專利名稱：：焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，具體而言，涉及著眼于控制焊接部韌性的微小缺陷(微小氧化物/夾雜物)，并通過(guò)規(guī)定焊接部中的上述微小缺陷的面積比率使上述焊接部韌性提高的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管。
背景技術(shù)：
：鋼材的韌性、特別是沖擊吸收能隨著鋼中的非金屬夾雜物的增加而減少，這一點(diǎn)從過(guò)去開始已被多次研究，例如關(guān)于MnS，在非專利文獻(xiàn)1中有記載。并且，對(duì)于碳化物的情況，在非專利文獻(xiàn)2中記載了工具鋼中的一次碳化物的影響。這樣的非金屬夾雜物與沖擊吸收能的關(guān)系，通常將非金屬夾雜物視為鋼中的空位缺陷，研究鋼中的缺陷尺寸和沖擊性的關(guān)系，其關(guān)系為隨著夾雜物尺寸的增加沖擊特性降低。另一方面，關(guān)于電阻焊接部，報(bào)道有被稱為侵入物(penetrator)的氧化物，具體而言是存在于電阻焊接的焊接面上的微小的夾雜物(長(zhǎng)徑0.20.5mm的橢圓形)(非專利文獻(xiàn)3)。由于這樣的侵入物的存在，因此通常認(rèn)為電阻焊接部的沖擊特性差。因此，為了提高電阻焊接部的沖擊特性，而進(jìn)行使侵入物減少的技術(shù)開發(fā)，例如依靠經(jīng)驗(yàn)的供熱控制等。但是，若僅降低上述的以往報(bào)道的侵入物，則存在沖擊特性未必提高的問(wèn)題。非專利文獻(xiàn)1:日本學(xué)術(shù)振興會(huì)制鋼第19委員會(huì)編，"鋼鐵與合金元素(下)"p.l65274(特別是p.191208)，昭和41年3月25日，第1版(株)誠(chéng)文堂新光社發(fā)行非專利文獻(xiàn)2:日本鋼鐵協(xié)會(huì)/日本金屬學(xué)會(huì)編，"鋼的強(qiáng)韌性"-p.207，1971年，CLIMAXMOLYBDENUMDEVELOPMENTCOMPANY(JAPAN)LDT.發(fā)行非專利文獻(xiàn)3:日本鋼鐵協(xié)會(huì)編，"超聲波探傷系列II焊接鋼管的超聲波探傷"p.28~31，1988年，日本鋼鐵協(xié)會(huì)發(fā)行
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于，提供使焊接部達(dá)到電阻焊接部不發(fā)生脆性破壞的水平的高韌性的用于管道鋼管的電阻焊鋼管。為了達(dá)到上述目的的本發(fā)明如下所示。1.一種焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，電阻焊接部的投影面內(nèi)的最大長(zhǎng)度小于5(Hmi的微小缺陷的面積比率為0.035以下、0.000006以上，賦予電阻焊接部ISO/DIS148-1(JISZ2202)中規(guī)定的金屬材料沖擊試驗(yàn)片(V型缺口擺錘試驗(yàn)片)的V型缺口，并且根據(jù)IS0148(JISZ2242)中規(guī)定的金屬材料沖擊試驗(yàn)方法測(cè)定的-4(TC的吸收能為100J以上。2.如前項(xiàng)1所述的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，具有如下組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.01~0.15%、Si:0.0050.9%、Mn:0.2~2.0%、P:0.01%以下、S:0.01%以下、Al:0.1%以下，余量實(shí)際上由Fe構(gòu)成。3.如前項(xiàng)2所述的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，在上述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自Cu:0.5%以下、Ni:0.5%以下中的1種或2種。4.如前項(xiàng)2或3所述的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，在上述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自Cr:3.0%以下、Mo:2.0%以下中的1種或2種。5.如前項(xiàng)24中任一項(xiàng)所述的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，在上述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下中的1種或2種以上。6.如前項(xiàng)2~5中任一項(xiàng)所述的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，在上述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有Ca:0.005%以下。7.如前項(xiàng)1~6中任一項(xiàng)所述的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其中，所述微小缺陷由電阻焊接時(shí)殘留在焊接面上的氧化物、氮化物、碳化物中的l種或2種以上構(gòu)成。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)規(guī)定焊接部的微小缺陷的面積比率，可以得到焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管。圖1是C掃描法的概略說(shuō)明圖。圖2是表示信號(hào)強(qiáng)度與缺陷直徑的關(guān)系的一例的圖。圖3是表示信號(hào)強(qiáng)度與-4(TC吸收能的關(guān)系的一例的圖。圖4是表示焊接部的微小缺陷面積比率與-4(TC吸收能的關(guān)系的一例的圖。圖5是使用陣列探頭的焊接部的超聲波探傷(陣列UT)方法的概略說(shuō)明圖。圖中的標(biāo)號(hào)如下。1電阻焊鋼管、2焊縫、3樣品4、點(diǎn)聚焦型超聲波探頭5、掃描方向、6陣列探頭具體實(shí)施例方式發(fā)明人從抑制強(qiáng)度為API標(biāo)準(zhǔn)X60級(jí)別以上的用于管道鋼管的電阻焊鋼管的脆性破壞的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)需要的焊接部韌性及滿足該韌性的焊接部的微小缺陷的分布形態(tài)、成分系進(jìn)行了研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為需要的焊接部韌性，與具有賦予焊接部V型缺口的擺錘沖擊試驗(yàn)中測(cè)定的-40。C的吸收能達(dá)到IOOJ以上的高韌性相對(duì)應(yīng)，而且，上述的的高韌性，通過(guò)電阻焊接部的投影面內(nèi)的最大長(zhǎng)度小于50^im的微小缺陷的面積比率最優(yōu)化、以及化學(xué)成分(組成)的最優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，電阻焊接部的投影面是指，從相對(duì)于焊縫面垂直方向觀察圖1的焊縫2的區(qū)域的面。下面，對(duì)本發(fā)明的電阻焊接部的微小缺陷的面積比率、及電阻焊鋼管的化學(xué)成分進(jìn)行說(shuō)明。發(fā)明人專心研究的結(jié)果表明，在電阻焊鋼管的焊接部殘留的微小缺陷的量影響焊接部的韌性。如上所述，目前為止電阻焊接部的侵入物是指，氧化物殘留在焊接面上，其大小為0.2~0.5mm的橢圓形。本發(fā)明的微小缺陷，并不是指上述大小的缺陷，而是指最大長(zhǎng)度小于5(Him的氧化物、氮化物或碳化物。發(fā)明人通過(guò)利用焊縫片層C掃描法(簡(jiǎn)稱C掃描法)的研究實(shí)驗(yàn)求出上述微小缺陷的形態(tài)與韌性的關(guān)系。在該試驗(yàn)中，首先，如圖1所示，對(duì)于在距離電阻焊鋼管1的焊縫2僅有規(guī)定距離(此時(shí)為8mm)的位置切片后的焊接部的樣品3，用點(diǎn)聚焦型超聲波探頭4對(duì)焊縫部進(jìn)行C掃描(沿掃描方向5掃描)而探傷，測(cè)定信號(hào)強(qiáng)度。這里，作為實(shí)驗(yàn)材料的電阻焊鋼管的焊接條件，包括通常的電阻焊接條件和調(diào)節(jié)焊接供熱和縮鍛量以盡量減少微小缺陷的條件，并可使其發(fā)生各種變化。并且，點(diǎn)聚焦型超聲波探頭使用20MHZ、波束直徑440pm的超聲波，調(diào)節(jié)靈敏度以使距。125pm的平底孔的回波高度達(dá)到100%，進(jìn)行探傷。該靈敏度設(shè)定中的信號(hào)強(qiáng)度(回波高度)與缺陷直徑的關(guān)系如圖2所示。這里，缺陷直徑是指，與波束內(nèi)的最大長(zhǎng)度小于5(^im的微小缺陷的總面積相當(dāng)?shù)娜毕葜睆?等價(jià)缺陷直徑)。而且，從進(jìn)行了上述C掃描的部位采集擺錘試驗(yàn)片，進(jìn)行擺錘試驗(yàn)，測(cè)定-40。C的吸收能(簡(jiǎn)稱-4(TC吸收能)，求出該吸收能與上述信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系。將其結(jié)果示于圖3。由圖3可知，利用C掃描的回波高度與-4(TC吸收能相關(guān)，若回波高度為27%以下、40%以下、51%以下，則-4(TC吸收能分別為400J以上、200J以上、20J以上。另一方面，根據(jù)圖2，回波高度27%、40%、51%分別與直徑為63pm、73pm、90pm的缺陷的存在相對(duì)應(yīng)。若考慮波束直徑為440pm，則各-4(TC吸收能的微小缺陷密度如表1所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>將以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理并示于圖4。根據(jù)該結(jié)果，若使每1mm2的微小缺陷密度為0.035mm2以下(即，使微小缺陷的面積比率為0.035以下)，則可以得到100J以上的-4(TC吸收能。另外，關(guān)于微小缺陷的面積比率的下限值，根據(jù)工業(yè)上生產(chǎn)的純凈鋼中所含的最低限度的氧化物的密度，設(shè)為0.000006(每lmm2為0.000006mm2)。上面對(duì)將焊縫部切片的樣品的利用C掃描的研究結(jié)果進(jìn)行了說(shuō)明，但相同的測(cè)定也可以通過(guò)僅在鋼管上對(duì)適當(dāng)?shù)拿娣e使用聚焦后的波束的串列探傷來(lái)進(jìn)行。波束的聚焦，可以使用與c掃描相同的點(diǎn)聚焦型超聲波探頭，也可以使用例如圖5所示的在圓周方向上排列的陣列探頭6。此時(shí)，波束的尺寸，若過(guò)小則難以評(píng)價(jià)微小缺陷面積比率，另一方面，若過(guò)大則容易接收到來(lái)自管的內(nèi)外表面等的噪聲，因此優(yōu)選0.52.5mm的范圍。另外，在圖5中，電切換發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)的振蕩器的位置，可以容易地在厚度方向上掃描焊接部。并且，為了使焊接部的微小缺陷面積比率為0.035以下，在進(jìn)行電阻焊接時(shí)的供熱控制的同時(shí)，為了使電阻焊接正前面的對(duì)接端面形狀成為具有在厚度方向中央部的平行相對(duì)部和其兩側(cè)的傾斜相對(duì)部的坡口形狀，而在利用輥軋成形的寬度方向彎曲加工之前或該寬度方向彎曲加工的中途，通過(guò)適當(dāng)?shù)那邢骰蜍堉?優(yōu)選為翅片成形(fm-passforming)軋制)等對(duì)板寬端部進(jìn)行成形加工是有效的。接著，對(duì)本發(fā)明的電阻焊鋼管的優(yōu)選化學(xué)成分(組成)進(jìn)行說(shuō)明。電阻焊鋼管的組成，接受了考慮鋪設(shè)時(shí)的綜合性的低成本化、特別是重視降低鋼管的運(yùn)輸費(fèi)用的顧客要求。因此，以API的X60級(jí)別以上的高強(qiáng)度為前提，規(guī)定優(yōu)選組成范圍。另外，組成的成分含量的單位是質(zhì)量％，簡(jiǎn)記為％。使C為0.010.15%。雖然C是以碳化物的形式有助于析出強(qiáng)化的元素，但若C含量小于0.02%，則不能確保充分的強(qiáng)度，另一方面，若超過(guò)0.15%，則珠光體、貝氏體、馬氏體等第二相的組織比率增加，難以確保作為管道鋼管所必需的原材韌性。因此，使其含量為0.15%以下。更優(yōu)選為0.07%以下。另外，若C含量小于0.0iy。，則難以確保作為管道鋼管的充分的強(qiáng)度，因此優(yōu)選使C含量為0.01%以上。使Si為0.005~0.9%。雖然Si是為了脫氧而添加的，但若小于0.005%，則脫氧效果不充分，另一方面，若超過(guò)0.9%，則使電阻焊接部的氧化物增加，并使焊接部特性變差，因此使Si含量為0.0050.9y。。使Mn為0.2~2.0%。雖然Mn是為了確保強(qiáng)度、韌性而添加的，但若小于0.2%，則其效果不充分，另一方面，若超過(guò)2.0%，則第二相比率增加，難以確保作為管道鋼管所必需的優(yōu)良的原材韌性，因此使Mn含量為0.2~2.0%。使P為0.01%以下。P是使電阻焊接性變差的不可避免的雜質(zhì)，因此使P含量的上限為0.01%。使S為0.0"/。以下。通常，S在鋼中成為MnS夾雜物，由于MnS成為氫致開裂(HIC)的起因，因此越少越好。但是，若S含量為0.0in/。以下則不存在問(wèn)題，因而使S含量的上限為0.01%。使Al為0.1。/。以下。雖然Al是作為脫氧劑而添加的，但是若含量超過(guò)0.1%，則鋼的純凈度降低，并且使韌性變差，因此使Al含量為0.1%以下。本發(fā)明中，以進(jìn)一步改善用于管道鋼管的電阻焊鋼管的強(qiáng)度、屈服比、韌性為目的，在上述成分的基礎(chǔ)上，還可以選擇含有選自CU:0.5%以下、Ni:0.5%以下中的1種或2種，選自Cr:3.0%以下、Mo:2.0%以下中的1種或2種，選自Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下中的1種或2種以上，Ca:0.005%以下。使Cu為0.5%以下。雖然Cu是對(duì)韌性的改善和強(qiáng)度的提高有效的元素，但若大量添加則焊接性變差，因此添加時(shí)將0.5%作為上限。使Ni為0.5%以下。雖然Ni是對(duì)韌性的改善和強(qiáng)度的提高有效的元素，但若大量添加則硬化第二相變得容易提純、導(dǎo)致原材韌性的降低，因此添加時(shí)將0.5%作為上限。使Cr為3.0%以下。Cr與Mn同樣是對(duì)在低C的條件下得到充分的強(qiáng)度有效的元素，但若大量添加則第二相變得容易生成、使原材韌性降低，因此添加時(shí)將3.0%作為上限。使Mo為2.0%以下。Mo與Mn、Cr同樣是對(duì)在低C的條件下得到充分的強(qiáng)度有效的元素，但若大量添加則第二相變得容易生成、使原材韌性降低，因此添加時(shí)將2.0%作為上限。使Nb為0.1%以下。Nb通過(guò)碳氮化物的微小析出和組織的細(xì)?；箯?qiáng)度和韌性提高。但是，若超過(guò)0.1%，則硬化的第二相變得容易增加，原材韌性反而顯著變差，因此使Nb含量為0.1%以下。使V為0.1。/。以下。V也與Nb同樣，通過(guò)碳氮化物的微小析出而有助于強(qiáng)度提高。但是，若超過(guò)0.1%，則與Nb同樣地，硬化的第二相比率增加，原材韌性顯著變差，因此使V含量為0.1%以下。使Ti為0.1。/。以下。Ti也與Nb、V同樣，通過(guò)碳氮化物的微小析出而有助于強(qiáng)度提高。但是，若超過(guò)0.1%，則與Nb同樣，硬化的第二相比率增加，原材韌性顯著變差，因此使Ti含量為0.1%以下。使Ca為0.005%以下。Ca對(duì)于易成為氫致開裂的起因的延伸的MnS的形態(tài)控制來(lái)說(shuō)是必要的元素。但是若添加超過(guò)0.005%，則生成過(guò)量的Ca氧化物、硫化物，并導(dǎo)致韌性變差，因此使Ca含量為0.005%以下。上述之外的余量實(shí)際上由Fe構(gòu)成。余量實(shí)際上由Fe構(gòu)成是指，只要不失去本發(fā)明的作用效果，即使含有以不可避免的雜質(zhì)為代表的其它微量元素的情況，也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。實(shí)施例使用表2所示的板厚、化學(xué)成分的供試鋼(鋼種1~10)，在如下兩個(gè)條件下進(jìn)行電阻焊接以往的電阻焊接條件(條件A)，和通過(guò)電阻焊接前的翅片軋制賦予端部?jī)?nèi)外表面?zhèn)绕驴谛螤疃刮⑿∪毕蓦y以殘留在焊接部的電阻焊接條件(條件B)，制造外徑20英寸的X65級(jí)電阻焊鋼管。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>任一種供試鋼在通過(guò)熱軋而軋制為規(guī)定的板厚之后，都巻取成為熱巻。將母材韌性、焊接部韌性和焊接部微小缺陷面積比率示于表3。這里，母材韌性是在鋼管圓周方向上距離電阻焊接部的焊縫180度的位置處，采集10個(gè)JIS5號(hào)的2mmV型缺口擺錘沖擊試驗(yàn)片，測(cè)定-40。C的吸收能；焊接部韌性是從電阻焊接部、在鋼管圓周方向上采集10個(gè)JlS5號(hào)的2mmV型缺口擺錘沖擊試驗(yàn)片，測(cè)定-4(TC的吸收能?？紤]制造方面的參差不齊，將焊接部的-4(TC吸收能為125J以上、充分滿足目標(biāo)特性的評(píng)價(jià)為(O)，將100J以上且小于125J、雖然不能說(shuō)充分但大致滿足目標(biāo)特性的評(píng)價(jià)為(A)。焊接部微小缺陷面積比率通過(guò)圖5所示的陣列UT方法測(cè)定。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>C、S的含量大幅偏離優(yōu)選范圍的鋼種l，其組織為鐵素體-貝氏體，母材的韌性本身也低，電阻焊接條件為A、B的任意一種情況下其焊接部韌性都低。Mn或Nb的含量大幅偏離優(yōu)選范圍的鋼種2、3，其母材韌性充分，但是焊接部韌性在任意一種焊接條件下均低，不滿足-4(TC吸收能100J以上。組成為優(yōu)選范圍內(nèi)的鋼種49的情況，在以往的電阻焊接(條件A)下，存在焊接部微小缺陷面積比率超過(guò)0.035、-40°。吸收能小于100J的試驗(yàn)片的情況，與此相對(duì)，在難以殘留微小缺陷的電阻焊接(條件B)下，焊接部微小缺陷面積比率均為0.035以下，均穩(wěn)定顯示出高的-4(TC吸收能。并且，鋼種10的C含量稍微偏離優(yōu)選范圍，但是通過(guò)條件B下的電阻焊接，焊接部微小缺陷面積比率達(dá)到0.035以下，焊接部的-4(TC吸收能在100J以上且小于125J的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，電阻焊接部的投影面內(nèi)的最大長(zhǎng)度小于50μm的微小缺陷的面積比率為0.035以下、0.000006以上，賦予電阻焊接部ISO/DIS148-1(JISZ2202)中規(guī)定的金屬材料沖擊試驗(yàn)片(V型缺口擺錘試驗(yàn)片)的V型缺口，并且根據(jù)ISO148(JISZ2242)中規(guī)定的金屬材料沖擊試驗(yàn)方法測(cè)定的-40℃的吸收能為100J以上。2.如權(quán)利要求l所述的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，具有如下組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.010.15%、Si:0.005~0.9%、Mn:0.2~2.0%、P:0.01%以下、S:0.01%以下、Al:0.1%以下，余量實(shí)際上由Fe構(gòu)成。3.如權(quán)利要求2所述的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，在所述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自Cu:0.5%以下、Ni:0.5%以下中的1種或2種。4.如權(quán)利要求2或3所述的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，在所述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自Cr:3.0%以下、Mo:2.0%以下中的1種或2種。5.如權(quán)利要求24中任一項(xiàng)所述的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，在所述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有選自Nb:0.1%以下、V:0.1%以下、Ti:0.1%以下中的1種或2種以上。6.如權(quán)利要求25中任一項(xiàng)所述的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，在所述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計(jì)，還含有Ca:0.005%以下。7.如權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其中，所述微小缺陷由電阻焊接時(shí)殘留在焊接面上的氧化物、氮化物、碳化物中的l種或2種以上構(gòu)成。全文摘要一種焊接部韌性優(yōu)良的用于管道鋼管的電阻焊鋼管，其特征在于，電阻焊接部的投影面內(nèi)的最大長(zhǎng)度小于50μm的微小缺陷的面積比率為0.035以下、0.000006以上，并且通過(guò)金屬材料沖擊試驗(yàn)方法測(cè)定的-40℃的吸收能為100J以上。文檔編號(hào)C22C38/00GK101617062SQ20078005187公開日2009年12月30日申請(qǐng)日期2007年5月18日優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日發(fā)明者岡部能知,劍持一仁,橫山泰康,飯塚幸理申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社