JP2005211920A - 傾斜圧延法による継目無鋼管の製造に適した管材の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続鋳造によるブルームの中心以外の線状偏析を軽減して中心偏析のみにし、中心部の穿孔をし易くし、周辺部のミクロポロシティを軽減し、酸化によるへげ疵や膨れ疵の発生を軽減させることで、傾斜圧延による継目無鋼管の穿孔時の負荷を軽減する。
【解決手段】 連続鋳造の引抜きストランドの複数段からなる多段型軽圧下設備において、ブルームの中心固相率ｆｓが０．２〜０．６の範囲にある鋳型内の下流に配置した圧下ロールの各段において１．０〜１．５ｍｍ／段のブルーム圧下を施すことにより、中心部を除くブルームの厚さ方向の断面中の線状偏析を抑制し、さらに引抜きストランドの圧下末期ゾーンにある圧下ロールの各段において、ロールを開放することにより凝固末期の中心部における圧下作用を無くし、中心部のみに強い偏析を生じさせるものとする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、傾斜圧延法による継目無鋼管の製造、例えばマンネスマン穿孔法による製造において、これに適用する管材の製造方法に関し、特に連続鋳造ストランドにおいて未凝固部を軽圧下することにより製造した傾斜圧延法による継目無鋼管の製造に適した管材の連続鋳造ブルームの製造方法に関する。

図２に示すように、連続鋳造によるブルームからなる管材９をマンネスマン穿孔法によりピアシングミルで、穿孔して鋼管１１に製造する場合、圧延素材である管材９の連続鋳造ブルームに起因する欠陥の内面疵、例えば穿孔した鋼管１１の内周面１２には、へげ疵１３や膨れ疵１４が発生することがある。これらの内面疵の発生する原因は、穿孔する管材であるブルームにおける偏析すなわち中心偏析によるミクロポロシティが加熱用の回転炉で加熱する際に酸化することによるものと考えられる。すなわち、管材に存在するミクロクラックに沿って回転炉中で端面酸化が生じ、この端面酸化部が管材中心軸から偏心していると、穿孔時に肉厚内のガスとともに閉じ込められて膨れ疵となる。このように管材のブルームのマンネスマン穿孔法による作動面は相当のせん断応力を受けることにより上記した欠陥の発生に繋がるものと考えられる。そこで、これらの欠陥の発生を防止するためには、せん断応力をブルームの中心部に集中させる必要があった

一方、鋼の連続鋳造法において、鋳片の中心偏析の改善のために凝固末期に鋳片をロールで圧下し、凝固収縮に基づく濃化溶鋼の流動を抑える凝固末期に軽圧下する方法など（例えば、特許文献１、特許文献２参照、特許文献３参照。）がある。しかしこれらのものにあっても、偏析やセンターポロシティーの改善効果が不十分であったり、改善効果にバラツキがあった。さらに、これらを改善するものとして、タンディッシュ内の溶鋼加熱温度を５０℃以下に調整し、かつストランド内の溶鋼に電磁撹拌して等軸晶とし、これにより中心部の凝固組織を微細な凝固収縮量、固液共存相内の流動性を均一化し、中心部の濃化溶鋼の流動及びその中心部への集積を軽減し、さらに凝固末期と呼ばれる中心固相率ｆｓがおおよそ０．６から０．８の範囲やこれを含む前後の範囲を軽圧下することで中心偏析やセンターポロシティーを改善する方法（例えば、特許文献４参照。）が提案されている。

特公昭５９−１６８６２号公報 特公昭５９−３９２２５号公報 特公昭６２−３４４６０号公報 特開平６−１２６４０５号公報

本発明が解決しようとする課題は、連続鋳造によるブルームの中心偏析を軽減させるために行っている連続鋳造ストランドの多段圧下設備における軽圧下技術を一部改良し、凝固末期に至る前に圧下を完了することにより鋳片の中心以外の線状偏析を軽減させ、中心に偏析を集中させることで、これにより中心部の穿孔をし易くし、周辺部のミクロポロシティを軽減し、酸化によるへげ状疵の発生を軽減させることで、マンネスマン法等による傾斜圧延による継目無鋼管の製造における穿孔時の負荷を軽減する方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の手段について以下に説明する。鋼の連続鋳造における引抜きストランドにおいて、軽圧下による偏析制御を行い、連続鋳造片であるブルームの中心部のみに偏析を集中させる圧下方法とする。このため請求項１の発明においては、連続鋳造の引抜きストランドの複数段からなる多段型軽圧下設備において、ブルームの中心固相率ｆｓが０．２〜０．６の範囲にある圧下ロールの各段において１．０〜１．５ｍｍ／段のブルーム圧下を施すことにより、中心部を除くブルームの厚さ方向の断面中の線状偏析を抑制し、さらに引抜きストランドの下流に位置する圧下末期ゾーンにある圧下ロールの各段において、ロールを開放することにより凝固末期の中心部における圧下作用を無くし、中心部のみに強い偏析を生じさせることを特徴とする傾斜圧延法による継目無鋼管の製造に適した管材の連続鋳造方法である。なお本発明において中心部とは、円柱状の管材においてその中心線から直径の５％外側の領域までの範囲を意味する。

上記の手段において、ブルームの中心固相率ｆｓが０．２〜０．６の範囲にある圧下ロールによる圧下に限定する理由は、中心固相率ｆｓが０．２未満では圧下しても効果はなく、図１の（ｃ）に示すように非圧下に近い状態となり、中心固相率ｆｓが０．６を超えると偏析度が改善されてしまい、図１の（ｂ）に示すように従来技術である通常の軽圧下と同様となるからである。

請求項２の発明では、ブルームの中心固相率ｆｓが０．２〜０．６の範囲にある圧下ロールの各段を１．０〜１．５ｍｍ／段とするブルーム圧下は、ブルームの中心固相率ｆｓが０．２〜０．６の範囲を１．０〜１０．０ｍｍの範囲内で圧下することを特徴とする請求項１の手段の傾斜圧延法による継目無鋼管の製造に適した管材の連続鋳造方法である。

上記の手段において、圧下を１．０〜１０．０ｍｍの範囲内に限定する理由は、１．０ｍｍ未満では圧下しても効果はなく、１０ｍｍを超えると強圧下により管材に内部割れ等の弊害が生じるからである。

請求項３の発明では、ブルームの引抜き方向に対して直角方向の断面は、その長さＬと幅Ｗの比Ｗ／Ｌが１．０〜０．５であることを特徴とする請求項１又は２の手段の傾斜圧延法による継目無鋼管の製造に適した管材の連続鋳造方法である。

上記の手段において、ブルーム断面の長さＬと幅Ｗの比Ｗ／Ｌを１．０〜０．５に限定する理由は、断面の比が正方形かそれに近い方が分塊工程において角柱状のブルームから円柱状である管材に加工しやすいことによる。

請求項４の発明では、ブルーム中心部のみに生じさせる強偏析は、カーボン偏析度が１．２以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の手段の傾斜圧延法による継目無鋼管の製造に適した管材の連続鋳造方法である。

上記の手段において、カーボン偏析度を１．２以上に限定する理由は、カーボンが中心部に偏析しているほど中心部の加工性が良く、中心部を穿孔して継目無鋼管を製造する場合に適しているためである。

以上に説明したように、本発明は、連続鋳造における引抜きストランドにおいて、軽圧下による偏析制御を行って鋳片の中心部のみにカーボン偏析度が１．２以上となるような強い偏析を生じさせることで、中心偏析に多くのポロシティーが生成し、マンネスマン穿孔時の負荷が軽減でき、穿孔後の鋼管内面の疵の発生が効果的に防止できるなど優れた効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態を表および図面を用いて以下の実施例を通じて説明する。

先ず、ＪＩＳで規定する軸受鋼であるＳＵＪ２について、その溶鋼を縦型連続鋳造装置のブルーム多段型軽圧下設備において連続鋳造し、鋳型内のメニスカスから下流側１６．６５〜２２．３５ｍの引抜きストランドに配置した圧下ロールにおいて、鋳片の中心固相率ｆｓが０．２〜０．６のゾーンに相当する圧下ロールのみを用いて１段当たり１．０〜１．５ｍｍの圧下を行い鋳片の中心部に圧下効果を及ぼし、それより下段の圧下末期のゾーンにおける圧下ロールでは圧下を行うことのないようにロール間隔を開放することことにより部分圧下することでこのゾーンでは鋳片の中心部に圧下効果を及ぼすことなく、中心部のみに偏析を生じさせた鋳片であるブルームを得るものとする。

このようにして得たブルームを常法により分塊圧延し、次いで鋼片圧延して丸ビレットとする。得られた丸ビレットを回転加熱炉で抽出温度１１２０℃に加熱し、マンネスマン法によりピアッシングミルにより穿孔して素管とし、続いてエロンゲータで製管圧延し、再加熱炉で９６０℃に再加熱し、シンキングミルで寸法調整し、ロータリーサイザーで真円度を出して製品管とする。

上記の方法において、縦型連続鋳造装置における圧下ロール位置（ｍ）、圧下量（ｍｍ／段）、鋳造速度Ｖｃ（ｍ／ｍｉｎ）および中心固相率ｆｓの関係を表１に示す。

表１に示すように、本発明はメニスカス下距離が１６．６５〜２４．２５ｍにあり、かつ中心固相率ｆｓが０．２〜０．６の範囲にある複数段の圧下ロールで連続鋳造片を各段につき１．０〜１．５ｍｍ圧下し、中心固相率ｆｓが０．６を超えると圧下を取り止め、単に引抜きによりブルームを得るものとする。
つまり圧下ロール自体は８段配置してあるが、鋳造速度が０．４０ｍ／分の場合には、中心固相率ｆｓが０．５１の圧下ロールのみで１．０ｍｍ圧下し、鋳造速度が０．５５ｍ／分の場合には、中心固相率ｆｓが０．２３から０．４７の範囲に位置する７段の圧下ロールで合計８．５ｍｍを圧下する。
なお全段圧下については、これら８段全てのロールにおいて圧下を行う。

現行の一般操業である引抜きストランドにおいて、非圧下で得られたブルームと、テスト方法である全段圧下により得られたブルームと、上記の本発明の部分圧下方法により得られたブルームを、それぞれ対比し、これらから得られた鋼管の質量比での内面疵発生率と、管材のマクロ腐食判定のテスト結果を表２に示す。なお、表２のテストは、対象鋼種をＳＵＪ２鋼とし、圧延条件を加熱炉抽出温度１１２０℃、プラグ前ドラフト率を６．０〜１２．５（リード標準を１５〜３５ｍｍ、ゴージ標準を７９〜８４ｍｍ）で下降を行い、検査条件を鋼管内面の目視検査にて鋼管内面の膨れやへげ疵の検出を行ってその鋼管の重量比を求め、ＪＩＳ Ｇ０５５３「鋼のマクロ組織試験方法」により管材のマクロ腐食判定のテストを行った。またカーボン偏析度は管材の断面から中心部とそれ以外の部位とから試料を採取し、ＪＩＳ Ｇ１２１１「鉄及び鋼−炭素定量方法」にある燃焼−赤外線吸収法で炭素量を分析し、その比を求めて偏析度とした。

さらに図１に引抜きストランドにある鋳片１の凝固状態とマクロ組織を示す。図１の（ａ）は本発明例であって鋳型内のメニスカスから下流側１６．６５〜２２．３５ｍの引抜きストランドに配置した８段の圧下ロールのうち、上段の６段の圧下ロールを圧下部５として圧下し、後半の２段の圧下ロールを非圧下部６として凝固末期を開放の部分圧下方法により得られた鋳片で、固相２の中心部のみにマクロ組織試験法で確認可能でカーボンの偏析度が１．２以上の強い中心偏析４を残す。なお液相を３で示す。図１の（ｂ）は多段圧下による中心偏析軽減材として８段全ての圧下ロールを圧下部５として得られた鋳片１で、固相２の中心部はやや負偏析８で周辺部に線状偏析７を有し、それらはマクロ組織試験法では確認できない程度である程度の偏析である。図１の（ｃ）は現行の一般操業である非圧下で得られた鋳片１で中心偏析４および周辺に太い線状偏析７を有する。

上記図１の（ａ）に示すように、本発明によるものは周辺に線状偏析７は無く、固相２の中心部のみに強い中心偏析４を残すものである。したがって中心部の穿孔がし易く、周辺部にミクロポロシティがなく、図２の（ａ）に示すように、この中心偏析４は全てプラグ１０の表面に沿って鋼管１１の内周面１２に押圧されて消失するので、本発明による鋼管１１では内周面１２にへげ疵や膨れ疵が効果的に防止できた。

引抜きストランドにある鋳片のマクロ組織を示す鋳片の引抜き方向Ｌの断面図と鋳片の厚さ方向Ｔの断面図で、（ａ）は本発明によるもの、（ｂ）は多段圧下による全段圧下によるもの、（ｃ）は現行の一般操業の非圧下によるものを示す。 （ａ）はアッセル穿孔時の管材の模式断面図で、（ｂ）は鋼管内面を示す図で、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ 鋳片
２ 固相
３ 液相
４ 中心偏析
５ 圧下部
６ 非圧下部
７ 線状偏析
８ 負偏析
９ 管材
１０ プラグ
１１ 鋼管
１２ 内周面
１３ へげ疵
１４ 膨れ疵

Claims (4)

1. 鋼の連続鋳造における多段型軽圧下設備を有する引抜きストランドにおいて、ブルームの中心固相率ｆｓが０．２〜０．６の範囲にある圧下ロールの各段を１．０〜１．５ｍｍ／段とするブルーム圧下を施すことにより中心部を除くブルームの引抜き方向に対して直角方向の断面中の線状偏析を抑制し、さらに上記の圧下ロールに続く凝固末期ゾーンの圧下ロールを開放することで凝固末期のブルーム中心部のみに強偏析を生じさせることを特徴とする傾斜圧延法による継目無鋼管の製造に適した管材の連続鋳造方法。
2. ブルームの中心固相率ｆｓが０．２〜０．６の範囲にある圧下ロールの各段を１．０〜１．５ｍｍ／段とするブルーム圧下は、ブルームの中心固相率ｆｓが０．２〜０．６の範囲を１．０〜１０．０ｍｍの範囲内で圧下することを特徴とする請求項１に記載の傾斜圧延法による継目無鋼管の製造に適した管材の連続鋳造方法。
3. ブルームの引抜き方向に対して直角方向の断面は、その長さＬと幅Ｗの比Ｗ／Ｌが１．０〜０．５であることを特徴とする請求項１又は２に記載の傾斜圧延法による継目無鋼管の製造に適した管材の連続鋳造方法。
4. ブルーム中心部のみに生じさせる強偏析は、カーボン偏析度が１．２以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の傾斜圧延法による継目無鋼管の製造に適した管材の連続鋳造方法。

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