(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．０２〜０．６、
Ｓｉ：０．５以下、
Ｍｎ：０．３〜２．０、
Ｐ  ：０．０４以下、
Ｓ  ：０．０１〜０．０４、
Ａｌ：０．００６以下、
Ｎ  ：０．００５〜０．０１５、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１５
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする被削性、熱間加工性、靭性に優れた機械構造用継目無鋼管。
【請求項２】
質量％で、
Ｃ  ：０．０２〜０．６、
Ｓｉ：０．５以下、
Ｍｎ：０．３〜２．０、
Ｐ  ：０．０４以下、
Ｓ  ：０．０３〜０．０４、
Ａｌ：０．００６以下、
Ｎ  ：０．０１０〜０．０１５、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１５
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする被削性、熱間加工性、靭性に優れた機械構造用継目無鋼管。
【請求項３】
請求項１または２に記載の成分に加えて、さらに質量％で、
Ｃｒ：０．０１〜２．０、
Ｎｉ：０．０１〜５．０、
Ｍｏ：０．０１〜２．０、
Ｃｕ：０．０１〜２．０、
Ｗ  ：０．５〜３．０
の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または２に記載の被削性、熱間加工性、靭性に優れた機械構造用継目無鋼管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削性、熱間加工性、靭性に優れた機械構造用継目無鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
切削加工の自動化、高能率化の進展に伴い、切削加工を施して製品とされる各種シリンダ等の管状部品の素材として、切り屑処理性などの被削性に優れた継目無鋼管の需要が増大している。機械構造用継目無鋼管は、低コストで大量生産が可能なマンネスマン方式の圧延法によって継目無管に製管されるのが通例であるが、マンネスマン圧延法は、熱間加工方法の中でも最も苛酷な加工方法として知られている。
【０００３】
被削性に優れた鋼材としては、硫黄及び硫黄複合快削鋼鋼材がＪｌＳ  Ｇ４８０４に規格化されているが、熱間加工性に有害な元素であるＳ（０．０８〜０．４０％）を多量に含むため、マンネスマン圧延法によって製管する際、割れが発生することがあった。そのため、マンネスマン圧延法により被削性に優れた継目無鋼管を製造することは困難であった。
【０００４】
このような圧延中の割れ問題に対して、特公昭６０−３５２０５号公報に見られるように、穿孔圧延前にビレットの穿孔開始側端面に普通鋼を接合し、この接合普通鋼を先導として穿孔圧延を行う技術や、特公平５−３９６８７号公報に見られるように、穿孔圧延前にビレットの穿孔開始側端部の外周面にテーパー加工を施し、ビレットの穿孔開始側端部の外形寸法が圧延機のロール間の開度寸法以下とする技術が提示されてきている。
【０００５】
これらの方法はいずれも穿孔開始側端部の割れの発生を防止しようとするものであり、割れ防止のために相応の効果を期待できるが、快削鋼の熱間加工に伴う割れの問題を完全に解決するものではない。また前者の方法においては、ビレットの溶接及び穿孔圧延終了後に普通鋼を除去する工程が必要であるため、生産性が低下する問題がある。また後者の方法においても、ビレットの穿孔開始側端部の外周面にテーパー加工を施す必要があり、生産性が低下する問題がある。
【０００６】
このように、従来提示されてきた技術では、快削鋼をマンネスマン圧延法によって継目無管に製管する時に発生する割れの問題を、生産性を阻害することなく解決することが困難であった。また、硫黄及び硫黄複合快削鋼鋼材はＳを多量に含有するため、粗大なＭｎＳを生成し、靭性が低いという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような問題点を解決しようとするものであって、被削性に優れ、かつマンネスマン圧延法による製造が可能な優れた熱間加工性を有し、さらに靭性に優れた機械構造用継目無鋼管を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、成分の異なる種々の素材に対して熱間加工性と被削性について研究を重ねた結果、本鋼種においてはＳを通常の硫黄系快削鋼よりも大幅に少ない０．０１〜０．０４％の範囲とし、これにＮを０．００５〜０．０１５％複合添加し、さらにＡｌを０．００６％以下とすることにより、熱間圧延時の割れの問題を生じることなく、マンネスマン方式の熱間圧延法によって継目無管に製管することが可能であり、かつ切り屑処理性などの被削性は必要とするレベルを十分満足できることを知見した。
【０００９】
前記鋼はＳ量を低減しているため、従来の硫黄及び硫黄複合快削鋼鋼材に比べれば靭性が向上している。しかしながら、市場の要求レベルに比べれば不十分であるという問題があった。そこで本発明者らは、靭性を向上させる方法について研究を重ねた結果、Ｓ，Ｎ，Ａｌの含有量を上記のように限定した鋼に適量のＭｇを添加することにより、熱間加工性と被削性を劣化させることなく靭性を向上させることができることを見出した。
【００１０】
本発明はこのような知見に基づいて構成したものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、
Ｃ  ：０．０２〜０．６、      Ｓｉ：０．５以下、
Ｍｎ：０．３〜２．０、        Ｐ  ：０．０４以下、
Ｓ  ：０．０１〜０．０４、    Ａｌ：０．００６以下、
Ｎ  ：０．００５〜０．０１５、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１５
を含し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする被削性、熱間加工性、靭性に優れた機械構造用継目無鋼管。
（２）質量％で、
Ｃ  ：０．０２〜０．６、      Ｓｉ：０．５以下、
Ｍｎ：０．３〜２．０、        Ｐ  ：０．０４以下、
Ｓ  ：０．０３〜０．０４、    Ａｌ：０．００６以下、
Ｎ  ：０．０１０〜０．０１５、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１５
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする被削性、熱間加工性、靭性に優れた機械構造用継目無鋼管。
（２）  前記１または２に記載の成分に加えて、さらに質量％で、
Ｃｒ：０．０１〜２．０、      Ｎｉ：０．０１〜５．０、
Ｍｏ：０．０１〜２．０、      Ｃｕ：０．０１〜２．０、
Ｗ  ：０．５〜３．０
の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の被削性、熱間加工性、靭性に優れた機械構造用継目無鋼管。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、本発明における非調質高強度継目無鋼管の成分限定理由について説明する。成分含有量は質量％である。
Ｃ：Ｃは鋼の強度を増加させる元素として添加されるものである。０．０２％未満では構造用鋼に必要な強度の確保が困難であり、０．６％を超える過剰の添加は靭性や溶接性を著しく劣化させる。従って、Ｃ含有量は０．０２〜０．６％とした。
【００１２】
Ｓｉ：Ｓｉは製鋼工程において脱酸剤として添加され残存する元素である。０．５％を超えて含有されると靭性及び被削性が劣化することから、上限を０．５％とした。
【００１３】
Ｍｎ：ＭｎはＳと結合してＭｎＳを形成し被削性を向上させる元素であり、また、Ｓによる熱間加工性の劣化を防止する元素である。０．３％未満ではそれらの効果を有効に発揮させることができず、２．０％を超える多量の添加は靱性を劣化させる。従ってＭｎ含有量は０．３〜２．０％とした。
【００１４】
Ｐ：Ｐは粒界に偏析して粒界強度を低下させ、靱性を劣化させる不純物元素であり、可及的低レベルが望ましいが、現状精錬技術の到達可能レベルとコストを考慮して、上限を０．０４％とした。
【００１５】
Ｓ：ＳはＭｎと結合してＭｎＳを形成し、被削性を向上させる元素である。その効果は０．０１％未満では発現されないので下限を０．０１％とした。また、Ｓは熱間加工性を劣化させる元素でもあり、０．０４％を超えると熱間圧延時に割れが発生するため、上限を０．０４％とした。なお、ＳとＮの複合添加による被削性向上効果をより有効に発揮させるためには、Ｓ含有量は０．０３〜０．０４％であることが望ましい。
【００１６】
Ａｌ：Ａｌは製鋼工程において脱酸剤として添加され残存する元素であるが、ＡｌＮの析出により固溶Ｎによる被削性向上効果を低減するうえ、熱問加工性を劣化させるので、上限を０．００６％とした。
【００１７】
Ｎ：ＮはＳとの相乗作用によって被削性を向上させる元素である。これは鋼中に存在する固溶Ｎが切削加工温度域で転位に固着するため、強度が増加し、伸び、絞りが減少して脆くなる青熱脆性が起こるためである。その効果は０．００５％未満では発現されず、０．０１５％を超えて添加すると熱間加工性が劣化することから、Ｎ含有量を０．００５〜０．０１５％とした。なお、ＳとＮの複合添加による被削性向上効果をより有効に発揮させるためには、Ｎ含有量は０．０１〜０．０１５％であることが望ましい。
【００１８】
Ｍｇ：Ｍｇは微細な酸化物を形成しＭｎＳの析出核となることにより、ＭｎＳを微細分散させ、粗大なＭｎＳの形成を抑制し、靭性を向上させる有効な元素である。その効果は０．０００５％未満では発現されず、０．０１５％を超えて添加すると粗大な酸化物を形成し靭性が劣化することから、Ｍｇ含有量を０．０００５〜０．０１５％とした。好ましくは０．０１％を上限とする。
【００１９】
以上が本発明鋼の基本成分であり、通常は上記以外はＦｅ及び不可避的不純物からなるが、所望の強度レベルやその他の必要特性に応じて、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｗの１種または２種以上を含有してもよい。
Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ：Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕはいずれも鋼の強度を向上させる有効な元素である。その効果はそれぞれ０．０１％未満では発現されず、それぞれ２．０％を超える過剰の添加は靭性を劣化させる。従って、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕの含有量をいずれも０．０１〜２．０％とした。
【００２０】
Ｎｉは鋼の強度と靭性を向上させる有効な元素である。その効果は０．０１％未満では発現されず、５．０％を超えて過剰に添加しても効果が飽和するため、経済性を考慮してＮｉ含有量を０．０１〜５．０％とした。
【００２１】
Ｗは鋼の強度を向上させる有効な元素である。その効果は０．５％未満では発現されず、３．０％を超える過剰の添加は靭性を劣化させる。従ってＷ含有量を０．５〜３．０％とした。
【００２２】
本発明鋼は、主にマンネスマン方式の熱間圧延法によって継目無管に造管される。ここでいうマンネスマン方式の熱間圧延法とは、通常の継目無鋼管製造のための熱間圧延法で、矩形断面もしくは丸断面の製管用素材を用い、プレスロール穿孔機あるいはマンネスマン穿孔機により穿孔した後、必要に応じて傾斜圧延機（エロンゲータミル）により肉厚を減じると共に、長さを伸ばす延伸圧延が行われ、さらに必要に応じて絞り圧延機（ホローシェルレデューサー）で外径を絞り、さらにマンドレルミルあるいはプラグミルで肉厚を調整し、必要に応じてリーラーミルで摩管を行い、再加熱炉により所定の温度に加熱され、最終仕上圧延機（ストレッチレデューサーあるいはサイザーミル）で所定の外径に成形することにより造管していく一連のプロセスである。
【００２３】
【実施例】
表１に示す組成の２１７ｍｍｘ２１７ｍｍ断面の連続鋳造鋳片を、マンネスマン方式の熱間圧延法によって継目無管に造管した。圧延後、室温まで空冷し、熱間圧延ままの鋼管の表面疵発生状況及び衝撃特性を調査した。衝撃特性はシャルピー試験により２１℃での吸収エネルギーで評価した。また、ＮＣ旋盤を用いて上記鋼管の切削試験を行い、切屑処理性を評価した。結果を表１に併せて示す。
【００２４】
なお切削試験は、切削速度１００ｍ／ｍｉｎ、切り込み０．７５ｍｍ、送り０．０３〜０．２７ｍｍ／ｒｅｖの切削条件で、超鋼バイトを用いて行い、切屑を採取した。切屑処理性は切屑長さが５０ｍｍ以下となる条件数の全条件数に対する百分率で示した。この値が高いほど切り屑処理性が良好である。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１より、本発明例（Ｎｏ．１〜４）では表面疵発生率が低く、かつ切屑処理性及び靭性が良好であることが明らかである。さらに、本発明例の中でＳ量が０．０３〜０．０４％、Ｎ量が０．０１〜０．０１５％の範囲にあるもの（Ｎｏ．１，２）は、特に優れた切屑処理性を示すことがわかる。
【００２７】
一方、Ｓ量が０．０１％未満である比較例（Ｎｏ．５，６）や、Ｓ量は本発明範囲内であるが、ＮまたはＡｌの量が本発明で示した成分範囲から逸脱している比較例（Ｎｏ．７，８）では、表面疵発生率は低いが切屑処理性に劣ることがわかる。また、Ｓ量が０．０４％を超える比較例（Ｎｏ．９，１０）では、切屑処理性は比較的良好であるが表面疵発生率が高いことがわかる。また、Ｍｇ量が本発明で示した成分範囲から逸脱している比較例（Ｎｏ．５，７，８，９，１０）では、靭性に劣ることがわかる。
【００２８】
以上より、Ｓ，Ｎ，Ａ１，Ｍｇの量を本発明で示した成分範囲に特定することにより、表面疵の発生率は低く、かつ切屑処理性及び靭性が良好である機械構造用継目無鋼管が得られることが明らかである。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、被削性に優れ、かつマンネスマン圧延法による製造が可能な優れた熱間加工性を有し、さらに靭性に優れた機械構造用継目無鋼管が得られる。