JP2005211973A

JP2005211973A - 内面疵の少ない熱延継目無鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP2005211973A
Application number: JP2004024550A
Authority: JP
Inventors: Umihiro Sato; 海広佐藤
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】連続鋳造の引抜きにおける圧下時、分塊圧延のための加熱時、および、分塊圧延時などの諸因子でコントロールしなければならない丸鋼片のポロシティの分布形態や量と内面疵との関係を規定することで、得られた鋼管における内面疵を最小限にする方法を提供する。
【解決手段】マンネスマン法により直径Ｄの丸鋼片１から熱延継目無鋼管を製造する方法において、穿孔機３で使用するプラグ４の径をｄとするとき、中心部のｄ１（ただし、ｄ１≦０．４×ｄである。）の範囲内に超音波探傷による検出ポロシティが分布する丸鋼片１を素材として穿孔機３に供給して穿孔圧延により穿孔する超音波探傷を利用した内面疵の少ない熱延継目無鋼管の製造方法。
【選択図】図２

Description

この発明はマンネスマン法による熱延継目無鋼管の製造方法、特に内面疵の少ない熱延継目無鋼管の製造方法に関するものである。

継目無鋼管の製造は、例えば、図１に示すように、丸鋼片１を回転炉床式加熱炉２により熱延温度に加熱し、加熱した丸鋼片１をマンネスマン法により穿孔機３によりプラグ４を用いて熱間圧延して製品内径より大径の素管５に穿孔し、次いで製品内径に適合したマンドレル６を挿入してアッセルミル７で製管圧延を行い、その後さらに温度低下した管材８を再加熱炉９で再加熱してシンキングミル１０で寸法を調整し、次いでロータリサイザー１１で真円度を出して製品の熱延継目無鋼管１２とし、冷却床１３で冷却する。

ところで、熱延継目無鋼管の製管時に熱延継目無鋼管の内面に内面疵が発生する場合がある。このような熱延継目無鋼管の内面疵の改善に対するアプローチは、上記の製管工程の上工程である鋳造から分塊圧延工程に関するもの、あるいは、製管工程に関するものに大別される。ところで、前者に関するものは、主に丸鋼片素材の内質であるポロシティや中心偏析の制御に関する技術（例えば、特許文献１、特許文献２または特許文献３参照。）がある。これらの技術では、ポロシティは鋼管内面疵の原因となるものであり、従って、ポロシティの生成を抑制することで、内面疵の発生を完全に防止することを目指すべきとされている。

特開２００２−１２９２７８号公報特開平１１−２６７８０５号公報特開平１０−３４２０１号公報

本発明が解決しようとする課題は、そこで、連続鋳造の引抜きにおける圧下時、分塊圧延のための加熱時、および、分塊圧延時などの諸因子でコントロールしなければならない丸鋼片のポロシティの分布形態や量と内面疵との関係を規定することで、得られた鋼管における内面疵を最小限にする方法を提供することである。

丸鋼片の中心部に存在する中心部ポロシティは、製管における内面疵に対して悪影響を及ぼすというのが通説である。しかし、丸鋼片の中心部ポロシティの完全防止は、むしろよくないと推定される。出願人の経験でも、マンネスマン法による製管性は、圧下材より非圧下材の方が良好である。ところで、丸鋼片の中心部ポロシティの成因は、鋳造工程から製管工程にいたる種々の工程にわたり数多くある。そこで、本発明の手段は、これらの丸鋼片中の中心部ポロシティの分布範囲と内面疵との関係を規定し、内面疵を最小限にした鋼管を得ることである。

すなわち、この丸鋼片における中心部ポロシティを目視に代えて、高周波超音波探傷により検出すると、√ＡＲＥＡが数１０μｍ以上の微小ポロシティを検出することが可能になる。この方法により、ポロシティ面積率が略０と思われる鋼材でも、微小ポロシティが多数残存しているケースを見出すことができる。この高周波超音波探傷により検出すると、特に高炭素鋼などでポロシティの完全防止が困難であることが分かる。しかしながら、適量の微小ポロシティの存在は、マンネスマン法により穿孔圧延するときの割れの発生および進展に有利と考えられることを見出した。

そこで、上記の課題を解決するための本発明の手段は、先ず、マンネスマン法により直径Ｄの丸鋼片から熱延継目無鋼管を製造する方法において、穿孔機で使用するプラグの径をｄとするとき、中心部のｄ１（ただし、ｄ１≦０．４×ｄである。）の範囲内に超音波探傷による検出ポロシティが分布する丸鋼片を素材として穿孔機に供給して穿孔圧延により穿孔することにより、超音波探傷を利用した内面疵の少ない熱延継目無鋼管の製造方法である。

上記の超音波探傷を利用した内面疵の少ない熱延継目無鋼管の製造方法において、さらに、穿孔圧延による穿孔は、丸鋼片の中心部のｄ１以内の範囲のうち、信号対ノイズの比が２以上である、すなわちＳ／Ｎ≧２である超音波探傷による映像が占める総面積の全面積に対する割合が１５〜１００％である丸鋼片を素材として穿孔機に供給して穿孔圧延により穿孔することである。

さらに上記の超音波探傷を利用した内面疵の少ない熱延継目無鋼管の製造方法において、その超音波探傷は、探傷領域において超音波ビーム径が０．５〜３．０ｍｍである探触子を使用することである。

上記の本発明の手段の適用にあっては、プラグ径ｄは穿孔圧延する丸鋼片の直径をＤとするとき、ｄ≒７５％Ｄを満足するものであることが好ましく、さらに、本発明を適用する丸鋼片はポロシティ以外の割れ欠陥などがないものが好ましい。

上記の手段において、超音波ビーム径が探傷領域で０．５〜３．０ｍｍとなる探触子を使用する理由は、ポロシティ面積率の推定精度が適度となることによる。すなわち、ビーム径が大きいと探傷領域でのポロシティ面積率の推定精度が悪くなりすぎ、逆にビーム径が小さいと介在物性欠陥を検出しやすくなることによる。

以上に説明したように、超音波探傷による検出ポロシティが丸鋼片の中心部の直径ｄ１内に分布し、またさらに、丸鋼片の中心部の直径ｄ１のうち、Ｓ／Ｎ≧２である超音波探傷による映像が占める総面積が全面積に対する割合の１５〜１００％である丸鋼片を素材とし、またその場合、探傷領域でビーム径が０．５〜３．０ｍｍである探触子を使用して超音波探傷して、径ｄのプラグを使用して穿孔機でマンネスマン法により穿孔することとしたので、本願発明は内面疵の少ない熱延継目無鋼管が的確に製造することができる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の試験例および実施例を通じて説明する。先ず、図２に示すマンネスマン法における穿孔機３に使用するプラグ４の直径をｄ、丸鋼片１の直径をＤとするとき、丸鋼片１の中心部の直径ｄ１を表１に示すように種々に代え、ｄ≒７５％Ｄのプラグ４の使用を想定して鋼管内面疵を調査する。

この場合、鋼種をＪＩＳ規格のＳＵＪ２鋼とし、図３の（ａ）に示すように、内質が比較的に均質と推定される直径Ｄが１２０ｍｍで長さ１０００ｍｍの丸鋼片１の穿孔開始端から１００ｍｍの長さの小片１４を採取する。残部丸鋼片１５は圧延温度１２００℃とし、マンネスマン法により実際に穿孔しアッセルミル７により製管し、最終圧延寸法は外径がφ９５ｍｍ、内径がφ７５ｍｍ、長さが４２００ｍｍの鋼管を得る。この場合、プラグ４の径ｄは７５％Ｄから９０ｍｍとする。下記の表１に示すように、下記で作成した試験片１６または小片１４の水浸による超音波探傷試験の結果と対比して鋼管内面疵を評価するものとする。

そこで、上記で採取した小片１４から図３の（ｂ）に示す厚さＴが４０ｍｍの中心軸１７を有する試験片１６を作製する。次いで、図３の（ｃ）に示すように、この試験片１６の中心軸１７に向け超音波入射方向１８から超音波探傷する。あるいは、図３の（ｄ）に示すように、小片１４に超音波入射方向１８から超音波探傷する。これらの超音波探傷を行う場合、試験片外周部（８０％Ｄより外側）や左右や上下のエッジ近傍の端部は網掛部で示す探傷範囲１９に含めず、図３の（ｃ）や（ｄ）の網掛け部の部分を探傷範囲１９とする。このため探傷範囲１９外の部分はマスキングを行って超音波探傷する。

図３において、超音波入射方向１８から焦点深度を２０ｍｍ、ゲートを表面下１０〜３０ｍｍ、探傷ピッチを０．２ｍｍ×０．２ｍｍとして１５ＭＨｚの超音波探傷を行い、Ｓ／Ｎ≧２のエコーについて、超音波探傷による検出ポロシティの分布範囲および超音波入射方向から投影した時の探傷領域１９の中心軸１７からｄ１の範囲の投影面内における超音波探傷による映像面積の割合を表１に示す。

これに対比して、上記の内質が比較的に均質と推定される直径Ｄが１２０ｍｍで長さ１０００ｍｍの丸鋼片１から上記の小片１４を採取した残部丸鋼片１５をマンネスマン法による穿孔機３で穿孔しアッセルミル７により製管した熱延継目無鋼管１２の内面疵の評点を表１に示す。この熱延継目無鋼管１２の１本当たりの疵の個数は、鋼管内面の目視検査で、表１のＮｏ．２の熱延継目無鋼管１２における疵の個数を１００とした時の疵の個数２００以上のものを１で、疵の個数５０以上２００未満のものを２で、疵の個数５０未満を３で評価して表１に示した。

上記の超音波探傷試験結果は、表１に示すように、Ｎｏ．１は、本発明例を示し、丸鋼片１の中心部の直径ｄ１が７％Ｄすなわちｄ１＝８．４ｍｍまでに検出ポロシティの９０％が分布して存在するものである。この時の超音波映像面積の割合は５％であった。これに対して実際のアッセルミルラインによる製管後の熱延継目無鋼管１２の内面疵の評点は２で○であった。

Ｎｏ．２は、本発明例を示し、丸鋼片１の中心部の直径ｄ１が８％Ｄすなわちｄ１＝９．６ｍｍまでに検出ポロシティの９０％が存在するものである。この時の超音波映像面積の割合は８０％であった。これに対して実際のアッセルミルラインによる製管後の熱延継目無鋼管１２の内面疵の評点は３で◎であった。

Ｎｏ．３は、本発明例を示し、丸鋼片１の中心部の直径ｄ１が２５％Ｄすなわちｄ１＝３０．０ｍｍまでに検出ポロシティの９０％が存在するものである。この時の超音波映像面積の割合は３％であった。これに対して実際のアッセルミルラインによる製管後の熱延継目無鋼管１２の内面疵の評点は２で○であった。

Ｎｏ．４は、本発明例を示し、丸鋼片１の中心部の直径ｄ１が２８％Ｄすなわちｄ１＝３３．６ｍｍまでに検出ポロシティの９０％が存在するものである。この時の超音波映像面積の割合は５６％であった。これに対して実際のアッセルミルラインによる製管後の熱延継目無鋼管１２の内面疵の評点は３で◎であった。

Ｎｏ．５は、比較例で、丸鋼片１の中心部の直径が５２％Ｄすなわちｄ１＝６２．４ｍｍまでに検出ポロシティの９０％が存在しており、ｄ１＞０．４×ｄである。この時の超音波映像面積の割合は９％であった。実際のアッセルミルラインによる製管後の熱延継目無鋼管１２の内面疵の評点は１で×であった。

Ｎｏ．６は、比較例で、丸鋼片１の中心部の直径ｄ１が４７％Ｄすなわちｄ１＝５６．４ｍｍまでに検出ポロシティの９０％が存在しており、ｄ１＞０．４×ｄである。この時の超音波映像面積の割合は６１％であった。これに対して実際のアッセルミルラインによる製管後の熱延継目無鋼管１２の内面疵の評点は１で×であった。

Ｎｏ．７は、本発明例を示し、丸鋼片１の中心部の直径ｄ１が１９％Ｄすなわちｄ１＝２２．８ｍｍまでに検出ポロシティの９０％が存在するものである。この時の超音波映像面積の割合は１２％であった。これに対して実際のアッセルミルラインによる製管後の熱延継目無鋼管１２の内面疵の評点は２で○であった。

Ｎｏ．８は、本発明例を示し、丸鋼片１の中心部の直径ｄ１が２４％Ｄすなわちｄ１＝２８．８ｍｍまでに検出ポロシティの９０％が存在するものである。この時の超音波映像面積の割合は２０％であった。これに対して実際のアッセルミルラインによる製管後の熱延継目無鋼管１２の内面疵の評点は３で◎であった。

Ｎｏ．９は、本発明例を示し、丸鋼片１の中心部の直径ｄ１が１７％Ｄすなわちｄ１＝２０．４ｍｍまでに検出ポロシティの９０％が存在するものである。この時の超音波映像面積の割合は３９％であった。これに対して実際のアッセルミルラインによる製管後の熱延継目無鋼管１２の内面疵の評点３で◎あった。

Ｎｏ．１０は、比較例で、丸鋼片１の中心部の直径が３４％Ｄすなわちｄ１＝４０．８ｍｍまでに検出ポロシティの９０％が存在しており、ｄ１＞０．４×ｄである。この時の超音波映像面積の割合は２５％であった。実際のアッセルミルラインによる製管後の熱延継目無鋼管１２の内面疵の評点は１で×であった。

Ｎｏ．１１は、比較例で、丸鋼片１の中心部の直径ｄ１が３９％Ｄすなわちｄ１＝４６．８ｍｍまでに検出ポロシティの９０％が存在しており、ｄ１＞０．４×ｄである。この時の超音波映像面積の割合は４０％であった。これに対して実際のアッセルミルラインによる製管後の熱延継目無鋼管１２の内面疵の評点は１で×であった。

以上の結果、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４およびＮｏ．７、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９の本発明例の丸鋼片１は、優先して製管を行って熱延継目無鋼管１２とすることが良いことがわかる。また、プラグ径ｄが丸鋼片１の直径Ｄの７５％のとき、丸鋼片１中の略３０％Ｄ以内であるｄ１内のポロシティは穿孔圧延終了時には圧着される。すなわち本発明では、ｄ＝７５％Ｄならばｄ１≦３０％Ｄである。ところで上記の本発明の方法においても、丸鋼片１の片端では製造条件によってはポロシティが圧着されていることがあるので穿孔開始側には使用しない方が良いと思われる。さらにマンネスマン法において、中心部偏析部の加工発熱に起因する内面疵を防止可能な穿孔圧延方法などと組み合わせると一層に良い結果が得られるものと考えられる。またさらに、超音波探傷方法は、ポロシティの３次元分布がとらえられるのであれば、供給素材をそのまま全長超音波探傷する方法のほうがよりよい結果をうることができると考えられる。

丸鋼片をマンネスマン法によりピアサー穿孔機で穿孔し製管する工程を示す本発明における工程の流れ図である。本発明のピアサー穿孔機における丸鋼片径Ｄとプラグ径ｄと丸鋼片中心部ｄ１の関係を示す図である。本発明を評価するための試験片の作製を示す図である。

符号の説明

１丸鋼片
２回転炉床式加熱炉
３穿孔機
４プラグ
５素管
６マンドレル
７アッセルミル
８管材
９再加熱炉
１０シンキングミル
１１ロータリサイザー
１２熱間継目無鋼管
１３冷却床
１４小片
１５残部丸鋼片
１６試験片
１７中心軸
１８超音波入射方向
１９探傷範囲

Claims

マンネスマン法により直径Ｄの丸鋼片から熱延継目無鋼管を製造する方法において、穿孔機で使用するプラグの径をｄとするとき、中心部のｄ１（ただし、ｄ１≦０．４×ｄである。）の範囲内に超音波探傷による検出ポロシティが分布する丸鋼片を素材として穿孔機に供給して穿孔圧延により穿孔することを特徴とする超音波探傷を利用した内面疵の少ない熱延継目無鋼管の製造方法。
穿孔圧延による穿孔は、丸鋼片の中心部のｄ１以内の範囲のうち、Ｓ／Ｎ≧２である超音波探傷による映像が占める総面積の全面積に対する割合が１５〜１００％である丸鋼片を素材として穿孔機に供給して穿孔圧延により穿孔することを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷を利用した内面疵の少ない熱延継目無鋼管の製造方法。
超音波探傷は、探傷領域において超音波ビーム径が０．５〜３．０ｍｍである探触子を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探傷を利用した内面疵の少ない熱延継目無鋼管の製造方法。