JPS5853708B2 - 衝合部靭性の優れた溶接鋼管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接鋼管、特に高、低周波電気抵抗または電気
誘導によって製造される電縫鋼管の衝合部（溶接部）に
高靭性を付与した溶接鋼管に関する。

例えば電縫鋼管は通常第１図の工程図に例示するように
、コイル状に巻かれた長尺の帯鋼１（通常熱延コイルが
使用される。

）をフォーミングライン２において管状に成形し、コン
タクトチップ３より流れる高周波電流の接触抵抗熱によ
り、管状に成形された帯鋼の両側縁を加熱した後スクイ
ズロール４により帯鋼両側縁面相互を加圧圧接して電縫
鋼管６となし、引続いて誘導加熱装置５で衝合部に局部
熱処理を施し、空冷ゾーン７、水冷ゾーン８で冷却後、
サイジングロール９でサイジングおよび矯正し、切断機
１０で所定寸法に切断するという工程を経て製造される
。

すなわち、長尺帯鋼を管状成形し電気抵抗または電気誘
導により帯鋼両側縁間に発生する抵抗熱を利用して溶接
製管するものであるが、その製造過程において溶接衝合
部の靭性改善を目的に衝合部に局部熱処理を施したり、
引続いて管寸法精度の確保を目的とするサイジングおよ
び矯正等の工程が含まれる場合が多い。

このような製造工程をとるのは、低コストにして品質の
安定化を考慮した場合極めて有効な一般的方法ではある
が、衝合部靭性の改善という観点からすれば必ずしも満
足すべき製造方法ではない。

すなわち溶接後の衝合部を対象とする局部熱処理によっ
て、該衝合部のミクロ組織を微細なフェライト＋パーラ
イト組織にし、ある程度の靭性改善を企ることか可能で
はあるが、通常使用する鋼では鋼中の固溶Ｎ（窒素）が
充分固定されていないため、成形および溶接等によって
生じた残留歪あるいは衝合部熱処理後に実施されるサイ
ジングおよび矯正等の冷間加工時に不可避的に生じる加
工歪の影響を受けて、フェライト中の固溶Ｎが衝合部の
歪時効脆化を招き靭性低下を起すという問題がある。

一方かかる問題解決の方法としてＡＩ、Ｎｂ、Ｖ等の窒
化物形成元素を添加することにより固溶Ｎの固定化を企
る方法もあるが、上記のＡＩ、Ｎｂ、Ｖ等を添加した場
合、固溶Ｎの充分な固定化のための拡散には高温と長時
間の熱処理を要し、第１図例示のようなオンライン中で
行なう局部熱処理では到底実施し得す、したがってオフ
ラインでの熱処理が必要となり、結果的には電縫鋼管の
経済性を損なうという欠点がある。

また衝合部靭性の改善手段として、衝合部のメタルフロ
ー角度の調整、フェライトバンド巾の調整、変態組織の
調整、介在物形態の調整低減、変形集合組織の調整等に
関する技術も提案されているが、このようなマクロおよ
びミクロ組織の調整低減だけでは衝合部靭性の充分な改
善はなし得ないのが実情である。

本発明者は上記の実情に鑑みて従来技術における問題点
を解決することを企画し、特に鋼中の固溶Ｎが歪時効脆
化に及ぼす影響に着目して種々の実験研究を重ねた結果
、通常鋼に不可避的に含有されるＮに対しＢを適正添加
することによって衝合部の固溶Ｎを通常の局部熱処理過
程でＢＮとして固定せしめ、衝合部靭性を大巾に改善で
きることを見出したものである。

公知の如くＮは鋼中において固溶Ｎおよび窒化物として
存在するが、固溶Ｎとしての形態では歪時効脆化を促進
せしめる傾向があり、通常鋼にはＮＯ，００３０％以上
が不可避的に含有され、たとえＡＩ等が添加されていて
も溶接およびその直後の衝合部局部熱処理（高周波誘導
加熱方式等による急速加熱、短時間保持）では固溶Ｎを
充分低く抑えることは困難である。

したがって衝合部における固溶Ｎの低減をはかるために
は通常の電縫管製造過程においても固溶Ｎを充分固定し
得る窒化物形成傾向の強い特殊元素の添加が必要であり
、そのためにＢの適正添加を行なうことが有効である。

ＢとＮとの固溶析出に関する報告は、高張力鋼板の研究
開発等では既に数多（なされているが、電縫鋼管の製造
に関するこの種の報告は皆無であり、本発明者は各種の
検討を重ねた結果、第２図のグラフに示す如き興味深い
、知見を得た。

前記した如く通常鋼にはＮＯ，００３０％以上が不可避
的に含有されており、これを積極的に低減せしめれば溶
接鋼管衝合部の靭性向上に極めて有効であることを別途
提案しているが、ＮＯ，００３０％以上の場合でも、Ｂ
を適正量、具体的にはＢ／Ｎが０．２〜０．６の範囲と
なるよう添加することによりＮＯ，００３０％未満の場
合と同等の性能が得られることが明らかとなった。

即ち本発明の溶接鋼管は、Ｃ０，３％以下、Ｓｉ１．０
０％以下、Ｍｎ０．５％を越え２．００％以下、Ｐｏ、
０５％以下、Ｓｏ、０５％以下、５ｏｌ−ＡＩｏ、０１
〜０．１０％、ＮＯ，００３０〜０．０２００％、Ｂｏ
、０００６〜０．０１２０％、残部鉄および不可避的元
素であってＢ／Ｎが０．２〜０．６である炭素鋼、およ
び強度大なる溶接鋼管を得るために、ＣＯ，３％以下、
Ｓｉ１．００％以下、Ｍｎ０．５％を越え２．００％以
下、Ｐｏ、０５％以下、８０．０５％以下、Ｓｏｌ −
ＡＩ ０．０１〜０．１０％、ＮＯ，００３０〜０．０
２００％、Ｂｏ、０００６〜０．０１２０％、さらにＮ
ｂＯ，０１〜０．１５％、Ｖｏ、０１〜０．２０％のう
ち少くとも１種以上を含有し、残部鉄及び不可避的元素
であってＢ／Ｎが０．２〜０．６である低合金鋼からな
ることを特徴とする衝合部靭性に優れた溶接鋼管を要旨
とするものである。

本発明溶接鋼管の成分を上記の如く限定した理由は次の
通りである。

Ｃ：Ｃは機械的性質、溶接性に影響を与える元素であり
０．３％を越えると電縫管製造時及び製品使用時の溶接
性を低下せしめるため上限を０．３％にした。

鋼管としての強度、靭性を考慮すれば０．０５％〜０．
１２％の範囲が最良である。

Ｓｉ：Ｓｉは脱酸及び強度確保のために添加するが１．
００％を越えて添加すると溶接性、加工性が悪化するた
め上限を１．００％とした、好ましくはＯ，ＯＯ５〜０
，４０％が適当である。

Ｍｎ：Ｍｎは脱酸及び熱間加工性、溶接性の向上、ある
いは強靭性の改善に有効であるが０．５％以下ではこれ
らの効果が充分でなく２．００％を越えての添加は逆に
靭性劣下を来しかつ溶接性に悪影響を与えるので０．５
０％を越え２．００％とした。

最も好ましくは０．５０％を越え１．５０％までである
。

ｐ、ｓ：ｐおよびＳは鋼塊等の冷却過程で生じる偏析に
より製管過程で衝合部にワレを誘発せしめたりあるいは
スラグ及び脱酸生成物と共に非金属介在物を生じ溶接部
切欠の原因となり溶接強度を低下せしめるので可及的に
少くするのが望ましいが、他の添加元素の有効化をはか
る意味から本発明では何れも０．０５％以下とした。

５ｏｌ−ＡＩ：５ｏｌ−ＡＩは脱酸剤として添加するも
のであり、０２０１％以上で結晶粒の微細化作用、若干
の固溶Ｎ固定も示すが０．１０％を越えると脱酸効果は
飽和し介在物の増大がみられるほか靭性、溶接性の点か
ら上限を０．１０％とした。

Ｎ、Ｂ ： Ｂ／Ｈの範囲を上記の如く限定したのは、
０．２ 以下では衝合部での固溶Ｎの固定が不充分で
顕著な効果が得られず、また０、６を越えるとＢの過大
な焼入れ効果のため衝合部での焼入れ組織の生成が起こ
り、島状マルテンサイト等の極めて脆い相を含むような
上部ベイナイト組織が生じること及びＭ２３ （Ｂ Ｃ
） ａの粗大析出物の生成により、衝合部の靭性低下を
招（ことになるためである。

Ｎは前記した如＜０．００３０％未満の場合、あえて固
定化を図らなくとも充分な衝合部靭性を確保出来ること
から下限を０．００３０％とし、また上限は母材部の靭
性劣化防止を考慮して０．０２００％とした。

またＢは衝合部での固溶Ｎ固定のために添加するもので
あり、前記Ｂ／Ｎの範囲０．２〜０．６を満足せしめる
べく、その範囲を０．０００６〜０．０１２０％とした
。

さらに本発明の低合金溶接鋼管では上記成分の他にＮｂ
、■による結晶粒微細化効果と析出効果により充分な強
度靭性を確保するためＮｂ、■のうち少くとも１種以上
を含有せしめるが、限定理由は、 Ｎｂ：Ｎｂは０．０１％未満では上記の含有効果が発揮
されず、また多量に添加すると靭性劣下及び溶接性を阻
害するので上限を０．１５％とする。

■：■はその含有効果の上から０．０１％以上の添加が
必要であるが、０．２０％を越えると靭性低下を招くた
め上限を０．２０％とする。

次に本発明の実施例について説明する。

第１表に示す組成になる鋼により、管寸法：４０６φＸ
９．Ｏｔの鋼管を第１図に示す通常の製造工程において
試作し、衝合部のシャルピー試験等を行なった結果を第
２表に示す。

なおシャルピー試験片の採取位置、切欠位置を第３図に
示す。

図において１１は母材、１２は衝合部、１３はシャルピ
ー試験片（３／４サブサイズ）、１４は切欠位置（２ｍ
ｍＶノツチ）であり、衝合部１２は全て溶接部１５で示
す範囲の局部熱処理（シーム・ノルマ）、サイジングを
施している。

（注）試験片採取位置：Ｔ方向（管周） ※ ＡＰＩ板状引張 ※※ ＪＩＳ４号（３／４サブ・サイズ）第２表より明
らかなように本発明溶接鋼管は炭素鋼、低合金鋼の何れ
を問わず機械的性能においてすぐれているとともに、衝
合部の靭性向上が顕著であることがわかる。

前述の如く本発明溶接鋼管は、固溶Ｎを上部ベイナイト
、粗大析出物を生せしめない範囲において含有されるＢ
によって固定することにより、溶接鋼管の製造過程での
残留歪及び加工歪の影響は勿論のこと、使用時の熱及び
加工歪の影響による靭性低下をも最少限に止めた衝合部
靭性の極めて優れたものである。

なお前述のマクロ、ミクロ、組織上の改善と組合せるこ
とにより更に顕著となることはいうまでもない。

以上に説明した如く本発明溶接鋼管は衝合部靭性の極め
て優れたものであるので特にＡＰＩ５Ｌ×−５２級以上
のものの如き電縫鋼管を提供する場合に低コストの従来
法同様の製造工程で製造できるものであるから、電縫鋼
管の用途範囲拡大に貢献するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は電縫鋼管の製造工程を示す模式図、第２図は電
縫鋼管衝合部のシャルピー特性（ｖＴｓ）とＢ／Ｎ値と
の関係を示すグラフ、第３図はシャルピー試験片の採取
位置と切欠位置を示す説明図である。 図中、１：コイル状の長尺帯鋼、２：フォミングライン
、３：コンタクトチップ、４ニスクイズロール、５：高
周波誘導加熱装置、６：電縫鋼管、７：空冷ゾーン、８
：水冷ゾーン、９：サイジングロール、１０：切断機、
１１：母材、１２：衝合部、１３：試験片、１４：切欠
部、１５：局部熱処理範囲。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＩＣ：０．３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０
   ．５％を越え２．００％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ
   ：０．０５％以下、Ｓｏｌ −Ａ１ ： ０．０１〜０
   ．１０％、Ｎ： ０．００３０−０．０２００％、Ｂ：
   ０．０００６〜０．０１２０％、残部鉄および不可避的
   元素であってＢ／Ｎ： ０．２〜０．６であル炭素鋼か
   らなることを特徴とする衝合部靭性の優れた溶接鋼管。 ２Ｃ：０．３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０
   ．５％を越え２．００％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ
   ：０．０５％以下、Ｓｏｌ −ＡＩ ： ０．０１〜０
   ．１０％、Ｎ：０．００３０〜０．０２００％、Ｂ：０
   ．０００６〜０．０１２０％、さらにＮｂ：０．０１〜
   ０．１５％、Ｖ：０．０１〜０．２０％のうち少（とも
   １種以上を含有し、残部鉄および不可避的元素であって
   Ｂ／Ｎ：０．２〜０．６である低合金鋼からなることを
   特徴とする衝合部靭性に優れた溶接鋼管。