JP7080639B2 - ステンレス鋼ストランドの製造方法及びステンレス鋼ストランド - Google Patents

Description

本発明は、ブルームを冷間硬化されたストランドへと冷間加工し、その後でストランドを焼鈍することによるステンレス鋼ストランドの製造方法に関する。

本発明はこれに加え、そのような方法によって製造されたステンレス鋼ストランドに関する。

ストランド状のステンレス鋼製品、即ち、とりわけ形材、棒、及び管はしばしば、本願ではブルームと言う半製品を本来のストランドへと冷間加工することによって製造される。

ブルームは、冷間加工の際にその寸法が変化するだけでなく、冷間硬化もする。

したがってステンレス鋼ストランドは冷間加工により、熱間加工によっては獲得できない特性を得る。冷間加工により、とりわけ、ほかの方式ではまったく達成できないか又は達成し難いような高い引張強度をもつストランドを製造することができる。これに対し、冷間加工されたステンレス鋼ストランドの伸びは、ほかの加工方法によって製造されたストランドと比べてどちらかというと小さい。

それゆえ本発明の課題は、高い引張強度も高い伸びも有するステンレス鋼ストランドの作製を可能にするステンレス鋼ストランドの製造方法を提供することである。加えて本発明の課題は、高い引張強度も高い伸びも有するステンレス鋼ストランドを提供することである。

前述の課題の少なくとも１つは、ブルームを冷間硬化されたストランドへと冷間加工し、その後でストランドを焼鈍することによる、冷間硬化されたステンレス鋼ストランドの製造方法であって、ストランドの焼鈍においてストランドを４００℃から４６０℃の範囲の温度に加熱し、冷間硬化されたストランドをその加熱中に保護ガス雰囲気で囲む方法によって達成される。

この方式で製造される冷間硬化されたステンレス鋼ストランドは、意外にも高い伸びを示し、それと同時に、冷間加工によって獲得した高い引張強度は維持されているか又はそれどころかさらに改善される。

これは意外である。なぜならステンレス鋼ストランドの焼鈍は従来技術では常に、いわゆる軟化焼鈍又は再結晶焼鈍のために、即ち、たいていは、さらなる冷間加工工程でのストランドの加工性に有利になるよう、引張強度を下げるために使用されるからである。

本願に関して焼鈍中のストランドの温度を記載する場合、その記述は、冷間硬化されたストランド自体の表面温度に関する。

本願に関する冷間加工方法は、ブルーム、即ち、半製品が、使用するステンレス鋼の再結晶温度より低い温度で加工されるすべての加工方法である。

本願に関する冷間加工は、とりわけ冷間ピルガー圧延又は冷間引抜きによって行われる。

とりわけ、精密なステンレス鋼管を製造するには、伸ばした中空の未処理のブルームを半製品として完全に冷えた状態で、圧縮応力により冷間圧下する。その際ブルームは、決まった減少した外径及び決まった壁厚（Wanddicke）又は壁厚（Wandstaerke）を有する管へと加工される。

このために、冷間ピルガー圧延（冷間ピルガーとも言う）では、較正された、即ち、完成した管の内径を有する圧延マンドレルにブルームを押しかぶせ、外側から２つの較正された、即ち、完成した管の外径を規定するロールによって包持し、圧延マンドレルの表面に沿って長手方向に圧延する。

冷間ピルガー中は、ブルームを圧延マンドレルに向かって、又は圧延マンドレルを越えて徐々に送っていく。２つの送り工程の間で、ロールが回転しながらマンドレル、したがってブルームの表面に沿って移動し、ブルームを圧延する。回転するように固定されたロールを備えたロールスタンドの各々の反転点では、ロールがブルームを放し、それからブルームはさらなる一工程分、工具即ち、圧延マンドレル又はロールに向かって送られる。

マンドレルの表面に沿ったブルームの送りは、並進駆動される送りクランプキャリッジによって行われ、この送りクランプキャリッジは、圧延マンドレルの軸に平行な方向に並進運動を実施し、かつこの並進運動をブルームに伝達する。

これに加え、ブルームの均一な圧延を可能にするため、送り中にブルームをその長手軸の周りで回転させる。各々の管区間を何度か表面に沿って圧延することにより、均一な壁厚及び管の丸み並びに均一な内径及び外径が達成される。したがって一般的に送り工程は、両方の反転点の間のロールスタンドのストローク全体より小さい。

これとは異なり、ここでは例として考察すべきさらなる冷間加工方法としての冷間引抜きでは、ストランド状のブルームが、ブルームの外径より小さな内径をもつ引抜きダイスに通され、それにより加工されて、新たに寸法を定められる。

管の引抜きに関しては、使用する工具に応じて、加工が単に上記の引抜きダイス（引抜きリング、引抜き中空体、又は引抜きブロックとも言う）によって圧下するだけのいわゆる中空引抜きと、引き抜かれた管の内径及び壁厚も、ブルームの内部に配置された引抜きコアによって規定されるいわゆるコア引抜き又はストランド引抜きとが区別される。

本願に関する引張強度とは、引張試験において、試料の当初の断面積に対する、試料の破断直前の最大限達成された引張力から算出される応力のことである。引張強度の大きさは面積当たりの力である。

本願に関する伸びとは、当初の測定長さに対する、力の作用下で破断まで引っ張られたストランドの永続的な伸度のことである。この伸びは、破断伸び又は弾性限界とも言われる。破断伸びは、破断後に持続している長さ変化を、力の作用前の当初の長さで割った商として算出される。破断伸びは無次元量となり、しばしばパーセント値として提示される。

意外なことに、提示した４００℃から４６０℃の温度範囲では、冷間加工によるストランドの硬化、即ち、獲得された高い引張強度が、焼鈍によってさらに上昇し、これと同時にその一方で伸びはさほど減少しない。

本出願人によって冷間加工後にこの温度範囲で焼鈍されたストランドの、肉眼で見える変化又は顕微鏡でしか見えない変化は確認できない。

とりわけ有利な、冷間加工後の焼鈍を全く行わない冷間加工方法と比べて引張強度を改善すると同時に高い伸びを維持することは、４１０℃から４５０℃の範囲、好ましくは４３５℃から４４５℃の範囲、特に好ましくは４４０℃で達成される。

焼鈍の際のステンレス鋼材料の酸化を最小限にするため、焼鈍は保護ガス雰囲気中で行われ、保護ガス雰囲気が焼鈍中にストランドを囲む。この保護ガス雰囲気が、一実施態様ではアルゴンを、好ましくは９５体積％超の割合のアルゴンを含むことが有利である。

本発明の一実施態様では、焼鈍の際の保護ガス雰囲気の酸素含有率は、５０ｐｐｍ未満、好ましくは１５ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。この場合、ストランド表面での酸化プロセスは無視することができる。

本発明の一実施態様では、大気圧（１０１３ｍｂａｒ）での保護ガス雰囲気の露点は、－４０℃以下、好ましくは－５０℃以下の温度である。

本発明に基づく温度での焼鈍の上記の効果がすべてのステンレス鋼材料で生じることを出発点とすることができる一方で、本発明者らはこの効果をとりわけオーステナイトステンレス鋼に関して明確に証明することができた。

そこで、本願に関するオーステナイトステンレス鋼とは、鉄合金の面心立方混晶、とりわけγ混晶のことである。

この効果は、とりわけ炭素を０．０６重量％以下の割合で、マンガンを２重量％以下の割合で、ケイ素を０．７重量％以下の割合で、クロムを１６重量％から２０重量％の割合で、及びモリブデンを２．０重量％から２．６重量％の割合で含み、その残りが鉄及び不可避の不純物であるステンレス鋼の場合に生じる。

本願に関するストランドとは、その断面積に比べて大きな、とりわけかなり大きな長手方向の広がりをもつ被加工材である。ストランドの例は、形材、棒、とりわけ丸棒、及び管である。

本発明による方法が、ストランドのすべての種類に対して使用可能である一方で、この方法は管を製造する際にとりわけ有利である。高い引張強度と同時に高い伸びを有する管は、なかでも医療用インプラントの分野で必要とされ、しかし非常に様々な適用目的のための高圧導管としても必要とされる。

しかしまずは、本発明に基づく温度での焼鈍の上記の効果が、肉薄の冷間硬化されたステンレス鋼管でのみ生じることを出発点とすることができ、その一方で意外にもこの効果が、中実断面をもつ棒状の冷間硬化されたストランドでも、及びとりわけ肉厚の管でも生じることが分かった。このような肉厚の管は、流体を案内するための高圧技術において必要とされる。管状のストランドの場合、ブルーム及び完成したストランドが内径及び外径を有している。内径が外径の半分以下、好ましくは外径の３分の１以下である管は耐高圧性とみなされ、本願に関しては高圧管と言う。

前述の課題の少なくとも１つは、上記の方法の一実施態様によって製造されるステンレス鋼ストランドによっても解決される。

その際、本発明の一実施態様では、冷間硬化されたストランドが内径及び外径をもつ管であり、その内径は外径の半分以下、好ましくは外径の３分の１以下である。

本発明のさらなる利点、特徴、及び適用可能性は、以下の例の記載に基づいて明らかになる。

本発明の一実施態様に基づくステンレス鋼管の製造方法のフロー図である。

１つの試みでは、炭素を０．０６重量％以下の割合で、マンガンを１．８重量％以下の割合で、ケイ素を０．７重量％以下の割合で、ニッケルを１１重量％の割合で、クロムを１７重量％の割合で、及びモリブデンを２．３重量％の割合で含み、その残りが鉄及び不可避の不純物であるＤＩＮ１．４４／４１に基づくオーステナイトステンレス鋼から、ブルームとしての管を製造した。

このブルームを、最初に冷間ピルガー圧延により、完成寸法のステンレス鋼管へと冷間圧下した。

このように圧延された管は、２５．０％の伸びＡ（Ｈ）及び７６２Ｎ／ｍｍ^２の引張強度Ｒｐ０．２を有している。

その後、この冷間ピルガーされた管を、アルゴンの割合が９５体積％超の保護ガス雰囲気下で、４４０℃の温度で焼鈍した。その際、保護ガス雰囲気中の酸素含有率は１０ｐｐｍ未満であった。

焼鈍された管は、焼鈍後に１５．１％の伸びＡ（Ｈ）を有する。引張強度Ｒｐ０．２は８１２Ｎ／ｍｍ^２である。

解説のため、ここからは図１のフロー図に基づいて、本発明によるステンレス鋼管の製造方法をもう一度簡潔にまとめる。

最初に工程１では、出発材料として、ブルームとしてのオーステナイトステンレス鋼管を準備する。このステンレス鋼は、鉄及び不可避の不純物のほかに、炭素を０．０６重量％以下の割合で、マンガンを１．８重量％以下の割合で、ケイ素を０．７重量％以下の割合で、ニッケルを１１重量％の割合で、クロムを１７重量％の割合で、及びモリブデンを２．３重量％の割合で含有している。このブルームをその後、工程２での冷間ピルガー圧延により、完成寸法の管へと冷間加工する。

次いで工程３ではこの完成した管を、アルゴンの割合が９５体積％超で、保護ガス雰囲気中の酸素含有率が１０ｐｐｍ未満の保護ガス雰囲気下で、４４０℃の温度で焼鈍する。

本明細書、図面、及び請求項から当業者に明らかとなるようなすべての特徴は、たとえそれらの特徴が具体的に特定のさらなる特徴との関連でしか記載されていなかったとしても、単独でも任意選択的な構成でも、それが明示的には排除されなかったか又は技術的条件がそのような組合せを不可能に若しくは無意味にしない場合には、ここで開示した別の特徴又は特徴群と組み合わせることができることを、当初の開示の目的のために指摘する。ここでは記載の簡潔さ及び読みやすさのために、すべての考えられる特徴の組合せを包括的で明確に表示することを断念しているだけである。

本発明を図面及び先の記載において表示及び記載した一方で、この表示及び記載は単に例として行われており、請求項によって規定されるような保護範囲を制限するものではない。本発明は、開示した例に制限されていない。

開示した例の加工態様は、当業者には図面、明細書、及び添付の請求項から明らかである。請求項において、単語「含む」はほかの要素又は工程を排除しておらず、不定冠詞「１つの（eine）」又は「１つの（ein）」は複数を排除していない。特定の特徴が異なる請求項で特許請求されているという単なる事実は、それらの特徴の組合せを排除していない。請求項における符号は、保護範囲を制限するものではない。

Claims (14)

1. 材料がオーステナイトステンレス鋼であるブルームを冷間硬化された管へと冷間加工する工程、及び
   その後で管を焼鈍する工程
   によるステンレス鋼管の製造方法において、
   管の焼鈍の間に管が４００℃から４６０℃の範囲の温度に加熱され、
   その加熱中に、冷間硬化された管が保護ガス雰囲気で囲まれていることを特徴とする製造方法であって、
   加熱後の管の冷却工程を更に含み、その冷却中に、管が保護ガス雰囲気で囲まれており、
   ブルーム及び管が内径及び外径をもつ管の形態で存在しており、冷間加工により、その内径が外径の半分以下である管が形成される、方法。
2. 管が、４１０℃から４５０℃の範囲の温度に加熱されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 管が、４３５℃から４４５℃の範囲の温度に加熱されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 管が、４４０℃に加熱されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 保護ガス雰囲気がアルゴンを含むことを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載の方法。
6. 保護ガス雰囲気が、９５体積％超の割合でアルゴンを含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 保護ガス雰囲気の酸素含有率が、５０ｐｐｍ未満であることを特徴とする、請求項１から６の何れか一項に記載の方法。
8. 保護ガス雰囲気の酸素含有率が、１５ｐｐｍ未満であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 保護ガス雰囲気の酸素含有率が、１０ｐｐｍ未満であることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 大気圧での保護ガス雰囲気の露点が、－４０℃以下の温度であることを特徴とする、請求項１から９の何れか一項に記載の方法。
11. 大気圧での保護ガス雰囲気の露点が、－５０℃以下の温度であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. ステンレス鋼が、炭素を０．０６重量％以下の割合、マンガンを１．８重量％以下の割合、ケイ素を０．７重量％以下の割合、ニッケルを１１重量％の割合、クロムを１７重量％の割合、及びモリブデンを２．３重量％の割合で含み、その残りが鉄及び不可避の不純物であることを特徴とする、請求項１から１１の何れか一項に記載の方法。
13. 管の内径が外径の３分の１以下であることを特徴とする、請求項１から１２の何れか一項に記載の方法。
14. 冷間加工が冷間ピルガー圧延によって行われることを特徴とする、請求項１から１３の何れか一項に記載の方法。
    

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