TW202419639A - 熱軋鋼板、電焊鋼管及方形鋼管、管線鋼管以及建築結構物 - Google Patents

熱軋鋼板、電焊鋼管及方形鋼管、管線鋼管以及建築結構物 Download PDF

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Abstract

本發明是提供：耐挫曲性能優異的電焊鋼管及方形鋼管、被使用於作為該等鋼管的素材之熱軋鋼板、使用了該等鋼管之管線鋼管以及建築結構物。 本發明的熱軋鋼板，是具有特定的組成分，鋼板厚度中央的鋼組織以體積率計，肥粒鐵與變韌鐵的合計為70%以上且98%以下，其餘部分是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出的一種或兩種以上，平均結晶粒徑為15.0μm以下，依據特定的公式所求出的CP值為0.090以下，拉伸強度為400 MPa以上，降伏比為90%以下。 本發明的電焊鋼管及方形鋼管，是使用該熱軋鋼板作為素材。本發明的管線鋼管以及建築結構物，是使用了該等電焊鋼管及方形鋼管。

Description

熱軋鋼板、電焊鋼管及方形鋼管、管線鋼管以及建築結構物
本發明是關於：電焊鋼管及方形鋼管、以及被使用於作為該等鋼管的素材之熱軋鋼板、還有使用了該等鋼管之管線鋼管(linepipe)以及建築結構物。
被使用於管線鋼管及/或建築結構物的電焊鋼管及輥壓成形的方形鋼管，為了要耐受流過其內部之流體的內壓及/或來自外部的荷重，必須具備很高的強度的同時，基於耐震性的觀點考量也必須具備很高的耐挫曲性能。
電焊鋼管、以及輥壓成形的方形鋼管(以下，有時候簡稱為「方形鋼管」)是以熱軋鋼板(熱軋鋼帶)作為素材。先將這種鋼板在冷間(常溫下)進行輥壓成形加工來做成圓筒狀的尚未焊接封合管，然後將對接部進行電縫焊接(有時候也稱為：電阻焊接)而做成圓型的鋼管。然後，利用配置在這種圓型鋼管之外側的成形輥來調整其外徑及真圓度而製成電焊鋼管。再利用具有所期目標之多角形形狀的孔形之成形輥，對於這種圓型的電焊鋼管更進一步地進行角形輥壓成形加工而製成方形鋼管。這種利用方形輥壓成形加工之方形鋼管的製造方法，若與利用衝壓彎曲成形加工之方形鋼管的製造方法相較，具有生産性較高之優點。但是，在進行輥壓成形加工的時候，是對於管軸方向加諸了很大的拉伸變形，因而電焊鋼管及輥壓成形的方形鋼管存在著：管軸方向的延性較低，耐挫曲性能較低之問題。此外，對於將被實施輥壓成形加工的素材，必須先考慮其被實施輥壓成形加工所造成的延性降低下的因素，來選擇合適的熱軋鋼板(熱軋鋼帶)。
此外，電焊鋼管及輥壓成形的方形鋼管，其厚度愈大的話，在進行輥壓成形加工時的加工變形愈大，因此，延性將更降低，耐挫曲性能也更降低。
針對於這種要求，例如：專利文獻1所揭示的高強度熱軋鋼板，其以重量%計，是含有C：0.04~ 0.25%、N：0.0050~0.0150%及Ti：0.003~0.050%，且根據既定的公式所求得的碳當量(Ceq.)為0.10~0.45%的鋼，且波來鐵相以面積百分率計，是落在5~20%的範圍，並且分散在鋼中之平均粒徑為1~30μm的TiN以重量%計，是佔0.0008~0.015%的比率。這種高強度熱軋鋼板在冷間加工後，具有優異的均勻伸長率。
專利文獻2所揭示的低降伏比之適用於建築構造部材的方形鋼管用熱軋厚鋼板，其組成分以質量%計，是含有C：0.07~0.18%、Mn：0.3~1.5%、P：0.03%以下、S：0.015%以下、Al：0.01~0.06%、N：0.006%以下，其餘部分是Fe及不可避免的雜質，並且其金屬組織的主相是肥粒鐵，第二相是波來鐵、或者波來鐵與變韌鐵，根據既定的公式所定義的第二相的頻度為0.20~0.42，包含主相與第二相在內之平均結晶粒徑為7~15μm。
專利文獻3所揭示的低降伏比之管線鋼管用電焊鋼管的特徵為：在造管後，藉由實施回火處理，而將在成形加工過程中導入的差排利用碳原子簇、細微碳化物及Nb碳化物予以釘札(pinning)固定下來。
專利文獻4所揭示的低降伏比之方形鋼管，是以熱軋鋼板作為素材，該熱軋鋼板的特徵為：其金屬組織的主相是肥粒鐵，第二相的頻度為0.05~0.15，且第二相的面積率為3~15%，在鋼板之1/4厚度處之主相與第二相的平均結晶粒徑為10~25μm。
專利文獻5所揭示的方形鋼管，其特徵為：是藉由熱間成形加工來進行製造，且具有很高的變形性能與韌性。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開平7-224351號公報 專利文獻2：日本特許第5589885號公報 專利文獻3：日本特許第6052374號公報 專利文獻4：日本特許第7031477號公報 專利文獻5：日本特開2004-330222號公報
[發明所欲解決的問題]
然而，這些的技術都是針對於：拉伸變形時的特性，換言之，針對於：如何地抑制拉伸部分的收縮及/或斷裂來進行檢討的技術，但是，針對於電焊鋼管及方形鋼管的彎曲變形及/或壓縮變形處的局部挫曲並未充分地進行檢討。
又，如專利文獻3及專利文獻5所揭示的這種在造管之後，又實施了熱處理的鋼管及/或利用熱間成形加工來製造的鋼管，因為其降伏伸長率很大，所以會產生不一致的變形及/或無法充分地發揮耐挫曲性能。
本發明是有鑑於上述的技術課題而開發完成的，其目的是要提供：耐挫曲性能優異的電焊鋼管及方形鋼管、以及被作為這些鋼管的素材使用的熱軋鋼板。又，本發明之目的是要提供：使用了上述電焊鋼管及方形鋼管之管線鋼管以及建築結構物。
在本發明中所稱之「耐挫曲性能優異」係指：在進行軸壓縮試驗時的降伏強度上昇率τ(=σ max/σ y)的數值，在電焊鋼管是符合τ≧4.0×(t/D)+0.85的關係，在方形鋼管是符合τ≧3.0×(t/B)+0.85的關係。公式中的t是表示：電焊鋼管或方形鋼管的厚度(mm)、D是表示：電焊鋼管的外徑(mm)、B是表示：方形鋼管的邊長(mm)、σ y是表示：電焊鋼管的母材部或方形鋼管的平板部的降伏應力(N/mm 2(=MPa))、σ max是表示：在進行軸壓縮試驗時的最大應力度(N/mm 2)。如果方形鋼管的剖面形狀是不同邊長的多角形之情況下，則是以各邊長的平均值當作方形鋼管的邊長B。此外，在本發明中，作為上述素材的熱軋鋼板也包含：熱軋鋼帶。 [解決問題之技術手段]
為了要解決上述的技術課題而不斷努力檢討之結果，找到了一種創見，就是：藉由將冷間成形的電焊鋼管及冷間成形的方形鋼管做成低降伏比，且縮小變形時之等效塑性應變分布的對數標準差，能夠提高這些鋼管的耐挫曲性能。換言之，前述對數標準差愈小，變形時之塑性應變的不一致度愈小，塑性應變係呈均勻分布，塑性應變不易集中在特定的部分，因此不易產生局部挫曲。此外，也找到了一種創見，就是：藉由採用變形時之等效塑性應變分布的對數標準差較小的熱軋鋼板來當作素材，就能夠製得前述的電焊鋼管及方形鋼管。 本發明係依據這兩種創見而開發完成的，係由下列的要件所構成。 [1] 一種熱軋鋼板，其組成分以質量%計，是含有 C：0.030%以上且0.300%以下、 Si：0.010%以上且0.500%以下、 Mn：0.30%以上且2.50%以下、 P：0.050%以下、 S：0.0200%以下、 Al：0.005%以上且0.100%以下、以及 N：0.0100%以下， 其餘部分是Fe及不可避免的雜質， 其鋼板厚度中央的鋼組織， 以體積率計，肥粒鐵與變韌鐵的合計是70%以上且98%以下，其餘部分是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出之一種或兩種以上， 平均結晶粒徑是15.0μm以下， 依據下列數式(1)所求出的CP值是0.090以下， 拉伸強度是400 MPa以上， 降伏比是90%以下， CP=(粒徑小於20μm的結晶粒以外的區域之大角結晶粒邊界的總長度)/(大角結晶粒邊界的總長度)･･･數式(1)。 [2] 一種如[1]所述之熱軋鋼板，除了前述組成分之外，以質量%計，還含有從 Nb：0.100%以下、 V：0.100%以下、 Ti：0.150%以下、 Cr：0.50%以下、 Mo：0.50%以下、 Cu：0.50%以下、 Ni：0.50%以下、 Ca：0.0050%以下、 B：0.0050%以下、 Mg：0.020%以下、 Zr：0.020%以下、以及 REM：0.020%以下、 之中所選出的一種或兩種以上。 [3] 一種如[1]或[2]所述之熱軋鋼板，其被施加了8.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差是0.70以下。 [4] 一種電焊鋼管，其係具有母材部與電縫焊接部之電焊鋼管，其組成分以質量%計，是含有 C：0.030%以上且0.300%以下、 Si：0.010%以上且0.500%以下、 Mn：0.30%以上且2.50%以下、 P：0.050%以下、 S：0.0200%以下、 Al：0.005%以上且0.100%以下、以及 N：0.0100%以下， 其餘部分是Fe及不可避免的雜質， 其管厚度中央的鋼組織， 以體積率計，肥粒鐵與變韌鐵的合計是70%以上且98%以下，其餘部分是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出之一種或兩種以上， 平均結晶粒徑是15.0μm以下， 依據下列數式(1)所求出的CP值是0.090以下， 母材部的拉伸強度是400 MPa以上， 母材部的降伏比是97%以下， CP=(粒徑小於20μm的結晶粒以外的區域之大角結晶粒邊界的總長度)/(大角結晶粒邊界的總長度)･･･數式(1)。 [5] 一種如[4]所述之電焊鋼管，除了前述組成分之外，以質量%計，還含有從 Nb：0.100%以下、 V：0.100%以下、 Ti：0.150%以下、 Cr：0.50%以下、 Mo：0.50%以下、 Cu：0.50%以下、 Ni：0.50%以下、 Ca：0.0050%以下、 B：0.0050%以下、 Mg：0.020%以下、 Zr：0.020%以下、以及 REM：0.020%以下、 之中所選出的一種或兩種以上。 [6] 一種如[4]或[5]所述之電焊鋼管，其之母材部被施加了4.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差是0.60以下。 [7] 一種管線鋼管，其係使用如[4]或[5]所述之電焊鋼管。 [8] 一種管線鋼管，其係使用如[6]所述之電焊鋼管。 [9] 一種方形鋼管，其係具有平板部與角部之方形鋼管，其組成分以質量%計，是含有 C：0.030%以上且0.300%以下、 Si：0.010%以上且0.500%以下、 Mn：0.30%以上且2.50%以下、 P：0.050%以下、 S：0.0200%以下、 Al：0.005%以上且0.100%以下、以及 N：0.0100%以下， 其餘部分是Fe及不可避免的雜質， 其管厚度中央的鋼組織， 以體積率計，肥粒鐵與變韌鐵的合計是70%以上且98%以下，其餘部分是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出之一種或兩種以上， 平均結晶粒徑是15.0μm以下， 依據下列數式(1)所求出的CP值是0.090以下， 平板部的拉伸強度是400 MPa以上， 平板部的降伏比是97%以下， CP=(粒徑小於20μm的結晶粒以外的區域之大角結晶粒邊界的總長度)/(大角結晶粒邊界的總長度)･･･數式(1)。 [10] 一種如[9]所述之方形鋼管，除了前述組成分之外，以質量%計，還含有從 Nb：0.100%以下、 V：0.100%以下、 Ti：0.150%以下、 Cr：0.50%以下、 Mo：0.50%以下、 Cu：0.50%以下、 Ni：0.50%以下、 Ca：0.0050%以下、 B：0.0050%以下、 Mg：0.020%以下、 Zr：0.020%以下、以及 REM：0.020%以下、 之中所選出的一種或兩種以上。 [11] 一種如[9]或[10]所述之方形鋼管，其之平板部被施加了4.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差是0.60以下。 [12] 一種建築結構物，其係將[9]或[10]所述的方形鋼管當作柱材來使用。 [13] 一種建築結構物，其係將[11]所述的方形鋼管當作柱材來使用。 [發明之效果]
根據本發明，係可以提供：耐挫曲性能優異的電焊鋼管及方形鋼管、以及被當作這些鋼管的素材使用之熱軋鋼板。 又，根據本發明，係可以提供：使用了前述電焊鋼管及方形鋼管之管線鋼管以及建築結構物。
以下，將針對本發明進行說明。
本發明之熱軋鋼板的組成分以質量%計，是含有C：0.030%以上且0.300%以下、Si：0.010%以上且0.500%以下、Mn：0.30%以上且2.50%以下、P：0.050%以下、S：0.0200%以下、Al：0.005%以上且0.100%以下、N：0.0100%以下，其餘部分是Fe及不可避免的雜質。其鋼板厚度中央的鋼組織，以體積率計，肥粒鐵與變韌鐵的合計是70%以上且98%以下，其餘部分是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出之一種或兩種以上，平均結晶粒徑是15.0μm以下，依據下列數式(1)所求出的CP值是0.090以下。此外，拉伸強度是400 MPa以上，降伏比是90%以下。此外，其被施加了8.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差是在0.70以下為佳。 CP=(粒徑小於20μm的結晶粒以外的區域之大角結晶粒邊界的總長度)/(大角結晶粒邊界的總長度)･･･數式(1)。
本發明之電焊鋼管係具有母材部與電縫焊接部，其組成分以質量%計，係含有C：0.030%以上且0.300%以下、Si：0.010%以上且0.500%以下、Mn：0.30%以上且2.50%以下、P：0.050%以下、S：0.0 200%以下、Al：0.005%以上且0.100%以下、N：0.0100%以下，其餘部分是Fe及不可避免的雜質。其管厚度中央的鋼組織，以體積率計，肥粒鐵與變韌鐵的合計是70%以上且98%以下，其餘部分是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出之一種或兩種以上，平均結晶粒徑是15.0μm以下，根據上述的數式(1)所求出之CP值是0.090以下。此外，母材部的拉伸強度為400 MPa以上，母材部的降伏比為97%以下。此外，母材部被施加了4.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差是在0.60以下為佳。
本發明之方形鋼管係具有平板部與角部，其組成分以質量%計，是含有C：0.030%以上且0.300%以下、Si：0.010%以上且0.500%以下、Mn：0.30%以上且2.50%以下、P：0.050%以下、S：0.0200%以下、Al：0.005%以上且0.100%以下、N：0.0100%以下，其餘部分是Fe及不可避免的雜質。其管厚度中央的鋼組織，以體積率計，肥粒鐵與變韌鐵的合計是70%以上且98%以下，其餘部分是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出之一種或兩種以上，平均結晶粒徑是15.0μm以下，根據上述的數式(1)所求出之CP值是0.090以下。此外，平板部的拉伸強度為400 MPa以上，平板部的降伏比為97%以下。此外，平板部被施加了4.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差是在0.60以下為佳。
首先，說明在本發明中必須限定熱軋鋼板、電焊鋼管及方形鋼管之組成分的理由如下。在本說明書中，沒有特別聲明的話，用來表示各成分的含量之「%」都是意味著「質量%」。
C：0.030%以上且0.300%以下 C係可藉由固溶強化作用來提高鋼的強度之元素。又，C可以促進波來鐵的生成且可提高淬火硬化性而有助於麻田散鐵的生成，並且有助於沃斯田鐵的穩定化，所以也是有助於形成硬質相的元素。為了要確保本發明所期望的強度，必須將C含量設定在0.030%以上。但是，C含量超過0.300%的話，硬質相的比率太高而無法獲得本發明所期望的降伏比。此外，在施加拉伸應變時之變形中的應變分布將會不一致，無法獲得本發明所期望之合適的等效塑性應變分布的對數標準差。因此，乃將C含量設定在0.030%以上且0.300%以下。C含量更好是在0.035%以上，更優是在0.040%以上。又，C含量更好是在0.250%以下，更優是在0.200%以下。
Si：0.010%以上且0.500%以下 Si係可藉由固溶強化作用來提高鋼的強度之元素。為了要獲得這種效果，是將Si含量設定在0.010%以上為佳。但是，如果Si含量超過0.500%的話，硬質相的比率太高將會無法獲得本發明所期望的降伏比。此外，在施加拉伸應變時之變形中的應變分布將會不一致，無法獲得本發明所期望之合適的等效塑性應變分布的對數標準差。因此，乃將Si含量設定在0.500%以下。Si含量更好是在0.020%以上，更優是在0.030%以上。又，Si含量更好是在0.400%以下，更優是在0.300%以下。
Mn：0.30%以上且2.50%以下 Mn係可藉由固溶強化作用來提高鋼的強度之元素。又，Mn係可降低變態開始溫度而有助於組織細微化的元素。為了要確保本發明所期望的強度及組織，必須Mn含量設定在0.30%以上。但是，如果Mn含量超過2.50%的話，將會無法獲得本發明所期望的降伏比。此外，在施加拉伸應變時之變形中的應變分布將會不一致，無法獲得本發明所期望之合適的等效塑性應變分布的對數標準差。因此，乃將Mn含量設定在0.30%以上且2.50%以下。Mn含量更好是在0.40%以上，更優是在0.50%以上。又，Mn含量更好是在2.30%以下，更優是在2.10%以下。
P：0.050%以下 P將會偏析在結晶粒界而導致材料的不均質，因此，是被視為不可避免的雜質而儘量減少為佳，但P含量的容許值是在0.050%以下。因此，乃將P含量設定在0.050%以下。P含量更好是在0.040%以下，更優是在0.030%以下。此外，雖然P含量的下限並未特別地規定，但是過度降低的話，將會導致煉製成本的上揚，因此，乃將P含量設定在0.002%以上為佳。
S：0.0200%以下 S在鋼中，通常是以MnS的形態存在，MnS在熱軋工序中將會被延展成很薄，而對於延性及韌性造成不良影響。因此，在本發明中，雖然是儘量地降低S含量為佳，但S含量的容許值是在0.0200%以下。因此，乃將S含量設定在0.0200%以下。S含量更好是在0.0150%以下，更優是在0.0100%以下。此外，雖然S含量的下限並未特別地規定，但是過度降低的話，將會導致煉製成本的上揚，因此，乃將S含量設定在0.0002%以上為佳。
Al：0.005%以上且0.100%以下 Al被添加到熔鋼中的話，是可當作強力的脫氧劑來發揮作用的元素。為了要獲得這種效果，必須將Al含量設定在0.005%以上。但是，如果Al含量超過0.100%的話，將會導致焊接性惡化，並且氧化鋁系夾雜物變多，表面性狀惡化。因此，乃將Al含量設定在0.005%以上且0.100%以下。Al含量更好是在0.010%以上，更優是在0.020%以上。又，Al含量更好是在0.080%以下，更優是在0.060%以下。
N：0.0100%以下 N係不可避免的雜質，並且是可將差排的運動強力地固定下來而具有提高降伏比的作用之元素。在本發明中，雖然N是被視為雜質而儘量地減少為佳，但是N含量的容許值是0.0100%。因此，乃將N含量設定在0.0100%以下。N含量更好是在0.0090%以下，更優是在0.0080%以下。此外，過度降低的話，將會導致煉製成本的上揚，因此，乃將N含量設定在0.0010%以上為佳，更好是設定在0.0015%以上。
其餘部分可以是Fe及不可避免的雜質。作為其餘部分中之不可避免的雜質，係可舉出例如：Sn、As、Sb、Bi、Co、Pb、Zn、O。只要是在不損及本發明的效果的範圍內，各自的可容許含量為：Sn是0.1%以下，As、Sb及Co分別都是0.05%以下，Bi、Pb、Zn及O分別都是0.005%以下。
上述的成分是本發明中的熱軋鋼板、電焊鋼管及方形鋼管之基本的組成分。雖然只要具有上述的必要元素，就可以獲得本發明所期望的特性，但是還可以配合需求，而在下列的範圍內含有下列的元素。
從Nb：0.100%以下、V：0.100%以下、Ti：0.150%以下、Cr：0.50%以下、Mo：0.50%以下、Cu：0.50%以下、Ni：0.50%以下、Ca：0.0050%以下、B：0.0050%以下、Mg：0.020%以下、Zr：0.020%以下、REM：0.020%以下之中所選出的一種或兩種以上。
Nb：0.100%以下、V：0.100%以下、Ti：0.150%以下 Nb、Ti、V都是在鋼中會形成細微的碳化物、氮化物，可透過析出物的強化作用而有助於提高鋼的強度之元素，可配合需求來含有。Nb、Ti、V的含量雖然也可以分別都是0%，但是，如果想要含有Nb、Ti、V的話，較佳的含量分別是Nb：0.001%以上、Ti：0.001%以上、V：0.001%以上。更優的含量分別是Nb：0.008%以上、V：0.008%以上、Ti：0.008%以上。另一方面，如果過度含有的話，則會有導致降伏比的上昇、以及導致等效塑性應變分布的對數標準差的增加之虞慮。因此，如果想要含有Nb、Ti、V的話，其含量分別是Nb：0.100%以下、V：0.100%以下、Ti：0.150%以下為佳。更好的含量分別是Nb：0.070%以下、V：0.070%以下、Ti：0.110%以下。此外，如果含有從Nb、Ti、V之中所選出的兩種以上的話，則會有導致降伏比的上昇、以及導致等效塑性應變分布的對數標準差的增加之虞慮，因此，將合計量(Nb+Ti+V的合計含量)設定在0.150%以下為佳。
Cr：0.50%以下、Mo：0.50%以下 Cr、Mo都是可提高鋼的淬火硬化性，並且是可提高鋼的強度之元素，可以配合需求來含有。雖然Cr、Mo的含量也可以分別是0%，但是，如果想要含有Cr、Mo的話，較佳的含量分別是Cr：0.01%以上、Mo：0.01%以上。更優的含量分別是Cr：0.10%以上、Mo：0.10%以上。另一方面，如果過度含有的話，則會有導致降伏比的上昇、以及導致等效塑性應變分布的對數標準差的增加之虞慮。因此，如果想要含有Cr、Mo的話，較佳的含量分別是Cr：0.50%以下、Mo：0.50%以下。更優的含量分別是Cr：0.30%以下、Mo：0.30以下。
Cu：0.50%以下、Ni：0.50%以下 Cu、Ni都是可藉由固溶強化作用來提高鋼的強度之元素，可以配合需求來含有。雖然Cu、Ni的含量也可以分別是0%，但是，如果想要含有Cu、Ni的話，較佳的含量分別是Cu：0.01%以上、Ni：0.01%以上。更優的含量分別是Cu：0.10%以上、Ni：0.10%以上。另一方面，如果過度含有的話，則會有導致降伏比的上昇、以及導致等效塑性應變分布的對數標準差的增加之虞慮。因此，如果想要含有Cu、Ni的話，其含量分別是Cu：0.50%以下、Ni：0.50%以下為佳。更優的含量分別是Cu：0.35%以下、Ni：0.35%以下。
Ca：0.0050%以下 Ca是可將在熱軋工序中被延展成很薄的MnS等之硫化物予以球狀化，因而有助於提高鋼的延性及韌性之元素，可以配合需求來含有。雖然Ca含量也可以是0%，但是，想要含有Ca的話，較佳的含量是0.0002%以上。更優的含量是Ca：0.0010%以上。但是，如果Ca含量超過0.0050%的話，有時候將會在鋼中形成Ca氧化物的群聚，而導致延性及韌性惡化。因此，想要含有Ca的話，係將Ca含量設定在0.0050%以下為佳。更優的含量是Ca：0.0040%以下。
B：0.0050%以下 B係可降低肥粒鐵變態開始溫度而有助於組織細微化之元素。雖然B含量也可以是0%，但是，想要含有B的話，較佳的含量是0.0001%以上。更優的含量是B：0.0005%以上。但是，B含量超過0.0050%的話，則會有導致降伏比的上昇、以及導致等效塑性應變分布的對數標準差的增加之虞慮。因此，想要含有B的話，係將B含量設定在0.0050%以下為佳。更優的含量是B：0.0040%以下。
Mg：0.020%以下、Zr：0.020%以下、REM(稀土元素)：0.020%以下 Mg、Zr及REM(稀土元素)都是可透過將結晶粒細微化來提高鋼的強度之元素，可以配合需求來含有，雖然Mg、Zr及REM的含量也可以分別是0%，但是，想要含有Mg、Zr及REM的話，較佳的含量分別是Mg：0.0005%以上、Zr：0.0005%以上、REM：0.0005%以上。另一方面，過度含有的話，則會有導致降伏比的上昇、以及導致等效塑性應變分布的對數標準差的增加之虞慮。因此，想要含有Mg、Zr及REM的話，其含量分別是Mg：0.020%以下、Zr：0.020%以下、REM：0.020%以下為佳。更優的含量分別是Mg：0.010%以下、Zr：0.010%以下、REM：0.010%以下。此外，此處所稱的REM(稀土元素)係指：Sc、Y以及鑭系元素之合計共17種元素的總稱。可以在鋼中含有這17種元素之中的一種以上，REM含量係指：這些元素的合計含量之意。
其次，說明必須限定本發明中的熱軋鋼板、電焊鋼管以及方形鋼管的鋼組織之理由。又，後述之所限定的鋼組織，係指：位於鋼板厚度中央或鋼管厚度中央的鋼組織，是存在於鋼板厚度的1/2t位置。再者，本發明中之鋼板厚度的1/2t位置，係指：位於鋼板厚度方向中的鋼板厚度t的1/2(中間)位置之意。
肥粒鐵與變韌鐵的合計體積率：70%以上且98%以下 肥粒鐵及變韌鐵都是軟質的組織，可以藉由與其他硬質的組織混合來降低降伏比。為了要利用這種效果來獲得本發明所期望的低降伏比，必須將肥粒鐵與變韌鐵的合計體積率設定在70%以上。肥粒鐵與變韌鐵的合計體積率，更好是在75%以上，更優是在80%以上。但是，肥粒鐵與變韌鐵的合計體積率超過98%的話，就會無法獲得本發明所期望的拉伸強度，因此，必須將肥粒鐵與變韌鐵的合計體積率設定在98%以下。肥粒鐵與變韌鐵的合計體積率，更好是在97%以下，更優是在95%以下。
其餘部分：是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出的一種或兩種以上 波來鐵、麻田散鐵及沃斯田鐵都是硬質的組織，尤其是可以提高鋼的強度，並且藉由與軟質的肥粒鐵混合的話，就可以實現低降伏比。為了要獲得這種效果，乃將肥粒鐵及變韌鐵以外的其餘部分設定為：是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出的一種或兩種以上。波來鐵、麻田散鐵以及沃斯田鐵，各體積率的合計是設定在2%以上且30%以下。前述體積率的合計，更好是在3%以上，更優是在5%以上。又，前述體積率的合計，更好是在25%以下，更優是在20%以下。
此外，肥粒鐵、變韌鐵、波來鐵、麻田散鐵、以及沃斯田鐵的體積率，係可以利用後述之實施例中所記載的方法來進行測定。
平均結晶粒徑：15.0μm以下 結晶粒的平均結晶粒徑超過15.0μm的話，就無法獲得本發明所期望的拉伸強度。而且也無法獲得本發明所期望之合適的等效塑性應變分布之對數標準差。其原因是因為：如果平均結晶粒徑較大的話，粗大結晶粒彼此的連結度會昇高，因而在進行變形時發生在粗大結晶粒的應變將會互相連結，在進行變形的同時，應變的分布更加不一致。因此，乃將結晶粒的平均結晶粒徑設定在15.0μm以下。結晶粒的平均結晶粒徑，更好是設定在13.0μm以下，更優是設定在10.0μm以下。此外，如果平均結晶粒徑太小的話，降伏比將會變高，因此，乃將平均結晶粒徑設定在2.0μm以上為佳。平均結晶粒徑，更優是設定在3.0μm以上。
CP值：0.090以下 CP值是用來表示：粒徑20μm以上之粗大結晶粒彼此的連結度之數值，係依據下列的數式(1)來求得的。CP值愈大，粗大結晶粒之間的粒界的比率愈高，因此，是呈現粗大結晶粒彼此更加連結的狀態。如果CP值超過0.090的話，在進行變形時發生在粗大結晶粒的應變將會互相連結，在進行變形的同時，應變的分布更加不一致。因此，將無法獲得本發明所期望之合適的等效塑性應變分布之對數標準差。因此，乃將CP值設定在0.090以下。CP值更好是設定在0.080以下，更優是設定在0.070以下。此外，CP值是愈小愈好，雖然並未特別地規定其下限，但是過度地降低，將會導致製造成本及/或製造負荷的增大，因此，係將CP值設定在0.001以上為佳。 CP=(粒徑小於20μm的結晶粒以外的區域之大角結晶粒邊界的總長度)/(大角結晶粒邊界的總長度)･･･數式(1)。 此外，在數式(1)中所稱的「粒徑小於20μm的結晶粒以外的區域之大角結晶粒邊界的總長度」，係指：粒徑20μm以上的結晶粒彼此互相鄰接的部分之大角結晶粒邊界的總長度。
此外，平均結晶粒徑及CP值，係可以利用掃描型電子顯微鏡/背向散射電子繞射法(SEM/EBSD法)來進行測定，在本發明中係可以利用後述之實施例所記載的方法來進行測定。
其次，說明必須限定本發明中的熱軋鋼板、電焊鋼管及方形鋼管之實施拉伸試驗時的特性之理由。
熱軋鋼板的拉伸強度：400 MPa以上 如果熱軋鋼板的拉伸強度低於400 MPa的話，將會無法獲得本發明所期望之電焊鋼管的拉伸強度以及方形鋼管的拉伸強度。因此，乃將熱軋鋼板的拉伸強度設定在400 MPa以上。熱軋鋼板的拉伸強度，更好是設定在420 MPa以上，更優是設定在450 MPa以上。熱軋鋼板之拉伸強度的上限，雖然並未特別地限定，但試舉一例而言，係將熱軋鋼板的拉伸強度設定在700 MPa以下。
熱軋鋼板的降伏比：90%以下 如果熱軋鋼板的降伏比超過90%的話，將會無法獲得本發明所期望之電焊鋼管的降伏比以及方形鋼管的降伏比。因此，乃將熱軋鋼板的降伏比設定在90%以下。熱軋鋼板的降伏比，更好是設定在88%以下，更優是設定在85%以下。熱軋鋼板之降伏比的下限，雖然並未特別地限定，但試舉一例而言，係將熱軋鋼板的降伏比設定在60%以上。
對於熱軋鋼板施加了8.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差：0.70以下 將橫軸視為等效塑性應變(單位：無)，將縱軸視為比率(面積率)(單位：%)的情況下，利用對數常規分布法，即可近似性地獲得等效塑性應變分布。對數常規分布係指：變數(橫軸)的對數是依照常規分布。因此，可以利用將橫軸視為等效塑性應變(單位：無)的自然對數，將縱軸視為比率(面積率)(單位：%)的常規分布法來進行近似性處理。在本發明中，係將進行這種近似性處理時的標準偏差，予以定義為「對數標準差」。對數標準差愈小的話，等效塑性應變分布之波峰的寬度愈小，塑性應變的分布愈均勻一致。
如果對於熱軋鋼板施加了8.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差為0.70以下的話，將會很容易獲得本發明所期望之合適的電焊鋼管之等效塑性應變分布的對數標準差以及方形鋼管之等效塑性應變分布的對數標準差。因此，對於熱軋鋼板施加了8.0%的拉伸應變之後的對數標準差，係設定在0.70以下為佳。前述對數標準差，更好是設定在0.68以下，更優是設定在0.65以下。此外，前述對數標準差是愈小愈好，雖然並未特別地規定其下限，但過度降低的話，將會導致製造成本及/或製造負荷的增大，因此，前述對數標準差，係設定在0.050以上為佳。
電焊鋼管之母材部的拉伸強度以及方形鋼管之平板部的拉伸強度：400 MPa以上 如果電焊鋼管之母材部的拉伸強度以及方形鋼管之平板部的拉伸強度低於400 MPa的話，將會降低耐挫曲性能。因此，乃將前述拉伸強度設定在400 MPa以上。前述拉伸強度，更好是設定在420 MPa以上，更優是設定在450 MPa以上。前述拉伸強度的上限，雖然並未特別地限定，但試舉一例而言，係將前述拉伸強度設定在700 MPa以下。
電焊鋼管之母材部的降伏比及方形鋼管之平板部的降伏比：97%以下 如果電焊鋼管之母材部的降伏比及方形鋼管之平板部的降伏比超過97%的話，將會降低耐挫曲性能。因此，乃將前述降伏比設定在97%以下。前述降伏比，更好是設定在96%以下，更優是設定在95%以下。前述降伏比的下限，雖然並未特別地限定，但試舉一例而言，係將前述降伏比設定在75%以上。
對於電焊鋼管的母材部以及方形鋼管的平板部施加了4.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差：0.60以下 如果對於電焊鋼管的母材部以及方形鋼管的平板部施加了4.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差是0.60以下的話，將可以很容易更提高耐挫曲性能。因此，乃將前述對數標準差設定在0.60以下為佳。前述對數標準差，更好是設定在0.58以下，更優是設定在0.55以下。此外，前述對數標準差是愈小愈好，雖然並未特別地規定其下限，但過度降低的話，將會導致製造成本及/或製造負荷的增大，因此，前述對數標準差，係設定在0.050以上為佳。
再者，拉伸強度以及降伏比，係可利用後述之實施例所記載的拉伸試驗來進行測定。又，等效塑性應變分布的對數標準差，係可利用後述之實施例所記載的拉伸試驗、以及先利用掃描式電子顯微鏡(SEM)擷取影像圖，再透過數位影像相關法(DIC)進行影像分析之組合(亦即，SEM-DIC法)來進行測定。更具體而言，等效塑性應變分布的對數標準差，係可利用後述之實施例所記載的方法求出來。
其次，說明本發明的其中一種實施方式的熱軋鋼板、電焊鋼管以及方形鋼管的製造方法。
本發明的熱軋鋼板，例如：係將具有上述的組成分之鋼素材，實施了以加熱溫度為1100℃以上且1300℃以下的條件來進行加熱的加熱工序之後，又實施了以精軋結束溫度為750℃以上且850℃以下，且在鋼板厚度中心溫度為900℃以上的溫度範圍中的平均冷卻速度為1.0℃/秒以上的條件，來進行輥軋之熱軋工序，而製作成熱軋板，在熱軋工序之後，又實施了以鋼板厚度中心溫度為基準，以從冷卻開始至冷卻停止為止的平均冷卻速度為5℃/秒以上且50℃/秒以下，且冷卻停止溫度為400℃以上且650℃以下的條件來進行冷卻的冷卻工序，在冷卻工序之後，又實施了將熱軋板捲取成捲材狀之捲取工序，因而製成本發明的熱軋鋼板。
此外，本發明的電焊鋼管，係先將前述熱軋鋼板進行冷間輥壓成形加工而做成圓筒狀，再將該圓筒狀之周方向的兩端部對接靠合在一起進行電縫焊接之後，再使用具有真圓形狀的模孔之輥子群來進行冷間輥壓成形加工來調整外徑及真圓度，而製造出來的。
又，本發明的方形鋼管，係先將前述熱軋鋼板進行冷間輥壓成形加工而做成圓筒狀，再將該圓筒狀之周方向的兩端部對接靠合在一起進行電縫焊接之後，再使用具有既定目的之多角形形狀的模孔之輥子群來進行冷間輥壓成形加工來形成平板部和角部，而製造出來的。此外，本發明的方形鋼管係包含：正多角形(正三角形、正方形、正五角形等)、具有不同內角的組合之等邊多角形(菱形、星形等)、以及具有不同邊長的組合之多角形(二等邊三角形、長方形、平行四邊形、梯形等)。本發明的方形鋼管，在被當作建築物的柱材使用時，通常是以90度的間隔在四個方向上都與橫樑進行接合，所以其剖面係做成正方形或長方形為佳。
此外，前述的圓筒狀係指：管圓周的剖面呈「C」形狀。又，在以下之關於製造方法的說明中，關於溫度「℃」的表示，如果沒有特別地聲明的話，都是指：鋼素材及/或鋼板(熱軋板)的表面溫度。這些的表面溫度，係可以利用輻射熱溫度計等來進行測定。又，鋼板之鋼板厚度中心的溫度，則可以利用解析熱傳導的方法來計算出鋼板剖面內的溫度分布，再依據鋼板的表面溫度來修正該溫度分布結果而求出來的。
在本發明中，鋼素材(鋼胚料)的熔製方法並未特別地限定，可以採用：轉爐、電爐、真空熔解爐等之公知的熔製方法。鑄造方法也並未特別地限定，可以採用連續鑄造法等之公知的鑄造方法來製造成所期望的尺寸。此外，也可以採用：造塊-分塊輥軋法來取代連續鑄造法。也可以對於熔鋼又實施盛鋼桶精煉等之二次精煉。
接下來，對於所製得之鋼素材(鋼胚料)進行加熱到達1100℃以上且1300℃以下的加熱溫度之後，又實施了精軋結束溫度為750℃以上且850℃以下，並且以鋼板厚度中心溫度為基準之在900℃以上的溫度範圍內的平均冷卻速度為1.0℃/秒以上之熱軋工序，而做成熱軋板。
加熱溫度為1100℃以上且1300℃以下 如果加熱溫度低於1100℃的話，被輥軋材(鋼胚料)的變形阻力太大而難以進行輥軋。另一方面，如果加熱溫度超過1300℃的話，沃斯田鐵結晶粒變粗大化，在隨後的輥軋工序(粗軋、精軋)中無法獲得細微的沃斯田鐵結晶粒，因而難以確保本發明所期望的平均結晶粒徑。又，難以抑制粗大結晶粒的生成，也難以將CP值控制在本發明所期望的範圍內。因此，乃將實施熱軋前之利用加熱爐進行加熱的溫度設定為1100℃以上且1300℃以下。前述加熱溫度，更好是在1120℃以上。又，前述加熱溫度，更優是在1280℃以下。
此外，在本發明中，係可以適用：先製成鋼胚料之後，一度進行冷卻至室溫，然後，再度進行加熱的傳統製造方法。此外，也可以適用：並未進行冷卻至室溫，直接就以熱鋼胚料的狀態送入加熱爐，或者進行了輕度的保溫處理之後，隨即就進行輥軋之所謂的「直送輥軋」之節省能源的製程。
精軋結束溫度為750℃以上且850℃以下 如果精軋結束溫度低於750℃的話，在進行精軋過程中，鋼板表面溫度會降低至肥粒鐵變態開始溫度以下，將會生成肥粒鐵，再經由隨後的輥軋工序而形成朝輥軋方向伸長的加工肥粒鐵結晶粒，這種結晶粒將會成為導致降伏比上昇的原因。另一方面，如果精軋結束溫度超過850℃的話，在沃斯田鐵未再結晶溫度範圍內的軋縮量不足，無法獲得細微的沃斯田鐵粒，因而難以確保本發明所期望的平均結晶粒徑。又，難以抑制粗大結晶粒的生成，也難以將CP值控制在本發明所期望的範圍內。因此，乃將精軋結束溫度設定在750℃以上且850℃以下。精軋結束溫度，更好是在760℃以上。又，精軋結束溫度，更好是在840℃以下。
以鋼板厚度中心溫度為基準之在900℃以上的溫度範圍內的平均冷卻速度為1.0℃/秒以上 在本發明中，藉由提高：以鋼板厚度中心溫度為基準之在900℃以上的溫度範圍內的平均冷卻速度(以下，有時候也稱為：熱軋時的平均冷卻速度。)，來抑制在沃斯田鐵再結晶溫度範圍內之沃斯田鐵的粗大化，而能夠獲得本發明所期望的平均結晶粒徑及CP值。為了達成前述的平均冷卻速度，例如：在進行輥軋過程中使用水冷設備來對於被輥軋材進行冷卻即可。如果前述平均冷卻速度低於1.0℃/秒的話，在沃斯田鐵再結晶溫度範圍內，沃斯田鐵將會變粗大化，而難以確保本發明所期望的平均結晶粒徑。又，難以抑制粗大結晶粒的生成，也難以將CP值控制在本發明所期望的範圍。前述平均冷卻速度，更好是在1.2℃/秒以上，更優是在1.5℃/秒以上。如果前述平均冷卻速度超過5.0℃/秒的話，設備負荷將會增大，因此，前述平均冷卻速度係設定在5.0℃/秒以下為佳。
此外，以鋼板厚度中心溫度為基準之在900℃以上的溫度範圍內的平均冷卻速度，是將鋼素材(鋼胚料)從加熱爐抽出到爐外起迄鋼板厚度中心溫度到達900℃為止之鋼板厚度中心的平均冷卻速度。換言之，前述平均冷卻速度，是根據[(鋼素材被抽出到加熱爐外時的鋼板厚度中心溫度(℃)-900(℃))/鋼素材被抽出到加熱爐外起迄鋼素材的鋼板厚度中心溫度到達900℃為止的時間(秒鐘)]而計算出來的。
在本發明中，雖然精軋板之厚度的上限並未特別地規定，但是基於確保必要的冷卻速度及/或針對於鋼板的溫度管理之觀點考量，係設定在32mm以下為佳。又，雖然精軋板之厚度的下限也並未特別地限定，但試舉一例而言，係將前述鋼板厚度設定在5mm以上。
熱軋工序之後，對於熱軋板實施冷卻工序。在實施冷卻工序時，係將從冷卻開始迄冷卻停止的平均冷卻速度設定為5℃/秒以上且50℃/秒以下，並且進行冷卻至冷卻停止溫度為400℃以上且650℃以下為止。
冷卻開始起迄冷卻停止(冷卻結束)為止的平均冷卻速度為5℃/秒以上且50℃/秒以下 以熱軋板的鋼板厚度中心溫度為基準，如果從冷卻開始起迄後述的冷卻停止為止的溫度範圍內的平均冷卻速度(以下，有時候也稱為：冷卻工序時的平均冷卻速度。)低於5℃/秒的話，肥粒鐵的結晶核生成頻率將會減少，肥粒鐵結晶粒將會變粗大化，因此，難以確保本發明所期望的平均結晶粒徑。又，難以抑制粗大結晶粒的生成，也難以將CP值控制在本發明所期望的範圍。另一方面，如果前述平均冷卻速度超過50℃/秒的話，將會生成大量的麻田散鐵，無法獲得本發明所期望的肥粒鐵與變韌鐵之合計體積率。前述平均冷卻速度更好是設定在7℃/秒以上，更優是設定在10℃/秒以上。又，前述平均冷卻速度更好是設定在45℃/秒以下，更優是設定在40℃/秒以下。此外，在進行冷卻工序時，係以進行水冷等之具有意圖性的冷卻開始時點當作冷卻開始，在此之前的空冷並不被包含在冷卻。
此外，在本發明中，基於在冷卻前的鋼板表面抑制肥粒鐵的生成之觀點考量，係在精軋結束後，隨即開始進行冷卻為佳。
冷卻停止溫度為400℃以上且650℃以下 以熱軋板之鋼板厚度中心溫度為基準，如果冷卻停止溫度低於400℃的話，將會生成大量的麻田散鐵，無法獲得本發明所期望的肥粒鐵與變韌鐵之合計體積率。另一方面，如果冷卻停止溫度超過650℃的話，肥粒鐵結晶核的生成頻率將會減少，肥粒鐵結晶粒將會變粗大化，因此難以確保本發明所期望的平均結晶粒徑。又，難以抑制粗大結晶粒的生成，也難以將CP值控制在本發明所期望的範圍內。冷卻停止溫度更好是設定在420℃以上，更優是設定在450℃以上。又，冷卻停止溫度更好是設定在620℃以下，更優是設定在600℃以下。
此外，在本發明中，冷卻工序中的平均冷卻速度，如果沒有做特別聲明的話，係採用((冷卻前之熱軋板的鋼板厚度中心溫度-冷卻後之熱軋板的鋼板厚度中心溫度)/冷卻時間)所求得的數值。冷卻方法則可以舉出：從噴嘴將水噴射出來之類的水冷方法及/或將冷卻用氣體噴射出來之類的氣冷方法等。在本發明中，係以對熱軋板的兩個面都是以相同條件進行冷卻的方式，來對於熱軋板的兩個面實施冷卻操作(處理)為佳。
在冷卻工序之後，就實施將熱軋板進行捲取，然後進行放冷之捲取工序。
根據以上的工序來製造出本發明的熱軋鋼板。本發明的熱軋鋼板具有下列的特性：拉伸強度為400 MPa以上，降伏比為90%以下。此外，也可以具有下列的特性：被施加了8.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差為0.70以下。
又，以前述熱軋鋼板作為素材而製造出來的電焊鋼管以及方形鋼管，係具有下列的特性：拉伸強度為400 MPa以上，降伏比為97%以下。此外，也可以具有下列的特性：被施加了4.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差為0.60以下。本發明的電焊鋼管以及方形鋼管，係具備優異的耐挫曲性能。
又，使用了前述電焊鋼管及前述方形鋼管之管線鋼管以及建築結構物，可以具備很高的耐挫曲性能。如此一來，前述建築結構物為了要具備很高的耐挫曲性能並且能夠耐受來自外部的荷重，很適合使用前述電焊鋼管及前述方形鋼管作為建築結構物的柱材。 [實施例]
以下，將佐以實施例更詳細地說明本發明。此外，本發明並不侷限於以下的實施例。
首先，熔製出具有表1所示的組成分之鋼素材(鋼胚料)，並且實施表2所示的條件之加熱工序、熱軋工序、冷卻工序，而製作成表2所示的精軋鋼板厚度(mm)的熱軋鋼板。
將以這種方式製成的熱軋鋼板，利用冷間輥壓成形加工做成圓筒狀的尚未封合管(圓型鋼管)，再對於尚未封合管之對接部分進行電縫焊接而製作成鋼管素材。然後，針對該鋼管素材，利用配置在其上下左右的輥子進行輥壓成形加工而製作成具有表3所示的外徑D(mm)及管厚度t(mm)的電焊鋼管、或者邊長B(mm)及管厚度t(mm)的方形鋼管。此外，前述方形鋼管的剖面形狀是正方形。
從所製得的熱軋鋼板、電焊鋼管以及方形鋼管採取出試驗片，並且實施了以下所示的組織觀察、拉伸試驗、測定等效塑性應變分布。
[組織觀察] 以將觀察面是位於熱軋時之輥軋方向的剖面中且是位於鋼板厚度的1/2t位置的方式，來採取組織觀察用的試驗片，進行研磨之後，再以硝酸腐蝕液進行腐蝕。組織觀察，係使用光學顯微鏡(倍率為1000倍)或者掃描型電子顯微鏡(SEM，倍率為1000倍)對於位在鋼板的鋼板厚度之1/2t位置處的組織進行觀察，並且予以照相。從所取得的光學顯微鏡影像及電子顯微鏡影像中求出肥粒鐵、變韌鐵及其餘部分組織(波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵)的面積率。各組織的面積率，是進行觀察5個顯微鏡視野，再將各視野所取得的數值的平均值視為各組織的面積率。在本發明中，是將透過組織觀察所取得的面積率視為各組織的體積率。
此處的肥粒鐵，是因為擴散變態所致的生成物，所以是呈現出差排密度很低幾乎已經恢復原狀的組織。多邊形的肥粒鐵以及擬似多邊形的肥粒鐵也被包含在肥粒鐵。又，變韌鐵則是差排密度較高之板條狀的肥粒鐵與雪明碳鐵的複相組織。又，波來鐵則是雪明碳鐵與肥粒鐵排列成層狀的組織。又，沃斯田鐵與變韌鐵相較，不具有雪明碳鐵。又，麻田散鐵及沃斯田鐵與變韌鐵相較，其掃描型電子顯微鏡影像的對比度較亮，因此可以判別出來。
此外，只根據光學顯微鏡影像以及掃描型電子顯微鏡影像的話，難以區別麻田散鐵與沃斯田鐵，因此，先從掃描型電子顯微鏡影像進行測定被視為麻田散鐵或沃斯田鐵之組織的面積率，然後，再將減去依照後述的方法所測定之沃斯田鐵的體積率之後的數值視為麻田散鐵的體積率。
沃斯田鐵之體積率的測定是利用X射線繞射法來進行的。先以將X射線繞射面位在鋼板的鋼板厚度之1/2t位置的方式來採取出試驗片之後，再進行化學性研磨以除去表面加工層而製作成組織觀察用的試驗片。利用X射線繞射法來進行測定時，係使用Mo的Kα射線，並且從fcc鐵的(200)、(220)、(311)面與bcc鐵的(200)、(211)面的積分強度來求出沃斯田鐵的體積率。
平均結晶粒徑及CP值則是使用掃描型電子顯微鏡/背向散射電子繞射法(SEM/EBSD法)來進行測定。測定區域設定為500μm×500μm，並且將測定步進節距設定為0.5μm。再根據所測得之背向散射電子繞射(EBSD)的數據，並且使用商標名稱為「OIM Analysis」的結晶方位解析軟體，將方位差為15°以上的邊界視為結晶粒界(大角結晶粒界)來取得粒界的分布。並且求出各結晶粒的圓當量直徑(粒徑)的算術平均值，來作為平均結晶粒徑。又，分別計算出：粒徑小於20μm的結晶粒以外的區域之大角結晶粒邊界的總長度、及大角結晶粒邊界的總長度大角結晶粒邊界的總長度，再求出這兩者的比值當作CP值。此處所稱的「粒徑小於20μm的結晶粒以外的區域之大角結晶粒邊界的總長度」，係指：從測定領域中的前述粒界的分布來除去粒徑小於20μm的結晶粒之後的領域中所測定之大角結晶粒邊界的總長度。所稱的「大角結晶粒邊界的總長度」，係指：從測定領域中的前述粒界的分布所測定之大角結晶粒邊界的總長度。此外，在計算平均結晶粒徑及CP值時，係將粒徑2.0μm以下的結晶粒視為測定雜訊而予以除外。
[拉伸試驗] 先以將拉伸方向與輥軋方向保持平行的方式，採取出日本工業規格JIS 5號拉伸試驗片。針對於熱軋鋼板，是從在寬度方向上與寬度方向的端部相距1/4W(W：鋼板寬度)的位置採取出拉伸試驗片；針對於電焊鋼管，是從在圓周方向上與電縫焊接部相距90°的位置採取出拉伸試驗片；針對於方形鋼管，是從與形成有電縫焊接部的平板部相鄰接的平板部採取出拉伸試驗片。拉伸試驗是依照日本工業規格JIS Z 2241(2011年)的規定的方法來實施，分別測定了降伏應力σ y、拉伸強度，並且計算出以(降伏應力σ y)/(拉伸強度)來定義的降伏比。
[等效塑性應變分布] 等效塑性應變分布，係藉由：先利用掃描式電子顯微鏡(SEM)擷取影像圖，再透過數位影像相關法(DIC)進行影像分析之組合(即SEM-DIC法)，來進行測定。以將拉伸方向與輥軋方向保持平行的方式，分別從熱軋鋼板的鋼板厚度中央、電焊鋼管的管厚度中央、以及方形鋼管的管厚度中央採取出來如圖1所示的拉伸試驗片。針對於熱軋鋼板，是從在寬度方向上與寬度方向的端部相距1/4W(W：鋼板寬度)的位置採取出拉伸試驗片；針對於電焊鋼管，是從在圓周方向上與電縫焊接部相距90°的位置採取出拉伸試驗片；針對於方形鋼管，是從與形成有電縫焊接部的平板部相鄰接的平板部採取出拉伸試驗片。將所取得之拉伸試驗片的其中一面進行研磨，再以硝酸腐蝕液進行腐蝕之後，使用掃描型電子顯微鏡(倍率為1000倍)針對拉伸試驗片的平行部(拉伸變形部)進行了5個觀察視野的照相。然後，以5mm/分鐘的拉伸速度，對於從熱軋鋼板所採取的試驗片施加了8.0%的拉伸應變之後解除負荷，對於從電焊鋼管及方形鋼管所採取的試驗片施加了4.0%的拉伸應變之後解除負荷。然後，使用掃描型電子顯微鏡(倍率為1000倍)針對與拉伸前(施加拉伸應變之前)的相同觀察視野進行了照相。根據所取得之進行拉伸前後的電子顯微鏡影像，使用GOM公司所販售之商品名稱為「GOM Correlate」的影像解析軟體，透過數位影像相關法(DIC法)來計算出在照相觀察面上的等效塑性應變分布。所謂的「數位影像相關法(DIC法)」，係針對於變形前後之物體表面的隨機紋路(random pattern)進行比較，來測定在觀察面的各處之變位及/或應變的方法。具體而言，先在變形前的影像中，界定出被稱為「子集(subset)」的正方形領域，再根據在子集內部之隨機紋路，追蹤該子集變形前後之隨機紋路，而計算出子集中央點的變位。針對整個電子顯微鏡影像全面性地進行這種操作，來取得變位分布以及應變分布。在本發明中，是將金屬組織的硝酸腐蝕痕跡視為隨機紋路(random pattern)來利用，針對1910畫素×2560畫素的影像，將子集設成80畫素×80畫素(3.6μm×3.6μm)，並且將測定間隔設成10畫素(0.45μm)來進行操作。將橫軸視為所取得之等效塑性應變(單位：無)的自然對數，將縱軸視為比率(面積率)(單位：%)，利用常規分布來進行近似處理，將此時的標準偏差作為對數標準差(等效塑性應變分布的對數標準差)。具體而言，是利用以下的方法來求出對數標準差。首先，在等效塑性應變為0~0.20的範圍內，將階級寬度設定為0.02來求出各階級的比率(面積率)(單位：%)。此時，係將等效塑性應變為0以上且小於0.02的階級當作第1階級、將0.02以上且小於0.04的階級當作第2階級、･･･、將0.18以上且小於0.20的階級當作第10階級。將x i當作第i階級之階級值的自然對數，將x 0當作等效塑性應變之自然對數的平均值，利用下列數式(4)與數式(5)來求出對數標準差。
[軸壓縮試驗] 在電焊鋼管及方形鋼管的兩端安裝了耐壓板，利用大型壓縮試驗裝置實施了軸壓縮試驗。將壓縮荷重趨於最大時的應力，當作最大應力度σ max(N/mm 2)。又，使用根據前述拉伸試驗所求出的降伏應力σ y來計算出降伏強度上昇率τ(=σ max/σ y)。
將針對熱軋鋼板所獲得的結果顯示於表4。
將針對電焊鋼管及方形鋼管所獲得的結果顯示於表5。
表4及表5中的No.1~6是本發明例，No.7~12是比較例。
本發明例的熱軋鋼板，鋼板厚度中央的鋼組織，以體積率計，肥粒鐵與變韌鐵的合計是70%以上且98%以下，其餘部分是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出的一種或兩種以上，平均結晶粒徑是15.0μm以下，根據既定的數式(1)所求出的CP值是0.090以下。又，拉伸強度是400 MPa以上，降伏比是90%以下。此外，其被施加了8.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差是0.70以下。
又，本發明例的電焊鋼管及方形鋼管是從前述本發明例的熱軋鋼板所製造出來的，管厚度中央的鋼組織，以體積率計，肥粒鐵與變韌鐵的合計是70%以上且98%以下，其餘部分是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出的一種或兩種以上，平均結晶粒徑是15.0μm以下，根據既定的數式(1)所求出的CP值是0.090以下。又，母材部或平板部的拉伸強度是400 MPa以上，母材部或平板部的降伏比是97%以下。此外，母材部或平板部被施加了4.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差是0.60以下。 又，軸壓縮試驗時的降伏強度上昇率τ(=σ max/σ y)， 在電焊鋼管是符合τ≧4.0×(t/D)+0.85･･･數式(2)的關係， 在方形鋼管是符合τ≧3.0×(t/B)+0.85･･･數式(3)的關係。 此外，在表5中，係將分別在上述數式(2)與數式(3)的右邊代入電焊鋼管的t和D之後的數值及方形鋼管的t和B之後的數值，當作τ的必要下限值顯示出來。
另一方面，比較例No.7是因為C含量低於本發明的範圍，所以拉伸強度落在本發明的範圍外。
比較例No.8是因為C含量高於本發明的範圍，所以肥粒鐵與變韌鐵的合計體積率低於本發明的範圍。其結果，降伏比落在本發明的範圍外，對數標準差落在合適的範圍之範圍外，所以降伏強度上昇率並未達到所期望的數值。
比較例No.9是因為Si及Mn的含量低於本發明的範圍，所以肥粒鐵與變韌鐵的合計體積率高於本發明的範圍，平均結晶粒徑高於本發明的範圍。其結果，拉伸強度落在本發明的範圍外。
比較例No.10是因為Si及Mn的含量高於本發明的範圍，所以肥粒鐵與變韌鐵的合計體積率低於本發明的範圍。其結果，降伏比落在本發明的範圍外，對數標準差落在合適的範圍之範圍外，所以降伏強度上昇率並未達到所期望的數值。
比較例No.11是因為在熱軋工序時之900℃以上的溫度範圍的平均冷卻速度低於合適的製造方法的範圍，所以平均結晶粒徑高於本發明的範圍，CP值也高於本發明的範圍。其結果，對數標準差高於本發明的較佳範圍，所以降伏強度上昇率並未達到所期望的數值。又，降伏強度低於本發明的範圍。
比較例No.12是因為在熱軋工序時之冷卻停止溫度高於合適的製造方法的範圍，所以CP值高於本發明的範圍。其結果，對數標準差高於本發明的較佳範圍，所以降伏強度上昇率並未達到所期望的數值。
從以上的說明可以得知藉由將鋼組成分、組織予以控制在本發明的範圍內，可以提供：耐挫曲性能優異的電焊鋼管及方形鋼管、以及可作為這些鋼管的素材使用的熱軋鋼板。而且可以提供：使用了前述電焊鋼管及方形鋼管之具有很高的耐挫曲性能之管線鋼管以及建築結構物。
[圖1]係用來進行測定等效塑性應變分布之拉伸試驗片的概要圖。

Claims (13)

  1. 一種熱軋鋼板，其組成分以質量%計，是含有 C：0.030%以上且0.300%以下、 Si：0.010%以上且0.500%以下、 Mn：0.30%以上且2.50%以下、 P：0.050%以下、 S：0.0200%以下、 Al：0.005%以上且0.100%以下、以及 N：0.0100%以下， 其餘部分是Fe及不可避免的雜質， 其鋼板厚度中央的鋼組織， 以體積率計，肥粒鐵與變韌鐵的合計是70%以上且98%以下，其餘部分是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出之一種或兩種以上， 平均結晶粒徑是15.0μm以下， 依據下列數式(1)所求出的CP值是0.090以下， 拉伸強度是400 MPa以上， 降伏比是90%以下， CP=(粒徑小於20μm的結晶粒以外的區域之大角結晶粒邊界的總長度)/(大角結晶粒邊界的總長度)･･･數式(1)。
  2. 如請求項1所述之熱軋鋼板，除了前述組成分之外，以質量%計，還含有從 Nb：0.100%以下、 V：0.100%以下、 Ti：0.150%以下、 Cr：0.50%以下、 Mo：0.50%以下、 Cu：0.50%以下、 Ni：0.50%以下、 Ca：0.0050%以下、 B：0.0050%以下、 Mg：0.020%以下、 Zr：0.020%以下、以及 REM：0.020%以下、 之中所選出的一種或兩種以上。
  3. 如請求項1或2所述之熱軋鋼板，其被施加了8.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差是0.70以下。
  4. 一種電焊鋼管，其係具有母材部與電縫焊接部之電焊鋼管，其組成分以質量%計，是含有 C：0.030%以上且0.300%以下、 Si：0.010%以上且0.500%以下、 Mn：0.30%以上且2.50%以下、 P：0.050%以下、 S：0.0200%以下、 Al：0.005%以上且0.100%以下、以及 N：0.0100%以下， 其餘部分是Fe及不可避免的雜質， 其管厚度中央的鋼組織， 以體積率計，肥粒鐵與變韌鐵的合計是70%以上且98%以下，其餘部分是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出之一種或兩種以上， 平均結晶粒徑是15.0μm以下， 依據下列數式(1)所求出的CP值是0.090以下， 母材部的拉伸強度是400 MPa以上， 母材部的降伏比是97%以下， CP=(粒徑小於20μm的結晶粒以外的區域之大角結晶粒邊界的總長度)/(大角結晶粒邊界的總長度)･･･數式(1)。
  5. 如請求項4所述之電焊鋼管，除了前述組成分之外，以質量%計，還含有從 Nb：0.100%以下、 V：0.100%以下、 Ti：0.150%以下、 Cr：0.50%以下、 Mo：0.50%以下、 Cu：0.50%以下、 Ni：0.50%以下、 Ca：0.0050%以下、 B：0.0050%以下、 Mg：0.020%以下、 Zr：0.020%以下、以及 REM：0.020%以下、 之中所選出的一種或兩種以上。
  6. 如請求項4或5所述之電焊鋼管，其之母材部被施加了4.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差是0.60以下。
  7. 一種管線鋼管，其係使用了請求項4或5所述之電焊鋼管。
  8. 一種管線鋼管，其係使用了請求項6所述之電焊鋼管。
  9. 一種方形鋼管，其係具有平板部與角部之方形鋼管，其組成分以質量%計，是含有 C：0.030%以上且0.300%以下、 Si：0.010%以上且0.500%以下、 Mn：0.30%以上且2.50%以下、 P：0.050%以下、 S：0.0200%以下、 Al：0.005%以上且0.100%以下、以及 N：0.0100%以下， 其餘部分是Fe及不可避免的雜質， 其管厚度中央的鋼組織， 以體積率計，肥粒鐵與變韌鐵的合計是70%以上且98%以下，其餘部分是從波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵之中所選出之一種或兩種以上， 平均結晶粒徑是15.0μm以下， 依據下列數式(1)所求出的CP值是0.090以下， 平板部的拉伸強度是400 MPa以上， 平板部的降伏比是97%以下， CP=(粒徑小於20μm的結晶粒以外的區域之大角結晶粒邊界的總長度)/(大角結晶粒邊界的總長度)･･･數式(1)。
  10. 如請求項9所述之方形鋼管，除了前述組成分之外，以質量%計，還含有從 Nb：0.100%以下、 V：0.100%以下、 Ti：0.150%以下、 Cr：0.50%以下、 Mo：0.50%以下、 Cu：0.50%以下、 Ni：0.50%以下、 Ca：0.0050%以下、 B：0.0050%以下、 Mg：0.020%以下、 Zr：0.020%以下、以及 REM：0.020%以下、 之中所選出的一種或兩種以上。
  11. 如請求項9或10所述之方形鋼管，其之平板部被施加了4.0%的拉伸應變之後的等效塑性應變分布之對數標準差是0.60以下。
  12. 一種建築結構物，其係將請求項9或10所述之方形鋼管當作柱材使用。
  13. 一種建築結構物，其係將請求項11所述之方形鋼管當作柱材使用。
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