JP3405265B2 - 内面疵の発生が少ない高炭素鋼継目無鋼管の製造方法 - Google Patents

内面疵の発生が少ない高炭素鋼継目無鋼管の製造方法

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、穿孔圧延機によっ
て継目無鋼管を製造する場合に、内面疵の発生を防止
し、製品歩留の低下を抑制することができる高炭素鋼継
目無鋼管の製造方法に関するものである。 【0002】 【従来技術】通常、高炭素鋼は含有される炭素量が多く
なるほど強度が上昇するが、伸びが低下するとともに、
連続鋳造時にP、S等の成分による中心偏析が多く発生
する。そして、連続鋳造した鋳片の偏析部は、1000℃を
超えるような熱間圧延時には加工性が著しく低下するこ
とから、加工製品に表面欠陥や内部欠陥が生じやすくな
る。このため、従来から、各製品の製造分野において熱
間加工性を改善すべく、種々対策が提案されている。 【0003】薄鋼板の製造に関して、連続鋳造スラブ鋳
片の表層でのS偏析に起因する表面処理鋼板の表面欠陥
の発生を抑制するため、スラブ鋳片の表皮直下の気泡性
欠陥部分のS偏析を評価する指標Xを、製品成分のS、
Mn値と熱間圧延での加熱炉抽出平均温度との関係から導
入して、表面欠陥の発生率を低減するための指標Xの範
囲を設定して、その範囲内に入るように管理する方法が
提案されている(例えば、特開平5-317912号公報参
照)。 【0004】一方、鋼管の製造に関し、特に継目無鋼管
の分野では、オーステナイト系ステンレス鋼をマンネス
マン方式で穿孔する場合に、歪み速度、素材の穿孔前加
熱温度、穿孔中温度、さらに素材のS濃度との関係から
所定の歪み速度−素材の穿孔前加熱温度の条件を求め
て、これを制御することによって、ロールの噛み込み不
良および内面疵の発生を防止して、穿孔プラグの長寿命
化を図る製管方法が開示されている(例えば、特開平4
−147704号公報参照)。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】前述の通り、薄鋼板お
よび鋼管の製造に関して、S偏析に起因する加工性の改
善に関する知見は比較的多く入手することができる。し
かし、素材のP偏析に対する加工性の改善に関する知見
は少なく、特に、継目無鋼管の製造に際して、マンネス
マン穿孔時における素材ビレットの中心偏析部でのP成
分の濃化に着目した、熱間加工性の改善に関する知見は
全くない。 【0006】ビレットの中心偏析部にP成分の濃化があ
れば、その部分で融点の低下が見られる。このため、高
温の温度領域で実施されるマンネスマン穿孔圧延時に
は、その穿孔温度がP偏析部の溶融温度に近似したもの
となるので、粒界脆化が発生し易くなり、継目無鋼管の
加工性を著しく低下させる。そして、製管された継目無
鋼管に、粒界脆化にともなう内面疵が多発することにな
る。 【0007】そこで、ビレット中心部でのP偏析を軽減
させるため、素材ビレットを焼き鈍し熱処理して、偏析
部の拡散を図る方法が採用される場合がある。しかし、
ビレットの焼き鈍しには長時間の熱処理を要することか
ら、コスト低減の観点から、必ずしも採用される対策で
はない。 【0008】本発明は、上述した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、ビレットの中心部には必ずP偏析
が存在することを前提として、中心偏析部のP濃度を所
定の範囲で管理することによって、穿孔圧延時の加工性
を確保し、内面疵の発生が少ない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。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するため、素材ビレットの中心部にPが偏析する
ことを前提として、種々の検討を加えた。確かに、P偏
析の発生を軽減したビレットを用いて継目無鋼管を製造
した場合には、内面疵の発生を少なくして製造できる
が、P偏析が存在する場合であっても、高温領域で延性
状態を示すC成分の濃度と、P濃度との関係をバランス
させることによって、穿孔圧延時の加工性を確保できる
ことに着目した。 【0010】言い換えると、穿孔圧延時の加工性を確保
できるような、ビレット中のC濃度と中心偏析部のP濃
度との関係を求め、その所定の関係を満たすビッレトを
穿孔圧延用素材として用いれば、内面疵の発生が少ない
継目無鋼管を製造できることを知見した。 【0011】上記のC濃度と中心偏析部のP濃度との関
係を算定するため、破断絞り(RA)によって、鋼管の内
面疵発生のしきい値を評価した。具体的には、高炭素鋼
ビレットの偏析部から直径8mm、長さ140mmの試験片を
切り出し、JIS Z 2272 に規定する金属材料の引張クリ
ープ破断試験方法に準じて、1300℃の引張クリープ破断
試験を実施し、破断絞り(RA)を下記(2)式から求め
る。 【0012】 RA={(AO−A)/(AO)}×100(%) ・・・ (2) ただし、RA:破断絞り、AO:元断面積(mm2) A:試験片の破断面と突き合わせて測定した最小断面積
(mm2) 図1は、破断絞り(RA)における粒界脆化が発生する領
域を、ビレットのC濃度(%)および中心偏析部のP濃
度(%)との関係で示した図である。同図が示すよう
に、高加工性を示す破断絞り(RA)=80%以上におい
て、粒界脆化が発生する領域とそれらの発生がない良好
な領域との境界線を描き、その関係を下記(1)式として
求めた。 【0013】 [P(%)]≦{−0.0545×[C(%)]+0.0754} ・・・ (1) 上記(1)式は、図1の下部に存在する、粒界脆化が発生
しない良好な領域のP偏析部のP濃度とC濃度との関係
を示すものである。したがって、(1)式を満足するよう
なビレットを穿孔圧延用素材とすれば、穿孔圧延時の加
工性が確保される成分領域を維持できて、P偏析部を軽
減するためにビレットの焼き鈍しを実施しなくても、内
面疵の発生が少ない継目無鋼管を製造することができ
る。 【0014】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものであり、重量%で、C:0.60〜1.20%、P:0.01
5%以下を含有する高炭素鋼を連続鋳造したビレットで
あって、中心偏析部のP濃度が上記(1)式を満足するも
のをビレットを穿孔圧延用素材として製造することを特
徴とする内面疵の発生が少ない高炭素鋼継目無鋼管の製
造方法を要旨としている。 【0015】 【発明の実施の形態】本発明において、使用する高炭素
鋼の化学組成を限定したのは、次の理由による。以下の
説明において、%は重量%を意味する。 【0016】C:0.60〜1.20% Cは、鋼の機械的強度を上昇させるために必要な元素で
あるが、0.60%未満では高炭素鋼鋼管として要求される
機械的強度を確保することができない。一方、前記図1
に示した破断絞りで粒界脆化の発生領域を評価した場合
に、中心偏析部のP濃度が工業上到達しうる限界濃度0.
01%に対応するのが、1.20%である。したがって、Cの
下限は0.60%で、上限は1.20%とした。 【0017】P:0.015%以下 Pは、結晶粒界に析出すると粒界の接合力が弱まり、高
温加工時に粒界脆化を生じ易くなるため、少ないほど好
ましいが、脱燐処理費用との関係で0.015%以下とす
る。それと同時に、素材ビレット中のP偏析を抑制し
て、マンネスマン穿孔時の高温割れを防止し、超音波探
傷検査における内面疵に起因する製品歩留まり低下を防
止するため、その中心偏析部のP濃度を[P(%)]≦
{−0.0545×[C(%)]+0.0754}とする。 【0018】上記CおよびP以外の成分、例えば、Si、
Mn、S、Cr、Mo等については、JISZ 4805 や ASTM A 29
5 に規定される高炭素軸受鋼材の化学成分を満足させれ
ばよい。 【0019】本発明における穿孔圧延は、穿孔された中
空素管が延伸圧延機および仕上げ圧延機によって寸法調
整されるマンネスマン方式を意図しているが、特に、圧
延設備、形式、条件を限定するものでない。それぞれの
方式で慣用されている圧延設備等を用いればよい。例え
ば、マンネスマン・マンドレルミル方式を採用する場合
には、ピアサーミルで穿孔・圧延され、さらにマンドレ
ルミルで延伸圧延が、サイザーまたはレデューサーで仕
上げ圧延が行われるようにすればよい。 【0020】素材ビレットの加熱温度は、熱間加工で穿
孔できる温度であればよく、対象とされる高炭素鋼の高
温延性と高温強度を考慮して定めれられる。本発明にお
いては、1100〜1300℃の範囲で加熱すればよい。 【0021】 【実施例】本発明鋼として、表1に示す鋼No.1〜4の
化学成分の高炭素鋼を溶製した後、電磁攪拌しながら連
続鋳造して穿孔用素材のビレットを製造した。一方、比
較鋼として、表1に示す鋼No.5〜9の化学成分の高炭
素鋼を溶製して、同様に、穿孔用素材のビレットを製造
した。採用した化学成分は、JIS高炭素クロム軸受鋼鋼
材(SUJ2)および ASTM A295に規定する鋼種を想定して
いる。 【0022】 【表1】 【0023】得られたそれぞれのビレットについて、中
心偏析部のP濃度(%)を測定すると共に、本発明で規
定する(1)式を用いて[P(%)]値を算出し、その結
果を表2に示す。 【0024】次いで、これらのビレットを穿孔圧延用素
材として加熱炉で1230〜1280℃に加熱した後、マンネス
マン・マンドレルミル方式で製管を実施した。具体的に
は、ピアサーにて穿孔圧延して中空素管とし、さらにマ
ンドレル延伸圧延し、次いでレデューサーで仕上げ加工
を行い、外径50.8mm、肉厚5mmの継目無鋼管を製造し
た。 【0025】製造された鋼管に所定の熱処理と矯正処理
を施した後、内面疵に起因する不良の発生状況を把握す
るため、超音波探傷検査を行い、製品歩留まりを評価し
た。その結果を、表2に示す。 【0026】 【表2】【0027】表2から明らかなように、C濃度、P濃度
および上記(1)式によるP値が本発明で規定するもので
ある本発明鋼は、いずれも製品歩留まりは96〜97%に該
当し、内面疵に起因する不良の発生が少なかった。これ
に対し、上記(1)式によるP値が本発明の規定から外れ
る比較鋼は、内面疵の発生を抑制できず、製品歩留まり
は90〜91%に留まるものであった。 【0028】 【発明の効果】本発明で製造された高炭素鋼継目無鋼管
によれば、素材ビレットの中心偏析部のP濃度を所定の
条件で管理することによって、マンネスマン方式で製管
する場合に、穿孔圧延時の加工性を確保でき、内面疵の
発生を防止し、製品歩留まりを向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】 【図1】破断絞り(RA)における粒界脆化が発生する領
域を、ビレットのC濃度(%)および中心偏析部のP濃
度(%)との関係で示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−180310(JP,A) 特開 平9−291340(JP,A) 特開 平10−146651(JP,A) 特開 平8−127845(JP,A) 特開 平9−99349(JP,A) 特開 平11−58031(JP,A) 特開 平11−226634(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 19/04 B22D 11/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】重量%で、C:0.60〜1.20%、P:0.015
    %以下を含有する高炭素鋼を連続鋳造したビレットであ
    って、その中心偏析部のP濃度が下記(1)式を満足する
    ものを穿孔圧延用素材として製造することを特徴とする
    内面疵の発生が少ない高炭素鋼継目無鋼管の製造方法。 [P(%)]≦{−0.0545×[C(%)]+0.0754} ・・・ (1)
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