JP2005014031A

JP2005014031A - 高Ｃｒ鋼継目無管の製造方法

Info

Publication number: JP2005014031A
Application number: JP2003181058A
Authority: JP
Inventors: Masato Tanaka; 全人田中
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: JP4200829B2

Abstract

【課題】高Ｃｒ鋼継目無管の製造方法を提案する。
【解決手段】Ｃｒ：９質量％以上を含む組成を有する鋼管素材を、面積率で（Ａｃ_４変態点＋１０℃）以上、液相発生温度未満に加熱し、傾斜圧延方式の圧延により穿孔し、延伸して所定寸法の継目無管とする。これにより、圧延疵の発生が顕著に抑制され、安定して高能率で継目無鋼管を製造できる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油井管やボイラー管等の使途に好適な、高Ｃｒ鋼継目無管の製造方法に係り、とくにＣｒを９％以上含む組成を有する高Ｃｒ鋼継目無管の圧延疵低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油井管やボイラー管等に使用される継目無鋼管は、鋼管素材をマンネスマン−マンドレルミル方式、またはマンネスマン−プラグミル方式等の傾斜圧延方式による圧延により穿孔・延伸して所定寸法に製管されるのが一般的である。この傾斜圧延方式による圧延は、従来から、熱間加工方法のなかでも最も苛酷な加工方法として知られている。
【０００３】
近年、油井管、ボイラー管等の使用環境が過酷なものとなるにともない、使用する継目無鋼管への要求特性が高度化する傾向となっている。例えば、油井の高深度化、高腐食性環境化に伴い、使用する油井管には、高強度で、かつ高耐食性を具備することが要求されるようになってきた。このような要求にともない、油井管では、ステンレス鋼のような、Ｃｒ、Ｎｉ等の合金元素を多量に含有した高合金鋼製の継目無鋼管を適用するようになっている。
【０００４】
しかしながら、Ｃｒ、Ｎｉ等含有する合金元素量の増加に伴い、耐食性が向上する反面、穿孔圧延等における加工性が劣化し、脆化割れが発生し製品管の内外面に圧延疵が多発するという問題があった。このような熱間加工性低下を補うため、熱間加工温度を上昇することが考えられるが、過度の熱間加工温度の上昇は熱間加工性に劣るδーフェライトの粒界析出を生じ、粒界滑り破壊を起こして圧延疵が多発するという問題があった。
【０００５】
このような問題に対し、例えば、特許文献１には、Ｃ：０．０２５〜０．２８％、Ｃｒ：１１．５〜１４％を含有し、Ｐを０．０２％以下、Ｓを０．００３％以下に規制した、１２００℃におけるフェライト量が４０％以下の継目無鋼管用フェライト系ステンレス鋼が提案されている。特許文献１に記載された技術によれば、不純物元素であるＰ、Ｓ量を低減することにより、造管時の欠陥発生を防止できるとしている。
【０００６】
また、特許文献２には、Ｃ：０．０５％以下、Ｃｒ：１０〜１４％、Ｎｉ：４．０〜７．０％、Ｍｏ：１．０〜３．０％、Ｃｕ：１．０〜２．０％含有し、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００１％以下、Ａｌ：０．０６超え〜０．３％に規制するマルテンサイト鋼継目無鋼管が提案されている。特許文献２に記載された技術によれば、Ｓ量を０．００１％以下に低減することにより、圧延疵の問題を生じることなく傾斜圧延方式で継目無鋼管に製管できるとしている。
【０００７】
【特許文献１】
特公平３−６０９０４号公報
【特許文献２】
特開平１１−１４０５９４号公報
【０００８】
【発明の解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載された技術によっても、熱間加工性低下に基づく圧延疵の発生は完全には防止できていないのが現状である。また、特許文献１〜２に記載された技術におけるような不純物の低減や、高価な合金元素量の増加は、製造コストの高騰を招き経済的に不利となる。本発明は、こうした従来技術の問題を有利に解決し、傾斜圧延方式を利用した継目無鋼管製造方法においても、圧延疵を多発することなく、高Ｃｒ鋼継目無管を製造できる、高Ｃｒ鋼継目無管の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、まず高Ｃｒ鋼材の熱間加工性に及ぼす変形温度の影響について調査した。高Ｃｒ鋼材として、Ｃｒを１３％含有する鋼材（圧延材）を用い、該鋼材から６．０ｍｍ φの丸棒試験片を採取した。得られた丸棒試験片に、室温から１００ｓで１２５０℃まで加熱し、その温度で１００ｓ間保持したのち、９００〜１２００℃の各温度まで１０℃／ｓの冷却速度で冷却しその温度で１００ｓ間保持したのち、１００ｍｍ／ｓの引張速度で引張り、破断させる熱間引張試験を実施した。破断後、破断面を突き合わせて、破断時の直径を測定した。得られた値を用いて、直径減少率（＝｛（試験前の直径）−（破断時の直径）｝／（試験前の直径）×１００％）を求めた。
【００１０】
図１に、高Ｃｒ鋼材における直径減少率と引張温度（変形温度）との関係の一例を示す。なお、用いた高Ｃｒ鋼材は、質量％で、０．２０％Ｃ−０．２５％Ｓｉ−０．４５％Ｍｎ−１３．０％Ｃｒ−０．０２％Ｎ−０．１５％Ｎｉ−残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する圧延材とした。直径減少率が６０％以上あれば熱間加工性は良好であるが、使用した１３％Ｃｒ鋼材では１０００℃未満の変形温度領域で、直径減少率が６０％未満となり熱間加工性が低下することが推察される。図１には、参考として、マンネスマン−マンドレルミル方式の各ミルにおける圧延温度範囲の一例を併記している。
なお、ＰＣＭはピアシングミル、ＭＤＭはマンドレルミル、ＨＳＲはホットストレッチレデューサーを表す。図１から、下流側のミルでは、素材の温度低下による熱間加工性低下による圧延疵の発生が懸念される。
【００１１】
下流側のミルにおける熱間加工性不足による圧延疵の発生を防止するためには、素材の加熱温度を高くすることが考えられる。そこで、本発明者らは、圧延疵発生に及ぼす鋼管素材の加熱温度の影響についてさらに検討した。質量％で、０．２０％Ｃ−０．２５％Ｓｉ−０．４５％Ｍｎ−１３．０％Ｃｒ−０．０２％Ｎ−０．１５％Ｎｉ−残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する１３％Ｃｒ鋼素材（１９０ｍｍφ）を、１２３０〜１３５０℃の間の各温度に加熱し、マンネスマン−マンドレルミル方式の圧延機により７３．０ｍｍφ×肉厚５．５１ｍｍの継目無鋼管とした。圧延終了後、鋼管の内外面を超音波探傷法および目視により観察し、欠陥（圧延疵）の発生率（＝欠陥が発生した鋼管の本数／全鋼管本数）を求めた。なお、肉厚の５％以上になる欠陥を有害な欠陥としてカウントした。
【００１２】
また、欠陥部断面（Ｃ断面）を研磨し、ビレラエッチングおよびＫＯＨ電解エッチングを用いて組織を現出し、組織観察により欠陥の発生原因を調査した。欠陥の発生原因としては、加熱温度が高すぎて液相が発生したことによる粒界液化起因、粒界へのδ−フェライト析出によるδ−フェライト起因、加工温度が低温で熱間加工性不足起因の３種に分類した。また、鋼管素材から採取した試験片を各温度に加熱したのち、急冷して組織を光学顕微鏡で観察した。さらに、撮像した組織写真から画像解析装置によりδ− フェライト量（δ含有量）を算出した。得られた結果を図２に示す。
【００１３】
図２から、１２９０℃超１３２０℃未満、すなわちδ−フェライト量が面積率で５％以上である温度以上、液相が発生する温度未満（すなわち、１２９０℃超え、１３２０℃未満）に加熱することにより、欠陥発生率が顕著に減少するという知見を得た。実験した鋼材のδ−フェライト析出開始温度（Ａｃ_４変態点）は１２８０℃であり、液相発生温度が１３２０℃であることから、（Ａｃ_４変態点＋１０℃）以上、より好ましくは（Ａｃ_４変態点＋１０℃）超え液相発生温度（融点）未満に加熱することが圧延疵発生防止の観点から好ましい。従来では、鋼管素材の加熱温度は高々Ａｃ_４変態点直下までであり、これでは、依然としてδ−フェライト起因の欠陥（圧延疵）の発生を防止できないことになる。一方、加熱温度がＡｃ_４変態点より低くなると、下流のミルでは低温となり、熱間加工性不足起因（低温起因）の欠陥（圧延疵）が増加することになる。
【００１４】
本発明は、上記した知見に基づいて、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）質量％で、Ｃｒ：９％以上を含む組成を有する鋼管素材を加熱し、傾斜圧延方式の圧延により穿孔し、延伸して所定寸法の継目無管とするにあたり、前記加熱を（Ａｃ_４変態点＋１０℃）以上、液相発生温度未満とすることを特徴とする高Ｃｒ鋼継目無管の製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明では、鋼管素材を加熱し傾斜圧延方式の穿孔圧延、延伸圧延により継目無鋼管とする。本発明で使用する鋼管素材は、Ｃｒを９％以上含有する高Ｃｒ鋼とする。
【００１６】
本発明で使用する鋼管素材は、Ｃｒを質量％で９％以上好ましくは２２％以下含有するマルテンサイト系Ｃｒ鋼材、あるいはフェライト系Ｃｒ鋼材であり、Ｃｒ以外の成分はとくに限定する必要はない。Ｃｒが９％未満、あるいは２２％を超えて含有する鋼材では継目無鋼管の圧延疵の発生は顕著でなくなる。
【００１７】
本発明では、鋼管素材は、（Ａｃ_４変態点＋１０℃）以上液相発生温度未満、に加熱される。
【００１８】
鋼管素材の加熱温度が、（Ａｃ_４変態点＋１０℃）未満、すなわち面積率で５％以上のδ−フェライトが析出する温度未満では、製品鋼管に圧延疵が多発する。δ−フェライトの析出は、図３（ａ）に示すように、まずγ粒界にフィルム状に生じる。γ粒界がδ−フェライトで占められた状態で鋼管素材に変形（加工）が加えられると、変形抵抗が小さいδ−フェライトに応力が集中し、図３（ｂ）に示すように粒界破壊が生じ、圧延疵が発生するものと考えられる。鋼管素材が、γ粒界以外のγ粒内にもδ−フェライトが析出するような温度に加熱された場合には、粒界δ−フェライトへの応力集中が少なくなり、粒界破壊の発生が抑制され、圧延疵が顕著に減少するものと考えられる。すなわち、本発明が対象とする鋼管素材では、加熱温度を（Ａｃ_４変態点＋１０℃）以上、好ましくは（Ａｃ_４変態点＋１０℃）超としてδ粒内にもδ−フェライトを析出させ、粒界への応力集中を抑制する。なお、本発明では、Ａｃ_４変態点は、熱膨張曲線から判断してγ→δ変態が顕著に生じる温度をいうものとする。
【００１９】
一方、鋼管素材の加熱温度が、液相発生温度を超えて高くなると、粒界液化起因による圧延疵の発生が顕著となる。なお、液相発生温度は、粒界が液化する温度を意味し、本発明では、熱間引張試験で直径減少率が５０％以下となる最低温度をいうものとする。熱間引張試験では、鋼板から採取した６ｍｍφ引張試験片を、室温から１００ｓで所定の引張温度に加熱し、その温度に１００ｓ間保持した後、１００ｍｍ／ｓの引張温度で破断させ、直径減少率を求める。
【００２０】
このようなことから、本発明では、鋼管素材の加熱温度を（Ａｃ_４変態点＋１０℃）以上、液相発生温度未満に限定した。
【００２１】
また、鋼管素材の加熱温度を上記した範囲とすることにより、下流工程のミルでの圧延温度を、熱間加工性が低下しない温度範囲内に確保することができ、低温起因の圧延疵の発生が顕著に低下する。
【００２２】
上記した温度範囲内の温度に加熱された鋼管素材は、マンネスマン−マンドレルミル方式、またはマンネスマン−プラグミル方式等の傾斜圧延方式による圧延により穿孔・延伸して所定寸法の継目無鋼管に製管される。通常、マンネスマン−マンドレルミル方式の傾斜圧延方式による圧延では、鋼管素材は、ピアサーで穿孔され、マンドレルミルで延伸圧延されたのち、ホットレデューサーで成形されて、継目無鋼管とされる。また、マンネスマン−プラグミル方式の傾斜圧延方式による圧延では通常、ピアサーで穿孔され、エロンゲータを経て、プラグミルで延伸圧延され、リーラー、サイザー等を経て、継目無鋼管とされる。本発明では、加熱温度以外の圧延条件は特に限定する必要はなく、通常の傾斜圧延方式の圧延方法がいずれも適用できる。
【００２３】
【実施例】
表１に示す組成の鋼管素材を、表２に示す加熱温度に加熱したのち、マンネスマン−マンドレルミル方式の圧延により、継目無鋼管各５００本とした。なお、素材寸法、製品鋼管の寸法を表２に示す。得られた鋼管について、内外面全長に亘り、圧延欠陥の発生個数を目視および超音波探傷法で調査し、欠陥発生率（％）を算出した。なお、欠陥発生率（％）は、（欠陥が発生した鋼管の本数）／（全鋼管数）×１００％とした。
【００２４】
得られた結果を表２に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
本発明例はいずれも、圧延欠陥の発生は少ない。一方、本発明の範囲を外れる比較例は圧延疵が多発している。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、圧延欠陥の発生を抑制して、高Ｃｒ鋼継目無管を効率よく製造することができ、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】１３Ｃｒ鋼の熱間加工性（直径減少率）と変形温度との関係を示すグラフである。
【図２】１３Ｃｒ鋼継目無管の圧延欠陥の発生率、δフェライト含有率と加熱温度の関係を示すグラフである。
【図３】（ａ）δフェライトの析出状態と（ｂ）粒界破断の状況を模式的に示す説明図である。

Claims

質量％で、Ｃｒ：９％以上を含む組成を有する鋼管素材を加熱し、傾斜圧延方式による圧延で穿孔し、延伸して所定寸法の継目無管とするにあたり、前記加熱を（Ａｃ_４変態点＋１０℃）以上とすることを特徴とする高Ｃｒ鋼継目無管の製造方法。