JP2001105001A - 継目無鋼管用Ｃｒ鋼連続鋳造鋳片の分塊圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Cr鋼連続鋳造時のセンターポロシティや中心
偏析を抑制し、分塊圧延中の表面疵の発生や製管時の内
面疵を防止できる分塊圧延方法を提供すること。 【解決手段】 Crを4〜16%含有するCr鋼連続鋳造鋳片の
分塊圧延において、扁平比(鋳片長辺/鋳片短辺)＞(0.00
26×鋳片短辺+0.66)を満たす矩形断面の連続鋳造鋳片を
用い、下記式(1)で示される加熱パラメータTが(21×Cr
当量+1045)超(3200-80×Cr当量)未満の範囲に分塊加熱
して分塊圧延する。これによって、分塊圧延時のビレッ
トのひび割れ疵や製管時の内面疵発生を抑制できる。 【数1】

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、分塊圧延時のひび
割れ疵や製管時の内面疵を抑制できる、継目無鋼管用の
Cr鋼連続鋳造鋳片の分塊圧延方法に関する。

【0002】

【従来の技術】高Cr鋼の継目無鋼管は、耐食性に優れて
いるため、腐食が問題となる部分に用いられており、特
に、SUS410で代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼
継目無鋼管は、CO₂を含有する環境下において優れた耐
食性を示すことから、油井管やラインパイプなどに利用
されている。

【0003】継目無鋼管の素材となる中実丸ビレットは、現
在ほとんどが連続鋳造によって製造された矩形素材(以
下ブルームという)から圧延によって丸ビレットとする
か、または丸形素材(以下丸ビレットという)をそのまま
で用いるかのいずれかである。高Cr鋼の継目無鋼管用の
丸ビレットは、連続鋳造によってスラブまたはブルーム
としたのち、分塊圧延によって製造するのが一般的であ
る。

【0004】しかし、高Cr鋼は、δ-フェライトが生成し易
く、熱間加工性が低下し、分塊圧延中のひび割れ疵が発
生しやすい材料である。また、高Cr鋼は、連続鋳造ブル
ームまたは丸ビレットの中心部に普通鋼に比べて大きい
センターポロシティと称する空洞が生じ易く、丸ビレッ
トの場合はそのまま残存し、ブルームの場合にも分塊圧
延時に十分圧着せず、穿孔圧延時のマンネスマン割れに
起因する大きな空隙が生じ、この部分がプラグと傾斜ロ
ールにより圧延されても、内面疵として残存することが
多い。

【0005】高Cr鋼継目無鋼管の疵の抑制方法としては、例
えば、特公平5-47284号公報に長辺と短辺の比(以下扁平
比という)1.6〜3の連続鋳造鋳片を用い、通常圧延によ
って丸ビレットとなし、この丸ビレットを傾斜ロールと
プラグによって穿孔時、下記式で定義される穿孔中の歪
ε_nの絶対値｜ε_n｜がプラグ先端より10mmの位置からプ
ラグ後端に向かう位置において｜ε_n｜≦0.015とする方
法が開示されている。ε_n=ln(tn/tn-1) ここで、tn-1:
プラグ先端より10mmの位置からプラグ後端に向かう任意
の位置Pn-1における肉厚(mm)、tn:位置Pn-1からプラグ
後端側に1mm離れた位置Pnにおける肉厚(mm)。

【0006】また、特許第2840103号掲載公報には、扁平比
が実質的に1.5〜4.0の鋳片として連続鋳造する方法が、
特開平4-135001号公報には、扁平比1.5〜2.5の連続鋳造
鋳片を用い、圧下比9以上の圧延加工を施すか、扁平比
3.7〜9.0の連続鋳造鋳片を用い、圧下比3以上の圧延加
工を施す方法が開示されている。

【0007】さらに、特開平5-7990号公報には、扁平比が1.
5以上2.0以下の連続鋳造ブルームを、鋳造開始温度と凝
固始温度との温度差を70℃以下として鋳造し、圧下比3.
0以上の圧延加工をほどこすか、扁平比が2.0以上9.0以
下の連続鋳造ブルームを、鋳造開始温度と凝固始温度と
の温度差を70℃以下として鋳造し、圧下比2.5以上の圧
延加工を施す方法が開示されている。

【0008】特開平6-100930号公報には、分塊圧延に先立
ち、オーステナイト-フェライト2相領域となる温度に加
熱し、該温度に1時間以上均熱保持した鋳片を圧下比1.3
以上に圧延して中間断面の素材とし、次いで該素材をオ
ーステナイト単相となる温度範囲に再加熱し、該温度範
囲に30分以上均熱保持した後、丸ビレットに圧延する方
法が開示されている。特開平6-306466号公報には、オー
ステナイト-フェライト2相領域となる温度に加熱し、該
温度に3時間以上均熱保持した後、丸ビレットに圧延
し、該丸ビレットをオーステナイト単相領域となる温度
範囲に加熱し、該温度に1時間以上均熱保持した後穿孔
圧延する方法が開示されている。

【0009】

【発明が解決しようとする課題】上記特公平5-47284号
公報に開示の方法は、扁平比が1.6〜3.0の鋳片を用い、
通常圧延によって丸ビレットとなし、穿孔中の歪ε_nの
絶対値｜ε_n｜を所定範囲に規定しているため、穿孔時
の歪の大きさに制限があり、適用範囲が限定されている
という問題がある。また、特許第2840103号掲載公報に
開示の方法は、扁平比を1.5〜4.0に規定しているが、継
目無鋼管の内面疵に影響を及ぼす丸ビレット中のδフェ
ライト及びセンターポロシティについては、扁平比のみ
で決まらず、後述するように鋳片短辺や分塊圧延の加熱
パターンとも相関があり、扁平比のみでは十分ではな
い。また、特開平4-135001号公報、特開平5-7990号公報
に開示の方法は、扁平比と分塊圧延時の圧下比を規定し
ているが十分ではない。

【0010】特開平6-100930号公報に開示の方法は、分塊圧
延時の加熱条件と圧下比が規定されているが、分塊圧延
時に2回の加熱を行なう必要があり、エネルギーロスが
大きいという欠点がある。特開平6-306466号公報に開示
の方法は、分塊圧延時の加熱条件と穿孔圧延前の加熱条
件が規定されているが、鋳片短辺や扁平比が考慮されて
おらず、分塊圧延時の加熱パターンも最終加熱時間のみ
の規定であり、鋳片での脱炭や鋳片中心部の拡散に影響
を及ぼす800℃以上の加熱履歴を考慮しておらず十分で
はない。

【0011】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消
し、連続鋳造鋳片のセンターポロシティや中心偏析を抑
制し、分塊圧延中の表面疵の発生や製管時の内面疵を防
止できる継目無鋼管用Cr鋼連続鋳造鋳片の分塊圧延方法
を提供することにある。

【0012】

【課題を解決するための手段】本発明の継目無鋼管用Cr
鋼連続鋳造鋳片の分塊圧延方法は、連続鋳造鋳片として
Crを4〜16%含有する扁平比(鋳片長辺/鋳片短辺)＞(0.00
26×鋳片短辺+0.66)を満たす連続鋳造鋳片を用いる。そ
して、分塊加熱を下記式(1)で示される加熱パラメータT
が、Cr当量=%Cr+(4×%Si)+(1.5×%Mo)-[(22×%C)+(0.5
×%Mn)+(1.5×%Ni)+(30×%N)]によって定義されるCr当
量の一次式によって示される(21×Cr当量+1045)＜加熱
パラメータT＜(3200-80×Cr当量)となる範囲で行うこと
を特徴とする。

【0013】

【数2】

【0014】このように、扁平比(鋳片長辺/鋳片短辺)＞(0.
0026×鋳片短辺+0.66)を満たす連続鋳造鋳片を用いるこ
とによって、センターポロシティが抑制されて継目無鋼
管製造時の内面疵の発生を抑制することができる。ま
た、分塊加熱を上記式(1)で示される加熱パラメータT
が、Cr当量=%Cr+(4×%Si)+(1.5×%Mo)-[(22×%C)+(0.5
×%Mn)+(1.5×%Ni)+(30×%N)]によって定義されるCr当
量の一次式によって示される(21×Cr当量+1045)＜加熱
パラメータT＜(3200-800×Cr当量)となる範囲で行うこ
とによって、分塊加熱中の脱炭が抑制され、δ-フェラ
イト生成による熱間変形能低下による分塊圧延中のビレ
ットコーナーひび割れ疵の発生が抑制できるとともに、
センターポロシティが抑制でき、中心偏析が拡散されて
継目無鋼管製造時の内面疵の発生を抑制することができ
る。

【0015】

【発明の実施の形態】鋳片中心部のセンターポロシティ
は、凝固末期の固液共存域の長さに依存する。図3(a)に
示すように、一般に鋳片1の短辺厚みが薄いほど未凝固
部最先端の固液共存域2が短くなり、先端近傍への溶鋼3
の供給性が良好で、センターポロシティの発生が防止で
きる。一方、図3(b)に示すように、鋳片1の短辺厚みが
厚くなるほど未凝固部最先端の固液共存域2が長くなっ
て非常に薄くなっており、先端近傍への溶鋼3の供給が
不連続となって供給不良となり、センターポロシティ4
が発生しやすくなる。特に高Cr鋼は、鋳込み中にCrが濃
化して固相線温度が低下し、固液共存域が延長されるた
め、センターポロシティが発生しやすい鋼種である。

【0016】鋳片中心部の中心偏析は、溶鋼凝固の際に固相
から排出されたCr、P等の溶質が最終凝固位置に濃化さ
れて生じる。図4に示すように、鋳片1の短辺が同一の場
合は、図4(a)のように扁平比が小さいものより、扁平比
が高い図4(b)の方が、偏析線5が長くなって最終凝固部
が幅方向に分散されるため、中心偏析が分散してCr、P
等の濃化が抑制される。残存した中心偏析部には、Cr、
P等が濃化しているため、Cr当量が高くなり、製管前の
ビレット加熱中のδ-フェライト生成の原因となる。製
管前にδ-フェライトがビレットの中心偏析部に生成す
ると、δ-フェライトがオーステナイトと比較して高温
強度が小さいため、強度差によって変形能が低下し、穿
孔圧延時にδ-フェライト部に沿ってカブレ状の内面疵
が発生し易くなる。

【0017】本発明において連続鋳造における扁平比(鋳片
長辺/鋳片短辺)＞(0.0026×鋳片短辺+0.66)としたの
は、扁平比が(0.0026×鋳片短辺+0.66)以下となると、
製管時の穿孔圧延における内面疵の発生が顕著となるか
らである。その根拠は、連続鋳造における鋳片短辺、扁
平比を様々に変化させて連続鋳造を行い、得られた各鋳
片をほぼ同一の分塊加熱条件で丸ビレットに分塊圧延し
た後、マンネスマン-マンドレルミル方式で継目無鋼管
を製造し、内面疵の発生状況を調査した結果に基づき、
鋳片短辺と扁平比と内面疵の発生状況との相関関係から
求めたものである。

【0018】一般に鋳片を同一分塊温度に加熱する場合は、
合金元素のδ-フェライト形成の効果をCrの効果に換算
したCr当量が高いほどδ-フェライトが発生し易い。ま
た、分塊圧延工程で鋳片加熱を行う際には、加熱温度が
高く、加熱時間が長くなると、鋳片コーナー部が脱炭し
てCr当量が高くなるため、δ-フェライトが発生し易く
なる。δ-フェライトが発生すると、δ-フェライトとオ
ーステナイト組織との強度差によって変形能が低下し、
分塊圧延中のビレットコーナー部にひび割れが発生する
原因となる。

【0019】したがって、分塊圧延中のひび割れ疵の発生
は、鋼中のCr当量、分塊加熱条件と相関がある。すなわ
ち、Cr当量が高いほどひび割れ疵が発生し易く、分塊加
熱時の脱炭を抑制するには加熱温度はなるべく低い方
が、加熱時間は、脱炭の生じる800℃以上の温度域では
短い方が望ましい。

【0020】連続鋳造鋳片の中心部には、濃化溶鋼の流動に
起因する中心偏析により、Cr、P等の濃化現象が生じ
る。このため、中心偏析部は、Cr当量が他の部位より高
くなっているため、製管前のビレット加熱時にδ-フェ
ライトが発生し、δ-フェライトとオーステナイト組織
の強度差によって変形能が低下し、穿孔圧延時にδ-フ
ェライト部に沿って内面疵が発生する原因となる。した
がって、分塊圧延での鋳片加熱は、中心偏析部のCr、P
等を拡散させるため、高温で長時間加熱を実施するのが
望ましい。

【0021】以上の結果から、鋼中のCr当量に応じて適正な
分塊加熱条件が存在すること、分塊加熱パターンを評価
するには、脱炭、拡散の生じる800℃以上の温度域での
加熱温度と加熱時間とを積算した加熱パラメータTが脱
炭、拡散の指標となることを究明した。加熱パラメータ
Tは、高温ほど脱炭、拡散が生じ易いため、加熱温度に
重みを付け、exp(0.009×温度)とし保持時間との積を積
算した値とした。なお、加熱温度を800℃以上としたの
は、ビレットコーナー部のひび割れや内面疵の原因とな
る脱炭や拡散が生じるのは800℃以上の高温域であるか
らである。

【0022】なお、加熱パラメータTは、下記式(1)により換
算する。Cr当量は、Cr当量=%Cr+4×%Si+1.5×%Mo-(22×
%C+0.5×%Mn+1.5×Ni%+30×%N)により換算する。

【0023】

【数3】

【0024】例えば、図5に示す加熱パターンにおいては、T
2=800℃とすると、加熱パラメータTは下記式のようにな
る。

【0025】

【数4】

【0026】本発明において、加熱パラメータTを、(10×Cr
当量+910)＜加熱パラメータT＜(2900-100×Cr当量)とし
たのは、加熱パラメータTが(21×Cr当量+1045)以下で
は、中心偏析の拡散が不十分でCr当量の高い部分が残存
し、製管前のビレット加熱時にδ-フェライトが発生
し、変形能が低下して製管時に内面疵が発生する。ま
た、加熱パラメータTが(3200-80×Cr当量)以上となる
と、鋳片コーナー部の脱炭が進行してCr当量が高くな
り、分塊加熱時にδ-フェライトが発生し、変形能が低
下して分塊圧延時にひび割れ疵が発生するからである。

【0027】

【実施例】実施例1 表1に示す組成の試験No.1〜14の13%Cr鋼の溶鋼を、鋳片
短辺、扁平比を様々に変えて、表2に示す連続鋳造条件
で連続鋳造してブルームとなし、表3に示すように、ほ
ぼ同一の分塊加熱条件で加熱したのち、分塊圧延して外
径191mmの丸ビレットをそれぞれ100本以上製造した。こ
の各丸ビレットを素材として用い、マンネスマン-プラ
グミル方式によって外径88.9mm、肉厚9.53mmの継目無鋼
管を製造した。得られた各継目無鋼管について、内面疵
の発生率を調査した。その結果を表3に示す。また、鋳
片短辺と扁平比と内面疵との関係を図1に示す。

【0028】

【表1】

【0029】

【表2】

【0030】

【表3】

【0031】表3、図1に示すように、扁平比が(0.0026×鋳
片短辺+0.66)超、加熱パラメータTが(21×Cr当量+1045)
超(3200-80×Cr当量)未満の双方を満足する試験No.1〜8
の実施例では、製造した継目無鋼管の内面疵の発生を大
幅に抑制することができた。すなわち、鋳片短辺が薄い
ほど、また、同一鋳片短辺では扁平比が高いほど、製管
時の内面疵の発生防止には有利であるため、図1に示す
ように、扁平比が(0.0026×鋳片短辺+0.66)超の領域で
は、製管時の内面疵の発生を大幅に抑制することができ
る。これに対し、扁平比が(0.0026×鋳片短辺+0.66)以
下、加熱パラメータTが(21×Cr当量+1045)超(3200-80×
Cr当量)未満の一方または双方を満足しない試験No.9〜1
4の比較例は、製造した継目無鋼管の内面疵発生率が6.4
〜19.6%と非常に高くなっている。

【0032】実施例2 表4、表5に示す組成の試験No.21〜49の4%Cr鋼〜13%Cr鋼
の溶鋼を、鋳片短辺280mm、鋳片長辺600mm、扁平比2.14
で連続鋳造してブルームとなし、表6、表7に示す分塊加
熱条件(図5に示す加熱パターン)で加熱したのち、分塊
圧延して外径191mmの丸ビレットをそれぞれ100本以上製
造した。この各丸ビレットのひび割れ率を調査するとと
もに、この各丸ビレットを素材として用い、マンネスマ
ン-プラグミル方式によって外径88.9mm、肉厚9.53mmの
継目無鋼管を製造した。得られた各継目無鋼管につい
て、内面疵の発生率を調査した。その結果を表6、表7に
示す。また、Cr当量(Creq)と加熱パラメータTと丸ビレ
ットのひび割れ、継目無鋼管の内面疵との関係を調査し
た。その結果を図2に示す。

【0033】

【表4】

【0034】

【表5】

【0035】

【表6】

【0036】

【表7】

【0037】表6、表7および図2に示すように、扁平比が(0.
0026×鋳片短辺+0.66)超で、加熱パラメータTが(21×Cr
当量+1045)超(3200-80×Cr当量)未満の試験No.21〜35の
実施例では、分塊加熱時の脱炭が抑制されて分塊圧延時
のひび割れ疵が皆無となるとともに、中心部の偏析が拡
散して製管時の内面疵発生率が0.5%以下と良好である。
これに対し、加熱パラメータTが(21×Cr当量+1045)以下
の試験No.36〜42の比較例では、分塊加熱時の脱炭が抑
制されて分塊圧延時のひび割れ疵の発生を防止できる
が、中心部に偏析が残存して製管時に内面疵が発生して
いる。また、加熱パラメータTが(3200-80×Cr当量)以上
の試験No.43〜49の比較例では、中心部の偏析が拡散し
て製管時の内面疵の発生を防止できるが、分塊加熱時の
脱炭が促進されてCr当量が高くなり、分塊圧延時のひび
割れ疵が発生している。

【0038】

【発明の効果】本発明のCr鋼連続鋳造鋳片の分塊圧延方
法は、5〜16%Cr鋼の分塊圧延において、扁平比が(0.002
6×鋳片短辺+0.66)超の連続鋳造鋳片を用い、前記式(1)
により求めた加熱パラメータTが(21×Cr当量+1045)超(3
200-80×Cr当量)未満の範囲に分塊加熱して分塊圧延し
て丸ビレットとすることによって、分塊加熱中における
脱炭を抑制してδ-フェライト生成に起因する熱間変形
能低下による分塊圧延中のビレットのひび割れ疵の発生
が抑制できるとともに、鋳片中心部のセンターポロシテ
イが抑制でき、中心偏析の十分な拡散が図られ、製管時
の内面疵発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】鋳片短辺と扁平比と製管時の内面疵発生評価と
の関係を示すグラフである。

【図2】Cr当量と加熱パラメータTと分塊圧延時のひび割
れ疵または製管時の内面疵の発生評価との関係を示すグ
ラフである。

【図3】連続鋳造時のセンターポロシテイ生成への鋳片
短辺の影響を示す模式図で、(a)図は鋳片短辺が小の場
合、(b)図は鋳片短辺が大の場合を示す。

【図4】連続鋳造時の中心偏析への扁平比の影響を示す
模式図で、(a)図は扁平比が小の場合、(b)図は扁平比が
大の場合を示す。

【図5】加熱パラメータTの考え方を説明のための加熱パ
ターンの一例を示す模式図である。

【符号の説明】

1 鋳片 2 固液共存域 3 溶鋼 4 センターポロシテイ 5 偏析線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 Crを4〜16%含有する継目無鋼管用Cr鋼連
   続鋳造鋳片の分塊圧延方法であって、扁平比(鋳片長辺/
   鋳片短辺)＞ (0.0026×鋳片短辺+0.66)を満たす矩形断
   面の連続鋳造鋳片を用い、分塊加熱を下記式(1)で示さ
   れる加熱パラメータTが、Cr当量=%Cr+(4×%Si)+(1.5×%
   Mo)-[(22×%C)+(0.5×%Mn)+(1.5×%Ni)+(30×%N)]によ
   って定義されるCr当量の一次式によって示される(21×C
   r当量+1045)＜加熱パラメータT＜ (3200-80×Cr当量)と
   なる範囲で行うことを特徴とする継目無鋼管用Cr鋼連続
   鋳造鋳片の分塊圧延方法。 【数1】