(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５００〜１３００℃の温度範囲にある合金鋼の鋼片表面に粒体を噴射して、酸化スケールを除去すると共に鋼片表面の不良部を除去することを特徴とする鋼片の表面手入れ方法。
【請求項２】
鋼片の温度範囲を５００〜１１００℃とし、粒体の噴射時間ｔ（ｍｉｎ）を下記（１）式で表される時間以上とする請求項１に記載の鋼片の表面手入れ方法。
ｔ＝１０６×（３００−Ｙ）／（４００・Ｔｓ・Ｘ）  ・・・（１）
ただし、
Ｔｓ：鋼片の温度（℃）
Ｘ  ：鋼片表面への粒体の供給量（ｋｇ・ｍ−２・ｍｉｎ−１）
Ｙ  ：粒体の平均噴射速度（ｍ・ｓ−１）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼片表面にショット粒等の粒体を噴射して鋼片表面に存在する酸化スケールや不良部を除去し、それらに起因してその後の熱間圧延工程で生じる酸化スケールの噛み込み疵や表面疵を防止するための鋼片の表面手入れ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
継目無鋼管の素材となるビレット、各種の連続鋳造スラブやブルーム等の鋼片表面には、厚さが不均一な厚い酸化スケールや種々の表面不良部が存在し、それ等はその後の熱間加工において酸化スケールの噛み込み疵や表面疵の原因となる。したがって、熱間加工する前に鋼片表面は研削や溶削等による手入れがなされている。
【０００３】
以下、継目無鋼管の素材となる丸ビレットの表面手入れ方法について説明する。
【０００４】
継目無鋼管は、一般に下記のような工程で製造される。
【０００５】
鋼塊を熱間鍛造するかまたは連続鋳造によって製造された素材の丸ビレットは、ビレット加熱炉によって１１００〜１３００℃に加熱された後、穿孔圧延（ピアシング）により中空素管となる。この中空素管は、内部にマンドレルバーが挿入されてマンドレルミルにより延伸圧延され、圧延用素管とされる。この素管は、再加熱炉によって８５０〜１１００℃に再加熱された後ストレッチレデューサーまたはサイザー等の仕上げ圧延機により管外径を所定サイズにするための圧延が施される。
【０００６】
このように継目無鋼管の製造工程においては、数回にわたる圧延の工程がある。素材のビレットの製造工程のうち、鋳造や鍛造工程においては地鉄表面における疵の形成や不均一な部厚いスケールの生成は不可避であり、そのような不良部や酸化スケールを残したまま圧延を実施した場合、それらは各圧延工程において表面疵の発生原因となり、結果的に製品表面の疵となる。そのため、通常は製管工程の前、すなわちビレット加熱炉への挿入前に、ビレットの表面は常温でグラインダーやショットブラストおよびピーラーなどによって表面の不良部や酸化スケールを除去する手入れが施される。
【０００７】
前記のグラインダーやピーラによる手入れは、オフラインでの手作業となるため製造効率が低下するばかりでなく、作業者の安全衛生上からも好ましくない。また、ショットブラストによる手入れ方法は、常温の鋼片にショット粒を噴射して鋼片の表面を高速のショット粒で叩く方法であり、酸化スケールの除去は容易であるが、鋼片表面に存在する凹部や疵を除去するにはショット粒の噴射速度を高めても長時間を要し、効率がよくないという問題がある。
【０００８】
以上のような問題は、継目無鋼管の製造時のみならず、スラブやブルームの熱間圧延時においても発生しているのが現状である。すなわち、鋼片が熱間圧延される場合における共通した問題である。
【０００９】
特開平１１−７７１１５号公報には、継目無鋼管を製造するに際し、後工程のストレッチレデューサーによる仕上げ圧延中における酸化スケールの噛み込み疵の発生や加工硬化を防止する方法が開示されている。しかし、この方法ではビレット表面の酸化スケールや地鉄の表面不良に起因する前工程での疵の発生を防止することはできない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、熱間加工前の鋼片表面の酸化スケールや不良部を効率よく除去し、それらに起因してその後の熱間圧延工程で生じる酸化スケールの噛み込み疵や表面疵（例えば、製管工程で鋼管の外表面に生じる製管疵）を防止することができる鋼片の表面手入れ方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべくショット粒のような粒体による手入れ方法に注目して検討を重ねた。その結果、以下の知見を得た。
【００１２】
ａ）鋼の表面に生成する酸化スケールを加熱し、その機械的特性の温度による変化を調査した結果、５００℃以上の高温になるとスケール自体が非常に脆くなるとともに母材との密着力も低くなることが判明した。
【００１３】
ｂ）５００℃以上の高温状態で、鋼片表面に粒体を噴射して酸化スケールに衝撃を与えると、酸化スケールを極めて効率よく除去できる。
【００１４】
ｃ）さらに、酸化スケールを除去した後の鋼片自体も粒体による被研掃性が良好で、特に５００〜１３００℃で極めて良好となる。
【００１５】
本発明は、上記の知見に基づきなされたもので、その要旨は、下記の鋼片の表面手入れ方法にある。
【００１６】
５００〜１３００℃の温度範囲にある合金鋼の鋼片表面に粒体を噴射して、酸化スケールを除去すると共に鋼片表面の不良部を除去する鋼片の表面手入れ方法。
【００１７】
この鋼片の表面手入れ方法において、鋼片の温度範囲を５００〜１１００℃とし、粒体の噴射時間ｔ（ｍｉｎ）を下記（１）式で表される時間以上とすれば、鋼片表面に存在する酸化スケールや不良部を極めて効率よく除去することができ、好ましい。
【００１８】
ｔ＝１０６×（３００−Ｙ）／（４００・Ｔｓ・Ｘ）  ・・・（１）
ただし、
Ｔｓ：鋼片の温度（℃）
Ｘ  ：鋼片表面への粒体の供給量（ｋｇ・ｍ−２・ｍｉｎ−１）
Ｙ  ：粒体の平均噴射速度（ｍ・ｓ−１）
ここで、「粒体」とは、鋳鋼、鋳鉄およびアルミナ等の硬質の固体からなるショット、グリッド、カットワイヤ等であり、粒の形状は特に限定されない。
【００１９】
また、「鋼片表面に存在する不良部」とは、鋼片の製造工程で形成される表面欠陥であり、例えばビレットの場合では、前述したように、鋳造や鍛造工程で地鉄表面に形成される疵などである。以下、「表面不良部」または単に「不良部」という。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の鋼片の表面手入れ方法について具体的に説明する。
【００２１】
合金鋼の鋼片：
本発明の方法で表面手入れの対象とする合金鋼の鋼片において、合金鋼とは、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼、低合金鋼および高合金鋼である。炭素鋼は、熱間加工前の鋼片の段階では表面不良は問題にならないので除外する。
【００２２】
また、鋼片とは、連続鋳造スラブ、鍛造スラブ、ビレット、ブルーム等であり、熱間加工の前に表面の手入れが必要となる鋼片である。
【００２３】
鋼片の温度：
粒体の噴射による鋼片表面の酸化スケールおよび不良部の除去効率は、鋼片の温度の上昇とともに著しく向上する。特に、５００℃以上では研掃効率が極めて高くなる。しかし、１３００℃を超えると地鉄が軟化し、噴射した粒体が鋼中にめり込むようになる。したがって、ショット粒などの粒体を噴射するときの鋼片の温度は５００〜１３００℃とした。好ましくは８００〜１０００℃で、さらに好ましくは８００〜９００℃である。
【００２４】
粒体の噴射条件：
本発明の最も特徴とする点は、酸化スケールおよび表面不良部の研掃を高温で行うことにある。粒体は従来から脱スケール等に使用されている微小な球や、カットワイヤ状の粒でよく、材質としては、鋳鋼および鋳鉄を始めアルミナ等の適用も可能である。噴射速度（粒体の平均噴射速度）も、従来と同様８０〜２００ｍ・ｓ−１程度で十分である。ただし、効率をさらに向上させるためには、粒体供給量を多くし、より高速で噴射する方が好ましい。噴射角度も従来と同様で、被研掃面に対して５〜９０度の高範囲で実施可能である。
【００２５】
上記本発明の方法において、鋼片の温度範囲を５００〜１１００℃とし、粒体の噴射時間ｔ（ｍｉｎ）を下記（１）式で表される時間以上とすれば、研掃効果をさらに高め、酸化スケールや表面不良部を極めて効率よく除去することができるので好ましい。なお、（１）式において、Ｔｓは鋼片の温度（℃）であり、Ｘは鋼片表面に向けて噴射した粒体の量、つまり粒体の供給量を鋼片表面１ｍ２当たりおよび１分間当たりに換算した量（ｋｇ・ｍ−２・ｍｉｎ−１）、Ｙは粒体の平均噴射速度（ｍ・ｓ−１）である。
【００２６】
ｔ＝１０６×（３００−Ｙ）／（４００・Ｔｓ・Ｘ）  ・・・（１）
鋼片表面への粒体の噴射は、従来から使用されているショットブラスト設備を用いて行うことができる。噴射は短時間なので、実際の操業時には、粒体の噴射開始時の鋼片の温度（Ｔｓ）が前記鋼片の温度範囲内に入っていればよい。
【００２７】
前記（１）式は、鋼片表面に向けて噴射する粒体の噴射速度、噴射開始時の鋼片の温度および粒体の供給量を広い範囲で変化させて行った実験の結果に基づいて得られた式である。
【００２８】
図１〜図３は、鋼片としてビレットを用いて継目無鋼管を製造する際に、ビレットにショットブラスト処理を施したときのビレット表面への粒体の噴射速度、ビレットの温度または粒体の供給量と、粒体噴射時間（単位：ｓで表示）および製管疵の発生の有無との関係を示す図で、後述する実施例で得られた結果を図示したものである。なお、図中の○印は製管疵が発生しなかったことを、×印は製管疵（許容できない製管疵）が発生したことを表す。また、△印は製管疵は発生したが許容できる程度であったことを表す。
【００２９】
図１は、ビレットの温度および粒体の供給量を一定とした場合の製管疵に及ぼす粒体の噴射時間と噴射速度の影響を示す図である。粒体の噴射速度が大きいほど研削性が良好で、酸化スケールや表面不良部を効率よく除去することができる。
【００３０】
ビレット表面の研削が良好にかつ効率よく（短時間に）行われる場合の粒体の噴射速度と噴射時間の関係は、図中に破線で示すように、ほぼ一次関数で表される。この関数で表される噴射時間（ｓ）以上の時間にわたって噴射を行えば、その後の、前述した数回にわたる圧延の工程を経ても製管疵は発生しない。
【００３１】
図２は、粒体の噴射速度および供給量を一定とした場合の製管疵に及ぼす粒体の噴射時間とビレットの温度の影響を示す図である。研削性はビレット温度が高いほど良好であり、研削が良好にかつ効率よく行われる場合のビレットの温度と粒体の噴射時間の関係は、図１の場合と同様、ほぼ一次関数で表される（図中に破線で表示）。この関数で表される噴射時間（ｓ）以上の噴射を行えば、製管疵は発生しない。
【００３２】
図３は、粒体の噴射速度およびビレットの温度を一定とした場合の製管疵に及ぼす粒体の噴射時間と供給量の影響を示す図である。粒体供給量が多いほど研削性は良好である。研削が良好にかつ効率よく行われる場合の粒体の供給量と噴射時間の関係は、図１および図２の場合と同様、ほぼ一次関数で表される（図中に破線で表示）。この関数で表される噴射時間（ｓ）以上の噴射を行えば、製管疵は発生しない。
【００３３】
上記の図１〜図３に示した結果を考慮して、ショットブラストによるビレット表面の研削における好ましい条件、すなわち酸化スケールや表面不良部が短時間に効率よく除去される条件を数式で表示したものが前記の（１）式である。
【００３４】
この（１）式を用いれば、鋼片表面への粒体の噴射条件を最適化することが可能で、例えば、ビレットの温度、ビレット表面への粒体の噴射速度および粒体の供給量が決まった場合に、上記（１）式から求められる粒体の噴射時間ｔ（ｍｉｎ）が最適噴射時間になる。この最適噴射時間以上の時間にわたり上記所定の高温状態にあるビレット表面へ向けて粒体を噴射することにより、その後の製管工程で疵を発生しないビレットを提供することができる。
【００３５】
以上、本発明の鋼片の表面手入れ方法を鋼片がビレットの場合を例にとって説明したが、ビレットに限らず、それとは形状が異なるスラブやブルーム等にも適用可能である。
【００３６】
本発明の表面手入れ方法では、上述したように鋼片が高温になっている間に鋼片表面に粒体を噴射しなければならない。したがって、製造工程を考慮した生産性の観点から、オンラインで実施するのが好ましく、さらに熱エネルギーの有効利用の観点からすると、熱間鍛造直後または連続鋳造直後の冷却過程で鋼片が上記所定の温度範囲内にある間に行うことが最も好ましい。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
鋼片として表１に示す化学組成の合金鋼の鍛造ビレットを用いた。鋼種は、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼および高合金鋼である。
【００３８】
【表１】
0004655379.tif 000002
表１に示す化学組成の合金鋼を溶解して得られたインゴットを熱間鍛造によって外径１９２ｍｍの丸ビレットとした。このビレットに、熱間鍛造直後の１３００℃から後述する表３〜表１０に示す各温度で、表２に示す８種類の粒体を平均噴射速度を１２０〜１８０ｍ・ｓ−１の範囲で変化させて噴射し、表面研掃を行った。鋼片表面に向けて噴射した粒体の量、つまり粒体供給量は、いずれも、ビレット表面１ｍ２あたり１ｋｇ・ｓ−１とし、粒体の鋼片表面への平均衝突角は４５度となるよう調節した。
【００３９】
【表２】
0004655379.tif 000003
この後、回転炉床加熱炉において１２５０℃に加熱し、マンネスマンピアサ−によって外径１９２ｍｍ、肉厚１６ｍｍの中空素管を製造し、続いてマンドレルミルによって外径１５１ｍｍ、肉厚６．５ｍｍの圧延用素管とし、再加熱炉で１１００℃、２０分加熱後ストレッチレデューサーによって外径６３．５ｍｍ、肉厚５．５ｍｍの仕上げ用素管とした。仕上げ用素管は９８０℃で６５分間加熱した後高圧水による焼入れ処理を施し、さらに７００℃で焼戻し処理をした。
【００４０】
この後、酸洗処理によって表面スケ−ルを除去し、表面疵の有無を目視により調査した。
【００４１】
結果を表３〜表１０に示す。各表の右上欄外に記した噴射条件の記号Ａ〜Ｈは表２に示した噴射条件の記号Ａ〜Ｈにそれぞれ対応する。なお、各表には、実際の噴射時間を「実噴射時間」として、また、前述した（１）式から求めた粒体噴射時間を「最適噴射時間」として付記した。
【００４２】
表中の評価記号の◎印は疵が全く無いことを、○印は多少の疵はあるが製品として許容できることを、△印は冷却中にスケールが生成し、脱スケールが必要であるが疵は許容できる程度であることを、×印は許容できない疵が発生することを、それぞれ示す。
【００４３】
【表３】
0004655379.tif 000004
【表４】
0004655379.tif 000005
【表５】
0004655379.tif 000006
【表６】
0004655379.tif 000007
【表７】
0004655379.tif 000008
【表８】
0004655379.tif 000009
【表９】
0004655379.tif 000010
【表１０】
0004655379.tif 000011
表３〜表１０に示した結果から明らかなように、鋼Ｎｏ．１〜１０のいずれの鋼においても、また、Ａ〜Ｈのいずれの噴射条件においても、５００〜１３００℃の温度域のビレットを粒体噴射により表面研掃した場合は、製管後の鋼管の外表面には疵が全く無いか、許容できる程度の疵であり、表面状態は良好であった。なお、ビレット温度が１３００℃を超えた状態で粒体による研掃を行った場合は、ビレット表層部への粒体のめりこみが生じ、製管後の表面状態が斑となり不良であった。また、ビレットが室温の状態で粒体により研掃した場合は、鋼Ｎｏ．１〜１０のいずれの鋼においても、また、Ａ〜Ｈのいずれの噴射条件においても、許容できない表面疵が発生していた。
（実施例２）
鋼片として表１１に示す化学組成の合金鋼の鍛造ビレットを用いた。
【００４４】
【表１１】
0004655379.tif 000012
表１１に示す化学組成の合金鋼を溶解して得られたインゴットを熱間鍛造によって外径１９２ｍｍの丸ビレットとした。このビレットに、種々の条件で粒体を噴射し、表面研削試験を行った。粒体には市販のアルミナ（６０番）を用いた。
【００４５】
表面研削試験は、ビレットの温度を６００、８００または１０００℃、ビレット表面への粒体の供給量を２０００、４０００、６０００または８０００ｋｇ・ｍ−２・ｍｉｎ−１、粒体の噴射速度を８０、１００、１２０、１４０または１６０ｍ・ｓ−１とし、粒体噴射時間を種々変化させて行った。粒体の鋼片表面への平均衝突角は４５度とした。
【００４６】
この後、実施例１の場合と同様に、回転炉床加熱炉において１２５０℃で加熱し、マンネスマンピアサ−によって外径１９２ｍｍ、肉厚１６ｍｍの中空素管を製造し、続いてマンドレルミルによって外径１５１ｍｍ、肉厚６．５ｍｍの圧延用素管とし、再加熱炉で１１００℃、２０分加熱後ストレッチレデューサーによって外径６３．５ｍｍ、肉厚５．５ｍｍの仕上げ用素管とした。仕上げ用素管は９８０℃で６５分間加熱した後高圧水による焼入れ処理を施し、さらに７００℃で焼戻し処理をした。
【００４７】
この後、酸洗処理によって表面スケ−ルのみを除去し、表面疵の有無を目視により調査した。
【００４８】
結果を図１〜図３に示す。この結果は鋼Ｎｏ．Ｂについての結果であるが、鋼Ｎｏ．Ａでも同等の結果が得られた。
【００４９】
図１は製管疵に及ぼす粒体の噴射時間と噴射速度の影響（ビレット温度は８００℃、粒体供給量は４０００ｋｇ・ｍ−２・ｍｉｎ−１で一定）を示す図、図２は製管疵に及ぼす粒体の噴射時間とビレットの温度の影響（粒体噴射速度は１００ｍ・ｓ−１、粒体供給量は４０００ｋｇ・ｍ−２・ｍｉｎ−１で一定）を示す図、また、図３は製管疵に及ぼす粒体の噴射時間と供給量の影響（粒体噴射速度は１００ｍ・ｓ−１、ビレット温度は８００℃で一定）を示す図である。なお、図中の○印は製管疵が発生しなかったことを、×印は製管疵（許容できない製管疵）が発生したことを表す。また、△印は製管疵は発生したが許容できる程度であったことを表す。
【００５０】
図１〜図３に示した結果から、粒体の噴射速度が大きいほど（図１参照）、粒体噴射時のビレットの温度が高いほど（図２参照）、また粒体の供給量が多いほど（図３参照）、研削性が良好になることが明らかである。また、図１〜図３のの図中に示した破線から上の部分では、つまり破線が示す噴射時間（単位：ｓ）以上の時間にわたって粒体の噴射を行った場合は、その後の製管工程で製管疵は発生しなかった。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の鋼片の手入れ方法によれば、熱間加工前の鋼片表面の酸化スケールや不良部を効率よく容易に除去することができ、これによって、熱間圧延工程で生じる酸化スケールの噛み込み疵や表面疵の発生を防止して表面性状のよい製品を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】製管疵に及ぼす粒体の噴射時間と噴射速度の影響（ビレットの温度および粒体の供給量は一定）を示す図である。
【図２】製管疵に及ぼす粒体の噴射時間とビレットの温度の影響（粒体の噴射速度および供給量は一定）を示す図である。
【図３】製管疵に及ぼす粒体の噴射時間と供給量の影響（粒体の噴射速度およびビレットの温度は一定）を示す図である。
【図１】
0004655379.tif 000013
【図２】
0004655379.tif 000014
【図３】
0004655379.tif 000015