JP2003003212A - 高Cr系継目無鋼管の製造方法 - Google Patents
高Cr系継目無鋼管の製造方法Info
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Abstract
製造コストで効率的に製造する。 【解決手段】Cr含有量を10〜20%、不純物であるSおよ
びPの含有量を0.050%以下とする素材を用いて製管す
る場合に、鋼片の均熱時間をΣt1、素材の均熱時間を
Σt2とし、製管時の加熱温度Tを1200℃として、下記
(b)式を満足することを特徴とする高Cr系継目無鋼管の
製造方法である。 ここで、fは成分元素の含有量によってδ−フェライト
の生成のし易さを指数化したものである。
Description
は各種プラント若しくは建設構造材料等に用いられる高
Cr系継目無鋼管の製造に関し、さらに詳しくは、Crを10
〜20%含有した製管用素材(ビレット)を用いて継目無
鋼管を製造する場合であっても、内面疵の発生が少ない
高Cr系継目無鋼管の製造方法に関するものである。
は建設構造用としてCrを10〜20%含有する、いわゆる高
Cr系の継目無鋼管が多く採用されている。通常、継目無
鋼管は、丸鋼片からマンネスマン穿孔、プレス穿孔など
により中空素管を製造し、この素管をマンドレルミルや
プラグミルなどの伸延圧延機で拡管して肉厚を減じた
後、ストレッチレデューサなどの絞り圧延機で外径を絞
り、目標寸法の鋼管に仕上げることによって製造され
る。
には、連続鋳造またはインゴット造塊法によって製造さ
れた鋳片を圧延して得られる丸鋼片が製管用素材(ビレ
ット)として用いられる。このとき、素材として用いら
れる鋼片は、一般に、連続鋳造またはインゴット造塊法
によって断面形状が矩形の鋳片(ブルーム)を鋳造し、
均一温度に加熱した後、分塊圧延、ブルーミングミル等
で丸形に熱間圧延するか、若しくは連続鋳造で丸鋳片に
直接鋳造する方法によって製造される。
一般鋼に比較してその熱間加工性が劣るため、製管後の
鋼管に内面欠陥を発生することがある。例えば、鋼管に
中被れ疵等の内面欠陥(以下、「内面疵」という)が発
生すると、製品の歩留りが低下するだけでなく、穿孔圧
延機をはじめとして、伸延圧延機および絞り圧延機から
なる製管ミル全体を休止させねばならないこともあり、
このような場合には生産効率が著しく阻害されることに
なる。
疵の発生を防止する対策として、製管時の加工度を低減
したり、加工発熱等による欠陥発生を避けるため、素材
の加熱温度を低くする等の手段が採られている。しか
し、これらの対策は、いずれも熱間製管の生産性を低下
させるものであり、適正な防止対策とは言い難い。
部の合金成分の含有量を規定するとともに、焼鈍加熱時
間を管理し、穿孔加熱温度を1200℃以下と低温で製管す
ることによって、熱間加工時の組織を改善するマルテン
サイト系継目無鋼管の製造方法が提案されている。しか
しながら、その製造方法では、合金を構成する成分元素
の規定が厳しいものであるため、適用することができる
鋼種が限定されると同時に、穿孔製管での加熱温度の上
限が制限されるために、製管能率や生産性の面で悪影響
が生じ、さらに製管工具の寿命を劣化させるという問題
がある。
Cr鋼等の難加工材を用いた製管に際して採用される内面
疵の防止策は、加工度の低減や加熱温度の低温化である
ため、製管工程における生産性の低下を来たし、本質的
に効率生産の阻害要因となっている。
ものであり、高Cr鋼系の鋳片または鋼片を製管用素材と
して継目無鋼管を製造する際に、生産性の低下を伴うこ
となく、効果的に内面疵の発生を防止することができ
る、高Cr系継目無鋼管の製造方法を提供することを目的
としている。
の際に、鋼管に内面疵が発生するのは、当該鋼種の熱間
加工性が劣るため、製管加工時の歪みによって、組織上
脆弱な部位で割れが発生し、内面疵に進展するからであ
る。熱間加工における高Cr鋼の脆弱な部分とは、当該鋼
種の高温状態における主組織であるオーステナイトγ粒
と、δ−フェライトの生成にともなって微量含まれるδ
粒との粒界である。
を低減する対策は、δ−フェライトの生成量を低減し
て、組織上脆弱な部位を少なくする、またはγ粒とδ
粒との粒界強度を強くすることである。前記の対策と
しては、粒界を脆弱にする不純物元素(S、P)の低減
が有効であるが、過剰な低減を行うと、製造コストの上
昇を促すことになる。次に、の対策としては、前述の
特開平4−224659号公報で提案された方法を採用するこ
とができるが、継目無鋼管の効率生産の観点から、実際
の生産に適用するには、さらなる改善が必要である。
とによって、含有されたCrをはじめ、他に添加される合
金元素がδ−フェライト生成に及ぼす影響度が的確に整
理できること、さらに鋼片等の製造段階、または素材の
製管前段階での熱履歴がδ−フェライト量に影響を及ぼ
し、これらの影響度も指数化できることを確認した。
インにおいて検証することによって、不純物元素(S、
P)を過剰に低減しなくても、製管条件等を緩和するこ
とによっても、効率的に高い生産性で、安価でしかも内
面品質に優れる継目無鋼管製造できることを知見した。
たものであり、下記(1)、(2)の高Cr系継目無鋼管の製
造方法を要旨としている。 (1) 質量%で、Cr含有量を10〜20%、不純物であるSお
よびPの含有量をそれぞれ0.050%以下とし、さらに下
記(a)式に含まれる成分を適宜含有し、1100℃以上で均
熱する時間(Hr)の総和がΣt1である鋳片、または鋼
片を製管用素材として、この素材を1100℃以上で均熱す
る時間(Hr)の総和をΣt2とした後、加熱温度Tを120
0℃とし、下記(b)式を満足するするように製管すること
を特徴とする高Cr系継目無鋼管の製造方法である。 (2) 上記(1)と同様に、Cr含有量を10〜20%、不純物で
あるSおよびPの含有量を0.050%以下とし、さらに上
記(a)式に含まれる成分を適宜含有し、1100℃以上で均
熱する時間(Hr)の総和がΣt1である鋳片、または鋼
片を製管用素材として、この素材を1100℃以上で均熱す
る時間(Hr)の総和をΣt2とした後、加熱温度Tを110
0〜1300℃(ただし、1200℃を除く)とし、下記(c)式を
満足するように製管することを特徴とする高Cr系継目無
鋼管の製造方法である。
Cr含有量が10〜20%とし、かつ不純物であるSおよびP
の含有量を0.050%以下とする組成の高Cr鋼を製管用素
材とすることを特徴としている。以下の説明で、「%」
は「質量%」を意味する。
分元素であり、その含有量が10%未満では、所望の耐食
性、例えば耐CO2腐食性が確保できない。一方、Cr含有
量が20%を超えると、高温加熱時にδ−フェライト相が
生成しやすく、耐食性(耐SSC性)および熱間加工性
が低下することになり、さらに、Crの過剰な添加は製造
コストの上昇を招く。
存在するものであり、その含有量は低いほど望ましい。
そして、その含有量が0.050%を超えると、高強度材の
靱性を劣化させるとともに、フェライト/γ粒界の強度
を低下させて熱間加工性を著しく低下させる。そのた
め、Pの含有量は、0.050%以下とする。
存在し、熱間加工性に悪影響を与える成分であるから、
その含有量は低いほど望ましい。その含有量が0.050%
を超えると、フェライト/γ粒界の強度を低下させて熱
間加工性を著しく低下させるので、Sの含有量は0.050
%以下とする。一方、所定のS含有は、鋼の切削性や溶
接性に有効であるから、その効果を図るには、その含有
量を0.004%以上にするのが望ましい。
含有量並びに不純物であるSおよびPの含有量のみを規
定するが、その他に、高Cr鋼として13%Cr鋼、SUS304
鋼、SUS316鋼、SUS321鋼およびSUS347鋼に相当する成分
元素を添加することができる。
がら、強度、靱性、耐食性等を確保するために、C:0.
30%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.0%以下、Mo:3.00
%以下、Cu:0.50%以下、Ni:11.00%以下、Ti:0.200
%以下、Al:0.100%以下、N:0.150%以下、B:0.00
50%以下、Nb:0.150%以下、V:0.20%以下およびC
a:0.0050%以下等の元素のうち1種または2種以上を
適宜含有することができる。以下、これらの元素を含有
させた場合の作用を説明する。
るが、過剰に添加すると、Cr炭化物(Cr23C6等)を
形成して鋼材の耐食性を低下させるとともに、低温靱性
を劣化させる。そのため、C含有量の上限を0.30%とす
る。
が、過剰に含有されると、靱性が劣化してくるため、そ
の含有量は1.00%以下とする。
度確保に有効な成分である。また、熱間加工性に影響を
及ぼすδ−フェライト生成を抑制し、鋼中のSを固定す
る効果も発揮する。しかし、過剰に含有すると靱性が低
下するので、Mn含有量は2.0%以下とする。
環境における、耐食性の皮膜強化に極めて大きな効果を
発揮する。したがって、耐食性の観点からは添加すれば
するほど改善されることになるが、Moを多く添加する
と、δ−フェライトを生成し易くなり、これに伴って、
オーステナイト生成元素を多く添加せざるを得なくな
り、添加コストの上昇が見られる。このため、Mo含有量
の上限を3.00%とする。
−フェライトの生成を抑え、組織の安定に有効である。
しかし、過剰の添加は、高温、長時間での使用中の延性
を低下させるので、Cu含有量は0.50%以下とする。
−フェライトの生成を抑え、組織の安定と同時に、必要
な強度の確保、耐食性の向上、および熱間加工性の改善
には有効な元素である。しかし、過剰に添加しても、そ
れらの効果が飽和し添加コストの上昇を招くだけであ
り、高温での使用中の延性を低下させる。したがって、
Ni含有量は、11.00%以下とする。
の向上に有効な元素である。しかし、0.200%を超えて
含有させると、靱性を劣化させる。
ある。過剰の添加は鋼の清浄度を低下させ、加工性を損
なうとともに、高温強度の低下を招くため、含有量は0.
100%以下とする。
が、過剰に添加すると靱性を劣化させるので、含有量は
0.150%以下とする。
織の微細化に寄与し、靱性および耐食性の改善に有効で
ある。しかし、過剰な添加は靱性および耐食性の劣化を
促すので、その含有量は0.0050%以下とする。
を形成して、クリープ強度を高める元素である。しか
し、過剰の添加は、炭化物の粗大化を促し、靱性の低下
を招くので、Nbの含有量は0.150%以下とする。
を形成して、強度、靱性およびクリープ強度を高める元
素である。しかし、過剰の添加は、炭化物の粗大化を促
し、靱性の低下を招くので、Vの含有量は0.20%以下と
する。
間加工性を向上させるのに有効な元素である。しかし、
過剰に添加すると靱性、耐食性を劣化させるので、Caの
含有量は、0.0050%以下とする。
り、その成分元素がNi:1.5%以下、Mo:1.0%以下であ
る場合には、Cuを無添加(例えば、含有量で0.2%未
満)とし、後述する(b)式で示すF値は、−9.4未満とす
るのが望ましい。Cuはオーステナイト形成元素である
が、低融点金属であり粒界の熱間加工性を悪化させる元
素でもあり、Ni含有量が少なくδフェライト相が出現し
やすくなると、γ(オーステナイト)/δ粒界が多くな
り、内面疵が発生しやすくなるからである。
フェライトの生成を抑制するために、Cr含有量を規定
し、かつSおよびPの含有量を規制することとしている
が、これらの元素の他に、高Cr鋼として必要な成分元素
を添加できることとしている。これらの元素の添加を想
定して、下記の(a)式で規定するf値を後述する(b)式
または(c)式で管理することとしている。
ライトまたは高温加熱時に生成するフェライトを指称す
るものであるが、上記(a)式で規定するf値は、このδ
−フェライトの生成のし易さを容易に判断できるように
指数化したものである。すなわち、式中において、オー
ステナイト生成元素を「+」、フェライト生成元素を
「−」として整理し、鋼材の組成上、熱間加工での高温
加熱状態(1000〜1300℃)におけるδ−フェライト生成
の難易度を、成分元素の影響係数と含有量との積によっ
て示している。換言すれば、f値はオーステナイト相の
発生のし易さを示す指数としても把握することができ
る。
る継目無鋼管の製管工程であればよく、前述のように、
丸鋼片からマンネスマン穿孔、プレス穿孔などにより中
空素管を製造し、この素管を伸延圧延した後、絞り圧延
で鋼管に仕上げる方式であればよい。
から、マンネスマン−マンドレルミル方式、またはマン
ネスマン−プラグミル方式が適用される。前者の方式で
は、連続鋳造によって製造された製管用素材を1100〜13
00℃に加熱した後、ピアサーで穿孔圧延によって中空素
管とし、さらにマンドレルミルで延伸圧延して仕上圧延
用素管を作製する。次いで、この仕上圧延用素管を延伸
圧延ままの状態、または850〜1100℃に再加熱した後に
ストレッチレヂューサ、またはサイザーに通して、所定
寸法の継目無鋼管に仕上げる。
は、製管された鋼管の熱履歴が影響する。すなわち、製
管圧延に至るまでの鋳片または鋼片の段階、および素材
(ビレット)の段階での高温(1100℃以上)での均熱時
間が長ければ、偏析が拡散し、δ−フェライトの生成は
抑制される。そのため、鋳片、鋼片として1100℃以上で
均熱する時間(Hr)の総和をΣt1として、同時に、素
材が1100℃以上で均熱する時間(Hr)の総和をΣt2と
して管理する必要がある。ただし、鋳片または鋼片の段
階の均熱時間とは、分塊圧延工程での加熱炉または均熱
炉内での1100℃以上で鋼材が均熱される時間であり、1
ヒート圧延では鋳片1回分の均熱時間であり、2ヒート
圧延では鋳片1回分および鋳片1回分を合計した均熱時
間である。
対象としているのは、偏析の拡散速度が大きくなる処理
を対象とするためであり、1100℃以上の均熱を長時間行
うことによって、局部的な高濃度のP、Sの偏在を回避
することができる。均熱処理の上限温度を規定する必要
はないが、通常、1100〜1300℃の温度範囲が採用され
る。
度が影響し、加熱温度Tを低温にするほど、フェライト
の生成が抑制される。ここでいう加熱温度Tは、ピアサ
ー穿孔圧延での材料温度であり、素材(ビレット)を11
00〜1300℃に加熱した後の炉出し温度として把握するこ
とができる。
が下記(b)式であり、不純物(S、P)偏析の拡散効果
を判断し、鋳片または鋼片段階での均熱時間、素材段階
での均熱時間の影響、さらに製管時の加熱温度の影響を
確認するため、F値を導入している。
グ効果によってなくなるまで、均熱時間(Σt1、Σt
2)を理論的に充分長くした場合に、F=f+1.4になる
ことを意味し、このときのオーステナイト相の発生し易
さが「+1.4」であることを示している。そして、上工
程になるほど偏析が大きくソーキング効果による偏析改
善代が減少するため、上記「+1.4」を分塊圧延工程
(鋳片・鋼片)でのソーキング効果を「0.6」と、製管
工程(素材)でのソーキング効果を「0.8」に分割し
た。
によって、均熱時間による偏析改善代は変動するが、い
ずれの工程においても、偏析改善代は均熱時間の指数関
数として近似的に表すと、 の関係が得られる。
しつつ、継目無鋼管の製管することによって、確実に内
面疵の発生を抑制することができる。
製管した場合の条件を示しているが、加熱温度Tが1200
℃を外れる場合には、下記(c')式で示されるKTによる
補正が必要になる。このときの補正は、値が負になる場
合も考慮するとともに、放物線則に沿ったものとした。
外れる場合には、KTによる補正が必要になるのは、同
一成分、同一熱履歴の場合であっても、最終加熱温度の
影響でδフェライトの生成量が変動することを考慮した
ためである。以下、本発明の効果を、具体的な実施例に
基づいて説明する。
の内面疵の発生状況を確認するため、表1〜3に示す化
学組成の鋼片を準備した。準備した鋼片のうち、試料N
o.1〜28は13%Cr鋼、試料No.29〜33はSUS304鋼、試料N
o.34〜38はSUS316鋼、試料No.39〜42はSUS321鋼、試料N
o.44〜48はSUS347鋼にそれぞれ相当している。
00〜1300℃の温度範囲で均熱加熱した後、ピアサーで穿
孔して中空素管とし、引き続きマンドレルミル圧延によ
って仕上圧延用素管を製造した。次に、仕上圧延用素管
を1100℃に再加熱してからストレッチレヂューサに通し
て、外径88.9mm、内径70mm、長さ1000mmの継目無鋼管を
製造した。
均熱時間Σt1、素材の均熱時間Σt2および製管時の加
熱温度Tを表4〜6に示す。さらに、前記(a)式による
f値、(b)、(c)式によるF値を計算して、その値を表4
〜6に示している。
入、焼戻の処理をして、引き続き内面疵の発生状況を調
査した。その調査結果を表4〜6に示した。
管のF値と内面疵の発生率(%)との関係を示す図であ
る。なお、図1に示す内面疵の発生率(%)は、製管後
の検査において確認できた材料起因の中被れ疵、ヘゲ疵
を発生した本数比で示している。
発明が対象とする高Cr系継目無鋼管であれば、13%Cr
鋼、SUS304鋼、SUS316鋼等の鋼種に拘わらず、前記
(b)、(c)式で規定されるF値を「−9.7」以下に管理す
ることによって、内面疵の発生率を2.0%以下に低減し
て、優れた内面品質を確保できることが分かる。
管用素材とする場合であっても、熱間製管工程でのδ−
フェライトの生成を充分に抑止できるので、内面疵の発
生が少ない高Cr系継目無鋼管の製造が可能である。しか
も、素材の組成として不純物を過剰に低減する必要もな
く、また、製管時には所定の生産性を確保できるので、
内面品質に優れた高Cr系継目無鋼管を低廉な製造コスト
で効率的に製造することができる。
疵の発生率(%)との関係を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】質量%で、Cr含有量を10〜20%、不純物で
あるSおよびPの含有量をそれぞれ0.050%以下とし、
さらに下記(a)式に含まれる成分を適宜含有し、1100℃
以上で均熱する時間(Hr)の総和がΣt1である鋳片、
または鋼片を製管用素材として、この素材を1100℃以上
で均熱する時間(Hr)の総和をΣt2とした後、加熱温
度Tを1200℃とし、下記(b)式を満足するように製管す
ることを特徴とする高Cr系継目無鋼管の製造方法。 - 【請求項2】質量%で、Cr含有量を10〜20%、不純物で
あるSおよびPの含有量をそれぞれ0.050%以下とし、
さらに下記(a)式に含まれる成分を適宜含有し、1100℃
以上で均熱する時間(Hr)の総和がΣt1である鋳片、
または鋼片を製管用素材として、この素材を1100℃以上
で均熱する時間(Hr)の総和をΣt2とした後、加熱温
度Tを1100〜1300℃(ただし、1200℃を除く)とし、下
記(c)式を満足するように製管することを特徴とする高C
r系継目無鋼管の製造方法。
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