TW201938813A

TW201938813A - 鋼管及鋼管的製造方法

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Publication number: TW201938813A
Application number: TW108107600A
Authority: TW
Inventors: 秋月誠; 三町翔平
Original assignee: 日商日鐵日新製鋼股份有限公司
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2019-10-01
Also published as: WO2019172314A1; WO2019171624A1; JP6630870B1; JPWO2019172314A1

Abstract

一種鋼管，包含：碳(C)：0.70質量%以上且1.20質量%以下；磷(P)：0.03質量%以下；及銅(Cu)：0.30質量%以下，其中，焊接部的組織為包含經過再加熱處理的肥粒鐵及碳化物之金屬組織。

Description

鋼管及鋼管的製造方法

本發明係關於鋼管以及鋼管的製造方法。

焊接鋼管一般係以將鋼板或是鋼帶等進行焊接方式來製造。例如，專利文獻1當中揭露了作為其中一種焊接鋼管之直縫焊接鋼管的製造方法，其係將高碳鋼板進行高頻焊接之後，施加冷軋壓延及熱縮徑壓延。

[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本國公開專利公報「特開2015-062920號公報」

[發明所欲解決問題]
然而，將如專利文獻1所記載的高碳鋼板或高碳鋼帶進行焊接時，會於焊接部等處產生焊接破裂。因此，於專利文獻1當中所記載的高碳焊接鋼管，一般來說，為了去除焊接破裂，必須要進一步地進行冷軋壓延及熱縮徑壓延等製造步驟。因此，高碳焊接鋼管存在著無法有效率地製造之問題。

本發明為解決前述問題，以提供可有效率地製造的高碳焊接鋼管為目的。

[為解決問題之手段]
為了解決前述問題，本發明一態樣的一種鋼管，其特徵為包含：碳(C)：0.70質量%以上且1.20質量%以下；磷(P)：0.03質量%以下；及銅(Cu)：0.30質量%以下，其中，焊接部的金屬組織為包含經過再加熱處理的肥粒鐵及碳化物之金屬組織。

此外，本發明一態樣之鋼管的製造方法，其特徵在於：前述鋼管包含：碳(C)：0.70質量%以上且1.20質量%以下；磷(P)：0.03質量%以下；及銅(Cu)：0.30質量%以下，且焊接部的金屬組織為包含經過再加熱處理的肥粒鐵以及碳化物之金屬組織；又，前述製造方法包含：成形步驟，其係將鋼板或是鋼帶藉由輥壓成形而成形為管狀；焊接步驟，其係於前述成形步驟之後，將相對的前述鋼板的各端面或相對的前述鋼帶的各端面，焊接以製造鋼管；焠火步驟，其係於經過前述焊接步驟後的鋼管，施加焠火處理；回火步驟，其係於經過前述焠火步驟之後，對前述鋼管施加回火處理。

[發明之功效]
根據本發明一態樣，可達到提供不需要繁雜製造步驟的焊接鋼管之功效。

以下詳細說明本發明之一實施形態。

＜鋼管＞
本實施形態中的鋼管係包含：碳(C)：0.70質量%以上且1.20質量%以下；磷(P)：0.03質量%以下；及銅(Cu)：0.30質量%以下，焊接部的金屬組織係包含經過再加熱處理的肥粒鐵及碳化物的金屬組織。此處，再加熱處理可舉出例如後述的回火處理。此外，此處所指之包含肥粒鐵及碳化物的金屬組織，係指例如回火麻田散鐵、變韌鐵以及波來鐵。又，鋼管中焊接部的金屬組織為包含經過再加熱處理的肥粒鐵及碳化物之金屬組織的高碳焊接鋼管，其製造方式可為例如以鋼管或鋼帶藉輥壓成形而成形為管狀之後，將相對的前述鋼板的各端面，或是相對的前述鋼帶的各端面焊接，藉以形成焊接部。接著於形成焊接部後，藉由施加焠火處理以及回火處理而製造。根據此製造方法可使本實施形態中的鋼管即便為碳(C)含量高的高碳焊接鋼管，也不會產生焊接破裂。因此不需要為了去除焊接破裂而進行冷軋壓延及熱縮徑壓延等製造步驟，可有效率地進行製造。此外，本實施形態中的鋼管藉由如上述般僅含有特定量的特定成分，藉以得到良好的轉動疲勞壽命。

此外，此處所謂的「焊接部」，係指鋼板或鋼帶受到焊接的部分，例如焊珠部。此外，「轉動疲勞壽命」係指使用了本實施形態中的鋼管的軸承進行滾動動作，直到使得於鋼管之母材與焊接部產生出表面剝離之期間。「良好的轉動疲勞壽命」係指與習知作為高碳鋼管而廣泛使用的無縫鋼管相同程度地長。轉動疲勞壽命可藉由例如將焊接鋼管切開加工成板狀後，以推力(thrust)型轉動疲勞測試，測量至母材及焊接部產生表面剝離之期間來求得。

鋼管的直徑較佳係直徑15mm以上且300mm以下。此外，鋼管的厚度較佳係2mm以上且10mm以下。藉著使鋼管直徑及厚度為上述較佳範圍，可在不需要特殊的製造條件下，製造出本實施形態的鋼管。

此外，本實施形態中的鋼管當中亦可包含硫化物以及氧化物等非金屬夾雜物。非金屬夾雜物當中的硫化物，其中尤以硫化錳(MnS)會凝結及析出至鋼管表面，成為非金屬夾雜物所導致破裂及表面損傷之原因，結果具有導致轉動疲勞壽命降低之風險。此外，當與轉動軸承的轉動體接觸的表面部上存在如硫化錳(MnS)等硫化物時，需要將前述部分進行大幅地車削加工，因而有製造成本增加之虞。因此，硫化物等的非金屬夾雜物之粒徑，較佳係10μm以下。藉由使鋼管中非金屬夾雜物的粒徑為前述較佳範圍般小，特別是在前述非金屬夾雜物為硫化物時，可以防止轉動疲勞壽命降低以及製造成本的增加。此外，若本實施形態中的鋼管包含作為非金屬夾雜物之氧化物時，鋼管中的氧化物的含有量較佳係20ppm以下，更佳係15ppm以下，特佳係10ppm以下。藉由使鋼管中氧的含量在上述較佳範圍中，可得高清淨度的鋼管。結果，可得到具有良好轉動疲勞壽命之鋼管。

[鋼板與鋼帶]
鋼板與鋼帶係適用於作為本實施形態中的鋼管的原形材料。鋼板及鋼帶係藉由施加輥壓成形而形成為管狀，並且施加焊接、焠火及回火處理，進而成為本實施形態中的鋼管。

於此，作為不存在有焊接部的鋼管之無縫鋼管，其藉由母材鋼條之中心偏析的影響，使得於鋼管外面側及內面側，在非金屬夾雜物的量(例如，硫化物的量)及大小上產生差異。雖然外面側的非金屬夾雜物微細且微量，但內面側的非金屬夾雜物不僅大量地存在，還暴露於內表面上。因此，當使用無縫鋼管於軸承時，雖然滾動軸承的外圈係使用無縫鋼管的內表面，但存在於內表面的大量的非金屬夾雜物帶來對於轉動疲勞壽命較大的影響。因此，若要使轉動疲勞壽命變長，就必須大幅地車削加工與轉動體接觸的部分，導致加工成本變高。

相對於此，本實施形態中的鋼管，也就是鋼板或鋼帶焊接成的直縫焊接鋼管等的焊接鋼管，係不同於無縫鋼管，大部分的非金屬夾雜物存在於鋼板或鋼帶的內部中，幾乎不存在於內外側表面。因此，作為原形材料，相較於無縫鋼管，使用鋼板或鋼帶的焊接鋼管，其於內面側的清淨度高，並可降低鋼管中內側及外側面之間的清淨度差異。基於以上內容，本實施形態中的鋼管，其內面側的清淨度高，因此可降低加工部件形狀時的切割量，並且可得具有與無縫鋼管相同程度的良好轉動疲勞壽命。

此外，本實施形態中的鋼管係藉由焊接鋼板或鋼帶所得，因此相較於以焊接棒材製造鋼管的方式，可大量地生產鋼管。

此外，前述鋼帶所指，或是鋼板當中，例如可為例如厚度10mm以下卷狀者。於本實施形態當中，雖然鋼板及鋼帶兩者皆可作為本實施形態的原形材料使用，但較佳係使用鋼帶來製造鋼管。由於鋼帶比鋼板薄，因此可具有較高的生產性。藉此，可更有效率地製造本實施形態中的鋼管。此外，鋼帶可藉由例如將鋼作熱軋壓延而獲得。

(輥壓成形)
在本實施形態的輥壓成形中，藉由使鋼板或鋼帶通過輥輪之間，將鋼板或鋼帶成形加工為管狀。於此，由於使用鋼帶作為原形材料較容易進行輥壓成形，因此，較佳地，於輥壓成形前對鋼施加熱軋壓延等處理，以使其成為卷狀的鋼帶。此外，將鋼板或鋼帶作輥壓成形之前，也可先以酸來清洗；或是先在600℃以上且800℃以下、1小時以上且50小時以下之條件，進行退火。藉此使輥壓成形變得更為容易。

(焊接)
在本實施形態的焊接中，係將變形成管狀的鋼板之各端面或是鋼帶的各端面，進行接頭式焊接(butt weld)。藉此可獲得本實施形態之鋼管。作為本實施形態之焊接方法，雖然可舉出例如電阻焊接、雷射光束焊接以及電子束焊接等高密度能量焊接，但較佳係電阻焊接，而在電阻焊接中，又以高頻焊接為佳。藉由以高頻焊接來焊接鋼板或鋼帶，可有效率且低成本地焊接鋼板或鋼帶。此外，焊接較佳係在1300℃以上且1600℃以下進行。

(焠火)
於焊接之後對本實施形態中的鋼管進行焠火處理。特別是，藉由於焊接之後立即進行焠火，可適當地防止焊接部的焊接破裂。在焠火處理中，以從所得到的各個鋼管之相對於A3變態點或是相對於Acm變態點還高50℃以上的溫度起算，較佳係施加冷卻，使得鋼管的溫度變成相對於Ms點(開始變態為麻田散鐵之溫度)還低50℃以上且200℃以下的溫度；且更佳係施加冷卻至相對於Ms點還低100℃以上且200℃以下的溫度。於此情形，較佳係例如可由鋼管外面進行水冷或是油冷方式，來施加冷卻。藉由使受到施加冷卻處理的鋼管溫度在上述較佳的溫度範圍內，可使鋼管的焊接部中的金屬組織成為以麻田散鐵為主的金屬組織。藉此可在對鋼管施加回火處理時，適當地減輕在焊接部中伴隨著麻田散鐵變態而產生的拉伸應力。結果，可將防止焊接破裂之回火功效發揮到最大限度。

(回火)
此外，於本實施形態當中，對經過焠火處理的鋼管施加回火處理。作為回火處理之溫度，較佳係在500℃以上且相對於A1變態點還高50℃以下的溫度，進行回火；又，更佳係在600℃以上且750℃以下進行回火；特佳係在700℃以上且730℃以下進行回火。此外，作為回火處理的時間，較佳係5秒以上且5分鐘以下，更佳係10秒以上且1分鐘以下。如此一來，將回火處理之時間設為短時間，可防止焊接破裂。此外，回火處理較佳係在焠火之後迅速地對鋼管施加。例如，回火處理較佳係在焠火後的5分鐘以內進行，更佳係在1分鐘以內進行。

本實施形態中的鋼管係為於鋼管中具高碳(C)含量的高碳焊接鋼管。因此，於焊接而被急遽加熱後的焊接部之金屬組織，係可能產生麻田散鐵變態，而使焊接部的金屬組織變成硬質的麻田散鐵。伴隨此麻田散鐵變態而產生的拉伸應力與由輥壓成形所造成殘留的加工應變(拉伸應力)，會使得焊接部中具有產生焊接破裂之虞。特別是，在鋼管中碳含量高於0.70質量%的情況下，在焊接部中變得容易產生焊接破裂。相對於此，藉由如上述般在焊接之後施加焠火處理及回火處理，可使於焊接部的金屬組織中，伴隨著麻田散鐵變態而產生的拉伸應力得以減輕。藉此可提升鋼管焊接部的韌性，即使鋼管中的碳含量高於0.70質量%，也可防止發生焊接破裂之狀況。

[鋼管中所包含之成分]
本實施形態中的鋼管係包含：含：碳(C)：0.70質量%以上且1.20質量%以下；磷(P)：0.03質量%以下；及銅(Cu)：0.30質量%以下，其餘部分為鐵(Fe)及不可避免的雜質。本實施形態中的鋼管，由於僅含有特定量的特定成分，雜質的含量少，因此具有高度的硬度及清淨度。因此，由於本實施形態中的鋼管不會產生焊接破裂，且具有高度的硬度及清淨度，因此也具有良好的轉動疲勞壽命。此外，當本實施形態中的鋼管除了鐵(Fe)及不可避免的雜質以外，實質上只含有前述含量的碳(C)、磷(P)及銅(Cu)的情形下，只要是焊接部的金屬組織為經過再加熱處理的包含肥粒鐵及碳化物的金屬組織，即可解決有效率製造高碳焊接鋼管問題。

碳(C)
本實施形態中的鋼管包含0.70質量%以上且1.20質量%以下的碳(C)。也就是說，本實施形態中的鋼管為高碳焊接鋼管。碳(C)為碳素鋼中最基本的元素，基於鋼管當中的含量使得硬度及碳化物的量會有大幅度變動。藉著使碳(C)含量為0.70質量%以上，使得焠火加熱時還殘存著未熔解的碳化物，而確保良好的耐磨耗性。此外，藉著使碳(C)含量為1.20質量%以下，使得熱軋壓延後的韌性不會降低，因而成為具有良好製造性及處理性的鋼管。結果，當以本實施形態中的鋼管作為軸承而使用時，可防止構成軸承的轉動體磨耗。此外，為了提高鋼管的製造性，當對鋼板或鋼帶施加軟質化退火處理後製造鋼管的情形中，可賦予鋼板或鋼帶充分的延展性。為了確保良好的耐磨耗性的情況下，C的含量較佳係多的，C含量的下限值較佳為0.90質量％、0.85質量％、0.80質量％、0.75質量%的順序。

磷(P)
磷(P)為降低鋼管延展性及韌性的元素。鋼管當中的磷(P)含量較佳係0.03質量%以下，更佳係0.02質量%以下，特佳係0.01質量%以下。藉著使磷(P)的含有量為0.03質量%以下，使得焠火後於鋼管中的舊的沃斯田鐵晶界的韌性提高，進而防止熱處理之後鋼管的轉動疲勞性降低。

銅(Cu)
銅(Cu)為提升熱軋壓延中產生於鋼板或鋼帶的氧化銹皮(軋鋼鱗片)的剝離性，藉以改善鋼板、鋼帶以及由鋼板或鋼帶所得之鋼管的表面特性之元素。鋼管當中的銅(Cu)含量較佳係0.30質量%以下。藉著使銅(Cu)含量在0.30質量%以下，使得於鋼板、鋼帶以及由鋼板或鋼帶所得的鋼管表面上不易產生微細裂縫。

[可包含於鋼管中的其他成分]
此外，本實施形態中的鋼管在可解決有效率製造高碳焊接鋼管之問題的範圍中，亦可在上述成分以外進一步含有矽(Si)、錳(Mn)、鉻(Cr)、硫(S)、鋁(Al)、鎳(Ni)以及鉬(Mo)當中的至少一者。於此，當含有磷(P)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、硫(S)及鋁(Al)當中的至少一者時，此等成分之含有量的總量較佳為相對於鋼管的7.20質量%以下，更佳為6.00質量%以下，特佳為4.00質量%以下。藉著上述的較佳範圍，可減少包含於鋼管中的雜質，進一步提升鋼管的清淨度。其結果為可得到具有在轉動疲勞壽命上表現更優越的鋼管。

矽(Si)
矽(Si)係為對鋼管的延展性具有較大影響的元素之一。鋼管中的矽(Si)含量較佳係0.80質量%以下，更佳係0.50質量%以下，特佳係0.30質量%以下。如上述般，在使矽(Si)的含量在不過量的狀況下，可防止由矽(Si)的固熔強化作用所導致之肥粒鐵的硬化，藉此可防止成形加工時於鋼管產生破裂。此外，可防止製造步驟中於鋼板或鋼帶表面產生銹皮殘印，並可防止因鋼管焠火加熱中產生晶界氧化而導致轉動疲勞壽命降低。

錳(Mn)
錳(Mn)為將鋼管焠火加熱的情況中，用以抑制焠火後冷卻過程中於鋼中的肥粒鐵變態，使其成為即使在相對較慢的冷卻速度下仍為以麻田散鐵為主的組織，藉以提高鋼管的焠火性之元素。鋼管中的錳(Mn)含量較佳係0.20質量%以上且2.00質量%以下，更佳係0.50質量%以上且1.50質量%以下。如此一來，藉由使錳(Mn)含量為0.20質量%以上，可防止鋼管的焠火性降低，並且可防止於冷卻中的鋼管的鋼形成波來鐵及上變韌鐵等高溫產物。藉此可在使用本實施形態之鋼管而作為軸承時能獲得所需的硬度。此外，藉著使錳(Mn)的含量為2.00質量%以下，可防止肥粒鐵硬化而導致阻礙造管時輥壓成形之情況。

硫(S)
硫(S、硫磺)為影響轉動疲勞壽命之元素。鋼管中的硫(S)的含量較佳係0.03質量%以下，更佳係0.02質量%以下。硫(S)產生硫化錳(MnS)系的非金屬夾雜物。由於產生硫化錳(MnS)系的非金屬夾雜物，會成為應力集中所致之疲勞破壞的起始點，因此存在著轉動疲勞壽命降低的風險。相對於此，藉著使硫(S)含量在0.03質量%以下，可抑制硫化錳(MnS)系的非金屬夾雜物產生，進而防止轉動疲勞壽命降低。此外，藉著使硫(S)含量為0.03質量%以下，可抑制造管之前窄帶卷(slit coil)端面形狀當中產生二次剪力平面及舌狀部，進而能夠形成理想的焊接部。

鉻(Cr)
鉻(Cr)為對於改善焠火性上有效之元素。鋼管中的鉻(Cr)含量較佳係2.00質量%以下，更佳係0.50質量%以上且1.60質量%以下，特佳係0.80質量%以上且1.50質量%以下。藉著使鉻(Cr)的含量為0.20質量%以上，可改善鋼管的焠火性更為改善。藉著使鉻(Cr)的含量在2.00質量%以下，使得鉻(Cr)的含量不致過多，因而能夠防止加工性降低。

鋁(Al)
鋁(Al)為作為熔鋼的去氧劑來使用，並表現固定氮(N)之作用的元素。鋼管當中鋁(Al)的含量較佳係0.10質量%以下，更佳係0.005質量%以上且0.05質量%以下。藉著使鋁(Al)含量為0.005質量%以上，使得固定氮(N)的作用變得更為顯著。藉著使鋁(Al)含量在0.10質量%以下，可防止鋼的清淨度受到破壞，並且進而得到可防止疲勞破壞所造成降低轉動疲勞壽命之結果。此外，可防止鋼板及鋼帶的表面品質降低。

鎳(Ni)
鎳(Ni)為於改善鋼管的焠火性，並且防止低溫脆化之元素。此外，因為鎳(Ni)呈現出消除因鋼管含銅(Cu)所產生熔融金屬脆化的負面影響之作用，特別是當添加0.20質量%以上的銅(Cu)的情況下，藉由將鋼管中的鎳(Ni)含量設定為與銅(Cu)相同量可得極大效果。鋼管當中的鎳(Ni)含量較佳係2.00質量%以下。藉由使鎳(Ni)的含量成為2.00質量%以下，鎳不致過多，可防止當以鋼板或鋼帶之軟質化為目的而施加退火處理時，鋼板或鋼帶仍然難以軟質化而降低造管時的輥壓成形性之狀況。

鉬(Mo)
鉬(Mo)為少量添加，可賦予與鉻(Cr)同樣的改善鋼管之焠火性及回火軟化阻抗之元素。鋼管當中的鉬(Mo)含量較佳係0.30質量%以下。藉由使鉬(Mo)含量為0.30質量%以下，鉬不致過多，可使對鋼板或鋼帶施加軟質化回火處理時容易軟質化，並且防止造管時輥壓成形性降低。

＜鋼管的製造方法＞
本實施形態中的鋼管之製造方法，係包含成形步驟、焊接步驟、焠火步驟與回火步驟。成形步驟、焊接步驟、焠火步驟與回火步驟，分別與上述的輥壓成形、焊接、焠火處理與回火處理相同。藉由此等步驟，以製造本實施形態之鋼管。

＜軸承用鋼管＞
本實施形態中的軸承用鋼管係包含上述的本實施形態之鋼管。換言之，本實施形態之鋼管僅含有特定量的特定成分，雜質的含量少，因此硬度及清淨度均高，且焊接部的金屬組織係為包含再加熱處理過的肥粒鐵及碳化物之金屬組織。因此，即使碳的含量高於0.70質量%，也不會產生焊接破裂。因此，本實施形態的鋼管可理想地使用於軸承用鋼管。

[小結]
為了解決上述問題，本發明一態樣之鋼管之特徵為包含：碳(C)：0.70質量%以上且1.20質量%以下；磷(P)：0.03質量%以下；及銅(Cu)：0.30質量%以下，焊接部的金屬組織係包含經過再加熱處理的肥粒鐵及碳化物的金屬組織。

此外，於本發明的一態樣之鋼管當中，較佳地，前述鋼管更包含：矽(Si)：0.80質量%以下；錳(Mn)：2.00質量%以下；硫(S)：0.03質量%以下；鉻(Cr)：2.00質量%以下，及鋁(Al)：0.10質量%以下當中的至少一者。

此外，於本發明的一態樣之鋼管當中，較佳地，前述鋼管更包含：鎳(Ni)：2.00質量%以下，及鉬(Mo)：0.30質量%以下當中的至少一者。

此外，於本發明的一態樣之鋼管當中，較佳地，前述鋼管的前述焊接部係以成形為管狀鋼板的相對各端面或鋼帶的相對各端面，藉由焊接而形成，且於形成後施加焠火處理以及回火處理。

此外，於本發明的一態樣之鋼管當中，較佳地，於前述鋼管施加：焠火處理，其係進行冷卻，使得從相對於前述鋼管的鋼的A3變態點或Acm變態點還高50℃以上的溫度，變成相對於前述鋼管的溫度Ms點還低50℃以上且200℃以下的溫度；及回火處理，其係在500℃以上且相對於A1變態點還高50℃以下的溫度，進行回火。

此外，於本發明的一態樣之鋼管當中，較佳地，前述焊接為高頻焊接。

此外，於本發明的一態樣之鋼管當中，較佳地，前述鋼管包含非金屬夾雜物，前述非金屬夾雜物的粒徑為10μm以下。

此外，於本發明的一態樣之鋼管當中，較佳地，前述非金屬夾雜物為硫化物。

此外，於本發明的一態樣之軸承用鋼管，其特徵為包含前述鋼管。

此外，於本發明的一態樣之鋼管的製造方法，其特徵為：前述鋼管包含：碳(C)：0.70質量%以上且1.20質量%以下；磷(P)：0.03質量%以下；及銅(Cu)：0.30質量%以下，且焊接部的金屬組織為包含經過再加熱處理的肥粒鐵以及碳化物的金屬組織；又，前述製造方法包含：成形步驟，其係將鋼板或是鋼帶藉由輥壓成形而成形為管狀；焊接步驟，其係於前述成形步驟之後，將相對的前述鋼板的各端面或相對的前述鋼帶的各端面，焊接以製造鋼管；焠火步驟，其係於經過前述焊接步驟後的鋼管，施加焠火處理；回火步驟，其係於經過前述焠火步驟之後，對前述鋼管施加回火處理。

[實施例]
＜實施例與比較例＞
[鋼的製造]
首先，製造如表1所示之成分組成的鋼。

[表1]

[焊接鋼管之製造]
藉由將表1的各種鋼胚加熱至1250～1300℃進行熱軋壓延，製造厚度為6.0mm的熱軋鋼卷(鋼帶)。將所得到的熱軋鋼卷進行酸洗，對鋼種E、H、M、N、O、P、Q、U、W、X以及Y以700℃條件下進行25小時的退火，並對於鋼種A、B、C、D、F、G、I、J、K、L、R、S、T、V及Z以750℃條件下施加10小時的退火。其後，將熱軋鋼卷於長度方向切細(slit)並輥壓成形。輥壓成形之後，將相對的熱軋鋼卷之各端面以1350℃以上的條件進行高頻焊接，製造出直徑34mm，厚度6.0mm的鋼管。

此外，如表2所示，針對實施例1～12，於焊接後進一步對鋼管施加焠火處理以及回火處理。此處，表2中冷卻時的鋼管溫度係指，在焠火處理中冷卻時的鋼管溫度，且表2中與Ms點的差值係指，Ms點與淬火處理中冷卻時的鋼管溫度之差值。回火處理係以680℃及1分鐘之條件進行。

又，在表1及2中，將各鋼種中對應於比較例的鋼種畫上底線。又，在鋼中各成分的含量(質量%)中，將脫離較佳範圍中的含量且成為比較例的重要因素者畫上底線。於此，成為比較例的重要因素係指，在造管時無法進行輥壓成形的鋼管及具有焊接破裂的鋼管中的至少任一者。

[鋼管之評價]
針對上述鋼管，如下述般確認並評價輥壓成形性、有無焊接破裂以及表面紋理。

(輥壓成形性)
如表2所示，於造管時可完成輥壓成形之情形評價為「可」，無法輥壓成形的情形則評價為「否」。僅針對可輥壓成形者作下述之評價。

(焊接破裂)
針對各實施例及比較例之鋼管，調查是否有以高頻焊接而形成的焊珠部的焊接破裂。如表2所示，當存在有焊珠部的焊接破裂時評價為「有」；不存在有焊接破裂時評價為「無」。此外，如表2所示，鋼種中僅以特定量包含特定成分的鋼種A、B、C、F、H、J、K、N、O、P、R、S、U、V、X、Y及Z鋼管當中，將碳的含量高於0.70質量%且造管時可輥壓成形，並且沒有焊接破裂的鋼管記載為實施例。此外，將其他的鋼管記載為比較例。

(表面紋理)
調查各實施例及比較例之鋼管表面中是否有銹皮殘印及微細裂縫，檢查表面紋理。如表2所示，當鋼管表面存在有銹皮殘印時評價為「有」；不存在有銹皮殘印時評價為「無」。同樣地，將鋼管表面存在有微細裂縫時評價為「有」；不存在有微細裂縫時評價為「無」。

[表2]

[轉動疲勞測試]
針對焊珠部並未出現焊接破裂的實施例1～12及參考例1~5之鋼管，實施轉動疲勞測試。從鋼管切下70mm的長度，並於長度方向將焊珠部的相對側切斷，得到開管測試片。以下述方式求得前述測試片當中，存在於相當於鋼管內側面的表面的，轉動疲勞測試片的非金屬夾雜物之硫化物(硫化錳MnS)之粒徑。使用100倍之倍率的光學顯微鏡，觀察鋼管內側表面。使用影像處理求得1個觀察區域的面積1.44mm² 中的非金屬夾雜物當中，粒徑最大的硫化物的圓當量直徑，並將前述圓當量直徑作為非金屬夾雜物的粒徑。以此進行60個觀察區域測試，藉由極值統計，進行於30000mm² 當中最大夾雜物的粒徑之預測。將前述測試片以矯直壓機壓成平板狀，藉由放電加工由前述測試片切下直徑60mm的圓板狀測試片，並施加熱處理使其為680HV以上且770HV以下的硬度之後，進行表面研磨以作為轉動疲勞測試片。將轉動疲勞測試片的表面，即對應鋼管外側及內側的面，以0.1mm深度進行切割。

接著，使用推力型轉動疲勞測試機，將3個SUJ2的3/8吋鋼球設置於轉動疲勞測試片上，一邊供給潤滑油，一邊以轉速3000rpm的條件，使前述鋼球旋轉，以給予轉動疲勞至轉動疲勞測試片。將從轉動疲勞測試片產生表面剝離為止作為一次測試，並重複進行前述測試20次。將給予轉動疲勞至轉動疲勞測試片直到產生表面剝離為止的旋轉次數描繪至韋伯圖紙(Weibull plot)，求得轉動疲勞壽命(L10)。將結果表示於表3。

[表3]

如表1～3所示，鋼管中含有：碳(C)：0.70質量%以上且1.20質量%以下；磷(P)：0.03質量%以下；銅(Cu)：0.30質量%以下，且焊接部的金屬組織為含有經過回火處理的肥粒鐵及碳化物的金屬組織，也就是回火麻田散鐵的實施例1～12當中的高碳焊接鋼管並未產生焊接破裂。此外，於實施例1～12中，雜質特別少的實施例1～5及7～12之鋼管不僅沒有焊接破裂，且由於其清淨度高，即使表面的切割深度淺仍具有良好的轉動疲勞壽命。由此可確認，實施例1～12之鋼管，尤其是實施例1～5及7～12之鋼管可理想地適用於需要良好轉動疲勞壽命的軸承。

＜參考例＞
[無縫鋼管之製造]
將表1所示鋼種當中的鋼種A、B、M及P之鋼胚加熱至1300℃，以熱軋壓延製作直徑70mm的圓棒。藉著將芯棒推進圓棒中心，以製作直徑60.5mm，厚度6.0mm或6.5mm的無縫鋼管。

[轉動疲勞測試]
使用得到的無縫鋼管來實施轉動疲勞測試。關於測量無縫鋼管中非金屬夾雜物之硫化物(硫化錳MnS)的粒徑、製作轉動疲勞測試片以及評價轉動疲勞壽命等作法，以與上述實施例及比較例相同的方式進行。其中，關於參考例8、10、13及16係從無縫鋼管的內側表面切割至0.6mm，以前述長度作為轉動疲勞測試面的切割長度。結果如表4所示。

[表4]

由表4可知，雖然切割深度較深為0.6mm的參考例8及10的轉動疲勞壽命良好，但切割深度較淺的參考例7、9及11的無縫鋼管的內面側的鋼中有著非金屬夾雜物凝結，轉動疲勞壽命顯著地降低。

一般來說，為了提升切割性而含有比高碳焊接鋼管多的硫(S)的無縫鋼管，由與上述實施例之比較可明顯看出比起高碳焊接鋼管，無縫鋼管中的非金屬夾雜物之硫化物(硫化錳Mns)的粒徑較大。因此，如參考例所示的無縫鋼管般，為了確保良好的轉動疲勞壽命，必須要有比高碳焊接鋼管還深的切割深度。相對於此，如實施例1～5及7～12的高碳焊接鋼管般，由鋼板或鋼帶的各端面焊接而成的高碳焊接鋼管不同於無縫鋼管，其不易於鋼管的內面側產生硫化物偏析，僅藉由降低硫的含量，能夠將硫化物的粒徑縮小至10μm以下。因此，實施例1～5及7～12的高碳焊接鋼管在保有較少的切割量以降低成本的同時，還能夠確保良好的轉動疲勞壽命。

Claims

一種鋼管，其特徵為包含：碳(C)：0.70質量%以上且1.20質量%以下；磷(P)：0.03質量%以下；及銅(Cu)：0.30質量%以下，其中，焊接部的金屬組織為包括經過再加熱處理的肥粒鐵及碳化物的金屬組織。
如請求項1所述之鋼管，其更包含：矽(Si)：0.80質量%以下；錳(Mn)：2.00質量%以下；硫(S)：0.03質量%以下；鉻(Cr)：2.00質量%以下，及鋁(Al)：0.10質量%以下當中的至少一者。
如請求項2所述之鋼管，其更包含：鎳(Ni)：2.00質量%以下，及鉬(Mo)：0.30質量%以下當中的至少一者。
如請求項1~3中任一項所述之鋼管，其中，前述鋼管的前述焊接部係以成形為管狀鋼板的相對各端面或鋼帶的相對各端面，藉由焊接而形成，且於形成後施加焠火處理以及回火處理。
如請求項4所述之鋼管，其中於前述鋼管施加：焠火處理，其係進行冷卻，使得從相對於前述鋼管的鋼的A3變態點或Acm變態點還高50℃以上的溫度，變成相對於前述鋼管的溫度Ms點還低50℃以上且200℃以下的溫度；及回火處理，其係在500℃以上且相對於A1變態點還高50℃以下的溫度，進行回火。
如請求項4或5所述之鋼管，其中，前述焊接為高頻焊接。
如請求項1~6中任一項所述之鋼管，其中，前述鋼管包含非金屬夾雜物，前述非金屬夾雜物的粒徑為10μm以下。
如請求項7所述之鋼管，其中，前述非金屬夾雜物為硫化物。
一種軸承用鋼管，其特徵為包含請求項1~8中任一項所記載之鋼管。
一種鋼管的製造方法，其特徵在於：前述鋼管包含：碳(C)：0.70質量%以上且1.20質量%以下；磷(P)：0.03質量%以下；及銅(Cu)：0.30質量%以下，且焊接部的金屬組織為包含經過再加熱處理的肥粒鐵以及碳化物的金屬組織；又，前述製造方法包含：成形步驟，其係將鋼板或是鋼帶藉由輥壓成形而成形為管狀；焊接步驟，其係於前述成形步驟之後，將相對的前述鋼板的各端面或相對的前述鋼帶的各端面，焊接以製造鋼管；焠火步驟，其係於經過前述焊接步驟後的鋼管，施加焠火處理；及回火步驟，其係於經過前述焠火步驟之後，對前述鋼管施加回火處理。