(57)【要約】    【課題】分塊や鍛造等によって圧延する際にビレット表面に割れや疵が発生しにくいことにより、製管後の管外表面品質において優れた継目無管及びその製造方法を提供する。    【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００５〜０．２５０％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｕ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：１０〜３５％、Ｎｉ：１０〜８０％、Ｍｏ：０．０１〜７．０％、Ａｌ：０．００１〜０．２００％以下及びＮ：０．００１〜０．３００％を含み、残部はＦｅ及び不純物の化学組成を有し、不純物中のＺｎとＰｂが、Ｚｎ：０．００４％以下及びＰｂ：０．００２５％以下であることを特徴とする高合金継目無管及びその製造方法【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．００５〜０．２５０％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｕ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：１０〜３５％、Ｎｉ：１０〜８０％、Ｍｏ：０．０１〜７．０％、Ａｌ：０．００１〜０．２００％以下及びＮ：０．００１〜０．３００％を含み、残部はＦｅ及び不純物の化学組成を有し、不純物中のＺｎとＰｂが、Ｚｎ：０．００４％以下及びＰｂ：０．００２５％以下であることを特徴とする高合金継目無管。
【請求項２】
請求項１に記載の化学組成を有する高合金からなる鋳片を圧延することによってビレットに成形し、その後、製管して高合金継目無管を製造する方法であって、鋳片をビレットに成形する際に圧延温度を８００〜１３００℃とし、その間の総圧延比を１２．０以下とすることを特徴とする高合金継目無管の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の化学組成を有する高合金からなる鋳片を圧延することによってビレットに成形し、その後、製管して高合金継目無管を製造する方法であって、鋳片をビレットに成形する際に圧延温度を８００〜１３００℃とし、その間の総圧延比を７．０以下とすることを特徴とする高合金継目無管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外表面品質の優れた高合金継目無管及びその製造方法に関する。より詳しくは、油井管及びラインパイプとして好適な、更に、原子力発電プラント及び化学工業プラントにおける各種構造部材としても好適な、外表面品質の優れた高合金継目無管及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
第一次オイルショック以降、世界規模での油井・ガス井の開発が進む一方で、発展途上国におけるエネルギー需要の増大に伴い、油井・ガス井の深井戸化と腐食性がより厳しいサワーガス環境下での井戸の掘削が余儀なくされている。また、エネルギーの効率利用等の観点から、原子力発電プラントや化学工業プラント等における使用条件の高温高圧化が進められている。このような、油井・ガス井環境およびプラント運転条件の過酷化に伴い、従来よりも高強度を有し、高耐食性、耐高温性に優れた各種の高Ｃｒ−高Ｎｉ合金が開発され、継目無管として実用に供されている。
【０００３】
例えば、特許文献１や特許文献２には、従来よりも高強度で且つ耐食性に優れた各種の高Ｃｒ−高Ｎｉ合金が開示されている。また、特許文献３には、Ｃｒ及びＮｉをそれぞれ重量％で２０〜３５％及び２５〜５０％含む合金において、Ｍｏの含有量を少なくして経済性を高めた高Ｃｒ−高Ｎｉ合金からなる継目無管が開示されている。
【０００４】
しかしながら、東西冷戦の終結、ＥＵ統合などを経て、世界規模で急速に進行した企業統合・再編など経済のグローバル化に伴い、企業間の価格競争は益々激化している。その結果、油井・ガス井の開発において、安全性の確保に加えて、さらなる高効率・低コスト化が求められるようになってきた。
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜２で提案された、Ｃｒ及びＮｉの含有量がいずれも高い高合金だけでなく、特許文献３で提案された２０〜３５％のＣｒ及び２５〜５０％のＮｉを含有する高Ｃｒ−高Ｎｉ合金についても、その継目無管の外表面には、割れや疵が発生しやすく、外表面品質に劣るという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５４−１０７８２８号公報
【特許文献２】特開昭５４−１２７８３１号公報
【特許文献３】特開平１１−３０２８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、その目的は、外表面品質の優れた高合金継目無管及びその製造方法を提供することである。
【０００８】
本発明者らは、前記した目的を達成するために、熱間加工性が極めて低い高Ｃｒ−高Ｎｉ系の高合金からなる継目無管について、その外表面に発生する割れや疵の生成メカニズムについて、種々に検討と実験を重ねた結果、次の(a)〜(d)の知見を得た。
【０００９】
(a)継目無管は、インゴットや連続鋳造により得られた、所定の化学成分を有する鋳片を分塊や鍛造等の圧延工程によって所定の断面形状を有するビレットにした後に、ユジーンセジュルネ方式などの熱間押出法やピアサーによって穿孔圧延するマンネスマン製管法等によって製管されることによって製造される。なお、ビレットの断面形状は特に限定されず、丸形状や角形状のいずれでもよいが、丸形状のものが好ましい。
【００１０】
しかしながら、高Ｃｒ−高Ｎｉ合金は熱間加工性が極めて低いために、鋳片を分塊や鍛造等によって圧延する際に、得られたビレット表面に割れや疵が発生しやすい。この圧延工程で発生した割れや疵がその後の製管工程で増幅されることで、得られる管の外表面に割れや疵が形成される結果、外表面品質に劣る継目無管となる。
【００１１】
したがって、この分塊や鍛造等の圧延工程での圧延後のビレット表面に割れや疵が発生すると、製管工程へ送り出す前にビレット表面をグラインダー等で外削して、割れや疵の手入れをしておく必要がある。その手入れ工程がコストアップの要因となる。また、このような手入れによっても割れや疵を除去できないビレットの存在や、ビレットの段階では外見からは手入れによって割れや疵を除去できたと思われても、製管してみると、管表面に割れや疵が発生して不良品として廃棄せざるを得ない管製品の存在もまた、コストアップの要因となる。
【００１２】
(b) 高Ｃｒ−高Ｎｉ系の高合金の鋳片においては、特に、ＣｒとＮｉの含有量が、それぞれ、Ｃｒ：１０％以上およびＮｉ：１０％以上のとき、その分塊や鍛造等の圧延工程での圧延後のビレット表面に割れや疵が発生しやすい。その原因として、高合金の鋳片中に不純物として含まれているＺｎおよびＰｂが粒界に濃化することによって、粒界脆化を起こすことを確認した。従来から、合金の鋳片中に不純物として含まれているＰとＳが粒界に濃化することによって、粒界脆化を起こすことは知られていたが、ＺｎおよびＰｂも同様の理由で粒界脆化をおこすことを、本発明者らは初めて見出した。
【００１３】
(c) このようなＺｎおよびＰｂによる粒界脆化は、鋳込み法で生成した鋳片（インゴット材）と連続鋳造法で生成した鋳片（連続鋳造材）の両方で確認された。いずれも、その後の分塊や鍛造等の圧延工程の後にビレット表面に割れや疵を発生させ、もって、製管後の管製品の外表面品質を劣化させるのである。なお、インゴット材と連続鋳造材を比較すると、連続鋳造材は連続鋳造時にオシレーションによって鋳型から間欠的に引き出されるため、鋳片外表面にオシレーションマーク部（谷部）が形成される。圧延時は、このオシレーションマーク部に応力が集中するため、連続鋳造材の方が圧延後のビレット表面に割れや疵が発生しやすい。
【００１４】
(d) 鋳片を分塊や鍛造等によって圧延してビレットを形成する際に、８００〜１３００℃における総圧延比を余り大きくしすぎると、圧延後のビレットの表面に割れや疵が発生しやすくなる。したがって、総圧延比は１２．０以下にするのが好ましい。なお、総圧延比は７．０以下にするのが、より好ましい。
【００１５】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の要旨は、下記(1)に示す高合金継目無管及び(2)〜(3)に示すその製造方法にある。以下、それぞれ、「本発明１」〜「本発明３」という。併せて、「本発明」ということもある。
【００１７】
(1) 質量％で、Ｃ：０．００５〜０．２５０％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｃｕ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：１０〜３５％、Ｎｉ：１０〜８０％、Ｍｏ：０．０１〜７．０％、Ａｌ：０．００１〜０．２００％及びＮ：０．００１〜０．３００％を含み、残部はＦｅ及び不純物の化学組成を有し、不純物中のＺｎとＰｂが、Ｚｎ：０．００４％以下及びＰｂ：０．００２５％以下であることを特徴とする高合金継目無管。
【００１８】
(2) 上記(1)の化学組成を有する高合金からなる鋳片を圧延することによってビレットに成形し、その後、製管して高合金継目無管を製造する方法であって、鋳片をビレットに成形する際に圧延温度を８００〜１３００℃とし、その間の総圧延比を１２．０以下とすることを特徴とする高合金継目無管の製造方法。
【００１９】
(3) 上記(1)の化学組成を有する高合金からなる鋳片を圧延することによってビレットに成形し、その後、製管して高合金継目無管を製造する方法であって、鋳片をビレットに成形する際に圧延温度を８００〜１３００℃とし、その間の総圧延比を７．０以下とすることを特徴とする高合金継目無管の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る高合金継目無管は、Ｃｒ：１０〜３５％およびＮｉ：１０〜８０％という高Ｎｉ−高Ｃｒ合金からなるものであるにもかかわらず、その鋳片を分塊や鍛造等によって圧延して得られるビレットの段階で、その表面に割れや疵が発生しにくいので、製管後の製品の外表面品質において優れた高合金継目無管を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
【００２２】
（Ａ）高合金継目無管の化学組成
以下の説明における各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。
【００２３】
Ｃ：０．００５〜０．２５０％
Ｃは、管製品の強度を得るために必要な元素であり、少なくとも０．００５％を含有させる必要がある。しかしながら、０．２５０％を超えて含有させると、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の量が著しく増加して、管製品の延性及び靱性が低下する。したがって、Ｃの含有量を０．００５〜０．２５０％と規定する。なお、Ｃの含有量を０．００６〜０．０３０％とすると、強度、延性及び靱性に優れるとともに耐食性が向上するので、好ましい。ここで、上記「Ｍ２３Ｃ６型炭化物」におけるＭは、Ｍｏ、Ｆｅ及びＣｒ等の金属元素を複合して含むことを意味する。
【００２４】
Ｓｉ：０．０５〜２．００％
Ｓｉは、脱酸作用を有する。この脱酸効果を発現させるためには、少なくとも０．０５％を含有させる必要がある。しかしながら、２．００％を超えて含有させると、管製品の延性及び靱性が低下する。したがって、Ｓｉの含有量を０．０５〜２．００％と規定する。なお、Ｓｉの含有量を０．２０〜０．５０％とすると、管製品の延性及び靱性に優れるとともに耐食性が向上するので、好ましい。
【００２５】
Ｍｎ：０．０５〜３．００％
Ｍｎは脱酸作用を有する。この脱酸効果を発現させるためには、少なくとも０．０５％を含有させる必要がある。しかしながら、３．００％を越えて含有させると、管製品の延性及び靭性の低下をもたらし、管内面での割れ及び管内外面の被れ疵が発生しやすくなる。したがってＭｎの含有量を０．０５〜３．００％と規定する。なお、Ｍｎの含有量を０．２０〜１．００％にすることが好ましい。
【００２６】
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは、原料やスクラップから混入してくる不純物であり、一般に、合金中に多量に存在すると熱間加工性が低下し、また、耐食性も劣化する。特に、Ｐの含有量が０．０４％を超えると、熱間加工性の低下と耐食性の劣化が著しくなる。したがって、許容できるＰの含有量を０．０４％以下とした。Ｐの含有量は０．０３％以下にすることが好ましい。
【００２７】
Ｓ：０．００４％以下
Ｓも、原料やスクラップから混入してくる不純物であり、一般に、合金中に多量に存在すると熱間加工性が低下し、また、耐食性も劣化する。特に、Ｓの含有量が０．００４％を超えると、熱間加工性の低下と耐食性の劣化が著しくなる。したがって、許容できるＳの含有量を０．００４％以下とした。Ｓの含有量は０．００３％以下にすることがより好ましい。なお、Ｓの含有量を０．００１５％以下にすると、特に優れた熱間加工性を示すので、さらに好ましい。
【００２８】
Ｃｕ：０．０１〜３．０％
Ｃｕは、耐食性向上に有効な元素であり、その効果はＣｕの含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｃｕの含有量が３．０％を超えると、延性及び靱性が低下する場合がある。したがって、Ｃｕの含有量を０．０１〜３．０％とした。なお、Ｃｕの含有量は０．０２〜１．５％とすることが好ましい。
【００２９】
Ｃｒ：１０〜３５％
Ｃｒは、Ｍｏ及びＮとともに合金の耐食性及び強度を向上させる作用を有する。前記の効果は、Ｃｒの含有量が１０％以上で得られる。しかし、Ｃｒの含有量が３５％を超えると、合金の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｒの含有量を１０〜３５％とした。Ｃｒの含有量は２１〜２７％とすることが好ましい。
【００３０】
Ｎｉ：１０〜８０％
Ｎｉは、Ｎとともにオーステナイトの素地を安定化する作用を有し、高合金中にＣｒやＭｏ等の強化作用と耐食作用を有する元素を多量に含有させるのに必須の元素である。これらの効果は、Ｎｉの含有量が１０％以上で得られる。一方、Ｎｉの多量添加は合金コストの過度の上昇を招き、特にＮｉの含有量が８０％を超えるとコストの上昇が極めて大きくなる。したがって、Ｎｉの含有量は１０〜８０％とした。なお、Ｎｉの含有量は２０〜７０％とすることが好ましい。
【００３１】
Ｍｏ：０．０１〜７．０％
Ｍｏは、Ｃｒとの共存下で合金の強度を高める作用を有する。この効果は、Ｍｏの含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｍｏの含有量が７．０％を超えると、延性や靱性等の機械的性質の低下を招く。したがって、Ｍｏの含有量は０．０１〜７．０％とした。なお、Ｍｏの含有量は２．８０〜７．０％とするのが好ましい。
【００３２】
Ａｌ：０．００１〜０．２００％
Ａｌは脱酸作用を有する。この効果を発現するためには少なくとも０．００１％を含有させる必要がある。一方、Ａｌを過剰に添加すると合金の清浄度が悪化し、介在物を起点とする欠陥が生じる。したがってＡｌ含有量は０．００１〜０．２００％に規定する。なお、Ａｌの含有量を０．００１〜０．１５０％にすることが好ましい。
【００３３】
Ｎ：Ｎ：０．００１〜０．３００％
Ｎは、Ｎｉとともにオーステナイトの素地を安定化する作用を有する。その作用を確保するためには、少なくとも０．００１％を含有させる必要がある。一方、Ｎを過剰に添加すると管製品の靭性の低下を招くことがあり、特に０．３００％を越えると靭性の低下が著しくなる場合がある。したがって、Ｎの含有量は０．００１〜０．３００％に規定する。なお、Ｎの含有量は０．００４０〜０．２７０％にすることが好ましい。
【００３４】
Ｆｅ：残部
Ｆｅは、管製品の強度を確保するとともに、Ｎｉの含有量の低減を可能にして合金コストを引き下げる効果を有する。このため、本発明に係る継目無管の素材となる合金においては、残部元素をＦｅとした。
【００３５】
Ｚｎ：０.００４％以下
Ｚｎは不純物として含有されるが、粒界に偏析し、高合金からなる鋳片を分塊や鍛造等の圧延をした後のビレット表面に割れや疵を発生させる。したがって、Ｚｎの含有量は０．００４％以下とする。なお、Ｚｎの含有量は０．００３％以下とするのが好ましい。
【００３６】
Ｐｂ：０.００２５％以下
Ｐｂは不純物として含有されるが、粒界に偏析し、高合金からなる鋳片を分塊や鍛造等の圧延をした後のビレット表面に割れや疵を発生させる。したがって、Ｐｂの含有量は０．００２５％以下とする。なお、Ｐｂの含有量は０．００２０％以下とするのが好ましい。
【００３７】
これまでに述べた化学組成を有する高合金継目無管は、強度や延性などの機械的性質に優れるとともに耐食性に優れているので、油井管及びラインパイプ並びに原子力発電プラント及び化学工業プラントにおける各種構造部材として用いることができる。
【００３８】
（Ｂ）継目無管の製造方法
上記の化学組成を有する高合金の溶湯を調製したのち、インゴット法と連続鋳造法のいずれの鋳造法を採用しても鋳片を作製することができる。なお、連続鋳造法ではオシレーションによって鋳型から間欠的に鋳片が引き出されるため、鋳片外表面にオシレーションマーク部（谷部）が形成される。したがって、連続鋳造材は、次の圧延工程においてこのオシレーションマーク部に応力が集中するため、圧延後のビレット表面に割れや疵が発生しやすいので、過酷な圧下とならないように、総圧延率を低めに抑えるのが好ましい。
【００３９】
また、インゴット法又は連続鋳造法によって作製した高合金の鋳片は、まず、１３００℃以下の温度まで加熱し、鋳片の温度が８００℃を下回らないうちに、数十回の圧延を施すことによって、ビレットに成形される。
【００４０】
この鋳片を圧延してビレットにするまでに、１３００℃以下の温度まで１回だけ加熱する場合と、２回以上加熱する場合がある。通常は、１回の加熱に基づいて数十回（通常往復２０回程度）の圧延を終了する場合（これを、「１ヒート圧延」という。）と、１ヒート圧延終了後にさらに１３００℃以下の温度まで加熱し、被圧延材の温度が８００℃を下回らないうちに数十回（通常往復２０回程度）の圧延を再度施す場合（これを、「２ヒート圧延」という。）の２つの方法が採用される。
【００４１】
このように、高合金からなる鋳片を、１ヒート圧延又は２ヒート圧延によってビレットに成形する際に、８００〜１３００℃における総圧延比を余り大きくしすぎると、圧延後のビレットの表面に割れや疵が発生しやすくなるので、総圧延比は１２．０以下にするのが好ましい。なお、総圧延比は７．０以下にするのが、より好ましい。
【００４２】
なお、上述のとおり、高合金からなる鋳片をビレットに成形する際には、１ヒート圧延のように１回だけの加熱に基づいて圧延を施す場合と、２ヒート圧延のように２回以上の加熱に基づいて圧延を施す場合とがあるが、本発明でいう総圧延比とは、各回の加熱後の圧延比をいう。
【００４３】
すなわち、本発明でいう総圧延比とは、各回の加熱直後になされる複数回の圧延における圧延比の総計をいい、次の(1)式で計算される。
【００４４】
総圧延比＝（圧延前の断面積）／（圧延後の断面積）・・・・・・(1)式
そして、このようにして得られた高合金からなるビレットを製管することによって、継目無管を得る。製管方法として、ユジーンセジュルネ方式などの熱間押出法、またはピアサーによって穿孔圧延するマンネスマン製管法のいずれを採用してもよく、いずれも通常の方法で行えばよい。
【００４５】
ピアサーによる穿孔圧延は、炭素鋼や低合金鋼、更には、いわゆる「１３％Ｃｒ鋼」などのマルテンサイト系ステンレス鋼の場合と同様の条件で行えばよい。具体的には、例えば、ビレット加熱温度を１２００〜１３００℃、ロール交叉角を０〜１０゜、ロール傾斜角を７〜１４゜として穿孔圧延すればよい。
【００４６】
その後、マンドレルミル、プラグミル、アッセルミル、プッシュベンチなどで延伸圧延した後、ストレッチレデューサーやサイザーなどの絞り圧延機で定径圧延することによって、所望の断面寸法を有する継目無管に仕上げることができる。
【００４７】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
【実施例１】
【００４８】
表１に示す化学組成を有する各種の合金を、ＥＦ（電気炉）−ＡＯＤ−ＶＯＤプロセスにて溶製後、インゴット法又は連続鋳造法によって鋳片を得た。表１において、合金Ｎｏ．１〜１０は化学組成が本発明で規定する範囲内にある本発明例であり、合金Ｎｏ．１１〜１８不純物のうちのＺｎ及び／又はＰｂが本発明で規定する含有量の範囲から外れた比較例である。なお、各鋳片の断面寸法は、表２に示したとおりである。
【００４９】
【表１】
2009120875.tif 000002
【００５０】
【表２】
2009120875.tif 000003
【００５１】
次いで、上記の各鋳片を１２５０〜１３００℃で２〜８時間均熱した後、一方の鋳片には１ヒート圧延による熱間鍛造（１回の加熱当たりのパス数は２０回往復。圧延比は表２に示す。）を、そして、他方の鋳片には２ヒート圧延（１回の加熱当たりのパス数は２０回往復。各加熱当たりの圧延比は表２に示す。）による熱間鍛造を施し、丸ビレットを作製した。なお、鍛造の仕上げ温度はいずれも８００℃以上とした。
【００５２】
このようにして得られた丸ビレットの各々について、表面を深さ２〜３ｍｍ程度、旋盤によって外削し、外削後の表面を浸透探傷法によってカラーチェック検査を施し、粒界割れに起因する外面欠陥（割れ、被れ疵）の発生の程度について調べることによって、丸ビレットの外表面品質を評価した。その結果を表３に示す。ここで、その評価基準は次のとおりである。
【００５３】
◎：粒界割れに起因する外面欠陥なし。
○：粒界割れに起因する外面欠陥発生率：１０％未満。
×：粒界割れに起因する外面欠陥発生率：１０％以上。
【００５４】
【表３】
2009120875.tif 000004
【００５５】
さらに、粒界割れに起因する外面欠陥発生率が１０％未満であった丸ビレットを抽出して、外面欠陥部を研削により除去し、ユジーン製管法またはマンネスマン製管法により継目無管を製造した。ユジーン製管法では、丸ビレットを１１５０〜１２３０℃の範囲で加熱し、外径が５５ｍｍ〜２２７ｍｍ、肉厚が７ｍｍ〜１６ｍｍの継目無管を製造した。一方、マンネスマン製管法では、丸ビレットを１２５０℃で加熱し、外径が２４４．５ｍｍ、肉厚が１５ｍｍの継目無管を製造した。次に、各々の管の外表面を超音波探傷法によって検査し、粒界割れに起因する外面欠陥（割れ、被れ疵）の発生程度について調査することによって、評価した。その結果を表４に示す。ここで、評価基準は次のとおりとする。
【００５６】
◎：粒界割れに起因する外面欠陥なし。
○：粒界割れに起因する外面欠陥発生率が５％未満。
【００５７】
【表４】
2009120875.tif 000005
【００５８】
表４に示すとおり、本発明の範囲内の化学組成を有する丸ビレットを使用して製管した場合、外面欠陥発生率の低い継目無管が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係る高合金継目無管は、その鋳片を分塊や鍛造等によって圧延して得られるビレットの段階で、その表面に割れや疵が発生しにくいので、製管後の管外表面品質において優れた高合金継目無管を提供することができる。