JP2004131810A - 耐座屈性能の優れた鋼管の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は耐座屈性能に優れたＡＰＩ規格Ｘ５２グレードの鋼管の製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ａｌ：０．０１〜０．０８％、必要に応じて更に、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％、Ｃｒ：０．５％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下の一種又は二種以上を添加し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼片を圧延終了温度：（Ａｒ３−１０）〜（Ａｒ３＋８０）℃で熱間圧延後、空冷し、応力ー歪曲線の降伏伸びを２．０％以下の鋼板とした後、造管最終工程として冷間加工により拡管率：０．５〜１．５％の拡管を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ａｌ：０．０１〜０．０８％、必要に応じて更に、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％、Ｃｒ：０．５％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下の一種又は二種以上を添加し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼片を圧延終了温度：（Ａｒ３−１０）〜（Ａｒ３＋８０）℃で熱間圧延後、空冷し、応力ー歪曲線の降伏伸びを２．０％以下の鋼板とした後、造管最終工程として冷間加工により拡管率：０．５〜１．５％の拡管を行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスパイプライン、水道管、下水管などに用いられる鋼管の製造方法に関し、特にＡＰＩ規格Ｘ５２グレード以下の鋼管であって、地震などによって受ける圧縮荷重に対し優れた耐座屈性能を示すものの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素鋼や低合金鋼を素材とする鋼管は、優れた経済性、溶接施工性を備えるとともに、大量にかつ安定して製造できるため、ガスパイプライン、水道配管などの流体輸送用鋼管にＵＯＥ鋼管、スパイラル鋼管、電縫鋼管およびプレスベンド鋼管として幅広く用いられている。
【０００３】
これらの鋼管では、大地震が発生した場合の安全性を確保するため、耐震性を付与することが必要で降伏比（降伏応力と引張強さの比）を低くし、塑性変形により地震エネルギーを吸収する低降伏比鋼管が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００４】
しかしながら、このような低降伏比鋼管では、外径／管厚比の大きな鋼管の場合において、大地震により鋼管軸方向に引張圧縮応力が繰り返し負荷されて生じる局部座屈に起因した亀裂による破断を必ずしも十分防止することはできなかった。
【０００５】
また、ガスなどの流体輸送用ラインパイプでは円周方向に力が作用する内圧による延性破壊や脆性破壊に対する検討はなされてきたもの軸方向外力に関する検討は敷設時の損傷防止のための曲げ応力を対象とする程度であり、軸方向応力による損傷に関しての検討は以下に述べる程度で十分なされていないのが現状である。
【０００６】
▲１▼鋼管管軸方向の引張試験による応力ー歪曲線を降伏棚のない平坦な形状とし、鋼管の耐座屈特性を向上させる（例えば、特許文献４参照。）。
【０００７】
▲２▼鋼板の熱間圧延後、特定の温度域から加速冷却することにより、鋼管の応力ー歪曲線を制御し、耐座屈特性を向上させる（例えば、特許文献５〜７参照。）。
【０００８】
これらの方法による鋼管はいずれも降伏棚のない応力ー歪曲線を有し、軸方向の圧縮に対し、優れた耐座屈性能を示すが、応力ー歪曲線を所望の形状とするため圧延後に加速冷却され、鋼管強度はＡＰＩ規格Ｘ６５以上となり、ＡＰＩ規格Ｘ５２以下の低圧ラインパイプ用鋼管を製造することはできない。
【０００９】
【特許文献１】特開平３−１７３７１９号公報
【００１０】
【特許文献２】特開平５−１１７７４６号公報
【００１１】
【特許文献３】特開平６−２６４１４４号公報
【００１２】
【特許文献４】特開平９−１９６２４３号公報
【００１３】
【特許文献５】特開平９−１７６７３４号公報
【００１４】
【特許文献６】特開平９−２０２９２２号公報
【００１５】
【特許文献７】特開平１１−２７９７００号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＡＰＩ規格Ｘ５２以下の鋼管を用いる低圧ラインパイプにおいても、大規模地震時の安全性向上のため耐座屈特性の向上が要求されるようになり、一方、構造物の安全性確保のため、材料強度の規格において上下限強度を規定する場合が増加している状況も配慮し、強度上限を逸脱する強度上昇をもたらす加速冷却によらずに、ＡＰＩ規格Ｘ５２以下の低強度鋼管において、耐座屈特性を向上させることが望まれている。
【００１７】
本発明は、大地震等の軸方向荷重による局部座屈を起こしにくい耐座屈特性に優れたＡＰＩ規格Ｘ５２以下の低強度鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目標を達成するため鋼管の耐座屈特性におよぼす鋼板の応力ー歪み曲線、鋼組成の影響ついて鋭意検討を行い、以下の知見を得た。
【００１９】
▲１▼熱間圧延後、空冷される鋼板は、空冷の過程で転位上に固溶炭素が固着され、応力ー歪み曲線に明瞭な降伏棚が現れ、且つ降伏伸びが長くなる。
【００２０】
▲２▼このような応力ー歪み曲線を示す鋼板を冷間成形し、鋼管とした場合、鋼管の管軸方向で得られる応力ー歪曲線には降伏棚が観察されるため耐座屈性能が劣る。また、冷間成形により降伏棚が消失したとしても、加工硬化能に劣り、管軸方向の圧縮荷重に対し局部座屈が生じやすい。
【００２１】
▲３▼圧延温度が低くなりすぎると圧延時の加工歪が残存し、鋼板の加工硬化能が低下するため、鋼管の加工硬化能も低く耐座屈性能に劣る。
【００２２】
▲４▼よって、優れた耐座屈性能の鋼管を得るためには、鋼板の応力ー歪曲線を降伏伸びが小さく、且つ加工硬化能の高いものとすればよい。
【００２３】
▲５▼そして、熱間圧延後空冷ままの状態で、上記のような降伏伸びが小さく、且つ、加工硬化性能に優れた鋼板は、鋼組成をＣ量を適切に調整したＭｏ添加系とし、熱間圧延の圧延終了温度を適切なものとすることで得られる。
【００２４】
▲６▼さらに、このような鋼板を用いた鋼管は耐座屈性能に優れるが、冷間加工により鋼管とする際において、適切に拡管を行うと、耐座屈性能は更に飛躍的に向上する。
【００２５】
図１に熱間圧延後、空冷によって得られる鋼板（ａ）とその鋼板を用いて冷間成形によって製造した鋼管の管軸方向（ｂ）の応力ー歪曲線の模式図を示す。
【００２６】
図１（ａ）においてＡは降伏伸びが長い場合、Ｂは降伏伸びは小さいが加工硬化能が低い場合を示し、これらの応力ー歪曲線を有する鋼板を用いて鋼管を製造すると、鋼管の管軸方向の応力ー歪曲線はＡのように降伏伸びが残存するか、Ｂのように降伏棚が消失しても加工硬化能が依然として低く、鋼管としての耐座屈性能に劣る。
【００２７】
これに対し、応力ー歪曲線がＣのように、降伏伸びが小さく、且つ加工硬化能が高い鋼板を用いて、適切な条件で冷間成形によって鋼管とした場合、鋼管の管軸方向の応力ー歪曲線はＣのように降伏棚が消失し、且つ加工硬化能が高いものとなり、耐座屈性能が極めて高い鋼管が得られる。
【００２８】
本発明は以上の知見をもとに更に検討を加えてなされたものであり、すなわち、本発明は、
１．以下の工程を備えたことを特徴とする冷間加工による耐座屈性能に優れた鋼管の製造方法。
（ａ）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ａｌ：０．０１〜０．０８％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼片を準備する工程
（ｂ）圧延終了温度：（Ａｒ３−１０）〜（Ａｒ３＋８０）℃で熱間圧延後、空冷し、鋼板とする工程。
（ｃ）拡管率：０．５〜１．５％の拡管を行う造管最終工程。
【００２９】
２．鋼片の成分組成に更に、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％、Ｃｒ：０．５％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下の一種又は二種以上を含有することを特徴とする１記載の冷間加工による耐座屈性能に優れた鋼管の製造方法。
【００３０】
３．鋼片の成分組成に更に、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下の一種又は二種以上を含有することを特徴とする１または２記載の冷間加工による耐座屈性能に優れた鋼管の製造方法。
【００３１】
４．熱間圧延後、空冷ままの鋼板の応力ー歪曲線の降伏伸びが２．０％以下であることを特徴とする１乃至３のいずれか１つに記載の冷間加工による耐座屈性能に優れた鋼管の製造方法。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明では、成分組成、製造条件について規定する。
１．成分組成
Ｃ
Ｃは、鋼の強度、靭性を確保し、０．０５〜０．５％のＭｏとの複合添加により耐座屈性能を向上させるため、添加する。０．０５％未満では強度が不足し、一方、０．１２％を超えると靭性、溶接性が低下し、熱間圧延後、空冷ままの鋼板の降伏伸びが大きくなり耐座屈性能に悪影響を及ぼすため、０．０５〜０．１２％とする。
【００３３】
Ｓｉ
Ｓｉは、脱酸、および鋼板中のフェライト強度を低下させ、加工硬化能を向上させるため添加する。０．０１％未満ではそのような硬化が得られず、一方、０．５％を超えるとＨＡＺ靭性、溶接性を損なうため、０．０１〜０．５％とする。
【００３４】
Ｍｎ
Ｍｎは、強度靭性を確保するため添加する。０．５％未満では強度が得られず、一方、２．０％を超えると靭性が低下するため、０．５〜２．０％とする。
【００３５】
Ｍｏ
Ｍｏは本発明では重要な元素で、強度を確保し、０．０５〜０．１２％のＣ量との複合添加により、熱間圧延後、空冷ままの鋼板の応力ー歪曲線における降伏棚を小さくする効果が得られるため添加する。０．０５％未満ではそのような効果が得られず、一方、０．５％を超えるとミクロ組織がアシュキュラーフェライト組織となり、強度が過剰となり、溶接性が損なわれるようになるため、０．０５〜０．５％とする。
【００３６】
Ａｌ
Ａｌは、脱酸のため、添加する。０．０１％未満ではそのような効果が得られず、０．０８％を超えると清浄度が低下し、靭性を劣化させるため、０．０１〜０．０８％とする。
【００３７】
本発明は以上が基本成分組成であるが、更に、強度靭性やＨＡＺ靭性を向上させるため、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉの一種または二種以上を含有することができる。
【００３８】
Ｃｕ
Ｃｕは、靭性の改善と強度の上昇に有効で、Ｍｏと同様に熱間圧延後、空冷ままの鋼板の降伏伸びを小さくするが、過剰に添加されると溶接性が劣化するため、添加する場合は０．５％を上限とする。
【００３９】
Ｎｉ
Ｎｉは、靭性の改善と強度の上昇に有効で、Ｍｏ，Ｃｕなどと同様に熱間圧延後、空冷ままの鋼板の降伏伸びを小さくするが、過剰に添加すると溶接性を劣化させ、製品コストを上昇させるため、添加する場合は０．５％を上限とする。
【００４０】
Ｃｒ
Ｃｒは、靭性の改善と強度の上昇に有効で、過剰に添加されると溶接性が劣化するため、添加する場合は０．５％を上限とする。
【００４１】
Ｎｂ
Ｎｂは、スラブ加熱、圧延の際の粒成長を抑制し、微細組織とすることにより靭性を向上させ、また圧延後の冷却において微細炭化物を析出し強度を向上させる。０．０５％を超えると溶接熱影響部の靭性を劣化させるようになるため、添加する場合は０．０５％以下とする。
【００４２】
Ｖ
Ｖは、熱間圧延後の冷却過程で微細炭化物として析出し、強度を向上させる。０．１％を超えると溶接熱影響部の靭性を劣化させるようになるため、添加する場合は０．１％以下とする。
【００４３】
Ｔｉ
Ｔｉは、ＴｉＮによりスラブ加熱時の粒成長を抑制し、微細組織とすることにより靭性を向上させ、溶接熱影響部の靭性も向上させる。０．０５％を超えると溶接熱影響部の靭性を劣化させるため、添加する場合は０．０５％以下とする。
【００４４】
２．製造条件
熱間圧延の圧延終了温度
鋼管の応力ー歪み曲線を所望するものとするため、鋼板の圧延終了温度は極めて重要な製造条件であり、フェライト変態開始温度（Ａｒ３温度）近傍となるように規定する。
【００４５】
圧延終了温度がＡｒ３−１０℃未満では、圧延中に生成したフェライトに大きな加工歪みが加わり、鋼板の加工硬化能が劣化するため、鋼管の加工硬化能も同様に低くなり、耐座屈性能が劣化する。
【００４６】
一方、Ａｒ３＋８０℃を超えると、冷却過程で生成するフェライトが粗大となり、鋼板の降伏伸びが著しく増大し、冷間成形による鋼管であっても、鋼管の応力ー歪み曲線に降伏棚が残存し、耐座屈性能が低下するため、圧延終了温度は（Ａｒ３−１０）〜（Ａｒ３＋８０）℃とする。
【００４７】
尚、本発明でフェライト変態開始温度（Ａｒ３温度）は、Ａｒ３（℃）＝９１０−３１０Ｃ−８０Ｍｎ−２０Ｃｕ−１５Ｃｒ−５５Ｎｉ−８０Ｍｏ（但し、各元素は質量％とする）により求めた。
【００４８】
また、熱間圧延時のスラブ加熱温度は、靭性と圧延効率の観点から、９５０〜１２００℃が好ましい。
【００４９】
熱間圧延後の冷却
熱間圧延後の冷却は空冷とする。空冷した場合、鋼管強度はＡＰＩ規格Ｘ５２の引張強度５７５ＭＰａ以内であるが、水冷では多量にベイナイト組織を含む鋼となり、鋼管の強度がＡＰＩ規格Ｘ５２の引張強度５７５ＭＰａを超えるため、熱間圧延後の冷却は空冷とする。
【００５０】
鋼管成形工程
本発明では、上記鋼板を冷間成形により、鋼管とする。冷間成形とすることにより、歪みが導入され、鋼管の応力ー歪み曲線の降伏伸びが減少する。
【００５１】
冷間により鋼管が成形されればＵＯＥ法、ベンディングロール法、その他いずれの方法でも良く、具体的な鋼管製造方法は特定しない。但し、造管最終工程で拡管率０．５〜１．５％の拡管を行うことを規定する。
【００５２】
拡管により、鋼管管軸方向に圧縮され、バウシンガー効果により降伏強度が低下し、更に降伏伸びが消失するため、鋼管の加工硬化性が向上し耐座屈性能が著しく向上する。
【００５３】
拡管率が０．５％以下ではその作用効果が得られず、一方、１．５％を超えると管周方向において、拡管による加工硬化で降伏強度が上昇し、降伏比が高くなり、また、シーム溶接部が割れやすくなるため、０．５〜１．５％とする。
【００５４】
尚、上述した条件により熱間圧延後、空冷ままの鋼板を冷間成形で鋼管とした場合、耐座屈性能に優れた鋼管が得られるが、特に応力ー歪み曲線における降伏伸びを２．０％以下とした鋼板が好ましい。
【００５５】
応力ー歪曲線における降伏伸びが２．０％以下の場合、造管による冷間加工と造管最終工程での拡管によって降伏伸びが容易に消失するため、鋼管の耐座屈性能が向上する。降伏伸びは、ＪＩＳＧ０２０２で、上降伏点から加工硬化開始点までの歪み量とされている。
【００５６】
【実施例】
表１に示す成分組成の鋼を、種々の条件の熱間圧延により、板厚１０．５ｍｍの供試鋼板とした。熱間圧延は、スラブ加熱温度１１００℃、未再結晶温度域で６５％の圧延をし、圧延終了温度を変化させ、圧延終了後は、室温まで空冷した。
【００５７】
得られた鋼板について、圧延方向と直角に全厚試験片を採取し、応力ー歪み曲線から、降伏伸びを求めた。
【００５８】
次に、これらの鋼板を種々の拡管率により外径６１０ｍｍのＵＯＥ鋼管とした。鋼管の管軸方向から採取した全厚引張試験により、降伏強度、引張強度、および降伏比を求め、鋼管の引張特性とした。
【００５９】
軸圧縮試験は、鋼管長１，８００ｍｍの鋼管の両端に耐圧板を取りつけ、大型圧縮試験装置によって軸方向圧縮を行い、圧縮荷重が最大になる点の歪量を、限界座屈歪みとした。
【００６０】
表２に、鋼板製造条件とあわせて鋼管の引張特性、限界座屈歪みを示す。表２中、Ｎｏ．１〜７は本発明例で、鋼板の降伏伸びはいずれも２．０％以下で小さく、拡管率も０．５〜１．５％以内のため、限界座屈歪みは０．７２〜１．０２と耐座屈性能に優れている。
【００６１】
一方、Ｎｏ．８〜１３は比較例で、成分組成、製造条件のいずれかが本発明範囲外で耐座屈性能に劣っている。Ｎｏ．８は圧延終了温度が低く加工硬化性能に劣り、鋼板の降伏伸びが小さいにも拘わらず耐座屈性能に劣る。
【００６２】
Ｎｏ．９は圧延終了温度が高く、鋼板の降伏伸びが大きく、耐座屈特性に劣る。Ｎｏ．１０は、圧延終了温度は本発明範囲内であるが、造管時の拡管率が低く、限界座屈歪みに劣る。
【００６３】
Ｎｏ．１１は、Ｍｏ量が少なく、Ｎｏ．１３はＣ量が多すぎるため、いずれも鋼板の降伏伸びが大きく、耐座屈特性に劣る。Ｎｏ．１２は、Ｍｏ量が本発明範囲で多く、降伏強度がＡＰＩーＸ５２グレード（ＰＳＬ２規格）の上限値（５３１ＭＰａ）を超えている。
【００６４】
【表１】
【００６５】
【表２】
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、耐座屈性能に優れ、大地震の際の安全性に優れたＡＰＩＸ５２グレード以下の鋼管が得られ、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】応力ー歪線図を示し、（ａ）は鋼板、（ｂ）は（ａ）に示す鋼板を用いた鋼管について求めたものを示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスパイプライン、水道管、下水管などに用いられる鋼管の製造方法に関し、特にＡＰＩ規格Ｘ５２グレード以下の鋼管であって、地震などによって受ける圧縮荷重に対し優れた耐座屈性能を示すものの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素鋼や低合金鋼を素材とする鋼管は、優れた経済性、溶接施工性を備えるとともに、大量にかつ安定して製造できるため、ガスパイプライン、水道配管などの流体輸送用鋼管にＵＯＥ鋼管、スパイラル鋼管、電縫鋼管およびプレスベンド鋼管として幅広く用いられている。
【０００３】
これらの鋼管では、大地震が発生した場合の安全性を確保するため、耐震性を付与することが必要で降伏比（降伏応力と引張強さの比）を低くし、塑性変形により地震エネルギーを吸収する低降伏比鋼管が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００４】
しかしながら、このような低降伏比鋼管では、外径／管厚比の大きな鋼管の場合において、大地震により鋼管軸方向に引張圧縮応力が繰り返し負荷されて生じる局部座屈に起因した亀裂による破断を必ずしも十分防止することはできなかった。
【０００５】
また、ガスなどの流体輸送用ラインパイプでは円周方向に力が作用する内圧による延性破壊や脆性破壊に対する検討はなされてきたもの軸方向外力に関する検討は敷設時の損傷防止のための曲げ応力を対象とする程度であり、軸方向応力による損傷に関しての検討は以下に述べる程度で十分なされていないのが現状である。
【０００６】
▲１▼鋼管管軸方向の引張試験による応力ー歪曲線を降伏棚のない平坦な形状とし、鋼管の耐座屈特性を向上させる（例えば、特許文献４参照。）。
【０００７】
▲２▼鋼板の熱間圧延後、特定の温度域から加速冷却することにより、鋼管の応力ー歪曲線を制御し、耐座屈特性を向上させる（例えば、特許文献５〜７参照。）。
【０００８】
これらの方法による鋼管はいずれも降伏棚のない応力ー歪曲線を有し、軸方向の圧縮に対し、優れた耐座屈性能を示すが、応力ー歪曲線を所望の形状とするため圧延後に加速冷却され、鋼管強度はＡＰＩ規格Ｘ６５以上となり、ＡＰＩ規格Ｘ５２以下の低圧ラインパイプ用鋼管を製造することはできない。
【０００９】
【特許文献１】特開平３−１７３７１９号公報
【００１０】
【特許文献２】特開平５−１１７７４６号公報
【００１１】
【特許文献３】特開平６−２６４１４４号公報
【００１２】
【特許文献４】特開平９−１９６２４３号公報
【００１３】
【特許文献５】特開平９−１７６７３４号公報
【００１４】
【特許文献６】特開平９−２０２９２２号公報
【００１５】
【特許文献７】特開平１１−２７９７００号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＡＰＩ規格Ｘ５２以下の鋼管を用いる低圧ラインパイプにおいても、大規模地震時の安全性向上のため耐座屈特性の向上が要求されるようになり、一方、構造物の安全性確保のため、材料強度の規格において上下限強度を規定する場合が増加している状況も配慮し、強度上限を逸脱する強度上昇をもたらす加速冷却によらずに、ＡＰＩ規格Ｘ５２以下の低強度鋼管において、耐座屈特性を向上させることが望まれている。
【００１７】
本発明は、大地震等の軸方向荷重による局部座屈を起こしにくい耐座屈特性に優れたＡＰＩ規格Ｘ５２以下の低強度鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目標を達成するため鋼管の耐座屈特性におよぼす鋼板の応力ー歪み曲線、鋼組成の影響ついて鋭意検討を行い、以下の知見を得た。
【００１９】
▲１▼熱間圧延後、空冷される鋼板は、空冷の過程で転位上に固溶炭素が固着され、応力ー歪み曲線に明瞭な降伏棚が現れ、且つ降伏伸びが長くなる。
【００２０】
▲２▼このような応力ー歪み曲線を示す鋼板を冷間成形し、鋼管とした場合、鋼管の管軸方向で得られる応力ー歪曲線には降伏棚が観察されるため耐座屈性能が劣る。また、冷間成形により降伏棚が消失したとしても、加工硬化能に劣り、管軸方向の圧縮荷重に対し局部座屈が生じやすい。
【００２１】
▲３▼圧延温度が低くなりすぎると圧延時の加工歪が残存し、鋼板の加工硬化能が低下するため、鋼管の加工硬化能も低く耐座屈性能に劣る。
【００２２】
▲４▼よって、優れた耐座屈性能の鋼管を得るためには、鋼板の応力ー歪曲線を降伏伸びが小さく、且つ加工硬化能の高いものとすればよい。
【００２３】
▲５▼そして、熱間圧延後空冷ままの状態で、上記のような降伏伸びが小さく、且つ、加工硬化性能に優れた鋼板は、鋼組成をＣ量を適切に調整したＭｏ添加系とし、熱間圧延の圧延終了温度を適切なものとすることで得られる。
【００２４】
▲６▼さらに、このような鋼板を用いた鋼管は耐座屈性能に優れるが、冷間加工により鋼管とする際において、適切に拡管を行うと、耐座屈性能は更に飛躍的に向上する。
【００２５】
図１に熱間圧延後、空冷によって得られる鋼板（ａ）とその鋼板を用いて冷間成形によって製造した鋼管の管軸方向（ｂ）の応力ー歪曲線の模式図を示す。
【００２６】
図１（ａ）においてＡは降伏伸びが長い場合、Ｂは降伏伸びは小さいが加工硬化能が低い場合を示し、これらの応力ー歪曲線を有する鋼板を用いて鋼管を製造すると、鋼管の管軸方向の応力ー歪曲線はＡのように降伏伸びが残存するか、Ｂのように降伏棚が消失しても加工硬化能が依然として低く、鋼管としての耐座屈性能に劣る。
【００２７】
これに対し、応力ー歪曲線がＣのように、降伏伸びが小さく、且つ加工硬化能が高い鋼板を用いて、適切な条件で冷間成形によって鋼管とした場合、鋼管の管軸方向の応力ー歪曲線はＣのように降伏棚が消失し、且つ加工硬化能が高いものとなり、耐座屈性能が極めて高い鋼管が得られる。
【００２８】
本発明は以上の知見をもとに更に検討を加えてなされたものであり、すなわち、本発明は、
１．以下の工程を備えたことを特徴とする冷間加工による耐座屈性能に優れた鋼管の製造方法。
（ａ）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ａｌ：０．０１〜０．０８％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼片を準備する工程
（ｂ）圧延終了温度：（Ａｒ３−１０）〜（Ａｒ３＋８０）℃で熱間圧延後、空冷し、鋼板とする工程。
（ｃ）拡管率：０．５〜１．５％の拡管を行う造管最終工程。
【００２９】
２．鋼片の成分組成に更に、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％、Ｃｒ：０．５％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下の一種又は二種以上を含有することを特徴とする１記載の冷間加工による耐座屈性能に優れた鋼管の製造方法。
【００３０】
３．鋼片の成分組成に更に、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下の一種又は二種以上を含有することを特徴とする１または２記載の冷間加工による耐座屈性能に優れた鋼管の製造方法。
【００３１】
４．熱間圧延後、空冷ままの鋼板の応力ー歪曲線の降伏伸びが２．０％以下であることを特徴とする１乃至３のいずれか１つに記載の冷間加工による耐座屈性能に優れた鋼管の製造方法。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明では、成分組成、製造条件について規定する。
１．成分組成
Ｃ
Ｃは、鋼の強度、靭性を確保し、０．０５〜０．５％のＭｏとの複合添加により耐座屈性能を向上させるため、添加する。０．０５％未満では強度が不足し、一方、０．１２％を超えると靭性、溶接性が低下し、熱間圧延後、空冷ままの鋼板の降伏伸びが大きくなり耐座屈性能に悪影響を及ぼすため、０．０５〜０．１２％とする。
【００３３】
Ｓｉ
Ｓｉは、脱酸、および鋼板中のフェライト強度を低下させ、加工硬化能を向上させるため添加する。０．０１％未満ではそのような硬化が得られず、一方、０．５％を超えるとＨＡＺ靭性、溶接性を損なうため、０．０１〜０．５％とする。
【００３４】
Ｍｎ
Ｍｎは、強度靭性を確保するため添加する。０．５％未満では強度が得られず、一方、２．０％を超えると靭性が低下するため、０．５〜２．０％とする。
【００３５】
Ｍｏ
Ｍｏは本発明では重要な元素で、強度を確保し、０．０５〜０．１２％のＣ量との複合添加により、熱間圧延後、空冷ままの鋼板の応力ー歪曲線における降伏棚を小さくする効果が得られるため添加する。０．０５％未満ではそのような効果が得られず、一方、０．５％を超えるとミクロ組織がアシュキュラーフェライト組織となり、強度が過剰となり、溶接性が損なわれるようになるため、０．０５〜０．５％とする。
【００３６】
Ａｌ
Ａｌは、脱酸のため、添加する。０．０１％未満ではそのような効果が得られず、０．０８％を超えると清浄度が低下し、靭性を劣化させるため、０．０１〜０．０８％とする。
【００３７】
本発明は以上が基本成分組成であるが、更に、強度靭性やＨＡＺ靭性を向上させるため、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉの一種または二種以上を含有することができる。
【００３８】
Ｃｕ
Ｃｕは、靭性の改善と強度の上昇に有効で、Ｍｏと同様に熱間圧延後、空冷ままの鋼板の降伏伸びを小さくするが、過剰に添加されると溶接性が劣化するため、添加する場合は０．５％を上限とする。
【００３９】
Ｎｉ
Ｎｉは、靭性の改善と強度の上昇に有効で、Ｍｏ，Ｃｕなどと同様に熱間圧延後、空冷ままの鋼板の降伏伸びを小さくするが、過剰に添加すると溶接性を劣化させ、製品コストを上昇させるため、添加する場合は０．５％を上限とする。
【００４０】
Ｃｒ
Ｃｒは、靭性の改善と強度の上昇に有効で、過剰に添加されると溶接性が劣化するため、添加する場合は０．５％を上限とする。
【００４１】
Ｎｂ
Ｎｂは、スラブ加熱、圧延の際の粒成長を抑制し、微細組織とすることにより靭性を向上させ、また圧延後の冷却において微細炭化物を析出し強度を向上させる。０．０５％を超えると溶接熱影響部の靭性を劣化させるようになるため、添加する場合は０．０５％以下とする。
【００４２】
Ｖ
Ｖは、熱間圧延後の冷却過程で微細炭化物として析出し、強度を向上させる。０．１％を超えると溶接熱影響部の靭性を劣化させるようになるため、添加する場合は０．１％以下とする。
【００４３】
Ｔｉ
Ｔｉは、ＴｉＮによりスラブ加熱時の粒成長を抑制し、微細組織とすることにより靭性を向上させ、溶接熱影響部の靭性も向上させる。０．０５％を超えると溶接熱影響部の靭性を劣化させるため、添加する場合は０．０５％以下とする。
【００４４】
２．製造条件
熱間圧延の圧延終了温度
鋼管の応力ー歪み曲線を所望するものとするため、鋼板の圧延終了温度は極めて重要な製造条件であり、フェライト変態開始温度（Ａｒ３温度）近傍となるように規定する。
【００４５】
圧延終了温度がＡｒ３−１０℃未満では、圧延中に生成したフェライトに大きな加工歪みが加わり、鋼板の加工硬化能が劣化するため、鋼管の加工硬化能も同様に低くなり、耐座屈性能が劣化する。
【００４６】
一方、Ａｒ３＋８０℃を超えると、冷却過程で生成するフェライトが粗大となり、鋼板の降伏伸びが著しく増大し、冷間成形による鋼管であっても、鋼管の応力ー歪み曲線に降伏棚が残存し、耐座屈性能が低下するため、圧延終了温度は（Ａｒ３−１０）〜（Ａｒ３＋８０）℃とする。
【００４７】
尚、本発明でフェライト変態開始温度（Ａｒ３温度）は、Ａｒ３（℃）＝９１０−３１０Ｃ−８０Ｍｎ−２０Ｃｕ−１５Ｃｒ−５５Ｎｉ−８０Ｍｏ（但し、各元素は質量％とする）により求めた。
【００４８】
また、熱間圧延時のスラブ加熱温度は、靭性と圧延効率の観点から、９５０〜１２００℃が好ましい。
【００４９】
熱間圧延後の冷却
熱間圧延後の冷却は空冷とする。空冷した場合、鋼管強度はＡＰＩ規格Ｘ５２の引張強度５７５ＭＰａ以内であるが、水冷では多量にベイナイト組織を含む鋼となり、鋼管の強度がＡＰＩ規格Ｘ５２の引張強度５７５ＭＰａを超えるため、熱間圧延後の冷却は空冷とする。
【００５０】
鋼管成形工程
本発明では、上記鋼板を冷間成形により、鋼管とする。冷間成形とすることにより、歪みが導入され、鋼管の応力ー歪み曲線の降伏伸びが減少する。
【００５１】
冷間により鋼管が成形されればＵＯＥ法、ベンディングロール法、その他いずれの方法でも良く、具体的な鋼管製造方法は特定しない。但し、造管最終工程で拡管率０．５〜１．５％の拡管を行うことを規定する。
【００５２】
拡管により、鋼管管軸方向に圧縮され、バウシンガー効果により降伏強度が低下し、更に降伏伸びが消失するため、鋼管の加工硬化性が向上し耐座屈性能が著しく向上する。
【００５３】
拡管率が０．５％以下ではその作用効果が得られず、一方、１．５％を超えると管周方向において、拡管による加工硬化で降伏強度が上昇し、降伏比が高くなり、また、シーム溶接部が割れやすくなるため、０．５〜１．５％とする。
【００５４】
尚、上述した条件により熱間圧延後、空冷ままの鋼板を冷間成形で鋼管とした場合、耐座屈性能に優れた鋼管が得られるが、特に応力ー歪み曲線における降伏伸びを２．０％以下とした鋼板が好ましい。
【００５５】
応力ー歪曲線における降伏伸びが２．０％以下の場合、造管による冷間加工と造管最終工程での拡管によって降伏伸びが容易に消失するため、鋼管の耐座屈性能が向上する。降伏伸びは、ＪＩＳＧ０２０２で、上降伏点から加工硬化開始点までの歪み量とされている。
【００５６】
【実施例】
表１に示す成分組成の鋼を、種々の条件の熱間圧延により、板厚１０．５ｍｍの供試鋼板とした。熱間圧延は、スラブ加熱温度１１００℃、未再結晶温度域で６５％の圧延をし、圧延終了温度を変化させ、圧延終了後は、室温まで空冷した。
【００５７】
得られた鋼板について、圧延方向と直角に全厚試験片を採取し、応力ー歪み曲線から、降伏伸びを求めた。
【００５８】
次に、これらの鋼板を種々の拡管率により外径６１０ｍｍのＵＯＥ鋼管とした。鋼管の管軸方向から採取した全厚引張試験により、降伏強度、引張強度、および降伏比を求め、鋼管の引張特性とした。
【００５９】
軸圧縮試験は、鋼管長１，８００ｍｍの鋼管の両端に耐圧板を取りつけ、大型圧縮試験装置によって軸方向圧縮を行い、圧縮荷重が最大になる点の歪量を、限界座屈歪みとした。
【００６０】
表２に、鋼板製造条件とあわせて鋼管の引張特性、限界座屈歪みを示す。表２中、Ｎｏ．１〜７は本発明例で、鋼板の降伏伸びはいずれも２．０％以下で小さく、拡管率も０．５〜１．５％以内のため、限界座屈歪みは０．７２〜１．０２と耐座屈性能に優れている。
【００６１】
一方、Ｎｏ．８〜１３は比較例で、成分組成、製造条件のいずれかが本発明範囲外で耐座屈性能に劣っている。Ｎｏ．８は圧延終了温度が低く加工硬化性能に劣り、鋼板の降伏伸びが小さいにも拘わらず耐座屈性能に劣る。
【００６２】
Ｎｏ．９は圧延終了温度が高く、鋼板の降伏伸びが大きく、耐座屈特性に劣る。Ｎｏ．１０は、圧延終了温度は本発明範囲内であるが、造管時の拡管率が低く、限界座屈歪みに劣る。
【００６３】
Ｎｏ．１１は、Ｍｏ量が少なく、Ｎｏ．１３はＣ量が多すぎるため、いずれも鋼板の降伏伸びが大きく、耐座屈特性に劣る。Ｎｏ．１２は、Ｍｏ量が本発明範囲で多く、降伏強度がＡＰＩーＸ５２グレード（ＰＳＬ２規格）の上限値（５３１ＭＰａ）を超えている。
【００６４】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明によれば、耐座屈性能に優れ、大地震の際の安全性に優れたＡＰＩＸ５２グレード以下の鋼管が得られ、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】応力ー歪線図を示し、（ａ）は鋼板、（ｂ）は（ａ）に示す鋼板を用いた鋼管について求めたものを示す。
Claims (4)
- 以下の工程を備えたことを特徴とする冷間加工による耐座屈性能に優れた鋼管の製造方法。
１．質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ａｌ：０．０１〜０．０８％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼片を準備する工程
２．圧延終了温度：（Ａｒ３−１０）〜（Ａｒ３＋８０）℃で熱間圧延後、空冷し、鋼板とする工程。
３．拡管率：０．５〜１．５％の拡管を行う造管最終工程。 - 鋼片の成分組成に更に、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％、Ｃｒ：０．５％以下の一種又は二種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の冷間加工による耐座屈性能に優れた鋼管の製造方法。
- 鋼片の成分組成に更に、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下の一種又は二種以上を含有することを特徴とする請求項１または２記載の冷間加工による耐座屈性能に優れた鋼管の製造方法。
- 熱間圧延後、空冷ままの鋼板の応力ー歪曲線の降伏伸びが２．０％以下であることを特徴とする請求項１ないし３記載のいずれか一つに記載の冷間加工による耐座屈性能に優れた鋼管の製造方法。
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