JP2000024705A

JP2000024705A - 継目無鋼管の製造方法および耐食性に優れた継目無合金鋼鋼管

Info

Publication number: JP2000024705A
Application number: JP19822698A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nakanishi; 哲也中西; Masakatsu Ueda; 昌克植田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】内面に浸炭層が発生するのを抑制することが可
能なプラグミル製管ラインによる継目無鋼管の製造方法
とこの方法によって製造された耐食性に優れた継目無合
金鋼鋼管を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｃｒ：４
〜３０％を含む合金鋼の継目無鋼管をプラグミル製管ラ
インにより製造する際、内面潤滑剤に黒鉛、黒鉛系潤滑
剤および非黒鉛系潤滑剤のうちのいずれかを用いる一
方、２．５ｍｍ以下の肉厚圧下量で延伸圧延する。これ
により、管の内表面から肉厚方向に１００μｍ離れた位
置における浸炭量△Ｃが母材の炭素濃度の３倍以下で、
耐食性に優れた製品管が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、０．１０重量％以
下のＣと４〜３０重量％のＣｒとを含む低Ｃ系の合金鋼
からなる継目無鋼管のプラグミル製管ラインによる製造
方法とこの方法によって製造された耐食性に優れた継目
無合金鋼鋼管に関する。

【０００２】

【従来の技術】０．１０重量％以下のＣと４〜３０重量
％のＣｒを含む低Ｃ系の合金鋼からなる継目無鋼管の多
くは、プラグミル製管ラインにより製造される。すなわ
ち、加熱されたビレットを傾斜ロール式やプレス式など
のピアサーで穿孔圧延し、次いでエロンゲーターおよび
プラグミルで延伸圧延し、さらに必要に応じてリーラー
で磨管圧延した後、サイザーまたはストレッチレデュー
サーで定形圧延して所定の寸法に成形し、その後熱処理
工程および精整工程を経て製品管として出荷される。

【０００３】上記のプラグミル製管ラインにおけるエロ
ンゲーター、プラグミルおよびリーラーでは、内面潤滑
剤が用いられる。この内面潤滑剤は、一般に、粉末また
は顆粒状で、圧延前または圧延中の被加工管の内面に供
給される。

【０００４】内面潤滑剤としては、プラグミルによる延
伸圧延の内面加工条件が過酷なことから、黒鉛が用いら
れる。しかし、内面潤滑剤に黒鉛を用いると、前述した
低Ｃ系の合金鋼鋼管には、その内表面に浸炭層が必ず生
じる。この内表面の浸炭層は、本発明者らの知見によれ
ば、主としてプラグミルによる延伸圧延時に内面潤滑剤
である黒鉛の一部がＣＯガス化して鋼中に浸入すること
に起因して生じる。その結果、管の内表面から肉厚方向
に０．５ｍｍ程度までの肉厚部分の炭素濃度が母材の炭
素濃度よりも約０．０３〜０．１重量％程度高くなる。

【０００５】上記の浸炭層が生じた低Ｃ系の合金鋼鋼管
では、耐食性皮膜である不働態皮膜を形成する主要成分
のＣｒが炭化物として固定されるために、内面の耐食性
が劣化する。また、低Ｃ系の合金鋼鋼管がラインパイプ
用で、鋼管同士が突き合わせ円周溶接接合されて用いら
れる場合には、固溶炭素量が高い浸炭層部分の硬度が高
くなるために、応力腐食割れなどが発生しやすくなる。
特に、耐食性を高めるために炭素含有量が０．０３％以
下に規制されたＳＵＳ３０４ＬやＳＵＳ３１６Ｌなどの
オーステナイト系ステンレス鋼鋼管、炭素含有量が０．
０８重量％以下のスーパー１３Ｃｒ鋼と称されるマルテ
ンサイト系ステンレス鋼鋼管、二相ステンレス鋼鋼管、
およびＮｉ基の高合金鋼鋼管などで大きな問題となる。

【０００６】したがって、内表面に浸炭層が生じた継目
無合金鋼鋼管は、そのままでは製品として出荷できない
ので、内表面を全面研磨したり、脱炭のための特殊な熱
処理を施す（特開平９−２０１６０４号公報参照）など
して浸炭層部分を消滅させる方法が採られている。しか
し、これらの方法は、その処理に多大な工数と費用がか
かるという欠点を有している。

【０００７】このため、最近では、ＢＮ、Ｂ₂Ｏ₃、ＨＢ
Ｏ₄ などの硼酸化合物からなる非黒鉛系潤滑剤や、主成
分が層状酸化物であるマイカと硼酸塩の非黒鉛系潤滑剤
（例えば、特開昭６４−１６８９４号公報、特開平５−
１７１１６５号公報および特開平９−７８０８０号公報
参照）、さらには主成分が黒鉛とアルミニウム化合物
で、黒鉛の浸炭性が抑制された黒鉛系潤滑剤（例えば、
特開平６−２７１８７９号公報参照）の適用が積極的に
進められている。

【０００８】そして、これらの潤滑剤は、黒鉛と同様
に、粉末または顆粒状で、圧延前または圧延中の被加工
管の内面に供給される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のような非黒鉛系
潤滑剤および黒鉛系潤滑剤は、これを適正に用いる場合
には、管の内表面に浸炭層が発生するのを防ぐことが可
能である。しかし、実際のプラグミル圧延は、内面規制
工具であるプラグが短く、しかもプラグが軸長方向へ移
動不能に固定されているか移動可能でも圧延速度の１／
１０程度の速度で移動させ得るにすぎず、摩擦条件が極
めて厳しい。

【００１０】したがって、非黒鉛系潤滑剤を用いると内
面疵が発生しやすく、黒鉛系潤滑剤を用いると浸炭層が
必ず生じるという問題があった。これは、非黒鉛系潤滑
剤の潤滑性が、遜色ないように成分設計されてはいるも
のの、黒鉛系潤滑剤に比べるとどうしても劣るためであ
る。また、非黒鉛潤滑剤は、黒鉛系潤滑剤に比較して価
格が高く、製造コストの上昇を招くという問題もあっ
た。

【００１１】本発明の目的は、０．１０重量％以下のＣ
と４〜３０重量％のＣｒを含む低Ｃ系の合金鋼からなる
継目無鋼管を製造する際、黒鉛系潤滑剤を用いる場合に
は浸炭層が発生するのを抑制することが可能であり、非
黒鉛系潤滑剤を用いる場合には内面疵が発生するのを抑
制することが可能なプラグミル製管ラインによる製造方
法とこの方法によって製造された耐食性に優れた継目無
合金鋼鋼管を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）の継目無合金鋼鋼管の製造方法と、下記（２）の
耐食性に優れた継目無合金鋼鋼管にある。

【００１３】（１）重量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｃ
ｒ：４〜３０％を含む合金鋼を素材とし、プラグミル製
管ラインによって継目無鋼管を製造する方法であって、
内面潤滑剤として黒鉛、黒鉛系潤滑剤および非黒鉛系潤
滑剤のうちのいずれかを用いるとともに、２．５ｍｍ以
下の肉厚圧下量で延伸圧延する継目無鋼管の製造方法。

【００１４】（２）上記（１）に記載の方法によって製
造された継目無合金鋼鋼管であって、管の内表面から肉
厚方向に１００μｍ離れた位置における炭素濃度Ｃ1 と
母材の炭素濃度Ｃ0 との差△Ｃ（＝Ｃ1 −Ｃ0 ）が３×
Ｃ0 以下の継目無合金鋼鋼管。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の方法における製造
条件とこの方法によって得られる継目無合金鋼鋼管を上
記のように限定した理由について説明する。

【００１６】先ず、プラグミルでの肉厚圧下量を２．５
ｍｍ以下に制限したのは、肉厚圧下量が２．５ｍｍ超に
なると、内面潤滑剤として黒鉛または黒鉛系潤滑剤を用
いた場合には、加工中の管内表面に浸炭現象を阻止する
作用がある酸化スケール層のない新生面の出現が多くな
りすぎるために、その表面から肉厚方向に１００μｍ離
れた位置における炭素濃度Ｃ1 と母材の炭素濃度Ｃ0 と
の差△Ｃ（＝Ｃ1 −Ｃ0 ）が３×Ｃ0 を超える局部的な
浸炭層が発生するようになるからである。

【００１７】一方、非黒鉛系潤滑剤を用いた場合には、
管の内表面に内面疵が多発するようになる。このため、
本発明では、プラグミルでの肉厚圧下量を２．５ｍｍ以
下と定めた。なお、肉厚圧下量の好ましい上限は１．５
ｍｍ、好ましい下限は０．５ｍｍである。

【００１８】また、管の内表面から肉厚方向に１００μ
ｍ離れた位置における炭素濃度Ｃ1と母材の炭素濃度Ｃ0
との差△Ｃ（＝Ｃ1 −Ｃ0 ）を３×Ｃ0 以下に制限し
たのは、対象鋼種、すなわち母材の炭素濃度Ｃ0 の如何
にかかわらず、前記の位置における△Ｃが３×Ｃ0 を超
えると、対象鋼種に応じた所望の耐食性が確保できなく
なるためである。

【００１９】ここで、管の内表面から肉厚方向に１００
μｍ離れた位置におけるΔＣを３×Ｃ0 以下と定めたの
は、これよりも内表面側のＣ濃度を正確に測定すること
は極めて困難なためである。なお、管の内表面から肉厚
方向に１００μｍ離れた位置よりも管外面側における△
Ｃは、１００μｍ離れた位置の△Ｃよりも小さくなるこ
とはいうまでもない。

【００２０】合金鋼の成分のうち、ＣとＣｒの含有量を
上記のように定めたのは、次の理由による。前述したよ
うに、浸炭が問題となるのは耐食性や溶接性確保のため
にＣ含有量を意識的に低くした合金鋼であり、一般に、
その上限が０．１０重量％であることから、Ｃ含有量は
０．１０重量％以下とした。また、Ｃｒについては、そ
の含有量が４重量％未満であると所望の耐食性が確保で
きない。また、３０重量％を超えて含有させても効果が
飽和し、コストの上昇を招く。このため、Ｃｒ含有量は
４〜３０重量％とした。

【００２１】上記のような合金鋼としては、例えばＪＩ
Ｓに規定されるＳＴＦＡ２５、ＳＴＰＡ２７、ＳＵＳ４
０５ＴＰ、ＳＵＳ４１０ＴＢ、ＳＵＳ４３０ＴＢ、ＳＵ
Ｓ４４４ＴＢ、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵ
Ｓ３４７、ＳＵＳ３２９Ｊ２Ｌ、ＳＵＳ３１０や、ＡＳ
ＴＭに規格されるＡ７８９、Ａ７９０、Ｂ６２２、Ｂ６
７７、Ｂ４６４、Ｂ１６３、Ｂ６２２、Ａ２４９、Ｂ４
４４、Ｂ６２２、さらにはインコネルおよびこれらに相
当する合金鋼などを挙げることができる。

【００２２】非黒鉛系潤滑剤としては、人造マイカ、天
然マイカであるカリウム四珪素マイカ、ナトリウム四珪
素マイカ、天然金マイカ、ベントナイト、モンモリロナ
イトおよびバーミキュライトのうちから選ばれた１種ま
たは２種以上の粒子状の層状酸化物と、酸化硼素、硼
酸、アルカリ金属硼酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウ
ム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムとを所定の比率で配
合した潤滑剤や、焼塩のみからなる潤滑剤、窒化硼素
（ＢＮ）を主成分とする潤滑剤、および珪酸ガラスや硼
珪酸ガラスなどを主成分とした潤滑剤を挙げることがで
きる。

【００２３】また、黒鉛系潤滑剤としては、黒鉛のみか
らなる潤滑剤、黒鉛と焼塩とを所定の比率で配合した潤
滑剤、黒鉛と硼酸とを所定の比率で配合した潤滑剤や、
前述した特開平６−２７１８７９号公報に示される潤滑
剤（１００重量部の黒鉛粉末と、２〜１００重量部の酸
化アルミニウム、酸化アルミニウム水和物、水酸化アル
ミニウム、およびアルミニウムと異種金属（Ｃａ、Ｆ
ｅ）との複合酸化物から選ばれた平均粒径が０．０１〜
２０．０μｍの少なくとも１種のアルミニウム化合物と
の混合物）および黒鉛とカルシュウム化合物とを所定の
比率で配合した潤滑剤を挙げることができる。

【００２４】プラグミル圧延後の合金鋼鋼管は、リーラ
ーで磨管圧延するが、その際の内面潤滑剤は黒鉛、黒鉛
系潤滑剤および非黒鉛系潤滑剤のいずれであってもよ
い。これは、リーラーでは、温度が低いのに加えて加工
度が小さい。このため、加工中の管内表面に出現する新
生面が少なく、浸炭がほとんど生じないためである。し
かし、内面の浸炭をより確実に抑制するためには、非黒
鉛系潤滑剤を用いるのが好ましい。なお、リーラーでの
磨管圧延は、無潤滑圧延であってもよい。

【００２５】また、プラグミルの前段にエロンゲーター
が設けられている場合、エロンゲーターでの延伸圧延時
に内面潤滑剤として黒鉛または黒鉛系潤滑剤を用いる
と、温度が高いために浸炭が生じることがある。このた
め、エロンゲーターでの延伸圧延は、無潤滑圧延とする
のが最も好ましい。しかし、内面疵の発生が懸念される
場合は、非黒鉛系潤滑剤を用いるのが好ましい。

【００２６】リーラーで磨管圧延され、次いでサイザー
またはストレッチレデューサーで定形圧延して所定の寸
法に成形された合金鋼鋼管は、インラインまたはオフラ
インで溶体化処理、焼入れ焼戻し処理および焼鈍し処理
などの所定の熱処理を施し、次いで精整工程を経て製品
管として出荷される。

【００２７】ここで、インラインでの熱処理とは、製管
ラインに直結された焼入れ炉や焼戻し炉などの諸設備に
よる熱処理であり、圧延後焼入れ炉を経ずに直接焼入れ
し、次いで焼戻し炉で焼戻し処理する場合や、焼入れ炉
を経て焼入れし、次いで焼戻し炉で焼戻しまたは焼鈍処
理する場合などがある。

【００２８】上記の熱処理工程における熱処理は、溶体
化処理や焼入れ焼戻し処理であり、溶体化処理は、通
常、１０００〜１２００℃の温度域で施される。また、
焼入れ処理は、鋼種によるが、通常、８００〜１０００
℃の温度域で施される。さらに、焼戻し処理は、鋼種お
よび目標とする強度にもよるが、通常、５００〜７５０
℃で施される。

【００２９】これらの熱処理は、通常、コークス炉ガス
やプロパンガスなどの酸化性の燃焼ガス雰囲気下で施さ
れる。このため、管の内表面に黒鉛が多く付着している
と、浸炭が発生する。しかし、本発明においては、プラ
グミルでの肉厚圧下量を２．５ｍｍ以下としたので、内
面潤滑剤に黒鉛または黒鉛系潤滑剤を用いた場合でも、
管内表面の黒鉛付着量が少ない。このため、この熱処理
工程では、浸炭はほとんど生じない。

【００３０】

【実施例】プラグミル製管ラインにより、下記の条件で
延伸圧延を実施し、得られた合金鋼鋼管の内表面から肉
厚方向に１００μｍ離れた位置における浸炭量△Ｃと内
面の耐食性、および内面疵の発生状況を調べた。

【００３１】供試鋼種：Ｃ含有量が０．００８重量％の
ＳＵＳ３０４Ｌと、Ｃ含有量が０．００５重量％の１３
Ｃｒ鋼（スーパー１３Ｃｒ鋼）、製品寸法：外径２４４．５ｍｍ、肉厚１２ｍｍ、長さ１
２ｍ、潤滑剤：黒鉛系潤滑剤（黒鉛：焼塩＝３：１）、非黒
鉛系潤滑剤（マイカ：硼酸塩化合物＝１：１）、ただ
し、マイカはナトリウム四珪素マイカ、プラグミルでの肉厚圧下量：１．０〜４．５ｍｍ。

【００３２】なお、製品管は、ビレットを１２３０℃に
加熱し、傾斜ロール式のピアサーで穿孔した後、無潤滑
にてエロンゲーターで延伸圧延し、次いでプラグミルで
延伸圧延した。その後、無潤滑にてリーラーで磨管圧延
してからサイザーで定径圧延して上記の寸法とした。な
お、エロンゲーターでは、上記の１．０〜４．５ｍｍの
肉厚圧下量でのプラグミル圧延後の肉厚がいずれの場合
も同じになるように、その加工度（肉厚圧下量）を調整
した。

【００３３】サイザー圧延後の温度が９００℃の合金鋼
鋼管は、サイザーの次段に設けられた焼入れ炉などにそ
のまま装入して所定の熱処理を施すインラン熱処理と、
一旦室温付近まで冷却し、内面に何らの処理も施さずに
製管ラインとは別の位置に設けられた焼入れ炉などに装
入して所定の熱処理を施すオフライン熱処理との２通り
の熱処理を施した。

【００３４】具体的には、ＳＵＳ３０４Ｌの鋼管につい
ては、インライン熱処理の場合、１０５０℃に１５分間
保持後水冷、オフライン熱処理の場合は１０５０℃に３
０分間保持後水冷する溶体化処理を施した。また、スー
パー１３Ｃｒ鋼の鋼管については、インライン熱処理の
場合は９００℃に１５分間保持後水冷して焼入れし、次
いで６３０℃に６０分間保持して焼戻す焼入れ焼戻し処
理、オフライン熱処理の場合は９００℃に４０分間保持
後水冷して焼入れし、次いで前記と同じ条件で焼戻す焼
入れ焼戻し処理を施した。

【００３５】なお、浸炭量ΔＣは、得られた各製品管の
長手方向の３個所の周方向４個所から合計１２個の弧状
試験片を採取し、その内表面を研削除去して内表面から
肉厚方向に１００μｍ離れた位置の炭素濃度（Ｃ1 ）を
発光分光分析法を用いて測定することにより求め、１２
個中の最大値で評価した。

【００３６】また、管内面の耐食性は、ＳＵＳ３０４Ｌ
の鋼管については、各製品管の長手方向の３個所から試
験片を採取し、ＪＩＳＧ０５７５に規定される硫酸
−硫酸銅腐食試験を行い、３個中１個でも割れの発生が
みとめられた場合を耐食性が不芳（×）、３個ともにわ
れの発生が認められなかった場合を耐食性が良好（○）
として評価した。また、スーパー１３Ｃｒ鋼の鋼管につ
いては、ラインパイプの突き合わせ円周溶接部を模擬し
た試験片を製作し、客先使用環境である下記条件下で、
ＡＳＴＭＧ３９９０に規定される４点曲げの腐食試
験を行い、円周溶接部に割れの発生が認められた場合に
は耐食性が不芳（×）、微小ピットの発生が認められた
場合を耐食性がやや不芳（△）、割れの発生が全く認め
られなかった場合を耐食性が良好（○）として評価し
た。

【００３７】雰囲気：０．０１ａｔｍＨ₂Ｓ−残ＣＯ₂、試験溶液：５％ＮａＣｌ水溶液、浸漬時間：７２０時間。

【００３８】さらに、内面疵の発生状況については、製
管直後の内面筋疵の発生の有無を管全長について目視確
認し、確認された内面筋疵の管軸長方向の深さを調べ、
軸長方向の疵深さが全て０．１ｍｍ未満の場合を良好
（○）、０．１〜０．２ｍｍの場合をやや不芳（△）、
０．２ｍ超の場合を不芳（×）として評価した。

【００３９】以上の結果を、圧延条件と併せて表１に示
す。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１に示す結果から明らかなように、本発
明の方法にしたがって製造された製品管は、内表面から
肉厚方向に１００μｍ離れた位置の浸炭量△Ｃが全て母
材の炭素濃度の３倍以下であり、しかもその耐食性はス
ーパー１３Ｃｒ鋼の一部（内面潤滑剤に黒鉛系潤滑剤を
用いた場合）にやや不芳なものがあったが、全体として
良好であった。また、いずれの鋼管も、内面筋疵の深さ
が０．１ｍｍ未満で、内面性状が良好であった。

【００４２】これに対し、比較例の方法にしたがって製
造された製品管のうち、内面潤滑剤に黒鉛系潤滑剤を用
いた場合の製品管は、内表面から肉厚方向に１００μｍ
離れた位置の浸炭量△Ｃが全て母材の炭素濃度の３倍を
超えており、耐食性が不芳であった。また、内面潤滑剤
に非黒鉛系潤滑剤を用いた場合の製品管は、内面筋疵の
深さが０．１〜０．２ｍｍ、または０．２ｍｍを超えて
いてやや不芳または不芳であった。

【００４３】

【発明の効果】本発明の方法によれば、内表面から肉厚
方向に１００μｍ離れた位置の浸炭量△Ｃが母材の炭素
濃度の３倍以下の合金鋼鋼管が確実に得られる。また、
この合金鋼鋼管は、内面の耐食性に優れているので、ラ
インパイプとして用いて極めて有用である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｃｒ：４
〜３０％を含む合金鋼を素材とし、プラグミル製管ライ
ンによって継目無管を製造する方法であって、内面潤滑
剤として黒鉛、黒鉛系潤滑剤および非黒鉛系潤滑剤のう
ちのいずれかを用いるとともに、２．５ｍｍ以下の肉厚
圧下量で延伸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】請求項１に記載の方法によって製造された
継目無合金鋼鋼管であって、管の内表面から肉厚方向に
１００μｍ離れた位置における炭素濃度Ｃ1 と母材の炭
素濃度Ｃ0 との差△Ｃ（＝Ｃ1 −Ｃ0 ）が３×Ｃ0 以下
であることを特徴とする耐食性に優れた継目無合金鋼鋼
管。