JPH08232018A - 高Ｃｒフェライト鋼継目無鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、Ｍｏ，Ｗを含有し、高いクリープ
強度を有する高Ｃｒフェライト鋼パイプの素材製造及び
継目無鋼管圧延方法を与える。 【構成】 Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂ，Ｎｉを含有する高
Ｃｒフェライト鋼の鋳片を断面減少率が６０％以上の分
塊圧延を行った後、１０００℃以上１１５０℃以下の温
度で２４時間以上均熱保持してデルタフェライト量が５
％以下の継目無鋼管用素材とし、当該素材を１２８０℃
以下に加熱し、穿孔した後、傾斜圧延で延伸するに際し
て、延伸圧延の加工度を圧延前後の肉厚、長さで表され
る一定値以下に規制することにより、圧延中の割れの発
生を防止することができる。 【効果】 本発明により、Ｍｏ，Ｗ含有の高Ｃｒフェラ
イト鋼について、デルタフェライトに起因する割れを生
じることなく継目無鋼管圧延が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｍｏ，Ｗを含有し、高
いクリープ強度を有する高Ｃｒフェライト鋼の継目無鋼
管を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の環境問題への関心の高まりから、
火力発電における炭酸ガス排出量の抑制が求められてい
る。一方、原子力発電は、我国の主要な発電源となった
が、その比率を今後とも著しく増大させることはもはや
難しい状況となっている。そこで、将来の電力需要を賄
うために、現在、超臨界圧発電による火力発電の高効率
化が注目されている。高効率発電においては、そこで使
用されるボイラーの蒸気温度が従来よりも高く、さらに
蒸気圧力も従来より大きくなるので、ボイラー用の材料
は高温でクリープ強度に優れることが求められている。

【０００３】このような背景のもと、最近、従来のフェ
ライト耐熱鋼のクリープ強度をはるかに上回る高Ｃｒ耐
熱鋼が開発されるようになった。この新しい高Ｃｒフェ
ライト鋼は、従来から用いられてきたＣｒ，Ｍｏ添加を
基本に、クリープ強度をさらに高めるため、Ｗを添加し
ているのが特徴である。

【０００４】従来から、事業発電用ボイラーチューブ
は、安全性の観点から継目無鋼管が用いられてきたが、
Ｗ添加の高Ｃｒフェライト鋼は、既存のボイラーチュー
ブ用フェライト鋼に比べて熱間変形能が低く圧延法で製
管した場合、鋼管内外面に多数の割れ、疵が生じるた
め、継目無鋼管の製造は、専ら熱間押出し法で行われて
きた。

【０００５】しかし、ボイラーの製造においては、小径
のチューブのみならず、主蒸気管、管寄せといった太径
のパイプを必要とする。これに対しては、現状では、極
めて大型のプレス（５０００トン程度）による熱間押出
しや鍛造によって製造する方法しかなく、生産量、効率
ともに極めて限られたものであった。

【０００６】Ｗ添加の高Ｃｒフェライト鋼の熱間変形能
が低下する主原因は、熱間加工温度域でオーステナイト
を主体とする金属組織中にデルタフェライトが混在する
ことによる。高Ｃｒフェライト鋼の継目無圧延にあたっ
て、デルタフェライトを消失する方法を開示した例はこ
れまで見あたらない。

【０００７】しかし、１３％Ｃｒ添加を主体とするマル
テンサイト系ステンレス鋼において、デルタフェライト
を著しく減少させ、継目無鋼管圧延時の内表面の欠陥を
回避する方法が開示されている（例えば、特開平２−１
８２８２５号公報）。

【０００８】上記方法は、マルテンサイト系ステンレス
鋼の鋳片から継目無鋼管用の丸ビレットを製造するに際
して、鋳片を圧下比１．３以上にて圧延しさらに、オー
ステナイト単相領域とフェライト−オーステナイト二相
領域との境界温度以下の温度で再加熱、均熱保持するこ
とによってＣｒの拡散を促進しデルタフェライトを著し
く減少するという方法である。

【０００９】しかし、Ｗ添加の高Ｃｒフェライト鋼で
は、Ｃｒだけでなく、Ｗ，Ｍｏの偏析によりデルタフェ
ライトが安定で、上記方法に従い、均熱保持を行っただ
けでは、デルタフェライトは依然として残存してしまい
圧延中に割れが生じてしまうという課題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】クリープ強度に優れた
Ｗ添加の高Ｃｒフェライト鋼は、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏの偏析
により鋳片中のデルタフェライトが安定で、偏析拡散を
目的とした均熱保持を行ってもデルタフェライトを消失
することは困難である。従って、Ｗ添加の高Ｃｒフェラ
イト鋼の継目無圧延で良好な製管性を得るためには、素
材中のデルタフェライト量をできるだけ減少させた上
で、デルタフェライトが存在することを前提に最適な圧
延条件を設定する必要がある。本発明の目的は、Ｗ添加
の高Ｃｒフェライト鋼の継目無鋼管圧延において、デル
タフェライトに起因する割れ、疵の発生を防止するた
め、素材中のデルタフェライト量をできるだけ減少さ
せ、さらにデルタフェライトが存在しても、製管可能な
穿孔、圧延条件を設定し、圧延による最適な製造法を与
えることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｗ添加の高Ｃ
ｒフェライト鋼の継目無鋼管圧延において、素材の最適
分塊加工度、最適均熱加熱条件、最適穿孔加熱温度、最
適延伸圧延加工度を設定することにより、良好な製管性
を得るものである。

【００１２】すなわち、本発明の骨子とするところは、
重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｍｎ：１．５％
以下、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５０％以
下、Ｓｉ：１％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｃｒ：８〜
１１％、Ｍｏ：０．０５〜１．５％、Ｗ：０．０５〜４
％、Ｎ：０．０１〜０．１％、Ｎｂ：０．０１〜０．１
５％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｂ：０．０００５〜
０．０３％、Ｎｉ：０．０１〜３％を含有し、残部がＦ
ｅ及び不可避的不純物からなる高Ｃｒフェライト鋼の鋳
片を断面減少率が６０％以上の分塊圧延を行った後、１
０００℃以上１１５０℃以下の温度で２４時間以上均熱
保持して継目無鋼管用素材とし、当該素材を１２８０℃
以下に加熱し、穿孔した後、傾斜圧延で延伸するに際し
て、次式で表される歪εが、０．５以下であることを特
徴とする高Ｃｒフェライト鋼継目無鋼管の製造方法であ
る。

【数２】

【００１３】

【作用】まず、本発明の成分限定理由を述べる。Ｃは、
マルテンサイト化を図るためのオーステナイト安定化元
素で、かつ炭化物を析出させる重要元素である。０．０
１％未満の場合、デルタフェライト量が著しく増加し、
強度、靭性を損ない、かつ安定な炭化物を形成しなくな
る。一方、０．１５％を超える場合、炭化物が増えて加
工性と溶接性を損なう。従って、Ｃは、０．０１〜０．
１５％とする。

【００１４】Ｍｎは、製鋼時の脱酸剤が残存したもので
あるが、多量に含有すると高温強度及び靭性を低下させ
るため上限を１．５％とする。Ｐは不純物元素であり、
焼戻し脆化及び再加熱割れ感受性に悪影響を及ぼすため
上限を０．０２０％とする。

【００１５】Ｓは靭性劣化、異方性及び再加熱割れ感受
性増大の原因となる不純物元素で、熱間加工性も低下す
るので低いほど好ましく上限を０．００５０％とする。
Ｓｉは製鋼時の脱酸剤が残存したものであるが、多量に
含有すると靭性低下の原因となるので上限を１％とす
る。

【００１６】Ａｌも製鋼時の脱酸剤が残存したものであ
るが、多量に含有するとクリープ強度を低下するので上
限を０．１％とする。Ｃｒは高温の耐酸化性を確保する
上で必要不可欠な元素であり、また炭化物を析出させる
効果を有し、高温強度を高める。８％未満では高温での
耐酸化性が不足となり、高温強度も低下する。一方、１
１％を超えるとデルタフェライトの量が増大し、強度、
靭性が低下する。従って、Ｃｒは、８〜１１％とする。

【００１７】Ｍｏは、固溶強化をもたらすと同時に、炭
化物を安定化し高温強度を向上する。０．０５％未満で
は効果が小さく、１．５％超ではデルタフェライトの生
成を促進するので、０．０５〜１．５％とする。Ｗは、
固溶強化と炭化物の微細析出に寄与し、高温長時間側の
クリープ強度を著しく向上する。最低０．０５％が必要
であるが４％を超えるとデルタフェライトと粗大な金属
間化合物が生成しやすくなり、高温強度と靭性を低下す
るため、０．０５〜４％とする。

【００１８】Ｎは、窒化物を析出させ、高温強度を高め
る。０．０１％以上の添加により効果を発揮するが、
０．１％を超えると窒化物が粗大化し靭性が低下するの
で０．０１〜０．１％に限定する。Ｎｂは、高温強度を
高めるとともに、組織微細化の効果があるので０．０１
％以上添加する。０．１５％を超えて添加してもマトリ
ックス中に十分に固溶せずその効果が飽和するので上限
を０．１５％とする。

【００１９】Ｖは、高温強度を高める。０．０５％未満
では効果が不十分で、０．５％超ではＣｒやＭｏの炭化
物生成量を減少させかえって高温強度を低下するので、
添加量は０．０５〜０．５％とする。Ｂは高温強度を向
上する。０．０００５％未満では効果が不十分で、０．
０３％超では粗大なＢ化合物が析出して脆化の原因とな
るため、０．０００５〜０．０３％とする。

【００２０】Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、デ
ルタフェライトの生成を抑制する効果を持つため、０．
０１％以上添加する。しかし、３％超では、長時間側の
クリープ強度が低下するため添加量の上限を３％とす
る。

【００２１】次に、本発明の継目無鋼管素材の分塊圧延
の加工度、均熱加熱条件、穿孔加熱温度、延伸圧延加工
度を説明する。分塊圧延及びその後の均熱加熱は、継目
無鋼管素材中にデルタフェライトが生成する原因となる
Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏのミクロ偏析を拡散、均質化するために
行う。

【００２２】本発明者らは、継目無鋼管圧延で割れに至
らないデルタフェライト量を明らかにするために、表１
に成分を示すＷ添加の高Ｃｒフェライト鋼の連続鋳造鋳
片を用い、分塊圧延の前後での断面減少率を変えた後、
１１００℃で２５時間均熱保持し、デルタフェライト量
を変化させた。結果を図１に示す。分塊圧延の加工度が
大きくなるに従って、デルタフェライト量が減少し、特
に断面減少率６０％以上でデルタフェライト面積率が５
％以下になることが判明した。

【００２３】このようにデルタフェライト量を変化させ
た素材を用いて、１２８０℃に加熱後穿孔し、表２の延
伸圧延条件４で圧延を行ったところ断面減少率が６０％
以上の素材の場合、製管においてデルタフェライト起因
の割れは全く生じないことが明らかとなった。以上の結
果から本発明者らは、穿孔前の素材中のデルタフェライ
ト量が５％以下であれば、その後の圧延条件に注意すれ
ば、デルタフェライト起因の圧延欠陥を生じることな
く、継目無鋼管の圧延を行えると判断した。

【００２４】次に、分塊圧延後の均熱加熱条件について
述べる。均熱はオーステナイト単相温度域でかつＣｒ，
Ｗ，Ｍｏの拡散が比較的容易な温度域で行う。均熱温度
が１１５０℃を超えると、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏが偏析した部
分ではデルタフェライトが安定化し、逆に量が増加する
場合もあるため、均熱温度の上限を１１５０℃とする。

【００２５】一方、均熱温度が１０００℃を下回るとＣ
ｒ，Ｗ，Ｍｏ拡散速度が小さくなり、十分な拡散効果が
得られない。従って、均熱温度は１０００℃以上１１５
０℃以下とする。また、均熱時間は断面減少率６０％を
前提とした場合、デルタフェライト面積率を５％以下に
するために少なくとも２４時間以上が必要である。

【００２６】本発明における素材の穿孔に先立つ加熱温
度は、良好な製管性を得る上で重要な意味を持つ。本発
明のＷ添加高Ｃｒフェライト鋼の継目無鋼管素材には５
％以下のデルタフェライトが残存することは避けがた
い。従って、継目無鋼管圧延の穿孔に先立って、素材を
加熱した際にも素材中にデルタフェライトを残存するこ
とになるが、加熱温度が１２８０℃を超えるとオーステ
ナイトから変態したデルタフェライト量が顕著に増大
し、穿孔及びその後の圧延過程で鋼管に割れ、疵が多発
する。

【００２７】従って、穿孔前の素材の加熱温度は１２８
０℃以下とする。ここで、穿孔前の素材の断面形状は、
プレスロールピアサーのような四角でも、いわゆるマン
ネスマン穿孔の丸形状でも構わない。

【００２８】ボイラー用のパイプサイズの継目無鋼管圧
延では、通常穿孔の後、傾斜圧延による延伸を行う。本
発明者らは、高Ｃｒフェライト鋼の継目無鋼管圧延にお
ける鋼管内外表面及び内部に生じる割れ、疵の発生工程
を詳細に調査した結果、割れや疵の大部分はこの延伸圧
延過程で生じていることが判明した。

【００２９】そこで、本発明者らは、たとえデルタフェ
ライトが存在していても、圧延中にデルタフェライトに
起因する割れが生じることが防止できるのではないかと
考え、圧延研究を行った。

【００３０】上述の分塊圧延、均熱保持、穿孔加熱条件
を満足する条件で穿孔した中空素管を、引き続き表２の
条件で延伸圧延した結果、次式で表される加工度εが
０．５以下であれは割れの発生を回避できることを知見
した。

【数３】

【００３１】本発明のεは１種の圧延歪に相当する。デ
ルタフェライトに起因する圧延疵は、熱間圧延中の金属
組織においてベースとなるオーステナイトに比べてデル
タフェライトの強度が低いことにより発生する。従っ
て、圧延歪εが０．５を超えるとデルタフェライトの変
形限界以上となり、鋼管中に割れ、疵が生じることにな
る。また、本発明の高Ｃｒフェライト鋼でεが０．５を
超えて圧延を行うと、加工発熱によりデルタフェライト
量が増大するので、圧延中のデルタフェライト量の増大
を回避するためにもεを０．５以下にすることが必要で
ある。なお、本発明の延伸圧延開始温度、圧延歪の条件
は、複数の延伸圧延機を使い、繰り返し延伸圧延する場
合の２回目以降の圧延条件にも適用できるものである。

【００３２】

【実施例】表１に示す成分の鋼を転炉及び二次精錬炉で
溶製し、連続鋳造で鋳片を製造した。スラブを通常の分
塊圧延で圧延し、断面２５０mm×２５０mmまたは断面２
１５mm×２１５mmのブルームを製造した。分塊圧延の断
面減少率は表３の通りである。分塊圧延後、１１００℃
で２５時間の均熱保持を行い穿孔の素材とした。穿孔に
際して表３の条件で加熱し、外径３００mm、肉厚７６mm
の中空素管に穿孔した。穿孔後、引き続き表２の延伸圧
延条件１，２，４，６で延伸圧延を行った。圧延後、超
音波探傷で鋼管を検査した。欠陥の判定基準は、ＡＩＳ
Ｉ４２０等の通常のマルテンサイト系ステンレス鋼の検
査と同じ条件とした。

【００３３】表３に示すように、本発明の条件に従う場
合、疵、割れ等の圧延欠陥が発生せず、良好な製管性が
得られた。しかし、比較例１では、分塊圧延の断面減少
率が、比較例２では、穿孔加熱温度が、比較例３では、
延伸圧延の歪が本発明の条件を逸脱しているために延伸
圧延において割れが生じた。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】

【発明の効果】本発明により、Ｍｏ，Ｗを添加し、高い
クリープ強度を有する高Ｃｒフェライト鋼の継目無鋼管
圧延において、デルタフェライトに起因する割れ、疵の
発生を防止する圧延条件が得られ、従来、熱間押出しや
鍛造によっていた同鋼の継目無鋼管が高生産性の圧延法
で製造できるため、工業的効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳片の分塊圧延、均熱保持後のデルタフェライ
ト量に及ぼす分塊圧延の断面減少率の影響を示したもの
で、断面減少率が６０％以上の場合、その後の最適な穿
孔、圧延条件の下で圧延欠陥の防止が可能となる、デル
タフェライト量５％以下が得られることを示す図表であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．０１〜０．１５％、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｐ ：０．０２０％以下、 Ｓ ：０．００５０％以下、 Ｓｉ：１％以下、 Ａｌ：０．１％以下、 Ｃｒ：８〜１１％、 Ｍｏ：０．０５〜１．５％、 Ｗ ：０．０５〜４％、 Ｎ ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、 Ｖ ：０．０５〜０．５％、 Ｂ ：０．０００５〜０．０３％、 Ｎｉ：０．０１〜３％、 残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる高Ｃｒフェライ
   ト鋼の鋳片を断面減少率が６０％以上の分塊圧延を行っ
   た後、１０００℃以上１１５０℃以下の温度で２４時間
   以上均熱保持して継目無鋼管用素材とし、当該素材を１
   ２８０℃以下に加熱し、穿孔した後、傾斜圧延で延伸す
   るに際して、次式で表される歪εが、０．５以下である
   ことを特徴とする高Ｃｒフェライト鋼継目無鋼管の製造
   方法。 【数１】