(57)【要約】      （修正有）【課題】口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管、及び当該鍛接鋼管の製造方法、並びに製造設備を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ａｌ：０．０１〜０．５０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％のうち１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる帯鋼１を、連続的に搬送しながら、加熱炉２で全体加熱し、次いでエッジヒータ３で両エッジ部を加熱し、次いで成形ロール４で幅を丸めて管状体１Ａとなし、該管状体を、両エッジ部に酸素濃度を２２〜４０％とした混合空気を吹付けつつ、鍛接ロール５で鍛接して形成した鍛接部を有する管体１Ｂとなし、該管体を絞り圧延機７で絞り圧延する。好ましくは、鍛接直後に管体内面の鍛接部位を内面側鍛接部加熱手段８で融点以上に加熱する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛接鋼管であって、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ａｌ：０．０１〜０．５０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％のうち１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、管軸方向の引張強度が３００〜４５０ＭＰａであり、且つ、フレア加工試験で測定される割れ発生限界の拡管率が１．５以上であることを特徴とする口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ａｌ：０．０１〜０．５０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％のうち１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる帯鋼を、連続的に搬送しながら、加熱炉で全体加熱し、次いでエッジヒータで両エッジ部を加熱し、次いで成形ロールで幅を丸めて管状体となし、該管状体を、両エッジ部に酸素濃度を２２〜４０％とした混合空気を吹付けつつ、鍛接ロールで鍛接して形成した鍛接部を有する管体となし、該管体を絞り圧延機で絞り圧延することを特徴とする、口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、鍛接直後に管体内面の鍛接部位を融点以上に加熱することを特徴とする、口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３において、絞り圧延における縮径率を３０％以上とすることを特徴とする、口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管の製造方法。
【請求項５】
請求項２〜４の何れか１つに記載された製造方法の実施に用いる設備であって、連続搬送中の帯鋼を全体加熱する加熱炉と、前記加熱炉を出た帯鋼の両エッジ部を加熱するエッジヒータと、該エッジヒータを出た帯鋼の幅を丸めて管状体となす成形ロールと、該成形ロールを出た管状体の両エッジ部に酸素濃度を２２〜４０％とした混合空気を吹付けるガス吹付け手段と、前記混合空気を吹付け中の両エッジ部を鍛接して鍛接部を形成することで管状体を管体となす鍛接ロールと、該鍛接ロールを出た直後の管体内面の鍛接部位を融点以上に加熱する内面側鍛接部加熱手段と、該内面側鍛接部加熱手段を出た管体を絞り圧延する絞り圧延機とを有することを特徴とする、口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管の製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管及びその製造方法並びに製造設備に関し、詳しくは、管端部への冷間の拡管及び押拡げ加工を含む加工（口拡げ加工と云う）を受けても鍛接部に割れを生じ難い性質である口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管及びその製造方法並びに製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、配管市場において、メカニカル継手が普及しつつあり、継手部の要求品質の厳格化・多様化の観点から口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管が要求されている。
【０００３】
一般に、鍛接管は、所定の幅の帯鋼を連続的に加熱炉に装入し、１1００℃〜１３００℃程度に加熱後、成形スタンドで幅を管状にロール成形し、鍛接直前で管状体の両端部（両エッジ部）を酸素ブローし鍛接ロールで鍛接する。その後ストレッチレデューサーで絞り、所定の外径および肉厚にする。この方法は、鋼管を製造する方法としては最も高能率かつ高生産性の方法であり一般的に広く使用されているが、電縫鋼管に比べてシーム部である鍛接部の加工性が低く、拡管等の加工時に鋼管円周方向に過大な張力が加わる厳しい加工が要求される用途では、鍛接部での加工割れの問題が指摘されている。
【０００４】
鍛接部の加工性を向上させる技術として、鍛接ロールと絞りロールの間で鍛接部及びその周辺部の外面を切削除去し、鍛接部のすじを防止する方法（特許文献１）や、鍛接時に１４００℃以上、速度は８００ｍ／ｓｅｃ以上の高速燃焼炎を吹き付ける方法（特許文献２）や、鍛接直前にレーザを両エッジ部に照射して加熱し鍛接する方法（特許文献３）、鍛接直前でプラズマ・アークにより両エッジ部を加熱し、引き続き両エッジ部に酸素を吹き付けて鍛接して造管することを特徴とする方法（特許文献４）、帯鋼のエッジを切削加工するとともに鍛接の際のアプセット率を３．０％以上とすることにより鍛接部の管内外面のすじ深さを最小化する方法（特許文献５）が提案されている。また、鋼組成を限定した従来技術では、Cu、Crを添加した鍛接鋼管が開示されている（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０３−２４８７１５号公報
【特許文献２】特開平１０−２７７６３６号公報
【特許文献３】特開平７−３２０３４号公報
【特許文献４】特開昭５７−４３１９号公報
【特許文献５】特開２００７−１５２４３０号公報
【特許文献６】特開平８−２６９６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来技術は何れも、加工性の到達限界がメカニカル継手用鍛接鋼管における口拡げ加工性の要求レベルを満足できるものではなかった。
【０００７】
尚、鍛接鋼管と比べてシーム部品質が優れる電縫鋼管をメカニカル継手用鍛接鋼管向けに充当すれば、口拡げ加工性の要求レベルは満足できるのであるが、電縫造管法では電縫溶接時に圧接された衝合端面から管内面側及び管外面側に溶鋼がはみ出して凝固したビード（盛り上がり）が必然的に発生し、これを高温で除去するためのビード切削工程が必要であり、斯かるビードの発生がない鍛接造管法に比べ能率・生産性が格段に低いため、メカニカル継手用鍛接鋼管向けに電縫鋼管を充当するのは困難である。
【０００８】
本発明は、上述の従来技術の問題点に鑑み、メカニカル継手用鍛接鋼管における口拡げ加工性の要求レベルを満たし得る口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管、及び当該鍛接鋼管の好ましい製造方法、並びに当該製造方法の実施に好適な製造設備を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ね、その結果、（Ａ）メカニカル継手用鍛接鋼管における強度特性及び口拡げ加工性の要求レベルは、管軸方向の引張強度が３００〜４５０ＭＰａであり、且つ、フレア加工試験で測定される割れ発生限界の拡管率が１．５以上である鍛接鋼管によって満たされ、（Ｂ）斯かる鍛接鋼管は、組成の適正化及び製造条件の適正化によって実現できることを知見し、この知見に基づいて本発明を成した。
【００１０】
前記管軸方向の引張強度は、ＪＩＳ１２Ｂ試験片によるＳＺ２2４１の引張試験により測定される。
【００１１】
前記フレア加工試験は、日本水道鋼管協会ＷＳＰ０７１−２００９「管端つば出し鋼管継手加工・接続基準」に適合したフレア加工機に準じた、図３に示す内面ローラによる回転成形方式のフレア加工試験装置を用いた。
【００１２】
すなわち本発明は以下のとおりである。
（１）  鍛接鋼管であって、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ａｌ：０．０１〜０．５０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％のうち１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、管軸方向の引張強度が３００〜４５０ＭＰａであり、且つ、フレア加工試験で測定される割れ発生限界の拡管率が１．５以上であることを特徴とする口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管。
（２）  質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ａｌ：０．０１〜０．５０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％のうち１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる帯鋼を、連続的に搬送しながら、加熱炉で全体加熱し、次いでエッジヒータで両エッジ部を加熱し、次いで成形ロールで幅を丸めて管状体となし、該管状体を、両エッジ部に酸素濃度を２２〜４０％とした混合空気を吹付けつつ、鍛接ロールで鍛接して形成した鍛接部を有する管体となし、該管体を絞り圧延機で絞り圧延することを特徴とする、口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管の製造方法。
（３）  上記（２）において、鍛接直後に管体内面の鍛接部位を融点以上に加熱することを特徴とする、口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管の製造方法。
（４）  上記（２）又は（３）において、絞り圧延における縮径率を３０％以上とすることを特徴とする、口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管の製造方法。
（５）  上記（２）〜（４）の何れか１つに記載された製造方法の実施に用いる設備であって、連続搬送中の帯鋼を全体加熱する加熱炉と、前記加熱炉を出た帯鋼の両エッジ部を加熱するエッジヒータと、該エッジヒータを出た帯鋼の幅を丸めて管状体となす成形ロールと、該成形ロールを出た管状体の両エッジ部に酸素濃度を２２〜４０％とした混合空気を吹付けるガス吹付け手段と、前記混合空気を吹付け中の両エッジ部を鍛接して鍛接部を形成することで管状体を管体となす鍛接ロールと、該鍛接ロールを出た直後の管体内面の鍛接部位を融点以上に加熱する内面側鍛接部加熱手段と、該内面側鍛接部加熱手段を出た管体を絞り圧延する絞り圧延機とを有することを特徴とする、口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管の製造設備。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、メカニカル継手用鍛接鋼管における口拡げ加工性の要求レベルを満たし得る口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管が実現する。また、本発明によれば、前記口拡げ加工性に優れた鍛接鋼管が能率・生産性良く製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る鍛接鋼管の製造に用いる製造方法及び設備の１例を示す概略図である。
【図２】本発明に係る鍛接鋼管の製造に用いる製造方法及び設備の、図１とは別の１例を示す概略図である。
【図３】フレア加工試験装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明では、少なくとも日本水道鋼管協会ＷＳＰ０７１−２００９のＳＧＰ規格のよび径５０Ａ〜１００Ａ（外径６０．４〜１１４．３ｍｍ、肉厚３．８〜４.５ｍｍ）の鍛接鋼管を対象としている。
【００１６】
図１は、本発明に係る鍛接鋼管の製造に用いる製造方法及び設備の１例を示す概略図である。図１において、１は帯鋼、１Ａは管状体、１Ｂは管体、２は加熱炉、３はエッジヒータ、４は成形ロール、５は鍛接ロール、６は混合空気吹付けノズル、７は絞り圧延機である。加熱炉２で帯鋼全体を加熱する加熱温度は１１００〜１３００℃程度とし、エッジヒータ３で両エッジ部（帯鋼の幅両端夫々から幅方向距離が１０〜５０ｍｍである位置までの領域）を加熱する加熱温度は１３００〜１４５０℃程度としている。加熱炉２は雰囲気加熱方式とし、エッジヒータ３は誘導加熱方式としている。
【００１７】
加熱炉２、エッジヒータ３、成形ロール４、鍛接ロール５、混合空気吹付けノズル６、絞り圧延機７の各々は、本発明でも従来と同様のものを用いうるが、本発明では、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ａｌ：０．０１〜０．５０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％のうち１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる帯鋼１を、連続的に搬送しながら、加熱炉２で全体加熱し、次いでエッジヒータ３で両エッジ部を加熱し、次いで成形ロール４で幅を丸めて管状体１Ａとなし、該管状体１Ａを、両エッジ部に酸素濃度を２２〜４０％とした混合空気を混合空気吹付けノズル６にて吹付けつつ、鍛接ロール５で鍛接して形成した鍛接部を有する管体１Ｂとなし、該管体１Ｂを絞り圧延機７で絞り圧延することを特徴とする。尚、本発明において「混合空気」とは、空気に酸素を添加してなる気体を意味する。添加酸素としては純度９９．５％超の一般工業用圧縮酸素ガスを使用することができる。
【００１８】
帯鋼１の鋼組成が本発明範囲を外れ、かつ両エッジ部に吹付ける混合空気の酸素濃度が本発明範囲を外れる従来技術では、鍛接部強度が不足し、かつ、鍛接部の管内外表面側で管軸方向に延在する表面すじが連続的に発生する。表面すじの発生原因は、鍛接前のエッジ部のダレや鍛接時の左右エッジの目違い突合せによるものと考えられ、表面すじの深さは０．１〜０．３ｍｍ程度である。
【００１９】
これに対し、鋼組成と酸素濃度を本発明範囲内に管理することで、鍛接部強度を、拡管率１．５以上の口拡げ加工で鍛接部に割れが生じないレベルまで向上させることができる。又、表面すじ深さ０．１ｍｍ以上の表面すじの発生を無くすることもできる。
【００２０】
以下、まず本発明における鋼組成の限定理由を説明する。鋼組成に係る単位「％」は質量％を意味する。尚、素材である帯鋼と製品である鍛接鋼管とで鋼組成は変わらない。
Ｃ：０．０５〜０．１２％
Ｃ量は少なければ鍛接部強度が向上し鍛接部で割れ難くなるとともに材料延性が向上し鍛接部および母材部の加工性に優れているが、所定の強度（管軸方向の引張強度で３００〜４５０ＭＰａの意、以下同じ）を得るために下限を０．０５％とした。又、０．１２％を超えると鍛接部強度が低下し、強加工（口拡げ加工並の厳しい加工の意、以下同じ）では鍛接部での割れ発生を回避できなくなるため上限を０．１２％とした。
Ｓｉ：０．１０〜０．３０％
Ｓｉは適正量を添加すると鍛接性が向上することを見出した。０．１０％未満では鍛接性の向上効果が小さいため、下限を０．１０％とした。然し０．３０％を超える量を添加すると、被鍛接端面に存在する酸化物が増加して逆に鍛接性が低下するため上限を０．３０％とした。好ましくは、Ｓｉは、０．１５〜０．２８％である。
Ｍｎ：０．２〜１．０％
Ｍｎ量は少なければ鍛接部強度が向上し鍛接部で割れ難くなるとともに材料延性が向上し鍛接部および母材部の加工性に優れているが、所定の強度を得るために下限を０．２％とした。又、１．０％を超えると鍛接部強度が低下し、強加工では鍛接部での割れ発生を回避できなくなるため上限を１．０％とした。好ましくは、Ｍｎは、０．３〜０．８％である。
Ｐ：０．０２％以下
Ｐは製鋼時不可避的に混入する元素であるが、０．０２％を超えると鍛接性が悪くなり強加工では鍛接部での割れ発生を回避できなくなること、および鍛接部近傍（鍛接部に連なる両側の各円周方向長さが１０〜５０ｍｍ以内の管体部分）に引け巣状の高温割れを生じやすくなるため、上限を０．０２％とした。下限は少なければ少ないほど良いが、鋼精錬コストの観点から０．００８％が好ましい。
Ｓ：０．０１％以下
ＳもＰと同様に製鋼時不可避的に混入する元素であり、０．０１％を超えると鍛接性が悪くなり強加工では鍛接部での割れ発生を回避できなくなるため、上限を０．０１％とした。好ましくは、０．００６％以下である。
【００２１】
又、フェライトフォーマー元素であるＡｌ、Ｔｉ、Ｎｂのうち一種以上を選択的に以下の範囲で添加すると鍛接部強度が向上することを見出した。
Ａｌ：０．０１〜０．５０％
Ａｌは０．０１％未満では鍛接部強度の向上効果が小さいため、下限を０．０１％とした。０．５０％を超える量を添加すると、被鍛接端面に存在する酸化物が増加して鍛接性が低下するため上限を０．５０％とした。好ましくは、０．０５〜０．４０％である。
Ｔｉ：０．０１〜０．３０％
Ｔｉは０．０１％未満では鍛接部強度の向上効果が小さいため、下限を０．０１％とした。０．３０％を超える量を添加すると、被鍛接端面に存在する酸化物が増加して鍛接性が低下するため上限を０．３０％とした。好ましくは、０．０３〜０．２５％である。
Ｎｂ：０．０１〜０．２０％
Ｎｂは０．０１％未満では鍛接部強度の向上効果が小さいため、下限を０．０１％とした。０．２０％を超える量を添加すると、被鍛接端面に存在する酸化物が増加して鍛接性が低下するため上限を０．２０％とした。好ましくは、０．０２〜０．１５％である。
【００２２】
次に、両エッジ部に吹付ける混合空気の酸素濃度の限定理由を以下に述べる。
【００２３】
前記酸素濃度が２２％未満では鍛接部の酸化発熱量が不足し、強加工に耐えうる鍛接部強度が確保できないため下限を２２％とした。また、前記酸素濃度が４０％を超えると鍛接時の帯鋼端部の温度が上昇しすぎて鍛接部及びその近傍が大きく盛り上がって形状不良を起こすため上限を４０％とした。好ましくは、前記酸素濃度は、２５〜３５％である。
【００２４】
また、本発明では、例えば図２に示すように、鍛接直後に管体内面の鍛接部位を融点以上に加熱することが好ましい。これにより、鍛接部の表面すじが消失でき、さらなる強加工に耐える鍛接部強度を達成することができる。
【００２５】
図２は、図１の設備に更に、鍛接ロール５を出た直後の鍛接部の管体内面側を融点以上に加熱する内面側鍛接部加熱手段８を追加したものである。すなわち、図２の設備は、連続搬送中の帯鋼１を全体加熱する加熱炉２と、前記加熱炉２を出た帯鋼１の両エッジ部を加熱するエッジヒータ３と、該エッジヒータ３を出た帯鋼１の幅を丸めて管状体１Ａとなす成形ロール４と、該成形ロール４を出た管状体１Ａの両エッジ部に酸素濃度を２２〜４０％とした混合空気を吹付ける混合空気吹付ノズルと、前記酸素混合空気を吹付け中の両エッジ部を鍛接して鍛接部を形成することで管状体１Ａを管体１Ｂとなす鍛接ロール５と、該鍛接ロール５を出た直後の管体内面の鍛接部位を融点以上に加熱する内面側鍛接部加熱手段８と、該内面側鍛接部加熱手段８を出た管体１Ｂを絞り圧延する絞り圧延機７とを有する鍛接鋼管の製造設備である。
【００２６】
図２の例では、内面側鍛接部加熱手段８として、管体内面側に配置したノズルからの混合空気吹付け方式としたが、これに代えて、管体内面側に配置した導光ファイバからのレーザビーム照射方式としてもよい。
【００２７】
また、本発明では、絞り圧延における縮径率（＝外径絞り率）を３０％以上にすることが好ましい。これにより鍛接部強度がさらに向上し、さらなる強加工に耐えることが可能となる。尚、前記縮径率を大きくとりすぎると絞り圧延機のロールスタンド数が増えて設備投資額が増え、また、偏肉の発生により肉厚精度が低下すると云った不利を招くため、前記縮径率は８０％程度以下が望ましい。
【００２８】
本発明において、管軸方向の引張強度とは、ＪＩＳ１２Ｂ試験片によるＳＺ２２４１の引張試験による測定値である。また、フレア加工試験で測定される割れ発生限界の拡管率（フレア加工の拡管率とも云う）とは、図３に示したフレア加工試験装置を用いた試験で試験材に割れが発生したときの外径を初期外径で割った値である。
【実施例１】
【００２９】
表１に組成を示す帯鋼を素材とし、図１に示した製造工程に従って鍛接鋼管（外径＝１１４．３ｍｍ、肉厚＝４．５ｍｍ）を製造した。加熱炉２による帯鋼の加熱温度は約１２３０〜１２８０℃とし、エッジヒータ３による両エッジ部の加熱温度は１３５０〜１４００℃とし、混合空気吹付けノズル６による混合空気の酸素濃度は２５％とし、絞り圧延機における縮径率は３０％とした。
【００３０】
製造した鍛接鋼管について、引張試験を行い引張強度を調べ、又、フレア加工試験を行い割れ発生限界の拡管率を調べた。引張強度が３００ＭＰａ〜４５０ＭＰａ、フレア加工の拡管率１．５以上を合格判定とした。評価結果を表１に示す。本発明例では、引張強度、およびフレア加工の拡管率で良好な評価が得られた。
【００３１】
【表１】
2016032818.tif 000003
【実施例２】
【００３２】
表２に組成を示す帯鋼を素材とし、図２に示した製造工程に従って鍛接鋼管（外径＝７６．３ｍｍ、肉厚＝４．２ｍｍ）を製造した。加熱炉２による帯鋼の加熱温度は約１２３０〜１２８０℃とし、エッジヒータ３による両エッジ部の加熱温度は１３５０〜１４００℃とした。混合空気吹付けノズル６からの混合空気の酸素濃度、及び絞り圧延機７での縮径率は表２に示すとおりとした。又、内面側鍛接部加熱手段８として用いた混合空気吹付け方式の加熱条件は、表２に示すとおり管体内面の鍛接部位溶融有と溶融無との２通りの条件とした。
【００３３】
製造した鍛接鋼管について、引張試験を行い引張強度を調べ、又、フレア加工試験を行い割れ発生限界の拡管率を調べた。引張強度が３００ＭＰａ〜４５０ＭＰａ、フレア加工における拡管率１．５以上を合格判定とした。評価結果を表２に示す。本発明例では、引張強度、およびフレア加工の拡管率で良好な評価が得られた。
【００３４】
【表２】
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【符号の説明】
【００３５】
１  帯鋼
１Ａ  管状体
１Ｂ  管体
２  加熱炉
３  エッジヒータ
４  成形ロール
５  鍛接ロール
６  混合空気吹付けノズル
７  絞り圧延機
８  内面側鍛接部加熱手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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