JP2004292897A - 制振性を有する電縫鋼管およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】制振性を有し電縫溶接部の加工性に優れた電縫鋼管およびその製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１％〜３．５％、Ｍｎ：０．０１％〜２．５％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．１〜３．５％以下、Ａｌ：０．０２％〜１．５％以下、Ｎ：０．００６％以下を含有し、以下に示す式１を満足し、さらに必要に応じてＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭを含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼を仕上げ温度８５０超で熱間圧延し、電縫鋼管として、６００℃〜９５０℃で焼鈍したことを特徴とする電縫鋼管とその製造方法。
２×ｍａｓｓ％Ｓｉ＋ｍａｓｓ％Ａｌ＋ｍａｓｓ％Ｃｒ≦７．５・・・（式１）
【選択図】 図２
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１％〜３．５％、Ｍｎ：０．０１％〜２．５％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．１〜３．５％以下、Ａｌ：０．０２％〜１．５％以下、Ｎ：０．００６％以下を含有し、以下に示す式１を満足し、さらに必要に応じてＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭを含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼を仕上げ温度８５０超で熱間圧延し、電縫鋼管として、６００℃〜９５０℃で焼鈍したことを特徴とする電縫鋼管とその製造方法。
２×ｍａｓｓ％Ｓｉ＋ｍａｓｓ％Ａｌ＋ｍａｓｓ％Ｃｒ≦７．５・・・（式１）
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水管、あるいは自動車排気管など、制振性を要求される電縫鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平７−２４１６１８号公報
【特許文献２】特許第２７３７５７７号公報
【特許文献３】特開平１０−１４０２３６号公報
【０００３】
排水管、あるいは排気管などでは内部流体によって生じる音を抑制するため、鋼管自体に制振性が要求されることがある。通常、これらの配管は直管のまま用いられることは少なく、曲げあるいは管端部を拡管して使用される。電縫管は生産性が高いため、多くの配管に用いられているが、特に管端部を拡管加工される場合などでは、電縫溶接部の加工性限界が問題となる。
【０００４】
一方で、配管自体に制振性を持たせる方法として、数多くの事例が考案されている。これらは主に次の二つに分けられる。一つは、例えば特開平７−２４１６１８などに示されるように、管を二重にして内管と外管の間に生じる摩擦でエネルギーを吸収し、制振性を得るものである。もう一つは、例えば特許２７３７５７７や特開平１０−１４０２３６などに示されるように、制振性が得られる合金を用いるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の場合、内管と外管の隙間を制御するため、電縫鋼管の利点である生産性の高さを阻害してしまい、結果としてコストが高くなってしまう。また、後者では、特許２７３７５７７の場合、電縫溶接部の加工性が考慮されておらず、配管のごく一部にしか適用できないため、配管全体の制振性を向上できずに、用途が極めて限定されてしまう。あるいは特開平１０−１４０２３６の場合、圧延仕上温度が８５０℃以下に設定されているが、制振性を得るためにＣｒ、Ａｌ、Ｓｉを添加した合金では圧延温度を低くすると熱間圧延中に破断しやすいことから、熱延鋼帯を得ることが困難であった。さらに、特開平１０−１４０２３６には、鋼管等としても製造可能であるとの記載があるが、電縫溶接部の加工性を考慮した成分になっていないため管端部の加工性が低く、用途が限定される場合が多かった。本発明では、制振性を有し、電縫溶接部の加工に優れた電縫鋼管およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）質量％で、
Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１％〜３．５％、Ｍｎ：０．０１％〜２．５％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．１〜３．５％以下、Ａｌ：０．０２％〜１．５％以下、Ｎ：０．００６％以下を含有し、以下に示す式１を満足し、
２×ｍａｓｓ％Ｓｉ＋ｍａｓｓ％Ａｌ＋ｍａｓｓ％Ｃｒ≦７．５・・・（式１）
残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる電縫鋼管。
（２）（１）記載の合金に、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．０５％〜２．５％、Ｎｉ：０．０５％〜２．５％、Ｍｏ：０．０５％〜４．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、を１種または２種以上含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる電縫鋼管。
（３）（１）または（２）記載の合金に、さらに、質量％で、Ｃａ：０．００１〜０．０５％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．１％を１種または２種以上含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる電縫鋼管。
（４）（１）〜（３）に記載の化学組成を有する鋼を８５０℃を超える圧延仕上温度で熱間圧延した後、電縫鋼管として造管後、６００〜９５０℃で焼き鈍し熱処理したことを特徴とする制振性を有する電縫鋼管の製造方法。
（５）（１）〜（３）に記載の化学組成を有する鋼を８５０℃を超える圧延仕上温度で熱間圧延した後、式２で与えられる指標εを１％〜８０％になるように電縫鋼管として、６００〜９５０℃で焼き鈍し熱処理したことを特徴とする制振性を有する電縫鋼管の製造方法。
ε＝ｔ／Ｄ×１００（％）・・・（式２）
ここで、ｔは電縫鋼管の板厚、Ｄは電縫鋼管の外径である。
（６）（１）〜（３）に記載の化学組成を有する鋼を８５０℃を超える圧延仕上温度で熱間圧延した後、電縫鋼管としてから、式３で与えられる指標εを１％〜８０％になるように引き抜き加工を施し、６００〜９５０℃で焼き鈍し熱処理したことを特徴とする制振性を有する電縫鋼管の製造方法。
ε＝（Ｄ０ −Ｄ１ ）／Ｄ０ ×１００（％）・・・（式３）
ここで、Ｄ１ は引き抜き加工後の電縫鋼管の外径、Ｄ０ は引き抜き加工前の電縫鋼管の外径である。
（７）表面に耐食性皮膜を施した、（１）または（２）または（３）に記載の電縫鋼管。
【０００７】
【発明の実施の形態】
配管として適切な強度を有し、安定した制振性を得るためには、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌを複合添加することが有効である。しかし、これらを添加した鋼を電縫鋼管として製造した場合、電縫部の結晶粒が粗大になり、また、Ｓｉの酸化物やＡｌの酸化物あるいは窒化物を生成して、電縫部の加工性を阻害することがわかった。さらに、電縫部の拡管加工と成分との関係を検討した結果、Ｃｒが、ＳｉとＡｌの添加限界を低下させることを見いだした。図１は管端部を押し広げ試験し、管端を素管直径の１．３倍まで押し広げたときに割れを生じていないものを電縫部の加工性が良好なものとした図である。図１に示すように、Ｃｒ添加量を増すと電縫部の加工性が良好な電縫鋼管が得られるＳｉ、Ａｌの添加上限は低下する。拡管破断後の破面を分析した結果、主にＡｌあるいはＳｉを主体とした化合物が検出され、Ｃｒは母材成分に近い量が検出されるにとどまった。すなわち、Ｃｒはそれ自体が直接的に電縫部の加工性を低下させるのではなく、ＳｉあるいはＡｌの酸化物や窒化物の割れ感受性を高めることによって電縫部の加工性を低下させていると考えられる。従って、図１からわかる通り、
２×ｍａｓｓ％Ｓｉ＋ｍａｓｓ％Ａｌ＋ｍａｓｓ％Ｃｒ≦７．５・・・（式１）
とすることが必要である。
【０００８】
また、これらを複合添加した鋼を熱延鋼板として製造する場合、仕上温度が８５０℃以下になると極めて破断しやすいことがわかった。これは、Ｓｉ、Ｃｒ、ＡｌといったＡｃ３ 点を上昇させる成分を添加することによって、圧延中にα相が生成し、高温強度が低いα相から破断するためである。このため、熱延鋼板を安定して製造するためには圧延仕上温度を８５０℃超とすることが必要である。
【０００９】
圧延仕上げ温度が８５０℃超で製造した熱延鋼板は、そのまま焼鈍しても十分な制振性は得られない。しかし、電縫鋼管に造管後焼鈍すると十分な制振性が得られることを本発明者らは見いだした。これは、常温で加えられた歪が焼鈍による再結晶を促し、制振性の高い集合組織が得られたためである。図２はＦｅ−１．３％Ｓｉ−０．２％Ａｌ−１．５％Ｃｒ鋼を仕上げ温度９００℃で板厚１．４〜３．２ｍｍに圧延し、酸洗した後、電縫鋼管として造管し、さらに、一部には引き抜き加工を施すことによって歪を加えた後、焼き鈍しを施してから損失係数ηを調査した結果である。なお、ここでは厳密な歪に代わる簡便な指標として指標εを次のように定義した。引き抜き加工を施さない場合、板厚をｔ、電縫鋼管の外径をＤ０ として、
ε＝ｔ／Ｄ０ ×１００（％）・・・（式２）
引き抜き加工を施した場合、引き抜き加工後の電縫鋼管の外径をＤ１ 、引き抜き加工前の電縫鋼管の外径をＤ０ として、
ε＝（Ｄ０ −Ｄ１ ）／Ｄ０ ×１００（％）・・・（式３）
【００１０】
また、図２には、熱延鋼板をそのまま焼き鈍した結果を０％としてプロットした。図２から明らかなように、εが１〜８０％の場合、制振性を示す損失係数ηは０．０１を超えるが、それ以上のεでは逆に損失係数ηは低下する。これは歪が小さいと再結晶に必要な駆動力が小さく、歪が大きいと歪解放が不十分になるか、あるいは適切な集合組織が得られないためである。
【００１１】
次に本発明の限定理由を説明する。
Ｃは、制振性を低下させるため、低いほど好ましく、上限を０．０２％とする。
Ｓｉは制振性を得るために必須であり、０．１％以上添加する。しかし、３．５％超添加しても、制振性はむしろ低下し、コストアップとなるため、上限を３．５％とする。
Ｍｎは固溶強化元素であり制振性向上に効果はないが、強度上昇には必要で、０．０１％以上添加する。しかし、２．５％を超えて添加すると制振性の低下が起きるため、上限を２．５％とする。
Ｐ、Ｓは鋼中において非金属介在物を形成し、かつ、偏析する事により制振性を低下させるので少ない程良い。このため、Ｐは０．０１％以下、Ｓは０．００５％以下とする。
Ａｌは、制振性を向上させるのに重要な元素であり、最低０．０２％以上添加する必要がある。しかし、１．５％を超えて添加すると電縫溶接部をＡｌの酸化物が覆い、造管が困難となるため、上限を１．５％に制限する。
ＣｒはＡｌ、Ｓｉとともに複合添加することで制振性を向上させ、また、配管用途で重要な耐食性を向上させるため、０．１％以上添加することが必要である。しかし、高価な元素であり、また、３．５％を超えて添加しても制振性を向上させる効果は飽和するため、上限を３．５％とする。
Ｎは制振性を低下させる元素であり、低いほど好ましく、上限を０．００６％とする。
【００１２】
さらに、必要に応じて添加されるＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂは強度上昇に有効な元素であり、その効果が不足しない範囲の量を下限とし、制振性が低下しない範囲の量を上限とした。従って、Ｃｕ：０．０５％〜２．５％、Ｎｉ：０．０５％〜２．５％、Ｍｏ：０．０５％〜４．５％、Ｎｂ：０．００５％〜０．２％、Ｖ：０．００５％〜０．２％、Ｔｉ：０．００５％〜０．１％、Ｂ：０．０００３％〜０．００５％、の範囲とした。
【００１３】
さらに、必要に応じて添加されるＣａ、ＲＥＭ、Ｍｇは電縫部の加工性向上に有効な元素であり、その効果が不足しない範囲の量を下限とし、制振性が低下しない範囲の量を上限とした。従って、Ｃａ：０．００１％〜０．０５％、Ｍｇ：０．００１％〜０．０５％、ＲＥＭ：０．００１％〜０．１％、の範囲とした。
【００１４】
さらに、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌについては式（１）の範囲内の添加量であれば電縫部の加工性は良好である。
２×ｍａｓｓ％Ｓｉ＋ｍａｓｓ％Ａｌ＋ｍａｓｓ％Ｃｒ≦７．５・・・（式１）
従って、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉの添加量は前述した範囲に加えて、式（１）を満たす範囲とする。
【００１５】
次に製造条件であるが、圧延仕上げ温度は、高い制振性を得るためには８５０℃以下であることが望ましいが、熱間圧延時に破断する危険があるため、圧延仕上げ温度は８５０℃を超えることが必要である。圧延仕上げ温度が９５０℃を超えるためには加熱温度を極めて高く設定する必要があり、生産性を阻害するため、上限を９５０℃とする。
【００１６】
本発明の電縫鋼管に用いる鋼は熱間圧延仕上げ温度を８５０℃超で圧延した後、電縫鋼管とすること、あるいはさらに引き抜き加工によって歪を加えることで、焼鈍後に高い制振性が得られる。引き抜きを施さない場合、指標εを式２のように定義し、引き抜きを施す場合、指標εを式３のように定義する。
ε＝ｔ／Ｄ０ ×１００（％）・・・（式２）
ここで、ｔは電縫鋼管の板厚、Ｄ０ は電縫鋼管の外径である。
ε＝（Ｄ０ −Ｄ１ ）／Ｄ０ ×１００（％）・・・（式３）
ここで、Ｄ０ は引き抜き前の電縫鋼管の外径、Ｄ１ は引き抜き加工後の外径である。
このとき、εは１％未満では効果がなく、８０％を超えると制振性は低下するため、εは１％〜８０％とする。
【００１７】
焼鈍温度は６００℃未満では歪が十分に解放されず、制振性が得られない。また、９５０℃を超えて焼鈍すると好ましい集合組織が得られず、やはり制振性は低下する。従って、焼鈍温度は６００℃以上、９５０℃以下とする。
【００１８】
本発明の電縫鋼管は、主に配管として使用するため、表面に耐食性皮膜を施すことができる。耐食性皮膜としては、例えば、Ａｌ系のめっき（Ａｌめっき、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金めっきなど）やＺｎ系のめっき（Ｚｎめっき、Ｚｎ−Ｆｅ合金めっき、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき、Ｚｎ−Ｍｇ合金めっき、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ合金めっき、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ合金めっき、Ｚｎ−Ｔｉ合金めっき、Ｚｎ−Ｃｒ合金めっき）など、自動車、家電、建材等の分野で一般的に使用されているものを用いることができる。めっきの手段は、本発明に何ら影響するものではなく、溶融めっき、電気めっき、気相めっきなど、通常使用されている手段を用いることができ、めっき性を改善するために、これらのめっきの前に先立ち、プレめっきやフラックス処理などのめっき前処理を施すことができる。さらに、これら耐食性皮膜の上に、塗装性、溶接性、潤滑性等を改善する目的で、必要に応じて、各種の電気めっきやクロメート処理、潤滑性処理、リン酸塩処理、樹脂塗布処理、溶接性向上処理等を施すことができる。耐食性皮膜は鋼板に施してから電縫鋼管としてもよいし、電縫鋼管とした後に施してもよい。
【００１９】
【実施例】
表１に示す成分組成の鋼を作製し、表２に示す製造条件で熱延鋼板を製造した。この熱延鋼板をφ７５ｍｍの電縫鋼管に造管した。この鋼管を熱処理し、長さ３００ｍｍ、幅３０ｍｍの試験片を切り出し、機械インピーダンス法により損失係数ηを測定した結果を表２に示す。また、この鋼管の管端に頂角６０度の円錐状の工具を破断または座屈するまで押し込み、そのときのもっとも押し広げられた管端の直径Ｄを素管直径Ｄ０ （７５ｍｍ）で除した値を拡管率として表２に合わせて示す。表２に示す鋼のうち、Ａ１からＡ１０は本発明例であり、Ｂ１〜Ｂ８は比較例である。
【００２０】
Ａ１〜Ａ１０の本発明例は、本発明の成分範囲の合金で、本発明の製造方法範囲の製造であり、制振性を示す損失係数η＝０．０１７〜０．０２９と高い制振性を有し、拡管率Ｄ／Ｄ０ ＝１．５〜１．６と優れた拡管率を示す。なお、これらは全て座屈して拡管限界を迎えており、破断していない。
比較例Ｂ１〜Ｂ５は式（１）を満たしておらず本発明の成分範囲外の合金であり、拡管率が低い。これらはいずれも電縫部から破断した。比較例Ｂ６およびＢ７は造管後の焼鈍温度が本発明の製造範囲外であり、損失係数ηが低い。比較例Ｂ８は圧延仕上げ温度の狙い値が低かったため、熱間圧延途中で破断したため、造管以降の評価を行うことができなかった。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
【発明の効果】
本発明により、配管などの電縫部の加工性が要求される用途に対して制振性を有する鋼管を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電縫部押し広げ試験にて、素管直径の１．３倍まで管端を押し広げたときに割れを生じない化学組成範囲を示す図である。
【図２】歪に相当する簡易的な指標εと損失係数ηとの関係を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水管、あるいは自動車排気管など、制振性を要求される電縫鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平７−２４１６１８号公報
【特許文献２】特許第２７３７５７７号公報
【特許文献３】特開平１０−１４０２３６号公報
【０００３】
排水管、あるいは排気管などでは内部流体によって生じる音を抑制するため、鋼管自体に制振性が要求されることがある。通常、これらの配管は直管のまま用いられることは少なく、曲げあるいは管端部を拡管して使用される。電縫管は生産性が高いため、多くの配管に用いられているが、特に管端部を拡管加工される場合などでは、電縫溶接部の加工性限界が問題となる。
【０００４】
一方で、配管自体に制振性を持たせる方法として、数多くの事例が考案されている。これらは主に次の二つに分けられる。一つは、例えば特開平７−２４１６１８などに示されるように、管を二重にして内管と外管の間に生じる摩擦でエネルギーを吸収し、制振性を得るものである。もう一つは、例えば特許２７３７５７７や特開平１０−１４０２３６などに示されるように、制振性が得られる合金を用いるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の場合、内管と外管の隙間を制御するため、電縫鋼管の利点である生産性の高さを阻害してしまい、結果としてコストが高くなってしまう。また、後者では、特許２７３７５７７の場合、電縫溶接部の加工性が考慮されておらず、配管のごく一部にしか適用できないため、配管全体の制振性を向上できずに、用途が極めて限定されてしまう。あるいは特開平１０−１４０２３６の場合、圧延仕上温度が８５０℃以下に設定されているが、制振性を得るためにＣｒ、Ａｌ、Ｓｉを添加した合金では圧延温度を低くすると熱間圧延中に破断しやすいことから、熱延鋼帯を得ることが困難であった。さらに、特開平１０−１４０２３６には、鋼管等としても製造可能であるとの記載があるが、電縫溶接部の加工性を考慮した成分になっていないため管端部の加工性が低く、用途が限定される場合が多かった。本発明では、制振性を有し、電縫溶接部の加工に優れた電縫鋼管およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）質量％で、
Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１％〜３．５％、Ｍｎ：０．０１％〜２．５％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．１〜３．５％以下、Ａｌ：０．０２％〜１．５％以下、Ｎ：０．００６％以下を含有し、以下に示す式１を満足し、
２×ｍａｓｓ％Ｓｉ＋ｍａｓｓ％Ａｌ＋ｍａｓｓ％Ｃｒ≦７．５・・・（式１）
残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる電縫鋼管。
（２）（１）記載の合金に、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．０５％〜２．５％、Ｎｉ：０．０５％〜２．５％、Ｍｏ：０．０５％〜４．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、を１種または２種以上含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる電縫鋼管。
（３）（１）または（２）記載の合金に、さらに、質量％で、Ｃａ：０．００１〜０．０５％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．１％を１種または２種以上含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる電縫鋼管。
（４）（１）〜（３）に記載の化学組成を有する鋼を８５０℃を超える圧延仕上温度で熱間圧延した後、電縫鋼管として造管後、６００〜９５０℃で焼き鈍し熱処理したことを特徴とする制振性を有する電縫鋼管の製造方法。
（５）（１）〜（３）に記載の化学組成を有する鋼を８５０℃を超える圧延仕上温度で熱間圧延した後、式２で与えられる指標εを１％〜８０％になるように電縫鋼管として、６００〜９５０℃で焼き鈍し熱処理したことを特徴とする制振性を有する電縫鋼管の製造方法。
ε＝ｔ／Ｄ×１００（％）・・・（式２）
ここで、ｔは電縫鋼管の板厚、Ｄは電縫鋼管の外径である。
（６）（１）〜（３）に記載の化学組成を有する鋼を８５０℃を超える圧延仕上温度で熱間圧延した後、電縫鋼管としてから、式３で与えられる指標εを１％〜８０％になるように引き抜き加工を施し、６００〜９５０℃で焼き鈍し熱処理したことを特徴とする制振性を有する電縫鋼管の製造方法。
ε＝（Ｄ０ −Ｄ１ ）／Ｄ０ ×１００（％）・・・（式３）
ここで、Ｄ１ は引き抜き加工後の電縫鋼管の外径、Ｄ０ は引き抜き加工前の電縫鋼管の外径である。
（７）表面に耐食性皮膜を施した、（１）または（２）または（３）に記載の電縫鋼管。
【０００７】
【発明の実施の形態】
配管として適切な強度を有し、安定した制振性を得るためには、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌを複合添加することが有効である。しかし、これらを添加した鋼を電縫鋼管として製造した場合、電縫部の結晶粒が粗大になり、また、Ｓｉの酸化物やＡｌの酸化物あるいは窒化物を生成して、電縫部の加工性を阻害することがわかった。さらに、電縫部の拡管加工と成分との関係を検討した結果、Ｃｒが、ＳｉとＡｌの添加限界を低下させることを見いだした。図１は管端部を押し広げ試験し、管端を素管直径の１．３倍まで押し広げたときに割れを生じていないものを電縫部の加工性が良好なものとした図である。図１に示すように、Ｃｒ添加量を増すと電縫部の加工性が良好な電縫鋼管が得られるＳｉ、Ａｌの添加上限は低下する。拡管破断後の破面を分析した結果、主にＡｌあるいはＳｉを主体とした化合物が検出され、Ｃｒは母材成分に近い量が検出されるにとどまった。すなわち、Ｃｒはそれ自体が直接的に電縫部の加工性を低下させるのではなく、ＳｉあるいはＡｌの酸化物や窒化物の割れ感受性を高めることによって電縫部の加工性を低下させていると考えられる。従って、図１からわかる通り、
２×ｍａｓｓ％Ｓｉ＋ｍａｓｓ％Ａｌ＋ｍａｓｓ％Ｃｒ≦７．５・・・（式１）
とすることが必要である。
【０００８】
また、これらを複合添加した鋼を熱延鋼板として製造する場合、仕上温度が８５０℃以下になると極めて破断しやすいことがわかった。これは、Ｓｉ、Ｃｒ、ＡｌといったＡｃ３ 点を上昇させる成分を添加することによって、圧延中にα相が生成し、高温強度が低いα相から破断するためである。このため、熱延鋼板を安定して製造するためには圧延仕上温度を８５０℃超とすることが必要である。
【０００９】
圧延仕上げ温度が８５０℃超で製造した熱延鋼板は、そのまま焼鈍しても十分な制振性は得られない。しかし、電縫鋼管に造管後焼鈍すると十分な制振性が得られることを本発明者らは見いだした。これは、常温で加えられた歪が焼鈍による再結晶を促し、制振性の高い集合組織が得られたためである。図２はＦｅ−１．３％Ｓｉ−０．２％Ａｌ−１．５％Ｃｒ鋼を仕上げ温度９００℃で板厚１．４〜３．２ｍｍに圧延し、酸洗した後、電縫鋼管として造管し、さらに、一部には引き抜き加工を施すことによって歪を加えた後、焼き鈍しを施してから損失係数ηを調査した結果である。なお、ここでは厳密な歪に代わる簡便な指標として指標εを次のように定義した。引き抜き加工を施さない場合、板厚をｔ、電縫鋼管の外径をＤ０ として、
ε＝ｔ／Ｄ０ ×１００（％）・・・（式２）
引き抜き加工を施した場合、引き抜き加工後の電縫鋼管の外径をＤ１ 、引き抜き加工前の電縫鋼管の外径をＤ０ として、
ε＝（Ｄ０ −Ｄ１ ）／Ｄ０ ×１００（％）・・・（式３）
【００１０】
また、図２には、熱延鋼板をそのまま焼き鈍した結果を０％としてプロットした。図２から明らかなように、εが１〜８０％の場合、制振性を示す損失係数ηは０．０１を超えるが、それ以上のεでは逆に損失係数ηは低下する。これは歪が小さいと再結晶に必要な駆動力が小さく、歪が大きいと歪解放が不十分になるか、あるいは適切な集合組織が得られないためである。
【００１１】
次に本発明の限定理由を説明する。
Ｃは、制振性を低下させるため、低いほど好ましく、上限を０．０２％とする。
Ｓｉは制振性を得るために必須であり、０．１％以上添加する。しかし、３．５％超添加しても、制振性はむしろ低下し、コストアップとなるため、上限を３．５％とする。
Ｍｎは固溶強化元素であり制振性向上に効果はないが、強度上昇には必要で、０．０１％以上添加する。しかし、２．５％を超えて添加すると制振性の低下が起きるため、上限を２．５％とする。
Ｐ、Ｓは鋼中において非金属介在物を形成し、かつ、偏析する事により制振性を低下させるので少ない程良い。このため、Ｐは０．０１％以下、Ｓは０．００５％以下とする。
Ａｌは、制振性を向上させるのに重要な元素であり、最低０．０２％以上添加する必要がある。しかし、１．５％を超えて添加すると電縫溶接部をＡｌの酸化物が覆い、造管が困難となるため、上限を１．５％に制限する。
ＣｒはＡｌ、Ｓｉとともに複合添加することで制振性を向上させ、また、配管用途で重要な耐食性を向上させるため、０．１％以上添加することが必要である。しかし、高価な元素であり、また、３．５％を超えて添加しても制振性を向上させる効果は飽和するため、上限を３．５％とする。
Ｎは制振性を低下させる元素であり、低いほど好ましく、上限を０．００６％とする。
【００１２】
さらに、必要に応じて添加されるＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂは強度上昇に有効な元素であり、その効果が不足しない範囲の量を下限とし、制振性が低下しない範囲の量を上限とした。従って、Ｃｕ：０．０５％〜２．５％、Ｎｉ：０．０５％〜２．５％、Ｍｏ：０．０５％〜４．５％、Ｎｂ：０．００５％〜０．２％、Ｖ：０．００５％〜０．２％、Ｔｉ：０．００５％〜０．１％、Ｂ：０．０００３％〜０．００５％、の範囲とした。
【００１３】
さらに、必要に応じて添加されるＣａ、ＲＥＭ、Ｍｇは電縫部の加工性向上に有効な元素であり、その効果が不足しない範囲の量を下限とし、制振性が低下しない範囲の量を上限とした。従って、Ｃａ：０．００１％〜０．０５％、Ｍｇ：０．００１％〜０．０５％、ＲＥＭ：０．００１％〜０．１％、の範囲とした。
【００１４】
さらに、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌについては式（１）の範囲内の添加量であれば電縫部の加工性は良好である。
２×ｍａｓｓ％Ｓｉ＋ｍａｓｓ％Ａｌ＋ｍａｓｓ％Ｃｒ≦７．５・・・（式１）
従って、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉの添加量は前述した範囲に加えて、式（１）を満たす範囲とする。
【００１５】
次に製造条件であるが、圧延仕上げ温度は、高い制振性を得るためには８５０℃以下であることが望ましいが、熱間圧延時に破断する危険があるため、圧延仕上げ温度は８５０℃を超えることが必要である。圧延仕上げ温度が９５０℃を超えるためには加熱温度を極めて高く設定する必要があり、生産性を阻害するため、上限を９５０℃とする。
【００１６】
本発明の電縫鋼管に用いる鋼は熱間圧延仕上げ温度を８５０℃超で圧延した後、電縫鋼管とすること、あるいはさらに引き抜き加工によって歪を加えることで、焼鈍後に高い制振性が得られる。引き抜きを施さない場合、指標εを式２のように定義し、引き抜きを施す場合、指標εを式３のように定義する。
ε＝ｔ／Ｄ０ ×１００（％）・・・（式２）
ここで、ｔは電縫鋼管の板厚、Ｄ０ は電縫鋼管の外径である。
ε＝（Ｄ０ −Ｄ１ ）／Ｄ０ ×１００（％）・・・（式３）
ここで、Ｄ０ は引き抜き前の電縫鋼管の外径、Ｄ１ は引き抜き加工後の外径である。
このとき、εは１％未満では効果がなく、８０％を超えると制振性は低下するため、εは１％〜８０％とする。
【００１７】
焼鈍温度は６００℃未満では歪が十分に解放されず、制振性が得られない。また、９５０℃を超えて焼鈍すると好ましい集合組織が得られず、やはり制振性は低下する。従って、焼鈍温度は６００℃以上、９５０℃以下とする。
【００１８】
本発明の電縫鋼管は、主に配管として使用するため、表面に耐食性皮膜を施すことができる。耐食性皮膜としては、例えば、Ａｌ系のめっき（Ａｌめっき、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金めっきなど）やＺｎ系のめっき（Ｚｎめっき、Ｚｎ−Ｆｅ合金めっき、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき、Ｚｎ−Ｍｇ合金めっき、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ合金めっき、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ合金めっき、Ｚｎ−Ｔｉ合金めっき、Ｚｎ−Ｃｒ合金めっき）など、自動車、家電、建材等の分野で一般的に使用されているものを用いることができる。めっきの手段は、本発明に何ら影響するものではなく、溶融めっき、電気めっき、気相めっきなど、通常使用されている手段を用いることができ、めっき性を改善するために、これらのめっきの前に先立ち、プレめっきやフラックス処理などのめっき前処理を施すことができる。さらに、これら耐食性皮膜の上に、塗装性、溶接性、潤滑性等を改善する目的で、必要に応じて、各種の電気めっきやクロメート処理、潤滑性処理、リン酸塩処理、樹脂塗布処理、溶接性向上処理等を施すことができる。耐食性皮膜は鋼板に施してから電縫鋼管としてもよいし、電縫鋼管とした後に施してもよい。
【００１９】
【実施例】
表１に示す成分組成の鋼を作製し、表２に示す製造条件で熱延鋼板を製造した。この熱延鋼板をφ７５ｍｍの電縫鋼管に造管した。この鋼管を熱処理し、長さ３００ｍｍ、幅３０ｍｍの試験片を切り出し、機械インピーダンス法により損失係数ηを測定した結果を表２に示す。また、この鋼管の管端に頂角６０度の円錐状の工具を破断または座屈するまで押し込み、そのときのもっとも押し広げられた管端の直径Ｄを素管直径Ｄ０ （７５ｍｍ）で除した値を拡管率として表２に合わせて示す。表２に示す鋼のうち、Ａ１からＡ１０は本発明例であり、Ｂ１〜Ｂ８は比較例である。
【００２０】
Ａ１〜Ａ１０の本発明例は、本発明の成分範囲の合金で、本発明の製造方法範囲の製造であり、制振性を示す損失係数η＝０．０１７〜０．０２９と高い制振性を有し、拡管率Ｄ／Ｄ０ ＝１．５〜１．６と優れた拡管率を示す。なお、これらは全て座屈して拡管限界を迎えており、破断していない。
比較例Ｂ１〜Ｂ５は式（１）を満たしておらず本発明の成分範囲外の合金であり、拡管率が低い。これらはいずれも電縫部から破断した。比較例Ｂ６およびＢ７は造管後の焼鈍温度が本発明の製造範囲外であり、損失係数ηが低い。比較例Ｂ８は圧延仕上げ温度の狙い値が低かったため、熱間圧延途中で破断したため、造管以降の評価を行うことができなかった。
【００２１】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明により、配管などの電縫部の加工性が要求される用途に対して制振性を有する鋼管を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電縫部押し広げ試験にて、素管直径の１．３倍まで管端を押し広げたときに割れを生じない化学組成範囲を示す図である。
【図２】歪に相当する簡易的な指標εと損失係数ηとの関係を示す図である。
Claims (7)
- 質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１％〜３．５％、Ｍｎ：０．０１％〜２．５％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．１〜３．５％以下、Ａｌ：０．０２％〜１．５％以下、Ｎ：０．００６％以下を含有し、以下に示す式１を満足し、
２×ｍａｓｓ％Ｓｉ＋ｍａｓｓ％Ａｌ＋ｍａｓｓ％Ｃｒ≦７．５・・・（式１）残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる電縫鋼管。 - 請求項１に記載の合金に、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．０５％〜２．５％、Ｎｉ：０．０５％〜２．５％、Ｍｏ：０．０５％〜４．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、を１種または２種以上含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる電縫鋼管。
- 請求項１または２に記載の合金に、さらに、質量％で、Ｃａ：０．００１〜０．０５％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．１％を１種または２種以上含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる電縫鋼管。
- 請求項１〜３に記載の化学組成を有する鋼を８５０℃を超える圧延仕上温度で熱間圧延した後、電縫鋼管として造管後、６００〜９５０℃で焼き鈍し熱処理したことを特徴とする制振性を有する電縫鋼管の製造方法。
- 請求項１〜３に記載の化学組成を有する鋼を８５０℃を超える圧延仕上温度で熱間圧延した後、式２で与えられる指標εを１％〜８０％になるように電縫鋼管として、６００〜９５０℃で焼き鈍し熱処理したことを特徴とする制振性を有する電縫鋼管の製造方法。
ε＝ｔ／Ｄ０ ×１００（％）・・・（式２）
ここで、ｔは電縫鋼管の板厚、Ｄ０ は電縫鋼管の外径である。 - 請求項１〜３に記載の化学組成を有する鋼を８５０℃を超える圧延仕上温度で熱間圧延した後、電縫鋼管としてから、式３で与えられる指標εを１％〜８０％になるように引き抜き加工を施し、６００〜９５０℃で焼き鈍し熱処理したことを特徴とする制振性を有する電縫鋼管の製造方法。
ε＝（Ｄ０ −Ｄ１ ）／Ｄ０ ×１００（％）・・・（式３）
ここで、Ｄ１ は引き抜き加工後の電縫鋼管の外径、Ｄ０ は引き抜き加工前の電縫鋼管の外径である。 - 表面に耐食性皮膜を施した、請求項１または２または３に記載の電縫鋼管。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011129062A1 (ja) * | 2010-04-14 | 2011-10-20 | 株式会社豊田自動織機 | 加工性に優れた鉄合金およびそれを用いた制振部材 |
| CN110681716A (zh) * | 2019-09-18 | 2020-01-14 | 东莞市竹菱铜业有限公司 | 一种铍青铜管制备方法 |
| JP2021123781A (ja) * | 2020-02-07 | 2021-08-30 | 日鉄めっき鋼管株式会社 | 電縫鋼管の溶接ビード切削部の補修方法、及び電縫鋼管の製造方法 |
| CN114072296A (zh) * | 2019-07-08 | 2022-02-18 | 日本发条株式会社 | 稳定器及稳定器的制造方法 |
-
2003
- 2003-03-27 JP JP2003087513A patent/JP2004292897A/ja not_active Withdrawn
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