JPH05202447A - シリンダ用非調質高張力継目無鋼管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】重量割合で、Ｃを０．２０〜０．４５％、Ｓｉ
を０．１０〜０．６０％、Ｍｎを１．３０〜１．８０
％、Ｐを０．０４０％以下、Ｓを０．０４０％以下、Ａ
ｌを０．００５〜０．０５％、Ｃｒを０．１０〜０．５
０％、Ｖを０．０５〜０．２０％、Ｔｉを０．００５〜
０．０２０％、Ｎを０．００５〜０．０１０％、Ｎｂを
０．０１０％以下、Ｃｕを０．２５％以下、Ｍｏを０．
３０％以下を含有し、Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｃｕ
／５＋Ｎｉ／４０＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４で表される炭素
当量（Ｃeq) が０．６５以下であり、残部がＦｅおよび
不可避的不純物からなるシリンダ用非調質高張力継目無
鋼管。 【効果】熱間圧延のままの非調質状態で高強度、高延性
を有し、また加工性溶接性も優れており、熱処理の困難
な長尺なものに適したシリンダ用非調質高張力継目無鋼
管が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油圧等により作動するシ
リンダ用鋼管に関し、特に、熱間加工ままの非調節状態
で使用する熱処理の困難な長尺なものに適したシリンダ
用非調質高張力継目無鋼管に関する。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】土木建設
機械等に使用される油圧機器のシリンダ用鋼管として
は、従来炭素鋼に調質処理を施した鋼管が多用されてい
る。しかし、調質処理において全長、全円周にわたって
同質のものを得ることは必ずしも容易でなく、また曲り
の発生防止にも細心の注意を必要とする。

【０００３】調質鋼管の場合には、これに加えて製作工
期が長くなること、コスト高になることも問題であり、
さらに切削性も劣るため、近年の機器の大型化に伴うス
トロークの長いシリンダ用として必要な長尺材には不向
きで、新しい材料の開発が待たれているのが現状であ
る。

【０００４】また、このような不都合が生じない非調質
高強度熱間加工鋼管としては、５５kg級がＪＩＳに規定
されているが、シリンダ用の鋼管としては特性が不十分
である。

【０００５】なお、非調質高強度熱間加工鋼材が、特開
昭５５−１３８０５６、５６−３８４４８、６１−２３
５５４１に開示されているが、いずれも鋼管についての
ものではなく、強度、延性のレベルの異なる鋼に関する
ものである。

【０００６】この発明はかかる事情に鑑みてなされたも
のであって、熱間圧延のままの非調質状態で高強度、高
延性を有し、また加工性、溶接性も優れており、熱処理
の困難な長尺なものに適したシリンダ用非調質高張力継
目無鋼管を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、上
記課題を解決するために、重量割合で、Ｃを０．２０〜
０．４５％、Ｓｉを０．１０〜０．６０％、Ｍｎを１．
３０〜１．８０％、Ｐを０．０４０％以下、Ｓを０．０
４０％以下、Ａｌを０．００５〜０．０５％、Ｃｒを
０．１０〜０．５０％、Ｖを０．０５〜０．２０％、Ｔ
ｉを０．００５〜０．０２０％、Ｎを０．００５〜０．
０１０％、Ｎｂを０．０１０％以下、Ｃｕを０．２５％
以下、Ｍｏを０．３０％以下を含有し、Ｃ＋Ｍｎ／６＋
Ｓｉ／２４＋Ｃｕ／５＋Ｎｉ／４０＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１
４で表される炭素当量（Ｃeq) が０．６５以下であり、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴と
するシリンダ用非調質高張力継目無鋼管を提供するもの
である。以下に本発明を詳細に説明する。

【０００８】焼入れ、焼もどし処理は強度が高く、微細
な組織を生成させ、また炭化物の微細分散を可能にする
ため鋼に高い靭性を付与するに好ましい熱処理である。
しかし、上記のように相当に困難な処理であり、特に長
尺材の処理を行う場合には問題が多い。

【０００９】一方、熱間圧延のままで使用する非調質鋼
管は、加工仕上り温度が高いこと、加工度が必ずしも大
きくとれないこと、及び冷却速度の制限があることか
ら、組織が粗大となり、強度および靭性を共に確保する
ことが困難である。

【００１０】そこで本願発明者らがこのような非調質熱
間圧延鋼管の欠点を克服すべく種々の検討を行った結
果、添加成分及び鋼の組成を適切に調節すればよいこと
を見出した。

【００１１】すなわち、本発明者らはＶの析出硬化作用
およびＭｎ，Ｃｒのマトリックス強化作用およびＡｌ，
Ｔｉ，Ｎの適当量の添加による強化・高靭性化作用を併
せて利用することにより、調質材と同等以上の強度を有
し、しかも高靭性化を達成できることを見出し本発明を
完成させるに至ったのである。

【００１２】本発明における合金設計上のもっとも大き
い特徴はＶ添加である。Ｖの添加により、高温から冷却
中に、マトリックスと整合性のあるＶ炭化物の微細分散
が起こり、強度が増加する。しかし、添加量が多くなる
と強度はそれに応じて増加はするが靭性は劣化する。そ
こでＶの添加量を靭性に悪影響を与えない範囲に制限
し、Ｍｎ，Ｃｒ等で強度を補うことにした。特にＭｎは
その下限を１．３０％、望ましくは１．５０％と高くし
ている。ＣｒはＭｎの効果を補助する元素であり、ベイ
ナイトを増加させ、強化する作用を持つため、０．５０
％を限度に０．１％以上（０．２％程度）添加してい
る。なおＮ，Ａｌ，Ｔｉも若干の強化作用を持っている
がこれらの添加の主目的はオーステナイト結晶粒の微細
化による高靭性化作用である。この微細化作用は熱間加
工温度が高く、加工度が比較的低い大径、肉厚の鋼管に
おいては特に重要である。

【００１３】なお、本発明の目標とする特性は、鋼管に
おいて降伏点５００Ｎ／mm² 以上、引張強さ６５０Ｎ／
mm² 以上、伸び２０％以上、望ましくは３０％以上（長
手方向ＪＩ４号試験片）、２０℃におけるＶノッチシャ
ルピー衝撃値３０Ｊ以上、望ましくは５０Ｊ％を確保す
ることにある。次に各成分の限定理由について説明す
る。なお、以下の説明において％表示はいずれも重量％
を示す。

【００１４】Ｃは強度を確保するために必要な元素であ
る。しかし、その量が０．２０％未満であるとその効果
が得られず、一方０．４５％を超えると硬度が高くなり
すぎ、また靭性も下がり、また溶接性も劣化して予熱が
必要となる。従ってＣの量を０．２０〜０．４５％の範
囲内に規定する。また３０％の伸びを確保するためには
Ｃの上限０．３５％にする必要があり、好ましいＣの範
囲は０．２０〜０．３５％である。

【００１５】Ｓｉは製鋼時の脱酸剤として必要であり、
また強度確保のためにも必要な元素である。しかし、そ
の量が０．１０％未満ではその効果が得られず、一方
０．６０％を超えると靭性劣化をもたらす。このため、
Ｓｉの量を０．１０〜０．６０％の範囲内に規定する。

【００１６】ＭｎはＶとともに本発明の主要強化元素で
ある。しかし、その量が１．３０％未満では強度が不十
分となり、一方、１．８０％を超えると靭性が劣化す
る。従って、Ｍｎの量を１．３０〜１．８０％の範囲内
に規定する。Ｃ量との関係もあるが、十分な強度を得る
観点からはＭｎは１．５０％以上であることが好まし
い。

【００１７】Ｐ，Ｓは共に鋼を脆化させる元素であるた
め、これらの量をいずれも０．０４０％以下に規定す
る。靭性を確保する観点からは、いずれも０．０２０％
以下にすることが好ましい。

【００１８】Ｃｒはマトリックスを強化させる元素であ
る。しかし、その量が０．１０％未満ではその効果が十
分ではなく、一方その効果は０．５０％程度で飽和する
傾向にある。従って、Ｃｒの量を０．１０〜０．５０％
の範囲内に規定する。Ｃｒの通常の添加量は０．２０％
程度である。

【００１９】Ａｌは脱酸剤であるが、鋼中でＮと結合し
てＡｌＮとなり、結晶粒を微細化する作用を有する。し
かし、その量が０．００５％より少ない場合はこの効果
は期待できず、また０．０５０％を超えて添加するとか
えって靭性の劣化をまねく。従って、Ａｌの量を０．０
０５〜０．０５０％の範囲内に規定する。

【００２０】ＴｉはＡｌと同様ＴｉＮとして析出しオー
ステナイト結晶粒を微細化する作用を持つ。これにより
靭性が向上し、強度が増加する。その効果は０．００３
％より認められ、０．０２０％で飽和する傾向がある。
従って、Ｔｉの量を０．００３〜０．０２０％の範囲内
に規定する。

【００２１】ＮはＡｌ，Ｔｉと共存して上記の結晶粒を
微細化する作用を有する。しかし、その量が０．００５
０％より少ない場合はその効果が明らかでなく、一方
０．０１０％を超えると機械的特性が劣化する。このた
めＮの量を０．００５０〜０．０１０％の範囲内に規定
する。Ａｌ，Ｔｉ，Ｎの量を上述の範囲内に保つことに
より、鋼管のオーステナイト結晶粒度番号をＮｏ．６．
５以上の細粒にすることができる。

【００２２】Ｖは上述したように強度、靭性を確保する
ための主要元素である。しかし、その量が０．０５％以
下では強度確保が困難であり、また０．２０％を超える
と靭性も劣化する。従って、Ｖの量を０．０５〜０．２
０％の範囲内に規定する。

【００２３】なお、Ｎｂ，Ｃｕ，Ｍｏはいずれも不純物
元素であるが、各々０．０１０％以下、０．２５％以
下、０．３０％以下の含有が許容される。これらを過度
に添加する場合、Ｎｂは靭性に有害であり、Ｍｏは溶接
性に有害であり、Ｃｕは熱間加工性に有害であるため、
これらの元素の量を上記の範囲内に制限する。また、Ｎ
ｉも不純物元素として通常０．１５％程度を上限として
含有されるが、Ｎｉがこの量を超えて含有されても、特
性上悪影響を与えることはない。以上に示した成分の限
定に加えて、溶接性を良好に保つ観点から、以下の式
（各元素は重量％）で与えられる炭素当量Ｃeqを０．６
５以下に制限する。 Ｃeq＝ Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｃｕ／５＋Ｎｉ／４０＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４

【００２４】

【実施例】表１に示す番号１〜５の成分・組成を有する
鋼を溶製してビレットを製作後、マンネスマン穿孔、マ
ントレルミル圧延又はプラグミル圧延により外径３２
３．８mm、肉厚１８．５mmの鋼管を製造した。なお、こ
の番号１〜５はこの発明の範囲内の実施例である。表１
中、番号６〜１１はこの発明の範囲から外れる比較例で
あり、鋼管及び鋼管の圧延の場合と同様の加工熱履歴を
与えた板材とした（番号６，７，８についてのみ、実施
例と同様の条件で鋼管を製作し、後述する表４では番号
６´，７´，８´とした）。なお、番号３の鋼について
は表２に示すサイズの鋼管も製造した（番号３１〜３
３）。また、番号３の鋼について、表３に示すように種
々の加工熱履歴を与えた板を作製した（番号３Ａ〜３
Ｄ）。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】なお、比較例の番号６の鋼はＣ，Ｃｒが下
限を、番号７の鋼はＣが上限を、番号８の鋼はＳｉ，Ｍ
ｎ，Ｎｂが上限を、番号９の鋼はＡｌ及びＶが上限を、
番号１０の鋼はＳｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｎ，Ｖ及びＴｉが下
限をＰ，Ｓ，Ｎｂが上限を、番号１１の鋼はＳｉ，Ｍｎ
が下限をＣｒ，Ｎ，Ｃｕ，Ｔｉ，及びＭｏが上限を夫々
満足していない。さらに、番号７，８，１１は炭素当量
Ｃeqが０．６５を超えている。

【００２９】鋼管はいずれもビレットを１２００℃以上
に加熱した後に、上述したようにマンネスマン穿孔、プ
ラグミル又はマントレルミル圧延により製造した。加工
仕上り温度は１０００℃程度であり、オーステナイト結
晶粒度に大きな影響を与える１１００〜１０００℃の間
の加工度は約３．０とした。

【００３０】番号３Ａ〜３Ｄの板は番号３の組成の鋼を
１２００℃に加熱して、冷却し１１００℃、１１５０℃
になった時点で圧延を開始した。加工度は２．０〜３．
０とした。比較例の番号６〜１１の板はいずれも１２０
０℃加熱、１１００℃圧延開始（１０００℃終了）加工
度３．０である。表４に機械的性質を示す。機械的性質
としては、降伏点、引張強さ、伸び、２０℃におけるＶ
ノッチシャルピー衝撃値を評価した。

【００３１】

【表４】

【００３２】番号１〜３、３１〜３３、４、５の鋼管は
いずれも先の目標を満足した良好な結果が得られること
が確認された。比較例の番号６〜１１のうち、番号６，
６´は強度が不足し、番号７〜１１，７´は靭性が不足
していることが確認された。番号３Ａ〜３Ｄは板の結果
であるが、オーステナイト粒度Ｎｏの小さい３Ａ，３
Ｂ、３Ｄは靭性が低くなる傾向にあることが確認され
た。

【００３３】なお、シリンダ用継目無鋼管はシリンダに
加工後、通常配管等の溶接を行うため、番号１〜５，６
´〜８´の鋼管について溶接試験を行った。その結果、
番号１〜５，６´では割れのない溶接が達成されたが、
番号７´，８´では割れが発生した。

【００３４】

【発明の効果】この発明によれば、熱間圧延のままの非
調質状態で高強度、高延性を有し、また加工性溶接性も
優れており、熱処理の困難な長尺なものに適したシリン
ダ用非調質高張力継目無鋼管が提供される。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃを０．２０〜０．４５％、
   Ｓｉを０．１０〜０．６０％、Ｍｎを１．３０〜１．８
   ０％、Ｐを０．０４０％以下、Ｓを０．０４０％以下、
   Ａｌを０．００５〜０．０５％、Ｃｒを０．１０〜０．
   ５０％、Ｖを０．０５〜０．２０％、Ｔｉを０．００５
   〜０．０２０％、Ｎを０．００５〜０．０１０％、Ｎｂ
   を０．０１０％以下、Ｃｕを０．２５％以下、Ｍｏを
   ０．３０％以下を含有し、Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋
   Ｃｕ／５＋Ｎｉ／４０＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４で表される
   炭素当量（Ｃeq) が０．６５以下であり、残部がＦｅお
   よび不可避的不純物からなることを特徴とするシリンダ
   用非調質高張力継目無鋼管。
2. 【請求項２】 重量割合で、Ｃを０．２０〜０．３５％
   としたことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ用非
   調質高張力継目無鋼管。
3. 【請求項３】 オーステナイト結晶粒度番号を６．５以
   上としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のシリ
   ンダ用非調質高張力継目無鋼管。