JPH05230594A - 電縫鋼管製造用低合金高張力鋼 - Google Patents

電縫鋼管製造用低合金高張力鋼

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JPH05230594A
JPH05230594A JP3501992A JP3501992A JPH05230594A JP H05230594 A JPH05230594 A JP H05230594A JP 3501992 A JP3501992 A JP 3501992A JP 3501992 A JP3501992 A JP 3501992A JP H05230594 A JPH05230594 A JP H05230594A
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JP
Japan
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toughness
resistance welded
low alloy
less
tensile strength
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JP3501992A
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Takeshi Ichinose
威 一ノ瀬
Hideji Okaguchi
秀治 岡口
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 合金設計の自由度の大きい電縫鋼管の製造に
適する鋼組成を開発する。 【構成】 C:0.01 〜0.07%、P:0.005%以下、S:
0.003%以下であって、 C+2S+0.4P+0.01(Si+Mn)-Nb≦0.07(wt%) ・・
・・・ または、 C+2S+0.4P+0.01(Si+Mn)-(Nb+Ti+0.5Zr+0.2V)≦0.07(wt
%) ・・・ を満足する鋼組成とする。 【効果】 式、を満足するかぎりSi:0.6%以下、M
n:0.5〜1.8 %、Nb:0.01〜0.1 %の範囲内で配合を大き
く変えても溶接部での性能低下は少ない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電縫鋼管製造用の低合
金高張力鋼に関する。さらに詳述すれば、溶接部靱性の
優れた、特にTs=55kgf/mm2 以上の高強度を有すると共
に、溶接まま、あるいは溶接接合部熱処理を行っても、
良好な溶接部靱性を有し、母材と溶接部の性能差が小さ
い電縫鋼管製造用高張力低合金鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電縫鋼管のめざましい性能向上に
伴い、ラインパイプ、油井管あるいは建築物等の構造用
材料に対しても電縫鋼管が使用されるようになってきて
おり、その使用量も著しい伸びを見せている。しかし、
それに伴って、構造用材料として用いる場合には、単な
る高強度化、高靱性化だけでなく、安全性、構造物設計
の容易さ、等の観点から、溶接接合部での性能劣化の小
さい、全周に渡って均一な性能を持つ電縫鋼管が要求さ
れるようになってきている。
【0003】他方で前記構造材には益々の高強度化・高
靱性化に加えて、安全性、一層の低コスト化、等の観点
から、全周に渡って均一な性能を持つ電縫鋼管が要求さ
れるようになってきている。しかしながら、このような
構造材を望む場合、電縫鋼管には次のような問題点が指
摘された。
【0004】すなわち、電縫鋼管はその溶接部の衝合面
では、幅100 μm 以下の合金成分減少 (以下脱合金と呼
ぶ) 領域が生じ、この部分では、C、Si、Mn、Niといっ
た、実用的に使用される主だった合金成分について、含
有量の減少の起こることが知られている。このことは、
昇温による組織の粗大化、酸化物の残存等とあいまっ
て、接合部での強度・靱性を悪化させている。
【0005】これらの問題点に対して、靱性改善のみを
目的とした接合部の後熱処理による組織制御 (特開昭59
−35629 号公報、同63−206425号公報) 、非酸化ガスに
よる遮蔽、等により改善が試みられている。しかし、上
記何れの方法においても、性能差の根本原因である、溶
接部における脱合金化には対策が為されていないため、
溶接部と母材の性能差が大きくなるのは避けられない。
しかも、残念ながらこれまで、通常の電縫溶接におい
て、この脱合金化を素材の改良を通して制御しようとし
た試みはない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、接合部と母
材部分との性能差が非常に小さく、電縫溶接部靱性に優
れ、溶接部を含む、鋼管全周に渡って均一な性能を持つ
電縫溶接製品の製造を可能ならしめる、電縫鋼管製造用
低合金高張力鋼を提供することを目的とする。本発明の
より具体的な目的は、引張強さ55kgf/mm2 以上、接合部
の硬さ低下がHvで10以下であり、接合部と母材との強度
差 (ΔTs) が3kgf/mm2 以下、かつ、シャルピー試験片
の破面遷移温度の差 (ΔvTs)が20℃以下である、電縫鋼
管製造用低合金高張力鋼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】前述したような、熱処理
や酸化の抑制手段を用いれば、電縫溶接部の靱性を向上
させることはできるが、合金成分の減少を抑制しない限
り、性能の向上には自ずと限界が生ずる。本発明者らは
多くの実験結果から次のように知見を得た。
【0008】1)電縫接合部でのSi、Mn等の強靱化に必
要な元素の減少が、S、C、Pの存在によって大きく促
進されること、 2)Si、Mnも弱いながら脱合金に対する影響を持つこ
と、更に 3)NbおよびTi、V、Zr等の合金元素は脱合金によって
生じる、局部的軟化および靱性低下を補う働きがあるこ
と、 4) これら元素の脱合金に対する寄与は、適当な係数を
かけることによってC量に換算することができ、これを
0.07以下に抑えれば、脱合金領域でのHvの低下を10以下
に抑え、接合部の強度・靱性低下を抑制することが可能
であること である。
【0009】そのような観点から、本発明者らは、合金
成分の含有量について、後述する式、に示す不等式
によって、成分全体に対して総合的に制限を設けること
により、各個に対していたずらに厳しい制限を課すので
はなく、成分設計上の自由度を出来る限り維持しつつ、
電縫溶接部での性能低下を抑制し、溶接部と母材部分を
含んだ全体の性能を均一ならしめることができることを
知り、本発明を完成した。
【0010】ここに、本発明の要旨とするところは、重
量割合にて、 C:0.01 〜0.07%、 Si:0.6%以下、 Mn:0.5〜1.8 %、 P:0.005%以下、 S:0.003%以下、 sol.Al:0.06 %以下、 Nb:0.01 〜0.1 %、 N:0.01 %以下 を含み、同時に C+2S+0.4P+0.01(Si+Mn)-Nb≦0.07(wt%) ・・・・・・ を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物より成る、母
材と電縫溶接部の性能差が小さいことを特徴とする、電
縫鋼管製造用低合金高張力鋼である。
【0011】本発明の別の態様によれば、さらに V:0.01 〜0.2 %、 Ti:0.005〜0.1 %、および Zr:
0.01 〜0.1 % のうち1種以上を含み、同時に C+2S+0.4P+0.01(Si+Mn)-(Nb+Ti+0.5Zr+0.2V)≦0.07(wt%) ・・・・・ を満足するように鋼組成を構成してもよい。また、さら
に Cu≦1.0 %、 Cr ≦1.0 %、 Mo≦0.5 %、およびNi≦
3.0 % のうちの1種以上をさらに含んでいてもよい。
【0012】このように、本発明によれば、式、を
満足する限り、溶接部付近での脱合金化は防止できるか
ら、その条件の下で合金組成を大幅に変えることがで
き、またSi、Mn量が従来より少なくても所定の強さを確
保できる。
【0013】
【作用】次に、本発明において鋼組成を上述のように限
定した理由を以下説明する。まず、不等式、におい
て、左辺第1〜4項は、C、S、P、Mn、Siの脱合金に
与える影響をC量に換算したものである。また、Nb、T
i、Zr、Vは添加すると溶接部付近での脱合金化による
強度・靱性低下を緩和する効果を持つが、本発明ではこ
の点にも注目し、−Nbもしくは−(Nb+Ti+0.5Zr+0.2V)と
して評価式に組み入れた。
【0014】式およびにおいて、0.07%以下に制限
するのは、接合部衝合面での局部的なHvの低下を10以下
に抑え、局所的軟化に起因する靱性低下を抑制するため
である。以下、各元素について、その組成割合の限定理
由を述べる。
【0015】C:Cは鋼の強度確保に重要な成分である
が、他の合金成分の接合部での減少を促進する効果を持
ち、また、自身接合部では減少を起こす。脱合金領域の
幅が、高々100 μm 程度であるため、Cの減少について
はシーム熱処理でかなり改善されるが、他の、Si、Mn、
Ni等の拡散速度の小さい合金成分については全く改善さ
れない。そこで、成分設計に当たっては、Si、Mn、Ni、
等の脱合金抑制を優先して、C成分値を低く抑える必要
がある。脱合金制御の観点からすれば、C成分値は低け
れば低いほど良いが、0.01%以下では必要な強度を得ら
れず、また、0.07%を越えると急激に合金成分減少幅が
大きくなり、好ましくない。これらのことから、C含有
量は0.01〜0.07%と定めた。
【0016】Si:Siは鋼の脱酸に有効な元素であるが、
0.6 %を越えて含有する場合には、溶接部およびHAZ 部
での靱性が劣化する上に、溶接欠陥も発生し易くなる。
ゆえに、0.6 %を上限とする。
【0017】Mn:Mnは靱性確保のために重要で、最低限
0.5 %は添加しなければ、必要な強度・靱性を確保でき
ない。しかし、1.8 %を越えて含有させた場合は、靱性
が低下する上に溶接性も劣化する。このため、Mn含有量
は0.5 〜1.8 %と定めた。
【0018】P、S:P、Sは、凝固偏析を引き起こ
し、また、粒界強度を弱めるため、従来から低減する努
力が為されてきたが、本発明者らは、上述の如く、P、
Sの存在が、電縫溶接接合部における、Si、Mn、等の合
金元素の減少を促進し、接合部の局所的軟化を引き起こ
すことを見い出した。そこで、接合部の性能確保のため
に、従来よりも含有量の限定を厳しくする必要があると
の結論に達し、P≦0.005 %、S≦0.003 %と定めた。
【0019】sol.Al:Alは鋼の脱酸並びに結晶粒微細化
に有効な元素であるが、sol.Al量で0.06%を越えて含有
させると溶接性に悪影響を及ぼすようになることから、
Al含有量はsol.Al量で0.06%以下と定めた。
【0020】Nb:Nbは結晶粒微細化効果を通じて母材靱
性を向上させる。特に溶接部では、析出が促進されるた
め、接合部での軟化を緩和させ、局部的軟化による応力
集中の結果としての靱性の低下を抑制する効果を持つ。
このため、Nbは本発明にあって、0.01%以上含有させ
る。しかし、0.1 %を越えて含有させると、かえって靱
性を低下させてしまう。そのため、Nb含有量は、0.01〜
0.1 %とした。
【0021】N:Nは0.01%以下に制限するが、特に母
材および溶接部の靱性を悪化させる上、溶接性の低下に
も関与する傾向があるため、上限を0.005 %に抑えるの
が望ましい。
【0022】V、Ti、Zr:V、Ti、ZrはNbと同様の効果
を持つが、その効果はNbに比べれば小さく、Nbと組み合
わせて使用される。これらの元素においても、過剰に含
有させると靱性を悪化させてしまう。このため、V:0.0
1 〜0.2 %、Ti:0.005〜0.1 %、Zr:0.01〜0.1 %の制
限を設けた。
【0023】Cu、Cr、Mo、およびNi これらの成分は、何れも電縫鋼管の強度、靱性、耐食性
を改善する作用を有するので、必要に応じて、Cu≦1.0
%、 Cr ≦1.0 %、 Mo≦0.5 %、およびNi≦3.0 %の
うち1種以上が含有せしめられる。
【0024】1) Cr、Mo この2つの成分は、鋼管の強度および耐食性を向上させ
る作用を有するが、Crで1.0 %、Moで0.5 %を越えて含
有させた場合、溶接性および靱性の劣化を招くため、Cr
≦1.0 %、Mo≦0.5 %の制限を定めた。
【0025】2) Cu Cuの添加により、鋼管の強度および耐食性を向上させる
ことができるが、1.0%を越えて含有させた場合、素材
スラブに熱間割れが発生し易くなるため、1.0%を上限
と定めた。
【0026】3) Ni Niは母材の靱性を高める非常に有効な元素であるが、過
剰な添加はかえって靱性の低下をもたらすため、3.0 %
を上限と定めた。
【0027】本発明にかかる低合金高張力鋼から電縫鋼
管を製造するには、上述のように調製した鋼組成を有す
る鋼帯を連続的に円筒状のオープンパイプに成形し、そ
の両エッジを接触させて電気抵抗溶接することにより、
母材と溶接部との性能差が小さく、靱性に優れた電縫鋼
管が得られる。次に、本発明を実施例によってさらに具
体的に説明する。
【0028】
【実施例】表1に示される化学成分組成の鋼を用い、慣
用法に従って外径508 mm、肉厚9.1 mmの電縫鋼管を造管
した。続いてその溶接部を1000℃まで加熱して焼準し、
空冷したものを製品とした。なお、TS=55〜70kgf/m
m2 、YP=40〜60kgf/mm2 、伸び=25〜30%であった。
【0029】このように製造された電縫鋼管製品につ
き、その溶接部と非溶接部 (母材) の双方から1/2 サイ
ズのVノッチシャルピー(C方向) を切り出し、−50℃で
の吸収エネルギーを調査し比較した。また、溶接部と母
材部分の両方でビッカース試験(荷重1kg) 、Tsの測定
を行った。これらの結果を表1に示す。
【0030】表1の結果から明らかなように、本発明に
従って製造した電縫鋼管は、溶接部分での強度・靱性の
劣化が少なく、均質な性能を保持している。また、図1
および図2は、ΔTs (=接合部強度−母材強度) 、ΔvT
s(=接合部vTs −母材vTs)について、評価式、との
関係をまとめたものである。これらからも、0.07%以下
という評価式、の臨界性が明らかである。
【0031】
【表1】
【0032】
【発明の効果】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、溶接部での局部的脱合金化が小さく、接合部と母材
との間の性能差の小さな高張力低合金電縫鋼管を生産す
ることが可能になる。このため、同一の製品強度・靱性
を得るために、要求される素材強度・靱性が従来よりも
小さくなり、そのため設計の自由度も広がり産業上極め
て有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の結果を式で整理して示すグラフであ
る。
【図2】実施例の結果を式で整理して示すグラフであ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量割合にて C:0.01 〜0.07%、 Si:0.6%以下、 Mn:0.5〜1.8 %、 P:0.005%以下、 S:0.003%以下、 sol.Al:0.06 %以下、 Nb:0.01 〜0.1 %、 N:0.01 %以下 を含み、同時に C+2S+0.4P+0.01(Si+Mn)-Nb≦0.07(wt%) ・・・・・・ を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物より成る、母
    材と電縫溶接部の性能差が小さいことを特徴とする、電
    縫鋼管製造用低合金高張力鋼。
  2. 【請求項2】 重量割合にて、さらに V:0.01 〜0.2 %、 Ti:0.005〜0.1 %、および Zr:
    0.01 〜0.1 % のうち1種以上を含み、同時に C+2S+0.4P+0.01(Si+Mn)-(Nb+Ti+0.5Zr+0.2V)≦0.07(wt%) ・・・・・ を満足する、請求項1記載の電縫鋼管製造用低合金高張
    力鋼。
  3. 【請求項3】 重量割合にて、さらに Cu≦1.0 %、 Cr ≦1.0 %、 Mo≦0.5 %、およびNi≦
    3.0 % のうちの1種以上を含むことを特徴とする、請求項1ま
    たは2記載の電縫鋼管製造用低合金高張力鋼。
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