JP2017530254A - ステンレス鋼管の製造方法及びステンレス鋼管 - Google Patents
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Abstract
本発明は、高品質鋼管を製造するための方法に関し、この方法は、オーステナイトの高品質鋼の管状ブランク材を提供する工程であって、高品質鋼が、０．０２重量％以下の量の炭素、１．０重量％以下の量のマンガン、０．０３重量％以下の量のリン光体、０．０１５重量％以下の量の硫黄、０．８重量％以下の量のケイ素、１７．５重量％から１８．５重量％の量のニッケル、１９．５重量％から２０．５重量％の量のクロム、６．０重量％から６．５重量％の量のモリブデン、０．１８重量％から０．２５重量％の量の窒素、及び０．５重量％から１．０重量％の量の銅と、鉄及び不可避的不純物からなる残部とを含む、提供する工程、並びにブランク材を管へと冷間成形する工程を含む。高品質鋼管をその後の処理工程でストランディング可能にすると同時にこの処理が実施される場所への管の搬送を可能にするオーステナイト高品質鋼から管を製造する対応する方法を提供するために、本発明により、方法に、管をコイル状に巻く工程及びコイル状に巻いた管を冷間成形の後で１１００℃から１２００℃の範囲の温度でアニーリングする工程をさらに含めることが提案される。【選択図】図１
Description
本発明は：０．０２重量％以下の量の炭素、１．０重量％以下の量のマンガン、０．０３重量％以下の量のリン光体、０．０１５重量％以下の量の硫黄、０．８重量％以下の量のケイ素、１７．５重量％から１８．５重量％の量のニッケル、１９．５重量％から２０．５重量％の量のクロム、６．０重量％から６．５重量％の量のモリブデン、０．１８重量％から０．２５重量％の量の窒素、及び０．５重量％から１．０重量％の量の銅と、鉄及び不可避的不純物からなる残部とを含むオーステナイトステンレス鋼の管状中空材を提供する工程、並びに中空材を管へと冷間成形する工程
を含む、ステンレス鋼管を製造するための方法に関する。
を含む、ステンレス鋼管を製造するための方法に関する。
本発明はさらに、０．０２重量％以下の量の炭素、１．０重量％以下の量のマンガン、０．０３重量％以下の量のリン光体、０．０１５重量％以下の量の硫黄、０．８重量％以下の量のケイ素、１７．５重量％から１８．５重量％の量のニッケル、１９．５重量％から２０．５重量％の量のクロム、６．０重量％から６．５重量％の量のモリブデン、０．１８重量％から０．２５重量％の量の窒素、及び０．５重量％から１．０重量％の量の銅と、鉄及び不可避的不純物からなる残部を含むステンレス鋼管に関する。
多量のモリブデン、ニッケル及び銅を含む高品質のオーステナイトステンレス鋼は、海水環境における用途、並びにアグレッシブな塩素含有媒体のガイドに適している。
このようなステンレス鋼材料の管を製造するために、半完成品、即ち中空材を、冷間成形により規定される外径及び内径を有する管へと成形する。しかしながら、冷間成形は、特に管の硬度を大きく上昇させる。
このような管を上記用途に使用することを可能にするために、管は、６ｍ以上のストランドの長さを有するシームレス管として出荷されなければならず、このことは、梱包、搬送及びさらなる処理の間の取り扱いを複雑にする。
さらに、特に海洋分野における用途のための、それ以上の処理には、典型的に、完成したステンレス管を他のストランドとストランディングしてコーティングされた管の束を形成することが必要となる。しかしながら、これは、冷間成形されたオーステナイトステンレス鋼管の高い硬度により困難である。
これに対し、本発明の目的は、さらなる処理工程におけるステンレス管のストランディングを可能にすると同時に、このさらなる処理工程が実行される別の場所への管の搬送を可能にするオーステナイトステンレス鋼の管を製造するための方法を提供することである。
加えて、本発明の目的は、必要な特徴を有するステンレス鋼管を提供することである。
上記目的のうちの少なくとも一つは、０．０２重量％以下の量の炭素、１．０重量％以下の量のマンガン、０．０３重量％以下の量のリン光体、０．０１５重量％以下の量の硫黄、０．８重量％以下の量のケイ素、１７．５重量％から１８．５重量％の量のニッケル、１９．５重量％から２０．５重量％の量のクロム、６．０重量％から６．５重量％の量のモリブデン、０．１８重量％から０．２５重量％の量の窒素、及び０．５重量％から１．０重量％の量の銅と、鉄及び不可避的不純物からなる残部とを含むオーステナイトステンレス鋼の管状中空材を提供する工程、中空材を管へと冷間成形する工程、管をコイル状に巻く工程、並びに冷間成形後にコイル状に巻いた管を、１１００℃から１２００℃の範囲の温度でアニーリングする工程を含む、ステンレス管を製造するための方法により解決する。
本出願の意味における冷間成形は、中空材、即ち半製品が、使用されるステンレス鋼の再結晶化温度未満の温度で成形される、すべての成型方法を考慮する。
本出願の意味において、冷間成形は、特に冷間ピルガフライス加工又は冷間引抜によって実施される。
特にステンレス鋼の精密な管を製造するために、半製品としての延長中空材を、完全に冷却された状態において圧縮応力により冷間収縮する。これにより、中空材は、規定され、収縮した外径と、規定された壁厚又は壁強度を有する管へと成形される。
冷間ピルガフライス加工においてこれを行うため、フライス加工の間に管を、完成した管の内径を有する較正済みマンドレルの上に押し入れ、それにより、完成した管の外径を規定する二つの較正済みローラーにより外側から把持して、マンドレルの上で長手方向にフライス加工する。
冷間ピルガフライス加工の間に、中空材はマンドレルに向かう方向に、マンドレルを超えて段階的に送込まれる。二つの送込み工程の間において、ローラーは回転可能にマンドレル上を移動し、そのようにして中空材をフライス加工する。回転可能に装着されたローラーを有するロールスタンドの各リターン点において、ローラーは中空材と係合解除し、中空材はさらなる工程によりツールに向かって、即ちマンドレルとローラーの方向に、送込まれる。
マンドレル上での中空材の送込みは、マンドレルに平行な方向への並行移動を生じさせてこの動きを中空材に伝達する、並行移動するように駆動される送込みクランプサドルにより実施される。
加えて、中空材の均一なフライス加工を可能にするために、送込みの間に中空材はその長手軸の周りを回転する。管の各区画を複数回フライス加工することにより、管の均一な壁厚及び丸みと、均一な内径及び外径が達成される。したがって、典型的には、送込み工程は、二つのリターン点の間のロールスタンドのスイング全体より小さい。
対照的に、本明細書において考慮されるさらなる冷間成形法である冷間引抜においては、管状中空材は、中空材の外径より小さい内径を有する引抜きダイにより引抜かれ、これにより成形及び再寸法決定される。
管の冷間引抜に使用されるツールに応じて、いわゆる中空材引抜きと、いわゆるコア引抜き又はロッド引抜きが区別される。中空材引抜きでは、成形は、引抜きダイス（引抜きリングとも呼ばれる）のみにより実施される。コア引抜き又はロッド引抜きでは、引抜きされる管の内径と壁厚は、中空材内部に位置するマンドレルによっても規定される。
本発明による方法では、オーステナイトステンレス鋼管、即ち室温で全体にオーステナイト構造を有する鋼が使用される。このような鋼は、その良好な硬度と良好な耐食性で知られている。モリブデン、ニッケル、クロム及び銅の含有量が極めて高いことにより、鋼は、優良な耐食性を有すると同時に、高い引っ張り強さと良好な溶接特性を同時に有する。
例えば、所与の含有量のモリブデン、ニッケル及び銅を含むオーステナイトステンレス鋼は、ラベル表示２５４ ＳＭＯの下に製造者Ｓａｎｄｖｉｋから市販されている。これは、６Ｍｏタイプのオーステナイトステンレス鋼を意味する品質ＵＮＳ Ｓ３１２５４（ＵＮＳ＝Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｎｕｍｂｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍｅｔａｌｓ ａｎｄ ａｌｌｏｙｓ）を満たす。
海洋用途のために、冷間成形により製造されるステンレス鋼管は、プラスチッククラッドにおいて他のストランドとストランディングされなければならない。しかしながら、このようなオーステナイトステンレス鋼の冷間成形後の硬度は、ストランディングには高すぎ、場合によってはストランディングを不可能にしうる。
冷間成形された管を、冷間成形に続く工程において１１００℃から１２００℃の範囲の温度でソフトアニーリングすることにより、管の硬度をストランディングが可能な範囲に戻すことができる。先行技術によれば、ソフトアニーリングは、典型的には、冷間ピルガフライス加工又は引抜きの後で、成形済みの管を、誘導加熱コイルを通して送込むことにより実施される。しかしながら、驚くべきことに、ソフトアニーリングの効果は、続いて行われる完成した管のコイリング又は溶接により大部分が無になることが分かった。それでも、リングとして製造すること、即ち管がコイル状に巻かれた状態で管加工プラントから出荷されることは、ストランディングを行う場所へと完成した管を搬送可能にするために、６ｍを超える長さのエンドレスチューブの製造に必要である。さらに、完成したステンレス鋼管のストランディングは、リングから、即ちコイル状にされたか又は巻かれたものから行う方がずっと容易である。
したがって、本発明によれば、オーステナイトステンレス鋼管は、アニーリングに先立ってコイル状にされるか又は巻かれた後で初めて、即ちコイル状に巻かれた状態でのみ、アニーリングされる。
したがって、製造される管は、コイル状に巻かれた状態で、即ち管加工プラントから出荷される前には、９０ＨＲＢ以下、好ましくは８０ＨＲＢ以下のＲｏｃｋｗｅｌｌ硬さを有する。
一実施態様では、コイル状に巻かれた管が、１１１５℃から１１５５℃の範囲の温度、好ましくは１１２０℃から１１５０℃の範囲の温度でアニーリングされる場合、特に有利である。
本発明において、管が所与の温度でアニーリングされるというとき、これは、管自体の材料がこの温度に到達することを意味する。
一実施態様において、正確な温度は、アニーリングされコイル状に巻かれた完成した管が、９０ＨＲＢ以下、好ましくは８０ＨＲＢ以下のＲｏｃｋｗｅｌｌ硬さを有するように設定される。
本出願の意味における管のコイリングにより、コア若しくはリールのないリングを形成するための管の緩いコイリングが考慮されるか、又はコア若しくはリール上における管のコイリングが考慮される。
一実施態様では、このようにして製造された管は、少なくとも６ｍ、好ましくは少なくとも１２ｍ、特に好ましくは少なくとも１００ｍの長さを有する。
一実施態様において製造される管は、６ｍｍ×０．８ｍｍから２６ｍｍ×２．５ｍｍ（直径×壁厚）の寸法を有する。
一実施態様において、管が、アニーリング炉において、コイル状に巻かれたリングの形態で、ただしリール又はコアなしでアニーリングされる場合、有益であることが分かった。
しかしながら、一実施態様では、完成し、出荷の準備が整った管は、後の工程における自動ストランディングを可能にするために、リール上、好ましくは木製のリール上に、コイル状に巻かれなければならない。したがって、本発明による方法のさらなる実施態様では、コイル状に巻かれたアニーリング済みの管は、さらなる工程において、リール上、好ましくは木製のリール上に、コイル状に巻き直される。
本発明の一実施態様において、管がコイル状に巻かれた状態で出荷される場合、特に有益である。
特に、本発明の一実施態様において、コイル状に巻かれた管がリール又はコアなしで、アニーリング後の管が８０ＨＲＢ以下のＲｏｃｋｗｅｌｌ硬さを有するような温度でアニーリングされる場合、特に有利である。この目的のために有益であることが分かった温度は１１２０℃である。このとき、管がリール上にコイル状に巻かれると、即ちコアのないリング形状の状態からリール上にコイル状に巻き直されると、管は好ましくは９０ＨＲＢ以下のＲｏｃｋｗｅｌｌ硬さを有する。
本発明の一実施態様では、アニーリングは、減圧雰囲気下で、好ましくは６ｍｂａｒ以下の圧力で実施される。別の実施態様では、管は、不活性ガス雰囲気、好ましくはアルゴンを含有する不活性ガス雰囲気でアニーリングされる。減圧下又は不活性ガス雰囲気でのアニーリングは、管が酸化されないという利点を有する。
本発明の一実施態様では、管は、管自体の材料に必要な高温に到達することを可能にするシャフト炉においてアニーリングされる。
本発明の一実施態様では、管は、５分以上２０分以下の期間、好ましくは約１０分間にわたって１１００℃から１２００℃の範囲の温度に保たれる。
本発明の一実施態様では、方法は、コイル状に巻かれた管のアニーリング後にさらに、管を巻き戻す工程、管をさらに冷間成形する工程、管をコイル状に巻く工程、及びコイル状に巻かれた管を１１００℃から１２００℃の範囲の温度でさらにアニーリングする工程を含む。
方法のこのような工程の順序において、冷間成形された管をソフトアニーリングする最初の工程は、さらなる冷間成形のための準備としての役割を有する。
同時に、管が冷間ピルガフライス加工され、最初のソフトアニーリング工程の後で最終的な寸法に到達させるために冷間引抜きされる本発明の一実施態様が簡便である。この後ではじめて、その後の工程での管ストランディングを可能にするためにソフトアニーリングが実施される。
一実施態様では、アニーリング前の管は、内部及び／又は外部において脱脂、即ち潤滑剤から洗浄される。一実施態様におけるこのような脱脂は、好ましくはＣＯ２を援用して実施される。
また、上記目的の少なくとも一つは、０．０２重量％以下の量の炭素、１．０重量％以下の量のマンガン、０．０３重量％以下の量のリン光体、０．０１５重量％以下の量の硫黄、０．８重量％以下の量のケイ素、１７．５重量％から１８．５重量％の量のニッケル、１９．５重量％から２０．５重量％の量のクロム、６．０重量％から６．５重量％の量のモリブデン、０．１８重量％から０．２５重量％の量の窒素、並びに０．５重量％から１．０重量％の量の銅と、鉄及び不可避的不純物からなる残部を含むステンレス鋼管によって解決され、ここでこのステンレス鋼管はコイル状に巻かれており、コイル状に巻かれた状態で９０ＨＲＢ未満、好ましくは８０ＨＲＢ未満の硬度を有する。
これにより、一実施態様におけるコイル状に巻かれたステンレス鋼管は、少なくとも３５％の歪みを有する。
特に一実施態様におけるステンレス鋼管は、上記方法の一実施態様により製造される。
本発明の態様が本発明による製造方法について記載された限りにおいて、本発明による管は、適用される方法に関連付けられる特徴を有する。
本発明のさらなる利点、特徴、及び用途は、以下の実施例の説明から明らかとなる。
本実施例では、Ｓａｎｄｖｉｋ ２５４ ＳＭＯ材料から作製される中空材を、冷間ピルガフライス加工により外径１０ｍｍ及び壁厚１．５ｍｍのステンレス鋼管に成形し、冷間ピルガフライス加工後にリングへとコイル状に巻いた。この場合、リングは、コア又はリールの周りにコイル状に巻かれず、その後ソフトアニーリングされた。
中空材の材料は、Ｓａｎｄｖｉｋ社により市販されている高合金化オーステナイトステンレス鋼２５４ ＳＭＯである。この鋼は、ボイラー及び高圧容器における使用のためのアメリカ機械学会（ＳＭＥ）の基準ＵＮＳ Ｓ３１２５４（２５４ ＳＭＯ）を満たしている。本明細書において考慮される中空材に代表的に使用される材料Ｓａｎｄｖｉｋ ２５４ ＳＭＯは、鉄以外に、０．０１１重量％のＣ、０．４５重量％のＳｉ、０．５６重量％のＭｎ、０．０２２重量％のＰ、０．００１重量％未満のＳ、２０．１３重量％のＣｒ、１７．８２重量％のＮｉ、６．０９重量％のＭｏ、０．０９１のＣｏ、０．００４重量％のＴｉ、０．５１重量％のＣｕ、及び０．２重量％のＮを含有する。
完成した管は、管加工プラント外部で実施されて他の管とのストランドを形成するさらなる方法工程において海洋用途のためにストランディングされると、管を形成する。
冷間ピルガフライス加工及びコイリングの後で、コイル状に巻いた状態で、管を、約１０分の期間にわたり１１２０℃の温度でアニーリングした。冷却後、完成した管は、７３ＨＲＢから７７ＨＲＢの硬度、約４１％の歪み、及び３７０ＭＰａ（Ｎ／ｍ２）の引っ張り強さ（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）Ｒｐ０．２を有している。この管を続いて木製リールにコイル状に巻くと又はリールなしのリングからリール上にコイル状に巻気直すと、木製リール上の管は９０ＨＲＢ以下の硬度を有する。
比較として、従来の温度でアニーリングした同じ材料Ｓａｎｄｖｉｋ ２５４ ＳＭＯからなる巻き戻された管は、９６ＨＲＢの硬度を有する。したがって、この従来の管は、さらに硬度が増す冷却後、ストランディングには有意に硬すぎる硬度を有する。
説明のために、本発明によるステンレス鋼管の製造方法について、図１のフロー図を参照してここで再び簡単にまとめる。
まず工程１において、原材料としてオーステナイトステンレス鋼の中空材を提供する。この中空材は、鉄の他に、０．０１１重量％のＣ、０．４５重量％のＳｉ、０．５６重量％のＭｎ、０．０２２重量％のＰ、０．００１重量％未満のＳ、２０．１３重量％のＣｒ、１７．８２重量％のＮｉ、６．０９重量％のＭｏ、０．０９１のＣｏ、０．００４重量％のＴｉ、０．５１重量％のＣｕ及び０．２重量％のＮを含む。この中空材は、次いで冷間ピルガフライス加工２により冷間成形されて完成時寸法の管となる。
冷間ピルガフライス加工２の間に、ローラーと管／中空材の間と、マンドレルと管／中空材の間に潤滑剤が適用され、したがってこの潤滑剤はアニーリングの前に二工程で、即ち外側３と内側４で除去されなければならない。次いで最初のアニーリングを工程５で実施する。特定の用途のために、例えば冷間引抜による、さらなる冷間成形を工程６で実施することができる。２回目の冷間成形の後は、工程３及び４、即ち潤滑剤の除去又は脱脂を、工程５において再び管をアニーリングする前に繰り返さなければならない。アニーリングの後、工程７において管を梱包する。いくつかの実施態様におけるこのような梱包は、管がリングからリール上にコイル状に巻き直されることを意味する。
最初の開示内容の目的のために、本明細書から当業者には明らかであるように、図面及び特許請求の範囲に基づくすべての特徴は、文言上さらなる特定の特徴との組み合わせでのみ記載されている場合も、それら組み合わせが明示的に排除されない限り又は技術的状況によりこれら組み合わせが不可能又は無益でない限り、それら自体で又は本明細書に開示された特徴の他の組み合わせとの任意の組み合わせで、組み合わせることができることを指摘する。特徴のすべての可能な組み合わせの完全で明瞭な記載は、本明細書において、詳細かつ読解可能な記載を提供するために省略されているにすぎない。
本発明について、図面及び上記において詳細に示し記載したが、この提示及び記載は例示にすぎず、保護範囲を制限するものではなく、保護範囲は特許請求の範囲により規定される。本発明は、開示された実施態様に限定されない。
図面、明細書及び特許請求の範囲から、開示された実施態様の変形例が当業者には自明である。特許請求の範囲において、用語「含む／有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素又は工程を排除せず、単数形（不定冠詞「ａ」）は複数形を排除しない。特定の特徴が別々の請求項において特許請求されているという単純な事実は、それらの組み合わせを排除しない。特許請求の範囲における参照番号は、保護範囲を制限するものではない。
Claims (15)
- オーステナイトステンレス鋼の管状中空材を提供する工程であって、ステンレス鋼が、
０．０２重量％以下の量の炭素、
１．０重量％以下の量のマンガン、
０．０３重量％以下の量のリン光体、
０．０１５重量％以下の量の硫黄、
０．８重量％以下の量のケイ素、
１７．５重量％から１８．５重量％の量のニッケル、
１９．５重量％から２０．５重量％の量のクロム、
６．０重量％から６．５重量％の量のモリブデン、
０．１８重量％から０．２５重量％の量の窒素、及び
０．５重量％から１．０重量％の量の銅と、
鉄及び不可避的不純物からなる残部とを含む、提供する工程、並びに
前記中空材を管へと冷間成形する工程
を含む、ステンレス鋼管を製造するための方法であって、
管をコイル状に巻く工程、及び
冷間成形後にコイル状に巻かれた管を１１００℃から１２００℃の範囲の温度でアニーリングする工程
をさらに含むことを特徴とする方法。 - コイル状に巻かれた管が、１１１５℃から１１５５℃の範囲の温度、好ましくは１１２０℃から１１１５０℃の範囲の温度でアニーリングされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- アニーリングの間の温度が、アニーリングされてコイル状に巻かれた管が９０ＨＲＢ以下、好ましくは８０ＨＲＢ以下の硬度を有するように設定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
- 管が減圧雰囲気、好ましくは６ｍｂａｒ未満の圧力で、又は不活性ガス雰囲気、好ましくはアルゴン含有雰囲気でアニーリングされることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
- 管がシャフト炉内でアニーリングされることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
- 管が、１１００℃から１２００℃の範囲、好ましくは１１１５℃から１１５５℃の範囲、特に好ましくは１１２０℃から１１５０℃の範囲の温度に、５分以上２０分以下の期間、好ましくは約１０分の期間にわたって保たれることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
- 管がコイル状に巻かれた状態で出荷されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
- アニーリング後に、
管を巻き戻す工程、
管を冷間成形する工程、
管をコイル状に巻く工程、及び
コイル状に巻かれた管を、１１００℃から１２００℃の範囲、好ましくは１１１５℃から１１５５℃の範囲、特に好ましくは１１２０℃から１１５０℃の範囲の温度で再びアニーリングする工程
をさらに含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。 - 管が、リール又はコアなしでリングを形成するようにコイル状に巻かれた管を用いてアニーリングされることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
- アニーリングされてコイル状に巻かれた管を、リール、好ましくは木製のリール上にコイル状に巻き直す工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
- 管が、冷間ピルガフライス加工又は冷間引抜により冷間成形されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
- ０．０２重量％以下の量の炭素、
１．０重量％以下の量のマンガン、
０．０３重量％以下の量のリン光体、
０．０１５重量％以下の量の硫黄、
０．８重量％以下の量のケイ素、
１７．５重量％から１８．５重量％の量のニッケル、
１９．５重量％から２０．５重量％の量のクロム、
６．０重量％から６．５重量％の量のモリブデン、
０．１８重量％から０．２５重量％の量の窒素、及び
０．５重量％から１．０重量％の量の銅と、
鉄及び不可避的不純物からなる残部とを含むステンレス鋼管であって、
コイル状に巻かれ、コイル状に巻かれた状態で９０ＨＲＢ未満の硬度を有することを特徴とするステンレス鋼管。 - コイル状に巻かれたステンレス鋼管が８０ＨＲＢ以下の硬度を有することを特徴とする、請求項１２に記載のステンレス鋼管。
- コイル状に巻かれたステンレス鋼管が少なくとも３５％の歪みを有することを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のステンレス鋼管。
- 請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法により製造された、請求項１２から１４のいずれか一項に記載のステンレス鋼管。
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