(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、製品に圧延疵が出現しないボイラー及びその配管用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質量％以下，Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％，Ｓｉ：０．２０〜１．０質量％、Ｃｒ：８．０〜１０．０質量％，Ｍｏ：０．８５〜１．１０質量％，Ｐ：０．０３０質量％以下，Ｓ：０．０３０質量％以下を含み，残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる素材を、種々の圧延機を備えたマンドレル方式の圧延工程で継目無鋼管とする。その際、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、該素材を圧延するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１５質量％以下，Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％，Ｓｉ：０．２０〜１．０質量％、Ｃｒ：８．０〜１０．０質量％，Ｍｏ：０．８５〜１．１０質量％，Ｐ：０．０３０質量％以下，Ｓ：０．０３０質量％以下を含み，残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる素材を、種々の圧延機を備えたマンドレル方式の圧延工程で継目無鋼管とするに際して、
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ボイラー及びその配管用継目無鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記素材の圧延時の歪速度が、下記範囲を満足することを特徴とする請求項１記載のボイラー及びその配管用継目無鋼管の製造方法。
１２５０℃≦圧延温度の温度域：  歪速度≧１．０／ｓｅｃ，
１２００℃≦圧延温度＜１２５０℃の温度域：  歪速度≧０．６／ｓｅｃ，
１１５０℃≦圧延温度＜１２００℃の温度域：  ３．５／ｓｅｃ≧歪速度≧０．３／ｓｅｃ，
圧延温度＜１１５０℃の温度域：  １．４／ｓｅｃ≧歪速度
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラー及びその配管用継目無鋼管の製造方法に係わり、特に、所謂「９％Ｃｒ合金鋼」を素材にしても、マンネスマン方式の傾斜圧延法で、内外面に圧延疵を発生させずに継目無鋼管を安定して製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、火力発電あるいは化学工業で使用される高温機器は、より高温、高圧に耐えることが要求されている。そのため、機器の素材にする鋼材のクリープ特性を向上させるために、９〜１２質量％のＣｒを含有する鋼材が開発され、ＪＩＳ，ＡＳＴＭに規格登録もされている。
【０００３】
一般に、鋼材は、Ｃｒ含有量が多くなると、クリープ特性は向上するが、その反面で加工性が低下する。従って、これら高Ｃｒ鋼の開発に際しては、加工性の限界を探りつつ、クリープ特性を向上させようとする努力がなされてきた。しかしながら、そのような鋼材を素材にして、マンネスマンミル等の傾斜圧延方式で継目無鋼管を製造しようとしても、圧延自体が困難であるという問題があった。
【０００４】
継目無鋼管は、図１に示すように、マンネスマン・マンドレル方式又はマンネスマン・プラグミル方式の圧延工程で成形されるのが一般的である。つまり、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。
【０００５】
このマンネスマン方式の傾斜圧延は、鋼材の熱間加工のなかでも鋼材に最も苛酷な負荷を与える加工方法として知られ、前記鋼材をこの方法で圧延すると、製品の内外面に圧延疵の発生することが多い。そして、該圧延疵の発生は、以下の現象が影響すると考えられている。
１）Ｃｒを始めとした合金元素を多量に含むので、その加工性不足に起因して脆化割れが起きる
２）加熱炉での過度の温度上昇で、素材に熱間加工性の劣るδ―フェライト相が析出し、その析出物の溶融に伴い結晶粒界の滑り破壊が起きる
このような現象は、マンネスマン方式の圧延方法が、図１に示したように、種々の圧延機を複数使用するためである。すなわち、圧延工程が複雑で時間がかかるため、圧延時の素材の温度降下が大きく、素材の熱間加工性を維持するには、できる限り高い温度で圧延したいが、一方で過度の温度上昇は、上記のように疵を発生し易くするので、各圧延機での素材の圧延温度は、再加熱炉より下流側のものを除き、一律に決定され、δ―フェライト相の析出温度の直下程度で圧延が開始されるからである。
【０００６】
このような圧延中の割れ問題に対しては、対策も提案されている。例えば、熱間加工温度域での素材の金属組織をオーステナイト単相にするため、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｃ，Ｎ等の主要合金元素の添加量を適切にバランスさせる技術がある（特許文献１参照）。また、Ｓに代表される熱間加工性に有害な不純成分の含有量を特に低く制限することも提案されている（特許文献２及び３）。
【０００７】
しかしながら、９〜１２質量％のＣｒを含有する鋼材にこのような対策を施しても、熱間加工性の低下に伴う疵の発生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を増加したり、Ｓを始めとする不純成分の低減という対策は、製鋼段階でのコストアップを招くので、経済的見地より望ましくない。
【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）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、製品に圧延疵が出現しないボイラー及びその配管用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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者は、上記目的を達成するため、圧延対象素材の熱間加工性に及ぼす圧延温度及び歪速度の影響について鋭意研究を重ね、圧延時の素材温度（以下、圧延温度という）に応じて歪速度を調整するようにすれば、良好な熱間加工性を維持でき、その結果として製品の圧延疵が低減できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明は、Ｃ：０．１５質量％以下，Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％，Ｓｉ：０．２０〜１．０質量％、Ｃｒ：８．０〜１０．０質量％，Ｍｏ：０．８５〜１．１０質量％，Ｐ：０．０３０質量％以下，Ｓ：０．０３０質量％以下を含み，残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる素材を、種々の圧延機を備えたマンドレル方式の圧延工程で継目無鋼管とするに際して、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ボイラー及びその配管用継目無鋼管の製造方法である。この場合、前記素材の圧延時の歪速度が、下記範囲を満足するのが好ましい。
１２５０℃≦圧延温度の温度域：  歪速度≧１．０／ｓｅｃ，
１２００℃≦圧延温度＜１２５０℃の温度域：  歪速度≧０．６／ｓｅｃ，
１１５０℃≦圧延温度＜１２００℃の温度域：  ３．５／ｓｅｃ≧歪速度≧０．３／ｓｅｃ、
圧延温度＜１１５０℃の温度域：  １．４／ｓｅｃ≧歪速度
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ボイラー及びその配管用継目無鋼管の圧延欠陥を大幅に減少することができる。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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
まず、本発明が対象とする継目無鋼管は、下記組成の合金鋼を素材に製造されるものである。これは、ＪＩＳ  Ｇ３４６２−ＳＴＢＡ２６並びにＡＳＴＭ  Ａ２１３／２１３Ｍ−Ｔ９及びＴ９１として規定されている。このように各成分の含有量を限定した理由は、下記の通りである。
Ｃ：０．１５質量％以下
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が、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：０．３０〜０．６０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、０．３０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、０．６０質量％を上限とする。
Ｓｉ：０．２０〜１．００質量％
Ｓｉは、製鋼段階で脱酸剤として必要な元素であるので、下限を０．２０質量％とし、一方、あまり多量に含有させると鋼の靭性を劣化させるので、１．００質量％を上限にする。
Ｃｒ：８．０〜１０．０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８．０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１０．０質量％にする。
Ｍｏ：０．８５〜１．１０質量％
Ｍｏは、結晶粒間の腐食を防止し、溶接性を高め、鋼板の高温強度を増加する。ただし、過剰な添加は、ＭｏＣ２の析出による二次硬化が促進され過ぎることになり、また経済的にもよろしくない。そこで、０．８５〜１．１０質量％を上下限とした。
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：０．０３０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、０．０３０質量％を上限とする。
【００１４】
さらに、本発明では、上記成分の他に、必要な強度及び耐食性を得るため、Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ、Ｎｉ，Ｃｕ及びＮ等を適切な量添加しても良い。
【００１５】
次に、発明者は、上記した合金鋼を素材にして、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、前記したように、素材の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。
【００１８】
そこで、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、９質量％Ｃｒ鋼（０．１０Ｃ−０．２５Ｓｉ−０．４５Ｍｎ−９．０Ｃｒ−１．０Ｍｏ）を素材にして、その熱間加工性に及ぼす圧延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（縦軸）及び歪速度（横軸）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】
2005131688.tif 000003
【００２１】
これまでの知見からは、「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１２５０℃の圧延温度域では、歪速度が１．０／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０．６／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。一方、１０００℃の圧延温度域に着目すると、０．１〜１０／ｓｅｃの歪速度範囲では、いずれも７５％を下回っているものの、歪速度を下げた方がより絞り値は高い値を示す。なお、９．０質量％Ｃｒ鋼のδフェライト相の析出温度（ＡＣ4）は１２６０℃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１２６０℃以上とはすべきでなく、歪速度調査を割愛した。
【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、
１２５０℃≦圧延温度の温度域：  歪速度≧１．０／ｓｅｃ，特に、適正歪速度＝１０／ｓｅｃ
１２００℃≦圧延温度＜１２５０℃の温度域：  歪速度≧０．６／ｓｅｃ，特に、適正歪速度＝３．５／ｓｅｃ
１１５０℃≦圧延温度＜１２００℃の温度域：  ３．５／ｓｅｃ≧歪速度≧０．３／ｓｅｃ、特に、適正歪速度＝１．８／ｓｅｃ
圧延温度＜１１５０℃の温度域：  １．４／ｓｅｃ≧歪速度，特に、適正歪速度＝１．４／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。
【実施例】
【００２４】
９質量％Ｃｒ鋼（０．１０Ｃ−０．２５Ｓｉ−０．４５Ｍｎ―９．０Ｃｒ−１．０Ｍｏ）を用いて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２６０ｍｍφのものを用い、製品鋼管のサイズは、外径が３２３．９ｍｍφ，肉厚が３３．３ｍｍ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。ピアサー４での圧延温度、並びにその際の各圧延機での圧延温度及び歪速度を表２に示すように設定した。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】
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【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１８．７％であったのに対し、本発明の水準２が２．４％まで低下し、疵の発生が格段に低下している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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】
【００２８】
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】
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