JP3533831B2 - 加工性の良いＣｒ含有継目無鋼管製造用丸ビレットの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、継目無鋼管製造用
として用いる、Ｃｒ含有鋼の連続鋳造丸ビレットの製造
方法に関し、特に、センターポロシティ（以後、単にポ
ロシティと記す。）および、凝固組織を消滅させて内部
品質を向上させることにより、マンネスマン穿孔時に疵
が発生しない、加工性の良好な丸ビレットの製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】継目無鋼管の製造は、連続鋳造したスラ
ブやブルームを、分塊圧延して製造した丸ビレットを用
いるか、あるいは連続鋳造により直接（ビレットにする
過程で再加熱を行わない。）製造した丸ビレットを用い
て、マンネスマン穿孔、プレス穿孔または押し出し穿孔
等を行い、中空の継目無鋼管（素管）とし、その後に、
エロンゲーター、プラグミル、マンドレルミル等の圧延
機により延伸し、最終的には、サイザーやストレッチレ
デューサーにより定径化して製品とする。

【０００３】この場合に、炭素鋼の様に連続鋳造が比較
的容易であり、かつ、その鋳片の熱間加工性が良好な鋼
種は、鋳造ままの丸ビレットを用いて穿孔を行っても、
良好な内面性状の継目無鋼管が得られる。

【０００４】一方、連続鋳造ままの状態では、軸芯部に
ポロシティや偏析が生じやすく、熱間加工性の劣るＣｒ
含有鋼等の継目無鋼管の製造においては、一般的には、
連続鋳造後に分塊圧延により大きな加工を与え、軸芯部
のポロシティや偏析を除去した丸ビレットを用いる。

【０００５】Ｃｒの含有量の多い鋼の丸ビレットの熱間
加工性が劣る主な原因は、耐食性を向上させるために合
金化させたＣｒの含有量の増加に伴って、連続鋳造時に
鋳片の軸芯部に偏析やポロシティが発生しやすくなるこ
とによる。そして、熱間加工性に特に大きな影響を与え
るポロシティの発生の原因は、溶鋼の粘度が高いため
に、連続鋳造の最終凝固段階において生じる空隙に、炭
素鋼の場合と異なり、溶鋼が供給され難いためとされて
いる。

【０００６】図７は、溶鋼中のＣｒの含有量と溶鋼の粘
度との関係を示す図である、溶鋼中のＣｒ量が増加する
と共に粘度は増し、１３％（重量％、以下も同様）前後
でピーク値を示している。なお、ポロシティの発生はＣ
ｒ量が０．５％以上になると問題になり始めることが知
られている。

【０００７】この様な欠陥を内部に含む鋳造ままの丸ビ
レットを用いて、継目無鋼管を製造する場合は、大量生
産プロセスの第一段階のマンネスマン穿孔時に、圧縮
力、剪断力、引張り力が複雑に作用する過酷な加工を受
けるため、軸芯部のポロシティや偏析が起点となり、管
の内面に疵が発生する。その結果、不良品の発生による
歩留りの低下、疵の手入れによる能率の低下等により製
造コストが上昇する。

【０００８】連続鋳造ままの丸ビレットの内部品質を改
善する技術としては、まず、連続鋳造機の鋳型外に電磁
攪拌装置を設置し、鋳型中の溶鋼を攪拌する方法が広く
実施されている。これは、鋳型内の溶鋼を電磁力で攪拌
して凝固核を生成させ、最終凝固部の鋳片の中心部分
を、等軸晶で満たしてポロシティを減少させる技術であ
る。しかし、この技術のみではポロシティの発生を、完
全に防止することはできない。

【０００９】特公昭５９−１６８６２号公報には、連続
鋳造時にビレットに軽度の圧下を加え、内部品質を向上
させる技術が示されている。これは、凝固末期のビレッ
トに凝固収縮分だけ、ロールで圧下を与えて、濃化溶鋼
の流動を抑えて中心偏析を防止する技術である。

【００１０】「材料とプロセス誌、第７巻、第１号、１
９５頁、１９９４年発行」には、ＳＵＳ４１０鋼に対し
て、この技術を適用した１例が示されており、内部が未
凝固の状態で二段階の圧下を行い、圧下後のビレットの
軸芯部の密度を７．７ｇ／ｃｍ³ に上げている。しか
し、ポロシティの無い場合の密度である、７．８ｇ／ｃ
ｍ³ に比較すると９９％以下であり、依然としてそれを
十分に圧着できていない。（掲載のミクロ写真にも軸芯
部に若干のポロシティが認められる。）

【００１１】この軽圧下プロセスを採用した場合の問題
点は、２つのロールによる圧下で引き起こされるビレッ
ト形状の悪化と、圧下量が増加した場合に発生する凝固
界面近傍の割れの発生である。

【００１２】丸ビレットに１対の平ロールにより圧下を
行うと、当然圧下部の断面形状は偏平化し、偏平断面は
製品の偏肉化につながる。ポロシティの圧着効果を高め
るために圧下量を増やすと、形状はさらに真円から遠ざ
かり、丸ビレットを転がせて搬送することも難しくな
る。また、穿孔時のミルへの噛み込みが不安定になり、
疵の発生率も高くなる。

【００１３】これらの問題を解決するため、たとえば特
開平７−１０８３５８号公報には、楕円形の断面のモー
ルドを用い、楕円形の断面のビレットを製造し、楕円の
長軸方向に圧下する技術が提案されている。この方法に
よると、真円に近い断面形状のビレットを得られる。

【００１４】しかしながら、楕円形の鋳型を用いると、
真円の場合に比較して鋳造時の湯流れが不均一に成りや
すく、それに起因する湯面の変動やパウダーの巻き込み
により、新たな欠陥が発生する。

【００１５】連続鋳造鋳片に対して大圧下を行い、鋳片
の内部品質の向上を目的としたプロセスが「材料とプロ
セス誌、第７巻、第１号、１７９頁、１９９４」や、特
開平６３−１８３７６５号公報に開示されている。この
プロセスは連続鋳造時に一対の金型により大圧下を加え
る方法（インラインリダクション法）であり、連続鋳造
中に圧下を加えるため再加熱が不要であり、またポロシ
ティの圧下消滅の効果も大きいが、設備費が高い。

【００１６】なお、「鉄と鋼誌、第６０巻、第７号、８
７５頁、１９７４」にも、インラインリダクション法と
して、同様の技術が示されているが、この方法は矩形断
面のブルームやビレットを対象とした技術であり、本発
明が目指すところの、Ｃｒ含有鋼の丸ビレットに適用す
るには問題が多い。

【００１７】この様な事情にあるため、連続鋳造まま
（再加熱を行わない。）の丸ビレットを用いて、マンネ
スマン穿孔行うと疵の発生が懸念されるＣｒ含有鋼の継
目無鋼管の製造においては、内部品質を向上させるため
に再加熱し、圧延した丸ビレットを用いることが不可欠
とされてきた。そして、この方向で製管時の疵の発生の
問題を回避する方法が引続き模索されてきた。

【００１８】たとえば、特開平７−１３６７０２号公報
には、高Ｃｒ鋼の継目無鋼管用の丸ビレットの製造方法
として、連続鋳造により比較的大断面の角形状のブルー
ムを製造した後に、加熱・分塊圧延によって大きな圧下
を加える方法が示されている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べた様に、Ｃ
ｒ含有鋼のマンネスマン穿孔に用いる連続鋳造丸ビレッ
トの内部品質を向上させるための方法は、連続鋳造時に
塑性変形を与える様な、大きな圧下を行う方法か、従来
からの方法である加熱−分塊圧延の方法かの二者に絞ら
れるが、インラインリダクション法に代表される前者は
設備費が著しく過大であり、後者は再加熱を必要とする
ため、運転費が高い。

【００２０】この様な事情にあり、Ｃｒ含有鋼におい
て、マンネスマン穿孔法により継目無鋼管を製造した場
合も、内面傷の発生の少ない連続鋳造丸ビレットの、簡
便かつ経済的な製造方法が求められていた。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題点を解決するため、Ｃｒ含有鋼の連続鋳造直後の高温
の丸ビレットに、簡便でしかも効果的な圧下を加える方
法を種々検討し、本発明を完成させたものである。本発
明の完成により、連続鋳造鋳片中のポロシティや凝固組
織を消滅させてその内部品質を向上させ、マンネスマン
穿孔時に内面疵の発生が少ない加工性の良好な丸ビレッ
トを得ることが可能となった。

【００２２】第１発明は、以下に示す工程を備えてい
る、加工性の良いＣｒ含有継目無鋼管製造用丸ビレット
の製造方法である。

【００２３】Ｃｒ含有鋼の丸鋳片を連続鋳造により製
造する工程 凝固完了後の高温の前記丸鋳片を、長さ方向に一定の
間隔で切断して、高温の丸ビレットにする工程 前記丸ビレットに、直径方向に圧下を加える第１回目
の圧下を行い、高温の偏平化した丸ビレットにする工程 前記偏平化した丸ビレットに、最大径の方向に圧下を
加える第２回目の圧下を行い、縮径した高温の丸ビレッ
トにする工程 また、第２発明は、第１発明において、工程の第１回
目の圧下をフラットロール、フラットオーバル孔型を有
するロール、又はオーバル孔型を有するロールの内の少
なくとも１つを用いて行い、工程の第２回目の圧下を
ラウンド孔型を有するロールを用いて行う加工性の良い
Ｃｒ含有継目無鋼管製造用丸ビレットの製造方法であ
る。

【００２４】また、第３発明は、第１発明において、フ
ラットな面、フラットオーバル孔型、又はオーバル孔型
の内の少なくとも１つと、ラウンド孔型とを備えたロー
ルにより、工程の第１回目の圧下を、フラットな面、
フラットオーバル孔型又はオーバル孔型、の内の少なく
とも１つで行い、工程の第２回目の圧下をラウンド孔
型により行う加工性の良いＣｒ含有継目無鋼管製造用丸
ビレットの製造方法である。

【００２５】本発明は、Ｃｒを含有する鋼を対象として
いる。Ｃｒを含まない鋼は、その溶鋼の粘度が低くポロ
シティが発生しにくい。また、偏析も小さいため本発明
の方法を用いた場合の効果は少ない。なお、上記のＣｒ
の悪影響が現れ始める量は０．５％であり、図７に示し
た様に、１３％近傍でもっとも大きくなる。

【００２６】また、本発明の効果は丸ビレットの外径が
１７０〜３４０ｍｍφの場合に、もっとも大きく認めら
れる。丸ビレットの外径が１７０ｍｍφ未満の場合は、
ポロシティの発生が少なく、また、偏析も小さい。一
方、３４０ｍｍφを越える場合も、溶鋼が補給されやす
くなり、かえってポロシティの発生は少なくなるためで
ある。

【００２７】本発明の丸ビレットの製造方法は、従来よ
り行われてきた再加熱−加工の工程をとらず丸ビレット
とし、それを用いてマンネスマン穿孔法により、継目無
鋼管を製造していたすべての、Ｃｒ含有鋼に適用でき
る。また、従来は再加熱−圧延工程を経て丸ビレットと
し、マンネスマン穿孔を行っていたＣｒ含有鋼にも適用
できる。

【００２８】本発明では、比較的簡単な設備により、第
１回目および、第２回目の２回の圧下を丸ビレットに加
える。圧下を加える工程は、丸鋳片を切断して丸ビレッ
トにした後である。第１回目の圧下と第２回目の圧下で
は、圧下の方向は互いに直角であり、第１回目の圧下で
丸ビレットを偏平化し、第２回目の圧下で縮径した真円
とする。

【００２９】第１回目の圧下に用いるロールは、１）フ
ラットロール、２）フラットオーバル孔型ロール、また
は、３）オーバル孔型ロールとする。これらのロールに
よりビレットを圧下し、真円断面のビレットを偏平化す
る。図２、図３、図４に、上記のロールおよび、それら
により圧下されたビレット断面の概略図を示す。

【００３０】第２回目の圧下ではラウンド孔型ロールを
用いて、第１回目の圧下で偏平化した丸ビレットに対し
て、最大径の方向に圧下を加え、縮径して再度、真円断
面の丸ビレットとする。図５にラウンド孔型ロールより
圧下されたビレット断面の概略図を示す。

【００３１】第１回目の圧下にフラットオーバルやオー
バルの孔型を有するロールを用いる場合は、圧下が丸ビ
レットの中心に向ってかかるため、丸ビレットの軸芯部
において圧縮応力場が形成されやすくなり、内部品質が
向上する。この効果は、ラウンド孔型ロールによる第２
回目の圧下により拡大される。

【００３２】また、第１回目の圧下にフラットロールを
用いる場合も、次いでラウンド孔型ロールによる第２回
目の圧下を行うため、フラットロールにより圧下時に発
生した、微細な欠陥は修復され、同様に優れた内質を持
つ丸ビレットが得られる。

【００３３】第１回目の圧下の標準的な減面率は５〜２
５％、第２回目の圧下のそれは５〜２０％の範囲であ
り、丸ビレットを縮径された丸ビレットにする過程で、
２回の圧下により合計で、１０〜４０％程度の減面率の
圧下を加える。この合計の減面率（Ａｒ）は以下に示す
（１）式より求められる。

【００３４】 減面率（Ａｒ）＝｛（第１回目の圧下の前の丸ビレット径）² −（第２回目の 圧下の後の丸ビレット径）² ｝／（第１回目の圧下の前の 丸ビレット径）² ・・・・・・・・・・・・・・・（１）

【００３５】なお、第１回目の圧下および第２回目の圧
下の減面率は、おのおのの圧下の前後における丸ビレッ
トの移動速度より求めるが、必ずしも厳密な値を求める
必要はない。

【００３６】本発明においては、マンネスマン穿孔時に
疵の発生が実質的に無視できる程度となる、減面率（Ａ
ｒ）として、減少必要減面率（Ａｒ^* ）を定義する。こ
の必要減面率（Ａｒ^* ）以上の圧下を行うことにより、
マンネスマン穿孔後の継目無鋼管内面の疵の発生を、事
実上防止することができる。

【００３７】また、マンネスマン穿孔時において疵の発
生率を１０％以下にすることができる減面率を、有効減
面率と定義する。１０％以下の場合は軽度の疵の手入れ
により、製品とすることができる。これ以下の減面率
（Ａｒ）の圧下を行った場合も、それに応じた効果が得
られることはもちろんである。

【００３８】なお、必要減面率（Ａｒ^* ）、および有効
減面率（Ａｒｅ）は、Ｃｒ量、および第１回目の圧下の
前の丸ビレット径の関数であり、以下の（２）、（３）
式で表すことができる。

【００３９】 必要減面率（Ａｒ^* ）＝ｆ₁ （Ｃｒ％、第１回目の圧下の前の丸ビレット径） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） 有効減面率（Ａｒｅ）＝ｆ₂ （Ｃｒ％、第１回目の圧下の前の丸ビレット径） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３） したがって、減面率（Ａｒ）≧必要減面率（Ａｒ^* ）の
場合は、実質的に疵は発生せず、減面率（Ａｒ）≧有効
減面率（Ａｒｅ）の場合は、疵の発生は１０％以下とな
る。

【００４０】なお、この必要圧下率（Ａｒ^* ）および有
効減面率（Ａｒｅ）は、先に述べた様に、鋼中のＣｒ量
と、第１回目の圧下の前の丸ビレット径の関数である
が、Ｃｒ量が０．５〜１５％、丸ビレット径が１７０〜
３４０ｍｍφの範囲においては、大きくは変化はせず、
必要圧下率（Ａｒ^* ）は２０〜３０％程度であり、有効
減面率（Ａｒｅ）は、１０％程度である。

【００４１】本発明の圧延方法は、そのロールの形状か
らも明らかな様に、従来の軽圧下方法に比較して、圧延
時に丸ビレットに加わる歪みが均一である。また。丸ビ
レットの内部にマンネスマン穿孔の際に、割れの発生の
原因となる内部欠陥や変形を生じさせにくい長所も有し
ている。

【００４２】

【発明の実施の形態】図１を用いて本発明の実施の形態
を説明する。鋳型１に注入された溶鋼は丸鋳片２にな
る。なお、本発明を実施するに際しては、原則として溶
鋼に対して鋳型１の中で電磁攪拌処理（必須ではない）
を行う。この電磁攪拌処理は従来の装置を用い、従来と
同様の方法で行う。丸鋳片２は図示した様に、凝固しつ
つある状態で、垂直方向から水平方向に曲げられる。丸
鋳片２の引抜き速度はピンチロール３により一定速度に
制御される。

【００４３】再加熱を行わない従来のプロセスの場合
は、連続鋳造後にそのままカッター４により切断し、丸
ビレット５にしてそのまま冷却するか、先に述べた様に
ピンチロール３により、その効果があまり期待できない
圧下を加えた後に、切断して丸ビレット５にするか（こ
れらの場合はマンネスマン穿孔時に疵が相当量発生す
る。）、または、大きな設備投資を必要とする連続鍛圧
機により、圧下した後に切断して丸ビレットにしていた
が、先に述べたような理由により、それらはいずれも有
効な解決策ではない。

【００４４】本発明においては、図示したように、丸鋳
片２をカッター４で切断して丸ビレット５とし、高温状
態のまま、内質が健全な丸ビレット５にするための圧下
を、ユニバーサル形式に配置した、第１圧延スタンド６
１および第２圧延スタンド６２よりなる連続圧延機６で
行う。

【００４５】なお、通常は、連続鋳造の速度に対して、
圧延の速度は十分に速いため、複数の鋳型１により複数
の丸鋳片２（互いに平行な状態で移動する。）を同時に
製造し、切断し、丸ビレット５にする装置に対して、鋳
型１の数以下の連続圧延機６を設置して、本発明を実施
することが可能である。

【００４６】また、丸鋳片２は必ずしも曲げられ、水平
方向に移行する必要がないことももちろんである。垂直
方向のまま凝固させ、切断し、さらには圧下を加えても
よい。

【００４７】上記の発明の実施の形態では、２つの圧延
スタンドにより圧下を加えたが、本発明は、例えば、
（ａ）フラットな面、フラットオーバル孔型、または、
オーバル孔型の内の少なくとも１つと、（ｂ）ラウンド
孔型とを胴長方向に備えた一対のロールを持つ１つの圧
延スタンドで実施することも可能である。もちろん、こ
の場合は、第１回目の圧下の後に、丸ビレットを円周方
向に１／４回転（チルト）させ、また、搬送方向を逆に
（リバース圧延）する必要がある。

【００４８】上記した二通りの実施の形態には、それぞ
れ長短がある。生産能率（生産量）、設置場所の広さ、
費用等を勘案して有利な形態を選択する。たとえば、圧
延スタンドが１つの場合は、設備費は安くなるが生産能
率は低くなる。

【００４９】

【実施例】図６に１３％のＣｒを含有する鋼のマンネス
マン穿孔用の１７０ｍｍφビレットを製造する場合の減
面率（Ａｒ）と、マンネスマン穿孔後の管内面の疵の発
生率との関係を示す。

【００５０】疵の発生率が１０％以下になる有効減面率
は１０％である。マンネスマン穿孔後に実質的に疵の手
入れが不要（許容される程度の僅かな疵は残る。）とな
る必要減面率（Ａｒ^* ）は３０％であることがわかる。
減面率（Ａｒ）が５％の場合は疵の発生率は５０％、圧
下を行わない場合（比較例）のそれは１００％である。
いずれの値もＣｒ量が０．５〜１５％の鋼で、ビレット
径が１７０〜３４０ｍｍφの場合においてはほぼ同程度
であった。

【００５１】

【発明の効果】本発明の完成により、Ｃｒ含有鋼の連続
鋳造ままの丸ビレット用いて、鋳造−製管一貫プロセス
（ビレットの直鋳化）による継目無鋼管の製造が可能と
なった。従来の装置を大きく改造することなく、廉価な
装置の追加により、付加価値の高い高合金鋼管の、内面
疵の少ない低コストかつ高能率の製造が可能となったこ
との意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための連続鋳造装置（連続圧
延機を含む）の概略図である。

【図２】フラットロールによる第１回目の圧下の状態で
ある。

【図３】フラットオーバル孔型ロールによる第１回目の
圧下の状態である。

【図４】オーバル孔型ロールによる第１回目の圧下の状
態である。

【図５】ラウンド孔型ロールによる第２回目の圧下の状
態である。

【図６】本発明の実施例および比較例において、減面率
と鋼管の内面の疵の発生率の関係を示す図である。

【図７】Ｃｒ含有量と溶鋼の粘度の関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１・・・ 連続鋳造機の鋳型 ２・・・ 丸鋳片 ３・・・ ピンチロール ４・・・ カッター ５・・・ 丸ビレット ５１・・ 丸ビレットの偏平化された部分 ５２・・ 丸ビレットの縮径された部分 ６・・・ 連続圧延機 ６１・・ 第１圧延スタンド ６２・・ 第２圧延スタンド ７１・・ フラットロール ７２・・ フラットオーバル孔型ロール ７３・・ オーバル孔型ロール ７４・・ ラウンド孔型ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庄田 順一 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 中込 理欧 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 穴井 秀徳 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−117814（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−188502（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−125301（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−136702（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 1/00 - 1/46 B21B 27/02 B22D 11/00 - 11/22 B22J 1/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】以下に示す工程を備えることを特徴とする
   加工性の良いＣｒ含有継目無鋼管製造用丸ビレットの製
   造方法。 Ｃｒ含有鋼の丸鋳片を連続鋳造により製造する工程 凝固完了後の高温の前記丸鋳片を、長さ方向に一定の
   間隔で切断して、高温の丸ビレットにする工程 前記丸ビレットに、直径方向に圧下を加える第１回目
   の圧下を行い、高温の偏平化した丸ビレットにする工程 前記偏平化した丸ビレットに、最大径の方向に圧下を
   加える第２回目の圧下を行い、縮径した高温の丸ビレッ
   トにする工程。
2. 【請求項２】工程の第１回目の圧下を、フラットロー
   ル、フラットオーバル孔型を有するロール、又はオーバ
   ル孔型を有するロールの内の少なくとも１つを用いて行
   い、工程の第２回目の圧下をラウンド孔型を有するロ
   ールを用いて行う請求項１に記載の加工性の良いＣｒ含
   有継目無鋼管製造用丸ビレットの製造方法。
3. 【請求項３】フラットな面、フラットオーバル孔型、又
   はオーバル孔型の内の少なくとも１つと、ラウンド孔型
   とを備えたロールにより、請求項１における工程の第
   １回目の圧下を、フラットな面、フラットオーバル孔
   型、又はオーバル孔型の内の少なくとも１つで行い、工
   程の第２回目の圧下をラウンド孔型により行う請求項
   １に記載のＣｒ含有鋼の加工性の良い継目無鋼管製造用
   丸ビレットの製造方法。