(57)【要約】【課題】本発明は、マンネスマン方式の傾斜圧延法を採用しても、製品に圧延疵が発生しないマルテンサイト系ステンレス鋼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。【解決手段】Ｃ：０．１５〜０．２２質量％，Ｍｎ：０．２５〜１．００質量％，Ｃｒ：１２．００〜１４．００質量％，Ｎｉ：０．５０質量％以下，Ｃｕ：０．２５質量％以下，Ｐ：０．０３０質量％以下，Ｓ：０．０１０質量％以下，Ｓｉ：１．００質量％以下を含み，残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼を素材にして、マンドレル方式の圧延工程で継目無鋼管を製造するに際して、各圧延機での圧延時に、素材の歪速度を当該圧延機における圧延温度に応じて一定範囲の値に調整して、該素材を圧延する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１５〜０．２２質量％，Ｍｎ：０．２５〜１．００質量％，Ｃｒ：１２．００〜１４．００質量％，Ｎｉ：０．５０質量％以下，Ｃｕ：０．２５質量％以下，Ｐ：０．０３０質量％以下，Ｓ：０．０１０質量％以下，Ｓｉ：１．００質量％以下を含み，残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼を素材にして、マンドレル方式の圧延工程で継目無鋼管を製造するに際して、
各圧延機での圧延時に、素材の歪速度を当該圧延機における圧延温度に応じて一定範囲の値に調整して、該素材を圧延することを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記圧延時の歪速度が、下記範囲を満足することを特徴とする請求項１記載のマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製造方法。
１１５０℃≦圧延温度＜１２８０℃の温度域：歪速度≧０．７／ｓｅｃ，
１０５０℃≦圧延温度＜１１５０℃の温度域：１０．０／ｓｅｃ≧歪速度≧０．３／ｓｅｃ，
９５０℃≦圧延温度＜１０５０℃の温度域：１０．０／ｓｅｃ≧歪速度≧０．０１／ｓｅｃ，
圧延温度＜９５０℃の温度域：０．７／ｓｅｃ≧歪速度≧０．０１／ｓｅｃ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製造方法に係わり、詳しくは、マンネスマン方式の傾斜圧延法を用いても、内外面に圧延疵を発生させずに該マルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管を安定して製造する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルテンサイト系ステンレス鋼を素材にした継目無鋼管（以下、マルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管という）は、強度、耐ＣＯ２腐食性に優れているばかりでなく、比較的安価に製造できることから、１９８０年頃より油井管として採用されるようになった。現在、ＡＰＩ規格（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（アメリカ石油協会）による）には、Ｌ８０として１３質量％のＣｒを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管しか登録されていないが、近年の油井環境の深厳化に伴い、一部ユーザーからは、高強度、高耐食性においてより一層優れたものが要求されている。
【０００３】
一般に、鋼材の合金量が多くなると、耐食性は向上する反面、加工性が悪化する。従って、鋼材の開発においては、加工性の限界を探りつつ、耐食性を向上させようとする努力がなされてきた。また、上記マルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管は、図１に示すように、加熱炉１を経た素材２に穿孔して素管３とし、それを拡管、延伸、仕上げるためにピアサー４、マンドレルミル５、エロンゲータ６、プラグミル７、リーラ８、レデューサ９及びサイザー１０なる圧延機を適宜配置したマンネスマン−マンドレル方式（図１では、上段側の工程）又はマンネスマン−プラグミル方式（図１では、下段側の工程）の傾斜圧延法によって製造されるのが一般的である。このマンネスマン方式の傾斜圧延方法は、生産性に優れているが、従来より熱間加工の中でも最も苛酷なものとして知られており、その製管に際しては、製品鋼管の内外面に圧延疵が発生することが多い。
【０００４】
その圧延疵の発生原因としては、過去の知見より主に以下のように考えられている。
すなわち、
（１）マルテンサイト系ステンレス鋼は、Ｃｒを始めとした合金元素を多量に含むため、加工性が劣り、鋼管に脆化割れが生じる
（２）圧延時の過度の温度上昇により、熱間加工性に劣るδ−フェライトが析出し、該析出物の融解に伴って、鋼管の結晶粒界に滑り破壊が起きる。
【０００５】
これは、マンネスマン方式の傾斜圧延が、図１に示したように、複数種類のミルを経由して圧延、成形されることに起因している。つまり、その工程の複雑さゆえ圧延時の温度降下も大きいので、熱間加工性維持のためできる限り温度を高く圧延したい。しかしながら、過度の温度上昇は、上述のように却って欠陥を発生し易くするため、δ−フェライト相の析出温度（ＡＣ４）直下程度の温度で圧延が開始され、各ミルでの圧延温度は、再加熱炉以降のミルを除きほぼ一律に決定されるからである。
【０００６】
このような圧延中に生じる鋼管の割れや破壊の問題を解決するため、熱間加工温度域での金属組織がオーステナイト単相になるように、鋼材へのＣｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｃ，Ｎ等の主要合金元素の添加量をバランス良く調整する方法（例えば、特許文献１参照）や、Ｓに代表される熱間加工性に有害な不純物の含有量を特に低く制限する方法（例えば、特許文献２、及び３参照）が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２６３１３８号公報（３頁、右欄の１０行〜２４行）
【特許文献２】
特公平３−６０９０４号公報（３頁、右欄の３３行〜４頁、右欄の７行）
【特許文献３】
特開平１１−１４０５９４号公報（３頁の段落［００１１］の全部）
【０００８】
しかしながら、これらの対策をとっても、依然として熱間加工性低下に伴う疵発生の問題は解決できていないのが現状である。また、高価な合金元素の添加量増加やＳを始めとする不純物の低減も製鋼段階でのコストアップを招くため、経済上好ましくない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、マンネスマン方式の傾斜圧延法を採用しても、製品に圧延疵が発生しないマルテンサイト系ステンレス鋼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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【００１１】
すなわち、本発明は、Ｃ：０．１５〜０．２２質量％，Ｍｎ：０．２５〜１．００質量％，Ｃｒ：１２．００〜１４．００質量％，Ｎｉ：０．５０質量％以下，Ｃｕ：０．２５質量％以下，Ｐ：０．０３０質量％以下，Ｓ：０．０１０質量％以下，Ｓｉ：１．００質量％以下を含み，残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼を素材にして、マンドレル方式の圧延工程で継目無鋼管を製造するに際して、各圧延機での圧延時に、素材の歪速度を当該圧延機における圧延温度に応じて一定範囲の値に調整して、該素材を圧延することを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製造方法である。この場合、前記圧延時の歪速度が、下記範囲を満足することが好ましい。
【００１２】
１１５０℃≦圧延温度＜１２８０℃の温度域：歪速度≧０．７／ｓｅｃ，
１０５０℃≦圧延温度＜１１５０℃の温度域：１０．０／ｓｅｃ≧歪速度≧０．３／ｓｅｃ，
９５０℃≦圧延温度＜１０５０℃の温度域：１０．０／ｓｅｃ≧歪速度≧０．０１／ｓｅｃ，
圧延温度＜９５０℃の温度域：０．７／ｓｅｃ≧歪速度≧０．０１／ｓｅｃ
本発明によれば、マンネスマン方式の傾斜圧延法を採用しても、製品に圧延疵がないマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管が製造できるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
まず、本発明が対象とする継目無鋼管は、下記組成のマルテンサイト系ステンレス鋼で製造されるものである。この鋼において、各成分の含有量が限定された理由は、下記の通りである。
Ｃ：０．１５〜０．２２質量％
Ｃは、Ｃｒ炭化物等を形成し、鋼の耐食性を劣化させる元素である。また、油井管として使用される時に必要とされる耐硫化物割れ性の劣化を招くので、上限を０．２２質量％とする。さらに、強度を発揮させるに必要な元素でもあるので、下限を０．１５質量％とする。
Ｍｎ：０．２５〜１．００質量％
Ｍｎは、オーステナイト安定化元素であり、熱間加工時にδフェライト相の析出を抑制するのに有効であるので、０．２５質量％を下限とする。一方、あまり過剰に添加すると、結晶粒界の強度を低下させ、鋼の脆性劣化を招くので、１．０質量％を上限とする。
Ｃｒ：１２．００〜１４．００質量％
Ｃｒは、耐食性向上の基本元素であり、十分な耐食性を得るため下限を１２．００質量％とする。また、フェライト相の安定化元素でもあり、あまり多過ぎると、熱間加工時にδフェライト相が析出して熱間加工性や耐硫化物応力腐食割れ性を劣化させる。そのため、上限を１４．００質量％にする。
Ｎｉ：０．５０質量％以下
Ｎｉは、鋼の耐食性や靭性を向上させる元素であるが、熱間加工性を低下させる元素であるので、０．５０質量％以下に抑える。
Ｃｕ：０．２５質量％以下
ＣｕもＮｉと同様の作用をするので、上限を０．２５質量％に抑える。
Ｓｉ：１．００質量％以下
Ｓｉは、製鋼段階で脱酸剤として必要な元素であるが、多量に含有すると鋼の靭性を劣化させるので、１．００質量％を上限にする。
Ｐ：０．０３０質量％以下
Ｐは、１２００℃以上の高温での熱間加工性を著しく劣化させる。特に、ピアサーで鋼素材を穿孔する際に、孔の内面側に疵を発生させる原因となるので、０．０３質量％を上限とする。
Ｓ：０．０１０質量％以下
Ｓも、熱間加工性を劣化させる元素である。特に、Ｐと同様にピアサーでの穿孔時に内面疵の発生に寄与するので、０．０１０質量％を上限とする。
【００１５】
発明者は、上記したマルテンサイト系ステンレス鋼を素材にして、マンネスマン方式の傾斜圧延法で疵の発生を抑えて継目無鋼管を安定して製造することを研究することにした。疵の発生を抑えるには、熱間加工性が良い状態で圧延すれば良いからである。そして、そのような素材の熱間加工性に及ぼす因子として圧延温度及び歪速度に着目した。圧延温度に加えて素材の歪速度を選択したのは、素材の歪速度はその熱間加工をコントロールするのに有効な因子になると考えたからである。
【００１６】
ここで、素材の歪速度は、下記式のように定義される。
【００１７】
歪速度＝ｌｎ［（素材の圧延前断面積／素材の圧延後断面積）／時間］
又は
歪速度＝ｌｎ［（素材の圧延前肉厚／素材の圧延後肉厚）／時間］
なお、素材の断面積は、素材が管状になっている場合には、実肉部分の断面積である。また、これらの歪速度の値を具体的に求めるには、素材を一定温度に加熱した後に、一定の圧下を加えて断面積あるいは肉厚を実測すれば良い。また、上記２つの式で得た値は、いずれを用いても良いが、実際の操業では値の大きい方を採用するのが好ましい。
【００１８】
次に、発明者は、この歪速度が圧延時の素材温度（以下、圧延温度）の影響を強く受けることに着目し、歪速度と圧延温度との関係を求めることにした。そして、１３質量％Ｃｒ鋼（０．２０Ｃ−０．２５Ｓｉ−０．４５Ｍｎ−１３．０Ｃｒ−０．０２Ｎ−０．１５Ｎｉ）を素材にして、その熱間加工性に及ぼす変形温度及び歪速度の影響を調査した。その調査は、該素材を常温より１０秒にて１２５０℃まで加熱し、１０秒間保持した後、変形（引張）を行う温度まで１０℃／ｓｅｃで冷却し、その温度で１０秒間保持してから、任意の歪み速度で引張ることで行った。つまり、素材の引張り後の破断部断面積を引張り前断面積で割った値を「絞り値」と定義し、この「絞り値」を該素材の熱間加工性を示す尺度とした。「絞り値」が高いほど素材の熱間加工性が良好であることを意味する。
【００１９】
調査結果は、圧延温度（横軸）及び歪速度（縦軸）とに対する「絞り値」（単位％）の関係として表１に整理した。
【００２０】
【表１】
2004122137.tif 000003
【００２１】
これまでの知見から、「絞り値」が７５％以上あれば、その温度で良好な熱間加工性を示すことが分かっているが、表１より、例えば１２００℃域では、歪速度が１．６／ｓｅｃ以上の比較的高歪速度領域で「絞り値」は高い値を示し、歪速度が０．７／ｓｅｃ以下の比較的低歪速度領域で「絞り値」は７５％を下回る低い値を示すことが明らかである。また、１０００℃域に着目すると、０．３〜１０／ｓｅｃの歪速度範囲では、いずれも７５％を上回っている。９００℃域では、０．７〜１０．０／ｓｅｃ以上の歪速度範囲では、いずれも７５％を下回る。なお、１３質量％Ｃｒ鋼のＡＣ４は１２８０℃であり、ミクロ／マクロの偏析を考慮した場合、圧延時の温度は１２８０℃以上とはすべきでなく、歪速度調査は割愛している。
【００２２】
この調査結果は、素材の圧延温度と歪速度を適切に選択すれば、熱間加工性が良好な状態で圧延できることを意味している。また、従来のマンネスマン方式による操業では、各圧延機での素材の圧延温度に対して歪速度が適切であったとは言えないこともわかった。そこで、各圧延機において最も熱間加工性が有利とされる歪速度にて造管を行うことを本発明としたのである。
【００２３】
また、表１の結果に基づき、各圧延温度領域毎に熱間加工性良く操業するに適した歪速度の領域を整理すると、
１１５０℃≦圧延温度＜１２８０℃の温度域：歪速度≧０．７／ｓｅｃ（適正歪速度＝３．５／ｓｅｃ）、
１０５０℃≦圧延温度＜１１５０℃の温度域：１０．０／ｓｅｃ≧歪速度≧０．３／ｓｅｃ（適正歪速度＝１．７／ｓｅｃ）、
９５０℃≦圧延温度＜１０５０℃の温度域：１０．０／ｓｅｃ≧歪速度≧０．０１／ｓｅｃ（適正歪速度＝０．３／ｓｅｃ）、
圧延温度≦９５０℃の温度域：０．７／ｓｅｃ≧歪速度≧０．０１／ｓｅｃ（適正歪速度＝０．１／ｓｅｃ）
となる。したがって、本発明では、この基準により各圧延機での圧延温度及び歪速度を定めて操業を行えば、圧延疵が従来より少ない継目無鋼管が製造できることになる。
【００２４】
【実施例】
マルテンサイト系ステンレス鋼である１３質量％Ｃｒ鋼（０．２０Ｃ−０．２５Ｓｉ−０．４５Ｍｎ―１３．０Ｃｒ−０．０２Ｎ−０．１５Ｎｉ）を用い継目無鋼管を製造した。利用した工程は、前記図１の上段側に示したプラグミル方式の製造工程である。素材２の丸ビレットには、外径が２０７ｍｍφのものを用い、製品鋼管のサイズは、外径が２４４．５ｍｍφ，肉厚が１１．９９ｍｍとした。この製造において、各圧延機での圧延温度及び歪速度を本発明に従って定めた。一例として、ピアサー４での値を表２に示す。なお、表２で、水準１は従来例、水準２は本発明例の場合である。
【００２５】
【表２】
2004122137.tif 000004
【００２６】
実施結果を図２に示すが、製品で調査した内面欠陥発生率は、従来例の水準１が１４．３％であったのに対し、本発明の水準２が１．８％まで低下し、疵の発生が格段に低下している。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、マルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の圧延欠陥を大幅に減少することができた。また、成分の管理範囲を厳格にする必要がなくなり、素材コストの低減も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マンネスマン方式による継目無鋼管の製造工程を示すフロー図である。
【図２】本発明の実施結果を、内面欠陥発生率として従来と比較した図である。
【符号の説明】
１　　加熱炉
２　　素材
３　　素管
４　　ピアサー
５　　マンドレルミル
６　　エロンゲータ
７　　プラグミル
８　　リーラ
９　　レデューサ
１０　サイザー
【図１】
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【図２】
2004122137.tif 000006