WO1996012574A1

WO1996012574A1 - Procede de production de tubes d'acier sans soudure et materiel de production afferent

Info

Publication number: WO1996012574A1
Application number: PCT/JP1995/002155
Authority: WO
Inventors: Kunio Kondo; Yasutaka Okada; Seiji Tanimoto
Original assignee: Sumitomo Metal Industries, Ltd.
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1996-05-02
Also published as: EP0787541A1; US5873960A; MX9702792A; EP0787541B1; CN1064276C; DE69525171T2; CN1161010A; DE69525171D1; EP0787541A4

Description

明細書継目無鋼管の製造方法およびその製造設備技術分野

本発明は、継目無鋼管の製造方法およびその方法を実施するための製造設備に関する。さらに詳しくは、簡素化され、かつ連続化された製造工程および製造設備によって、強度、靭性および耐食性等の性能に優れた継目無鋼管を、生産性よく、安価に製造する方法およびその方法を実施するための製造設備に関する。背景技術

油井管、ラインパイプ、熱交換器用管、配管、軸受用管などの用途には、継目無鋼管が用いられている。その材質としては、おもに炭素鋼、 C r、 M oなどの合金成分を含む低合金鋼、高 C rステンレス鋼などが対象となる。これらの継目無鋼管の製造には、マンネスマン一マンドレルミル方式がよく用いられる。マンネスマン一マンドレルミル方式による継目無鋼管の製造においては、穿孔圧延工程で厳しい加工が施されること、製品に高度な性能が求められることなどの理由から、一般に、製造工程が極めて複雑である。

図 1 に、マンネスマン一マンドレルミル方式の製造工程の 1例を示す _c 鋼塊から製品に至るまでの間に多くの工程があり、被加工材に対しては、様々な加工と加熱、冷却が繰り返される。また、図 1中に点線で示すのは、工程間における搬送、一時ストック等の処理を伴うライン変更であり、マンネスマン一マンドレルミル方式の製造工程では、ライン変更が何度も行われる。したがって、継目無鋼管の製造には、高度な機能を備えた多くの設備と多量のエネルギーを必要とする。そのために、製造コス卜が高くなるという宿命的な問題がある。

製造コストを安くするためには、生産性を高くすること、設備費を下げること、ランニングコストを安くすることが必要である。さらに具体的には、製造工程および製造設備の簡素化を図ると同時に、従来の製品の品質を超える性能を備えた製品を製造することが、継目無鑲管の製造に課せられた課題である。

これらの課題を解決することを目的として、継目無鋼管の製造に対して、様々な技術開発が行われてきた。特に、図 1に示した工程の内、鋼塊からビレツトを製造する段階、熱間での穿孔圧延、延伸圧延および仕上げ圧延の段階、仕上げ圧延後製品の鋼管に所定の性能を付与する熱処理段階に多くの提案がなされている。

鋼塊から横断面形状が丸形のビレツトを製造する工程については、連続铸造法によって丸形のビレツトを製造し、分塊圧延または鍛造工程を省略する提案がある。例えば、特開昭 6 3— 1 5 7 7 0 5号公報には、連続铸造法によって、横断面の形状が丸形のビレツ卜を製造し、このビレツ卜を穿孔後、延伸圧延する継目無鋼管の製造方法が示されている。しかし、ここに提案されている方法は、穿孔圧延するためのビレツ卜の加熱条件および傾斜ロール穿孔圧延機であるピアサ一での穿孔圧延条件に十分な技術改善が加えられていない。そのために、穿孔の際に被穿孔材に割れが発生しやすい。

また、工程の連続化の観点から、「鉄と鋼、第 7 1年（ 1 9 8 5 ) 第 8号、 9 6 5〜 9 7 1頁」には、連続延伸圧延機であるマンドレルミノレと仕上げ圧延機であるエキストラクティングサイザ一とを直結した製造設備が開示されている。しかし、この設備は、焼入れ温度を確保することを目的として、連続延伸圧延機と仕上げ圧延機とを直結したにすぎない。そのため、仕上げ圧延後高温のまま焼入れされるので、結晶粒の粗大化が起こり、製品である鋼管の靱性が低下するという問題がある。仕上げ圧延後の鋼管に、製品として要求される所定の性能を付与する熱処理工程についても、多くの提案がある。継目無鋼管には、高い信頼性および高い性能を備えていることが要求される。そのため、図 1に示したように、通常、製品の品質を決定付ける焼入れ、焼戻し処理からなる熱処理は、厳密な管理が可能なオフライン方式で行われている。したがって、製管ラインとは別に焼入れ装置と焼戻し炉が設置されている。このようなオフラインでの処理を含む製造方法は、製造設備の簡素化およびエネルギーの節減の上で大きな障害となっている。

このため、近年継目無鋼管の製造において、仕上げ圧延後の被加工材が保有する熱を利用して、オンラインで焼入れを行う、いわゆる直接焼入れ法を採用する試みがなされている。直接焼入れ法を採用すると、ォフラインでの焼入れ装置が不要になり、また製造工程が簡素化されるので、大幅なコストダウンを図ることができるという利点がある。

例えば、特開昭 5 6— 1 6 6 3 2 4号公報、同 5 8 - 1 2 0 7 2 0号公報、同 5 8 - 2 2 4 1 1 6号公報、同 5 9— 0 2 04 2 3号公報、同 6 0 - 0 3 3 3 1 2号公報、同 6 0— 0 7 5 5 2 3号公報、同 6 2— 1 5 1 5 2 3号公報等には、継目無鋼管の製造工程において、仕上げ圧延後、直ちに鋼管を強制的に冷却する直接焼入れ法が開示されている。しかし、この直接焼入れ法によって製造された製品については、従来のォフラインで焼入れされた製品並みの品質が得られていないのが実状である。すなわち、従来の方法で製造された製品に比べ、鋼の結晶粒が粗大なため、靭性ゃ耐食性に劣るという問題がある。

鋼の結晶粒を微細化することを目的として、オンラインで被加工材に加工熱処理を施す技術が提案されている。例えば、特開昭 5 6— 0 0 3 6 2 6号公報には、粗圧延（延伸圧延）と仕上げ圧延の中間に冷却と再加熱の工程を組み込む方法、特開昭 5 8 - 0 9 1 1 2 3号公報、同 5 8 - 1 0 4 1 2 0号公報、同 6 3— 0 1 1 6 2 1号公報および特開平 0 4 - 3 5 8 0 2 3号公報には、仕上げ圧延後に冷却と再加熱を組み合わせた処理を行う方法、特開昭 5 8— 1 1 7 8 3 2号公報には、圧延途中（延伸圧延と仕上げ圧延の間）および圧延後（仕上げ圧延）の 2回、冷却と再加熱を施す方法が開示されている。上記のこれらの処理方法は、ォンラインで冷却と再加熱を組み合わせたものであり、オーステナイトからフヱライ卜への変態およびフェライトからオーステナイ卜への逆変態を合計 2回以上繰り返すことを特徴としている。

上記の方法は、いずれも、被処理材の鋼管に対して、変態が開始もしくは完了する温度域まで強制的な冷却処理を必要とし、また、引き続き逆変態が完了する温度域までの再加熱を必要とする。したがって、上記の方法では、多くのエネルギーを消費するのでエネルギーコス卜が高いことおよび複雑な製造設備となるため製造設備の建設費が高いことといつた問題点がある。また、直接焼入れ法によって製造された継目無鋼管の機械的性質には、強度等についてバラツキが大きい。その理由は、鋼管の長さ方向あるいは製造ロッ卜間で、焼入れ温度が不均一になるためである。したがって、品質の均一な継目無鋼管を、生産性よく、大量に製造することは困難という問題がある。このように、上記の方法は、従来のオフラインで焼入れする方法に比較して、設備費およびランニングコス卜に優位性を見い出すことができないばかり力、、製品の性能にも劣るものであった。

一方、継目無鋼管の製造方法において、各工程をオフラインにして独立して配置すると、工程間での処理スピードが相違するために、ビレツト等の被加工材をストックするスペースを必要とするという問題がある。例えば、穿孔圧延用素材であるビレツ卜を保管するビレツ卜ヤードゃ、熱処理前の鋼管を一時保管しておく場所等が必要なため、広いスペースを確保しなければならない。また、各々の工程間では素材を搬送する手段が必要であり、クレーン、トラック等の補助搬送設備等、多くの搬送手段を必要とするという問題もある。

以上述べたように、従来提案されている方法では、簡素化された製造工程と製造設備によって、高い生産性で、かつ安価な製造コストで、性能に優れた継目無鋼管を製造するという要求には応えることができない ₍ 本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、簡素化された製造工程および製造設備によって、安い製造コストで、生産性よく、かつ従来の製品より優れた性能を備えた継目無鋼管を製造する方法とその製造方法を実施するための製造設備を提供することを目的としている < 発明の開示

本発明は、簡素化された製造工程および製造設備によって、安い製造コストで、生産性よく、かつ従来の製品より優れた性能を備えた継目無鋼管を製造する方法とその製造方法を実施するための製造設備を提供することを目的としている。

本発明の製造方法は、順次連続した下記の①〜⑧を含む工程で構成されており、ビレツ卜の製造から製品に至るまでの工程が、オンラインで結ばれている。

① 連続铸造法によって、横断面の形状が丸形のビレツトを製造するェ程、

② 前記ビレツトを A _{r l}変態点以下の温度に冷却する工程、

③ A _{r l}変態点以下の温度に冷却された前記ビレツ卜を穿孔可能な温度に加熱する工程、

④ 穿孔可能な温度に加熱されたビレツ卜を 2 0 0ノ秒以下の歪速度で穿孔圧延し、中空素管を製造する工程、

⑤ 連続延伸圧延機と仕上げ圧延機とが直結して配置された圧延機によつて、前記中空素管に対して、平均歪速度 0 . 0 1ノ秒以上、加工度 1 0 %以上、仕上がり温度 8 0 0〜 1 0 5 0ての条件で、延伸圧延および仕上げ圧延を施すことにより、鋼管を製造する工程、

⑥ 前記鋼管に対して、 A , 3変態点以上の温度で再結晶処理を施す工程.

⑦ A , 3変態点以上の温度から、前記鋼管に焼入れ処理を施す工程、

⑧ 焼入れされた前記鋼管に、焼戻し処理を施す工程。

また、本発明の方法を実施するための製造設備は、上記の工程にしたがって、各装置が連続的に連結されて配置されている。

本発明の継目無鍋管の製造方法および製造設備によれば、安い製造コストで、生産性よく、かつ従来の製品より優れた性能を備えた継目無鋼管を製造することができるので、工業的な継目無鋼管の製造に対する本発明の寄与は、極めて大きい。図面の簡単な説明

図 1は、従来の継目無鋼管の製造工程の 1例を示す図である。

図 2は、本発明の継目無鋼管の製造工程を示す図である。

図 3は、本発明の継目無鋼管の製造設備の配置を模式的に示す図である。

図 4は、本発明の実施例に用いた試験用ビレツ卜の化学組成および変態点を示す図である。

図 5は、実施例における試験 1で得られた中空素管について、最大割れ発生深さを測定した結果を示す図である。

図 6は、実施例の試験 2における穿孔圧延、延伸圧延および仕上げ圧延条件を示す図である。

図 7は、実施例の試験 2における再結晶処理条件、焼入れ条件および焼戻し条件を示す図である。

図 8は、実施例の試験 2で得られた試験材について、材料の強度、結晶粒度および耐食性を調査した結果を示す図である。発明を実施するための最良の形態

本発明者らは、前述の課題を解決するために、継目無鋼管の製造工程の簡素化および各工程における最適な処理条件について、実験研究を重ねた。その結果、本発明者らが得た新たな知見を基に、課題をすベて解決することができる、次の製造方法および製造設備を完成した。

図 2に、本発明の製造工程を示す。本発明の基本的な技術思想は、次のとおりである。

① ビレツトは、横断面の形状が丸形のビレツトを連続铸造法によって製造する。この方法によって、鋼塊あるいは角形の連続铸造ビレットを素材とする場合に必要な分塊、圧延あるいは鍛造工程を省略できる。

② 铸造されたビレツトは、穿孔圧延のための加熱の前に、一旦 A _{r l}変態点以下の温度まで冷却する。この冷却によって、次の加熱の際に、効果的に結晶粒の微細化を行わせる。結晶粒の微細化によって、過酷な穿孔圧延に対しても被穿孔材に割れが発生することを防止できる。

③ ビレットを A _{r l}変態点以下に冷却した後に、穿孔圧延可能な温度に加熱する。 A _{r l}変態点以下のできるだけ高い温度で、ビレツ卜の加熱を開始することにより、铸造時の保有熱を十分に活用する。この処理によつて、加熱炉での加熱に必要なエネルギーを大幅に節約できる。また、鋼塊または角形の連続铸造材を素材とする方法に比べて、保管場所を大幅に縮小できる。

④ 穿孔圧延には、傾斜ロール穿孔圧延法を採用する。この穿孔圧延の際には、適正な歪速度を選択することによって、被穿孔材に割れが発生することを防止する。

⑤ 穿孔圧延後の連続延伸圧延および仕上げ圧延は、両者の圧延機を同一ライン上に直列に近接させて配置する。この配置によって、被圧延材の温度低下を抑制するとともに、効果的に加工歪みを蓄積させる。この対策によって、次の工程における再結晶処理で、結晶粒の著しい微細化を達成できる。

⑥ 仕上げ圧延後、焼入れに至るまでの間に、被処理材である鋼管に再結晶処理を施す。すなわち、この搬送の間の徐冷、あるいは保温、加熱によって再結晶処理を行わせる。前の工程における被加工材への加工歪の蓄積と本工程での処理によって、結晶粒の微細化を効果的に達成できる。また、必要に応じて、この工程に加熱炉を設けて、鋼管の温度を調整できるようにする。鋼管の温度調整によって、鋼管の長さ方向および製造口ット間の焼入れ温度のバラツキを小さくできるばかりでなく、昇温または降温してその温度をコントロールし、炭窒化物等の析出をコントロールできる。そのため、同一材質でもその強度をコントロールすることが可能で、また、再結晶粒の粗大化の抑制も可能である。

⑦ 結晶粒の粒径および析出物量を適正に調整した鍋管を、 A _{r 3}変態点以下に冷却することなく、直ちに A _{r 3}変態点以上の温度から焼入れする _c

⑧ 引き続き同じライン上に設けた焼戻し炉によって焼戻しを行う。

⑥から⑧までの一連の処理によって、従来の製品に比べて、靭性、耐食性等の性能を向上させることができる。

本発明は、上記の基本的な技術思想を実現したものである。

図 3は、本発明の方法を実施するための製造設備の配置を示す模式図である。先に示した図 2および図 3を参照しながら、本発明の内容を、各工程別に詳細に説明する。工程① ビレツ卜の製造

横断面が丸形の形状をしたビレツトは、溶鋼の注入部の横断面の形状が丸形の铸型を備えた連続铸造機によって製造する。铸型の内径は、製造する鋼管の外径に応じて定まるビレツトの外径に合わせて選択する。この条件で所定の外径と長さを備えたビレツ卜を連続的に铸造する。図 3中の符号 1が、溶鋼注入部の横断面の形状が丸形の铸型を備えた連続铸造機であり、錄造するビレツ卜の外径に応じて铸型を交換できる構造を持っている。この連続铸造機によって、製管段取りに応じた外径の丸形のビレツトを連続的に铸造する。なお、ビレツ卜铸造部の後には. ビレツ卜の中心部の凝固がほぼ完了するか、または完全に完了した後、ビレツトを所定の長さに切断するための、切断機が備えられている。また、連続铸造機は、ビレツトの铸造組織等の改質を図ることを目的として、ビレットに軽度の圧下加工を加えるロールスタンドを備えるものであってもよい。この場合には、ロールスタンドは、ビレットの切断手段の前または後に設けられる。

工程② ビレットの細粒化処理（冷却）

铸造されたビレツトを、 A _{r l}変態点以下で室温以上の温度に一旦冷却する。その理由は、後の工程の傾斜ロール穿孔圧延機（以下、ピアサーと記す）による穿孔工程で受ける過酷な加工に耐える熱間加工性を与えるためである。ビレットの熱間加工性を高めるためには、ビレットの金属組織を細粒化する必要がある。本発明では、オーステナイト相からフュライト相への変態終了温度である A _{r l}変態点以下の温度にビレツトを一旦冷却し、その後ビレツ卜の穿孔を行うための加熱によって、金属組織を細粒化することにした。この際の冷却温度は、次の工程におけるビレツ卜の加熱に要するエネルギーをできるだけ少なくするために、 A _{r l} 変態点以下で、 A _{r l}変態点に近い温度の方が好ましい。ただし、冷却温度の下限は、室温以上でも差し支えない。ビレットを冷却するために、連続铸造機と後の工程のビレツ卜加熱炉との間には、ビレツ卜の温度が A _{r l}変態点以下まで降下するのに必要な距離を設けるか、または、ビレッ卜に対する強制的な冷却手段を設けるのがよい。

図 3に示す本工程を構成する装置は、横送り形式の搬送路 2と、ビレット加熱炉 3で構成された例が示されている。搬送路 2の長さは、上記のように、铸造後のビレツ卜の温度が A _{r l}変態点以下に下がるのに必要な距雜とするのがよい。工場レイァゥト等の制約があり、前記のような距雜を設けることができない場合には、搬送路 2の途中に強制的な冷却手段を設け、ビレットを冷却する方法で解決する。

工程③ ビレツ卜の加熱

この工程では、次の工程の穿孔圧延機であるピアサー 5による穿孔圧延が可能な温度に、加熱炉 3でビレツトを十分に加熱、均熱する。最適な加熱温度は、材質によって異なり、穿孔圧延する材料の高温延性、高温強度などの特性を考慮して決められる。加熱温度は、通常、 1 1 0 0 〜： I 3 0 0ての範囲である。

なお、ビレット加熱炉 3としては、ビレット横送り型の炉を用いるのがよい。また、加熱炉へのビレツト装入充填率を高めることによって、ビレツ卜の加熱効率を高めることができるので、可能な限りビレツトの長さを長くするのがよい。そのため、穿孔圧延する際のビレツ卜長さの複数倍の長さとする。この場合には、ビレット加熱炉 3とピアサ一 5との間に、ガス切断機、ホットソ一等の切断機 4 aを設け、ビレットを所定の長さに切断した後に、ビレツトをピアサ一 5に供給する。また、切断の際に、ビレツ卜の温度が低下しすぎる場合には、切断手段の後に、例えばトンネル型誘導加熱炉等、短時間でビレットを加熱、昇温できる補助的な加熱装置 4 bを設けて、ビレツ卜の昇温加熱を行うようにしてもよい。

工程④ 穿孔圧延

本発明では、熱間圧延が施されていない铸造状態のビレツ卜を、ピアサ一 5で穿孔圧延し、中空素管を製造する。穿孔圧延は極めて過酷な加ェであるため、穿孔の過程で被穿孔材に疵が発生しやすい。この対策として、本発明の場合では、ビレツ卜の金属組織を細粒化することに加えて、歪速度 2 0 0 秒以下に制限した条件で穿孔することによって疵の発生を抑えることとしている。したがって、本発明では、穿孔圧延時の歪速度を 2 0 0ノ秒以下とすることを要件としている。

ここで、歪速度とは、次式で定義される速度をいう。

(被加工材の加工前の断面積被加工材の加工後の断面積） Z加工に要する時間

時間の単位：秒

なお、熱間加工性の劣る材質については、できるだけ高い温度で穿孔するのがよい。そのために、ピアサー 5の直前に、前述のトンネル型の誘導加熱装置等の補助的な加熱装置 4 bを設けて、ビレツ卜の昇温を行うのが好ましい。

また、歪速度は、 2 0 0ノ秒以下であればよく、特にその下限を定めない。しかし、歪速度 0 . 1 /秒未満の場合には、ピアサー 5のプラグ、ガイドシュ一等の工具寿命が著しく短くなるので、 0 . 1ノ秒以上とするのが好ましい。

穿孔圧延機としてのピアサー 5は、傾斜ロール穿孔圧延機であれば、どのようなタイプのでもよい。その中でも、本発明には、薄肉の穿孔および高拡管率の穿孔が可能な交叉型の傾斜ロール穿孔圧延機が、特に適している。その理由は、 1種類の外径の丸形のビレツ卜力、ら、径の大きい種々のサイズのホロ一シヱルを穿孔することが可能なため、必要なビレツ卜のサイズの統合集約が容易なためである。

なお、穿孔圧延工程を終えた際の中空素管の温度は、材質、穿孔条件等によって相違するが、通常、 1 0 5 0〜 1 2 5 0て程度になる。

工程⑤ 延伸圧延、仕上げ圧延

中空素管は、横送り形式の搬送路 6によって、その終端部に設けられた連続延伸圧延機（マンドレルミル） 7の入側テーブルに搬送される。ここで、まず、その管内に、後端がバ一リテーナ一で拘束されて保持されるマンドレルバ一を挿入する。次に、連続延伸圧延機 7と仕上げ圧延機 8によって、平均歪速度 0 . 0 1ノ秒以上、加工度 1 0 %以上、仕上げ温度 8 0 0〜 1 0 5 0 の条件で、延伸圧延および仕上げ圧延を行い所定の寸法の鋼管に仕上げる。

延伸圧延機としては、複数ロールスタンドからなる連続延伸圧延機であるマンドレルミル 7が適している。また、仕上げ圧延には、マンドレノレミルと同様に複数ロールス夕ンドからなるサイザ一またはストレッチレデユーザーを用いる。これらの加工は、前の穿孔圧延工程に比べると. 素材の温度が低下しているので、比較的低い温度での加工となる。本発明は、この比較的低い温度での加工を利用して、加工熱処理を施すことを特徴としており、本工程は、本発明にとって重要な工程である。本発明の場合には、連続延伸圧延機であるマンドレルミル 7と仕上げ圧延機であるサイザ一 8 (またはストレッチレデユーザー）とは、距離を隔てて配置させずに、直結型の配置とする。具体的には、この 2つの圧延機は、連続延伸圧延機で延伸圧延された鋼管の長さ未満の間隔で、かつ同一のライン上に直列に配置する。この配置によって、連続延伸圧延機で付与された加工歪みが回復する前に、直ちに仕上げ圧延機でさらに加工を加えることができる。この条件を満たす加工によって、その後に起こる鋼管の再結晶粒の微細化を効果的に達成することができる。

すなわち、同じパススケジュールで製管する場合でも、連続延伸圧延機と仕上げ圧延機とが距雜を隔てて独立して配置されている場合には、再結晶後の結晶粒の粒径が大きく成長する。本発明が目標としている従来の製品よりも優れた品質の鋼管を得るためには、上記のように連続延伸圧延機と仕上げ圧延機を近接させて、直列に配置することが不可欠でめ

この工程においては、下記（ a ) 式で定義される平均歪速度（V s ) は、 0 . 0 1 Z秒以上としなければならない。平均歪速度が 0 . 0 1 Z 秒未満の場合には、各々のパス間で再結晶が起こるため、歪が蓄積がされない。そのような条件では、後の工程において、再結晶による結晶粒の十分な微細化効果が得られない。また、この工程での加工度は、 1 0 %以上とする必要がある。歪量が加工度（断面減少率）に換算して 1 0

%未満の場合には、再結晶が容易に進行しないので、目標とする結晶粒の微細化効果が得られないためである。

さらに、仕上げ圧延後の素材の仕上がり温度は、 8 0 0〜 1 0 5 0ての範囲とする。この温度範囲の場合には、その後の再結晶による結晶粒の微細化効果が著しく大きいためである。

したがって、本工程においては、平均歪速度 0 . 0 1ノ秒、加工度 1

0 %以上および仕上げ圧延機での仕上がり温度 s o o i o s o ^と定めた。

なお、平均歪速度および加工度の上限は、特に定める必要がない。ただし、平均歪速度については、 1 0 /秒を超えると連続延伸圧延機であるマンドレルミルのマンドレルバ一等の工具寿命が著しく低下するので、

1 0 /秒以下とするのが好ましい。また、加工度については 9 5 %を超えると疵の発生が著しくなるので、 9 5 %以下とするのが好ましい。

V ε = ( Μ ε + S ε ) ノ M t ( a )

ただし、 M £ 連続延伸圧延機での加工歪

S t 仕上げ圧延機での加工歪

M t 中空素管先端が連続延伸圧延機に嚙み込んでから仕上げ圧延機を出るまでの所要時間（秒）本発明に用いる連続延伸圧延機であるマンドレルミルとしては、内面規制工具であるマンドレルバ一の後端を拘束するとともに、延伸圧延終了後にマンドレルバ一を、ミル入側に孔型ロール列中を通して引き戻して循環使用できるマンドレルバー拘束手段（バーリテーナ一）を有するタイプであればどのようなものでも使用できる。その中でも、前記マンドレルバ一拘束手段が、中空素管の延伸圧延中に管の圧延移動速度とは独立した速度で、マンドレルバ一の移動速度を制御可能な機能を備えるマンドレルミルを用いるのが好ましい。また、仕上げ圧延機であるサイザ一またはストレツチレデューサ一としては、内面規制工具を用いないものであればどのようなタイプのものでもよい。その中でも、連続延伸圧延機で圧延された管内のマンドレルバ一から管を引き出して分離する機能を備えた、ェクストラクティング型のサイザ一またはストレツチレデューサ一を用いるのが好ましい。

なお、前記搬送路 6は、横送り形式ではなく、ローラ一コンベア一等の縦送り形式でもよい。

工程⑥ 再結晶処理

本発明では、延伸圧延および仕上げ圧延に引き続き、焼入れ前に A , ₃ 変態点以上の温度で、鋼管に対して再結晶処理を施す。本工程では、前の工程における連続延伸圧延と仕上げ圧延で付与された加工歪と本工程の徐冷、保熱あるいは加熱する方法のいずれかとの組み合わせによって、効果的に再結晶を起こさせ、結晶粒の微細化を図る。この 2つの工程の組み合わせは、本発明に特有の処理であり、製品の品質の向上に極めて有効な加工熱処理法である。

再結晶処理は、仕上げ圧延機であるサイザ一 8の出側に設けられた鋼管を徐冷をすることができる搬送装置 9、あるいは搬送路中に設けられた保温炉または加熱炉あるいは保温と加熱兼用炉 1 0によって実施する _c (徐冷法）仕上げ圧延終了後、 A , ₃変態点以上の所定の焼入れ温度まで鋼管を徐冷する方法である。本工程では、焼入れ開始までに再結晶を完了させて、結晶粒を微細化する必要があるので、冷却速度は遅い方が好ましい。冷却速度が空冷以上になると粗大な結晶粒あるいは混粒組織となり、鋼の靭性が低下する。したがって、冷却速度は、空冷を含まない空冷より遅い冷却速度とした。冷却速度は、好ましくは 0 . 5て/ 秒以下である。

本工程で鋼管を徐冷するためには、例えば、急冷を避けるため、仕上げ圧延機の出口から焼入れ装置の入り口までの間の搬送路 9を、ガラスウール等の断熱材料を内張りしたカバーで覆う方法、輻射熱を反射する鏡面を備えた板を内張りしたカバーで覆う方法等を適用すればよい。

(保温法）この方法は、仕上げ圧延終了後の鋼管を、その仕上げ温度に保持する方法である。その保持時間が 3 0秒未満の場合には、再結晶が起こらない。また、 3 0分を超えて保持しても再結晶に対する効果は変わらない。長時間の保持は、エネルギーコストが嵩み、生産能率も低下させる。したがって、保温法の場合の保持時間は、 3 0秒〜 3 0分と定めた。

(昇温加熱、均熱法）この方法は、仕上げ圧延終了後の鋼管を、 8 5 0〜 9 8 0てで、 1 0秒〜 3 0分間保持する方法である。温度が 8 5 0て未満、保持時間が 1 0秒未満では再結晶が起こらない。また、温度が 9 8 0てを超える場合および保持時間が 3 0分を超える場合には、結晶粒が粗粒化する。したがって、上記のように、鋼管を 8 5 0〜 9 8 0 てで、 1 0秒〜 3 0分間保持することにした。なお、ここで、均熱には、前の工程における鋼管の仕上がり温度よりも低い上記の温度範囲に設定された加熱炉内で、鋼管を均熱する操作も含まれる。

上記の保温、昇温加熱または均熱は、それぞれ一般に用いられているタイプの保温炉または加熱炉、あるいは保温と加熱の兼用炉を利用することによって実施することができる。このような炉を利用する方法は、焼入れの際の素材の温度を確保することが容易であるので、好ましい方法である。また、炉を用いる方法は、鋼管の長さ方向および製造ロット間の温度の均一化が容易であるので、製品の品質のバラツキを大幅に小さくすることができるという利点がある。この他、保温する温度あるいは昇温、加熱する温度を高めに設定し、延伸圧延、仕上げ圧延中に析出した炭化物等を、再固溶させて焼戻し軟化抵抗を向上させること、逆に低めに設定し、析出物を積極的に析出させて粒界ピンニング作用によつて結晶粒の粗大化を防止することもできる。

工程⑦ 焼入れ

再結晶処理の後、搬送路 9により鋼管を焼入れ装置 1 1へ送る。この間、鋼管の温度が A _{r 3}変態点以下に下がらないようにする。すなわち、仕上げ圧延機 8と焼入れ装置 1 1は、搬送路 9等を介して、インラインで結ばれている。焼入れ装置 1 1では、 A _{r 3}変態点以上の温度の鋼管に対して、焼入れ処理を施す。

焼入れは、鋼管に十分な強度と靭性を与えるために、 A _{r 3}変態点以上の温度から急冷することが必要である。また、肉厚の厚い鋼管であっても、十分に速い速度での冷却が必要である。このような場合には、焼入れ装置 1 1 として、鋼管の内外面を同時に冷却することができる構造の装置を用いるのが好ましい。

工程⑧ 焼戻し

焼入れ処理された鋼管は、焼入れ装置 1 1の後のライン上に、近接して配置された焼戻し炉 1 2に移される。すなわち、焼入れ装置と焼戻し炉 1 2は、搬送路を介してィンラインで結ばれている。焼戻し炉で、鋼管を所定の温度に加熱、均熱することにより、焼戻し処理を施す。

焼戻しは、最終製品の性能を決定する重要なプロセスであるため、目標の性能に応じて最適な焼戻し温度を定め、その温度で十分に均熱することが必要である。焼戻し温度のバラツキは大きくても ± 1 0 とし、好ましくは ± 5てとする。このような処理によって、耐カ（Y S ) 、引張強さ（T S ) のバラツキを、目標の強度の ± 5 kgi/inin² の範囲内に抑えることができる。

焼戻し処理の後、矯正機 1 3によって曲がり矯正を行うことによって、製品としての鋼管に仕上げる。実施例本発明の製造方法を、以下に述べる 2つの試験によって確認した。 (試験 1 )

ビレツトを穿孔圧延する際の歪速度と、穿孔後の中空素管に発生する割れとの関係を調査した。試験用のビレットは、図 4に示す A I S I 1 5 2 4に相当する化学組成 Aおよび A I S I 4 1 3 0に相当する化学組成 Bの溶鋼を、内径 9 0 m mの铸型に注入することによって製造した。溶鋼の凝固が完了した後、直ちにビレツ卜を铸型から取り出した。各ビレツ卜は、いずれも図 4に示した A _{r l}変態点以下の温度である、鋼 Aは 6 0 0 、鋼 Bは 5 0 0 まで冷却した。その後、加熱炉によって, 1 2 5 0 の温度に 1時間保持した。次に、実験用の穿孔圧延機（ピアサ一）によって穿孔試験を行い、中空素管を作製した。得られた中空素管について、割れの発生を調査し、最大割れ深さを測定した。

図 5に、中空素管の最大割れ発生深さの測定結果を示した。

図 5から明らかなように、鋼 Aおよび鋼 Bの両者とも、穿孔圧延の歪速度が 2 0 0 /秒以下の条件では、中空素管に割れが発生しなかった。これに対して、歪速度が 2 0 0 /秒を超える場合には、割れが発生した _c したがって、铸造後のビレツトを A _{r l}変態点以下の温度に一旦冷却し、さらに穿孔圧延可能な温度に加熱して穿孔圧延する場合には、穿孔圧延の際の歪速度を 2 0 0 Z秒以下にしなければならないことを確認した。

(試験 2 )

試験に用いたビレツ卜の外径および化学組成は、試験 1に用いたビレッ卜のそれと同じである。凝固完了後、直ちにビレツトを铸型から取り出し、 A _{r 3}変態点以下の温度まで冷却した。さらに、加熱炉で 1 2 5 0 てに、 1時間保持した。その後、図 6および図 7に示す条件で、穿孔圧延（ピアサ一加工）、延伸圧延（マンドレルミル加工）および仕上げ圧延（サイザ一加工）をシミュレートした熱間プレス加工試験を行った。図 6および図 7に示したように、試験 N o . 1〜 1 8は本発明例、試験 N o. 1 9〜 2 4は、製造条件の一部が本発明の範囲外である比較例である。試験 N 0. 2 5および 2 6は、図 1に示した従来の工程に従つて鋼管を製造した場合の従来例である。従来例については、ビレットのピアサー加工の際の歪速度が本発明の範囲より少し大きく、かつ延伸圧延と仕上げ圧延の加工シミュレーションが連続的には実施されていない _c また、仕上げ圧延から焼入れの間で試験材は、常温まで冷却されている _c 本発明例、比較例および従来例いずれについても、鋼 Aおよび鋼 Bの 2 つに試験材を対象に試験した。なお、図 7に示した冷却速度は、図 6の条件で穿孔圧延および仕上げ圧延を行った後、仕上げ温度から A _r3変態温度以上の温度まで試験材を徐冷した場合の冷却速度である。また、鋼 Aと鑲 Bに同一の熱処理を施した場合、鋼 Aと鋼 Bで試験材の強度が相違し、耐カ、靭性等の比較ができないので、試験材の強度がほぼ同じ条件で比較できるように、 2条件の焼戻し温度を設定した。

加工後の試験材について、材料の強度、旧オーステナイ卜相の結晶粒径、靭性（ V T r s ) および耐食性（ S c値）を調査した。

また、耐食性を評価する S c値は、 N A C E (米国腐食協会）一 TM 0 1 — 7 7— 9 2、 ME T H O D— Bの規定に従って求めた。旧オーステナイト結晶粒度は、長さ 1 mmの間の平均結晶粒切断切片長さを求め、測定値は結晶粒度として表示した。

図 8に試験結果を示した。

まず、従来例の試験 N o. 2 5、 2 6を基準にして、本発明例との比較を行う。焼戻し温度 6 0 0 の鋼 Aについては、本発明例の試験 N 0. 1〜 6は、従来例の試験 N 0. 2 5に比べて、結晶粒の粒径が小さく、靭性、耐食性ともに従来例と同等またはそれ以上の性能が得られた。また、焼戻し温度 7 2 0 の鋼 Bについても、本発明例の試験 N o. 7〜 1 8と従来例の試験 N o. 2 6を比較すると、鋼 Aの場合と同様な結果が得られた。

また、本発明の範囲外の条件で製造された試験 N o . 1 9〜 2 4の比較例は、本発明例に比べて、結晶粒の粒径が大きく、靭性および耐食性が劣っていた。その原因は、本発明例に比べて、加工と再結晶による結晶粒の微細化効果が小さいためである。

以上の試験結果から明かなように、本発明の方法によって製造された継目無鋼管は、機械的性質、耐食性などの性能が、従来法によって製造された継目無鋼管と同等またはそれ以上で、極めて優れていることが確認された。産業上の利用の可能性

本発明によれば、簡素化された製造工程および製造設備によって、ビレツ卜から製品まで連続した 1連のラインで、かつ安定した製造条件で継目無鋼管を製造することができる。したがって、本発明の製造方法および本発明の製造設備によって製造された継目無鋼管は、従来品と同等またはそれ以上の優れた性能を備えることができる。また、製造設備の建設費およびランニングコストを低減することができるため、継目無鋼管の製造コストを低くすることができる。さらに、優れた生産性で、大量に継目無鋼管を製造することができる。このように、本発明の継目無鋼管の製造方法および製造設備は、工業的な継目無鋼管の製造に極めて好適である。

Claims

請求の範囲

1 . 順次連続した下記の①〜⑧を含む工程からなることを特徴とする継目無镅管の製造方法。

② 前記ビレツ卜を A _{f l}変態点以下の温度に冷却する工程、

④ 穿孔可能な温度に加熱されたビレットを 2 0 0ノ秒以下の歪速度で穿孔圧延し、中空素管を製造する工程、

⑤ 連続延伸圧延機と仕上げ圧延機とが直結して配置された圧延機によつて、前記中空素管に対して、平均歪速度 0 . 0 1ノ秒以上、加工度 1 0 %以上、仕上がり温度 8 0 0〜 1 0 5 0 の条件で、延伸圧延および仕上げ圧延を施すことにより、鋼管を製造する工程、

⑥ 前記鋼管に対して、変態点以上の温度で再結晶処理を施す工程、

⑦ A , ³変態点以上の温度から、前記鋼管に焼入れ処理を施す工程、

⑧ 焼入れされた前記鋼管に、焼戻し処理を施す工程。

2 . 再結晶処理を施す工程⑥が、工程⑤で製造された鋼管を、 A , ₃変態点以上の温度まで、空冷を含まない空冷より遅い冷却速度で冷却する処理であることを特徴とする請求の範囲 1に記載の継目無鋼管の製造方法。

3 . 再結晶処理を施す工程⑥が、工程⑤で製造された鋼管を、工程⑤の仕上がり温度に、 3 0秒〜 3 0分間、保持する処理であることを特徴とする請求の範囲 1 に記載の継目無鋼管の製造方法。

4 . 再結晶処理を施す工程⑥が、工程⑤で製造された鋼管を、温度 8 5 0〜 9 8 0てに、 1 0秒〜 3 0分間、保持または再加熱保持する処理であることを特徴とする請求の範囲 1に記載の継目無鋼管の製造方法。

5 . 再結晶処理を施す工程⑥の後、再結晶処理を施した鋼管を A 変態点以上の温度まで冷却する処理を含むことを特徴とする請求の範囲 3または 4に記載の継目無鋼管の製造方法。

6 . 下記の a ) 〜 g ) の装置が順次連続して配置され、かつ下記（ 1 ) 〜（ 3 ) の条件を満足することを特徴とする請求の範囲 1または 2に記載の方法を実施するための継目無鋼管の製造設備。

a ) 横断面の形状が丸形のビレツトを製造する連続铸造機、

b ) 铸造されたビレツトを加熱するビレツト加熱炉'、

c ) 加熱されたビレツトを中空素管に穿孔圧延する傾斜ロール穿孔圧延機、

d ) 中空素管を延伸圧延する連続延伸圧延機、

e ) 延伸圧延された中空素管を、所定の寸法の鋼管に仕上げる仕上げ圧延機、

f ) 仕上げ圧延された鋼管をィンライン中で焼入れ処理する焼入れ装置および、

g ) 焼入れ処理された鋼管をィンライン中で焼戻し処理する焼戻し炉。

( 1 ) 連続铸造機とビレツト加熱炉の間には、ビレツ卜の温度が A _{r l}変態点以下で室温以上の温度域にある間に、ビレツ卜加熱炉へビレツトを装入することができる距離を有すること、またはビレツ卜の温度を A _{r l} 変態点以下、室温以上の温度域に強制的に冷却することができる冷却手段を備えていること、

( 2 ) 連続延伸圧延機と仕上げ圧延機は、その間隔が連続延伸圧延機で延伸圧延された鋼管の長さ未満であり、かつ同一ライン上に直列に配置されていること、

( 3 ) 仕上げ圧延機と焼入れ装置の間は、仕上げ圧延された鋼管を空冷を含まない空冷より遅い冷却速度で徐冷することができる手段を備えた搬送路で結ばれていること。

7 . 下記の a ) 〜h ) の装置が順次連続して配置され、かつ下記（ 1 ) 〜（ 3 ) の条件を満足することを特徴とする請求の範囲 3、 4または 5 に記載の方法を実施するための継目無鋼管の製造設備。

a ) 横断面の形状が丸形のビレツ卜を製造する連続铸造機、

b ) 铸造されたビレツトを加熱するビレツト加熱炉、

d ) 中空素管を延伸圧延する連続延伸圧延機、

f ) 仕上げ圧延された鋼管を、仕上がり温度に保持する保熱炉、または所定の温度に保持または加熱後保持する加熱炉、

g ) 仕上げ圧延された鋼管をィンライン中で焼入れ処理する焼入れ装置および

) 焼入れ処理された鋼管をィンライン中で焼戻し処理する焼戻し炉。

( 1 ) 連続铸造機とビレツト加熱炉の間には、ビレツ卜の温度が A _{r l}変態点以下で室温以上の温度域にある間に、ビレツト加熱炉へビレツ卜を装入することができる距離を有すること、またはビレツ卜の温度を Α , , 変態点以下、室温以上の温度域に強制的に冷却することができる冷却手段を備えていること、

( 3 ) 仕上げ圧延機と焼入れ装置の間は、仕上げ圧延された鋼管をその温度に保持する保熱炉または所定の温度に加熱保持する加熱炉を備えた搬送路で結ばれていること。

8 . 請求の範囲 6または 7に記載の継目無鋼管の製造設備であって、傾斜ロール穿孔圧延機とビレツ卜加熱炉の間は、穿孔可能な温度に加熱されたビレツトを所定の長さに切断することができるビレツト切断手段を備えた搬送路で結ばれていることを特徴とする製造設備。

9 . 請求の範囲 6、 7または 8のいずれかに記載の継目無鋼管の製造設備であって、ビレット切断手段と傾斜ロール穿孔圧延機との間に、ビレット再加熱手段を備えていることを特徴とする製造設備。