WO2024053168A1 - 電縫鋼管およびその製造方法 - Google Patents

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WO2024053168A1
WO2024053168A1 PCT/JP2023/019003 JP2023019003W WO2024053168A1 WO 2024053168 A1 WO2024053168 A1 WO 2024053168A1 JP 2023019003 W JP2023019003 W JP 2023019003W WO 2024053168 A1 WO2024053168 A1 WO 2024053168A1
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less
steel pipe
electric resistance
resistance welded
steel
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PCT/JP2023/019003
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晃英 松本
信介 井手
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
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    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C—ALLOYS
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    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese

Definitions

  • the present invention relates to a high-strength electric resistance welded steel pipe suitable for use in line pipes, etc., and a method for manufacturing the same.
  • Steel pipes for line pipes used for long-distance transportation of crude oil, natural gas, etc. are required to have high strength in order to improve transportation efficiency by increasing the pressure of the internal fluid.
  • TMCP Thermo-Mechanical Control Process
  • Patent Documents 1 and 2 propose steel pipes with controlled surface hardness.
  • Patent No. 6521197 Japanese Patent Application Publication No. 2017-179482
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-strength electric resistance welded steel pipe with excellent SSC resistance and a method for manufacturing the same.
  • high strength refers to a yield strength of 400 MPa or more in the base material part of the electric resistance welded steel pipe in a tensile test described below.
  • excellent SSC resistance means that no cracks occurred in the base material of the ERW steel pipe in the 4-point bending corrosion test described below, and the depth of the pitting corrosion that occurred was 250 ⁇ m. It also means that the maximum value of pitting corrosion (depth/width) is less than 3.0.
  • the present inventors conducted intensive studies and found that SSC resistance can be improved by appropriately controlling the shear residual stress on the surface of a steel pipe.
  • the shear residual stress is high means “the absolute value of the shear residual stress is large”.
  • the shear residual stress is low means “the absolute value of the shear residual stress is small”.
  • the SSC resistance of the steel pipe can be improved by lowering the shear residual stress on the surface of the steel pipe.
  • the present invention was completed based on the above findings. That is, the gist of the present invention is as follows.
  • An electric resistance welded steel pipe having a base metal part and an electric resistance welded part,
  • the absolute value of residual stress in the circumferential direction on the inner surface of the ERW steel pipe is 10 MPa or more
  • the absolute value of shear residual stress on the inner surface of the tube is 300 MPa or less
  • the steel structure at the center of the wall thickness of the base material is as follows:
  • the total volume fraction of ferrite and bainite is 90% or more
  • the average crystal grain size at the center of the wall thickness is 9.0 ⁇ m or less
  • the steel structure at a position 0.1 mm radially outward from the inner surface of the tube in the base metal portion is as follows:
  • the total volume fraction of ferrite and bainite is 95% or more
  • ERW steel pipe is 95% or more
  • the component composition of the base material part is in mass%, C: 0.020% or more and 0.150% or less, Si: 0.01% or more and 0.50% or less, Mn: 0.30% or more and 2.00% or less, P: 0.050% or less, S: 0.0200% or less, 1.
  • the component composition further includes, in mass%, Nb: 0.100% or less, V: 0.100% or less, Ti: 0.150% or less, Cr: 1.00% or less, Mo: 1.00% or less, Cu: 1.00% or less, Ni: 1.00% or less, 2.
  • a hot rolling process in which the following hot rolling is performed, and after the hot rolling process, an average cooling rate at the center of the plate thickness: 10°C/s or more and 60°C/s or less, a cooling stop temperature at the center of the plate thickness: 450°C 650°C or less, cooling stop temperature of the plate surface: 250°C or more and 500°C or less to obtain a hot rolled steel sheet, and after the cooling process, the hot rolled steel sheet is cold roll formed into a cylindrical shape.
  • a pipe-making process in which the cylindrical circumferential ends are brought together and ERW welded; and after the pipe-making process, a sizing process is made into an ERW steel pipe material using a sizing roll that satisfies the following formula (1).
  • X (wall thickness of ERW steel pipe material (mm)/radius of ERW steel pipe material (mm))
  • x yield strength of ERW steel pipe material (MPa)
  • a high-strength ERW steel pipe with excellent SSC resistance can be provided together with an advantageous manufacturing method for the high-strength ERW steel pipe.
  • a high-strength electric resistance welded steel pipe is an electric resistance welded steel pipe having a base material portion and an electric resistance welded portion.
  • the total volume fraction of ferrite and bainite is 90% or more, and the average grain size at the center of the thickness is 9.0 ⁇ m or less.
  • the total volume fraction of ferrite and bainite is 95% or more.
  • the absolute value of residual stress in the circumferential direction on the inner surface of the electric resistance welded steel pipe is 10 MPa or more, and the absolute value of shear residual stress on the inner surface of the tube is 300 MPa or less.
  • the present invention specifies the chemical composition and steel structure of any part of the base metal portion of the ERW steel pipe excluding the ERW welded portion and the heat affected zone. That is, the composition and steel structure are the same at a position 90° away from the electric resistance weld and at a position 180° away from the electric resistance weld.
  • the high-strength ERW steel pipe may be simply referred to as "ERW steel pipe.”
  • ferrite and bainite have soft structures.
  • pearlite, martensite, and austenite are hard structures, and the higher the cooling rate after hot rolling, the more easily they are formed.
  • Total volume fraction of ferrite and bainite at the center of the wall thickness of the base metal 90% or more
  • the center of the wall thickness of the base metal (means 1/2 position of the thickness of the base metal of the steel pipe. Also, hereinafter simply referred to as " If the total volume fraction of ferrite and bainite at the wall thickness center is less than 90%, the volume fraction of hard structures in the tube surface layer becomes high, and the SSC resistance decreases.
  • the cooling rate of the steel plate after hot rolling is relatively higher on the surface of the steel plate than inside the steel plate, the ratio of hard structures on the surface of the steel plate is higher than on the inside of the steel plate.
  • the ratio of hard structure in the electric resistance welded steel pipe is higher near the tube surface than in the center of the wall thickness.
  • the total volume fraction of ferrite and bainite at the center of the wall thickness is preferably 93% or more.
  • the volume fraction is more preferably 96% or more.
  • the upper limit of the volume fraction is not particularly limited. From the viewpoint of SSC resistance, it is preferable that the volume fraction is as high as possible; however, since it is difficult to completely suppress the formation of residual tissue, the volume fraction may be 99% or less.
  • the remainder at the center of the thickness is one or more of pearlite, martensite, and austenite.
  • the volume fraction of each of these tissues exceeds 10%, the volume fraction of hard tissues increases near the tube surface layer, and SSC resistance decreases. Therefore, the total volume fraction of each of these structures is set to 10% or less with respect to the entire steel structure at the same position.
  • the volume fraction is preferably 7% or less, more preferably 4% or less.
  • Average grain size at the center of wall thickness 9.0 ⁇ m or less
  • the average crystal grain size at the center of the wall thickness is set to 9.0 ⁇ m or less.
  • the average crystal grain size is preferably 8.5 ⁇ m or less, more preferably 8.0 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the average crystal grain size is not particularly limited, it is preferably 3.0 ⁇ m or more, because as the average crystal grain size becomes smaller, the dislocation density increases and the SSC resistance decreases.
  • Total volume fraction of ferrite and bainite at a position 0.1 mm radially outward from the inner surface of the tube in the base material 95% or more
  • stress concentration due to hardness difference causes Shear residual stress occurs at the interface. Therefore, when the total volume fraction of ferrite and bainite near the inner surface of the tube is low and the volume fraction of the hard structure is high, the SSC resistance decreases.
  • the total volume of ferrite and bainite at a position 0.1 mm radially outward from the tube inner surface of the base material (hereinafter referred to as "pipe inner surface") (hereinafter also simply referred to as "0.1 mm position”)
  • the ratio shall be 95% or more with respect to the entire steel structure at the same position.
  • the volume fraction is preferably 96% or more, more preferably 97% or more.
  • the upper limit of the volume fraction is not particularly limited. From the viewpoint of SSC resistance, it is preferable that the volume fraction is as high as possible; however, since it is difficult to completely suppress the generation of residual tissue, the volume fraction may be 99% or less.
  • the remainder at the 0.1 mm position is one or more of pearlite, martensite, and austenite.
  • the volume fraction is preferably 4% or less, more preferably 3% or less.
  • the above-mentioned wall thickness is The presence of a steel structure in the center is a requirement for obtaining the above-mentioned effects.
  • the term "steel structure at the center of the wall thickness" refers to the steel structure within a range of approximately 0.10 mm2 in the thickness direction within a range of ⁇ 1.0 mm centering on the center of the wall thickness. means.
  • steel structure at the 0.1 mm position exists in a range of about 0.10 mm2 in a range of ⁇ 0.06 mm in the wall thickness direction centering on the 0.1 mm position. This is a requirement for obtaining the effect.
  • steel structure at the 0.1 mm position refers to steel in a range of about 0.10 mm2 in any range of ⁇ 0.06 mm in the wall thickness direction centering on the 0.1 mm position. means organization.
  • Absolute value of residual stress in the circumferential direction on the inner surface of the tube 10 MPa or more If the absolute value of residual stress in the circumferential direction on the inner surface of the tube is less than 10 MPa, the amount of tube expansion during the internal pressure loading process is too large, resulting in an increase in the dislocation density on the tube surface. However, the SSC resistance decreases.
  • the reason why the residual stress in the circumferential direction is defined by an absolute value is that the absolute value of the residual stress in the circumferential direction becomes smaller as the amount of pipe expansion increases in the internal pressure loading process.
  • the upper limit of the absolute value of the residual stress in the circumferential direction is not particularly limited, but the absolute value of the shear residual stress after the internal pressure loading step may become too large, so a range of 800 MPa or less is preferable.
  • Absolute value of shear residual stress on the inner surface of the tube 300 MPa or less If the absolute value of the residual shear stress on the inner surface of the tube exceeds 300 MPa, the proliferation of crystal dislocations in the structure within the steel tube is promoted when stress is applied. , the SSC resistance decreases because the dislocation density increases.
  • the absolute value of shear residual stress on the inner surface of the tube is preferably 280 MPa or less, more preferably 260 MPa or less. In this way, shear residual stress is defined as an absolute value because of tensile or compressive deformation from various directions in the usage environment, such as tension or compression in the axial direction of the pipe due to pipe bending, or tension in the circumferential direction of the pipe due to internal pressure. This is because .
  • the lower limit of the absolute value of the shear residual stress on the inner surface of the tube is not particularly limited, but it is difficult to reduce the residual stress in the tube axis direction and the residual stress in the tube circumferential direction to zero, so a range of 10 MPa or more is recommended. preferable.
  • observation of the steel structure can be performed by the following method.
  • a test piece for tissue observation is prepared so that the observation surface is a cross section parallel to both the tube axis direction and the wall thickness direction, polished, and then nital-corroded.
  • tissue observation use an optical microscope (magnification: 1000x) or a scanning electron microscope (SEM, magnification: 1000x) to observe the tissue at the center of the wall thickness and at a position 0.1 mm radially outward from the tube inner surface. and take an image.
  • the area ratios of ferrite, bainite, and the remainder are determined from the obtained optical microscope image and SEM image.
  • the area ratio of each tissue is observed in five fields of view and calculated as the average value of the values obtained in each field of view.
  • the area ratio obtained by tissue observation is defined as the volume ratio of each tissue.
  • Ferrite is a product of diffusion transformation, and exhibits a nearly recovered structure with a low dislocation density.
  • This includes polygonal ferrite and pseudopolygonal ferrite.
  • Bainite is a multi-phase structure of lath-like ferrite and cementite with a high dislocation density.
  • Pearlite is a eutectoid structure (ferrite + cementite) of iron and iron carbide, and exhibits a lamellar structure in which linear ferrite and cementite are arranged alternately.
  • pseudo pearlite which is a structure in which cementite dots are regularly arranged in ferrite.
  • Martensite is a lath-like low-temperature transformed structure with a very high dislocation density. The SEM image shows a bright contrast compared to ferrite and bainite.
  • the area ratio of the structure observed as martensite or austenite is measured from the obtained SEM image, and the volume ratio of martensite is determined by subtracting the volume ratio of austenite measured by the method described later from the measured value. .
  • austenite is an FCC phase
  • the volume fraction of austenite is measured by X-ray diffraction.
  • a test piece for measurement at the center of the wall thickness is prepared by grinding so that the diffraction surface is at the center of the wall thickness, and then chemically polishing it to remove the surface treatment layer.
  • the test pieces for measurement at the 0.1 mm position were mirror-polished so that the diffraction surface was located 0.1 mm radially outward from the inner surface of the tube, and then the polished surfaces were chemically polished for surface processing. Create by removing layers.
  • the K ⁇ rays of Mo were used for the measurement, and the integrated intensities of the (200), (220), and (311) planes of FCC iron and the (200) and (211) planes of BCC iron were determined, and each value was calculated theoretically. Assuming that the normalized integrated strength divided by the strength value is proportional to the volume fraction of each phase, the volume fraction of austenite is determined by determining the ratio of the normalized integrated strength of austenite.
  • a cross section parallel to both the tube axis direction and the wall thickness direction is mirror-polished, and a histogram of the crystal grain size distribution (horizontal axis: crystal Grain size (vertical axis: graph showing proportion of each crystal grain size) is calculated, and each is determined as the arithmetic mean of the crystal grain sizes.
  • the measurement conditions are: acceleration voltage: 15 kV, measurement area: 200 ⁇ m x 200 ⁇ m, measurement step size (measurement resolution): 0.5 ⁇ m, and the measured values of 5 fields of view are obtained and the measured values are averaged.
  • crystal grains having a diameter of less than 2.0 ⁇ m are excluded from the analysis target as measurement noise.
  • the absolute value of the shear residual stress on the inner surface of the tube is measured by an X-ray diffraction method on a surface where the inner surface at the longitudinal center of the electric resistance welded steel tube has been electrolytically polished to a depth of 100 ⁇ m.
  • the X-ray source is a CrK ⁇ ray
  • the tube voltage is 30 kV
  • the tube current is 1.0 mA
  • the measurement is carried out by the cos ⁇ method
  • the measurement lattice plane is (211).
  • Residual stress in the tube axial direction and the tube circumferential direction is measured on the inner surface of the tube at the electric resistance welded portion and at each position (12 locations) at intervals of 30 degrees in the tube circumferential direction based on the electric resistance weld.
  • This shear residual stress can be regarded as a plane stress state due to the residual stress near the surface layer, and the principal stress directions are the tube axis direction and the tube circumferential direction, and the absolute value of the shear residual stress is (((residual stress in the tube axis direction) (MPa) - residual stress in the circumferential direction (MPa)/2).
  • MPa residual stress in the tube axis direction
  • MPa residual stress in the circumferential direction
  • the absolute value of the shear residual stress is determined at each position, and the maximum value thereof is taken as the absolute value of the shear residual stress in the present invention.
  • the absolute value of the residual stress in the circumferential direction on the inner surface of the tube may be the absolute value of the residual stress in the circumferential direction measured in the above-mentioned measurement of the absolute value of the shear residual stress on the inner surface of the tube.
  • C 0.020% or more and 0.150% or less
  • C is an element that increases the strength of steel through solid solution strengthening. Further, C is an element that contributes to the refinement of the structure by lowering the transformation start temperature. In order to ensure the strength aimed at in the present invention, it is preferable to contain 0.020% or more of C.
  • the C content is preferably 0.150% or less.
  • the C content is more preferably 0.025% or more, and more preferably 0.140% or less. Further, the C content is more preferably 0.030% or more, and even more preferably 0.130% or less.
  • Si 0.01% or more and 0.50% or less Si is an element that increases the strength of steel through solid solution strengthening. In order to obtain such an effect, it is preferable to contain 0.01% or more of Si.
  • the Si content exceeds 0.50%, hardenability becomes high and hard pearlite, martensite, and austenite are excessively produced. Further, oxides are likely to be generated in the electric resistance welded part, and the properties of the welded part are deteriorated.
  • the Si content is preferably 0.50% or less.
  • the Si content is more preferably 0.02% or more, and more preferably 0.45% or less. Further, the Si content is more preferably 0.03% or more, and even more preferably 0.40% or less.
  • Mn 0.30% or more and 2.00% or less
  • Mn is an element that increases the strength of steel through solid solution strengthening. Furthermore, Mn is an element that contributes to the refinement of the structure by lowering the transformation start temperature. In order to ensure the strength and steel structure targeted by the present invention, it is preferable to contain 0.30% or more of Mn.
  • the Mn content is preferably 2.00% or less.
  • the Mn content is more preferably 0.40% or more, and more preferably 1.90% or less. Further, the Mn content is more preferably 0.50% or more, and even more preferably 1.80% or less.
  • P 0.050% or less P segregates at grain boundaries and causes material inhomogeneity, so it is preferable to reduce it as much as possible, and the P content is preferably within the range of 0.050% or less.
  • the P content is more preferably 0.040% or less, and still more preferably 0.030% or less. Note that although there is no particular lower limit for P (usually it is over 0%), it is preferable that P be 0.001% or more since excessive reduction will lead to a rise in smelting costs.
  • S 0.0200% or less
  • S usually exists as MnS in steel, but MnS is stretched thin during the hot rolling process and has a negative effect on ductility and toughness. Therefore, in the present invention, it is preferable to reduce S as much as possible, and the S content is preferably 0.0200% or less.
  • the S content is more preferably 0.0100% or less, still more preferably 0.0050% or less.
  • S be 0.0001% or more, since excessive reduction will lead to a rise in smelting costs.
  • Al 0.005% or more and 0.100% or less
  • Al is an element that acts as a strong deoxidizing agent. In order to obtain such an effect, it is preferable to contain 0.005% or more of Al.
  • the Al content is preferably 0.005% or more and 0.100% or less.
  • the Al content is more preferably 0.010% or more, and more preferably 0.080% or less. Further, the Al content is more preferably 0.015% or more, and even more preferably 0.070% or less.
  • N 0.0100% or less
  • N is an element that has the effect of reducing ductility and toughness by firmly fixing the movement of dislocations.
  • the N content is preferably 0.0100% or less.
  • the N content is more preferably 0.0080% or less. Note that there is no particular lower limit for N (usually it is over 0%), but excessive reduction will lead to a rise in smelting costs, so N is preferably 0.0010% or more.
  • the component composition of the base material further includes, in mass%, Nb: (more than 0%) 0.100% or less, V: (more than 0%) 0.100% or less, Ti: (more than 0%) 0.150% or less, Cr: (more than 0%) 1.00% or less, Mo: (more than 0%) 1.00% or less, Cu: (more than 0%) 1.00% or less, Ni: (more than 0%) 1.00% or less, It can contain one or more selected from Ca: (more than 0%) 0.0100% or less and B: (more than 0%) 0.0100% or less.
  • Nb 0.100% or less
  • Nb contributes to improving the strength of steel by forming fine carbides and nitrides in steel, and also improves the structure by suppressing coarsening of austenite during hot rolling. It is an element that also contributes to miniaturization.
  • the content of Nb is preferably 0.001% or more.
  • the Nb content is more preferably 0.002% or more, and still more preferably 0.005% or more. Further, the Nb content is more preferably 0.090% or less, still more preferably 0.080% or less.
  • Ti 0.150% or less
  • Ti is an element that contributes to improving the strength of steel by forming fine carbides and nitrides in steel. Furthermore, since it has a high affinity with N, it is an element that renders N in steel harmless as a nitride and contributes to improving the ductility of steel.
  • the Ti content is preferably 0.001% or more.
  • the Ti content is more preferably 0.002% or more, and still more preferably 0.005% or more. Further, the Ti content is more preferably 0.140% or less, still more preferably 0.130% or less.
  • V 0.100% or less
  • V is an element that contributes to improving the strength of steel by forming fine carbides and nitrides in steel.
  • the content of V is preferably 0.001% or more.
  • the content of V is preferably 0.100% or less.
  • the V content is more preferably 0.002% or more, and still more preferably 0.005% or more. Further, the V content is more preferably 0.090% or less, still more preferably 0.080% or less.
  • Cr 1.00% or less Cr is an element that improves the hardenability of steel and increases the strength of steel.
  • the Cr content is preferably 0.01% or more.
  • the Cr content is more preferably 0.02% or more, and still more preferably 0.05% or more. Further, the Cr content is more preferably 0.80% or less, still more preferably 0.60% or less.
  • Mo 1.00% or less Mo is an element that improves the hardenability of steel and increases the strength of steel.
  • the content of Mo is preferably 0.01% or more.
  • the Mo content is preferably 1.00% or less.
  • the Mo content is more preferably 0.02% or more, and still more preferably 0.05% or more. Further, the Mo content is more preferably 0.80% or less, still more preferably 0.60% or less.
  • Cu 1.00% or less
  • the Cu content is preferably 0.01% or more.
  • the Cu content is more preferably 0.02% or more, and still more preferably 0.05% or more.
  • the Cu content is more preferably 0.80% or less, and still more preferably 0.60% or less.
  • Ni 1.00% or less
  • Ni is an element that increases the strength of steel through solid solution strengthening.
  • the Ni content is preferably 0.01% or more.
  • the Ni content is more preferably 0.02% or more, and still more preferably 0.05% or more.
  • the Ni content is more preferably 0.80% or less, and still more preferably 0.60% or less.
  • Ca 0.0100% or less
  • Ca is an element that contributes to improving the ductility of steel by spheroidizing sulfides such as MnS that are thinly stretched in the hot rolling process.
  • the content of Ca is preferably 0.0002% or more.
  • the Ca content exceeds 0.0100%, Ca oxide clusters are formed in the steel, resulting in a decrease in ductility.
  • the Ca content is preferably 0.0100% or less.
  • the Ca content is more preferably 0.0005% or more, and still more preferably 0.0010% or more. Further, the Ca content is more preferably 0.0080% or less, still more preferably 0.0060% or less.
  • B 0.0100% or less
  • B is an element that improves the hardenability of steel and increases the strength of steel.
  • the B content is preferably 0.0100% or less.
  • the B content is more preferably 0.0005% or more, and still more preferably 0.0008% or more.
  • the B content is more preferably 0.0080% or less, still more preferably 0.0060% or less, and still more preferably 0.0040% or less.
  • the remainder is Fe and inevitable impurities.
  • Unavoidable impurities in the remainder include, for example, Sn, As, Sb, Bi, Co, Pb, Zn and O.
  • it contains 0.1% or less of Sn, 0.05% or less of each of As, Sb, and Co, and 0.005% or less of each of Bi, Pb, Zn, and O. It's not something I refuse to do.
  • the hot-rolled steel sheet that is the raw material for the electric resistance welded steel pipe of the present invention can be obtained, for example, by heating a steel material having the above-mentioned composition to a heating temperature of 1100°C or higher and 1300°C or lower, and then finish rolling at a finish rolling temperature of 750°C or higher and 850°C or higher.
  • the sheet surface is cooled to a cooling stop temperature of 250° C. or more and 500° C. or less (cooling step) to obtain a hot rolled steel sheet.
  • the hot rolled steel sheet can then be wound into a coil.
  • the hot rolled steel plate is formed into a cylindrical shape by cold roll forming, both circumferential ends of the cylindrical shape are abutted and electric resistance welded (pipe making process), and then the following steps are performed:
  • the ERW steel pipe material is formed using a sizing roll that satisfies the formula (1) (sizing process), and then an internal pressure p (MPa) that satisfies the following formula (2) is applied to the inner surface of the ERW steel pipe material ( (internal pressure loading process).
  • X (wall thickness of ERW steel pipe material (mm)/radius of ERW steel pipe material (mm)) x yield strength of ERW steel pipe material (MPa)
  • the said cylindrical shape refers to a pipe circumferential section having a "C" shape.
  • the above-mentioned internal pressure can be applied, for example, by sealing the end of the tube with a rubber packing and applying water pressure to the inside of the tube. Further, in order to stabilize the shape, a mold having a desired diameter may be used as the outer frame as necessary.
  • the temperature expressed in "°C” refers to the surface temperature of the steel material, steel plate, and hot rolled steel plate (hereinafter referred to as "steel plate, etc.”).
  • the surface temperature of a steel plate or the like can be measured with a radiation thermometer or the like.
  • the temperature at the center of the thickness of a steel plate or the like can be determined by calculating the temperature distribution in the cross section of the steel plate or the like by heat transfer analysis, and correcting the result based on the surface temperature of the steel plate or the like.
  • the method for producing the steel material is not particularly limited.
  • any known melting method such as a converter, electric furnace, vacuum melting furnace, etc. is suitable.
  • the casting method is also not particularly limited.
  • a steel material having desired dimensions is manufactured by a known casting method such as a continuous casting method. It should be noted that there is no problem in applying an ingot-blowing rolling method instead of the continuous casting method.
  • the molten steel may further be subjected to secondary refining such as ladle refining.
  • Heating temperature 1100° C. or more and 1300° C. or less
  • the heating temperature of the steel material is less than 1100° C.
  • the deformation resistance of the material to be rolled increases and rolling becomes difficult.
  • the heating temperature exceeds 1300°C, the austenite grains become coarse and fine austenite grains cannot be obtained in subsequent rolling (rough rolling, finish rolling), thereby ensuring the average crystal grain size targeted by the present invention. This becomes difficult. Therefore, the heating temperature in the hot rolling step is 1100°C or more and 1300°C or less.
  • the heating temperature is more preferably 1120°C or higher, and more preferably 1280°C or lower.
  • the present invention In addition to the conventional method of manufacturing a steel slab, cooling it to room temperature and then heating it again, the present invention also involves charging the steel slab into a heating furnace as a hot piece without cooling it to room temperature, or These energy-saving processes of direct rolling, such as rolling immediately after a slight heat retention, can also be applied without problems.
  • Finish rolling end temperature 750°C or more and 850°C or less
  • the finish rolling end temperature is set to 750°C or more and 850°C or less.
  • the finish rolling end temperature is more preferably 770°C or higher, and more preferably 830°C or lower.
  • the finished plate thickness is preferably 4 mm or more.
  • the upper limit of the finished plate thickness is not particularly specified, but from the viewpoint of temperature control of the steel plate, it is preferably 30 mm or less.
  • Average cooling rate at the center of the plate thickness 10°C/s or more and 60°C/s or less
  • the average cooling rate at the center of the plate thickness is less than 10°C/s, the frequency of nucleation of ferrite and bainite decreases, and these Because of the coarsening, a steel structure having the average crystal grain size targeted by the present invention cannot be obtained, and the strength decreases.
  • the average cooling rate exceeds 60°C/s, a large amount of hard structures will be generated on the surface of the steel sheet, making it impossible to obtain a steel structure having the desired structure fraction in the present invention, and reducing SSC resistance. do.
  • the average cooling rate at the center of the plate thickness is preferably 15°C/s or more, and preferably 55°C/s or less. Furthermore, in the present invention, if ferrite is generated before the cooling step, it becomes coarse and a steel structure having the average crystal grain size targeted by the present invention cannot be obtained, resulting in a decrease in strength. Therefore, it is preferable to start the cooling process immediately after finish rolling.
  • Cooling stop temperature at the center of the plate thickness 450°C or more and 650°C or less
  • the cooling stop temperature at the center of the plate thickness is less than 450°C, the cooling stop temperature of the steel plate surface becomes too low and hard structures form on the steel plate surface. It is produced in large quantities, and a steel structure having the desired structure fraction in the present invention cannot be obtained, resulting in a decrease in SSC resistance.
  • the cooling stop temperature exceeds 650°C, the frequency of nucleation of ferrite or bainite decreases and these become coarser, making it impossible to obtain a structure with the average crystal grain size aimed at in the present invention, resulting in increased strength. decreases.
  • the cooling stop temperature at the center of the plate thickness is preferably 480°C or higher, and preferably 620°C or lower.
  • Cooling stop temperature of plate surface 250°C or more and 500°C or less
  • the cooling stop temperature of the plate surface is preferably 280°C or higher, and preferably 470°C or lower.
  • the average cooling rate is a value determined by ((thickness center temperature of steel plate before cooling - thickness center temperature of hot rolled steel plate after cooling)/cooling time). speed).
  • the cooling method include water cooling such as water injection from a nozzle, cooling by cooling gas injection, and the like.
  • the hot-rolled steel plate is formed into a cylindrical shape by cold roll forming, and both ends of the cylindrical shape in the circumferential direction are abutted and electrical resistance welded (pipe-making process).
  • it is made into an electric resistance welded steel pipe material using sizing rolls (sizing process).
  • sizing process bending deformation occurs in the tube axis direction along the roll shape when the tube passes through the rolls, and residual stress occurs in the tube axis direction.
  • the greater the bending strain during the bending deformation the greater the absolute value of the residual stress in the tube axis direction.
  • the bending strain increases as the diameter of the sizing roll decreases and as the thickness of the hot rolled steel sheet increases.
  • the diameter of the sizing roll is made to satisfy the above formula (1). If the diameter of the sizing roll is less than the right-hand side of equation (1) above, the shear residual stress targeted by the present invention cannot be obtained. Although there is no particular upper limit to the diameter of the sizing roll, it is preferable that the diameter of the sizing roll is 2000 mm or less, since the larger the sizing roll, the greater the load on the equipment.
  • the electric resistance welded steel pipe material is expanded to generate tensile stress in the pipe circumferential direction, thereby reducing the absolute value of the residual stress in the pipe circumferential direction.
  • the larger the internal pressure p (MPa) in this internal pressure loading step the smaller the absolute value of the residual stress in the tube circumferential direction.
  • the larger the radius of the steel pipe and the smaller the wall thickness of the steel pipe the higher the tensile stress generated in the circumferential direction of the pipe.
  • the left side (X) of the above equation (2) corresponds to the internal pressure p when the tensile stress generated in the circumferential direction of the pipe becomes equal to the yield stress of the electric resistance welded steel pipe material.
  • the internal pressure p is set to a value larger than the left side (X) of equation (2), and the electric resistance welded steel tube material is made plastic. Expand the tube to the area.
  • the internal pressure p exceeds the right-hand side (X Dislocation density increases and SSC resistance decreases.
  • the high-strength electric resistance welded steel pipe of the present invention is manufactured by the manufacturing method described above.
  • the high-strength electric resistance welded steel pipe of the present invention exhibits excellent SSC resistance. It also has high yield strength.
  • This hot-rolled steel sheet is formed into a cylindrical open tube (round steel tube) by cold roll forming, the butt portions of the open tube are electrical resistance welded (pipe making process), and the diameter is reduced using rolls placed on the top, bottom, left and right. (sizing step) to obtain a 12 m long electric resistance welded steel pipe material with the radius (mm) and wall thickness (mm) shown in Table 2.
  • test pieces were taken from the thus obtained electric resistance welded steel pipes and subjected to measurement of average grain size, observation of structure, tensile test, measurement of residual stress, and 4-point bending corrosion test using the methods shown below.
  • various test pieces except for residual stress measurement were taken from a base material part 90° away from the electric resistance welded portion in the tube circumferential direction when the electric resistance welded portion is set to 0°.
  • a test piece for measurement was prepared by taking a sample from an electric resistance welded steel pipe and polishing it to a mirror surface so that the measurement surface was a cross section parallel to both the tube axis direction and the wall thickness direction.
  • the average crystal grain size was measured using the SEM/EBSD method.
  • the crystal grain size was determined by determining the orientation difference between adjacent crystal grains, and measuring the boundary where the orientation difference was 15° or more as a grain boundary.
  • the arithmetic mean of the crystal grain sizes (circular equivalent diameter) was determined from the obtained crystal grain boundaries, and this was determined as the average crystal grain size.
  • the measurement conditions were an acceleration voltage of 15 kV, a measurement area of 200 ⁇ m x 200 ⁇ m, and a measurement step size (measurement resolution) of 0.5 ⁇ m, and the measured values of 5 fields of view were averaged.
  • the crystal grain size analysis those with a crystal grain size of less than 2.0 ⁇ m were excluded from the analysis target as measurement noise.
  • the measurement position is the center of the wall thickness, and a histogram of the crystal grain size distribution (horizontal axis: crystal grain size, vertical axis: abundance ratio of each crystal grain size) is calculated at each position.
  • the average grain size was determined as the arithmetic mean of the diameters.
  • tissue observation A test piece for microstructural observation was prepared by taking a specimen from an electric resistance welded steel pipe so that the observation surface was a cross section parallel to both the tube axis direction and the wall thickness direction, mirror polishing it, and corroding it with nital.
  • tissue observation use an optical microscope (magnification: 1000x) or a scanning electron microscope (SEM, magnification: 1000x) to observe the tissue at the center of the wall thickness and at a position 0.1 mm radially outward from the tube inner surface. I then took an image.
  • the area ratios of ferrite, bainite, and the remainder were determined from the obtained optical microscope image and SEM image.
  • the area ratio of each tissue was observed in 5 visual fields and calculated as the average value of the values obtained in each visual field.
  • the area ratio obtained by tissue observation was defined as the volume ratio of each tissue.
  • ferrite is a product of diffusion transformation, and exhibits a nearly recovered structure with a low dislocation density.
  • This includes polygonal ferrite and pseudopolygonal ferrite.
  • Bainite is a multi-phase structure of lath-like ferrite and cementite with high dislocation density.
  • Pearlite is a eutectoid structure of iron and iron carbide (ferrite + cementite), and exhibits a lamellar structure in which linear ferrite and cementite are arranged alternately.
  • pseudo pearlite which is a structure in which cementite dots are regularly arranged in ferrite.
  • Martensite is a lath-like low-temperature transformed structure with a very high dislocation density. In the SEM image, it shows a bright contrast compared to ferrite and bainite.
  • test pieces for measurement at the 0.1 mm position were mirror-polished so that the diffraction surface was located 0.1 mm radially outward from the inner surface of the tube, and then the polished surfaces were chemically polished for surface processing. It was made by removing the layer.
  • the K ⁇ rays of Mo were used for the measurement, and the integrated intensities of the (200), (220), and (311) planes of FCC iron and the (200) and (211) planes of BCC iron were determined, and each value was calculated theoretically.
  • the volume fraction of austenite was determined by determining the ratio of the normalized integrated strength of austenite, assuming that the normalized integrated strength divided by the strength value is proportional to the volume fraction of each phase.
  • the residual stress in the tube axis direction and the tube circumferential direction was measured on the electric resistance welded part and the inner surface of the tube at each position (12 locations) at 30 degree intervals in the tube circumferential direction based on the electric resistance weld, and the shear
  • the absolute value of the residual stress was determined as the absolute value of ((residual stress in the tube axis direction (MPa) - residual stress in the tube circumferential direction (MPa)))/2).
  • the residual stress in the tube axis direction or tube circumferential direction is tensile, it will be a positive value, if it is compressive, it will be a negative value, and if there is no residual stress in the tube axis direction or tube circumferential direction, the value will be 0. And so.
  • the absolute value of the shear residual stress was determined at each position, and the maximum value thereof was taken as the absolute value of the shear residual stress in the present invention. Note that the residual stress in the tube axis direction and the residual stress in the tube circumferential direction in Table 3 are values when the absolute value of the shear residual stress is the maximum. In addition, the absolute value of the residual stress in the tube circumferential direction was determined at each position, and it was confirmed whether the minimum value thereof was 10 MPa or more.
  • [4-point bending corrosion test] A four-point bending corrosion test piece of 5 mm thickness x 15 mm width x 115 mm length was placed so that the width direction of the corrosion test piece was parallel to the circumferential direction of the ERW steel pipe, and the length of the corrosion test piece was Samples were taken from the ERW steel pipe so that the direction was parallel to the pipe axis direction of the ERW steel pipe. The bent outer surface, that is, the corroded surface, was sampled with the surface layer intact.
  • a tensile stress of 90% of the yield strength of the ERW steel pipe obtained in the above tensile test was applied to the corroded surface of the sampled test piece, and sulfidation was performed using NACE standard TM0177 Solution A solution.
  • a four-point bending corrosion test was conducted at a hydrogen partial pressure of 1 bar. After the test piece was immersed in the above solution for 720 hours, it was confirmed whether or not cracks had occurred. Furthermore, test pieces for observation were taken at 1/3 and 2/3 positions in the width direction of the test piece after the test so that the observation surface was a cross section parallel to the thickness direction and the length direction.
  • the obtained specimen for observation was polished to a mirror surface and observed using an optical microscope, and the depth and width of all pitting corrosion that occurred in the part where tensile stress was applied was measured, and the maximum depth and width of pitting corrosion were measured. The maximum value of the (depth/width) ratio of pitting corrosion was determined.
  • the steel structure at the center of the wall thickness of the base material has a total volume ratio of ferrite and bainite of 90% or more, and an average crystal grain size of 9.0 ⁇ m or less
  • the steel structure at a position 0.1 mm radially outward from the inner surface of the tube has a total volume fraction of ferrite and bainite of 95% or more, and an absolute value of circumferential residual stress on the inner surface of the tube of 10 MPa or more.
  • the absolute value of the shear residual stress on the inner surface of the tube was 300 MPa or less.
  • these electric resistance welded steel pipes of the present invention have a yield strength of 400 MPa or more in the base material in any tensile test, no cracking occurs in a 4-point bending corrosion test, and no pitting corrosion occurs.
  • the depth was less than 250 ⁇ m, and the maximum value of (depth/width) was less than 3.0.

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Abstract

耐ＳＳＣ性に優れた高強度電縫鋼管を提供する。電縫鋼管の管内面における周方向の残留応力の絶対値を１０ＭＰａ以上とし、かかる管内面におけるせん断残留応力の絶対値を３００ＭＰａ以下として、電縫鋼管の母材部の肉厚中央における鋼組織を、フェライトとベイナイトの合計の体積率で９０％以上とし、平均結晶粒径を９．０μｍ以下とし、さらに、前記母材部の管内面から管の径方向外側に０．１ｍｍの位置における鋼組織を、フェライトとベイナイトの合計の体積率で９５％以上とする。

Description

電縫鋼管およびその製造方法
　本発明は、ラインパイプ等に好適に用いられる高強度電縫鋼管およびその製造方法に関する。
　原油、天然ガス等の長距離輸送に用いられるラインパイプ用鋼管には、内部流体の高圧化による輸送効率の向上のため、高い強度が求められる。
　また、ラインパイプ用鋼管の内面は、硫化水素を含む腐食性の高い流体と接触するため、高い耐硫化物応力腐食割れ（ＳＳＣ: Sulfide Stress corrosion Cracking）性も必要とされる。
　一般に、鋼材の強度が高くなると、鋼材の耐ＳＳＣ性は低下する。特に、ラインパイプ用鋼管においては、耐ＳＳＣ性を確保するため、流体と接触する鋼管の内表面の硬さ（強度）を低減させることが重要である。
　通常、高強度の鋼管の原板の製造においては、制御圧延と加速冷却とを組み合わせたＴＭＣＰ（Thermo-Mechanical Control Process）技術が適用される。このＴＭＣＰ技術を用いることにより、鋼組織を微細化して鋼材を高強度化することができる。
　ＴＭＣＰ技術においては、加速冷却時の冷却速度を高くすることが重要であるが、鋼板内部に比べて鋼板表面の冷却速度が高くなる。そのため、鋼板表面の硬さが過度に高くなってしまう。その結果、ＴＭＣＰ技術により製造された鋼板は、耐ＳＳＣ性の観点からラインパイプへの適用が困難になっていた。
　かかる問題に対応するために、例えば特許文献１または２では、表面の硬さを制御した鋼管が提案されている。
特許第６５２１１９７号公報 特開２０１７－１７９４８２号公報
　しかしながら、前記した特許文献１または２に記載されたように鋼管の表面の硬さを制御しても、十分な耐ＳＳＣ性を得ることができない場合があり、耐ＳＳＣ性の更なる向上が求められていた。
　本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、耐ＳＳＣ性に優れた高強度電縫鋼管およびその製造方法を提供することを目的とする。
　なお、本発明でいう「高強度」とは、後述の引張試験において、電縫鋼管の母材部における降伏強度が４００ＭＰａ以上であることを指す。
　また、本発明でいう「耐ＳＳＣ性に優れた」とは、後述の４点曲げ腐食試験において、電縫鋼管の母材部における割れが発生せず、かつ発生した孔食の深さが２５０μｍ未満であり、さらに孔食の（深さ／幅）の最大値が３．０未満であることを指す。
　前記した各試験は、後述する実施例に記載の方法で行うことができる。
　本発明者らは、前記した目的を達成するために、鋭意検討を行った結果、鋼管表面のせん断残留応力を適切に制御することで、耐ＳＳＣ性が向上することを見出した。
　本発明において「せん断残留応力が高い」とは、「せん断残留応力の絶対値が大きい」ことを意味する。また、「せん断残留応力が低い」とは、「せん断残留応力の絶対値が小さい」ことを意味する。
　鋼管中の結晶の転位の増殖はせん断応力により生じるため、せん断残留応力が高いと、応力が負荷された際に転位の増殖が促進される。そのため、表面のせん断残留応力が高い鋼管を用いたラインパイプは、操業時の圧力により表面付近の転位密度が上昇してしまう。その結果、鋼管表面の硬さが上昇し耐ＳＳＣ性が低下する。
　よって、鋼管表面のせん断残留応力を低くすることにより、鋼管の耐ＳＳＣ性を向上させることができることを知見した。
　本発明は、以上の知見に基づいて完成されたものである。
　すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
１．母材部と電縫溶接部とを有する電縫鋼管であって、
　前記電縫鋼管の管内面における周方向の残留応力の絶対値が１０ＭＰａ以上であり、
　前記管内面におけるせん断残留応力の絶対値が３００ＭＰａ以下であり、
　前記母材部の肉厚中央における鋼組織は、
フェライトおよびベイナイトの合計の体積率が９０％以上であり、
前記肉厚中央における平均結晶粒径が９．０μｍ以下であり、
　前記母材部の管内面から管の径方向外側に０．１ｍｍの位置における鋼組織は、
フェライトおよびベイナイトの合計の体積率が９５％以上である、
電縫鋼管。
２．前記母材部の成分組成は、質量％で、
Ｃ：０．０２０％以上０．１５０％以下、
Ｓｉ：０．０１％以上０．５０％以下、
Ｍｎ：０．３０％以上２．００％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０２００％以下、
Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下および
Ｎ：０．０１００％以下
を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物である、前記１に記載の電縫鋼管。
３．前記成分組成が、さらに、質量％で、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｖ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．１５０％以下、
Ｃｒ：１．００％以下、
Ｍｏ：１．００％以下、
Ｃｕ：１．００％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、
Ｃａ：０．０１００％以下および
Ｂ：０．０１００％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含む、前記２に記載の電縫鋼管。
４．前記１～３のいずれか１つに記載の電縫鋼管の製造方法であって、鋼素材を、加熱温度：１１００℃以上１３００℃以下に加熱した後、仕上圧延終了温度：７５０℃以上８５０℃以下である熱間圧延を施す熱間圧延工程と、該熱間圧延工程後、板厚中心の平均冷却速度：１０℃／ｓ以上６０℃／ｓ以下、板厚中心の冷却停止温度：４５０℃以上６５０℃以下、板表面の冷却停止温度：２５０℃以上５００℃以下である冷却を施して熱延鋼板とする冷却工程と、該冷却工程後、前記熱延鋼板を冷間ロール成形により円筒状に成形し、該円筒状の周方向両端部を突合せて電縫溶接する造管工程と、該造管工程後、以下の（１）式を満たすサイジングロールによって電縫鋼管素材とするサイジング工程と、該サイジング工程後、前記電縫鋼管素材の内面に以下の（２）式を満たす内圧ｐ（ＭＰａ）を負荷して電縫鋼管とする内圧負荷工程と、を含む電縫鋼管の製造方法。
　サイジングロールの直径（ｍｍ）≧熱延鋼板の板厚（ｍｍ）／０．０２０　・・・（１）
　　　　　　　　　　　　　　Ｘ＜ｐ≦Ｘ×１．５　・・・（２）
　なお、Ｘ＝（電縫鋼管素材の肉厚（ｍｍ）／電縫鋼管素材の半径（ｍｍ））×電縫鋼管素材の降伏強度（ＭＰａ）
　本発明によれば、耐ＳＳＣ性に優れた高強度電縫鋼管を、その高強度電縫鋼管の有利な製造方法と共に提供することができる。
　本発明に従う高強度の電縫鋼管は、母材部と電縫溶接部とを有する電縫鋼管である。かかる母材部の肉厚中央における鋼組織は、フェライトとベイナイトの合計の体積率が９０％以上であり、肉厚中央における平均結晶粒径が９．０μｍ以下である。また、かかる母材部の管内面から管の径方向外側に０．１ｍｍの位置における鋼組織は、フェライトとベイナイトの合計の体積率が９５％以上である。さらに、上記電縫鋼管の管内面における周方向の残留応力の絶対値が１０ＭＰａ以上であり、かかる管内面におけるせん断残留応力の絶対値が３００ＭＰａ以下である。
　以下に、本発明の電縫鋼管およびその製造方法について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、本発明は、電縫鋼管の電縫溶接部および熱影響部を除いた母材部の任意の箇所の成分組成および鋼組織を規定している。すなわち、電縫溶接部から９０°離れた位置でも、電縫溶接部から１８０°離れた位置でも同じ成分組成および鋼組織である。
　なお、以降の説明において、高強度電縫鋼管は単に「電縫鋼管」と称する場合もある。
　また、フェライトおよびベイナイトは、軟質な組織である。他方、パーライト、マルテンサイトおよびオーステナイトは、硬質な組織であり、熱間圧延後の冷却速度が高いほど生成しやすい組織である。
母材部の肉厚中央におけるフェライトおよびベイナイトの合計の体積率：９０％以上
　母材部の肉厚中央（鋼管の母材部の厚みの１／２位置を意味する。また、以下、単に「肉厚中央」という）におけるフェライトおよびベイナイトの合計の体積率が９０％未満であると、管表層において硬質な組織の体積率が高くなり、耐ＳＳＣ性が低下する。
　ここで、熱間圧延後の鋼板の冷却速度は、鋼板内部よりも鋼板表面の方が相対的に高いため、鋼板内部よりも鋼板表面の方が硬質な組織の割合が高くなる。よって、かかる組織を有する熱延鋼板を電縫鋼管とするので、電縫鋼管は、その肉厚中央よりも管表面近くの方が、硬質な組織の割合が高くなる。
　また、肉厚中央におけるフェライトおよびベイナイトの合計の体積率は、好ましくは９３％以上である。該体積率は、より好ましくは９６％以上である。なお、該体積率の上限は特に限定しない。耐ＳＳＣ性の観点から、該体積率はできるだけ高い方が好ましいが、残部組織の形成を完全に抑制することは困難であるため、該体積率は、９９％以下としてもよい。
　肉厚中央における残部は、パーライト、マルテンサイトおよびオーステナイトのうちの１種または２種以上とする。これらの各組織の合計の体積率が１０％を超えると、管表層近くにおいて硬質な組織の体積率が高くなり、耐ＳＳＣ性が低下する。そのため、これらの各組織の合計の体積率は、同位置における鋼組織全体に対して１０％以下とする。該体積率は、好ましくは７％以下であり、より好ましくは４％以下である。
肉厚中央における平均結晶粒径：９．０μｍ以下
　平均結晶粒径が小さいほど、降伏応力は高くなる。本発明では、所望の強度を確保するため、肉厚中央における平均結晶粒径は９．０μｍ以下とする。かかる平均結晶粒径は、好ましくは８．５μｍ以下であり、より好ましくは８．０μｍ以下である。
　なお、かかる平均結晶粒径の下限は特に限定されないが、該平均結晶粒径が小さくなると転位密度が上昇し、耐ＳＳＣ性が低下するため、３．０μｍ以上とするのが好ましい。
母材部の管内面から管の径方向外側に０．１ｍｍの位置におけるフェライトおよびベイナイトの合計の体積率：９５％以上
　フェライトおよびベイナイトに硬質な組織を混合すると、硬度差に起因する応力集中によって界面にせん断残留応力が生じる。そのため、管内面近傍のフェライトおよびベイナイトの合計の体積率が低く、硬質な組織の体積率が高くなると、耐ＳＳＣ性が低下する。よって、母材部の管内面（以下、「管内面」という）から管の径方向外側に０．１ｍｍの位置（以下、単に「０．１ｍｍ位置」ともいう）におけるフェライトおよびベイナイトの合計の体積率は、同位置における鋼組織全体に対して９５％以上とする。該体積率は、好ましくは９６％以上であり、より好ましくは９７％以上である。なお、該体積率の上限は特に限定しない。耐ＳＳＣ性の観点から、該体積率はできるだけ高い方が好ましいが、残部組織の生成を完全に抑制することは困難であるため、該体積率は、９９％以下としてもよい。
　０．１ｍｍ位置における残部は、パーライト、マルテンサイトおよびオーステナイトのうちの１種または２種以上とする。これらの各組織の合計の体積率が５％を超えると、耐ＳＳＣ性が低下する。そのため、これらの各組織の合計の体積率は、同位置における鋼組織全体に対して５％以下とする。該体積率は、好ましくは４％以下であり、より好ましくは３％以下である。
　本発明では、鋼管の母材部の厚みの１／２位置から肉厚方向（深さ方向）に±１．０ｍｍの範囲において、０．１０ｍｍ２程度の広さの範囲に、前述の肉厚中央における鋼組織が存在することが、前述の効果を得るための要件となる。本発明において「肉厚中央における鋼組織」とは、肉厚中央を中心として肉厚方向に±１．０ｍｍの範囲のいずれかにおける、上記０．１０ｍｍ２程度の広さの範囲の鋼組織を意味する。
　また、０．１ｍｍ位置を中心として肉厚方向に±０．０６ｍｍの範囲において、０．１０ｍｍ２程度の広さの範囲に、前述の０．１ｍｍ位置における鋼組織が存在することが、前述の効果を得るための要件となる。本発明において「０．１ｍｍ位置における鋼組織」とは、０．１ｍｍ位置を中心として肉厚方向に±０．０６ｍｍの範囲のいずれかにおける、上記０．１０ｍｍ２程度の広さの範囲の鋼組織を意味する。
管内面における周方向の残留応力の絶対値：１０ＭＰａ以上
　管内面における周方向の残留応力の絶対値が１０ＭＰａ未満であると、内圧負荷工程における拡管量が大き過ぎるため、管表面の転位密度が上昇し、耐ＳＳＣ性が低下する。
　かように、周方向の残留応力を絶対値で規定するのは、内圧負荷工程における拡管量の増加に伴い、周方向の残留応力の絶対値が小さくなるからである。
　なお、前記周方向の残留応力の絶対値の上限は特に限定しないが、内圧負荷工程後のせん断残留応力の絶対値が大きくなり過ぎる場合があるので、８００ＭＰａ以下の範囲が好ましい。
管内面におけるせん断残留応力の絶対値：３００ＭＰａ以下
　管内面におけるせん断残留応力の絶対値が３００ＭＰａ超であると、応力が負荷された際に、鋼管内の組織における結晶の転位の増殖が促進されて、転位密度が上昇するため、耐ＳＳＣ性が低下する。管内面におけるせん断残留応力の絶対値は、好ましくは２８０ＭＰａ以下であり、より好ましくは２６０ＭＰａ以下である。
　かように、せん断残留応力を絶対値で規定するのは、管の曲げによる管軸方向の引張または圧縮や、内圧による管周方向の引張等、使用環境において種々の方向から引張変形または圧縮変形が加わるからである。
　なお、前記管内面におけるせん断残留応力の絶対値の下限は特に限定しないが、管軸方向の残留応力および管周方向の残留応力をそれぞれ０にすることが困難であるので、１０ＭＰａ以上の範囲が好ましい。
　ここで、鋼組織の観察は、以下の方法で行うことができる。
　まず、組織観察用の試験片を、観察面が管軸方向および肉厚方向の両方に平行な断面となるように採取し、研磨した後、ナイタール腐食して作製する。組織観察は、光学顕微鏡（倍率：１０００倍）または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、倍率：１０００倍）を用いて、肉厚中央および管内面から管の径方向外側に０．１ｍｍ位置における組織を観察し、撮像する。
　次に、得られた光学顕微鏡像およびＳＥＭ像から、フェライト、ベイナイトおよび残部（パーライト、マルテンサイト、オーステナイト）の面積率を求める。各組織の面積率は、５視野で観察を行い、各視野で得られた値の平均値として算出する。なお、本発明では、組織観察により得られる面積率を、各組織の体積率とする。
　フェライトは、拡散変態による生成物のことであり、転位密度が低くほぼ回復した組織を呈する。ポリゴナルフェライトおよび擬ポリゴナルフェライトがこれに含まれる。
　ベイナイトは、転位密度が高いラス状のフェライトとセメンタイトの複相組織である。
　パーライトは、鉄と鉄炭化物の共析組織（フェライト＋セメンタイト）であり、線状のフェライトとセメンタイトとが交互に並んだラメラ状の組織を呈する。また、フェライト中に点状のセメンタイトが規則的に並んだ組織である、疑似パーライトもこれに含まれる。
　マルテンサイトは、転位密度が非常に高いラス状の低温変態組織である。ＳＥＭ像では、フェライトおよびベイナイトと比較して明るいコントラストを示す。
　なお、光学顕微鏡像およびＳＥＭ像では、マルテンサイトとオーステナイトの識別が難しい。そのため、得られるＳＥＭ像からマルテンサイトあるいはオーステナイトとして観察された組織の面積率を測定し、その測定値から後述する方法で測定するオーステナイトの体積率を差し引いた値を、マルテンサイトの体積率とする。
　オーステナイトはｆｃｃ相であることを利用し、オーステナイトの体積率の測定は、Ｘ線回折により行う。肉厚中央の測定用の試験片は、回折面が肉厚中央となるように研削した後、化学研磨をして表面加工層を除去して作製する。また、０．１ｍｍ位置の測定用の試験片は、回折面が管内面から管の径方向外側に０．１ｍｍの位置となるようにそれぞれ鏡面研磨した後、研磨面を化学研磨して表面加工層を除去して作製する。測定にはＭｏのＫα線を使用し、ｆｃｃ鉄の（２００）、（２２０）、（３１１）面とｂｃｃ鉄の（２００）、（２１１）面の積分強度をそれぞれ求め、それぞれの値を理論強度値で除した規格化積分強度が各相の体積率に比例するものとして、オーステナイトの規格化積分強度の割合を求めることによってオーステナイトの体積率を求める。
　平均結晶粒径の測定は、管軸方向および肉厚方向の両方に平行な断面を鏡面研磨し、ＳＥＭ／ＥＢＳＤ法を用いて、肉厚中央における、結晶粒径分布のヒストグラム（横軸：結晶粒径、縦軸：各結晶粒径での存在割合としたグラフ）をそれぞれ算出し、結晶粒径の算術平均としてそれぞれ求める。測定条件は、加速電圧：１５ｋＶ、測定領域：２００μｍ×２００μｍ、測定ステップサイズ（測定分解能）：０．５μｍとして、５視野の測定値を求め、かかる測定値を平均する。なお、結晶粒径の解析では、結晶粒径が２．０μｍ未満のものは測定ノイズとして解析対象から除外する。
　管内面におけるせん断残留応力の絶対値の測定は、電縫鋼管の長手中央における内表面を１００μｍ電解研磨した面において、Ｘ線回折法により行う。
　Ｘ線源はＣｒＫα線、管電圧３０ｋＶ、管電流１．０ｍＡとし、cosα法により測定し、測定格子面は（２１１）とする。電縫溶接部およびそれを基準とした管周方向３０度間隔の各位置（１２箇所）の管内表面において、管軸方向および管周方向の残留応力を測定する。かかるせん断残留応力は、表層近くの残留応力のため平面応力状態とみなしてよく、主応力方向は管軸方向および管周方向とし、せん断残留応力の絶対値は、（（管軸方向の残留応力（ＭＰａ）－管周方向の残留応力（ＭＰａ））／２）の絶対値として求める。
　ただし、管軸方向または管周方向の残留応力が、引張の場合は正の値、圧縮の場合は負の値とし、管軸方向または管周方向に残留応力が存在しない場合はその値を０とする。各位置においてせん断残留応力の絶対値をそれぞれ求め、これらの最大値を上記の本発明におけるせん断残留応力の絶対値とする。
　管内面における周方向の残留応力の絶対値は、前述の管内面におけるせん断残留応力の絶対値の測定において測定される管周方向の残留応力の絶対値とすればよい。
　次に、上記した特性および鋼組織などを確保する観点から、本発明の電縫鋼管（の母材部）およびその素材となる熱延鋼板における成分組成の好ましい範囲とその限定理由について説明する。本明細書において、特に断りがない限り、鋼の成分組成を示す「％」は質量％である。
Ｃ：０．０２０％以上０．１５０％以下
　Ｃは、固溶強化により鋼の強度を上昇させる元素である。また、Ｃは、変態開始温度を低下させることで組織の微細化に寄与する元素である。本発明で目的とする強度を確保するためには、０．０２０％以上のＣを含有することが好ましい。一方、Ｃ含有量が０．１５０％を超えると、焼入れ性が高くなり硬質なパーライト、マルテンサイト、オーステナイトが過剰に生成するため、Ｃ含有量は０．１５０％以下が好ましい。Ｃ含有量は、より好ましくは０．０２５％以上であり、より好ましくは０．１４０％以下である。また、Ｃ含有量は、さらに好ましくは０．０３０％以上であり、さらに好ましくは０．１３０％以下である。
Ｓｉ：０．０１％以上０．５０％以下
　Ｓｉは、固溶強化により鋼の強度を上昇させる元素である。かかる効果を得るためには、０．０１％以上のＳｉを含有することが好ましい。一方、Ｓｉ含有量が０．５０％を超えると、焼入れ性が高くなって硬質なパーライト、マルテンサイト、オーステナイトが過剰に生成する。また、電縫溶接部に酸化物が生成しやすくなり、溶接部特性が低下する。このため、Ｓｉ含有量は０．５０％以下とすることが好ましい。Ｓｉ含有量は、より好ましくは０．０２％以上であり、より好ましくは０．４５％以下である。また、Ｓｉ含有量は、さらに好ましくは０．０３％以上であり、さらに好ましくは０．４０％以下である。
Ｍｎ：０．３０％以上２．００％以下
　Ｍｎは、固溶強化により鋼の強度を上昇させる元素である。また、Ｍｎは、変態開始温度を低下させることで組織の微細化に寄与する元素である。本発明で目的とする強度および鋼組織を確保するためには、０．３０％以上のＭｎを含有することが好ましい。一方、Ｍｎ含有量が２．００％を超えると、焼入れ性が高くなって硬質なパーライトや、マルテンサイト、オーステナイトが過剰に生成するため、Ｍｎ含有量は２．００％以下とすることが好ましい。Ｍｎ含有量は、より好ましくは０．４０％以上であり、より好ましくは１．９０％以下である。また、Ｍｎ含有量は、さらに好ましくは０．５０％以上であり、さらに好ましくは１．８０％以下である。
Ｐ：０．０５０％以下
　Ｐは、粒界に偏析し材料の不均質を招くため、できるだけ低減することが好ましく、Ｐ含有量は０．０５０％以下の範囲内とすることが好ましい。Ｐ含有量は、より好ましくは０．０４０％以下であり、さらに好ましくは０．０３０％以下である。なお、特にＰの下限は規定しない（通常は０％超えである）が、過度の低減は製錬コストの高騰を招くため、Ｐは０．００１％以上とすることが好ましい。
Ｓ：０．０２００％以下
　Ｓは、鋼中では通常、ＭｎＳとして存在するが、ＭｎＳは、熱間圧延工程で薄く延伸され、延性および靭性に悪影響を及ぼす。このため、本発明ではＳをできるだけ低減することが好ましく、Ｓ含有量は０．０２００％以下とすることが好ましい。Ｓ含有量は、より好ましくは０．０１００％以下であり、さらに好ましくは０．００５０％以下である。なお、特にＳの下限は規定しない（通常は０％超えである）が、過度の低減は製錬コストの高騰を招くため、Ｓは０．０００１％以上とすることが好ましい。
Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下
　Ａｌは、強力な脱酸剤として作用する元素である。このような効果を得るためには、０．００５％以上のＡｌを含有することが好ましい。一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えると溶接性が悪化するとともに、アルミナ系介在物が多くなり、表面性状が悪化する。このため、Ａｌ含有量は０．００５％以上０．１００％以下とすることが好ましい。Ａｌ含有量は、より好ましくは０．０１０％以上であり、より好ましくは０．０８０％以下である。また、Ａｌ含有量は、さらに好ましくは０．０１５％以上であり、さらに好ましくは０．０７０％以下である。
Ｎ：０．０１００％以下
　Ｎは、転位の運動を強固に固着することで延性および靭性を低下させる作用を有する元素である。本発明では、Ｎは不純物としてできるだけ低減することが望ましいが、Ｎの含有量は０．０１００％までは許容できる。このため、Ｎ含有量は０．０１００％以下とすることが好ましい。Ｎ含有量は、より好ましくは０．００８０％以下である。なお、特にＮの下限は規定しない（通常は０％超えである）が、過度の低減は製錬コストの高騰を招くため、Ｎは０．００１０％以上とすることが好ましい。
　前記母材の成分組成は、さらに、質量％で、
Ｎｂ：（０％超）０．１００％以下、
Ｖ：（０％超）０．１００％以下、
Ｔｉ：（０％超）０．１５０％以下、
Ｃｒ：（０％超）１．００％以下、
Ｍｏ：（０％超）１．００％以下、
Ｃｕ：（０％超）１．００％以下、
Ｎｉ：（０％超）１．００％以下、
Ｃａ：（０％超）０．０１００％以下および
Ｂ：（０％超）０．０１００％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含むことができる。
Ｎｂ：０．１００％以下
　Ｎｂは、鋼中で微細な炭化物、窒化物を形成することで鋼の強度向上に寄与し、また、熱間圧延中のオーステナイトの粗大化を抑制することで組織の微細化にも寄与する元素である。上記した効果を得るため、Ｎｂの含有量は、０．００１％以上とすることが好ましい。一方、Ｎｂ含有量が０．１００％を超えると強度が過剰に上昇し耐ＳＳＣ性が低下する。このため、Ｎｂの含有量は、０．１００％以下とすることが好ましい。Ｎｂ含有量は、より好ましくは０．００２％以上であり、さらに好ましくは０．００５％以上である。また、Ｎｂ含有量は、より好ましくは０．０９０％以下であり、さらに好ましくは０．０８０％以下である。
Ｔｉ：０．１５０％以下
　Ｔｉは、鋼中で微細な炭化物、窒化物を形成することで鋼の強度向上に寄与する元素である。また、Ｎとの親和性が高いため鋼中のＮを窒化物として無害化し、鋼の延性向上にも寄与する元素である。上記した効果を得るため、Ｔｉの含有量は、０．００１％以上とすることが好ましい。一方、Ｔｉ含有量が０．１５０％を超えると強度が過剰に上昇し耐ＳＳＣ性が低下する。このため、Ｔｉ含有量は０．１５０％以下とすることが好ましい。Ｔｉ含有量は、より好ましくは０．００２％以上であり、さらに好ましくは０．００５％以上である。また、Ｔｉ含有量は、より好ましくは０．１４０％以下であり、さらに好ましくは０．１３０％以下である。
Ｖ：０．１００％以下
　Ｖは、鋼中で微細な炭化物、窒化物を形成することで鋼の強度向上に寄与する元素である。上記した効果を得るため、Ｖの含有量は、０．００１％以上とすることが好ましい。一方、Ｖ含有量が０．１００％を超えると強度が過剰に上昇し耐ＳＳＣ性が低下する。このため、Ｖの含有量は、０．１００％以下とすることが好ましい。Ｖ含有量は、より好ましくは０．００２％以上であり、さらに好ましくは０．００５％以上である。また、Ｖ含有量は、より好ましくは０．０９０％以下であり、さらに好ましくは０．０８０％以下である。
Ｃｒ：１．００％以下
　Ｃｒは、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を上昇させる元素である。上記した効果を得るため、Ｃｒの含有量は、０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ｃｒ含有量が１．００％を超えると硬質なパーライト、マルテンサイト、オーステナイトが過剰に生成し耐ＳＳＣ性が低下する。よって、Ｃｒ含有量は１．００％以下とすることが好ましい。Ｃｒ含有量は、より好ましくは０．０２％以上であり、さらに好ましくは、０．０５％以上である。また、Ｃｒ含有量は、より好ましくは０．８０％以下であり、さらに好ましくは０．６０％以下である。
Ｍｏ：１．００％以下
　Ｍｏは、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を上昇させる元素である。上記した効果を得るため、Ｍｏの含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ｍｏ含有量が１．００％を超えると硬質なパーライト、マルテンサイト、オーステナイトが過剰に生成し耐ＳＳＣ性が低下する。よって、Ｍｏ含有量は１．００％以下とすることが好ましい。Ｍｏ含有量は、より好ましくは０．０２％以上であり、さらに好ましくは０．０５％以上である。また、Ｍｏ含有量は、より好ましくは０．８０％以下であり、さらに好ましくは０．６０％以下である。
Ｃｕ：１．００％以下
　Ｃｕは、固溶強化により鋼の強度を上昇させる元素である。上記した効果を得るため、Ｃｕ含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ｃｕ含有量が１．００％を超えると硬質なパーライトや、マルテンサイト、オーステナイトが過剰に生成し耐ＳＳＣ性が低下する。よって、Ｃｕ含有量は１．００％以下とすることが好ましい。Ｃｕ含有量は、より好ましくは、０．０２％以上であり、さらに好ましくは、０．０５％以上である。また、Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．８０％以下であり、さらに好ましくは０．６０％以下である。
Ｎｉ：１．００％以下
　Ｎｉは、固溶強化により鋼の強度を上昇させる元素である。上記した効果を得るため、Ｎｉ含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ｎｉ含有量が１．００％を超えると硬質なパーライト、マルテンサイト、オーステナイトが過剰に生成し耐ＳＳＣ性が低下する。よって、Ｎｉ含有量は１．００％以下とすることが好ましい。Ｎｉ含有量は、より好ましくは、０．０２％以上であり、さらに好ましくは、０．０５％以上である。また、Ｎｉ含有量は、より好ましくは０．８０％以下であり、さらに好ましくは、０．６０％以下である。
Ｃａ：０．０１００％以下
　Ｃａは、熱間圧延工程で薄く延伸されるＭｎＳ等の硫化物を球状化することで鋼の延性向上に寄与する元素である。上記した効果を得るため、Ｃａの含有量は、０．０００２％以上とすることが好ましい。一方、Ｃａ含有量が０．０１００％を超えると鋼中にＣａ酸化物クラスターが形成され、延性が低下する。このため、Ｃａ含有量は０．０１００％以下とすることが好ましい。Ｃａ含有量は、より好ましくは０．０００５％以上であり、さらに好ましくは０．００１０％以上である。また、Ｃａ含有量は、より好ましくは０．００８０％以下であり、さらに好ましくは０．００６０％以下である。
Ｂ：０．０１００％以下
　Ｂは、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を上昇させる元素である。上記した効果を得るため、０．０００１％以上のＢを含有することが好ましい。一方、Ｂ含有量が０．０１００％を超えると硬質なパーライトや、マルテンサイト、オーステナイトが過剰に生成し耐ＳＳＣ性が低下する。このため、Ｂ含有量は０．０１００％以下とすることが好ましい。Ｂ含有量は、より好ましくは０．０００５％以上であり、さらに好ましくは０．０００８％以上である。また、Ｂ含有量は、より好ましくは０．００８０％以下であり、さらに好ましくは０．００６０％以下であり、さらにより好ましくは０．００４０％以下である。
　上記成分組成において、残部はＦｅおよび不可避的不純物である。残部における不可避的不純物としては、例えば、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｐｂ、ＺｎおよびＯが挙げられる。ただし、本発明の効果を損なわない範囲においては、Ｓｎを０．１％以下、Ａｓ、ＳｂおよびＣｏをそれぞれ０．０５％以下、Ｂｉ、Ｐｂ、ＺｎおよびＯをそれぞれ０．００５％以下含有することを拒むものではない。
　次に、本発明における電縫鋼管の製造方法の一実施形態を説明する。
　本発明の電縫鋼管の素材となる熱延鋼板は、例えば、上記した成分組成を有する鋼素材を、加熱温度：１１００℃以上１３００℃以下に加熱した後、仕上圧延終了温度：７５０℃以上８５０℃以下である熱間圧延を施し（熱間圧延工程）、次いで、板厚中心の平均冷却速度：１０℃／ｓ以上６０℃／ｓ以下、板厚中心の冷却停止温度：４５０℃以上６５０℃以下、板表面の冷却停止温度：２５０℃以上５００℃以下である冷却を施し（冷却工程）、熱延鋼板とする。その後、かかる熱延鋼板をコイルに巻取ることができる。
　さらに、本発明の電縫鋼管は、前記熱延鋼板を冷間ロール成形により円筒状に成形し、該円筒状の周方向両端部を突合せて電縫溶接し（造管工程）、次いで、以下の（１）式を満たすサイジングロールにより、電縫鋼管素材に成形し（サイジング工程）、次いで、前記電縫鋼管素材の内面に以下の（２）式を満たす内圧ｐ（ＭＰａ）を負荷する（内圧負荷工程）ことによって製造される。
　サイジングロールの直径（ｍｍ）≧熱延鋼板の板厚（ｍｍ）／０．０２０　・・・（１）
　　　　　　　　　　　　　　Ｘ＜ｐ≦Ｘ×１．５　・・・（２）
　なお、Ｘ＝（電縫鋼管素材の肉厚（ｍｍ）／電縫鋼管素材の半径（ｍｍ））×電縫鋼管素材の降伏強度（ＭＰａ）
　なお、前記円筒状とは、管周断面が「Ｃ」形状であることを指す。
　前記した内圧の負荷は、例えば、ゴム素材のパッキンで管端を封じて管内部に水圧を負荷することにより実施することができる。また、形状を安定化させるために、必要に応じて外枠として所期した径の金型を使用することもできる。
　以下の製造方法の説明において、温度に関する「℃」表示は、特に断らない限り、鋼素材、鋼板および熱延鋼板（以下、「鋼板等」という）の表面温度とする。鋼板等の表面温度は、放射温度計等で測定することができる。また、鋼板等の板厚中心の温度は、鋼板等の断面内の温度分布を伝熱解析により計算し、その結果を鋼板等の表面温度によって補正することで求めることができる。
　さらに、本発明の電縫鋼管の素材となる熱延鋼板の製造方法について詳述する。
　本発明において、鋼素材（鋼スラブ）の溶製方法は特に限定されない。例えば、転炉、電気炉、真空溶解炉等の公知の溶製方法のいずれもが適合する。鋳造方法も特に限定されない。例えば、連続鋳造法等の公知の鋳造方法により、所望の寸法の鋼素材に製造される。なお、連続鋳造法に代えて、造塊－分塊圧延法を適用しても何ら問題はない。溶鋼には、さらに、取鍋精錬等の二次精錬を施してもよい。
加熱温度：１１００℃以上１３００℃以下
　鋼素材の加熱温度が１１００℃未満である場合、被圧延材の変形抵抗が大きくなり圧延が困難となる。一方、加熱温度が１３００℃を超えると、オーステナイト粒が粗大化し、後の圧延（粗圧延、仕上圧延）において微細なオーステナイト粒が得られず、本発明で目的とする平均結晶粒径を確保することが困難となる。そのため、熱間圧延工程における加熱温度は、１１００℃以上１３００℃以下とする。該加熱温度は、より好ましくは１１２０℃以上であり、より好ましくは１２８０℃以下である。
　なお、本発明では、鋼スラブ（スラブ）を製造した後、一旦室温まで冷却し、その後再度加熱する従来法に加え、室温まで冷却しないで、温片のままで加熱炉に装入する、あるいは、わずかの保熱を行った後に直ちに圧延するなど、これらの直送圧延の省エネルギープロセスも、問題なく適用することができる。
仕上圧延終了温度：７５０℃以上８５０℃以下
　熱間圧延工程において、仕上圧延終了温度が７５０℃未満である場合、仕上圧延中に鋼板表面温度がフェライト変態開始温度以下になり、転位密度の高い加工フェライトが生成し、耐ＳＳＣ性が低下する。一方、仕上圧延終了温度が８５０℃を超えると、オーステナイト未再結晶温度域での圧下量が不足し、微細なオーステナイト粒が得られない。その結果、本発明で目的とする平均結晶粒径を確保することが困難となる。このため、仕上圧延終了温度は７５０℃以上８５０℃以下とする。仕上圧延終了温度は、より好ましくは７７０℃以上であり、より好ましくは８３０℃以下である。
　本発明では、仕上板厚（仕上圧延後の鋼板の板厚）は４ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、仕上板厚の上限は特に規定しないが、鋼板の温度管理の観点より、３０ｍｍ以下とすることが好ましい。
板厚中心の平均冷却速度：１０℃／ｓ以上６０℃／ｓ以下
　冷却工程において、板厚中心の平均冷却速度が１０℃／ｓ未満では、フェライトおよびベイナイトの核生成頻度が減少し、これらが粗大化するため、本発明で目的とする平均結晶粒径を有する鋼組織が得られず、強度が低下する。一方、該平均冷却速度が６０℃／ｓを超えると、鋼板表面において硬質な組織が多量に生成し、本発明で目的とする組織分率を有する鋼組織が得られず、耐ＳＳＣ性が低下する。板厚中心の平均冷却速度は、好ましくは１５℃／ｓ以上であり、好ましくは５５℃／ｓ以下である。
　また、本発明では、冷却工程前にフェライトが生成すると、これが粗大化して本発明で目的とする平均結晶粒径を有する鋼組織が得られず、強度が低下する。そのため、仕上圧延終了後直ちに冷却工程を開始することが好ましい。
板厚中心の冷却停止温度：４５０℃以上６５０℃以下
　冷却工程において、板厚中心の冷却停止温度が４５０℃未満では、鋼板表面の冷却停止温度が低くなり過ぎて、鋼板表面において硬質な組織が多量に生成し、本発明で目的とする組織分率を有する鋼組織が得られずに、耐ＳＳＣ性が低下する。一方、かかる冷却停止温度が６５０℃を超えると、フェライトまたはベイナイトの核生成頻度が減少し、これらが粗大化するため、本発明で目的とする平均結晶粒径を有する組織が得られず、強度が低下する。板厚中心の冷却停止温度は、好ましくは４８０℃以上であり、好ましくは６２０℃以下である。
板表面の冷却停止温度：２５０℃以上５００℃以下
　冷却工程において、板表面の冷却停止温度が２５０℃未満では、鋼板表面において硬質な組織が多量に生成し、本発明で目的とする組織分率を有する鋼組織が得られず、耐ＳＳＣ性が低下する。一方で、かかる冷却停止温度が５００℃を超えると、板厚中央の冷却停止温度が高くなり過ぎて、板厚中央においてフェライトまたはベイナイトの核生成頻度が減少し、これらが粗大化するため、本発明で目的とする平均結晶粒径を有する組織が得られずに、強度が低下する。板表面の冷却停止温度は、好ましくは２８０℃以上であり、好ましくは４７０℃以下である。
　なお、本発明において、平均冷却速度は、特に断らない限り、（（冷却前の鋼板の板厚中心温度－冷却後の熱延鋼板の板厚中心温度）／冷却時間）で求められる値（冷却速度）とする。
　また、冷却方法は、ノズルからの水の噴射等の水冷や、冷却ガスの噴射による冷却等が挙げられる。本発明では、鋼板の両面が同条件で冷却されるように、鋼板両面に冷却操作（処理）を施すことが好ましい。
　冷却工程の後、熱延鋼板を冷間ロール成形により円筒状に成形し、該円筒状の周方向両端部を突合せて電縫溶接する（造管工程）。次いで、サイジングロールによって電縫鋼管素材とする（サイジング工程）。サイジング工程では、ロール通過時にロール形状に沿って管軸方向に曲げ変形が生じ、管軸方向の残留応力が発生する。前記曲げ変形における曲げひずみが大きいほど、管軸方向の残留応力の絶対値が大きくなる。前記曲げひずみは、サイジングロールの直径が小さいほど、また熱延鋼板の板厚が大きいほど大きくなる。
　よって、本発明では、せん断残留応力を低くする観点から、管軸方向の残留応力の絶対値を小さくするため、サイジングロールの直径について、前記（１）式満足させるものとする。
　サイジングロールの直径が前記（１）式の右辺未満の場合、本発明で目的とするせん断残留応力が得られない。なお、特にサイジングロールの直径の上限は規定しないが、サイジングロールが大きくなると設備の負荷が増大するため、サイジングロールの直径は２０００ｍｍ以下とすることが好ましい。
　サイジング工程後の内圧負荷工程では、電縫鋼管素材を拡管することにより、管周方向に引張応力を発生させて、管周方向の残留応力の絶対値を小さくする。
　かかる内圧負荷工程の内圧ｐ（ＭＰａ）が大きいほど、管周方向の残留応力の絶対値が小さくなる。管周方向に発生する引張応力は、鋼管の半径が大きいほど、鋼管の肉厚が小さいほど、高くなる。
　前記（２）式の左辺（Ｘ）は、管周方向に発生する引張応力が電縫鋼管素材の降伏応力に等しくなる場合の内圧ｐに対応する。
　本発明では、せん断残留応力を低くする観点から、管軸方向の残留応力の絶対値を小さくするため、内圧ｐを（２）式の左辺（Ｘ）より大きい値とし、電縫鋼管素材を塑性域まで拡管させる。一方、内圧ｐが（２）式の右辺（Ｘ×１．５）超になると、管周方向の残留応力の絶対値は小さくなるが、拡管による加工硬化量が大きくなり過ぎて、管表面の転位密度が上昇し、耐ＳＳＣ性が低下する。
　以上に説明した製造方法により、本発明の高強度電縫鋼管が製造される。本発明の高強度電縫鋼管は、優れた耐ＳＳＣ性を発揮する。また、高い降伏強度も兼ね備える。
　以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。
　表１に示す成分組成を有する溶鋼を溶製し、スラブ（鋼素材）とした。得られたスラブに対し、表２に示す条件の熱間圧延、冷却を施して、表２に示す仕上板厚（ｍｍ）の熱延鋼板とした。
　かかる熱延鋼板を、冷間ロール成形により円筒状のオープン管（丸型鋼管）に成形し、オープン管の突合せ部分を電縫溶接し（造管工程）、上下左右に配置したロールにより縮径し（サイジング工程）、表２に示す半径（ｍｍ）および肉厚（ｍｍ）で、長さ１２ｍの電縫鋼管素材を得た。
　かかる電縫鋼管素材の両管端を、ゴム製のパッキンで封じて、管内面に水圧ｐ（ＭＰａ）を負荷し（内圧負荷工程）、電縫鋼管とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　かくして得られた電縫鋼管から各種試験片を採取して、以下に示す方法で、平均結晶粒径の測定、組織観察、引張試験、残留応力測定、４点曲げ腐食試験を実施した。ここで、残留応力測定を除く各種の試験片は、電縫溶接部を０°としたとき該電縫溶接部から管周方向に９０°離れた母材部から採取した。
〔平均結晶粒径の測定〕
　測定用の試験片は、測定面が管軸方向および肉厚方向の両方に平行な断面となるように電縫鋼管から採取し、鏡面研磨して作製した。平均結晶粒径は、ＳＥＭ／ＥＢＳＤ法を用いて測定した。結晶粒径は、隣接する結晶粒の間の方位差を求め、方位差が１５°以上の境界を結晶粒界として測定した。得られた結晶粒界から結晶粒径（円相当径）の算術平均を求めて、平均結晶粒径とした。測定条件は、加速電圧が１５ｋＶ、測定領域が２００μｍ×２００μｍ、測定ステップサイズ（測定分解能）が０．５μｍとして、５視野の測定値を平均した。なお、結晶粒径解析においては、結晶粒径が２．０μｍ未満のものは測定ノイズとして解析対象から除外した。
　また、測定位置は、肉厚中央とし、各位置において結晶粒径分布のヒストグラム（横軸：結晶粒径、縦軸：各結晶粒径での存在割合としたグラフ）をそれぞれ算出し、結晶粒径の算術平均として平均結晶粒径をそれぞれ求めた。
〔組織観察〕
　組織観察用の試験片は、観察面が管軸方向および肉厚方向の両方に平行な断面となるように電縫鋼管から採取し、鏡面研磨した後、ナイタールで腐食して作製した。組織観察は、光学顕微鏡（倍率：１０００倍）または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、倍率：１０００倍）を用いて、肉厚中央および管内面から管の径方向外側に０．１ｍｍ位置における組織を観察し、撮像した。得られた光学顕微鏡像およびＳＥＭ像から、フェライト、ベイナイトおよび残部（パーライト、マルテンサイト、オーステナイト）の面積率を求めた。各組織の面積率は、５視野で観察を行い、各視野で得られた値の平均値として算出した。ここでは、組織観察により得られた面積率を、各組織の体積率とした。
　ここで、フェライトは拡散変態による生成物のことであり、転位密度が低くほぼ回復した組織を呈する。ポリゴナルフェライトおよび擬ポリゴナルフェライトがこれに含まれる。
　ベイナイトは転位密度が高いラス状のフェライトとセメンタイトの複相組織である。
　パーライトは、鉄と鉄炭化物の共析組織（フェライト＋セメンタイト）であり、線状のフェライトとセメンタイトが交互に並んだラメラ状の組織を呈する。また、フェライト中に点状のセメンタイトが規則的に並んだ組織である、疑似パーライトもこれに含まれる。
　マルテンサイトは、転位密度が非常に高いラス状の低温変態組織である。ＳＥＭ像では、フェライトやベイナイトと比較して明るいコントラストを示す。
　なお、光学顕微鏡像およびＳＥＭ像ではマルテンサイトとオーステナイトの識別が難しい。このため、得られたＳＥＭ像からマルテンサイトあるいはオーステナイトとして観察された組織の面積率を測定し、それから後述する方法で測定したオーステナイトの体積率を差し引いた値をマルテンサイトの体積率とした。
　オーステナイトの体積率の測定は、Ｘ線回折により行った。肉厚中央の測定用の試験片は、回折面が肉厚中央となるように研削した後、化学研磨をして表面加工層を除去して作製した。また、０．１ｍｍ位置の測定用の試験片は、回折面が管内面から管の径方向外側に０．１ｍｍの位置となるようにそれぞれ鏡面研磨した後、研磨面を化学研磨して表面加工層を除去して作製した。測定にはＭｏのＫα線を使用し、ｆｃｃ鉄の（２００）、（２２０）、（３１１）面とｂｃｃ鉄の（２００）、（２１１）面の積分強度をそれぞれ求め、それぞれの値を理論強度値で除した規格化積分強度が各相の体積率に比例するものとして、オーステナイトの規格化積分強度の割合を求めることによってオーステナイトの体積率を求めた。
〔引張試験〕
　試験片は、引張方向が管軸方向と平行になるように、ＪＩＳ５号の引張試験片を電縫鋼管素材および電縫鋼管の母材部からそれぞれ採取した。引張試験は、ＪＩＳ　Ｚ　２２４１の規定に準拠して実施した。ただし、降伏強度（ＭＰａ）は、公称ひずみ０．５％における流動応力とした。
〔残留応力測定〕
　管内面におけるせん断残留応力の絶対値の測定は、電縫鋼管の長手中央における内表面を１００μｍ電解研磨した面において、Ｘ線回折法により行った。Ｘ線源はＣｒＫα線、管電圧３０ｋＶ、管電流１．０ｍＡとし、cosα法により測定し、測定格子面は（２１１）とした。なお、本測定は、電縫溶接部およびそれを基準とした管周方向３０度間隔の各位置（１２箇所）の管内表面において、管軸方向および管周方向の残留応力をそれぞれ測定し、せん断残留応力の絶対値を、（（管軸方向の残留応力（ＭＰａ）－管周方向の残留応力（ＭＰａ））／２）の絶対値として求めた。
　ただし、管軸方向または管周方向の残留応力が、引張の場合は正の値、圧縮の場合は負の値とし、管軸方向または管周方向に残留応力が存在しない場合はその値を０とした。各位置においてせん断残留応力の絶対値をそれぞれ求め、これらの最大値を上記の本発明におけるせん断残留応力の絶対値とした。
　なお、表３中の管軸方向の残留応力および管周方向の残留応力は、それぞれせん断残留応力の絶対値が最大となる場合の値である。
　また、各位置において管周方向の残留応力の絶対値をそれぞれ求め、それらの最小値が、１０ＭＰａ以上であるかどうかを確認した。
〔４点曲げ腐食試験〕
　５ｍｍ厚×１５ｍｍ幅×１１５ｍｍ長さの４点曲げ腐食試験片を、該腐食試験片の幅方向が電縫鋼管の管周方向に対して平行となるように、かつ該腐食試験片の長さ方向が電縫鋼管の管軸方向に対して平行となるように、電縫鋼管から採取した。
　曲げ外側面すなわち腐食面は、表層の状態をそのまま残して採取した。ＥＦＣ１６規格に準拠して、採取した試験片の腐食面に、上記の引張試験で得られた電縫鋼管の降伏強度の９０％の引張応力を負荷し、ＮＡＣＥ規格ＴＭ０１７７　Ｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ａ溶液を用い、硫化水素分圧：１ｂａｒにて４点曲げ腐食試験を実施した。試験片を７２０時間、上記溶液に浸漬した後に、割れが発生しているかどうかを確認した。さらに、試験後の試験片の幅方向１／３位置および２／３位置において、観察面が厚さ方向および長さ方向に平行な断面となるように観察用の試験片を採取した。
　得られた観察用の試験片を鏡面研磨して光学顕微鏡を用いて観察し、引張応力を負荷した部分において発生した全ての孔食の深さおよび幅を測定し、孔食の最大深さおよび孔食の（深さ／幅）比の最大値を求めた。
　得られた結果をそれぞれ表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３中、Ｎｏ.１～６は本発明例であり、Ｎｏ.７～１３は比較例である。
　本発明例の電縫鋼管は、いずれも母材部の肉厚中央における鋼組織は、フェライトとベイナイトの合計の体積率が９０％以上であり、平均結晶粒径が９．０μｍ以下であり、管内面から管の径方向外側に０．１ｍｍ位置における鋼組織は、フェライトとベイナイトの合計の体積率が９５％以上であって、管内面における周方向の残留応力の絶対値が１０ＭＰａ以上であって、管内面におけるせん断残留応力の絶対値が３００ＭＰａ以下であった。
　また、これらの本発明例の電縫鋼管は、いずれの引張試験においても母材部における降伏強度が４００ＭＰａ以上であり、４点曲げ腐食試験においても割れが発生せず、かつ発生した孔食の深さが２５０μｍ未満であり、（深さ／幅）の最大値が３．０未満であった。
　一方、比較例のＮｏ．７の電縫鋼管は、冷却工程における板厚中心の冷却停止温度が低かったため、板表面の冷却停止温度が低くなり、肉厚中央および０．１ｍｍ位置において、多量の硬質組織が生成してフェライトとベイナイトの合計の体積率が本発明の範囲を下回り、その結果、所望の耐ＳＳＣ性が得られなかった。
　比較例のＮｏ．８の電縫鋼管は、冷却工程における板厚中心の冷却停止温度が高かったため、板表面の冷却停止温度が高くなり、肉厚中央における平均結晶粒径が本発明の範囲を上回り、その結果、所望の降伏強度が得られなかった。
　比較例のＮｏ．９の電縫鋼管は、冷却工程における板厚中心の平均冷却速度が速すぎたため、０．１ｍｍ位置において、多量の硬質組織が生成してフェライトとベイナイトの合計の体積率が本発明の範囲を下回り、その結果、所望の耐ＳＳＣ性が得られなかった。
　比較例のＮｏ．１０の電縫鋼管は、冷却工程における板厚中心の平均冷却速度が遅すぎたため、板表面の冷却停止温度が上限を外れ、肉厚中央における平均結晶粒径が本発明の範囲を上回り、その結果、所望の降伏強度が得られなかった。
　比較例のＮｏ．１１の電縫鋼管は、サイジング工程において使用したサイジングロールの直径が（１）式の範囲を下回ったため、管内面におけるせん断残留応力の絶対値が本発明の範囲を上回り、その結果、所望の耐ＳＳＣ性が得られなかった。
　比較例のＮｏ．１２の電縫鋼管は、内圧負荷工程における内圧ｐが（２）式の範囲を下回ったため、管内面におけるせん断残留応力の絶対値が本発明の範囲を上回り、その結果、所望の耐ＳＳＣ性が得られなかった。
　比較例のＮｏ．１３の電縫鋼管は、内圧負荷工程における内圧ｐが（２）式の範囲を上回ったため、管内面における周方向残留応力の絶対値が本発明の範囲を下回り、その結果、所望の耐ＳＳＣ性が得られなかった。

Claims (4)

  1. 　母材部と電縫溶接部とを有する電縫鋼管であって、
    　前記電縫鋼管の管内面における周方向の残留応力の絶対値が１０ＭＰａ以上であり、
    　前記管内面におけるせん断残留応力の絶対値が３００ＭＰａ以下であり、
    　前記母材部の肉厚中央における鋼組織は、
    フェライトおよびベイナイトの合計の体積率が９０％以上であり、
    前記肉厚中央における平均結晶粒径が９．０μｍ以下であり、
    　前記母材部の管内面から管の径方向外側に０．１ｍｍの位置における鋼組織は、
    フェライトおよびベイナイトの合計の体積率が９５％以上である、
    電縫鋼管。
  2. 　前記母材部の成分組成は、質量％で、
    Ｃ：０．０２０％以上０．１５０％以下、
    Ｓｉ：０．０１％以上０．５０％以下、
    Ｍｎ：０．３０％以上２．００％以下、
    Ｐ：０．０５０％以下、
    Ｓ：０．０２００％以下、
    Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下および
    Ｎ：０．０１００％以下
    を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物である、請求項１に記載の電縫鋼管。
  3. 　前記成分組成が、さらに、質量％で、
    Ｎｂ：０．１００％以下、
    Ｖ：０．１００％以下、
    Ｔｉ：０．１５０％以下、
    Ｃｒ：１．００％以下、
    Ｍｏ：１．００％以下、
    Ｃｕ：１．００％以下、
    Ｎｉ：１．００％以下、
    Ｃａ：０．０１００％以下および
    Ｂ：０．０１００％以下
    のうちから選んだ１種または２種以上を含む、請求項２に記載の電縫鋼管。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の電縫鋼管の製造方法であって、
    　鋼素材を、加熱温度：１１００℃以上１３００℃以下に加熱した後、仕上圧延終了温度：７５０℃以上８５０℃以下である熱間圧延を施す熱間圧延工程と、
    　該熱間圧延工程後、板厚中心の平均冷却速度：１０℃／ｓ以上６０℃／ｓ以下、板厚中心の冷却停止温度：４５０℃以上６５０℃以下、板表面の冷却停止温度：２５０℃以上５００℃以下である冷却を施して熱延鋼板とする冷却工程と、
    　該冷却工程後、前記熱延鋼板を冷間ロール成形により円筒状に成形し、該円筒状の周方向両端部を突合せて電縫溶接する造管工程と、
    　該造管工程後、以下の（１）式を満たすサイジングロールによって電縫鋼管素材とするサイジング工程と、
    　該サイジング工程後、前記電縫鋼管素材の内面に以下の（２）式を満たす内圧ｐ（ＭＰａ）を負荷して電縫鋼管とする内圧負荷工程と、
    を含む電縫鋼管の製造方法。
    　サイジングロールの直径（ｍｍ）≧熱延鋼板の板厚（ｍｍ）／０．０２０　・・・（１）
    　　　　　　　　　　　　　　Ｘ＜ｐ≦Ｘ×１．５　・・・（２）
    　なお、Ｘ＝（電縫鋼管素材の肉厚（ｍｍ）／電縫鋼管素材の半径（ｍｍ））×電縫鋼管素材の降伏強度（ＭＰａ）
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