JP4734724B2

JP4734724B2 - 継目無鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP4734724B2
Application number: JP2001024841A
Authority: JP
Inventors: 高明豊岡; 由紀夫宮田; 光男木村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: JP2002224711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、継目無鋼管の製造方法に係り、とくにステンレス鋼などの難加工性材料製継目無鋼管の内面および内質性状の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、継目無鋼管の製造には、マンネスマン方式の製管法が広く用いられている。このマンネスマン方式による継目無鋼管の製造方法は、所定の温度に加熱した圧延素材（丸ビレット）を、まず穿孔圧延機による穿孔圧延工程を経て中空素材としてのち、エロンゲータ、プラグミル、またはマンドレルミル等の延伸圧延機で拡管し肉厚を減じ、さらに必要に応じ再加熱したのちストレッチレデューサ、サイザ等の絞り圧延機により主として外径を減少し所定寸法の継目無鋼管とする方法である。
【０００３】
一般に、圧延素材としては、連続鋳造された丸ビレットをそのまま使用するか、あるいは連続鋳造製スラブを熱間圧延により丸形状としたビレット（丸ビレット）が使用されている。
圧延素材である丸ビレットは、穿孔圧延工程で、その断面中央部をプラグで穿孔され中空素管とされる。その際、中空素管内面に欠陥が発生する場合がある。これは、使用する丸ビレットが連続鋳造製の場合は、丸ビレットの断面中央部は、連続鋳造時の最終凝固位置とほぼ一致し、そのため、断面中央部近傍にはキャビティ、ポロシティや中心偏析が存在する（図２（ａ））。また、連続鋳造製スラブを熱間圧延により丸ビレットとした場合も、連続鋳造製スラブの板厚中央部近傍が最終凝固位置となるため、同様に丸ビレット断面中央部近傍にキャビティ、中心偏析が存在することになる（図２（ｂ）。穿孔時に、これらポロシティ、キャビティ、中心偏析を起因として、中空素管内面に欠陥が発生するとされる。とくに、難加工材であるステンレス鋼でその発生頻度が高いという問題がある。
【０００４】
このような継目無鋼管の内面欠陥を防止する方策として、まず、圧延素材の中心偏析を軽減することが考えられる。
中心偏析を軽減する方法としては、従来から多数提案されており、例えば、
▲１▼Ｓ、Ｐ等の偏析成分の低減、
▲２▼連続鋳造時の溶鋼温度（溶鋼過熱度）の低下、
▲３▼鋳型内溶鋼の電磁攪拌、
▲４▼鋳片の鍛圧、
▲５▼鋳片の均熱熱処理、
等がある。しかしながら、現在までのところ、これらの対策を施すことにより、中心偏析の軽減はできても、中心偏析を完全には解消するまでに至っておらず、とくに難加工性材料の継目無鋼管において、依然としてポロシティ、キャビティ、中心偏析起因の内面欠陥が発生するという問題が残されていた。
【０００５】
これとは別に、特開平8-52555 号公報には、丸ビレット連鋳において、鋳片の最終凝固位置を鋳片中心より鋳片径の１％〜３％ずらせた丸ビレットを、圧延温度に加熱し丸ビレット中心をセンターとして穿孔圧延し、中空素管を製造する、内面疵のない継目無鋼管の製造方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平8-52555 号公報に記載された技術では、内面疵の発生は防止することができても、鋼管肉厚内部に二枚板状の欠陥が生じやすくなるという問題がある。
鋳片中心から鋳片径の１〜３％ずれた位置は、プラグによる穿孔時に厳しい剪断変形を受ける箇所であり、そのような位置に強い偏析やポロシティ、キャビティが存在すると、ポロシティ、キャビティの圧着ができないうえ、強い偏析部が割れるなどして、二枚板状の欠陥となると考えられる。（図３）
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、内面性状および内質性状に優れた継目無鋼管の製造方法を提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、圧延素材の中心偏析位置と二枚板状欠陥の発生との関係について鋭意研究した。その結果、本発明者らは、次（１）式
Ｐ（％）＝（Δｄ／Ｄ）×100 ……（１）
（ここで、Ｐ：偏析変位度（％）、Δｄ：圧延素材（丸ビレット）の厚さ中心からの偏析位置（mm）、Ｄ：圧延素材（丸ビレット）の全厚（外径）（mm））
で定義される偏析変位度Ｐを５〜40％とすることにより、鋼管の内面性状および内質性状がともに改善されることを見いだした。
【０００８】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加え完成されたものである。
すなわち、本発明は、連続鋳造製スラブを熱間圧延により丸ビレットとし、ついで該丸ビレットを所定の温度に加熱し穿孔圧延して中空素管としたのち、該中空素管を延伸圧延、あるいはさらに絞り圧延して所定寸法の鋼管とする継目無鋼管の製造方法において、前記丸ビレットとして、最終凝固位置を板厚方向中央から板厚の22〜25％だけ表面側または裏面側にずらした位置とした連続鋳造製13Cr鋼スラブに熱間圧延を施して得た、次（１）式
Ｐ（％）＝（Δｄ／Ｄ）×100 ……（１）
（ここで、Ｐ：偏析変位度（％）、Δｄ：丸ビレット厚さ中心からの偏析位置（mm）、Ｄ：丸ビレット全厚（外径）（mm））
で定義される偏析変位度Ｐ（％）が25％である丸ビレットを使用することを特徴とする内面性状および内質性状に優れた13Cr鋼継目無鋼管の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では、まず、所望の組成の溶鋼を、連続鋳造法によりスラブとする。得られた連続鋳造製スラブを、さらに熱間圧延により丸ビレットとし、継目無鋼管用圧延素材とする。
本発明で使用する連続鋳造製スラブでは、最終凝固位置を板厚方向中央から板厚の５〜25％だけ表面側または裏面側にずらした位置とすることが好ましく、これにより、圧延素材である丸ビレット断面でのキャビティ、ポロシティ、偏析が、穿孔位置から大きく外れて、内面性状の劣化、および内質性状の低下を防止できる。
【００１０】
スラブの最終凝固位置を板厚方向中心からずらす方法としては、例えば、連続鋳造鋳型から出た鋳片の冷却（二次冷却）を、鋳片の表裏面で不均等とする、すなわち、表面側または裏面側の冷却を他方より強くあるいは弱くすることにより達成できる。
鋳型内に注入された溶鋼は、鋳型面からの抜熱により鋳型面に接した表層から凝固し、凝固殻を形成したのち鋳型から引き抜かれる。鋳型から出たのちも、水スプレー等の二次冷却により冷却されて、さらに凝固殻を発達させながら、順次凝固する。最終凝固位置は、表裏面からの冷却が均一であれば、スラブ板厚方向のほぼ中央部となる。本発明では、二次冷却を、鋳片の表裏面で不均等にし、最終凝固位置を板厚方向中央から板厚の５〜25％だけ表面側または裏面側にずらした位置とする。最終凝固位置のずらし量が板厚の５％未満では、穿孔圧延時に剪断変形が作用して最終凝固位置に存在するキャビティ、偏析等の圧着が不十分となり、二枚板状の欠陥が生じやすくなる。一方、ずらし量が、板厚の25％を超えると、スラブの反りや割れという実機操業上の困難を伴う。
【００１１】
このように、最終凝固位置を板厚方向中央からずらしたスラブを、さらに熱間圧延により、所定寸法の丸ビレットとする。また、大径の丸ビレットを偏芯させて切削などの加工により、偏析を中心部からずらした丸ビレットとしてもよい。
このような方式により、次（１）式
Ｐ（％）＝（Δｄ／Ｄ）×100 ……（１）
（ここで、Ｐ：偏析変位度（％）、Δｄ：丸ビレット厚さ中心からの偏析位置（mm）、Ｄ：丸ビレット全厚（外径）（mm））
で定義される偏析変位度Ｐ（％）が５〜40％である丸ビレットとすることができる。偏析変位度Ｐの定義を図４に図示する。
【００１２】
偏析変位度Ｐを５〜40％の範囲とすることにより、穿孔圧延時に、キャビティ、偏析の存在領域を内面から外し内面欠陥の発生を防止し内面性状を向上させ、さらに、穿孔圧延時に、キャビティ、偏析の存在領域における剪断変形を小さくでき、それにより二枚割れの発生を防止して内質性状を向上させることができる。
【００１３】
Ｐが５％未満では、キャビティ、偏析の存在位置が、穿孔時、大きな剪断変形が生じる領域に相当して、内面欠陥および鋼管肉厚内部に二枚割れの発生が懸念される。一方、Ｐが40％を超える偏析等のずらしは、逆に外面の欠陥を助長してしまう。
このようなことから、丸ビレットでの偏析変位度Ｐは、５〜40％に限定した。なお、好ましくは５〜25％である。
【００１４】
上記した偏析変位度Ｐを有する丸ビレットを、ついで所定の温度に加熱し穿孔圧延して中空素管とする。加熱温度は、1200〜1300℃の範囲とするのが好ましく、1200℃未満では、変形抵抗が大きくなり、圧延が困難となり、一方、1300℃を超えると、δフェライトや粒界溶融により熱間加工性が低下したり、酸化スケール発生量が大きくなるという問題が生じる。穿孔圧延の条件はとくに限定されず、通常公知の条件で何ら問題はない。
【００１５】
ついで、該中空素管を、必要に応じ再加熱し、マンドレルミル、プラグミル等の延伸圧延機を利用して、所望の寸法に拡管し、肉厚を減少する。延伸圧延の条件は、本発明ではとくに限定する必要はなく、通常公知の条件で何ら問題はない。
延伸圧延を施された継目無鋼管は、必要に応じさらに再加熱して絞り圧延を施される。絞り圧延は、ストレッチレデュサー、サイザー等の絞り圧延機を利用し、外径を縮径し、所定寸法の製品鋼管とされるのが好ましい。絞り圧延の条件は、通常のパススケジュールどおり圧延すればよく、本発明ではとくに限定する必要はない。
【００１６】
【実施例】
表１に示す組成の溶鋼を、転炉で溶製し、さらに真空精錬を施したのち、連続鋳造法で板厚：260mm のスラブとした。連続鋳造に際して、二次冷却帯のスラブ表面側の水量密度とスラブ裏面側の水量密度の比を変化させた。なお、得られるスラブをガス切断し、断面を研摩、エッチングして、マクロ組織を観察することにより、最終凝固位置を確認した。
【００１７】
得られたスラブを、さらに熱間圧延により、140 〜260 mmφの丸ビレットに圧延した。一部については大径のビレットから偏芯させて切削加工により、小径のビレットとし、偏析変位度Ｐを５〜45％の範囲となるようにした。得られた丸ビレットの断面を、研摩、エッチングして、マクロ組織を観察することにより、キャビティ、偏析位置を確認し、前記（１）式により、偏析変位度Ｐを算出した。
【００１８】
このような丸ビレットを、1250℃に加熱したのち、マンネスマン・プラグミルにより、穿孔圧延し、中空素管とし、ついで、マンドレルミル圧延機により延伸圧延を行い、110 〜172mm φ（肉厚：８mm）の鋼管とし、ついで、ストレッチレジューサ（絞り圧延機）により継目無鋼管（製品鋼管）とした。
得られた製品鋼管の内面、外面および鋼管肉厚内部の性状について、目視、および超音波探傷、磁粉探傷により欠陥を調査した。内外面性状、内質性状の評価は、製品鋼管100 ｍ当たりの内面疵、二枚割れ個数で評価した。（従来例を100 として、それに対する比率で評価した。）
その結果を表２に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
本発明例はいずれも、難加工性材料においても、内面疵の発生が防止でき、さらに二枚割れ等の鋼管肉厚内部の欠陥発生の防止もでき、従来例にくらべ、内面性状、内質性状および外面性状の評価が格段に向上している。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、内面疵の発生あるいは肉厚内部に割れの発生が認められる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、内面疵の発生は勿論、肉厚内部での二枚割れ等の内部欠陥の発生を防止でき、継目無鋼管の歩留り向上、生産性の向上が可能となり、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における、最終凝固位置と穿孔位置との関係、内部欠陥位置との関係を模式的にしめす説明図である。
【図２】従来例における、最終凝固位置と穿孔位置との関係、内部欠陥位置との関係を模式的にしめす説明図である。
【図３】従来例における、最終凝固位置と穿孔位置との関係、内部欠陥位置との関係を模式的にしめす説明図である。
【図４】偏析変位度Ｐの定義を説明する説明図である。

Claims

連続鋳造製スラブを熱間圧延により丸ビレットとし、ついで該丸ビレットを所定の温度に加熱し穿孔圧延して中空素管としたのち、該中空素管を延伸圧延、あるいはさらに絞り圧延して所定寸法の鋼管とする継目無鋼管の製造方法において、前記丸ビレットとして、最終凝固位置を板厚方向中央から板厚の22〜25％だけ表面側または裏面側にずらした位置とした連続鋳造製13Cr鋼スラブに熱間圧延を施して得た、下記（１）式で定義される偏析変位度Ｐ（％）が25％である丸ビレットを使用することを特徴とする内面および内質性状に優れた13Cr鋼継目無鋼管の製造方法。
記
Ｐ（％）＝（Δｄ／Ｄ）×100 ……（１）
ここで、Ｐ：偏析変位度（％）
Δｄ：丸ビレット厚さ中心からの偏析位置（mm）
Ｄ：丸ビレット全厚（外径）（mm）