JP3214379B2

JP3214379B2 - 継目無鋼管用連続鋳造鋳片の製造方法

Info

Publication number: JP3214379B2
Application number: JP33810596A
Authority: JP
Inventors: 孝有泉; 龍郎勝村; 孝板倉; 光一野村; 直樹横山; 理欧中込
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2001-10-02
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: JPH10175049A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、継目無鋼管製造用
として用いるＣｒ含有鋼の連続鋳造丸鋳片の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】継目無鋼管は、一般的に、連続鋳造した
スラブやブルームを分塊圧延工程を経て製造した丸また
は角状のビレットを用いるか、あるいは連続鋳造により
直接的に（再加熱を行わずに）製造した丸または角状の
ビレットを用いる。これらのビレットは、マンネスマン
穿孔、プレス穿孔または押し出し穿孔等により中空素管
にされ、その後、エロンゲータ、プラグミル、またはマ
ンドレルミル等の圧延機により延伸され、最終的に、サ
イザーやストレッチレデューサーにより定径化する工程
を経て製品となる。

【０００３】継目無鋼管の製造に供給する素材ビレット
は、一般の低炭素鋼のように連続鋳造が比較的容易であ
り、その鋳造品の熱間加工性が良好な鋼種では、鋳造ま
まで用いる。一方、鋳造ままの状態では、軸芯部にポロ
シティ（センターポロシティ、以下同様）や偏析が生じ
やすく、熱間加工性の劣悪なＣｒ含有鋼等では、連続鋳
造後に分塊圧延により大きな加工を与え、軸芯部のポロ
シティや偏析を除去した圧延材を用いることが一般的で
ある。

【０００４】Ｃｒの含有量の多い鋼の丸鋳片（丸ビレッ
ト）の熱間加工性が劣る主な原因は、溶鋼中に耐食性向
上のために添加されるＣｒの含有量の増加に伴って発生
する連続鋳造鋳片の軸芯部の偏析やポロシティによるも
のである。特に熱間加工性に大きな影響を与えるポロシ
ティの発生の原因は、連続鋳造の最終凝固段階において
生じる空隙に、一般の炭素鋼では溶鋼が供給されるのに
対して、Ｃｒ含有鋼では溶鋼の粘度が高いために、溶鋼
が供給されにくいことに起因している。

【０００５】図５は、溶鋼中のＣｒの含有量と溶鋼の粘
度との関係を示す図である。溶鋼中のＣｒ含有量が増加
するにつれて溶鋼の粘度が増大し、Ｃｒ含有量が１３％
（重量％、以下も同様）前後でピーク値に達する。

【０００６】このように、内部に欠陥を内包する鋳造ま
まの素材ビレットを用いると、継目無鋼管の製管工程の
最初の段階であり、大量生産プロセスに最も一般的に採
用されているマンネスマン穿孔時に、管の内面に疵が発
生する。マンネスマン穿孔において、素材ビレットは、
圧縮力、剪断力、引張り力が複雑に作用する非常に過酷
な加工を受けるため、軸芯部のポロシティや偏析が起点
となり、管内面疵が発生するのである。このため、製品
となりえない場合のクズ発生による歩留りの低下、疵手
入れによる能率の低下等、製造コストの増加をきたして
しまう。

【０００７】このため、特に難加工材料と呼ばれるもの
はもとより、炭素量の多い鋼種やＣｒが添加された鋼種
についても、内部品質を向上させるために穿孔前に圧延
を行うことが必要であると言われていた。例えば、高Ｃ
ｒ鋼の継目無鋼管素材の製造方法として、比較的大断面
の角状ブルームを連続鋳造等により鋳造し、加熱・分塊
圧延によって丸ビレットを製造するといった方法であ
る。

【０００８】例えば、特開平７−１３６７０２号公報に
は、高Ｃｒ鋼の継目無鋼管用の丸ビレットの製造方法と
して、連続鋳造により比較的大断面の角形状のブルーム
を製造した後に、加熱・分塊圧延により大きな圧下を加
える方法が示されている。

【０００９】このように、連続鋳造直後に製管を行うと
疵の発生が懸念される場合には、分塊圧延でポロシティ
を機械的に圧着させて、製管用素材の丸ビレットを製造
していた。このようにして、鋳片にポロシティが発生し
ていても鋳片の内部品質を改善する工程を追加すること
により、製管時の疵の発生の問題を回避していた。

【００１０】しかしながら、鋳造後に圧延を行う場合、
圧延後の素材端面（前後端部）が凹凸形状となり、この
まま穿孔工程に供給すると穿孔時に管内面疵が発生す
る。従って、この素材端部を切断する工程が必要とな
り、またこの部分は廃棄しなければならずクロップ損失
部となり、歩留りの低下を引き起こす。また、圧延を行
うためには鋳造後に加熱が必要となり、製造コストが増
加する。

【００１１】このような分塊圧延法に対して、連続鋳造
鋳片に大圧下の加工を行うプロセスがある。その１つと
して、「材料とプロセス誌、第７巻、第１号、１７９
頁、１９９４」に示された連続鍛圧技術は、１段圧下で
一気に圧下するプロセスであり、連続鋳造中に圧下を加
えるため再加熱が不要である。また、ポロシティの圧下
消滅には優れたプロセスである。

【００１２】一方、連続鋳造時の鋳片の品質向上の観点
からは、連続鋳造機のモールドに電磁撹拌装置を設置
し、モールドの中の溶鋼を撹拌する方法が提案されてい
る。これは最終凝固部において溶鋼をモールド内で撹拌
させることにより、凝固核の生成を促進し等軸晶で鋳片
の中心部分を充填させ、偏析やポロシティの生成を抑制
する方法である。

【００１３】その他の鋳片の内部品質を向上させる手段
としては、特公昭５９−１６８６２号公報に記載されて
いるような、連続鋳造時に鋳片に軽度の圧下を加える軽
圧下技術が行われている。これは、凝固末期に鋳片を凝
固収縮分だけロールで圧下し、濃化溶鋼の流動を抑えて
中心偏析を防止する技術である。

【００１４】このようなインラインリダクション法とし
ては、「鉄と鋼誌、第６０巻、第７号、８７５頁、１９
７４」にも、同様の技術が示されている。特に、高Ｃｒ
鋼のビレットの製造方法としては、特開平４−３０５３
５０号公報に角ビレットの製造方法が開示されている。

【００１５】これらの中で、「材料とプロセス誌、第７
巻、第１号、１９５頁、１９９４年発行」には、丸ブル
ームを未凝固状態で圧下する技術が開示されている。こ
れには、ＳＵＳ４１０鋼のような高Ｃｒ鋼に適用した結
果が記載されており、内部が未凝固の状態で２段で圧下
するプロセスを適用した結果の鋳片の軸芯部の密度は
７．７ｇ／ｃｍ³に上がっている。

【００１６】このようなインラインリダクションによる
ビレット断面形状の偏平化を防ぐため、例えば特開平７
−１０８３５８号公報には、圧下される部分を予め大き
めにしておくという楕円形断面のモールドによる鋳造法
も提案されている。この方法では、圧下方向を楕円の長
軸をとりその寸法を短軸より圧下の分だけ長くしてお
き、圧下を加えることにより鋳片の断面を真円にしてい
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術には種々の問題点があり、「材料とプロセス誌、第７
巻、第１号、１７９頁、１９９４」や特開平７−１３６
７０２号公報に示された大圧下プロセスは、設備費が高
いという欠点がある。一方、溶鋼の電磁撹拌技術では、
ポロシティの生成をある程度は抑制できるものの、完全
に抑制することはできない。

【００１８】また、「鉄と鋼、第６０巻、第７号、８７
５頁、１９７４」に示されているインラインリダクショ
ン法は、矩形断面のブルームやビレットを対象とした技
術であり、本発明が目指すところの丸鋳片（丸ビレッ
ト）に適用できるものではない。特開平４−３０５３５
０号公報の角ビレットの製造方法も、丸鋳片（丸ビレッ
ト）に適用できるものではない。

【００１９】また、「材料とプロセス誌、第７巻、第１
号、１９５頁、１９９４年発行」の２段圧下プロセスに
よる技術では、鋳片の軸芯部の密度は７．７ｇ／ｃｍ³
に上がるものの、ポロシティの無い場合の密度である
７．８ｇ／ｃｍ³に比較すると９９％以下である。この
ように、完全にはポロシティを圧着できておらず、マク
ロ写真を見ても軸芯部に若干のポロシティが残存してい
る。

【００２０】この軽圧下プロセスを採用した時の大きな
問題は、２つのロールによる圧下で引き起こされる鋳片
の形状の悪化と、圧下量が増加した時に発生する可能性
のある凝固界面近傍の割れである。単純に丸鋳片を１対
の平ロールにより圧下すれば、当然、圧下部の断面は偏
平化し、偏平断面による製品の偏肉が問題になる。

【００２１】また、ポロシティの圧着効果を高めるため
に圧下量を大きくすれば、断面形状はさらに真円から遠
ざかり、継目無鋼管製造用の丸ビレットとして用いるに
は、ビレットを転がすことによって行う搬送ができなく
なる。また、穿孔時のミルへの噛み込みが不安定になる
等の重大な問題が発生し、割れの発生率も当然高くな
る。

【００２２】特開平７−１０８３５８号公報記載の楕円
形断面のモールドによる鋳造方法は、軽圧下のみ行う場
合には有効であるものの、真円断面のモールドに比べ、
鋳造時の湯流れが不均一になることに起因する湯面の変
動やパウダーの巻き込みにより、新たな欠陥の原因にな
ることが明らかである。さらに、鋳片の断面を真円にす
る必要があるので、従来、内部品質に問題のなかった鋼
種に対しても、圧下をかけねばならなくなる。

【００２３】以上に述べた様に、Ｃｒ含有鋼の連続鋳造
丸ビレットの内部品質を向上させるための方法は、「鉄
と鋼、第６０巻、第７号、８７５頁、１９７４」に示さ
れているように連続鋳造時に大きな塑性変形を加える
か、または、従来通りの加熱・分塊工程を利用するかと
いうことになる。しかし、加熱・分塊工程プロセスは、
前述のように製造コストの増加をきたすため、連続鋳造
中にできるだけ安価でコンパクトな設備で所定量の組成
変形を加えることが要求されていた。

【００２４】この発明は、かかる事情に鑑み、丸鋳片を
連続鋳造するに際し、ポロシティおよび凝固組織を消滅
させ、鋳片の内部品質を向上させ、製管時の内面疵を完
全に防止する丸鋳片の製造方法を提供する。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題点を解決するため、Ｃｒ含有鋼の連続鋳造直後の高温
の丸鋳片に、簡便でしかも効果的な圧下を加える方法を
種々検討し、次の発明を完成させた。

【００２６】請求項１の発明は、下記の工程を備えてい
る継目無鋼管用連続鋳造鋳片の製造方法である。

【００２７】Ｃｒを０．５重量％以上含有する鋼を
円形断面のモールドで連続鋳造し、丸鋳片を製造する工
程前記丸鋳片に、凝固完了前に連続鋳造機内に設置さ
れた連続圧延機の第１スタンドで圧下を加え、断面が偏
平な鋳片にする工程前記断面が偏平な鋳片を、前記連続圧延機の第２ス
タンドで圧下を加え、断面が円形の丸鋳片とする工程本発明は、ポロシティが発生しやすく、また、偏析が大
きいＣｒを含有する鋼を対象としており、Ｃｒの悪影響
が現れ始める量は０．５％であり、これ以上のＣｒを含
有する鋼に適用するとき、効果が顕著となる。このよう
な鋼を、連続鋳造しているので、楕円形断面のモールド
で連続鋳造する場合に比べて鋳造の際の湯流れが均一と
なる。

【００２８】次に、鋳片の圧下を未凝固状態で行ってい
るので、比較的小さな圧下により内部品質が向上するイ
ンラインリダクションの効果が得られる。さらに、第１
スタンドで断面が偏平な鋳片にした後、第２スタンドで
断面が円形の丸鋳片に戻しているので、第１スタンドで
十分な圧下をかけることができる。圧下の程度（減面
率）も必要に応じ自由に設定でき、インラインリダクシ
ョンの効果を完全にすることができる。

【００２９】請求項２の発明は、連続圧延機の第１スタ
ンドのロールにフラットロール、フラットオーバル孔型
を有するロール、又はオーバル孔型を有するロールを用
い、連続圧延機の第２スタンドのロールにラウンド孔型
を有するロールを用いて、それぞれ圧下を行う請求項１
記載の継目無鋼管用連続鋳造鋳片の製造方法である。

【００３０】この発明では、連続圧延機の第１スタンド
のロールに種々のロールを用いることが可能なので、汎
用性が高くなり操業上ロール運用がし易くなる。

【００３１】請求項３の発明は、連続鋳造機内に設置さ
れた連続圧延機における減面率を、管内面疵の発生率に
より決まる必要減面率と同一またはそれ以上として、圧
下を行う請求項１又は請求項２記載の継目無鋼管用連続
鋳造鋳片の製造方法である。

【００３２】この発明では、圧延機における減面率を適
切な値、即ち管内面疵の発生率により決まる必要減面率
と同一またはそれ以上とすることにより、後工程におけ
る管内面疵の発生を大幅に低減ないしは完全に抑制する
ことが可能となる。圧延機における減面率と管内面疵の
発生率の関係は、後述のとおりである。なお、連続鋳造
機の仕様や鋳造条件等により多少の変化があるので、個
々の設備において実地に求めておくことが望ましい。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態を示
す概念図である。図中、１はモールド、２は鋳片、３は
ピンチロール、４はカッター、５は連続圧延機、６は連
続圧延機の第１スタンド、７は連続圧延機の第２スタン
ドをそれぞれ示す。モールド１に注入された溶鋼は鋳片
２となり、この段階では断面が円形の丸鋳片である。丸
鋳片の寸法は外径１７０〜３４０ｍｍである。丸鋳片２
は、徐々に凝固しつつ、曲げ・曲げ戻しを受け下流へと
進む。丸鋳片２の引抜き条件（速度）は、ピンチロール
群３により制御される。

【００３４】再加熱を行わない従来のプロセスの場合
は、このまま下流でカッター４により所定の長さに切断
されるか、先に述べた様にピンチロール３により、その
効果も歴然としない軽圧下を実施した後、下流で切断さ
れるか、または、非常に大きな設備投資により連続鍛圧
機を設置してそれによる加工を施した後、下流で切断さ
れるかの方法がとられていたが、前述のように種々の問
題点があり、直鋳化を達成するための解決策に至ってい
ない。

【００３５】本発明においては、図１に示したように、
直鋳化を達成するために丸鋳片２の内質を健全とすべく
２スタンドの連続圧延機５を設置する。設置にあたって
は、ピンチロールの前で、かつ少なくとも連続圧延機の
第１スタンド６が鋳片の凝固完了点の前となる位置に設
置する。この連続圧延機５は、ユニバーサル形式に配列
し、連続圧延機の第１スタンド６はＲＯミル（ラウンド
・オーバルミル）、第２スタンド７はＯＲミル（オーバ
ル・ラウンドミル）として具現化される。

【００３６】この方式では、連続圧延機の第１スタンド
６（ＲＯミル）の標準的な減面率は５〜２５％、連続圧
延機の第２スタンド７（ＯＲミル）のそれは５〜２０％
であり、丸鋳片として、１０〜４０％程度の減面率（合
計減面率）を加えることが可能である。

【００３７】このように、本発明では、丸鋳片中のポロ
シティや凝固組織を消滅するのに十分な期待が持てる。
丸鋳片に凝固完了前に、即ち未凝固状態圧下を加えるこ
とにより、比較的小規模な設備で、連続鋳造鋳片の内部
品質を効率的に向上させることができる。また、この圧
延方式は、圧延で受ける変形ひずみが均一という特徴が
あり、鋳片の内部に、障害となるような変形が生じな
い。

【００３８】図２は、連続圧延機の第１スタンド６（Ｒ
Ｏミル）に組み込むロールの形状を示す図である。図中
２は丸鋳片、７１〜７３はロールをそれぞれ示す。この
ようにロールには３つのバリエーションがあり、ロール
７１〜７３は、（ａ）フラットロール、（ｂ）フラット
オーバル孔型ロール、（ｃ）オーバル孔型ロールであ
る。これらはいずれも技術的に可能である。

【００３９】図３は、連続圧延機の第２スタンド７（Ｏ
Ｒミル）に組み込むロールの形状を示す図である。図中
２は丸鋳片、７４はラウンド孔型ロールをそれぞれ示
す。このように、連続圧延機の第２スタンド７ではラウ
ンド孔型ロールを用いて、第１スタンドの圧下で偏平化
した鋳片２の最大径の方向に圧下を加え、縮径して再度
真円断面の丸鋳片とする。

【００４０】

【実施例】図４は、丸鋳片の減面率（Ａｒ）とマンネス
マン穿孔後の管内面の疵の発生率との関係を示す図であ
る。この試験は、丸鋳片には１３％Ｃｒ鋼を用い、丸鋳
片の外径は１７０ｍｍφとし、第１スタンド圧下時の凝
固率（固相率）は７０％の条件で行った。ここで、減面
率Ａｒは以下に示す（１）式で定義する。Ａｒ＝｛（圧延前の外径）²−（圧延後の外径）²｝／（圧延前の外径）² （１）

【００４１】本発明においては、マンネスマン穿孔時に
管内面疵の発生率が３％以下となる鋳片の減面率Ａｒ
を、必要減面率Ａｒ^*と定義する。この必要減面率Ａｒ
^*は、Ｃｒ量、丸鋳片の外径、丸鋳片の凝固率に依存
し、この実施例では２０％（Ａｒ ^*＝２０％）である。

【００４２】丸鋳片をこの条件で圧下（縮径）すれば、
鋳片内部のポロシティや鋳造組織が完全に消失し、マン
ネスマン穿孔時の管内面疵の発生が防止されることとな
る。一般的には、次の条件で連続鋳造機内での圧延を実
施すればよいこととなる。Ａｒ≧Ａｒ^* （２）

【００４３】なお、管内面疵の発生率が１０％以下とな
る減面率を、有効減面率Ａｒｅと呼ぶ。管内面疵の発生
率が１０％以下の場合は、疵の手入れ等の工程を経て管
は修復され製品とすることができる。生産能率は若干落
ち、製造コストの増加もあるが、工業的生産は可能とな
る条件である。図４の場合、この有効減面率は７％であ
り、上記のような生産能率、製造コストを許容する場合
は、次の条件で連続鋳造機内での圧延を実施すればよい
こととなる。Ａｒ≧Ａｒｅ（３）

【００４４】

【発明の効果】本発明により、鋳造−製管の一貫プロセ
ス（ビレット直鋳化）により鋳片の内部品質を向上さ
せ、健全な鋳片の製造コストを低減させることが可能と
なる。またこの鋳片の製造により、従来と全く変わらな
い製管法を用いながら、高合金鋼継目無鋼管の生産能率
の向上や低コスト化を図ることが可能となる。

【００４５】従来実現されていなかった高Ｃｒ鋼ビレッ
トの連続鋳造化（直鋳化）において鋳片の内部品質を完
全に無欠陥化させ、管内面疵の発生を完全に抑制するの
に最も廉価な装置を提供することにより、付加価値の高
い高合金鋼継目無管の工業生産を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す概念図である。

【図２】連続圧延機の第１スタンドに組み込むロールの
形状を示す図である。

【図３】連続圧延機の第２スタンドに組み込むロールの
形状を示す図である。

【図４】丸鋳片の減面率（Ａｒ）と内面の疵の発生率と
の関係を示す図である。

【図５】溶鋼中のＣｒの含有量と溶鋼の粘度との関係を
示す図である。

【符号の説明】

１モールド２鋳片３ピンチロール４カッター５連続圧延機６連続圧延機の第１スタンド７連続圧延機の第２スタンド７１フラットロール７２フラットオーバル孔型ロール７３オーバル孔型ロール７４ラウンド孔型ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野村光一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者横山直樹東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者中込理欧東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開平７−108358（ＪＰ，Ａ) 特開平３−248744（ＪＰ，Ａ) 特開平３−198964（ＪＰ，Ａ) 特開平７−204812（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−215353（ＪＰ，Ａ) 特開平８−206804（ＪＰ，Ａ) 特開平１−289552（ＪＰ，Ａ) 特開平７−136702（ＪＰ，Ａ) 特開平４−305350（ＪＰ，Ａ) 特開平10−146651（ＪＰ，Ａ) 特開平10−34304（ＪＰ，Ａ) 特開平10−34201（ＪＰ，Ａ) 特開平９−300053（ＪＰ，Ａ) 特開平９−201602（ＪＰ，Ａ) 特開平９−201601（ＪＰ，Ａ) 特開平４−17948（ＪＰ，Ａ) 特開平１−162551（ＪＰ，Ａ) 特開平３−281050（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−121738（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/128 350 B22D 11/00 B22D 11/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の工程を備えている継目無鋼管用連
続鋳造鋳片の製造方法。Ｃｒを０．５重量％以上含有する鋼を円形断面のモ
ールドで連続鋳造し、丸鋳片を製造する工程前記丸鋳片に、凝固完了前に連続鋳造機内に設置さ
れた連続圧延機の第１スタンドで圧下を加え、断面が偏
平な鋳片にする工程前記断面が偏平な鋳片を、前記連続圧延機の第２ス
タンドで圧下を加え、断面が円形の丸鋳片とする工程
【請求項２】連続圧延機の第１スタンドのロールにフ
ラットロール、フラットオーバル孔型を有するロール、
又はオーバル孔型を有するロールを用い、連続圧延機の
第２スタンドのロールにラウンド孔型を有するロールを
用いて、それぞれ圧下を行う請求項１記載の継目無鋼管
用連続鋳造鋳片の製造方法。
【請求項３】連続鋳造機内に設置された連続圧延機に
おける減面率を、管内面疵の発生率により決まる必要減
面率と同一またはそれ以上として、圧下を行う請求項１
又は請求項２記載の継目無鋼管用連続鋳造鋳片の製造方
法。