JP3006486B2 - オーステナイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法 - Google Patents

オーステナイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、強度、靭性、耐
食性ならびにオーステナイト安定度に優れたオーステナ
イト系ステンレス継目無鋼管を、スリム化したミルライ
ンを用いて高生産性で加工熱処理の効果的な実施により
製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】巨大な設備を必要とする鉄鋼業界におい
ては、省プロセス、省エネルギー化の観点からオンライ
ンでの加工熱処理の適用によるプロセスの簡略化が種々
検討実施されている。特に鋼板や厚板の製造では、オフ
ラインでの焼入れ焼戻しによる製造はかなり減少し、オ
ンライン熱処理材が殆どを占めるまでになっている。
【0003】しかしながら、オーステナイト系ステンレ
ス継目無鋼管の製造においては、高信頼性、高品質化の
観点から、未だにオフラインで再加熱して急冷する溶体
化処理を行っているのが実状であり、製管ラインとは別
に溶体化処理用の加熱装置を設置し、オフラインで再加
熱溶体化処理を施すのが一般的である。
【0004】これに対して、オフラインの固溶化処理を
省略して熱間圧延のままで製造可能となれば、熱処理費
用の低減や設備省略、工程短縮等により工業的に大きな
コストダウンを図ることができるため、オンラインでの
溶体化処理プロセスを導入する動きがある。
【0005】一方、オーステナイト系ステンレス鋼の熱
延プロセスでは、オーステナイト系ステンレス鋼を10
50℃以上の温度域で1パスあたり3%以上の圧下率で
累積圧下率50%以上の圧延を行う段階と、前記圧延後
1050℃未満950℃以上の温度域で累積圧下率20
%以上の圧延を行う段階と、前記圧延後900〜500
℃の温度域を平均冷却速度V(℃/秒)が鋼中の炭素含
有C(重量%)に応じて、V≧C3×104を満たす条件
で冷却することにより、オンラインで溶体化処理を行う
方法(特開昭62−267418号公報)、オーステナ
イト系ステンレス鋼を900〜1000℃の温度範囲で
全圧下率が30〜50%の範囲の熱間圧延を行う段階
と、前記熱間圧延後850℃以上の温度から5〜15℃
/秒の冷却速度で520〜600℃の温度範囲まで冷却
することにより、オンラインで溶体化処理を行う方法
(特開平1−142025号公報)が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記特開昭62−26
7418号公報、特開平1−142025号公報に開示
のプロセスは、オーステナイト系ステンレス継目無鋼管
の製造に適合させると、管軸方向に圧延を施す関係上、
両端の圧延完了時間に差が生じることと、次工程設備へ
の搬送が必要なことから、水冷開始までに著しく被処理
材温度が低下し、冷却開始温度を溶体化温度に保持する
ことができず、耐食性を低下させるCr炭化物が析出す
るという致命的な欠陥を有している。
【0007】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、オーステナイト系ステンレス継目無鋼管をオン
ライン溶体化処理により製造するにあたり、加工熱処理
条件を規定することによって、Cr炭化物が析出しない
冷却開始温度を溶体化温度に保持できると共に、従来の
オフライン溶体化処理した製品並またはそれ以上の性能
を有するオーステナイト系ステンレス継目無鋼管の製造
方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を重ねた。その結果、オース
テナイト系ステンレス継目無鋼管の製造において、穿
孔、延伸および仕上圧延の条件を規定し、溶体化処理条
件を規定することによって、冷却開始温度をCr炭化物
が析出しない溶体化温度に保持できると共に、高生産性
で従来のオフラインで溶体化処理した製品並またはそれ
以上の性能を有するオーステナイト系ステンレス継目無
鋼管が得られることを究明し、この発明に到達した。
【0009】この発明は、オーステナイト系ステンレス
鋼のビレットを、加熱して熱間で穿孔、圧延してオース
テナイト系ステンレス継目無鋼管を製造する方法におい
て、穿孔に続いて、下記式で求めた平均歪速度が0.0
1/秒以上、断面圧縮率で10%以上の仕上圧延を仕上
がり温度800℃以上1050℃で行ったのち、直ちに
1000℃以上1150℃以下に再加熱して10秒以上
30分以下保持し、ついで900℃以上から1.5℃/
秒以上の冷却速度で冷却することとしている。 平均歪速度=(延伸加工での加工歪+仕上加工での加工
歪)/(中空素管の先端において延伸加工開始から仕上
加工終了までの時間)
【0010】このように、穿孔に続いて、前記式で求め
た平均歪速度が0.01/秒以上、断面圧縮率で10%
以上の仕上圧延を仕上がり温度800℃以上1050℃
で行ったのち、直ちに1000℃以上1150℃以下に
再加熱して10秒以上30分以下保持し、ついで900
℃以上から1.5℃/秒以上の冷却速度で冷却すること
によって、冷却開始温度をCr炭化物が析出しない溶体
化温度に保持でき、高生産性で従来のオフラインで溶体
化処理した製品並またはそれ以上の性能を有するオース
テナイト系ステンレス継目無鋼管を製造することができ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】この発明における穿孔前のビレッ
トの加熱温度は、後段の穿孔機で熱間穿孔できる温度で
あればよく、特に限定されないが、最適温度は高温延性
と高温強度を考慮し、通常は1100℃から1300℃
の間である。高能率のビレット加熱を実施するために
は、ビレット長さはなるべく長尺とした方がよく、後段
に切断機を設置し、切断したのち製管してもよい。
【0012】この発明における仕上圧延は、穿孔後の中
空素管に延伸加工で付与された加工歪が回復する前に連
続的に仕上加工を行うもので、延伸加工と仕上加工の両
加工を一体化して仕上圧延としたものである。穿孔後の
中空素管に延伸加工で付与された加工歪が回復する前に
仕上加工を行うためには、例えば、従来独立して配置さ
れていた延伸加工機としてのマンドレルミルと、仕上加
工機としてのエキストラクティングサイザーとを、一体
型の連続配置とすることにより実施することができる。
このように、マンドレルミルによる延伸加工で付与され
た加工歪が回復する前に、直ちにエキストラクティング
サイザーによる仕上加工を加えることによって、その後
の再結晶粒の微細化が実現できるのである。すなわち、
同じパススケジュールで製管する場合であっても、延伸
加工機と仕上加工機を分離して配置した場合と、一体化
した場合とでは、再結晶後の粒径に差が見られ、一体型
とした方が微細粒が得られる。
【0013】この発明における仕上圧延の平均歪速度を
0.01/秒以上、断面減少率を10%以上、仕上がり
温度を800〜1050℃としたのは、平均歪速度を
(延伸加工での加工歪+仕上加工での加工歪)/(中空
素管の先端において延伸加工開始から仕上加工終了まで
の時間)と定義すると、0.01/秒以下では各々のパ
ス間で再結晶してしまうため、歪の蓄積が行われず、後
段のプロセスでの再結晶による微細化効果が得られない
からである。また、断面減少率が10%以下では、後段
のプロセスでの再結晶がスムーズに進行せず、微細化効
果が得られない。さらに、仕上がり温度は、800〜1
050℃とすると、後段のプロセスでの再結晶がスムー
ズに進行し、微細化効果が大きい。
【0014】この発明においては、一体化したマンドレ
ルミルとエキストラクティングサイザーとからなる仕上
圧延機と直接焼入れ装置との間で、再結晶および固溶化
処理を実施するのが大きな特徴である。これによって、
一体化したマンドレルミルとエキストラクティングサイ
ザーによる延伸加工と仕上加工と徐冷、加熱、保熱との
組合せで再結晶が誘起され、結晶粒の微細化が可能とな
る。徐冷の場合は、空冷速度以下が必要であり、好まし
くは0.5℃/秒以下である。このように徐冷する方法
としては、例えば、エキストラクティングサイザー出口
から加熱装置間の搬送路を断熱材のカバーもしくは輻射
熱を反射する鏡面のカバーで覆う等、具体的な方法は問
わない。
【0015】また、延伸加工と仕上加工の仕上圧延後の
再結晶および溶体化処理の加熱温度を1000℃以上1
150℃以下、時間を10秒以上30分以下としたの
は、1000℃未満、10秒未満では、再結晶が進行せ
ず、直接焼入れ装置における冷却開始温度を溶体化温度
に確保できなくなってCr炭化物が固溶せず、また、1
150℃超、30分超の加熱では、結晶粒が成長して粗
大粒となるためである。ただし、加熱温度は、1150
℃以下であっても、1100℃を超える加熱を行うと、
結晶粒が若干粗大化する傾向を示すので、より好ましい
性能を有するためには、1100℃以下の加熱温度とす
ることが望ましい。この加熱温度域に加熱することによ
って、冷却開始温度をCr炭化物が析出しない溶体化温
度に確保でき、さらに、オーステナイト系ステンレス継
目無鋼管の長手方向およびロット間の均熱性が保証さ
れ、品質性能のバラツキを大幅に低減することができ
る。
【0016】再結晶および溶体化処理後の冷却は、冷却
中にCr炭化物を析出させないよう、900℃以上の温
度から1.5℃/秒以上の冷却速度で冷却することが必
要である。冷却終了温度は、特に特定しないが、Cr炭
化物の析出終了温度となる500℃以下とすることが望
ましい。また、冷却方法は、特に特定しないが、冷却媒
体としては、オンライン設備で冷却後の再生処理が容易
で、コストも安価な水が望ましい。冷却装置は、オース
テナイト系ステンレス継目無鋼管の曲がり防止に有効な
回転機構を有するものが望ましい。
【0017】
【実施例】表1に示す化学成分のオーステナイト系ステ
ンレス鋼A〜Dを通常の方法により溶解し、内径90m
mの鋳型に鋳込んで得た丸ビレットを素材として用い、
1250℃の加熱炉に挿入して1時間保持したのち、ピ
アサーを用い穿孔圧延して中空素管となし、表2に示す
試験条件で、仕上圧延(延伸加工と仕上加工)、再結晶
溶体化処理、冷却を行って外径100mm、肉厚10m
mのオーステナイト系ステンレス継目無鋼管を製造し
た。得られた各継目無鋼管から試験片を切り出し、引張
試験を行うと共に、オーステナイト結晶粒度ならびに腐
食試験により耐食性を測定した。その結果を表3に示
す。なお、表2中の各欄の*印は、この発明の製造条件
の範囲外を示し、表2中の試験No.27、28の再結
晶溶体化処理、冷却条件は、オフラインでの条件を示
す。また、引張試験は、JIS Z2241に規定の金
属材料引張試験方法に準じて実施し、オーステナイト結
晶粒度は、JIS G0551に規定の鋼のオーステナ
イト結晶粒度試験方法に準じて測定し、腐食試験は、J
IS G0571に規定のステンレス鋼の10%しゅう
酸エッチ試験方法に準じて、腐食の有無を測定した。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】オーステナイト系ステンレス継目無鋼管
は、主としてボイラー・熱交換器用として使用され、優
れた高温強度と耐食性を要求される。これらに対応する
ため、試験No.27、28の従来例に示すとおり、室
温における降伏点を300N/mm2前後、引張強さを
600N/mm2前後に調整している。表3に示すとお
り、本発明例の試験No.1〜17は、試験No.2
7、28の従来例と同様の強度、オーステナイト結晶粒
度となっており、しかも、10%しゅう酸エッチ試験に
おける腐食がなく、要求条件を満たしている。
【0022】これに対し、比較例の試験No.18、2
0〜24は、仕上圧延における加工歪速度と断面減少率
の不足および高温仕上げ、また、低温再加熱で再結晶が
進行しないこと、高温加熱により結晶粒が成長して粗大
化して粗粒となっている。比較例の試験No.19は、
仕上温度が低く、被圧延材の変形抵抗が大きくなったた
め、不良レベルの疵が多発した。さらに、比較例の試験
No.21、22、25、26は、再加熱前後でCr炭
化物が残留または析出したため、粒界腐食が発生した。
【0023】
【発明の効果】この発明方法は、スリム化した高生産性
のミルラインでの加工熱処理の効率的な実施により、強
度、靭性、耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス
継目無鋼管を製造することができ、熱処理費用の低減、
設備省略、工程短縮等により工業的に大きなコストダウ
ンを図ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 俊治 和歌山県和歌山市湊1850番地 住友金属 工業株式会社 和歌山製鉄所内 (56)参考文献 特開 平1−132717(JP,A) 特公 平5−47603(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 19/06 - 19/10 B21B 3/02 C21D 8/10 C21D 9/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オーステナイト系ステンレス鋼のビレッ
    トを、加熱して熱間で穿孔、圧延してオーステナイト系
    ステンレス継目無鋼管を製造する方法において、穿孔に
    続いて、下記式で求めた平均歪速度が0.01/秒以
    上、断面圧縮率で10%以上の仕上圧延を仕上がり温度
    800℃以上1050℃で行ったのち、直ちに1000
    ℃以上1150℃以下に再加熱して10秒以上30分以
    下保持し、ついで900℃以上から1.5℃/秒以上の
    冷却速度で冷却することを特徴とするオーステナイト系
    ステンレス継目無鋼管の製造方法。 平均歪速度=(延伸加工での加工歪+仕上加工での加工
    歪)/(中空素管の先端において延伸加工開始から仕上
    加工終了までの時間)
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