JPH04111907A - オーステナイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、オーステナイト系ステンレス継目無鋼管をマ
ンネスマン−マンドレルミル方式により製造する方法に
関するものである。

〔従来の技術］ 継目無鋼管は一般に、マンドレルミル方式、プラグミル
方式等の圧延法、あるいは、ユージンセジュルネ方式、
エアハルトブツシュベンチ方式等の熱間押出法で製造さ
れるが、比較的小径サイズの造管には、生産性及び寸法
精度の点で優れているマンドレルミル方式の圧延法が広
く利用されている。

マンドレルミル方式は、たとえば第２図に示すように、
素材ビレット１を回転炉床式加熱炉２において所定の温
度（−船釣には１１００″Ｃ〜１３００℃）まで加熱し
た後、マンネスマンピアサ３により穿孔圧延して中空素
管４Ａとする。この中空素管４Ａは中空素管製造用連続
鋳造機５によって直接製造してもよい。このような中空
素管４Ａは厚肉短尺であるので、延伸圧延機であるマン
ドレルミル６により減肉延伸される。マンドレルミル６
は、表面に熱間圧延用潤滑剤を塗布したマンドレルバ−
７を中空素管４Ａに挿入した状態で延伸圧延する圧延機
であり、通常６〜８基のロールスタンドから構成されて
いる。各ロールスタンドには一対の孔型ロール８を備え
、隣接するロールスタンド間ではこの孔型ロール８の回
転軸を圧延軸に垂直な面内で相互に９０度づつずらして
配置している。マンドレルミル６での素管温度は、圧延
機入側では１０５０９Ｃ〜１２００℃、圧延機出側では
８００℃〜１０００℃となるのが一般的である。中空素
管４Ａはマンドレルミル６でもとの長さの２〜４倍の長
さに延伸され、仕上圧延用素管４Ｂとなる。

この仕上圧延用素管４Ｂは、必要に応じて再加熱炉１１
によって所定の温度（−船釣には８５０〜１０００℃）
に再加熱された後、仕上圧延機、例えばストレッチレデ
ューサ１２によって仕上圧延される。ストレッチレデュ
ーサ１２によって素管の外径は最大で７５％も絞られ、
素材ビレットの長さの４０倍以上にも延伸され、さらに
その外表面はストレッチレデューサ１２の最終側の数ス
タンドの真円孔型ロールによって定型されるため比較的
優れた外径寸法精度の仕上がり管１３が得られる。その
後仕上がり管１３は固溶化熱処理のため、熱処理炉１４
にて所定の固溶化温度で熱処理され、処理後の管１５は
必要に応じて内面研磨機１７にて内面を研磨し、酸洗槽
１６にて仕上酸洗され製品となる。

ところでマンドレルミル６を用いた延伸工程において、
マンドレルバ−７の表面に潤滑剤を塗布して圧延すると
、圧延負荷が大きくなり、ロールやマンドレルバ−の損
耗、焼付等が太き（なるばかりでなく、場合によっては
ロールフランジ部への材料の噛みだし等により圧延不能
となる。したがって、マンドレルバ−表面には、熱間で
の潤滑性能に優れた熱間圧延用潤滑剤を塗布する必要が
ある。このような潤滑剤としては、安価でかつ非常に優
れた潤滑性能を持つもの、例えば特公昭５９−３７３１
７号公報に示されるような黒鉛を主成分とする水溶性潤
滑剤が最もよく使由されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、５ＵＳ３０４や５ＵＳ３１６等に代表さ
れるオーステナイト系ステンレス鋼を、このような黒鉛
系の潤滑剤を塗布したマンドレルバ−を挿入してマンド
レルミル圧延を実施すると、圧延時に素管内面に浸炭が
起こり、管内表面側に炭素濃度が高い部分が発生する。

この高炭素濃度領域はその後の再加熱、仕上圧延、さら
に圧延後の固溶化熱処理によって炭素が拡散し、炭素濃
度が低くなると共に広がるものの依然として炭素濃度が
高い部分が残存し、例えばＪＩＳＧＯ５７５に規定され
る硫酸−硫酸銅による粒界腐食試験で割れが発生する程
度に内表面の耐粒界腐食性能を劣化させるという問題点
があった。したがって、耐粒界腐食性能を確保するため
には、圧延された製品の内表面の浸炭部を研磨等により
除去する工程が必要となる。このため、著しくコストが
上昇し、生産性が低下する等の問題が発生していた。さ
らに、細径サイズの製品では、内径が小さいために研磨
用の砥石を管内に挿入することが不可能な場合があり、
事実上製造不可となることもある。

このような問題点を解決するために、ｓｂ、Ｓｎを添加
して耐浸炭性能を向上させたオーステナイト系ステンレ
ス鋼を素材として使用することにより、耐粒界腐食性能
を確保することが特開昭６３−２７４７４１号公報に開
示されている。その方法では、完全に耐浸炭性能を具備
させるためには、Ｓｂ、Ｓｎを多量に添加することが必
要であり、熱間加工性を低下させるため、却って、圧延
欠陥疵を発生させたり、あるいは製造可能な肉厚の範囲
を狭める等の問題がある。

本発明は、上述の事情にかんがみて開発されたもので、
黒鉛系の潤滑剤を塗布したマンドレルバ−を挿入してマ
ンドレルミル圧延を実施したとしても、耐粒界腐食性能
が劣化することのないオーステナイ］・系ステンレス継
目無鋼管を圧延欠陥疵を発生させることなく、生産性を
低下させることなく安価に製造することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明者は、上記の問題点を解決すべく、オステナイト
系ステンレス継目無鋼管のマンドレルミル圧延における
内面浸炭状況について調査研究を重ねた。その結果、マ
ンドレルミル圧延直後の仕上圧延用素管の黒鉛系潤滑剤
の浸炭に起因する高炭素濃度層の深さは高々内表面より
５０１℃程度以下であること、また内表面上に黒鉛系潤
滑剤が残存すること、この高炭素濃度層及び残存潤滑剤
がその後の仕上圧延前の再加熱、仕上圧延、さらに仕上
がり管に実施する固溶化熱処理時に拡散、浸炭し広がり
、製品の耐粒界腐食性能を劣化させることを見出した。

そこで、さらにこの点につき研究を重ねたところ、マン
ドレルミル圧延直後の仕上圧延用素管内面の少なくとも
２０μｍ以上、５０μｍ以下を除去すれば、残存潤滑剤
と高炭素濃度層を完全に除去することが可能であり、そ
の後に、再加熱、仕上圧延、固溶化熱処理を実施するこ
とにより耐粒界腐食性能が劣化することのないオーステ
ナイト系ステンレス継目無鋼管を得ることができること
を見出した。

さらに、適度の組成範囲の硝弗酸酸洗への浸漬により、
管内面に残存する潤滑剤と高炭素濃度層を優先的に溶解
除去できること、また砥石研磨により残存潤滑剤と高炭
素濃度層を研磨除去する場合には、仕上圧延時に内面に
シワ疵を発生させないために特定の粒度より細かい研磨
材を用いて仕上研磨をすればよいことを見出し本発明を
完成するに至ったのである。

すなわち本発明は、マンドレルミル圧延直後の仕上圧延
用素管の内面を厚み方向に少なくとも２０ａｍ以上、５
０ｕｍ以下を除去した後、仕上圧延をすることを特徴と
するオーステナイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法
である。この管内面を除去する手段として、弗酸：１〜
１０重量％、硝酸＝３〜２０重量％を含む硝弗酸酸液に
浸漬して管内面を腐食除去すること、あるいは＃８０よ
り細かい粒度の研磨材にて仕上圧延用素管内面を最終仕
上研磨するとよい。

［作用］ 以下この発明を作用と共に具体的に説明する。

本発明は、５ＵＳ３０４系をはじめとして５ＵＳ３１０
系、同３１６系、同３２１系及び同３４７系などすべて
のオーステナイト系ステンレス継目無鋼管の製造に適用
できるものである。

まず本発明においてマンドレルミル圧延直後の仕上圧延
用素管の内面を少な（とも２０μｍ以上、５０μｍ以下
を除去するが、その理由は以下の通りである。

本発明者は Ｃ：０．０４５重量％ Ｓｉ：０．５１重量％ Ｍｎ：１．５４重量％ Ｃｒ：１８．１重量％ Ｎｉ：８．６重量％ の成分の５ＵＳ３０４の外径１１０ｍｍ、長さ１３００
ｍｍの丸ビレットを１２４０℃に加熱後、マンネスマン
ピアサ−にて外径１１０ｍｍ、肉厚１１．２５ｍｍ、長
さ３２００ｍｍの中空素管に穿孔圧延し、ついで表面に
黒鉛２８％、有機バインダー１０．４％、水６１．６％
の組成からなる潤滑剤を塗布したマンドレルバ−を挿入
し、マンドレルミルにて外径９０ｍｍ、肉厚３．７５ｍ
ｍ、長さｌ　ｌ　７００ｍｍの仕上圧延用素管を製造し
た。

この仕上圧延用素管の長平方向中央部よりサンプルを採
取し、管内表面よりＯ，０１ｍｍ毎に平均炭素濃度を分
析した。その結果第３図に示す結果を得た。

例えば、ＪＩＳＧ３４５９に規定される配管用ステンレ
ス銅鋼管５ＵＳ３０４ＴＰ−ＳＨでは、炭素量が０．０
８重量％以下となっているのに対し、この結果では内表
面より０．０２　ｍ　ｍまでは炭素濃度は０．１４重量
％以上と著しく高濃度であり、内表面より０．０５　ｍ
　ｍを越えると母材の炭素濃度０．０４５重量％とほば
同程度の濃度となっている。従って、少な（とも内表面
から０．０２ｍｍ以上を除去すれば浸炭による高濃度の
炭素領域を除去することができる。また、０．０５ｍｍ
まで除去すれば、浸炭による影響をすべて除去すること
ができ、耐粒界腐食性能を良好に維持することができる
。

次に硝弗酸酸液に浸漬することにより仕上圧延用素管内
面を腐食除去する場合に、硝弗酸酸液に含まれる弗酸、
硝酸の濃度を、弗酸：１〜ｌＯ重量％、硝酸３〜２０重
量％と限定した理由について述べる。

弗酸は一般的にステンレス鋼を酸洗する時に最もよく用
いられる酸であり、ステンレス鋼の地金を溶解する作用
を持つが、酸液での含有量が１重量％未満であるとその
効果は少なく、溶解速度が遅くなり、酸洗効率が悪（な
るため、１重量％以上必要である。一方１０重量％を越
えると溶解作用が強くなりすぎ、有効なＣｒにより形成
された不働態被膜を破壊し、局部的なピティングを起こ
すため表面性状が悪化しかえって耐腐食性能が低下する
ので上限を１０重量％とする。

硝酸はステンレス鋼中の有効なＣｒにより不働態被膜を
形成させる作用があり、弗酸による不必要な溶解作用を
抑制する効果があるが、３重量％未満ではその作用が十
分ではないため３重量％以」二必要である。一方、２０
重量％を越えると、全酸度が必要以上に高くなりかえっ
て弗酸による局部的なビティングを助長する恐れがある
ため、上限を２０重量％とする。

次に研磨材で管内面を研磨除去する場合に、その最終仕
上研磨を＃８０より細かい粒度の研磨材にて研磨するこ
とと限定した理由を以下に述べる。

オーステナイト系ステンレス鋼のような、普通鋼と比較
して熱間加工性の劣る材料は、仕上圧延機であるストレ
ッチレデューサにて圧延すると、第４図に示すように圧
延後の管１３内表面にいわゆるシワ疵と呼ばれる長平方
向のシワ２０が発生する。このシワ疵が鋭利でかつ深い
と、このシワ痰中に噛み込んだスケールはその後の酸洗
によっても除去されずに残存し、耐食性の劣化のみなら
ず、例えば冷牽等の二次加工時の工具の焼き付き等のト
ラブル発生原因ともなる。

本発明者は、このような問題点を解決するために、特開
昭６３−２９０６０６号公報に開示されるシワ疵防止方
法を提案している。すなわち、マンドレルミル圧延時に
使用するマンドレルバ−の表面粗さをＲｍａｘで３０μ
ｍ以下として、仕上圧延用素管内面を平滑化し、さらに
ストレッチレデューサにおける圧延時に各スタンドの圧
延ロルが素管に与えるストレッチ係数（引張応力／降伏
応力）の全スタンドに関する平均値を０，５８以上に設
定することによりシワ疵の発生を抑制するものである。

しかしながら、マンドレルミル圧延時に仕上圧延用素管
内面を平滑化してもその後の内面研磨で内表面の粗さが
粗くなればシワ疵が発生する。本発明者は仕上圧延用素
管内面の研磨工程の最終仕上時の砥粒粒度、例えばＪＩ
ＳＲ６００１に規定される砥粒粒度番号と仕上圧延後の
シワ疵深さとの関係を調査し、第５図に示す結果を得た
。シワ疵深さが１０ｕｍ以下であれば、酸洗によりシワ
痰中のスケールは容易に除去することができ、かつ二次
加工での工具への焼き付き等のトラブルも発生しない。

したがって、最終仕上研磨の砥粒粒度を＃８０以上とす
れば仕上圧延用素管内面が平滑となり、その後の仕上圧
延で有害なシワ疵が発生しない。

［実施例］ 第１図に本発明方法の実施例のフローシートを示した。

参照番号１〜８及び１１〜１６は既に説明した第２図と
同じである。本発明ではマンドレルミル６で延伸された
仕上圧延用素管４Ｂを酸洗槽９または研磨機１０で処理
し、管内面を厚み方向に２０μｍ以上５０ｕｍ以下除去
する。

第１表に示すそれぞれの組成のオーステナイト系ステン
レス鋼の外径１１０ｍｍの丸ビレットを回転炉床式加熱
炉にて１２４０℃に加熱した後、マンネスマンピアサ−
にて外径　１１０ｍｍ、肉厚・１２．２５ｍｍ、長さ：
３２００ｍｍの中空素管に穿孔圧延し、ついで表面に黒
鉛＝２８重量％、有機バインダー：１０．４重量％、水
・６１６重量％の組成の潤渭剤を塗布したマンドレルバ
を挿入し、マンドレルミルにて外径：９０ｍｍ、肉厚：
３．７５ｍｍ、長さ］　］　７７００ｍの仕上圧延用素
管とした。得られた仕上圧延用素管をそれぞれ第２表に
示す方法で内面除去を実施した後、９６０℃に再加μｍ
後、ストレッチレデューサにて外径６０．５　ｍ　ｍ、
肉厚３．５　ｍ　ｍ、長さ１８６００ｍｍの仕上がり管
とした。さらに１０８０°Ｃに加熱、固溶化処理後、水
冷し、製品とした。

製品の長手方向中央部よりサンプルを採取し、ＪＩＳＧ
Ｏ５７５に短足される硫酸−硫酸銅による粒界腐食試験
を実施し、割れのあるなしによって耐粒界腐食性能を評
価した。第２表に結果を示す。

第２表から明らかなように、本発明に従いオステナイト
系ステンレス継目無鋼管を製造したものは、優れた耐粒
界腐食性能を有し、かつ内面のシワ疵深さも問題のない
範囲であり、内面のピティングの発生もない製品が得ら
れている。

［発明の効果１ 本発明によれば、黒鉛系の潤滑剤を塗布したマンドレル
バ−を挿入してマンドレルミル圧延を実施したとしても
、内面に有害なシワ疵、ピティングの発生のない耐粒界
腐食性能に優れたオーステナイト系ステンレス継目無鋼
管を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す工程図、第２図は従来
方法を示す工程図、第３図は仕上圧延用素管内面の炭素
濃度分布を示すグラフ、第４図は仕上がり管内表面のシ
ワ疵発生状態を示す模式図、第５図は仕上がり管内面シ
ワ疵と仕上圧延用素管の内面研磨時の最終仕上研磨の砥
粒粒度番号との関係を示すグラフである。 １・・・素材ビレット ２・・・回転炉床式加熱炉 ３・・マンネスマンピアサ ４Ａ・・・中空素管 ４Ｂ・・・仕上圧延用素管 ５・・・中空素管製造用連続鋳造機 ６・・・マンドレルミル ７・・・マンドレルバ ８・・・孔型ロール ９・・硝弗酸酸洗槽 １０　・内面研磨機 １１・・・再加熱炉 １２・・・ストレッチレデューサ １３・・・仕上がり管 １４・・・熱処理炉 １５・・・仕上酸洗用素管 １６・・・仕上酸洗槽 １７・・・内面研磨機

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　マンドレルミル圧延直後の仕上圧延用素管の内面を
   厚み方向に２０μｍ以上５０μｍ以下除去した後、仕上
   圧延をすることを特徴とするオーステナイト系ステンレ
   ス継目無鋼管の製造方法。 ２　弗酸：１〜１０重量％ 硝酸：３〜２０重量％ を含む硝弗酸酸液に仕上圧延用素管を浸漬し管内面を腐
   食除去することを特徴とする請求項１記載のオーステナ
   イト系ステンレス継目無鋼管の製造方法。 ３　最終仕上研磨を＃８０より細かい粒度の研磨材にて
   研磨して仕上圧延用素管内面を除去することを特徴とす
   る請求項１記載のオーステナイト系ステンレス継目無鋼
   管の製造方法。