JP2002103002A - 鋳片および継目無鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋳造した後で鋳片に圧下を加えることなくポロ
シティの少ない鋳片を製造する方法と、丸ビレット鋳片
を用いた内面疵の少ない継目無製管の製造方法の提供。 【解決手段】質量％で、Ｃｒを１〜４０％含有するＣｒ
鋼を、下記式を満足するように化学組成を調整し、鋳造
する、ポロシティの少ない鋳片の製造方法。 Cr+3Mo+Nb+4V+7-(190C+120N+4Ni+8Cu+4Si+2W+12Al)≧0

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポロシティの少な
い鋳片と、丸ビレット鋳片を用いた内面疵の少ない継目
無鋼管とを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】継目無鋼管の製造には、連続鋳造したブ
ルーム等の矩型鋳片を加熱した後、分塊圧延して製造し
た丸ビレットを用いるか、または連続鋳造により直接製
造した丸ビレット鋳片を素材として用いるのが一般的で
ある。

【０００３】近年、製造コストを下げる目的で、炭素鋼
や低Ｃｒ鋼では連続鋳造したままの丸ビレット鋳片を素
材として用いられるようになった。

【０００４】一方で、Ｃｒ鋼やステンレス鋼は鋳造のま
まのビレット状態では中心部にポロシティが多く発生す
ることが知られている。そのようなポロシティを多く含
む丸ビレット鋳片をそのまま継目無鋼管の素材として用
いた場合、製管時に内面傷が多く発生し、そのままでは
製品とならない。したがって、連続鋳造したブルーム等
を加熱し、その後分塊圧延によって大きな加工を加えて
ポロシティを圧着させて消滅させた丸ビレットを素材と
して用いる方法が一般的である。

【０００５】例えば、特開平５−７９９０号公報では、
ブルームの連続鋳造に際して寸法と鋳造温度を管理して
鋳造し、その後丸ビレットに圧下比３．１以上の分塊圧
延を施すことにより、ポロシティを消滅させる方法が開
示されている。

【０００６】また、近年では連続鋳造モールドの後工程
に圧下設備を設け、再加熱をおこなわずに連続鋳造後に
連続して圧下を加え、ポロシティを消滅させる方法が開
発されつつある。

【０００７】例えば、特開平１０−１４６６５１号公
報、特開平１０−２４９４９０号公報、特開平１０−３
２８８００号公報は、未凝固部が中心部に存在する状態
の時にロールにより圧下を施す方法である未凝固圧下法
により、鋼種を問わずポロシティを消滅させる方法が開
示されている。

【０００８】また、特開平９−１７４２１１号公報、特
開平９−１７４２１２号公報、特開平９−２０１６０１
号公報、特開平９−３０００５３号公報、特開平１０−
２９００１号公報、特開平１０−３４２０１号公報、特
開平１０−３４３０４号公報、特開平１０−１６６１２
４号公報、特開平１０−１７５０４９号公報では、連続
鋳造中もしくは連続鋳造直後にロールにて圧下を施すこ
とにより、０．５％以上のＣｒを含有する鋼でも、ポロ
シティを消滅させることのできる方法が開示されてい
る。

【０００９】上記のような圧下設備を設ければ、丸ビレ
ット鋳片の中心部に発生ずるポロシティを消滅させるこ
とができるものの、いずれも高額の大型設備を必要とす
る問題点がある。

【００１０】一方で、すべてのＣｒ鋼でポロシティが発
生することを前提として上記の設備面の改善はなされて
いるが、低Ｃｒ鋼のようなポロシティの発生しにくい鋼
種もあり、その場合は大型の圧下設備は不要となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、鋳造
した後で鋳片に圧下を加えることなくポロシティの少な
い鋳片を製造する方法および丸ビレット鋳片を用いた内
面疵の少ない継目無製管の製造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】本発明者らは、化学組成
を調整することにより連続鋳造時のポロシティの発生を
抑制することができないかについて鋭意検討した結果、
以下の知見を得るに至った。

【００１３】ａ）ポロシティの発生機構は、液相から固
相に凝固する際の、凝固収縮による空孔の発生であると
考えられる。

【００１４】ｂ）最密充填構造のｆｃｃ（面心立方晶）
構造のオーステナイト組織で凝固させるよりも、粗なｂ
ｃｃ（体心立方晶）構造のフェライト組織で凝固させる
方が、凝固時の収縮の度合いが小さく、ポロシティの発
生も少ない。

【００１５】ｃ）凝固時にフェライト組織となるよう
に、フェライトフォーマの諸元素とオーステナイトフォ
ーマの諸元素とを下記式を満足するようにバランスを保
って含有させれば、化学組成の調整によりポロシティの
発生の抑制ができる。

【００１６】Cr+3Mo+Nb+4V+7-(190C+120N+4Ni+8Cu+4Si+
2W+12Al)≧0 本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その
要旨は、以下の通りである。

【００１７】（１）質量％で、Ｃｒを１〜４０％含有す
るＣｒ鋼を、下記式（１）を満足するように化学組成を
調整して鋳造する、ポロシティの少ない鋳片の製造方
法。

【００１８】 Cr+3Mo+Nb+4V+7-(190C+120N+4Ni+8Cu+4Si+2W+12Al)≧0 ・・・・（１） ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を
示す （２）質量％で、Ｃｒを１〜４０％含有するＣｒ鋼を、
下記式（１）を満足するように化学組成を調整して連続
鋳造により丸ビレットにするポロシティの少ない丸ビレ
ット鋳片の製造方法。

【００１９】 Cr+3Mo+Nb+4V+7-(190C+120N+4Ni+8Cu+4Si+2W+12Al)≧0 ・・・・（１） ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を
示す（３）上記（２）に記載の丸ビレット鋳片を用い
て、傾斜圧延機により継目無管にする内面疵の少ない継
目無鋼管の製造方法。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の製造方法にについ
て詳しく説明する。なお、化学組成の含有量の％表示は
全て質量％とする。

【００２１】本発明の製造方法の対象としてＣｒを１〜
４０％含有するＣｒ鋼としたのは、Ｃｒ含有量が１％未
満では丸ビレットに鋳造した場合にポロシティの発生が
極めて少ないため、特に化学組成の調整が不要であるか
らである。一方で、過剰の添加は耐食性の改善効果が飽
和するのに加え、素材のコスト上昇を招いて経済性の観
点からも望ましくないことから上限を４０％とした。

【００２２】次に、鋳造時のポロシティの発生を抑制す
るためには、凝固形態に影響するＣｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、
Ｖ、Ｃ、Ｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、ＷおよびＡｌの含有量
が下記式の関係を満たした化学組成に調整する必要があ
る。

【００２３】 Cr+3Mo+Nb+4V+7-(190C+120N+4Ni+8Cu+4Si+2W+12Al)≧0 ・・・・（１） 鋼の化学組成が上記式（１）を満たさない場合、凝固時
にフェライト−オーステナイトの二相組織で凝固し、ポ
ロシティが発生し易くなるからである。Ｃｒ以外の化学
組成は、Ｃｒ鋼の鋼種に応じて成分設計すればよい。例
えば、３Ｃｒ鋼、５Ｃｒ鋼、９Ｃｒ鋼、１１Ｃｒ鋼およ
び１３Ｃｒ鋼等のマルテンサイト鋼マルテンサイト系ス
テンレス鋼およびフェライト−マルテンサイトの２相と
なるステンレス鋼等が本発明の対象とすることができ
る。これらの鋼を構成する化学組成について以下に説明
する。なお、以下の元素は各鋼種に応じて任意に含有さ
せればよい。

【００２４】Ｃ：Ｃは、含有させると鋼の焼き入れ性を
向上させるのに有効である。この効果を得るには、０．
０１％以上含有させるのが望ましい。しかし０．３％を
超えて含有させると、焼き入れ時に焼き割れが起こり易
くなる。また、Ｃｒ炭化物を多く形成し、耐食性向上に
有効なＣｒを吸収し無益化する弊害も顕著となってく
る。したがって、Ｃ含有量は０．３％以下とするのが好
ましい。

【００２５】Ｓｉ：Ｓｉは、含有させれば鋼の焼き入れ
性を向上させるのに有効である。この効果を得るために
は、０．０５％以上含有させるのがよい。しかし、１％
を超えて含有させると、結晶粒界の強度を弱め、靭性を
低下させることがある。したがって、含有させる場合の
Ｓｉ含有量の上限は、１％とするのがよい。

【００２６】Ｍｎ：Ｍｎは、含有させるとＳｉと同様に
鋼の焼き入れ性を向上させるのに有効である。この効果
を得るためには、０．５％以上含有させるのがよい。し
かし、５％を超えて含有させると、結晶粒界の強度を弱
め、靭性を低下させることが多い。したがって、含有さ
せる場合のＭｎ含有量の上限は、５％とするのがよい。

【００２７】Ｐ：Ｐは、不純物として鋼中に不可避的に
存在するが、粒界に偏析して靭性を劣化させる。特に、
その含有量が０．０４％を超えると、靭性の低下が著し
くなる。したがって、不純物として混入するとしてもそ
の含有量は０．０４％以下にするのが好ましい。なお、
靭性を高めるためにＰの含有量はできるだけ低くするこ
とが望ましい。

【００２８】Ｓ：Ｓは、Ｐと同様に不純物として鋼中に
不可避的に存在するが、粒界に偏析し、鋳造時に割れを
起こし易くする。特に、その含有量が０．０１％を超え
ると、割れが起こり易くなる。したがって、不純物とし
て混入するとしてもその含有量は０．０１％以下にする
のがよく、できるだけ低くすることが望ましい。

【００２９】Ｎｉ：Ｎｉは、オーステナイト相の安定度
を高め、その結果マルテンサイト率を高める効果があ
る。また、靭性を高める効果もある。これらの効果を得
るためには、０．５％以上含有させるのがよい。一方
で、過剰の添加は素材のコスト上昇を招いて経済性の観
点から望ましくないため、その上限は４０％とするのが
よい。

【００３０】Ｍｏ：Ｍｏは、含有させれば耐食性、特に
耐孔食性や湿潤硫化水素環境中での耐硫化物応力割れ性
を高める効果がある。この効果を得るには０．５％以上
含有させるのが望ましい。また一方、５％を超えて含有
させると、耐食性の改善効果が飽和するのに加え、素材
のコスト上昇を招いて経済性を損なうため、その上限は
５％とするのが好ましい。

【００３１】Ｃｕ：Ｃｕは、Ｍｏと同様に含有させれ
ば、耐食性、特に湿潤硫化水素環境中でのＭｏは、含有
させれば耐食性、特に耐孔食性や湿潤硫化水素環境中で
の耐硫化物応力割れ性を高める効果がある。この効果を
得るには０．５％以上含有させるのが望ましい。また、
一方、５％を超えて含有させると、耐食性の改善効果が
飽和するのに加え、素材のコスト上昇を招いて経済性を
損なうため、その上限は５％とするのが好ましい。

【００３２】Ａｌ：Ａｌは、含有させれば鋼の脱酸に有
効である。しかし０．１％を超えて含有させると、粗大
なＡｌ系介在物が多くなって耐食性が低下することがあ
るので望ましくない。したがって、その上限を０．１％
とするのがよい。なお、ここでいうＡｌは、所謂「ｓｏ
ｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）」のことである。

【００３３】Ｃａ：Ｃａは、含有させると鋼の脱硫に有
効である。しかし、０．０１％を超えて含有させると、
粗大なＣａ系介在物が多くなって耐食性が低下すること
がある。したがって、その上限は０．０１％とするのが
よい。

【００３４】Ｎｂ：Ｎｂは、含有させると微細な炭化物
を形成し、組織を微細化させ靭性を改善する効果があ
る。この効果を得るためには、０．０２％以上含有させ
るのが望ましい。一方、１％を超えて含有させるとその
効果が飽和するのに加え、過剰な微細炭化物が却って靭
性を低下させることがある。したがって、その上限を１
％とするのが好ましい。

【００３５】Ｔｉ：Ｔｉは、含有させると鋼中の不純物
であるＮをＴｉＮとして固定する効果がある。また、Ｎ
ｂと同様に微細な炭窒化物を形成し、組織を微細化し靭
性を改善する効果もある。しかし、１％を超えて含有さ
せるとこれらの効果が飽和するのに加え、過剰な微細炭
窒化物が却って靭性を低下させることがある。したがっ
て、、その上限は１％とするのがよい。

【００３６】Ｚｒ：Ｚｒは、含有させるとＴｉと同様に
鋼中の不純物であるＮをＺｒＮとして固定する効果があ
る。また、ＮｂやＴｉと同様に微細な炭窒化物を形成
し、組織を微細化し靭性を改善する効果がある。しか
し、１％を超えて含有させるとその効果が飽和するのに
加え、過剰な微細炭窒化物が却って靭性を低下させるこ
とがある。したがって、その上限は１％とするのがよ
い。

【００３７】Ｖ：Ｖは、含有させるとＮｂと同様に微細
な炭化物を形成し、組織を微細化させ靭性を改善する効
果がある。この効果を得るためには、０．０５％以上含
有させるのが望ましい。一方、１％を超えて含有させる
とその効果が飽和するのに加え、過剰な微細炭化物が却
って靭性を低下させることがある。したがって、その上
限は１％とするのがよい。

【００３８】Ｗ：Ｗは、含有させるとＭｏと同様に耐孔
食性を高める効果がある。この効果を得るには０．５％
以上含有させるのが望ましい。一方、５％を超えて含有
させると、耐食性の改善効果が飽和するのに加え、素材
のコスト上昇を招いて経済性を損なうため、その上限は
５％とするのが好ましい。

【００３９】Ｏ（酸素）：Ｏ（酸素）は、不純物として
鋼中に存在し、その含有量が０．０１％を超えると靭性
が低下することが多い。したがって、その上限は０．０
１％とするのがよい。なお、Ｏの含有量は低ければ低い
ほど望ましい。

【００４０】Ｎ：Ｎは、Ｎｉと同様にオーステナイト相
の安定度を高め、その結果マルテンサイト率を高める効
果がある。この効果を得るためには、０．１％以上含有
させるのがよい。一方で、過剰の添加は熱処理や溶接に
よっては鋼中にＣｒ窒化物を形成し耐食性を低下させる
ことが多いため、その上限は０．５％とするのがよい。

【００４１】なお、特に本発明の製造方法に好適な鋼は
以下の通りである。

【００４２】ラインパイプ、油井管または化学プラン
ト用配管に好適な、耐硫化物応力割れ性に優れたマルテ
ンサイト系ステンレス鋼またはフェライト−マルテンサ
イト二相ステンレス鋼。

【００４３】質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｐ：０．
０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：１〜８％、Ｃ
ｒ：１０〜１７％、Ｍｏ：０〜５％、Ｓｉ：０〜１％、
Ｍｎ：０〜２％、sol.Ａｌ：０〜０．１％、Ｃｕ：０〜
５％、Ｔｉ：０〜０．２％を含有し、残部はＦｅおよ不
純物。

【００４４】油井管に好適な高Ｃｒマルテンサイト鋼
またはフェライト−マルテンサイト二相鋼。

【００４５】Ｃ：０．３％以下、Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１〜１５％、Ｓｉ：０〜
１、Ｍｎ：０〜５％、Ａｌ：０〜０．１％を含有し、残
部および不純物。

【００４６】ボイラ用鋼管として好適な高Ｃｒマルテ
ンサイト鋼またはフェライト−マルテンサイト二相鋼。

【００４７】Ｃ：０．２％以下、Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１〜１０％、Ｓｉ：０〜
１、Ｍｎ：０〜１％、Ａｌ：０〜０．１％を含有し、残
部および不純物。

【００４８】上記のように化学組成を調整すれば、イン
ゴット鋳造（本発明でいう鋳片はインゴットも含むもの
とする）、連続鋳造等の鋳造方法に関わらず、ポロシテ
ィ発生のほとんど無い鋳片を得ることができる。

【００４９】特に連続鋳造丸ビレット鋳片は、鋳造後再
加熱、分塊圧延工程を経ずに直接傾斜圧延機により圧延
して製造する継目無管の素材として用いるのが最も好適
である。この場合の連続鋳造方法や、鋳片の寸法や鋳造
速度等の鋳造条件は特に規定されず、通常の方法に従え
ばよい。また、連続鋳造中や鋳造後に連続して水冷や圧
下を加えても差し支えない。

【００５０】また、ブルームやスラブ等の矩形素材の連
続鋳造に適用してもポロシティの抑制効果が得られ、以
後の加熱、分塊条件を厳しく規定し、ポロシティを圧
着、消滅させる必要が無くなる。

【００５１】継目無製管方法：上記に規定された化学組
成を有する丸ビレット鋳片を素材として用いて、継目無
製管法は特に規定されず、プラグミル方式やマンドレル
ミル方式等の通常の方法に従って、穿孔、圧延、延伸お
よび定径等の工程により製管すればよい。

【００５２】

【実施例】（実施例１）表１に示すＡ〜Ｚの化学組成の
Ｃｒ鋼を各２５ｋｇ真空溶解し、直径１００ｍｍの丸鋳
片に鋳造した。

【００５３】各鋳片を縦方向に切断し、その切断面を観
察し目視で最大のポロシティを選定し、それをサンプリ
ングして表面を研磨して光学顕微鏡にて最大径を測定し
た。

【００５４】測定結果を表１に示す。

【００５５】

【表１】 図１は、表１のＳ値とポロシティの最大径との関係を示
す図である。

【００５６】表１および図１から明らかなように、ポロ
シティの発生は式で求まるＳ値に一義的に依存し、Ｓ値
が０以上でポロシティの発生が抑制されている。

【００５７】（実施例２）表１に示す鋼ＧおよびＨの化
学組成に調整して溶製し、連続鋳造により直径１９０ｍ
ｍの丸ビレット鋳片とし、傾斜ロール穿孔圧延機で穿孔
圧延して外径１８０ｍｍ、肉厚１６ｍｍ、長さ７０００
ｍｍの素管とした。それぞれ潤滑剤を塗布したマンドレ
ルバーを素管内に挿入し、７スタンドからなるマンドレ
ルミルを用いて外径１５１ｍｍ、肉厚５ｍｍ、長さ２５
３００ｍｍの仕上げ圧延用素管に延伸圧延した。

【００５８】引き続いて２６スタンドからなるストレッ
チレデューサーで仕上げ圧延し、外径６３．５ｍｍ、肉
厚７ｍｍ、長さ４００００ｍｍの鋼管に仕上げた。

【００５９】この鋼管を長さ方向に切断し、酸洗して表
面の酸化スケールを除去し、内表面を観察し疵の発生状
態を調べた。その結果、本発明で規定する条件を満たし
ているＧ鋼には内面疵は観察されなかった。一方、比較
例のＨ鋼にはポロシティに起因した内面疵が多数観察さ
れた。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、鋳造ままでポロシティ
が少ないＣｒ鋳片が得られ、継目無製管用の連続鋳造丸
ビレット鋳片として用いるのに最適である。連続鋳造中
もしくは鋳造後の圧下が不要となり、設備費、製造コス
ト低減に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で規定した式と、ポロシティ最大径の関
係を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質量％で、Ｃｒを１〜４０％含有するＣｒ
   鋼を、下記式（１）を満足するように化学組成を調整し
   て鋳造することを特徴とする、ポロシティの少ない鋳片
   の製造方法。 Cr+3Mo+Nb+4V+7-(190C+120N+4Ni+8Cu+4Si+2W+12Al)≧0 ・・・・（１） ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を
   示す
2. 【請求項２】質量％で、Ｃｒを１〜４０％含有するＣｒ
   鋼を、下記式（１）を満足するように化学組成を調整し
   て連続鋳造により丸ビレットとすることを特徴とする、
   ポロシティの少ない丸ビレット鋳片の製造方法。 Cr+3Mo+Nb+4V+7-(190C+120N+4Ni+8Cu+4Si+2W+12Al)≧0 ・・・・（１） ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を
   示す
3. 【請求項３】請求項２に記載の丸ビレット鋳片を用い
   て、傾斜圧延機により継目無管にすることを特徴とする
   内面疵の少ない継目無鋼管の製造方法。