JP4311403B2 - 継目無鋼管製造用素管とその製造方法 - Google Patents
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Description
加工発熱を抑えて穿孔圧延を行うには、通常、傾斜ロールの回転数を落として材料の歪速度を下げるか、あるいは穿孔肉厚を厚くする方法が採られる。
更に、その「実施例」ではプラシティシン(plasiticine)のシミュレーションが行われているが、このとき穿孔後の素管の肉厚/外径の比率(t/d比率)は15%であり、かなりの厚肉である。
また、非特許文献1の第370〜373頁にもSUS316Lを実際の生産ラインに用いるピアサにて穿孔した例が報告されているが、この報告においても、穿孔素管の内面疵を防止するためには傾斜ロールの周速を低下させると共に1190℃以下のビレット加熱温度に制御する必要があるとされており、特許文献1に開示された方法と同様の問題がある。
即ち、前述したように、オーステナイト系ステンレス鋼製継目無鋼管を実際の生産ラインで安定製管するためには、ピアサより下流の圧延機に可能な限り薄肉の穿孔素管、すなわち、炭素鋼製の鋼管を製造する場合と同じ程度に薄肉の素管を高温で供給してピアサより下流の圧延機での圧延を安定させることが必要である。
さらに、本発明者らは、オーステナイト系ステンレス鋼の穿孔圧延で問題となる“粒界溶融”のもう一つの要因である加工発熱に着目し、実際の生産ラインに十分適用できる条件で加工発熱量を低減する対策の有無について研究を重ねた。
Q=C×W 〔C:定数〕 ・・・(1)
従って、塑性仕事Wを抑制することが加工発熱量Qを低減し、ひいては粒界溶融を低減することにつながる。
ここで、塑性仕事Wは、下記の式(2)で表されるように材料の相当応力を相当歪で積分した値である。
ε:相当歪
即ち、相当歪は、レーピー・ミーゼスの式から、剪断歪を無視すれば下記の式(3)によって求められる。
yo:ビレット半径
zo:ビレット長
x :(素管外径+素管内径)×π/2
y :素管肉厚
z :素管長さ
εx+εy +εz=0 ・・・(7)
本発明者らは、「強いロール加圧力で素管の外径を規制しつつ長手方向に延伸を行う穿孔圧延に代えて、素材ビレット径に対する素管外径の比(拡管比)を大きくした穿孔圧延を実施すると、t/d比率を小さくすることができると共に、相当歪を比較的小さくできるのではないか」との考えに立って、“素管肉厚を厚くして相当歪の増大を抑える穿孔圧延”に代えて“厚肉策を採らずに素管外径を大きくする穿孔圧延”、つまり拡管穿孔圧延を実施した場合に材料に加わる相当歪を前記式を用いて計算してみた。
すなわち、拡管比を大きくすると外径が小さく長いビレットが必要となる。これは同一寸法の素管を得ることが前提であるから、体積を保つために必然である。したがって、拡管比を大きくして同一寸法の素管を得る場合、ひずみの三成分のうち円周方向成分は大きくなるが、肉厚方向と長手方向成分の二つは共に小さくなる。拡管比を大きくした場合、収支として相当歪みが大きくなるか小さくなるかは、上述のように計算によって求めることができる。
すなわち、上述の通り、拡管穿孔することによって相当歪みが小さくなる。したがって、相当歪みが同じ場合には、拡管穿孔の方がより加工度の大きい薄肉の素管、すなわち、t/dの小さな素管となるのである。
この実験では、1250℃に加熱したSUS316鋼からなるオーステナイト系ステンレス鋼ビレットを、モデルミルによって長さ3mの素管(シェル)に穿孔圧延した後、300mmピッチで素管を輪切りにし、更に図4で示したように縦割りすることによって、粒界溶融起因の内面疵の有無を確認した。そして、内面疵だけでなく、材料の切断面に欠陥が認められた場合にも「内面疵あり」と判定した。
また、表1は、実験装置であるモデルミルの穿孔条件を示したものである。
表2に示す化学組成のSUS316相当オーステナイト系ステンレス鋼からなるビレットを素材とし、そのP含有量と拡管比(穿孔後素管の外径/ビレットの径)を表3に示すように種々変えて穿孔圧延を行った。
この結果の1例を表3に併せて示す。
「実験1」と同じく表2に示す化学組成のSUS316相当オーステナイト系ステンレス鋼からなるビレットを素材とし、表4に示す条件にて穿孔圧延を行った。
この結果を表4に併せて示す。
表2に示す化学組成のSUS316相当オーステナイト系ステンレス鋼からなるビレットを素材とし、そのS含有量と拡管比を表5に示すように種々変えて穿孔圧延を行った。
この結果を表5に併せて示す。
その関係式は、次の式(10)の通りであった。
図5からも明らかなように、上記の式(10)は、図5中の円錐状領域を示す式であって、粒界溶融を抑えることができる領域は円錐を1/4に切ったような領域となる。
そして、S含有量及びP含有量を規制したオーステナイト系ステンレス鋼ビレットを前記式(10)の条件で穿孔圧延して得られた素管を用い、これを一般の継目無鋼管の製造工程に従って圧延して製管すると、品質の良好なオーステナイト系ステンレス鋼製継目無鋼管が安定して得られることも確認した。
(1)オーステナイト系ステンレス鋼の継目無鋼管を製造するための素管であって、前記素管を構成する鋼中のP含有量が0.040質量%以下でかつS含有量が0.020質量%以下であると共に、拡管比Hが、1.15以上の範囲内にあるとともに、下記式を満足する条件の傾斜穿孔圧延履歴を有しており、穿孔圧延ままで内面疵の見られないことを特徴とする継目無鋼管製造用素管。
(8)上記(4)記載の製造方法により継目無鋼管製造用素管を製造し、次いで、得られた素管に製管圧延を行い、次いで整形圧延を行うことを特徴とする、高合金鋼継目無鋼管の製造方法。
なぜなら、鋼中のP含有量が0.040質量%を超えたりS含有量が0.020質量%を超えたりすると、穿孔圧延時に粒界溶融を起こして素管の内面疵を生じやすくなり、この内面疵のために健全な継目無鋼管の安定製造が困難となる。この傾向は、特に比較的高い温度に出発素材である鋼ビレットを加熱してt/d比率が低い薄肉素管を穿孔圧延する際に著しい。
拡管比Hが前記の式(10)で規定される条件を満たさない場合は、穿孔圧延によって内面疵の無い鋼素管(とりわけ低t/d比率の素管)を得ることができない。しかるに、“P含有量が0.040質量%以下でかつS含有量が0.020質量%以下であると共に拡管比Hが前記の式(10)を満足する条件の穿孔圧延履歴(傾斜穿孔圧延履歴)を有してなる鋼素管”を用い、これを圧延して継目無鋼管の製管を行うと、このような素管は薄肉であっても粒界溶融等に起因した内面疵が発生していないので、健全なオーステナイト系ステンレス鋼製継目無鋼管を得ることができる。
一方、拡管比が2を超えると、素管の膨らみが大きくなり過ぎてロールと外面規制工具であるディスク又はガイドシューの隙間に素材が噛み出して破れる現象が起きやすくなり、圧延トラブルの原因となりがちである。
1200℃ ≦ T ≦ 1290℃
Dr(mm)、ロール回転数をN(rpm)とした場合、下記式(11)を満足する範囲とするのが好ましいことも実験により把握された。
表6に示す化学組成のSUS321あるいはSUS347相当の各オーステナイト系ステンレス鋼ビレットを1250℃に加熱した後、傾斜穿孔圧延機(ピアサミル)によって穿孔圧延を行い、同じく表6に示した外径並びに肉厚の素管(シェル)を製造した。
この調査結果を表6に併せて示す。
Claims (11)
- 前記オーステナイト系ステンレス鋼が、Al、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Nb、Si、Ti、W、V、およびZrの少なくとも1種を合計で10質量%以上含有するものである、請求項1記載の素管。
- 鋼中のP含有量が0.020質量%以下、S含有量が0.005質量%以下である、請求項1記載の素管。
- 鋼中のP含有量が0.020質量%以下、S含有量が0.005質量%以下である、請求項2記載の素管。
- 穿孔圧延により製造される素管であって、穿孔圧延後の素管肉厚をt、同じく素管の外径をdとするとき、t/d比が7%以下である請求項4記載の素管。
- 前記オーステナイト系ステンレス鋼が、Al、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Nb、Si、Ti、W、V、およびZrの少なくとも1種を合計で10質量%以上含有するものである、請求項6記載の素管の製造方法。
- ビレットの加熱温度を1200℃以上で、穿孔圧延後のt/d比(t:穿孔圧延後の素管肉厚、d:素管の外径)が7%以下となる条件で傾斜穿孔圧延を行う請求項6記載の素管の製造方法。
- 請求項1記載の継目無鋼管製造用素管に製管圧延を行い、次いで整形圧延を行うことを特徴とする、高合金鋼継目無鋼管の製造方法。
- 請求項6記載の製造方法により継目無鋼管製造用素管を製造し、次いで、得られた素管に製管圧延を行い、次いで整形圧延を行うことを特徴とする、高合金鋼継目無鋼管の製造方法。
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