JP2007160363A

JP2007160363A - 丸鋼片の製造方法

Info

Publication number: JP2007160363A
Application number: JP2005361676A
Authority: JP
Inventors: Ko Okuyama; 耕奥山; Hiroshi Hayashi; 浩史林; Yasushi Kubo; 泰史久保
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2025-12-15
Also published as: JP4556861B2

Abstract

【課題】コストアップ、工程の自由度低下、中心部偏析、熱応力増大という問題を解決する。
【解決手段】Ｃを０．７〜１．５質量％、Ｃｒを０．９〜２．０質量％含有する高炭素クロム鋼の軸受用継目無鋼管の素材である、直径が１５０〜２５０ｍｍの丸鋼片を、連続鋳造した矩形状鋳片を熱間で分塊圧延して製造する方法である。矩形状鋳片の長辺長さをＷ（mm）、短辺長さをＨ（mm）とし、丸鋼片の直径をＤ（mm）とした場合に、２．５≦Ｗ／Ｈ≦３．５、１．２≦Ｈ／Ｄ、Ｗ／Ｄ≦４．５の条件を満足する長辺、短辺、扁平比の矩形状鋳片を、６．５≦（Ｈ×Ｗ）／（π×（Ｄ／２）^２）の分塊比で分塊圧延して丸鋼片を製造する。
【効果】低コスト、高能率で、分塊時に発生するビレット外面疵と製管時に発生する内面疵が生じず、鋼管内外表面品質の優れた継目無鋼管を得ることができる、軸受用継目無鋼管素材を製造できる。
【選択図】なし

Description

本発明は、Ｃを０．７〜１．５質量％、Ｃｒを０．９〜２．０質量％含有する高炭素クロム鋼の軸受用継目無鋼管の製造に供する、直径が１５０〜２５０mmの丸鋼片を製造する方法に関するものである。

高炭素クロム鋼の軸受用継目無鋼管素材は、「転炉又は電気炉→２次精錬→連続鋳造（矩形）→分塊」の工程を経て製造される。そして、その後、マンネスマン製管法等により継目無鋼管に加工される。

ところで、高炭素クロム軸受鋼は高クロム鋼とは異なり、鋳造時の中心ポロシティが最終製品（本発明では継目無鋼管）の品質を悪化させることがない。従って、特許文献１に記載されているような、ポロシティ対策としての連続鋳造鋳片の扁平化はなされておらず、むしろ、分塊時における鋼片外面疵の低減を重視し、分塊性の良好な、正方形に近い形状の連続鋳造鋳片（扁平比Ｗ／Ｈ＜１．５）が使用されていた。
特開平５−７９９０号公報

そして、このような正方形に近い形状の連続鋳造鋳片を用いて、高炭素クロム鋼の軸受用継目無鋼管の素材である、直径が１５０〜２５０mmの丸鋼片を製造する場合には、以下のＡ〜Ｃの対策が採られていた。

Ａ．内面欠陥の対策
本特許発明が対象とする成分系の軸受鋼は、高Ｃ、高Ｃｒであり融点が低い。さらに、連続鋳造鋳片が矩形であったため、凝固が最も遅い中心部において、偏析が集中しやすい。偏析する元素のなかでも、Ｐは粒界に偏析して粒界の融点を低下させるとともにその強度も低下させる。

従って、このような連続鋳造鋳片を分塊圧延して継目無鋼管素材とする場合、その中心部の高温強度は低いものとなる。
マンネスマン製管法等では、穿孔時に素材の中心部が加工発熱により最も高温となるため、中心部の高温強度が低い素材の場合、中心部が穿孔時に溶融破断し、鋼管の内面に欠陥として残存してしまうことになる。

この現象を防止するには、特許文献２に示された連続鋳造鋳片の組織調整が有効とされてきた。具体的には、連続鋳造鋳片を分塊圧延する時、または継目無鋼管素材を製管する時に１１００℃以上で均熱する時間（Hr）をＦＴとした場合、
[Ｃ]＋（[Ｐ]×１００）−ＦＴ／１０≦１．６
となる様、Ｃ、Ｐ、ＦＴを調整する方法である。
特許第３４８７２３４号公報

しかしながら、軸受鋼として要求される機械的性能を確保するため、Ｃの範囲はほぼ限定される。また、ＦＴでの調整も、分塊能率または製管能率の変動を生じさせるため、その範囲もほぼ一定とする必要があり、長時間側での条件とする傾向にある。
従って、品質を維持しながら生産性を向上するためには、低Ｐ化等の対策が要求される。

Ｂ．分塊加熱時の熱応力割れ対策
連続鋳片の扁平比が小さい、すなわち正方形に近い場合、常温から分塊可能な温度（１２３０℃）までの加熱過程に生じる熱応力により、分塊圧延時には中心部の応力が増大する。

さらに、連続鋳造鋳片には先に述べた偏析による中心部の強度低下や、高Ｃ鋼に特有の巨大炭化物が散在してそのまわりに応力集中を生じさせるので、耐割れ性を低減させる要因がある。

従って、熱応力を増加させる加熱条件とすると、これらの理由により加熱中に連続鋳造鋳片が割れてしまう。

この対策として、従来は、鋳造後直ちに分塊工場へ搬送して加熱を開始することで熱応力の発生を抑制する方法が採られていた。また、連続鋳造から分塊までに時間を要する場合は、中心部の偏析や、巨大な炭化物を拡散させるための均熱が必要であった。

Ｃ．製管加熱時の熱応力割れ対策
また、分塊比が不十分な場合は、継目無鋼管素材とした後も鋳片中心部の強度改善が十分に図れず、製管時の常温から製管可能な温度（１２３０℃）までの加熱過程において、前記Ｂと同じ理由による熱応力割れを生じさせる可能性がある。

この対策として、従来は連続鋳造鋳片を大型化し、分塊比を確保していた。

しかしながら、従来のＡ〜Ｃの対策では、以下のような問題があった。
先ず、Ａの内面欠陥の対策では、内面欠陥の安定化、および製造能力の拡大のための低Ｐ化により、コストアップとなる。

次に、Ｂの分塊加熱時の熱応力割れ対策では、鋳造から分塊までの時間的制約により、工程の自由度が低下する。
また、Ｃの製管加熱時の熱応力割れ対策では、分塊比確保のための連続鋳造鋳片の大型化が必要となり、中心部偏析、熱応力増大につながる。

本発明が解決しようとする問題点は、従来のＡの対策ではコストがアップし、また、Ｂの対策では工程の自由度が低下し、さらに、Ｃの対策では中心部に偏析が発生し、熱応力が増大するという点である。

本発明の丸鋼片の製造方法は、
Ｃを０．７〜１．５質量％、Ｃｒを０．９〜２．０質量％含有する高炭素クロム鋼の軸受用継目無鋼管の素材である、直径が１５０〜２５０mmの丸鋼片を、連続鋳造した矩形状鋳片を熱間で分塊圧延して製造するに際し、コストアップ、工程の自由度低下、中心部偏析、熱応力増大という問題を解決するために、
矩形状鋳片の長辺長さをＷ（mm）、短辺長さをＨ（mm）とし、丸鋼片の直径をＤ（mm）とした場合に、
連続鋳造によって得た下記（１）〜（３）式の条件を満足する長辺、短辺、扁平比を有する矩形状鋳片を、下記（４）式の条件を満足する分塊比で分塊圧延して丸鋼片を製造することを最も主要な特徴としている。
２．５≦Ｗ／Ｈ≦３．５・・・（１）
１．２≦Ｈ／Ｄ・・・（２）
Ｗ／Ｄ≦４．５・・・（３）
６．５≦（Ｈ×Ｗ）／（π×（Ｄ／２）^２）・・・（４）

本発明により、低Ｐ化、連続鋳造から分塊圧延までの時間制約、鋳片大型化の弊害を緩和し、低コスト、高能率で、少なくとも分塊圧延時に発生するビレット外面疵が生じないようにし、鋼管の表面品質の優れた継目無鋼管を得ることができる、軸受用継目無鋼管素材を製造できるという利点がある。

発明者らは、鋳片の扁平比増による、下記(1)、(2)の利点に着目し、軸受用継目無鋼管素材への適用を考えた。
(1) Ｐの中心偏析を低減することで、粒界溶融状の内面欠陥を抑制できること。
(2) 分塊加熱時の熱応力分布を改善して中心部の応力を抑制することで、分塊圧延時の鋳片割れを防止できること。

しかしながら、鋳片の扁平比増により丸ビレット分塊時にビレット外面に折れ込みや皺などの疵が生じやすくなる。

そこで、発明者らは、前記の疵を抑制しつつ、要求するビレット径に分塊圧延できる連続鋳造鋳片の短辺、長辺長さを規定することとした。
また、製管工程での素材加熱時の熱応力割れ防止する観点から分塊比も規定することにした。

すなわち、本発明は、連続鋳造で製造した矩形状鋳片を分塊圧延して丸鋼片とし、継目無鋼管素材として使用する製造プロセスにおいて用いる方法である。
そして、その場合、軸受に使用される継目無鋼管のサイズは比較的小径であり、その素材の丸鋼片の直径Ｄはφ１５０〜２５０（mm）が一般的である。

従って、前記範囲の直径の素材を分塊圧延するために使用する矩形状の連続鋳造鋳片の短辺長さをＨ（mm）、長辺の長さＷを（mm）とした場合に、連続鋳造鋳片の形状（短辺、長辺長さ）、前記継目無鋼管素材の寸法（直径）、の組み合わせ、およびその鋳片を分塊圧延する際の分塊比を適正化することにより、低コストで製造能率の向上が図れる継目無鋼管素材の製造方法を見出した。

すなわち、本発明の丸鋼片の製造方法は、Ｃを０．７〜１．５質量％、Ｃｒを０．９〜２．０質量％含有する高炭素クロム鋼の軸受用継目無鋼管の素材である、直径が１５０〜２５０mmの丸鋼片を、連続鋳造した矩形状鋳片を熱間で分塊圧延して製造する方法であって、矩形状鋳片の長辺長さをＷ（mm）、短辺長さをＨ（mm）とし、丸鋼片の直径をＤ（mm）とした場合に、連続鋳造によって得た下記（１）〜（３）式の条件を満足する長辺、短辺、扁平比を有する矩形状鋳片を、下記（４）式の条件を満足する分塊比で分塊圧延して丸鋼片を製造することを特徴としている。
２．５≦Ｗ／Ｈ≦３．５・・・（１）
１．２≦Ｈ／Ｄ・・・（２）
Ｗ／Ｄ≦４．５・・・（３）
６．５≦（Ｈ×Ｗ）／（π×（Ｄ／２）^２）・・・（４）

本発明の丸鋼片の製造方法は、軸受として使用される高炭素クロム鋼の継目無鋼管素材に関するものであるので、Ｃ、Ｃｒは以下の範囲を前提としている。

Ｃ：
Ｃは軸受鋼としての強度、耐摩耗性を確保するために必要である。しかしながら、その含有量が０．７質量％未満であると軸受鋼に必要な機械的性質が得られない。一方、１．５質量％を超えると、靭性、熱処理時の耐割れ性が悪化する。そこで、本発明では、Ｃの含有量が０．７〜１．５質量％のものを対象とした。

Ｃｒ：
ＣｒはＣと同様に軸受鋼としての強度、耐摩耗性を確保するために必要である。しかしながら、その含有量が０．９質量％未満であると軸受鋼に必要な機械的性質が得られない。一方、２．０質量％を超えると靭性、熱処理時の耐割れ性が悪化する。そこで、本発明では、Ｃｒの含有量が０．９〜２．０質量％のものを対象とした。

本発明では、ＣとＣｒ以外の元素については特に限定しないが、以下の元素に関しては、軸受鋼として使用するためには以下の範囲とすることが望ましい。
Ｓｉ：
Ｓｉは溶鋼の脱酸および、強度を確保するため含有させる。しかしながら、その含有量が少ないとそれらの効果が得られない。一方、過剰に含有させると介在物の増加をまねく。従って、その範囲は０．１５質量％以上、０．７質量％以下とすることが望ましい。

Ｍｎ：
Ｍｎを含有させると、靱性を劣化させることなく強度を向上させることができる。しかしながら、その含有量が少ないとそれらの効果が得られない。一方、過剰に含有させると、偏析を助長し、逆に靱性が劣化する場合がある。従って、その範囲は０．２０％以上、１．１５質量％以下とすることが望ましい。

Ｐ：
Ｐは不純物であり、先に述べたように中心部に偏析して粒界強度を低下させる。従って、その範囲は０．０５０質量％以下とすることが望ましい。

Ｓ：
Ｓは不純物であり、鋼の熱間加工性を劣化させる。そのため、Ｓの含有量は０．０２５質量％以下と、低いほうが望ましい。

また、本発明では以下のように、連続鋳造鋳片の長辺、短辺、扁平比、及び分塊圧延の分塊比を規定している。

Ｗ／Ｈ：
Ｗ／Ｈは、連続鋳造鋳片の横断面の扁平さをあらわす指標であり、本発明では、２．５〜３．５の範囲とする。
その理由は、Ｗ／Ｈが２．５未満の場合、中心部のＰ偏析に起因する粒界強度の低下が認められ、製管時に内面欠陥を発生させるからである。一方、Ｗ／Ｈが３．５を超えた場合は、連続鋳造鋳片が扁平すぎるために、丸鋼片への分塊圧延時に外面の形状不良や、長辺部の皺等が生じやすくなって、丸鋼片の形状、外面品質を悪化させるからである。

Ｈ／Ｄ：
Ｈ／Ｄは、連続鋳造鋳片の短辺と分塊後の丸鋼片の直径Ｄの比であり、短辺のみに着目した分塊比を意味し、本発明では、１．２以上とする。
その理由は、Ｈ／Ｄが１．２未満の場合、丸鋼片の直径Ｄに対して連続鋳造鋳片の短辺が短すぎるため、表面の圧延効果が小さく、鋳片段階での短辺の表面性状がそのまま丸鋼片に残存して、丸鋼片の外面品質を悪化するからである。なお、Ｈ／Ｄは、作用としてその上限値を決定する必要は無く、前記Ｗ／Ｈと、下記Ｗ／Ｄにておのずと上限値は制約される。

Ｗ／Ｄ：
Ｗ／Ｄは、連続鋳造鋳片の長辺と分塊後の丸鋼片の直径Ｄの比であり、長辺のみに着目した分塊比を意味し、本発明では、４．５以下とする。
その理由は、Ｗ／Ｄが４．５を超えると、丸鋼片の直径Ｄに対して長辺が長くなりすぎるため、分塊圧延時に皺疵や形状不良が生じやすく、丸鋼片の外面品質を悪化するからである。Ｗ／Ｄは、作用としてその下限値を決定する必要は無く、前記Ｗ／ＨとＨ／Ｄにておのずと下限値は制約される。

なお、従来、扁平比の小さな正方形に近い連続鋳造鋳片からの分塊圧延では、単なる断面積の比で管理することが可能であったが、連続鋳造鋳片を扁平化する本発明においては、前記Ｈ／ＤやＷ／Ｄの管理は必須である。

（Ｈ×Ｗ）／（π×（Ｄ／２）^２）：
（Ｈ×Ｗ）／（π×（Ｄ／２）^２）は、前記のように長辺と短辺を規定した連続鋳造鋳片を丸鋼片に分塊圧延する場合の分塊比を意味する。
この分塊比は、６．５以上とする。分塊比が６．５未満の場合、中心部の凝固組織の分塊による改善が十分なされないからである。

以下、本発明の効果を確認するために行った実験結果の一例について説明する。
実験は、鋳型の長辺、短辺を変更して連続鋳造した種々の矩形鋳片を、種々の分塊比で丸鋼片に分塊圧延し、その後マンネスマン法により継目無鋼管とした場合の、夫々の条件と、丸鋼片の外面品質、継目無鋼管の内外面品質を評価した。
鋳型の長辺、短辺、夫々の条件や分塊比等を下記表１に、その結果を下記表２に示す。

上記表１において、Ｎｏ．３，４，１０，１１が本発明例で、その他はグレーで示した条件が本発明例の範囲を外れた比較例である。

表２より明らかなように、長辺、短辺、扁平比、および分塊比が本発明の条件を充足する矩形鋳片を分塊圧延して丸鋼片を製造する本発明例では、いずれも、分塊圧延時にビレット外面疵が発生せず、丸鋼片の外面品質は良好であり、製管時に内面疵も発生せず、鋼管の内面品質も良好であった。

一方、扁平比（Ｗ／Ｈ）のみが本発明の条件を充足しない（小さい）、比較例Ｎｏ．１，５〜８，１２〜１４，１９，２０では、製管時に内面疵が発生し、内面品質が悪化した。

また、長辺、短辺、扁平比、分塊比の何れか２つの条件が本発明の条件を充足しない、比較例Ｎｏ．２，９，１５〜１８では、分塊圧延時にビレット外面疵が発生して丸鋼片の外面品質が悪化したり、製管時に内面疵が発生して内面品質が悪化した。

本発明は、上記の実施例に示したものに限られるものではなく、各請求項に記載した技術的思想の範囲内で適宜実施態様を変更しても良いことはいうまでもない。

Claims

Ｃを０．７〜１．５質量％、Ｃｒを０．９〜２．０質量％含有する高炭素クロム鋼の軸受用継目無鋼管の素材である、直径が１５０〜２５０mmの丸鋼片を、連続鋳造した矩形状鋳片を熱間で分塊圧延して製造する方法であって、
矩形状鋳片の長辺長さをＷ（mm）、短辺長さをＨ（mm）とし、丸鋼片の直径をＤ（mm）とした場合に、
連続鋳造によって得た下記（１）式、（２）式、（３）式の条件を満足する長辺、短辺、扁平比を有する矩形状鋳片を、下記（４）式の条件を満足する分塊比で分塊圧延して丸鋼片を製造することを特徴とする丸鋼片の製造方法。
２．５≦Ｗ／Ｈ≦３．５・・・（１）
１．２≦Ｈ／Ｄ・・・（２）
Ｗ／Ｄ≦４．５・・・（３）
６．５≦（Ｈ×Ｗ）／（π×（Ｄ／２）^２）・・・（４）