JP3356085B2 - 継目無鋼管用丸鋳片の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素鋼、ステンレ
ス鋼、高合金鋼等の継目無鋼管の素材として好適な横断
面形状が丸形の鋳片（丸鋳片）を得るための製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、継目無鋼管は、丸ビレットから、
マンネスマン穿孔、プレス穿孔等により中空素管を製造
し、この素管をマンドレルミルやプラグミルなどの延伸
圧延機で拡管して肉厚を減じた後、ストレッチレデュー
やサイザーなどの絞り圧延機で外径を絞り、鋼管に仕上
げることにより製造される。このとき、素材として用い
られる丸ビレットは、一般に、断面形状が矩形の鋳片
（ブルーム）を鋳造し、加熱後、分塊圧延、ビレッティ
ングミル等で丸形に熱間圧延するか、または、連続鋳造
で丸鋳片に鋳造する方法によって製造される。

【０００３】近年では、生産性の向上および製造コスト
低減の観点から、丸ビレットとして連続鋳造により直接
製造される丸鋳片を使用する頻度が高くなっている。

【０００４】しかしながら、連続鋳造された鋳片には、
凝固収縮に伴い最終凝固部である中心部にポロシティが
生成し、このポロシティが穿孔圧延時に十分圧着され
ず、素管の内面に露出して内面疵の原因となる。

【０００５】ポロシティを低減する代表的な方法とし
て、鋳片の未凝固軽圧下法がある。これは、鋳片の凝固
末期にロールによる軽圧下を施し、凝固収縮を補うもの
である。

【０００６】また、特開平３−１２４３５２号公報に
は、このポロシティの生成を抑制し得る連続鋳造鋳片の
製造方法が提案されている。この方法は、鋳片の厚さの
２〜５倍の直径を有するロールを用いて内部に未凝固部
が存在する鋳片を圧下することによりポロシティの生成
を抑制するもので、凝固が完了した鋳片に対する圧下に
比べて小さい圧下力でポロシティを低減させることがで
きる。

【０００７】しかし、従来行われてきた未凝固軽圧下法
では、圧下量が小さく、凝固収縮分を十分に補うことが
できず、多数の圧下ロールによる多段圧下が必要となる
ため、設備費が高くなってしまうという問題があった。

【０００８】また、前掲の公報に記載の内部に未凝固部
がある鋳片を圧下する方法では、ポロシティの生成を抑
えることは可能となる。しかし、丸鋳片の場合、圧下に
より断面形状が正確な円にはならず、真円度が損なわれ
るため、丸鋳片を直接連続鋳造により製造するというニ
アネットシェイプキャスティングの意義が失われる。

【０００９】そのため、丸鋳片の連続鋳造においては、
ポロシティの生成を抑制するとともに、断面形状が良好
な鋳片を最小の設備付与により得ることができる製造方
法の確立が望まれている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術における問題を解決し、鋼管の穿孔圧延時に管内面に
疵が発生することがなく、しかも断面形状に優れた（つ
まり、真円度の高い）継目無鋼管用丸鋳片の製造方法を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
継目無鋼管用丸鋳片の製造方法にある。

【００１２】連続鋳造法により横断面形状が丸形の鋳片
を鋳造した後、未凝固部が存在する鋳片に、下記（１）
式から（３）式を満足する圧下量Ｒ（ｍｍ）で未凝固圧
下を施し、さらに孔形ロールにより、未凝固圧下方向に
対して直角の方向から、圧下量ｒ（ｍｍ）で成形圧延を
施す継目無鋼管用丸鋳片の製造方法。

【００１３】 Ｒ≦Ｄ−ｄ＋Ｃ ・・・（１） ｒ＝（Ｄ＋Ｙ）−ｄ ・・・（２） 0.8≦Ｒ／Ｌ≦1.8 ・・・（３） ここで、Ｄ ：未凝固圧下前の鋳片の直径（ｍｍ） ｄ ：成形圧延後の鋳片の直径（ｍｍ） Ｃ ：成形圧延による圧延方向に直角方向の鋳片の最大
変形量（ｍｍ）ただし、Ｃ＝（ｒ−12）×（0.06Ｖｃ−
1 ） Ｖｃ：鋳造速度（ｍｍ／ｓ） Ｙ ：未凝固圧下による幅拡がり量（ｍｍ）ただし、Ｙ
＝4.52×10^-3×Ｒ^2.04 Ｌ ：未凝固圧下位置における未凝固部の厚み（ｍｍ） 前記の「未凝固圧下」とは、後に詳述するが、圧下の直
前に未凝固部が存在する状態で圧下することをいう。ま
た、「成形圧延」とは、未凝固圧下を施して断面が楕円
状になった鋳片の形を矯正して円形に戻す圧延で、この
ときは、未凝固部に存在していた溶鋼は未凝固圧下によ
り鋳込み上流側に絞り出された後なので、未凝固部は存
在しておらず、凝固完了後の圧延となる。

【００１４】本発明者は、上記課題を解決するために、
丸鋳片製造用の連続鋳造装置に未凝固部を有する鋳片を
圧下する上下一対の水平ロールと、その下流にあって完
全に凝固した鋳片を真円に戻す２個一対の垂直孔型ロー
ルとを組み込み、種々の条件下で実験、検討を行い、鋳
片の内部品質および断面形状を調査した。

【００１５】得られた結果の一例を図１〜図３に示す。

【００１６】図１は、丸鋳片の未凝固圧下および凝固後
の圧延（成形圧延）における鋳片形状の変化を模式的に
示す図である。なお、この図は、後述する方法で未凝固
圧下量Ｒおよび成形圧延量ｒを適切に定め、成形圧延に
よって断面形状を真円に成形した場合を示している。

【００１７】図１において、Ｄは未凝固圧下前の鋳片の
直径、ａは未凝固圧下後の鋳片の厚み、Ｙは未凝固圧下
による幅拡がり量（片側Ｙ／２）、ｄは成形圧延後の鋳
片の直径である。また、Ｃは、成形圧延による圧延方向
に直角方向の鋳片の最大変形量（片側Ｃ／２）である。

【００１８】本発明方法においては、まず、未凝固圧下
量Ｒを、Ｄ−ｄ＋Ｃの値以下とすることが必要である。
すなわち、Ｒ≦Ｄ−ｄ＋Ｃであれば、次に述べるよう
に、成形圧延量ｒまたは鋳造速度Ｖｃを変えることによ
って成形圧延による最大変形量Ｃを調整し、未凝固圧下
量Ｒを補うことができる。しかし、Ｒ＞Ｄ−ｄ＋Ｃのと
きは、未凝固圧下量Ｒが大きいので、成形圧延で最大変
形量Ｃを加えてもＲを補うまでに至らず、鋳片の断面を
円形に戻すことはできない。なお、未凝固圧下量ＲはＤ
−ｄの値より大きくなければならない。この値以下で
は、成形圧延後の鋳片の直径をｄにすることはできない
からである。Ｒが小さいためポロシティの生成を抑える
こともできない。

【００１９】成形圧延による最大変形量Ｃは、鋳造速度
Ｖｃおよび成形圧延量ｒによって変化する。

【００２０】図２は、鋳造速度Ｖｃと最大変形量Ｃの関
係を示す図である。最大変形量Ｃは、鋳造速度Ｖｃの上
昇に伴い増大する。鋳造速度Ｖｃが上昇すると、鋳片の
表面温度が上昇して変形抵抗が減少するからである。ま
た、最大変形量Ｃは成形圧延量ｒによっても変化し、成
形圧延量ｒが大きいほど大きくなる。条件を変えて行っ
た実験結果から、下記（４）式が得られた。なお、図に
は、ｒが３０ｍｍの場合、および６０ｍｍの場合につい
て示した。

【００２１】 Ｃ＝（ｒ−12）×（0.06Ｖｃ−1 ） ・・・（４） 次に、未凝固圧下量Ｒと成形圧延量ｒとの間には一定の
関係が存在する。ある量の未凝固圧下を施した後、未凝
固圧下方向に対して直角の方向から成形圧延を施して真
円に成形するには、所定量の成形圧延が必要だからであ
る。

【００２２】前記の図１（ｃ）は成形圧延によって断面
形状が真円に成形された場合を示しているが、未凝固圧
下方向に対して直角の方向からｒの量（片側ｒ／２）の
成形圧延を施して直径ｄの鋳片が得られており、ｒはＤ
＋Ｙの値からｄを差し引いた値であることがわかる。な
お、ここには未凝固圧下量Ｒが表されていないが、幅拡
がり量ＹがＲと相関関係を有している。

【００２３】図３は、未凝固圧下量Ｒと幅拡がり量Ｙの
関係を示す図である。幅拡がり量Ｙは未凝固圧下量Ｒが
増すとともに指数関数的に増大する。この関係を式で表
すと、下記の（５）式のようになる。

【００２４】 Ｙ＝4.52×10^-3×Ｒ^2.04 ・・・（５） 以上述べた関係は、主として未凝固圧下およびその後の
成形圧延により真円度の高い断面形状を得るために必要
な条件である。

【００２５】一方、本発明方法において、未凝固圧下量
Ｒは、未凝固圧下位置における未凝固部の厚み（以下、
単に「未凝固部の厚み」という）Ｌとの関連でポロシテ
ィの生成と直接係わりをもっている。

【００２６】すなわち、Ｒ／Ｌが０．８以上となるよう
な未凝固圧下量を与えれば、ポロシティの生成を抑制す
ることができる。圧下力が内部の未凝固部まで伝わり溶
鋼が鋳込み上流側に絞り出されて、凝固収縮に伴うポロ
シティの生成が起こりにくくなるからである。Ｒ／Ｌが
０．８未満では、圧下力が内部まで伝わりにくくポロシ
ティの改善が不十分である。一方、Ｒ／Ｌが１．８より
大きい場合は、ポロシティの生成は十分抑えられるが、
圧下力が著しく増大するため、未凝固圧下装置が大型化
し経済的ではない。さらに、圧下に使用するロールが損
傷しやすくなるという問題もある。なお、未凝固部の厚
みＬは、鋳片内部の固相率が０．９９の凝固界面間の未
凝固部の厚みを意味する。

【００２７】上記本発明は、これらの知見に基づいてな
されたものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の丸鋳片の製造方
法（本発明方法）を具体的に説明する。

【００２９】図４は、本発明方法を実施するための連続
鋳造装置の構成例を模式的に示す縦断面図である。この
装置は、鋳型２２と、この鋳型２２に溶鋼２３を注入す
るための浸漬ノズル２１と、溶鋼２３を冷却する冷却ロ
ール群２４と、案内ロール群２５に加え、未凝固部２７
を有する丸鋳片２８に未凝固圧下を施すための上下一対
の水平ロールと、未凝固圧下方向に対して直角の方向か
ら成形圧延を施すための２個一対の垂直孔型ロール３０
を備えている。

【００３０】図示するように、浸漬ノズル２１から鋳型
２２に注入された溶鋼２３は冷却ロール群２４および案
内ロール群２５を経て冷却され、凝固シェル２６が形成
されて未凝固部２７を有する丸鋳片２８となる。未凝固
部２７を有する丸鋳片２８は水平ロール２９により圧下
され、完全凝固した後、下流に設置された垂直孔型ロー
ル３０により成形されて横断面形状が真円形となり、ピ
ンチロールにより引き抜かれる。

【００３１】図５は、上下一対の水平ロールによる丸鋳
片の圧下の状態を模式的に示す縦断面図で、本発明方法
で行う未凝固圧下を説明するための図である。図示する
ように、未凝固厚みＬの未凝固部２７を有する丸鋳片２
８が上下一対の水平ロール３２により圧下される。ここ
で、未凝固厚みＬは、圧下直前の、固相率が０．９９以
下の未凝固部の厚さであり、符号３３は固相率が０．９
９の線を示す。

【００３２】図５では、未凝固圧下ロールとして、圧下
面がいずれもフラットな形状の上下一対の水平ロール２
９を用いた例を示したが、２個一対の垂直ロールを用い
てもよい。また、圧下面が孔型形状のものでもよい。た
だし、２個一対の垂直ロールを用いた場合は、下流で行
う成形圧延には上下一対の水平孔型ロールを使用する。

【００３３】本発明方法において、未凝固圧下を施す時
期について特に限定はしていないが、鋳片の中心部の固
相率が低いほど（換言すれば、鋳片全体に占める未凝固
部分の割合が高いほど）ポロシティの生成防止のために
必要な未凝固圧下量が大きくなり、圧下による断面積の
減少が大きく、後に行う成形圧延で真円に成形するのが
困難になる。また、鋳片の中心部の固相率が高いほど
（未凝固部分の割合が低いほど）変形抵抗が増大し、未
凝固圧下装置を大型化せざるを得なくなる。したがっ
て、鋳片の中心部の固相率が０．４〜０．８の範囲内に
あるときに未凝固圧下を施すのが好ましい。

【００３４】本発明方法において、未凝固圧下量Ｒおよ
び成形圧延量ｒの設定は次のように行えばよい。

【００３５】 前記の（３）式の条件を満たす未凝固
圧下量Ｒを任意に決める。なお、あらかじめ定められて
いる未凝固圧下前の鋳片の直径Ｄと成形圧延後の鋳片の
直径ｄから、Ｄ−ｄ＜Ｒの条件を満たすように定める。

【００３６】 任意に決めた未凝固圧下量Ｒから、
（５）式により未凝固圧下による幅拡がり量Ｙを求め、
（２）式から成形圧延量ｒを計算する。

【００３７】 計算で求めたｒと鋳造速度Ｖｃから、
（４）式に基づいて成形圧延による最大変形量Ｃを求
め、（１）式の条件を満たすかどうか確認する。

【００３８】 （１）式の条件から外れる場合は、未
凝固圧下量Ｒをで決めた値とは別の値に定めて、再度
、に従い成形圧延量ｒと最大変形量Ｃを求め、
（１）式の条件を満たすかどうかを確認する。この操作
を（１）式の条件が満たされるまで行う。

【００３９】上記本発明方法によれば、連続鋳造時の凝
固収縮に伴うポロシティの生成を抑制することができる
ので、鋼管の穿孔圧延時に管内面に疵が発生することが
なく、しかも断面形状が真円をなす継目無鋼管用の丸鋳
片を連続鋳造により直接製造することができる。

【００４０】

【実施例】前記の図４に示した構成を有し、表１に示す
仕様の設備を備えた丸鋳片用連続鋳造装置を使用して、
直径２３０ｍｍの鋳型で高炭素鋼（Ｃ：１．０重量％）
を鋳造し、未凝固圧下および成形圧延を行って直径１７
０〜２００ｍｍの丸鋳片を製造した。なお、未凝固圧下
は上下一対の水平ロールを使用して行い、成形圧延は２
個一対の垂直孔型ロールを使用して行った。

【００４１】

【表１】

【００４２】鋳造条件を表２に示す。鋳造速度を２３．
３〜３６．７ｍｍ／ｓ（１．４〜２．２ｍ／分）の間で
調整し、未凝固厚みを変化させて実験を行った。なお、
未凝固厚みの測定は、鋳片温度解析、Ｆｅ−Ｓ添加によ
る凝固厚測定等により行った。

【００４３】

【表２】

【００４４】定常鋳造部から鋳込み方向に１００ｍｍの
間隔で２１個の鋳片横断面サンプルを採取し、ポロシテ
ィおよび真円度を調査した。

【００４５】ポロシティについては、まず、横断面サン
プル内のポロシティの発生個数と形状を目視観察し、さ
らにその寸法を計測した。次いで、ポロシティの形状を
円または楕円形状に近似し、計測した寸法から１個のポ
ロシティ面積を求め、それに発生個数を乗じてポロシテ
ィ総面積を求めた。このポロシティ総面積と鋳片横断面
積との比（鋳片横断面内のポロシティ総面積×１００／
鋳片横断面積）をポロシティ面積率として評価した。

【００４６】真円度については、横断面サンプルの重心
を求め、重心から外表面への距離を周方向に３０度ピッ
チで計測し、成形圧延後の目標とする鋳片横断面の円半
径との差を目標の円半径で除した値に１００を乗じて円
形偏差率とし、この円形偏差率で評価した。

【００４７】調査結果を表３に示す。

【００４８】

【表３】

【００４９】本発明例のＮｏ．１〜４の鋳片は、ポロシ
ティ面積率および円形偏差率がいずれも小さく、良好で
あった。

【００５０】一方、比較例のＮｏ．５の鋳片は、（１）
式の条件は満たしているが、未凝固圧下量ＲがＤ−ｄの
値より小さく、（３）式の条件から外れている。そのた
め、ポロシティが残存し、円形偏差率も１０．１と大き
く、熱間圧延用素材としては不適当と判断された。

【００５１】比較例のＮｏ．６の鋳片では、ポロシティ
は十分減少したが、円形偏差率が大きく、熱間圧延用素
材としては不適当であった。

【００５２】比較例のＮｏ．７の鋳片では、鋳片の引き
抜きが困難であったため、鋳造試験を途中で中止した。
未凝固厚みに対して未凝固圧下量が大きすぎて、圧下ロ
ールへの荷重負荷が大きくなったためである。

【００５３】

【発明の効果】本発明方法によれば、連続鋳造時の凝固
収縮に伴うポロシティの生成を抑制することができるの
で、鋼管の穿孔圧延時における管内面の疵の発生を抑
え、しかも断面形状が真円をなす継目無鋼管用の丸鋳片
を連続鋳造により直接製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】丸鋳片の未凝固圧下および成形圧延における鋳
片形状の変化を模式的に示す図である。

【図２】鋳造速度Ｖｃと成形圧延による圧延方向に直角
方向の鋳片の最大変形量Ｃとの関係を示す図である。

【図３】未凝固圧下量Ｒと幅拡がり量Ｙの関係を示す図
である。

【図４】本発明方法を実施するための連続鋳造装置の構
成例を模式的に示す縦断面図である。

【図５】上下一対の水平ロールによる丸鋳片の圧下の状
態を模式的に示す縦断面図である。

【符号の説明】 ２１：浸漬ノズル ２２：鋳型 ２３：溶鋼 ２４：冷却ロール群 ２５：案内ロール群 ２６：凝固シェル ２７：未凝固部 ２８：鋳片 ２９：未凝固圧下装置 ３０：成形圧延装置 ３１：ピンチロール ３２：未凝固圧下ロール ３３：固相率０．９９の線

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/128 350 B22D 11/00 B22D 11/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続鋳造法により横断面形状が丸形の鋳片
   を鋳造した後、未凝固部が存在する鋳片に、下記（１）
   式から（３）式を満足する圧下量Ｒ（ｍｍ）で未凝固圧
   下を施し、さらに孔形ロールにより、未凝固圧下方向に
   対して直角の方向から、圧下量ｒ（ｍｍ）で成形圧延を
   施すことを特徴とする継目無鋼管用丸鋳片の製造方法。 Ｒ≦Ｄ−ｄ＋Ｃ ・・・（１） ｒ＝（Ｄ＋Ｙ）−ｄ ・・・（２） 0.8≦Ｒ／Ｌ≦1.8 ・・・（３） ここで、Ｄ ：未凝固圧下前の鋳片の直径（ｍｍ） ｄ ：成形圧延後の鋳片の直径（ｍｍ） Ｃ ：成形圧延による圧延方向に直角方向の鋳片の最大
   変形量（ｍｍ）ただし、Ｃ＝（ｒ−12）×（0.06Ｖｃ−
   1 ） Ｖｃ：鋳造速度（ｍｍ／ｓ） Ｙ ：未凝固圧下による幅拡がり量（ｍｍ）ただし、Ｙ
   ＝4.52×10^-3×Ｒ^2.04 Ｌ ：未凝固圧下位置における未凝固部の厚み（ｍｍ）