(57)【要約】【課題】効率的に製造することができ、溶接部に凹部が存在しない高炭素の溶接鋼管を提供する。【解決手段】鋼管は、Ｃ：０．２質量％以上１．２質量％以下、およびＰ：０．０３質量％以下を含み、溶接部の組織が、再加熱処理されたフェライトおよび炭化物を含むとともに、前記溶接部も含めた鋼管に含まれる非金属介在物の粒径は２０μｍ以下である金属組織である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．２質量％以上１．２質量％以下、およびＰ：０．０３質量％以下を含み、溶接部の金属組織が、再加熱処理されたフェライトおよび炭化物を含むとともに、前記溶接部も含めた鋼管に含まれる非金属介在物の粒径は２０μｍ以下であることを特徴とする鋼管。
【請求項２】
Ｃ：０．２質量％以上１．２質量％以下、およびＰ：０．０３質量％以下を含み、溶接部の金属組織が、再加熱処理されたフェライトおよび炭化物を含むとともに、前記溶接部も含めた鋼管に含まれる非金属介在物の粒径は２０μｍ以下である金属組織である鋼管の製造方法であって、鋼板または鋼帯をロール成形により管状に成形する成形工程と、前記成形工程後、相対する前記鋼板の端面同士、または相対する前記鋼帯の端面同士を溶接して鋼管を製造する溶接工程と、前記溶接工程後の鋼管に、焼入処理を施す焼入工程と、前記焼入工程後、前記鋼管に焼戻処理を施す焼戻工程と、を含むことを特徴とする鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体や粉体の搬送性に優れた鋼管およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管の内部を通して流体や粉体を搬送する溶接鋼管は、一般的に、鋼板または鋼帯などを溶接することで製造される。例えば、特許文献１には、炭素量が０．６質量％である高炭素鋼板を高周波溶接した後、冷間絞り圧延および熱間縮径圧延を施して、溶接鋼管の一種である電縫鋼管を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０６２９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載されているような高炭素鋼板または高炭素鋼帯を溶接する
と、溶接部などにおいて溶接割れが発生する。そのため、特許文献１に記載されているよ
うな高炭素溶接鋼管は、通常、溶接割れを潰すために、冷間絞り圧延および熱間縮径圧延
などの製造工程をさらに必要とする。このように、高炭素の溶接鋼管は、効率的に製造す
ることができないという問題がある。また、溶接鋼管内部に物質を投入して搬送するため、特に溶接部に微細な割れやピットを起因とした凹部があると効率的に搬送できないという問題も発生する。
【０００５】
そこで本発明は、かかる問題を解決するために、効率的に製造することができ、溶接部に凹部が存在しない高炭素の溶接鋼管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る鋼管は、Ｃ：０．２質量％以上１．２質量％以下、およびＰ：０．０３質量％以下を含み、溶接部の金属組織が、再加熱処理されたフェライトおよび炭化物を含むとともに、前記溶接部も含めた鋼管に含まれる非金属介在物の粒径は２０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る鋼管の製造方法は、Ｃ：０．２質量％以上１．２質量％以下、およびＰ：０．０３質量％以下を含み、溶接部の金属組織が、再加熱処理されたフェライトおよび炭化物を含むとともに、前記溶接部も含めた鋼管に含まれる非金属介在物の粒径は２０μｍ以下である金属組織である鋼管の製造方法であって、鋼板または鋼帯をロール成形により管状に成形する成形工程と、上記成形工程後、相対する上記鋼板の端面同士、または相対する上記鋼帯の端面同士を溶接して鋼管を製造する溶接工程と、上記溶接工程後の鋼管に、焼入処理を施す焼入工程と、上記焼入工程後、上記鋼管に焼戻処理を施す焼戻工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、多くの製造工程を必要とせず、溶接部に凹部が存在しない溶接鋼管を提供することができる効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【００１０】
＜鋼管＞
本実施形態に係る鋼管は、Ｃ：０．２質量％以上１．２質量％以下、およびＰ：０．０３質量％以下を含み、溶接部の金属組織が、再加熱処理されたフェライトおよび炭化物を含むとともに、前記溶接部も含めた鋼管に含まれる非金属介在物の粒径は２０μｍ以下である金属組織である。ここで、再加熱処理とは、例えば、後述する焼戻処理を挙げることができる。また、ここで言うフェライトおよび炭化物を含む金属組織とは、例えば、焼戻マルテンサイト、ベイナイトおよびパーライトのことを指す。なお、溶接部の金属組織が再加熱処理されたフェライトおよび炭化物を含む金属組織である高炭素溶接鋼管は、例えば、鋼板または鋼帯がロール成形により管状に成形された後、相対する鋼板の端面同士、または相対する該鋼帯の端面同士が溶接されることにより溶接部が形成され、溶接部の形成後、焼入処理および焼戻処理が施されることによって製造される。このような製造方法によれば、本実施形態に係る鋼管は、Ｃの含有量が多い高炭素溶接鋼管であるにも関わらず、溶接割れが発生しない。そのため、溶接割れを潰すために、冷間絞り圧延および熱間縮径圧延などの製造工程を必要とせず、効率的に製造可能である。
なお、ここでいう「溶接部」とは、鋼板または鋼帯が溶接されている部分のことを指
す。
【００１１】
また、本実施形態に係る鋼管に硫化物および酸素などの非金属介在物が含まれていても
よい。非金属介在物のうち、硫化物、なかでもＭｎＳが鋼管表面に凝集および析出するこ
とで、非金属介在物を起点とする割れおよび表面傷の原因となる。そのため、硫化物などの非金属介在物の粒径は、２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。
【００１２】
〔鋼板および鋼帯〕
鋼板および鋼帯は、本実施形態に係る鋼管の素形材として好適に用いられる。鋼板およ
び鋼帯は、ロール成形を施されることで管状に形成され、溶接、焼入処理および焼戻処理
を施されることで、本実施形態に係る鋼管となる。
【００１３】
（ロール成形）
本実施形態におけるロール成形では、ローラーの間に鋼板または鋼帯を通すことで鋼板
または鋼帯を管状に成形加工する。ここで、鋼帯を素形材として用いたほうがロール成形
しやすくなるため、ロール成形前に鋼に熱間圧延などを施すことでコイル状の鋼帯にする
ことが好ましい。また、鋼板または鋼帯をロール成形する前に、酸で洗浄したり、６００
℃以上８００℃以下、１時間以上５０時間以下の条件で焼鈍したりしてもよい。これによ
り、よりロール成形しやすくなる。
【００１４】
（溶接）
本実施形態における溶接では、管状に変形された鋼板の端面同士または鋼帯の端面同士
を突合せ溶接する。これにより、本実施形態に係る鋼管が得られる。本実施形態における
溶接の方法としては、例えば、抵抗溶接、レーザービーム溶接および電子ビーム溶接など
の高密度エネルギー溶接を挙げることができるが、抵抗溶接が好ましく、抵抗溶接のなか
でも高周波溶接が好ましい。鋼板または鋼帯を高周波溶接によって溶接することで、効率
的かつ低コストで鋼板または鋼帯を溶接することができる。また、溶接は１３００℃以上
１６００℃以下で行うことが好ましい。
【００１５】
（焼入れ）
本実施形態に係る鋼管には、溶接の後、焼入処理が施されている。特に、溶接直後に焼
入れすることで、溶接部の溶接割れを好適に防止することができる。焼入処理では、得ら
れたそれぞれの鋼管のＡ３変態点またはＡｃｍ変態点に対して５０℃以上高い温度から、
鋼管の温度がＭｓ点（マルテンサイト変態開始温度）に対して５０℃以上２００℃以下低
い温度となるように冷却を施すことが好ましく、Ｍｓ点に対して１００℃以上２００℃以
下低い温度となるように冷却を施すのがより好ましい。この場合、例えば、鋼管外面から
水冷または油冷することで冷却することが好ましい。冷却処理が施された鋼管の温度が上
述の好ましい範囲の温度であることにより、当該鋼管の溶接部における金属組織がマルテ
ンサイト中心の金属組織となる。これにより、鋼管に焼戻処理を施した際に、溶接部にお
ける、マルテンサイト変態に伴って発生した引張応力を好適に軽減することができる。そ
の結果、溶接割れを防止するという焼戻しの効果を最大限に発揮させることができる。
【００１６】
（焼戻し）
また、本実施形態では、焼入処理を行った鋼管に対して、焼戻処理が施されている。焼
戻処理の温度としては、５００℃以上Ａ１変態点に対して５０℃高い温度以下が好ましく
、６００℃以上７５０℃以下がより好ましく、７００℃以上７３０℃以下がさらに好まし
い。また、焼戻処理の時間としては、５秒以上５分以下が好ましく、１０秒以上１分以下
がより好ましい。このように、焼戻処理の時間が短時間であることで、溶接割れを防止す
ることができる。また、焼戻処理は、焼入後速やかに鋼管に対して施されることが好まし
い。例えば、焼戻処理は、焼入後、５分以内に行うことが好ましく、１分以内に行うこと
がより好ましい。
【００１７】
本実施形態に係る鋼管は、鋼管におけるＣの含有量が多い高炭素溶接鋼管である。その
ため、溶接により急速に加熱された溶接部の金属組織にマルテンサイト変態が生じ、当該
溶接部の金属組織は硬質なマルテンサイトとなることがある。このマルテンサイト変態に
伴って発生した引張応力と、ロール成形により鋼中に残留している加工ひずみ（引張応力
）とにより、溶接部において溶接割れが発生する虞がある。これに対し、上述のように、
溶接後に焼入処理および焼戻処理が施されていることで、溶接部の金属組織にマルテンサ
イト変態に伴って発生した引張応力を軽減することができる。これにより、鋼管の溶接部
において靱性を高めることができるため、溶接割れが発生することを防止することができ
る。
【００１８】
＜鋼管の製造方法＞
本実施形態における鋼管の製造方法は、成形工程と溶接工程と焼入工程と焼戻工程とを
含む。成形工程、溶接工程、焼入工程および焼戻工程は、それぞれ上述のロール成形、溶
接、焼入処理および焼戻処理と同様である。これらの工程によって、本実施形態に係る鋼
管が製造される。
【実施例】
【００１９】
〔鋼の製造〕
まず、表１に示す成分組成の鋼を製造した。
【００２０】
【表１】
2020152966.tif 000002
【００２１】
〔溶接鋼管の製造〕
表１の各種鋼のスラブを１２５０〜１３００℃に加熱し熱間圧延することにより、厚み
６．０ｍｍの熱延コイル（鋼帯）を製造した。得られた熱延コイルを酸洗し、鋼種Ｅに対しては７００℃の条件下で２５時間焼鈍し、鋼種Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対しては７５０℃の条件下で１０時間の焼鈍を施した。その後、熱延コイルを長手方向にスリットし、ロール成形した。ロール成形後、相対する熱延コイルの端面同士を溶接温度１３５０℃以上の条件で高周波溶接して、直径３４ｍｍ、厚み６．０ｍｍの鋼管を製造した。
【００２２】
また、表２に示すように、実施例１〜３については、溶接後、さらに鋼管に焼入処理
および焼戻処理を施した。焼戻処理は、６８０℃１分の条件で行った。
【００２３】
〔鋼管の評価〕
上述の鋼管について、以下のように、ロール成形性、溶接割れの有無を確認し、評価した。
【００２４】
（ロール成形性）
表２に示すように、造管時に、ロール成形ができた場合には「可」と評価し、ロール成
形ができなかった場合には「不可」と評価した。ロール成形ができたものについてのみ、
以下の評価を行った。
【００２５】
（溶接割れ）
各実施例および比較例の鋼管に対し、高周波溶接によって形成された溶接部の溶接割れの有無を調べた。表２に示すように、溶接部の溶接割れがある場合には「あり」と評価し、溶接割れがない場合には「なし」と評価した。なお、表２に示すように、造管時にロール成形ができ、かつ、溶接割れがない鋼管を実施例として記載した。また、それ以外の鋼管を比較例として記載した。
【００２６】
〔非金属介在物粒径の測定〕
溶接部の溶接割れがない実施例１〜３の鋼管について、鋼管内面の溶接部について非金属介在物粒径を測定した。鋼管を長さ７０ｍｍに切り出して、溶接部の反対側を長手方向に切断し、オープン管の試験片を得た。当該試験片のうち、鋼管の内面を溶接部も含めて非金属介在物である硫化物（ＭｎＳ）の粒径を以下のように求めた。１００倍の倍率の光学顕微鏡を用いて鋼管の内面を観察した。１視野の面積１．４４ｍｍ２中における非金属介在物のうち、一番粒径の大きい硫化物の円相当径を、画像処理を用いて求め、当該円相当径を非金属介在物の粒径とした。これを６０視野測定し、極値統計によって、３００００ｍｍ２における最大介在物粒径の予測を行った。結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
2020152966.tif 000003
【００２８】
表１、２に示すように、Ｃ：０．２質量％以上１．２質量％以下およびＰ：０．０３質
量％以下を含み、溶接部の金属組織が、焼戻処理されたフェライトおよび炭化物を含む金属組織である焼戻マルテンサイトの実施例１〜３に係る高炭素溶接鋼管は、溶接割れが発生していなかった。また、非金属介在物の粒径も２０μｍ以下であった。