CN1064276C

CN1064276C - 无缝钢管的制造方法及其制造设备

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Publication number: CN1064276C
Application number: CN95195732A
Authority: CN
Inventors: 近藤邦夫; 冈田康孝; 谷本征司
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 2001-04-11
Anticipated expiration: 2015-10-20
Also published as: MX9702792A; EP0787541B1; CN1161010A; WO1996012574A1; EP0787541A4; DE69525171T2; EP0787541A1; US5873960A; DE69525171D1

Abstract

本发明的目的在于提供一种制造无缝钢管的方法以及用于实施该制造方法的制造设备，该方法可以通过简化的制造工序和制造设备以低的制造成本制造具有良好的生产性和优于现有产品的性能的无缝钢管。

本发明的制造方法由包括依次连续的下述①～⑧的工序构成，从钢坯制造到产品的工序和制造设备由连续的一条线路连接。

①由连续铸造法制造横断面形状为圆形的钢坯的工序；

②将钢坯冷却到Ar₁相变点以下温度的工序；

③将钢坯加热到可穿孔的温度的工序；

④以200/秒以下的应变速度进行穿孔轧制、制造空心管坯的工序；

⑤通过连续延伸轧机和精轧机直接连接地配置的轧机、以预定的平均应变速度、加工度以及终轧温度对空心管坯进行延伸轧制和精轧从而制造钢管的工序；

⑥在Ar₃相变点以上的温度对钢管进行再结晶处理的工序；

⑦从Ar₃相变点以上的温度对钢管进行淬火的工序；

⑧对钢管进行回火处理的工序。

Description

无缝钢管的制造方法及其制造设备

本发明涉及一种无缝钢管制造方法以及实施该方法的制造设备。更具体地说，涉及一种可以通过简化的而且连续化的制造工序和制造设备以良好的生产性低成本地制造具有优良的强度、韧性以及耐腐蚀性等性能的无缝钢管的方法以及用于实施该方法的制造设备。

在油井管、管线用管、换热器用管、配管、轴承用管等用途方面采用无缝钢管。作为其材质，主要是以碳素钢、含Cr、Mo等合金成分的低合金钢、高Cr不锈钢等为对象。在这些无缝钢管的制造中，经常使用满乃斯曼芯棒式无缝管轧机方式。对于采用满乃斯曼芯棒式无缝管轧机方式的无缝钢管制造来说，由于在穿孔轧制工序进行严酷的加工，对产品要求有高性能，所以一般制造工序极为复杂。

图1示出满乃斯曼芯棒式无缝管轧机方式的制造工序的一例。从钢锭到产品之间有多道工序，对于被加工材料反复进多种加工与加热、冷却。图1中虚线所示为伴随工序间运送、一时堆放等处理的线路变更，在满乃斯曼芯棒无缝管轧机方式的制造工序中，多次进行线路变更。因此，制造无缝钢管需要具有高功能的多个设备和大量的能量。因此，制造成本高是其固有的问题。

为了降低制造成本，需要提高生产性，降低设备费用、减少运行费用。更为具体地说，在简化制造工序和制造设备的同时制造具有优于现有产品质量的性能的产品，是无缝钢管制造所要解决的问题。

为了解决这些课题，对无缝钢管的制造开发了多种多样的技术。特别是在图1所示工序内的延伸轧制和精轧阶段以及使作为精轧后产品的钢管具有预定性能的热处理阶段，提出了多种方案。

对于从钢锭制造横断面为圆形的钢坯的工序，提出这样的方案，即，由连续铸造法制造圆形钢坯，省略开坯轧制或锻造工序。例如，在日本专利公报特开昭63-157705号中公开了这样一种无缝钢管的制造方法，即，由连续铸造法制造横断面形状为圆形的钢坯，对该钢坯进行穿孔后进行延伸轧。但是，这里提出的方法在用于穿孔轧制的钢坯加热条件和以作为倾斜轧辊穿孔轧机的穿轧机进行穿孔轧制的条件中没有进行充分的技术改进。因此，穿孔时易在穿孔材中产生裂纹。

从工序连续化的观点出发，“铁与钢，第71年(1985年)第8号，965～971页”中公开了一种将作为连续延伸轧机的芯棒式无缝管轧机与作为精轧机的脱管定径机直接连接的制造设备。但是，这种设备不过是为了确保淬火温度而将连续延伸轧机与精轧机直接连接。因此，由于在精轧后的高温状态淬火，所以晶粒产生粗大化，存在作为产品的钢管的韧性下降的问题。

对于用于使精轧后的钢管具有产品所要求的预定性能的热处理工序，也有多种提案。无缝钢管要求具有高可靠性和高性能。因此，如图1所示，通常，由决定产品质量的淬火和回火处理组成的热处理以能够进行严格管理的离线方式进行。因此，设置与制管线路分开的淬火装置和回火炉。包括这样的离线处理的制造方法对制造设备的简化以及能量节省是一个大的障碍。

为此，近年来在无缝钢管的制造中，尝试着采用利用精轧后的被加工材所保有的热量进行在线淬火的即所谓直接淬火的方法。采用直接淬火法，就不需要离线的淬火装置，并且由于可简化制造工序，所以还可以大幅度地降低成本。

例如，在日本专利公报特开昭56-166324号、特开昭58-120720号、特开昭58-224116号、特开昭59-020423号、特开昭60-033312号、特开昭60-075523号、特开昭62-151523号中，公开了一种在无缝钢管制造工序中于精轧后立即对钢管进行强制冷却的直接淬火法。然而，实际上，由这一种直接淬火法制造的产品得不到与由现有离线淬火获得的产品等同的质量。也就是说，与由现有方法制造的产品相比，存在由于晶粒粗大从而韧性和耐腐蚀性不好的问题。

为了细化钢的晶粒度，提出了在线对被加工材进行加工热处理的技术。例如，特开昭56-003626号公报公开的在粗轧(延伸轧制)与精轧中间组合进冷却和再加热的工序的方法，特开昭58-091123号公报、特开昭58-104120号公报、特开昭63-011621号公报以及特开平04-358023号公报公开的在精轧后进行组合冷却和再加热的处理的方法，特开昭58-117832号公报公开的在轧制途中(延伸轧制与精轧之间)以及轧制后(精轧)两次进行冷却和再加热的方法。上述这些处理方法都是在在线状态组合冷却和再加热，其特征是从奥氏体到铁素体的相变和铁素体到奥氏体的逆向相变共反复进行2次以上。

上述方法对于作为被处理材的钢管来说都需要强制冷却到相变开始或结束的温度区域，并且需要再加热到继续进行的逆向相变结束的温度区域。因此，在上述方法中，存在着由于消费能量多而使能量费用高以及由于制造设备复杂而使制造设备的建设费用高的问题。另外，对于由直接淬火法制造的无缝钢管的机械性能来说，强度等的偏差大。这是由于在钢管的长度方向或制造批量间淬火温度不均所造成的。因此，存在难以以良好的生产性大量制造质量均匀的无缝钢管的问题。这样，上述方法与由现有的离线淬火的方法相比，不仅在设备费用以及运行费用方面看不出优越性，而且产品性能还差。

另一方面，在无缝钢管的制造方法中，当将各工序离线地独立配置时，由于工序间的处理速度不同，所以需要存放钢坯等被加工材料的空间。例如，由于需要用于保管作为穿孔轧制用坯料的钢坯的钢坯堆放场所和暂时保管热处理前的钢管的场所，所以必须确保大的空间。另外，还需要在各工序间运送坯料的装置，需要吊车、卡车等辅助运送设备等许多运送装置。

如上所述，对于现有的方法来说，不能满足通过简化的制造工序和制造设备以高生产性以及低廉的制造成本制造性能优良的无缝钢管的要求。

本发明的制造方法由包括依次连续的下述①～⑧的工序构成，从钢坯制造到产品的工序在线地进行连接。

①由连续铸造方法制造横断面形状为圆形的钢坯的工序；

②将上述钢坯冷却到Ar₁相变点以下温度的工序；

③将冷却到Ar₁相变点以下温度的上述钢坯加热到可进行穿孔的温度的工序；

④将加热到可进行穿孔的温度的钢坯以200/秒以下的应变速度进行穿孔轧制、制造空心管坯的工序；

⑤通过连续延伸轧机的精轧机直接连接地配置的轧机、在平均应变速度为0.01/秒以上、加工度为10％以上、终轧温度为800～1050℃的条件下对上述空心管坯进行延伸轧制和精轧、制造钢管的工序；

⑥在Ar₃相变点以上的温度对上述钢管实施再结晶处理的工序；

⑦以Ar₃相变点以上的温度对上述钢管进行淬火处理的工序；

⑧对淬火后的上述钢管实施回火处理的工序。

另外，用于实施本发明的制造设备按照上述工序将各装置连续连接地进行配置。

按照本发明的无缝钢管制造方法和制造设备，可以以低的制造成本制造生产性良好而且具有优于现有产品的性能的无缝钢管，所以本发明对于工业性无缝钢管的制造非常有价值。

图1为示出现有无缝钢管制造工序的1个例子的图。

图2为示出本发明的无缝钢管制造工序的图。

图3为模式地示出本发明无缝钢管制造设备配置的图。

图4为示出本发明实施例所用试验用钢坯的化学成分和相变点的图。

图5为示出针对由实施例的试验1所得到的空心管坯测定最大裂纹发生深度的结果的图。

图6为示出实施例的试验2中穿孔轧制、延伸轧制以及精轧的图。

图7为示出实施例的试验2的再结晶条件、淬火条件以及回火条件的图。

图8为示出针对由实施例的试验2得到的试验材调查材料的强度、晶粒度以及耐蚀性的结晶的图。

本发明人为了解决上述问题，对无缝钢管制造工序的简化以及各工序中的最佳处理条件反复进行了实验研究。其结果，在本发明者获得的新认识的基础上，完成了可以解决所有问题的以下制造方法和制造设备。

图2示出本发明的制造工序。本发明的基本技术思想如下。

①钢坯通过连续铸造法制造成横断面形状为圆形的钢坯。通过这一方法，可以省略在钢锭或方形连续铸造钢坯作为坯料的场合中所需要的开坯、轧制或锻造工序。

②在为了穿孔轧制而进行的加热之前，将铸造的钢坯一度冷却到Ar₁相变点以下的温度。通过这一冷却，在下一次加热中有效地使晶粒细化。通过细化晶粒，即使在严酷的穿孔轧制中也可以防止被穿孔材产生裂纹。

③在将钢坯冷却到Ar₁相变点以下后，将其加热到可进行穿孔轧制的温度。通过在Ar₁相变点以下尽可能高的温度开始加热钢坯，可充分利用铸造时所含有的热量。由这一处理可以大幅度地节约加热炉中加热时所需要的能量。另外，与将钢锭或方形连续铸造材作为坯料的方法相比，可以大幅度地缩小保管场所。

④穿孔轧制中，采用倾斜轧辊穿孔轧制法。在这一穿孔轧制时，通过选择适当的应变速度，可以防止被穿孔材产生裂纹。

⑤在穿孔轧制后的连续延伸轧制以及精轧中，将两者的轧机在同一条线上串联靠近地配置。通过这一配置，可以抑制被轧制材的温度下降，并能有效地累积加工变形。由这一方法，在下一道工序的再结晶处理中，可以使晶粒显著细化。

⑥在精轧后直到淬火这一期间，对作为被处理材的钢管进行再结晶处理，即，通过在此运送期间的缓冷和保温、加热进行再结晶处理。通过上一工序中被加工材的加工变形累积和本工序的处理，可以有效地使晶粒细化。另外，根据需要，在该工序设加热炉，使得可以调整钢管的温度。通过调整钢管温度，不仅可以减少钢管长度方向以及制造批量间淬火温度的偏差，而且可以升温或降温而控制其温度，从而控制碳氮化物等的析出。因此，即使是同一材质也可以控制其强度，另外还可抑制再结晶晶粒的粗大化。

⑦对于已经适当地调整晶粒直径以及析出物量的钢管，不冷却到Ar₃相变点以下，而是立即从Ar₃相变点以上的温度进行淬火。

⑧接着由设在同一条线上的回火炉进行回火。

通过⑥～⑧的一连串处理，与现有产品相比，可以提高韧性以及耐腐蚀性等性能。

本发明就是要实现上述基本技术思想。

图3是用于实施本发明方法的制造设备的配置模式图。下面将参照前面所示的图2和图3针对各道工序详细说明本发明的内容。

工序① 钢坯的制造

横断面为圆形的钢坯通过连铸机进行制造，该连铸机具有钢水注入部横断面形状为圆形的铸型。铸型的内径根据钢坯的外径进行选择，而该钢坯的外径根据要制造的钢管的外径加以确定。在该条件下连续地铸造具有预定外径和长度的钢坯。

图3中的符号1为连铸机，该连铸机的铸型在钢水注入部的横断面形状为圆形，并且该连铸机具有可以根据铸造的钢坯的外径更换铸型的结构。由该连铸机连续地铸造具有相应于制管方法的直径的圆形坯。而且，在钢坯铸造部之后还设有切割装置，以在钢坯中心部的凝固基本结束或完全结束后将钢坯切割成预定的长度。另外，为了改善钢坯的铸造组织等，连铸机也可具有对钢坯施加轻度压下加工的辊架。在这一场合，辊架设在钢坯的切割装置之前或之后。

工序② 钢坯的晶粒细化处理(冷却)

将铸造成的钢坯一度冷却到Ar₁相变点以下室温以上的温度。其理由是为了获得能承受穿孔工序中的严酷加工的热加工性，该穿孔工序通过后道工序的倾斜轧辊穿孔轧机(以下称为穿孔机)进行。为了提高钢坯的热加工性，需要对钢坯的金相组织进行晶粒细化。在本发明中，通过一度将钢坯冷却到从奥氏体相到铁素体相的相变终了温度的Ar₁相变点以下的温度，随后进行用于进行钢坯穿孔的加热，使金相组织晶粒细化。为了使下一道工序中钢坯加热所需能量尽可能少，此时的冷却温度最好为在Ar₁相变点以下的、接近Ar₁相变点的温度。但是，冷却温度的下限即使在室温以上也没有问题。为了冷却钢坯，可以在连铸机与后面工序的钢坯加热炉之间设置钢坯温度降到Ar₁相变点以下所需距离或设置对钢坯进行强制冷却的装置。

作为构成图3所示本工序的装置，示出由横向运送形式的运送通道2和由钢坯加热炉3构成的例子。如上所述，运送通道2的长度可以是铸造钢坯温度降低到Ar₁相变点以下所需的距离。当工厂布置等产生制约使得不能设置上述那样的距离时，可以通过在运送通道2的途中设置强制的冷却装置进钢坯进行冷却的方法加以解决。

工序③ 钢坯的加热

在该工序，在加热炉3中对钢坯进行充分加热和均热，使其达到可在下一道工序用穿孔轧机即穿孔机5进行穿孔轧制的温度。最佳的加热温度根据材质的不同而不同，它通过考虑要进行穿孔轧制的材料的高温延展性、高温强度等特性进行确定。加热温度通常在1100～1300℃的范围内。

钢坯加热炉3可以采用钢坯横向运送型的炉。由于通过提高加热炉中钢坯的装入充填率可以提高钢坯的加热效率，所以最好使钢坯长度尽可能地长。因此，使其为穿孔轧制时钢坯长度的多倍的长度。在这一场合，在钢坯加热炉3与穿孔机5之间设置气割装置、热锯等切割装置4a，将钢坯切割成规定的预定的长度后，将钢坯供给穿孔机5。另外，如切割时钢坯的温度下降得太多，也可在切割装置之后设置例如隧道式感应加热炉等那样的、可在短时间对钢坯进行加热、升温的辅助加热装置4b，对钢坯进行升温加热。

工序④ 穿孔轧制

在本发明中，用穿孔机5对没有进行热轧的处于铸造状态的钢坯进行穿孔轧制，制造空心管坯。由于穿孔轧制是极为严酷的加工，所以在穿孔过程中被穿孔材极易产生缺陷。作为对策，在本发明的场合是通过细化钢坯金相组织并在将应变速度限制在200/秒以下的条件下穿孔来抑制缺陷发生的。因此，在本发明中，将穿孔轧制时的应变速度设在200/秒以下是必要条件。

在这里，应变速度为由下式定义的速度。

(被加工材在加工前的断面面积/被加工材在加工后的断面面积)/加工所需时间，时间单位：秒

对于热加工性差的材质，最好在尽可能高的温度下穿孔。为此，最好在紧靠穿孔机5的前面设置上述的隧道式感应加热装置等辅助加热装置4b，对钢坯进行升温。

应变速度只要在200/秒以下即可，对其下限没有特别限制。但是，当应变速度不到0.1/秒时，穿孔机5的芯棒、导块等工具的寿命显著变短，所以最好设在0.1/秒以上。

作为穿孔轧机的穿孔机5只要是倾轧辊穿孔轧机，采用什么样的类型都可以。其中，对于本发明来说，可以进行薄壁穿孔以及高扩管率穿孔的交叉型倾斜轧辊穿孔轧机尤为适合。其原因是这样的，由于可从1种外径的圆形坯穿孔成直径大的多种尺寸的空心管坯，所以易于统一集中所需钢坯的尺寸。

结束穿孔轧制工序时空心管坯的温度随材质、穿孔条件等而不同，但通常大约为1050～1250℃。

工序⑤ 延伸轧制、精轧

通过横向运送形式的运送通道6将空心管坯运送到设于其终端部的连续延伸轧机(芯棒式无缝管轧机)7的入口侧辊道上。在这里，首先将芯棒插入该管内，芯棒的后端由芯棒杆保持器加以约束和保护。随后由连续延伸轧机7和精轧机8在平均应变速度0.01/秒以上、加工度10％以上、终轧温度800～1050℃的条件下进行延伸轧制和精轧，精轧成预定尺寸的钢管。

延伸轧机适于采用由多个机架组成的连续延伸轧机(即芯棒式无缝管轧机)。在精轧中采用象芯棒式无缝管轧机那样由多个机架组成的定径机或张力减径机。由于坯料的温度降低，所以这些加工与前面的穿孔轧制工序相比在较低的温度下加工。本发明的一个特征在于利用该较低温度下的加工进行加工热处理，本工序对本发明来说是重要的工序。在本发明的场合，作为连续延伸轧机的芯棒式无缝管轧机7与作为精轧机的定径机8(或张力减径机)不隔开距离配置，而是以直接连接的形式配置，具体地说，该2个轧机以小于由连续延伸轧机延伸轧制成的钢管的长度的间隔并且在同一条线上串联地配置。通过该配置，可以在由连续延伸轧机产生的加工应变回复之前立即由精轧机进一步进行加工。通过满足该条件的加工可以使后面发生的钢管再结晶晶粒有效地细化。

亦即，即使是在以同样道次程序制管的场合，当连续延伸轧机与精轧机隔开距离独立配置时，再结晶后的晶粒直径长大。为了获得作为本发明目标的具有比现有产品优良的质量的钢管，如上述那样使连续延伸轧机与精轧机靠近、串联地配置是不可缺少的。

在该工序中，由下述(a)式定义的平均应变速度(Vε)必须在0.01/秒以上。在平均应变速度不到0.01/秒的场合，在各道次之间发生再经晶，从而不能累积应变。在那样的条件下，在后面的工序中就不能获得充分细化再结晶晶粒的效果。另外，该工序中的加工度必须在10％以上。这是因为，在应变量换算成加工度(断面减少率)后达不到10％的场合，再结晶不易进行，从而得不到作为目标的晶粒细化效果。

另外，精轧后的坯料的终轧温度在800～1050℃的范围内。这是因为，在该温度范围内时，其后再结晶产生的晶粒细化效果非常大。

因此，本工序中确定平均应变速度为0.01/秒以上，加工度为10％以上，在精轧机的终轧温度为800～1050℃。

平均应变速度以及加工度的上限没有特别确定的必要。但是，当平均应变速度超过10/秒时，作为连续延伸轧机的芯棒或无缝管轧机的芯棒等工具的寿命明显降低，所以最好定在10/秒以下。另外，当加工度超过95％时缺陷的发生变得显著，所以最好定在95％以下。

Vε＝(Mε+Sε)/Mt (a)

式中，Mε：连续延伸轧机的加工应变

Sε：精轧机的加工应变

Mt：从空心管坯前端咬入连续延伸轧机到从精轧机出来所需

时间(秒)

作为本发明所用连续延伸轧机的芯棒式无缝管轧机只要是下面这样一种类型则可使用任何形式，该类型的芯棒式无缝管轧机具有芯棒约束装置(芯棒支持器)，而这种芯棒约束装置可约束作为内面设定工具的芯棒的后端，并可在延伸轧制终了后使芯棒通过孔型辊列中返回到轧机入口一侧循环使用。其中，最好采用上述芯棒约束装置具有这样一种功能的芯棒式无缝管轧机，即可以在空心管坯的延伸轧制中以独立于管的轧制移动速度的速度控制芯棒的移动速度。作为精轧机的定径机或张力减径机只要不用内面设定工具则可以是任何形式。其中，最好采用具有这样一种功能的脱开式定径机或张力减径机，即可以将管从位于用连续延伸轧机轧制的管内的芯棒拉开加以分离。

上述运送通道6不仅可为横向运送形式，也可以是辊式运送机等纵向运送的形式。

工序⑥ 再结晶处理

在本发明中，继延伸轧制和精轧之后，在淬火之前于Ar₃相变点以上的温度对钢管进行再结晶处理。在本工序中，通过在前面工序中的连续延伸轧制和精轧所产生的加工应变与本工序的缓冷、保温或加热方法中的任一个相互组合，有效地产生再结晶、实现晶粒细化。这2个工序的组合是本发明特有的处理，对于提高产品质量是极为有效的加工热处理法。

再结晶处理是通过设在作为精轧机的定径机8出口侧的、可以使钢管缓冷的运送装置9或设在运送通道中的保温炉或加热炉或保温和加热兼用炉10来进行。

(缓冷法)精轧终了后将钢管缓冷至Ar₃相变点以上预定淬火温度的方法。在本工序中，由于需要在淬火开始之前使再结晶结束而使晶粒细化，所以冷却速度慢些好。冷却速度在空冷以上时形成粗大晶粒或混粒组织，使钢的韧性下降。因此，冷却速度为不包括空冷的比空冷慢的冷却速度。冷却速度最好在0.5℃/秒以下。

在本工序中，为了缓冷钢管，例如为了避免急冷，可以采用对从精轧机出口到淬火装置入口之间的运送通道9进行覆盖的方法等，用于覆盖的罩子可采用玻璃棉等绝热材料作内衬或以具有反射辐射热的镜面的板作为内衬。

(保温法)该方法为将精轧终了后的钢管保持在其终轧温度的方法。在其保持时间不到30秒的场合，不产生再结晶。另外，超过30分即使再继续保持再结晶的效果也不变化。长时间保持使能量费用提高，而且也使生产率降低。因此，将保温法的场合下的保持时间定为30秒～30分。

(升温加热、均热法)该方法是将精轧结束后的钢管在850～980℃保持10秒～30分钟的方法。温度不到850℃、保持时间不到10秒时不发生再结晶。另外，温度超过980℃的场合以及保护时间超过30分的场合下，晶粒粗大化。因此，如上述那样，将钢管在850～980℃保持10秒～30分钟。在这里，均热包括了在设定于比前面工序中钢管的终轧温度低的上述温度范围的加热炉内对钢管均热的操作。

上述保温、升温加热或均热可以分别通过采用一般使用的类型的保温炉或加热炉或保温和加热的兼用炉来实施。利用这样的炉的方法易于保证淬火时的坯料温度，所以是一种好方法。另外，采用炉的方法易于使钢管在长度方向上的以及制造批量间的温度均化，所以具有可以大幅度减少产品质量偏差的优点。此外，将保温温度或升温、加热温度设定得高些，可以使精轧中析出的碳化物再固溶、使回火软化阻力提高；相反，设定得低些，可以促进析出物的析出，通过晶界的钉扎作用防止晶粒的粗大化。

工序⑦淬火

再结晶处理后，由运送通道9将钢管送往淬火装置11。在此期间，钢管的温度不下降到Ar₃相变点以下。即，精轧机8和淬火装置11通过运送通道9等串联地连接。在淬火装置11中，对处于Ar₃相变点以上温度的钢管进行淬火处理。

为了使钢管具有足够的强度和韧性，淬火需要从Ar₃相变点以上的温度急冷。另外，即使是厚壁管，也需要以足够快的速度进行冷却。在这样的场合，淬火装置11最好采用具有可同时冷却钢管内外面的构造的装置。

工序⑧ 回火

经淬火处理过的钢管移送到邻近地配置在淬火装置11后的线上的回火炉12。即，淬火装置和回火炉12通过运送通道串联地连接。在回火炉中通过将钢管加热到预定的温度、均热、进行回火处理。

由于回火是决定最终产品性能的重要工艺过程，所以需要相应于目标性能确定最佳的回火温度，并在该温度充分地均热。回火温度的偏差最大为±10℃，最好为±5℃。通过这样的处理，可以将屈服强度(YS)和拉伸强度(TS)的偏差抑制在目标强度的±5kgf/mm²的范围内。

回火处理后，由矫直机13进行弯曲矫正，最后形成作为产品的钢管。

实施例

本发明的制造方法通过下述2个试验进行了确认。

(试验1)

调查了对钢坯进行穿孔轧制时的应变速度与穿孔后空心管坯中产生的裂纹之间的关系。试验用钢坯通过将钢水注入内径为90mm的铸型中进行制造，该钢水具有图4所示相当于AISI 1524的化学成分A以及相当于AISI4130的化学成分B。钢水凝固结束后，立即将钢坯从铸型中取出。将各钢坯都冷却图4所示Ar₁相变点以下的温度(对于钢A为600℃，对于钢B为500℃)。此后，由加热炉在1250℃的温度保持1小时。随后，由实验用的穿孔轧机(穿孔机)进行穿孔试验，制作空心管坯。针对得到的空心管坯调查裂纹的发生、测定最大裂纹深度。

图5示出空心管坯的最大裂纹发生深度的测定结果。

由图5可知，对于钢A和钢B，当穿孔轧制的应变速度在200/秒以下时，两者的空心管坯中都没产生裂纹。与此相反，当应变速度超过200/秒时，产生了裂纹。

因此，可以确认，在将铸造后的钢坯一度冷却到Ar₁相变点以下的温度然后加热到可进行穿孔轧制的温度进行穿孔轧制的场合，穿孔轧制时的应变速度必须设在200/秒以下。

(试验2)

试验所用钢坯的外径和化学成分与试验1所用钢坯相同。凝固结束后立即从铸型中取出钢坯、冷却到Ar₃相变点以下的温度。然后在加热炉中于1250℃保持1小时。之后，在图6和图7所示条件下进行模拟穿孔轧制(穿孔机加工)、延伸轧制(芯棒式无缝管轧机加工)以及精轧(定径机加工)的热压力加工。

如图6和图7所示，试验No.1～18为本发明例，试验No.19～24为比较例，该比较例的制造条件的一部分在本发明的范围外。试验No.25和26为按照图1所示现有工序制造钢管的场合的现有例。对于现有例来说，钢坯的穿孔机加工时的应变速度比本发明的范围微大一些，而且延伸轧制与精轧的加工模拟没有连续实施。另外，从精轧到淬火间的试验材冷却到常温。本发明例、比较例以及现有例都以钢A和钢B两种试验材作为对象进行了试验。图7所示冷却速度为在图6条件下进行穿孔轧制和精轧后将试验材从终轧温度缓冷到Ar₃相变点以上温度的场合下的冷却速度。在对钢A和钢B进行同一热处理的场合，钢A和钢B的试验材的强度不同，不能比较屈服强度、韧性等，所以设定了2种条件的回火温度，以便可以在大体同样的条件下比较试验材的强度。

针对加工后的试验材调查了材料强度、旧奥氏体相的晶粒直径、韧性(vTrs)和耐腐蚀性(Sc值)。

用于评价耐腐蚀性的Sc值根据NACE(美国腐蚀协会)-TM01-77-92、METHOD-B的规定求得。旧奥氏体的晶粒度是通过求出长度为1mm之间的平均晶粒切断切片长度、将测定值作为晶粒度加以表示。

试验结果如图8所示。

首先，以现有例的试验No.25、26为基准，与本发明例进行比较。对于回火温度为600℃的钢A来说，本发明例的试验No.1～6与现有例的试验No.25相比，晶粒直径小，在韧性、耐腐蚀性方面得到了与现有例同等或比其优良的性能。另外，对于回火温度为720℃的钢B来说，比较本发明例的试验No.7～18与现有例的试验No.26，可以得到与钢A的场合同样的结果。

在本发明范围外的条件下制造的试验No.19～24的比较例与本发明例相比，晶粒直径大，韧性和耐腐蚀性差。其原因是，与本发明例相比，其通过加工与再结晶来细化晶粒的效果小。

由以上试验结果可以确认，通过本发明方法制造的无缝钢管，其机械性能、耐腐蚀性等性能都等同于或优于用现有方法制造的无缝钢管。

按照本发明，可以通过简化的制造工序和制造设备，以从钢坯到产品的连续的一连串生产线并在稳定的制造条件下制造无缝钢管。因此，由本发明的制造方法和本发明的制造设备制造的无缝钢管可以具有等同于或优于现有产品的性能。另外，由于可以降低制造设备的建设费用以及运行费用，所以可以减少无缝钢管的制造成本。另外，还可以以优越的生产性大量地制造无缝钢管。这样，本发明的无缝钢管制造方法和制造设备对于工业性的无缝钢管制造是非常适合的。

Claims

1.一种无缝钢管制造方法，其特征在于包含依次连续的下述①～⑧的工序：

①通过连续铸造法制造横断面形状为圆形的钢坯的工序；

②将上述钢坯冷却到Ar₁相变点以下温度的工序；

③将冷却到Ar₁相变点以下温度的上述钢坯加热到可进行穿孔的温度的加热工序；

⑤依靠连续延伸轧机和精轧机直接连接地配置的轧机、在平均应变速度为0.01/秒以上、加工度为10％以上、终轧温度为800～1050℃的条件下对上述空心管坯进行延伸轧制和精轧从而制造钢管的工序；

⑦从Ar₃相变点以上的温度对上述钢管进行淬火处理的工序；

⑧对淬火处理后的上述钢管实施回火处理的工序。

2.如权利要求1所述的无缝钢管的制造方法，其特征在于：实施再结晶处理的工序⑥是将在工序⑤制造的钢管以不包含空冷的、比空冷慢的冷却速度冷却到Ar₃相变点以上的温度的处理。

3.如权利要求1所述的无缝钢管制造方法，其特征在于：实施再结晶处理的工序⑥是将在工序⑤制造的钢管于工序⑤的终轧温度保持30秒～30分钟的处理。

4.如权利要求1所述的无缝钢管制造方法，其特征在于：实施再结晶处理的工序⑥是将在工序⑤制造的钢管于温度850～980℃保持或加热保持10秒～30分钟的处理。

5.如权利要求3或4所述的无缝钢管制造方法，其特征在于：它包括在实施再结晶处理工序⑥后将实施过再结晶处理的钢管冷却到Ar₃相变点以上的温度的处理。

6.一种用于实施权利要求1或2所述方法的无缝钢管制造设备，其特征在于下述a)～g)的装置依次连续地配置并且满足下述(1)～(3)的条件：

a)用于制造横断面形状为圆形的钢坯的连铸机和钢坯切割装置；

b)用于加热铸造的钢坯的钢坯加热炉；

c)用于将加热后的钢坯穿孔轧制成空心管坯的倾斜轧辊穿孔轧机；

d)用于对空心管坯进行延伸轧制的连续延伸轧机；

e)用于将延伸轧制后的空心管坯精加工成预定尺寸的钢管的精轧机；

f)用于对精轧后的钢管进行在线淬火处理的淬火装置；以及

g)用于对淬火后的钢管进行在线回火处理的回火炉；

(1)连铸机与钢坯加热炉之间具有在钢坯的温度在Ar₁相变点以下、室温以上的温度区域内可将钢坯装入到钢坯加热炉的距离，或具有可将钢坯温度强制冷却到Ar₁相变点以下、室温以上的温度区域的冷却装置；

(2)连续延伸轧机与精轧机串联地配置在同一条线上而且其间隔小于由连续延伸轧机进行延伸轧制后的钢管的长度；

(3)精轧机与淬火装置之间以具有这样一种装置的运送通道连接，该装置可以以不包含空冷的、比空冷慢的冷却速度对精轧后的钢管进行缓冷。

7.一种用于实施权利要求3、4或5所述方法的无缝钢管制造设备，其特征在于下述a)～h)的装置依次连续地配置并且满足下述(1)～(3)的条件：

b)对铸造的钢坯进行加热的钢坯加热炉；

d)用于对空心管坯进行延伸轧制的连续延伸轧机；

f)用于将精轧后的钢管保持在终轧温度的保温炉或保持、加热后保持在预定温度的加热炉；

g)用于对精轧后的钢管进行在线淬火处理的淬火装置；以及

h)用于对淬火后的钢管进行在线回火处理的回火炉；

(3)精轧机与淬火装置之间以运送通道连接，该运送通道具有将精轧后的钢管保持在其温度的保温炉或加热保持在预定温度的加热炉。

8.如权利要求6或7所述的无缝钢管制造设备，其特征在于：倾斜轧辊穿孔轧机与钢坯加热炉之间由运送通道连接，该运送通道具有可将加热到可进行穿孔的温度的钢坯切割成预定长度的钢坯切割装置。

9.如权利要求6、7或8所述的无缝钢管制造设备，其特征在于：在钢坯切割装置与倾斜轧辊穿孔轧机间具有钢坯再加热装置。