(57)【要約】【課題】鍛接鋼管の衝合部の表面性状を改善できるスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材を提供する。【解決手段】鍛接後、地鉄上のＦｅ2ＳｉＯ4層とＦｅＯ層からなるスケール構造を有する鍛接衝合部に歪を０．１５以上与える鍛接鋼管用鋼材であって、質量％で、Ｓｉ量が下記式（１）を満たすことを特徴とするスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。      Ｓｉ（質量％）≧０．３３Ｔ／１０００−０．３１    ・・・（１）      Ｔ：鍛接後の鋼管温度（℃）【選択図】図１
2014210953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛接後、地鉄上のＦｅ2ＳｉＯ4層とＦｅＯ層からなるスケール構造を有する鍛接衝合部に歪を０．１５以上与える鍛接鋼管用鋼材であって、質量％で、Ｓｉ量が下記式（１）を満たすことを特徴とするスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。
Ｓｉ（質量％）≧０．３３Ｔ／１０００−０．３１                ・・・（１）
Ｔ：鍛接後の鋼管温度（℃）
【請求項２】
前記スケール構造において、Ｆｅ2ＳｉＯ4層とＦｅＯ層の界面近傍のＦｅＯ層側に気孔が存在することを特徴とする請求項１に記載のスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。
【請求項３】
前記鍛接鋼管用鋼材が、質量％で、Ｓｉを０．５０％以下含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。
【請求項４】
前記鍛接鋼管用鋼材が、質量％で、
Ｃ  ：０．００５〜０．２５％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ｐ  ：０．０３５％以下、
Ｓ  ：０．０３５％以下
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。
【請求項５】
前記鍛接鋼管用鋼材が、さらに、質量％で、
Ａｌ：０．００５〜０．０８％、
を含有することを特徴とする請求項４に記載のスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。
【請求項６】
前記鍛接鋼管用鋼材が、さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．００５〜０．１％、及び、Ｎｂ：０．０５〜０．１％の１種又は２種
を含有することを特徴とする請求項５に記載のスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛接鋼管に加える変形量が少量でも、スケールが容易に剥離するスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、汚水管、雑排水管、雨水管、通気管等、各種の用途管として、内面にライニングを施した鍛接鋼管が多用されている。
【０００３】
鍛接鋼管は、図１に示すように、加熱炉２で、およそ１０００〜１３５０℃に加熱した後、成形ロール４で半管状に成形し、続いて、鍛接直前に、管状鋼帯の端部（鍛接面）にノズル６から空気又は酸素を吹き付け、酸化熱で端部を加熱するとともに、酸化物（スケール）を吹き飛ばして、鍛接ロール５で鍛接して製造する（特許文献１〜１２、参照）。
【０００４】
鋼帯の端部は、図２に示す加熱炉３と成形ロール４の間に配置した高周波誘導加熱装置３で加熱されるとともに、空気又は酸素吹付けによる酸化熱で加熱され、鋼帯の中央部に比べて高温になる。そのため鋼帯の中央部に比べて、鍛接衝合部の近傍には、局所的に厚いスケールが発生する。
【０００５】
鍛接鋼管の内面にライニングを施す場合、酸洗又はショットブラストで、内面のスケールを除去する必要がある。鍛接衝合部近傍のスケール除去が不充分であると、ライニングの浮き上がり現象が生じ、歩留の低下を招く。一方、鍛接衝合部内面のスケールを充分に除去するため、酸洗又はショットブラストの時間を長くとれば、生産性は低下する。
【０００６】
したがって、近年、内面にライニングを施す鍛接鋼管として、鍛接衝合部の近傍に局所的に厚いスケールがない鍛接鋼管が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２２４６１４号公報
【特許文献２】特開平０８−２４３６３５号公報
【特許文献３】特開平０８−２４３６３６号公報
【特許文献４】特開平０８−２５２６２９号公報
【特許文献５】特開平０８−２７６２１３号公報
【特許文献６】特開平０９−０３８７２０号公報
【特許文献７】特開平０９−１９２７２８号公報
【特許文献８】特開平１１−０４７８２６号公報
【特許文献９】特開平１１−１２３４４８号公報
【特許文献１０】特開２０００−３１７５１６号公報
【特許文献１１】特開２００７−１５２４３０号公報
【特許文献１２】特開２００８−１６１９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、内面にライニングを施して使用する鍛接鋼管に係る要望を踏まえ、鍛接鋼管の衝合部の表面性状を改善することを課題とし、該課題を解決するスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
通常、鍛接鋼管に大きな変形を与えると、鍛接衝合部からスケールが剥離する。これは、鋼管の変形能とスケールの変形能の差で起きる現象である。この現象を最大限に活用し、鍛接衝合部の表面性状を改善するためには、鍛接衝合部のスケール剥離性を向上させる必要がある。
【００１０】
一般に、Ｓｉ含有鋼は、Ｆｅ2ＳｉＯ4（「Ｓｉスケール」ということがある。）が、くさび状に鋼材表面に浸潤するため、デスケーリング性が悪いことが知られている。そのため、通常、高い表面性状が求められる鋼材においては、Ｓｉを含有させないことが一般的である。また、Ｓｉ含有鋼については、Ｆｅ2ＳｉＯ4とＦｅＯの界面に気孔が生成することが知られている。
【００１１】
本発明者らは、このＳｉ含有鋼の特徴を積極的に活用すると、少ない変形量でも、ＦｅＯ層が気孔部で剥離し、衝合部近傍の局所的に厚いスケールが除去されて、表面性状が改善されることを見出した。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１３】
（１）鍛接後、地鉄上のＦｅ2ＳｉＯ4層とＦｅＯ層からなるスケール構造を有する鍛接衝合部に歪を０．１５以上与える鍛接鋼管用鋼材であって、質量％で、Ｓｉ量が下記式（１）を満たすことを特徴とするスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。
【００１４】
Ｓｉ（質量％）≧０．３３Ｔ／１０００−０．３１                ・・・（１）
Ｔ：鍛接後の鋼管温度（℃）
（２）前記スケール構造において、Ｆｅ2ＳｉＯ4層とＦｅＯ層の界面近傍のＦｅＯ層側に気孔が存在することを特徴とする前記（１）に記載のスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。
【００１５】
（３）前記鍛接鋼管用鋼材が、質量％で、Ｓｉを１．００％以下含有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。
【００１６】
（４）前記鍛接鋼管用鋼材が、質量％で、
Ｃ  ：０．００５〜０．２５％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ｐ  ：０．０３５％以下、
Ｓ  ：０．０３５％以下
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。
【００１７】
（５）前記鍛接鋼管用鋼材が、さらに、質量％で、
Ａｌ：０．００５〜０．０８％、
を含有することを特徴とする前記（４）に記載のスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。
【００１８】
（６）前記鍛接鋼管用鋼材が、さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．０５〜０．１％、及び、Ｎｂ：０．０５〜０．１％の１種又は２種
を含有することを特徴とする前記（５）に記載のスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、鍛接鋼管に加える変形が少量でも、スケールが容易に剥離するスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】鍛接鋼管の製造方法を示す図である。
【図２】鍛接鋼管の別の製造方法を示す図である。
【図３】スケール構造を模式的に示す図である。（ａ）は、Ｓｉ量が少ない場合のスケール構造を示し、（ｂ）は、Ｓｉ量が多い場合のスケール構造を示す。
【図４】鍛接後の鋼管温度１０００℃、１１００℃、及び、１２００℃における“鋼材のＳｉ量”と“スケール剥離歪”の関係を示す図である。
【図５】歪０．１５におけるスケール剥離に必要な“鋼材のＳｉ量”と”鍛接後の鋼管温度”の関係を示す図である。
【図６】鍛接衝合部の表面性状を示す図である。（ａ）は、鍛接衝合部にスケールが残存している従来例（歪：０．０２）を示し、（ｂ）は、鍛接衝合部においてスケールがある程度剥離しているが、一部残存している比較例（歪：０．０６）を示し、（ｃ）は、鍛接衝合部においてスケールが剥離している発明例（歪：０．１５）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材（以下「本発明鋼材」ということがある。）は、鍛接後、地鉄上のＦｅ2ＳｉＯ4層とＦｅＯ層からなるスケール構造を有する鍛接衝合部に歪を０．１５以上与える鍛接鋼管用鋼材であって、質量％で、Ｓｉ量が下記式（１）を満たすことを特徴とする。
【００２２】
Ｓｉ（質量％）≧０．３３Ｔ／１０００−０．３１                ・・・（１）
Ｔ：鍛接後の鋼管温度（℃）
本発明鋼材を用いて製造した鍛接鋼管は、鍛接衝合部のスケール剥離性に優れているので、変形量が少量でも、スケールが容易に剥離する。
【００２３】
以下、本発明鋼材について説明する。
【００２４】
図３に、スケール構造を模式的に示す。図３（ａ）は、Ｓｉ量が少ない場合のスケール構造を示し、図３（ｂ）は、Ｓｉ量が多い場合のスケール構造を示す。いずれの場合も、地鉄７上に、ＦｅＯ層９、その上の（Ｆｅ3Ｏ4＋ＦｅＯ）層１０からなるスケール層８が形成され、ＦｅＯ層９と地鉄７の間にはＦｅ2ＳｉＯ4層１１が形成される。
【００２５】
鋼材のＳｉ量が多いと、図３（ｂ）に示すように、ＦｅＯ層９と地鉄７の間に厚いＦｅ2ＳｉＯ4層１１が形成され、楔状に地鉄に浸潤する。その結果、鋼材のスケール剥離性が悪化する。
【００２６】
しかし、本発明者らは、Ｓｉ量が多い場合、Ｆｅ2ＳｉＯ4層（「Ｓｉスケール」ということがある。）とＦｅＯ層の界面近傍のＦｅＯ層側に存在する気孔（図３中「１２」）に着目し、スケールが剥離する際の気孔の挙動について調査した。
【００２７】
その結果、スケール剥離のために鋼材に加える変形が少量でも、ＦｅＯ層９が気孔部に沿って剥離することが判明した。Ｓｉスケールは地鉄上に残るが、ＦｅＯ層９とその上の（Ｆｅ3Ｏ4＋ＦｅＯ）層１０（Ｆｅ3Ｏ4とＦｅＯを「Ｆｅスケール」と総称することがある。）がともに剥離するので、スケール層８は薄くなる。
【００２８】
スケール層８が薄くなれば、その後の酸洗又はショットブラストによるデスケーリング時間を短縮でき、生産性が向上する。
【００２９】
そこで、本発明者らは、スケール剥離のために鍛接鋼管に加える変形量が少量でも、Ｆｅスケールが気孔部に沿って剥離するとの知見を前提に、鋼材のＳｉ量（質量％）とスケール剥離性の関係を定量化することを試みた。
【００３０】
鍛接後に鋼管に加える変形が大きいほど、スケールは剥離し易くなるが、鋼管に加える変形歪量は、一般的に０．１５程度が最小値のため、最もスケールが剥離し難い条件でも剥離できることを前提に、鋼材のＳｉ量とスケール剥離性の定量化を試みた。
【００３１】
本発明者らは、Ｓｉ：１．００質量％以下のＡｌ−Ｓｉ−Ｋ鋼及びＳｉ−Ｋ鋼を用いて鍛接鋼管を製造し、鍛接後の鋼管温度１０００℃、１１００℃、及び、１２００℃において、“鋼材のＳｉ量”と“スケール剥離歪”の関係を調査した。その結果を図４に示す。図４から、鋼材のＳｉ量が増加すると、スケールは、スケール剥離歪が小さくても剥離することが解る。
【００３２】
鍛接鋼管の製造方法においては、鍛接後、通常、縮径加工で、最小０．１５の歪を鍛接鋼管に与えるので、本発明者らは、スケール剥離歪を０．１５として、“鋼材のＳｉ量”と“鍛接後の鋼管温度”の関係を調査した。その結果を図５に示す。
【００３３】
図５から、“鋼材のＳｉ量”ｙと“鍛接後の鋼管温度”ｘは、下記式（１’）の関係にあることが解る。
【００３４】
ｙ＝０．３３ｘ／１０００−０．３１              ・・・（１’）
即ち、鍛接鋼管用鋼材のＳｉ（質量％）と、鍛接後の鋼管温度Ｔが、下記式（１）を満たしているとき、鍛接鋼管（鍛接衝合部）にスケール剥離歪０．１５以上を与えれば、Ｆｅスケールが、ＳｉスケールとＦｅスケールの界面近傍のＦｅスケール側に存在する気孔（図３中「６」、参照）に沿って剥離する。この点が、本発明の特徴である。
【００３５】
Ｓｉ（質量％）≧０．３３Ｔ／１０００−０．３１              ・・・（１）
Ｔ：鍛接後の鋼管温度（℃）
なお、鍛接後の鋼管温度は、縮径中に低下するのが好ましい。
【００３６】
本発明鋼材の成分組成は、Ｓｉの下限を上記式（１）で規定する以外は、次に説明する成分組成が好ましい。以下、成分組成について説明する。なお、％は質量％を意味する。
【００３７】
Ｃ：０．０１〜０．２５％
Ｃは、鋼材の強度を高める元素である。０．０１％未満であると、所要の強度が得られないので、下限を０．０１％とする。好ましい下限は０．０４％である。０．２５％を超えると、融点の低下が著しいので、上限を０．２５％とする。好ましい上限は０．１８％である。
【００３８】
Ｓｉ：“０．３３Ｔ／１０００−０．３１”〜１．００％
Ｓｉは、鋼材の強度の向上に有効な元素であるとともに、前述したように、スケール剥離性を確保するうえで重要な元素である。下限は、所要のスケール剥離性を確保する点から、“０．３３Ｔ／１０００−０．３１”（Ｔ：鍛接後の鋼管温度（℃））とする。１．００％を超えると、強度が上昇しすぎて、延性及び靭性が低下するので、上限を１．００％とする。
【００３９】
Ｍｎ：０．１〜２．０％
Ｍｎは、鋼材の強度の向上に有効な元素である。０．１％未満では、強度が不足となるので、下限を０．１％とする。２．０％を超えると、加工性が低下するので、上限を２．０％とする。
【００４０】
Ｐ：０．０３５％以下
Ｐは、製鋼時、不可避的に混入する元素である。０．０３５％を超えると、鍛接時に鍛接部割れを発生し易いので、上限を０．０３５％とする。
【００４１】
Ｓ：０．０３５％以下
Ｓは、製鋼時、不可避的に混入する元素である。０．０３５％を超えると、鍛接時に鍛接部割れを発生し易いので、上限を０．０３５％とする。
【００４２】
本発明鋼材は、上記成分組成の他、Ａｌ、さらに、Ｔｉ及びＮｂの１種又は２種を含有してもよい。
【００４３】
Ａｌ：０．００５〜０．８０％
Ａｌは、脱酸剤として添加する元素である。キルド鋼の場合、製鋼技術上、０．００５％未満に抑制することは難しいので、下限を０．００５％とする。０．８０％を超えると、鋳片の割れや、酸化物系の巨大な介在物に起因する内質欠陥等が発生し易いので、上限を０．８０％とする。
【００４４】
Ｔｉ：０．００５〜０．１％
Ｔｉは、鋼材の強度を確保するのに有効な元素である。０．００５％未満では強度の確保に寄与しないので、下限を０．００５％とする。０．１％を超えると、靱性が低下するので、上限を０．１％とする。好ましい上限は０．０５％である。
【００４５】
Ｎｂ：０．００５〜０．１％
Ｎｂは、Ｔｉと同様に、鋼材の強度を確保するのに有効な元素である。０．０５％未満では強度の確保に寄与しないので、下限を０．００５％とする。好ましい下限は０．０１％である。０．１％を超えると、添加効果が飽和するので、上限を０．１％とする。好ましい上限は０．０５％である。
【００４６】
本発明鋼材において、Ｔｉ及びＮｂは、１種又は２種を添加する。Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの添加で強度を確保できるが、添加量が増大すると融点が低下して鍛接性が低下する。Ａｌ、及び、Ｔｉ、Ｎｂの１種又は２種を添加すると、Ｃ、Ｓ、Ｍｎ等の添加量をあまり増すことなく、強度を確保し、かつ、良好な鍛接性を確保できる。
【００４７】
本発明鋼材を用いる鍛接鋼管の製造方法は、通常の製造方法でよい。所定の幅の鋼板を連続的に加熱炉に装入し、１０００〜１３５０℃に加熱した後、必要に応じ、鋼板端部を１３００〜１５００℃に加熱し、その後、成形ロールで、円環状に成形し、鍛接直前に、鋼板端部に酸素を吹き付けて鍛接する。
【００４８】
鍛接後、鍛接鋼管を、通常、少なくとも歪０．１５程度で縮径するが、このとき、“鋼材のＳｉ量（質量％）”と“鋼管温度”が上記式（１）を満たしていれば、鍛接衝合部においてＦｅスケールが剥離する。
【００４９】
前述したように、Ｓｉスケールは、地鉄表面に残るが、Ｆｅスケールの剥離でスケール厚は薄くなっているので、その後、短時間のデスケーリング処理で、鍛接衝合部において、優れた表面性状を得ることができる。
【実施例】
【００５０】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００５１】
（実施例１）
表１に成分組成を示す板厚２．０〜８．６ｍｍの鋼板を管状に成形し、通常の鍛接条件で鋼板端部を鍛接して、内径１３〜１０８ｍｍの鍛接鋼管を製造した。鍛接後、表２に示す条件で縮径し、鍛接衝合部におけるスケールの剥離の状況を観察した。観察結果を表２に示す。また、観察結果の一部を図４に示す。
【００５２】
【表１】
2014210953.tif 000003
【００５３】
【表２】
2014210953.tif 000004
【００５４】
表２から、Ｓｉ量が式（１）を満たせば、Ｆｅ2ＳｉＯ4とＦｅＯの界面に気孔が生成して、スケール剥離性が顕著に向上することが解る。
【００５５】
図４（ａ）に、鍛接衝合部にスケールが残存している従来例（歪：０．０２）を示し、図４（ｂ）に、鍛接衝合部においてスケールがある程度剥離しているが、一部残存している比較例（歪：０．０６）を示す。図４（ｃ）に、鍛接衝合部においてスケールが剥離している発明例（歪：０．１５）を示す。
【００５６】
このように、鍛接後、鍛接鋼管を縮径するとき、鋼管温度と鋼材のＳｉ量が上記式（１）を満たしていれば、鍛接衝合部においてスケールが容易に剥離して、表面性状が著しく改善されることが解る。したがって、本発明鋼管は、内面ライニング用の鍛接鋼管として最適な鋼管である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
前述したように、本発明によれば、鍛接鋼管に加える変形が少量でも、スケールが容易に剥離するスケール剥離性に優れた鍛接鋼管用鋼材を提供することができる。よって、本発明は、鋼管製造産業において利用可能性が高いものである。
【符号の説明】
【００５８】
１    鋼帯
１ａ    端部
２    加熱炉
３    高周波誘導加熱装置
４    成形ロール
５    鍛接ロール
６    ノズル
７    地鉄
８    スケール層
９    ＦｅＯ層
１０    （Ｆｅ3Ｏ4＋ＦｅＯ）層
１１    Ｆｅ2ＳｉＯ4層
１２    気孔
【図１】
2014210953.tif 000005
【図２】
2014210953.tif 000006
【図３】
2014210953.tif 000007
【図４】
2014210953.tif 000008
【図５】
2014210953.tif 000009
【図６】
2014210953.tif 000010