(57)【要約】      （修正有）【課題】シーム部靭性に優れた高強度厚肉電縫鋼管の製造方法を提供する。【解決手段】特定の組成の帯鋼を、連続的造管によりオープンパイプとなし、該オープンパイプの円周方向端部同士を電縫溶接して形成したシーム部を有する管となし、該管のシーム部に、管外周側からの加熱によるシーム熱処理を施すにあたり、まず、溶接接合部を中心とする幅がほぼシーム部幅になる管周部分をＡｃ３点以上に加熱後水冷するＱ処理を行い、次いで、溶接接合部を中心とする幅が前記Ｑ処理時の加熱幅の１．５〜３倍になる管周部分を４００〜６５０℃に加熱後放冷するＴ処理を行う。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．１％以下を含有し残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成の帯鋼を、連続的造管によりオープンパイプとなし、該オープンパイプの円周方向端部同士を電縫溶接して形成したシーム部を有する管となし、該管のシーム部に、管外周側からの加熱によるシーム熱処理を施すにあたり、まず、溶接接合部を中心とする幅がほぼシーム部幅になる管周部分をＡｃ３点以上に加熱後水冷するＱ処理を行い、次いで、溶接接合部を中心とする幅が前記Ｑ処理時の加熱幅の１．５〜３倍になる管周部分を４００〜６５０℃に加熱後放冷するＴ処理を行うことを特徴とする、ラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％以下の中から選ばれる１種または２種を含有することを特徴とする請求項１に記載のラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の製造方法。
【請求項３】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｃｒ：１．５％以下、Ｍｏ：２．０％以下の中から選ばれる１種または２種を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の製造方法。
【請求項４】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下の中から選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の製造方法。
【請求項５】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｃａ：０．００５％以下を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の製造方法に関する。ここで、高強度とはＡＰＩ規格のグレードＸ６５以上の強度を意味し、厚肉とは１４．３ｍｍ以上の肉厚を意味する。
【背景技術】
【０００２】
電縫鋼管の電縫溶接部およびその近傍の熱影響部（以下、シーム部と総称する）は、溶接時に受ける急速加熱とその後の抜熱による急速冷却により、母材部に比べて非常に硬度が高くなり、その結果脆くなることがよく知られている。そこで、シーム部の硬度を母材部並みに低下させ、破壊靭性を高めるために、電縫溶接後にシーム部のみをオーステナイト温度域まで加熱する処理を含むシーム熱処理を施すことが一般的である（特許文献１［0002］）。
【０００３】
また、非特許文献１に解説されているように、電縫溶接後にシーム部のみをオーステナイト温度域（あるいはＡ３点以下の温度）まで加熱する処理はポストアニーリングと称され、このポストアニーリングは、ポストアニーラーと呼ばれる誘導加熱方式の特殊な局部熱処理設備を用いて行なわれる。ポストアニーリングの加熱幅（加熱対象領域の管周方向幅）は２０〜３０ｍｍ程度である。
【０００４】
電縫鋼管のシーム熱処理に関しては、特許文献２の如く、電縫溶接後、電縫溶接部およびその近傍の熱影響部を７５０〜１０５０℃で５秒以上加熱し、その後強制冷却するなどの技術が知られている（特許文献１［0003］）。
【特許文献１】特開平６−１４５７９４号公報
【特許文献２】特開昭５９−３５６２９号公報
【非特許文献１】日本鉄鋼協会編「第３版鉄鋼便覧第III巻(2)条鋼・鋼管・圧延共通設備」第1084〜1086頁、昭和55年11月20日、丸善発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、電縫鋼管の高強度化、厚肉化に伴い、合金成分添加量が増加し、シーム熱処理時の二相域加熱部が脆性破壊の起点となる危惧が生じてきた。しかしながら、シーム熱処理は経験に頼るものであったため、この二相域加熱部の靭性向上に関しては，従来、特に対策はとられていなかった。
欧州の比較的小径の電縫管ミルでは、造管−溶接後に、管全周を熱処理する方法を採用している。この場合、シーム熱処理による二相域加熱部の靭性不足問題は生じないが、鋼管全周を加熱するため、製造時の熱処理コストが大幅に増加する。また、電縫鋼管の素材になる帯鋼を製造する際に加工熱処理技術を適用して帯鋼に付与した組織細粒化による高強度化、高靭性化を、造管−溶接後の管全周の熱処理でキャンセルしてしまうことになるため、合金成分添加による高強度化を図る必要があり、合金成分コストの著しい上昇につながる。
【０００６】
すなわち、従来の技術では、高強度厚肉電縫鋼管のシーム部靭性をシーム熱処理により十分向上させるのが困難であり、この点が課題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上述の状況に鑑み、管全周の熱処理に頼らず、シーム熱処理の中で、靭性劣化の原因となっていた二相域加熱部に対して靭性向上に有効な組織の生成を促す簡便な手法を鋭意検討し、本発明をなした。すなわち本発明は次のとおりである。
（請求項１）
質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．１％以下を含有し残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成の帯鋼を、連続的造管によりオープンパイプとなし、該オープンパイプの円周方向端部同士を電縫溶接して形成したシーム部を有する管となし、該管のシーム部に、管外周側からの加熱によるシーム熱処理を施すにあたり、まず、溶接接合部を中心とする幅がほぼシーム部幅になる管周部分をＡｃ３点以上に加熱後水冷するＱ処理を行い、次いで、溶接接合部を中心とする幅が前記Ｑ処理時の加熱幅の１．５〜３倍になる管周部分を４００〜６５０℃に加熱後放冷するＴ処理を行うことを特徴とする、ラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の製造方法。
（請求項２）
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％以下の中から選ばれる１種または２種を含有することを特徴とする請求項１に記載のラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の製造方法。
（請求項３）
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｃｒ：１．５％以下、Ｍｏ：２．０％以下の中から選ばれる１種または２種を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の製造方法。
（請求項４）
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下の中から選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の製造方法。
（請求項５）
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｃａ：０．００５％以下を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、特定組成の鋼板を造管工程に続く電縫溶接工程により管とし、これにシーム熱処理としてＱＴ処理を施し、該ＱＴ処理において、Ｔ処理時の加熱幅を、Ｑ処理時の加熱幅の１．５〜３倍に規制することで、シーム部靭性に優れたラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは、強度がＡＰＩ規格Ｘ６５グレード以上のラインパイプ用高強度厚肉電縫鋼管の寒冷地における脆性破壊抑制の観点から、シーム熱処理後のシーム部（略してシーム熱処理部という）に必要な靭性と、それを満たす成分系の検討を行った。その結果、必要な靭性は、シーム熱処理部に切欠を入れたシャルピー衝撃試験において、破面遷移温度が−４６℃以下、−４６℃における吸収エネルギーが１００Ｊ以上になる高靭性であって、化学組成を最適化した上で、シーム熱処理としてＱＴ（焼入れ−焼戻し）処理を行い、そのとき、Ｑ処理時の加熱幅をほぼシーム部幅（シーム部幅の１．０〜１．１倍）とし、Ｔ処理時の加熱幅をＱ処理時の加熱幅の１．５倍以上３倍以下とすることにより実現できることを見出した。
【００１０】
以下、本発明において最適化された化学組成について説明する。この最適化された化学組成は、電縫鋼管をラインパイプとして敷設する時の総合的な低コスト化を考慮し、特に鋼管の輸送費削減を重要視している顧客の要求に応えるために、高強度を前提とした化学組成を基本としている。成分含有量の単位は質量％であり、％と略記される。
・Ｃ：０．０２〜０．１２％とする。Ｃは、炭化物として析出強化に寄与する元素であるが、０．１％を超えるとパーライト、ベイナイト、マルテンサイト等の第二相の組織分率が増加し、ラインパイプとして必要な優れた素材靭性を確保できなくなる。このため、本発明では、０．１％以下に限定した。もっとも、Ｃ含有量が０．０２％未満では、ラインパイプとして十分な強度が確保できなくなる。このため、Ｃは０．０２％以上含有することが望ましい。なお、より好ましくは、Ｃ含有量は０．０２〜０．０７％である。
・Ｓｉ：０．０１〜０．５％とする。Ｓｉは脱酸のために添加するが、０．０１％未満では脱酸効果が十分でなく、０．５％を超えると電縫溶接性を劣化させるため、Ｓｉ含有量を０．０１〜０．５％に規定する。
・Ｍｎ：０．４〜２．０％とする。Ｍｎは強度、靭性を確保するため添加するが、０．４％未満ではその効果が十分でなく、２．０％を超えると第二相分率が増加し、ラインパイプとして必要な優れた素材靭性を確保できないため、Ｍｎ含有量を０．４〜２．０％に規定する。なお、好ましくは、Ｍｎ：０．０６〜１．８％である。
・Ｐ：０．０１％以下とする。Ｐは電縫溶接性を劣化させる不純物元素であるため、Ｐ含有量の上限を０．０１％に規定する。
・Ｓ：０．０１％以下とする。Ｓは一般に鋼中においてＭｎＳ介在物となり、靭性を劣化させるだけでなく、水素誘起割れ（ＨＩＣ）の起点となるため少ないほどよい。しかし、０．０１％以下であれば問題ないため、Ｓ含有量の上限を０．０１％に規定する。
・Ａｌ：０．１％以下とする。Ａｌは脱酸剤として添加されるが、０．１％を超えると鋼の清浄度が低下し、靭性を劣化させるため、Ａｌ含有量は０．１％以下に規定する。
【００１１】
本発明ではラインパイプ向け電縫鋼管の強度や降伏比、靭性をさらに改善する目的で、上記の成分に加えてさらに、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％以下の中から選ばれた１種または２種、Ｃｒ：１．５％以下、Ｍｏ：２．０％以下の中から選ばれた１種または２種、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下の中から選ばれた１種または２種以上、Ｃａ：０．００５％以下、を選択して含有できる。
・Ｃｕ：０．５％以下とする。Ｃｕは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く添加すると溶接性が劣化するため、添加する場合は０．５％を上限とする。
・Ｎｉ：０．５％以下とする。Ｎｉは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素であるが、多く添加すると硬化第二相が生成しやすくなり、素材靭性の低下に繋がるため、添加する場合は０．５％を上限とする。
・Ｃｒ：１．５％以下とする。ＣｒはＭｎと同様に低Ｃでも十分な強度を得るために有効な元素であるが、多く添加すると第二相が生成しやすくなり素材靭性を低下させるため、添加する場合は１．５％を上限とする。
・Ｍｏ：２．０％以下とする。ＭｏはＭｎ，Ｃｒと同様に低Ｃでも十分な強度を得るために有効な元素であるが、多く添加すると第二相が生成しやすくなり素材靭性を低下させるため、添加する場合は２．０％を上限とする。なお、より好ましくは、Ｍｏ：０．５％以下である。
・Ｎｂ：０．１％以下とする。Ｎｂは炭窒化物の微細析出と組織の微細粒化により強度と靭性を向上させる。しかし、０．１％を超えると硬化した第二相が増加しやすくなり、逆に素材靭性が著しく劣化するため、Ｎｂ含有量は０．１％以下に規定する。
・Ｖ：０．１％以下とする。ＶもＮｂと同様に炭窒化物の微細析出により強度上昇に寄与する。しかし、０．１％を超えるとＮｂと同様に硬化した第二相の分率が増加し、素材靭性が著しく劣化するため、Ｖ含有量は０．１％以下に規定する。
・Ｔｉ：０．１％以下とする。ＴｉもＮｂ，Ｖと同様に炭窒化物の微細析出により強度上昇に寄与する。しかし、０．１％を超えるとＮｂ，Ｖと同様に硬化した第二相の分率が増加し、素材靭性が著しく劣化するため、Ｔｉ含有量は０．１％以下に規定する。
・Ｃａ：０．００５％以下とする。Ｃａは、ＨＩＣの起点となり易い伸長したＭｎＳの形態制御に必要な元素である。しかし、０．００５％を超えて添加すると過剰なＣａ酸化物、硫化物が生成し、靭性劣化に繋がるため、Ｃａ含有量は０．００５％以下に規定する。
【００１２】
上記以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。ただし、本発明の作用効果をなくさない限りにおいて、Ｆｅの一部が上記以外の微量元素で置換されてもよい。
本発明では、造管−電縫溶接は通常の技術で行えばよいが、造管−電縫溶接後のシーム熱処理は、通常とは異なる。すなわち、本発明におけるシーム熱処理は、まず、溶接接合部を中心とする幅がほぼシーム部幅になる管周部分をＡｃ３点以上に加熱後水冷するＱ処理を行い、次いで、溶接接合部を中心とする幅が前記Ｑ処理時の加熱幅の１．５〜３倍になる管周部分を４００〜６５０℃に加熱後放冷するＴ処理を行うものとする。なお、ここにいう加熱幅は、管外周面内で管周方向に定義される。
【００１３】
Ｔ処理において、Ｑ処理と比較して１．５〜３倍の広い加熱幅の領域を加熱する方法としては、Ｔ処理用誘導コイルを大型化する、Ｔ処理時の出力を増大させる、Ｔ処理用高周波加熱装置の周波数を下げる等、様々な手法が挙げられるが、Ｑ処理時の１．５〜３倍の加熱幅が確保できさえすれば、いかなる手法を採用してもよい。
Ｑ処理時の加熱幅を溶接接合部を中心としてほぼシーム部幅（例えばシーム部幅の１．０〜１．１倍）にとるのは通常と同様である。Ｔ処理時の加熱幅をＱ処理時の１．５倍以上にとるのは、Ｑ処理における二相域加熱−急冷領域を確実にＴ処理することで、靭性を劣化させるマルテンサイトや残留オーステナイトを、焼戻しマルテンサイトもしくはフェライト＋炭化物にするためである。
【００１４】
従来では、図１に示すように、Ｑ処理時とＴ処理時とで加熱幅が同じ幅にとられていた。図１において、１は電縫鋼管、２は溶接接合部、３はオーステナイト域（Ａｃ３点以上）加熱部、４は二相域（Ａｃ１点以上Ａｃ３点未満）加熱部、５はテンパー温度域（４００〜６５０℃）加熱部である。Ｑ処理されてなる二相域加熱部４は、フェライト＋ベイナイト＋マルテンサイト＋残留オーステナイトの混合組織になるが、従来は、Ｔ処理時の加熱幅がＱ処理時の加熱幅と同じであるため、テンパー温度域加熱部５が管内面側まで広がらず、すなわち、二相域加熱部４の管内周側が十分にＴ処理されず、したがって、靭性を劣化させるマルテンサイトや残留オーステナイトを、靭性を劣化させない焼戻しマルテンサイトもしくはフェライト＋炭化物にすることができず、シーム熱処理部靭性が確保できない。
【００１５】
このＴ処理の加熱幅を変更するにあたり、加熱幅がＱ処理時の１．５倍未満の場合、二相域加熱部４全体をテンパー温度域加熱部５とすることができず、すなわち二相域加熱部４が十分にＴ処理されず、シーム熱処理部の高靭性が確保できない。
一方、Ｔ処理時の加熱幅がＱ処理時の３倍を超える場合、シーム熱処理部の靭性が著しく変化することはないが、Ｔ処理の必要がない母材部まで加熱することとなり、工業的にメリットがない。
【００１６】
これらのことから、本発明では、Ｔ処理時の加熱幅をＱ処理時のそれの１．５〜３倍に規定するのである。
【実施例】
【００１７】
表１に示す化学組成になる供試鋼（鋼種Ａ〜Ｊ）スラブを、表１に示す板厚に熱間圧延し、巻き取ったホットコイルを素材として、造管、電縫溶接、シーム熱処理の順次工程により、外径２０インチのＸ６５，Ｘ７０，Ｘ８０グレード（鋼種との対応を表１に示す）の厚肉高強度電縫鋼管を製造した。シーム熱処理条件は、表２に示した中のいずれかを採用した。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
【表２】
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【００２０】
シーム熱処理後の製品管のシーム部靭性（シーム熱処理部靭性）を調査すべく、溶接接合部位置からの管周方向距離が１０ｍｍになる位置からＪＩＳ  Ｚ  ２２０２に規定されるＶノッチ試験片を１０本ずつ、管周方向が試験片長さ方向、管長手方向がノッチ深さ方向となるように採取し、−４６℃でシャルピー衝撃試験を行って、吸収エネルギーおよび脆性破面率を測定した。なお、製造上のばらつきを考慮して、測定データの最小値および平均値でみて、吸収エネルギーが１２５Ｊ以上、かつ脆性破面率が３５％以下をシーム熱処理部靭性の合格範囲とした。その結果を表３に示す。
【００２１】
【表３】
2010046681.tif 000004
【００２２】
表３より、組成、シーム熱処理条件の両方とも本発明範囲に入る本発明例では、いずれの例でもシーム熱処理部靭性が合格となったのに対し、組成、シーム熱処理条件のいずれか一方または両方が本発明範囲を逸脱する比較例では、いずれの例でもシーム熱処理部靭性が不合格となった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来のシーム熱処理用ＱＴ処理における加熱領域を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  電縫鋼管
２  溶接接合部
３  オーステナイト域（Ａｃ３点以上）加熱部
４  二相域（Ａｃ１点以上Ａｃ３点未満）加熱部
５  テンパー温度域（４００〜６５０℃）加熱部
【図１】
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