JP4240178B2

JP4240178B2 - デスケール性と耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP4240178B2
Application number: JP31432599A
Authority: JP
Inventors: 敏朗安楽; 康善日高; 尚天谷
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JP2001129602A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デスケール性と耐食性に優れたステンレス継目無鋼管、より詳しくは９質量％以上のＣｒを含むマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
継目無鋼管の製造法には、大別して、マンネスマン−プラグミル方式やマンネスマン−マンドレルミル方式等に代表される熱間圧延製管法と、ユジーンセジュルネ方式やエアハルトプッシュベンチ方式に代表される熱間押出製管法がある。
【０００３】
熱間圧延製管法と熱間押出製管法を対比した場合、熱間圧延製管法の方が生産性に優れており、熱間圧延製管法のなかでも製品の寸法精度が優れることから上記のマンネスマン−マンドレルミル方式が広く利用されている。
【０００４】
マンネスマン−マンドレルミル方式では、素材の中実丸ビレットを所定の温度（通常、１１００℃〜１３００℃程度）に加熱した後、マンネスマンピアサーと称される傾斜ロール式の穿孔圧延機に供して厚肉の中空素管を製造し、この中空素管を延伸圧延機であるマンドレルミルにより延伸圧延する。
【０００５】
マンドレルミルでは、マンドレルバー表面に熱間圧延用の潤滑剤を塗布し、このマンドレルバーを中空素管内に挿入した状態で延伸圧延する。マンドレルミルでの管温度は、一般に、ミル入側で１０５０〜１２００℃程度、ミル出側で８００〜１０００℃程度とされる。また、マンドレルミルで圧延された管は、一般に、仕上げ圧延用素管と呼ばれる。
【０００６】
仕上げ圧延用素管は、必要に応じて再加熱炉に装入されて所定の温度（通常、８５０〜１１００℃程度）に再加熱した後、仕上げ圧延機であるストレッチレデューサーで絞り定径圧延して所定の外径に仕上げられる。ストレッチレデューサー出側の管温度は、一般に、８００〜１０００℃程度とされる。
【０００７】
上記の工程を経て製造される継目無鋼管のうち、９質量％以上のＣｒを含む、例えば１３Ｃｒ鋼に代表されるマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管は、仕上げ圧延後７００℃付近で焼きなます焼戻し処理を施して製造される。
【０００８】
上記のようにして製造されるマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造においては、素材のビレット、厚肉の中空素管および仕上げ圧延用素管は１３００〜７００℃の加熱工程を数回経るため、管の内外表面には不可避的に酸化物スケール（以下、単に「ミルスケール」という）が形成される。
【０００９】
通常、上記のミルスケールは、ショットブラスト処理や酸洗処理を施して完全に除去される。これは、一般的に、ミルスケール直下の母材には脱クロム層が存在しており、この脱クロム層を除去しないと所定の耐食性が確保できないと考えられていたためである。
【００１０】
しかし、ミルスケールの除去には工数がかかり、なかでも管内面のミルスケールの除去には多大な工数がかかる。このため、管内面のミルスケールをショットブラスト処理によって容易に除去できて脱スケール能率の向上が図れるデスケール性に優れたミルスケールであり、ミルスケールを除去しない場合でも良好な耐食性、具体的には良好な耐発錆性を示すマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管を得るための方法の開発が望まれていた。
【００１１】
なお、ステンレス鋼の脱スケール処理については、例えば特開昭５７−１９３２９号公報に示される方法などがある。しかし、そこに示される方法は、鋼板表面にノジュール状のスケールが発生するのを防ぐための方法であり、鋼管の内外表面に不可避的に生成付着するミルスケールのデスケール性と耐食性を向上させる方法については何ら示されていない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、生成するミルスケールがショットブラスト処理でのデスケール性に優れ、ミルスケールを除去する場合には脱スケール能率の向上が図れ、除去しない場合でも表面の耐食性（耐発錆性）に優れた製品を得ることが可能なマルテンサ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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、次のデスケール性と耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法にある。
【００１４】
ビレット加熱、穿孔圧延、延伸圧延、再加熱、絞り定径圧延、放冷による直接焼入れ処理および焼戻し処理の各工程を順次経るＣｒ含有量が９質量％以上のマルテンサイト系ステンレス鋼からなる継目無鋼管の製造方法において、前記の絞り定径圧延を下記の(1) 式を満たす条件で行うとともに、焼戻し処理を１０〜３０体積％の水蒸気を含む温度５００〜７００℃の雰囲気中で行うデスケール性と耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法。
【００１５】
０．００１７Ｔ−０．２≦λ≦０．０１２Ｔ−７．０・・・・ (1)
ただし、Ｔは絞り定径圧延機出側の管温度で７００〜１０００℃、λは延伸比で絞り定径圧延前の管長さＬ₀（ｍ）と圧延後の管長さＬ（ｍ）との比（Ｌ／Ｌ₀）とする。
【００１６】
上記の本発明は、以下に述べる知見に基づいて完成させた。すなわち、本発明者等は、上記の課題を達成すべく鋭意研究した結果、以下のことが判明した。
【００１７】
穿孔圧延して得られた中空素管の内外面に生成したミルスケールのうち、内面のミルスケールはマンドレルミルによる延伸圧延時にマンドレルバーと管内面との接触、外面のミルスケールはマンドレルミルを構成する孔型ロールとの接触によって摩滅し、いずれもほぼ消失する。
【００１８】
しかし、ストレッチレデューサーによる絞り定径圧延に先立って施す１０００℃程度への再加熱によって、管の内外表面には再度厚さの厚いミルスケールが生成する。
【００１９】
再加熱時に生成した厚さの厚いミルスケールのうち、外面のミルスケールは、マンドレルミルの場合と同様に、ストレッチレデューサーを構成する孔型ロールとの接触によって摩滅し、ほぼ消失する。これに対し、内面のミルスケールは、ストレッチレデューサーが内面規制工具を有しないので摩滅することがなく、最終製品の管内面ミルスケールとなって残る。
【００２０】
そして、絞り定型圧延において、再加熱時に生成した厚さの厚いミルスケールに割れや剥離が生じると、ミルスケール自体の塑性流動が阻害され、その結果として厚さの厚いミルスケールがその厚さを保ったまま次工程に持ち越され、これが原因でショットブラスト処理時におけるミルスケールのデスケール性が劣ることが判明した。
【００２１】
また、割れや剥離が生じた厚さの厚いミルスケールの割れ発生部分および剥離発生部分では、地金が大気に露出するのを抑制する環境遮断効果がなく、これが原因でミルスケール付き製品とした場合における耐食性（耐発錆性）が劣ることが判明し、そのミルスケールは絞り定型圧延後においてその厚さができるだけ薄く、しかも割れや剥離脱落部分が存在しないミルスケールにする必要があることがわかった。
【００２２】
そこで、厚さができるだけ薄く、しかも割れや剥離脱落部分が存在しないミルスケールを得るために数多くの製造実験を行った。その結果、割れや剥離は絞り定径圧延時におけるミルスケールの変形能に依存しており、絞り定径圧延機（ストレッチレデユーサー）出側の管温度をＴ（℃）、絞り定径圧延前の管長さをＬ₀（ｍ）、圧延後の管長さをＬ（ｍ）とした時、Ｔを７００〜１０００℃とし、かつＬ／Ｌ₀ で定義される延伸比λを下記の(1) 式を満たす範囲に設定して絞り定径圧延すれば、その圧延中にミルスケールが剥離脱落したり割れずに均一に塑性変形し、割れや剥離脱落部分が存在しない厚さの薄い均一厚さのミルスケールが得られることを知見した。
【００２３】
０．００１７Ｔ−０．２≦λ≦０．０１２Ｔ−７．０・・・・ (1)
ただし、上記の絞り定型圧延の後に放冷による直接焼入れ処理に引き続いて焼戻し処理を施した場合、ミルスケール付き製品については特に問題ないが、ミルスケールを除去した製品の表面に脱クロム層が存在するものがあり、その製品の耐食性が劣ることが判明した。
【００２４】
このため、その原因の究明に努めた結果、上記の焼戻し処理時に絞り定径圧延機で塑性変形したミルスケールと地金界面との間にＣｒ₂Ｏ₃を主体とする酸化物層が形成され、これが原因でＣｒ₂Ｏ₃を主体とする酸化物層直下に脱Ｃｒ層が生じ、ショットブラスト処理によるミルスケール除去時の地金除去不足部分の脱クロム層が表面に現れることがわかった。
【００２５】
上記焼戻し処理時に発生する脱Ｃｒ層は、加熱雰囲気の酸化性を高めることにより、Ｃｒ₂Ｏ₃ではなくＦｅとＣｒの複合酸化物（（Ｆｅ，Ｃｒ）₃Ｏ₄）を形成させることでその発生を防ぐことができる。
【００２６】
そこで、Ｃｒ₂Ｏ₃ではなくＦｅとＣｒの複合酸化物（（Ｆｅ，Ｃｒ）₃Ｏ₄）を形成させることができ、しかもミルスケールの増厚化が抑制できる条件を見いだすべく、数多くの実験を行った。その結果、水蒸気濃度が１０〜３０体積％の雰囲気中で５００〜７００℃に加熱すれば、絞り定径圧延機で塑性変形したミルスケール直下の地金表面に脱Ｃｒ層が存在せず、かつミルスケールの増厚化が抑制されることを知見した。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法において、その製造条件を前記のように定めた理由について詳細に説明する。
【００２８】
まず、本発明で対象とするマルテンサイト系ステンレス鋼のＣｒ含有量を９質量％以上と定めたのは、次の理由による。すなわち、Ｃｒ含有量が９質量％未満では、焼戻し処理時に脱Ｃｒ層が形成されることがないためである。
【００２９】
なお、上記のマルテンサイト系ステンレス鋼は、Ｃｒ含有量を９質量％以上であればどのようなものであってもよい。
【００３０】
次に、製造条件について説明するが、素材のビレット加熱、穿孔圧延および絞り定径圧延に先立つ再加熱については、特別な条件はなく、従来の技術の欄で述べたような条件、すなわち常法に従って行えばよい。
【００３１】
ただし、再加熱後の絞り定径圧延は、前述したように、絞り定径圧延機（ストレッチレデユーサー）出側の管温度をＴ（℃）、絞り定径圧延前の管長さをＬ₀（ｍ）、圧延後の管長さをＬ（ｍ）とした時、Ｔを７００〜１０００℃とし、かつＬ／Ｌ₀ で定義される延伸比λを下記の(1) 式を満たす範囲に設定して絞り定径圧延する必要がある。
【００３２】
０．００１７Ｔ−０．２≦λ≦０．０１２Ｔ−７．０・・・・ (1)
その理由は、次の通りである。すなわち、延伸比λが（０．００１７Ｔ−０．２）未満では、上記の再加熱時に管内面に生成した厚さの厚いミルスケールの伸縮変形が十分に起こらず薄膜化が不十分であり、厚いミルスケールが部分的に多く残存し、デスケール性が悪化する。逆に、延伸比λが（０．０１２Ｔ−７．０）を超えると、ミルスケールの高温変形能では管母材のマルテンサイト系ステンレス鋼の塑性変形についていけず、加工中にミルスケールに割れや剥離が発生する。そのため、剥離の発生に伴って厚さの厚いミルスケール部分が多くなり、デスケール性が悪化する。また、ミルスケールの環境遮断効果が損なわれ、ミルスケール付き製品では、ミルスケールの直下に脱Ｃｒ層が存在する場合、耐食性が劣化する。
【００３３】
一方、絞り定径圧延機出側の管温度Ｔが７００℃未満では、ミルスケールの高温変形能が不足してミルスケールの均一変形が阻害され、厚さの厚いミルスケール部分が多くなってデスケール性が悪化する。また、絞り定径圧延機出側の管温度Ｔが１０００℃を超えると、加工中に２次ミルスケールの発生が激しくなってミルスケール厚さが著しく厚くなり、デスケール性が悪化する。
【００３４】
なお、上記の再加熱時に管外面に生成した厚さの厚いミルスケールは、前述したように、絞り定型圧延機であるストレッチレデューサーを構成する孔型ロールとの接触によって摩滅し、ほぼ消失する。
【００３５】
上記のようにして絞り定径圧延されたマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管には、放冷による直接焼入れ処理を施した後に焼戻し処理を施すが、その焼戻し処理は、１０〜３０体積％の水蒸気を含む雰囲気中において５００〜７００℃で行う必要がある。その理由は、次の通りである。
【００３６】
すなわち、雰囲気中の水蒸気濃度が１０体積％未満であると、母材の表面にＣｒ₂Ｏ₃が生成し、これに伴って母材表層部に脱Ｃｒ層が形成され、環境遮断効果が損なわれたミルスケール付き製品およびミルスケール除去製品の耐発錆性が確保できない。逆に、雰囲気中の水蒸気濃度が３０体積％を超えると、脱Ｃｒ層は生じないものの、部分的なミルスケール成長が促進されてミルスケール中に厚さの厚い部分が形成され、デスケール性が劣化する。
【００３７】
一方、焼戻し温度が５００℃未満では、安定した強度が得られなくなり、逆に７００℃を超えると、十分に焼戻し処理されない。
【００３８】
なお、放冷による直接焼入れ処理条件は、特に定めないが、焼入れ温度が９００℃未満では十分な焼入れ効果が得られないので、その焼入れ温度は９００℃以上とするのが好ましい。
【００３９】
上記焼戻し処理後のマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管は、ミルスケール付きままの製品管として出荷されるか、または、少なくと管内面のミルスケールが除去された製品管として出荷される。管内面のミルスケール除去は、酸洗処理法またはショットブラスト処理法のいずれの方法によってもよいが、ショットブラスト処理法による方が経済的である。
【００４０】
【実施例】
表１に示す化学組成を有するＡＰＩ規格に規定される１３Ｃｒ鋼（マルテンサイト系ステンレス鋼）からなる外径１９２ｍｍ、長さ６０００ｍｍの中実丸ビレットを準備した。
【００４１】
【表１】

【００４２】
準備した中実丸ビレットは、これを回転炉床式の加熱炉に装入して１１００〜１２００℃の温度範囲に加熱し、マンネスマンピアサーによって外径１４０ｍｍ、肉厚１０ｍｍ、長さ７３００ｍｍの中空素管に成形し、次いでマンドレルミルにより外径１００ｍｍ、肉厚５ｍｍ、長さ２０ｍの仕上げ用素管に成形した。
【００４３】
仕上げ用素管は、これを再加熱炉に装入して１１００℃に２０分間加熱保持した後、ストレッチレデユサーに供して表２に示す種々の条件で絞り定径圧延するとともに、絞り定径圧延後の鋼管に放冷による直接焼入れ処理を施し、次いで表２に示す種々条件の焼戻し処理を施した。
【００４４】
【表２】

【００４５】
得られた各鋼管の一部は、その管内面ミルスケールのデスケール性を調べるために、アルミナ粒子を用いたショットブラスト処理試験に供し、脱スケールレベルがＩＳＯ規格の８５０１−１に規定されるＳａ２−１／２になるまでに要した時間を測定し、１時間当たりに処理可能な処理本数を求めることで、そのデスケール性を評価した。
【００４６】
また、上記の脱スケール品と非脱スケール品とを対象に、塩化ナトリウム濃度が５％の水溶液中に５分間浸漬後、野外に暴露する発錆試験を行い、管内面に錆が発生するまでに要した日数を調べることで、その耐食性（耐発錆性）を評価した。
【００４７】
さらに、各鋼管の母材表層部のＣｒ濃度を測定することによって、脱Ｃｒ層の発生の有無も併せて調べた。
【００４８】
以上の調査結果を、表２に併せて示した。
【００４９】
表２に示す結果から明らかなように、本発明の方法に従って製造して得られた製品管（試番４〜１２）の管内面ミルスケールは、デスケール性に優れていた。また、その製品管は管内面ミルスケールの除去有無にかかわらず、耐食性（耐発錆性）が良好であった。
【００５０】
これに対し、絞り定径圧延条件または焼戻し処理条件のいずれかが本発明で規定する条件を外れる方法に従って製造して得られた製品管（試番１〜４および１３〜１８）は、デスケール性または耐食性（耐発錆性）のいずれかが一方または両方が不芳であった。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、管内面の耐食性、具体的には耐発錆性に優れた管内面ミルスケール付きのマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管を確実に製造することができる。また、管内面のミルスケール除去製品管を得る場合には、そのミルスケールのデスケール性が優れるので高能率に除去でき、安価な管内面ミルスケール除去製品管を提供できる。

Claims

ビレット加熱、穿孔圧延、延伸圧延、再加熱、絞り定径圧延、放冷による直接焼入れ処理および焼戻し処理の各工程を順次経るＣｒ含有量が９質量％以上のマルテンサイト系ステンレス鋼からなる継目無鋼管の製造方法において、前記の絞り定径圧延を下記の(1) 式を満たす条件で行うとともに、焼戻し処理を１０〜３０体積％の水蒸気を含む温度５００〜７００℃の雰囲気中で行うことを特徴とするデスケール性と耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法。
０．００１７Ｔ−０．２≦λ≦０．０１２Ｔ−７．０・・・・ (1)
ただし、Ｔは絞り定径圧延機出側の管温度で７００〜１０００℃、λは延伸比で絞り定径圧延前の管長さＬ₀（ｍ）と圧延後の管長さＬ（ｍ）との比（Ｌ／Ｌ₀）とする。