JPH08229606A - 高Ｃｒフェライト鋼継目無鋼管の圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、Ｍｏ，Ｗを含有し、高いクリープ
強度を有する高Ｃｒフェライト鋼パイプの継目無鋼管圧
延方法を与える。 【構成】 Ｍｏ，Ｗさらに必要に応じてＮｂ，Ｖ，Ｂ，
Ｎｉの１種または２種以上を含有する高Ｃｒフェライト
鋼の継目無鋼管圧延において、素材を１１００℃以上、
１２５０℃以下に加熱し、穿孔した後、傾斜圧延で延伸
するに際して、圧延開始温度を１０００℃以上、１２０
０℃以下とし、延伸圧延の加工度を圧延前後の肉厚、長
さで表される一定値以下に規制することにより、素材中
にデルタフェライトが残存していても、圧延中の割れの
発生を防止することができる。 【効果】 本発明により、Ｍｏ，Ｗ含有の高Ｃｒフェラ
イト鋼について、デルタフェライトに起因する割れを生
じることなく継目無鋼管圧延が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｍｏ，Ｗを添加し、高
いクリープ強度を有する高Ｃｒフェライト鋼の継目無鋼
管を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の環境問題への関心の高まりから、
火力発電における炭酸ガス排出量の抑制が求められてい
る。一方、原子力発電は、我国の主要な発電源となった
が、その比率を今後とも著しく増大させることはもはや
難しい状況となっている。そこで、将来の電力需要を賄
うために、現在、超臨界圧発電による火力発電の高効率
化が注目されている。高効率発電においては、そこで使
用されるボイラーの蒸気温度が従来よりも高く、さらに
蒸気圧力も従来より大きくなるので、ボイラー用の材料
は高温でクリープ強度に優れることが求められている。

【０００３】このような背景のもと、最近、従来のフェ
ライト耐熱鋼のクリープ強度をはるかに上回る高Ｃｒ耐
熱鋼が開発されるようになった。この新しい高Ｃｒフェ
ライト鋼は、従来から用いられてきたＣｒ，Ｍｏ添加を
基本に、クリープ強度をさらに高めるため、Ｗを添加し
ているのが特徴である。

【０００４】従来から、事業発電用ボイラーチューブ
は、安全性の観点から継目無鋼管が用いられてきたが、
Ｗ添加の高Ｃｒフェライト鋼は、既存のボイラーチュー
ブ用フェライト鋼に比べて熱間変形能が低く圧延法で製
管した場合、鋼管内外面に多数の割れ、疵が生じるた
め、継目無鋼管の製造は、専ら熱間押出し法で行われて
きた。しかし、ボイラーの製造においては、小径のチュ
ーブのみならず、主蒸気管、管寄せといった大径のパイ
プを必要とする。

【０００５】これに対しては、現状では、極めて大型の
プレス（５０００トン程度）による熱間押出しや鍛造に
よって製造する方法しかなく、生産量、効率ともに極め
て限られたものであった。

【０００６】Ｗ添加の高Ｃｒフェライト鋼の熱間変形能
が低下する主原因は、熱間加工温度域でオーステナイト
を主体とする金属組織中にデルタフェライトが混在する
ことによる。

【０００７】高Ｃｒフェライト鋼の継目無圧延にあたっ
て、デルタフェライトを消失する方法を開示した例はこ
れまで見あたらない。しかし、１３％Ｃｒ添加を主体と
するマルテンサイト系ステンレス鋼において、デルタフ
ェライトを著しく減少させ、継目無鋼管圧延時の内表面
の欠陥を回避する方法が開示されている（例えば、特開
平２−１８２８２５号公報）。

【０００８】上記方法は、マルテンサイト系ステンレス
鋼の鋳片から継目無鋼管用の丸ビレットを製造するに際
して、鋳片を圧下比１．３以上にて圧延しさらに、オー
ステナイト単相領域とフェライト−オーステナイト二相
領域との境界温度以下の温度で再加熱、均熱保持するこ
とによってＣｒの拡散を促進しデルタフェライトを著し
く減少するという方法である。しかし、Ｗ添加の高Ｃｒ
フェライト鋼では、Ｃｒだけでなく、Ｗ，Ｍｏの偏析に
よりデルタフェライトが安定で、上記方法に従い、均熱
保持を行っても、デルタフェライトを減少するには例え
ば２４時間以上の長時間の均熱保持が必要になり、ま
た、たとえこのような手段を採ってもデルタフェライト
は依然として残存してしまうという課題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】クリープ強度に優れた
Ｗ添加の高Ｃｒフェライト鋼は、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏの偏析
により鋳片中のデルタフェライトが安定で、偏析拡散を
目的とした均熱保持を行ってもデルタフェライトを消失
することは困難である。従って、Ｗ添加の高Ｃｒフェラ
イト鋼の継目無圧延で良好な製管性を得るためには、デ
ルタフェライトが存在することを前提に最適な圧延条件
を設定する必要がある。本発明の目的は、デルタフェラ
イトが存在しても、Ｗ添加の高Ｃｒフェライト鋼の継目
無鋼管圧延において、デルタフェライトに起因する割
れ、疵の発生を防止する圧延条件を与えることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｗ添加の高Ｃ
ｒフェライト鋼の継目無鋼管圧延において、素材の最適
加熱温度、最適延伸圧延温度、最適延伸圧延加工度を設
定することにより、良好な製管性を得るものである。

【００１１】すなわち、本発明の骨子とするところは、
重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｍｎ：１．５％
以下、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５０％以
下、Ｓｉ：１％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｃｒ：８〜
１１％、Ｍｏ：０．０５〜１．５％、Ｗ：０．０５〜４
％、Ｎ：０．０１〜０．１％を含有し、残部がＦｅ及び
不可避的不純物からなる高Ｃｒフェライト鋼、さらに、
上記成分に加えて必要に応じてＮｂ：０．０１〜０．１
５％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｂ：０．０００５〜
０．０３％、Ｎｉ：０．０１〜３％の１種または２種以
上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる高
Ｃｒフェライト鋼の継目無鋼管用素材を１１００℃以
上、１２５０℃以下に加熱し、穿孔した後、傾斜圧延で
延伸するに際して、圧延開始温度を１０００℃以上、１
２００℃以下とし、次式で表される歪εが、０．５以下
であることを特徴とする高Ｃｒフェライト鋼継目無鋼管
の圧延方法である。

【数２】

【００１２】

【作用】まず、本発明の成分限定理由を述べる。Ｃは、
マルテンサイト化を図るためのオーステナイト安定化元
素で、かつ炭化物を析出させる重要元素である。０．０
１％未満の場合、デルタフェライト量が著しく増加し、
強度、靭性を損ない、かつ安定な炭化物を形成しなくな
る。一方、０．１５％を超える場合、炭化物が増えて加
工性と溶接性を損なう。従って、Ｃは、０．０１〜０．
１５％とする。

【００１３】Ｍｎは、製鋼時の脱酸剤が残存したもので
あるが、多量に含有すると高温強度及び靭性を低下させ
るため上限を１．５％とする。Ｐは不純物元素であり、
焼戻し脆化及び再加熱割れ感受性に悪影響を及ぼすため
上限を０．０２０％とする。Ｓは靭性劣化、異方性及び
再加熱割れ感受性増大の原因となる不純物元素で、熱間
加工性も低下するので低いほど好ましく上限を０．００
５０％とする。

【００１４】Ｓｉは製鋼時の脱酸剤が残存したものであ
るが、多量に含有すると靭性低下の原因となるので上限
を１％とする。Ａｌも製鋼時の脱酸剤が残存したもので
あるが、多量に含有するとクリープ強度を低下するので
上限を０．１％とする。

【００１５】Ｃｒは高温の耐酸化性を確保する上で必要
不可欠な元素であり、また炭化物を析出させる効果を有
し、高温強度を高める。８％未満では高温での耐酸化性
が不足となり、高温強度も低下する。一方、１１％を超
えるとデルタフェライトの量が増大し、強度、靭性が低
下する。従って、Ｃｒは、８〜１１％とする。

【００１６】Ｍｏは、固溶強化をもたらすと同時に、炭
化物を安定化し高温強度を向上する。０．０５％未満で
は効果が小さく、１．５％超ではデルタフェライトの生
成を促進するので、０．０５〜１．５％とする。Ｗは、
固溶強化と炭化物の微細析出に寄与し、高温長時間側の
クリープ強度を著しく向上する。最低０．０５％が必要
であるが４％を超えるとデルタフェライトと粗大な金属
間化合物が生成しやすくなり、高温強度と靭性を低下す
るため、０．０５〜４％とする。

【００１７】Ｎは、窒化物を析出させ、高温強度を高め
る。０．０１％以上の添加により効果を発揮するが、
０．１％を超えると窒化物が粗大化し靭性が低下するの
で０．０１〜０．１％に限定する。本発明では、上記成
分に加え、必要に応じ、Ｎｂ，Ｖ，Ｂ，Ｎｉの１種及び
２種以上を添加する。

【００１８】Ｎｂは、高温強度を高めるとともに、組織
微細化の効果があるので０．０１％以上添加する。０．
１５％を超えて添加してもマトリックス中に十分に固溶
せずその効果が飽和するので上限を０．１５％とする。
Ｖは、高温強度を高める。０．０５％未満では効果が不
十分で、０．５％超ではＣｒやＭｏの炭化物生成量を減
少させかえって高温強度を低下するので、添加量は０．
０５〜０．５％とする。

【００１９】Ｂは高温強度を向上する。０．０００５％
未満では効果が不十分で、０．０３％超では粗大なＢ化
合物が析出して脆化の原因となるため、０．０００５〜
０．０３％とする。Ｎｉはオーステナイト生成元素であ
り、デルタフェライトの生成を抑制する効果を持つた
め、０．０１％以上添加する。しかし、３％超では、長
時間側のクリープ強度が低下するため添加量の上限を３
％とする。

【００２０】次に、本発明の継目無鋼管素材の加熱温
度、延伸圧延温度、延伸圧延加工度を説明する。本発明
における素材の穿孔に先立つ加熱温度は、良好な製管性
を得る上で重要な意味を持つ。本発明のＷ添加高Ｃｒフ
ェライト鋼の継目無鋼管素材にはデルタフェライトが残
存することは避けがたい。従って、継目無鋼管圧延の穿
孔に先立って素材を加熱した際にも素材中にデルタフェ
ライトが残存することになるが、加熱温度が１２５０℃
を超えるとデルタフェライト量が顕著に増大し、穿孔及
びその後の圧延過程で鋼管に割れ、疵が多発する。

【００２１】従って、穿孔前の素材の加熱温度は１２５
０℃以下とする。一方、穿孔前の加熱温度が低くなる
と、本発明の高Ｃｒフェライト鋼は、変形抵抗が著しく
増大し、穿孔機の負荷限界を超えるため、穿孔前の加熱
温度は１１００℃を下限とする。ここで、穿孔前の素材
の断面形状は、プレスロールピアサーのような四角で
も、いわゆるマンネスマン穿孔の丸形状でも構わない。

【００２２】ボイラー用のパイプサイズの継目無鋼管圧
延では、通常穿孔の後、傾斜圧延による延伸を行う。本
発明者らは、高Ｃｒフェライト鋼の継目無鋼管圧延にお
ける鋼管内外表面及び内部に生じる割れ、疵の発生工程
を詳細に調査した結果、割れや疵の大部分はこの延伸圧
延過程で生じていることが判明した。そこで、本発明者
らは、たとえデルタフェライトが存在していても、その
デルタフェライトが顕著に増大しない温度範囲におい
て、圧延の加工度を特定値以下に規制すれば、圧延中に
デルタフェライトに起因する割れが生じることが防止で
きるのではないかと考え、圧延研究を行った。

【００２３】その結果、延伸圧延開始温度を１０００℃
以上、１２００℃以下とし、次式で表される加工度εが
０．５以下であれば疵の発生を回避できることを知見し
た。

【数３】

【００２４】前述のように、本発明の高Ｃｒフェライト
鋼では、１２５０℃超でデルタフェライトが著しく増大
する。継目無鋼管の傾斜圧延では、圧延中の鋼管に剪断
歪が負荷されるので通常の圧延に比べて、加工発熱が大
きいのが特徴である。従って、１２５０℃で圧延を開始
すれば、加工発熱により鋼管内部の温度が上昇し、圧延
中にデルタフェライト量が急増して有害な疵が発生す
る。

【００２５】従って、圧延中の加工発熱を考慮して圧延
加熱温度はデルタフェライトが急増する温度より低くす
る必要があり、本発明では圧延開始温度の上限を１２０
０℃とする。一方、圧延開始温度が低すぎると、本発明
の高Ｃｒフェライト鋼の変形抵抗が急激に増大するとと
もに、温度低下に伴って変形能も低下するので、圧延開
始温度の下限を１１００℃とする。

【００２６】また、本発明のεは１種の圧延歪に相当す
る。デルタフェライトに起因する圧延疵は、熱間圧延中
の金属組織においてベースとなるオーステナイトに比べ
てデルタフェライトの強度が低いことにより発生する。
従って、圧延歪εが０．５を超えるとデルタフェライト
の変形限界以上となり、鋼管中に割れ、疵が生じること
になる。

【００２７】また、本発明の高Ｃｒフェライト鋼でεが
０．５を超えて圧延を行うと、加工発熱によりデルタフ
ェライト量が増大するので、圧延中のデルタフェライト
量の増大を回避するためにもεを０．５以下にすること
が必要である。なお、本発明の延伸圧延開始温度、圧延
歪の条件は、複数の延伸圧延機を使い、繰り返し延伸圧
延する場合の２回目以降の圧延条件にも適用できるもの
である。

【００２８】

【実施例】表１に示す成分の鋼を転炉及び二次精錬炉で
溶製し、連続鋳造でスラブを製造した。スラブを通常の
分塊圧延で圧延し、断面２５０mm×２５０mmのブルーム
を製造し、穿孔の素材とした。穿孔に際して表３の条件
で加熱し、外径３００mm、肉厚７６mmの中空素管に穿孔
した。穿孔後、引き続き表３の温度から延伸圧延を行っ
た。延伸圧延は表２のスケジュールを採用した。

【００２９】ここで延伸圧延条件３，５，７，８は、外
径、肉厚を所望の寸法にするために、穿孔、延伸圧延
後、引き続き再度延伸圧延したときの条件である。延伸
圧延条件３，５，７は条件２で延伸圧延後、延伸圧延条
件８は条件４で延伸圧延後、延伸圧延した条件である。
なお、表２中のＤ₁ は各条件の延伸圧延後の鋼管外径を
示す。圧延後、超音波探傷で鋼管を検査した。欠陥の判
定基準は、ＡＩＳＩ４２０等の通常のマルテンサイト系
ステンレス鋼の検査と同じ条件とした。

【００３０】表３に示すように、本発明の条件に従う場
合、疵、割れ等の圧延欠陥が発生せず、良好な製管性が
得られた。しかし、比較例１では、穿孔加熱温度と延伸
圧延開始温度が、比較例２では、穿孔開始温度が本発明
の条件を超えているため、デルタフェライトの生成量が
多くなり、延伸圧延中にラミネーション状の割れが生じ
た。また、比較例３，４，５では、延伸圧延の歪が本発
明の条件以上となり、表面疵、割れが生じた。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【発明の効果】本発明により、Ｍｏ，Ｗを添加し、高い
クリープ強度を有する高Ｃｒフェライト鋼の継目無鋼管
圧延において、デルタフェライトが存在しても、デルタ
フェライトに起因する割れ、疵の発生を防止する圧延条
件が得られ、従来、熱間押出しや鍛造によっていた同鋼
の継目無鋼管が高生産性の圧延法で製造できるため、工
業的効果は非常に大きい。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．０１〜０．１５％、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｐ ：０．０２０％以下、 Ｓ ：０．００５０％以下、 Ｓｉ：１％以下、 Ａｌ：０．１％以下、 Ｃｒ：８〜１１％、 Ｍｏ：０．０５〜１．５％、 Ｗ ：０．０５〜４％、 Ｎ ：０．０１〜０．１％、 残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる高Ｃｒフェライ
   ト鋼の継目無鋼管用素材を１１００℃以上、１２５０℃
   以下に加熱し、穿孔した後、傾斜圧延で延伸するに際し
   て、圧延開始温度を１０００℃以上、１２００℃以下と
   し、次式で表される歪εが、０．５以下であることを特
   徴とする高Ｃｒフェライト鋼継目無鋼管の圧延方法。 【数１】
2. 【請求項２】 重量％で、 Ｃ ：０．０１〜０．１５％、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｐ ：０．０２０％以下、 Ｓ ：０．００５０％以下、 Ｓｉ：１％以下、 Ａｌ：０．１％以下、 Ｃｒ：８〜１１％、 Ｍｏ：０．０５〜１．５％、 Ｗ ：０．０５〜４％、 Ｎ ：０．０１〜０．１％、さらに、 Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、 Ｖ ：０．０５〜０．５％、 Ｂ ：０．０００５〜０．０３％、 Ｎｉ：０．０１〜３％の１種または２種以上、 残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる高Ｃｒフェライ
   ト鋼の継目無鋼管用素材を用いる請求項１に記載の高Ｃ
   ｒフェライト鋼継目無鋼管の圧延方法。