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技術 継目無鋼管の製造方法

出願人 日本製鉄株式会社
発明者 東田泰斗日高康善山本侑志奥貴志
出願日 2017年10月18日 (3年1ヶ月経過) 出願番号 2017-201808
公開日 2019年5月16日 (1年6ヶ月経過) 公開番号 2019-072750
状態 未査定
技術分野 鋼の加工熱処理 圧延機に特に連結された素材の表面処理装置 管の製造;マンドレル 物品の熱処理
主要キーワード 空隙形状 水流装置 次工程用 耐酸腐食性 耐硫酸腐食性 ボイラー管 硫酸露点腐食 強度グレード
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

継目無鋼管製造時の内面疵の発生を効果的に防止する。

解決手段

質量%で、Cu:0.25〜0.5%、Ni:0.5%以下、Sb:0.05〜0.5%を含み、Feを主成分とする化学組成を有する継目無鋼管の製造方法であって、(1)前記化学組成を有する鋼からなる丸ビレットを用意する工程と、(2)前記丸ビレットの少なくとも一方の端面に、Si化合物を含むスケール改質剤を塗布する工程と、(3)前記スケール改質剤を塗布した前記丸ビレットを、加熱する工程と、(4)加熱後の前記丸ビレットを、前記一方の端面から穿孔圧延する工程と、を備える、継目無鋼管の製造方法。

概要

背景

主にボイラーガス化溶融炉燃焼排気ガス雰囲気で生じる硫酸露点腐食および塩酸露点腐食に対して優れた耐食性を有する低合金鋼として、質量%で、C:0.001〜0.2%、Si:0.01〜2.5%、Mn:0.1〜2%、Cu:0.1〜1%、Mo:0.001〜1%、Sb:0.01〜0.2%、P:0.05%以下、S:0.05%以下を含有する低合金鋼が知られている(特許文献1)。

一方、ボイラー管の製造方法としては、穿孔圧延により継目無鋼管を製造する方法が知られている(特許文献2など)。通常、継目無鋼管の製造方法においては、まず、丸ビレット加熱炉で加熱され、続いて、加熱された丸ビレットを熱間加工して継目無鋼管にする。具体的には、丸ビレットを穿孔機により穿孔圧延して素管にする。さらに、素管を延伸圧延機定径圧延機圧延し、継目無鋼管とする。得られた継目無鋼管には、必要に応じて、熱処理焼入れ焼戻し)が行なわれる。

概要

継目無鋼管製造時の内面疵の発生を効果的に防止する。質量%で、Cu:0.25〜0.5%、Ni:0.5%以下、Sb:0.05〜0.5%を含み、Feを主成分とする化学組成を有する継目無鋼管の製造方法であって、(1)前記化学組成を有する鋼からなる丸ビレットを用意する工程と、(2)前記丸ビレットの少なくとも一方の端面に、Si化合物を含むスケール改質剤を塗布する工程と、(3)前記スケール改質剤を塗布した前記丸ビレットを、加熱する工程と、(4)加熱後の前記丸ビレットを、前記一方の端面から穿孔圧延する工程と、を備える、継目無鋼管の製造方法。

目的

本発明は、丸ビレットがNi、CuおよびSbを含む場合であっても、穿孔圧延前の加熱時において生成するスケールを除去しやすく、継目無鋼管製造時に内面疵が発生することを効果的に抑制する、継目無鋼管の製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

質量%で、Cu:0.25〜0.5%、Ni:0.5%以下、Sb:0.05〜0.5%を含み、Feを主成分とする化学組成を有する継目無鋼管の製造方法であって、(1)前記化学組成を有する鋼からなる丸ビレットを用意する工程と、(2)前記丸ビレットの少なくとも一方の端面に、Si化合物を含むスケール改質剤を塗布する工程と、(3)前記スケール改質剤を塗布した前記丸ビレットを、加熱する工程と、(4)加熱後の前記丸ビレットを、前記一方の端面から穿孔圧延する工程と、を備える、継目無鋼管の製造方法。

請求項2

前記(2)の工程において、前記スケール改質剤が、質量%で、50%以上のSiO2を含む、請求項1に記載の継目無鋼管の製造方法。

請求項3

前記(2)の工程において、前記スケール改質剤が、質量%で、15%以上のSiCを含む、請求項1に記載の継目無鋼管の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、継目無鋼管の製造方法に関する。

背景技術

0002

主にボイラーガス化溶融炉燃焼排気ガス雰囲気で生じる硫酸露点腐食および塩酸露点腐食に対して優れた耐食性を有する低合金鋼として、質量%で、C:0.001〜0.2%、Si:0.01〜2.5%、Mn:0.1〜2%、Cu:0.1〜1%、Mo:0.001〜1%、Sb:0.01〜0.2%、P:0.05%以下、S:0.05%以下を含有する低合金鋼が知られている(特許文献1)。

0003

一方、ボイラー管の製造方法としては、穿孔圧延により継目無鋼管を製造する方法が知られている(特許文献2など)。通常、継目無鋼管の製造方法においては、まず、丸ビレット加熱炉で加熱され、続いて、加熱された丸ビレットを熱間加工して継目無鋼管にする。具体的には、丸ビレットを穿孔機により穿孔圧延して素管にする。さらに、素管を延伸圧延機定径圧延機圧延し、継目無鋼管とする。得られた継目無鋼管には、必要に応じて、熱処理焼入れ焼戻し)が行なわれる。

先行技術

0004

特開2003−213367号公報
特開平9−279243号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明者らが、C:0.046%、Si:0.25%、Mn:1.15%、P:0.015%、S:0.015%、Ni:0.25%、Cu:0.35%、Sb:0.12%、Mo:0.06%、Al:0.035%を含み、残部がFeおよび不純物である化学組成を有する継目無鋼管を穿孔圧延により製造することを試みたところ、穿孔圧延時に、管端部に激しい内面疵(中カブレ疵)が発生することが判明した。このような内面疵が発生した管端部は切断除去しなければならず、製品歩留が低下するという問題がある。

0006

ここで、上記の内面疵は、通常の炭素鋼などの低合金鋼では発生しない疵である。本発明者らが調査したところ、この内面疵は、Ni,CuおよびSbを微量含む化学組成のビレットを穿孔圧延する際に特有の問題であることが判明した。

0007

すなわち、通常の炭素鋼材(C:0.19%、Si:0.27%、Mn:0.90%を含み、残部がFeおよび不純物である化学組成を有する鋼)と、試験鋼材(C:0.046%、Si:0.25%、Mn:1.15%、P:0.015%、S:0.015%、Ni:0.25%、Cu:0.35%、Sb:0.12%、Mo:0.06%、Al:0.035%を含み、残部がFeおよび不純物である化学組成を有する鋼)とを用意し、それぞれの鋼材から20×20×10mm程度の小片切り出し、表面を#600ペーパー研磨後LNG燃焼摸擬雰囲気下(2%O2−8%CO2−15%H2O−N2)で、1270℃×75分の熱処理を施し、それぞれの鋼材の表面に生成する酸化スケールを比較した。

0008

図1には、通常の炭素鋼材について、熱処理後の酸化スケールの生成状況を示し、図2には、試験鋼材について、熱処理後の酸化スケールの生成状況を示す。図1に示すように、通常の炭素鋼材においては、比較的緻密な薄い内層スケールの外面にポーラス外層スケールが存在している。これに対して、図2に示すように、試験鋼材においては、厚さが300μm程度の厚い内層スケールが形成されている。スケール成分分析を行なうと、試験鋼材に生成した内層スケールには、Ni、CuおよびSbが未酸化で残存していることが判明した。これらの未酸化金属はスケールの密着性を高め、穿孔圧延前のビレットの脱スケールが十分に行なわれず、穿孔圧延時にピアサープラグによって残存スケール鋼管内面に押し込まれ、結果として内面疵を発生させると考えられる。

0009

本発明は、丸ビレットがNi、CuおよびSbを含む場合であっても、穿孔圧延前の加熱時において生成するスケールを除去しやすく、継目無鋼管製造時に内面疵が発生することを効果的に抑制する、継目無鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

本発明者らは、丸ビレットがNi、CuおよびSbを含む場合であっても、穿孔圧延前の加熱時において生成するスケールの脱スケール性を改善するべく、様々な検討を行なった。その結果、穿孔圧延時にピアサープラグが挿入される面に、Si化合物を含むスケール改質剤を塗布することにより、内層スケールおよび外層スケールにSiを、低融点のFe−Si酸化物(Fe2SiO4:融点は1170℃)として濃化させて、脱スケール性を改善することができることを見出し、本発明を完成させた。

0011

本発明は、下記の発明を要旨とする。

0012

<1>質量%で、
Cu:0.25〜0.5%、
Ni:0.5%以下、
Sb:0.05〜0.5%を含み、Feを主成分とする化学組成を有する継目無鋼管の製造方法であって、
(1)前記化学組成を有する鋼からなる丸ビレットを用意する工程と、
(2)前記丸ビレットの少なくとも一方の端面に、Si化合物を含むスケール改質剤を塗布する工程と、
(3)前記スケール改質剤を塗布した前記丸ビレットを、加熱する工程と、
(4)加熱後の前記丸ビレットを、前記一方の端面から穿孔圧延する工程と、
を備える、継目無鋼管の製造方法。

0013

なお、スケール改質剤としては、質量%で、50%以上のSiO2を含むもの、または、質量%で、15%以上のSiCを含むものを使用することができる。

発明の効果

0014

本発明によれば、丸ビレットがNi、CuおよびSbを含む場合であっても、穿孔圧延前の加熱時において生成するスケールを除去しやすく、継目無鋼管製造時に内面疵が発生することを効果的に抑制することができる。

図面の簡単な説明

0015

図1は、通常の炭素鋼材について、熱処理後の酸化スケールの生成状況を示す。(a)は、酸化スケールを鋼材の断面から見た写真であり、(b)は、(a)の写真の部分拡大写真である。
図2は、Ni,CuおよびSbを微量含む試験鋼材について、熱処理後の酸化スケールの生成状況を示す。(a)は、酸化スケールを鋼材の断面から見た写真であり、(b)は、(a)の写真の部分拡大写真である。
図3は、試験No.1の鋼材の表面に生成する酸化スケールの生成状況を示す。空隙のある部分を濃い色で示している。
図4は、試験No.2の鋼材の表面に生成する酸化スケールの生成状況を示す。空隙のある部分を濃い色で示している。
図5は、試験No.3の鋼材の表面に生成する酸化スケールの生成状況を示す。空隙のある部分を濃い色で示している。
図6は、試験No.4の鋼材の表面に生成する酸化スケールの生成状況を示す。空隙のある部分を濃い色で示している。

0016

1.継目無鋼管の化学組成
前述の図2に示すように、穿孔圧延に供する丸ビレットがNi、CuおよびSbを含む場合には、穿孔圧延前の加熱時において生成するスケール中にNi、CuおよびSbが未酸化で残存し、内層スケールの密着性を高め、穿孔圧延時に内面疵を発生させる。このため、本発明に係る継目無鋼管の製造方法は、質量%で、Cu:0.25〜0.5%、Ni:0.5%以下、Sb:0.05〜0.5%を含み、Feを主成分とする化学組成を有する鋼材を対象とする。以下、含有量についての「%」は「質量%」を意味する。

0017

Cu:0.25〜0.5%、Ni:0.5%以下、Sb:0.05〜0.5%を含み、Feを主成分とする化学組成を有する鋼材としては、例えば、下記の鋼材を例示することができる。

0018

すなわち、
C:0.001〜0.2%、
Si:0.01〜2.5%、
Mn:0.1〜2.0%、
Cu:0.25〜0.5%、
Ni:0.5%以下、
Mo:0.001〜1.0%、
Sb:0.05〜0.5%、
P:0.05%以下、
S:0.05%以下、
N:0.007%以下、
Nb:0〜0.1%、
Ta:0〜0.1%、
V:0〜0.1%、
Ti:0〜0.1%、
W:0〜1.0%、
Cr:0〜0.5%、
Al:0〜0.1%、
Ca:0〜0.01%、
Mg:0〜0.01%、
REM:0〜0.01%、
B:0〜0.005%、
Sn:0〜0.3%、
Pb:0〜0.3%、
Se:0〜0.1%、
Te:0〜0.1%、
Bi:0〜0.1%、
Ag:0〜0.5%、
Pd:0〜0.1%、
残部:Feおよび不純物である化学組成を有する鋼材である。

0019

以下、それぞれの元素についての含有量の範囲とその限定理由を説明する。

0020

C:0.001〜0.2%
Cは、過剰に低減することは工業的には経済性を著しく阻害するので、0.001%以上含有させるのがよい。ただし、強度を確保するためには0.002%以上含有させることが好ましい。一方、その含有量が0.2%を超えると、溶接性耐硫酸性および耐塩酸性が低下する。よって、C含有量は、0.001〜0.2%とするのがよい。C含有量の下限は、0.02%とするのが好ましく、上限は、0.15%、さらには、0.03%とするのが好ましい。

0021

Si:0.01〜2.5%
Siは、脱酸効果を有し、また耐硫酸性を向上させる効果も有するので、0.01%以上含有させるのがよい。ただし、過度の添加は、スケール疵が急激に増えるため、2.5%以下とするのがよい。Siの下限は、0.1%とするのが好ましく、0.2%とするのがより好ましい。一方、Siの上限は、1.2%とするのが好ましく、0.55%とするのがより好ましく、0.35%とするのが更に好ましい。

0022

Mn:0.1〜2.0%
Mnは、鋼の強度調整のため、0.1%以上含有させるのがよい。その上限は2.0%で十分であるので、Mn含有量は0.1〜2.0%とするのがよい。Mnの上限は、0.7%とするのが好ましい。

0023

Cu:0.25〜0.5%
Cuは、耐硫酸性および耐塩酸性を確保するためには0.25%以上含有させる。一方、0.5%を超えて含有させてその効果は飽和し、過度の強度上昇および製造性の低下を招く。よって、Cu含有量は、0.25〜0.5%とする。好ましい上限は0.4%である。

0024

Ni:0.5%以下
Niは、耐塩酸性を向上させる作用がある元素であり、本発明鋼におけるCuとSbとの添加で生じる熱間加工時表面割れ防止を目的として、0.5%以下の範囲で含有させる。上記の効果は、0.1%以上の含有で顕著となる。特に、Ni≦Cu×0.1を満たす範囲とするのが好ましい。

0025

Mo:0.001〜1.0%
Moは、Cu−Sb系鋼に含有させると、耐塩酸性を著しく向上させるので、0.001%以上含有させるのがよい。特に、C×Mo≦0.0005+0.045×Sbを満足する範囲とするのが、耐硫酸性を向上させる点で好ましい。Moの上限は、機械的性質への影響を考慮し、1.0%とするのが好ましい。

0026

Sb:0.05〜0.5%
Sbは、耐硫酸性、耐塩酸性、および耐塩化物含有酸腐食性を得るために、0.05%以上含有させる。耐硫酸性は、Sb量が多いほど向上するが、0.1%でほぼ飽和し、0.5%を超えて含有させると、熱間加工性および靭性が低下するので、0.05〜0.5%とする。耐食性、熱間加工性および機械的特性とのバランス案すると、0.05〜0.15%とするのが好ましい。

0027

P:0.05%以下
Pは、不可避的不純物であり、耐硫酸露点腐食性および耐塩酸露点腐食性を著しく阻害するので、0.05%以下とするのがよい。より好ましい上限は0.01%である。脱P工程の負荷および経済性を考慮すると0.005%以上とするのがよい。

0028

S:0.05%以下
Sは、Pと同様に不可避的不純物であり、熱間加工性および機械的性質が阻害するので、0.05%以下とするのがよい。好ましい上限は、0.025%である。耐硫酸性および耐塩酸性が向上するので、0.005%超含有させることが好ましい。好ましい下限は、0.01%である。

0029

Nb:0〜0.1%
Ta:0〜0.1%
V:0〜0.1%
Ti:0〜0.1%
Nb、Ta、VおよびTiは、含有させると、細粒化による強度靭性の向上、高温強度の向上に効果があり、冷間加工性の向上にも効果があるので、0.1%以下の範囲で含有させてもよい。上記の効果は、いずれも0.005%以上で顕著となる。

0030

W:0〜1.0%
Wは、高温強度および耐塩酸性の向上に効果があるので、1.0%以下の範囲で含有させてもよい。上記の効果は、0.05%以上で顕著となる。

0031

Cr:0〜0.5%
Crは、耐候性などを向上させるために、含有させてもよい。しかし、0.5%を超えて含有させると、耐硫酸性が著しく低下するので、その上限は0.5%とするのがよい。Crの上限は0.3%とするのが好ましい。上記の効果を得るためには、0.1%以上含有させるのがよい。

0032

N:0〜0.007%
Nは、耐塩酸性を向上させる作用がある不可避的不純物元素であり、含有させてもよい。0.007%を超える過度の含有はスラブ鋳造時の表面割れの原因となる耐塩酸性の向上のためには0.001%以上含有させるのがよい。

0033

Al:0〜0.1%
Alは、脱酸元素として、含有させてもよい。しかし、耐塩酸露点腐食性および熱間加工性を損なうため、上限は0.1%とする。上記の効果は、0.005%以上で顕著となる。

0034

Ca:0〜0.01%
Mg:0〜0.01%
REM:0〜0.01%
B:0〜0.005%
Ca、Mg、REMおよびBは、清浄性の向上や粒径微細化により鋼の靭性に寄与するので含有させてもよい。ただし、過剰な添加は耐食性に悪影響を及ぼすので、Ca、MgおよびREMについては、その上限を0.01%、Bについては、その上限を0.005%とするのが好ましい。上記の効果は、それぞれ0.0002%以上含有させた場合に顕著となる。

0035

なお、REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素の総称であり、REMの含有量は上記元素の合計量を意味する。

0036

Sn:0〜0.3%
Pb:0〜0.3%
Sn、Pbは、快削性を向上させる効果を有するので、含有させてもよい。しかし、過剰な添加は、熱間加工性を低下させるので、その含有量は0.3%以下とするのがよい。上記の効果は、それぞれ0.01%以上含有させた場合に顕著となる。

0037

Se:0〜0.1%
Te:0〜0.1%
Bi:0〜0.1%
Se、TeおよびBiは、耐酸性をさらに向上させる作用を有するので、含有させてもよい。しかし、過剰な添加は、製造性の低下や製造コストの増加を招くので、上限は、0.1%とする。上記の効果は、それぞれ0.001%以上含有させた場合に顕著となる。

0038

Ag:0〜0.5%
Pd:0〜0.1%
Ag、Pdは、高温高濃度硫酸環境下での耐食性を向上させる作用を有するので、含有させてもよい。しかし、過剰な添加は、製造コストの増加と、熱間加工性の低下を招くので、Agの上限は0.5%、Pdの上限は0.1%とする。上記の効果は、それぞれ0.001%以上含有させた場合に顕著となる。

0039

上記の化学組成において、残部は、Feおよび不純物である。不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石スクラップ等の原料その他の要因により混入するが、本発明の鋼材の基本的性能に悪影響を及ぼさない成分を意味する。

0040

なお、優れた耐塩酸性および耐硫酸性を得るため、下式<1>で定義される耐酸腐食性指数AIは、AI≧0を満足する範囲とするのがよい。AI値が過大な場合、耐硫酸性および耐塩酸性の向上効果は、ほぼ飽和するだけでなく、熱間加工性が低下するので、その上限を75とするのが好ましい。
AI/10000=0.0005+0.045×Sb%−C%×Mo% <1>

0041

また、Nb、Ta、V、TiおよびWの炭窒化物形成元素群を過剰に添加すると、耐硫酸腐食性が阻害される。すなわち、これらの元素は、耐硫酸性限界Mo量を低下させる作用があり、その程度は、下記のMo当量(Moeq)で整理できる。
Moeq=Mo%+5.1×(Nb%+Ta%)+4.2×V%+9.3×Ti%+0.5×W%

0042

Nb、Ta、V、TiおよびWが添加された場合、耐硫酸性を阻害しない限界の成分バランスは、上述のAIに代えて、拡張耐酸腐食性指数EIで与えられる。EIは、Sb、C、Moeq(質量%)の関数で、次式<2>で与えられる。EI≧0を満足する場合、極めて優れた耐塩酸性および耐硫酸性が同時に得られる。EI値は、過大な場合、耐硫酸性および耐塩酸性の向上効果はほぼ飽和するだけでなく、熱間加工性が低下するので、その上限を75とするのが好ましい。
EI/10000=0.0005+0.045×Sb%−C%×Moeq% <2>

0043

2.継目無鋼管の製造方法
本発明に係る継目無鋼管の製造方法は、下記の(1)〜(4)の工程を備える。

0044

(1)丸ビレットを用意する工程
丸ビレットは、通常の製造方法によって製造することができる。例えば、所定の化学組成に調整した溶鋼を、連続鋳造分解圧延等の通常の方法により製造することができる。

0045

(2)スケール改質剤を塗布する工程
丸ビレットには、その少なくとも一方の端面(穿孔圧延する側の端面)にSi化合物を含むスケール改質剤が塗布される。ここで、Si化合物を含むスケール改質剤とは、Si化合物のほか、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、B2O3、ZrO2などの酸化物と、バインダと、水と、場合によってCr、Bなどの化合物とを混合して得た混合物である。Si化合物としては、例えば、SiO2、SiCなどが挙げられる。特に、質量%で、50%以上のSiO2を含むもの、または、質量%で、15%以上のSiCを含むものを使用することが好ましい。このスケール改質剤が1170℃以上に加熱された場合には、内層スケールおよび外層スケールにSiが、低融点のFe−Si酸化物の形態で十分に濃化し、脱スケール性を改善することができる。質量%で、改質剤に含まれるSiO2の上限は90%が好ましく、SiCの上限は60%が好ましい。

0046

Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、B2O3、ZrO2などの酸化物、Cr、Bなどの化合物のうちの数種類が、Si化合物とともに混合され、ガラスフリットの状態でスケール改質剤に混合される。これらの混合比については、穿孔圧延前の加熱時にスケール改質剤の粘度が適切な範囲となるように調整すればよい。また、塗布時の作業性を高めるために、ガラスフリットと、バインダおよび水との混合比を調整して、スケール改質剤の室温での粘度も適切な範囲にするのがよい。

0047

このスケール改質剤の塗布方法には、制約がないが、例えば、室温の鋼材の少なくとも一方の端面に吹き付けまたは刷毛塗りで塗布することができる。スケール改質剤の塗布量は、例えば、50〜100mg/cm2とするのがよい。

0048

(3)丸ビレットを加熱する工程
スケール改質剤を塗布した丸ビレットを加熱炉に装入して、加熱する。好ましい加熱温度は1170℃〜1300℃である。この温度範囲で丸ビレットを加熱すれば、穿孔圧延時の丸ビレットの熱間加工性は良好であり、表面疵の発生が抑制される。また、この温度範囲で丸ビレットを加熱すれば、結晶粒の粗大化が抑制される。加熱炉は、たとえば、周知のウォーキングビーム炉ロータリー炉である。

0049

Si化合物を含むスケール改質剤が1170℃以上に加熱された場合には、内層スケールおよび外層スケールにSiが、低融点のFe−Si酸化物の形態で十分に濃化し、内層スケールの成長を抑制するとともに、スケール内の空隙を増加させて、スケール全体を軟化する。このときのスケール内の空隙率は、例えば、25%以上にするのが好ましい。空隙率は大きい方が脱スケール性は向上するが、大きすぎると、加熱中にスケールが割れ易くなり、割れて露出した鋼材新生面から更なる酸化が進んでスケール量が多くなって、脱スケール後歩留損失が大きくなったり、脱スケール後の表面凹凸が顕著になって鋼材表面疵の原因になったりするという問題がある。このため、空隙率の上限は、50%とするのがよい。空隙の平均径は、大きい方が脱スケール性を向上させるので、190μm以上にするのが好ましい。空隙の平均径の上限は、250μmとするのがよい。

0050

空隙率および空隙の平均径は、酸化スケールを断面より撮影したマイクロスコープ画像の解析により空隙形状判別し、空隙1つ1つの断面積計測することで、得ることができる。

0051

(4)丸ビレットを穿孔圧延する工程
丸ビレットを加熱炉から排出し、穿孔機により穿孔圧延する。このとき、Si化合物を含むスケール改質剤を塗布した端面(前記少なくとも一方の端面)側から穿孔圧延する。穿孔機としては、例えば、一対の傾斜ロールと、傾斜ロール間に配置されるプラグとを備えるものを使用することができる。特に、穿孔機としては、高い拡管率での穿孔圧延が可能である交叉型の穿孔機を用いるのが好ましい。

0052

このとき、Si化合物を含むスケール改質剤によって、丸ビレットの穿孔圧延する側の端面の内層スケールおよび外層スケールには低融点のFe−Si酸化物が十分に濃化しているため、スケールを丸ビレットの端面から剥離させやすい。その結果、内面疵を効果的に抑制することができる。

0053

(5)その他の工程
穿孔圧延によって得られた素管は、延伸圧延機により延伸圧延される。延伸圧延機は、例えば、直列に配列された複数のロールスタンドを含む、マンドレルミルである。続いて、延伸圧延された素管は、定径圧延機により定径圧延され、継目無鋼管が製造される。定径圧延機は、例えば、直列に配列された複数のロールスタンドを含む、サイザストレッチレデューサである。

0054

定径圧延機の複数のロールスタンドのうち、最後尾のロールスタンドで圧延された素管の外表面の温度を「仕上げ温度」と定義する。仕上げ温度は、たとえば、定径圧延機の最後尾のロールスタンドの出側に配置された温度センサにより計測される。好ましい仕上げ温度は、A3点(より具体的にはAc3点)以上であり、好ましくは、900℃以上であり、さらに好ましくは、950℃以上である。

0055

延伸圧延機と定径圧延機との間に、加熱炉を配置してもよい。この場合、延伸圧延された素管を、加熱炉で加熱する。そして、加熱された素管は、定径圧延機により定径圧延される。そのため、定径圧延時の素管温度が高くなり、定径圧延機に掛かる負荷が低減される。

0056

必要に応じて、再加熱工程を実施してもよい。再加熱工程を実施する場合、製造された継目無鋼管を補熱炉に装入し、加熱する。これにより、製造された継目無鋼管の温度むらを低減できる。補熱炉における加熱温度はAr3点〜1100℃であり、好ましくは900〜1100℃、さらに好ましくは950〜1100℃である。加熱温度がAr3点未満であれば、α相が析出して組織が不均一になり、強度のばらつきが大きくなる。一方、加熱温度が1100℃を超えると、結晶粒が粗大化する。好ましい加熱時間は1〜30分である。

0057

製造された継目無鋼管(再加熱された継目無鋼管を含む。)は、水冷装置により水冷加速冷却)される。水冷直前の継目無鋼管の表面温度は、仕上げ温度または補熱炉での加熱温度と実質的に同じである。つまり、水冷直前の継目無鋼管の表面温度は、Ar3点以上であり、好ましくは900℃以上、さらに好ましくは950℃以上である。

0058

水冷装置は、例えば、複数の回転ローラと、ラミナー水流装置と、ジェット水流装置とを備える。複数の回転ローラは2列に配置される、継目無鋼管は2列に配列された複数の回転ローラの間に配置される。このとき、2列の回転ローラはそれぞれ、継目無鋼管の外面下部と接触する。回転ローラが回転すると、継目無鋼管が軸周りに回転する。ラミナー水流装置は、回転ローラの上方に配置され、継目無鋼管に対して上方から水を注ぐ。このとき、継目無鋼管に注がれる水は、ラミナー状水流を形成する。ジェット水流装置は、回転ローラに配置された継目無鋼管の端近傍に配置される。ジェット水流装置は、継目無鋼管の端から鋼管内部に向かってジェット水流噴射する。ラミナー水流装置及びジェット水流装置により、継目無鋼管の外面及び内面は同時に冷却される。

0059

水冷装置は、継目無鋼管の表面温度が450℃以下になるまで、継目無鋼管を冷却する。換言すれば、水冷停止温度は450℃以下である。水冷停止温度を450℃以下にすれば、上述のとおり、組織がベイナイト変態する。後工程で焼入れを行うことにより、継目無鋼管の結晶粒がより微細化される。その結果、継目無鋼管の靭性が向上する。

0060

好ましい水冷停止温度は300℃以上であり、より好ましくは350℃以上であり、さらに好ましくは400℃以上である。水冷停止温度を450℃以下の範囲でなるべく高くすれば、次工程の焼入れ時において、継目無鋼管を焼入れ温度まで加熱するのに必要な時間を短くできる。また、継目無鋼管を焼入れ温度まで加熱するために必要な熱量を低減できる。

0061

水冷装置の好ましい冷却速度は、10℃/s以上である。水冷装置は、上述の回転ローラ、ラミナー水流装置及びジェット水流装置以外の他の装置であってもよい。水冷装置は、たとえば、水槽であってもよい。この場合、継目無鋼管は、水槽内に浸漬され、冷却される。このような冷却方法は、「どぶ漬け」と呼ばれる。水冷装置はまた、ラミナー水流装置のみであってもよい。要するに、10℃/s以上の冷却速度で継目無鋼管を冷却可能であれば、冷却装置の種類は限定されない。

0062

水冷装置と、次工程用焼入れ装置とは、連続して配置されるのが好ましい。焼入れ装置が水冷装置に近いほど、水冷工程後の継目無管を焼入れ温度まで加熱するのに必要な熱量を低減することができるからである。

0063

水冷装置により水冷された継目無鋼管は、焼入れされる。具体的には、継目無鋼管を焼入れ温度まで加熱し、焼入れ温度で均熱する。均熱後、継目無鋼管を水冷等により急冷する。好ましい焼入れ温度はAc3点よりも高く1000℃以下である。継目無鋼管を上記焼入れ温度に加熱すると、継目無鋼管の組織は、ベイナイトから微細なオーステナイト組織変態する。つまり、逆変態が起こる。このとき、結晶粒が微細化される。つまり、加速冷却が実施され、水冷停止温度を450℃以下にすることにより、焼入れ工程において結晶粒の微細化を促進できる。

0064

焼入れ温度がAc3変態点未満であれば、逆変態が十分に起こらない。一方、焼入れ温度が1000℃を超えると、結晶粒が粗大化する。焼き入れ処理の好ましい均熱時間は、10秒〜30分である。

0065

焼入れされた鋼管は、焼戻しされる。焼戻し温度は、Ac1点以下であり、所望の力学特性に基づいて調整される。本発明の化学組成を有する継目無鋼管のAc1点は、680〜720℃である。焼戻し処理により、本発明の継目無鋼管の強度グレードを、AP規格に基づくX60(降伏応力が415MPa以上、引張り強度が520MPa以上)以上に調整できる。焼戻し温度のばらつきは、好ましくは±10℃であり、さらに好ましくは±5℃である。焼戻し温度のばらつきが小さければ、所望の力学特性が得られやすい。

0066

本発明の効果を確認すべく、質量%で、C:0.046%、Si:0.25%、Mn:1.15%、P:0.015%、S:0.015%、Ni:0.25%、Cu:0.35%、Sb:0.12%、Mo:0.06%、Al:0.035%を含み、残部がFeおよび不純物である化学組成を有する鋼材から20×20×10mm程度の小片を切り出し、表面を#600ペーパーで研磨後、その研磨面に種々のスケール改質剤を塗布(塗布量は50〜100mg/cm2)し、LNG燃焼摸擬雰囲気下(2%O2−8%CO2−15%H2O−N2)で、1270℃×75分の熱処理を施した。スケール改質剤を塗布しない鋼材と、各スケール改質剤を塗布した鋼材の表面に生成する酸化スケールを比較した。その結果を表1および図3図6に示す。

0067

スケール改質剤として、酸化防止剤または窒化防止剤として市販されている以下に掲げる三種類のガラスフリットにバインダおよび水を混合したものを用いた。
スケール改質剤A:
SiO2:50.0%、Al2O3:24.0%、B2O3:11.9%、その他酸化物(Fe2O3、CaO、MgO、K2Oなど):14.1%
スケール改質剤B:
SiO2:76.6%、Al2O3:14.1%、その他酸化物(Fe2O3、CaO、MgO、K2Oなど):9.3%
スケール改質剤C:
SiC:15.0%、他の成分(Cr化合物、B化合物、Al2O3、CaO、SiO2、ZrO2など):85.0%

0068

0069

スケール改質剤を塗布せずに、加熱した試験No.1では、表1に示すように、空隙率が11%、空隙平均径が143μmであり、図3に示すように、緻密な内層スケールが形成されており、このような丸ビレットを穿孔圧延に供すると、内面疵の発生を抑制することはできない。

0070

一方、50%SiO2を含むスケール改質剤を塗布し、加熱した試験No.2では、表1に示すように、空隙率が31%、空隙平均径が196μmであり、76.6%SiO2を含むスケール改質剤を塗布し、加熱した試験No.3では、表1に示すように、空隙率が30%、空隙平均径が225μmであり、15%SiCを含むスケール改質剤を塗布し、加熱した試験No.4では、表1に示すように、空隙率が27%、空隙平均径が201μmであった。また、図4図6に示すように、No.2〜No.3では、外層スケールおよび内層スケールに粗大な空隙が増加していた。このように粗大な空隙を有するスケールは、脱スケール性が改善するので、穿孔圧延を実施した場合の内面疵の発生を抑制することができる。

0071

C:0.046%、Si:0.25%、Mn:1.15%、P:0.015%、S:0.015%、Ni:0.25%、Cu:0.35%、Sb:0.12%、Mo:0.06%、Al:0.035%を含み、残部がFeおよび不純物である化学組成を有する、直径191mm、長さ2500mmの丸ビレットを16本用意し、得られた丸ビレットを加熱炉に装入し、1270℃×75分の加熱をした後、穿孔圧延、延伸圧延等の加工を施し、外径60mm、肉厚3mmの継目無鋼管を製造し、内面疵の発生状況目視で評価した。上記丸ビレットのうち4本はスケール改質剤を塗布せず(試験No.5)、残り12本は、丸ビレット先端側(穿孔圧延時にプラグが最初に挿入される側)の端面にそれぞれ四本ずつ、三種類のスケール改質剤を塗布した後に、穿孔圧延を実施した。スケール改質剤には、下記のスケール改質剤D(試験No.6)と、上記のスケール改質剤A(試験No.7)と、スケール改質剤B(試験No.8)とを用いた。
スケール改質剤D:
SiO2:40.0%、Al2O3:34.0%、B2O3:11.9%、その他酸化物(Fe2O3、CaO、MgO、K2Oなど):14.1%

0072

その結果を表2に示す。

0073

0074

表2に示すように、スケール改質剤を塗布して製造した試験No.6〜8の継目無鋼管では、内面疵発生の抑制が確認された。特に、SiO2含有量≧50%の場合には顕著な内面疵抑制効果が確認された。

0075

C:0.046%、Si:0.25%、Mn:1.15%、P:0.015%、S:0.015%、Ni:0.25%、Cu:0.35%、Sb:0.12%、Mo:0.06%、Al:0.035%を含み、残部がFeおよび不純物である化学組成を有する、直径191mm、長さ2500mmの丸ビレットを加熱炉に装入し、1270℃×75分の加熱をした後、穿孔圧延、延伸圧延等の加工を施し、外径60mm、肉厚3mmの継目無鋼管を製造し、内面疵の発生状況を目視で評価した。丸ビレットにスケール改質剤を塗布せずに穿孔圧延を実施した継目無鋼管(試験No.9)と、丸ビレット先端側(穿孔圧延時にプラグが最初に挿入される側)の端面に上記のスケール改質剤Cを塗布した後に、穿孔圧延を実施した継目無鋼管(試験No.10)とを製造した。その結果を表3に示す。

0076

実施例

0077

表3に示すように、スケール改質剤を塗布して製造した試験No.10の継目無鋼管では、顕著な内面疵抑制効果が確認された。

0078

本発明によれば、丸ビレットがNi、CuおよびSbを含む場合であっても、穿孔圧延前の加熱時において生成するスケールを除去しやすく、継目無鋼管製造時に内面疵が発生することを効果的に抑制することができる。

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