JP2002361304A

JP2002361304A - 丸ビレットを用いた継目無鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP2002361304A
Application number: JP2001175917A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nakanishi; 哲也中西; Yuichi Tsukaguchi; 友一塚口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2002-12-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ＲＣＣ材を傾斜ロールで穿孔圧延する際に発生
する内面疵の抑制。【解決手段】連続鋳造したままの丸ビレット、特に、
2〜15％のCrを含有する合金鋼またはマルテンサイト系
ステンレス鋼を連続鋳造したままの丸ビレットに、設定
温度が1200〜1320℃であり、且つ均熱時間が前記ビレッ
トの外径mmあたり0.5分以上である加熱処理を施した
後、穿孔圧延する。 2〜15％のCrを含有する合金鋼またはマルテンサイト
系ステンレス鋼を湾曲半径が8m以上である丸形状鋳型の
鋳造機によって連続鋳造する際に、凝固シェル中心部固
相率が0.3〜1.0の時に外径圧下率が5％以下の軽加工を
施した丸ビレットに、設定温度が1200〜1320℃であり、
且つ均熱時間が前記ビレットの外径mmあたり0.5分以上
である加熱処理を施した後、穿孔圧延する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、丸ビレット連続鋳
造素材（以下、ＲＣＣ材ともいう）をマンネスマン方式
等の傾斜ロール式穿孔圧延機によって穿孔し、その後、
マンドレルミル、エロンゲーター、プラグミル、アッセ
ルミル等の延伸圧延で肉厚を調整し、最終的にレデュー
サー、サイザー等の定径圧延で外径を決定する、継目無
鋼管の圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】継目無鋼管の製造工程では、素材コスト
の安価なＲＣＣ材（鋳造ままの丸ビレットだけでなく、
連続鋳造ラインの凝固末期におけるロール等により軽圧
下された丸ビレットを含む）を熱間穿孔圧延に使用した
上で、可能な限り傷の発生を少なくする継目無鋼管を得
ることが求められている。

【０００３】ここで、上記のＲＣＣ材を使用した継目無
鋼管の内面疵は、中心部に割れがある場合だけでなく、
穿孔圧延前の凝固シェル中心部に存在するポロシティ
（以下、中心ポロシティという）を起因としても発生す
る。この中心ポロシティは、鋳片が凝固収縮する際に発
生するため、連続鋳造が安定に行われていても非定常に
発生する。特に、丸ビレットは、最終的に凝固する位置
が中心に集中するため、スラブＣＣやブルームＣＣと比
較して中心ポロシティが発生し易い材料である。

【０００４】従って、従来、ステンレス鋼等の連続鋳造
において中心ポロシティ等が発生しやすい鋼材は、予め
分塊圧延等の外径圧下率が5％を超えるような高圧下率
の加工を加えた後に、マンネスマン方式等の傾斜ロール
式穿孔圧延機による穿孔圧延に供することとしていた。
特に、Crを2％以上含む合金鋼では、鋳片の凝固収縮が
大きく、更に、溶鋼の流動性が悪いことから、上記の高
圧下率の加工が必須であった。

【０００５】しかし、製造コスト低減の観点からは、上
記の前加工を軽減または省略するのが望ましく、また、
Crを2％以上含む合金鋼ではロール圧下が過酷な熱的条
件となり、ロールの損傷、焼き付きが激しく実用上問題
があるため、近年、継目無鋼管の製造において、上記の
高圧下率の加工を施さないＲＣＣ材を熱間穿孔圧延に供
する製造方法が種々開示されている。

【０００６】特開平9-300006号公報には、0.5％以上のC
r合金鋼を連続鋳造して得られた丸ビレットにその凝固
末期の部分に軽加工を加えた後、加熱および熱間圧延を
1,100〜1,300℃の温度範囲で行い、その後、所定の条件
下で穿孔圧延する難加工性継目無鋼管の製造方法が開示
されている。

【０００７】特開2000-233209号公報には、7〜16％のCr
を含有する鉄基鋼Cr鋼を連続鋳造し、その後、圧延工程
を経ることなく、マンネスマン穿孔を少なくとも1473Ｋ
以上でかつ所定の条件式を満足するビレット加熱温度で
行う鉄基高Cr鋼系継目無鋼管の製造方法が開示されてい
る。

【０００８】特開2000-334505号公報には、難加工材ま
たは鋳造ままの丸ビレットを傾斜ロール式穿孔圧延機に
よって穿孔圧延する際に、主ロールの回転数、ロール径
およびビレット径からなる所定の条件式を満足する条件
で穿孔圧延を行い、プラグ先端圧下率を95％以上に維持
する継目無鋼管の製造方法が開示されている。

【０００９】特開2000-605号公報および特開2000-24631
1号公報には、難加工材または鋳造ままの丸ビレットを
傾斜ロール式穿孔圧延機によって穿孔圧延する際に、安
定に噛み込むまでプッシャーによって素材に背厚を付与
しながら穿孔する継目無鋼管の製造方法が開示されてい
る。

【００１０】特開2000-190006号公報には、丸ビレット
の噛み込み側端部の中心に、径がビレットの外径の0.1
〜0.3倍で、深さがビレットの外径の1〜3倍の凹部を形
成してから穿孔するビレットの穿孔方法が開示されてい
る。

【００１１】「鋼管の製造方法」（林千博、2000年10月
10日、日本鉄鋼協会発行）の75頁および「Conference o
n Steel Rolling ISIJ予稿」（林千博他、1985年発行）
の174頁には、傾斜ロール式穿孔法において、傾斜角な
らびに交叉角が大きくなるほど、穿孔後の鋼管の単位長
さ当たりの内面微小欠陥の個数は減少すること、およ
び、丸ビレットの鋳込み時にモールド内電磁撹拌を実施
することによって上記の微小欠陥の個数が更に減少する
ことが記載されている。

【００１２】以上のように、従来の技術においては、傾
斜ロール式穿孔圧延機でのロール形状、ロールおよびプ
ラグ位置の設定条件等の穿孔圧延における補助的な条件
を規定するものが主である。また、前述の特開平9-3000
06号公報では、穿孔圧延前の加熱設定温度についての規
定されているが、加熱時間、即ち、ビレット温度の均熱
時間を制御し、均熱性を確認する方法について述べられ
ていない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の実状
に鑑みてなされたものであって、ＲＣＣ材を穿孔圧延す
る前に施す加熱処理の設定温度および均熱時間の最適化
を図ることにより、また、連続鋳造の凝固末期において
有効な軽加工を実施することにより、当該ＲＣＣ材を傾
斜ロールで穿孔圧延する際に発生する内面疵を抑制でき
る継目無鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の〜
に示す継目無鋼管の製造方法を要旨とする。丸形状鋳型にて連続鋳造したままの丸ビレットに、設
定温度が1200〜1320℃であり、且つ均熱時間が前記ビレ
ットの外径mmあたり0.5分以上である加熱処理を施した
後、穿孔圧延することを特徴とする継目無鋼管の製造方
法。質量％で、2〜15％のCrを含有する合金鋼またはマル
テンサイト系ステンレス鋼を丸形状鋳型にて連続鋳造し
たままの丸ビレットに、設定温度が1200〜1320℃であ
り、且つ均熱時間が前記ビレットの外径mmあたり0.5分
以上である加熱処理を施した後、穿孔圧延することを特
徴とする継目無鋼管の製造方法。質量％で、2〜15％のCrを含有する合金鋼またはマル
テンサイト系ステンレス鋼を湾曲半径が8m以上である丸
形状鋳型の鋳造機によって連続鋳造する際に、凝固シェ
ル中心部固相率が0.3〜1.0の時に外径圧下率が5％以下
の軽加工を施した丸ビレットに、設定温度が1200〜1320
℃であり、且つ均熱時間が前記ビレットの外径mmあたり
0.5分以上である加熱処理を施した後、穿孔圧延するこ
とを特徴とする継目無鋼管の製造方法。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は、丸形鋳型にて連続鋳造
したままの丸ビレットであっても、設定温度が1200〜13
20℃であり、且つ均熱時間が前記ビレットの外径mmあた
り0.5分以上である熱処理を施した後に穿孔圧延するこ
とによって、鋼管の内面疵を抑制できる継目無鋼管の製
造方法である。以下、その内容を詳細に説明する。

【００１６】加熱処理の設定温度：1200〜1320℃加熱処
理の設定温度が1200℃未満の場合には、穿孔圧延に続く
延伸圧延の際の圧延温度が確保されず、製管での機械
疵、工具焼付き疵が発生しやすい。一方、その温度が13
20℃を超える場合には、穿孔圧延時の温度が高すぎるた
め、穿孔圧延終了後〜延伸圧延開始前の搬送中に発生す
るスケール量が増加して、延伸圧延においてそのスケー
ルが巻き込まれて、ピット疵やアバタ疵が増加する。従
って、加熱処理における設定温度を1200〜1320℃とし
た。望ましくは、1250〜1320℃である。

【００１７】加熱処理の均熱時間：ビレットの外径mmあ
たり0.5分以上均熱時間がビレットの外径mmあたり0.5分
未満の場合、ビレットの均熱が十分ではなく、具体的に
は、ビレットの外面温度と中心部温度との差が10℃程度
またはそれ以上となる。このような場合には、ビレット
の変形抵抗が大きくなり、また、プラグ偏心や振れ回り
が発生し、管形状としては偏肉が発生することが多くな
るので、延伸圧延時に中心ポロシティの圧着が困難とな
る。従って、加熱処理における均熱時間をビレットの外
径mmあたり0.5分以上とした。

【００１８】一般に、質量％で、2〜15％のCrを含有す
る合金鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼の場合に
は、中心ポロシティ以外に、δフェライトの存在が継目
無鋼管の内面疵の原因ともなる。しかし、ビレットの均
熱が十分であれば、δフェライトは拡散焼戻し効果によ
って減少するので、その結果、内面疵も少なくなる。

【００１９】ここで、上記の鋼の場合、相平衡の観点か
らは加熱温度を1100℃程度に設定するのが理想的ではあ
るが、上述のとおり、加熱処理における設定温度が1200
℃未満の場合は、機械疵、工具焼付き疵が発生しやすく
なる。従って、2〜15％のCrを含有する合金鋼またはマ
ルテンサイト系ステンレス鋼の継目無鋼管を製造する際
にも、設定温度が1200〜1320℃であり、且つ均熱時間が
前記ビレットの外径mmあたり0.5分以上である熱処理を
施した後に穿孔圧延することとした。

【００２０】更に、質量％で、2〜15％のCrを含有する
合金鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼を用いて継
目無鋼管を製造する場合には、上記の加熱処理の条件に
加え、湾曲半径が8m以上である丸形状鋳型の鋳造機によ
って連続鋳造する際に、凝固シェル中心部固相率が0.3
〜1.0の時に外径圧下率が5％以下の軽加工を施すのが望
ましい。

【００２１】前述したとおり、質量％で、2〜15％のCr
を含有する合金鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼
のビレットに凝固末期に外径圧下率が5％を超えるよう
な高圧下率の加工を施すと、ロールの損傷、焼き付きが
激しく実用上問題がある。一方で、単に前加工の外径圧
下率を5％以下に低減させるだけでは、中心ポロシティ
ーの低減は困難である。

【００２２】そこで、本発明者らは、外径圧下率が5％
以下の軽加工を施す時期について検討したところ、凝固
シェル中心部固相率が0.3〜1.0の時に施すのが最も有効
であることを確認した。これは、下記の理由による。

【００２３】即ち、凝固シェル中心部固相率が0.3未満
の時に軽加工を施すと、中心部の未凝固部位が大きいの
で、軽加工では圧下量が不十分となり、中心部にポロシ
ティが残存する。一方、凝固シェル中心部固相率が1.0
を超える場合には、その時点で既にポロシティが生成し
ている。軽加工は、ポロシティが生成する時期に施さな
ければ、圧下効果が十分に発揮できないので、上記の時
期に軽加工を施しても中心部にポロシティが残存する。
従って、本発明の継目無鋼管の製造方法においては、外
径圧下率が5％以下の軽加工を施す時期を凝固シェル中
心部固相率が0.3〜1.0の状態の時に限定した。

【００２４】なお、凝固シェル中心部の固相率が0.3〜
1.0の時に施す軽加工の外径圧下率は、5％以下であれば
よく、特に下限を定めないが、その効果が大きいのは、
3〜5％の範囲である。

【００２５】更に、本発明者は、外径圧下率が5％以下
の軽加工であっても、連続鋳造機の湾曲半径が8m以上で
あれば、効果的にビレットの中心ポロシティーを低減で
きることを確認した。これは、下記の理由による。

【００２６】即ち、連続鋳造においては、充填性を向上
させて中心ポロシティが発生しにくい等軸晶を形成させ
るため、鋳型または鋳型直下の位置において、電磁撹拌
を施すことが広く行われている。しかし、連続鋳造機の
湾曲半径が8m未満の場合には、電磁撹拌で生じ、沈降す
る等軸晶核がビレット中心部に到達しにくくなるため、
十分に中心ポロシティを抑制できない恐れがある。従っ
て、本発明の継目無鋼管の製造方法においては、湾曲半
径が8m以上である丸形鋳型の鋳造機によって連続鋳造す
ることとした。

【００２７】上記の連続鋳造条件に加えて、連続鋳造に
おける２次冷却の比水量を0.1〜1.0l/（kg・鋼）の範囲
に制限することで、上記の軽加工による中心ポロシティ
低減効果を高めることができる。これは、２次冷却の比
水量が0.1 l/（kg・鋼）未満の場合には、バルジングに
より鋳片の外径が拡大する恐れがあり、圧下代の制御が
困難となり、一方、２次冷却の比水量が1.0 l/（kg・
鋼）を超える場合には、圧下時の鋳片温度が低下しすぎ
て、過大な圧下力を必要とするからである。従って、連
続鋳造における２次冷却の比水量は、0.1〜1.0 l/（kg・
鋼）の範囲に制御するのが望ましい。

【００２８】なお、炭素鋼の場合には、ＲＣＣ材に外削
を施さなくても製管後に外面疵が発生することはほとん
どないが、質量％で、2〜15％のCrを含む合金鋼または
マルテンサイト系ステンレス鋼の場合には、外削を施さ
なければ、外面傷の発生が多くなることがある。従っ
て、質量％で、2〜15％のCrを含む合金鋼またはマルテ
ンサイト系ステンレス鋼の場合には、鋳造ままの丸ビレ
ットまたはこの丸ビレットに上記の軽加工を施したもの
に外削を実施する場合がある。

【００２９】本発明は、上記の連続鋳造条件、軽加工条
件および加熱処理条件を満たす条件で製造したビレット
に通常の穿孔圧延、延伸圧延および定径圧延を施して継
目無鋼管を製造する方法である。特に、穿孔圧延は、中
心ポロシティを進展させるマンネスマン破壊を低減する
ため、そのプラグ先端のドラフト率［｛（素材径−プラ
グ先端におけるロール間隔）／素材径｝×100％］が8％
以下（望ましくは、6％以下）であり、そのロール傾斜
角が8°以上（望ましくは、10°以上）である。また、
その交叉角は、通常の傾斜ロール式穿孔機の交叉角（0
°）であっても良いが、内面傷の抑制に対しては交叉型
穿孔圧延機を用いて7°以上にするのが有利である。

【００３０】

【実施例】（実施例１）表１に示す化学成分を有する鋼
を溶製して、鋼の液相線温度とタンディッシュ内溶鋼温
度との温度差（ΔＴ）：21〜65℃および鋳造速度：1.6
〜3.0m/minとして、湾曲半径が10.5mである連続鋳造機
を使用して連続鋳造し、丸ビレットを作製した。なお、
いずれの丸ビレットについても鋳型内で電磁撹拌を施
し、２次冷却の比水量は0.13〜0.85 l/（kg・鋼）とし
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】上記の鋳造ままの丸ビレットおよび凝固シ
ェル中心部固相率が0.6〜0.9の時に外径圧下率が5％の
軽加工を施し、楕円矯正のため外削した丸ビレットに、
表２および表３に示す条件で加熱処理および穿孔圧延し
て、各条件に付き5〜10本ずつ試験用鋼管を作製した。
それぞれの試験用鋼管について、目視によって内面品質
を評価した結果を表２および表３に併記した。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】なお、穿孔圧延機として、交叉角0°のマ
ンネスマン型２ロール傾斜ロール式穿孔機を使用して、
外径：187mmのビレットについては、ピアサー穿孔圧延
後の寸法が外径：188mm、厚さ：45mm、製品寸法が外
径：177.8mm、厚さ：10.36mmとなるように製管し、外
径：213mmのビレットについては、ピアサー穿孔圧延後
の寸法が外径：215mm、厚さ：48mm、製品寸法が外径：2
19.1mm、厚さ：8.20mmとなるように製管した。

【００３６】加熱炉として、回転炉床式５ゾーンタイプ
のものを使用して、ビレットの外面側を一旦過熱状態と
して内部側への過熱均熱時間を短くすべく、第３ゾーン
および第４ゾーンは、加熱目標温度の0〜＋30℃となる
ように設定し、第５ゾーンは、加熱目標温度の−10〜0
℃となるように設定した。

【００３７】均熱度（℃）、即ち、外面部と中心部との
温度差は、各条件に付き１本の測温孔付きのビレットを
入れて、シース熱電対によって測定した。

【００３８】内面品質の評価試験において「材料疵」の
評価については、製管後の鋼管の両端からそれぞれ200m
mの部分を除く製品部分について、被れ疵およびへげ疵
等の有無を確認することによって行った。評価基準は、
目視で確認できる内面疵が発生した鋼管または目視では
確認できないが、半割ダイチェックで確認した場合に微
小疵が製品1mあたり2.0個を超える鋼管を「×」、目視
では確認できないが、半割ダイチェックで確認した場合
に微小疵が製品1mあたり0.5個を超え2.0個以下の鋼管を
「△」、目視では確認できないが、半割ダイチェックで
確認した場合に微小疵が製品1mあたり0.5個以下の鋼管
を「○」、半割ダイチェックで確認した場合でも微小疵
が一切確認できなかった鋼管を「◎」とした。

【００３９】また、内面品質の評価試験において「機械
疵」の評価については、製管後の鋼管について、ピアサ
ーのプラグ、マンドレルバーの損傷によるすり疵または
筋状疵等の有無および製管作業性を確認することによっ
て行った。評価基準は、目視で確認できる内面疵が発生
した鋼管または製管時にピアサー噛み込み不良等のミス
ロールが発生した鋼管を「×」、半割ダイチェックで確
認できる微小疵が発生した鋼管または製管時の作業性が
やや困難であった鋼管を「△」、半割ダイチェックによ
っても一切疵が発見できず、且つ作業性にも問題がなか
った鋼管を「○」とした。

【００４０】表２および表３に示すとおり、加熱処理の
設定温度が本発明の範囲を外れる実施例7〜9、24、25、
31、32、38〜42、49および50は、「材料疵」または「機
械疵」のいずれかまたは両方の内面疵が発生した。特
に、実施例7に示すように、加熱時間を長くとっても設
定温度が低い場合には内面傷の発生を抑制することがで
きない。一方、実施例3、6、17〜19、21、23、27、30、
34、37、44、47、52、55および58は、加熱処理の設定温
度は本発明の範囲内にあるが、加熱時間が本発明で規定
する範囲を外れ、十分な均熱時間を確保できなかったた
め、内面疵の発生を抑制することができなかった。加熱
処理の設定温度および加熱時間がともに本発明で規定す
る範囲内にあるその他の実施例は、「材料疵」および
「機械疵」のいずれも発生することがなかった。

【００４１】（実施例２）本発明の軽加工の実施による
中心ポロシティ低減の効果を確認するため、前記の表１
に示す鋼のうち鋼Ｅ、鋼Ｆおよび鋼Ｇをそれぞれ溶製
し、湾曲半径が10.5mであり、且つ２次冷却の比水量が
0.25 l/（kg・鋼）である連続鋳造機を使用して鋳型内で
電磁撹拌を実施しながら外径：225mmのビレットを作製
した。それぞれのビレットに凝固シェル中心部固相率が
0.8の時に表４に示す外径圧下率の軽加工を施した。そ
れぞれのビレットの断面を目視によって観察した結果を
表４に併記する。

【００４２】

【表４】

【００４３】なお、表４中の「◎」は、ポロシティが確
認されなかったビレットを示し、「○」は、2mm以下の
ポロシティが確認されたビレットを示し、「△」は、2m
mを超え5mm以下のポロシティが確認されたビレットを示
し、「▲」は、5mmを超え10mm以下のポロシティが確認
されたビレットを示し、「×」は、10mmを超えるポロシ
ティーが確認されたビレットを示す。

【００４４】実施例59〜63に示すとおり、Cr含有量が4.
88％の鋼Ｅの場合には、軽加工を施さなくても、ビレッ
トに発生したポロシティは、5mm以下の微小なものであ
った。一方、Cr含有量が8.78％の鋼ＦまたはCr含有量が
12.67％の鋼Ｇの場合には、軽加工を施さなかった実施
例64および69、ならびに、外径加工度が2％と小さい軽
加工を施した実施例65および70は、ビレットに発生した
ポロシティが5mmを超え、このビレットを使用して継目
無鋼管を製造すると、内面疵が発生する恐れがある。し
かし、実施例66、67、71および72のように外径加工度が
3〜5％の軽加工を施すと、ビレットに発生したポロシテ
ィが5mm以下の微小なものであり、このビレットを使用
して継目無鋼管を製造しても内面疵がほとんど発生しな
いと考えられる。

【００４５】なお、実施例68および73に示すとおり、Cr
含有量が多い鋼Ｆおよび鋼Ｇに外径加工度が5％を超え
る加工を施すと、一部ロールの割損、焼き付きが発生し
たため、途中で製造を中止した。

【００４６】

【発明の効果】本発明の継目無鋼管の製造方法では、Ｒ
ＣＣ材を穿孔圧延する前に施す加熱処理の設定温度およ
び均熱性の最適化を図ることにより、また、連続鋳造の
凝固末期において有効な軽加工を実施することにより、
当該ＲＣＣ材を傾斜ロールで穿孔圧延する際に発生する
内面疵を抑制できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２１Ｄ 9/00 １０１Ｃ２１Ｄ 9/00 １０１ＡＣ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｆ３０２３０２Ｚ 38/18 38/18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】丸形状鋳型にて連続鋳造したままの丸ビレ
ットに、設定温度が1200〜1320℃であり、且つ均熱時間
が前記ビレットの外径mmあたり0.5分以上である加熱処
理を施した後、穿孔圧延することを特徴とする継目無鋼
管の製造方法。
【請求項２】質量％で、2〜15％のCrを含有する合金鋼
またはマルテンサイト系ステンレス鋼を丸形状鋳型にて
連続鋳造したままの丸ビレットに、設定温度が1200〜13
20℃であり、且つ均熱時間が前記ビレットの外径mmあた
り0.5分以上である加熱処理を施した後、穿孔圧延する
ことを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
【請求項３】質量％で、2〜15％のCrを含有する合金鋼
またはマルテンサイト系ステンレス鋼を湾曲半径が8m以
上である丸形状鋳型の鋳造機によって連続鋳造する際
に、凝固シェル中心部固相率が0.3〜1.0の時に外径圧下
率が5％以下の軽加工を施した丸ビレットに、設定温度
が1200〜1320℃であり、且つ均熱時間が前記ビレットの
外径mmあたり0.5分以上である加熱処理を施した後、穿
孔圧延することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。