TWI762881B - 電焊鋼管及其製造方法以及鋼管樁 - Google Patents

Abstract

[課題] 提供：電焊鋼管及其製造方法、以及鋼管樁。 [解決手段] 本發明的電焊鋼管，係具有：母材部與沿著管軸方向的焊接部，母材部的組成分係具有特定的組成分，假設母材部的板厚度為t時，位於從電焊鋼管的外表面起算之板厚度t的1/4t深度位置處的鋼組織，以面積率計，係含有變韌鐵為60%以上；變韌鐵的平均有效粒徑，以平均圓當量直徑計，係20.0μm以下；且變韌鐵的平均長寬比係0.1～0.8；管軸方向的拉伸強度係590MPa以上；0.2%降伏強度係450MPa以上；降伏比係85～95%；以母材部中的管軸方向當作試驗片的長邊方向時之-30℃溫度時的夏比衝擊試驗的衝擊吸收能量，係70J以上；母材部中的鋼管外表面之在管軸方向上的殘留應力，係250MPa以下。

Description

電焊鋼管及其製造方法以及鋼管樁

本發明係關於：很適合使用於作為構造物的基礎的鋼管樁之電焊鋼管及其製造方法、以及鋼管樁。尤其是本發明係關於：以熱軋鋼板(熱軋鋼帶)為素材，將素材在常溫下進行滾壓成形為鋼管而製得的電焊鋼管的高強度化、高韌性化、降伏比的最佳化、以及提高耐挫曲性能。

近年來，作為對應於大規模地震的對策之一，針對於當作構造物的基礎來使用的鋼管樁，也強烈地要求鋼管樁的高強度化以及提高變形能量的吸收性能。一般而言，想要提高鋼管之變形能量吸收性能的話，採用具有高拉伸強度與低降伏比的鋼管是很有效的作法。但是，基於抑制鋼管樁在進行打樁時之鋼管變形的觀點考量，很難以將鋼管樁在管軸方向的降伏比設定成太低。再者，尤其是對於在寒冷地帶使用的鋼管樁而言，也必須具有很高的低溫韌性。此外，為了要能夠抗拒地震等所造成的變形，也必須具有很高的耐挫曲性能。

專利文獻1所揭示的是：耐局部挫曲性優異的耐震性焊接鋼管的製造方法。專利文獻1所揭示的製造方法，係將以重量%計，其組成分是含有C：0.03～0.15%、Mn：1.0～2.0%，且含有選自Cu：0.05～0.50%、Ni：0.05～0.50%、Cr：0.05～0.50%、Mo：0.05～0.50%、Nb：0.005～0.10%、V：0.005～0.10%、Ti：0.005～0.080%的其中一種以上，並且Pcm為0.10～0.25的鋼，進行熱軋，輥軋結束後，以5℃/s以上的冷卻速度進行冷卻至600℃以下而製得的鋼板，進行室溫下的成形加工而製作成鋼管。藉此，係可製得：進行管軸方向的拉伸試驗時的加工硬化指數為0.10以上之變形性能優異的鋼管，如此一來，能夠防止：鋼管受到來自橫向的外力的作用而發生局部挫曲之情事、以及因為這種局部挫曲所導致的發生脆性的龜裂和斷裂之情事。

專利文獻2所揭示的鋼管的製造方法，係將組成分以重量%計，含有C：0.02～0.20%、Si：0.02～0.50%、Mn：0.50～2.00%，並且含有選自Cu：0.10～1.5%、Ni：0.10～0.50%、Nb：0.005～0.10%及V：0.005～0.10%之其中一種或兩種以上，且Ceq的數值為0.38～0.45之鋼片，以在900℃以上的溫度域內的每一道次(pass)輥軋的軋縮率為小於等於4%的方式進行熱軋，而做成熱軋鋼板，將該熱軋鋼板在Ac1點以上且Ac3點以下的雙相溫度域進行再加熱，然後，從該雙相溫度域進行硬化淬火處理，並且又進行回火處理之後，才進行製管加工。以這種方法所製得的鋼管，是0.2%降伏強度為440MPa以上、拉伸強度為590～700MPa、降伏比為80%以下之低降伏比的高張力鋼管，很適合使用於建築物、橋樑、油槽之類的鋼構造物。

專利文獻3所揭示的製造方法，係在製造其組成分以質量%計，係含有C：0.10～0.18%、Si：0.1～0.5%、Mn：1～2%的鋼管時，依序地實施：加熱至Ac3點以上之後進行急速冷卻的工序、加熱至Ac1點～Ac3點的雙相溫度域之後進行室溫冷卻的工序、在室溫下進行成形為管狀的工序、再加熱至500～600℃的工序，來予以製作成低降伏比之建築構造用高張力鋼管。如此一來，無需使用昂貴的合金元素，即可製造出拉伸強度為590MPa以上的建築構造用鋼管。

專利文獻4所揭示之適合鋼管樁用的低降伏比高強度電焊鋼管，其組成分以質量%計，係含有C：0.11～0.20%、Si：0.05～0.50%、Mn：1.00～2.00%、P：0.030%以下、S：0.010%以下、Al：0.01～0.08%，並且具有：以肥粒鐵相為主相，主相以外的第二相，以面積率計，是8～30%的波來鐵及/或擬似波來鐵，該主相與第二相的平均粒徑為4.0～10μm的金相組織，在管圓周方向及管軸方向的0.2%降伏強度YS為450MPa以上、拉伸強度TS為590MPa以上、且降伏比為90%以下。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開平11-6032號公報 專利文獻2：日本特許第2687841號公報 專利文獻3：日本特開2004-300461號公報 專利文獻4：日本特許第6123734號公報

[發明所欲解決之問題]

然而，以專利文獻1所揭示的技術來製造的鋼管，管軸方向的降伏比太低。因此，如果將所製得的鋼管應用在鋼管樁的話，在進行打樁時，將會有因為進行打樁而發生挫曲等的問題之虞慮。

專利文獻2所揭示的技術，則是必須實施回火用的熱處理工序。又，專利文獻3所揭示的技術，除了必須採用大型的管用熱處理裝置之外，在製管之後，還要實施熱處理工序。這兩種還需要實施熱處理工序的技術，係有降伏比太低之問題。此外，也有工序變複雜而導致生產性降低之問題。又，會導致生產成本增加而難以較低廉的價格來提供產品。

專利文獻4所揭示的技術，在熱軋之後的10秒～100秒的時間內，從最終輥軋結束溫度進行冷卻至550～700℃的溫度域，因而獲得以肥粒鐵和波來鐵為主體的金相組織，但卻無法獲得所期望的金相組織。此外，需要採用有非常長的冷卻區域的設備，因此，難以較低廉的價格來提供適合當作鋼管樁用的高強度高韌性電焊鋼管。

本發明，係有鑒於上述的技術課題而開發完成的，係以提供：具有最佳的降伏比和高耐挫曲性能，並且具備高強度及高韌性之電焊鋼管及其製造方法、以及鋼管樁為本發明之目的。

此外，本發明主要是針對於使用板厚度為16mm以上的熱軋鋼板來作為素材的情況，提供可達成上述課題之電焊鋼管及其製造方法、以及鋼管樁。

此處所稱的「高強度」，係指：在電焊鋼管的母材部中的管軸方向之0.2%降伏強度(YS)為450MPa以上、拉伸強度(TS)為590MPa以上的情況。此處所稱的「高韌性」，係指：將電焊鋼管的母材部中的管軸方向當作試驗片長邊方向時之在溫度-30℃時的夏比衝擊試驗的衝擊吸收能量為70J以上的情況，並且無論是在電焊鋼管的管圓周方向和管軸方向，都要符合上述的高韌性的電焊鋼管。此處所稱的「最佳的降伏比」，係指：0.2%降伏強度與上述拉伸強度的比值(YR)為80～90%的情況。此處所稱的「高耐挫曲性能」，係指：電焊鋼管的母材部中的鋼管外表面之在管軸方向上的殘留應力為250MPa以下，且降伏比為90%以下的情況。 [解決問題之技術手段]

本發明人等，為了達成上述目的，乃針對於會影響到：降伏比、0.2%降伏強度、拉伸強度、以及夏比衝擊特性之各種合金元素及製造條件，努力地進行了檢討。此外，也針對於所製得的鋼管(電焊鋼管)的耐挫曲性能，努力地進行了檢討。其結果，找到了既可維持較低的降伏比，又可兼具高強度和高韌性，且具有高耐挫曲性能之合適的組成分、鋼組織及製造條件。

亦即，本發明人找到了一種創見，就是：針對於以特定的組成分，且限定了熱軋條件而製造出來的熱軋鋼板，在室溫下的滾壓成形所進行的滾壓成形工序中，進行焊接後，在特定的條件下實施縮徑輥軋。如此一來，係可製得：位於從電焊鋼管的母材部的鋼管外表面起算之板厚度t的1/4t深度位置處的鋼組織，以面積率計，係含有變韌鐵為60%以上；變韌鐵的平均有效粒徑，以平均圓當量直徑計，係20.0μm以下；且變韌鐵的平均長寬比，係0.1～0.8。其結果，0.2%降伏強度比較低，係450MPa以上；拉伸強度很高，係590MPa以上；且降伏比，係80～90%；在-30℃溫度時的夏比衝擊試驗的衝擊吸收能量，係70J以上；母材部中的鋼管外表面之在管軸方向上的殘留應力，係250MPa以下之具有低降伏比、高強度、高韌性以及高耐挫曲性能的電焊鋼管。

本發明就是基於這種創見，再進一步地加以檢討而完成的，本發明的要旨如下所述。 [1]一種電焊鋼管，其係具有母材部以及在管軸方向上的焊接部之電焊鋼管， 母材部的組成分，係質量%計，係含有 C：0.12～0.20%、 Si：0.60%以下、 Mn：0.50～1.70%、 P：0.030%以下、 S：0.015%以下、 Al：0.010～0.060%、 Nb：0.010～0.080%、 Ti：0.010～0.050%、 N：0.006%以下，其餘部分由Fe及不可避免的雜質所組成， 假設前述母材部的板厚度為t時，位於從前述電焊鋼管的外表面起算之板厚度t的1/4t深度位置處的鋼組織， 以面積率計，係含有變韌鐵為60%以上； 前述變韌鐵的平均有效粒徑，以平均圓當量直徑計，係20.0μm以下；且前述變韌鐵的平均長寬比，係0.1～0.8； 管軸方向的拉伸強度，係590MPa以上；0.2%降伏強度，係450MPa以上；降伏比，係80～90%； 以前述母材部中的管軸方向當作試驗片長邊方向時之在-30℃溫度時之夏比衝擊試驗的衝擊吸收能量，係70J以上； 前述母材部中的鋼管外表面之在管軸方向上的殘留應力，係250MPa以下。 [2]如前述[1]所述的電焊鋼管，其中，除了前述組成分之外，以質量%計，還含有B：0.008%以下。 [3]如前述[1]或[2]所述的電焊鋼管，其中，除了前述組成分之外，以質量%計，還含有從Cr：0.01～1.0%、V：0.010～0.060%、Mo：0.01～1.0%、Cu：0.01～0.50%、Ni：0.01～1.0%、Ca：0.0005～0.010%之中所選出的一種或兩種以上。 [4]一種電焊鋼管的製造方法，其係對於鋼素材依序地實施熱軋工序、冷卻工序而製作成熱軋鋼板，然後，對於該熱軋鋼板實施室溫下的滾壓成形工序而製作成電焊鋼管， 前述鋼素材，係具有如前述[1]至[3]中的任一項所記載的組成分； 前述熱軋工序，係對於前述鋼素材進行加熱到1100～1280℃的溫度之後，再以粗輥軋結束溫度為850～1150℃、最終輥軋結束溫度為750～850℃、且在進行粗輥軋與最終輥軋時之在930℃以下的合計軋縮率為65%以上的條件，來實施粗輥軋及最終輥軋而製作成熱軋鋼板的工序； 前述冷卻工序，係對於前述熱軋鋼板，以板厚度中心溫度為準，以開始冷卻至停止冷卻為止的平均冷卻速度為5～25℃/s、冷卻停止溫度為450～650℃的條件，來進行冷卻的工序； 前述室溫下的滾壓成形工序，係先對於將前述熱軋鋼板實施了滾壓成形加工後的鋼管素材進行焊接，再以對於焊接後的鋼管外表面的圓周長度而言的縮徑率為0.2～0.5%的條件，來實施縮徑輥軋。 [5]一種電焊鋼管的製造方法，其係對於具有：如前述[1]至[3]中的任一項所記載的組成分，假設板厚度為t時，位於從外表面起算之板厚度t的1/4t深度位置處的鋼組織，以面積率計，係含有變韌鐵為60%以上；前述變韌鐵的平均有效粒徑，以平均圓當量直徑計，係20.0μm以下；且前述變韌鐵的平均長寬比，係0.1～0.8的熱軋鋼板，實施室溫下的滾壓成形工序而製作成電焊鋼管， 前述室溫下的滾壓成形工序，係先對於將前述熱軋鋼板實施了滾壓成形加工後的鋼管素材進行焊接，再以對於焊接後的鋼管外表面的圓周長度而言的縮徑率為0.2～0.5%的條件，來實施縮徑輥軋。 [6]一種鋼管樁，其係使用如前述[1]至[3]中的任一項所記載的電焊鋼管。 [發明之效果]

根據本發明，係可提供：很適合當作鋼管樁使用之具有最佳的降伏比及高耐挫曲性能，並且具備高強度及高韌性的電焊鋼管及其製造方法、以及鋼管樁。本發明的電焊鋼管可以很容易製造，因此能夠達成產業上的可利用性的效果。

以下，就本發明進行詳細的說明。

首先，說明限定本發明的電焊鋼管的組成分之理由。在以下的說明中，如果沒有特別註明的話，都是將組成分的「質量%」簡單地以「%」來表示。

本發明的電焊鋼管，係具有母材部與焊接部，母材部的組成分，係含有C：0.12～0.20%、Si：0.60%以下、Mn：0.50～1.70%、P：0.030%以下、S：0.015%以下、Al：0.010～0.060%、Nb：0.010～0.080%、Ti：0.010～0.050%、N：0.006%以下，其餘部分由Fe及不可避免的雜質所組成。

此外，本發明的電焊鋼管，係在管軸方向上具有焊接部。又，後述的「熱軋鋼板」係包含：熱軋鋼板、熱軋鋼帶。

C：0.12～0.20% C係具有固溶強化作用，可增加鋼管(電焊鋼管)的強度，並且是對於變韌鐵之類的鋼組織的生成有相關性的元素。又，C係可將降伏比予以最佳化之有效的元素。板厚度較大的鋼管(例如：板厚度為16mm以上的鋼管)，因為外徑與內徑的差值很大，因此在進行製造鋼管時的加工度很大，降伏比很容易上昇。所以必須有較多的C含量。因此，為了獲得上述的效果，必須具有0.12%以上的C含量。另一方面，如果C含量超過0.20%的話，就很容易生成麻田散鐵而無法獲得本發明想要獲得的鋼組織。其結果，就無法確保本發明所欲獲得的高韌性。因此，將C含量設定在0.12～0.20%。C含量是設定在0.13%以上為宜，更好是設定在0.14%以上。又，C含量是設定在0.19%以下為宜，更好是設定在0.18%以下。

Si：0.60%以下 Si係具有作為脫氧劑的作用，並且是可增加鋼管的強度之元素。但是，Si含量太多的話，韌性會降低。基於這種理由，乃將Si含量設定在0.60%以下。Si含量設定在0.50%以下為宜，更好是設定在0.45%以下。又，Si含量的下限雖然並未特別地規定，但是基於電縫焊接性的觀點考量，將Si含量設定在0.01%以上為宜。更好是設定在0.02%以上。

Mn：0.50～1.70% Mn係可藉由固溶強化來使鋼管的強度增加之元素。想要獲得這種效果來確保本發明所欲獲得的高強度，Mn含量必須設定在0.50%以上。另一方面，Mn含量若超過1.70%的話，鋼組織變成細微化，降伏強度變得太高，因而無法確保本發明所欲獲得的降伏比。因此，乃將Mn含量設定在0.50～1.70%。Mn含量是設定在0.55%以上為宜，更好是設定在0.60%以上。又，Mn含量是設定在1.65%以下為宜，更好是設定在1.60%以下。

P：0.030%以下 P係會偏析在結晶粒界而導致韌性降低之元素，將P視為雜質的話，當然P含量是愈少愈好，但是在本發明中，可容許P含量至0.030%。基於這種理由，乃將P含量設定在0.030%以下。P含量是設定在0.025%以下為宜，更好是設定在0.020%以下。但是，過度降低P含量的話，將會導致精煉成本的上揚，因此將P含量設定在0.002%以上為宜，更好是設定在0.003%以上。

S：0.015%以下 S係在進行製造鋼管的素材(也就是熱軋鋼板)時，以MnS的狀態存在於鋼中，在熱軋工序中被延展成很薄，而會對於鋼管的延性及韌性造成不良的影響。因此，在本發明中係將S視為雜質，而將其含量愈少愈好，但是S含量可容許至0.015%。因此，乃將S含量設定在0.015%以下。S含量是設定在0.010%以下為宜，更好是設定在0.008%以下。但是，過度降低S含量的話，將會導致精煉成本的上揚，因此將S含量設定在0.0002%以上為宜，更好是設定在0.001%以上。

Al：0.010～0.060% Al係具有作為脫氧劑的作用，並且可與N結合而形成AlN而對於結晶粒的細微化有所助益。為了獲得這種效果，Al含量必須在0.010%以上。另一方面，Al含量太多而超過0.060%的話，將會降低鋼材(鋼管的素材也就是熱軋鋼板)的清淨度，因而降低鋼管的延性及韌性。因此，乃將Al含量設定在0.010～0.060%。Al含量是設定在0.015%以上為宜，更好是設定在0.020%以上。Al含量是設定在0.055%以下，更好是設定在0.050%以下。

Nb：0.010～0.080% Nb係會與碳或氮相結合而形成細微的晶析物，利用晶析強化作用來增加鋼管的強度。為了獲得這種效果，必須將Nb含量設定在0.010%以上。另一方面，Nb含量若超過0.080%的話，在製造鋼管的素材(也就是熱軋鋼板)時，難以藉由熱軋工序中的加熱來使得Nb固溶化。其結果，將會成為粗大的晶析物而殘留下來，而導致韌性降低。因此，乃將Nb含量設定在0.010～0.080%。Nb含量是設定在0.015%以上為宜，更好是設定在0.020%以上。Nb含量是設定在0.075%以下為宜，更好是設定在0.070%以下。

Ti：0.010～0.050% Ti係會與碳或氮相結合而形成細微的晶析物，利用晶析強化來增加鋼管的強度。為了獲得這種效果，必須將Ti含量設定在0.010%以上。另一方面，Ti含量若超過0.050%的話，晶析物將會變粗大化而導至韌性降低。因此，乃將Ti含量設定在0.010～0.050%。Ti含量是設定在0.012%以上為宜，更好是設定在0.015%以上。Ti含量是設定在0.045%以下為宜，更好是設定在0.040%以下。

N：0.006%以下 N含量若是微量的話，係有增加鋼管的強度之效果，但是含量太多的話，會在高溫時形成粗大的晶析物而導至韌性降低。因此，乃將N含量設定在0.006%以下。N含量過度降低的話，將會導致精煉成本上揚，因此將N含量設定在0.001%以上為宜，更好是設定在0.002%以上。將N含量設定在0.005%以下為宜，更好是設定在0.004%以下。

其餘部分是Fe及不可避免的雜質。此外，在不減損本發明的效果的範圍內，係可容許0.0050%以下的含氧量當作不可避免的雜質。

上述的成分就是本發明的電焊鋼管之基本的組成分。根據上述的必要元素即可得到本發明所欲獲得之特性，但是，除了這個基本的組成分之外，亦可因應需求而又含有下列的元素。

B：0.008%以下 B係可降低肥粒鐵開始變態的溫度而對於鋼組織的細微化有所助益的元素，可因應需求而含有B。但是，B含量若超過0.008%的話，很容易偏析在結晶粒界而有降低韌性之虞慮。因此，想要含有B的話，係將B含量設定在0.008%以下為宜，更好是設定在0.006%以下。又，係將B含量設定在0.0003%以上為宜。

從Cr：0.01～1.0%、V：0.010～0.060%、Mo：0.01～1.0%、Cu：0.01～0.50%、Ni：0.01～1.0%、Ca：0.0005～0.010%之中選出的一種或兩種以上。 Cr：0.01～1.0% Cr係可藉由提高淬火硬化性而可提昇鋼管的強度之元素，可因應需求而含有Cr。想要獲得這種效果，係將Cr含量設定在0.01%以上為宜。另一方面，Cr含量若超過1.0%的話，將會有降低韌性、焊接性之虞慮，因而將Cr含量設定在1.0%以下為宜。因此，想要含有Cr的話，係將Cr含量設定在0.01～1.0%為宜。Cr含量更好是設定在0.02%以上，更優是設定在0.03%以上。Cr含量更好是設定在0.8%以下，更優是設定在0.6%以下。

V：0.010～0.060% V係會與碳或氮相結合而形成細微的晶析物，利用晶析強化來增加鋼管的強度的元素，可因應需要來含有V。為了獲得這種效果，必須將V含量設定在0.010%以上。另一方面，V含量若超過0.060%的話，晶析物將會變粗大化而導至韌性降低。因此，乃將V含量設定在0.010～0.060%。V含量是設定在0.012%以上為宜，更好是設定在0.015%以上。V含量是設定在0.055%以下為宜，更好是設定在0.050%以下。

Mo：0.01～1.0% Mo係可藉由提高淬火硬化性而可提昇鋼管的強度之元素，可因應需求而含有Mo。想要獲得這種效果，係將Mo含量設定在0.01%以上為宜。另一方面，Mo含量若超過1.0%的話，將會有降低韌性之虞慮，因而將Mo含量設定在1.0%以下為宜。因此，想要含有Mo的話，係將Mo含量設定在0.01～1.0%為宜。Mo含量更好是設定在0.02%以上，更優是設定在0.03%以上。Mo含量更好是設定在0.8%以下，更優是設定在0.6%以下。

Cu：0.01～0.50% Cu係可藉由固溶強化來提昇鋼管的強度之元素，可因應需求而含有Cu。想要獲得這種效果，係將Cu含量設定在0.01%以上為宜。另一方面，Cu含量若超過0.50%的話，將會有降低韌性之虞慮，因而將Cu含量設定在0.50%以下為宜。因此，想要含有Cu的話，係將Cu含量設定在0.01～0.50%為宜。Cu含量更好是設定在0.02%以上，更優是設定在0.03%以上。Cu含量更好是設定在0.45%以下，更優是設定在0.40%以下。

Ni：0.01～1.0% Ni係可藉由固溶強化來提昇鋼管的強度之元素，可因應需求而含有Ni。想要獲得這種效果，係將Ni含量設定在0.01%以上為宜。另一方面，Ni含量若超過1.0%的話，將會有降低韌性之虞慮，因而將Ni含量設定在1.0%以下為宜。因此，想要含有Ni的話，係將Ni含量設定在0.01～1.0%為宜。Ni含量更好是設定在0.02%以上，更優是設定在0.03%以上。Ni含量更好是設定在0.8%以下，更優是設定在0.6%以下。

Ca：0.0005～0.010% Ca係在進行製造鋼管的素材(也就是熱軋鋼板)時，可將在熱軋工序中被延展成很薄的MnS等的硫化物予以球狀化，因而對於提高鋼的韌性有所助益的元素，係可因應需求而含有Ca。想要獲得這種效果而含有Ca的話，是將Ca含量設定在0.0005%以上為宜。但是，Ca含量若超過0.010%的話，將會在鋼中形成Ca氧化物的群聚，而有導致韌性惡化之虞慮。因此，想要含有Ca的話，係將Ca含量設定在0.0005%～0.010%為宜。Ca含量更好是設定在0.0010%以上，更優是設定在0.0015%以上。Ca含量更好是設定在0.005%以下，更優是設定在0.004%以下。

其次，說明限定本發明的電焊鋼管的鋼組織之理由。

假設在本發明的電焊鋼管中的母材部的板厚度為t時，位於從電焊鋼管的外表面起算之板厚度t的1/4t深度位置處的鋼組織，係為：以面積率計，是含有變韌鐵60%以上；變韌鐵的平均有效粒徑，以平均圓當量直徑計，係20.0μm以下；且變韌鐵的平均長寬比，係0.1～0.8。

此處所稱的板厚度t的1/4t的深度位置，係在進行控制鋼組織時之很重要的位置，因為其是位於在進行製造鋼管的素材(也就是熱軋鋼板)時的熱軋工序中之冷卻速度最大的最表層與冷卻速度最小的1/2t的深度位置的中間位置。此外，在本發明中，係採用：在板寬度W的1/4W位置處之與熱軋時的輥軋方向保持平行的剖面，來當作鋼組織的評判面。在本發明中，因為在熱軋後，不再實施熱處理等，因此，熱軋鋼板的組織係與鋼管(母材部)的組織相同的組織。

變韌鐵的面積率：60%以上 在本發明中，為了兼顧高強度和高韌性，以面積率計，含有變韌鐵60%以上的作法很重要。如果變韌鐵低於60%，就難以得到本發明想要獲得之強度。因此，位於從鋼管的外表面起算之板厚度t的1/4t深度位置處之母材部的鋼組織是設定為：以面積率計，含有變韌鐵60%以上。更好是65%以上。此外，變韌鐵的面積率太多的話，降伏比將會變得太高，因此，以面積率計，含有變韌鐵98%以下為宜。更好是95%以下。

變韌鐵以外的組織(其餘部分的組織)，可以是肥粒鐵、波來鐵、麻田散鐵、沃斯田鐵等。這些組織的面積率的合計，如果是鋼組織整體的40%以上的話，將會導致強度或韌性的不足、降伏比太低。因而，其餘部分組織之面積率的合計是設定在低於40%為宜。更好是低於35%。考慮到本發明想要獲得的降伏比的話，係將其餘部分組織之面積率的合計的下限設定在高過2%為宜，更好是超過5%。

此外，在本發明中，上述的各組織之面積率的測定，係可採用後述的實施例中所述的方法來進行測定。

變韌鐵的平均有效粒徑：以平均圓當量直徑計，係20.0μm以下 在本發明中，為了兼顧高強度和高韌性，將變韌鐵的平均有效粒徑設定為：以平均圓當量直徑計，係20.0μm以下的作法很重要。如果變韌鐵的平均有效粒徑，以平均圓當量直徑計，超過20.0μm的話，就難以得到本發明想要獲得之韌性。此外，無法得到本發明想要獲得之強度。因此，將其設定在15.0μm以下為宜。此外，變韌鐵太過細微的話，降伏比將會變得太高，因此，將變韌鐵之平均有效粒徑設定在：以平均圓當量直徑計，係1.0μm以上為宜，2.0μm以上更好。

此處，是先求出相鄰的結晶的方位差，將被相鄰的結晶的方位差(結晶方位差)達到15°以上的境界所圍繞的領域視為結晶粒時，將與該結晶粒的面積相等面積的圓的直徑視為變韌鐵的有效粒徑。從所取得的有效粒徑，求出粒徑的算術平均值，將其視為平均圓當量直徑(平均有效粒徑)。此外，在本發明中，結晶方位差、有效粒徑、以及平均圓當量直徑，係可採用後述的實施例中所述的方法來進行測定。

變韌鐵的平均長寬比：0.1～0.8 在本發明中，為了將管軸方向的降伏比控制在80～90%的範圍內，必須將變韌鐵的平均長寬比設定在0.1～0.8。此處，係針對於上述的變韌鐵的結晶粒，計算出(在板厚度方向上的長度的平均值)/(在管軸方向上的長度的平均值)，將其視為變韌鐵的平均長寬比。如果變韌鐵的平均長寬比超過0.8的話，在管軸方向上的塑性變形性能將會降低，降伏比很容易就超過90%。另一方面，如果變韌鐵的平均長寬比低於0.1的話，管軸方向的強度將會降低，就無法得到本發明想要獲得的強度。

此外，在本發明中，變韌鐵的結晶粒中之在板厚度方向上的長度的平均值、在輥軋方向上的長度的平均值，係可採用後述的實施例中所述的方法來進行測定。

其次，說明本發明之其中一種實施方式的電焊鋼管的製造方法。

本發明的電焊鋼管，例如：是對於具有上述的組成分的鋼素材，依序地實施熱軋工序、冷卻工序及捲取工序而製作成熱軋鋼板，然後對於該熱軋鋼板實施室溫下的滾壓成形工序而製作成的電焊鋼管。

此外，在以下之製造方法的說明中，有關於溫度的「℃」的標示，如果沒有特別地限定的話，都是表示鋼素材、鋼板(熱軋鋼板)的表面溫度。這些的表面溫度，係可採用：輻射熱溫度計等來進行測定。此外，鋼板之板厚度中心的溫度，係將鋼板剖面內的溫度分布，利用熱傳導解析方法來進行計算，再將該結果利用鋼板的表面溫度來進行補正而求出來的。又，「熱軋鋼板」係包含熱軋鋼板、熱軋鋼帶。

在本發明中，並無需特別限定鋼素材(鋼胚材)的熔製方法。基於品質、生產性等之觀點的考量，是以將具有上述組成分的熔鋼利用轉爐、電爐、真空熔解爐等之常用的熔製方法來予以熔製，並且採用連續鑄造法等之常用的鑄造方法，來製作成胚材等的鑄片為宜。此外，即使採用造塊-分塊輥軋法來取代連續鑄造法也沒有問題。針對於熔鋼亦可實施盛鋼桶精煉等的二次精煉。

接下來，對於所製得的鋼素材(鋼胚材)實施熱軋工序。熱軋工序，係將鋼素材加熱到達1100～1280℃的加熱溫度後，實施粗輥軋結束溫度為850～1150℃的粗輥軋，然後實施最終輥軋結束溫度為750～850℃的最終輥軋，並且實施在進行粗輥軋及最終輥軋時之在930℃以下的合計軋縮率為65%以上的熱軋，而製作成熱軋鋼板的工序。

加熱溫度：1100～1280℃ 如果加熱溫度低於1100℃的話，就無法將在鑄造時所生成之存在於鋼素材中的粗大的碳化物予以固溶化。其結果，就無法充分地獲得含有碳化物形成元素的效果。另一方面，如果加熱溫度超過1280℃而處於高溫的話，結晶粒將會明顯地粗大化，鋼管的素材(也就是熱軋鋼板)的組織變得粗大化，將會難以確保本發明想要獲得的特性。因此，必須將鋼素材的加熱溫度設定在1100～1280℃。更好是設定在1120～1230℃。此外，將這個溫度當作加熱爐之爐內設定溫度。

粗輥軋結束溫度：850～1150℃ 如果粗輥軋結束溫度低於850℃的話，不會引發熱軋中的組織的回復，很容易生成朝向輥軋方向過度拉長的結晶粒。其結果，很容易導致變韌鐵的平均長寬比小於0.1。另一方面，如果粗輥軋結束溫度超過1150℃的話，在沃斯田鐵未再結晶溫度域的軋縮量不足，無法獲得細微的沃斯田鐵粒，其結果，難以確保本發明想要獲得的變韌鐵的平均有效粒徑。因此，將粗輥軋結束溫度設定在850～1150℃。更好是設定在860～1000℃。

最終輥軋結束溫度：750～850℃ 如果最終輥軋結束溫度低於750℃的話，不會引發熱軋中的組織的回復，很容易生成朝向輥軋方向過度拉長的結晶粒。其結果，很容易導致變韌鐵的平均長寬比小於0.1。另一方面，如果最終輥軋結束溫度超過850℃的話，在沃斯田鐵未再結晶溫度域的軋縮量不足，無法獲得細微的沃斯田鐵粒，其結果，難以確保本發明想要獲得的變韌鐵的平均有效粒徑。因此，將最終輥軋結束溫度設定在750～850℃。更好是設定在770～830℃。

粗輥軋與最終輥軋時之在930℃以下的合計軋縮率為65%以上 本發明，係在熱軋工序中將沃斯田鐵予以細微化，且將在後續的冷卻工序、捲取工序中所生成的變韌鐵及其餘部分組織予以細微化，藉此，能夠製得具有本發明想要獲得的強度及韌性之適合作為電焊鋼管的素材的熱軋鋼板。想要在熱軋工序中將沃斯田鐵予以細微化，必須提高在沃斯田鐵未再結晶溫度域的軋縮率來導入充分的加工變形。為了要獲得這種效果，在本發明中，係將在930℃以下之抵達最終輥軋結束溫度為止的溫度域中的合計軋縮率設定在65%以上。此處，所稱的「合計軋縮率」，係指：在930℃以下之抵達最終輥軋結束溫度為止的溫度域中的各個輥軋道次(pass)的軋縮率的合計。

如果在930℃以下之抵達最終輥軋結束溫度為止的溫度域中的合計軋縮率低於65%的話，就無法在熱軋工序中導入充分的加工變形，因此，將會無法製得本發明想要獲得的鋼組織的變韌鐵的平均有效粒徑。在930℃以下之抵達最終輥軋結束溫度為止的溫度域中的合計軋縮率，更好是設定在70%以上。雖然並未特別地規定上限，但是如果超過80%的話，相對於軋縮率的上昇所帶來的提高韌性的效果變小，只會增加設備的負荷而已。因此，將在930℃以下之抵達最終輥軋結束溫度為止的溫度域中的合計軋縮率，設定在80%以下為宜。更好是設定在75%以下。

在本發明中，將溫度設定在930℃以下的理由，是因為如果溫度超過930℃的話，在熱軋工序中沃斯田鐵將會再結晶，實施輥軋時所導入的轉位全部都消失，而無法獲得細微化的沃斯田鐵之緣故。

再者，在本發明中，在實施鋼素材的熱軋時，係可以採用：包含上述粗輥軋及最終輥軋在內之在930℃以下之抵達最終輥軋結束溫度為止的合計軋縮率設定在65%以上的熱軋；也可以採用：只有在最終輥軋時之在930℃以下之抵達最終輥軋結束溫度為止的合計軋縮率設定在65%以上的熱軋。在後者中，如果無法將最終輥軋時之在930℃以下之抵達最終輥軋結束溫度為止的合計軋縮率設定在65%以上的話，也是可以在粗輥軋的途中先將胚材冷卻到達930℃以下的溫度之後，再將粗輥軋與最終輥軋的兩者中之在930℃以下之抵達最終輥軋結束溫度為止的合計軋縮率設定在65%以上。

接下來，對於熱軋工序後的熱軋鋼板實施冷卻工序。冷卻工序，係將熱軋鋼板依據下列的條件來進行冷卻的工序，以板厚度中心的溫度為準，從開始冷卻至停止冷卻的平均冷卻速度為5～25℃/s、冷卻停止溫度為450～650℃。

開始冷卻至停止冷卻的平均冷卻速度為5～25℃/s 以熱軋鋼板的板厚度中心的溫度為準，從開始冷卻至後述的停止冷卻的溫度為止的溫度域中的平均冷卻速度低於5℃/s的話，將會因為肥粒鐵的生成而導致變韌鐵的面積率降低，而無法得到本發明想要獲得的強度。另一方面，如果平均冷卻速度超過25℃/s的話，變韌鐵的平均長寬比將會超過0.8。其結果，會導致降伏比很容易超過90%。平均冷卻速度是設定在10℃/s以上為宜，且設定在20℃/s以下為宜。

此外，在本發明中，如果沒有特別限定的話，所稱的平均冷卻速度，係指：((冷卻前的熱軋鋼板的板厚度中心溫度-冷卻後的熱軋鋼板的板厚度中心溫度)/冷卻時間)所求出的數值(冷卻速度)的平均值。冷卻方法，係可舉出例如：從噴嘴噴射出水之類的水冷方式，從噴嘴噴射出冷卻用氣體之類的氣冷方式。在本發明中，係採用：以對於熱軋鋼板的兩面都以相同條件進行冷卻的方式，來對於熱軋鋼板的兩面實施冷卻操作(處理)為宜。

冷卻停止溫度為450～650℃ 以熱軋鋼板的板厚度中心溫度為準，如果冷卻停止的溫度低於450℃的話，變韌鐵的平均長寬比將會超過0.8，其結果，降伏比將會很容易超過90%。另一方面，如果冷卻停止的溫度超過650℃的話，因為是高於變韌鐵的變態開始溫度，因而無法將變韌鐵的面積率維持在60%以上。冷卻停止的溫度，是設定在480℃以上為宜，且是設定在620℃以下為宜。

接下來，將冷卻工序後的熱軋鋼板進行捲取，然後，實施予以放冷的捲取工序。

捲取工序中，基於鋼管的素材(也就是熱軋鋼板)的鋼板組織的觀點考量，係在450～650℃之捲取溫度的狀態下進行捲取為宜。如果捲取溫度低於450℃的話，變韌鐵的平均長寬比將會超過0.8，其結果，有時候降伏比將會超過90%。另一方面，如果捲取溫度超過650℃的話，溫度是高於變韌鐵的變態開始溫度，因而有時候無法將變韌鐵的面積率維持在60%以上。捲取溫度，較好是設定在480～620℃。

接下來，係對於捲取工序後的熱軋鋼板，實施室溫下的滾壓成形工序。室溫下的滾壓成形工序，係藉由對於熱軋鋼板實施室溫下的滾壓成形加工，而成形為圓筒狀之尚未封合的中空管，再將鋼管素材的兩端(亦即，尚未封合的中空管之互相對接的部分)進行電縫焊接，然後，以相對於焊接後的圓型鋼管的鋼管外表面的圓周長度之0.2～0.5%的縮徑率，來進行縮徑輥軋。

縮徑輥軋時的縮徑率為0.2～0.5% 如果縮徑輥軋時的縮徑率低於0.2%的話，在上述之本發明的鋼管的鋼素材中，因為塑性變形所導致的殘留應力的降低不足。其結果，在鋼管外表面的管軸方向的殘留應力會超過250MPa。此外，因加工度不足而導致降伏比低於80%。另一方面，如果縮徑輥軋時的縮徑率超過0.5%的話，將會因為加工硬化而導致降伏比超過90%。其結果，就無法獲得所期望的塑性變形性能(亦即，耐挫曲性能)。又，如果上述的殘留應力超過250MPa的話，耐挫曲性能也會降低。

藉由以上所述的工序，來製造出本發明的電焊鋼管。根據本發明，係可製造出：管軸方向的拉伸強度為590MPa以上、0.2%降伏強度為450MPa以上、降伏比為80～90%，且在-30℃溫度時之夏比衝擊試驗的衝擊吸收能量為70J以上，在鋼管外表面的管軸方向的殘留應力為250MPa以下的電焊鋼管。如此一來，得以很容易製造出具有高強度、高韌性、最佳的降伏比及優異的耐挫曲性能之電焊鋼管。這種電焊鋼管，可特別地適用於作為構造物的基礎使用的鋼管樁，因此，非常具有產業上可利用性的效果。

其次，說明本發明的鋼管樁。

本發明的鋼管樁，板厚度是16mm以上，外徑是300mm以上且700mm以下，係由具有上述組成分及鋼組織的電焊鋼管所構成的。藉由將電焊鋼管的組成分及鋼組織限定為上述的條件，可獲得：管軸方向的拉伸強度為590MPa以上、0.2%降伏強度為450MPa以上、降伏比為80～90%，-30℃溫度時的夏比衝擊試驗的衝擊吸收能量為70J以上、鋼管外表面的管軸方向的殘留應力為250MPa以下之鋼管樁。本發明的鋼管樁，係被打樁植入地下，必要時可以在打樁的途中，就在打樁的現場利用焊接或螺紋接頭之類的連接手段，進行施工來將鋼管樁與鋼管樁彼此連接成長條型的鋼管樁。根據本發明的鋼管樁，因為具有上述的特性，能夠降低在進行打樁時發生挫曲等的問題之虞慮。 [實施例]

以下，將佐以實施例更詳細地說明本發明。此外，本發明並不侷限在以下所述的實施例。

首先，利用轉爐來熔製具有表1所示的組成分的熔鋼，再以連續鑄造法鑄造成胚材(鋼素材：厚度250mm)。將製得的胚材依據表2-1、表2-2所示的製造條件，實施熱軋工序、冷卻工序、捲取工序、及室溫下的滾壓成形工序，而製造出具有表2-1、表2-2所示的外徑及板厚度的電焊鋼管。此外，室溫下的滾壓成形工序，係將尚未封合的中空管之互相對接的部分進行電縫焊接。

從製得的電焊鋼管中採取試驗片，並且利用以下所示的方法，實施了組織觀察、拉伸試驗、夏比衝擊試驗、測定殘留應力、構件壓縮試驗。

[組織觀察] 組織觀察用的試驗片，係採取：將電縫焊接部視為0°時之位在圓周方向90°位置的管軸方向的剖面來作為觀察面，經過研磨之後，以硝酸醇溶液進行蝕刻而製作成組織觀察用的試驗片。組織觀察，係使用光學顯微鏡(倍率為1000倍)或掃描型電子顯微鏡(SEM；倍率為1000倍)，來觀察從電焊鋼管的外表面起算之位於板厚度t的1/4t深度位置處的組織，並且進行攝影。從所獲得的光學顯微鏡的影像或SEM影像來求出變韌鐵的面積率。變韌鐵的面積率，係先進行觀察5個視野以上，然後計算出各視野所取得的數值的平均值，來當作變韌鐵的面積率。

又，變韌鐵的平均有效粒徑(平均圓當量直徑)，係使用SEM/EBSD法來進行測定的。有效粒徑的計算方法，係先求出相鄰的結晶粒之間的方位差，將被方位差為15°以上的境界所圍繞的領域視為有效結晶粒時，就以與該有效結晶粒相等面積的圓的直徑，作為變韌鐵的有效粒徑。再計算出所獲得的有效粒徑的算術平均值，作為平均圓當量直徑。測定領域的大小是500μm×500μm、測定間隔的大小是0.5μm。此外，在進行結晶粒徑的解析時，將有效粒徑為2.0μm以下的結晶粒視為測定時的雜訊而從解析對象中排除。

又，變韌鐵的平均長寬比，係對於以上述方法所測定到的各有效結晶粒的板厚度方向的長度、管軸方向的長度進行測定，再分別計算其平均值而算出變韌鐵的平均長寬比。板厚度方向的長度、管軸方向的長度，係分別採用各有效結晶粒中的板厚度方向、管軸方向上的最大長度。

[拉伸試驗] 拉伸試驗的拉伸試驗片之採取方法，係將所製得的電焊鋼管的電縫焊接部視為0°時之在圓周方向90°的位置處，以拉伸方向與管軸方向保持平行的方式，採取了日本工業規格JIS 5號的拉伸試驗片。然後，依據日本工業規格JIS Z 2241的規定，實施了拉伸試驗。進行測定0.2%降伏強度(降伏強度YS)、拉伸強度TS，然後計算出以(0.2%降伏強度)/(拉伸強度)來定義的降伏比。

[夏比衝擊試驗] 夏比衝擊試驗，係將所製得的電焊鋼管的電縫焊接部視為0°時之在圓周方向90°的位置處，從板厚度t/2的位置，以試驗片長邊方向與管軸方向保持平行的方式，採取出V型凹槽夏比衝擊試驗片。然後，依據日本工業規格 JIS Z 2242的規定，實施了試驗溫度為-30℃時的夏比衝擊試驗，因而求出夏比衝擊試驗吸收能(J)。此外，試驗片的個數是各3個，並且計算出其平均值來作為夏比衝擊試驗吸收能(J)。

[殘留應力的測定] 殘留應力，係使用PULSTEC公司製造的型號μ-X360的殘留應力測定裝置，利用X射線繞射cosα法來進行了測定。殘留應力的測定位置，係選定在所製得的電焊鋼管之管長度的中央位置的外表面，將電縫焊接部視為0°時，選定位於90°的位置、180°的位置、270°的位置之三個部位。將所測得的三個部位的測定值的平均值作為殘留應力。此外，以管軸方向來作為測定應力的方向。

[構件壓縮試驗] 在本發明中，係進行構件壓縮試驗，求出挫曲強度比σcr/σy(此處，σcr是挫曲應力度、σy是材料降伏強度)來評判其作為鋼管樁使用的性能。如果挫曲強度比大於減少係數R=0.8+2.5×t/r(此處，t是板厚度、r是半徑)的話，就可判斷為：其係具有充分的作為鋼管樁的重要性能之一的挫曲強度。

將所獲得的結果分別顯示在表3-1、表3-2中。

如表1～表3-2所示，落在本發明的範圍內的電焊鋼管都是管軸方向的拉伸強度為590MPa以上、0.2%降伏強度為450MPa以上、降伏比為80～90%、-30℃溫度時的夏比衝擊試驗的衝擊吸收能量為70J以上、管外表面的管軸方向的殘留應力為250MPa以下。此外，也得知具有這些特性的電焊鋼管，也具有作為鋼管樁的重要的性能之充分的挫曲強度。

另一方面，在組成分、鋼組織及製造條件的其中任何一項，落在本發明的範圍外的鋼管，係在管軸方向的拉伸強度、0.2%降伏強度、降伏比、-30℃溫度時的夏比衝擊試驗的衝擊吸收能量、管外表面的管軸方向的殘留應力之中，至少有其中一項以上，無法獲得本發明想要獲得的數值。

由以上的說明可知，藉由將電焊鋼管的組成分、鋼組織、及製造條件控制在本發明的範圍內，可以提供很適合作為鋼管樁用之具有最佳的降伏比及高耐挫曲性能，並且兼顧高強度及高韌性的電焊鋼管。

Claims (5)

1. 一種電焊鋼管，其係具有母材部以及在管軸方向上的焊接部之電焊鋼管，母材部的組成分，係質量%計，係含有C：0.12~0.20%、Si：0.60%以下、Mn：0.50~1.70%、P：0.030%以下、S：0.015%以下、Al：0.010~0.060%、Nb：0.010~0.080%、Ti：0.010~0.050%、N：0.006%以下，其餘部分由Fe及不可避免的雜質所組成，假設前述母材部的板厚度為t時，位於從前述電焊鋼管的外表面起算之板厚度t的1/4t深度位置處的鋼組織，以面積率計，係含有變韌鐵為60%以上；前述變韌鐵的平均有效粒徑，以平均圓當量直徑計，係20.0μm以下；且前述變韌鐵的平均長寬比，係0.1~0.8；管軸方向的拉伸強度，係590MPa以上；0.2%降伏強度，係450MPa以上；降伏比，係80~90%；以前述母材部中的管軸方向當作試驗片長邊方向時之在-30℃溫度時之夏比衝擊試驗的衝擊吸收能量，係70J以 上；前述母材部中的鋼管外表面之在管軸方向上的殘留應力，係250MPa以下。
2. 如請求項1所述的電焊鋼管，其中，除了前述組成分之外，以質量%計，還含有B：0.008%以下。
3. 如請求項1或請求項2所述的電焊鋼管，其中，除了前述組成分之外，以質量%計，還含有從Cr：0.01~1.0%、V：0.010~0.060%、Mo：0.01~1.0%、Cu：0.01~0.50%、Ni：0.01~1.0%、Ca：0.0005~0.010%之中所選出的一種或兩種以上。
4. 一種電焊鋼管的製造方法，其係對於鋼素材依序地實施熱軋工序、冷卻工序而製作成熱軋鋼板，然後，對於該熱軋鋼板實施室溫下的滾壓成形工序而製作成電焊鋼管，前述鋼素材，係具有如請求項1至請求項3中的任一項所記載的組成分；前述熱軋工序，係對於前述鋼素材進行加熱到1100~1280℃的溫度之後，再以粗輥軋結束溫度為850~1150℃、最終輥軋結束溫度為750~850℃、且在進行粗輥軋與最終輥軋時之在930℃以下的合計軋縮率為65%以上的條件，來實施粗輥軋及最終輥軋而製作成熱軋鋼板的工序；前述冷卻工序，係對於前述熱軋鋼板，以板厚度中心溫度為準，以開始冷卻至停止冷卻為止的平均冷卻速度為5~25℃/s、冷卻停止溫度為450~650℃的條件，來進行 冷卻的工序；前述室溫下的滾壓成形工序，係先對於將前述熱軋鋼板實施了滾壓成形加工後的鋼管素材進行焊接，再以對於焊接後的鋼管外表面的圓周長度而言的縮徑率為0.2~0.5%的條件，來實施縮徑輥軋。
5. 一種鋼管樁，其係使用如請求項1至請求項3中的任一項所記載的電焊鋼管。