(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼素材に、加熱し、粗圧延および仕上圧延を施し板厚10mm以上の熱延鋼帯とし、前記仕上圧延終了後、前記熱延鋼帯をコイル状に巻取る熱延工程と、前記コイル状に巻取られた熱延鋼帯を、連続的に払い出し、ロール成形により略円筒状のオープン管に成形したのち、該オープン管の円周方向端部同士を突き合せ、電縫溶接する造管工程とを施して電縫鋼管とするに当たり、
前記鋼素材を、質量％で、
Ｃ：0.38〜0.45％、                   Si：0.15〜0.25％、
Mn：1.0〜1.8％、                     Ｐ：0.03％以下、
Ｓ：0.007％以下、                    sol.Al：0.01〜0.07％、
Ｎ：0.005％以下、                    Ca：0.001〜0.003％
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材とし、
前記仕上圧延を、仕上圧延終了温度が820〜920℃の範囲の温度となる圧延とし、
前記熱延鋼帯を、ランアウトテーブル上で冷却して、コイル状に巻取る巻取温度を664〜800℃の範囲の温度とし、
前記造管工程を、室温で行い、さらに900〜1050℃でシームアニールを行う工程とする
ことを特徴とする降伏比：80％以下の低降伏比と、降伏強さYS：379MPa以上552MPa以下、引張強さTS：655MPa以上の高強度とを有する低降伏比高強度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：0.05〜0.4％、Ni：0.03〜0.3％、Sn：0.001％〜0.005％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項１に記載の低降伏比高強度電縫鋼管の製造方法。
【請求項３】
質量％で、
Ｃ：0.38〜0.45％、                   Si：0.15〜0.25％、
Mn：1.0〜1.8％、                     Ｐ：0.03％以下、
Ｓ：0.007％以下、                    sol.Al：0.01〜0.07％、
Ｎ：0.005％以下、                    Ca：0.001〜0.003％
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、降伏強さYS：379〜552MPa、引張強さTS：655MPa以上の高強度と、降伏比：80％以下の低降伏比とを有することを特徴とする、請求項１記載の製造方法で製造された低降伏比高強度電縫鋼管。
【請求項４】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：0.05〜0.4％、Ni：0.03〜0.3％、Sn：0.001〜0.005％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項３に記載の低降伏比高強度電縫鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油井管用高強度電縫鋼管に係り、とくに、API 5CT K55相当程度の高強度電縫鋼管における造管時の割れ発生防止に関する。なお、ここでいう「高強度」とは、降伏強さYS：379〜552MPa、引張強さTS：655MPa以上を有する場合をいうものとする。
【背景技術】
【０００２】
帯鋼を連続的に成形し、電縫溶接して製造される電縫鋼管では、造管時に大きな曲げ歪が導入され、とくに造管後の降伏強さYSの上昇が著しくなるため、従来から、降伏強さYSが高くなる傾向を有する析出硬化型鋼板は、高強度で低降伏比の電縫鋼管用素材として使用することができなかった。そのため、Ｃ、Mn含有量を高めた成分系の固溶強化型鋼板を高強度電縫鋼管用素材として使用してきた。しかし、固溶強化型鋼板で高強度を得ようとする場合、Ｃ、Mn量が多くならざるを得ず、靭性が低くなり、常温で曲げ加工を施すような造管を施す電縫鋼管の場合、造管時に管長手方向に割れが発生するという問題があり、とくに板厚10ｍｍ以上の厚物材においては、造管時に割れが発生しないように素材を加熱することを必要としていた。従来では、上記したような固溶強化型鋼板を素材として、造管時の加熱なしに、高強度電縫鋼管を製造することは困難であった。また、造管時に素材の加熱を行なうと、加熱用の設備を必要とするうえ、生産性の低下を招き、また、表面性状も劣化するため、加熱なしで造管できることは従来より格段に有利である。  
【０００３】
また、例えば特許文献１には、Ｃ：0.0002〜0.5％、Si：0.003〜3.0％、Mn：0.003〜3.0％、Al：0.002〜2.0％、Ｐ：0.003〜0.15％、Ｓ：0.03％以下、Ｎ：0.01％以下を含む組成を有する母材鋼管を、Ａe３点以上1300℃以下に加熱し、絞り圧延を行い、圧延終了温度：（Ａe３点−50℃）以上とする絞り圧延を行い、その後２秒以内に冷却を開始し、（Ａe３点−70℃）までは５〜20℃/sで、（Ａe３点−150℃）までは1.0〜20℃/sで冷却する電縫鋼管の製造方法が記載されている。特許文献１に記載された技術によれば、母材部が微細で均一な結晶粒径を有し、しかも表面層のみさらに微細化された鋼管が得られ、二次加工時に表面が割れにくくなるとしている。
【０００４】
また、特許文献２には、複合二次加工性に優れた高張力鋼管の製造方法が記載されている。特許文献２に記載された技術は、Ｃ：0.01〜0.6％、Si：0.01〜2.0％、Mn：0.01〜3.0％、Al：0.005〜0.10％、Ｓ：0.0050％以下、Ｐ：0.1％以下を含む組成の帯鋼を電縫溶接してなる鋼管（電縫鋼管）に、前段と後段との２段階の縮径圧延を施し、複合二次加工性に優れた高張力鋼管とする、鋼管の製造方法である。前段の縮径圧延は、圧延開始温度をＡ３点以上、圧延終了温度を（Ａ１点−50℃）以上Ａ３点以下の条件で、縮径率：10％以上の縮径圧延を施す圧延とし、後段の縮径圧延は、さらにＡ３点以上に再加熱し、ついで縮径率：５％以上、圧延終了温度：Ａ３点以上の条件で縮径圧延を施す圧延としている。これにより得られた電縫鋼管は、引張強さ：550MPa以上の高強度と、曲げ加工、縮径加工、管端扁平加工の組合せからなる複合二次加工においても、表面および／または端部に亀裂を生じることなく加工を完了できるという特性を有する鋼管であるとしている。
【０００５】
また、特許文献３には、パイプライン敷設時に座屈が発生しがたい、ラインパイプ向け低YR電縫鋼管の製造方法が記載されている。特許文献２に記載された技術は、Ｃ：0.1％以下、Mn：1.8％以下を含む組成の帯鋼を連続的に送りつつ、板厚方向平均で7.0％以下の歪を付与する、例えばレベラーによる入側矯正を施したのち、略円筒状のオープン管に成形し、該オープン管の円周方向端部同士を電縫溶接して管となし、ついで該管に、例えばサイザーによる回転矯正により、管長方向に0.2〜7.0％の圧縮歪および／または0.2〜7.0％の繰返し曲げ歪を付与して管の外形寸法形状を整えることを特徴とする、電縫鋼管の製造方法である。これにより、設備の追加を必要とせずに、また生産能率の低下を伴わずに、バウシンガー効果を利用して、降伏比YRが88％以下の低YR電縫鋼管を製造できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2004−217992号公報
【特許文献２】特開2004−292922号公報
【特許文献３】特開2007−98397号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、母材鋼管を加熱して絞り圧延を施すことを必須の要件としており、母材鋼管を加熱するため表面性状が低下し、製造コストも高騰するという問題を残していた。また、特許文献２に記載された技術では、素材鋼管を、加熱し、前後２段の縮径圧延を施すことを必須の要件としており、工程が複雑となるうえ、製造コストの高騰を招くという問題がある。また、特許文献３に記載された技術は、造管後に歪を付加する技術であるが、引張強さTSが655MPa以上となるような高強度鋼管では、歪み付加以前の造管時に割れが発生しやすいという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、固溶強化型鋼板（固溶強化型鋼帯）を素材として、造管時の加熱を行なうことなく、造管時の割れの発生を防止でき、また、造管後にさらに熱間の縮径圧延や、回転矯正等を施すことなく、降伏比：80％以下の低降伏比と、降伏強さYS：379MPa以上552MPa以下、引張強さTS：655MPa以上の高強度とを有する低降伏比高強度電縫鋼管、およびそれを製造できる、低降伏比高強度電縫鋼管の製造方法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】
【０００９】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、まず、固溶強化型鋼帯を素材として、室温で、造管、電縫溶接を行ない、電縫鋼管とする際に、管に発生する割れについて、詳細に調査した。その結果、発生した割れは、圧延方向に展伸したMnSに沿って進展していることを突き止めた。そして、更なる実験・研究を行なった結果、Ｓ量を低く調整するとともに、図１に示すように、Caを0.001質量％以上含有させた固溶強化型鋼帯を素材として用いることにより、室温で造管、電縫溶接を行なっても、造管時の割れ発生が皆無となることを知見した。また、AlNが多く析出していると、そこを起点に割れが発生しやすいことも見出した。
【００１０】
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加え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）鋼素材に、加熱し、粗圧延および仕上圧延を施し板厚10mm以上の熱延鋼帯とし、前記仕上圧延終了後、前記熱延鋼帯をコイル状に巻取る熱延工程と、前記コイル状に巻取られた熱延鋼帯を、連続的に払い出し、ロール成形により略円筒状のオープン管に成形したのち、該オープン管の円周方向端部同士を突き合せ、電縫溶接する造管工程と、を施して電縫鋼管とするに当たり、前記鋼素材を、質量％で、Ｃ：0.38〜0.45％、Si：0.15〜0.25％、Mn：1.0〜1.8％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.007％以下、sol.Al：0.01〜0.07％、Ｎ：0.005％以下、Ca：0.001〜0.003％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材とし、前記仕上圧延を、仕上圧延終了温度が820〜920℃の範囲の温度となる圧延とし、前記熱延鋼帯を、ランアウトテーブル上で冷却して、コイル状に巻取る巻取温度を664〜800℃の範囲の温度とし、前記造管工程を、室温で行い、さらに900〜1050℃でシームアニールを行う工程とすることを特徴とする降伏比：80％以下の低降伏比と、降伏強さYS：379MPa以上552MPa以下、引張強さTS：655MPa以上の高強度とを有する低降伏比高強度電縫鋼管の製造方法。
【００１１】
（２）（１）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：0.05〜0.4％、Ni：0.03〜0.3％、Sn：0.001〜0.005％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する組成とすることを特徴とする低降伏比高強度電縫鋼管の製造方法。
（３）質量％で、Ｃ：0.38〜0.45％、Si：0.15〜0.25％、Mn：1.0〜1.8％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.007％以下、sol.Al：0.01〜0.07％、Ｎ：0.005％以下、Ca：0.001〜0.003％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、降伏強さYS：379〜552MPa、引張強さTS：655MPa以上の高強度と、降伏比：80％以下の低降伏比とを有することを特徴とする、（１）の製造方法で製造された低降伏比高強度電縫鋼管。
【００１２】
（４）（３）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：0.05〜0.4％、Ni：0.03〜0.3％、Sn：0.001〜0.005％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する組成とすることを特徴とする低降伏比高強度電縫鋼管。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、室温で造管を行なっても、割れの発生もなく、また造管後にさらに熱間における処理を施すことなく、降伏比：80％以下の低降伏比と、降伏強さYS：379MPa以上552MPa以下、引張強さTS：655MPa以上の高強度とを有する低降伏比高強度電縫鋼管を、安定して製造でき、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】室温で造管した時の割れ発生率とCa含有量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明では、質量％で、Ｃ：0.38〜0.45％、Si：0.15〜0.25％、Mn：1.0〜1.8％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.007％以下、sol.Al：0.01〜0.07％、Ｎ：0.005％以下、Ca：0.001〜0.003％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を使用する。
まず、本発明で使用する鋼素材の組成限定理由について説明する。なお、とくに断わらないかぎり質量％は単に％と記す。
【００１６】
Ｃ：0.38〜0.45％
Ｃは、鋼の強度を増加させる元素であり、本発明では所望の高強度を確保するために0.38％以上の含有を必要とするが、0.45％を超える含有は、電縫溶接時に接合部の溶接熱影響部でマルテンサイトが生成しやすくなり、造管時の割れ発生の危険性が増加する。このため、Ｃは0.38〜0.45％の範囲に限定した。
【００１７】
Si：0.15〜0.25％
Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶強化により鋼の強度を増加させる作用を有する元素であり、Al含有量を低く調整し、Alの悪影響を低減することを可能とする。このような効果を得るためには0.15％以上の含有を必要とするが、0.25％を超える含有は、割れの起点となるSi酸化物量を増加させる。このため、Siは0.15〜0.25％の範囲に限定した。
【００１８】
Mn：1.0〜1.8％
Mnは、固溶あるいは焼入れ性の向上を介し、鋼の強度を増加させる元素であり、所望の高強度を確保するために、本発明では1.0％以上の含有を必要とする。しかし、Mnは、Ｓと結合し圧延方向に展伸するMnSを形成し、造管時の割れ発生を増加させるため、本発明では、Caを添加してＳをCaSとして固定するが、1.8％を超えて含有すると、CaSからMnSとなる量が増加し、造管時の割れ発生を助長する。このようなことから、Mnは1.0〜1.8％の範囲に限定した。
【００１９】
Ｐ：0.03％以下
Ｐは、固溶して鋼の強度を増加させる元素であるが、粒界等に偏析しやすく、材質の不均質を招くと共に、造管時の割れの進展を促進する。このため、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、0.03％までは許容できる。このようなことから、Ｐは0.03％以下に限定した。なお、好ましくは0.002％以下である。
【００２０】
Ｓ：0.007％以下
Ｓは、鋼中では硫化物、とくにMnSとして存在すると、造管時の割れの発生を増加させる。このような造管時の割れは、Ｓを0.007％以下に低減することにより、抑制できる。このため、Ｓは0.007％以下に限定した。なお、好ましくは0.005％以下である。
sol.Al：0.01〜0.07％
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、介在物起因の割れを防止するために、0.01％以上の含有を必要とする。一方、0.07％を超える含有は、AlN量の増加を招き、AlNを起点とする割れを発生しやすくする。このため、sol.Alは、0.01〜0.07％の範囲に限定した。
【００２１】
Ｎ：0.005％以下
Ｎは、Alと結合しAlNを形成して、造管時の割れ発生の起点となり、割れ発生を増加させる傾向を有する。このため、Ｎは0.005％以下に限定した。
Ca：0.001〜0.003％
Caは、延伸した硫化物を球状の硫化物とする硫化物の形態を制御する作用を有する元素であり、このような効果を得るためには0.001％以上の含有を必要とする。一方、0.003％を超える含有は、鋼の清浄度が低下し、介在物起因の造管時の割れが発生しやすくなる。このため、Caは0.001〜0.003％の範囲に限定した。
【００２２】
上記した成分が基本の成分であるが、これら基本の組成に加えてさらに、Cu：0.05〜0.4％、Ni：0.03〜0.3％、Sn：0.001〜0.005％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有できる。
Cu：0.05〜0.4％、Ni：0.03〜0.3％、Sn：0.001〜0.005％のうちから選ばれた１種または２種以上
Cu、Ni、Snはいずれも、固溶強化型の元素で、低降伏比を損ねることなく、高強度化に寄与する元素であり、必要に応じて選択して、１種以上を含有できる。このような効果を得るためには、Cu：0.05％以上、Ni：0.03％以上、Sn：0.001％以上含有することが望ましいが、Cu：0.4％、Ni：0.3％、Sn：0.005％を超える含有は、靭性を低下させる。
【００２３】
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。意図的に添加しない場合、不可避的不純物としては、Cr：0.1％以下、Co：0.1％以下、Ti：0.01％以下、Nb：0.01％以下、Ｖ：0.01％以下、Mo：0.05％以下、Ｂ：0.001％以下が許容できる。
上記した組成を有する鋼素材の製造方法は、とくに限定する必要はなく、転炉等の常用の溶製手段を適用し、好ましくは偏析の少ない連続鋳造等の鋳造手段を用いて、スラブ等の鋼素材とすることが好ましい。また、偏析防止のために、軽圧下鋳造、電磁攪拌を用いることが好ましい。
【００２４】
上記した組成を有する鋼素材に、まず、熱延工程を施す。熱延工程では、鋼素材を加熱し、粗圧延および仕上圧延からなる熱間圧延を施し熱延鋼帯とし、仕上圧延終了後、コイル状に巻取る。
鋼素材の加熱温度は、1200〜1280℃とすることが好ましい。加熱温度が1200℃未満では、粗大な結晶粒界に析出したMnS、AlNを再溶解させることが難しくなる。MnS、AlN等が析出した結晶粒界は、造管時に、粒界に沿って割れやすくなる。一方、1280℃を超えて高温となると、オーステナイト粒が粗大化し、熱間圧延後、マルテンサイト相を形成しやすくなり、造管時の割れを発生しやすくする。このようなことから、熱間圧延工程における鋼素材の加熱温度は1200〜1280℃とすることが好ましい。
【００２５】
加熱された鋼素材は、ついで粗圧延、仕上圧延からなる熱間圧延を施される。粗圧延の条件については、本発明では、所定の寸法形状のシートバーとすることができればよく、とくに限定する必要はない。一方、仕上圧延は、仕上圧延終了温度を820〜920℃の範囲の温度とする圧延とする。仕上圧延終了温度が820℃未満では、Aｒ3点を切って仕上げ圧延されることになり、エッジ部とセンター部の組織差から強度差が生じ、造管時の応力集中をもたらし、割れを発生しやすくする。一方、仕上圧延終了温度が920℃を超えて高温となると、オーステナイト粒が粗大化し、巻取温度を高くしてもマルテンサイト相を生成しやすくなり、割れが発生しやすくなる。このようなことから、仕上圧延の圧延終了温度を820〜920℃の範囲の温度に限定した。
【００２６】
仕上圧延終了後、コイル状に巻取られるまでの間、熱延鋼帯はランアウトテーブル上で冷却される。なお、巻取温度の精度を向上させるという観点から、50℃/ｓ以上の冷却速度で冷却してもよい。
仕上圧延終了後、熱延鋼帯はコイル状に巻取られる。本発明では、巻取温度は664〜800℃の範囲の温度とする。巻取温度が664℃未満では、仕上圧延終了後の冷却中にマルテンサイトを生成する恐れがあり、造管時の割れ発生の危険性が増大する。一方、800℃を超えて高くなると、粗大なAlNが析出し、造管時の割れ発生の原因となる。このため、熱延鋼帯をコイル状に巻取る温度（巻取温度）は664〜800℃の範囲の温度に限定した。
【００２７】
コイル状に巻取られた熱延鋼帯は、ついで、連続的に払い出され、加熱することなく室温で、造管工程を施される。
連続的に払い出された熱延鋼帯は、造管工程で、まず略円筒状のオープン管に成形される。成形温度は室温とする。オープン管への成形は、例えば、ブレークダウンロール、ケージフォーミングロール、フィンパスロール等を直列に複数基配設した、ロール成形装置等を利用して連続的に行なうことが好ましいが、これに限定されないことは言うまでもない。略円筒状に成形されたオープン管は、ついでスクイズロールにより円周方向端部同士を突き合せ、高周波抵抗溶接等により、該突き合せ部を電縫溶接され、電縫鋼管となる。
【００２８】
なお、電縫溶接された溶接部（シーム部）とその近傍は、組織改善のために900〜1050℃に加熱する熱処理（シームアニール）を行い、さらに、その後に200〜400℃に水冷後、500〜750℃程度に加熱する熱処理（テンパー）を施しても良い。
また、造管工程後、得られた電縫鋼管に、形状矯正を目的とした、縮径率：0.3％以上の縮径圧延を施してもよい。一方、縮径率が５％を超えて大きくなると、割れが発生しやすくなる。このため、縮径圧延の縮径率は0.3〜５％の範囲とすることが好ましい。なお、より好ましくは1.5％以下である。
【実施例】
【００２９】
表１に示す組成の溶鋼を転炉で溶製し、連続鋳造法でスラブ（鋼素材）とした。これらスラブを、表２に示す加熱温度で加熱した後、970〜1000℃で粗圧延し、表２に示す条件の仕上圧延を含む熱間圧延を施し、表２に示す巻取温度でコイル状に巻き取る熱延工程を施し、熱延鋼帯（板厚：12.4mm）とした。なお、これらの材料の温度は材料単位毎の平均温度である。ついで、コイル状に巻き取られた熱延鋼帯を、払い出し、ロールによる連続成形で略円筒状のオープン管とし、さらにスクイズロールにより該オープン管の円周方向端部同士を突き合せ、高周波抵抗溶接により電縫溶接する造管工程を施し、電縫鋼管（外径508mmφ×肉厚12.70mm）とした。なお、電縫溶接部のみ、組織改善のため980℃に加熱するシームアニール処理を施した。造管後、サイザーにより縮径率：0.6％の縮径圧延を施し、形状矯正を行なった。
【００３０】
得られた電縫鋼管から、ASTM A370の規定に準拠して、管長手方向が引張方向となるように引張試験片（幅：38mm）を切り出し、引張試験を実施して、引張特性（降伏強さYS、引張強さTS、伸びEl）を求めた。
また、得られた電縫鋼管について、目視により割れの有無、および割れ発生位置を観察し、各コイルごとに、コイル最内周部での割れ発生率を算出した。なお、コイル最内周部での割れ発生率は、次（１）式
コイル最内周部での割れ発生率（％）＝（割れ発生コイル数）／（造管コイル数）×100 …（１）
で算出した。
【００３１】
得られた結果を表３に示す。
【００３２】
【表１】
0005540646.tif 000002
【００３３】
【表２】
0005540646.tif 000003
【００３４】
【表３】
0005540646.tif 000004
【００３５】
本発明例はいずれも、加熱することなく造管を行っても、造管時に割れの発生もなく、YS：379MPa以上552MPa以下、TS：655MPa以上の高強度と、YR：80％以下の低降伏比とを有する電縫鋼管となっている。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、割れが発生しているか、所望の高強度（TS:655MPa以上）を満足できていない。なお、巻取温度が本発明の範囲を低く外れる比較例（鋼管No.７）は、伸びElが低くなっている。
【図１】
0005540646.tif 000005