JP2000096144A

JP2000096144A - 鋼管の製造方法

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Publication number: JP2000096144A
Application number: JP10267731A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Toyooka; 高明豊岡; Akira Yorifuji; 章依藤; Masanori Nishimori; 正徳西森; Motoaki Itaya; 元晶板谷; Yuji Hashimoto; 裕二橋本; Yoshitomo Okabe; 能知岡部; Taro Kanayama; 太郎金山
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-04-04
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: JP3760641B2

Abstract

(57)【要約】【課題】延性−強度のバランスに優れ、しかも真直
性に優れる鋼管が容易に製造できる鋼管の製造方法を提
供する。【解決手段】Ｃ：0.005 〜0.70％、Si：0.01〜3.0
％、Mn：0.01〜4.0 ％、Al：0.001 〜0.10％を含有する
鋼管を、Ａc₃変態点〜400 ℃に加熱または均熱した後、
Ａc₃変態点〜400 ℃で累積縮径率20％以上の絞り圧延を
行い、引き続き、冷却速度1.5 ℃/s未満で冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管の製造方法に
関し、特に、鋼管に優れた機械的性質と良好な真直形状
を付与できる鋼管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼材の強度を増加させるためには、Mn、
Si等の合金元素の添加や、さらに、制御圧延、制御冷
却、焼入れ焼戻し等の熱処理あるいは、Nb、Ｖ等の析出
硬化型元素の添加などが利用されている。しかし、鋼材
には、強度のみでなく延性・靱性が高いことが必要で、
以前から、強度と延性・靱性がバランスよく向上した鋼
材が要望されている。

【０００３】結晶粒の微細化は、強度、延性・靱性を共
に向上させうる数少ない手段として重要である。結晶粒
を微細化する方法としては、オーステナイト粒の粗大化
を防止して、微細オーステナイトからオーステナイト−
フェライト変態を利用しフェライト粒を微細化する方
法、加工によりオーステナイト粒を微細化しフェライト
粒を微細化する方法、あるいは焼入れ焼戻し処理による
マルテンサイト、下部べイナイトを利用する方法などが
ある。

【０００４】なかでも、オーステナイト域における強加
工とそれに続くオーステナイト−フェライト変態により
フェライト粒を微細化する制御圧延が、鋼材製造に広く
利用されている。また、微量のNbを添加しオーステナイ
ト粒の再結晶を抑制してフェライト粒を一層微細化する
ことも行われている。オーステナイトの未再結晶温度域
で加工を施すことにより、オーステナイト粒が伸長して
粒内に変形帯が生成し、この変形帯からフェライト粒が
生成して、フェライト粒が一層微細化される。さらにフ
ェライト粒を微細化するために、加工の途中あるいは加
工後に冷却を行う工程、すなわち制御冷却も利用される
ようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た方法では、フェライト粒径で４〜５μm 程度までの微
細化が限度であり、また、鋼管の製造に適用するには工
程が複雑すぎる。このようなことから、鋼管の靱性・延
性の向上のために、簡素な工程でフェライト結晶粒径の
さらなる微細化が要望されていた。

【０００６】この要望に対し、本発明者らは鋭意検討を
重ね、特定の化学組成を有する鋼管素材を温間絞り圧延
することにより、粒径３μm 以下の微細組織を有し延性
−強度バランスに優れる製品管が得られるという知見を
得た。しかし、温間絞り圧延を行うと、圧延終了から常
温まで冷却される間に、上下面あるいは左右面の冷却む
らにより、製品管に曲がりや反りが発生しやすく真直性
が悪いという問題が生じた。

【０００７】かかる製品管の曲がりや反りをなくすため
の従来方法としては、製品管を矯正機にかけて真っ直ぐ
に矯正する、圧延後の管を上下左右から強制冷却して温
度ムラをなくす、冷却床での管並べピッチを拡大する、
などがある。しかし、矯正による方法は、製品管が加工
硬化する問題や、生産性が悪くなる問題があり、強制冷
却による方法は、冷却ノズルのメンテナンス負荷が大き
いという問題があり、冷却床での管並べピッチを拡大す
る方法は、生産性の悪化もしくは冷却床の要拡張といっ
た問題がある。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題を有利に解
決し、延性−強度のバランスに優れ、しかも真直性に優
れる鋼管が容易に製造できる鋼管の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量％で、
Ｃ：0.005 〜0.70％、Si：0.01〜3.0 ％、Mn：0.01〜4.
0 ％、Al：0.001 〜0.10％を含有し、あるいはさらに、
Cu：１％以下、Ni：２％以下、Cr：２％以下、Mo：１％
以下のうちから選ばれた１種又は２種以上、および／ま
たは、Nb：0.1 ％以下、Ｖ：0.3 ％以下、Ti：0.2 ％以
下、Ｂ：0.004 ％以下のうちから選ばれた１種又は２種
以上、および／または、REM ：0.02％以下、Ca：0.01％
以下のうちから選ばれた１種又は２種を含有し、残部Fe
及び不可避的不純物からなる化学組成を有する鋼管を、
Ａc₃変態点〜400 ℃に加熱または均熱した後、Ａc₃変態
点〜400 ℃で累積縮径率20％以上の絞り圧延を行い、引
き続き、冷却速度1.5 ℃/s未満で冷却することを特徴と
する鋼管の製造方法である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明では、特定の化学組成（以
下単に「組成」ともいう）になる鋼管を圧延素材（素
管）として用いるが、この素管を製造する手段（造管
法）は特に限定されない。冷間または熱間での高周波電
流を利用した電気抵抗溶接法（素管名称：電縫管、熱間
の場合は熱間電縫管）、オープン管両エッジ部を固相圧
接温度域に加熱し圧接接合する固相圧接法（素管名称：
固相圧接管）、鍛接法（素管名称：鍛接管）、およびマ
ンネスマン式穿孔圧延法（素管名称：継目無管）のいず
れも好適に使用できる。

【００１１】次に、素管の組成の限定理由を説明する。Ｃ：0.005 〜0.70％Ｃは、基地中に固溶しあるいは炭化物として析出し、鋼
の強度を増加させる元素であり、また、硬質な第２相と
して析出したセメンタイト、パーライト、べイナイト、
マルテンサイトが高強度化と延性（一様伸び）向上に寄
与する。所望の強度を確保し、第２相として析出したセ
メンタイト等による延性向上の効果を得るためには、Ｃ
は0.005 ％以上、より好ましくは0.04％以上の含有を必
要とするが、0.70％を超えて含有すると延性が劣化す
る。このため、Ｃは0.005 〜0.70％の範囲に限定した。

【００１２】Si：0.01〜3.0 ％ Siは、脱酸剤として作用するとともに、基地中に固溶し
鋼の強度を増加させる。この効果は、0.01％以上、好ま
しくは0.1 ％以上、の含有で認められるが、3.0 ％を超
える含有は延性を劣化させる。このことから、Siは0.01
〜3.0 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは、強度延
性バランスの点から0.10〜1.5 ％の範囲である。

【００１３】Mn：0.01〜4.0 ％ Mnは、鋼の強度を増加させる元素であり、第２相として
のセメンタイトの微細析出、あるいはマルテンサイト、
べイナイトの析出を促進させる。このような効果は0.01
％以上の含有で認められるが、4.0 ％を超える含有は延
性を劣化させる。このため、Mnは0.01〜4.0 ％の範囲に
限定した。なお、強度−伸びバランスの観点から、Mnは
0.2 〜1.3 ％の範囲が好ましく、より好ましくは0.6 〜
1.3 ％の範囲である。

【００１４】Al：0.001 〜0.10％ Alは、結晶粒を微細化する作用を有している。結晶粒微
細化のためには、少なくとも0.001 ％以上の含有を必要
とするが、0.10％を超えると酸化物系介在物量が増加し
清浄度が劣化する。このため、Alは0.001 〜0.10％の範
囲に限定した。なお、好ましくは0.015 〜0.06％であ
る。

【００１５】上記した基本組成に加えて、次に述べる合
金元素群を単独あるいは複合して添加してもよい。 Cu：１％以下、Ni：２％以下、Cr：２％以下、Mo：１％
以下のうちから選ばれる１種又は２種以上 Cu、Ni、Cr、Moはいずれも強度を増加させる元素であ
り、必要に応じ１種または２種以上を添加できる。これ
ら元素は、変態点を低下させ、フェライト粒あるいは第
２相を微細化する効果を有している。しかし、Cuは多量
添加すると熱間加工性が劣化するため、１％を上限とし
た。Niは強度増加とともに靱性をも改善するが２％を超
えて添加しても効果が飽和しコスト高になるため、２％
を上限とした。Cr、Moは多量添加すると溶接性、延性が
劣化するうえコスト高となるため、それぞれ２％、１％
を上限とした。なお、好ましくはCu：0.1 〜0.6 ％、N
i：0.1 〜1.0 ％、Cr：0.1 〜1.5 ％、Mo：0.05〜0.5
％である。

【００１６】Nb：0.1 ％以下、Ｖ：0.3 ％以下、Ti：0.
2 ％以下、Ｂ：0.004 ％以下のうちから選ばれる１種ま
たは２種以上 Nb、Ｖ、Ti、Ｂは、炭化物、窒化物または炭窒化物とし
て析出し、結晶粒の微細化と高強度化に寄与する元素で
あり、特に高温に加熱される接合部を有する鋼管では、
接合時の加熱過程での粒の微細化や、冷却過程でフェラ
イトの析出核として作用し、接合部の硬化を防止する効
果もあり、必要に応じ１種または２種以上添加できる。
しかし、多量添加すると、溶接性、靱性とも劣化するた
め、Nbは0.1 ％、Ｖは0.3 ％、Tiは0.2 ％、Ｂは0.004
％をそれぞれ上限とした。なお、好ましくはNb：0.005
〜0.05％、Ｖ：0.05〜0.1 ％、Ti：0.005 〜0.10％、
Ｂ：0.0005〜0.002 ％である。

【００１７】REM ：0.02％以下、Ca：0.01％以下のうち
から選ばれる１種または２種 REM 、Caは、いずれも介在物の形状を調整し加工性を向
上させる作用を有しており、さらに、硫化物、酸化物ま
たは硫酸化物として析出し、接合部を有する鋼管での接
合部の硬化を防止する作用をも有し、必要に応じ１種以
上添加できる。REM が0.02％を超え、あるいは、Caが0.
01％を超えると介在物が多くなりすぎ清浄度が低下し、
延性が劣化する。なお、REM が0.004 ％未満、Caが0.00
1 ％未満ではこの作用による効果が少ないため、REM ：
0.004 ％以上、Ca：0.001 ％以上とするのが好ましい。

【００１８】上記成分元素以外の組成部分（残部）は、
Feおよび不可避的不純物からなる。不可避的不純物とし
ては、Ｎ：0.010 ％以下、Ｏ：0.006 ％以下、Ｐ：0.02
5％以下、Ｓ：0.020 ％以下が許容される。Ｎ：0.010 ％以下Ｎは、Alと結合して結晶粒を微細化するに必要な量、0.
010 ％までは許容できるが、それ以上の含有は延性を劣
化させるため、0.010 ％以下に低減するのが好ましい。
なお、より好ましくは、Ｎは0.002 〜0.006 ％である。

【００１９】Ｏ：0.006 ％以下Ｏは、酸化物として清浄度を劣化させるため、できるだ
け低減するのが好ましいが、0.006 ％までは許容でき
る。Ｐ：0.025 ％以下Ｐは、粒界に偏析し、靱性を劣化させるため、できるだ
け低減するのが好ましいが、0.025 ％までは許容でき
る。

【００２０】Ｓ：0.020 ％以下Ｓは、硫化物を増加し清浄度を劣化させるため、できる
だけ低減するのが好ましいが、0.020 ％までは許容でき
る。次に、本発明の絞り圧延工程について説明する。絞
り圧延は、３ロール式の絞り圧延機（レデューサ）によ
り行うのが好ましいが、３ロール式に限定されるもので
はない。レデューサは複数のスタンドをタンデムに配置
した連続圧延可能なものがよい。スタンド数は被圧延管
のレデューサ入側および出側での目標寸法により適宜定
められる。

【００２１】本発明では、上記組成を有する鋼管（素
管）を、Ａc₃変態点〜400 ℃に加熱または均熱した後、
Ａc₃変態点〜400 ℃で累積縮径率20％以上の絞り圧延を
行い、引き続き、冷却速度1.5 ℃/s未満で冷却する。加
熱または均熱温度（以下、加熱温度と総称する）がＡc₃
変態点を超えると、表面性状が劣化するとともに、結晶
粒が粗大化する。このため素管の加熱温度ははＡc₃変態
点以下、好ましくは（Ａc₁＋50℃）以下、より好ましく
は750 ℃以下とするのがよい。加熱温度が400 ℃未満で
は、好適な圧延温度を確保することが困難になるため、
加熱温度は400 ℃以上とするのが好ましい。

【００２２】加熱または均熱された素管の絞り圧延は、
３ロール式絞り圧延機を用いて行うのが好ましいがこれ
に限定されるものではない。絞り圧延機は、複数のスタ
ンドをタンデムに配置した連続圧延可能なものが好まし
い。スタンド数は素管および製品管の寸法により適宜決
定できる。絞り圧延の圧延温度は、フェライト回復・再
結晶温度域のＡc₃〜400 ℃、好ましくは（Ａc₁＋50℃）
〜400 ℃、より好ましくは750 〜400 ℃の範囲とする。

【００２３】圧延温度がＡc₃変態点を超えると、再結晶
後のフェライト粒の成長が著しくなり、強度低下のわり
には延性が向上しない。このため、圧延温度はＡc₃変態
点以下、好ましくは（Ａc₁＋50℃）以下、さらに好まし
くは750 ℃以下とする。一方、圧延温度が400 ℃未満で
は青熱脆性により脆化し圧延中に材料が破断するおそれ
がある。さらに圧延温度が400 ℃未満では材料の変形抵
抗が増大し圧延が困難となるほか、再結晶が不十分とな
り加工歪が残存しやすくなる。このため、絞り圧延の圧
延温度は、Ａc₃〜400 ℃、好ましくは（Ａc₁＋50℃）〜
400 ℃、さらに好ましくは750 ℃〜400 ℃の範囲に限定
した。なかでも好ましいのは700 〜600℃の範囲であ
る。

【００２４】絞り圧延における累積縮径率は20％以上と
する。累積縮径率（＝｛（素管外径−製品管外径）／
（素管外径）｝×100 ％）が20％未満では、回復・再結
晶による結晶粒の微細化が不十分であり、延性に富む鋼
管とならない。また、圧延速度も遅く生産性が悪い。こ
のため累積縮径率は20％以上とする必要がある。なお、
累積縮径率が60％以上では、加工硬化による強度増加に
加えて組織の微細化が顕著となり、上記した組成範囲の
合金添加量が低い低成分系の鋼管でも強度と延性のバラ
ンスに優れ、強度、延性ともに優れた鋼管が得られる。
このことから、累積縮径率は60％以上とするのがより好
ましい。

【００２５】絞り圧延においては、１パス当たりの縮径
率が６％以上の圧延パスを少なくとも１パス以上含む圧
延とするのが好ましい。これが６％未満では、回復・再
結晶による結晶粒の微細化が不十分である。また、６％
以上では、加工発熱による温度上昇が認められ圧延温度
の低下を防止できる。なお、結晶粒のさらなる微細化の
ためには１パス当たりの縮径率は８％以上が殊更好まし
い。

【００２６】上記条件で絞り圧延された製品管を、図１
(c) に示す管の温度履歴における圧延後の冷却速度αを
1.5 ℃/s未満とするように、冷却することにより、反り
や曲がりの発生を抑制でき、真直性に優れた鋼管を得る
ことができる。冷却速度αが大きすぎると反りや曲がり
が大きくなる傾向があるが、αを1.5 ℃/s未満とするよ
うに冷却することにより、反り・曲がりを安定して1.0m
m/m 以下に抑制することができる。なお、260 ℃より低
温まで冷却しても反り・曲がり抑制効果が飽和するから
前記冷却は260 ℃以上の温度域で中止するのが好まし
い。また、冷却速度αが0.5 ℃/s未満では反り・曲がり
抑制効果が飽和し時間を空費するだけであるから、αは
0.5 ℃/s以上1.5 ℃/s未満とするのが望ましい。

【００２７】前記冷却を行うには、素管１を絞り圧延
後、直管２に切断して冷却床で移送する場合には冷却床
を徐冷ボックス７で覆う（図１(a) ）のが好適であり、
また、コイル３に巻き取る場合には、コイル３を徐冷ボ
ックス８で覆う（図１(b) ）のが好適である。これは、
既存の設備に簡単な改造を加えるだけで実施可能であ
る。なお、図１において、４は加熱・均熱炉、５はレデ
ューサ（絞り圧延機）、６は切断機である。

【００２８】

【実施例】（実施例１）表１に組成を示す鋼のうちＡ鋼
〜Ｅ鋼を表２の素管（φ62.0mm×Ｔ5.0 mm（φ：外径，
Ｔ：肉厚、以下同じ））に加工（造管）し、これら素管
を、705 ℃に加熱後、16スタンド・タンデム配置の３ロ
ール式レデューサにより圧延開始温度675 〜600 ℃、圧
延速度（最終スタンド出側）400m/minの条件下で絞り圧
延して、φ25.4mm×Ｔ4.5mm の製品管とし、圧延後は図
１(b) のように徐冷ボックス内でコイルに巻き取り、表
２に示す冷却条件にて冷却した。なお、表２の素管欄に
「固相」と記した固相圧接管は、熱延鋼帯を予熱炉で60
0 ℃に予熱後、複数の成形ロールで連続的に管状に成形
し、その継目部を誘導加熱により1000℃に予熱後未溶融
温度域の1450℃まで加熱し、スクイズロールによりアプ
セットして造管した。「ＥＲＷ」と記した電縫管は、熱
延鋼帯を複数の成形ロールで連続的に管状に成形しその
継目部を誘導加熱により溶融温度域に加熱後スクイズロ
ールによりアプセットする常法により造管した。

【００２９】絞り圧延・冷却後の製品について、引張特
性、結晶粒径、管の曲がりを調査した結果を表２に示
す。なお、引張試験にはJIS 11号試験片を用い、伸びの
値は、試験片サイズ効果を考慮して、換算式El＝El₀(√
(a₀/a))^0.4（ここに、El₀：実測伸び，a₀：定数292m
m²，a ：試験片断面積(mm²) ）による換算値で評価し
た。結晶粒径は、鋼管長手方向に直角な断面をナイター
ル液で腐食し、光学顕微鏡または電子顕微鏡で組織観察
し、200 個以上の粒の円相当径を求め、その平均値を用
いた。なお、フェライト以外の組織の粒径に関し、パー
ライトの場合はパーライトコロニー境界、べイナイト、
マルテンサイトの場合はパケット境界を粒界として粒径
を測定した。

【００３０】表２より、いずれの製品も結晶粒径３μm
以下で強度−延性バランスに優れるが、徐冷により圧延
後の冷却速度αを1.5 ℃/s未満とした本発明例では管の
曲がりが1.0mm/m 以下と小さく真直性に優れるのに対
し、αを1.5 ℃/s以上とした比較例では曲がりが1.5mm/
m 以上と大きい。（実施例２）表１に組成を示す鋼のうちＦ鋼〜Ｊ鋼につ
いて、連続鋳造製ビレットを加熱しマンネスマンマンド
レルミルにて穿孔圧延することにより表３に「ＳＭＬ」
と記した継目無素管（φ71.5mm×Ｔ11.0mm×長さ15ｍ）
に造管し、穿孔圧延後560 ℃まで冷却した後、680 ℃に
加熱し、18スタンド・タンデム配置の３ロール式レデュ
ーサにより圧延開始温度645 〜600 ℃、圧延速度（最終
スタンド出側）500m/minの条件下で絞り圧延して、φ3
3.0mm×Ｔ10.0mmの製品管とし、圧延後は図１(a) のよ
うに所定長さの直管に切断後徐冷ボックス内でウォーキ
ングビームにて搬送する際に、表３に示す冷却条件にて
冷却した。

【００３１】絞り圧延・冷却後の製品について、実施例
１と同様に引張特性、結晶粒径、管の曲がりを調査した
結果を表３に示す。表３より、いずれの製品も結晶粒径
３μm 以下で強度−延性バランスに優れるが、徐冷によ
り圧延後の冷却速度αを1.5 ℃/s未満とした本発明例で
は管の曲がりが1.0mm/m 以下と小さく真直性に優れるの
に対し、αを1.5 ℃/s以上とした比較例では曲がりが1.
5mm/m 以上と大きい。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】

【発明の効果】かくして本発明によれば、結晶粒径３μ
ｍ以下で強度−延性バランスに優れ、しかも真直性の良
好な鋼管を容易に製造できるようになるという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却実施形態を示す模式図である。

【符号の説明】１素管２直管３コイル４加熱・均熱炉５レデューサ（絞り圧延機）６切断機７，８徐冷ボックス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西森正徳愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者板谷元晶愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者橋本裕二愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者岡部能知愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者金山太郎愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内Ｆターム(参考） 4K032 AA01 AA02 AA04 AA05 AA06 AA08 AA11 AA14 AA16 AA17 AA19 AA21 AA22 AA23 AA26 AA27 AA29 AA31 AA32 AA35 AA36 BA03 CB01 CC01 CC02 CD01 CD02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.005 〜0.70％、Si：0.01〜3.0 ％、Mn：0.01〜4.
0 ％、Al：0.001 〜0.10％を含有する鋼管を、Ａc₃変態
点〜400 ℃に加熱または均熱した後、Ａc₃変態点〜400
℃で累積縮径率20％以上の絞り圧延を行い、引き続き、
冷却速度1.5 ℃/s未満で冷却することを特徴とする鋼管
の製造方法。