JPS63281705A - マンネスマンピアサ穿孔圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、油井管やラインパイプ等に使用されるマルテ
ンサイト系ステンレス継目無鋼管のマンネスマンピアサ
穿孔圧延方法に関する。

〈従来の技術〉 ５ＵＳ４１０鋼種あるいは５ＵＳ４２０潤種で代表され
るマルテンサイト系ステンレス継目無筒管は、ＣＯ２を
含む腐食環境下で優れた耐蝕性を示すことから、油井管
、地熱井管、ラインパイプ等に使用される。

ところで、ステンレス継目無鋼管製造時の穿孔工程には
、マンネスマンピアサに代表される傾斜圧Ｍ方式あるい
はユージンセジュルネ方式で代表される熱間押出法が適
用されるが、マルテンサイト系ステンレス鋼のある種の
鋼種は熱間加工性が悪く、そのためマンネスマンピアサ
での穿孔圧延過程で、外表面または内表面に割れやへげ
等の欠陥が発生することがある。したがって、このよう
な鋼種の継目無鋼管の製造には、熱間加工性の劣る材質
の製造に適しているといわれるユージンセノユルネ法で
代表・される熱間押出法で製造するのが通常である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、熱間押出法を適用してビレットを直接穿孔す
る場合には、とレソ１−の長さが径の５〜７倍となれば
偏肉が大きくなるため、長尺の継目ｇＢ管を製造するこ
とが困難である。その問題を解決するため、予めビレッ
ト中央に機械加工によってガイド穴を形成しておき、そ
れを押し拡げるいわゆるエキスパンション法においても
ビレットの長さは径の約１５倍に制限される。さらに、
熱間押出の代表的なユージンセジュルネ方式では、ガラ
ス潤滑材を使用するから、押出後にガラス潤滑材を剥離
させる必要があるが、この剥離工程に相当の手間および
コストを要するという欠点がある。

このようにユージンセジュルネ法などの熱間押出法では
、ビレント長さが制約されるために生産性をある程度以
上高くすることはできず、また短いビレットを使用する
関係から歩留りも低くならざるを得す、コスト的にも不
利となる問題がある。

これに対して、マンドレルミル方式やプラグミル方式で
は、ユージンセジェルネ方式などの熱間押出法と比較し
て、長尺管を製造することができ、そのため生産性も高
く、コスト的にも有利である等の種々の利点を存するこ
とが知られている。しかしながら、その中空素管を製造
する穿孔工程にはマンネスマンピアサを使用するのが一
般的であるため、前述のように穿孔圧延時における割れ
やへげ等の欠陥発生による大幅な歩留り低下の問題から
マルテンサイト系ステンレス鋼の一部のＭ　ｆｆｆｌに
は適用困難とされていた。

マンネスマンピアサ穿孔圧延時の欠陥発生を防止するた
めに、例えば特開昭５９−２０８０５５号公報に開示さ
れているように、鋼中の不純物元素であるＰ、Ｓを低減
させ、被圧延材の熱間加工性を向上させる方法が提案さ
れているが、このような被圧延材を用いてもビレット加
熱条件、あるいは穿孔圧延設定条件が不適当であると、
穿孔圧延時の欠陥の発生を完全に回避することは不可能
である。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであ
って、従来マンネスマンピアサ穿孔圧延時の欠陥発生の
問題から継目無鋼管の製造が困難とされていたマルテン
サイト系ステンレス鋼の一部の鋼種においてもマンネス
マンピアサ穿孔圧延を実際的に適用可能とし、これによ
りこの種のマルテンサイト系ステンレス継目無鋼管を高
い生産性、低コスト、かつ高歩留りで製造し得るような
マンネスマンピアサ穿孔圧延方法を提供することを目的
とする。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者らは、マンネスマンピアサにてＣ：０．１２〜
０．３０％（重量％、以下同じ）　、Ｃｒ　：　１１〜
１４％を含有するマルテンサイト系ステンレス鋼を穿孔
圧延する際に発生する内外表面に割れやへげ等の欠陥発
生要因について鋭意調査・研究を重ねた結果、この種の
欠陥発生には穿孔圧延中のフェライトの存在が大きな影
響を及ぼしていることを見出し、さらに研究を進めたと
ころ、ビレット加熱中フェライト析出を抑制し、かつマ
ンネスマンピアサ穿孔圧延時の加工発熱による材料温度
上昇に伴うフェライトの析出を抑制することによって上
述のような欠陥を生ずることなく穿孔圧延が可能となる
ことを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至っ
たのである。

すなわち、本発明は、Ｃ１，１２〜０．３０重量％、Ｃ
ｒ　：　１１〜１４重量％を含有するマルテンサイト系
ステンレス鋼のマンネスマンピアサによる穿孔圧延にお
いて、平衡状態図上のオーステナイト単ＦＪ　ｊｌ域と
フェライト−オーステナイト二相頑域との境界温度より
少なくとも３０℃以上の低い温度でビレットを加熱し、
かつ穿孔圧延の隙の歪速度を下記式で求められる平均歪
速度ｔが１．３ｓｅｃ−’以下とすることを特徴とする
マンネスマンピアサ穿孔圧延方法。

記 ｆ−ｉｎ　　（Ａｏ　　／Ａ）／Δ”ｒ　　（ｔ、、／
１ｈ）（ｓｅｃ−’） ここで、Ａｏ　；ビレット断面積　（ｍ＋ｕ”）Ａ　；
圧延後の中空素管断面積 （鵬２） へＴ；穿孔圧延開始から終了まで の時間　　　　　（ｓｅｅ） Ｌｄ；被圧延材とロールとの穿孔 方向の投影接触長　（ａｒｍ） Ｌｈ　：圧延後中空素管の長さ くａｒｍ） により、上記目的を達成するものである。

く作　用〉 本発明者らの詳細なる実験・調査により、マルテンサイ
ト系ステンレス口のマンネスマンピアサでの穿孔圧延後
に発生するホロー内外表面の割れやへげ等の欠陥は、ビ
レット加熱中もしくはマンネスマンピアサ穿孔圧延時の
加工発熱に伴う被圧延材の温度上昇によって析出したフ
ェライトによって引き起こされていることが明らかとな
った。

すなわち、オーステナイト相中に少量のフェライト相が
析出した場合、マンネスマンピアサ穿孔圧延時に発生す
る付加的な剪断歪は基地のオーステナイト相よりも機械
的強度が低いフェライト相に集中し、フェライト相とオ
ーステナイト相との境界近傍で破壊に至り、内外表面で
の割れやへぼ等の欠陥に結び付くのである。したがって
、このような欠陥発生を防止するにはマンネスマンピア
サ穿孔圧延時の被圧延材のオーステナイト相中のフェラ
イト相の析出量を少なくするか、好ましくはフェライト
相を析出させないことが必要である。

第２図に一例として１３％Ｃｒ調の炭素量と温度による
平衡状態図を示す、炭素量が０．１２〜０．３０％の間
で、−ａ的なマンネスマンピアサの穿孔圧延温度である
１１００℃〜１３５０℃付近ではオーステナイト単相（
ｒ）もしくはフェライト−オーステナイト二相領域（α
＋γ）が主である。フェライトは、加熱炉で６ビレツト
加熱中に析出する場合とマンネスマンピアサ穿孔圧延中
の加工発熱に伴う温度上昇によって析出する場合とがあ
る。したがって、マンネスマンピアサでの穿孔圧延中に
フェライトの析出量を少なくするか、もしくは析出させ
ないためには、被圧延材の加熱温度を低くし、かつマン
ネスマンピアサ穿孔圧延時の加工発熱に伴う被圧延材の
温度上昇を小さくする必要がある。

単位時間、単位体積あたりの加工発熱量Ｑは一般的に下
記（１）式で与えられる。

金−Ｋｆ　　−ｉ・ΔＶ　　　　　・−・−・−・・・
−・−・・−・・−（１）ココテ、Ｋｆ　；変形抵抗　
（ｋｇ／ａｍ”）ｉ　；相当歪速度（５ｅｃ−’） Δｖ；単位体ｍ　　（ａｍ’） この（１）式から明らかなように、加工発熱に伴う被圧
延材の温度上昇を小さくするには穿孔圧延時の歪速度を
小さくすればよいことがわかるここで、マンネスマンピ
アサ穿孔圧延時の歪、歪速度の取り扱い方として平均的
な歪７、歪速度ｔをそれぞれ以下のように定義すること
にする。

７　　＝　Ｒｎ　（Ａ　０／　Ａ　）　　　　・−−−
−＝−・−（２）ｉ　　−７／Δ　τ　　　　　　　　
　　・・・−・・−・−・−一〜−−−・・−（３）Δ
　τ−Δ’ｒ　　（Ｌ４　　／Ｌｂ　　）　　　　・・
・・−・−・・・−・・・−・−（４）ここで、Ａ、；
ビレット断面積　（ｍｍ”）Ａ　：圧延後の中空素管断
面積 （霧、り Δτ：被圧延材の微小部分が実 際に塑性変形をしている 時間　　　　　　（ｓｅｃ） ΔＴ；穿孔圧延開始から終了ま での時間　　　　（ｓｅｃ） Ｌ４　；第３図に示す被圧延材と ロールとの穿孔方向の投 影接触長　　　　　（ａｍ） Ｌｈ　；圧延後中空素管の長さ くａｍ） したがって、゛平均歪速度ｔは、下記（５）式で求めら
れる。

ｔ−１１ｎ　（Ａ−／Ａ）／ΔＴ　（ｔ、４／Ｌｈ　）
・・・・−・−・・・−・・・・・・・・・・−・（５
）すなわち、平均歪速度ｉは、穿孔圧延後の中空素管の
断面積Ａおよび長さり、、、穿孔開始から終了までの時
間ΔＴ、被圧延材とロールとの穿孔方向の投影接触長し
４によって決定されるのである。

そこで、第１表に示す代表的なマルテンサイト系ステン
レス鋼の成分を持つ各鋼種を各加熱温度、平均歪速度で
ロールゴージ部外径が１０４５ｍｍのマンネスマンピア
サにて穿孔圧延し、穿孔後の中空素第　　　１　　　表 （注）フェライト析出温度；平衡状態図上のオーステナ
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 管の内外表面の割れやへげ等の欠陥発生状況を調査した
。

その調査結果を第２表にまとめて示した。なお、表中に
おける欠陥発生状況の判定結果は目視により行ったもの
で、それぞれ Ｑ；欠陥発生無し Δ：後端部のみ欠陥発生 ×；全長にわたって欠陥発生 として表した。

この第２表に基づいて、フェライト析出温度と加熱温度
の差と平均歪速度ｉとの関係を第１図に示した。　　　
　。

第１図から明らかなように、フェライト析出温度即ち平
衡状態図上のオーステナイト単層領域とフェライト−オ
ーステナイト二相領域との境界温度より少なくとも３０
℃以上の低い温度でビレットを加熱し、かつ平均歪速度
ｔが１．３ｓｅｃ−’以下である時には穿孔後の中空素
管の内外表面の割れやへげ等の欠陥が全く発生しないこ
とがわかる。

したがって、平衡状態図上のオーステナイト単層領域と
フェライト−オーステナイト二相領域との境界温度より
少なくとも３０℃以上の低い温度でビレッ°トを加熱し
、かつ平均歪速度ｔが１．３ｓｅｃ−’以下に規制して
マンネスマンピアサでの穿孔圧延を実施することにより
、穿孔後の中空素管の内外表面の割れやへげ等の欠陥の
発生を防止することができる。

ここで、フェライト相を析出させないためには、ビレッ
ト加熱温度は低ければ低いほど有利であるが、温度が降
下し過ぎると変形抵抗が増加し、とアサミルの圧延負荷
が増大する。これは、単にミルの能力制限を越えるだけ
ではなく、圧延負荷が増大することになりプラグ等の工
具寿命を短（するため、工具寿命の面から見ると、ビレ
ット加熱温度は高い方がよい、したがって、とレフト加
熱温度は１１００℃以上とするのが現実的である。

また、加工発熱による材料の温度上昇を小さくするため
には、ｉは小さければ小さいほどよい。

７を小さくする手段としては、ピアサでの加工量を小さ
くするか、ロール周速度を遅くして、圧延時間を長くす
ることが必要である。しかし、ピアサの加工量が小さく
なると下流工程のミルの負荷が増大することになるから
限度があり、またロール周速度が遅くて圧延時間が長（
なるとプラグ等の工具への負荷が増大し工具寿命を低下
させることになり問題である。したがって、ｉは０．４
以上とするのが現実的である。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例について説明する。

第４図は、マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管を圧
延するマンネスマンピアサ−マンドレルミル方式の一例
を模式的に示したものである。

素材ビレット２は回転炉床式加熱炉ｌにおいて所定の温
度まで加熱された後、マンネスマンピアサ６により穿孔
圧延されて中空素管８Ａとなる。

この中空素管８Ａは厚肉かつ短尺であるので、延伸圧延
機であるマンドレルミル１０により減肉延伸される。マ
ンドレルミル１０は中空素管８Ａにマンドレルバ−１２
を挿入した状態で延伸圧延する圧延機であり、通常６〜
８基のロールスタンドから構成されており、各ロールス
タンドは２本の孔型ロール１４を備え、隣接するロール
スタンド間ではこの孔型ロール１４の回転軸を圧延軸に
垂直な面内で相互に９０度ずつずらして配置している。

中空素管８Ａはマンドレルミル１０で元の長さの２〜４
倍の長さに延伸され、仕上圧延用素管８Ｂとなる。仕上
圧延用素管８Ｂは、必要に応じて再加熱炉１６によって
所定の温度に再加熱された後、仕上圧延機であるたとえ
ばストレッチレゾエサ１８によりて仕上圧延される。ス
トレッチレゾエサ１８によって素管の外径は最大で７５
％も絞られ、素材ビレットの長さの４０倍以上にも延伸
され、さらにその外表面はストレッチレゾエサ１８の最
終側の数スタンドの真円孔型ロールによって定形される
ため比較的硬れた外径寸法精度の仕上管２０が得られる
。

被圧延材であるマルテンサイト系ステンレス鋼としてＣ
；０．１９％、Ｓｉ：０．４５％、Ｍｎ；０．４５％。

Ｐ　；　０．０１５％、　ｓ　；　０．００１３％、Ｃ
ｒ；１２．９％、Ｎ；０．０２２％の５ＵＳ４２０Ｊ２
を用いた。この材料の平衡状態図上のオーステナイト単
層領域とフェライト−オーステナイト二相領域との境界
温度は１２８５℃でありた。外径２０７ｍｍφ、長さ２
０００ｍ躊のビレツトを回転炉床式加熱炉１にて１２５
０℃、在炉時間１６３分で加熱し、外径２２２ｍｍφ、
肉厚２０ｍｍ　、長さ５３００ａｍとなるようにマンネ
スマンピアサ６にて穿孔圧延を行った。使用したピアサ
は、ロールゴージ部直径１０４５ｍｍ、ゴージ間隔１８
９ｍ５＋、　　リード６２■、プラグ径ｌ５６ｗｍφで
、ロール回転数１１０４ｒｐ、ロール傾斜角９゛とし、
このときの投影接触長Ｌｄは５０５■、穿孔時間ΔＴは
９．８ｓｅｃ、Δτは０．９３ｓｅｃ、平均歪７は１．
１２．平均歪速度ｔは１．２ｓｅｃ−’であった。

その結果、とアサ穿孔圧延後の中空素管の内外表面には
欠陥が皆無であった。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、マンネスマンピ
アサ穿孔圧延時の割れやへげ等の重大な欠陥の発生を防
止することができるから、歩留りを向上させ、さらに今
まで圧延不可能だった鋼種まで圧延が可能°となり、ユ
ージンセジェルネなどの熱間押出法に比較して高生産性
、高歩留り、低コストでマルテンサイト系ステンレス継
目無鋼管を製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、欠陥発生の有無に関するフェライト析出温度
と加熱温度の差と平均歪速度との関係を示す特性図、第
２図は、１３％Ｃｒ鋼の炭素量と温度による平衡状態を
示す特性図、第３図は、マンネスマンピアサの穿孔圧延
を模式的に示す斜視図。 第４図は、マンネスマンピアサ・マンドレルミル方式製
造ラインの一例を模式的に示す斜視図である。 １・・・回転炉床式加熱炉、　　２・・・素材ビレット
。 ３・・・マンネスマンピアサ、４・・・プラグバー。 ５・・・プラグ、　　　　　　　６・・・ピアサロー゛
ル。 ８Ａ・・・中空素管 特許出願人　　　川崎製鉄株式会社 第　　１　　図 平均歪速度で（ｓｅｃ−１） 第　　２　　図 ｙ＋ｔｖｌｚｉＣｓ＋ＭｔＣ３ 第　　３　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃ：０．１２〜０．３０重量％、Ｃｒ：１１〜１４重量
   ％を含有するマルテンサイト系ステンレス鋼のマンネス
   マンピアサによる穿孔圧延において、平衡状態図上のオ
   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より少なくとも３０℃以上の低い温
   度でビレットを加熱し、かつ穿孔圧延の際の歪速度を下
   記式で求められる平均歪速度■が１．３ｓｅｃ＾−＾１
   以下とすることを特徴とするマンネスマンピアサ穿孔圧
   延方法。 記 ■＝ｌｎ（Ａ＿ｏ／Ａ）／ΔＴ（Ｌ＿ｄ／Ｌ＿ｈ）（ｓ
   ｅｃ＾−＾１） ここで、Ａ＿ｏ；ビレット断面積（ｍｍ＾２） Ａ；圧延後の中空素管断面積（ｍｍ＾２） ΔＴ；穿孔圧延開始から終了までの時間（ｓｅｃ） Ｌ＿ｄ；被圧延材とロールとの穿孔方向の投影接触長（
   ｍｍ） Ｌ＿ｈ；圧延後中空素管の長さ（ｍｍ）