JPH10324946A - 鋼管用高強度非調質鋼 - Google Patents

鋼管用高強度非調質鋼

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JPH10324946A
JPH10324946A JP13719497A JP13719497A JPH10324946A JP H10324946 A JPH10324946 A JP H10324946A JP 13719497 A JP13719497 A JP 13719497A JP 13719497 A JP13719497 A JP 13719497A JP H10324946 A JPH10324946 A JP H10324946A
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JP
Japan
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steel
strength
heat treated
high strength
strength non
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JP13719497A
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English (en)
Inventor
Kazuhide Okawa
和英 大川
Masaki Miyamoto
昌樹 宮本
Takanori Aota
隆則 青田
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Sanyo Special Steel Co Ltd
Komatsu Ltd
Original Assignee
Sanyo Special Steel Co Ltd
Komatsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な強度を有するとともに、靱性および溶
接性を有し、かつ高周波焼入れも可能な鋼管用高強度非
調質鋼を提供する。 【解決手段】 鋼管用高強度非調質鋼を、重量比で、
C:0.35〜0.45%、Si:0.10〜0.80
%、Mn:1.2〜2.0%、S:0.035%以下、
Cr:0.3〜0.8%、V:0.05〜0.30%、
Al:0.01〜0.05%、N:0.008〜0.0
50%を含有し、C+1/7Si+1/5Mn+1/9
Cr+1/2Vで表される炭素当量Ceqが0.83≦C
eq≦0.90であり、JIS点算法に基づく介在物量d
TがdT≦0.12であり、残部がFeおよび不可避不
純物よりなるものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シャフト類もしく
はシリンダ類等に用いられる鋼管用高強度非調質鋼に関
し、より詳しくは焼入れ焼戻し等の調質処理を行わずに
所要の強度,靱性,溶接性等を付与することのできる鋼
管用高強度非調質鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、産業車両もしくは建設機械等に使
用されるシャフト類、シリンダロッド用の継目無鋼管と
して、炭素鋼に調質を施したいわゆる調質鋼が一般的に
用いられている。この調質鋼は、圧延材もしくは荒加工
品を焼入れ焼戻し処理して所要の強度および靱性を付与
した後、必要な部位に高周波焼入れを施して表面硬化層
を形成することにより製造される。
【0003】ところが、このような調質鋼においては、
全長にわたって同質のものを得ることが困難であった
り、熱処理コストがかかるといった不都合があることか
ら、熱間圧延もしくは鍛造後に焼入れ焼戻しなどの熱処
理を行う必要のない非調質鋼がいろいろと提案され、ま
た実用化されている。
【0004】例えば特開平5−202447号公報にお
いては、Vの析出硬化作用とMn,Crのマトリックス
強化作用およびAl,Ti,Nの強化・高靱性作用を利
用して、調質材と同等以上の強度を有するとともに、高
靱性化を達成したシリンダ用非調質高張力継目無鋼管が
提案されている。
【0005】また、特開平4−358025号公報にお
いては、鋼成分および熱間圧延条件を制御することによ
って細粒化組織の靱性の優れたシームレス鋼管の製造方
法が提案され、また特開平8−100214号公報にお
いては、鋼管の内表面を大気放冷し、外表面は水あるい
は気水混合のミストで加速冷却した後、この加速冷却を
中断し外表面も大気放冷することにより、オフラインの
焼入れ焼戻しを省略して所望の強度を得るようにした高
強度シームレス鋼管の製造方法が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
5−202447号公報に記載のものでは、各合金元素
の寄与率を足し合わせて整理した炭素当量(Ceq)に上
限が設けられているために、引張り強度が制限され(8
82N/mm2 以下)、強度の向上を図ることによる更
なる薄肉化(軽量化)への要求に応えることができない
という問題点がある。
【0007】一方、特開平4−358025号公報もし
くは特開平8−100214号公報に記載のものにおい
ては、882N/mm2 以上の引張り強度を得ることが
可能であるが、耐摩耗性,耐かじり性および高疲労強度
を付与するために表面に高周波焼入れを施す場合に、そ
の高周波焼入れとして要求される表面硬さを満足するこ
とができないという問題点がある。ここで、この表面硬
さはC量で決まり、一般的には0.35%以上が必要と
されるものであるが、これら公報のものでは、このC量
の上限が0.30%となっている。
【0008】なお、高周波焼入れにも適用させるため
に、従来例のものにおいてC量を増加させることも考え
られるが、単にC量を増加させるだけでは、靱性および
溶接性が低下して使用に適さなくなってしまう。
【0009】本発明は、このような問題点を解消するこ
とを目的として、十分な強度(引張り強さが882N/
mm2 以上)を有するとともに、靱性および溶接性を有
し、かつ高周波焼入れも可能な鋼管用高強度非調質鋼を
提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段および作用・効果】前記目
的を達成するために、本発明による鋼管用高強度非調質
鋼は、重量比で、C:0.35〜0.45%、Si:
0.10〜0.80%、Mn:1.2〜2.0%、S:
0.035%以下、Cr:0.3〜0.8%、V:0.
05〜0.30%、Al:0.01〜0.05%、N:
0.008〜0.050%を含有し、C+1/7Si+
1/5Mn+1/9Cr+1/2Vで表される炭素当量
eqが0.83≦Ceq≦0.90であり、JIS点算法
に基づく介在物量dTがdT≦0.12であり、残部が
Feおよび不可避不純物よりなることを特徴とするもの
である。
【0011】従来の鋼管用非調質鋼において、引張り強
さが882N/mm2 以上、衝撃値 2U20℃(2mmU
ノッチシャルピー衝撃試験による20℃での衝撃値)が
39.2J/cm2 以上を満足し、かつ高周波焼入れが
可能な鋼はなく、鋼管の高強度化による薄肉化には限界
があった。また、高強度化するほど焼入れ性の増加によ
り溶接性が低下し、また靱性が低下するという問題点が
あった。そこで、本発明者らは、これら従来技術の有す
る問題点に鑑みて種々検討した結果、上述のような成
分,炭素当量および介在物量の制限によって、所要の引
張り強さ,靱性および溶接性を有し、かつ高周波焼入れ
も可能な鋼管用高強度非調質鋼を完成させるに至ったの
である。
【0012】本発明において各成分の限定理由は次のと
おりである。
【0013】C:0.35〜0.45% Cは、高周波焼入れ硬さと強度を確保するために0.3
5%以上を必要とする。しかし、多すぎるとそれに伴っ
て靱性が低下するため0.45%を上限とする。
【0014】Si:0.10〜0.80% Siは、溶製時の脱酸材であるとともに、フェライト中
に固溶して強化する元素であり、強度を確保するために
添加され、0.10%未満ではその効果が不足し、多す
ぎると却って靱性を劣化させるので上限を0.80%と
する。
【0015】Mn:1.2〜2.0% Mnは、Siと同様に溶製時の脱酸材であるとともに、
フェライト中に固溶して強化する元素であり、強度(特
に降伏強度)を確保するために1.2%以上を必要とす
る。しかし、多すぎると靱性が劣化するので2.0%を
上限とする。
【0016】S:0.035%以下 Sは、熱間加工性の低下および機械的性質,溶接性が劣
化するので上限を0.035%とする。
【0017】Cr:0.3〜0.8% Crは、Mnと同様にフェライト中に固溶して強度を確
保するのに必要な元素であるが、その効果を発揮するに
は0.3%以上を必要とする。しかし、多すぎるとその
効果は飽和し、コストアップとなるため0.8%を上限
とする。
【0018】V:0.05〜0.30% Vは、微細な炭窒化物を析出して強度を確保するのに重
要な元素であり、0.05%未満ではその作用が不足す
る。多量に添加してもその効果は飽和し、コストアップ
となることから0.30%を上限とする。
【0019】Al:0.01〜0.05% Alは、MnおよびSiと同様に溶製時の脱酸材である
とともに、Nと結合してAlNを生成し、特に熱間連続
穿孔圧延にて素管に圧延する際の結晶粒粗大化防止と、
仕上げ圧延時の変形抵抗低減のために再熱させる際の結
晶粒粗大化を防止するのに必要である。Alが0.01
%より少ないと上記効果は期待できず、多量に添加する
と介在物を生成して機械的特性に悪影響を及ぼすので上
限を0.05%とする。
【0020】N:0.008〜0.050% Nは、Alと結合してAlNを生成して結晶粒粗大化防
止に必須の元素であり、0.008%以上を必要とす
る。しかし、多量に添加すると、熱間加工性および機械
的性質を劣化させるので0.050%を上限とする。
【0021】C+1/7Si+1/5Mn+1/9Cr
+1/2Vで表される炭素当量Ceq:0.83≦Ceq
0.90 以上に示した成分の限定に加え、引張り強さ882N/
mm2 を実現するために上記式で与えられる炭素当量C
eqを0.83以上に制限する。しかし、この炭素当量C
eqを増加させるほど靱性が低下し、また溶接性も劣化す
るので、上限を0.90とする。
【0022】JIS点算法に基づく介在物量dT:dT
≦0.12 さらに、介在物が多くなると溶接性が低下するので、こ
の介在物量dTを0.12以下に制限する。
【0023】本発明は、従来の鋼管用非調質鋼を高強度
化するとともに、薄肉化による軽量化を達成することが
でき、かつ高周波焼入れを行う用途にも適用可能であ
る。すなわち、引張り強さ=882N/mm2 以上、衝
撃値2U20℃=39.2J/cm2 以上を満足すると同
時に溶接性を確保することができるので、従来の鋼管の
薄肉化はもちろん、棒鋼を中空化することにより大幅な
軽量化とコストダウンとを図ることができ、しかも高周
波焼入れとして要求される表面硬さを有するといういう
優れた発明である。
【0024】
【実施例】次に、本発明による鋼管用高強度非調質鋼の
具体的実施例について、比較例と対比させて説明する。
【0025】表1の番号1〜12に示される化学・組成
よりなる鋼塊1tを溶製し、径φ140mmの鋼片に鍛
伸した。次いで、これら鋼片を1180℃に加熱した
後、ピアシングミルにて外径φ138mm×25mmに
なるように穿孔圧延し、マンドレルバーを挿入してトラ
ンスバルエロンゲーターにて外径φ121mm×19m
mに延伸圧延した。この後、再熱炉にて980℃に均熱
してシンキングミルおよびサイザーによりφ105mm
×20mmに外径絞り圧延を行って空冷し、管材を得
た。
【0026】
【表1】
【0027】なお、この表1において、番号1〜5は本
発明の実施例の鋼であり、番号6〜12は比較例の鋼で
ある。番号6は炭素当量Ceqが0.83に対して不足し
ており、番号7は炭素当量Ceqが0.90を越えてい
る。また、番号8は介在物量dTが0.12より多い。
さらに、番号9,10,11は、それぞれC,Si,M
nが上限以上である。番号12はAlおよびNが下限以
下である。
【0028】これら管材において、圧延方向と平行に引
張り試験片(JIS4号)およびシャルピー衝撃試験片
(JIS3号)を削り出して試験を行った。また、図1
に示されるように、内部に空洞1aを有する部品1に溶
接した時の溶接割れを調査した。この部品1は、中央部
に設けられる供試材(管材)2とその供試材2の両側に
設けられる溶接相手材3,3とをバックアップリング
4,4を介して溶接部5,5にて溶接してなるものであ
り、この部品1における溶接部5,5の溶接割れを調査
した。溶接条件としては、溶接電流190A,溶接電圧
28V,溶接速度0.6rpmであった。この試験結果
が表2に示されている。なお、図1において、符号1b
で示されるのは空気抜き孔である。
【0029】
【表2】
【0030】この表2から明らかなように、番号1〜5
のものは、すべて引張り強さは882N/mm2 以上、
衝撃値2U20℃は39.2J/cm2 以上を満足し、溶
接割れも起こっていない。これに対して、番号6のもの
では、衝撃値は満足しているものの、炭素当量Ceq
0.83に対して不足しているために所望の引張り強さ
には及ばない。番号7のものは炭素当量Ceqが0.90
を越えているため、引張り強さは満足しているものの、
衝撃値が目標値を下回っており、また溶接割れも起こっ
ている。また、番号8のものは、引張り強さおよび衝撃
値は満足しているものの、介在物が多いために溶接割れ
が起こっている。番号9〜12のものは、引張り強さお
よび溶接性は満足しているものの、衝撃値を満足してい
ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、溶接割れ試験を行うための試験片の断
面図である。
【符号の説明】
1 部品 1a 空洞 1b 空気抜き孔 2 管材(供試材) 3 溶接相手材 4 バックアップリング 5 溶接部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青田 隆則 兵庫県姫路市飾磨区中島字一文字3007番地 山陽特殊製鋼株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比で、C:0.35〜0.45%、
    Si:0.10〜0.80%、Mn:1.2〜2.0
    %、S:0.035%以下、Cr:0.3〜0.8%、
    V:0.05〜0.30%、Al:0.01〜0.05
    %、N:0.008〜0.050%を含有し、C+1/
    7Si+1/5Mn+1/9Cr+1/2Vで表される
    炭素当量Ceqが0.83≦Ceq≦0.90であり、JI
    S点算法に基づく介在物量dTがdT≦0.12であ
    り、残部がFeおよび不可避不純物よりなることを特徴
    とする鋼管用高強度非調質鋼。
JP13719497A 1997-05-27 1997-05-27 鋼管用高強度非調質鋼 Pending JPH10324946A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20040302

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