説明

冷間成形による建築用低降伏比鋼管の製造法

【目的】 冷間成形により製作された厚み100mm以下、t/D(t:板厚、D:鋼管外径)≦10%でYR≦80%の鋼管の製造法を提供する。
【構成】 重量比でC:0.01〜0.12%、Si:0.5%以下、Mn:0.9〜1.6%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Nb:0.005〜0.05%、Ti:0.005〜0.025%、Al:0.1%以下、N:0.006%以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延した後空冷あるいは水冷を行い、Ac3 以上の温度に再加熱して焼きならしを行った鋼板を、t/D(t:板厚、D:鋼管外径)≦10%の範囲で冷間成形により鋼管を製作し、その後700から850℃の温度範囲に再加熱して焼きならしすることを特徴とする板厚100mm以下、YRが80%以下である建築用低降伏比鋼管の製造法。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は建築、土木分野において、各種構造物に用いる冷間成形による低降伏比鋼管の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的に、鋼材に対し冷間加工を加えると加工硬化によりYP、TSが上昇し、TSに比べYPの上昇が大きいため降伏比(以下YRと呼ぶ)も上昇してしまい、冷間成形による鋼管は降伏後の塑性変形能力が小さいため建築構造物には適用しにくいという欠点があった。
【0003】一方、低YR鋼管の製造法としては遠心鋳造法、鋼管での焼入、焼戻し等があるが、遠心鋳造法はその生産性の低さ、経済性の面で、鋼管の焼入、焼戻しではその経済性、鋼管の寸法精度の面で、鋼板の冷間成形により製造した鋼管に比べ劣っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、鋼板の冷間成形によるYRが低い鋼管の製造技術を提供するものである。本発明法に基づいて製造した鋼管は、低YRで且つ高い生産性、経済性及び寸法精度を有している。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を克服し目的を達成するもので、その具体的手段を下記(1)、(2)に示す。
【0006】(1)重量比でC 0.01〜0.12%、Si 0.5%以下、Mn 0.9〜1.6%、P 0.03%以下、S 0.01%以下、Nb 0.005〜0.05%、Ti 0.005〜0.025%、Al 0.1%以下、N 0.006%以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延した後空冷あるいは水冷を行い、Ac3 以上の温度に再加熱して焼きならしを行った鋼板を、t/D(t:板厚、D:鋼管外径)≦10%の範囲で冷間成形により鋼管を製作し、その後700から850℃の温度範囲に再加熱して焼きならしすることを特徴とする板厚100mm以下、YRが80%以下である建築用低降伏比鋼管の製造法。
【0007】(2)重量比でC 0.01〜0.12%、Si 0.5%以下、Mn 0.9〜1.6%、P 0.03%以下、S 0.01%以下、Nb 0.005〜0.05%、Ti 0.005〜0.025%、Al 0.1%以下、N 0.006%以下さらにCu 0.05〜1.5%、Ni 0.05〜2.0%、Cr0.05〜1.0%、Mo 0.05〜1.0%、V 0.005〜0.10%、Ca 0.001〜0.006%の1種または2種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延した後空冷あるいは水冷を行い、Ac3 以上の温度に再加熱して焼きならしを行った鋼板を、t/D(t:板厚、D:鋼管外径)≦10%の範囲で冷間成形により鋼管を製作し、その後700から850℃の温度範囲に再加熱して焼きならしすることを特徴とする板厚100mm以下、YRが80%以下である建築用低降伏比鋼管の製造法。
【0008】
【作用】以下、本発明について説明する。
【0009】発明者らの研究によれば、冷間加工後のYRを低くするために、鋼板の成分の適正化と冷間加工後の適切な熱処理(焼きならし)を組み合わせることが必要であることを見いだした。
【0010】そこで本発明の要点は(1)冷間加工に供する鋼板の成分、製造法の限定と、(2)その鋼板を冷間加工した後の熱処理による材質制御技術にある。
【0011】まず成分範囲の限定理由について説明する。
【0012】Cは母材の強度を確保するために必要であるが、多量に含有させると冷間成形後に施す熱処理(2相域焼きならし)で著しい靭性劣化が生じる。このような観点からCは0.01〜0.12%とした。
【0013】Siは脱酸上、鋼に必然的に含まれる元素であるが、SiはHAZ靭性及び溶接性上好ましくない元素であるため、その上限を0.5%とした。
【0014】Mnは強度、靭性を同時に向上せしめる極めて重要な元素であり、0.9%以上は必要であるが、多量に添加すると溶接性、母材及びHAZの靭性劣化を招くためその上限を1.6%とした。
【0015】本発明鋼において不純物であるP、Sをそれぞれ0.03%、0.01%以下とした理由は、母材、溶接部の低温靭性をより一層向上させるためである。Pの低減は粒界破壊を防止し、S量の低減はMnSによる靭性の劣化を防止する。好ましいP、S量はそれぞれ0.01%、0.005%以下である。
【0016】Nbは微細な炭窒化物を形成し強度の増加、熱間圧延中の組織を細粒化させ、またHAZ靭性を向上させる。しかし、0.005%以下では効果がなく、0.05%を超えると冷間成形後の熱処理での靭性劣化を招く。
【0017】Tiは炭窒化物を形成してHAZ靭性を向上させる。Al量が少ない場合、Tiの酸化物を形成してHAZ靭性を向上させる。Al量が少ない場合、Tiの酸化物を形成しHAZ靭性を向上させるが、0.005%未満では効果がなく、0.025%を超えるとHAZ靭性に好ましくない影響があるため、0.005〜0.025%に限定する。
【0018】Alは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、Si及びTiによっても脱酸は行われるので本発明鋼については下限は限定しない。しかしAl量が多くなると鋼の清浄度が悪くなり、溶接部の靭性が劣化するので上限を0.1%とした。Nは一般的に不可避的不純物として鋼中に含まれるのであるが、Nb、Vと結合して炭窒化物を形成して強度を増加させ、またTiNを形成して前述のようにHAZの性質を高める。このためN量として最低0.001%が必要である。しかしながらN量が多くなるとHAZ靭性の劣化や連続鋳造スラブの表面キズの発生等を助長するので、その上限を0.006%とした。
【0019】本発明鋼の基本成分は以上のとおりであり、十分に目的を達成できるが、さらに目的に対し特性を高めるため、以下に述べる元素即ちCu、Ni、Cr、Mo、V、Caを選択的に添加すると強度、靭性の向上について、さらに好ましい結果が得られる。
【0020】つぎに、前記添加元素とその添加量について説明する。
【0021】Niは溶接性、HAZ靭性に悪影響を及ぼすことなく、母材の強度、靭性を向上させるが、0.05%以下では効果が薄く、2.0%以上では極めて高価になるため経済性を失うので、上限は2.0%とした。
【0022】CuはNiとほぼ同様な効果を持つほか、Cu析出物による強度の増加や耐食性や耐候性の向上にも効果を有する。この場合Cu量が1.5%を超えるとその析出効果が飽和し、また0.05%以下では効果がないのでCu量は0.05〜0.5%に限定する。
【0023】Moは母材の強度、靭性を共に向上させ、特に2相域熱処理後の低YR化に効果的な元素である。0.05%以下では効果が薄く、1.0%を超えると溶接部靭性及び溶接性の劣化を招き好ましくないため0.05〜1.0%に限定する。Crは母材及び溶接部の強度を高める元素であり、Cr量が0.5%以上で耐候性も向上するが、1.0%を超えると溶接性やHAZ靭性を劣化させ、また0.05%以下では効果が薄い。従ってCr量は0.05〜1.0%とする。
【0024】VはNbとほぼ同じ効果をもつ元素であるが、Nbに比較して析出硬化能はやや劣る。0.005%以下では硬化が少なく、0.10%を超えると冷間成形後の熱処理での靭性劣化を招く。
【0025】Caは硫化物(MnS)の形態を制御し、シャルピー吸収エネルギーを増加させ低温靭性を向上させる効果がある。しかしCa量は0.001%未満では実用上効果がなく、0.006%を超えるとCaO、CaSが多量に生成して大型介在物となり、鋼の靭性のみならず清浄度も害し溶接性、耐ラメラテア性にも悪影響を与えるので、Ca添加量の範囲を0.001〜0.006%とする。
【0026】鋼板の製造方法は、上記成分限定した鋼を熱間圧延した後空冷あるいは水冷を行い、Ac3 以上の温度に再加熱して焼きならしを行う。この場合熱間圧延後の冷却は空冷、水冷でも必要特性は得られるが、水冷の方が組織の細粒化による靭性の向上という点で好ましい。
【0027】次に冷間成形(t/D≦10%)後の熱処理(焼きならし)温度は、冷間加工での歪を十分に開放し、YRの低下、強度の上昇を行わせるためその下限温度を700℃とする。また高すぎる温度での焼きならしは、冷間歪の開放だけでなく強度不足、YRの上昇を招いてしまうためその上限温度を850℃とする。
【0028】
【実施例】周知の転炉、連続鋳造、厚板工程により鋼板を製造し、その後冷間成形で鋼管を製作、焼きならし熱処理を施し、その強度、靭性について調査した。
【0029】表1の1〜8に本発明鋼、9〜16に比較鋼の化学成分を示す。表1において鋼1〜4はTS600N/mm2 クラス、鋼5〜8TS800N/mm2 クラス目標にしたものである。
【0030】表2に本発明鋼と比較鋼の鋼板製造条件とその機械的性質を示す。
【0031】表2の本発明鋼1〜8は、鋼管での強度、靭性がバランスよく達成できており、YRも80%以下となっている。
【0032】これに対し比較鋼9ではCが高いため、鋼管での靭性が劣化している。比較鋼10はMnが低く、鋼管での強度が低い。比較鋼11はMnが高く、靭性が劣化している。比較鋼12はNbが添加されていないため圧延中での結晶粒の細粒化が十分になされず、靭性が劣化している。比較鋼13はNbが高く、鋼管での靭性が劣化している。比較鋼14は冷間加工度(t/D)が12%と大きすぎるため、YRが高くなっている。比較鋼15は焼きなまし温度が低いため、強度が不足しYRも高くなっている。比較鋼16は焼きなまし温度が高いため、強度が不足しYRも高くなっている。
【0033】
【表1】


【0034】
【表2】


【0035】
【発明の効果】本発明の化学成分及び製造法で製造した鋼管は、YRが低く降伏後の塑性変形能力に優れた鋼管である。その結果、建築、橋梁等の構造物の安全性を大きく高めることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】重量比でC :0.01〜0.12%、Si:0.5%以下、Mn:0.9〜1.6%、P :0.03%以下、S :0.01%以下、Nb:0.005〜0.05%、Ti:0.005〜0.025%、Al:0.1%以下、N :0.006%以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延した後空冷あるいは水冷を行い、Ac3 以上の温度に再加熱して焼きならしを行った鋼板を、t/D(t:板厚、D:鋼管外径)≦10%の範囲で冷間成形により鋼管を製作し、その後700から850℃の温度範囲に再加熱して焼きならしすることを特徴とする建築用低降伏比鋼管の製造法。
【請求項2】重量比でC :0.01〜0.12%、Si:0.5%以下、Mn:0.9〜1.6%、P :0.03%以下、S :0.01%以下、Nb:0.005〜0.05%、Ti:0.005〜0.025%、Al:0.1%以下、N :0.006%以下さらにCu:0.05〜1.5%、Ni:0.05〜2.0%、Cr:0.05〜1.0%、Mo:0.05〜1.0%、V :0.005〜0.10%、Ca:0.001〜0.006%の1種または2種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延した後空冷あるいは水冷を行い、Ac3 以上の温度に再加熱して焼きならしを行った鋼板を、t/D(t:板厚、D:鋼管外径)≦10%の範囲で冷間成形により鋼管を製作し、その後700から850℃の温度範囲で焼きならしすることを特徴とする建築用低降伏比鋼管の製造法。