JP4894855B2 - 継目無管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、継目無管の製造技術に属するものであり、特に高強度かつ高靱性の継目無管を製造する方法に関する。

大きな設備を有し、多量のエネルギーを消費する鉄鋼産業においては、省プロセスおよび省エネルギーを目的に、工程の連続化の必要に迫られている。たとえば、継目無管の分野では、従来、別のラインに設けた設備で行っていた熱処理（焼入れ、焼戻し等）を圧延工程に引き続いて行う技術が検討されている。

この工程の連続化の実現においては、継目無管は、製品の信頼性の要求がきわめて厳しいことから、工程条件を慎重に選定する必要がある。下記の特許文献は、省エネルギーの観点からの工程条件が開示している。

再公表特許公報ＷＯ９６／１２５７４ 特開平８−３１１５５１号公報 特開２００１−２４０９１３号公報

ところが、上記の特許文献に示されるような技術では、なお製品の結晶粒が粗大であるため、高品質の要求、特に靱性の要求に対応し難いことが明らかになった。

本発明の目的は、穿孔圧延工程から熱処理まで連続する工程で継目無管を製造する方法を提供することにある。

本発明者は、前記の特許文献１〜３に示されるような従来の技術を詳しく検討し、連続工程で製造される製品の組織が十分に微細化されないことが分かった。即ち、連続工程で製造される継目無管にとって、組織を微細化する製造方法が必須であることを見出した。

上記の知見を基礎とし、穿孔圧延工程から熱処理までの各条件を最適に選定して、本発明を完成した。本発明は、下記の継目無管の製造方法を要旨とする。

穿孔圧延工程、延伸圧延工程、定径圧延工程、再加熱工程、焼入れ工程および焼戻し工程を備え、継目無管の温度が６００℃以上８００℃未満となる条件で前記定径圧延工程を終了させ、前記再加熱工程において４００℃以上の継目無管を再加熱炉に装入し、Ａｃ_３変態点以上１０００℃以下の温度に再加熱することを特徴とする継目無管の製造方法。

本発明によれば、穿孔圧延工程から熱処理まで連続する工程において、高強度で高靭性な継目無管を製造できる。

図１は、本発明方法を実施するためのライン構成を示す図である。図示のとおり、ビレット加熱炉１から矯正機８まで、連続した一つのライン上に配置されている。この図を引用しながら本発明方法の各工程について説明する。

（１） 穿孔圧延工程、延伸圧延工程および定径圧延工程
ビレットは、加熱炉１で加熱され、穿孔機、例えば傾斜ロール圧延機（ピアサー）２で穿孔圧延されてホローシェルとなる。穿孔圧延工程は、マンネスマン方式による穿孔圧延方法をはじめとして、その他の各種の穿孔方法を適用できる。穿孔圧延条件には特に制約はない。ビレットはインゴットから分塊圧延を経て製造されたものでもよく、また、例えば円形断面の鋳型を用いて連続鋳造された、いわゆる丸ビレットでもよい。

穿孔圧延されたホローシェルは、連続延伸圧延機３と定径圧延機４を用いて圧延される。それぞれマンドレルミルのような連続延伸圧延機、ならびにサイザー、ストレッチレデューサーのような定径圧延機である。

（２） 定径圧延終了時の継目無管の温度
この温度は、６００℃から８００℃未満の範囲としなければならない。その理由は次のとおりである。まず、定径圧延終了時の継目無管の温度が６００℃よりも低温になるような条件では、定径圧延設備に過大な負荷がかかって、定径圧延工程が困難となる。

一方、８００℃以上の高温になると、継目無管が次に述べる再加熱および「直接焼入れ−焼戻し」の熱処理を経ても、製品の結晶粒の微細化が不十分である。定径圧延工程終了時の継目無管の温度が６００℃から８００℃未満の範囲となるように調整できれば、製品の組織において粒成長が抑制されて、きわめて微細な結晶粒組織が得られ、後述の実施例に示すとおり、靱性その他の特性がきわめて優れた製品を得ることができる。

（３） 定径圧延工程後の冷却と再加熱
定径圧延後、継目無管は再加熱炉５で再加熱される。継目無管の温度は、定径圧延工程終了後から再加熱に移るまでの間に低下するが、その温度は４００℃から８００℃未満までの範囲となるようにする。言い換えれば、継目無管の温度が４００℃から８００℃未満の範囲にある間に、再加熱炉に装入しなければならない。

定径圧延後の継目無管の温度が４００℃よりも低下すると、製品の組織においてマルテンサイト変態が生じ、これが引き続いて行われる再加熱においてオーステナイトに逆変態するので、継目無管が曲がり、変形する。また、再加熱炉内に長く在炉させなければならないため、生産性を低下させるだけでなく、再加熱に要するエネルギー量も増大する。

なお、再加熱炉を一つのライン上に設置しておけば、定径圧延工程終了から再加熱に移るまでの間の継目無管の温度低下を僅少に抑制できる。また、定径圧延工程と再加熱炉とを結ぶ搬送設備に保温カバーを設けて継目無管の温度の低下を防止してもよい。

再加熱の温度は、Ａｃ_３変態点以上で、１０００℃以下の温度とする。望ましいのは８５０〜１０００℃である。Ａｃ_３変態点以上とするのは、製品の組織をオーステナイトとして、次工程の焼入れ工程に進めるためである。また、上限を１０００℃とするのは、これよりも高温で加熱すると、製品の組織中の結晶粒が粗大になって、焼入れ工程後の製品の靱性が低下するからである。なお、焼入れ工程の開始温度がＡｃ_３変態点未満になってしまうと、水冷前に製品の組織中にフェライトが析出してしまうため、十分に焼入れ硬化が得られず、製品の強度や靱性が低下する。再加熱温度の下限として８５０℃が望ましい理由は、上記の弊害を防止するためである。

加熱時間は、製品の肉厚等に応じて、製品の組織全体が均一なオーステナイトになるのに十分な時間とすればよい。

（４） 焼入れ工程と焼戻し工程
再加熱炉から取り出した継目無管は再加熱処理でＡｃ_３変態点以上になっているから、これを焼入れ装置６（例えば水冷装置）に直ちに投入して焼入れを施す。なお、厚肉の継目無管を均一に急冷するためには、継目無管の内外面を同時に冷却することが可能な急冷装置を使用するのが望ましい。

焼入れ後、焼戻し装置７で焼戻し処理を施す。その条件は、継目無管の材質および要求される性能に応じて決定すればよい。これらの熱処理の後、継目無鋼は矯正機８で矯正される。なお、この矯正処理は、オフラインで実施してもよい。

（５） 継目無管の化学組成
本発明方法で製造される継目無管の化学組成には特別な制約はない。一般に油井管やラインパイプとして用いられるあらゆる鋼種が使用できる。

Ｃが０．２７％、Ｓｉが０．２％、Ｍｎが０．６％、Ｃｒが０．６％、Ｍｏが０．０５％、Ｖが０．０５％で残部がＦｅと不純物である組成のビレットを使用し、図１に示した製造ラインで、外径１７７．８ｍｍ、肉厚１０．３６ｍｍの継目無管を製造した。ビレットの加熱温度、定径圧延工程終了時の継目無鋼の温度、再加熱炉装入時の継目無管の温度、再加熱および焼戻しの温度を表１に示すように変更した。なお、焼入れは、再加熱炉から継目無管を抽出した後、直ちに水冷することによって行った。得られた継目無管の結晶粒度番号（ＪＩＳ Ｇ ０５５１による）および機械的性質を表１に併記する。

表１に示すとおり、本発明で定める条件で定径圧延およびそれに続く熱処理を行ったＮｏ．１〜３の結晶粒度番号は７．５〜８．０であり、結晶が微細化されている。従って、その継目無管は、高強度でありながら靱性においても優れている。

一方、定径圧延終了時および再加熱炉装入時の継目無管の温度が、いずれも高すぎる比較例では、結晶粒が粗大化しているために、シャルピー衝撃試験の遷移温度が著しく高い。即ち、靱性が劣る。

本発明方法によれば、結晶粒が微細で機械的性質に著しく優れた継目無管が得られる。しかも、本発明方法では、ビレットの加熱から熱処理までの全ての工程が一つの製造ラインで連続的に行われるので、エネルギー消費が抑制され、製造コストが大きく削減される。本発明方法で製造される継目無管は、優れた低温靱性を要求される油井管等に好適である。

本発明方法を実施する設備列の一例を示す図である。

符号の説明

１．ビレット加熱炉、
２．傾斜ロール圧延機（ピアサー）、
３．連続延伸圧延機
４．定径圧延機、
５．再加熱炉、
６．焼入れ装置、
７．焼戻し装置、
８．矯正機

Claims (1)

1. 穿孔圧延工程、延伸圧延工程、定径圧延工程、再加熱工程、焼入れ工程および焼戻し工程を備え、継目無管の温度が６００℃以上８００℃未満となる条件で前記定径圧延工程を終了させ、前記再加熱工程において４００℃以上の継目無管を再加熱炉に装入し、Ａｃ_３変態点以上１０００℃以下の温度に再加熱することを特徴とする継目無管の製造方法。

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