JP2586274B2 - クロム含有鉄基合金の継目無鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、12wt％以上のCrを含有
するFe基合金から圧延法によって継目無鋼管を製造する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、12wt％以上Crを含有するFe基合
金、例えばJIS-SUS304、SUS310S(オーステナイト系ステ
ンレス鋼) 、SUS430 (フェライト系ステンレス鋼) 、SU
S420J1 (マルテンサイト系ステンレス鋼) 、SUS329J2L
(２相ステンレス鋼) といったステンレス鋼から継目無
鋼管を製造する場合は、一般に熱間押出法が採用されて
いた。これらのステンレス鋼の変形抵抗が高く工具面圧
(負荷) が高くなる上に、熱間加工性が悪いことに起因
する。熱間押出法は、製管能率、すなわち単位時間当た
りの製管本数が少ないため生産性は悪いが、比較的加工
性の悪い材料でも加工できる利点がある。

【０００３】ところが近年の工具材質および圧延技術の
進歩によって、上記熱間押出法よりも生産性の高い圧延
法を用いた上記ステンレス鋼の継目無製管が可能となり
つつある。継目無鋼管を製造する圧延法とは、マンネス
マン製管法に代表されるように、加熱した丸鋼片 (ビレ
ット) をピアサ、マンドレルミル、ストレッチレデュー
サ等の圧延機群で順に熱間圧延することによって最終製
品たる継目無鋼管を得る方法であり、従来より、炭素
鋼、低合金鋼の継目無鋼管の製造には広く採用されてい
る。

【０００４】なお、素材として角鋼片 (ブルーム) を使
用し、PPM(プレス・ピアシングミル) によってこれを穿
孔した後、マンネスマン製管法と同様に圧延を継続 (た
だしピアサは除く) する方法も一部に適用されている。
また圧延工程の途中、例えばマンドレルミルとストレッ
チレデューサとの間に再加熱炉を配して圧延作業の安定
を図る場合もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、高い生
産能率を活用し、より安価にステンレス鋼の継目無鋼管
を製造するべく圧延法が適用されつつあるが、12wt％以
上Crを含有するFe基合金(以下ステンレス鋼と総称する)
から圧延法によって継目無鋼管を製造する場合、従来
からの知見通り、工具との焼付疵が発生し易いのはもち
ろんであるが、これ以外にも、従来の炭素鋼等の製管時
には見られなかった特徴的な筋状の疵が発生することが
判明した。

【０００６】この筋状疵は管外表面のほぼ軸方向に鋭角
的あるいはカブレ状の断面を有しており、その内部にス
ケールを噛込んでいて、製管後の酸洗等によっても容易
には除去されずに残存し、最終製品の美観を大きく損な
う。ここに、本発明の目的は、ステンレス鋼から継目無
鋼管を圧延法で製造する場合に、焼付疵はもちろん筋状
疵も見られない製管方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる課
題を解決すべく研究開発の結果、次のような新たな知見
を得た。 (1)ステンレス鋼におけるスケール生成量は炭素鋼等に
比べれば少ないものの、加熱炉または再加熱炉にて 900
〜1300℃の高温雰囲気に最大数時間も露されると相当量
(例えば数100 μm 以上) のスケールを生成する。

【０００８】(2)ステンレス鋼に生成するスケールは炭
素鋼等の場合に比べて緻密であり、搬送中・圧延中の脱
落性が低いために圧延時に工具と被圧延材の間に噛込ま
れ易い。特に、ピアサまたPPM に供給されるビレットま
たはブルームの表面には他の圧延工程の場合に比して多
量のスケールが付着しており (前段の加熱炉で高温雰囲
気に長時間露されるため) 、例えば、ピアサにおけるス
テンレス鋼の圧延途中止メ材（圧延途中に圧延機を停止
することによって得られた被圧延材）を採取・観察する
と、噛込まれたスケールが粉砕されながら被圧延材外面
に押込まれたり、あるいはそのように粉砕されたスケー
ルによって被圧延材外面がひっかかれたりして生じたと
思われる特徴的な形態 (凹凸) が認められる場合があっ
た。このような形態の表面疵の発生は上記の筋状疵の発
生頻度と一致している。

【０００９】(3)筋状疵の発生には、被圧延材の酸化に
伴う内部酸化 (粒界酸化) の影響も懸念されたが、例え
ばSUS304ステンレス鋼について詳細に表面付近のミクロ
組織を調査したところ、加熱後のビレット表面において
さえ最大0.1 mm深さ程度のものしか認められず、ここで
問題とした疵には進展し得ないことが確認された。

【００１０】(4)炭素鋼等の場合には、スケール噛込み
が全くないわけではないが、噛込みが発生した後での被
圧延材の２次酸化 (２次スケールの発生) が著しいため
に結局はスケール噛込み部自体が脱落し筋状疵としては
残存し得ないものと判断される。実際にピアサにおける
炭素鋼の圧延途中止メ材にも、上述のSUS304ステンレス
鋼に認められたものに酷似した表面形態 (凹凸) が観察
されたが最終的に筋状疵の残存はなかった。

【００１１】(5) したがって、被圧延材外表面に緻密か
つ多量に付着したスケール層がロール等の外面工具によ
って噛込まれ、粉砕されつつ被圧延材外表面に押込ま
れ、被圧延材の変形とともに延伸されたりあるいは粉砕
されたスケール粒が外面工具と被圧延材の相対すべりに
よって、被圧延材外表面に摺動疵を発生することによっ
て、被圧延材外表面に凹凸形態を生成する。そしてこの
スケールを噛込んだ凹凸形態が以後の圧延工程で押しつ
ぶされ延伸されながら最終製品にまで残留し、酸洗等に
よっても除去されず筋状疵として残存するのである。

【００１２】(6)上述の如き筋状疵は管内面には観察さ
れない。この理由について、順に製管工程を追って考え
ると、まずピアサまたはPPM において新生面として内面
が形成される際には、スケール生成はほとんど無視し得
るものであること、続くエロンゲータ、マンドレルミル
等の延伸圧延あるいはこれに至るまでの搬送中での内面
２次スケール生成量が少量であること、およびストレッ
チレデューサ等の定径圧延ではその直前に再加熱炉が配
された場合、管内面に多量のスケールが生成され易い
が、圧延時に内面工具が使用されないこと等によって、
いずれの工程においても管内面に有害なスケール噛込み
が発生しないことに起因するのである。

【００１３】(7)ただし工具と被圧延材の焼付きを防ぐ
ために必要最小量のスケール層厚さの確保は必須であ
る。したがって、以上より焼付ならびに筋状疵の発生を
防止するには次のような手段を講じればよいことが判明
し、本発明を完成した。

【００１４】圧延に供される被圧延材外表面のスケー
ル層厚さを10〜100 μm という適正範囲内とすること。 圧延中、搬送中に生成する２次スケールの影響は無視
できるから、加熱炉または再加熱炉の次工程に配された
圧延工程の入側において上記が満足されれば必要かつ
十分である。 粒界酸化の影響がないから、加熱炉または再加熱炉で
のスケール生成厚さを調節するか、あるいは炉出側かつ
次の圧延機入側までの間で、スケール厚さを調節すれば
よい。

【００１５】ここに、本発明の要旨とするところは、12
wt％以上のCrを含有するFe基合金から圧延法によって継
目無鋼管を製造する方法において、加熱炉に続く圧延工
程または加熱炉に続く圧延工程および再加熱炉に続く圧
延工程の各入側において、被圧延材たる中実の鋼片また
は中空の素管の外表面に付着するスケール層の厚さを10
〜100 μm とすることを特徴とする継目無製管の方法で
ある。

【００１６】

【作用】次に、実際の製管工程に沿って本発明を詳細に
説明する。ここでは、圧延法による継目無製管工程のう
ち、マンネスマン・マンドレルミルラインを例にとって
説明する。図１に示すように、かかる継目無製管工程で
は、図中、白抜き矢印で示す順に加工が行われ、まず、
素材たる丸鋼片 (ビレット) 10を回転炉床式加熱炉12
(以下、単に加熱炉と称する) にて約1200〜1300℃に加
熱した後、ピアサ14で穿孔し厚肉のホローピース15とす
る。

【００１７】続いてマンドレル16を挿入したままマンド
レルミル18にて延伸圧延することによって薄肉のホロー
シェル20とし、次いで再加熱炉22にてこれらのホローシ
ェル20を約1000℃に昇温後、ストレッチレデューサ26に
よって外径絞り圧延を実施することによって最終製品を
得る。

【００１８】以上の各工程の中で、被圧延材表面に最も
厚いスケール層が生成しているのは加熱炉12、再加熱炉
22であり、被圧延材をステンレス鋼に限定して考えれ
ば、圧延中および搬送中に生成するスケールの量は僅か
である。本発明においては、被圧延材の外表面に生成す
るスケール層の厚さは、被圧延材と工具の焼付きを極力
防止するためには10μm 以上、筋状疵を残存させないた
めには100 μm 以下として、加熱後および再加熱後の製
管圧延をそれぞれ実施する。

【００１９】具体的には、加熱炉12および再加熱炉22の
次工程たるピアサ14およびストレッチレデューサ26にそ
れぞれ供給するビレット10およびホローシェル20の外表
面に付着するスケール層の厚さを、10〜100 μm の範囲
内に制限する。マンドレルミル18に供給するホローピー
ス15のスケール層厚さを問題としないのは、ピアサ14に
おいて適正スケール層厚さが満足されれば、マンドレル
ミル18にても結果的に適正なスケール厚さでの圧延が実
現されるからである。

【００２０】ピアサ14に供給するビレット表面に付着す
るスケール厚さを10〜100 μm とするには、加熱炉12で
の雰囲気調整、温度調整によってスケール生成厚さを10
〜100 μm とするか、あるいは加熱炉12でのスケール生
成厚さが100 μm 超となることを許容した上で、加熱炉
出側〜ピアサ入側で高圧水噴射あるいは各種の表面加工
と、水またはエアー噴射との組み合わせ等による適当な
デスケール (スケール除去作業) を行うことによって10
〜100 μm とすればよい。このように本発明によれば、
スケール厚さを10〜100 μm とすることにより、圧延中
における焼付はもちろん筋状疵の発生も効果的に防止で
きるのである。

【００２１】また、加熱炉内で被圧延材の表面に生成す
るスケールは、その生成温度、炉内の各ゾーン温度設
定、雰囲気 (酸素、CO、H₂O 等の濃度等) 、被圧延材の
組成 (材質) 、加熱前の被圧延材表面性状 (圧延まま、
機械加工仕上げ等) によって異なる場合があるが、本発
明において問題にしている筋状疵に関しては、後述の実
施例にても確認されるように、ステンレス鋼に生成する
スケールの範囲では大きな相違はなく、スケール層の厚
ささえ適正とすれば防止可能である。

【００２２】換言すれば、それらを勘案して主として鋼
材の昇温パターンもしくは炉内雰囲気を調節することに
よって10〜100 μm のスケール厚さを実現すればよい。
実際の製管作業においてはトラブルが発生、ラインが一
時期停止することがあり、加熱炉内における適正スケー
ル厚さの実現が困難となる場合がある。この場合はビレ
ット表面には過剰なスケール層が形成されるから、加熱
炉から抽出したビレットに対してピアサに供給する以前
にデスケールを実施することが必要となる。

【００２３】一般にステンレス鋼表面に形成されるスケ
ールは緻密かつ密着性が強く、炭素鋼や低合金鋼に比較
して剥離性が低いから、マンネスマン製管ラインに通常
付設されているような150 〜200 kg/cm²程度の高圧水デ
スケーラではスケール層厚さの調節、つまりスケールの
除去作業は不可能であり、少なくとも300 kg/cm²以上の
高圧水デスケーラを使用する必要がある。この際、デス
ケーラによるスケール除去厚さは、デスケーラのノズル
圧力・高圧水の噴射面積、ノズルに対するビレットの移
動速度、噴射流量等のデスケール条件およびビレット材
質等に応じてビレット表面に生成するスケールの種類に
よって求められるから、デスケールの対象となるビレッ
トの加熱履歴から予想されるデスケール直前の初期スケ
ール厚さを勘案してスケール除去必要量およびこれに伴
うデスケール条件を決定すればよい。

【００２４】高圧水によるデスケールは噴射水をビレッ
ト表面に１度のみ走射する方法でもよいし、複数回走射
する方法でも構わない。高圧水噴射に先立って圧延、鍛
造、ダイス引き、スピニング加工、ショット加工等によ
ってビレット表面を軽圧下加工して、ビレット表面スケ
ールを部分粉砕しておくこともデスケールを容易とする
効果がある。ただし、加工量を過大とするとかえってス
ケールを押込んでしまい、次のデスケールを困難にした
り、筋状疵の原因となり得るからせいぜい３％程度の圧
下で十分である。なお、ここに例示したデスケーラ直前
の加工工程は、その目的および加工度の観点から本発明
クレーム中の『加熱炉または再加熱炉に続く圧延工程』
には包含されない。要するに、ピアサでの圧延が開始さ
れる以前にデスケールを実施してスケール層厚さを10〜
100 μm とすればよい。

【００２５】以上の方法は全く同様の背景によって再加
熱炉およびこれに続く圧延工程たるストレッチレデュー
サによる外径絞り工程においても成立する。ただし、加
熱炉に比較して再加熱炉での加熱温度は低く、在炉時間
も短いから、Cr含有量が18％を超えるステンレス鋼にお
いては、操業上再加熱炉においてスケール層厚さが100
μm を超えることはほとんどなく、再加熱炉以降の工程
に関する本発明の適用範囲はCr含有量12％以上18％以下
のFe基合金だけを考えればよい。次に、実施例によって
本発明の作用についてさらに具体的に説明する。

【００２６】

【実施例】種々の条件にて加熱ビレットを用意し、図１
に示すマンネスマン・マンドレルミルラインにて圧延
し、筋状疵の発生状況を比較した。

【００２７】

【実施例１】 ビレット：直径143 mm×長さ1800 mm(表面機械加工仕上
げ) を電気式加熱炉にて大気中加熱した後、ピアサおよ
びマンドレルミルにて圧延し、直径110 mm×肉厚3.5 mm
×長さ25m のホローシェルとした後に酸洗し、外表面の
目視検査を行った。

【００２８】使用したビレット材質および加熱温度は下
記の通りであり、在炉時間を変更することによって加熱
炉内での生成スケール層厚さを、平均値で、10、50、10
0 、150 、200 μm とした。なお、Arガス雰囲気加熱に
よりスケール層厚さをほぼ０μm とした供試材も用意し
たので、スケール層厚さは６水準となった。

【００２９】

【表１】

【００３０】目視検査においては、焼付疵および筋状疵
の発生程度を評価した。結果を表２に示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】表２の結果の通り、スケール層厚さを10〜
100 μm とすることによって焼付疵、筋状疵のない製管
作業が可能であった。

【００３３】

【実施例２】実施例１と同様に、表１に示す５種の材質
のビレットを同じく表１の加熱温度にまで電気式加熱炉
にて大気中加熱し、約200 〜500 μm のスケール層を形
成せしめた後、直ちにノズル圧力500 kg/cm²の高圧水デ
スケーラによって表面スケールの一部を除去し、残留ス
ケール厚さを約20〜70μm とした。その後は実施例１と
同様の圧延、酸洗、目視検査を実施した。結果は全て良
好であり、一旦過剰なスケール層が形成されてもデスケ
ールによって圧延前に適正なスケール層厚さに調節すれ
ば焼付疵、筋状疵のない製管作業が可能であることを確
認した。

【００３４】

【実施例３】重油燃焼炉において在炉時間および空燃比
（燃料／空気混合比）によって加熱炉でのスケール層厚
さを調節して実施例１と同様の実験を行った。ただし、
スケール厚さ０μm の場合は実施しなかった。結果は表
２とほぼ同様であり、燃焼方式が異なってもスケール層
の厚さを適正範囲とすることによって焼付疵、筋状疵の
ない製管作業が可能であることを確認した。

【００３５】

【実施例４】実施例３において、SUS420J1とSUS430につ
いてピアサ入側で適正スケール厚さ10〜100 μm を満足
して良好なホローシェルが得られる条件でマンドレルミ
ルまで製管した後、ホローシェルを直ちに再加熱炉 (10
00℃、重油加熱) に挿入し、在炉時間およびストレッチ
レデューサ入側でのデスケール条件の変更によってスケ
ール厚さを50〜200 μm の間で調節した後、ストレッチ
レデューサによって直径34mm×厚さ3mm ×長さ96m に外
径絞り圧延を行った。

【００３６】得られたホローシェルを酸洗後、目視検査
したところ、スケール厚さ100 μm以下のホローシェル
には筋状疵は一切見られなかったが、100 μm を超える
ものについては程度の差はあるものの筋状疵の発生が確
認された。つまり、圧延形式が傾斜圧延 (ピアサ) から
孔型圧延 (ストレッチレデューサ) と異なっても筋状疵
防止に必要な適正範囲が存在し、本発明が有効であるこ
とを確認した。

【００３７】なお、以上の例にあっては、いずれも製管
方法としてマンネスマン・マンドレルミルラインを例に
とって説明したが、ピアサをPPM(プレスピアシングミ
ル) とする方法、あるいは、ピアサ、エロンゲータ、プ
ラグミル、リーラ、サイザを主として有するマンネスマ
ン・プラグミルライン等の他の圧延法による場合にあっ
ても本発明が有効であることは言うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、12wt％
以上のCrを含有するFe基合金から圧延法によって継目無
鋼管を製造する際に発生する焼付疵および筋状疵を防止
することが可能となり、良好な表面性状を有する製品が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧延法による継目無製管工程 (マンネスマン・
マンドレルミルライン) を示す模式図である。

【符号の説明】

12 : 回転炉床式加熱炉 14 : ピアサ 18 : マンドレルミル 22 : 再加熱炉 26 : ストレッチレデューサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 12wt％以上のCrを含有するFe基合金から
   圧延法によって継目無鋼管を製造する方法において、加
   熱炉に続く圧延工程または加熱炉に続く圧延工程および
   再加熱炉に続く圧延工程の各入側において、被圧延材た
   る中実の鋼片または中空の素管の外表面に付着するスケ
   ール層の厚さを10〜100 μm とすることを特徴とする継
   目無鋼管の製造方法。