JP3384170B2 - 耐摩耗性に優れた電縫鋼管用熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

耐摩耗性に優れた電縫鋼管用熱延鋼板の製造方法

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JP3384170B2 JP03405495A JP3405495A JP3384170B2 JP 3384170 B2 JP3384170 B2 JP 3384170B2 JP 03405495 A JP03405495 A JP 03405495A JP 3405495 A JP3405495 A JP 3405495A JP 3384170 B2 JP3384170 B2 JP 3384170B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、耐摩耗性に優れる電
縫鋼管用素材として好適な熱延鋼板の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】都市におけるごみ輸送や鉱山における鉱
石スラリー等のスラリー状物質等の硬質物を含む物質の
輸送管として電縫鋼管が使用されている。この用途に使
用される電縫鋼管には優れた耐摩耗性が要求される。鋼
を高硬度にすると耐摩耗性が向上することが知られてい
る。高硬度とするためにCはじめ多量の合金元素を含む
鋼を焼き入れ処理して鋼板を製造する場合が多い。しか
し、このような耐摩耗鋼板は、高硬度であるため加工性
が劣りまた炭素当量が必然的に高くなり溶接性も劣るた
め、電縫鋼管用の素材としては不適切である。
【0003】また、比較的低い炭素当量の鋼を用いて圧
延熱処理により高硬度化し、耐摩耗性を向上させた技術
が、特公昭56−14127号公報、特開昭57−89
426号公報、特開昭61−76615号公報などに開
示されている。しかし、これらの技術によるものは、溶
接性が改善されているものの加工性が依然として劣って
おり、溶接鋼管用素材として適しているとはいえない。
【0004】また、管内面を耐摩耗性のある高硬度の組
織とし、内面以外の部位に変形性能をもたせた技術があ
る。例えば、特公昭61−3374号公報には、製管後
に管全体を加熱後、管内面のみを焼き入れる技術、特開
平3−267315号公報には、素材鋼板を熱間圧延に
より製造する段階で、管内面となる片面のみを焼き入れ
る技術が開示されている。しかし、これらの技術による
ものは、硬化層の厚さが薄いため硬化層が摩耗により減
少するような環境では、長期間使用できないという問題
点がある。
【0005】即ち、上記に開示される技術によるものは
耐摩耗性、加工性が両立せず、耐摩耗性が要求される用
途に使用される電縫鋼管用の素材としては不適当であっ
た。
【0006】これらの問題点を改善した技術として、特
開平6−17188号公報に開示される技術がある。こ
の技術は鋼材組織を、軟質な地組織中に硬質の組織を分
散した複合組織とすることにより、耐摩耗性と加工性を
両立させたものである。具体的にはフェライトあるいは
ベイナイトなどの地組織中に面積分率で5%以上の島状
マルテンサイトを分散させることにより、地組織により
加工性、分散した島状マルテンサイトにより耐摩耗性を
確保することによって、加工性と耐摩耗性を両立させて
いる。同時にその製造方法として鋼材を再加熱後冷却す
ることによりフェライトあるいはベイナイトなどの地組
織中に前記した島状マルテンサイトを分散させる技術を
開示している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記技術に開
示されている鋼材の製造方法は、鋼材の再加熱による方
法であるので製造コスト的に必ずしも安価とはいえな
い。本発明はかかる事情を鑑みてなされたものであり、
熱間圧延に引続いて直ちに熱処理することによって前記
の耐摩耗性に優れる鋼材を安価に得ることができる製造
方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の問題
点を改善するために熱間圧延条件について鋭意検討し
た。その結果、圧延仕上温度、冷却条件、巻取り温度を
適正な範囲に規定することにより、フェライトあるいは
ベイナイトなどの地組織中に面積分率で5%以上の島状
マルテンサイトを含む第2相を分散した組織を得ること
ができるのみならず、さらにこの第2相の硬度をHv3
50以上にすることにより、より安定した耐摩耗性が得
られることを知見した。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、その特徴とする構成は次のと
おりである。
【0009】(1)wt%で、C:0.05〜0.20
%、Si:0.50〜2.00%、Mn:0.50〜
2.50%を含有する鋼を圧延仕上温度800℃以上で
熱間仕上圧延を行い、引続き、冷却速度10℃/秒以
上、かつ、〔圧延仕上温度(℃)〕+5×〔冷却速度
(℃/秒)〕≧950を満たす条件で冷却を行った後、
巻取温度350℃以下で巻取る電縫鋼管用熱延鋼板の製
造方法。
【0010】(2)wt%で、C:0.05〜0.20
%、Si:0.50〜2.00%、Mn:0.50〜
2.50%、さらにCu:0.05〜1.00%、N
i:0.05〜2.00%、Cr:0.05〜0.5
%、Mo:0.05〜0.5%、Nb:0.005〜
0.10%、V:0.005〜0.10%、Ti:0.
005〜0.10%、B:3〜20ppmの内から選ば
れた一種以上を含有する鋼を圧延仕上温度800℃以上
で熱間仕上圧延を行い、引続き、冷却速度10℃/秒以
上、かつ、〔圧延仕上温度(℃)〕+5×〔冷却速度
(℃/秒)〕≧950を満たす条件で冷却を行った後、
巻取温度350℃以下で巻取る電縫鋼管用熱延鋼板の製
造方法。
【0011】
【作用】以下、本発明について説明する。
【0012】本発明者らは、熱間圧延に引続いて直ちに
熱処理することによってフェライトあるいはベイナイト
などの地組織中に面積分率で5%以上の島状マルテンサ
イトを含む第2相を分散した組織を得ることができる熱
延条件について検討した。また、熱間圧延後に鋼板がコ
イル状に巻取られるため、所定の面積分率の島状マルテ
ンサイトが生成しても、生成した島状マルテンサイトの
硬度が焼き戻りにより低下し、これが耐摩耗性のバラツ
キの原因となることが懸念されたが、熱処理条件を規定
することにより第2相硬度をより高くすることができれ
ば耐摩耗性の安定化に寄与できるのではないかと考え
て、熱処理条件と第2相硬度との関係、第2相硬度と耐
摩耗性との関係についても検討した。
【0013】表1のA鋼の組成の鋼を準備し、誘導加熱
で1250℃に加熱後、熱間加工シュミレータを用いて
5パス圧延により厚さ4.2mmに圧延後、強制冷却に
より冷却して熱延鋼板を作成した。この熱延鋼板につい
て、島状マルテンサイトの面積分率および第2相硬度を
調査した。製造条件および調査結果を表2に示す。硬度
は超マイクロビッカース硬度計を用い、荷重1gで測定
した。マルテンサイトの面積分率は鋼板組織のSEM写
真から求めた。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】さらに、表1のA鋼の組成の鋼を用いて種
々の熱間圧延条件で、面積分率で5%以上の島状マルテ
ンサイトを分散した組織の熱延鋼板について、第2相硬
度と耐摩耗性との関係を調査した。調査結果を図2に示
す。耐摩耗性は供試材の摩耗減量をSS400試験片の
摩耗減量で除した値で表してある。この図から、第2相
硬度が高くなると耐摩耗性が向上し、Hv350以上の
場合に耐摩耗鋼として実用的な耐摩耗減量比0.7以下
の性能が得られることがわかった。
【0017】これらの調査結果から、熱間仕上圧延の圧
延仕上温度を800℃以上、冷却速度を10℃/秒以
上、かつ、〔圧延仕上温度(℃)〕+5×〔冷却速度
(℃/秒)〕≧950を満たす条件で冷却を行い、巻取
温度を450℃以下とすることにより、面積分率で5%
以上の島状マルテンサイトを分散し、かつ硬度がHv3
50以上の第2相を得ることができることがわかった。
【0018】この条件範囲で面積分率で5%以上の島状
マルテンサイトが生成され、また、第2相硬度がHv3
50以上になるのは以下の理由によるものと考えられ
る。
【0019】第2相に島状マルテンサイトを生成するに
は、圧延終了後にオーステナイトの焼き入れ性が確保さ
れた温度から、第2相にパーライトあるいはベイナイト
の生成を極力防止するため、強制冷却を施す必要があ
る。これによって、地組織がフェライトあるいはベイナ
イトとなり、この地組織中に形成された第2相に島状マ
ルテンサイトを生成することができる。
【0020】圧延仕上温度が900℃以上の場合、オー
ステナイトの焼き入れ性が十分に確保されているので面
積分率で5%以上の島状のマルテンサイトを確実に形成
することができる。圧延仕上温度が900℃を下回る場
合、オーステナイトの焼き入れ性が十分に確保されてい
るとはいえない。このため、圧延仕上温度が900℃を
下回る場合、面積分率で5%以上の島状マルテンサイト
を生成するためには、〔圧延仕上温度(℃)〕+5×
〔冷却速度(℃/秒)〕≧950を満たすようなより加
速した冷却を行うことが必要である。圧延仕上温度が8
00℃を下回る場合、オーステナイトの焼き入れ性が不
十分で、耐摩耗性に寄与しないパーライトか生成され、
島状マルテンサイトは生成されない。また、冷却速度を
10℃/秒以上とすることにより、第2相硬度がHv3
50以上となっている。冷却速度を10/秒以上とする
ことにより、第2相中に生成するマルテンサイトが冷却
中の焼き戻り、軟化することが防止され、その結果、第
2相の高硬度化につながったと考えられる。
【0021】図1の直線(a)、(b)、(c)で囲ま
れる斜線領域は、本発明の圧延仕上温度と冷却条件の適
切な範囲を示す。図で、直線(a)は、圧延仕上温度=
800℃、直線(b)は、冷却速度=10℃/秒、直線
(c)は、圧延仕上温度(℃)+5×冷却速度(℃/
秒)=950の式を表す。
【0022】巻取温度は450℃以下、より好ましくは
350℃以下とする必要がある。仕上圧延温度と冷却条
件が前記の範囲内にあっても、巻取温度が450℃を超
えると、初析フェライト生成後の残部オーステナイトか
ら、優れた耐摩耗性を発揮するのに必要な5%以上の面
積分率の島状マルテンサイトを生成することができな
い。また、第2相中に生成するマルテンサイトの焼き戻
りのため、第2相硬度をHvで350以上とすることが
できない。巻取温度を350℃以下とすることにより、
島状マルテンサイトの面積分率、第2相硬度をより高め
ることができる。
【0023】つぎに本発明の限定理由について説明す
る。鋼板の組織を、フェライトあるいはベイナイトなど
の地組織に面積分率で5%以上のマルテンサイトを分散
し、かつ第2相硬度がHv350以上の組織とするため
に、鋼中に基本成分として下記の範囲のC、Si、Mn
を含有することが不可欠である。
【0024】C:含有量を0.05〜0.20%とする
必要がある。高い耐摩耗性を得るために不可欠な島状マ
ルテンサイトを生成させるために必須の成分である。含
有量が0.05%未満では、面積分率で5%以上の島状
マルテンサイトを生成することができない。また、その
量が0.20%を超えると溶接性が劣化する。
【0025】Si:含有量を0.50〜2.00%とす
る必要がある。オーステナイトの焼き入れ性を向上し、
島状マルテンサイトを生成するための必須の成分であ
る。熱間圧延時にCの第2相への濃縮を助長し、第2相
にパーライトの生成を防ぎ、ベイナイトの生成を遅らせ
る作用がある。0.50%未満では、面積分率で5%以
上の島状マルテンサイトを生成することができない。ま
た、その量が2.00%を超えると溶接性が劣化する。
【0026】Mn:含有量を0.50〜2.00%とす
る必要がある。オーステナイトの焼き入れ性を上げて、
島状マルテンサイトを生成させるための必須の成分であ
る。0.50%未満では焼き入れ効果が小さく、面積分
率で5%以上の島状マルテンサイトを生成できない。ま
た、その量が2.50%を超えると溶接性が劣化する。
【0027】本発明では、耐摩耗性を向上するために、
前記した基本成分に加えてさらに以下の成分元素から選
ばれた1種以上を鋼中に含有することができる。
【0028】Cu:0.05〜1.00%、Ni:0.
05〜2.00%、Cr:0.05〜0.5%、Mo:
0.05〜0.5%、Nb:0.005〜0.10%、
V:0.005〜0.10%、Ti:0.005〜0.
10%、B:3〜20ppm
【0029】前記の成分元素を含有することにより、熱
間圧延に際して、オーステナイトの焼き入れ性が向上
し、島状マルテンサイトの面積分率が上がることに加え
て固溶強化、析出強化により、地組織および第2相の硬
度を上昇し、耐摩耗性の向上に寄与する。
【0030】各成分元素の限定理由については、各成分
の含有量が下限未満では、島状マルテンサイトの面積分
率の向上あるいは固溶強化、析出強化による地組織およ
び第2相の硬度上昇による耐摩耗性の向上への効果を発
揮せず、また、上限を超えると溶接性が劣化することに
よる。
【0031】上記成分を含有する鋼を常法によって溶
製、鋳造してスラブとした後、熱間圧延する。熱間圧延
は冷スラブを再加熱後、鋳造後の熱スラブを軽い再加熱
後に行ってもよい。熱間粗圧延を行わない場合であって
もよい。
【0032】前記のスラブを用いて熱間圧延を行い、引
続き冷却後巻取る。本発明では、地組織中に生成される
島状マルテンサイトの面積分率を5%以上かつ第2相硬
度をHvで350以上とするためには、熱間圧延に際し
て、圧延仕上温度、冷却速度、巻取温度を規定の範囲に
することが必要である。
【0033】圧延仕上温度は800℃以上とすることが
必要である。この温度を下回るとオーステナイトの焼き
入れ性が低下し、面積分率で5%以上の島状マルテンサ
イトを生成することができない。
【0034】圧延終了後、引続き冷却を行う。冷却速度
は10℃/秒以上の加速冷却とする必要がある。冷却速
度がこの温度を下回ると、生成されたマルテンサイトが
焼き戻り第2相硬度がHv350を下回る。
【0035】また、圧延仕上温度が900℃を下回る場
合にはオーステナイトの焼き入れ性が必ずしも十分とは
いえないので、面積分率で5%以上の島状マルテンサイ
トを生成するためには、〔圧延仕上温度(℃)〕+5×
〔冷却速度(℃/秒)〕≧950を満たす条件でより加
速冷却とする必要がある。
【0036】巻取温度は450℃以下、より好ましくは
350℃以下とする必要がある。前記範囲の仕上圧延温
度による熱間圧延と、これに引き続いての加速冷却を行
っても、巻取温度が450℃を超えると、初析フェライ
ト生成後の残部オーステナイトから、優れた耐摩耗性を
発揮するのに必要な5%以上の面積分率の島状マルテン
サイトを生成することができない。また、第2相中のマ
ルテンサイトの焼き戻りのため、第2相硬度をHvで3
50以上とすることができない。巻取温度を350℃以
下とすることにより、島状マルテンサイトの面積分率
第2相硬度をより高めることができる。
【0037】
【実施例】表1に示す組成のA鋼〜S鋼を準備し、表3
に示す条件で制御圧延を行い熱延鋼板を得た。この熱延
鋼板について耐摩耗性の評価をした。本発明例によるも
のは、耐摩耗鋼として実用的な摩耗減量比0.7以下
下回る0.60以下の性能が得られているが、比較例で
はこの値が0.65以上である。
【0038】
【表3】
【0039】
【発明の効果】本発明によれば、耐摩耗性に優れる電縫
鋼管素材として好適な熱延鋼板を安価に製造することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における圧延仕上温度と冷却速度の適正
範囲を示す図。
【図2】第2相硬度と耐摩耗性との関係を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 9/46 C21D 8/02 C21D 8/10 C22C 38/00 301 C22C 38/04 C22C 38/58

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 wt%で、C:0.05〜0.20%、
    Si:0.50〜2.00%、Mn:0.50〜2.5
    0%を含有する鋼を圧延仕上温度800℃以上で熱間仕
    上圧延を行い、引続き冷却速度10℃/秒以上、かつ、
    〔圧延仕上温度(℃)〕+5×〔冷却速度(℃/秒)〕
    ≧950を満たす条件で冷却を行った後、巻取温度35
    ℃以下で巻取ることを特徴とする耐摩耗性に優れた電
    縫鋼管用熱延鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 wt%で、C:0.05〜0.20%、
    Si:0.50〜2.00%、Mn:0.50〜2.5
    0%、さらにCu:0.05〜1.00%、Ni:0.
    05〜2.00%、Cr:0.05〜0.5%、Mo:
    0.05〜0.5%、Nb:0.005〜0.10%、
    V:0.005〜0.10%、Ti:0.005〜0.
    10%、B:3〜20ppmの内から選ばれた一種以上
    を含有する鋼を圧延仕上温度800℃以上で熱間仕上圧
    延を行い、引続き、冷却速度10℃/秒以上、かつ、
    〔圧延仕上温度(℃)〕+5×〔冷却速度(℃/秒)〕
    ≧950を満たす条件で冷却を行った後、巻取温度35
    ℃以下で巻取ることを特徴とする耐摩耗性に優れた電
    縫鋼管用熱延鋼板の製造方法。
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