JP2844924B6

JP2844924B6 - Manufacturing method of seamless steel pipe and its manufacturing equipment

Info

Publication number: JP2844924B6
Application number: JP1996513773A
Authority: JP
Inventors: 邦夫近藤; 康孝岡田; 征司谷本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 2004-10-06

Description

技術分野
本発明は、継目無鋼管の製造方法およびその方法を実施するための製造設備に関する。さらに詳しくは、簡素化され、かつ連続化された製造工程および製造設備によって、強度、靭性および耐食性等の性能に優れた継目無鋼管を、生産性よく、安価に製造する方法およびその方法を実施するための製造設備に関する。
背景技術
油井管、ラインパイプ、熱交換器用管、配管、軸受用管などの用途には、継目無鋼管が用いられている。その材質としては、おもに炭素鋼、Cr、Moなどの合金成分を含む低合金鋼、高Crステンレス鋼などが対象となる。これらの継目無鋼管の製造には、マンネスマン−マンドレルミル方式がよく用いられる。マンネスマン−マンドレルミル方式による継目無鋼管の製造においては、穿孔圧延工程で厳しい加工が施されること、製品に高度な性能が求められることなどの理由から、一般に、製造工程が極めて複雑である。
図１は、マンネスマン−マンドレルミル方式の製造工程の１例を示す。鋼塊から製品に至るまでの間に多くの工程があり、被加工材に対しては、様々な加工と加熱、冷却が繰り返される。また、図１中に点線で示すのは、工程間における搬送、一時ストック等の処理を伴うライン変更であり、マンネスマン−マンドレルミル方式の製造工程では、ライン変更が何度も行われる。したがって、継目無鋼管の製造には、高度な機能を備えた多くの設備と多量のエネルギーを必要とする。そのために、製造コストが高くなるという宿命的な問題がある。
製造コストを安くするためには、生産性を高くすること、設備費を下げること、ランニングコストを安くすることが必要である。さらに具体的には、製造工程および製造設備の簡素化を図ると同時に、従来の製品の品質を超える性能を備えた製品を製造することが、継目無鋼管の製造に課せられた課題である。
これらの課題を解決することを目的として、継目無鋼管の製造に対して、様々な技術開発が行われてきた。特に、図１に示した工程の内、鋼塊からビレットを製造する段階、熱間での穿孔圧延、延伸圧延および仕上げ圧延の段階、仕上げ圧延後製品の鋼管に所定の性能を付与する熱処理段階に多くの提案がなされている。
鋼塊から横断面形状が丸形のビレットを製造する工程については、連続鋳造法によって丸形のビレットを製造し、分塊圧延または鍛造工程を省略する提案がある。例えば、特開昭63−157705号公報には、連続鋳造法によって、横断面の形状が丸形のビレットを製造し、このビレットを穿孔後、延伸圧延する継目無鋼管の製造方法が示されている。しかし、ここに提案されている方法は、穿孔圧延するためのビレットの加熱条件および傾斜ロール穿孔圧延機であるピアサーでの穿孔圧延条件に十分な技術改善が加えられていない。そのために、穿孔の際に被穿孔材に割れが発生しやすい。
また、工程の連続化の観点から、「鉄と鋼、第71年（1985）第８号、965〜971頁」には、連続延伸圧延機であるマンドレルミルと仕上げ圧延機であるエキストラクティングサイザーとを直結した製造設備が開示されている。しかし、この設備は、焼入れ温度を確保することを目的として、連続延伸圧延機と仕上げ圧延機とを直結したにすぎない。そのため、仕上げ圧延後高温のまま焼入れされるので、結晶粒の粗大化が起こり、製品である鋼管の靭性が低下するという問題がある。
仕上げ圧延後の鋼管に、製品として要求される所定の性能を付与する熱処理工程についても、多くの提案がある。継目無鋼管には、高い信頼性および高い性能を備えていることが要求される。そのため、図１に示したように、通常、製品の品質を決定付ける焼入れ、焼戻し処理からなる熱処理は、厳密な管理が可能なオフライン方式で行われている。したがって、製管ラインとは別に焼入れ装置と焼戻し炉が設置されている。このようなオフラインでの処理を含む製造方法は、製造設備の簡素化およびエネルギーの節減の上で大きな障害となっている。
このため、近年継目無鋼管の製造において、仕上げ圧延後の被加工材が保有する熱を利用して、オンラインで焼入れを行う、いわゆる直接焼入れ法を採用する試みがなされている。直接焼入れ法を採用すると、オフラインでの焼入れ装置が不要になり、また製造工程が簡素化されるので、大幅なコストダウンを図ることができるという利点がある。
例えば、特開昭56−166324号公報、同58−120720号公報、同58−224116号公報、同59−020423号公報、同60−033312号公報、同60−075523号公報、同62−151523号公報等には、継目無鋼管の製造工程において、仕上げ圧延後、直ちに鋼管を強制的に冷却する直接焼入れ法が開示されている。しかし、この直接焼入れ法によって製造された製品については、従来のオフラインで焼入れされた製品並みの品質が得られていないのが実状である。すなわち、従来の方法で製造された製品に比べ、鋼の結晶粒が粗大なため、靭性や耐食性に劣るという問題がある。
鋼の結晶粒を微細化することを目的として、オンラインで被加工材に加工熱処理を施す技術が提案されている。例えば、特開昭56−003626号公報には、粗圧延（延伸圧延）と仕上げ圧延の中間に冷却と再加熱の工程を組み込む方法、特開昭58−091123号公報、同58−104120号公報、同63−011621号公報および特開平04−358023号公報には、仕上げ圧延後に冷却と再加熱を組み合わせた処理を行う方法、特開昭58−117832号公報には、圧延途中（延伸圧延と仕上げ圧延の間）および圧延後（仕上げ圧延）の２回、冷却と再加熱を施す方法が開示されている。上記のこれらの処理方法は、オンラインで冷却と再加熱を組み合わせたものであり、オーステナイトからフェライトへの変態およびフェライトからオーステナイトへの逆変態を合計２回以上繰り返すことを特徴としている。
上記の方法は、いずれも、被処理材の鋼管に対して、変態が開始もしくは完了する温度域まで強制的な冷却処理を必要とし、また、引き続き逆変態が完了する温度域までの再加熱を必要とする。したがって、上記の方法では、多くのエネルギーを消費するのでエネルギーコストが高いことおよび複雑な製造設備となるため製造設備の建設費が高いことといった問題点がある。また、直接焼入れ法によって製造された継目無鋼管の機械的性質には、強度等についてバラツキが大きい。その理由は、鋼管の長さ方向あるいは製造ロット間で、焼入れ温度が不均一になるためである。したがって、品質の均一な継目無鋼管を、生産性よく、大量に製造することは困難という問題がある。このように、上記の方法は、従来のオフラインで焼入れする方法に比較して、設備費およびランニングコストに優位性を見い出すことができないばかりか、製品の性能にも劣るものであった。
一方、継目無鋼管の製造方法において、各工程をオフラインにして独立して配置すると、工程間での処理スピードが相違するために、ビレット等の被加工材をストックするスペースを必要とするという問題がある。例えば、穿孔圧延用素材であるビレットを保管するビレットヤードや、熱処理前の鋼管を一時保管しておく場所等が必要なため、広いスペースを確保しなければならない。また、各々の工程間では素材を搬送する手段が必要であり、クレーン、トラック等の補助搬送設備等、多くの搬送手段を必要とするという問題もある。
以上述べたように、従来提案されている方法では、簡素化された製造工程と製造設備によって、高い生産性で、かつ安価な製造コストで、性能に優れた継目無鋼管を製造するという要求には応えることができない。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、簡素化された製造工程および製造設備によって、安い製造コストで、生産性よく、かつ従来の製品より優れた性能を備えた継目無鋼管を製造する方法とその製造方法を実施するための製造設備を提供することを目的としている。
発明の開示
本発明は、簡素化された製造工程および製造設備によって、安い製造コストで、生産性よく、かつ従来の製品より優れた性能を備えた継目無鋼管を製造する方法とその製造方法を実施するための製造設備を提供することを目的としている。
本発明の製造方法は、順次連続した下記の▲１▼〜▲８▼を含む工程で構成されており、ビレットの製造から製品に至るまでの工程が、オンラインで結ばれている。
▲１▼ 連続鋳造法によって、横断面の形状が丸形のビレットを製造する工程、
▲２▼ 前記ビレットをA_r1変態点以下の温度に冷却する工程、
▲３▼ A_r1変態点以下の温度に冷却された前記ビレットを穿孔可能な温度に加熱する工程、
▲４▼ 穿孔可能な温度に加熱されたビレットを200/秒以下の歪速度で穿孔圧延し、中空素管を製造する工程、
▲５▼ 連続延伸圧延機と仕上げ圧延機とが直結して配置された圧延機によって、前記中空素管に対して、平均歪速度0.01/秒以下、加工度10％以上、仕上がり温度800〜1050℃の条件で、延伸圧延および仕上げ圧延を施すことにより、鋼管を製造する工程、
▲６▼ 前記鋼管に対して、A_r3変態点以上の温度で再結晶処理を施す工程、
▲７▼ A_r3変態点以上の温度から、前記鋼管を焼入れ処理を施す工程、
▲８▼ 焼入れされた前記鋼管に、焼戻し処理を施す工程。
また、本発明の方法を実施するための製造設備は、上記の工程にしたがって、各装置が連続的に連結されて配置されている。
本発明の継目無鋼管の製造方法および製造設備によれば、安い製造コストで、生産性よく、かつ従来の製品より優れた性能を備えた継目無鋼管を製造することができるので、工業的な継目無鋼管の製造に対する本発明の寄与は、極めて大きい。
図面の簡単な説明
図１は、従来の継目無鋼管の製造工程の１例を示す図である。
図２は、本発明の継目無鋼管の製造工程を示す図である。
図３は、本発明の継目無鋼管の製造設備の配置を模式的に示す図である。
図４は、本発明の実施例に用いた試験用ビレットの化学組成および変態点を示す図である。
図５は、実施例における試験１で得られた中空素管について、最大割れ発生深さを測定した結果を示す図である。
図６は、実施例の試験２における穿孔圧延、延伸圧延および仕上げ圧延条件を示す図である。
図７は、実施例の試験２における再結晶処理条件、焼入れ条件および焼戻し条件を示す図である。
図８は、実施例の試験２で得られた試験材について、材料の強度、結晶粒度および耐食性を調査した結果を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明者らは、前述の課題を解決するために、継目無鋼管の製造工程の簡素化および各工程における最適な処理条件について、実験研究を重ねた。その結果、本発明者らが得た新たな知見を基に、課題をすべて解決することができる、次の製造方法および製造設備を完成した。
図２は、本発明の製造工程を示す。本発明の基本的な技術思想は、次のとおりである。
▲１▼ ビレットは、横断面の形状が丸形のビレットを連続鋳造法によって製造する。この方法によって、鋼塊あるいは角形の連続鋳造ビレットを素材とする場合に必要な分塊、圧延あるいは鋳造工程を省略できる。
▲２▼ 鋳造されたビレットは、穿孔圧延のための加熱の前に、一旦A_r1変態点以下の温度まで冷却する。この冷却によって、次の加熱の際に、効果的に結晶粒の微細化を行わせる。結晶粒の微細化によって、過酷な穿孔圧延に対しても被穿孔材に割れが発生することを防止できる。
▲３▼ ビレットA_r1変態点以下に冷却した後に、穿孔圧延可能な温度に加熱する。A_r1変態点以下のできるだけ高い温度で、ビレットの加熱を開始することにより、鋳造時の保有熱を十分に活用する。この処理によって、加熱炉での加熱に必要なエネルギーを大幅に節約できる。また、鋼塊または角形の連続鋳造材を素材とする方法に比べて、保管場所を大幅に縮小できる。
▲４▼ 穿孔圧延には、傾斜ロール穿孔圧延法を採用する。この穿孔圧延の際には、適正な歪速度を選択することによって、被穿孔材に割れが発生することを防止する。
▲５▼ 穿孔圧延後の連続延伸圧延および仕上げ圧延は、両者の圧延機を同一ライン上に直列に近接させて配置する。この配置によって、被圧延材の温度低下を抑制するとともに、効果的に加工歪みを蓄積させる。この対策によって、次の工程における再結晶処理で、結晶粒の著しい微細化を達成できる。
▲６▼ 仕上げ圧延後、焼入れに至るまでの間に、被処理材である鋼管に再結晶処理を施す。すなわち、この搬送の間の徐冷、あるいは保温、加熱によって再結晶処理を行わせる。前の工程における被加工材への加工歪の蓄積と本工程での処理によって、結晶粒の微細化を効果的に達成できる。また、必要に応じて、この工程に加熱炉を設けて、鋼管の温度を調整できるようにする。鋼管の温度調整によって、鋼管の長さ方向および製造ロット間の焼入れ温度のバラツキを小さくできるばかりでなく、昇温または降温してその温度をコントロールし、炭窒化物等の析出をコントロールできる。そのため、同一材質でもその強度をコントロールすることが可能で、また、再結晶粒の粗大化の抑制も可能である。
▲７▼ 結晶粒の粒径および析出物量を適正に調整した鋼管を、A_r3変態点以下に冷却することなく、直ちにA_r3変態点以上の温度から焼入れする。
▲８▼ 引き続き同じライン上に設けた焼戻し炉によって焼戻しを行う。
▲６▼から▲８▼までの一連の処理によって、従来の製品に比べて、靭性、耐食性等の性能を向上させることができる。
本発明は、上記の基本的な技術思想を実現したものである。
図３は、本発明の方法を実施するための製造設備の配置を示す模式図である。先に示した図２および図３を参照しながら、本発明の内容を、各工程別に詳細に説明する。
工程▲１▼ ビレットの製造
横断面が丸形の形状をしたビレットは、溶鋼の注入部の横断面の形状が丸形の鋳型を備えた連続鋳造機によって製造する。鋳型の内径は、製造する鋼管の外径に応じて定まるビレットの外径に合わせて選択する。この条件で所定の外径と長さを備えたビレットを連続的に鋳造する。
図３中の符号１が、溶鋼注入部の横断面の形状が丸形の鋳型を備えた連続鋳造機であり、鋳造するビレットの外径に応じて鋳型を交換できる構造を持っている。この連続鋳造機によって、製管段取りに応じた外径の丸形のビレットを連続的に鋳造する。なお、ビレット鋳造部の後には、ビレットの中心部の凝固がほぼ完了するか、または完全に完了した後、ビレットを所定の長さに切断するための、切断機が備えられている。また、連続鋳造機は、ビレットの鋳造組織等の改質を図ることを目的として、ビレットに軽度の圧下加工を加えるロールスタンドを備えるものであってもよい。この場合には、ロールスタンドは、ビレットの切断手段の前または後に設けられる。
工程▲２▼ ビレットの細粒化処理（冷却）
鋳造されたビレットを、A_r1変態点以下で室温以上の温度に一旦冷却する。その理由は、後の工程の傾斜ロール穿孔圧延機（以下、ピアサーと記す）による穿孔工程で受ける過酷な加工に耐える熱間加工性を与えるためである。ビレットの熱間加工性を高めるためには、ビレットの金属組織を細粒化する必要がある。本発明では、オーステナイト相からフェライト相への変態終了温度であるA_r1変態点以下の温度にビレットを一旦冷却し、その後ビレットの穿孔を行うための加熱によって、金属組織を細粒化することにした。この際の冷却温度は、次の工程におけるビレットの加熱に要するエネルギーをできるだけ少なくするために、A_r1変態点以下で、A_r1変態点に近い温度の方が好ましい。ただし、冷却温度の下限は、室温以上でも差し支えない。ビレットを冷却するために、連続鋳造機と後の工程のビレット加熱炉との間には、ビレットの温度がA_r1変態点以下まで降下するのに必要な距離を設けるか、または、ビレットに対する強制的な冷却手段を設けるのがよい。
図３に示す本工程を構成する装置は、横送り形式の搬送路２と、ビレット加熱炉３で構成された例が示されている。搬送路２の長さは、上記のように、鋳造後のビレットの温度がA_r1変態点以下に下がるのに必要な距離とするのがよい。工場レイアウト等の制約があり、前記のような距離を設けることができない場合には、搬送路２の途中に強制的な冷却手段を設け、ビレットを冷却する方法で解決する。
工程▲３▼ ビレットの加熱
この工程では、次の工程の穿孔圧延機であるピアサー５による穿孔圧延が可能な温度に、加熱炉３でビレットを十分に加熱、均熱する。最適な加熱温度は、材質によって異なり、穿孔圧延する材料の高温延性、高温強度などの特性を考慮して決められる。加熱温度は、通常、1100〜1300℃の範囲である。
なお、ビレット加熱炉３としては、ビレット横送り型の炉を用いるのがよい。また、加熱炉へのビレット装入充填率を高めることによって、ビレットの加熱効率を高めることができるので、可能な限りビレットの長さを長くするのがよい。そのため、穿孔圧延する際のビレット長さの複数倍の長さとする。この場合には、ビレット加熱炉３とピアーサ５との間に、ガス切断機、ホットソー等の切断機4aを設け、ビレットを所定の長さに切断した後に、ビレットをピアサー５に供給する。また、切断の際に、ビレットの温度が低下しすぎる場合には、切断手段の後に、例えばトンネル型誘導加熱炉等、短時間でビレットを加熱、昇温できる補助的な加熱装置4bを設けて、ビレットの昇温加熱を行うようにしてもよい。
工程▲４▼ 穿孔圧延
本発明では、熱間圧延が施されていない鋳造状態のビレットを、ピアサー５で穿孔圧延し、中空素管を製造する。穿孔圧延は極めて過酷な加工であるため、穿孔の過程で被穿孔材に疵が発生しやすい。この対策として、本発明の場合では、ビレットの金属組織を細粒化することに加えて、歪速度200/秒以下に制限した条件で穿孔することによって疵の発生を抑えることとしている。したがって、本発明では、穿孔圧延時の歪速度を200/秒以下とすることを要件としている。
ここで、歪速度とは、次式で定義される速度をいう。
（被加工材の加工前の断面積／被加工材の加工後の断面積）／加工に要する時間
時間の単位：秒
なお、熱間加工性に劣る材質については、できるだけ高い温度で穿孔するのがよい。そのために、ピアサー５の直前に、前述のトンネル型の誘導加熱装置等の補助的な加熱装置4bを設けて、ビレットの昇温を行うのが好ましい。
また、歪速度は、200/秒以下であればよく、特にその下限を定めない。しかし、歪速度0.1/秒未満の場合には、ピアサー５のプラグ、ガイドシュー等の工具寿命が著しく短くなるので、0.1/秒以上とするのが好ましい。
穿孔圧延機としてのピアサー５は、傾斜ロール穿孔圧延機であれば、どのようなタイプのでもよい。その中でも、本発明には、薄肉の穿孔および高拡管率の穿孔が可能な交叉型の傾斜ロール穿孔圧延機が、特に適している。その理由は、１種類の外径の丸形のビレットから、径の大きい種々のサイズのホローシェルを穿孔することが可能なため、必要なビレットのサイズの統合集約が容易なためである。
なお、穿孔圧延工程を終えた際の中空素管の温度は、材質、穿孔条件等によって相違するが、通常、1050〜1250℃程度になる。
工程▲５▼ 延伸圧延、仕上げ圧延
中空素管は、横送り形式の搬送路６によって、その終端部に設けられた連続延伸圧延機（マンドレルミル）７の入側テーブルに搬送される。ここで、まず、その管内に、後端がバーリテーナーで拘束されて保持されるマンドレルバーを挿入する。次に、連続延伸圧延機７と仕上げ圧延機８によって、平均歪速度0.01/秒以上、加工度10％以上、仕上げ温度800〜1050℃の条件で、延伸圧延および仕上げ圧延を行い、所定の寸法の鋼管に仕上げる。
延伸圧延機としては、複数ロールスタンドからなる連続延伸圧延機であるマンドレルミル７が適している。また、仕上げ圧延には、マンドレルミルと同様に複数ロールスタンドからなるサイザーまたはストレッチレデューサーを用いる。これらの加工は、前の穿孔圧延工程に比べると、素材の温度が低下しているので、比較的低い温度での加工となる。本発明は、この比較的低い温度での加工を利用して、加工熱処理を施すことを特徴としており、本工程は、本発明にとって重要な工程である。本発明の場合には、連続延伸圧延機であるマンドレルミル７と仕上げ圧延機であるサイザー８（またはストレッチレデューサー）とは、距離を隔てて配置させずに、直結型の配置とする。具体的には、この２つの圧延機は、連続延伸圧延機で延伸圧延された鋼管の長さ未満の間隔で、かつ同一のライン上に直列に配置する。この配置によって、連続延伸圧延機で付与された加工歪が回復する前に、直ちに仕上げ圧延機でさらに加工を加えることができる。この条件を満たす加工によって、その後に起こる鋼管の再結晶粒の微細化を効果的に達成することができる。
すなわち、同じパススケジュールで製管する場合でも、連続延伸圧延機と仕上げ圧延機とが距離を隔てて独立して配置されている場合には、再結晶後の結晶粒の粒径が大きく成長する。本発明が目標としている従来の製品よりも優れた品質の鋼管を得るためには、上記のように連続延伸圧延機と仕上げ圧延機を近接させて、直列に配置することが不可欠である。
この工程においては、下記（ａ）式で定義される平均歪速度（Ｖε）は、0.01/秒以上としなければならない。平均歪速度が0.01/秒未満の場合には、各々のパス間で再結晶が起こるため、歪が蓄積がされない。そのような条件では、後の工程において、再結晶による結晶粒の十分な微細化効果が得られない。また、この工程での加工度は、10％以上とする必要がある。歪量が加工度（断面減少率）に換算して10％未満の場合には、再結晶が容易に進行しないので、目標とする結晶粒の微細化効果が得られないためである。
さらに、仕上げ圧延後の素材の仕上がり温度は、800〜1050℃の範囲とする。この温度範囲の場合には、その後の再結晶による結晶粒の微細化効果が著しく大きいためである。
したがって、本工程においては、平均歪速度0.01/秒、加工度10％以上および仕上げ圧延機での仕上がり温度800〜1050℃と定めた。
なお、平均歪速度および加工度の上限は、特に定める必要がない。ただし、平均歪速度については、10/秒を超えると連続延伸圧延機であるマンドレルミルのマンドレルバー等の工具寿命が著しく低下するので、10/秒以下とするのが好ましい。また、加工度については95％を超えると疵の発生が著しくなるので、95％以下とするのが好ましい。
Ｖε＝（Ｍε＋Ｓε）/Mt （ａ）
ただし、Ｍε：連続延伸圧延機での加工歪
Ｓε：仕上げ圧延機での加工歪
Mt:中空素管先端が連続延伸圧延機に噛み込んでから仕上げ圧延機を出るまでの所要時間（秒）
本発明に用いる連続延伸圧延機であるマンドレルミルとしては、内面規制工具であるマンドレルバーの後端を拘束するとともに、延伸圧延終了後にマンドレルバーを、ミル入側に孔型ロール列中を通して引き戻して循環使用できるマンドレルバー拘束手段（バーリテーナー）を有するタイプであればどのようなものでも使用できる。その中でも、前記マンドレルバー拘束手段が、中空素管の延伸圧延中に管の圧延移動速度とは独立した速度で、マンドレルバーの移動速度を制御可能な機能を備えるマンドレルミルを用いるのが好ましい。また、仕上げ圧延機であるサイザーまたはストレッチレデューサーとしては、内面規制工具を用いないものであればどのようなタイプのものでもよい。その中でも、連続延伸圧延機で圧延された管内のマンドレルバーから管を引き出して分離する機能を備えた、エクストラクティング型のサイザーまたはストレッチレデューサーを用いるのが好ましい。
なお、前記搬送路６は、横送り形式ではなく、ローラーコンベアー等の縦送り形式でもよい。
工程▲６▼ 再結晶処理
本発明では、延伸圧延および仕上げ圧延に引き続き、焼入れ前にA_r3変態点以上の温度で、鋼管に対して再結晶処理を施す。本工程では、前の工程における連続延伸圧延と仕上げ圧延で付与された加工歪と本工程の徐冷、保熱あるいは加熱する方法のいずれかとの組み合わせによって、効果的に再結晶を起こさせ、結晶粒の微細化を図る。この２つの工程の組み合わせは、本発明に特有の処理であり、製品の品質の向上に極めて有効な加工熱処理法である。
再結晶処理は、仕上げ圧延機であるサイザー８の出側に設けられた鋼管を徐冷をすることができる搬送装置９、あるいは搬送路中に設けられた保温炉または加熱炉あるいは保温と加熱兼用炉10によって実施する。
（徐冷法）仕上げ圧延終了後、A_r3変態点以上の所定の焼入れ温度まで鋼管を徐冷する方法である。本工程では、焼入れ開始までの再結晶を完了させて、結晶粒を微細化する必要があるので、冷却速度は遅い方が好ましい。冷却速度が空冷以上になると粗大な結晶粒あるいは混粒組織となり、鋼の靭性が低下する。したがって、冷却速度は、空冷を含まない空冷より遅い冷却速度とした。冷却速度は、好ましくは0.5℃／秒以下である。
本工程で鋼管を徐冷するためには、例えば、急冷を避けるため、仕上げ圧延機の出口から焼入れ装置の入り口までの管の搬送路９を、ガラスウール等の断熱材料を内張りしたカバーで覆う方法、輻射熱を反射する鏡面を備えた板を内張りしたカバーで覆う方法等を適用すればよい。
（保温法）この方法は、仕上げ圧延終了後の鋼管を、その仕上げ温度に保持する方法である。その保持時間が30秒未満の場合には、再結晶が起こらない。また、30分を超えて保持しても再結晶に対する効果は変わらない。長時間の保持は、エネルギーコストが嵩み、生産能率も低下させる。したがって、保温法の場合の保持時間は、30秒〜30分と定めた。
（昇温加熱、均熱法）この方法は、仕上げ圧延終了後の鋼管を、850〜980℃で、10秒〜30分間保持する方法である。温度が850℃未満、保持時間が10秒未満では再結晶が起こらない。また、温度が980℃を超える場合および保持時間が30分を超える場合には、結晶粒が粗粒化する。したがって、上記のように、鋼管を850〜980℃で、10秒〜30分間保持することにした。なお、ここで、均熱には、前の工程における鋼管の仕上がり温度よりも低い上記の温度範囲に設定された加熱炉内で、鋼管を均熱する操作も含まれる。
上記の保温、昇温加熱または均熱は、それぞれ一般に用いられているタイプの保温炉または加熱炉、あるいは保温と加熱の兼用炉を利用することによって実施することができる。このような炉を利用する方法は、焼入れの際の素材の温度を確保することが容易であるので、好ましい方法である。また、炉を用いる方法は、鋼管の長さ方向および製造ロット間の温度の均一化が容易であるので、製品の品質のバラツキを大幅に小さくすることができるという利点がある。この他、保温する温度あるいは昇温、加熱する温度を高めに設定し、延伸圧延、仕上げ圧延中に析出した炭化物等を、再固溶させて焼戻し軟化抵抗を向上させること、逆に低めに設定し、析出物を積極的に析出させて粒界ピンニング作用によって結晶粒の粗大化を防止することもできる。
工程▲７▼ 焼入れ
再結晶処理の後、搬送路９により鋼管を焼入れ装置11へ送る。この間、鋼管の温度がA_r3変態点以下に下がらないようにする。すなわち、仕上げ圧延機８と焼入れ装置11は、搬送路９等を介して、インラインで結ばれている。焼入れ装置11では、A_r3変態点以上の温度の鋼管に対して、焼入れ処理を施す。
焼入れは、鋼管に十分な強度と靭性を与えるために、A_r3変態点以上の温度から急冷することが必要である。また、肉厚の厚い鋼管であっても、十分に速い速度での冷却が必要である。このような場合には、焼入れ装置11として、鋼管の内外面を同時に冷却することができる構造の装置を用いるのが好ましい。
工程▲８▼ 焼戻し
焼入れ処理された鋼管は、焼入れ装置11の後のライン上に、近接して配置された焼戻し炉12に移される。すなわち、焼入れ装置と焼戻し炉12は、搬送炉を介してインラインで結ばれている。焼戻し炉で、鋼管を所定の温度に加熱、均熱することにより、焼戻し処理を施す。
焼戻しは、最終製品の性能を決定する重要なプロセスであるため、目標の性能に応じて最適な焼戻し温度を定め、その温度で十分に均熱することが必要である。焼戻し温度のバラツキは大きくても±10℃とし、好ましくは±５℃とする。このような処理によって、耐力（YS）、引張強さ（TS）のバラツキを、目標の強度の±5kgf/mm²の範囲内に抑えることができる。
焼戻し処理の後、矯正機13によって曲がり矯正を行うことによって、製品としての鋼管に仕上げる。
実施例
本発明の製造方法を、以下に述べる２つの試験によって確認した。
（試験１）
ビレットを穿孔圧延する際の歪速度と、穿孔後の中空素管に発生する割れとの関係を調査した。試験用のビレットは、図４に示すAISI 1524に相当する化学組成ＡおよびAISI 4130に相当する化学組成Ｂの溶鋼を、内径90mmの鋳型に注入することによって製造した。溶鋼の凝固が完了した後、直ちにビレットを鋳型から取り出した。各ビレットは、いずれも図４に示したA_r1変態点以下の温度である、鋼Ａは600℃、鋼Ｂは500℃まで冷却した。その後、加熱炉によって、1250℃の温度に１時間保持した。次に、実験用の穿孔圧延機（ピアサー）によって穿孔試験を行い、中空素管を作製した。得られた中空素管について、割れの発生を調査し、最大割れ深さを測定した。
図５に、中空素管の最大割れ発生深さの測定結果を示した。
図５から明らかなように、鋼Ａおよび鋼Ｂの両者とも、穿孔圧延の歪速度が200/秒以下の条件では、中空素管に割れが発生しなかった。これに対して、歪速度が200/秒を超える場合には、割れが発生した。
したがって、鋳造後のビレットをA_r1変態点以下の温度に一旦冷却し、さらに穿孔圧延可能な温度に加熱して穿孔圧延する場合には、穿孔圧延の際の歪速度を200/秒以下にしなければならないことを確認した。
（試験２）
試験に用いたビレットの外径および化学組成は、試験１に用いたビレットのそれと同じである。凝固完了後、直ちにビレットを鋳型から取り出し、A_r3変態点以下の温度まで冷却した。さらに、加熱炉で1250℃に、１時間保持した。その後、図６および図７に示す条件で、穿孔圧延（ピアサー加工）、延伸圧延（マンドレルミル加工）および仕上げ圧延（サイザー加工）をシミュレートした熱間プレス加工試験を行った。
図６および図７に示したように、試験No.1〜18は本発明例、試験No.19〜24は、製造条件の一部が本発明の範囲外である比較例である。試験No.25および26は、図１に示した従来の工程に従って鋼管を製造した場合の従来例である。従来例については、ビレットのピアサー加工の際の歪速度が本発明の範囲より少し大きく、かつ延伸圧延と仕上げ圧延の加工シミュレーションが連続的には実施されていない。また、仕上げ圧延から焼入れの間で試験材は、常温まで冷却されている。本発明例、比較例および従来例いずれについても、鋼Ａおよび鋼Ｂの２つに試験材を対象に試験した。なお、図７に示した冷却速度は、図６の条件で穿孔圧延および仕上げ圧延を行った後、仕上げ温度からA_r3変態温度以上の温度まで試験材を徐冷した場合の冷却速度である。また、鋼Ａと鋼Ｂに同一の熱処理を施した場合、鋼Ａと鋼Ｂで試験材の強度が相違し、耐力、靭性等の比較ができないので、試験材の強度がほぼ同じ条件で比較できるように、２条件の焼戻し温度を設定した。
加工後の試験材について、材料の強度、旧オーステナイト相の結晶粒径、靭性（vTrs）および耐食性（Sc値）を調査した。
また、耐食性を評価するSc値は、NACE（米国腐食協会）−TM01−77−92、METHOD−Ｂの規定に従って求めた。旧オーステナイト結晶粒度は、長さ1mmの間の平均結晶粒切断切片長さを求め、測定値は結晶粒度として表示した。
図８は試験結果を示した。
まず、従来例の試験No.25、26を基準にして、本発明例との比較を行う。焼戻し温度600℃の鋼Ａについては、本発明例の試験No.1〜６は、従来例の試験No.25に比べて、結晶粒の粒径が小さく、靭性、耐食性ともに従来例と同等またはそれ以上の性能が得られた。また、焼戻し温度720℃の鋼Ｂについても、本発明例の試験No.7〜18と従来例の試験No.26を比較すると、鋼Ａの場合と同様な結果が得られた。
また、本発明の範囲外の条件で製造された試験No.10〜24の比較例は、本発明例に比べて、結晶粒の粒径が大きく、靭性および耐食性が劣っていた。その原因は、本発明例に比べて、加工と再結晶による結晶粒の微細化効果が小さいためである。
以上の試験結果から明かなように、本発明の方法によって製造された継目無鋼管は、機械的性質、耐食性などの性能が、従来によって製造された継目無鋼管と同等またはそれ以上で、極めて優れていることが確認された。
産業上の利用の可能性
本発明によれば、簡素化された製造工程および製造設備によって、ビレットから製品まで連続した１連のラインで、かつ安定した製造条件で継目無鋼管を製造することができる。したがって、本発明の製造方法および本発明の製造設備によって製造された継目無鋼管は、従来品と同等またはそれ以上の優れた性能を備えることができる。また、製造設備の建設費およびランニングコストを低減することができるため、継目無鋼管の製造コストを低くすることができる。さらに、優れた生産性で、大量に継目無鋼管を製造することができる。このように、本発明の継目無鋼管の製造方法および製造設備は、工業的な継目無鋼管の製造に極めて好適である。Technical field
The present invention relates to a method for producing a seamless steel pipe and a production facility for performing the method. More specifically, a method for producing a seamless steel pipe excellent in performance such as strength, toughness, and corrosion resistance with good productivity and low cost by a simplified and continuous manufacturing process and manufacturing equipment and a method for the same have been implemented. Related to manufacturing equipment.
Background art
Seamless steel pipes are used for applications such as oil well pipes, line pipes, heat exchanger pipes, piping, and bearing pipes. The material is mainly a low alloy steel containing alloy components such as carbon steel, Cr, and Mo, and a high Cr stainless steel. Mannesmann-mandrel mill method is often used for the production of these seamless steel pipes. In the production of a seamless steel pipe by the Mannesmann-mandrel mill method, the production process is generally extremely complicated because, for example, severe processing is performed in a piercing and rolling process, and high performance is required for the product.
FIG. 1 shows an example of a Mannesmann-mandrel mill type manufacturing process. There are many steps from the ingot to the product, and various processing, heating and cooling are repeated for the workpiece. The dotted line in FIG. 1 indicates a line change involving processing such as transportation between processes and temporary stocking. In the manufacturing process of the Mannesmann-mandrel mill method, the line change is performed many times. Therefore, the production of a seamless steel pipe requires many equipments with advanced functions and a large amount of energy. For this reason, there is a fatal problem that manufacturing costs increase.
In order to reduce manufacturing costs, it is necessary to increase productivity, reduce equipment costs, and reduce running costs. More specifically, it is an issue imposed on the production of a seamless steel pipe to simplify the production process and production equipment and to produce a product having performance exceeding the quality of a conventional product.
For the purpose of solving these problems, various technological developments have been made for the production of seamless steel pipes. In particular, among the steps shown in FIG. 1, a step of producing a billet from a steel ingot, a step of hot piercing, drawing, and finish rolling, and a heat treatment step of imparting a predetermined performance to a steel pipe of a product after finish rolling Many suggestions have been made.
Regarding the process of manufacturing a round billet from a steel ingot, there is a proposal to manufacture a round billet by a continuous casting method and omit the slab rolling or forging process. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-157705 discloses a method for producing a seamless steel pipe in which a billet having a round cross section is produced by a continuous casting method, the billet is pierced, and then elongated and rolled. I have. However, in the method proposed here, sufficient technical improvements have not been made to the heating conditions of the billet for piercing and rolling and the piercing and rolling conditions of the piercer, which is an inclined roll piercing mill. For this reason, cracks are likely to occur in the material to be drilled at the time of drilling.
From the viewpoint of process continuity, "Iron and Steel, Vol. 71 (1985) No. 8, pp. 965-971" includes a mandrel mill as a continuous stretching rolling mill and an extracting as a finishing rolling mill. A production facility directly connected to a sizer is disclosed. However, this equipment merely connects the continuous stretching rolling mill and the finishing rolling mill directly for the purpose of securing a quenching temperature. Therefore, since the steel is quenched at a high temperature after the finish rolling, there is a problem that the crystal grains are coarsened and the toughness of the product steel pipe is reduced.
There are many proposals for a heat treatment step for imparting predetermined performance required as a product to a steel pipe after finish rolling. Seamless steel pipes are required to have high reliability and high performance. Therefore, as shown in FIG. 1, the heat treatment including quenching and tempering, which determines the quality of a product, is usually performed in an off-line manner that can be strictly controlled. Therefore, a quenching device and a tempering furnace are installed separately from the pipe production line. The manufacturing method including such off-line processing is a major obstacle in simplifying the manufacturing equipment and saving energy.
For this reason, in the production of seamless steel pipes in recent years, an attempt has been made to adopt a so-called direct quenching method in which quenching is performed online using heat possessed by a work material after finish rolling. The adoption of the direct quenching method has the advantage that an off-line quenching device is not required and the manufacturing process is simplified, so that the cost can be significantly reduced.
For example, JP-A-56-166324, JP-A-58-120720, JP-A-58-224116, JP-A-59-020423, JP-A-60-0333312, JP-A-60-075523, and JP-A-62-151523. Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-163,086 discloses a direct quenching method in which a steel pipe is forcibly cooled immediately after finish rolling in a manufacturing process of a seamless steel pipe. However, products manufactured by the direct quenching method do not have the same quality as conventional products quenched off-line. In other words, there is a problem that the steel has coarser grains than the product manufactured by the conventional method, and thus is inferior in toughness and corrosion resistance.
For the purpose of refining the crystal grains of steel, there has been proposed a technique for performing a thermomechanical treatment on a workpiece online. For example, JP-A-56-003626 discloses a method in which a step of cooling and reheating is incorporated between rough rolling (drawing rolling) and finish rolling, and JP-A-58-091123 and JP-A-58-104120. JP-A-63-011621 and JP-A-04-358802 disclose a method of performing a process combining cooling and reheating after finish rolling. A method of performing cooling and reheating twice during the finish rolling and after the finish rolling (finish rolling) is disclosed. These treatment methods described above combine on-line cooling and reheating, and are characterized in that the transformation from austenite to ferrite and the reverse transformation from ferrite to austenite are repeated twice or more in total.
All of the above methods require a forced cooling treatment of the steel pipe to be treated to a temperature range where transformation starts or completes, and reheating to a temperature range where reverse transformation completes. I need. Therefore, the above-described method has a problem in that a large amount of energy is consumed, so that the energy cost is high, and that complicated manufacturing equipment is required, so that the construction cost of the manufacturing equipment is high. In addition, the mechanical properties of the seamless steel pipe manufactured by the direct quenching method vary greatly in strength and the like. The reason is that the quenching temperature becomes uneven in the length direction of the steel pipe or between production lots. Therefore, there is a problem that it is difficult to mass-produce seamless steel pipes of uniform quality with good productivity. As described above, the above method cannot not only find an advantage in equipment cost and running cost, but also inferior in product performance, as compared with the conventional offline quenching method.
On the other hand, in the method of manufacturing a seamless steel pipe, if each process is placed offline and arranged independently, the processing speed differs between the processes, so that a space for stocking a work material such as a billet is required. There is. For example, a billet yard for storing a billet as a material for piercing and rolling, a place for temporarily storing a steel pipe before heat treatment, and the like are required, so that a wide space must be secured. In addition, there is a problem that means for transporting the material is required between the respective steps, and many transport means such as auxiliary transport equipment such as a crane and a truck are required.
As described above, the conventionally proposed method simplifies the manufacturing process and equipment to meet the demand for producing a high-performance seamless steel pipe with high productivity and low manufacturing cost. Can not respond.
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has a simplified manufacturing process and manufacturing equipment, and is a seamless product that has lower costs, higher productivity, and higher performance than conventional products. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a steel pipe and a manufacturing facility for performing the method.
Disclosure of the invention
The present invention provides a method and a method for manufacturing a seamless steel pipe with simplified production steps and production equipment, at a low production cost, with good productivity, and with performance superior to conventional products. The purpose is to provide manufacturing equipment.
The manufacturing method of the present invention comprises the following steps (1) to (8), which are successively successive, and the steps from the production of the billet to the product are connected online.
(1) A step of manufacturing a billet having a round cross section by a continuous casting method,
▲ 2 ▼ A _r1 Cooling to a temperature below the transformation point,
▲ 3 ▼ A _r1 Heating the billet cooled to a temperature below the transformation point to a temperature that allows perforation,
{Circle around (4)} a step of piercing and rolling a billet heated to a pierceable temperature at a strain rate of 200 / sec or less to produce a hollow shell;
{Circle around (5)} With a rolling mill in which a continuous stretching rolling mill and a finishing rolling mill are directly connected, an average strain rate of 0.01 / sec or less, a workability of 10% or more, and a finishing temperature of 800 to 1500 are applied to the hollow shell. In the condition of ° C., by performing elongation rolling and finish rolling, a process of manufacturing a steel pipe,
(6) For the steel pipe, A _r3 A step of performing a recrystallization treatment at a temperature equal to or higher than the transformation point,
▲ 7 A _r3 A step of subjecting the steel pipe to a quenching treatment from a temperature equal to or higher than the transformation point;
(8) A step of performing a tempering process on the quenched steel pipe.
Further, in a manufacturing facility for carrying out the method of the present invention, the respective devices are continuously connected and arranged according to the above-described steps.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the manufacturing method and manufacturing equipment of a seamless steel pipe of the present invention, it is possible to manufacture a seamless steel pipe with low production cost, high productivity, and performance superior to conventional products. The contribution of the present invention to the production of seamless steel pipes is extremely large.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
FIG. 1 is a diagram showing an example of a conventional manufacturing process of a seamless steel pipe.
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the seamless steel pipe of the present invention.
FIG. 3 is a view schematically showing an arrangement of a facility for manufacturing a seamless steel pipe of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a chemical composition and a transformation point of a test billet used in Examples of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring the maximum crack generation depth of the hollow shell obtained in Test 1 in the examples.
FIG. 6 is a diagram illustrating piercing rolling, elongation rolling, and finish rolling conditions in Test 2 of the example.
FIG. 7 is a diagram showing recrystallization treatment conditions, quenching conditions, and tempering conditions in Test 2 of the example.
FIG. 8 is a diagram showing the results of investigations on the strength, crystal grain size, and corrosion resistance of the test materials obtained in Test 2 of Examples.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have repeated experimental research on simplification of a manufacturing process of a seamless steel pipe and optimum processing conditions in each process. As a result, based on the new knowledge obtained by the present inventors, the following manufacturing method and manufacturing equipment capable of solving all the problems have been completed.
FIG. 2 shows the manufacturing process of the present invention. The basic technical concept of the present invention is as follows.
{Circle around (1)} The billet is manufactured by a continuous casting method having a round cross section. According to this method, the ingot, rolling, or casting steps required when using a steel ingot or a square continuous cast billet as a raw material can be omitted.
(2) Before the cast billet is heated for piercing and rolling, _r1 Cool to a temperature below the transformation point. By this cooling, the crystal grains are effectively refined at the time of the next heating. By making the crystal grains finer, it is possible to prevent the material to be drilled from being cracked even under severe piercing and rolling.
▲ 3 ▼ Billet A _r1 After cooling below the transformation point, it is heated to a temperature at which piercing and rolling is possible. A _r1 By starting the heating of the billet at a temperature as high as possible below the transformation point, the heat retained during casting is fully utilized. By this treatment, the energy required for heating in the heating furnace can be greatly reduced. Further, the storage space can be significantly reduced as compared with a method using a steel ingot or a square continuous cast material as a material.
{Circle around (4)} For piercing and rolling, an inclined roll piercing and rolling method is adopted. In the piercing and rolling, by selecting an appropriate strain rate, the occurrence of cracks in the material to be pierced is prevented.
{Circle around (5)} In continuous elongation rolling and finish rolling after piercing rolling, both rolling mills are arranged close to each other in series on the same line. This arrangement suppresses the temperature reduction of the material to be rolled and effectively accumulates processing strain. By this measure, recrystallization treatment in the next step can achieve remarkable miniaturization of crystal grains.
{Circle over (6)} After the finish rolling and before quenching, the steel pipe to be treated is subjected to a recrystallization treatment. That is, the recrystallization treatment is performed by slow cooling, heat retention, and heating during the transport. By accumulating the processing strain in the work material in the previous step and the processing in this step, the refinement of the crystal grains can be effectively achieved. If necessary, a heating furnace is provided in this step so that the temperature of the steel pipe can be adjusted. By adjusting the temperature of the steel pipe, not only can the variation in the quenching temperature between the length direction of the steel pipe and the production lot be reduced, but also the temperature can be controlled by raising or lowering the temperature, and the precipitation of carbonitride or the like can be controlled. Therefore, the strength can be controlled even with the same material, and coarsening of recrystallized grains can be suppressed.
{Circle around (7)} A steel pipe with properly adjusted crystal grain size and precipitate amount _r3 A immediately without cooling below the transformation point _r3 Quench from a temperature above the transformation point.
(8) Tempering is subsequently performed by a tempering furnace provided on the same line.
Through a series of processes from (6) to (8), performance such as toughness and corrosion resistance can be improved as compared with conventional products.
The present invention has realized the above basic technical idea.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an arrangement of manufacturing equipment for performing the method of the present invention. The contents of the present invention will be described in detail for each step with reference to FIGS. 2 and 3 described above.
Process (1) Production of billet
A billet having a round cross section is manufactured by a continuous casting machine provided with a mold having a round cross section at the molten steel injection portion. The inner diameter of the mold is selected according to the outer diameter of the billet determined according to the outer diameter of the steel pipe to be manufactured. Under these conditions, a billet having a predetermined outer diameter and length is continuously cast.
Reference numeral 1 in FIG. 3 denotes a continuous casting machine provided with a mold having a round cross-sectional shape of a molten steel injection portion, and has a structure in which the mold can be changed according to the outer diameter of a billet to be cast. With this continuous casting machine, a round billet having an outer diameter corresponding to the pipe making setup is continuously cast. After the billet casting section, a cutting machine is provided for cutting the billet to a predetermined length after the solidification of the central portion of the billet is almost or completely completed. Further, the continuous casting machine may be provided with a roll stand for applying a slight rolling process to the billet for the purpose of improving the casting structure or the like of the billet. In this case, the roll stand is provided before or after the billet cutting means.
Process (2) Refining of billet (cooling)
Cast the billet, A _r1 Once cooled to below the transformation point and above room temperature. The reason for this is to provide hot workability that can withstand the severe processing that is performed in the piercing step performed by the inclined roll piercing mill (hereinafter referred to as piercer) in the subsequent step. In order to enhance the hot workability of the billet, it is necessary to make the metal structure of the billet finer. In the present invention, A is a transformation end temperature from the austenite phase to the ferrite phase. _r1 The billet was once cooled to a temperature lower than the transformation point, and then the metal structure was refined by heating for perforating the billet. The cooling temperature at this time is set at A in order to minimize the energy required for heating the billet in the next step. _r1 Below the transformation point, A _r1 A temperature closer to the transformation point is preferred. However, the lower limit of the cooling temperature may be higher than room temperature. In order to cool the billet, the temperature of the billet is set between the continuous casting machine and the billet heating furnace in the subsequent step. _r1 The distance required to descend below the transformation point may be provided, or a forced cooling means for the billet may be provided.
FIG. 3 shows an example in which the apparatus constituting this process is configured by a transporting path 2 of a lateral feed type and a billet heating furnace 3. As described above, the length of the transport path 2 is such that the billet temperature after casting is A _r1 It is good to set the distance required to fall below the transformation point. If the above distance cannot be provided due to restrictions such as a factory layout, a solution is provided by providing a forced cooling means in the middle of the transport path 2 and cooling the billet.
Process (3) Heating the billet
In this step, the billet is sufficiently heated and soaked in the heating furnace 3 to a temperature at which piercing and rolling can be performed by the piercer 5 which is a piercing mill in the next step. The optimum heating temperature differs depending on the material, and is determined in consideration of properties such as high-temperature ductility and high-temperature strength of the material to be pierced and rolled. The heating temperature is usually in the range of 1100 to 1300 ° C.
As the billet heating furnace 3, it is preferable to use a billet lateral feeding type furnace. Further, the billet heating efficiency can be increased by increasing the billet charging rate in the heating furnace. Therefore, it is preferable to increase the billet length as much as possible. Therefore, the length is set to a multiple of the billet length when piercing and rolling is performed. In this case, a cutting machine 4a such as a gas cutting machine or a hot saw is provided between the billet heating furnace 3 and the piercer 5, and the billet is cut to a predetermined length, and then the billet is supplied to the piercer 5. Also, when cutting, if the billet temperature is too low, after the cutting means, for example, a tunnel-type induction heating furnace, heating the billet in a short time, providing an auxiliary heating device 4b that can raise the temperature. Alternatively, the billet may be heated and heated.
Process 4) Punch rolling
In the present invention, a billet in a cast state that has not been subjected to hot rolling is pierced and rolled by a piercer 5 to produce a hollow shell. Since piercing and rolling are extremely severe processes, flaws are apt to occur in the material to be pierced in the process of piercing. As a countermeasure, in the case of the present invention, in addition to refining the metal structure of the billet, the generation of flaws is suppressed by drilling under conditions limited to a strain rate of 200 / sec or less. Therefore, in the present invention, it is required that the strain rate during piercing rolling be 200 / sec or less.
Here, the strain rate refers to a rate defined by the following equation.
(Cross-sectional area of workpiece before processing / cross-sectional area of workpiece after processing) / Time required for processing
Unit of time: seconds
For materials having poor hot workability, it is preferable to perforate at a temperature as high as possible. For this purpose, it is preferable to provide an auxiliary heating device 4b such as the above-described tunnel-type induction heating device immediately before the piercer 5 to raise the billet temperature.
Further, the strain rate may be 200 / sec or less, and no particular lower limit is set. However, if the strain rate is less than 0.1 / sec, the life of tools such as the plug and guide shoe of the piercer 5 is significantly shortened.
The piercer 5 as a piercing mill may be of any type as long as it is an inclined roll piercing mill. Among them, a cross-type inclined roll perforation rolling mill capable of perforating a thin wall and a high expansion ratio is particularly suitable for the present invention. The reason is that it is possible to pierce hollow shells of various sizes with a large diameter from one kind of round billet having an outer diameter, and thus it is easy to integrate and integrate necessary billet sizes.
The temperature of the hollow shell after the piercing and rolling step varies depending on the material, the piercing conditions, and the like, but is usually about 1050 to 1250 ° C.
Process (5) Elongation rolling, finishing rolling
The hollow shell is conveyed to a table on the entry side of a continuous elongation rolling mill (mandrel mill) 7 provided at the end of the hollow shell by a conveying path 6 of a lateral feeding type. Here, first, a mandrel bar whose rear end is restrained and held by a bar retainer is inserted into the pipe. Next, the elongation rolling and the finishing rolling are performed by the continuous stretching rolling machine 7 and the finishing rolling machine 8 under the conditions of an average strain rate of 0.01 / sec or more, a working ratio of 10% or more, and a finishing temperature of 800 to 1,050 ° C. Finish to steel pipe.
A mandrel mill 7 which is a continuous stretching rolling mill including a plurality of roll stands is suitable as the stretching rolling mill. For the finish rolling, a sizer or a stretch reducer composed of a plurality of roll stands is used as in the case of the mandrel mill. These processes are performed at relatively low temperatures because the temperature of the raw material is lower than in the previous piercing and rolling process. The present invention is characterized in that a working heat treatment is performed by utilizing the working at a relatively low temperature, and this step is an important step for the present invention. In the case of the present invention, the mandrel mill 7 which is a continuous stretching rolling mill and the sizer 8 (or a stretch reducer) which is a finishing rolling mill are not directly separated from each other but have a direct connection type. Specifically, the two rolling mills are arranged in series on the same line at an interval less than the length of the steel pipe stretched and rolled by the continuous stretching rolling mill. With this arrangement, further processing can be immediately performed in the finishing mill before the processing strain imparted in the continuous elongating mill is recovered. By processing that satisfies this condition, the subsequent refinement of the recrystallized grains of the steel pipe can be effectively achieved.
In other words, even when pipes are manufactured in the same pass schedule, when the continuous elongation rolling mill and the finishing rolling mill are independently arranged at a distance, the grain size of the crystal grains after recrystallization grows large. . In order to obtain a steel pipe of higher quality than the conventional product targeted by the present invention, it is indispensable to arrange the continuous stretching rolling mill and the finishing rolling mill in close proximity and in series as described above.
In this step, the average strain rate (Vε) defined by the following equation (a) must be 0.01 / sec or more. When the average strain rate is less than 0.01 / second, recrystallization occurs between each pass, so that no strain is accumulated. Under such conditions, a sufficient effect of refining the crystal grains by recrystallization cannot be obtained in a later step. Further, the working ratio in this step needs to be 10% or more. If the amount of strain is less than 10% in terms of the degree of work (cross-section reduction rate), recrystallization does not easily proceed, so that the target crystal grain refining effect cannot be obtained.
Further, the finishing temperature of the material after finish rolling is in the range of 800 to 1,050 ° C. This is because, in this temperature range, the effect of refining the crystal grains by recrystallization is extremely large.
Therefore, in this step, the average strain rate was determined to be 0.01 / sec, the workability was 10% or more, and the finishing temperature in the finish rolling mill was set to 800 to 1,050 ° C.
Note that the upper limit of the average strain rate and the workability need not be particularly defined. However, if the average strain rate exceeds 10 / sec, the tool life of a mandrel bar or the like of a mandrel mill, which is a continuous elongation rolling mill, is remarkably reduced. Therefore, the average strain rate is preferably 10 / sec or less. If the degree of working exceeds 95%, the generation of flaws becomes remarkable.
Vε = (Mε + Sε) / Mt (a)
Here, Mε: processing strain in continuous stretching and rolling mill
Sε: Working strain in finishing mill
Mt: Time required for the end of the hollow shell to bite into the continuous elongation mill and exit the finishing mill (seconds)
As a mandrel mill that is a continuous stretching rolling mill used in the present invention, while constraining the rear end of the mandrel bar that is an inner surface regulating tool, pulling the mandrel bar after the end of stretching rolling, pulling back through the grooved roll row to the mill entry side. Any type having a mandrel bar restraining means (bar retainer) that can be used in circulation can be used. Among them, it is preferable that the mandrel bar restraining means use a mandrel mill having a function of controlling the moving speed of the mandrel bar at a speed independent of the rolling speed of the tube during elongation rolling of the hollow shell. The sizer or stretch reducer that is a finish rolling mill may be of any type as long as it does not use an inner surface regulating tool. Among them, it is preferable to use an extracting-type sizer or a stretch reducer having a function of pulling out and separating a tube from a mandrel bar in a tube rolled by a continuous stretching rolling mill.
The transport path 6 may be of a vertical feeding type such as a roller conveyor instead of a horizontal feeding type.
Process (6) Recrystallization treatment
In the present invention, following elongation rolling and finish rolling, A _r3 A recrystallization treatment is performed on the steel pipe at a temperature equal to or higher than the transformation point. In this step, the recrystallization is effectively caused by a combination of the processing strain imparted in the continuous stretching rolling and the finish rolling in the previous step and the method of slow cooling, heat holding or heating in this step, and Reduce the size of grains. The combination of these two steps is a processing unique to the present invention and is a very effective thermomechanical treatment method for improving the quality of a product.
The recrystallization treatment is performed by a transfer device 9 capable of gradually cooling a steel pipe provided on the exit side of a sizer 8 which is a finish rolling mill, or a heat insulating furnace or a heating furnace provided in a transfer path, or a combination of heat insulation and heating. Performed by furnace 10.
(Slow cooling method) After finishing rolling, A _r3 This is a method of gradually cooling the steel pipe to a predetermined quenching temperature equal to or higher than the transformation point. In this step, it is necessary to complete recrystallization up to the start of quenching and to refine the crystal grains. Therefore, it is preferable that the cooling rate is low. When the cooling rate is higher than air cooling, coarse crystal grains or a mixed grain structure are formed, and the toughness of steel decreases. Therefore, the cooling rate was set to a lower cooling rate than air cooling not including air cooling. The cooling rate is preferably 0.5 ° C./sec or less.
In order to gradually cool the steel pipe in this step, for example, in order to avoid rapid cooling, the transfer path 9 of the pipe from the exit of the finishing mill to the entrance of the quenching device is covered with a cover lined with a heat insulating material such as glass wool. A method, a method of covering a plate provided with a mirror surface that reflects radiant heat with a lined cover, or the like may be applied.
(Heat keeping method) This method is a method of keeping the steel pipe after finishing rolling at the finishing temperature. If the holding time is less than 30 seconds, recrystallization does not occur. In addition, the effect on recrystallization does not change even if it is maintained for more than 30 minutes. Holding for a long time increases energy costs and reduces production efficiency. Therefore, the holding time in the case of the heat retention method was set to 30 seconds to 30 minutes.
(Heating and Heating, Soaking Method) This method is a method in which the steel pipe after finishing rolling is held at 850 to 980 ° C. for 10 seconds to 30 minutes. If the temperature is less than 850 ° C. and the holding time is less than 10 seconds, recrystallization does not occur. When the temperature exceeds 980 ° C. and when the holding time exceeds 30 minutes, the crystal grains become coarse. Therefore, as described above, the steel pipe was kept at 850 to 980 ° C. for 10 seconds to 30 minutes. Here, the soaking includes an operation of soaking the steel pipe in a heating furnace set in the above temperature range lower than the finish temperature of the steel pipe in the previous step.
The above-mentioned heat preservation, heat-up heating or soaking can be carried out by using a generally used type of heat preservation furnace or heating furnace, or a heat preservation and heating combined furnace. The method using such a furnace is a preferable method because it is easy to secure the temperature of the material at the time of quenching. Further, the method using a furnace has an advantage that the uniformity of the temperature in the length direction of the steel pipe and between production lots can be easily made, so that the variation in product quality can be greatly reduced. In addition, set the temperature to keep warm or raise the temperature, set the heating temperature to a higher temperature, improve the tempering softening resistance by re-dissolving carbides and the like precipitated during elongation rolling and finish rolling, and set it to a lower value. In addition, the precipitates can be positively precipitated to prevent the crystal grains from being coarsened by the grain boundary pinning action.
Process ▲ 7 quenching
After the recrystallization treatment, the steel pipe is sent to the quenching device 11 through the conveying path 9. During this time, the temperature of the steel pipe is A _r3 Do not drop below the transformation point. That is, the finishing mill 8 and the quenching device 11 are connected in-line via the transport path 9 and the like. In the quenching device 11, A _r3 A quenching process is performed on a steel pipe having a temperature equal to or higher than the transformation point.
Quenching is performed in order to provide sufficient strength and toughness to the steel pipe. _r3 It is necessary to rapidly cool from a temperature above the transformation point. Even a thick steel pipe needs to be cooled at a sufficiently high speed. In such a case, it is preferable to use, as the quenching device 11, a device having a structure capable of simultaneously cooling the inner and outer surfaces of the steel pipe.
Process (8) Tempering
The quenched steel pipe is transferred to a tempering furnace 12 which is disposed on the line after the quenching device 11 and is located close to the line. That is, the quenching device and the tempering furnace 12 are connected in-line via the transfer furnace. In the tempering furnace, the steel pipe is heated and soaked at a predetermined temperature to perform a tempering treatment.
Since tempering is an important process that determines the performance of the final product, it is necessary to determine the optimal tempering temperature according to the target performance and to sufficiently heat the temperature. The variation in tempering temperature is at most ± 10 ° C, preferably ± 5 ° C. By such treatment, the variation in proof stress (YS) and tensile strength (TS) is reduced to ± 5kgf / mm of the target strength. ^Two Within the range.
After the tempering process, the straightening machine 13 performs bending straightening to finish a steel pipe as a product.
Example
The production method of the present invention was confirmed by the following two tests.
(Test 1)
The relationship between the strain rate when piercing and rolling the billet and the cracks generated in the hollow shell after piercing was investigated. The test billet was manufactured by injecting a molten steel having a chemical composition A corresponding to AISI 1524 and a chemical composition B corresponding to AISI 4130 shown in FIG. 4 into a mold having an inner diameter of 90 mm. Immediately after the solidification of the molten steel was completed, the billet was removed from the mold. Each billet is shown in FIG. _r1 Steel A was cooled to 600 ° C. and steel B was cooled to 500 ° C. below the transformation point. Thereafter, the temperature was maintained at 1250 ° C. for 1 hour by a heating furnace. Next, a piercing test was performed using an experimental piercing mill (piercer) to produce a hollow shell. About the obtained hollow shell, generation | occurrence | production of a crack was investigated and the maximum crack depth was measured.
FIG. 5 shows the measurement results of the maximum crack generation depth of the hollow shell.
As is clear from FIG. 5, no cracks occurred in the hollow shell of the steel A and the steel B under the condition that the strain rate of the piercing and rolling was 200 / sec or less. On the other hand, when the strain rate exceeded 200 / sec, cracking occurred.
Therefore, the billet after casting is A _r1 It was confirmed that the strain rate at the time of piercing rolling had to be 200 / sec or less in the case of once cooling to a temperature below the transformation point and further heating to a temperature at which piercing rolling was possible and performing piercing rolling.
(Test 2)
The outer diameter and chemical composition of the billet used in the test are the same as those of the billet used in Test 1. Immediately after solidification is completed, the billet is removed from the mold and A _r3 It was cooled to a temperature below the transformation point. Furthermore, it was kept at 1250 ° C. for 1 hour in a heating furnace. Thereafter, under the conditions shown in FIG. 6 and FIG. 7, a hot press working test simulating piercing rolling (piercing), elongating rolling (mandrel milling) and finish rolling (sizer working) was performed.
As shown in FIGS. 6 and 7, Test Nos. 1 to 18 are Examples of the present invention, and Test Nos. 19 to 24 are Comparative Examples in which some of the production conditions are outside the scope of the present invention. Test Nos. 25 and 26 are conventional examples in which a steel pipe was manufactured according to the conventional process shown in FIG. In the conventional example, the strain rate during piercing of the billet is slightly larger than the range of the present invention, and the processing simulation of elongation rolling and finish rolling is not continuously performed. The test material is cooled to room temperature between the finish rolling and the quenching. In each of the present invention example, the comparative example, and the conventional example, two steels A and B were tested on test materials. The cooling rate shown in FIG. 7 is obtained by performing piercing rolling and finish rolling under the conditions of FIG. _r3 This is the cooling rate when the test material is gradually cooled to a temperature equal to or higher than the transformation temperature. In addition, when the same heat treatment is applied to steel A and steel B, the strength of the test material differs between steel A and steel B, and it is not possible to compare the proof strength and toughness. Two conditions of tempering temperature were set so as to be able to be performed.
For the test material after processing, the strength of the material, the crystal grain size of the prior austenite phase, toughness (vTrs), and corrosion resistance (Sc value) were investigated.
The Sc value for evaluating corrosion resistance was determined according to the provisions of NACE (American Corrosion Association) -TM01-77-92 and METHOD-B. For the prior austenite grain size, the average grain cut section length of 1 mm was determined, and the measured value was expressed as the grain size.
FIG. 8 shows the test results.
First, a comparison with the present invention is made based on Test Nos. 25 and 26 of the conventional example. With respect to steel A having a tempering temperature of 600 ° C., in Test Nos. 1 to 6 of the present invention, the grain size of the crystal grains was smaller than that of Test No. 25 of the conventional example, and the toughness and the corrosion resistance were equal to or higher than those of the conventional example. More performance was obtained. In addition, when the test Nos. 7 to 18 of the present invention were compared with the test No. 26 of the conventional example for the steel B having a tempering temperature of 720 ° C., the same result as that of the steel A was obtained.
Further, Comparative Examples of Test Nos. 10 to 24 produced under conditions outside the scope of the present invention had larger crystal grain diameters and were inferior in toughness and corrosion resistance as compared with the present invention examples. The reason for this is that the effect of crystal grain refinement by processing and recrystallization is smaller than in the present invention.
As is apparent from the above test results, the seamless steel pipe manufactured by the method of the present invention has mechanical properties and performance such as corrosion resistance that are equal to or higher than those of the conventionally manufactured seamless steel pipe, and are extremely excellent. It was confirmed that.
Industrial potential
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a seamless steel pipe can be manufactured by a single continuous line from a billet to a product by a simplified manufacturing process and manufacturing equipment under stable manufacturing conditions. Therefore, the seamless steel pipe manufactured by the manufacturing method of the present invention and the manufacturing equipment of the present invention can have excellent performance equal to or higher than that of the conventional product. Further, since the construction cost and running cost of the manufacturing equipment can be reduced, the manufacturing cost of the seamless steel pipe can be reduced. Furthermore, seamless steel pipes can be manufactured in large quantities with excellent productivity. Thus, the method and apparatus for manufacturing a seamless steel pipe of the present invention are extremely suitable for industrially manufacturing a seamless steel pipe.

Claims

A method for manufacturing a seamless steel pipe, comprising a process including the following steps (1) to (8) which are successively successive.
(1) A step of manufacturing a billet having a round cross section by a continuous casting method,
(2) a step of cooling the billet to a temperature equal to or lower than the _Ar1 transformation point;
(3) heating the billet cooled to a temperature equal to or lower than the _Ar1 transformation point to a temperature at which perforation can be performed;
{Circle around (4)} a step of piercing and rolling a billet heated to a pierceable temperature at a strain rate of 200 / sec or less to produce a hollow shell;
{Circle around (5)} A rolling mill in which a continuous stretching rolling mill and a finishing rolling mill are directly connected to each other, with respect to the hollow shell, an average strain rate of 0.01 / sec or more, a workability of 10% or more, and a finishing temperature of 800 to 1,050. In the condition of ° C., by performing elongation rolling and finish rolling, a process of manufacturing a steel pipe,
(6) a step of subjecting the steel pipe to a recrystallization treatment at a temperature _{equal to} or higher than the _Ar3 transformation point;
(7) a step of quenching the steel pipe from a temperature not _lower than the _Ar3 transformation point;
(8) A step of performing a tempering process on the quenched steel pipe.

The step (6) of performing the recrystallization treatment is a step of cooling the steel pipe produced in the step (5) to a temperature equal to or higher than the _Ar3 transformation point at a cooling rate lower than the air cooling not including the air cooling. The method for producing a seamless steel pipe according to claim 1.

The step (6) of performing the recrystallization treatment is a step of holding the steel pipe produced in the step (5) at the finishing temperature of the step (5) for 30 seconds to 30 minutes. 2. The method for producing a seamless steel pipe according to item 1.

The step (6) of performing the recrystallization treatment is a treatment of holding or reheating and holding the steel pipe produced in the step (5) at a temperature of 850 to 980 ° C. for 10 seconds to 30 minutes. 3. The method for producing a seamless steel pipe according to range 1.

_5. The seamless steel pipe according to claim 3, further comprising, after the step (6) of performing a recrystallization treatment, a treatment of cooling the recrystallized steel pipe to a temperature _{equal to} or higher than the _Ar3 transformation point. Manufacturing method.

3. The method according to claim 1 or 2, wherein the following devices a) to g) are sequentially and sequentially arranged and satisfy the following conditions (1) to (3). Of seamless steel pipe manufacturing equipment.
a) a continuous casting machine for producing a billet having a round cross section;
b) a billet heating furnace for heating the cast billet;
c) inclined roll piercing and rolling machine for piercing and rolling the heated billet into a hollow shell;
d) a continuous elongation rolling mill for elongating and rolling a hollow shell;
e) a finish rolling mill for finishing the stretched and rolled hollow shell into a steel pipe of a predetermined size;
f) a quenching device for quenching the finish-rolled steel pipe in-line, and
g) A tempering furnace for tempering the quenched steel pipe in-line.
(1) The distance between the continuous casting machine and the billet heating furnace is such that the billet can be charged into the billet heating furnace while the temperature of the billet is below the _Ar1 transformation point and within the temperature range above room temperature. Or having a cooling means capable of forcibly cooling the billet temperature to a temperature range equal to or lower than the _Ar1 transformation point and equal to or higher than room temperature,
(2) The interval between the continuous elongation mill and the finish mill is less than the length of the steel pipe elongation-rolled by the continuous elongation mill, and is arranged in series on the same line;
(3) The finish rolling mill and the quenching device are connected by a transport path provided with means capable of gradually cooling the finish-rolled steel pipe at a lower cooling rate than air cooling not including air cooling.

6. The method according to claim 3, 4 or 5, wherein the following devices a) to h) are sequentially and sequentially arranged and satisfy the following conditions (1) to (3). Facilities for producing seamless steel pipes.
a) a continuous casting machine for producing a billet having a round cross section;
b) a billet heating furnace for heating the cast billet;
c) inclined roll piercing and rolling machine for piercing and rolling the heated billet into a hollow shell;
d) a continuous elongation rolling mill for elongating and rolling a hollow shell;
e) a finish rolling mill for finishing the stretched and rolled hollow shell into a steel pipe of a predetermined size;
f) a heat-holding furnace that holds the finish-rolled steel pipe at the finishing temperature, or a heating furnace that holds the steel pipe at a predetermined temperature or after heating.
g) a quenching device for quenching the finish-rolled steel pipe in-line, and h) a tempering furnace for tempering the quenched steel pipe in-line.
(1) The distance between the continuous casting machine and the billet heating furnace is such that the billet can be charged into the billet heating furnace while the temperature of the billet is below the _Ar1 transformation point and within the temperature range above room temperature. Or having a cooling means capable of forcibly cooling the billet temperature to a temperature range equal to or lower than the _Ar1 transformation point and equal to or higher than room temperature,
(2) The interval between the continuous elongation mill and the finish mill is less than the length of the steel pipe elongation-rolled by the continuous elongation mill, and is arranged in series on the same line;
(3) The finish rolling mill and the quenching device are connected by a transfer path provided with a heat retaining furnace for holding the finished rolled steel pipe at that temperature or a heating furnace for heating and maintaining the steel pipe at a predetermined temperature.

The manufacturing equipment for a seamless steel pipe according to claim 6 or 7, wherein the billet heated to a temperature at which the drilling can be performed is cut into a predetermined length between the inclined roll piercing mill and the billet heating furnace. Manufacturing equipment connected by a transport path provided with billet cutting means capable of cutting.

The manufacturing equipment for a seamless steel pipe according to any one of claims 6, 7 and 8, further comprising a billet reheating means between the billet cutting means and the inclined roll piercing and rolling mill. Manufacturing equipment.