CN101410195B - 无缝管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无缝管的制造方法，其包括连续铸造工序，使圆形铸坯的横截面中央部的至少直径60mm以内的领域全部为等轴晶组织，同时铸造碳素含有率为0.1质量％以下且铸坯横截面的直径超过300mm的圆形铸坯。使用在上述连续铸造工序所制造的圆形铸坯，该无缝管的制造方法以与穿孔轧制机的倾斜辊的辊圆凿部直径和入口直径之比相对应的最佳范围的钢坯旋转次数和钢坯外径压下率之比为前提，可穿孔轧制内表面缺陷少的无缝管。通过使用大致圆柱状且顶端面具有球面状的顶头顶端轧制部的最佳形状的顶头作为穿孔顶头，大幅抑制满乃斯曼破坏和圆周方向剪切变形，完全不会发生钢坯的咬合不良，能在极高的生产率的前提下制造具有更高内表面品质的无缝管。

Description

无缝管的制造方法 

技术领域

本发明涉及无缝管的制造方法。具体涉及如下所述的无缝管的制造方法：包括圆形铸坯的连续铸造工序和穿孔轧制工序的、可制造内表面缺陷少的无缝管，该圆形铸坯的连续铸造工序可降低成为制品的内表面缺陷的原因之一的在铸坯的中心部易于发生的轴心部裂纹，该穿孔轧制工序使用由上述铸造工序所铸造的圆形铸坯，防止发生中空管(hollow shell)内表面缺陷且不引起轧制失败。 

背景技术

从连续铸造的铸坯不经由轧制或锻造工序而通过满乃斯曼法等制造无缝管的工序中，在连续铸造铸坯的中心部因铁素体凝固而易于发生特有的缺陷即轴心部裂纹。因此，将该铸坯保持原样作为制管用钢坯使用时，在穿孔轧制工序中，有助于内表面缺陷的发生，该缺陷多成为制品致命的缺陷。 

公开了二次冷却法，其以降低连续铸造铸坯的内部缺陷为目的，利用铸坯冷却时的热收缩来提高连续铸造铸坯的中心部的品质。 

日本特开平7-1096号公报公开了一种方法：铸坯的中心部的固相率为0.1～0.3的时刻，开始利用水量密度为25～100L/(min·m²)的水冷却进行铸坯的表面冷却，继续上述水量密度的冷却直到铸坯的中心部的固相率为0.8以上，由此降低发生在铸坯中心部的中心疏松(center porosity)。在此，所谓固相率是指在固、液共存相中固相占有的比率。在该先行文献中，未明确示出轴心部裂纹的发生机理和轴心部裂纹的降低条件。

通过控制冷却水的比水量，来控制铸坯的冷却，从而改善铸坯的内部品质的方法被日本特开平8-332556号公报和日本特开2001-62550号公报公开。 

在上述的日本特开平8-332556号公报中所公开的方法是可降低铸坯中心部的中心疏松、防止轴心部裂纹的方法，但在凝固时作为初晶生成了铁素体相的钢中，有时发生了轴心部裂纹。根据日本特开2001-62550号公报所公开的方法可使铸坯中心部的收缩速度大于表面的收缩速度，可降低发生在铸坯中心部的中心疏松或中心偏析，但与上述日本特开平8-332556号公报所公开的方法同样，在凝固时作为初晶生成铁素体相的钢中，有时发生了轴心部裂纹。因此，上述两公报所公开的方法在这些方面还有改善的余地。 

在日本特开2003-117643号公报中公开了如下方法：通过凝固末期的二次冷却来冷却铸坯的表面，利用铸坯表面的凝固壳的收缩，来实现降低宏观偏析、部分宏观偏析、中心疏松等。不过，在凝固时作为初晶生成铁素体相的钢中，有时发生轴心部裂纹，还需要进一步改善。 

并且，本发明人在日本特开2004-330252号公报中提出了圆形铸坯的连续铸造方法：在铸造C含有率为0.1质量％以下的钢或Cr含有率为1质量％以上，且C含有率为0.15质量％以下的圆形铸坯的方法中，从铸坯在刚出铸模之后实施二次冷却，之后，从铸坯表面温度达到950～1100℃的范围的时刻继续该凝固末期二次冷却，直到铸坯的中心部完全凝固。但是，这些冷却方法在铸坯的直径大时，凝固壳的热阻力增大，因此冷却效果难以达到轴心部，无法得到充足的裂纹的改善效果。 

另一方面，作为无缝管的代表性的制造方法所采用的满乃斯曼穿孔轧制方式的制管法将加热到规定温度的实心钢坯送到 穿轧机，对其轴心部进行穿孔轧制，由此制造中空管。接着，中空管经由芯棒式无缝管轧机的延伸轧制工序、再加热或直接地经由拉伸缩径轧机或定径轧机的定径轧制工序，还经由精整工序形成制品的无缝管。 

在穿孔轧制工序中，使钢坯沿着轧制线轧制，因此使由辊轴心线相对于该轧制线倾斜的筒形(鼓形)或锥形构成的一对倾斜辊相对配置。并且，使保持在配置于轧制线上的芯棒式无缝管轧机上的顶头位于这些倾斜辊间。 

作为定径轧机，有时也使用锥形的倾斜辊。 

图1是示意地说明在穿孔轧制工序所使用的锥形的倾斜辊的配置的图。并且，图2是说明上述图1的A-A箭头所示的锥形倾斜辊的配置的图。 

倾斜辊1包括其中间部为辊径Dg的辊圆凿部1a、随着朝向该辊圆凿部1a的进入侧端部而缩径的呈大致锥台形状的入口面1b以及随着朝向出侧端部而直径扩大的呈大致锥台状的出口面1c，作为整体具有锥型的形状。 

该倾斜辊1轴对称地配置，使得辊轴心线相对于轧制线X-X分别呈交叉角γ。并且，如图2所示，倾斜辊1配置成相对于轧制线X-X呈倾斜角β。另一方面，图2未示出的另一方倾斜辊1也夹着轧制线以倾斜角β相互向相反方向倾斜地相对配置。 

该倾斜辊1直接与各自的驱动装置4接合。由此，各倾斜辊1一边确保交叉角γ和倾斜角β，一边以辊轴心线为中心旋转，对钢坯3付与旋转运动。 

顶头2整体呈炮弹形状，将其后端部支持于芯棒M的顶端部，芯棒M的后端部与未图示的推力轴承装置连结。 

输送到上述构成的定径机的钢坯3在通过倾斜辊的间隙期间一边旋转一边被倾斜辊1和顶头2轧制，成为中空管。

说明该穿孔轧制工序中的中空管内表面缺陷的发生机理。钢坯在咬入倾斜辊而到达顶头顶端部之前的期间，通过一对倾斜辊旋转的同时被压缩加工。此时，通过所谓的“旋转锻造效果”，钢坯的中心部变脆，成为易于穿孔的状态。在该旋转锻造效果的影响过大时，在中心部发生空隙。在极端的情况下，中心部被破坏，发生放射状的裂纹缺陷。即使穿孔轧制前的钢坯不存在轴心内部裂纹时，由于上述那样的“旋转锻造效果”发生的中心部空隙和中心部裂纹缺陷可成为穿孔轧制后的中空管的内表面缺陷。 

还在钢坯为易于发生中心偏析和中心疏松的连续铸造材料、易于发生δ铁素体的含有5％以上的Cr的不锈钢、不是铁而是残存有铜、铜合金等铸造组织、加工性差的材料的情况下，在其被穿孔轧制时，有助于中空管的内表面缺陷的发生。 

不过，为了防止穿孔轧制工序中发生中空管的内表面缺陷，以往提出了各种方法。例如，日本特开平03-13222号公报、日本特开昭61-3605号公报、日本特开2000-140911号公报中公开了使钢坯外径压下率、倾斜辊开度等钢坯、顶头与倾斜辊的几何学上的位置条件合理化的方法。 

但是，上述日本特开平03-13222号公报所公开的方法在钢坯的顶部比防止发生内表面缺陷更重视咬入性。日本特开昭61-3605号公报所公开的方法虽可防止在被轧制材料上发生内表面缺陷，但有可能引起咬入不良等所导致的轧制失败(以下也称为“misroll”)。并且，日本特开2000-140911号公报所公开的方法与日本特开平03-13222号公报同样，不能充分防止在钢坯的顶部发生内表面缺陷。 

发明内容

本发明目的在于提供一种无缝管的制造方法，该无缝管的制造方法主要着眼于无缝管制造工序中，在圆形铸坯的连续铸造工序和穿孔轧制工序中，防止发生内表面缺陷，包括：显著降低成为内表面缺陷的主要原因的铸坯的轴心部裂纹的圆形铸坯的连续铸造工序、对铸造的圆形钢坯继续穿孔轧制之际，并存防止发生轧制失败和防止发生中空管内表面缺陷这两种效果的穿孔轧制工序，可制造内表面缺陷少的高品质的制品。 

本发明人研究了以高生产率为前提可制造内表面缺陷少的中空管的无缝管的制造方法，得到下述(a)～(f)见解，完成了本发明。 

(a)铁素体相的强度小于奥氏体相的强度，C含有率为0.1质量％(下面，质量％简称为“％”)以下的铸坯中易于发生因铁素体相凝固引起的轴心部裂纹。在具有上述C含有率的铸坯中，直径越大，轴心部裂纹越容易发生，若铸坯直径超过300mm，不仅降低因二次冷却引起的铸坯表面的强制冷却效果，强制冷却反而带来轴心部裂纹的扩大。因此，进行包括自铸坯表面的辐射冷却的缓慢冷却是适当的。 

(b)在大直径的铸坯中，凝固末期的中心部固相率处于大于0且1.0以下的范围，缓慢冷却铸坯表面的同时，使中心部的等轴晶率增加，由此降低轴心部裂纹。在铸坯直径超过300mm的铸坯中，横截面中央部的至少直径60mm以内的区域全部为等轴晶组织，由此可将轴心部裂纹抑制在距铸坯横截面的中心半径为15mm以内的区域。 

(c)通过上述(b)方法铸造的圆形铸坯即使不经由开坯轧制工序等而保持原样地进行穿孔轧制，也能抑制中空管的内表面缺陷的发生。 

(d)后述的如图5所示的倾斜辊圆凿部的辊径Dg和该倾斜辊入口处的钢坯与辊开始接触位置的辊径D1(以下称为“入口辊径”)之比，即Dg/D1处于小的范围，不管钢坯咬入倾斜辊之后至到达顶头顶端的钢坯的旋转次数N与钢坯的外径压下率Df之比(N/Df)的值如何，也易于发生内表面缺陷。上述辊径之比(Dg/D1)处于大的范围，虽可抑制内表面缺陷，但若上述钢坯的旋转次数N与钢坯的外径压下率Df之比(N/Df)小时，轧制失败的发生比率增加。并且，上述入口辊径D1与钢坯外径Bd之比(D1/Bd)处于不足2.5的小的范围，钢坯的咬入状态不稳定，倾向于多发生轧制失败。 

(e)使用如图4所示形状的穿孔轧制用顶头时，各部分尺寸中，顶端轧制部的外径d为钢坯的直径Bd的0.35倍以下，顶端球状面的轴向长度和圆柱状部分的长度之和(L1+L2)为d的0.5倍以上，且曲率半径R与圆弧旋转面所形成的轴向长度L3形成满足参数“(d/2Bd)/(R/L3)”的值为0.046以下的形状时，即使减小钢坯的外径压下率Df，也不会发生咬入不良，可抑制满乃斯曼破坏和圆周方向剪切变形，可防止发生中空管内表面缺陷。 

不过，若d不足Bd的0.12倍时，顶端轧制部易于熔损而降低顶头寿命。并且，(L1+L2)超过d的3倍时，顶端轧制部易于变形，而且顶头的全长变得过长。 

若形成R与L3满足参数“(d/2Bd)/(R/L3)”的值不足0.020的形状时，无法充分抑制发生圆周方向剪切变形。 

在此，所谓钢坯的外径压下率Df(下面也称为“顶头顶端延伸率Df”)如后所述是指顶头顶端位置的钢坯外径的压下率，在顶头顶端位置的倾斜辊间隙为Rpg时，由{(Bd-Rpg)/Bd}×100表示的值。 

(f)确保顶头顶端轧制部的高温强度，如上述图4所示形 

状的顶头的各部分尺寸中，顶端轧制部的外径d为钢坯的直径Bd的0.12倍以下，轴向长度(L1+L2)为d的0.5倍以上，且形成曲率半径R与L3满足参数“(d/2Bd)/(R/L3)”的值为0.046以下的形状时，即使减小钢坯的外径压下率Df，也不发生咬入不良。 

另一方面，与上述(e)中的说明同样，d不足Bd的0.06倍时，即使实现顶端轧制部的强化，由于热容量小，也易于发生熔损。并且，(L1+L2)超过d的3倍时，顶端轧制部易于变形，而且顶头整个长度变得过长。 

形成R与L3满足参数“(d/2Bd)/(R/L3)”的值不足0.020的形状时，无法充分抑制圆周方向剪切变形的发生。 

本发明是基于上述见解而完成的，其主旨在于，下述(1)所示的具有连续铸造工序的无缝管的制造方法、(2)所示的圆形铸坯和(3)～(7)所示的具有穿孔轧制工序的无缝管的制造方法。 

(1)一种无缝管的制造方法，其特征在于，包括连续铸造工序，该连续铸造工序使圆形铸坯的横截面中央部的至少直径60mm以内的领域全部为等轴晶组织，在中心部固相率处于大于0且1.0以下的范围，一边进行圆形铸坯表面的冷却速度为10℃/分以下的缓慢冷却，一边铸造碳含有率为0.1质量％以下且铸坯横截面的直径超过300mm的圆形铸坯(下面也称为“第1发明”)。 

(2)一种圆形铸坯，其特征在于，其是通过上述(1)所述的连续铸造工序所铸造的圆形铸坯，在铸坯中心部所发生的轴心部裂纹存在于距铸坯横截面的中心半径为15mm以内的区域(下面也称为“第2发明”)。 

(3)一种无缝管的制造方法，其特征在于，具有对上述 (2)所述的圆形铸坯不进行开坯轧制而进行穿孔轧制的工序。 

(4)一种无缝管的制造方法，其特征在于，具有穿孔轧制的工序，在该工序中在绕轧制线相对配置的一对锥形的倾斜辊之间沿着轧制线配置有顶头，使由上述(2)所述的圆形铸坯构成的钢坯旋转移动并且进行穿孔轧制；上述倾斜辊圆凿部的辊径Dg(mm)和倾斜辊入口处的钢坯与辊开始接触位置的辊径D1(mm)之比Dg/D1、以及从上述钢坯的咬入至到达顶头顶端的钢坯的旋转次数N与钢坯的外径压下率Df(％)之比N/Df满足下述式(1)～(3)的任一个，并且，上述D1与上述钢坯外径Bd(mm)之比D1/Bd满足下述式(4)，(下面也称为“第4发明”)， 

Dg/D1＜1.1时， 

23≤N/(Df/100)≤40...(1) 

1.1≤Dg/D1＜1.5时 

20≤N/(Df/100)≤44...(2) 

1.5≤Dg/D1≤1.8时 

20≤N/(Df/100)≤48...(3) 

D1/Bd≥2.5...(4) 

其中，Ld为从钢坯咬入点到顶头顶端部的轧制线方向的距离(mm)，β为倾斜辊的倾斜角(°)，以及Rp g为顶头顶端位置的倾斜辊间隙(mm)时，下述式(5)和(6)的关系成立， 

N＝Ld/(π·Bd·tanβ)...(5) 

Df＝{(Bd-Rpg)/Bd}×100...(6)。 

(5)一种无缝管的制造方法，其特征在于，具有使用顶头采用倾斜式穿孔轧制机对由上述(2)所述的圆形铸坯构成的外径Bd(mm)的实心圆形钢坯进行穿孔轧制的工序，该顶头包括：顶端轧制部，其为外径d(mm)在整个轴向相等或外径d随着朝向轴向后端而增大的轴向长度L2(mm)的圆柱状，其顶端面形成曲率半径r(mm)、轴向长度L1(mm)的球面状；轴向长度L3的工作部，该工作部与该顶端轧制部连续，由曲率半径R(mm)的圆弧旋转面使得该工作部的外径随着朝向轴向后端去而增大；锥台状的轴向长度L4(mm)的整径部，该整径部与该工作部连续，外径随着朝向轴向后端的最大直径D(mm)去而增大地形成锥顶角2θ(°)，上述顶头的外径d、曲率半径R、轴向长度L1、L2及L3和实心圆形钢坯的外径Bd之间的关系满足下述式(7)～(9)的任一个，(下面也称为“第5发明”)， 

0.12≤d/Bd≤0.35            ...(7) 

0.020≤(d/2Bd)/(R/L3)≤0.046...(8) 

0.5d≤L1+L2≤3d              ...(9) 

(6)一种无缝管的制造方法，其特征在于，具有使用顶头采用倾斜式穿孔轧制机对由上述(2)所述的圆形铸坯构成的外径Bd(mm)的实心圆形钢坯进行穿孔轧制的工序，该顶头包括：顶端轧制部，其为外径d(mm)在整个轴向相等或外径d随着朝向轴向后端而增大的轴向长度L2(mm)的圆柱状，其顶端面形成曲率半径r(mm)、轴向长度L1(mm)的球面状；轴向长度L3的工作部，该工作部与该顶端轧制部连续，由曲率半径R(mm)的圆弧旋转面使得该工作部的外径随着朝向轴向后端去而增大；轴向长度L4(mm)的整径部，该整径部与该工作部连续，外径随着朝向轴向后端的最大直径D(mm)去而增大地形成锥顶角20(°)的锥台状，该顶头至少上述顶端轧制部的1100℃的拉伸强度为50MPa以上，上述顶头的外径d、曲率半径R、轴向长度L1、L2、L3和实心圆形钢坯的外径Bd之间的关系满足下述式(8)～(10)的任一个，(下面也称 为“第6发明”)， 

0.06≤d/Bd≤0.12            ...(10) 

0.020≤(d/2Bd)/(R/L3)≤0.046 ...(8) 

0.5d≤L1+L2≤3d               ...(9) 

(7)根据上述(6)所述的无缝管的制造方法，其特征在于，上述顶头顶端轧制部可更换(下面也称为“第7发明”)。 

在本发明中，所谓“中心部固相率”是指在铸坯中心部固相占有固相和液相总和的比率。 

所谓“缓慢冷却”是指包括自铸坯表面的辐射冷却等的以较慢冷却速度来进行冷却，是指铸坯表面的冷却速度为10℃/分以下的冷却。 

所谓“外径d随着朝向轴向后端而增大的轴向长度L2(mm)的圆柱状”是指外径d随着朝向轴向后端而优选以锥顶角的半角为4°以下增大的轴向长度L2(mm)的圆柱状。 

附图说明

图1是示意性地说明穿孔轧制所使用的锥形的倾斜辊的配置的图。 

图2是说明上述图1的A-A箭头所示的锥形的倾斜辊的配置的图。 

图3是表示由简单的炮弹形状构成的顶头的一个例子的图。 

图4是在本发明B所使用的顶头形状的图。 

图5是示意性说明将顶头配置在绕轧制线相对配置的一对倾斜辊之间而对钢坯进行穿孔轧制的状况的图。 

图6是示意性地表示铸坯横截面的凝固组织和轴心部裂纹的图，图6的(a)是表示发生轴心部裂纹的铸坯中心部被等轴 晶填充的情况，图6的(b)是表示发生轴心部裂纹的铸坯中心部未被等轴晶填充的情况。 

图7是示意性地表示在本发明的连续铸造工序所使用的连续铸造装置的纵截面的图。 

图8是说明钢坯的穿孔轧制的顶头导程以及顶头顶端位置的钢坯外径压下率的图。 

具体实施方式

1.第1发明～第3发明的最佳实施方式

1-1.本发明的无缝管的制造方法，如上所述其特征在于，包括连续铸造工序，该连续铸造工序使圆形铸坯的横截面中央部的至少直径60mm以内的领域全部为等轴晶组织，在中心部固相率处于大于0且1.0以下的范围，一边进行圆形铸坯表面的冷却速度为10℃/分以下的缓慢冷却，一边铸造碳含有率为0.1质量％以下且铸坯横截面的直径超过300mm的圆形铸坯。无缝管的制造方法的特征在于不对上述连续铸造工序所铸造的圆形铸坯开坯轧制地进行穿孔轧制。下面对本发明的方法进一步详细地说明。 

1-1-1.铸坯的凝固组织和内表面缺陷之间的关系

详细观察铸坯和中空管的结果，铸坯的轴心部裂纹与中心部的等轴晶的分布之间存在密切的关系，并且可以发现，铸坯的凝固组织以及与其附随的轴心裂纹、穿孔轧制后的内表面缺陷的发生度之间存在重要的关系。 

图6是示意性地表示铸坯横截面的凝固组织以及轴心部的图，图6的(a)是表示发生轴心部裂纹的铸坯中心部被等轴晶填充的情况，图6的(b)是表示发生轴心部裂纹的铸坯中心部 未被等轴晶填充的情况。 

在图6的(a)中，(下面也简称为情况(a))轴心部裂纹的开口部大而距铸坯中心部的轴心部裂纹的存在范围小。另一方面，在图6的(b)中，(下面也简称为情况(b))轴心部裂纹的开口部小而轴心部裂纹距铸坯中心部存在于宽的范围。此时，轴心部裂纹沿着柱状晶的晶界生成，呈类似于非常细的毛裂纹的状况。 

上述情况(a)与情况(b)的凝固组织以及轴心部裂纹的不同推定为由于如下理由产生的。即，铸坯中心部到达最终凝固区域时，在圆周方向发生因热应力所引起的拉伸应力。该拉伸应力在与铸坯外周部之间的温度差最大的铸坯中心部最大，该拉伸应力提高材料的强度时，在铸坯中心部发生放射状的裂纹即轴心部裂纹。 

在铸坯中心部发生上述圆周方向应力时，铸坯中心部被等轴晶组织，也就是被微细的结晶粒填充的情况下，应力易于分散。与此相对，铸坯中心部是柱状晶组织时，柱状晶组织的结晶粒大，因此应力易于集中在结晶晶界的面上，即使是比较小的应力，也发生裂纹。 

凝固越进行到铸坯中心部，热应力越增大，但在柱状晶区域，以比较小的应力产生微细裂纹，随着应力的释放裂纹到达中心部，因此在中心部不会是很大开口的裂纹。另一方面，在等轴晶的区域，在中心的外周部附近发生的低的应力不发生裂纹，因此，热应力所导致的变形的能量不释放而经过时间的推移蓄积下来。因此，热应力在中心部变得最大时，该应力大幅地提高了材料的强度，发生裂纹。此时，蓄积能量一次释放，因此成为开口很大的裂纹。 

在横截面直径大的铸坯的情况下，判断出使铸坯表面通过 喷水降温等进行强制冷却时，其冷却效果不仅不能到达铸坯内部，而且在冷却结束时的回热在铸坯内部发生很大的拉伸变形，形成更大开口的轴心部裂纹。 

并且，如上所述对内部的凝固组织和轴心部裂纹的形态不同的圆形铸坯进行穿孔轧制时，判断出中空管的内表面缺陷的发生状况不同。也就是说，与如情况(b)那样铸坯中心部未被等轴晶填充的情况相比，如情况(a)那样铸坯中心部被等轴晶填充的情况下，中空管的内表面缺陷的发生显著降低。 

在圆形铸坯的穿孔轧制工序中，即使裂纹的尺寸很微小，如(b)所述那样裂纹从铸坯中心部波及较宽范围的情况示出了易于发生内表面缺陷。该事实是本发明人发现的，是与以往完全不同的新的见解。 

1-1-2.第1发明～第3发明的范围的限定理由以及优选范围

下面对将本发明限定于上述范围的理由以及本发明的优选范围进行说明。 

1)铸坯的C含有率 

C是奥氏体稳定化元素，众所周知C含有率严重地支配铁素体和奥氏体的量比。一般来说，铁素体相的强度小于奥氏体相，根据本发明人的调查，判断出在C含有率为0.1％以下的铸坯中，易于发生起因于铁素体相的上述那样的轴心部裂纹。 

根据上述理由，本发明的前提是即使使用在易于发生轴心部裂纹的钢中C含有率为0.1％以下的钢液来铸造铸坯时，也会发挥效果。 

2)铸坯的尺寸及冷却方法 

显示出铸坯的直径越大，轴心部裂纹发生的倾向性增大，铸坯直径超过300mm时，判断出不仅降低了强制冷却铸坯表面 的二次冷却的效果，相反带来了轴心部裂纹的扩大。因此，大直径的铸坯时，在凝固末期极力避免二次冷却这样的强制冷却，必须进行包括自铸坯表面的辐射冷却等的表面冷却速度为10℃/分以下的缓慢冷却。 

另外，优选将缓慢冷却的冷却速度调整为8℃/分以下。除非进行均热或者保热，在辐射冷却条件下为大约4℃/分以上的冷却速度是现实的。 

3)缓慢冷却位置以及等轴晶化的范围 

通过在凝固末期，具体来说在铸坯的中心部固相率处于大于0且1.0以下的范围时，使铸坯表面缓慢冷却的同时，使铸坯横截面中心部的等轴晶的区域增加，可降低铸坯的轴心部裂纹。另外，上述缓慢冷却优选在铸坯表面温度处于1050～850℃的范围内来进行。 

在横截面直径超过300mm的铸坯中，通过使横截面中央部的至少直径60mm以内的区域全部为等轴晶组织，可将轴心部裂纹抑制在距铸坯横截面的中心半径为15mm以内的区域。由此，本发明的连续铸造工序中，铸坯的横截面中央部的至少直径60mm以内的区域全部为等轴晶组织的同时，中心部固相率处于大于0且1.0以下的范围时，使铸坯表面缓慢冷却。另外，优选中心部固相率处于0.3～0.8的范围来进行缓慢冷却。 

还发现等轴晶区域的宽度可通过变更电磁搅拌的位置和强度、以及铸造温度等进行控制。特别是，铸造温度很重要，优选喂槽(tundish)内的钢液温度低。ΔT(对象钢的温度-对象钢的液相线温度)优选70℃以下。但是，ΔT过小时，发生喷嘴堵塞的问题、铸模内的钢液面凝固的起皮的问题，因此优选该值为20℃以上。 

并且，各种试验结果表明，即使在是上述铸坯不经过开坯 轧制工序等地进行再加热，保持原样地进行了穿孔轧制时，所得到的中空管也几乎不发生内表面缺陷。 

另外，在第3发明中，通过满乃斯曼穿孔轧制方式对由所得到的圆形铸坯构成的钢坯进行穿孔轧制时的最佳条件为辊倾斜角β处于6～16°，钢坯外径压下率处于3～7％的范围。 

1-2.与第1发明～第3发明有关的实施例

为了确认本发明的效果，进行下述连续铸造试验，使用所得到的铸坯进行穿孔轧制使用，对其结果进行评价。 

试验方法

图7是示意性地表示用于实现本发明的连续铸造工序的连续铸造装置的纵截面的图。作为连续铸造装置，使用了圆形钢坯铸造用的弯曲型连续铸造机。从喂槽211经由浸渍喷嘴21注入铸模22内的钢液23被设置在铸模22正下方的顶部区域二次冷却装置27冷却，由支承辊28支承的同时生成凝固壳25，由夹送辊29拉拔而形成铸坯26。生成了凝固壳25的铸坯26被顶部区域二次冷却装置冷却后，再由凝固末期二次冷却装置210进行冷却，完全凝固。 

在此，顶部区域二次冷却装置冷却27具有如下作用：在凝固壳25的厚度薄的区域通过使铸坯26冷却来促进其凝固，防止隆起所导致的变形。顶部区域二次冷却装置冷却27由与铸模22正下方相连的长度2m的空气喷雾机构成，气水比约为50(NL/min-空气/(L/min-水)。水量密度在最大500L/(min·m²)的范围内可调整为任意值。 

凝固末期二次冷却装置210由每一块长度1.2m的块组合5块而成的冷却装置构成，设置在距弯液面24(meniescus)30～36m的位置。该二次冷却装置液采用空气喷雾机，气水比不管水量如何而为恒定的约30(NL/min-空气/(L/min-水)。 水量在水量密度最大100L/(min·m²)的范围内可调整为任意值。 

铸坯26的中心部固相率与凝固壳25内的温度分布通过非稳定传热计算求出。 

将该计算结果与铸坯表面的温度测量、铆接试验的结果进行比较，事先确认了上述计算结果具有高的估计精度。因此，该计算方法可表示每个铸造条件的铸坯的正确的凝固状态。 

为了稳定地确保铸坯的等轴晶，将铸模内电磁搅拌装置212设置在距弯液面约200mm的下方。电磁搅拌装置212的频率为4Hz，最大电流为600A，磁束密度具有最大0.6T(Tesla)的能力。通过使流过电磁搅拌装置212的线圈的电流值变化，使磁束密度变化，可变更搅拌强度，在本铸造试验中，磁场的旋转频率处于3～6Hz的范围。 

并且，说明详细的试验条件。在铸造试验中，试验了具有如下组成成分的钢液：C：0.05～0.07％、Si：0.05～0.3％、Mn：1.2～1.5％、P：0.080～0.015％、S：0.001～0.006％。 

表1

(注)*：表示脱离了本发明(第1发明)规定的范围 

    *1：铸片的中心部固相率大于0且1.0以下间的表面冷却速度的最大值。 

    *2：观察到的整个横截面样品中，存在轴心部裂纹的区域的最大直径。 

    *3：从10根铸片样品的调查求出的每1根的内表面缺陷平均发生个数 

在表1中，所谓冷却速度表示在铸坯的中心部固相率处于大于0且1.0以下的范围的铸坯表面的冷却速度的最大值(℃/min)。 

铸造的铸坯直径为310mm和360mm。铸坯横截面的中心部的等轴晶的填充程度(使等轴晶的存在区域近似圆时的直径)通过变更铸造时的钢液温度和电磁搅拌条件而变化。钢的液相线温度为1520℃，将(钢液温度—液相线温度)的值作为喂槽内 钢液的过热度(℃)。 

通过变更铸造速度和顶部区域的二次冷却条件，调整了凝固末期二次冷却区域的铸坯表面温度和铸坯的中心部固相率的范围。从所得到的圆形铸坯(圆形钢坯)切取稳定铸造速度区域的部分以供铸坯的内部调查和穿孔轧制试验。 

采取了长度2m的铸坯用于铸坯的内部调查，沿长度方向等间隔地采取了10片横截样板而进行镜面研磨后，进行氧化腐蚀，调查了轴心部裂纹和等轴晶的生成状况。等轴晶的填充状况如下这样评价：在铸坯横截面中央部求出了凝固组织只是等轴晶组织所占的区域近似于圆时的直径(mm)，作为等轴晶区域直径。 

按各铸造条件切取了10根长度6m的铸坯用于穿孔轧制试验。将这些穿孔轧制试验用铸坯在加热炉中加热到1200℃后，通过穿孔轧制机(倾斜辊式穿孔轧制机)以辊倾斜角β：8～16°，钢坯外径压下率：3～7％的条件进行了穿孔轧制，从直径310mm的圆形铸坯制造了外径330mm的中空管，从直径360mm的圆形铸坯制造了外径370mm的中空管。对这样得到的中空管通过超声波探伤法调查了内表面缺陷。 

在表1中一并示出了上述等轴晶区域直径、轴心部裂纹长度以及内表面缺陷发生数量。在此，轴心部裂纹长度由在观测的全部横截面样品中轴心部裂纹的存在区域的最大直径(mm)表示，内表面缺陷发生数量以调查的10根铸坯样品的内表面缺陷发生数量为基础求出的平均发生个数(个/根-铸坯)表示。 

试验结果

试验编号A1～A8是对满足本发明A的第1发明规定的条件的本发明例的试验，试验编号A9～A20对不满足第1发明规定的条件至少一个的比较例的试验。

试验编号A1～A8对凝固末期二次冷却以不足10℃/分的冷却速度进行缓慢冷却的结果，铸坯横截面中央部的等轴晶区域的直径为60mm以上，铸坯轴心部的裂纹长度也为30mm以下，是较低的值，为良好的铸坯特性。 

通过对这些铸造试验所铸造的圆形铸坯进行穿孔轧制而得到的中空管的内表面缺陷低为0.1(个/根-圆形铸坯)。 

与此相对，试验编号A9～A16是相对于A1～A8变更了喂槽的钢液过热度以及电磁搅拌的搅拌强度的试验。其结果，铸坯横截面中央部的等轴晶区域的直径不足60mm而不满足第1发明规定的条件，沿着分布于等轴晶外周部的柱状晶的结晶晶界发生很多铸坯的轴心部裂纹，轴心部裂纹的形态呈上述图1(b)的形态。轴心部裂纹长度也比试验编号A1～A8的本发明例显著变长。 

并且，对这些圆形铸坯进行穿孔轧制所得到的中空管的内表面缺陷发生数量为极高的15(个/根-圆形铸坯)以上。 

在试验编号A17～A20中，特别增强电磁搅拌的搅拌强度，铸坯的中心部固相率处于大于0且1.0以下的范围，通过凝固末期二次冷却装置进行利用喷雾机的强制冷却，以25℃/分以上的冷却速度冷却了铸坯表面。其结果，铸坯的横截面中心部的等轴晶的填充状况良好，轴心部裂纹的形态为上述图1(a)所示的形态，但强制冷却的结果，轴心部裂纹扩大。 

并且，对这些圆形铸坯进行穿孔轧制所得到的中空管的肉表面缺陷发生数量低于试验编号A9～A16，但高于试验编号A1～A8的本发明例。 

2.用干实施第4发明的方式

2-1.第4发明的最佳方式 

如上所述，第4发明是一种无缝管的制造方法，其特征在 于，具有穿孔轧制工序，在绕轧制线相对配置的一对锥型的倾斜辊之间沿着轧制线配置有顶头，使由第2发明的圆形铸坯构成的钢坯旋转移动并穿孔轧制，上述倾斜辊圆凿部的辊径Dg(mm)和倾斜辊入口的钢坯与辊开始接触位置的辊径D1(mm)之比Dg/D1、以及从上述钢坯的咬入至到达顶头顶端的钢坯的旋转次数N与钢坯的外径压下率Df(％)之比N/Df满足上述式(1)～(3)的任一个，并且，上述D1与上述钢坯外径Bd(mm)之比D1/Bd满足上述式(4)。下面对本发明的方法进行更详细的说明。 

2-1-1.影响穿孔轧制的主要因素的相互关系

对都满足防止轧制失败的发生、防止中空管的顶部的温度降低所导致的内表面缺陷的发生、防止在整个包括顶部的全长由于过大的旋转锻造效果所导致的内表面缺陷的发生的方法进行了研究，结果发现倾斜辊圆凿部的辊径和倾斜辊入口的钢坯与辊开始接触位置的辊径之比、以及从钢坯的咬入至到达顶头顶端的钢坯的旋转次数N与钢坯的外径压下率之比是极为重要的因素。 

图5是示意性说明将顶头配置在绕轧制线相对配置的一对倾斜辊之间而对钢坯进行穿孔轧制的状况的图。在图5中，倾斜辊1的倾斜角度β以0的状态设定。锥型的倾斜辊1的辊圆凿部1a处于倾斜辊1的入口面1b和出口面1c交叉的位置，是一对倾斜辊1、1的间隙最小的位置。辊圆凿部1a为辊径Dg(mm)。倾斜辊1的入口面1b的形状也可以为2级以上的具有倾斜角度的截面形状，也可以为曲线的截面形状。 

并且，在图5所示的几何学2维平面中，将钢坯3与倾斜辊入口面1b开始接触的A点处的倾斜辊径作为入口辊径D1(mm)表示。以Ld(mm)表示从该点A到顶头2的顶端部位置的与轧 制线X-X平行的方向的距离(轧制线方向的距离)。在该顶头顶端位置的倾斜辊间隙为Rpg(mm)，以θ1表示轧制线X-X与倾斜辊入口面1b之间所形成的角度。 

接着，在钢坯3的外径为Bd(mm)，倾斜角为β(°)时，从咬入至到达顶头顶端的钢坯的旋转次数N以及钢坯的外径压下率Df可由上述式(5)和(6)表示。 

在此，本发明人使用了材质为0.2％C钢的连续铸造铸坯，制作了包括其中心部的外径为70mm和60mm的钢坯，以表2所示的条件进行了穿孔轧制，对咬入不良等轧制失败发生状况和内表面有无缺陷进行了调查。 

并且，对从上述关系式算出的顶头顶端位置的钢坯外径压下率Df、从钢坯的咬入至到达顶头顶端位置的钢坯的旋转次数N以及辊形状进行各种变更，实施了穿孔轧制试验。辊圆凿部的辊径Dg和钢坯与辊开始接触位置的辊径D1之比Dg/D1(下面也简称为“辊径比Dg/D1”)、与从钢坯的咬入至到达顶头顶端的钢坯的旋转次数N与顶头顶端位置的钢坯外径压下率Df(％)之比N/Df(下面也简称为“钢坯旋转次数N与钢坯外径压下率之比N/Df”)之间的关系、还有倾斜辊入口的钢坯的与辊开始接触位置的辊径D1(下面也简称为“入口辊径D1)与钢坯外径Bd(mm)之比D1/Bd的关系表示在表3中。 

表2

  

钢坯外径：Bd(mm)	70、60
		辊圆凿部直径：Dg(mm)	280～410
辊倾斜角：β(°)	6～16

  

辊交叉角：γ(°)	5～30
		Dg/D1	1.05～1.9
N/Df	15～50
		D1/Bd	1.9～5.1
管坯外径(mm)管坯壁厚(mm)	72、628～10

表3 

在表3的评价中，○标记表示在这个中空管的全长没有内表面缺陷的发生，也没有发生轧制失败的情况。●标记表示在中空管发生了肉表面缺陷的情况。×标记表示穿孔轧制20根中有超过3根发生了轧制失败的情况，▲标记表示穿孔轧制20根中 2～3根为轧制失败的情况，△标记表示穿孔轧制20根中1根发生了轧制失败的情况。 

从表3所示的结果可知如下事实，可确认发明效果。即，辊径比Dg/D1在小的范围内，无论钢坯旋转次数N与钢坯外径压下率之比N/Df大或小时，都易于发生内表面缺陷。辊径比Dg/D1在大的范围内，虽可抑制内表面缺陷的发生，但钢坯旋转次数N与钢坯外径压下率之比N/Df小时，发生轧制失败的比率增加。 

并且，入口辊径D1与钢坯外径Bd之比D1/Bd为小的范围，例如不足2.5时，钢坯咬入状态不稳定，多发生轧制失败。 

第4方面是基于上述见解的无缝管的制造方法，如上所述，是使用由第2发明的圆形铸坯构成的钢坯，具有满足式(1)～(3)任一个，并且，满足式(4)的穿孔轧制工序。 

2-1-2第4发明的最佳范围的限定理由

第4发明的无缝管的制造方法中，为了防止在中空管的包括顶部的全长发生内表面缺陷，根据辊径比Dg/D1的范围，具有满足上述式(1)～(3)的任一个的穿孔轧制工序。通常，辊径比Dg/D1的值变大时，虽有效地防止内表面缺陷的发生，但其上限由于设备的制约而被限制。 

例如，辊圆凿部的辊径Dg变大时，设备规模变大，增加设备成本。另一方面，倾斜辊的入口辊径D1变小时，产生进入轧制侧的轴承强度变小等设备的问题，与此同时如表3所示，随着辊径比Dg/D1变大，入口辊径D1与钢坯外径Bd之比D1/Bd变小，与此同时倾向于多发生轧制失败，因此辊径比Dg/D1也存在上限，其上限为1.8。 

在采用实际操作所使用的穿孔轧制机进行的穿孔轧制中， 钢坯外径压下率Df以4～8％为合适的范围进行操作。因此，使咬入时的钢坯旋转次数N与钢坯外径压下率之比N/Df适合于上述式(1)～(3)的任一个时，优选还具备外径压下率Df为4～8％的条件。 

并且，第4发明的无缝管的制造方法其特征在于，为了防止钢坯的咬入不良等轧制失败，具有入口辊径D1与钢坯外径Bd之比D1/Bd满足下述式(4)的穿孔轧制工序。D1/Bd的值不足下限值时，钢坯的咬入时发生滑动等而成为不稳定的咬入状态。在本发明中，未规定D1/Bd的上限，但受到设备的限制，优选6.5以下。 

D1/Bd≥2.5         ...(4) 

在第4发明的无缝管的制造方法中，以锥形的倾斜辊的使用为对象。未以鼓形状的倾斜辊为对象是因为不仅品质方面、能率方面存在差距，而且在鼓形状的倾斜辊的情况下，辊径比Dg/D1被限制在1.03以下，在技术上也难以适用于第4发明的制造方法。 

在第4发明的方法中，即使钢坯为易于发生中心偏析和中心疏松的连续铸造材料、易于发生δ铁素体的含有5％以上的Cr的不锈钢、不是铁而是残存有铜、铜合金等铸造组织、加工性差的材料，也可以发挥显著的效果。 

2-2与第4发明有关的实施例

为了确认第4发明的效果，进行穿孔轧制来制造中空管，调查了其结果。 

使用图1和图2所示的构成的穿孔轧制机，使用由第1发明的试验编号A1的试验所得到的圆形铸坯和试验编号A5的试验所得到的圆形铸坯构成的钢坯，以表4所示的条件实施了穿孔轧制试验。另外，钢成分为：C：0.05～0.07％、Si：0.05～0.3％、 Mn：1.2～1.5％，圆形铸坯的外径分别为310mm和360mm。 

表4 

  

钢坯外径：Bd(mm)	310、360
		辊喉部直径：Dg(mm)	1300～1450
辊倾斜角：β(°)	6～16
		管坯外径(mm)	330、370
穿孔比	1.6～3.5

通过穿孔轧制制造的中空管的结果表示在表5中。表5的内表面缺陷发生状况的◎标记表示中空管的每单位长度1m的内表面缺陷的个数为1个以下的情况，○标记表示中空管的每单位长度1m发生的内表面缺陷的个数为3个以下的情况，并且×标记表示中空管的每单位长度1m发生的内表面缺陷的个数超过3个的情况。轧制失败发生率(％)是以各辊的设定和轧制条件使用20根钢坯进行了穿孔轧制的结果，由发生的根数的比率表示。 

表5

(注)^*标记表示脱离了第4发明规定的范围。 

根据表5所示的结果，试验编号B1～B5中，根据辊径比Dg/D1的值，满足上述式(1)～(3)的任一个的同时，也满足式(4)的条件，因此不发生轧制失败，可防止在整个中空管的全长发生内表面缺陷。 

另一方面，试验编号B6～B9中，无法满足上述式(1)～(3)的任一个，或式(4)的条件，因此发生了中空管的内表面缺陷和咬入不良。 

3.用于实施第5发明～第7发明的方式

3-1.第5发明～第7发明的最佳方式 

第5发明的一种无缝管的制造方法，如上所述，其具有使用顶头通过倾斜式穿孔轧制机对由第2发明的圆形铸坯构成的外径Bd的实心圆形钢坯进行穿孔轧制的工序，该顶头包括：顶端轧制部，其为外径d在整个轴向相等或外径d随着朝向轴向后端而增大的轴向长度L2的圆柱状，其顶端面形成曲率半径r、轴向长度L1的球面状；轴向长度L3的工作部，该工作部与该顶端轧制部连续而形成外径随着朝向轴向后端而增大那样的曲率 半径R的圆弧旋转面；轴向长度L4的整径部，该整径部与该工作部连续，外径随着朝向轴向后端的最大直径D而增大地形成的锥台状，上述顶头的外径d、曲率半径R、轴向长度L1、L2、L3和实心圆形钢坯的外径Bd之间的关系满足上述式(7)～(9)的任一个。 

在此，使用了上述顶端轧制部的1100℃的拉伸强度为50MPa以上的顶头时，是替代上述式(7)，满足上述(10)的无缝管的制造方法。下面，对第5发明～第7发明的方法进行详细地说明。 

图8是说明钢坯的穿孔轧制的顶头导程以及顶头顶端位置的钢坯外径压下率的图。在本发明的说明中，如图8所示，顶头导程PL是指从锥型倾斜辊1的辊圆凿部1a的位置到顶头2的顶端位置之间的距离。另外，图8中的RO是辊圆凿部1a的位置处的倾斜辊1与1之间的最短距离。 

因此，在图8中，将顶头设定为顶头导程PL变小时，与此同时以上述式(6)定义的值变大，因此如上所述，可以将顶头导程设定为小的情况说成将顶头顶端的钢坯外径压下率设定为大的情况。 

本发明人为了起到本发明的效果，说明了优选满足上述(e)～(f)所示的条件的情况，并且，更优选满足下述条件。 

在上述第5发明和第6发明中，顶端轧制部的外径d、轴向长度L2的圆柱状部分未必需要在整个轴向直径相等，考虑再次切削和热处理而再使用，也可以为随着从外径d的轴向的顶端朝向后端而增大的锥顶角的半角为4°以下的锥台状。 

并且，整径部是为了使材料的壁厚恒定所设置的部位，在此不主动进行壁厚加工。因此，整径部的角度优选与辊出侧的面角大致相同。

顶头顶端轧制部必须具有规定高温强度的部位是顶头的顶端轧制部。因此，将顶头分开成用于顶端轧制部的构件和构成工作部和整径部的基材，这是有效的。 

通常，作为顶头的基材优选使用0.5％Cr-1.5Ni-3.0％W系钢。作为用于顶端轧制部的构件，优选使用含有W、Mo的高强度钢、Nb-10％W-2.5％Zr的Nb合金或Mo-0.5％Ti-0.08％Zr的Mo合金。由于这些可充分满足所要求的高温强度。此时，从氧化皮的密着性和顶头寿命的方面来看，基材的氧化皮厚度优选200μm～1000μm的范围。 

并且，作为顶端轧制部所使用的构件，也可使用在基材上形成厚氧化皮的构件。形成厚氧化皮来覆盖构件表面，由此可确保耐热性，有效地抑制熔损，同时厚氧化皮也在穿孔轧制时的润滑性方面发挥优良的作用。 

3-2.与第5发明～第7发明有关的实施例

实施例1

在实施例1中，以第1发明的试验编号A1所制造的圆形铸坯切削出包括其中心部的外径为70mm的钢坯后，对其进行穿孔轧制，由此，确认第5发明的无缝管的制造方法的效果。作为使用的顶头，准备上述图3所示形状的2区域型顶头(two zoneplug)和上述图4所示形状的顶头，图6示出了这些顶头各部的尺寸。在此，顶头编号C8为2区域型顶头。全部顶头的材质为0.5％Cr-1.5Mo-3.0％W系的合金钢。 

表6

(注)D、d、L1～r和R的单位为(mm)，θ的单位为(°)。 

^*标记表示脱离了第5发明规定的范围。 

穿孔轧制机的倾斜辊(主辊)都设定为辊圆凿部的外径为410mm、倾斜角β为0°、交叉角γ为后述的各角度的状态下，准备了倾斜辊的入侧面和平行于轧制线X-X的直线形成的角度即入侧面角、倾斜辊的出侧面和平行于轧制线X-X的直线形成的角度即出侧面角都为3.5°的锥型辊。倾斜辊的入侧径和出侧径为每个后述的交叉角γ(5°、10°、15°)都不同的直径。 

将上述顶头和倾斜辊如图5所示那样安装在穿孔轧制机上，从通过第1发明的连续铸造工序所铸造的圆形铸坯，将包括其中心部的外径为70mm、长度为700mm、具有C：0.05％～0.07％、Si：0.05～0.3％、Mn：1.2～1.5％的钢成分的钢坯加热到1250℃后，进行了制造外径为75mm、壁厚6mm、长度2100mm的中空管的穿孔轧制试验。 

穿孔轧制试验之际，主辊的倾斜角β全部为10°，锥型倾斜辊的交叉角γ分别为5°、10°和15°。顶头顶端钢坯外径压下率Df变化为3％、4％、5％、6％、和7％这5级。在表7中示出了那时的倾斜辊间的最短距离RO、顶头导程PL以及顶头顶端位置的倾斜辊间隙Rpg的设定尺寸。表8示出了其试验结果。 

表7

(注)RO、PL和Rpg的单位为mm。 

表8 

(注)◎标记表示内表面缺陷完全没有发生 

○标记表示内表面缺陷的发生在5个部位以内，即轻微的情况。 

×标记表示内表面缺陷的发生超过5个部位，大量发生的情况。 

M标记表示钢坯有点轧制失败，但可轧制。 

W标记表示钢坯轧制失败，无法轧制。 

P标记表示顶头的顶端发生了熔损。 

^*标记表示脱离了第5发明规定的范围。 

在使用满足第5发明规定的条件的顶头编号C1～C4顶头时，顶头顶端位置的钢坯外径压下率Df即使低为3％，根本不会引起咬入不良，能得到完全没有内表面缺陷或缺陷极少的品质好的中空管。 

对此，使用不满足第5发明规定的条件的顶头编号C5、C6及2区域型的顶头编号C8的顶头时，钢坯外径压下率Df为3％，都成为咬入不良。使用不满足第5发明规定的条件的顶头编号C7的顶头时，顶头顶端部熔损。 

使用满足第5发明规定的条件的顶头时，在倾斜辊的交叉角γ为5°的穿孔轧制机中，内表面缺陷完全没有发生的钢坯外 径压下率Df的最大值为3％，增大交叉角时，可扩大内表面缺陷完全没有发生的钢坯外径压下率Df的上限。 

对此，使用不满足第5发明规定的条件的顶头时，无法完全抑制内表面的缺陷。 

实施例2

在实施例2中，使用实机的穿孔轧制机对由通过第1发明的连续铸造方法所制造的圆形铸坯构成的钢坯进行穿孔轧制试验，检验了第5～第7发明的无缝管的制造方法的效果。 

由以第1发明的试验编号A1所制造的圆形铸坯构成的、外径为310mm、长度为5600mm、具有C：0.05％～0.07％、Si：0.05～0.3％、Mn：1.2～1.5％的钢成分的钢坯加热到1250℃后，进行了制造外径为325mm、壁厚48mm、长度10000mm的中空管的穿孔轧制试验。 

作为使用的顶头，准备了上述图4所示形状的3种顶头以及图3所示的2区域型顶头。表9示出了这些顶头的各部的尺寸。 

表9 

(注)D、d、L4～r和R的单位为(mm)，θ的单位为(°)。 

表10和表11示出了倾斜辊间的最短距离R O、顶头导程PL以及顶头顶端位置的倾斜辊间隙Rpg的设定尺寸。 

表10

(注)RO、PL和Rpg的单位为mm。 

表11 

(注)RO、PL和Rpg的单位为mm。 

用于试验的穿孔轧制机的倾斜辊的辊圆凿部的外径为1400mm，交叉角γ为20°，入侧面角为3°，并且出侧面角为4°。顶头顶端钢坯外径压下率Df在2.0％～7.0％的范围内变化为7级。 

顶头的顶端轧制部之外的基材都为3.0％Cr-1.0％Ni系钢，使用了其强度以1100℃的拉伸强度表示为30MPa的材料。顶端轧制部的材质和物理特性等如下所述。顶头编号C9和C10使用了在3.0％Cr-1.0％Ni钢基材上形成了氧化皮的构件。与顶头编号C11相同形状的顶头编号C11-1使用了在0.5％Cr-1.5％Mo-3.0％W系合金钢上形成了氧化皮的构件，同编号的C11-2使用了Nb-10.0％W-2.5％Zn的Nb合金的构件，与顶头编号C12相同形状的顶头编号C12-1使用了在0.5％Cr-1.5％Mo-3.0％W系合金钢上形成了氧化皮的构件，并且，相同编号C12-2使用了Mo-0.5％Ti-0.08％Zr的Mo合金。 

表12示出了使用的顶头顶端轧制部的材质、顶端轧制部的1100℃的拉伸强度以及基材的氧化皮厚度的测量结果。此时的 氧化皮处理在1000℃～1100℃的温度范围内进行，通过调整氧化皮厚度处理时间来进行调整。顶头的构造为可替代顶端轧制部的构造。 

表12 

(注)◎标记表示内表面缺陷完全没有发生。 

○标记表示内表面缺陷的发生在5个部位以内，即轻微的情况。 

×标记表示内表面缺陷的发生超过5个部位，大量发生的情况。 

M标记表示钢坯有点轧制失败，但可轧制。 

W标记表示钢坯轧制失败，无法轧制。 

P标记表示顶头的顶端发生了熔损。 

从表12的结果可知如下事实。使用满足第5发明规定的条件的顶头编号C9的顶头时，钢坯外径压下率Df为2.5％时的咬入有不良的趋势，但可进行轧制，可抑制内表面缺陷。与对相此，使用顶头编号C10的以往的2区域型顶头时，Df为4.0以下就不可能轧制，无法抑制内表面缺陷的发生。 

使用满足第6发明规定的条件的顶头编号C11-2和C12-2的顶头时，可稳定地进行钢坯外径压下率Df以下的穿孔轧制，可抑制内表面缺陷的发生。与此相对，使用顶头顶端轧制部的1000℃的拉伸强度不满足第6发明规定的条件、氧化皮厚度也只具有通常的厚度的顶头编号C11-1的顶头时，顶头发生熔损，无法抑制内表面缺陷的发生。 

使用顶头顶端轧制部的拉伸强度虽不足50MPa，但形成有 比通常厚的氧化皮的顶头编号C12-1时，可抑制顶头的熔损，可抑制内表面缺陷的发生。但是，使用同一顶头而钢坯外径压下率Df为2.0％时，产生了顶头的熔损。这理由在于通过减小Df，降低钢坯的推进力，延长了轧制时间。 

工业实用性 

本发明的无缝管的制造方法包括可铸造显著地降低了成为中空管的内表面缺陷发生的主要原因的铸坯的轴心部裂纹的圆形铸坯的连续铸造工序、对由上述圆形铸坯构成的圆形钢坯进行穿孔轧制来制造中空管的穿孔轧制工序，因此可并存防止轧制失败的发生、防止中空管内表面缺陷的发生这两种效果，在高生产率的前提下，可制造内表面缺陷少的高品质的制品。 

特别是，根据倾斜辊的辊圆凿部的辊径与倾斜辊的入口辊径之比，将钢坯旋转次数与钢坯外径压下率之比调整到最佳范围的条件下，对上述圆形钢坯进行穿孔轧制，由此可无轧制失败地制造内表面缺陷更少的无缝管。作为穿孔顶头使用大致圆柱状且顶端面具有球面状的顶头顶端轧制部的最佳形状的顶头，由此完全不会产生钢坯的咬入不良，可制造具有更高品质的无缝管。因此，本发明的方法可作为以高生产率为前提制造内表面品质良好的无缝管的方法而广泛利用。

Claims (7)

1.一种无缝管的制造方法，其特征在于，包括连续铸造工序，该连续铸造工序使圆形铸坯的横截面中央部的至少直径60mm以内的领域全部为等轴晶组织，同时在中心部固相率处于大于0且小于等于1.0的范围，一边进行圆形铸坯表面的冷却速度为10℃/分钟以下的缓慢冷却，一边铸造碳含有率为0.1质量％以下且铸坯横截面的直径超过300mm的圆形铸坯。

2.一种圆形铸坯，其特征在于，其是通过权利要求1所述的连续铸造工序所铸造的圆形铸坯，在铸坯中心部所发生的轴心部裂纹存在于距铸坯横截面的中心半径为15mm以内的区域。

3.一种无缝管的制造方法，其特征在于，

包括对权利要求2所述的圆形铸坯不进行开坯轧制而进行穿孔轧制的工序。

4.一种无缝管的制造方法，其特征在于，

具有穿孔轧制的工序，在该工序中，在绕轧制线相对配置的一对锥形的倾斜辊之间沿着轧制线配置有顶头，使由权利要求2所述的圆形铸坯构成的钢坯旋转移动并且进行穿孔轧制；上述倾斜辊圆凿部的辊径Dg(mm)和倾斜辊入口处的钢坯与辊开始接触位置的辊径D1(mm)之比Dg/D1、以及从上述钢坯的咬入至到达顶头顶端的钢坯的旋转次数N与钢坯的外径压下率Df(％)之比N/Df满足下述式(1)～(3)的任一个，并且，上述D1与上述钢坯外径Bd(mm)之比D1/Bd满足下述式(4)，

Dg/D1＜1.1时，

23≤N/(Df/100)≤40…(1)

1.1≤Dg/D1＜1.5时

20≤N/(Df/100)≤44…(2)

1.5≤Dg/D1≤1.8时

20≤N/(Df/100)≤48…(3)

D1/Bd≥2.5        …(4)

其中，Ld为从钢坯咬入点到顶头顶端部的轧制线方向的距离(mm)，β为倾斜辊的倾斜角(°)以及Rpg为顶头顶端位置的倾斜辊间隙(mm)时，下述式(5)和(6)的关系成立，

N＝Ld/(π·Bd·tanβ)   …(5)

Df＝{(Bd-Rpg)/Bd}×100  …(6)。

5.一种无缝管的制造方法，其特征在于，

具有使用顶头采用倾斜式穿孔轧制机对由权利要求2所述的圆形铸坯构成的外径Bd(mm)的实心圆形钢坯进行穿孔轧制的工序，该顶头包括：顶端轧制部，其为外径d(mm)在整个轴向相等或外径d随着朝向轴向后端而增大的、轴向长度L2(mm)的圆柱状，其顶端面形成为曲率半径r(mm)、轴向长度L1(mm)的球面状；轴向长度L3的工作部，该工作部与该顶端轧制部连续，由曲率半径R(mm)的圆弧旋转面使得该工作部的外径随着朝向轴向后端去而增大；轴向长度L4(mm)的整径部，该整径部与该工作部连续，外径随着朝向轴向后端的最大直径D(mm)去而增大地形成锥顶角2θ(°)的锥台状，上述顶头的外径d、曲率半径R、轴向长度L1、L2、L3和实心圆形钢坯的外径Bd之间的关系满足下述式(7)～(9)的任一个，

0.12≤d/Bd≤0.35            …(7)

0.020≤(d/2Bd)/(R/L3)≤0.046…(8)

0.5d≤L1+L2≤3d             …(9)。

6.一种无缝管的制造方法，其特征在于，

具有使用顶头采用倾斜式穿孔轧制机对由权利要求2所述的圆形铸坯构成的外径Bd(mm)的实心圆形钢坯进行穿孔轧制的工序，该顶头包括：顶端轧制部，其为外径d(mm)在整个轴向相等或外径d随着朝向轴向后端去而增大的轴向长度L2(mm)的圆柱状，其顶端面形成为曲率半径r(mm)、轴向长度L1(mm)的球面状；轴向长度L3的工作部，该工作部与该顶端轧制部连续，由曲率半径R(mm)的圆弧旋转面使得该工作部的外径随着朝向轴向后端去而增大；轴向长度L4(mm)的整径部，该整径部与该工作部连续，外径随着朝向轴向后端的最大直径D(mm)去而增大地形成锥顶角2θ(°)的锥台状，该顶头至少上述顶端轧制部的1100℃的拉伸强度为50MPa以上，上述顶头的外径d、曲率半径R、轴向长度L1、L2、L3和实心圆形钢坯的外径Bd之间的关系满足下述式(8)～(10)的任一个，

0.06≤d/Bd≤0.12            …(10)

0.020≤(d/2Bd)/(R/L3)≤0.046…(8)

0.5d≤L1+L2≤3d             …(9)。

7.根据权利要求6所述的无缝管的制造方法，其特征在于，

上述顶头的顶端轧制部可更换。

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