(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管の化学成分組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０１〜０．５０％、
Ｓｉ：０．００５〜１．０％、
Ｍｎ：０．０１〜１．５％
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、再結晶フェライト組織において、フェライト相の平均結晶粒径が１１〜６０μｍであり、長辺／短辺の平均比が２以下、平均粒径が３μｍ以下である第２相がフェライト相中に分布した組織であって、第２相組織の面積率が１％以上、５０％以下であることを特徴とする縮径圧延鋼管。
【請求項２】
フェライト相の長辺／短辺の平均比が３以下であることを特徴とする請求項１記載の縮径圧延鋼管。
【請求項３】
請求項１または２記載の縮径圧延鋼管の製造工程において、縮径圧延を５００℃以上（Ａ1点−８０℃）以下で終了し、（Ａ1点−５０℃）以上Ａ1点以下の温度範囲において、３０℃/sec. 以上の加熱速度で再加熱した後、（Ａ1 点−１００℃）以下の温度まで５℃/sec. 以上の冷却速度で冷却することを特徴とする縮径圧延鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、産業機械部品および一般配管用等に使用する成形あるいは引抜等の加工性に優れた鋼管およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
縮径圧延鋼管は、電縫溶接鋼管、シームレス鋼管、鍛接鋼管等を素管として熱間ストレッチレデューサーにより絞り圧延して製造される。その後、当該鋼管は引抜加工、転造加工等の二次加工を施され、各種機械部品および配管等に使用される。
また鋼管の形状に起因する軽量化が可能な強度部材として、例えば自動車部品等に多く使用されており、鋼管そのものの形状から２次加工メーカーにて冷間あるいは熱間での加工を加えて部品とすることが多い。加工に用いる鋼管には、加工性が良好で自由度の高い変形能を有し、成型性が高く局部的な変形にも追従することが要求される。
【０００３】
縮径圧延された炭素鋼管の金属組織は、特開昭５０−１６６５７号公報、特開昭６０−１２５３２６号公報および特開昭６０−１３７５１０号公報に記載されているとおり、フェライト・パーライト組織である。フェライト・パーライト組織を有する材料は冷間加工特性にやや劣るため、高度の冷間加工特性を要求される自動車および産業機械部品用等には、通常球状化焼鈍処理された材料が使用される。
球状化処理方法としては通常炉加熱による方法が用いられるが、処理時間、あるいはコスト等に課題が生じる。これらの課題を解決する手段として、その方法が特開平８−２６００４８号公報に記載されているが、処理工程数、時間およびコストに課題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の問題点を解決し、加工性に優れた縮径圧延鋼管およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋼管の化学成分組成が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．５０％、Ｓｉ：０．００５〜１．０％、Ｍｎ：０．０１〜１．５％を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、再結晶フェライト組織において、フェライト相の平均結晶粒径が１１〜６０μｍであり、長辺／短辺の平均比が２以下であり、かつ平均粒径が３μｍ以下である第２相がフェライト相中に分布した組織であって、第２相組織の面積率が１％以上、５０％以下であることを特徴とする縮径圧延鋼管である。
また本発明は、前記組織および組成において、フェライト相の長辺／短辺の平均比が３以下であることを特徴とする。
また本発明は、縮径圧延を５００℃以上（Ａ1点−８０℃）以下で終了し、 （Ａ1点−５０℃）以上Ａ1点以下の温度範囲において、３０℃/sec. 以上の加熱速度で急速再加熱した後、引き続いて（Ａ1点−１００℃）以下の温度まで５℃/sec. 以上の冷却速度で冷却することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明では、特定の化学成分組成になる鋼管を圧延素材として用いるが、この素管を製造する手段は特に限定されない。冷間または熱間での高周波電流を利用した電気抵抗溶接法による電気抵抗溶接鋼管、オープン管のエッジ部を固相圧接温度域に加熱し圧接接合による固相圧接鋼管、鍛接鋼管、およびマンネスマン式穿孔圧延による継目無鋼管等、いずれも好適に使用可能である。
【０００７】
次に、製品鋼管の金属組織について説明する。
本発明におけるフェライト相および第２相は、測定断面をバフ研磨後、ナイタール液にて腐食し、鋼管長手方向に平行な断面を光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡にて組織観察を実施した。また、フェライト結晶粒の結晶方位は Electron Back Scattering Diffraction 法で方位解析した。本発明の製品鋼管の組織は、再結晶フェライト組織とフェライト相中に長辺／短辺の平均比が２以下であり、かつ平均粒径が３μｍ以下である第２相を分布した組織からなる。
【０００８】
本発明の再結晶フェライト組織とは、フェライト相の隣接する結晶粒の方位差が１５゜以上の結晶粒界で囲まれたフェライト結晶粒を有する組織をいう。また、第２相とはフェライト相以外の相を意味し、セメンタイトあるいはパーライト以外に、ベイナイト、マルテンサイト、炭化物あるいは窒化物を含めてもよく、それらが単独あるいは複合して析出してもよい。
【０００９】
フェライト相中に第２相を析出させることにより、変形時に一様伸びの向上に寄与し、鋼管の延性を向上させる。このような効果は、第２相の形態が塊状ではなく、球状に近い形態の方が効果は大きいため、第２相の鋼管長手方向に平行な断面で、長辺／短辺の平均比を２以下に限定した。
また第２相は、鋼管長手方向に平行な断面で平均粒径が３μｍを超えると延性向上の効果が少なくなるため、第２相の平均粒径を３μｍ以下に規定した。なお、好ましくは２μｍ以下である。
【００１０】
鋼管長手方向に平行な断面におけるフェライト相の長辺／短辺の平均比が３を超えると、鋼管長手方向、円周方向および肉厚方向の伸びが不均一となり、延性向上の効果が少なくなり、加工性の著しい向上が得られなくなるため、長辺／短辺の平均比を３以下に制限した。なお、好ましくは長辺／短辺の平均比は２以下である。
【００１１】
また、鋼管長手方向に平行な断面でフェライト相の平均結晶粒径は、１１μｍより小さいと一様伸びが低下し、６０μｍを超えると一様伸びの向上が期待できないため、加工性の著しい向上が得られない。このため、フェライト相の平均結晶粒径を１１μｍ以上６０μｍ以下に規定した。なお好ましくは、１１μｍ以上３０μｍ以下である。
【００１２】
また、析出した第２相は強度および一様伸びの向上に寄与し、鋼管の強度および延性を向上させる。このような効果は、鋼管長手方向に平行な断面で第２相の面積率が１％未満では少ない。フェライト以外の第２相の面積率は１％以上、好ましくは５０％以下とするのが好ましい。５０％を超えると球状化させるのが困難になると共に、セメンタイトの粗大化のため延性が劣化する。
【００１３】
次に、鋼管素材および製品鋼管の化学成分の限定理由を説明する。
Ｃは、基地中に固溶あるいは炭化物として析出し、鋼の強度を増加させる元素であり、またセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイト等の硬質な第２相として析出し、高強度化と一様伸びの向上に寄与する。第２相として析出したセメンタイト等による延性の向上効果を得るためには、Ｃは０．０１％以上、好ましくは０．０４％以上の含有を必要とするが、０．５０％を超えて含有すると延性が劣化する。このためＣは０．０１〜０．５０％の範囲に限定した。
【００１４】
Ｓｉは脱酸材として作用すると共に、基地中に固溶し鋼の強度を増加させる。この効果は０．００５％以上の含有で認められるが、１．０％を超える含有は延性を劣化させる。このため、Ｓｉは０．００５〜１．０％の範囲に限定した。
【００１５】
Ｍｎは鋼の強度を増加させる元素であり、第２相であるセメンタイトの析出、あるいはベイナイトおよびマルテンサイトの析出を促進させる。この効果は０．０１％以上の含有で認められるが、１．５％を超える含有は延性を劣化させる。このためＭｎは０．０１〜１．５％の範囲に限定した。尚、強度−延性バランスの観点から、Ｍｎは０．１〜１．２％の範囲が好ましい。
【００１６】
次に、本発明の鋼管の製造方法について説明する。
上記した組成を有し、素材鋼管の縮径圧延を５００℃以上（Ａ1 点−８０℃）以下で終了し、直後に（Ａ1 点−５０℃）以上Ａ1 点以下の温度範囲に、３０℃/sec. 以上の加熱速度で急速再加熱し、製品鋼管とする。
縮径圧延方法は、ストレッチ・レデューサーと称される複数の孔型圧延機による縮径圧延が好適である。本発明の実施に好適な設備列の圧延機のスタンド数は、素材鋼管径と製品管径の組み合わせで適宜決定される。孔型ロールは、通常公知の２ロール、３ロールあるいは４ロールいずれでも好適に適用できるが、３ロールが最適である。
【００１７】
縮径圧延の加熱または均熱方法は、特に限定するものではないが、加熱炉、あるいは誘導加熱によるのが好ましい。中でも誘導加熱方式が加熱速度を大きくすることが可能で、生産能率あるいは組織制御の観点から好ましい。加熱または均熱温度は、溶接部の金属組織を均一なものとすると共に好適な圧延温度を確保するため、Ａ3 変態点以上の温度が必要であり、また鋼管の表面性状を劣化させないために、１１００℃以下とするのが好ましい。
【００１８】
縮径圧延の圧延終了温度は５００℃以上（Ａ1 点−８０℃）以下の温度とする。この温度域での縮径圧延により、素材鋼管組織中の第２相が分断微細化される。縮径圧延温度が（Ａ1 点−８０℃）を超えると、第２相の分断微細化が困難となると共に、縮径圧延終了直後の再加熱によるフェライト再結晶後の粒成長が著しくなる。さらに縮径圧延温度が５００℃未満では、青熱脆化域となり圧延が困難となるか、あるいは縮径圧延直後の再加熱による再結晶が不十分となり加工歪が残存しやすくなるため、延性・靱性が低下する。このため縮径圧延終了温度は、好ましくは５００℃以上（Ａ1 点−８０℃）以下の温度範囲とする。尚、さらに好ましくは５８０℃以上（Ａ1 点−８０℃）以下の温度範囲である。
【００１９】
図１に示すように、縮径圧延終了直後の再加熱温度は、（Ａ1 点−５０℃）以上Ａ1 点以下の温度範囲とする。（Ａ1 点−５０℃）未満の再加熱温度の場合、分断微細化された第２相を球状化させることが困難であると共に、縮径圧延により加工されたフェライトの再結晶も不十分となるばかりでなく、加工歪も残存しやすくなるため、鋼管の伸び特性の向上が期待できない。また、再加熱温度がＡ1 点を超えると、第２相が粗大化すると共に、再結晶するフェライト粒の成長が著しくなるため、鋼管の伸び特性の向上が期待できない。このため縮径圧延終了後の再加熱温度は、（Ａ1 点−５０℃）以上Ａ1 点以下の温度範囲とする。
【００２０】
また、縮径圧延終了後の再加熱速度は、３０℃/sec. 以上とする。３０℃/sec. 未満の加熱速度の場合、フェライト粒が成長粗大化しやすくなると共に、第２相も粗大化しやすくかつ球状化が困難となるため、鋼管の伸び特性の向上が期待できない。このため、縮径圧延終了直後の再加熱速度は、３０℃/sec. 以上とする。
【００２１】
再加熱直後、（Ａ1 点−１００℃）以下の温度まで、５℃/sec. 以上の冷却速度で冷却する。縮径圧延終了直後の急速再加熱により、鋼管の伸び特性に優れた金属組織である、球状化した第２相および再結晶したフェライトの状態を凍結するため、第２相および再結晶フェライトの粗大化を抑制可能な（Ａ1 点−１００℃）以下の温度領域まで冷却する。尚、その冷却において、５℃/sec. 未満の冷却速度の場合は、冷却途中に第２相および再結晶フェライトの粗大化が生じる可能性があるため、５℃/sec. 以上の冷却速度とする。
【００２２】
本発明で素材とする素材鋼管は、継目無鋼管あるいは電縫鋼管、鍛接鋼管、固相圧接鋼管等いずれでもよい。また本発明の鋼管の製造工程は、素材鋼管は高周波加熱炉で所定の温度に加熱後、デスケーリング装置でスケールを除去し、縮径圧延装置により縮径圧延され、急速再加熱後に冷却され製品管となる。上記した製造方法によれば、再結晶フェライトと面積率で１％以上のフェライト以外の球状化した第２相からなる組織を有し、鋼材長手方向断面の平均結晶粒径が３μｍ以上６０μｍ以下の再結晶粒を有する鋼管が、炉加熱の焼鈍なしに得られる。
【００２３】
【実施例】
表１に示す化学成分組成を有する鋼素材を熱間圧延により３mm厚の帯鋼とした。この帯鋼を複数の成形ロール群からなる成形加工装置で連続的に成形し、スクイズロールにより衝合し高周波電縫溶接して、８９．１mmφ×３mmｔの素材鋼管とした。表１の製造条件は表３の No.１３の製造条件で行なったものである。
次いで、素材鋼管を誘導加熱装置で加熱温度にした後、複数の３ロール構造の縮径圧延機を設置した縮径圧延装置で所定寸法の鋼管とした。また、縮径圧延直後に鋼管を急速再加熱し、その直後冷却して製品鋼管とした。
【００２４】
表２に、表１に示す化学成分組成Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｉを有する鋼素材の製品鋼管の金属組織および引張特性の一様伸びを、また表３に、表１に示す化学成分組成Ｅを有する鋼素材の縮径圧延条件、急速加熱条件及び冷却条件を変化させて製造した製品鋼管の特性を示す。  結晶粒径は、鋼管の長手方向に平行な断面について、５００倍の倍率でそれぞれ５視野以上観察し、フェライト及び第２相の平均結晶粒径を測定した。引張特性は、ＪＩＳ１１号試験片を用いた。
【００２５】
表１に示した本発明例（ No.Ｂ，Ｅ，Ｈ）は、鋼管長手方向に平行な断面での第２相の長辺／短辺の平均比がいずれも２以下、第２相の平均粒径が３μｍ以下、第２相の面積率が１％以上となる金属組織を有した、一様伸びが高く延性に優れた鋼管となっている。それに比較し、本発明の範囲を外れた比較例では延性が劣化している。
【００２６】
表２に示した本発明例（ No.２，４，６，９，１１）は、鋼管長手方向に平行な断面でのフェライトの平均結晶粒径がいずれも１１μｍ以上６０μｍ以下、フェライト結晶粒の長辺／短辺の平均比が３以下であり、また第２相の長辺／短辺の平均比がいずれも２以下、第２相の平均サイズが３μｍ以下、第２相の面積率が１％以上となる金属組織を有した、一様伸びが高く延性に優れた鋼管となっている。それに比較し、本発明の範囲を外れた比較例では延性が劣化している。
【００２７】
表３に示した本発明例（ No.１３，１６，１８，２０，２２）は、鋼管長手方向に平行な断面でのフェライトの平均結晶粒径がいずれも１１μｍ以上６０μｍ以下、フェライト結晶粒の長辺／短辺の平均比が３以下であり、また第２相の長辺／短辺の平均比がいずれも２以下、第２相の平均サイズが３μｍ以下、第２相の面積率が１％以上となる金属組織を有した、一様伸びが高く延性に優れた鋼管となっている。それに比較し、本発明の範囲を外れた比較例では延性が劣化している。
【００２８】
本発明によれば、従来になく延性が向上した鋼管が得られるが、さらに本発明の鋼管は、２次加工性、例えば伸管あるいは冷間鍛造等の冷間加工性にも優れ、冷間加工用として好適な鋼管である。
本発明の鋼管においては、硬化シーム部が縮径圧延により母管部と同じレベルの硬さとなり、冷間加工性が従来になく顕著に改善される。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
【表３】
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【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、フェライト相中に球状化した第2 相を微細均一分布した組織を有し、延性に優れた鋼材が炉加熱の熱処理なしに容易に製造でき、鋼材の用途を拡大でき産業上格別の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】縮径圧延後の再加熱温度と再加熱後のフェライト平均粒径との関係を示す図。
【図１】
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