JPS6216250B2

JPS6216250B2 -

Info

Publication number: JPS6216250B2
Application number: JP58173159A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Kobayashi; Takeo Ueno; Yoshimitsu Iwasaki; Yasumori Koyama
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1983-09-21
Filing date: 1983-09-21
Publication date: 1987-04-11
Also published as: JPS6067623A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）低炭素高強度継目無鋼管をいわゆる直接焼入で
製造する方法に関しこの明細書に述べる技術内容
は、ラインパイプや、海洋ないし、陸上の構造物
などの使途に供されるこの種の継目無鋼管の製造
段階に独自の成分挙動に着目して、上記直接焼入
との適合を成就させることに関連し、この種の熱
処理を経る低炭素高強度継目無鋼管の製造に係わ
る技術の分野に位置している。（従来の技術）高強度継目無鋼管の製造には通常、熱間圧延に
よる造管加工を経てから焼入れ焼戻しが施され
る。その際焼入性を向上させるために予め微量の
Ｂを鋼中添加し、かつその焼入性を安定化するた
めに適量のAlを添加するのが一般的である。（発明が解決ようとする問題点）熱間圧延で、所定寸法の鋼管に成形後一たん冷
却させてからAr₃点以上まで再加熱し、焼入処理
が行われる従来法では、上記のＢによる焼入効果
が実現され得るけれども、熱間圧延後ただちに、
焼入処理を施すいわゆる直接焼入の場合には、実
際上Ｂによる焼入性効果が安定して得られない。またここにＢの効果を阻害するＮを固定するた
めにTiを添加することもすでに知られてはいる
が直接焼入による継目無鋼管の製造においては、
やはりその効果を安定した得ることが困難であ
る。すなわち継目無鋼管を製造する場合、穿孔機に
よる穿孔を可能とするために、ビレツトを1200〜
1300℃の温度で加熱することが必要なところ、こ
のような高い温度ではもはや、ＮがAlと結合し
たAINとしては存在することができず、かくして
鋼中に固溶して存在するＮは、熱間圧延時に温度
が低下すると、それに応じＢと結合してBNとな
り、オーステナイト粒界に偏析して焼入性を向上
させるべき固溶Ｂ量を減じてその効果を失わせ
る。熱間加工後700℃程度以下まで一たん冷却し、
再びAr₃点以上まで加熱して焼入れする通常の再
加熱焼入れの場合には、この再加熱時にAlがＮ
をAINとして固定することにより固溶Ｂを増して
焼入性を向上させることはよく知られているとお
りであるが、直接焼入れの場合には上記のように
AINの析出が阻害されるため、Ｂによる焼入向上
の効果が期待できない。したがつて熱間圧延前の加熱温度が1200〜1300
℃と高温の場合には、この温度領域で安定してＮ
と結合するTiを添加することが直接焼入れの場
合には有効で、その効果の例は第１図に示すとお
りであり、このようにTiのＮの固定効果はあつ
てもその反面、過剰なTiは焼入れ後の焼戻し処
理においてTiCとして析出し、切欠靭性を著しく
劣化させるのでTi量の厳密な規制が必要であ
る。すなわちTiは、ＮをTiNという形で固定するの
で、鋼中に含まれるＮをすべて固定するために必
要なTi量は、化学量論的にはTi＝3.42Nである。しかし工業的には、鋼中のTi、Ｎの量を常に
この割合に保つのは不可能である。発明者らは、種々検討を重ねた結果、上記した
問題の原因がTi含有量とＮ含有量の不適正にあ
ることを究明し、Ti、Ｎを適正量に制御して直
接焼入を実行することにより、強度並びに切欠靭
性の優れた低炭素高強度継目鋼管が次のように安
定して製造できることを見出した。すなわち、Ti、Ｎの割合を種々変化させた鋼
を用いて強度および衝撃試験での破面遷移温度を
調査した結果、第２図に示す成績が得られた。第２図において横軸にとつたΔTi＝Ti−3.42N
は理論上Ｎを固定するに必要なTi量（重量％；
以下成分量に関して単に％で示す。）に対する過
不足を示す。 ΔTiが−0.008％よりも低いと、Tiの不足のた
にめに、固溶Ｎが多くなりすぎ、Ｂの焼入性向上
効果を減じ、強度、靭性が劣ることを示してい
る。一方ΔTiが＋0.008％をこえるとTiによるＮの
固定にてＢの焼入性向上効果が十分に発揮される
ものの余剰Tiが焼入後の焼もどしの際、TiCとし
て析出するために、強度は高くなつても靭性が著
しく劣化する。 ΔTiが−0.008％と＋0.008％の間にある場合に
は、Ｎの大部分が固定されてＢにより焼入性向上
効果で高い強度が得られるとともに、過剰なTiC
の析出も抑えられて優れた靭性が確保され得る。上記の知見に基き、TiとＮの含有量を適当な
範囲に規制することによつて強度・靭性ともに優
れた高強度継目無鋼管を直接焼入法で製造するこ
とがこの発明の目的である。（問題点を解決するための手段）上掲した発明の目的は、次の事項を骨子とする
手順で有利に実現される。Ｃ：0.06〜0.20％、 Si：0.10〜0.50％、 Mn：0.5〜2.0％、 Al：0.01〜0.1％Ｂ：0.0005〜0.0050％と、 Ni：５％以下、 Cr：１％以下、 Mo：１％以下、 Cu：0.5％以下、Ｖ：0.1％以下、 Nb：0.1％以下並び Ca：0.010％以下を、Ｐ：0.03％以下及びＳ：0.015％以下において含有しかつ、Ｎ：0.0010〜0.0060％を、Ｎ含有量に応じ下記
、式に従うTiとともに含有し、残部鉄及び
不可避的混入元素よりなる組成の鋼を、1200℃以
上1300℃以下の温度に加熱して熱間加工により、
所定形状の鋼管に形成すること、この熱間加工後750℃以上の温度にてただちに
焼入れすること、次いでAc₁以下の温度で焼戻すこと、の結合を特徴とする直接焼入法による低炭素高強
度継目無鋼管の製造方法。 3.42N−0.008（重量％）Ti3.42N ＋0.008（％） … Ti＞０（％） … またこの場合熱間加工による所定形状の継目無
鋼管に成形する過程が、その最終加工に際し850
℃以上の温度に保持された加熱炉に装入して被加
工材を再加熱する場合も実施能態に含まれる。（作用）次にこの発明で成分組成および工程段階につい
て規定した理由を以下に述べる。まず化学成分を制限した理由は以下の通りであ
る。Ｃ：0.06〜0.20％Ｃは焼入性を高め、高強度を得るために不可欠
であつて、0.06％未満ではその効果がなく、また
0.20％をこえると炭素当量が過大となり、溶接割
れ感受性を高めるのでこの発明の対象としている
ラインパイプや構造物用鋼管として適しないので
0.06〜0.20％に制限した。 Si：0.10〜0.50％ Siは鋼の脱酸に必要であつて、0.10％未満では
その効果がなく、また0.50％をこえると鋼片の割
れを生じたり、溶接性を損うので、0.10〜0.50％
に限定した。 Mn：0.5〜2.0％ Mnは焼入性を高め、強度をあげるのに有効で
あるが、0.5％未満では効果がなく、2.0％をこえ
ると溶接性、加工性を損うので0.5〜2.0％に限定
した。 Al：0.01〜0.1％ Alは脱酸に必要な元素であるが、0.01％未満で
は効果がなく、また0.1％をこえるとアルミナ系
介在物として鋼中に残存して靭性を劣化させるの
で0.01〜0.1％に限定した。Ｂ：0.0005〜0.0050％Ｂは鋼の焼入性を向上させるのに微量で非常に
有効な元素であるが0.0005％未満では効果がな
く、一方0.0050％をこえると析出物を形成して靭
性を劣化させるので0.0005〜0.0050％の範囲に限
定した。 Ni：５％以下 Niは、母材、溶接部の靭性を改善するのに役
立ち0.2％以上にすることが好ましいが非常に高
価な元素でもあるので上限を５％以下とした。 Cr：１％以下 Crは焼入性向上に寄与し、0.1％以上にするこ
とが好ましいけれども１％をこえると溶接性を損
うので、１％以下とした。 Mo：１％以下 MoもNiと同様な効果に加え、とくに0.05％以
上にて焼入性向上、焼戻し脆性の抑止にも有効で
あるが、非常に高価な上に、炭素当量も上げる元
素なので１％以下とした。 Cu：0.5％以下 Cuは耐食性を増すのに寄与し、0.1％以上で好
ましいが、0.5％をこえると鋼片の割れ感受性を
増し、溶接性も損うので0.5％以下とした。Ｖ：0.1％以下Ｖは析出強化元素としてのぞましく、0.01％以
上で焼戻し後の強度を上げるのにも有効である
が、0.1％をこえると鋼片の割れの原因となり、
又靭性を阻害するので0.1％以下とした。 Nb：0.1％以下 Nbはオーステナイト粒の細粒化に寄与し、析
出強化による強度増加にも0.01％以上で著しく寄
与するが、0.1％をこえると鋼片の割れの原因と
なり、溶接性も損うので0.1％以下とした。 Ca：0.010％以下 Caは硫化物の形体を球状化させ、とくに管長
手に直角方向の靭性を改善し、さらに水素誘起割
れを防止するのに好ましくは0.0010％以上で有効
であるが0.010％をこえると却つて介在物を形成
して靭性を阻害するで0.010％以下と限定した。Ｐ：0.03％以下Ｐは鋼中に含まれる不純物で、低い程好まし
い。0.03％をこえると靭性を著しく劣化させ、ま
た焼戻し脆性を引起すので上限を0.03％とした。Ｓ：0.015％以下Ｓも鋼中に含まれる不純物で、低い程好まし
い。0.015％をこえると靭性を損うので上限を
0.015％とした。Ｎ：0.0010〜0.0060％Ｎは、鋼中に含まれる不純物で0.0010％未満に
することは工業的に困難であるので下限を0.0010
％とした。また0.0060％をこえると溶接部の靭性
を損い、さらに所要量のTi添加によつても巨大
なTiN析出物を形成して母材の靭性を損うので上
限を0.0060％とした。 Tiは、既に記述した如くこの発明で不可欠の
元素であり、Ｂの焼入性効果を確保し、かつ過剰
Tiによる靭性劣化を防ぐために次式 3.42N−0.008（％）Ti3.42N ＋0.008（％） … Ti＞０（％） … で定める範囲に限定される。次に製造条件を限定した理由を述べる。継目無鋼管の製造においては、ビレツトを1200
〜1300℃の範囲で加熱することは穿孔機での加工
上必要な条件であり、またこの発明で、Ti、Ｎ
の割合を適正範囲に収めることとした前提的な条
件ともなるものなので、加熱温度は1200〜1300℃
に限定した。次に熱間加工後直接焼入れを行なうことは、た
とえば厚板の分野などにおいては、広く行われて
いるとおり、熱エネルギー節減による経済的効
果、焼もし抵抗性増大による高強度化などの効果
が知られ、一方鋼管製造分野においても直接焼入
法は公知の事実ではあるが、低炭素鋼の如く焼入
性の低い鋼管では実用化されていなかつた。それ
というのは、継目無鋼管の場合には厚板に比べて
100℃程度も高い温度にビレツトが加熱され、す
でに述べたようにしてＢの効果を有効に利用でき
ないことに原因があつたからである。この発明は、成分の適正化により、低炭素継目
無鋼管においても直接焼入れによる製造を可能と
し、経済的および高強度化の効果を十分に発揮さ
せることを実現したものであり、従つて直接焼入
れを行なうことがこの発明において基本の工程で
あるが、直接焼入れにおいては、焼入温度が重要
である。直接焼入れの温度を750℃以上と限定したの
は、750℃より低い温度では、焼入れ後の組織中
にかなりの量のフエライトが生成している場合が
あり、そのような条件では強度も低いからであ
る。焼入れは、本来Ar₃変態点以上から行われるべ
きであり、Ar₃の温度は成分によつてそれぞれ求
められるべきであるが、直接焼入れ工程に対応し
たAr₃点を求めることは技術的にも困難である。この発明に含まれる最も焼入性の低い成分系に
おいても、750℃以上の温度から直接焼入れを行
えば、焼入後の組織は、マルテンサイト、ベイナ
イトなどにより構成されることが認められたので
焼入下限温度を750℃とした。なお継目無鋼管では、一般に熱間の最終加工に
つき、サイザーやストレツチレデユーサーによる
加工が行なわれることも多いところ、鋼管の肉厚
の薄いときには、これらの最終加工時に温度が低
下して、直接焼入れに必要な750℃以上の温度を
維持できない場合があり得る。このような場合には最終加工前に再加熱炉に装
入して管全体の温度を高めることが必要で、通常
の場合850℃以上に加熱すれば焼入前に750℃以上
の温度を確保できるので、この場合に再加熱炉温
度の下限は、850℃とすることが実施態様として
推奨される。なお鋼管の焼入装置については、リングスプレ
ー、浸漬型、軸流型など種々の方式のものが考案
され、いずれも直接焼入時の焼入法として用いる
ことができる。これらのうちでも鋼管の内・外周
にて、鋼管の軸線方向に沿う冷却水流を与える方
式の焼入装置（特開昭57−85930号、同114616号
公報）では高い焼入能を有し、低炭素高強度継目
無鋼管の直接焼入れによく適合する。焼戻しは、Ac₁以下の温度で、常法に従つて処
理すればよい。（実施例）次にこの発明の効果を実施例をあげて説明す
る。表１は、この発明による鋼および比較鋼の化学
成分を示し、表２は製造条件、得られた機械的特
性の例である。

【表】

【表】表２において直接焼入れ−焼もどし後の破面遷
移温度vTrsは、比較鋼Ｏ、Ｐ、Ｑ及びＲの場
合、Ti、Ｎの含有範囲が適切でないため非常に
劣るのに対し、供試鋼Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、
Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ及びＮではvTrsが
低く、極めて優れた靭性を示すことが理解されよ
う。また各供試鋼を用いても通常の再加熱焼入れを
行なう場合には、直接焼入法に比べて強度が若干
低くなることがわかる。なお表２のNo.27は、この発明による成分を有す
る鋼であつても焼入温度が740℃と低下すると十
分な強度および靭性が得られないことを示す例で
ある。（発明の効果）これらの実施例に示されるように、この発明に
よれば強度・靭性がともに優れた低炭素継目無鋼
管を直接焼入法により製造でき、その経済的、技
術的効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は直接焼入れ後の硬さ分布を示し、Al
−Ｂ系では焼入性が不十分であるのに対し、Ti
−Ｂ系では、十分に焼きの入ることを示すグラ
フ、第２図はΔTi＝Ti−3.42Nがある適正範囲
（−0.008％〜＋0.008％）にある場合に低い遷移
温度、すなわち高靭性が得られることを示すグラ
フである。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.06〜0.20重量％、 Si：0.10〜0.50重量％、 Mn：0.5〜2.0重量％ Al：0.01〜0.1重量％Ｂ：0.0005〜0.0050重量％と、 Ni：５重量％以下、 Cr：１重量％以下、 Mo：１重量％以下、 Cu：0.5重量％以下、Ｖ：0.1重量％以下、 Nb：0.1重量％以下及び Ca：0.010重量％以下をＰ：0.03重量％以下及びＳ：0.015重量％以下において含有しかつ、Ｎ：0.0010〜0.0060重量％を、Ｎ含有量に応じ
下記、式に従うTiとともに含有し、残部鉄
及び不可避的混入元素よりなる組成の鋼を、1200
℃以上1300℃以下の温度に加熱して熱間加工によ
り、所定形状の鋼管に成形すること、この熱間加工後750℃以上の温度にてただちに
焼入れすること、次いでAc₁以下の温度で焼戻すこと、の結合を特徴とする直接焼入法による低炭素高強
度継目無鋼管の製造方法。記 3.42N−0.008（重量％）Ti3.42N ＋0.008（重量％） … Ti＞０（重量％） … ２熱間加工による所定形状の継目無鋼管に成形
する過程が、その最終加工に際して、850℃以上
の温度に保持された加熱炉に装入して被加工材を
再加熱する工程を含む、特許請求の範囲１記載の
方法。