C的含量低于本发明的范围，因此屈服应力和屈服比没有达到期望的值。
对于比较例的钢管No.6而言，Si的含量高于本发明的范围，因此屈服比和-40℃的夏比吸收能没有达到期望的值。
对于比较例的钢管No.7而言，Si的含量低于本发明的范围，因此屈服应力没有达到期望的值。
对于比较例的钢管No.8而言，Mn的含量高于本发明的范围，因此屈服比没有达到期望的值。
对于比较例的钢管No.9而言，Mn的含量低于本发明的范围，因此晶粒的平均结晶粒径和40.0μm以上的晶粒的总体积率没有达到期望的值。其结果是，屈服应力和-40℃的夏比吸收能没有达到期望的值。
对于比较例的钢管No.10而言，930℃以下的合计压下率低，因此40.0μm以上的晶粒的总体积率没有达到期望的值。其结果是，-40℃的夏比吸收能没有达到期望的值。
对于比较例的钢管No.11而言，定径工序中的缩径的比例低，因此压缩残余应力的大小没有达到期望的值。其结果是，压曲开始应变没有达到期望的值。
符号说明
1 母材部
2 焊接热影响区
3 熔融凝固部

Claims (8)

1.一种电阻焊钢管，其是具有母材部和电阻焊部的电阻焊钢管，其中，
母材部的成分组成以质量％计含有C：0.040％以上且0.50％以下、Si：0.02％以上且2.0％以下、Mn：0.40％以上且3.0％以下、P：0.10％以下、S：0.050％以下、Al：0.005％以上且0.10％以下、N：0.010％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，
钢组织以体积率计含有超过30％的铁素体、10％以上的贝氏体，该铁素体和该贝氏体的体积率的合计为70％以上且95％以下，余量具有选自珠光体、马氏体、奥氏体中的一种或两种以上，
将由相邻的晶体的取向差为15°以上的边界包围的区域作为晶粒时，该晶粒的平均结晶粒径小于7.0μm，并且结晶粒径为40.0μm以上的晶粒以体积率计为30％以下，
所述电阻焊钢管的内外表面的管轴方向的压缩残余应力的大小为250MPa以下。
2.如权利要求1所述的电阻焊钢管，其中，在所述成分组成的基础上，以质量％计还含有选自Nb：0.15％以下、V：0.15％以下、Ti：0.15％以下、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下、Cr：1.0％以下、Mo：1.0％以下、Ca：0.010％以下、B：0.0050％以下中的一种或两种以上。
3.如权利要求1或2所述的电阻焊钢管，其中，管厚为大于17mm且30mm以下。
4.如权利要求1～3中任一项所述的电阻焊钢管，其中，轴向压缩特性满足下述式(1)，
εc≥35×t/D…(1)
其中，(1)式中，εc为轴向压缩试验中压缩载荷达到最大时的应变量(％)，D为外径(mm)，t为管厚(mm)。
5.一种电阻焊钢管的制造方法，其中，
对于具有权利要求1或2所述的成分组成的热轧钢板，通过冷辊轧成形将所述热轧钢板成形为圆筒状，然后进行电阻焊，制成电阻焊钢管，
对该电阻焊钢管以使钢管周长以0.30％以上且2.0％以下的比例减少的方式进行缩径。
6.一种电阻焊钢管的制造方法，其中，
将具有权利要求1或2所述的成分组成的钢原材加热至1100℃以上且1300℃以下的加热温度后，实施粗轧结束温度为850℃以上且1150℃以下、精轧结束温度为750℃以上且850℃以下、并且930℃以下的合计压下率为65％以上的热轧，
接着，以板厚中心温度计以10℃/s以上且30℃/s以下的平均冷却速度冷却至450℃以上且650℃以下的冷却停止温度，
接着，在450℃以上且650℃以下的卷取温度下进行卷取，制成热轧钢板，
接着，通过冷辊轧成形将所述热轧钢板成形为圆筒状，然后进行电阻焊，制成电阻焊钢管，
对该电阻焊钢管以使钢管周长以0.30％以上且2.0％以下的比例减少的方式进行缩径。
7.一种管线管，其使用了权利要求1～4中任一项所述的电阻焊钢管。
8.一种建筑结构物，其使用了权利要求1～4中任一项所述的电阻焊钢管。
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