JP3307164B2 - 耐水素遅れ割れ特性に優れた超高張力電縫鋼管の製造方法 - Google Patents

耐水素遅れ割れ特性に優れた超高張力電縫鋼管の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車インパクトビーム
など、構造用超高張力電縫鋼管の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】これまで、超高張力鋼管に関しては、特
開平1-205032号、特開平4-131327号、特開平4-187319
号、特開平6-57375 号、特開平6-88129 号、特開平6-17
9913号の各公報に開示されたような方法が提案されてい
る。これらの技術は、いずれも所定の化学成分を有する
鋼を引張強度980N/mm2 以上の高張力鋼帯とした
後、電縫溶接し高強度電縫鋼管を得る方法である。
【0003】
【解決しようとする課題】上記特開平1-205032号、特開
平4-131327号、特開平4-187319号、特開平6-57375 号、
特開平6-88129 号、特開平6-179913号の各公報などに示
された方法は、造管に伴い残留歪みが存在するため、そ
の実用に際しては水素遅れ割れに対する配慮が必要であ
る。
【0004】しかし、これまでに示された方法では、水
素遅れ割れに対する配慮がなされていないか、あるいは
なされていても十分でなく、したがって超高張力鋼管の
需要拡大が制限されている。
【0005】本発明は、水素遅れ割れという従来技術に
おける技術的課題を解決するためになされたものであ
り、引張強度980N/mm2 以上の耐水素遅れ割れ特
性に優れた超高張力電縫鋼管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】本発明者らは、前記目的
を達成するために多くの実験的検討を行った結果、鋼成
分の調整、最適鋼帯熱処理条件及び最適造管条件の選定
(適正化)により耐水素遅れ割れ特性に優れた超高張力
電縫鋼管の製造が可能となる知見を得た。
【0007】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであり、第1に、質量%で、C:0.10〜0.
18%、Si:0.01〜0.5%、Mn:1.0〜
1.9%、Nb:0.005〜0.02%、Al:0.
01〜0.06%、P:0.02%以下、S:0.00
3%以下、N:0.005%以下を含み、残部Fe及び
不可避的不純物である鋼スラブを1150〜1300℃
で均熱した後、このスラブに対してAr3点以上を仕上
温度とする熱間圧延を施し、500〜700℃で巻き取
って熱延鋼帯とし、この熱延鋼帯を酸洗後冷間圧延した
後、連続焼鈍炉で800〜900℃に均熱加熱後急冷
し、さらに150〜250℃で焼戻し処理を行ない、得
られた鋼帯を次式を満たす幅絞り率[Q]で電縫溶接な
らびにサイジングする組織面積分率で100%の焼戻し
マルテンサイト組織または少なくとも80%の焼戻し
ルテンサイト組織とフェライト組織よりなる耐水素遅れ
割れ特性に優れた引張強度980N/mm 2 以上の超高
張力電縫鋼管の製造方法を提供する。
【0008】 1000≦Q/(t/D) 2 ≦3000 但し、 Q%:幅絞り率(=[{スリットコイル幅−π(外径−板厚)}/π(外径−板 厚)]×100) t(mm):板厚 D(mm):外径
【0009】第2に、上記第1の発明において、前記鋼
スラブが、さらに質量%で0.05〜0.50%のCu
を含み、Niが0.10%以下であることを特徴とする
請求項1記載の耐水素遅れ割れ特性に優れた引張強度9
80N/mm 2 以上の超高張力電縫鋼管の製造方法を提
供する。
【0010】
【作用】本発明は、鋼の成分組成、熱間圧延及び連続焼
鈍炉での熱処理条件、造管条件の各製造因子を総て適正
に制御してはじめて達成されるものであり、以下、本発
明について化学成分、熱間圧延条件、連続焼鈍炉での熱
処理条件、造管条件について詳細に説明する。
【0011】(1)化学成分 C: Cは所望のマルテンサイトを生成させ、目標とす
る強度を確保するために必須な元素である。しかし、含
有量が0.10%未満であると目標とする980N/m
2 以上の強度が得られず、一方、含有量が0.18%
を超えると、引張強度が高くなりすぎるか、あるいは焼
戻し時に析出する炭化物サイズが大きくなり、いずれに
せよ耐水素遅れ割れ特性が劣化する。したがってCの含
有量を0.10〜0.18%とする。
【0012】Si: Siは電縫溶接部の健全性を確保
するために添加され、その効果はその含有量が0.01
〜0.5%で発揮されるため、Siの含有量を0.01
〜0.5%とする。
【0013】Mn: Mnは所望のマルテンサイトを生
成させ、目標とする強度を確保するために必須な元素で
ある。しかし、含有量が1.0%未満であると目標とす
る980N/mm2 以上の強度が得られず、一方、含有
量が1.9%を超える耐水素遅れ割れ特性が劣化する。
したがって、Mnの含有量を1.0〜1.9%とする。
【0014】Al: Alは脱酸元素として添加され、
また鋼中の不純物として存在するNをAlNとして固定
し、耐水素遅れ割れ特性に有効に作用する。しかし、そ
の添加効果は0.01%未満では発揮されず、一方0.
06%を超えると介在物の増大により耐水素遅れ割れ特
性が劣化する。したがってAlの含有量を0.01〜
0.06%とする。
【0015】P: Pは耐遅れ破壊特性を劣化させるた
め、0.02%以下に規制することが必要である。 S: Sは介在物として存在し、耐水素遅れ割れ特性を
劣化させるため、0.003%以下に規制することが必
要である。
【0016】N: Nが0.005%を超えて含まれる
と耐水素遅れ割れ特性が低下するため、0.005以下
に規制することが必要がある。 Nb: Nbは連続焼鈍炉における加熱時のオーステナ
イト粒成長を抑制し、マルテンサイト組織を微細化し、
耐水素遅れ割れ特性を向上させる元素である。その添加
効果は0.005%以上で認められ、一方0.02%を
超えて添加しても添加効果が飽和する。したがって、N
bを添加する場合にはその含有量を0.005〜0.0
2とする。
【0017】Cu: Cuは鋼管の腐食の進行を抑制
し、かつ鋼管中への水素の侵入を抑制し、耐水素遅れ割
れ特性を向上させる元素である。その添加効果は0.0
5%以上で認められ、一方0.50%を超えて添加して
も添加効果が飽和する。したがって、Cuを添加する場
合にはその含有量を0.05〜0.50%とする。
【0018】図1にCu添加量と割れ発生限界付加歪み
(Δε)の変化量との関係を示す。この図から、Cu添
加によって割れ発生限界付加歪み(Δε)が増大し、水
素遅れ割れが抑制されることが理解される。
【0019】Ni: Niは鋳造偏析によって局所的な
腐食を助長し、耐水素遅れ割れ特性を低下させるため添
加しないことが望ましい。しかし、熱延時のCu疵を回
避するためにやむなく添加する場合には、含有量を耐水
素遅れ割れ特性の低下が著しくない0.10%以下とす
る。
【0020】図2にNi添加量と割れ発生限界付加歪み
(Δε)の変化量との関係を示す。この図から、Ni添
加によって割れ発生限界付加歪み(Δε)が減少し、水
素遅れ割れが助長されることが理解される。
【0021】(2)熱延条件 a.スラブ加熱温度 スラブ加熱温度はNbを固溶させるために1150℃以
上である必要がある。スラブ加熱温度が1150℃に満
たないと、連続焼鈍炉における加熱時にNbが十分なso
lute drug 効果を発揮しないため、マルテンサイト組織
が微細とはならず、Nb添加による耐水素遅れ割れ特性
の向上効果が得られない。一方、操業性の観点からスラ
ブ加熱温度の上限を1300℃とする。
【0022】b.仕上圧延温度 仕上圧延温度はAr3 点以上である必要がある。仕上圧
延温度がAr3 点以下であると、フェライト変態部での
Nb炭窒化物の歪誘起析出により、連続焼鈍炉における加
熱時にNbが十分なsolute drug 効果を発揮しないた
め、マルテンサイト組織が微細とはならず、Nb添加に
よる耐水素遅れ割れ特性の向上効果が得られない。
【0023】c.巻取温度 巻取温度は500〜700℃とする。巻取温度が700
℃を超えるとNb炭化物が粗大化し、連続焼鈍炉におけ
る加熱時に再固溶せず、十分なsolute drug 効果を発揮
しないため、マルテンサイト組織が微細とはならず、N
b添加による耐水素遅れ割れ特性の向上効果が得られな
い。一方、巻取温度が500℃未満であると熱延鋼帯が
硬質化し、操業上問題となる。
【0024】(3)連続焼鈍炉での熱処理条件 a.加熱温度 連続焼鈍炉における加熱温度は800〜950℃とす
る。800℃未満では急冷後に十分な量のマルテンサイ
ト量が得られず、目標とする強度が得られない。一方、
950℃を越えると加熱時のオーステナイト粒粗大化に
より、微細なマルテンサイト組織が得られず、耐水素遅
れ割れ特性が低下する。
【0025】b.焼戻し熱処理条件 加熱−急冷により得られた組織面積分率で100%の焼
戻しマルテンサイト組織または少なくとも80%の焼戻
マルテンサイト組織とフェライト組織とされた鋼帯
は、150〜250℃の温度範囲で焼戻し処理を行な
う。焼戻し温度150℃未満ではマルテンサイト変態歪
が残存し、造管後の耐水素割れ性が低下する。一方、焼
戻し温度が250℃を超えると、焼戻しに伴い析出する
セメンタイト相が粗大となり、耐遅れ破壊特性が低下す
る。 (4) 電縫溶接−サイジングの造管工程における幅絞りは、鋼
管の耐水素遅れ割れ特性を良好にせしめるための重要な
要件であり、このためには幅絞り率Qを次式で示される
範囲内に制御した上で造管を行なう。
【0026】1000≦Q/(t/ D)2 ≦3000 ただし、 Q(%) :幅絞り率(=[{スリットコイル幅−π( 外径
−板厚)} /π(外径−板厚)]×100 ) t(mm):板厚 D(mm):外径 図3にQ/(t/ D)2 と割れ発生限界付加歪みの関係
を示す。本発明者らは造管条件と耐水素遅れ割れ特性に
関する多くの実験的検討を行った結果、図3に示すよう
に、鋼管の割れ発生限界付加歪みは幅絞り率Qが100
0(t/ D)2〜3000(t/ D)2 の間でピークを
持ち、幅絞り率をこの範囲に制御することで優れた耐水
素遅れ割れ特性を有する鋼管が得られることを見出し
た。この適性幅絞り率は製品( 板厚/ 外径) 比により異
なり、優れた耐水素遅れ割れ特性を有する鋼管を得るた
めには( 板厚/ 外径) 比ごとに異なる幅絞り率をとる必
要がある。
【0027】鋼管の耐水素遅れ割れ特性が、幅絞り率Q
=1000(t/ D)2 〜3000(t/ D)2 の間で
ピークを持つ理由は次のように考えられる。すなわち、
幅絞り率が1000(t/ D)2 に満たない場合には、
鋼管の最大残留歪みが増大し、鋼管の耐水素遅れ割れ特
性が劣化する。逆に、幅絞り率が3000( t/ D)2を越え
る場合には、造管にともない造管圧延集合組織が形成さ
れ、鋼管の耐水素遅れ割れ感受性が高まり鋼管の耐水素
遅れ割れ特性が劣化する。
【0028】以上のような方法によって組織面積分率で
100%の焼戻しマルテンサイト組織または少なくとも
80%の焼戻しマルテンサイト組織とフェライト組織を
形成することにより、耐水素遅れ割れ特性に優れた引張
強度980N/mm2以上の電縫鋼管が製造される。
【0029】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 (実施例1)表1に示す6種の鋼を溶製し、表2に示す
ように本発明で規定した熱延条件、連続焼鈍炉における
熱処理条件、造管条件にて31.8mmφ×1.6mm
tの電縫鋼管に造管した。
【0030】これらの鋼管の引張強度、三点曲げ最大荷
重を測定するとともに、耐水素遅れ割れ試験を実施し
た。三点曲げ試験は押し金具半径=152mm、支持ス
パン=600mmで行った。耐水素遅れ割れ試験は、鋼
管より幅20mmのC−リング試験片を切出し、切出し
前の外径までボルト締めを行い鋼管の残留歪み相当の歪
みを加えた後、さらに以下の数1で示される式で計算さ
れる付加歪み(Δε)を加えて0.1N塩酸中に200 時
間浸漬し割れ発生有無を調べ、割れ発生限界付加歪みを
耐水素遅れ割れ特性の指標とした。結果を表3に示す。
【0031】
【数1】
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】
【表3】
【0035】表3から理解されるように、本発明で規定
する組成を満足する鋼A〜Eは比較鋼Fに比べ、割れ発
生限界歪みが高く、優れた耐水素遅れ割れ特性を示すこ
とが確認された。
【0036】(実施例2)前記した鋼A〜Dを用いて表
4に示すような熱延条件、連続焼鈍炉における熱処理条
件、造管条件、( 板厚/ 外径) 比を種々変化させて電縫
鋼管に造管した。これらの機械特性、耐水素遅れ割れ試
験結果を表5に示す。
【0037】
【表4】
【0038】
【表5】
【0039】表5から理解されるように、熱延条件、連
続焼鈍炉における熱処理条件、造管条件が本発明で規定
した条件を満たしている実施例の電縫鋼管は、引張強度
が980N/mm2 以上でかつ割れ発生限界歪みが高
く、優れた耐水素遅れ割れ特性を有することが確認され
た。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自動車インパクトビームなどに用いられる引張強度98
0N/mm2 以上の耐水素遅れ割れ特性に優れた構造用
超高張力電縫鋼管を、低コストで製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】Cu添加量と割れ発生限界付加歪み変化量との
関係を示す図。
【図2】Ni添加量と割れ発生限界付加歪み変化量との
関係を示す図。
【図3】Q/(t/ D)2 と割れ発生限界付加歪みとの
関係を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−346624(JP,A) 特開 平4−276018(JP,A) 特開 平6−88129(JP,A) 特公 昭63−1370(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/00 - 8/10 C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%で、C:0.10〜0.18%、
    Si:0.01〜0.5%、Mn:1.0〜1.9%、
    Nb:0.005〜0.02%、Al:0.01〜0.
    06%、P:0.02%以下、S:0.003%以下、
    N:0.005%以下を含み、残部Fe及び不可避的不
    純物である鋼スラブを1150〜1300℃で均熱した
    後、このスラブに対してAr3点以上を仕上温度とする
    熱間圧延を施し、500〜700℃で巻き取って熱延鋼
    帯とし、この熱延鋼帯を酸洗後冷間圧延した後、連続焼
    鈍炉で800〜900℃に均熱加熱後急冷し、さらに1
    50〜250℃で焼戻し処理を行ない、得られた鋼帯を
    次式を満たす幅絞り率[Q]で電縫溶接ならびにサイジ
    ングする組織面積分率で100%の焼戻しマルテンサイ
    ト組織または少なくとも80%の焼戻しマルテンサイト
    組織とフェライト組織よりなる耐水素遅れ割れ特性に優
    れた引張強度980N/mm 2 以上の超高張力電縫鋼管
    の製造方法。 1000≦Q/(t/D) 2 ≦3000 但し、 Q%:幅絞り率(=[{スリットコイル幅−π(外径−板厚)}/π(外径−板 厚)]×100) t(mm):板厚 D(mm):外径
  2. 【請求項2】 前記鋼スラブは、さらに質量%で0.0
    5〜0.50%のCuを含み、Niが0.10%以下で
    あることを特徴とする請求項1記載の耐水素遅れ割れ特
    性に優れた引張強度980N/mm 2 以上の超高張力電
    縫鋼管の製造方法。
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