JP2008173643A

JP2008173643A - 二相ステンレス鋼管の製造方法、矯正方法および強度調整方法、ならびに、二相ステンレス鋼管の矯正機の操業方法

Info

Publication number: JP2008173643A
Application number: JP2007006577A
Authority: JP
Inventors: Hajime Osako; 大迫　　一
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2008-07-31
Also published as: US8006528B2; BRPI0807036B1; BRPI0807036A2; EP2116316B1; US20100005848A1; EP2116316A1; CN101626849A; EP2116316A4; WO2008087929A1

Abstract

【課題】矯正機において二相ステンレス鋼管の機械的強度を調整する。
【解決手段】多段ロール式管矯正機により二相ステンレス鋼管を矯正するに際し、下記（１）式で定義されるＡ値を、機械的強度を改善する必要がない場合には、２．０％以下となるように調整し、機械的強度を改善する必要がある場合には、２．０％を超え３％以下となるように調整する。Ａ＝（Ｄ_ｉ−Ｈ_ｉ）／Ｄ_ｉ・・・（１）但し、（１）式の各記号の意味は下記の通りである。Ｄ_ｉ：矯正機の第ｉスタンド入側における管の外径（ｍｍ）Ｈ_ｉ：矯正機の第ｉスタンドにおけるロール溝底部間隔（ｍｍ）
【選択図】図１

Description

本発明は、二相ステンレス鋼管の製造方法に関し、特に、二相ステンレス鋼管の製造工程において使用される矯正機（ストレートナー）における矯正方法に関する。

ここで、二相ステンレス鋼は、フェライト相とオーステナイト相が均等に分散しているので、オーステナイトステンレス鋼またはフェライトステンレス鋼と比較して高強度の材料である。従って、二相ステンレス鋼は、容易に強加工することができ、加工における経済性の観点から、古くから広範囲に使用されている。特に、高Ｃｒ、高Ｍｏの二相ステンレス鋼は、優れた耐食性も有するため、熱交換器用、石油・化学工業用のプロセス鋼管・配管用途として多分野に適用されている。

例えば、特許文献１には、固溶強化能を有するＣｒ、Ｍｏ、Ｎ等の元素を含有し、耐海水性に優れた高強度二相ステンレス鋼が開示されている。特許文献２および３には、上記のＣｒ、Ｍｏ、Ｎに加え、Ｗを含有することによって、さらに耐食性を向上させた高強度二相ステンレス鋼が開示されている。

特許文献４には、二相ステンレス鋼管の製造方法が開示されている。この方法では、所定の化学組成を有し、パラメータＰＩ（＝１０Ｃ＋１６Ｎ＋Ｓｉ＋１．２Ｍｎ＋Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｃｒ＋３Ｍｏ）が３５以上である二相ステンレス鋼が用意され、その後、熱間加工による素管の製造、断面減少率で１０％以上の冷間加工または温間加工、および、固溶加熱処理が実施される。固溶加熱処理は、６００〜９００℃の温度範囲を所定の速度で昇温した後、１，０２０〜１，１８０℃の温度範囲で１分以上均熱した後、急冷して行われる。

これらの文献に記載されているように、従来、二相ステンレス鋼の機械的強度の調整は、化学組成の調整、溶体化熱処理条件等の調整により行われてきた。

ところで、二相ステンレス鋼管は、定径機、切断機などを用いて素管の寸法を調整した後、矯正機を用いて管の曲がりを除去して真直にするとともに、楕円形状の外形を矯正して、製造される。

継目無鋼管の矯正方法に関して、特許文献５には、凹ロールを対向に配置または千鳥形状に配置した複数スタンドから構成される多ロール矯正機と、１対の凹凹ロールまたは凹凸ロールの組み合わせで構成される２ロール矯正機により矯正することにより、管全長の真直度を向上させて、切断工程時に端部切断代を減少させる方法が開示されている。

図１は、多段ロール式管矯正機の例を示す模式図である。図１に示すように、多段ロール式矯正機（ストレートナー）は、孔型圧延ロール対Ｒ、Ｒを備えたスタンドを３つ以上備えている。孔型圧延ロール対の各ロールＲ、Ｒは、互いに傾斜角を持って対向している。少なくとも１つのスタンド（図１に示す例では、＃２）は、その孔型中心軸が他のスタンドの孔型中心軸と一致しないように配置されている。（以下、このような配置を「オフセット」と呼ぶ。）。また、各スタンドに配設された孔型圧延ロール対Ｒ、Ｒの溝底部間隔は、各スタンド入側の管Ｐの外径より狭いため、管Ｐは各スタンドを通過するときにクラッシュされる。多段ロール式管矯正機において、管Ｐは周方向に回転しながら、図１の矢印の方向に送られるので、曲がり、断面形状等が矯正される。

ロール式管矯正機のオフセット量およびクラッシュ量は、管Ｐの矯正効果を決定付ける重要な因子であり、これらオフセット量やクラッシュ量の設定方法について、出願人は、種々の提案をしている。

例えば、出願人は、特許文献６において、各スタンドに配設された孔型圧延ロールに生じる荷重を測定し、これが予め決定した適切な荷重となるようにオフセット量及びクラッシュ量を設定する方法を提案している。

出願人は、特許文献７において、孔型圧延ロールの摩耗量を予測し、摩耗量に応じてオフセット量やクラッシュ量などを設定する方法を、特許文献８において、矯正過程における管の変形挙動の理論式に基づいて、オフセット量及びクラッシュ量を設定する方法をそれぞれ提案している。

特開昭６２−５６５５６号公報特開平５−１３２７４１号公報特開平８−１７０１５３号公報特開２００２−２４１８３８号公報特開２００５−１３８１６４号公報特開２００１−１７９３４０号公報特開平２−２０７９２１号公報特公平４−７２６１９号公報

本発明者らは、化学組成の調整または溶体化熱処理条件の調整以外の手段により二相ステンレス鋼管の機械的強度を調整する方法について検討した。その結果、鋼管の直線性および伸円性を確保するために用いられる矯正機に着目した。つまり、本発明者らは、鋭意研究を行い、矯正機におけるクラッシュ量を調整することで、二相ステンレス鋼管の機械的強度を調整できることを見出し、本発明を完成させた。

なお、前述のように、矯正機に関する特許文献５〜８においては、矯正効果の向上、安定といった事項について検討がなされているものの、これを二相ステンレス鋼管の機械的強度の調整に用いることについては、一切検討がなされていない。

本発明は、化学組成の調整または溶体化熱処理条件の調整以外の手段により二相ステンレス鋼管の機械的強度を調整することができる二相ステンレス鋼管の製造方法、矯正方法および強度調整方法、ならびに、二相ステンレス鋼管の矯正機の操業方法を提供することを目的とする。

本発明は、下記（Ａ）に示す二相ステンレス鋼管の製造方法、下記（Ｂ）に示す強度調整方法および下記（Ｃ）に示す矯正方法、ならびに、下記（Ｄ）に示す二相ステンレス鋼管の矯正機の操業方法を要旨とする。

（Ａ）対向する孔型圧延ロール対で管を矯正する多段ロール式管矯正機を用いた二相ステンレス鋼管の製造方法であって、二相ステンレス鋼管を多段ロール式管矯正機で矯正する際に、下記（１）式で定義されるＡ値が２．０％を超え３％以下となるようにしたことを特徴とする二相ステンレス鋼管の製造方法。
Ａ＝（Ｄ_ｉ−Ｈ_ｉ）／Ｄ_ｉ・・・（１）
但し、（１）式の各記号の意味は下記の通りである。
Ｄ_ｉ：矯正機の第ｉスタンド入側における管の外径（ｍｍ）
Ｈ_ｉ：矯正機の第ｉスタンドにおけるロール溝底部間隔（ｍｍ）

（Ｂ）対向する孔型圧延ロール対で管を矯正する多段ロール式管矯正機を用いた二相ステンレス鋼管の強度調整方法であって、二相ステンレス鋼管を多段ロール式管矯正機で矯正する際に、下記（１）式で定義されるＡ値が２．０％を超え３％以下となるようにしたことを特徴とする二相ステンレス鋼管の強度調整方法。
Ａ＝（Ｄ_ｉ−Ｈ_ｉ）／Ｄ_ｉ・・・（１）
但し、（１）式の各記号の意味は下記の通りである。
Ｄ_ｉ：矯正機の第ｉスタンド入側における管の外径（ｍｍ）
Ｈ_ｉ：矯正機の第ｉスタンドにおけるロール溝底部間隔（ｍｍ）

（Ｃ）対向する孔型圧延ロール対で管を矯正する多段ロール式管矯正機を用いた二相ステンレス鋼管の矯正方法であって、二相ステンレス鋼管を多段ロール式管矯正機で矯正する際に、下記（１）式で定義されるＡ値が２．０％を超え３％以下となるようにしたことを特徴とする二相ステンレス鋼管の矯正方法。
Ａ＝（Ｄ_ｉ−Ｈ_ｉ）／Ｄ_ｉ・・・（１）
但し、（１）式の各記号の意味は下記の通りである。
Ｄ_ｉ：矯正機の第ｉスタンド入側における管の外径（ｍｍ）
Ｈ_ｉ：矯正機の第ｉスタンドにおけるロール溝底部間隔（ｍｍ）

（Ｄ）対向する孔型圧延ロール対で管を矯正する多段ロール式管矯正機の操業方法であって、二相ステンレス鋼管を多段ロール式管矯正機で矯正する際に、下記（１）式で定義されるＡ値を、機械的強度を改善する必要がない場合には２．０％以下となるように調整し、機械的強度を改善する必要がある場合には２．０％を超え３％以下となるように調整したことを特徴とする矯正機の操業方法。
Ａ＝（Ｄ_ｉ−Ｈ_ｉ）／Ｄ_ｉ・・・（１）
但し、（１）式の各記号の意味は下記の通りである。
Ｄ_ｉ：矯正機の第ｉスタンド入側における管の外径（ｍｍ）
Ｈ_ｉ：矯正機の第ｉスタンドにおけるロール溝底部間隔（ｍｍ）

本発明によれば、矯正機により二相ステンレス鋼管の機械的強度を調整できるので、化学組成および熱処理条件の設計自由度が増す。

本発明においては、矯正機により二相ステンレス鋼管を矯正する際に、下記（１）式で定義されるＡ値を、機械的強度を改善する必要がない場合には、２．０％以下となるように調整し、機械的強度を改善する必要がある場合には、２．０％を超え３％以下となるように調整する。
Ａ＝（Ｄ_ｉ−Ｈ_ｉ）／Ｄ_ｉ・・・（１）
但し、（１）式の各記号の意味は下記の通りである。
Ｄ_ｉ：矯正機の第ｉスタンド入側における管の外径（ｍｍ）
Ｈ_ｉ：矯正機の第ｉスタンドにおけるロール溝底部間隔（ｍｍ）

すなわち、矯正機における二相ステンレス鋼管のクラッシュ量の外径に対する比（Ａ値）が２．０％以下の場合には、矯正前後において機械的強度が変化しないため、化学組成および熱処理条件を適宜調整して得た強度をそのまま維持することができる。その一方で、Ａ値が２．０％を超える場合には、二相ステンレス鋼管の機械的強度が上昇することを本発明者らは見出したのである。このため、化学組成熱処理条件を適宜調整して得た強度をさらに上昇（改善）させる必要がある場合には、Ａ値が２．０％を超える範囲となるようにクラッシュ量を調整すればよい。

望ましいＡ値は２．５％以上である。これは、本発明者らの研究により、Ａ値の値が２．５％以上となるようにクラッシュ量を調整すれば、常温での引張強度だけでなく、高温（１２０℃）での引張強度も上昇できることが見出されたからである。Ａ値の上限については、特に制約はないが、あまりにクラッシュ量が大きい場合には、強度は上昇するものの、靭性が低下するおそれがある。従って、Ａ値は３．０％以下に制限するのが望ましい。

ここで、管の外径の測定方法としては、例えば、ストレートナー前に設置した測定機で測定する方法、素管を熱間加工した後に外径を測定してその測定値からストレートナー前の外径を算出する方法等がある。また、各スタンド入側における管の外径は、直前のスタンドにおけるロール溝底部間隔と同一であると見なして、スタンド間における外径の測定を省略してもよい。

オフセット量（オフセットされた孔型圧延ロール対Ｒ，Ｒの孔型中心軸と、他の孔型圧延ロール対Ｒ，Ｒの孔型中心軸との軸間距離）には、特に制限はないが、例えば、ストレートナー前の外径の５％程度とするのが望ましい。

以上のように、矯正機を用いて、二相ステンレス鋼管の矯正をするとともに、強度調整も行うことができ、ひいては、同一化学組成の二相ステンレス鋼の素管から強度の異なる鋼管を提供することができる。

本発明の効果を確認するべく、まず、表１に示すような二相ステンレス鋼の素管（外径：２１９．１ｍｍ、内径：１５９．１ｍｍ、長さ：８０００ｍｍ）を製造した。次いで溶体化処理（１０８０℃×３０分）とストレートナーによる矯正を行った。ストレートナーは、そのクラッシュ条件を変更して使用した。

化学組成およびクラッシュ条件を変更して、常温および１２０℃における引張試験およびシャルピー試験（−５０℃、２ｍｍＶノッチ）を実施し、機械的強度を調査した。その結果を表２に示す。

図２および３は、いずれも表２の結果を整理した図であり、図２は、常温におけるＹＳとＡ値との関係を、図３は、１２０℃におけるＹＳとＡ値との関係をそれぞれ示す。

表２および図２に示すように、常温におけるＹＳは、Ａ値が２．０％まではほとんど変化しないが、２．０％を超えると徐々に上昇した。一方で、Ａ値が３．０％を超える一部の例（Ｎｏ．１３および１４）では靭性の劣化が見られた。また、表２および図３に示すように、１２０℃におけるＹＳについては、Ａ値が２．５％を超えたあたりから、顕著に増加した。

本発明によれば、矯正機におけるクラッシュ量を調整することにより二相ステンレス鋼管の機械的強度を調整できるので、化学組成および熱処理条件の設計自由度が増す。

多段ロール式管矯正機の例を示す模式図である。実施例の結果を整理した図であり、常温におけるＹＳとＡ値との関係を示す。実施例の結果を整理した図であり、１２０℃におけるＹＳとＡ値との関係を示す

Claims

対向する孔型圧延ロール対で管を矯正する多段ロール式管矯正機を用いた二相ステンレス鋼管の製造方法であって、二相ステンレス鋼管を多段ロール式管矯正機で矯正する際に、下記（１）式で定義されるＡ値が２．０％を超え３％以下となるようにしたことを特徴とする二相ステンレス鋼管の製造方法。
Ａ＝（Ｄ_ｉ−Ｈ_ｉ）／Ｄ_ｉ・・・（１）
但し、（１）式の各記号の意味は下記の通りである。
Ｄ_ｉ：矯正機の第ｉスタンド入側における管の外径（ｍｍ）
Ｈ_ｉ：矯正機の第ｉスタンドにおけるロール溝底部間隔（ｍｍ）
対向する孔型圧延ロール対で管を矯正する多段ロール式管矯正機を用いた二相ステンレス鋼管の強度調整方法であって、二相ステンレス鋼管を多段ロール式管矯正機で矯正する際に、下記（１）式で定義されるＡ値が２．０％を超え３％以下となるようにしたことを特徴とする二相ステンレス鋼管の強度調整方法。
Ａ＝（Ｄ_ｉ−Ｈ_ｉ）／Ｄ_ｉ・・・（１）
但し、（１）式の各記号の意味は下記の通りである。
Ｄ_ｉ：矯正機の第ｉスタンド入側における管の外径（ｍｍ）
Ｈ_ｉ：矯正機の第ｉスタンドにおけるロール溝底部間隔（ｍｍ）
対向する孔型圧延ロール対で管を矯正する多段ロール式管矯正機を用いた二相ステンレス鋼管の矯正方法であって、二相ステンレス鋼管を多段ロール式管矯正機で矯正する際に、下記（１）式で定義されるＡ値が２．０％を超え３％以下となるようにしたことを特徴とする二相ステンレス鋼管の矯正方法。
Ａ＝（Ｄ_ｉ−Ｈ_ｉ）／Ｄ_ｉ・・・（１）
但し、（１）式の各記号の意味は下記の通りである。
Ｄ_ｉ：矯正機の第ｉスタンド入側における管の外径（ｍｍ）
Ｈ_ｉ：矯正機の第ｉスタンドにおけるロール溝底部間隔（ｍｍ）
対向する孔型圧延ロール対で管を矯正する多段ロール式管矯正機の操業方法であって、二相ステンレス鋼管を多段ロール式管矯正機で矯正する際に、下記（１）式で定義されるＡ値を、機械的強度を改善する必要がない場合には２．０％以下となるように調整し、機械的強度を改善する必要がある場合には２．０％を超え３％以下となるように調整したことを特徴とする矯正機の操業方法。
Ａ＝（Ｄ_ｉ−Ｈ_ｉ）／Ｄ_ｉ・・・（１）
但し、（１）式の各記号の意味は下記の通りである。
Ｄ_ｉ：矯正機の第ｉスタンド入側における管の外径（ｍｍ）
Ｈ_ｉ：矯正機の第ｉスタンドにおけるロール溝底部間隔（ｍｍ）