(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ≦０．５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：１１．０〜１５．０％、Ｎｉ：３．０〜７．０％、Ｍｏ：１．０〜４．０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である鋼を、所定の形状に仕上げた後、１２００〜１３００℃の温度範囲で４〜１２時間加熱することにより、表面に金属片を含み、任意に切断した断面全体に対する空隙の面積率が皆無或は２０％以下であり、かつ厚さ３００μｍ以上のスケール層を形成させることを特徴とする継目無鋼管製造用工具の製造方法。
【請求項２】
重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ≦０．５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：１１．０〜１５．０％、Ｎｉ：３．０〜７．０％、Ｍｏ：１．０〜４．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である鋼を、所定の形状に仕上げた後、１２００〜１３００℃の温度範囲で４〜１２時間加熱することにより、表面に金属片を含み、任意に切断した断面全体に対する空隙の面積率が皆無或は２０％以下であり、かつ厚さ３００μｍ以上のスケール層を形成させることを特徴とする継目無鋼管製造用工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、継目無鋼管を製造する際の穿孔圧延機及び延伸圧延機に使用する継目無鋼管製造用工具、特にプラグおよび該プラグの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延における継目無鋼管製造の代表的な方法はプラグミル法及びマンドレルミル法である。一般には製造外径７”（１７７．８ｍｍ）以上ではプラグミル法が、それより小さい外径の場合マンドレルミル法が使われている。
【０００３】
図１に圧延工程を示した。なお、図１（ａ）はマンドレルミル方式を示し、図１（ｂ）はプラグミル法を示す。図１に示すように、素材１は加熱炉２において所定の温度まで加熱されその後穿孔機３により中空素管４を得る。穿孔機としては、プレスロールピアサー、図示していないマンネスマンピアサーなどがある。その後マンドレルミル法では延伸連続圧延機であるマンドレルミル７によって延伸圧延された後、再加熱炉８により所定の温度に加熱され仕上げ圧延機であるストレッチレデューサー９で所定の外径に圧延成形され仕上管１０となる。また、マンドレルミル７の前に肉厚を減じると共に長さを伸ばすエロンゲータミル５、外径を絞るホローシェルレデューサー６が設置される場合もある。一方プラグミル法においては、中空素管４はエロンゲータミル５により肉厚を減じると共に長さを伸ばす延伸圧延が行われ、次いでプラグミル１１により減肉延伸されリーラーミル１２により内外面を平滑に仕上げる。その後再加熱炉８により所定の温度に加熱されサイザーミル１３により所定の外径に圧延成形され仕上管１０となる。
【０００４】
穿孔機やエロンゲータミル等に使用されるプラグは一般に３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系低合金鋼材質が使用され、断熱性を確保するために熱処理により表層にＦｅＯ、Ｆｅ3Ｏ4等の酸化スケールを形成させる処理が施される。このようなプラグで炭素鋼に比べて変形抵抗が高く、表面に酸化スケールが生じにくいステンレス鋼を圧延すると、プラグの酸化スケールの消耗が速く、酸化スケールがなくなるとプラグと被圧延材のメタル−メタル接触によりプラグが溶損し、その結果として管内面に焼付疵が発生する。
【０００５】
そこで、特開昭６３−２８２２４１号公報においては、Ｃｒ含有量を低減し、地鉄との界面近傍の酸化スケールをプラグ表面に強固に溶着されるようなＦｅＯ主体の酸化スケールとし、さらにＭｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｖを適量添加して高温強度と表面酸化スケールの地鉄への密着性を高めたプラグが提案されている。また、特開平７−６０３１４号公報においては、表面に厚さ２５０〜１０００μｍの内部酸化型スケール層を形成したプラグが提案されている。これらプラグは１３％Ｃｒステンレス鋼の穿孔においては、３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系低合金鋼材質からなるプラグに対して３倍以上の寿命延長効果が認められる。しかしながら、１３％Ｃｒステンレス鋼よりさらに変形抵抗の高いＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレス鋼の穿孔においては、それらプラグの寿命は２倍程度であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような事情を鑑みてなされたものであって、ステンレス継目無鋼管を製造する際に、寿命の長い工具およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、オーステナイト系ステンレス鋼圧延時においてもプラグ表面に形成された酸化スケールが早期に摩滅したり、剥ぎ取られたりしないようにするため、鋭意研究を重ねた結果、高温硬度の高いＦｅＣｒ2Ｏ4を主体とした酸化スケール中に、金属片を介在させることで、酸化スケールが地鉄より剥離しにくく、かつ摩滅しにくくなることを見出した。
【０００８】
従来より用いられている３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系ではＦｅＯ主体のスケールであり、スケール中に金属片がほとんど存在しない。ＦｅＯを主体としたスケールは潤滑性に優れるものの、スケールと地鉄との密着性が十分でないため、１３％Ｃｒ鋼等のステンレス鋼を圧延すると、スケールが早期に剥離及び摩滅する。
【０００９】
特開平７−６０３１４号公報においては、Ｎｉが濃縮した金属片が分散された厚い酸化スケールが提案されているが、酸化スケールがＦｅＯを主体としたものであるため、酸化スケールの高温硬度が不十分であり摩滅が速く、オーステナイト系ステンレス鋼の穿孔においては、プラグ寿命は３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系プラグの２倍程度であった。
【００１０】
本発明においては、厚いＦｅＣｒ2Ｏ4を形成させるため、Ｃｒ含有量を所定の範囲に調整し、ＦｅＣｒ2Ｏ4を主体とした酸化スケール中にＮｉが濃化した金属片を介在させるため、適量のＮｉを添加した。このような鋼材を１２５０℃で８時間加熱して生成した酸化スケールを図２に示す。空隙が極めて少なく、金属片を多数含んだＦｅＣｒ2Ｏ4を主体とした厚い酸化スケールとなっている。即ち、図２（ａ）は、酸化スケールの断面を示す顕微鏡写真であり、そして、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩ部の拡大顕微鏡写真で、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＩＩ部の拡大顕微鏡写真である。
【００１１】
図２（ｂ）に示すように、酸化スケールの表面側は、島状に存在する金属片１５（白い粒状部分）と、これに隣接した酸化物１６（灰色の枝状に連なった部分）が存在し、残りは空隙（黒い部分）となっている。空隙は酸化スケールの下側になるほど減少していて、図２（ｃ）に示すように、酸化スケールの下側は、金属スケールの殆どは枝状に連なった金属片１５（白い部分）と、これに隣接する酸化物１６（黒い部分）とから構成されている。
【００１２】
また、図３の酸化スケールと地鉄界面の断面の顕微鏡写真に示すように、酸化スケール中の金属片の一部が地鉄と繋がっているため、酸化スケールが剥離しにくい状態になっている。
【００１３】
このような酸化スケールを生成したプラグによりプラグ寿命が向上するが、さらにプラグ寿命を向上させることが可能な重要な知見を見出した。本発明者らは、金属片を多数含有し、ＦｅＣｒ2Ｏ4を主体とした酸化スケールを表面に形成したプラグにおいて、寿命にバラツキガみられたため、その原因を検討した。その結果、比較的寿命の短かったプラグにおいては、プラグ熱処理時のオーステナイト粒界にあたる位置でスケールが割れて欠け落ちていることを突き止めた。本発明の目的を達成するためには、Ｃｒ及びＮｉを添加することになるが、このような鋼においては、酸素の拡散が容易なオーステナイト粒界が酸化されて、続いて粒内が酸化される。オーステナイト粒径が大きいと単位体積に占める粒界面積の割合が小さくなるため、粒界での酸化が粒内での酸化に対して激しく、圧延時に荷重を受けると、金属片が多数存在する粒内に対して、金属片がほとんど存在しない粒界の強度が弱く、粒界でのスケールが割れて欠け落ちることがある。そこで、オーステナイト粒径を小さくすれば、粒界及び粒内での酸化が同等になり、均一で緻密なスケールを得ることで、酸化スケールの割れ及び剥離が防止できると発想した。Ｃｒを１３％、Ｎｉを５％含み、Ｔｉの量を変えることで加熱時のオーステナイト粒径を３００〜１０００μｍ、２０〜２００μｍとした鋼片を１２８０℃で４時間加熱した後のスケールを図４に示した。加熱時のオーステナイト粒径を小さくすることで、緻密なスケールを得ることが可能である。加熱時のスケールを緻密なものとするため、加熱時のオーステナイト粒径が２００μｍ以下となるようにすることが好ましい。
【００１４】
本発明は以上に述べた知見を組み合わせて構成したものであって、その要旨とするところは下記の通りである。
【００１５】
すなわち、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ≦０．５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：１１．０〜１５．０％、Ｎｉ：３．０〜７．０％、Ｍｏ：１．０〜４．０％を含有するか、或いは更にＴｉ：０．０１〜０．１％を含むと共に、残部がＦｅ及び不可避的不純物である鋼を、所定の形状に仕上げた後、１２００〜１３００℃の温度範囲で４〜１２時間加熱することにより、表面に金属片を含み、任意に切断した断面全体に対する空隙の面積率が皆無或は２０％以下であり、かつ厚さ３００μｍ以上のスケール層を形成させることを特徴とする継目無鋼管製造用工具の製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳細に説明する。
【００１７】
まず、鋼成分の限定理由について述べる。
【００１８】
Ｃ：０．０１〜０．１％
Ｃは高温強度向上に有効な成分であるが、その含有量が０．０１％未満ではその効果が小さい。一方、０．１％を超えると圧延後の冷却で焼き割れが生じやすくなるため、その範囲を０．０１〜０．１％とした。
【００１９】
Ｓｉ：０．５％以下
Ｓｉは脱酸剤として添加され残存したもので、鋼中に０．５％を超えて含有されると靭性が低下するため、０．５％以下とした。
【００２０】
Ｍｎ：０．２〜１．０％
Ｍｎは、高温強度向上に有効であるが、０．２％未満ではその効果が小さく、１．０％を超えて添加すると多量の介在物を形成し靭性が劣化するため、その範囲を０．２〜１．０％とした。
Ｃｒ：１１．０〜１５．０％
Ｃｒは、ＦｅＣｒ2Ｏ4の厚さと関係があり本発明においては重要な元素である。Ｃｒ量が１３％でＦｅＣｒ2Ｏ4の厚さが最大になり、１１％未満及び１５％を超えると十分な厚さのＦｅＣｒ2Ｏ4が得られない。従って、限定範囲を１１〜１５％とした。好ましくは１２．５〜１４%である。
【００２１】
Ｎｉ：３．０〜７．０％
Ｎｉは、酸化されにくい元素であり、酸化スケール中に金属片を介在させるための重要な元素である。３．０％以下では顕著な効果は期待できず、７．０％を超えると効果が飽和するため、その限定範囲を３．０〜７．０％とした。
【００２２】
Ｍｏ：１．０〜４．０％
Ｍｏは、降温強度の向上に有効な元素であるが、１．０％未満ではその効果が小さく、４．０％を超えて含有するとδフェライトを生成しやすくなり、地鉄表面が割れやすくなるため、その限定範囲を１．０〜４．０％とした。
【００２３】
Ｔｉ：０．０１〜０．１％
Ｔｉは加熱時のオーステナイト粒径に影響を与え、加熱時のオーステナイト粒径を２００μｍ以下にするため、必要に応じて０．０１％以上とする。一方、０．１％を超えると粗大な酸化物や窒化物を形成して靭性を低下させるので、その限定範囲を０．０１〜０．１％とした。
【００２４】
続いて、熱処理条件の限定理由について述べる。
【００２５】
本発明では熱処理温度を１２００℃〜１３００℃の範囲に規定したが、１２００℃未満では酸化物生成能力が劣るためであり、１３００℃を超えるとスケール中に空隙が多くなるためである。また、熱処理時間を４時間〜１２時間と規定したが、４時間未満では十分な厚さのスケールが得られないためであり、１２時間を超えると空隙の少ない緻密なスケールの生成量が飽和するためである。
【００２６】
次に、プラグ表面に形成する酸化スケールの厚さを限定した理由を以下に述べる。
【００２７】
本発明により形成される酸化スケールの形態は図２に示した通りであり、２層に分類される。同図中にＩで示した範囲の表層側の酸化スケールは空隙が多く、金属片の小さいものであるため、圧延中に容易に剥離しやすく、プラグの耐久性向上への寄与が小さい。一方、同図中にＩＩで示した範囲の地鉄側の酸化スケールは空隙が少なく、金属片の多いものであるため、圧延中に剥離し難く、この酸化スケールの厚さがプラグの寿命上重要となる。
【００２８】
この、空隙が少なく、金属片の多いＩＩで示した範囲の酸化スケールが３００μｍ未満では、十分な断熱効果が得られないばかりか、摩滅により十分な耐久性が得られないため、３００μｍ以上とした。ＩＩで示した範囲の酸化スケールの厚さの上限は特に規定しないが、本発明の成分において生じる最大厚さは８００μｍ程度である。
【００２９】
ここで、前記のＩＩで示した範囲のスケールの望ましい空隙、金属片、酸化物の割合について説明する。ＩＩで示した範囲のスケールは、空隙が少ないほど良く、任意に切断した断面全体に対する空隙の面積率が皆無或は２０％以下であることとする。
【００３０】
また、金属片の割合は、任意に切断した断面全体に対して、金属片の面積率が３０％以上であることが望ましい。なお、スケール中の金属片の面積率が７０％を超えると、焼き付きが生じる場合があるため、上限を７０％とするのが望ましい。
【００３１】
そして、任意に切断した断面全体に対して、前記空隙の面積率と前記金属片の面積率を除いた部分が酸化物の面積率である。
【００３２】
酸化スケール中の空隙、金属片および酸化物の面積率が上記範囲外であると、酸化スケールは領域Ｉで示したもののようになり、圧延中に容易に剥離しやすくなり、望ましくない。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００３４】
高周波誘導加熱炉にて鋳造した表１に示す鋼を、所定のプラグ形状に機械加工した後、表１に示す条件にて熱処理を行った。
【００３５】
熱処理後のプラグを切断し、空隙が少なく金属片を多数含む地鉄側の酸化スケール（図２中にＩＩで示した範囲）の厚さを測定した。
【００３６】
辺長８０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３１６Ｌの角材を１１５０℃に加熱後、上述のようにして得られたプラグを用い、プレスロールピアサーにて外径９３ｍｍ、肉厚２３．５ｍｍ、長さ１２４０ｍｍに穿孔した。試験結果を表１に示す。
【００３７】
本発明（Ｎｏ．１〜１０）のプラグではオーステナイト系ステンレス鋼を７〜１５本穿孔可能であった。
【００３８】
なお、本発明のプラグの任意に切断した断面全体に対する空隙の面積率は実質皆無または２０％以下、金属片の面積率は３０〜７０％の範囲にあり、残部が酸化物であった。
【００３９】
一方、比較例Ｎｏ．１１ではＣ重量が本発明の範囲外であるため、穿孔後の冷却過程にて、プラグ母材に割れが発生した。比較例Ｎｏ．１２では、Ｃｒ重量が本発明の下限値未満であるため、酸化スケールがＦｅＯを主体としたものとなり早期に摩滅した。比較例Ｎｏ．１３では、Ｃｒ重量が本発明の上限を超えているため、酸化スケールの厚さが不十分であり早期に摩滅した。比較例Ｎｏ．１４ではＮｉが本発明の下限値未満であるため、スケール中に存在する金属片の量が少なく、スケールが早期に摩滅した。比較例Ｎｏ．１５ではＭｏ重量が本発明の範囲外であるため、δフェライトが生じ、プラグ母材がδフェライト、マルテンサイトの２相組織になり割れが発生した。比較例Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．１８では、熱処理条件が本発明の範囲外であるため、スケールの厚さが不十分で早期に摩滅した。比較例Ｎｏ．１９は従来より用いられている３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系低合金鋼材質を使用したプラグであり、酸化スケール中に金属片がほとんど存在しないＦｅＯを主体としたスケールであるため早期に摩滅した。
【００４０】
【表１】
0004258580.tif 000002
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ステンレス鋼の圧延において、プラグ寿命が延長できるため、工具使用量（工具原単位）の低減が図れるほか、プラグ交換のための設備休止時間を短縮することが可能であり、工業上の効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】マンドレルミル方式、プラグミル方式による継目無鋼管製造工程を示す図である。
【図２】酸化スケールの断面を示す顕微鏡写真である。
【図３】酸化スケール／地鉄界面の酸化スケールの断面を示す顕微鏡写真である。
【図４】酸化スケールの形態に及ぼすオーステナイト粒径の影響の説明を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１  穿孔機における被圧延材
２  加熱炉
３  穿孔機
４  穿孔機出側の中空素管
５  エロンゲータ
６  ホローシェルレデューサー
７  マンドレルミル
８  再加熱炉
９  ストレッチレデューサー
１０  仕上管
１１  プラグミル
１２  リーラーミル
１３  サイザーミル
１４  空隙
１５  金属片
１６  酸化物
１７  酸化スケール
１８  地鉄
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004258580.tif 000005
【図４】
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