JP2016030856A

JP2016030856A - スケール発生防止剤及び鋼管の製造方法

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Publication number: JP2016030856A
Application number: JP2014154216A
Authority: JP
Inventors: 和也 ▲高▼橋; Kazuya Takahashi; 日高　康善; Yasuyoshi Hidaka; 康善日高
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2016-03-07
Anticipated expiration: 2034-07-29
Also published as: JP6394153B2

Abstract

【課題】鋼管におけるスケール発生量を低減することが可能なスケール発生防止剤及び鋼管の製造法方法を提供する。
【解決手段】本発明は、酸化鉄を含む鉄粉と、酸化防止剤組成物とを含み、前記鉄粉の平均粒径が２０〜６０μｍであり、前記鉄粉の含有率が質量％で２０質量％以上８０質量％以下であるスケール発生防止剤を採用する。また、本発明は、鋼材の表面に上記のスケール発生防止剤を塗布し、鋼材を１０００℃〜１３００℃に加熱し、加熱した鋼材に穿孔を設け、穿孔を設けた鋼材を圧延して鋼管を製造する鋼管の製造方法を採用する。
【選択図】なし

Description

本発明は、スケール発生防止剤及び鋼管の製造方法に関する。

継ぎ目なし鋼管は、ビレットを１２００℃以上に加熱し、プラグを用いてビレットを穿孔し、熱間圧延し、更に円形に成形する段階を経て製造される。ビレットを１２００℃以上に加熱する手段として、加熱炉による加熱や誘導加熱装置による加熱が選択され、また、加熱の雰囲気としては、大気雰囲気や不活性ガス雰囲気が選択される。このうち、大気雰囲気中での加熱炉による加熱が一般的である。

ところで、大気雰囲気中でビレットを１２００℃以上に加熱すると、雰囲気中の酸素と鋼中の炭素とが結合して二酸化炭素が生成し、これにより鋼の表面の炭素濃度が低下するいわゆる脱炭が起きる。ビレットの加熱の段階で脱炭が起きると、最終製品としての継ぎ目なし鋼管の表面に脱炭層が形成され、鋼管の品質が低下する問題が起きる。

また、加熱時にビレット表面が酸化されて、酸化鉄を主体とするスケールが発生するが、このスケールの発生量がビレット重量に対して数％程度になり、この発生したスケールが材料のロスになる問題がある。

また、スケールの発生量が多くなると、鋼表面からスケールを完全に除去しきれず、鋼管表面に少量のスケールが残存する場合がある。その後、例えば表面加工を実施した際に、残存したスケールが鋼管表面に押し込まれる場合があり、押し込まれたスケールを除去するために研削加工が必要になるといった問題もあった。

そこで、ビレットの脱炭現象やスケール発生を極力防止するために、加熱炉における燃料と空気の混合比を制御して空気比を少なくしたり、あらかじめビレットの表面に酸化防止剤や脱炭防止剤を塗布してから加熱するといったことが行われている。下記特許文献１には、焼鈍時に用いる脱炭防止剤が開示されている。酸化防止剤や脱炭防止剤をビレット表面に塗布することによって塗膜が形成され、この塗膜によってビレット表面への酸素の侵入量が抑制される。

特開平９−１４３５５１号公報

従来の酸化防止剤や脱炭防止剤は、ビレット表面への酸素の侵入量を抑制するために、塗膜における酸素の拡散係数Ｄを高くするように成分調整がされている。しかしながら、塗膜による酸素の侵入量の抑制は、酸素の拡散係数Ｄを高くすること以外に、塗膜の厚みを厚くすることも有効である。

酸化防止剤や脱炭防止剤の塗膜の厚みを厚くするには、ビレットへの酸化防止剤等の塗布量を増やす必要があるが、塗布量のばらつきが生じやすくなる問題がある。また、塗装工程自体が煩雑になる問題がある。

また、塗膜の厚みを厚くする手段として、塗料中に無機物等からなる粉体を添加して塗膜中の固形分量を増大させて塗膜自体を嵩高にする手段もあるが、塗料に無機物等からなる粉体を添加すると、粉体同士が凝集沈降しやすく、均一な塗料が得られない問題もあった。

そこで本発明は、鋼管におけるスケール発生量を低減することが可能なスケール発生防止剤及び鋼管の製造法方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する手段は以下の通りである。
［１］酸化鉄を含む鉄粉と、酸化防止剤組成物とを含み、前記鉄粉の平均粒径が２０〜６０μｍであり、前記鉄粉の含有率が２０質量％以上８０質量％以下であるスケール発生防止剤。
［２］前記鉄粉は、前記鉄粉に対してＸ線回折測定を行った場合にＦｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＦｅＯ及びＦｅのＸ線回折ピークをそれぞれ示すものである［１］に記載のスケール発生防止剤。
［３］前記鉄粉は、鋼または鋼合金をアーク溶射法で溶射させた際に生成する溶射粒子である［１］または［２］に記載のスケール発生防止剤。
［４］前記酸化防止剤組成物が、１３００℃以下の軟化点または融点を有するフラックス成分を５〜９０質量％と、１３００℃以上の融点を有する耐火性充填材を０〜７５質量％と、ＳｉＣを５〜９０質量％と、Ｃｒ_２Ｏ_３を５〜６０質量％と、残部として分散媒とを含む［１］乃至［３］の何れか一項に記載のスケール発生防止剤。
［５］前記酸化防止剤組成物が、１３００℃以下の軟化点または融点を有するフラックス成分を５〜３０質量％と、分散剤を０．１〜３質量％と、残部として分散媒とを含む［１］乃至［３］の何れか一項に記載のスケール発生防止剤。
［６］鋼材の表面にスケール発生防止剤を塗布し、前記鋼材を１０００℃〜１３００℃に加熱し、加熱した鋼材に穿孔を設け、穿孔を設けた鋼材を圧延して鋼管を製造する際に、前記スケール発生防止剤として、酸化鉄を含む鉄粉と、酸化防止剤組成物とを含み、前記鉄粉の平均粒径が２０〜６０μｍであり、前記鉄粉の含有率が２０質量％以上８０質量％以下であるスケール発生防止剤を用いる鋼管の製造方法。
［７］前記鋼材の表面に塗布するスケール発生防止剤の厚みが、２０〜５００μｍの範囲である［６］に記載の鋼管の製造方法。
［８］前記鉄粉は、前記鉄粉に対してＸ線回折測定を行った場合にＦｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＦｅＯ及びＦｅのＸ線回折ピークをそれぞれ示すものである［６］または［７］に記載の鋼管の製造方法。
［９］前記鉄粉は、鋼または鋼合金をアーク溶射法で溶射させた際に生成する溶射粒子である［６］乃至［８］の何れか一項に記載の鋼管の製造方法。
［１０］前記酸化防止剤組成物が、１３００℃以下の軟化点または融点を有するフラックス成分を５〜９０質量％と、１３００℃以上の融点を有する耐火性充填材を０〜７５質量％と、ＳｉＣを５〜９０質量％と、Ｃｒ_２Ｏ_３を５〜６０質量％と、残部として分散媒とを含む［６］乃至［９］の何れか一項に記載の鋼管の製造方法。
［１１］前記酸化防止剤組成物が、１３００℃以下の軟化点または融点を有するフラックス成分を５〜３０質量％と、分散剤を０．１〜３質量％と、残部として分散媒とを含む［６］乃至［９］の何れか一項に記載の鋼管の製造方法。

本発明のスケール発生防止剤は、平均粒径が２０〜６０μｍの鉄粉と酸化防止剤組成物とを含み、鉄粉の含有率が２０〜８０質量％のものであるので、鋼材の表面に塗布して塗膜を形成した場合に、塗膜に占める鉄粉の体積分率が高くなり、その一方で、酸化防止剤組成物の体積分率が小さくなる。鉄粉自体は酸素を透過しないので、空気中の酸素は塗膜中の酸化防止剤組成物の内部を拡散しつつ浸透することになる。このとき、塗膜の厚みは、鉄粉を添加しない場合に比べて厚くなるので、酸化防止剤組成物中を拡散する酸素の浸透経路が格段に長くなる。これにより、鋼材の表面に到達する酸素の量を減らすことができ、高温加熱時のスケールの発生を抑制できる。
また、酸化鉄を含む鉄粉を用いることで、鉄粉中の鉄の含有量を少なくすることができ、鉄資源を節約できる。
また、鉄粉の平均粒径を２０〜６０μｍとすることにより、鉄粉を酸化防止剤組成物中に均一に分散させることができるので、鋼材表面に、組成のばらつきがない塗膜を形成できる。
更に、鉄粉の熱伝導性が高いので、外部から塗膜に侵入する熱を鋼材に伝熱させることができ、鋼管製造時の鋼材の加熱を効率よく行うことができる。

また、本発明の鋼管の製造方法によれば、平均粒径が２０〜６０μｍの鉄粉と酸化防止剤組成物とを含み、鉄粉の含有率が２０〜８０質量％であるスケール発生防止剤を鋼材の表面に塗布することで、塗膜に占める鉄粉の体積分率が高くなり、その一方で、酸化防止剤組成物の体積分率が小さくなる。鉄粉自体は酸素を透過しないので、空気中の酸素は塗膜中の酸化防止剤組成物の内部を拡散しつつ浸透することになる。このとき、塗膜の厚みは、鉄粉を添加しない場合に比べて厚くなるので、酸化防止剤組成物中を拡散する酸素の浸透経路が格段に長くなる。これにより、鋼材の表面に到達する酸素の量を減らすことができ、高温加熱時のスケールの発生を抑制できる。
また、酸化鉄を含む鉄粉を用いることで、鉄粉中の鉄の含有量を少なくすることができ、鉄資源を節約できる。
また、鉄粉の平均粒径を２０〜６０μｍとすることにより、鉄粉を酸化防止剤組成物中に均一に分散させることができるので、鋼材表面に、組成のばらつきがない塗膜を形成できる。
更に、鉄粉の熱伝導性が高いので、外部から塗膜に侵入する熱を鋼材に伝熱させることができ、鋼管製造時の鋼材の加熱を効率よく行うことができる。

試験例１に用いた溶射粒子のSEM写真である。試験例１に用いた溶射粒子のX線回折結果である。

以下、本発明の実施形態であるスケール発生防止剤及び鋼管の製造方法について説明する。

［スケール発生防止剤］
本実施形態のスケール発生防止剤は、平均粒径が２０〜６０μｍの鉄粉と、酸化防止剤組成物とを含み、鉄粉の含有率が２０質量％以上８０質量％以下のものである。

本実施形態における鉄粉は、酸化鉄を含む鉄粉である。酸化鉄を含むものであれば特に制限はないが、好ましくは、鋼または鋼合金をアーク溶射法で溶射させた際に生成する溶射粒子からなる粉末が好ましい。このような溶射粒子は、形状がほぼ球形になっており、また、酸化鉄と金属鉄が混合しているか、または全体が酸化鉄になっている。形状が球形になっているので、酸化防止剤組成物中に分散させた場合に凝集することなく均一に分散することになる。また、鉄粉を構成する粒子の少なくとも一部が酸化鉄になっているので、鉄粉中の鉄の含有量が少なくなり、鉄資源が節約される。

アーク溶射法の際に発生する鉄粉は、他の製鉄工程において発生するスケールよりも平均粒径が小さく、酸化防止剤組成物に対する分散性に優れるので、本発明のスケール発生防止剤の添加成分として好適である。本実施形態の鉄粉は、例えば、何らかの基材表面に鋼合金からなる溶射膜をアーク溶射法により形成する際に発生する粉末を用いることが好ましい。より好ましくは、鋼管の熱間加工に用いられるマンドレルに対し、マンドレルの表面に溶射膜を形成する際に副産物として発生する鉄粉を用いるとよい。マンドレルに溶射膜を形成する際に生じていた鉄粉は、従来においては破棄していたものであるが、本発明によれば、スケール発生防止剤の添加成分として再利用することができ、省資源化を実現できる。

鉄粉の平均粒径は、２０〜６０μｍの範囲が好ましい。鉄粉の平均粒径が２０μｍ未満になると、鉄粉の粒子同士が凝集しやすくなり、却って酸化防止剤組成物中での分散性が低下するので好ましくない。また、鉄粉の平均粒径が６０μｍを超えると鋼材表面に塗膜を形成した際に塗膜強度が低下し、塗膜が剥離しやすくなるので好ましくない。また、鉄粉の平均粒径が６０μｍを超えると、塗膜を形成した際に、鉄粉同士の間の隙間が大きくなり、この隙間から酸素が鋼材表面に侵入しやすくなるので好ましくない。より好ましい平均粒径は３０〜４０μｍの範囲である。

また、鉄粉は、Ｘ線回折測定を行った場合にＦｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＦｅＯ及びＦｅのＸ線回折ピークをそれぞれ示すものが好ましい。鉄粉がＦｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＦｅＯといった比較的嵩高な酸化物を含むので、スケール発生防止剤を鋼材表面に塗布した場合に、塗膜の厚みを容易に増大させることができる。

更に、鉄粉は、比較的熱伝導性が高いので、外部から塗膜に侵入する熱を鋼材に効率よく伝熱させることができ、鋼管製造時の鋼材の加熱を効率よく行える。

次に、スケール発生防止剤を構成する酸化防止剤組成物について説明する。
本実施形態のスケール発生防止剤においては、いかなる酸化防止剤組成物を使用しても良いが、特に、以下に説明する酸化防止剤組成物は、酸素が拡散する程度を示す拡散係数が比較的高く、スケール発生防止剤として好適である。また、本実施形態に係る酸化防止剤組成物は、スケールのバインダとしても機能し、塗膜の強度を向上するものである。

（酸化防止剤組成物の第１の例）
本実施形態のスケール発生防止剤に適用可能な酸化防止剤組成物の第１の例は、１３００℃以下の軟化点または融点を有するフラックス成分を５〜９０質量％と、１３００℃以上の融点を有する耐火性充填材を０〜７５質量％と、ＳｉＣを５〜９０質量％と、Ｃｒ_２Ｏ_３を５〜６０質量％と、残部として分散媒とを含むものである。

フラックス成分は、鋼材の加熱温度の上限である１３００℃より低い軟化点または融点を有するガラス、鉱物などである。フラックス成分の例としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、ＣａＯ、ＺｎＯなどを含んだガラスや鉱物が挙げられ、鋼材の熱処理温度に応じて所望の軟化点または融点を有するものが適宜使用される。けい酸塩ガラス、ほうけい酸ガラスなどのガラスはその組成中にＳｉＣを酸化させる物質を適量含んでいるため特に好都合であり、鉱物としては長石などが使用される。その他、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ塩類も使用可能である。

熱処理前の鋼材の表面に塗布した酸化防止剤組成物中のフラックス成分は、鋼材の熱処理工程において溶融し、溶融フラックスは雰囲気中の酸素が鋼材表面と直接接触するのを防ぐ被覆層を形成する。

酸化防止剤組成物におけるフラックス成分の含有量は５〜９０質量％の範囲である。同成分の含有量が５質量％未満であると上記のような被覆層の形成が不十分なものとなる。フラックス成分の特に好ましい含有量は７〜６０質量％の範囲である。

ＳｉＣは、溶融状態で粘性を有するフラックス成分中において、ＳｉＣを酸化させる物質によりＳｉＯ_２、ＳｉＯ、ＣＯ、ＣＯ_２となり、ＣＯ、ＣＯ_２が塗膜中に微細な気泡を形成する。この気泡の内部は還元雰囲気であり、鋼材表面が直接酸素と接するのを妨げる役目をする。

酸化防止剤組成物におけるＳｉＣの含有量は５〜９０質量％の範囲である。ＳｉＣの含有量が５質量％未満であると、膜中が適度な還元雰囲気にならず、酸化防止能力が低下する。ＳｉＣの特に好ましい含有量は２０〜８５質量％の範囲である。

Ｃｒ_２Ｏ_３は、高温時のファヤライト（fayalite；２ＦｅＯ・ＳｉＯ_２）の生成を防止し、塗膜の軟化を抑える作用をすると考えられる。Ｃｒ_２Ｏ_３が存在しないと鋼材は酸化されやすくなる。これは、鋼材に塗布した組成物中を拡散してきた酸素により鋼材表面が酸化され、生じたＦｅＯと組成物中のＳｉＯ_２とでファヤライトが生成し、塗膜の粘度が著しく低下することで、塗膜中の酸素の拡散速度が速くなったり鋼材表面から組成物が流下することにより、鋼材の酸化がより促進されることによるものと考えられる。

酸化防止剤組成物におけるＣｒ₂Ｏ₃の含有量は５〜６０質量％である。Ｃｒ_２Ｏ_３の含有量が５質量％未満であると、上記理由によりファヤライトが生成し酸化されやすくなる。Ｃｒ_２Ｏ_３の含有量が６０質量％を越えると、緻密な膜が形成できず、膜中を酸素が通りやすくなり酸化脱炭されやすくなる。Ｃｒ_２Ｏ_３の特に好ましい含有量は１０〜４０質量％の範囲である。

耐火性充填材は、フラックスに溶けにくく１３００℃以上の融点を有するものであればよい。特に有効な充填材は、Ｓｉ、Ａｌ、ＣｒまたはＺｒを含むもの、たとえば珪石、カオリン、ムライト、アルミナ、クロム、ジルコン、ジルコニア、窒化珪素などである。

鋼材の種類によっては、酸化防止用組成物で形成された被覆層に鋼材表面からイオン化した鉄分が溶け込み、その結果被覆層の粘度が低下して鋼材被覆が不完全となる場合がある。このような場合、耐火性充填材が存在すると被覆層の極端な粘度低下が防がれる。

酸化防止剤組成物における耐火性充填材の含有量は０〜７０質量％の範囲である。充填材の含有量が７０質量％を超えると、他の成分の割合の低下により上記のような被覆層の形成が不十分なものとなる。充填材の特に好ましい含有量は０〜６０質量％の範囲である。

分散媒は、水や水と有機溶媒との混合物を用いることが好ましい。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、２−エトキシエタノールなどのアルコール類、プロピレングリコールメチルエーテルなどのエーテル類、ジメチルホルムドアミド、ジメチルスルホキサイドなどを例示できる。

また、鋼材表面に形成されたスケール発生防止剤からなる塗膜に大きな強度が要求される場合には、酸化防止剤組成物にアクリル系樹脂、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル系樹脂、ウレタン系樹脂などの添加物を、組成物１００質量部に対し通常１００質量部以下の範囲で配合できる。その他、分散剤、垂れ止め剤などを適宜添加してもよい。

（酸化防止剤組成物の第２の例）
本実施形態のスケール発生防止剤に適用可能な酸化防止剤組成物の第２の例は、１３００℃以下の軟化点または融点を有するフラックス成分を５〜３０質量％と、分散剤を０．１〜３質量％と、残部として分散媒とを含むものである。

フラックス成分は、１３００℃以下の融点を有するものであり、けい酸塩物質、ほう酸塩物質、りん酸塩物質を例示できる。けい酸塩物質としては、ＳｉＯ_２−Ｎａ_２Ｏ、ＳｉＯ_２−Ｋ_２Ｏ、ＳｉＯ_２−ＣａＯを例示できる。ほう酸塩物質としては、Ｂ_２Ｏ_３−Ｎａ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３−Ｋ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３−ＣａＯ、Ｂ_２Ｏ_３−ＭｇＯを例示できる。りん酸塩物質としては、Ｐ_２Ｏ_５−Ｎａ_２Ｏ、Ｐ_２Ｏ_５−ＭｇＯ、Ｐ_２Ｏ_５−ＣａＯを例示できる。フラックス成分は５〜３０質量％の範囲で含むとよい。

分散剤は、フラックス成分等の粒子分散を促進するとともに鋼材表面に均一で平滑な塗膜を形成し、塗膜と鋼材表面との密着性を強化する。分散剤はコーンスターチ、タピオカデンプン、アルギン酸ソーダ、グアーガム、ザンサンガム、カゼイン、ゼラチン、αデンプン、デキストリン、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルブチラール、プルラン、ポリアクリル酸ソーダ、フルオロカーボンからなる群から選ぶことができる。分散剤は、０．１〜３質量％に範囲で含むとよい。

溶媒は、水または／適当な有機溶剤を例示できる。有機溶剤は、沸点が１５０℃以下であることが好ましい。１５０℃を越えるものは塗布膜の乾燥速度が遅くなるとともに、炉内での有機溶剤の揮散による塗布膜の膨れや剥離を生じて脱炭防止効果が得られなくなることがある。水に有機溶剤を含む混合液は、界面張力を低下させ、塗布後の塗膜の広がりを促進し、かつ滑らかな塗膜表面を得るには好都合である。適当な有機溶剤としてメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、２−エトキシエタノール、などのアルコール類、プロピレングリコールメチルエーテルなどのエーテル類、ジメチルホルムドアミド、ジメチルスルホキサイドなどを挙げることができる。

また、酸化防止剤組成物の第２の例には、アルミナ、シリカ、りん酸アルミニウム、けい酸ジルコニウム、ほう酸ジルコニウム、ジルコニア，チタニア，酸化バナジウムからなる群から選ばれるコロイド状無機物質を添加することができる。コロイド状無機物質を添加することで、鋼材表面に安定して塗膜を形成できる。コロイド状無機物質は、５〜３０質量％の範囲で含むとよい。

また、酸化防止剤組成物の第２の例には、耐火材料を添加できる。耐火材料を加えると、高温で長時間の加熱処理が行われる場合に脱炭層の生成防止を有効に改善する。耐火材料はアルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア及びチタニアの酸化物、ムライト、アンダルサイト、シャモット、マグネサイト、スピネル、ドロマイト、モンモリロナイト、カオリナイト及びセピオライトの複合酸化物、並びに炭化けい素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ホウ素、炭化モリブデンの炭化物からなる群から選ばれるものとすることができる。耐火材料は、０．１〜３質量％の範囲で含むとよい。

次に、上記のスケール発生剤を用いた鋼管の製造方法について説明する。
本実施形態の鋼管の製造方法は、鋼材の表面にスケール発生防止剤を塗布し、鋼材を１０００℃〜１３００℃に加熱し、加熱した鋼材に穿孔を設け、穿孔を設けた鋼材を圧延して鋼管を製造する。

鋼材の表面にスケール発生防止剤を塗布するには、ハケ塗り法，ミストスプレー法，浸漬法等、実用上支障がなければいずれの塗布方法でもよい。スケール発生防止剤を塗布した後、乾燥させて溶媒を蒸発させることにより塗膜が形成される。形成された塗膜の厚みは、２０〜５００μｍの範囲が好ましく、５０〜２００μｍの範囲がより好ましい。塗膜の厚みが２０μｍ未満では、酸素の遮蔽効果が十分に得られない。また、塗膜の厚みが５００μｍ超では、鋼材の加熱中に剥離するおそれがある。

形成された塗膜においては、鉄粉の体積分率が高く、酸化防止剤組成物の体積分率が低くなる。また、酸化防止剤組成物が結着剤として機能し、酸化防止剤組成物によって鉄粉同士が結着された状態になる。鉄粉自体は酸素を透過しないので、空気中の酸素は塗膜中の酸化防止剤組成物の内部を拡散しつつ浸透することになる。このとき、塗膜の厚みは、鉄粉を添加しない場合に比べて厚くなるので、酸化防止剤組成物中を拡散する酸素の浸透経路が格段に長くなる。これにより、鋼材の表面に到達する酸素の量が減少し、高温加熱時のスケールの発生が抑制される。

本実施形態のスケール発生防止剤及び鋼管の製造方法によれば、平均粒径が２０〜６０μｍの鉄粉と酸化防止剤組成物とを含み、鉄粉の含有率が２０〜８０質量％であるので、鋼材の表面に塗布して塗膜を形成した場合に、塗膜に占める鉄粉の体積分率が高くなり、一方、酸化防止剤組成物の体積分率が小さくなる。鉄粉自体は酸素を透過しないので、空気中の酸素は塗膜中の酸化防止剤組成物の内部を拡散しつつ浸透することになる。このとき、塗膜の厚みは、鉄粉を添加しない場合に比べて厚くなるので、酸化防止剤組成物中を拡散する酸素の浸透経路が格段に長くなる。これにより、鋼材の表面に到達する酸素の量を減らすことができ、高温加熱時のスケールの発生を抑制できる。
また、酸化鉄を含む鉄粉を用いることで、鉄粉中の鉄の含有量を少なくすることができ、鉄資源を節約できる。
また、鉄粉の平均粒径を２０〜６０μｍとすることにより、鉄粉を酸化防止剤組成物中に均一に分散させることができるので、鋼材表面に、組成のばらつきがない塗膜を形成できる。
更に、鉄粉の熱伝導性が高いので、外部から塗膜に侵入する熱を鋼材に伝熱させることができ、鋼管製造時の鋼材の加熱を効率よく行うことができる。

更に、スケール発止防止剤には鉄粉が含まれ、鉄以外の元素はごく微量が含まれるに過ぎない。このため、鋼材の加熱後に発生するスケールには、加熱時の表面酸化によって発生するスケールと、スケール発生防止剤に含まれていた鉄粉に由来するスケールが含まれるが、これらスケールは鉄を主成分とするものとなる。これらスケールは、その後のデスケーリング処理によって混合された状態で回収されるが、回収されたスケールは鉄を主成分とするものになるので、回収されたスケールの再資源化が容易に行える。

外径１１５ｍｍ、長さ３２３０ｍｍの丸棒状の鋼材を用意し、この鋼材に対して、表１に示す組成のスケール発生防止剤をミストスプレー法により塗布した。乾燥後、鋼材を１０００℃〜１３００℃に加熱した。加熱後に、デスケーリング処理をして、加熱後の鋼材の重量とデスケーリング後の鋼材の重量との差分から、加熱により発生したスケール量を求めた。結果を表１に示す。

試験例１〜４においては、アーク溶射法によって生成された鉄粉（溶射粒子）を含むスケール発生防止剤を用いた。図１に、試験例１に用いた溶射粒子のSEE写真を示す。また、図２には、試験例１に用いた溶射粒子のX線回折結果を示す。

また、試験例５においては、鋼材の加熱後にデスケーリング処理して得られたスケールを用いた。試験例６においては、スケール発生防止剤を塗布しなかった。
また、酸化防止剤組成物には、ガンマーケミカル株式会社製のＫＢコート＃１００３（組成物１）と、東罐マテリアル・テクノロジー株式会社製のＤＸＳ−２１０（組成物２）とを用いた。組成物１は、本明細書において説明した酸化防止剤組成物の第１の例に相当するものであり、組成物２は、本明細書において説明した酸化防止剤組成物の第２の例に相当するものである。

表１に示すように、試料１〜４、７については、鋼材１本あたりの発生スケール量が試料５、６に比べて少なくなっていることがわかる。試料６については、鉄粉の平均粒径が大きいために、塗膜における鉄粉同士の間の隙間が大きくなり、この隙間から酸素が鋼材表面に侵入しやすくなったため、スケール量が多くなったと推定される。

Claims

酸化鉄を含む鉄粉と、酸化防止剤組成物とを含み、前記鉄粉の平均粒径が２０〜６０μｍであり、前記鉄粉の含有率が２０質量％以上８０質量％以下であるスケール発生防止剤。
前記鉄粉は、前記鉄粉に対してＸ線回折測定を行った場合にＦｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＦｅＯ及びＦｅのＸ線回折ピークをそれぞれ示すものである請求項１に記載のスケール発生防止剤。
前記鉄粉は、鋼または鋼合金をアーク溶射法で溶射させた際に生成する溶射粒子である請求項１または請求項２に記載のスケール発生防止剤。
前記酸化防止剤組成物が、１３００℃以下の軟化点または融点を有するフラックス成分を５〜９０質量％と、１３００℃以上の融点を有する耐火性充填材を０〜７５質量％と、ＳｉＣを５〜９０質量％と、Ｃｒ_２Ｏ_３を５〜６０質量％と、残部として分散媒とを含む請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のスケール発生防止剤。
前記酸化防止剤組成物が、１３００℃以下の軟化点または融点を有するフラックス成分を５〜３０質量％と、分散剤を０．１〜３質量％と、残部として分散媒とを含む請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のスケール発生防止剤。
鋼材の表面にスケール発生防止剤を塗布し、前記鋼材を１０００℃〜１３００℃に加熱し、加熱した鋼材に穿孔を設け、穿孔を設けた鋼材を圧延して鋼管を製造する際に、
前記スケール発生防止剤として、酸化鉄を含む鉄粉と、酸化防止剤組成物とを含み、前記鉄粉の平均粒径が２０〜６０μｍであり、前記鉄粉の含有率が２０質量％以上８０質量％以下であるスケール発生防止剤を用いる鋼管の製造方法。
前記鋼材の表面に塗布するスケール発生防止剤の厚みが、２０〜５００μｍの範囲である請求項６に記載の鋼管の製造方法。
前記鉄粉は、前記鉄粉に対してＸ線回折測定を行った場合にＦｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＦｅＯ及びＦｅのＸ線回折ピークをそれぞれ示すものである請求項６または請求項７に記載の鋼管の製造方法。
前記鉄粉は、鋼または鋼合金をアーク溶射法で溶射させた際に生成する溶射粒子である請求項６乃至請求項８の何れか一項に記載の鋼管の製造方法。
前記酸化防止剤組成物が、１３００℃以下の軟化点または融点を有するフラックス成分を５〜９０質量％と、１３００℃以上の融点を有する耐火性充填材を０〜７５質量％と、ＳｉＣを５〜９０質量％と、Ｃｒ_２Ｏ_３を５〜６０質量％と、残部として分散媒とを含む請求項６乃至請求項９の何れか一項に記載の鋼管の製造方法。
前記酸化防止剤組成物が、１３００℃以下の軟化点または融点を有するフラックス成分を５〜３０質量％と、分散剤を０．１〜３質量％と、残部として分散媒とを含む請求項６乃至請求項９の何れか一項に記載の鋼管の製造方法。