JPH11197716A - 継目無鋼管製造用プラグミルプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】特にマンネスマン・プラグミル圧延で製造する
高合金鋼管の内表面の品質の向上と製造コストの低減を
可能にする、耐用度の良好な継目無鋼管製造用プラグミ
ルプラグを提供する。 【解決手段】鋼を溶解し、プラグ形状の鋳型に鋳造した
後スケール付け熱処理を施してなる継目無鋼管製造用プ
ラグミルプラグであって、該鋼は、重量％で、Ｃ：０．
９〜１．７５％と、Ｓｉ：０．２〜３％と、Ｍｎ：０．
２〜２％と、Ｐ：０．０５％以下と、Ｓ：０．０６％以
下と、Ｎｉ：０．５〜３％と、Ｃｒ：１０〜２５％と、
Ｍｏ：１〜３％と、Ｗ：１〜４％と、Ｃｏ：０．５〜１
０％と、Ｔｉ：０．０１５〜０．６％と、Ｎｂ：０．０
５〜２％と、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％とを含
有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを
特徴とする、継目無鋼管製造用プラグミルプラグ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特にマンネスマン
・プラグミル圧延で製造する高合金鋼管の製造用工具に
係り、鋼管の内表面の品質の向上と製造コストの低減を
目的とした、耐用度の良好な継目無鋼管製造用プラグミ
ルプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油・ガスの採掘において、より
深度の深く、腐食性ガスの多い井戸での採掘が増加し、
これらの油井管用継目無管などに使用されるＡＩＳＩ４
２０相当の１３Ｃｒ鋼などの生産量が増加している。こ
れまで熱間で継目無鋼管を製造する方法の中で、マンネ
スマン・プラグミル法は高生産性から広く実施されてい
るが、この方法では、所定温度に加熱・均熱された丸鋼
片を先ず第一穿孔機であるピアサー圧延機で中空素管と
したのち、この中空素管を第二穿孔機であるエロンゲー
ター圧延機とプラグミル圧延機で延伸する。それぞれで
使用されるプラグはスケール付け熱処理を施して、被圧
延材との焼き付きを防止しているものの、高Ｃｒ鋼では
圧延前加熱時更に圧延中での被圧延材の表面のスケール
生成量が炭素鋼の場合に比べ少ないこととまた炭素鋼に
比べ高Ｃｒ鋼の熱間での変形抵抗が高く、プラグ表面の
スケールが容易に磨耗・損傷し有効にプラグと被圧延材
との焼き付きを防止することが困難になる。

【０００３】特にプラグミルプラグと被圧延材との焼き
付きが生じやすく、プラグの寿命の低下によるプラグ費
用の上昇とさらにプラグ表面の変形による製品の内表面
の品質が劣化し、圧延後の精整工程でのコストアップを
招く傾向がある。

【０００４】このような、高合金鋼圧延時のプラグミル
プラグの寿命を上げる手段として、特開昭５９−２０４
６３号公報，特公昭６２−１４６３２号公報に開示され
ているように鋳造合金からなるプラグを浸ほう処理とス
ケール付け熱処理して、表面スケールが消費されたとき
でも、プラグ表面に生成した浸ほう層がプラグと被圧延
材の焼き付きを防止する方法が報告されている。またこ
の方法では、高温強度を高めるためにＭｏ，Ｗ，Ｃｏ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒを添加する方法が開示されている。また
１９８１年に公開された川崎製鉄技報ｖｏｌ．１３，Ｎ
ｏ．１３では、高温強度を確保する上で１．５から３．
０％のＮｉ添加が有効であることが報告されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラグ
ミルプラグの寿命を上げるためには、プラグ表面に生成
させたスケールの残存が必須であり、このスケールの消
失とともに、たとえプラグ表面に焼き付けを減少させる
ことを目的とした浸ほう層を生成させてもプラグの寿命
を飛躍的に向上させることができない。即ち、断熱効果
を有する表面スケールの消失によりプラグ表面の加熱温
度が高くなることによってプラグの強度が低下する。ま
たプラグと被圧延材との焼き付けを防止する効果は、ス
ケールに比べ浸ほう層による場合の方が小さく、浸ほう
層だけでは十分な焼き付けの防止が得られないためであ
る。また、プラグミルプラグの熱間強度を上げるべく、
Ｍｏ，Ｗ，Ｃｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｏ，Ｃｏ，Ｎｉを添
加しただけでは、プラグ表層部の変形は抑制できるもの
の、圧延時にプラグに負荷される衝撃的な応力とその際
のプラグ表面の急速加熱時さらに使用後のプラグ表面の
急速冷却によってプラグミルプラグの表層部に生じる亀
甲状割れの発生によってプラグ表面が剥離しプラグミル
プラグの寿命を向上させることはできない。

【０００６】本発明の目的は、上記の問題点を解決する
ために、特にマンネスマン・プラグミル圧延で製造する
高合金鋼管の内表面の品質の向上と製造コストの低減を
可能にする、耐用度の良好な継目無鋼管製造用プラグミ
ルプラグを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。 （１）本発明のプラグは、鋼を溶解し、プラグ形状の鋳
型に鋳造した後スケール付け熱処理を施してなる継目無
鋼管製造用プラグミルプラグであって、該鋼は、重量％
で、Ｃ：０．９〜１．７５％と、Ｓｉ：０．１〜３％
と、Ｍｎ：０．２〜２％と、Ｐ：０．０５％以下と、
Ｓ：０．０６％以下と、Ｎｉ：０．５〜３％と、Ｃｒ：
１０〜２５％と、Ｍｏ：１〜３％と、Ｗ：１〜４％と、
Ｃｏ：０．５〜１０％と、Ｔｉ：０．０１５〜０．６％
と、Ｎｂ：０．０５〜２％と、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１
〜０．１％とを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純
物からなることを特徴とする、継目無鋼管製造用プラグ
ミルプラグである。

【０００８】（２）本発明のプラグは、鋼成分として、
重量％でさらに、Ｖ：０．０５〜２％、Ｚｒ：０．０５
〜２％、Ｂ：０．００５〜０．０２％、及びＮ：０．２
％以下の群から選択された１種または２種以上を含有す
ることを特徴とする、上記（１）に記載の継目無鋼管製
造用プラグミルプラグである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明者らは、上記の課題を解決
すべく鋭意研究を重ねた結果、特にマンネスマン・プラ
グミル圧延時のプラグ表層部での亀甲状割れの生成とそ
の進展を抑制するためには、Ｔｉを添加し鋳造前の溶鋼
中にＴｉＮあるいはＴｉＣを析出させて、鋳造組織の微
細化を図り、さらにＣｏの添加により、Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ
炭化物の析出量を増加させて室温〜約１１００℃の温度
範囲でのプラグの強度を上げることが有効であるという
知見が得られた。

【００１０】この知見を基に、本発明者らは、高Ｃ−高
Ｃｒステンレス鋳造合金であって、かつ表面にスケール
付け熱処理を施したプラグミルプラグにおいて、圧延時
のプラグ表層部の高温強度と衝撃的荷重に対する靭性を
付与し、さらにプラグ使用時にプラグ表面に生成する亀
甲状割れの進展を抑制するために、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｔｉ量
を適正に制御するようにして、耐用度の良好な継目無鋼
管製造用プラグミルプラグを見出し、本発明を完成させ
た。すなわち、本発明は、鋼組成を下記範囲に限定する
ことにより、特にマンネスマン・プラグミル圧延で製造
する高合金鋼管の内表面の品質の向上と製造コストの低
減を可能にする、耐用度の良好な継目無鋼管製造用プラ
グミルプラグを提供することができる。

【００１１】以下に、本発明の成分添加理由、成分限定
理由について説明する。 （１）成分組成範囲 Ｃ：０．９〜１．７５％ Ｃは、プラグの室温強度と高温強度を高めるために必須
の元素であり、０．９％以上のＣを含有せしめる必要が
有る。一方、１．７５％を超える添加では、靭性が低下
し、プラグに割れが生じることになる。従って、その含
有量は０．９〜１．７５％である。 Ｓｉ：０．１〜３％ Ｓｉは、脱酸元素であり、０．１％未満ではその効果が
少なく、またその含有量が３％を超えると、プラグ表面
の酸化スケール厚さが減少し、プラグの寿命を低下させ
る。従って、その含有量は０．１〜３％である。 Ｍｎ：０．２〜２％ Ｍｎは高温強度を高めるために添加されるが０．２％未
満ではその効果が少なく、２％を越えるとＭｎはオース
テナイト安定化元素であることからプラグでのマルテン
サイト組織が得られず、プラグ強度が低下する。従っ
て、その含有量は０．２〜２％である。 Ｐ：０．０５％以下 Ｐは不可避的不純物元素であり、かつオーステナイト加
熱時に粒界に偏析して、粒界強度を低下させ、顕著にプ
ラグ強度を劣化させる。このため、その上限値は０．０
５％である。

【００１２】Ｓ：０．０６％以下 Ｓは不可避的不純物元素であり、かつオーステナイト加
熱時に粒界に偏析して、粒界強度を低下させ、顕著にプ
ラグ強度を劣化させる。このため、その上限値は０．０
６％である。 Ｎｉ：０．５〜３％ Ｎｉは、マルテンサイトの靭性を高める元素であって、
０．５％未満ではその効果が小さく、３％を越えるとプ
ラグ表面のスケールの生成量が低下しプラグの寿命が著
しく低下する。従って、その含有量は０．５〜３％であ
る。 Ｃｒ：１０〜２５％ Ｃｒは炭化物となって著しくプラグの強度を高める元素
であって、１０％未満では十分なＣｒ炭化物の析出量が
得られず、プラグの常温強度と高温強度が不足する。２
５％を越えると、プラグ表面のスケールの生成量が低下
し、プラグと被圧延材の焼き付けを防止する効果が得ら
れずプラグの寿命が低下する。従って、その含有量は１
０〜２５％である。 Ｍｏ：１〜３％ Ｍｏは鋼中に固溶することあるいはＭｏ炭化物として析
出することによって高温強度を高める元素である。ま
た、常温あるいは焼き戻し温度での鋼の靭性を高める元
素である。Ｍｏの添加量が１％未満では、所望の効果が
得られない。一方、３％を超えると、靭性の低下を招く
ことになる。従って、その含有量は１〜３％である。 Ｗ：１〜４％ Ｗは炭化物となって著しくプラグの強度を高める元素で
あって、１％未満では十分な炭化物の析出量が得られ
ず、プラグの常温強度と高温強度が不足する。一方、４
％を越えると、靭性の低下を招くことになる。従って、
その含有量は１〜４％である。 Ｃｏ：０．５〜１０％ Ｃｏは本発明において重要な元素である。即ち、Ｃｏの
添加により、固溶強化により高温強度を高めるととも
に、Ｃｏ添加により、Ｎｂ炭化物，Ｗ炭化物，Ｍｏ炭化
物の析出量を増加させることによって室温および焼き戻
し温度域でのプラグの強度を有効に高める作用を有す
る。また、Ｃｏはプラグ表面のスケール中に残存しスケ
ールの強度を高めて、スケールの消耗を軽減する作用を
有する。

【００１３】このため、Ｃｏが０．５％未満では上述し
たような効果が十分に得られず、一方１０％超えの添加
ではプラグの製造コストを高めるもののそれらの効果は
飽和する。従ってその含有量は０．５〜１０％である。 Ｔｉ：０．０１５〜０．６％ Ｔｉは、Ｃｏとともに本発明において重要な元素であ
る。

【００１４】Ｔｉは溶鋼中で、ＴｉＮあるいはＴｉＣと
なり、鋳造時のデンドライトの凝固核として作用し、方
位性を持ったデンドライトの生成を抑制する。方位性を
持ったデンドライト組織はプラグミルプラグの表層部で
の亀甲状割れの進展を促進することから、Ｔｉの添加に
よる鋳造組織の方位性の軽減は亀甲状割れの進展を抑制
し、プラグ表面のスケールの確保に有効に作用する。
０．０１５％未満ではこの効果が得られず、またＴｉを
０．６％を越えて添加すると、鋼中に存在するＴｉＣ，
ＴｉＮが割れの起点となって、プラグの割れを助長し、
その寿命を阻害することとなる。従ってその含有量は
０．０１５〜０．６％である。

【００１５】Ｎｂ：０．０５〜２％ ＮｂはＮｂＣとして析出することによって、室温と高温
の強度を高める元素であって、０．０５％未満では、所
定の強度の上昇が得られない。一方２％を越える添加で
は、靭性の低下を招くことになって、プラグの割れが生
じることになる。従って、その含有量は０．０５〜２％
である。 ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％ Ａｌは脱酸元素であり、鋼の延性と靭性を確保する上で
必要な元素であり、０．０１％未満では所望の効果が得
られず、一方０．１％を超えて含有させても、その効果
が飽和し、あるいは逆に延性と靭性の低下を招くことに
なる。このため、Ａｌの含有量は０．０１〜０．１％で
ある。

【００１６】本発明では、さらに下記のような各含有量
のＶ，Ｚｒ，Ｂ，Ｎを１種または２種以上含有させるこ
とにより、プラグミルプラグの寿命を向上させることが
できる。

【００１７】Ｖ：０．０５〜２％ Ｖは高温強度を高めるために添加されるが０．０５％未
満ではその効果が得られず、２％を越える場合には靭性
の低下を招き、プラグの割損を生じる。従って、その含
有量は０．０５〜２％である。 Ｚｒ：０．０５〜２％ Ｚｒは窒化物となって、高温強度を高める元素であっ
て、０．０５％未満ではその効果が得られず、２％を越
える場合には靭性の劣化を招き、プラグの割損を生じ
る。従って、その含有量は０．０５〜２％である。

【００１８】Ｂ：０．００５〜０．０２％ Ｂは窒化物となって、高温強度を高める元素であって、
０．００５％未満ではその効果が得られず、０．０２％
を越える場合には靭性の劣化を招き、プラグの割損を生
じる。従って、その含有量は０．００５〜０．０２％で
ある。 Ｎ：０．２％以下 Ｎは不可避的不純物であり、その含有量が０．２％を越
える場合にはプラグ中に鋳造時の引け巣が生じることに
よりプラグの強度を低下させて、プラグの割損を招くこ
とがある。従ってその上限は０．２％である。なお、製
造条件については、本発明では規定されない。すなわ
ち、プラグ製造時の鋼の溶解方法、鋳造方法、及びスケ
ール付け熱処理方法は、通常採用される条件であればよ
い。以下に本発明の実施例を挙げ本発明の効果を立証す
る。

【００１９】

【実施例】表１に示す化学組成の５００ｋｇｆ鋼を大気
溶解し、最大径１６８ｍｍのプラグミルプラグの形状に
鋳造した。鋳造プラグは被圧延材と接触する部分を機械
研削により仕上げたのち、水蒸気酸化雰囲気中でスケー
ル付け熱処理を実施し、それぞれの鋼のプラグミルプラ
グをそれぞれ１９個ずつ製作し、その中の１８個を１３
Ｃｒ継目無鋼管の圧延に使用した。残りの１個について
は、ビッカース硬さを測定し、表面スケールの厚さを光
学顕微鏡により測定した。

【００２０】なお、プラグ表面のスケールは内層スケー
ルと外層スケールからなり、この内の内層スケールがプ
ラグと被圧延材の焼き付けを防止することから、内層ス
ケールの厚さを測定した。

【００２１】さらに、１０ｍｍ径×１５ｍｍ高の試験片
を採取し、７００℃の試験温度で歪み速度が１０／秒で
の圧縮試験を行い、その際の歪み０．０３のときの平均
変形抵抗を測定し、それぞれの鋼の高温強度を把握し
た。

【００２２】なお、水蒸気酸化熱処理は、１０５０〜１
１５０℃で約５時間保持した後、６００℃の温度まで徐
冷したのち、熱処理炉から搬出し、大気中で放冷した。
１３Ｃｒ鋼圧延は、直径１７０ｍｍの長さ３２８０ｍｍ
の丸鋼片を第一穿孔機で穿孔した後、第二穿孔機で延伸
し、さらにプラグミル圧延機で１８８ｍｍ径×１２．９
ｍｍ厚×１１０００ｍｍ長の中空素管を１８４ｍｍ径×
１０．４７ｍｍ厚×１３５４０ｍｍ長に延伸した。プラ
グの寿命は、１パス毎にプラグ表面の焼付きによる磨耗
量、プラグの割損あるいはプラグの表層部の変形によっ
て、プラグが使用できなくなったときまでのパス数で評
価した。なお、圧延に使用できない時のプラグの磨耗量
は１．５〜２．０ｍｍである。表１において、Ｎｏ．１
〜４は本発明鋼であり、Ｎｏ．５〜１４は比較鋼であ
る。

【００２３】表２に、それぞれの化学成分のプラグミル
プラグのビッカース硬さ、内層スケール厚さ、７００℃
での平均変形抵抗、及び１３Ｃｒ継目無鋼管を圧延した
際のプラグミルプラグの寿命（パス数）の平均値を示
す。表２から明らかなように、本発明鋼Ｎｏ．１〜４
は、適量のＣ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂの添加によ
って、常温および高温でのプラグ強度が得られている。
かつＴｉの添加によってデンドライト組織の微細化が得
られることから使用時の亀甲状割れの発生が防止され、
プラグの磨耗量の軽減とプラグ割損の発生が防止されて
いる。

【００２４】一方、比較鋼Ｎｏ．５〜１４の鋼からなる
プラグの寿命は、本発明鋼Ｎｏ．１〜４の鋼からなるプ
ラグの寿命に比べ小さい値（２〜１７）になっている。
比較鋼Ｎｏ．５，６及び８〜１０は常温の靭性を低下さ
せる原因となるＣ，Ｓｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｗそれぞれの添
加量が高く、使用時にプラグの割れが生じている。比較
鋼Ｎｏ．７はＮｉ含有量が本発明の請求範囲よりも少な
いことから靭性が不足し、使用時にプラグの割れが生じ
ている。

【００２５】また比較鋼Ｎｏ．１１と１２では、Ｃ量あ
るいはＣｒ量が低いことから、プラグの常温強度が不足
し、プラグ表層部の変形が生じることによって、プラグ
の寿命が低下している。

【００２６】また比較鋼Ｎｏ．１３と１４では、Ｃｒ量
が高いことから、使用前のスケール付け熱処理時に生成
するプラグ表面のスケール厚さが不十分であり、プラグ
使用時のスケール潤滑を得ることができないため、プラ
グ寿命が低下している。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【発明の効果】上記した如く、本発明によれば、鋼組成
を特定することにより、継目無鋼管製造のためのプラグ
ミルプラグの寿命を向上することができる。従って、特
にマンネスマン・プラグミル圧延で製造する高合金鋼管
の内表面の品質の向上と製造コストの低減を可能にす
る、耐用度の良好な継目無鋼管製造用プラグミルプラグ
を提供することができる。

フロントページの続き (72)発明者 山崎 基晴 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼を溶解し、プラグ形状の鋳型に鋳造し
   た後スケール付け熱処理を施してなる継目無鋼管製造用
   プラグミルプラグであって、 該鋼は、重量％で、Ｃ：０．９〜１．７５％と、Ｓｉ：
   ０．１〜３％と、Ｍｎ：０．２〜２％と、Ｐ：０．０５
   ％以下と、Ｓ：０．０６％以下と、Ｎｉ：０．５〜３％
   と、Ｃｒ：１０〜２５％と、Ｍｏ：１〜３％と、Ｗ：１
   〜４％と、Ｃｏ：０．５〜１０％と、Ｔｉ：０．０１５
   〜０．６％と、Ｎｂ：０．０５〜２％と、ｓｏｌ．Ａ
   ｌ：０．０１〜０．１％とを含有し、残部がＦｅおよび
   不可避的不純物からなることを特徴とする、継目無鋼管
   製造用プラグミルプラグ。
2. 【請求項２】 鋼成分として、重量％でさらに、Ｖ：
   ０．０５〜２％、Ｚｒ：０．０５〜２％、Ｂ：０．００
   ５〜０．０２％、及びＮ：０．２％以下の群から選択さ
   れた１種または２種以上を含有することを特徴とする、
   請求項１に記載の継目無鋼管製造用プラグミルプラグ。