JP7700876B2 - 熱延鋼板、電縫鋼管および角形鋼管ならびにラインパイプおよび建築構造物 - Google Patents

熱延鋼板、電縫鋼管および角形鋼管ならびにラインパイプおよび建築構造物 Download PDF

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Description

本発明は、電縫鋼管および角形鋼管、ならびにそれらの素材として用いられる熱延鋼板、ならびにそれらを用いたラインパイプおよび建築構造物に関する。
ラインパイプや建築構造物に用いられる電縫鋼管およびロール成形角形鋼管には、内部を流れる流体の内圧や、外部からの荷重に耐えるために、高い強度を備えることが求められる。同時に、耐震性の観点から高い耐座屈性能を備えることも求められる。
電縫鋼管、およびロール成形角形鋼管（以下、「角形鋼管」と称する場合もある）は、熱延鋼板（熱延鋼帯）を素材とする。これを冷間でロール成形することによって円筒状のオープン管とし、突合せ部を電縫溶接（電気抵抗溶接と称する場合もある。）することで丸型の鋼管とする。電縫鋼管は、この丸型の鋼管の外側に配置された成形ロールによって外径および真円度が調整され、製造される。角形鋼管は、この丸型の鋼管を目的の多角形形状の孔形を有するロールによってさらに角形にロール成形することにより製造される。このロール成形による角形鋼管の製造方法は、プレス曲げ成形による鋼管の製造方法と比較して生産性が高いという利点がある。しかし、ロール成形の際には管軸方向に大きな引張ひずみが付与されるため、電縫鋼管およびロール成形角形鋼管は管軸方向の延性が低く、耐座屈性能が低いという問題がある。また、ロール成形を施す素材には、ロール成形による延性の低下を考慮して適切な熱延鋼板（熱延鋼帯）を選択することが要求される。
さらに、電縫鋼管およびロール成形角形鋼管は肉厚が大きいほどロール成形時の加工ひずみが大きくなるため、延性はより低下し、耐座屈性能はより低下する。
このような要求に対し、例えば、特許文献１には、重量でＣ：０．０４～０．２５％、Ｎ：０．００５０～０．０１５０％およびＴｉ：０．００３～０．０５０％を含有し、かつ所定の式で求められる炭素当量（Ｃｅｑ．）が０．１０～０．４５％の鋼であって、かつパーライト相が面積分率で５～２０％の範囲にあり、さらに鋼中に粒径の平均が１～３０μｍのＴｉＮが重量で０．０００８～０．０１５％の割合で分散させた、冷間加工後の一様伸びに優れる高強度熱延鋼板が開示されている。
特許文献２には、質量％で、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％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成と、フェライトを主相とし、第二相として、パーライト、または、パーライトおよびベイナイトを有し、所定の式で定義される第二相頻度が０．２０～０．４２であり、主相と第二相とを含む平均結晶粒径が７～１５μｍである組織を有する、低降伏比の建築構造部材向け角形鋼管用厚肉熱延鋼板が開示されている。
特許文献３には、造管後の焼戻しにより、成形過程で導入された転位が炭素原子クラスター、微細炭化物、及びＮｂ炭化物によりピンニングされていることを特徴とする、低降伏比のラインパイプ用電縫鋼管が開示されている。
特許文献４には、フェライトを主相とし、第二相頻度が０．０５～０．１５であり、かつ、第二相面積率が３～１５％であり、鋼板の１／４厚における主相と第二相の平均結晶粒径が１０～２５μｍであることを特徴とする熱延鋼板を素材とした、低降伏比の角形鋼管が開示されている。
特許文献５には、熱間成形により製造され、高い変形性能と靭性を有することを特徴とした角形鋼管が開示されている。
特開平７－２２４３５１号公報 特許第５５８９８８５号公報 特許第６０５２３７４号公報 特許第７０３１４７７号公報 特開２００４－３３０２２２号公報
しかしながら、これらの技術は引張変形時の特性、すなわち引張部のくびれや破断の抑制に関して検討されたものであり、電縫鋼管および角形鋼管の曲げ変形や圧縮変形における局部座屈に関する検討は十分にはなされていなかった。
また、特許文献３および５のように、造管後に熱処理を施した鋼管や、熱間成形により製造した鋼管は、降伏伸びが大きいため、不均一変形が生じやすく、耐座屈性能を十分に発揮できなかった。
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、耐座屈性能に優れた電縫鋼管および角形鋼管、ならびにそれらの素材として用いられる熱延鋼板を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記電縫鋼管および角形鋼管を用いたラインパイプおよび建築構造物を提供することを目的とする。
ここで、本発明でいう「耐座屈性能に優れる」とは、軸圧縮試験における耐力上昇率τ（＝σｍａｘ／σｙ）が、電縫鋼管においてはτ≧４．０×（ｔ／Ｄ）＋０．８５を、角形鋼管においてはτ≧３．０×（ｔ／Ｂ）＋０．８５をそれぞれ満足することを指す。ただし、ｔは電縫鋼管または角形鋼管の肉厚（ｍｍ）、Ｄは電縫鋼管の外径（ｍｍ）、Ｂは角形鋼管の辺長（ｍｍ）、σｙは電縫鋼管の母材部または角形鋼管の平板部の降伏応力（Ｎ／ｍｍ２（＝ＭＰａ））、σｍａｘは軸圧縮試験における最大応力度（Ｎ／ｍｍ２）をそれぞれ表す。ただし、角形鋼管の断面形状が、異なる辺長の多角形である場合は、各辺長の平均値を、角形鋼管の辺長Ｂとする。なお、本発明では、上記素材の熱延鋼板には熱延鋼帯を含むものとする。
上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、冷間成形電縫鋼管および冷間成形角形鋼管を低降伏比とし、かつ、変形時の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差を小さくすることで、それらの耐座屈性能を向上させることができることを見出した。すなわち、前記対数標準偏差が小さいほど、変形時の塑性ひずみのばらつきが小さく、塑性ひずみが均一に分布し、特定の部分にひずみが集中し難いため、局部座屈が生じにくいことを知見した。また、前記電縫鋼管および角形鋼管は、変形時の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が小さい熱延鋼板を素材とすることで得られることも知見した。
本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものであり、下記の要旨からなる。
［１］ 成分組成は、質量％で、
Ｃ ：０．０３０％以上０．３００％以下、
Ｓｉ：０．０１０％以上０．５００％以下、
Ｍｎ：０．３０％以上２．５０％以下、
Ｐ ：０．０５０％以下、
Ｓ ：０．０２００％以下、
Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、
Ｎ ：０．０１００％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
板厚中央の鋼組織は、
体積率で、フェライトとベイナイトの合計が７０％以上９８％以下であり、
残部がパーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上からなり、
平均結晶粒径が１５．０μｍ以下であり、
下記（１）式で求められるＣＰの値が０．０９０以下であり、
引張強度が４００ＭＰａ以上であり、
降伏比が９０％以下である、熱延鋼板。
ＣＰ＝（粒径２０μｍ未満の結晶粒を除いた領域における大角粒界の総長さ）／（大角粒界の総長さ） ・・・（１）
［２］ 前記成分組成に加えてさらに、質量％で、
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、
のうちから選ばれた１種または２種以上を含む、［１］に記載の熱延鋼板。
［３］ ８．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が０．７０以下である、［１］または［２］に記載の熱延鋼板。
［４］ 母材部と電縫溶接部を有する電縫鋼管であって、
成分組成は、質量％で、
Ｃ ：０．０３０％以上０．３００％以下、
Ｓｉ：０．０１０％以上０．５００％以下、
Ｍｎ：０．３０％以上２．５０％以下、
Ｐ ：０．０５０％以下、
Ｓ ：０．０２００％以下、
Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、
Ｎ ：０．０１００％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
肉厚中央の鋼組織は、
体積率で、フェライトとベイナイトの合計が７０％以上９８％以下であり、
残部がパーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上からなり、
平均結晶粒径が１５．０μｍ以下であり、
下記（１）式で求められるＣＰの値が０．０９０以下であり、
母材部の引張強度が４００ＭＰａ以上であり、
母材部の降伏比が９７％以下である、電縫鋼管。
ＣＰ＝（粒径２０μｍ未満の結晶粒を除いた領域における大角粒界の総長さ）／（大角粒界の総長さ） ・・・（１）
［５］ 前記成分組成に加えてさらに、質量％で、
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、
のうちから選ばれた１種または２種以上を含む、［４］に記載の電縫鋼管。
［６］ 母材部において４．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が０．６０以下である、［４］または［５］に記載の電縫鋼管。
［７］ ［４］または［５］に記載の電縫鋼管が使用されている、ラインパイプ。
［８］ ［６］に記載の電縫鋼管が使用されている、ラインパイプ。
［９］ 平板部と角部を有する角形鋼管であって、
成分組成は、質量％で、
Ｃ ：０．０３０％以上０．３００％以下、
Ｓｉ：０．０１０％以上０．５００％以下、
Ｍｎ：０．３０％以上２．５０％以下、
Ｐ ：０．０５０％以下、
Ｓ ：０．０２００％以下、
Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、
Ｎ ：０．０１００％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
肉厚中央の鋼組織は、
体積率で、フェライトとベイナイトの合計が７０％以上９８％以下であり、
残部がパーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上からなり、
平均結晶粒径が１５．０μｍ以下であり、
下記（１）式で求められるＣＰの値が０．０９０以下であり、
平板部の引張強度が４００ＭＰａ以上であり、
平板部の降伏比が９７％以下である、角形鋼管。
ＣＰ＝（粒径２０μｍ未満の結晶粒を除いた領域における大角粒界の総長さ）／（大角粒界の総長さ） ・・・（１）
［１０］ 前記成分組成に加えてさらに、質量％で、
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、
のうちから選ばれた１種または２種以上を含む、［９］に記載の角形鋼管。
［１１］ 平板部において４．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が０．６０以下である、［９］または［１０］に記載の角形鋼管。
［１２］ ［９］または［１０］に記載の角形鋼管が、柱材として使用されている、建築構造物。
［１３］ ［１１］に記載の角形鋼管が、柱材として使用されている、建築構造物。
本発明によれば、耐座屈性能に優れた電縫鋼管および角形鋼管、ならびにそれらの素材として用いられる熱延鋼板を提供することができる。
また、本発明によれば、前記電縫鋼管および角形鋼管を用いたラインパイプおよび建築構造物を提供することができる。
図１は、相当塑性ひずみ分布の測定に用いた引張試験片の概要図である。
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明の熱延鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０３０％以上０．３００％以下、Ｓｉ：０．０１０％以上０．５００％以下、Ｍｎ：０．３０％以上２．５０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２００％以下、Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、Ｎ：０．０１００％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する。板厚中央の鋼組織は、体積率で、フェライトとベイナイトの合計が７０％以上９８％以下であり、残部がパーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上からなり、平均結晶粒径が１５．０μｍ以下であり、下記（１）式で求められるＣＰの値が０．０９０以下である。また、引張強度が４００ＭＰａ以上であり、降伏比が９０％以下である。また、８．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が好ましくは０．７０以下である。
ＣＰ＝（粒径２０μｍ未満の結晶粒を除いた領域における大角粒界の総長さ）／（大角粒界の総長さ） ・・・（１）
本発明の電縫鋼管は、母材部と電縫溶接部を有し、質量％で、Ｃ：０．０３０％以上０．３００％以下、Ｓｉ：０．０１０％以上０．５００％以下、Ｍｎ：０．３０％以上２．５０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２００％以下、Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、Ｎ：０．０１００％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する。肉厚中央の鋼組織は、体積率で、フェライトとベイナイトの合計が７０％以上９８％以下であり、残部がパーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上からなり、平均結晶粒径が１５．０μｍ以下であり、上述の（１）式で求められるＣＰの値が０．０９０以下である。また、母材部の引張強度が４００ＭＰａ以上であり、母材部の降伏比が９７％以下である。また、母材部において４．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が好ましくは０．６０以下である。
本発明の角形鋼管は、平板部と角部を有し、質量％で、Ｃ：０．０３０％以上０．３００％以下、Ｓｉ：０．０１０％以上０．５００％以下、Ｍｎ：０．３０％以上２．５０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２００％以下、Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、Ｎ：０．０１００％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する。肉厚中央の鋼組織は、体積率で、フェライトとベイナイトの合計が７０％以上９８％以下であり、残部がパーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上からなり、平均結晶粒径が１５．０μｍ以下であり、上述の（１）式で求められるＣＰの値が０．０９０以下である。また、平板部の引張強度が４００ＭＰａ以上であり、平板部の降伏比が９７％以下である。また、平板部において４．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が好ましくは０．６０以下である。
まず、本発明において、熱延鋼板、電縫鋼管および角形鋼管の成分組成を限定した理由を以下に説明する。本明細書において、特に断りがない限り、各成分の含有量を示す「％」は、「質量％」を意味する。
Ｃ：０．０３０％以上０．３００％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、パーライトの生成を促進し、かつ焼入れ性を高めてマルテンサイトの生成に寄与し、かつオーステナイトの安定化に寄与することから、硬質相の形成にも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、Ｃは０．０３０％以上含有することを必要とする。しかし、Ｃ含有量が０．３００％を超えると、硬質相の割合が高くなり本発明で目的とする降伏比が得られない。さらに、引張ひずみ付与時の変形中のひずみ分布が不均一となり、本発明で目的とする、好適な相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が得られない。このため、Ｃ含有量は０．０３０％以上０．３００％以下とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．０３５％以上であり、より好ましくは０．０４０％以上である。また、Ｃ含有量は、好ましくは０．２５０％以下であり、より好ましくは０．２００％以下である。
Ｓｉ：０．０１０％以上０．５００％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。このような効果を得るためには、Ｓｉは０．０１０％以上含有することが望ましい。しかし、Ｓｉ含有量が０．５００％を超えると硬質相の割合が高くなり本発明で目的とする降伏比が得られない。さらに、引張ひずみ付与時の変形中のひずみ分布が不均一となり、本発明で目的とする、好適な相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が得られない。このため、Ｓｉ含有量は０．５００％以下とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．０２０％以上であり、より好ましくは０．０３０％以上である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．４００％以下であり、より好ましくは０．３００％以下である。
Ｍｎ：０．３０％以上２．５０％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組織を確保するためには、Ｍｎは０．３０％以上含有することを必要とする。しかし、Ｍｎ含有量が２．５０％を超えると本発明で目的とする降伏比が得られない。さらに、引張ひずみ付与時の変形中のひずみ分布が不均一となり、本発明で目的とする、好適な相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が得られない。このため、Ｍｎ含有量は０．３０％以上２．５０％以下とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．４０％以上であり、より好ましくは０．５０％以上である。また、Ｍｎ含有量は、好ましくは２．３０％以下であり、より好ましくは２．１０％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、不可避的不純物としてできるだけ低減することが好ましいが、０．０５０％以下の含有量までは許容できる。このため、Ｐ含有量は０．０５０％以下とする。Ｐ含有量は、好ましくは０．０４０％以下であり、より好ましくは０．０３０％以下である。なお、特にＰ含有量の下限は規定しないが、過度の低減は製錬コストの高騰を招くため、Ｐ含有量は０．００２％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いが、０．０２００％以下の含有量までは許容できる。このため、Ｓ含有量は０．０２００％以下とする。Ｓ含有量は、好ましくは０．０１５０％以下であり、より好ましくは０．０１００％以下である。なお、特にＳ含有量の下限は規定しないが、過度の低減は製錬コストの高騰を招くため、Ｓ含有量は０．０００２％以上とすることが好ましい。
Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下
Ａｌは、溶鋼に対して添加すると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、Ａｌは０．００５％以上含有することを必要とする。しかし、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。Ａｌ含有量は、好ましくは０．０１０％以上であり、より好ましくは０．０２０％以上である。また、Ａｌ含有量は、好ましくは０．０８０％以下であり、より好ましくは０．０６０％以下である。
Ｎ：０．０１００％以下
Ｎは、不可避的不純物であり、転位の運動を強固に固着することで降伏比を上昇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。Ｎ含有量は、好ましくは０．００９０％以下であり、より好ましくは０．００８０％以下である。なお、過度の低減は製錬コストの高騰を招くため、Ｎ含有量は０．００１０％以上とすることが好ましく、０．００１５％以上とすることがより好ましい。
残部はＦｅおよび不可避的不純物とすることができる。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、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。
上記の成分が本発明における熱延鋼板、電縫鋼管および角形鋼管の基本の成分組成である。上記した必須元素で本発明で目的とする特性は得られるが、必要に応じて下記の元素を下記含有量の範囲で含有することができる。
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％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
Ｎｂ：０．１００％以下、Ｖ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．１５０％以下
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖは、いずれも鋼中で微細な炭化物、窒化物を形成し、析出物による強化を通じて鋼の強度向上に寄与する元素であり、必要に応じて含有することができる。Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖの含有量はそれぞれ０％でもよいが、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖを含有する場合には、好ましい含有量はそれぞれＮｂ：０．００１％以上、Ｔｉ：０．００１％以上、Ｖ：０．００１％以上である。より好ましい含有量はそれぞれ、Ｎｂ：０．００８％以上、Ｖ：０．００８％以上、Ｔｉ：０．００８％以上である。一方、過度の含有は、降伏比の上昇、および相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差の増加を招く恐れがある。よって、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖを含有する場合には、それぞれＮｂ：０．１００％以下、Ｖ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．１５０％以下とすることが好ましい。より好ましい含有量はそれぞれ、Ｎｂ：０．０７０％以下、Ｖ：０．０７０％以下、Ｔｉ：０．１１０％以下である。なお、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖのうちから選ばれた２種以上を含有する場合、降伏比の上昇、および相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差の増加を招く恐れがあるため、合計量（Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｖの合計含有量）を０．１５０％以下とすることが好ましい。
Ｃｒ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下
Ｃｒ、Ｍｏはそれぞれ、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を上昇させる元素であり、必要に応じて含有することができる。Ｃｒ、Ｍｏの含有量はそれぞれ０％でもよいが、Ｃｒ、Ｍｏを含有する場合には、好ましい含有量はそれぞれＣｒ：０．０１％以上、Ｍｏ：０．０１％以上である。より好ましい含有量はそれぞれ、Ｃｒ：０．１０％以上、Ｍｏ：０．１０％以上である。一方、過度の含有は、降伏比の上昇、および相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差の増加を招く恐れがある。よって、Ｃｒ、Ｍｏを含有する場合には、それぞれＣｒ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下とすることが好ましい。より好ましい含有量はそれぞれ、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｍｏ：０．３０％以下である。
Ｃｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下
Ｃｕ、Ｎｉはそれぞれ、固溶強化により鋼の強度を上昇させる元素であり、必要に応じて含有することができる。Ｃｕ、Ｎｉの含有量はそれぞれ０％でもよいが、Ｃｕ、Ｎｉを含有する場合には、好ましい含有量はそれぞれＣｕ：０．０１％以上、Ｎｉ：０．０１％以上である。より好ましい含有量はそれぞれ、Ｃｕ：０．１０％以上、Ｎｉ：０．１０％以上である。一方、過度の含有は、降伏比の上昇、および相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差の増加を招く恐れがある。よって、Ｃｕ、Ｎｉを含有する場合には、それぞれＣｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下とすることが好ましい。より好ましい含有量はそれぞれ、Ｃｕ：０．３５％以下、Ｎｉ：０．３５％以下である。
Ｃａ：０．００５０％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および靭性の向上に寄与する元素であり、必要に応じて含有することができる。Ｃａの含有量は０％でもよいが、Ｃａを含有する場合には、好ましい含有量は０．０００２％以上である。より好ましい含有量は、Ｃａ：０．００１０％以上である。しかし、Ｃａ含有量が０．００５０％を超えると、鋼中にＣａ酸化物クラスターが形成され、延性および靭性が悪化する場合がある。このため、Ｃａを含有する場合は、Ｃａ含有量は０．００５０％以下とすることが好ましい。より好ましい含有量は、Ｃａ：０．００４０％以下である。
Ｂ：０．００５０％以下
Ｂは、フェライト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。Ｂの含有量は０％でもよいが、Ｂを含有する場合には、好ましい含有量は０．０００１％以上である。より好ましい含有量は、Ｂ：０．０００５％以上である。しかし、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、降伏比の上昇、および相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差の増加を招く恐れがある。このため、Ｂを含有する場合は、Ｂ含有量は０．００５０％以下とすることが好ましい。より好ましい含有量は、Ｂ：０．００４０％以下である。
Ｍｇ：０．０２０％以下、Ｚｒ：０．０２０％以下、ＲＥＭ：０．０２０％以下
Ｍｇ、Ｚｒ、およびＲＥＭはそれぞれ、結晶粒微細化を通じて鋼の強度を上昇させる元素であり、必要に応じて含有することができる。Ｍｇ、Ｚｒ、およびＲＥＭの含有量はそれぞれ０％でもよいが、Ｍｇ、Ｚｒ、およびＲＥＭを含有する場合には、好ましい含有量はそれぞれＭｇ：０．０００５％以上、Ｚｒ：０．０００５％以上、ＲＥＭ：０．０００５％以上である。一方、過度の含有は、降伏比の上昇、および相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差の増加を招く恐れがある。よって、Ｍｇ、Ｚｒ、およびＲＥＭを含有する場合には、それぞれＭｇ：０．０２０％以下、Ｚｒ：０．０２０％以下、ＲＥＭ：０．０２０％以下とすることが好ましい。より好ましい含有量はそれぞれ、Ｍｇ：０．０１０％以下、Ｚｒ：０．０１０％以下、ＲＥＭ：０．０１０％以下である。なお、ここで、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙ、およびランタノイド元素の合計１７元素の総称である。これらの１７元素のうちの１種以上を鋼に含有させることができ、ＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。
次に、本発明における熱延鋼板、電縫鋼管および角形鋼管の鋼組織を限定した理由を説明する。また、後述の限定した鋼組織は、板厚中央または肉厚中央の鋼組織であり、板厚１／２ｔ位置に存在していることを指す。なお、本発明において板厚１／２ｔ位置とは、板厚方向における板厚ｔの１／２（中間）の位置を意味する。
フェライトとベイナイトの合計の体積率：７０％以上９８％以下
フェライトおよびベイナイトは軟質な組織であり、他の硬質な組織と混合させることで、降伏比を低くすることができる。このような効果により本発明で目的とする低降伏比を得るためには、フェライトとベイナイトの合計の体積率は７０％以上とする必要がある。フェライトとベイナイトの合計の体積率は、好ましくは７５％以上であり、より好ましくは８０％以上である。しかし、フェライトとベイナイトの合計の体積率が９８％を超えると、本発明で目的とする引張強度が得られないため、フェライトとベイナイトの合計の体積率は９８％以下とする必要がある。フェライトとベイナイトの合計の体積率は、好ましくは９７％以下であり、より好ましくは９５％以下である。
残部：パーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上
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、特に鋼の強度を上昇させるとともに、軟質なフェライトと混合させることで低降伏比を実現できる。このような効果を得るためには、フェライトおよびベイナイト以外の残部を、パーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上とする。パーライト、マルテンサイト、およびオーステナイトは、各体積率の合計で２％以上３０％以下である。前記体積率の合計は、好ましくは３％以上であり、より好ましくは５％以上である。また、前記体積率の合計は、好ましくは２５％以下であり、より好ましくは２０％以下である。
なお、フェライト、ベイナイト、パーライト、マルテンサイト、およびオーステナイトの体積率は、後述する実施例に記載の方法で測定することができる。
平均結晶粒径：１５．０μｍ以下
結晶粒の平均結晶粒径が１５．０μｍ超の場合、本発明で目的とする引張強度が得られない。また、本発明で目的とする、好適な相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が得られない。これは、平均結晶粒径が大きいと粗大粒同士の連結度が高くなることから、変形時に粗大粒に発生したひずみが互いに連結し、変形の進行とともにひずみの分布がより不均一になるためである。このため、結晶粒の平均結晶粒径は１５．０μｍ以下とする。結晶粒の平均結晶粒径は、好ましくは１３．０μｍ以下とし、より好ましくは１０．０μｍ以下とする。なお平均結晶粒径が小さいと降伏比が高くなるため、平均結晶粒径は２．０μｍ以上が好ましい。平均結晶粒径は、より好ましくは３．０μｍ以上である。
ＣＰ値：０．０９０以下
ＣＰ値は、粒径２０μｍ以上の粗大粒同士の連結度を表す数値であり、下記（１）式によって求められる。ＣＰ値が大きいほど、粗大結晶粒間の粒界の割合が高くなるため、粗大粒同士がより連結した状態となる。ＣＰ値が０．０９０を超えると、変形時に粗大粒に発生したひずみが互いに連結し、変形の進行とともにひずみの分布がより不均一になるため、本発明で目的とする、好適な相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が得られない。このため、ＣＰ値は０．０９０以下とする。ＣＰ値は、好ましくは０．０８０以下であり、より好ましくは０．０７０以下である。なお、ＣＰ値は小さいほど好ましく、特に下限は規定しないが、過度の低減は製造コストや製造負荷の増大を招くため、ＣＰ値は０．００１以上とすることが好ましい。
ＣＰ＝（粒径２０μｍ未満の結晶粒を除いた領域における大角粒界の総長さ）／（大角粒界の総長さ） ・・・（１）
なお、（１）式における「粒径２０μｍ未満の結晶粒を除いた領域における大角粒界の総長さ」とは、粒径２０μｍ以上の結晶粒同士が隣接する部分の大角粒界の総長さとする。
なお、平均結晶粒径およびＣＰ値は、ＳＥＭ／ＥＢＳＤ法によって測定することが可能であり、ここでは後述する実施例に記載の方法で測定することができる。
次に、本発明における熱延鋼板、電縫鋼管および角形鋼管の引張試験における特性を限定した理由を説明する。
熱延鋼板の引張強度：４００ＭＰａ以上
熱延鋼板の引張強度が４００ＭＰａ未満であると、本発明で目的とする電縫鋼管の引張強度および角形鋼管の引張強度が得られない。そのため、熱延鋼板の引張強度は４００ＭＰａ以上とする。熱延鋼板の引張強度は、好ましくは４２０ＭＰａ以上であり、より好ましくは４５０ＭＰａ以上である。熱延鋼板の引張強度の上限は、特に限定されないが、一例としては、熱延鋼板の引張強度は、７００ＭＰａ以下である。
熱延鋼板の降伏比：９０％以下
熱延鋼板の降伏比が９０％超であると、本発明で目的とする電縫鋼管の降伏比および角形鋼管の降伏比が得られない。そのため、熱延鋼板の降伏比は９０％以下とする。熱延鋼板の降伏比は、好ましくは８８％以下であり、より好ましくは８５％以下である。熱延鋼板の降伏比の下限は、特に限定されないが、一例としては、熱延鋼板の降伏比は、６０％以上である。
熱延鋼板に８．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差：０．７０以下
相当塑性ひずみ分布は、横軸を相当塑性ひずみ（単位：無し）、縦軸を割合（面積率）（単位：％）として、対数正規分布で近似することができる。対数正規分布は、変数（横軸）の対数が正規分布に従う。よって、横軸を相当塑性ひずみ（単位：無し）の自然対数、縦軸を割合（面積率）（単位：％）とすると正規分布で近似することができる。本発明では、このときの標準偏差を「対数標準偏差」と定義する。対数標準偏差が小さいほど、相当塑性ひずみ分布のピークの広がりが小さくなり、塑性ひずみの分布がより均一になる。
熱延鋼板に８．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が０．７０以下であると、本発明で目的とする、好適な電縫鋼管の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差および角形鋼管の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が得られやすくなる。そのため、熱延鋼板に８．０％引張ひずみを付与した後の対数標準偏差は、０．７０以下とすることが好ましい。前記対数標準偏差は、より好ましくは０．６８以下であり、さらにより好ましくは０．６５以下である。なお、前記対数標準偏差は小さいほど好ましく、特に下限は規定しないが、過度の低減は製造コストや製造負荷の増大を招くため、前記対数標準偏差は０．０５０以上とすることが好ましい。
電縫鋼管の母材部の引張強度および角形鋼管の平板部の引張強度：４００ＭＰａ以上
電縫鋼管の母材部の引張強度および角形鋼管の平板部の引張強度が４００ＭＰａ未満であると、耐座屈性能が低下する。そのため、前記引張強度は、４００ＭＰａ以上とする。前記引張強度は、好ましくは４２０ＭＰａ以上であり、より好ましくは４５０ＭＰａ以上である。前記引張強度の上限は、特に限定されないが、一例としては、前記引張強度は、７００ＭＰａ以下である。
電縫鋼管の母材部の降伏比および角形鋼管の平板部の降伏比：９７％以下
電縫鋼管の母材部の降伏比および角形鋼管の平板部の降伏比が９７％超であると、耐座屈性能が低下する。そのため、前記降伏比は９７％以下とする。前記降伏比は、好ましくは９６％以下であり、より好ましくは９５％以下である。前記降伏比の下限は、特に限定されないが、一例としては、前記降伏比は、７５％以上である。
電縫鋼管の母材部および角形鋼管の平板部において４．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差：０．６０以下
電縫鋼管の母材部および角形鋼管の平板部において４．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が０．６０以下であると、耐座屈性能をより向上しやすくなる。そのため、前記対数標準偏差は０．６０以下とすることが好ましい。前記対数標準偏差は、より好ましくは０．５８以下であり、さらにより好ましくは０．５５以下である。なお、前記対数標準偏差は小さいほど好ましく、特に下限は規定しないが、過度の低減は製造コストや製造負荷の増大を招くため、前記対数標準偏差は０．０５０以上とすることが好ましい。
なお、引張強度および降伏比は、後述する実施例に記載の引張試験によって測定することが可能である。また、相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差は、後述する実施例に記載の引張試験およびＳＥＭ－ＤＩＣ法を組み合わせることによって測定することが可能である。相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差は、より具体的には、後述する実施例に記載の方法で求めることができる。
次に、本発明の一実施形態における熱延鋼板、電縫鋼管および角形鋼管の製造方法を説明する。
本発明の熱延鋼板は、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℃以下に加熱する加熱工程を施した後、仕上圧延終了温度：７５０℃以上８５０℃以下、かつ、板厚中心温度で９００℃以上の温度域の平均冷却速度：１．０℃／ｓ以上で圧延する熱間圧延工程を施して熱延板とし、熱間圧延工程後に、板厚中心温度で冷却開始から冷却停止までの平均冷却速度：５℃／ｓ以上５０℃／ｓ以下、冷却停止温度：４００℃以上６５０℃以下で冷却する冷却工程を施し、冷却工程後に、熱延板をコイル状に巻き取る巻取工程を施すことで得られる。
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、次いで、真円形状の孔形を有するロールを用いた冷間成形により外径および真円度を調整することによって製造される。
また、本発明の角形鋼管は、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、次いで、目的の多角形形状の孔形を有するロールを用いた冷間成形により平板部と角部を成形することによって製造される。なお、本発明の角形鋼管には、正多角形（正三角形、正方形、正五角形等）、異なる内角の組合せを有する等辺多角形（菱形、星形等）、および異なる辺長の組合せを有する多角形（二等辺三角形、長方形、平行四辺形、台形等）が含まれる。本発明の角形鋼管は、建築物の柱材として使用する際に、通常は９０度間隔で四方に梁が接合されることから、断面が正方形または長方形であることが好ましい。
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。また、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、鋼素材や鋼板（熱延板）の表面温度とする。これらの表面温度は、放射温度計等で測定することができる。また、鋼板板厚中心の温度は、鋼板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。
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ず、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が、連続鋳造法等の公知の鋳造方法により、所望寸法に製造される。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。
次いで、得られた鋼素材（鋼スラブ）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、かつ、板厚中心温度で９００℃以上の温度域の平均冷却速度：１．０℃／ｓ以上である熱間圧延工程を施して熱延板とする。
加熱温度：１１００℃以上１３００℃以下
加熱温度が１１００℃未満である場合、被圧延材（鋼スラブ）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。また、粗大粒の生成を抑制することが困難となり、ＣＰ値を本発明で目的とする範囲に制御することが難しい。このため、熱間圧延前の加熱炉による加熱温度は、１１００℃以上１３００℃以下とする。前記加熱温度は、より好ましくは１１２０℃以上である。また、前記加熱温度は、より好ましくは１２８０℃以下である。
なお、本発明では、鋼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、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できる。
仕上圧延終了温度：７５０℃以上８５０℃以下
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、フェライトが生成し、その後の圧延により圧延方向に伸長した加工フェライト粒となり、降伏比上昇の原因となる。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。また、粗大粒の生成を抑制することが困難となり、ＣＰ値を本発明で目的とする範囲に制御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７６０℃以上である。また、仕上圧延終了温度は、より好ましくは８４０℃以下である。
板厚中心温度で９００℃以上の温度域の平均冷却速度：１．０℃／ｓ以上
本発明では、板厚中心温度で９００℃以上の温度域の平均冷却速度（以下、熱間圧延での平均冷却速度と称する場合もある。）を高くすることで、オーステナイト再結晶温度域でのオーステナイトの粗大化を抑制し、本発明で目的とする平均結晶粒径およびＣＰ値を得ることができる。前記平均冷却速度を達成するためには、例えば、圧延中に水冷設備を用いて被圧延材を冷却すればよい。前記平均冷却速度が１．０℃／ｓ未満である場合、オーステナイト再結晶温度域でオーステナイトが粗大化してしまい、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。また、粗大粒の生成を抑制することが困難となり、ＣＰ値を本発明で目的とする範囲に制御することが困難となる。前記平均冷却速度は、好ましくは１．２℃／ｓ以上であり、より好ましくは１．５℃／ｓ以上である。前記平均冷却速度が５．０℃／ｓを超えると設備負荷が増大するため、前記平均冷却速度は５．０℃／ｓ以下が好ましい。
なお、板厚中心温度で９００℃以上の温度域の平均冷却速度は、鋼素材（鋼スラブ）が加熱炉外に抽出されてから、板厚中心温度が９００℃に達するまでの板厚中心の平均冷却速度として求める。すなわち、前記平均冷却速度は、［（鋼素材が加熱炉外に抽出されたときの板厚中心温度（℃）－９００（℃））／鋼素材が加熱炉外に抽出されてから、鋼素材の板厚中心温度が９００℃に達するまでの時間（ｓ）］で求められる。
本発明では、仕上板厚の上限は特に規定しないが、必要冷却速度の確保や鋼板温度管理の観点より、３２ｍｍ以下が好ましい。また、仕上板厚の下限も特に限定されないが、一例としては、前記板厚は、５ｍｍ以上である。
熱間圧延工程後、熱延板に冷却工程を施す。冷却工程では、冷却開始から冷却停止までの平均冷却速度：５℃／ｓ以上５０℃／ｓ以下、冷却停止温度：４００℃以上６５０℃以下で冷却する。
冷却開始から冷却停止（冷却終了）までの平均冷却速度：５℃／ｓ以上５０℃／ｓ以下
熱延板の板厚中心温度で、冷却開始から後述する冷却停止までの温度域における平均冷却速度（以下、冷却工程での平均冷却速度と称する場合もある。）が、５℃／ｓ未満では、フェライトの核生成頻度が減少し、フェライト粒が粗大化するため、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。また、粗大粒の生成を抑制することが困難となり、ＣＰ値を本発明で目的とする範囲に制御することが難しい。一方で、前記平均冷却速度が５０℃／ｓを超えると、多量のマルテンサイトが生成し、本発明で目的とするフェライトとベイナイトの合計体積率が得られない。前記平均冷却速度は、好ましくは７℃／ｓ以上であり、より好ましくは１０℃／ｓ以上である。また、前記平均冷却速度は、好ましくは４５℃／ｓ以下であり、より好ましくは４０℃／ｓ以下である。なお、冷却工程では、水冷等の意図的な冷却開始時点を冷却開始とし、それ以前の空冷は冷却には含めない。
なお、本発明では、冷却前の鋼板表面におけるフェライト生成抑制の観点より、仕上圧延終了後直ちに冷却を開始することが好ましい。
冷却停止温度：４００℃以上６５０℃以下
熱延板の板厚中心温度で、冷却停止温度が４００℃未満では、多量のマルテンサイトが生成し、本発明で目的とするフェライトとベイナイトの合計体積率が得られない。一方で、冷却停止温度が６５０℃を超えると、フェライトの核生成頻度が減少し、フェライト粒が粗大化するため、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。また、粗大粒の生成を抑制することが困難となり、ＣＰ値を本発明で目的とする範囲に制御することが難しい。冷却停止温度は、好ましくは４２０℃以上であり、より好ましくは４５０℃以上である。また、冷却停止温度は、好ましくは６２０℃以下であり、より好ましくは６００℃以下である。
なお、本発明において、冷却工程での平均冷却速度は、特に断らない限り、（（冷却前の熱延板の板厚中心温度－冷却後の熱延板の板厚中心温度）／冷却時間）で求められる値とする。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、熱延板の両面が同条件で冷却されるように、熱延板両面に冷却操作（処理）を施すことが好ましい。
冷却工程後に、熱延板を巻取り、その後放冷する巻取工程を施す。
以上により、本発明の熱延鋼板が製造される。本発明の熱延鋼板は、引張強度が４００ＭＰａ以上であり、降伏比が９０％以下である特性を備える。さらに、８．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が０．７０以下である特性を備えることができる。
また、前記熱延鋼板を素材として製造した電縫鋼管および角形鋼管は、引張強度が４００ＭＰａ以上であり、降伏比が９７％以下である特性を備える。さらに、４．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が０．６０以下である特性を備えることができる。本発明の電縫鋼管および角形鋼管は、優れた耐座屈性能を具備する。
また、前記電縫鋼管および前記角形鋼管を使用したラインパイプおよび建築構造物は、高い耐座屈性能を具備することができる。これにより、前記建築構造物は、高い耐座屈性能を具備し、外部からの荷重に耐えることができるために、建築構造物の柱材として使用することに適している。
以下、実施例に基づいてさらに本発明を詳細に説明する。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鋼素材（鋼スラブ）を溶製し、表２に示す条件の加熱工程、熱間圧延工程、冷却工程を施して、表２に示す仕上板厚（ｍｍ）の熱延鋼板とした。
Figure 0007700876000001
Figure 0007700876000002
かくして得られた熱延鋼板を、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て鋼管素材とした。その後、該鋼管素材をその上下左右に配置したロールにより成形し、表３に示した外径Ｄ（ｍｍ）および肉厚ｔ（ｍｍ）の電縫鋼管、または辺長Ｂ（ｍｍ）および肉厚ｔ（ｍｍ）の角形鋼管を得た。なお、前記角形鋼管の断面形状は正方形である。
Figure 0007700876000003
得られた熱延鋼板、電縫鋼管および角形鋼管から試験片を採取して、以下に示す組織観察、引張試験、相当塑性ひずみ分布の測定を実施した。
〔組織観察〕
組織観察用の試験片は、観察面が熱間圧延時の圧延方向断面かつ板厚１／２ｔ位置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、鋼板の板厚１／２ｔ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組織（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。また、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。また、パーライトは、セメンタイトとフェライトが層状に並んだ組織である。また、オーステナイトは、ベイナイトと比較して、セメントを有さない。また、マルテンサイトおよびオーステナイトは、ベイナイトと比較して、ＳＥＭ像のコントラストが明るいことから判別した。
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。組織観察用の試験片は、回折面が鋼板の板厚１／２ｔ位置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。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）面の積分強度からオーステナイトの体積率を求めた。
平均結晶粒径およびＣＰ値は、ＳＥＭ／ＥＢＳＤ法を用いて測定した。測定領域は５００μｍ×５００μｍ、測定ステップサイズは０．５μｍとした。得られたＥＢＳＤデータをもとに、結晶方位解析ソフトＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓ（商標）を用いて、方位差が１５°以上の境界を結晶粒界（大角粒界）として、粒界の分布を得た。平均結晶粒径は、各結晶粒の円相当径（粒径）の算術平均として求めた。また、ＣＰ値は、粒径２０μｍ未満の結晶粒を除いた領域における大角粒界の総長さ、および大角粒界の総長さをそれぞれ算出し、これらの比として求めた。ここで、粒径２０μｍ未満の結晶粒を除いた領域における大角粒界の総長さは、測定領域における前記粒界の分布から粒径２０μｍ未満の結晶粒を除いた領域で測定した大角粒界の長さの総和であり、大角粒界の総長さは、測定領域における前記粒界の分布から測定した大角粒界の長さの総和である。なお、平均結晶粒径およびＣＰ値の算出においては、粒径が２．０μｍ以下の結晶粒は測定ノイズとして除外した。
〔引張試験〕
引張方向が圧延方向と平行になるように、ＪＩＳ５号の引張試験片を採取した。引張試験片は、熱延鋼板については幅方向端部から幅方向に１／４Ｗ（Ｗ：板幅）の位置から、電縫鋼管については電縫溶接部から周方向に９０°離れた位置から、角形鋼管については電縫溶接部を含む平板部に隣接した平板部からそれぞれ採取した。引張試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１年）の規定に準拠して実施し、降伏応力σｙ、引張強度をそれぞれ測定して、（降伏応力σｙ）／（引張強度）で定義される降伏比を算出した。
〔相当塑性ひずみ分布〕
相当塑性ひずみ分布は、ＳＥＭ－ＤＩＣ法により測定した。引張方向が圧延方向と平行になるように、熱延鋼板の板厚中央、電縫鋼管の肉厚中央、および角形鋼管の肉厚中央から、図１に示す引張試験片を採取した。熱延鋼板の板幅方向については、幅方向端部から幅方向に１／４Ｗ（Ｗ：板幅）、電縫鋼管の周方向については電縫溶接部から周方向に９０°離れた位置、角形鋼管については電縫溶接部を含む平板部に隣接した平板部で採取を行った。得られた引張試験片の一方の面を研磨し、ナイタール腐食して、ＳＥＭ（倍率：１０００倍）を用いて平行部（引張変形部）を５視野撮像した。その後、引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで、熱延鋼板から採取した試験片には８．０％の引張ひずみ、電縫鋼管および角形鋼管から採取した試験片には４．０％の引張ひずみをそれぞれ付与し、除荷した。その後、ＳＥＭ（倍率：１０００倍）を用いて引張前（引張ひずみ付与前）と同一の視野を撮像した。得られた引張前後のＳＥＭ像をもとに、画像解析ソフトＧＯＭ Ｃｏｒｒｅｌａｔｅ（ＧＯＭ社）を用いて、ＤＩＣ法により撮像面の相当塑性ひずみ分布を算出した。ＤＩＣ法は、物体表面のランダムパターンを変形前後で比較することで、観察面の各所における変位やひずみを測定する手法である。具体的には、変形前画像においてサブセットと呼ばれる正方形領域を定義し、サブセット内部のランダムパターンをもとにサブセットを変形前後で追跡し、サブセット中央点の変位を算出する。この操作を画像全体で網羅的に行い変位分布およびひずみ分布を得る。本発明では、金属組織のナイタール腐食痕をランダムパターンとして利用し、１９１０ピクセル×２５６０ピクセルの画像に対し、サブセットサイズを８０ピクセル×８０ピクセル（３．６μｍ×３．６μｍ）、測定間隔を１０ピクセル（０．４５μｍ）とした。横軸を得られた相当塑性ひずみ（単位：無し）の自然対数、縦軸を割合（面積率）（単位：％）としたものを正規分布で近似し、このときの標準偏差を対数標準偏差（相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差）とした。具体的には以下の方法により、対数標準偏差を求めた。まず、相当塑性ひずみが０～０．２０の範囲内において、階級幅を０．０２として各階級の割合（面積率）（単位：％）を求めた。このとき、相当塑性ひずみが０以上０．０２未満の階級を１番目の階級、０．０２以上０．０４未満の階級を２番目の階級、・・・、０．１８以上０．２０未満の階級を１０番目の階級とした。ｘｉをｉ番目の階級の階級値の自然対数、ｘ０を相当塑性ひずみの自然対数の平均値として、下記（４）式と（５）式により対数標準偏差を求めた。
Figure 0007700876000004
Figure 0007700876000005
〔軸圧縮試験〕
電縫鋼管および角形鋼管の両端に耐圧板を取り付け、大型圧縮試験装置により軸圧縮試験を実施した。圧縮荷重が最大になったときの応力を、最大応力度σｍａｘ（Ｎ／ｍｍ２）とした。また、前記引張試験により求めた降伏応力σｙを用いて、耐力上昇率τ（＝σｍａｘ／σｙ）を算出した。
熱延鋼板について得られた結果を表４に示す。
Figure 0007700876000006
電縫鋼管および角形鋼管について得られた結果を表５に示す。
Figure 0007700876000007
表４および表５中、Ｎｏ．１～６は本発明例であり、Ｎｏ．７～１２は比較例である。
本発明例の熱延鋼板は、板厚中央の鋼組織は、体積率で、フェライトとベイナイトの合計が７０％以上９８％以下であり、残部がパーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上からなり、平均結晶粒径が１５．０μｍ以下であり、所定の（１）式で求められるＣＰの値が０．０９０以下であった。また、引張強度が４００ＭＰａ以上であり、降伏比が９０％以下であった。さらに、８．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が０．７０以下であった。
また、本発明例の電縫鋼管および角形鋼管は、前記本発明例の熱延鋼板から製造されたものであり、肉厚中央の鋼組織は、体積率で、フェライトとベイナイトの合計が７０％以上９８％以下であり、残部がパーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上からなり、平均結晶粒径が１５．０μｍ以下であり、所定の（１）式で求められるＣＰの値が０．０９０以下であった。また、母材部または平板部の引張強度が４００ＭＰａ以上であり、母材部または平板部の降伏比が９７％以下であった。さらに、母材部または平板部において４．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が０．６０以下であった。また、軸圧縮試験における耐力上昇率τ（＝σｍａｘ／σｙ）が、電縫鋼管においてはτ≧４．０×（ｔ／Ｄ）＋０．８５・・・（２）を、角形鋼管においてはτ≧３．０×（ｔ／Ｂ）＋０．８５・・・（３）をそれぞれ満足していた。なお、表５においては、上記（２）式と（３）式の右辺にそれぞれ電縫鋼管のｔとＤおよび角形鋼管のｔとＢを代入した値を、τの必要下限値として記載している。
一方、比較例のＮｏ．７は、Ｃの含有量が本発明の範囲を下回っていたため、引張強度が本発明の範囲外となった。
比較例のＮｏ．８は、Ｃの含有量が本発明の範囲を上回っていたため、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った。その結果、降伏比が本発明の範囲外となり、対数標準偏差が好ましい範囲の範囲外となったため、耐力上昇率が所望の値に達しなかった。
比較例のＮｏ．９は、ＳｉおよびＭｎの含有量が本発明の範囲を下回っていたため、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上回り、平均結晶粒径が本発明の範囲を上回った。その結果、引張強度が本発明の範囲外となった。
比較例のＮｏ．１０は、ＳｉおよびＭｎの含有量が本発明の範囲を上回っていたため、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った。その結果、降伏比が本発明の範囲外となり、対数標準偏差が好ましい範囲の範囲外となったため、耐力上昇率が所望の値に達しなかった。
比較例のＮｏ．１１は、熱間圧延工程における９００℃以上の温度域の平均冷却速度が好適な製造方法の範囲を下回っていたため、平均結晶粒径が本発明の範囲を上回り、ＣＰ値が本発明の範囲を上回った。その結果、対数標準偏差が本発明の好ましい範囲を上回り、耐力上昇率が所望の値に達しなかった。また、引張強度が本発明の範囲を下回った。
比較例のＮｏ．１２は、熱間圧延工程における冷却停止温度が好適な製造方法の範囲を上回っていたため、ＣＰ値が本発明の範囲を上回った。その結果、対数標準偏差が本発明の好ましい範囲を上回り、耐力上昇率が所望の値に達しなかった。
以上から、鋼組成、組織を本発明の範囲内とすることで、耐座屈性能に優れた電縫鋼管および角形鋼管、ならびにそれらの素材として用いられる熱延鋼板を提供することができる。また、前記電縫鋼管および角形鋼管を用いた高い耐座屈性能を有するラインパイプおよび建築構造物を提供することができる。

Claims (13)

  1. 成分組成は、質量％で、
    Ｃ ：０．０３０％以上０．３００％以下、
    Ｓｉ：０．０１０％以上０．５００％以下、
    Ｍｎ：０．３０％以上２．５０％以下、
    Ｐ ：０．０５０％以下、
    Ｓ ：０．０２００％以下、
    Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、
    Ｎ ：０．０１００％以下
    を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
    板厚中央の鋼組織は、
    体積率で、フェライトとベイナイトの合計が７０％以上９８％以下であり、
    残部がパーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上からなり、
    平均結晶粒径が１５．０μｍ以下であり、
    下記（１）式で求められるＣＰの値が０．０９０以下であり、
    引張強度が４００ＭＰａ以上であり、
    降伏比が９０％以下である、熱延鋼板。
    ＣＰ＝（粒径２０μｍ未満の結晶粒を除いた領域における大角粒界の総長さ）／（大角粒界の総長さ） ・・・（１）
  2. 前記成分組成に加えてさらに、質量％で、
    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、
    のうちから選ばれた１種または２種以上を含む、請求項１に記載の熱延鋼板。
  3. ８．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が０．７０以下である、請求項１または２に記載の熱延鋼板。
  4. 母材部と電縫溶接部を有する電縫鋼管であって、
    成分組成は、質量％で、
    Ｃ ：０．０３０％以上０．３００％以下、
    Ｓｉ：０．０１０％以上０．５００％以下、
    Ｍｎ：０．３０％以上２．５０％以下、
    Ｐ ：０．０５０％以下、
    Ｓ ：０．０２００％以下、
    Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、
    Ｎ ：０．０１００％以下
    を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
    肉厚中央の鋼組織は、
    体積率で、フェライトとベイナイトの合計が７０％以上９８％以下であり、
    残部がパーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上からなり、
    平均結晶粒径が１５．０μｍ以下であり、
    下記（１）式で求められるＣＰの値が０．０９０以下であり、
    母材部の引張強度が４００ＭＰａ以上であり、
    母材部の降伏比が９７％以下である、電縫鋼管。
    ＣＰ＝（粒径２０μｍ未満の結晶粒を除いた領域における大角粒界の総長さ）／（大角粒界の総長さ） ・・・（１）
  5. 前記成分組成に加えてさらに、質量％で、
    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、
    のうちから選ばれた１種または２種以上を含む、請求項４に記載の電縫鋼管。
  6. 母材部において４．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が０．６０以下である、請求項４または５に記載の電縫鋼管。
  7. 請求項４または５に記載の電縫鋼管が使用されている、ラインパイプ。
  8. 請求項６に記載の電縫鋼管が使用されている、ラインパイプ。
  9. 平板部と角部を有する角形鋼管であって、
    成分組成は、質量％で、
    Ｃ ：０．０３０％以上０．３００％以下、
    Ｓｉ：０．０１０％以上０．５００％以下、
    Ｍｎ：０．３０％以上２．５０％以下、
    Ｐ ：０．０５０％以下、
    Ｓ ：０．０２００％以下、
    Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、
    Ｎ ：０．０１００％以下
    を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
    肉厚中央の鋼組織は、
    体積率で、フェライトとベイナイトの合計が７０％以上９８％以下であり、
    残部がパーライト、マルテンサイト、オーステナイトから選択される１種または２種以上からなり、
    平均結晶粒径が１５．０μｍ以下であり、
    下記（１）式で求められるＣＰの値が０．０９０以下であり、
    平板部の引張強度が４００ＭＰａ以上であり、
    平板部の降伏比が９７％以下である、角形鋼管。
    ＣＰ＝（粒径２０μｍ未満の結晶粒を除いた領域における大角粒界の総長さ）／（大角粒界の総長さ） ・・・（１）
  10. 前記成分組成に加えてさらに、質量％で、
    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、
    のうちから選ばれた１種または２種以上を含む、請求項９に記載の角形鋼管。
  11. 平板部において４．０％引張ひずみを付与した後の相当塑性ひずみ分布の対数標準偏差が０．６０以下である、請求項９または１０に記載の角形鋼管。
  12. 請求項９または１０に記載の角形鋼管が、柱材として使用されている、建築構造物。
  13. 請求項１１に記載の角形鋼管が、柱材として使用されている、建築構造物。

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