(57)【要約】      （修正有）【課題】Cr含有率が2.0質量％以上、18.0質量％以下の高Cr鋼の丸鋳片を、製管時の内面疵を防止して連続鋳造可能とする。【解決手段】内面側の直径が400mm以下の円形断面鋳型４を使用する。鋳込み速度を0.6m／min以上、2.4m／min以下とする。表面温度が800℃以上、1100℃以下の間で丸鋳片９が完全に凝固した後に、鋳片圧下比率REDが10.0％以上、30.0％以下の圧下を、１基もしくは複数基からなるピンチロールで加え、圧下方向の幅寸法が圧下方向と直交する方向の自由面側の幅寸法より小さくなるように扁平化する。扁平化した鋳片を、１基もしくは複数基からなる整形ロールにより、鉛直に圧下された方向と直交する方向から圧下し、扁平化させることなく所定サイズの円形断面に整形する。【選択図】図１
2013180307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２．０質量％以上、１８．０質量％以下のCrを含有する高Cr鋼を連続鋳造して鋳片を製造する方法であって、
内面側の直径が４００mm以下の円形断面鋳型を使用し、
鋳込み速度を０．６m／min以上、２．４m／min以下とし、
表面温度が８００℃以上、１１００℃以下の間で丸鋳片が完全に凝固した後に、鋳型の前記内面側の直径に対する鋳片外径の圧下比率（鋳片圧下比率RED）が１０．０％以上、３０．０％以下の圧下を、１基もしくは複数基からなるピンチロールで加え、圧下方向の幅寸法が圧下方向と直交する方向の自由面側の幅寸法より小さくなるように扁平化し、扁平化した鋳片を、１基もしくは複数基からなる整形ロールにより、鉛直に圧下された方向と直交する方向から圧下し、扁平化させることなく所定サイズの円形断面に整形することを特徴とする継目無鋼管製造用連続鋳造鋳片の製造方法。
【請求項２】
丸鋳片を扁平化する際の前記鋳片圧下比率RED（％）を、外径圧下直前の丸鋳片の鋳片表面温度TMP（℃）によって下記式を満足する条件下で行うことを特徴とする請求項１に記載の継目無鋼管製造用連続鋳造鋳片の製造方法。
１０％≦RED≦０．０３３３×TMP−６．６３
【請求項３】
請求項１又は２に記載の円形断面に整形した丸鋳片を、プラグ先端ドラフト率が６．０％以下の条件でマンネスマン製管することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２．０質量％以上、１８．０質量％以下のCrを含有する高Cr鋼の横断面が円形の丸鋳片を用いてマンネスマン方式により継目無鋼管を製造する際に、鋼管の内表面に発生しやすい欠陥を低減することが可能な丸鋳片を連続鋳造で製造する方法、及びこの丸鋳片から継目無鋼管を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油井管やラインパイプ等の用途に用いられる継目無鋼管は、横断面が矩形の連続鋳造鋳片を分塊圧延した丸鋳片や、内面側の横断面が円形の鋳型を用いて連続鋳造したまま（以下、アズキャストという。）の丸鋳片を、マンネスマン製管やユジーン製管等の方法で中空の素管に加工し、抽伸、熱処理などの工程を経て製造されている。以下、内面側の横断面が円形の鋳型を円形断面鋳型という。
【０００３】
この際、前記矩形の連続鋳造鋳片を分塊圧延して丸鋳片を製造すると、端面に圧延の非定常部が発生するため、クロップとして切断する必要があり、製造コスト悪化の一因となっている。このため、素材コストのより安価なアズキャストの丸鋳片を用いて、不良箇所の発生無く製管を行うことが求められている。
【０００４】
しかしながら、円形断面鋳型を用いて連続鋳造した鋳片は、最終凝固位置が中心に集中するため、矩形の連続鋳造鋳片と比較して最終凝固時の凝固収縮に伴って発生する軸芯割れやポロシティが悪化し、製管時に中心部の穿孔圧延を行う際の内面疵発生の原因となる。
【０００５】
特に、Cr含有率の高いステンレス鋼は、最終凝固付近の凝固シェルの脆弱なフェライト相の含有率が高く、Cr含有率の増加に伴い溶鋼粘度が増加するため、Crを含有しない普通鋼と比較して軸芯割れ、ポロシティが悪化する。また、凝固中のミクロ偏析により、P，S濃化やδフェライトの発生により熱間加工性も悪化するため、アズキャストの丸鋳片を製管に供することは困難であった。
【０００６】
従って、Cr含有鋼の連続鋳造においては、鋳片内質改善を目的に、連続鋳造機内において、鋳片の圧下を行うなど、種々の製造方法が提案されてきた。
【０００７】
例えば特許文献１には、連続鋳造により製造したCr含有鋼の丸鋳片を凝固完了後に一定の間隔で切断した後、直径方向から圧下して扁平化した後に最大径の方向より圧下を加えて鋳型断面と比較して断面積を１０〜４０％程度減少させることで、内部欠陥に優れた丸鋳片とする方法が記載されている。
【０００８】
しかしながら、前記切断後の鋳片は、連続鋳造機内と比較して表面温度が低く、熱間加工性も劣るため、少数の圧延機で内質改善に要求される圧下を行うには、個々の圧延機の圧下力、剛性を大きくする必要があり、設備費が増加する。
【０００９】
また、特許文献２には、特許文献１に記載の方法おいて、直径方向から圧下して鋳片を扁平化する工程と、扁平化した鋳片の最大径の方向より圧下を加える工程を、複数回繰り返す方法が記載されている。
【００１０】
また、特許文献３には、０．５質量％以上のCrを含有するCr含有鋼の丸鋳片を連続鋳造により製造し、凝固完了後に直径方向から圧下して扁平化し、扁平化した鋳片の最大径の方向より圧下を加えるという工程を複数回繰り返して鋳型断面と比較して減面率で４〜２５％減少させることで、内部欠陥に優れた丸鋳片を得る方法が記載されている。
【００１１】
しかしながら、特許文献２，３に記載されたような、扁平化工程を複数回行うと、鋼片内中心部の応力は圧縮応力と引張り応力が繰り返されることで中心部には大きなせん断応力が作用し（回転鍛造効果）、鋼片温度、Crの含有量によっては中心部の欠陥が改善される場合もあるが、逆に回転鍛造効果によって中心部の欠陥が悪化する危険性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３５３３８３１号公報
【特許文献２】特許第３５３３８３４号公報
【特許文献３】特許第３６４８８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする問題点は、Cr含有率の高いステンレス鋼をアズキャストの丸鋳片とする従来方法は、個々の圧延機の圧下力、剛性を大きくする必要があり、設備費が増加したり、回転鍛造効果によって中心部の欠陥が悪化する危険性があるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、
Cr含有率が２．０質量％以上、１８．０質量％以下の高Cr鋼の丸鋳片を連続鋳造する際に、製管時の内面疵を防止した継目無鋼管を製造可能とするために、
内面側の直径が４００mm以下の円形断面鋳型を使用し、
鋳込み速度を０．６m／min以上、２．４m／min以下とし、
表面温度が８００℃以上、１１００℃以下の間で丸鋳片が完全に凝固した後に、鋳型の前記内面側の直径に対する鋳片外径の圧下比率（鋳片圧下比率RED）が１０．０％以上、３０．０％以下の圧下を、１基もしくは複数基からなるピンチロールで加え、圧下方向の幅寸法が圧下方向と直交する方向の自由面側の幅寸法より小さくなるように扁平化することを最も主要な特徴としている。
【００１５】
上記本発明では、Cr含有率が２．０質量％以上、１８．０質量％以下の高Cr鋼の最終凝固時に発生する軸芯割れ、ポロシティ等の鋳片内質欠陥を、凝固後圧下により減少させることで、鋼管の内面疵の少ない継目無鋼管を製造することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Cr含有率が２．０質量％以上、１８．０質量％以下の高Cr鋼を、連続鋳造鋳片の内面品質の改善と製管条件の適正化により、製管時の内面疵を防止できる継目無鋼管用丸鋳片の製造が可能となる。また、分塊圧延工程の省略による生産工期の短縮、およびエネルギー、作業費低減、歩留向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】鋳片圧下比率と、鋳片内部欠陥の鋳型内面側の直径に対する比率（以下、鋳片内部欠陥比率という。）の関係を示した図である。
【図２】鋼管の内面欠陥に対するプラグ先端ドラフト率と鋳片内部欠陥比率の関係を示した図である。
【図３】鋳片の表面温度と圧下比率の関係を示した図である。
【図４】丸鋳片製造用の連続鋳造設備の構成例を示す側面方向から見た縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、Crを２．０質量％以上、１８．０質量％以下含有する高Cr鋼の丸鋳片を連続鋳造する際に、製管時の内面疵を防止した継目無鋼管を製造可能とするという目的を、連続鋳造鋳片の内面品質の改善と製管条件の適正化により実現した。
【００１９】
すなわち、本発明は、２．０質量％以上、１８．０質量％以下のCrを含有する高Cr鋼を連続鋳造して、製管時の内面疵を防止できる加工性の良い鋳片を製造する方法であり、以下の条件で行うものである。
【００２０】
本発明において、２．０質量％以上、１８．０質量％以下のCrを含有する高Cr鋼を対象とするのは、かかる高Cr鋼は、最終凝固付近の凝固シェルの脆弱なフェライト相の含有率が高く、Cr含有率の増加に伴い溶鋼粘度が増加して軸芯割れ、ポロシティが悪化するからである。また、凝固中のミクロ偏析により、P，S濃化やδフェライトの発生により熱間加工性も悪化するからである。
【００２１】
・内面側の直径が４００mm以下の円形断面鋳型を使用する。
鋳型の内面側の直径が４００mmを超えると、製造した丸鋳片の圧下を行う際に、内質改善に必要とされる圧下量が増加し、必要とされる圧下ロールの圧下力、トルクが大きくなって、設備投資費が増加するためである。
【００２２】
・鋳込み速度を０．６m／min以上、２．４m／min以下とする。
鋳込み速度が０．６m／min未満では、鋳型内の連続鋳造用パウダーの滓化不良による外表面の欠陥の発生、表面温度の低下による外径圧下量の低下が発生するからである。一方、２．４m／minを超えると、最終凝固位置の鋳造方向下流側への後退により中心部の未凝固厚が狭まり最終凝固時に溶鋼が閉じ込められるブリッジングによるザク、ポロシティ発生により鋳片内部品質が悪化するためである。
【００２３】
・表面温度が８００℃以上、１１００℃以下の間で丸鋳片が完全に凝固した後に圧下を行う。
丸鋳片の外表面をロールなどで塑性加工する場合、外径圧下量が増加すると圧下面とその圧下面と直交する自由面側の外表面で割れ疵やしわ疵が多発するため、本発明では、鋳片の熱間加工性を考慮して外表面の温度を８００℃以上とする。上限の温度は鋳片横断面内において完全に凝固が完了していることを示す指標として１１００℃以下とする。
【００２４】
・鋳片圧下比率REDが１０．０％以上、３０．０％以下の圧下を、１基もしくは複数基からなるピンチロールで加え、圧下方向の幅寸法が圧下方向と直交する方向の自由面側の幅寸法より小さくなるように扁平化する。
以下、この条件で圧下する理由を説明する。
【００２５】
図１に鋳片圧下比率と鋳片内部欠陥比率の関係を示す。鋳片圧下比率が２０．０％以上の場合、鋳片の内部欠陥は消失するが、鋳片圧下比率が１０．０％未満の場合は鋳片の内部欠陥比率が増加して５％を超えることもある。
【００２６】
図２に製管時の鋼管の内面に発生した欠陥に対するプラグ先端ドラフト率と鋳片内部欠陥比率の関係について示す。製管時の鋼管の内面疵発生の有無をまとめた図２に示した結果より、鋳片内部欠陥比率が増大するほど製管時の鋼管の内面欠陥の発生率が増大する傾向にあることが分かる。
【００２７】
鋼管の内面欠陥の原因となる中心ポロシティを起点としたき裂を進展させるマンネスマン破壊を低減するためには、図２より、マンネスマン製管において下記式により定義されているプラグ先端ドラフト率を６．０％以下にすることが望ましいことが分かる。
｛（丸鋳片外径−プラグ接触時のピアサーロール間隔）／丸鋳片外径｝×１００％
【００２８】
しかしながら、プラグ先端ドラフト率の過度の低下は丸鋳片の噛み込み性を悪化させ、操業安定性を損なう結果となる。
【００２９】
そこで、発明者らは、プラグ先端ドラフト率の低下の選定には、鋳片圧下比率との関係を把握することが重要である点に着目し、上記２因子が鋳片内部欠陥比率に及ぼす影響を調査する試験を重ねた。
【００３０】
その結果、安定した噛み込みによる製管と品質の両立を目的に、鋳片圧下比率が１０．０％以上、３０．０％以下の圧下を加えることで、図２における鋳片内部欠陥比率が５．０％以下、すなわち、プラグ先端ドラフト率が６．０％以下の条件下で製管を行うことが最も望ましいことを知見した。
【００３１】
この際に、鋳片圧下比率の上限を３０．０％とするのは、３０．０％を超える鋳片圧下比率で扁平化させると、次の圧下パススケジュールにおいて、整形ロールで丸形状に成形する際、扁平化した材料が倒れ易くなり、整形ラインが停止するなどの問題が生じるためである。
【００３２】
また、発明者らは、鋳片圧下比率REDと鋳片表面温度TMPが、上述した圧下面と直交する鋳片自由面側の外表面での欠陥（割れ疵やしわ疵）の発生に影響することを見出し、鋳片表面温度TMPが８００℃の場合、鋳片圧下比率REDは２０％を上限とし、鋳片表面温度TMPが１１００℃の場合、鋳片圧下比率REDは３０％を上限とする下記式の範囲内で鋳片圧下比率REDを決定することが望ましいことを知見した（図３参照）。鋳片表面欠陥は手入れにより除去することが可能であるが、作業効率の向上の観点からも、下記式の範囲内で圧下を行うことが望ましい。
１０％≦RED≦０．０３３３×TMP−６．６３
【００３３】
その結果、発明者らは、前述の特許文献３に記載された減面率と同等、或いはそれよりも大きな減面率相当の鋳片圧下比率による圧下を実現するとともに、圧下を加えるという工程を必ずしも複数回繰り返す必要性が無いことを見出した。
【００３４】
鋳片に発生する内部欠陥を抑制するには、１０．０％以上、３０．０％以下の鋳片圧下比率の圧下が必要であるが、圧延ローラまたはピンチロールの負荷能力に余裕があれば鋳片圧下比率は３０．０％以下とすることが望ましい。
【００３５】
連続鋳造鋳片は表面温度の低下により熱間加工性が低下し、圧下に要する圧下力が増大するため、高温の連続鋳造機内の鋳片に対して圧下を行うことで、設備費用を抑制しつつ、鋳片欠陥の無い連続鋳造鋳片を製造する事が可能となる。この際、圧下に用いる圧延機として、鋳片の矯正、保持に用いられる、ピンチロールを適用しても良い。
【００３６】
すなわち、本発明は、発明者らの上記知見に基づいてなされたものであり、
２．０質量％以上、１８．０質量％以下のCrを含有する高Cr鋼を連続鋳造して鋳片を製造する方法であって、
内面側の直径が４００mm以下の円形断面鋳型を使用し、
鋳込み速度を０．６m／min以上、２．４m／min以下とし、
表面温度が８００℃以上、１１００℃以下の間で丸鋳片が完全に凝固した後に、鋳型の前記内面側の直径に対する鋳片外径の圧下比率（鋳片圧下比率RED）が１０．０％以上、３０．０％以下の圧下を、１基もしくは複数基からなるピンチロールで加え、圧下方向の幅寸法が圧下方向と直交する方向の自由面側の幅寸法より小さくなるように扁平化することを主要な特徴とするものである。
【００３７】
その際、丸鋳片を扁平化するときの鋳片圧下比率RED（％）を、外径圧下直前の丸鋳片の鋳片表面温度TMP（℃）によって下記式を満足する条件下で行うことが望ましい。
１０％≦RED≦０．０３３３×TMP−６．６３
【００３８】
そして、前記扁平化した鋳片を、１基もしくは複数基からなる整形ロールにより、鉛直に圧下された方向と直交する方向から圧下し、扁平化させることなく所定サイズの円形断面に整形する。
【００３９】
このような本発明方法で製造した丸鋳片は、扁平化した鋳片を丸形状に整形する際に、複数回の直交する方向から扁平化を行うことがないので回転鍛造効果を抑制できる。従って、真円度に優れ、鋳片の外面品質と内部品質が良好となる。
【００４０】
なお、整形ロールとは、鉛直に圧下された方向と直交する方向から圧下し、扁平化させることなく所定のサイズの丸断面に整形する圧下ロールである。この際、扁平化した鋳片を整形するのは、連続鋳造機内、鋳片切断後の分塊圧延のいずれでも良い。
【００４１】
所定サイズの円形断面に整形した後は、その丸鋳片をプラグ先端ドラフト率が６．０％以下の条件でマンネスマン製管する。このように、内部欠陥を抑制した丸鋳片をプラグ先端ドラフト率が６．０％以下の条件にて製管を行うことで、製管時の鋼管の内面に発生する欠陥の防止が可能となる。
【実施例】
【００４２】
図４は丸ビレット鋳片の連続鋳造設備の構成例を示す側面方向から見た縦断面図であり、図４中の１はタンディッシュ、３は浸漬ノズル、４は鋳型、５は鋳型直下の鋳造用ロール、６は同じく二次冷却スプレー帯、８はピンチロールである。
【００４３】
通常の連続鋳造では、取鍋からタンディッシュ１に注がれた溶鋼２が浸漬ノズル３を介して鋳型４に注湯される。鋳型４に注湯された溶鋼２は、ピンチロール８の回転駆動により鋳造用ロール５群に沿って引き抜かれながら、二次冷却スプレー帯６によって凝固シェル７の表面が冷却され、凝固が進行して丸鋳片９が製造される。
【００４４】
この時のピンチロール８の丸鋳片９に対する圧下力（または保持力）は、鋳片自体の自重及び湾曲状で引き抜かれてきた丸鋳片９を真っ直ぐに矯正する際に、必要最小限の圧下量にて丸鋳片９を保持しながら設定された引抜速度にて回転駆動される。
【００４５】
本発明は、連続鋳造機内に設置したピンチロール８ａによって圧下を行い、その際、丸鋳片９に対する圧下量を鋳型４の内面側の直径に対して、１０．０〜３０．０％の圧下を与えながら丸鋳片９の引抜を行うことにより、丸鋳片９の内質を改善することにある。
【００４６】
この際、圧下に用いるピンチロール８ａは、複数のピンチロール８を適用しても構わない。圧下された丸鋳片９は、連続鋳造機内、若しくは鋳片切断後の分塊圧延で設置した整形ロール１０において、楕円状に変形した丸鋳片を所定のサイズの丸鋳片に圧延成形後、継目無鋼管用の素材とする。
【００４７】
下記表１は、図４の連続鋳造機を使用して、１３質量％のCrを含有する高Cr鋼を、内面側の直径が２２５mm〜４００mmの鋳型で、０．５〜２．０m／minの鋳造速度で連続鋳造した際の鋳片圧下条件及び製管条件を示したものである。
【００４８】
下記表１には、本発明で規定する鋳片圧下条件及び製管条件を満足する発明例１〜７と、本発明で規定する条件を満足しない比較例８〜１２についての各条件と表面疵発生有無、製品本数に対する内部欠陥が発生した本数により整理される内部欠陥発生率を示す。表１における総合評価は、表面疵の発生が無く（表１の表面疵欄の評価が◎印）、内部欠陥発生率が１．０％以下のものを◎、表面疵は手入れにより除去可能であるレベル（表１の表面疵欄の評価が○印）で、内部欠陥発生率が２．０％以下のものを○、表面疵の発生の有無にかかわらず、内部欠陥発生率が２．０％より大きい場合を×とした。
【００４９】
【表１】
2013180307.tif 000003
【００５０】
表２に示すように、発明例１〜３のように請求項１のみの実施により丸鋳片の内部欠陥率を５．０％以下とした後、整形ロールにより所定サイズの円形断面に整形し、かつプラグ先端ドラフト率を６．０%以下に制御してマンネスマン製管することで、製品の内部欠陥発生率が、操業に支障なく手入れ可能なレベルである２．０％以下となった。
【００５１】
また、最も望ましい条件として、発明例４〜７のように請求項１，２の併用により、鋳片内部欠陥比率を５．０％以下とした後、整形ロールにより所定サイズの円形断面に整形し、かつプラグ先端ドラフト率を６．０％以下に制御してマンネスマン製管することで、製品の内部欠陥発生を防止する事が可能となった。
【００５２】
一方、合計鋳片圧下率が１０．０％以下の比較例８〜１０の場合、プラグ先端ドラフト率が６．０％以下に制御してマンネスマン製管しても、操業内での手入れ対応が不可能なレベルの製品の内部欠陥が発生した。
【００５３】
また、比較例１１，１２の場合、合計鋳片圧下率を１０．０％以上確保しているが、プラグ先端ドラフト率が６．０％を超えているため、製管時に内部欠陥が発生した。
【符号の説明】
【００５４】
１    タンディッシュ
２    溶鋼
３    浸漬ノズル
４    鋳型
５    鋳造用ロール
６    二次冷却スプレー帯
７    凝固シェル
８    ピンチロール
８ａ    ピンチロール
９    丸鋳片
１０    整形ロール
【図１】
2013180307.tif 000004
【図２】
2013180307.tif 000005
【図３】
2013180307.tif 000006
【図４】
2013180307.tif 000007