JPH1052713A

JPH1052713A - 耐震性に優れた鋼管及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1052713A
Application number: JP21240796A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Endo; 茂遠藤; Masamitsu Doi; 正充土井
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】大地震の際に軸方向に作用する圧縮応力に対し
て、局部座屈を起こしにくく、特にガスパイプライン、
水道配管、建築・土木用の柱などに好適な耐震性に優れ
た鋼管及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の耐震性に優れた鋼管は、重量％で
Ｃ：0.03〜0.15% と、Ｍn:1.0 〜2.0%と、ＰＣＭ：0.10
〜0.25% と、さらに、Ｃu:0.05〜0.50% 、Ｎi:0.05〜0.
50% 、Ｃr:0.05〜0.50% 、Ｍo:0.05〜0.50% 、Ｎb:0.00
5 〜0.10% 、Ｖ：0.005 〜0.10% 、及びＴi:0.005 〜0.
080%の群から選択された１種以上と、残部がFeおよび不
可避的不純物とからなる鋼組成を有し、管軸方向の降伏
強さから公称歪みで5 ％までの加工硬化指数が0.10以上
の耐震性に優れたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特にガスパイプラ
イン、水道配管、建築・土木用の柱などに使用される鋼
管及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＵＯＥ鋼管やスパイラル鋼管、継目無鋼
管、電縫鋼管、プレスベンド鋼管などの炭素鋼鋼管ある
いは低合金鋼鋼管は、大量にかつ安定して製造できるた
め、その優れた経済性や溶接施工性とあいまって、ガス
パイプラインや水道配管など流体の輸送用配管あるいは
建築・土木用の柱として広く用いられている。

【０００３】一方、従来の耐震性能を備えた建築用の鋼
管として、例えば特開平3-173719号公報、特開平5-6553
5 号公報、特開平5-117746号公報、特開平5-117747号公
報、特開平5-156357号公報、特開平6-49540 号公報、特
開平6-49541 号公報、特開平6-128641号公報、特開平6-
264143号公報、特開平6-264144号公報などに開示されて
いる様なものがある。

【０００４】上記公報に記載されている鋼管の製造方法
は、耐震性能として降伏応力と引張強さの比である降伏
比を小さくするようにしたものであり、いずれも柱の曲
げ応力に対する優れた塑性変形吸収能を有するものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の耐震性能を備えた建築用の鋼管は、圧縮の軸力に対す
る局部座屈と局部座屈発生後の引張による脆性き裂の発
生を防ぐための検討は行われておらず、大地震が発生し
た場合、これら鋼管の長手方向には引張および圧縮の大
きな力が繰り返し加わり、外径／管厚比がある程度大き
な鋼管では局部座屈を起こし、場合によっては円周方向
のき裂の発生や破断に至ることがある。

【０００６】また、ガスなどの流体輸送用のラインパイ
プでは、延性破壊や脆性破壊など円周方向に力が作用す
る内圧に対する抵抗力は検討されてきたが、軸方向の外
力に対しては敷設時の曲げ変形以外はほとんど考慮され
ていない。本発明の目的は、大地震の際に軸方向に作用
する圧縮応力に対して、局部座屈を起こしにくく、特に
ガスパイプライン、水道配管、建築・土木用の柱などに
好適な耐震性に優れた鋼管及びその製造方法を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。（１）本発明の耐震性に優れた鋼管は、重量％でＣ：0.
03〜0.15% と、Ｍn:1.0〜2.0%と、ＰＣＭ：0.10〜0.25%
と、さらに、Ｃu:0.05〜0.50% 、Ｎi:0.05〜0.50% 、
Ｃr:0.05〜0.50% 、Ｍo:0.05〜0.50% 、Ｎb:0.005 〜0.
10% 、Ｖ：0.005 〜0.10% 、及びＴi:0.005 〜0.080%の
群から選択された１種以上と、残部がFeおよび不可避的
不純物とからなる鋼組成を有し、管軸方向の降伏強さか
ら公称歪みで5 ％までの加工硬化指数が0.10以上の耐震
性に優れたものである。

【０００８】ただし、ＰＣＭ＝Ｃ% ＋Si%/30＋Mn%/20＋
Cu%/20＋Ni%/60＋Cr%/20＋Mo%/15＋V%/10 ＋5xB% （２）本発明の製造方法は、上記（１）に記載した鋼を
熱間圧延した後、600 ℃以下の温度まで5 ℃/sec以上の
冷却速度で加速冷却し、得られた鋼板を冷間成形して鋼
管とする管軸方向の降伏強さから公称歪みで5 ％までの
加工硬化指数が0.10以上の耐震性に優れた鋼管の製造方
法である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明者らは、鋼管の製造方法や
材質的な特性と局部座屈発生挙動との相関を調査した。
その結果、例えば座屈歪みが1.0 ％以上というような良
好な耐座屈性能を得るためには、鋼管用の鋼板の化学成
分と製造方法を制御する必要があり、さらに、引張試験
における降伏強さから公称歪みで5 ％までの加工硬化指
数の大きなもの程、この座屈に対する抵抗の大きいこと
を見い出し、本発明を完成した。

【００１０】以下に本発明の成分添加理由、成分範囲限
定理由、及び製造条件の限定理由について説明する。 (1) 成分組成範囲Ｃ：0.03〜0.15% この範囲外の炭素量の鋼を溶接すると溶接割れの可能性
が増大するので、Ｃ量を0.03〜0.15重量％に規定する。Ｍn:1.0 〜2.0% 構造用鋼としての充分な強度と靭性を得るために、1.0%
以上の添加が必要であり、2.0%以上添加すると母材と溶
接部の靭性の劣化と溶接性の劣化をまねく。したがっ
て、Ｍn 量を1.0 〜2.0 重量％に規定する。ＰＣＭ：0.10〜0.25% この下限は構造物として充分な強度を得るためと、良好
な耐座屈性を得るために必要最小限の値で、上限は耐座
屈性と溶接性を劣化させない上限の値である。ＰＣＭ＝Ｃ% ＋Si%/30＋Mn%/20＋Cu%/20＋Ni%/60＋Cr%/
20＋Mo%/15＋V%/10 ＋5xB% 本発明鋼では、さらに鋼管の強度や靭性の目標に応じて
選択元素として以下に述べるＣu 、Ｎi 、Ｃr 、Ｍo 、
Ｎb 、Ｖ、Ｔi の内１種以上を含有させる。Ｃu:0.05〜
0.50% 、Ｎi:0.05〜0.50% 、Ｃr:0.05〜0.50% 、Ｍo:0.
05〜0.50% 、Ｃu 、Ｎi 、Ｃr 、Ｍo は強度の上昇に有
効な元素で、下限未満では強度の上昇に寄与せず、上限
を超えると鋼管の母材部と溶接部の靭性や溶接性を劣化
させる。Ｎb:0.005 〜0.10% Ｎb は鋼板の靭性と強度の向上に有効な元素で、下限未
満ではその効果を発揮せず、上限を超えると溶接性や溶
接部の靭性を劣化させる。Ｖ：0.005 〜0.10% Ｖは鋼板の強度の上昇に有効な元素で、下限未満ではそ
の効果を発揮せず、上限を超えると溶接性や溶接部の靭
性を劣化させる。Ｔi:0.005 〜0.080% Ｔi は鋼板の靭性の向上と鋳造時のスラブの傷防止に有
効な元素で、下限未満ではその効果を発揮せず、上限を
超えると溶接性や溶接部の靭性を劣化させる。

【００１１】さらに本発明鋼管は管軸方向の降伏強さか
ら公称歪みで5 ％までの加工硬化指数が0.10以上であ
る。加工硬化指数を0.10以上にすることにより良好な耐
座屈性能を得ることが可能であるが、ここで、加工硬化
指数が0.10を下回ると鋼管の軸方向に作用する圧縮応力
に対する局部座屈を生じる可能性があり、良好な耐座屈
性能が得られない。このことは本発明の実験により明ら
かとなった。

【００１２】図１に限界座屈歪みと降伏強さから公称歪
みで5 ％までの加工硬化指数（ｎ値）との関係について
調べた結果を示す。同図より明らかなように加工硬化指
数が0.10以上の領域で1.0 ％以上の限界座屈歪みが得ら
れている。

【００１３】このような特性の鋼管は、以下の製造方法
で製造することができる。 (2) 鋼板製造工程上記の好適成分に調整した鋼スラブを加熱して、熱間圧
延を施す。この加熱、および熱間圧延の条件は、例え
ば、1050〜1250℃の温度範囲に加熱した後、熱間圧延す
るものである。

【００１４】熱間圧延終了後600 ℃以下の任意の温度ま
で5 ℃/sec以上の冷却速度で冷却する。ここで、600 ℃
より高い温度で冷却を停止し、あるいは5 ℃/sec未満の
冷却速度で冷却すると、いずれの場合も0.10以上の加工
硬化指数とならず、良好な耐座屈性能が得られない。 (3) 製管工程上記の工程(2) で得られた鋼板をＵＯＥ、ベンディング
ロール、プレスベンドなどにより、冷間成形して鋼管に
仕上げる。

【００１５】しかして、本発明は、Ｃ，Ｍｎ，ＰＣＭ
（溶接低温割れ感受性組成）を上記範囲に限定すること
により、構造用鋼として必要な強度、靭性及び溶接性を
保持しつつ耐座屈性に優れた鋼管を得ることができる。

【００１６】

【実施例】種々の成分組成になる鋼スラブを熱間圧延し
た後、種々の冷却条件下で得られた鋼板を冷間成形して
鋼管を製作し、その加工硬化指数（ｎ値）、耐座屈性及
び溶接性／強度について調査した。

【００１７】図２は、実管圧縮試験の試験機と試験体の
模式図である。実管圧縮試験は、圧縮試験機のロードセ
ル１の上に試験体である試験パイプ２を載せて、試験パ
イプ２の上部から圧縮荷重を負荷するものである。尚、
試験パイプ２には座屈歪みを測定するための変位計３が
取り付けられている。また、試験体の形状は、図２の試
験パイプ２の拡大断面図である試験パイプ４に示すとお
りであり、管肉厚10〜30mm、管外径600mm 、標点間距離
を500mm とした。

【００１８】鋼管の軸方向に働く圧縮力に対する耐座屈
性については、図２に示す試験機と試験体を用いた実管
圧縮試験を行い、試験体に生じる座屈歪みを測定し、座
屈歪みが1.0 ％以上の場合、耐座屈性は良好であると判
断した。

【００１９】溶接性は、鋼管成形後の縦シーム溶接部の
溶接割れの有無を調べ確認した。○は溶接割れ無し、×
は溶接割れ有りを示す。強度はJIS Ｚ 2241 の引張試験
に準じて行い、引張強さが50kgf/mm² 以上の場合、良好
と判断した。

【００２０】表１に本発明鋼管及び比較鋼管の化学成分
とその加工硬化指数、耐座屈性及び溶接性／強度を示
す。表２に表１の化学組成の鋼板に適用した種々の冷却
条件とその加工硬化指数、耐座屈性及び溶接性／強度を
示す。

【００２１】表１に示す本発明の化学組成ならびに0.10
以上の加工硬化指数を有する鋼管は充分な耐座屈性能と
溶接性と強度を有している。一方、本発明の鋼組成を有
する鋼管であっても加工硬化指数が0.10を下回る鋼管A
2,B2 では充分な耐座屈性が得られていない。ＰＣＭ値
が本発明の範囲でない鋼管、Ｌ，Ｏ，Ｐでは加工硬化指
数が0.10以上であっても良好な耐座屈性が得られていな
い。また、本発明の化学成分を有していないものは耐座
屈性が良好でも溶接性等の問題がある（M,Q)。本発明の
化学成分を有さず、加工硬化指数の低い鋼管Ｎは耐座屈
性も溶接性も不良であり強度も不足している。

【００２２】表２に示す本発明の化学組成の鋼に本発明
の加速冷却条件を適用すると加工硬化指数が高くなり、
良好な耐座屈性能が得られた。一方、本発明の化学組成
を有する鋼管であっても加速冷却条件が適当でない、A-
1,A-2 は、加工硬化指数が0.10より小さくなり良好な耐
座屈性能が得られていない。

【００２３】また、本発明の化学成分を有しない鋼管で
は、本発明の加速冷却条件の適用のいかんにかかわらず
耐座屈性が不良である（L-1,L-2,P-1)。また、耐座屈性
が良好なものでも溶接性が不良である（M-1)。本発明の
化学成分を有していない鋼管に本発明の加速冷却条件を
適用しない場合は、耐座屈性も溶接性も不良である(Q-
1) 。本発明鋼管を用いることにより、鋼管の軸方向に
作用する応力による局部座屈の発生と、それに起因する
脆性的なき裂や破断の発生を防止できる。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、鋼組成及び製造条件を
特定し、かつ管軸方向の加工硬化指数を0.10以上にする
ことにより、大地震が発生した際に、ガスパイプライン
や水道配管の破損と内部流体の流出、あるいは高速道路
の橋脚柱の破断による倒壊などの災害を防ぐことが可能
である良好な耐座屈性能を有する耐震性に優れた鋼管が
得られ、さらに従来の低降伏比鋼管の製造工程で必要と
されていた鋼の熱間圧延後の熱処理（焼き入れ、焼戻
し）、及び管成形後の熱処理（焼鈍、焼きならし、焼戻
し）を行うことなく鋼管を製造することが可能な製造方
法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】限界座屈歪みと降伏強さから公称歪みで5 ％ま
での加工硬化指数との関係を示した図。

【図２】本発明の実施例に係る鋼管軸方向の耐座屈性を
評価するための実菅圧縮試験の試験機と試験体の模式
図。

【符号の説明】

１…ロードセル２…試験パイプ３…変位計４…試験パイプ２の拡大断面図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でＣ：0.03〜0.15% と、Ｍn:1.0
〜2.0%と、ＰＣＭ：0.10〜0.25% と、さらに、Ｃu:0.05
〜0.50% 、Ｎi:0.05〜0.50% 、Ｃr:0.05〜0.50% 、Ｍo:
0.05〜0.50% 、Ｎb:0.005 〜0.10% 、Ｖ：0.005 〜0.10
% 、及びＴi:0.005 〜0.080%の群から選択された１種以
上と、残部がFeおよび不可避的不純物とからなる鋼組成
を有し、管軸方向の降伏強さから公称歪みで5 ％までの
加工硬化指数が0.10以上の耐震性に優れた鋼管。ただ
し、ＰＣＭ＝Ｃ% ＋Si%/30＋Mn%/20＋Cu%/20＋Ni%/60＋
Cr%/20＋Mo%/15＋V%/10 ＋5xB%
【請求項２】重量％でＣ：0.03〜0.15% と、Ｍn:1.0
〜2.0%と、ＰＣＭ：0.10〜0.25% と、さらに、Ｃu:0.05
〜0.50% 、Ｎi:0.05〜0.50% 、Ｃr:0.05〜0.50% 、Ｍo:
0.05〜0.50% 、Ｎb:0.005 〜0.10% 、Ｖ：0.005 〜0.10
% 、及びＴi:0.005 〜0.080%の群から選択された１種以
上と、残部がFeおよび不可避的不純物とからなる鋼を熱
間圧延した後、600 ℃以下の温度まで5 ℃/sec以上の冷
却速度で加速冷却し、得られた鋼板を冷間成形して鋼管
とする管軸方向の降伏強さから公称歪みで5 ％までの加
工硬化指数が0.10以上の耐震性に優れた鋼管の製造方
法。ただし、ＰＣＭ＝Ｃ% ＋Si%/30＋Mn%/20＋Cu%/20＋
Ni%/60＋Cr%/20＋Mo%/15＋V%/10 ＋5xB%