CN100352568C - 无缝钢管制造用管坯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内表面特性良好的奥氏体类不锈钢穿孔轧制管坯，并确立能以工业规模量产优质奥氏体类不锈钢制无缝钢管的方法。对P含量为：0.040%或0.040%以下、S含量为：0.020%或0.040%以下的奥氏体类不锈钢钢坯进行穿孔轧制以使扩管比H(管坯的外径/材料钢坯的直径)满足下述式，得到奥氏体类不锈钢制的管坯。另外，制造奥氏体类不锈钢制无缝钢管时，对上述管坯进行轧制来进行制管。

Description

无缝钢管制造用管坯及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造由奥氏体类不锈钢制成的无缝钢管的管坯及其制造方法、以及使用该管坯或该制造方法的奥氏体类不锈钢的无缝钢管的制造方法。

背景技术

现在，制造无缝钢管(以下称“制管”)的方法的代表例是这样的方法：使用穿孔机(斜轧穿孔机)对原材料钢坯进行斜轧穿孔(以下称“穿孔轧制”)来获得空心管坯(以下仅称“管坯”)，用延伸轧机、芯棒轧管机或芯棒式无缝管轧机等轧制机对该管坯进行轧制来使其延伸后，最终由定径机或拉伸缩径轧机来进行整形。

在该情况下，无缝钢管的原材料若是合金成分比较少的通常的低碳钢，则通过有利于量产的穿孔来获得优质管坯是比较容易的。但是，在使用例如JIS规定的SUS316、SUS321、SUS347等奥氏体类不锈钢等的高合金钢作为原材料的情况下，由于该材料也是难加工性材料，因此，当应用穿孔轧制时，则在管坯上容易产生由穿孔轧制特有的满乃斯曼破坏导致的内面裂纹，若产生内面裂纹，则往往不能获得优质的无缝钢管制品。

作为防止产生这样的内面裂纹的手段、且可适用于实际生产线的适当的防止发生对策尚未被报道过。因此，以工业规模对奥氏体类不锈钢等的高合金钢的无缝钢管进行量产是困难的。

特别是在为奥氏体类不锈钢的情况下，除此之外，还容易产生由“晶界熔化”导致的内面裂纹。该晶界熔化是由于斜轧穿孔机的加工发热使存在于结晶晶界处的低熔点物质熔化而产生的现象，当产生晶界熔化时，材料的延展性就会急剧下降，在穿孔轧制时导致管坯的断裂，即裂缝缺陷。

另外，在穿孔轧制过程中，上述晶界熔化是从材料温度最高的材料内部到内表面范围中产生的，以此处为起点来发展的裂纹几乎不能修复，因此对成品率的显著降低是无可奈何的。

奥氏体类不锈钢，特别是含有Mo、Ti、Nb、Cu等合金元素的SUS316、SUS321、SUS347等的奥氏体类不锈钢中，由于这些合金元素容易生成低熔点物质，所以特别容易发生晶界熔化。此外，当添加这些合金元素时，材料的强度增加，穿孔轧制时加工发热大，这也成为助长晶界熔化发生的原因。

为防止该晶界熔化，认为抑制了由穿孔机导致的加工发热的穿孔轧制是有效的。

要抑制加工发热而进行穿孔轧制，通常采用减少倾斜辊的转速来降低材料的应变速度的方法，或加厚穿孔轧制壁厚的方法。

但是，若降低辊转速，则在用穿孔机进行穿孔轧制时花费时间较大，不仅工具(特别是芯棒)的使用寿命显著降低，而且得到的管坯的温度也降低，所以降低辊转速的方法，即降低穿孔轧制速度的方法不能适用于实际的生产线。

另一方面，若加厚穿孔轧制壁厚，则在穿孔机下游的制管轧制机(延伸轧机、芯棒轧管机或芯棒式无缝管轧机等)中的轧制变得不稳定，无缝钢管的制造成品率显著变差，所以该方法也不能适用于实际的生产线。

然而，为了使处于穿孔机下游的制管轧制机中的轧制稳定，最好对该轧制机供给尽量高温的薄壁材料，即供给高温的薄壁管坯，但若为了供给高温的管坯而提高原材料钢坯的加热温度，则由极少的加工发热就会到达晶界熔化的温度，因此，在这样提高钢坯的加热温度的条件下，进行需要大加工度的薄壁穿孔轧制就越发困难。

在日本特开2000-301212号公报中，作为难加工性金属的穿孔轧制方法，公开有“使钢坯的加热温度与穿孔机的穿孔轧制速度相关联来进行调节，由此将钢坯的温度保持在低于过热温度(1260～1310℃)来进行穿孔轧制的方法”。在此，“过热温度”是材料发生晶界熔化的温度，SUS316、SUS321、SUS347等奥氏体类不锈钢的晶界熔化温度在该1260～1310℃的范围内。

然而，在日本特开2000-301212号公报中所公开的方法，只不过是控制以穿孔轧制速度和钢坯加热温度作为变量的式子的值，使其小于过热温度，由此谋求穿孔轧制中的钢坯温度不会成为过热温度或过热温度以上的方法，从其“实施例”也可知，具体而言，为了得到无裂纹的管坯，必须将钢坯加热到1100～1180℃这样的低温。

此外，上述公报的“实施例”中的穿孔轧制速度为300mm/秒或300mm/秒以下，要得到8m的管坯时，需要30妙的时间，并不实际。

另外，在其“实施例”中，进行的是代用粘土((plasticine)此为金属在热时的塑性变形的模型试验所使用的一种油粘土)的模拟，此时，穿孔轧制后的管坯的壁厚/外径的比率(t/d的比率)是15％，是相当厚的壁。

因此，在该方法中，不能确保后续轧制机中的轧制稳定性，另外穿孔机工具的寿命也不充分。

此外，“CAMP-ISIJ”Vol.6(1993)的第370～373页中也报道有用实际生产线上使用的穿孔机对SUS316L进行穿孔轧制的例子，但在该报道中，也认为为了防止穿孔轧制管坯的内面裂纹，需要降低倾斜辊的圆周速度的同时，还需将钢坯加热温度控制在1190℃或1190℃以下，存在与上述日本特开2000-301212号公报中公开的方法相同的问题。

另外，在日本特开2001-162306号公报中公开有这样的方法：控制以钢坯直径、倾斜辊直径及倾斜辊转速为变量的式子的值，来防止穿孔轧制管坯的内面裂纹，但该方法终究也还是使倾斜辊低速旋转来进行穿孔轧制的，总之不过是根据需要来限制穿孔轧制速度、即材料的应变速度的方法，存在穿孔轧制时间长、工具寿命降低、管坯温度降低等问题，所以不能说是可适用于实际生产线的方法。

发明内容

根据本发明，可以提供能够稳定地制造内面特性良好的奥氏体类不锈钢的无缝钢管的优质管坯，还可提供在充分适用于实际生产线的条件下，能够稳定地制造这样的管坯的方法。

另外，根据本发明，可以使用这样的管坯来提供奥氏体类不锈钢的无缝钢管，还可提供能以工业规模量产这样的无缝钢管的制造方法。

为稳定地制造薄壁的奥氏体类不锈钢的无缝钢管，本发明人们着眼于使用与通常的碳素钢同样的管坯。并且，为此，在奥氏体类不锈钢中，最好作成原材料钢坯的加热温度至少为1200℃或1200℃以上、穿孔机穿孔轧制后的管坯壁厚t/外径d的比率为(t/d比率)7％或7％以下的管坯。但是，在奥氏体类不锈钢中，以以往的穿孔轧制技术，不能得到不产生晶界熔化的那样的管坯。

本发明人们为了达到上述目的而从各种角度进行研究，并在以往的经验之上得出以下的结论。

即，如上所述，为了在实际的产线中稳定地制造奥氏体类不锈钢制的无缝钢管，需要向位于穿孔机下游的轧制机供给尽可能薄壁的穿孔轧制管坯，即，以高温供给与制造碳素钢制的钢管的情况相同程度地薄壁的管坯，使位于穿孔机下游的轧制机中的轧制稳定。

从本发明人们的经验来看，在为奥氏体类不锈钢的情况下，为了能够实现位于穿孔机下游的轧制机中的负载减轻和防止轧废，进而使奥氏体类不锈钢的无缝钢管的制管稳定化，其必要条件是：使穿孔机穿孔轧制后(倾斜轧制后)的管坯的t/d比率为7％或7％以下，并使钢坯的加热温度为1200℃或1200℃以上。

然而，根据本发明人们进行的追加试验，在想由穿孔机得到的管坯的t/d比率为7％或7％以下的情况下，即使对辊转速和钢坯加热温度加以限制，也不可避免发生晶界熔化。

为此，为了在对奥氏体类不锈钢钢坯加热至1200℃或1200℃以上、并且不对辊转速加以特别限制的条件下，进行穿孔轧制，得到穿孔轧制后的t/d比率为7％或7％以下的优质的穿孔轧制管坯，本发明人们为求得用于上述的方法而持续研究，其结果得到如下结论。

本发明人们首先着眼于在奥氏体类不锈钢的穿孔轧制中成为大问题的“晶界熔化”的主要原因在于形成低熔点物质的钢中的元素，调查了构成奥氏体类不锈钢的各成分对晶界熔化的影响程度。

另外，到目前为止，在满乃斯曼式制管法中，很少有限定钢坯成分来限制晶界熔化的报告例子。其理由可能是与其他的制管法(例如挤出法等)相比，在由穿孔机进行的穿孔轧制中加工发热极大，因此，仅通过改善材料成分，不能抑制晶界熔化。

在钢的组成成分对晶界熔化的影响度的调查中，首先，用模拟状态图研究所含元素对奥氏体类不锈钢的固相线温度(熔点)的影响。

其结果，得出的结论是减少Mo、Ti、Nb、Cu等形成低熔点化合物的金属元素，在提高晶界熔化温度方面是最有效的，但有这样的问题，即由于这些元素是顾客指定的元素，不能对其自由调整。

但是，本发明人们通过基于上述研究结果进行试验，发现：在无需偏离指定的成分规格就能进行调节的元素中，特别是P和S对晶界熔化有极大影响，若降低P和S的含量，就可得到与减少上述各金属元素(Mo、Ti、Nb、Cu等)的情况大致相等的晶界熔化温度上升效果。

例如，图1是表示P对奥氏体类不锈钢SUS316的固相线温度，即熔点的影响的状态图，可得知若减少P含量，则固相线温度急剧上升。图中，γ、δ表示固相，L表示液相。在此，JIS SUS316具有后述表1中所示的组成。

另外，对于S也表示出与P同样的倾向。

另外，本发明人们还着眼于在奥氏体类不锈钢的穿孔轧制中成为问题的“晶界熔化”的另一重要因素，即加工发热，反复研究了在能充分适用于实际生产线的条件下有没有降低加工发热量的对策。

在这里，加工发热量Q与材料的塑性功W成正比，且以下述式(1)表示。

Q＝C×W    [C：常数]    ...(1)

因此，抑制塑性功W可降低加工发热量Q，进而可减少晶界熔化。

在此，塑性功W如下述式(2)所示，是用等效应变对材料的等效应力进行积分得到的值。

$W=\∫\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}d\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}\·\·\·\left(2\right)$

其中，

等效应力

等效应变

另外，等效应力是材料的变形阻力，依存于应变速度而变大。因此，只要抑制上述式(2)中所示的等效应力，即，材料的变形阻力和等效应变，就可抑制加工发热量。

在现有技术中，为了避免晶界熔化而降低辊的转速，是为了降低辊的圆周速度来抑制与加工发热量紧密相关的变形阻力，另外，在现有技术中不得不进行厚壁穿孔轧制，是由于为了抑制加工发热量而不能提高等效应变的缘故。

但是，本发明人们发现在获得相同的“壁厚/外径”比率的管坯时，当增加“穿孔轧制后的管坯外径/钢坯直径”的比率时，可减小等效应变。并且发现，通过组合该穿孔轧制方法和控制材料钢坯的P及S的含量，无需对辊转速及材料钢坯的加热温度加以限制，就能使之不产生晶界熔化。而且，即使制造对象是t/d比率为7％或7％以下的奥氏体类不锈钢管坯时，也能不产生晶界熔化地进行穿孔轧制。

即，若忽略剪应变，等效应变可从列维-密赛斯(Levy-Mises)方程式，根据下述式(3)求出。

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}={[\{{({\mathrm{\ϵ}}_x-{\mathrm{\ϵ}}_y)}^2+{({\mathrm{\ϵ}}_y-{\mathrm{\ϵ}}_z)}^2+{({\mathrm{\ϵ}}_z-{\mathrm{\ϵ}}_x)}^2\}\×2]}^{0.5}/3\·\·\·\left(3\right)$

在这里，ε_x是穿孔轧制管坯的圆周方向应变，ε_y是穿孔轧制管坯的半径方向应变，并且，ε_z是穿孔轧制管坯的长度方向应变，可分别用下面的式(4)、式(5)、式(6)求出。

ε_x＝In(x/x₀)    ...(4)

ε_y＝In(x/y₀)    ...(5)

ε_z＝In(x/z₀)    ...(6)

图2(a)、(b)分别是实心的原材料钢坯1及穿孔轧制后的空心管坯2的立体示意图，表示上述式中x、y、z及x₀、y₀、z₀的定义。各图中的虚线，分别表示截面径向中间位置及端面壁厚径向中间位置。

在这里，x₀：钢坯半径×π

y₀：钢坯半径

z₀：钢坯长

x：(管坯外径+管坯内径)×π/2

y：管坯壁厚

z：管坯长度

另外，根据容积守恒定律，εx、ε_y、ε_z之间成立下述式(7)。

ε_x+ε_y+ε_z＝0    ...(7)

本发明人们立足于这样的想法，即，“代替用强的辊加压来限制管坯外径的同时向长度方向进行延伸的穿孔轧制，改为实施增大管坯外径对原材料钢坯直径的比(扩管比)的穿孔轧制时，就能减小t/d比率，同时可使等效应变相对较小”的想法，在代替“加大管坯壁厚来抑制等效应变的增加的穿孔轧制”，改为实施“不采用厚壁策略，采用加大管坯外径的穿孔轧制”，即，实施扩管穿孔轧制的情况下，试着使用上述式来计算施加于材料上的等效应变。

将其结果作为扩管比和等效应变的关系表示在图3中。从图3的曲线可明确知道：施加于穿孔轧制原材料上的等效应变随着增大扩管比而变小。

这样，在固定t/d的情况下，随着扩管比的增加，等效应变减小，这可以如下说明。

即，若要增大扩管比，则需要外径小且长的钢坯。这是因为由于前提是得到同一尺寸的管坯，所以为了保持容积而必然的。因此，在增大扩管比得到同一尺寸的管坯时，应变的三个成分中，圆周方向成分变大，但壁厚方向和长度方向成分这两个一起变小。在增大了扩管比的情况下，作为平衡，等效应变是变大还是变小，如上所述可根据计算求出。

另外，在等效应变相等的条件下，扩管比越大，t/d越小。这可以如下说明。

即，如上所述，通过扩管穿孔轧制，等效应变变小。因此，在等效应变相同的情况下，扩管穿孔轧制可形成加工度更大的薄壁管坯，即，形成t/d比率小的管坯。

图3中以“实线”和“虚线”表示的曲线分别是在t/d比率固定的条件下计算出的(实线是较低的固定t/d比率，虚线是较高的固定t/d比率)，如图中箭头所示，可知：当加大扩管比，则即使是与以以往低扩管比进行加大t/d比率的穿孔轧制的情况(因此得到的管坯是厚壁的)相同程度的等效应变水平，也可以得到t/d比率低的薄壁管坯。

从而，从该计算结果可以确信：通过增加扩管比，可以稳定地进行奥氏体类不锈钢无缝钢管的制管，并可得到必要的低t/d比率的穿孔轧制管坯(薄壁管坯)。

不过，根据上述的计算结果，当使“穿孔轧制后管坯的外径/原材料钢坯的直径”(即“扩管比”)变大，则加工发热降低、晶界熔化的危险得到抑制，但在上述计算式中，并未涵盖材料与工具的摩擦或剪切变形等，在实际加工中产生的所有物理现象。

因此，本发明人们通过试验进一步验证了上述理论。

在本试验中，将由加热到1250℃的SUS316钢构成的奥氏体类不锈钢钢坯，通过模具轧制将其穿孔轧制成长度3m的管坯(壳状物)后，以300mm的节距将管坯切成环，进一步如图4所示通过纵向切开，确认有没有由晶界熔化引起的内面裂纹。并且，不仅是内面裂纹，当发现材料的截面上有缺陷时，也判定为“有内面裂纹”。

图4是如上所述地纵向切开的管坯的立体示意图，表示由晶界熔化引起的内面裂纹(内部结疤)的形态，图中，附图标记10表示更典型的内面裂纹，附图标记1 2表示可见于截面的缺陷。

另外，表1表示的是作为试验装置的模型轧制的穿孔轧制条件。

[表1]

穿孔轧制条件
		辊倾斜角辊最大直径部斜度芯棒前端的斜度	10°10～13％5～6％

另外，表1中的“辊最大直径部斜度”及“芯棒前端的斜度”，例如丸善株式会社发行的“第3版钢铁便览第III卷(2)  棒钢·钢管·轧制通用设备”第934页中说明的那样，是使轧辊开度和芯棒前端的位置无量纲化而表示的数值，是用下面的式(8)及式(9)来表示的值。

[试验1]

将由相当于SUS316的奥氏体类不锈钢制成且具有表2所示化学组成的钢坯作为原材料，将其P含量和扩管比(穿孔轧制后管坯的外径/钢坯的直径)如表3所示那样进行各种改变，进行穿孔轧制。

将该结果的1个例子一并示于表3。

[表2]

试验用钢坯的化学成分(质量％)
							C	Si	Mn	S	Ni	Cr	Mo
0.08	1.00	2.00	0.005	10.00	17.00	2.80

(注)残余成分是Fe、及P等不可避免的杂质。

[表3]

试验1的结果
							P含量(质量％)	钢坯直径(mm)	管坯外径(mm)	管坯壁厚(mm)	扩管比(H)	t/d比率(％)	有无内面裂纹
0.030	70.0	72.0	4.4	1.03	6.1	有(×)
							0.030	70.0	75.0	4.8	1.07	6.4	有(×)
0.030	70.0	81.0	5.0	1.16	6.2	有(×)
							0.030	70.0	95.0	5.5	1.36	5.8	有(×)
0.030	70.0	115.0	6.5	1.64	5.7	有(×)
							0.020	70.0	72.0	4.5	1.03	6.3	有(×)
0.020	70.0	75.0	4.8	1.07	6.4	有(×)
							0.020	70.0	81.0	5.0	1.16	6.2	有(×)
0.020	70.0	95.0	5.5	1.36	5.8	无(○)
							0.020	70.0	115.0	6.5	1.64	5.7	无(○)
0.010	70.0	72.0	4.5	1.03	6.3	有(×)
							0.010	70.0	75.0	4.8	1.07	6.4	有(×)
0.010	70.0	81.0	5.0	1.16	6.2	无(○)
							0.010	70.0	95.0	5.5	1.36	5.8	无(○)
0.010	70.0	115.0	6.5	1.64	5.7	无(○)

从表3所示结果，能够确认上述的定性效果。即，降低P含量时，即使扩管比大致相同，也可以抑制内面裂纹的产生。另外，即使P含量相同，若增大扩管比，则也可抑制内面裂纹的产生。

[试验2]

与[试验1]同样地将由相当于SUS316的奥氏体类不锈钢构成且具有表2所示化学组成的钢坯作为原材料，在表4所示条件下进行穿孔轧制。

另外，对所使用的原材料钢坯，与[试验1]同样地将其P含量以3个级别进行变化。不过，与[试验1]的情况不同，在穿孔轧制中，使穿孔轧制后的管坯外径大致相同并通过改变材料钢坯的直径来使扩管比变化。

将其结果一并示于表4。

[表4]

试验2的结果
							P含量(质量％)	钢坯直径(mm)	管坯外径(mm)	管坯壁厚(mm)	扩管比(H)	t/d比率(％)	有无内面裂纹
0.030	85.0	93.0	5.0	1.09	5.4	有(×)
							0.030	80.0	94.0	4.8	1.18	5.1	有(×)
0.030	65.0	94.5	4.8	1.45	5.1	有(×)
							0.030	55.0	95.5	4.9	1.74	5.1	无(○)
0.020	85.0	93.0	5.1	1.09	5.5	有(×)
							0.020	80.0	94.0	4.8	1.18	5.1	有(×)
0.020	65.0	94.5	4.8	1.45	5.1	无(○)
							0.020	55.0	95.5	4.8	1.74	5.0	无(○)
0.010	80.0	94.0	4.8	1.18	5.1	无(○)
							0.010	65.0	94.5	4.6	1.45	4.9	无(○)
0.010	55.0	95.5	4.8	1.74	5.0	无(○)

从表4所示的结果也可以知道与上述同样的定性倾向。即，降低P含量时，即使扩管比大致相同，也可抑制内面裂纹的产生。另外，即使P含量相同，若增大扩管比，则也可抑制内面裂纹的产生。

[试验3]

将由相当于SUS316的奥氏体类不锈钢构成且具有表2所示化学组成的钢坯作为原材料，将其S含量和扩管比如表5所示那样进行各种改变，进行穿孔轧制。

将其结果一并示于表5。

[表5]

试验3的结果
							S含量(质量％)	钢坯直径(mm)	管坯外径(mm)	管坯壁厚(mm)	扩管比(H)	t/d比率(％)	有无内面裂纹

0.020	70.0	75.0	4.8	1.07	6.4	有(×)
							0.020	70.0	81.0	5.0	1.16	6.2	有(×)
0.020	70.0	95.0	5.5	1.36	5.8	有(×)
							0.020	70.0	115.0	6.5	1.64	5.7	有(×)
0.005	70.0	75.0	4.8	1.07	6.4	有(×)
							0.005	70.0	81.0	5.0	1.16	6.2	有(×)
0.005	70.0	95.0	5.5	1.36	5.8	无(○)
							0.005	70.0	115.0	6.5	1.64	5.7	无(○)

从表5所示的结果也可以知道如下所述的定性倾向。即，降低S含量时，即使扩管比大致相同，也可抑制内面裂纹的产生。另外，即使S含量相同，若增大扩管比，则也可抑制内面裂纹的产生。

本发明人们通过反复进行上述那样的试验，并进行研究，得以导出能够抑制表面裂纹而得到低t/d比率的管坯的“关于‘原材料钢坯的P含量和S含量’及‘穿孔轧制中的扩管比H’的关系式”。

该关系式如下面的式(10)。

${\left[\frac{P}{0.025\×H-0.01}\right]}^2+{\left[\frac{S}{0.015\×H-0.01}\right]}^2\≤1\·\·\·\left(10\right)$

图5是以3维表示上述式(10)的图表。

从图5中可知，上述式(10)是表示图5中的圆锥状区域的式子，可以抑制晶界熔化的区域是将圆锥切成1/4的区域。

即，本发明人们为了导出上述式(10)的系数而进行上述的试验，将在试验中得到的“无晶界熔化裂纹的数据”标绘在上述图5的图表上，可以求出式(10)。

图6是表示在图5的固定S含量的截面①、②中，P含量在与扩管比H的关系中，有无产生裂纹的图表。

并且也确认到：使用对控制S含量及P含量的奥氏体类不锈钢钢坯在上述式(10)的条件下进行穿孔轧制而得到的管坯，将其按照通常的无缝钢管的制造工序轧制制管时，可以稳定地得到品质优良的奥氏体类不锈钢无缝钢管。

本发明是基于上述见解事项等进行的，本发明如以下所述。

(1)一种无缝钢管制造用管坯，用于制造奥氏体类不锈钢的无缝钢管，其特征在于，构成所述管坯的钢中的P含量为0.040质量％或0.040质量％以下、且S含量为0.020质量％或0.020质量％以下，并且具有扩管比H满足下述式的条件的斜轧穿孔履历，在如此穿孔轧制中，未发现内面裂纹。

[公式1]

${\left[\frac{P}{0.025\×H-0.01}\right]}^2+{\left[\frac{S}{0.015\×H-0.01}\right]}^2\≤1$

(2)上述(1)所述的管坯中，所述奥氏体类不锈钢含有Al、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Nb、Si、Ti、W、V及Zr中的至少一种，且其总计含有量为10质量％或10质量％以上。

(3)上述(1)或(2)所述的管坯中，所述扩管比在1～2的范围内。

(4)上述(1)～(3)中任一项所述的管坯中，钢中的P含量为0.020质量％或0.020质量％以下，S含量为0.005质量％或0.005质量％以下。

(5)一种无缝钢管制造用的管坯的制造方法，该方法是制造用于制造奥氏体类不锈钢的无缝钢管的管坯的方法，其特征在于，在扩管比H满足下述式子的条件下对钢坯的加热温度为1200℃或1200℃以上、并且P含量为0.040质量％或0.040质量％以下、S含量为0.020质量％或0.020质量％以下的钢坯，进行斜轧穿孔，在如此穿孔轧制中，未发现内面裂纹。

[公式2]

${\left[\frac{P}{0.025\×H-0.01}\right]}^2+{\left[\frac{S}{0.015\×H-0.01}\right]}^2\≤1$

(6)上述(5)所述的管坯的制造方法中，所述奥氏体类不锈钢含有Al、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Nb、Si、Ti、W、V及Zr的至少一种，且其总计含有量为10质量％或10质量％以上。

(7)上述(5)或(6)所述的管坯的制造方法中，所述扩管比在1～2的范围内。

(8)上述(5)～(7)中任一项所述的管坯的制造方法中，设原材料钢坯的直径为d_b(mm)、辊最大直径部(roll gorge)的辊直径为D_r(mm)、辊转速为N(rpm)时，进行斜轧穿孔时的倾斜辊的圆周速度在下述范围。

$300\≤\frac{D_r\×N}{d_b}\≤500$

(9)一种高合金钢无缝钢管的制造方法，其特征在于，对上述(1)所述的无缝钢管制造用管坯进行制管轧制，接着进行整形轧制。

(10)一种高合金钢无缝钢管的制造方法，其特征在于，用上述(6)的制造方法制造无缝钢管制造用管坯，接着对得到的管坯进行制管轧制，接着进行整形轧制。

附图说明

图1是表示P对奥氏体类不锈钢(SUS316)的固相线温度(熔点)的影响的模拟状态图。

图2(a)是表示x₀、y₀、z₀的定义的钢坯的立体示意图，图2(b)是表示x、y、z的定义的穿孔轧制管坯的立体示意图。

图3是调查“穿孔轧制后材料的t/d比率”和“扩管比”对施加于穿孔轧制材料的等效应变的影响而得到的关系图。

图4是表示由晶界熔化引起的内面裂纹(内部结疤)的形态的纵向切开的穿孔轧制管坯的示意立体图。

图5是3维表示式(10)的图表，该式(10)是可以抑制内面裂纹而得到低t/d比率管坯的钢坯，其P含量和S含量及在穿孔轧制中的扩管比H的关系式。

图6是表示在图5的固定S含量的截面①、②中，P含量在与扩管比H的关系中，有无产生裂纹的图表。

具体实施方式

在这里，本发明作为对象的无缝钢管制造用的奥氏体类不锈钢含有Al、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Nb、Si、Ti、W、V及Zr等的合金元素中至少一种合金元素，且其总计含有量为10质量％或10质量％以上。其钢种并没有特别限定，也可以是SUS316、SUS321、SUS347或其他任意奥氏体类不锈钢。另外，这些元素的总量也没有特别限定。

根据本发明，任一种钢种，只要将钢中的含P量控制为0.040质量％或0.040质量％以下，并且将S含量控制为0.020质量％或0.020质量％以下即可。

其原因在于，若钢中的P含量超过0.040质量％、或S含量超过0.020质量％，则穿孔轧制时会引起晶界熔化，管坯容易产生内面裂纹，由于该内面裂纹，难以稳定地制造优质无缝钢管。特别是在将作为初始原材料的钢坯加热到较高温度来穿孔轧制t/d比率低的薄壁管坯时，这种倾向较显著。

另外，穿孔轧制中的扩管比H，如前面所述那样需要满足上述式(10)所规定的条件。

扩管比H不满足上述式(10)所规定的条件时，不能通过穿孔轧制得到没有内面裂纹的钢管坯(特别是低t/d比率的管坯)。

然而，使用“P含量为0.040质量％或0.040质量％以下、且S含量为0.020质量％或0.020质量％以下，并且具有扩管比H满足上述式(10)的条件的穿孔轧制履历(斜轧穿孔履历)而成的钢管坯”，将其轧制进行无缝钢管的制管时，这样的管坯即使是薄壁的，也不会发生由晶界熔化引起的内面裂纹，所以可以得到优质的奥氏体类不锈钢制无缝钢管。

另外，本发明中的上述奥氏体类不锈钢管坯，由于在良好的作业性下可以快速地制造，因此温度从加热温度下降的较少，这一点也较大地有助于优质的奥氏体类不锈钢制无缝钢管的制造性。

不过，按照本发明进行无缝钢管制造用管坯的穿孔轧制时，扩管比H必须满足上述式(10)所规定的条件，这是不言而喻的，更优选是使该扩管比H是1.15或1.15以上。

这是因为扩管比为1.15或1.15以上时，容易制造t/d比率为7％或7％以下的管坯。

另一方面，扩管比超过2时，管坯的膨胀会变得过大，容易产生原材料被挤到辊和作为从外表面限制工具的圆盘或导块的间隙中而被破坏的现象，经常造成轧制问题。

本发明的奥氏体类不锈钢管坯的制造方法中，由于没有必要将原材料钢坯的加热温度抑制到很低，因此为了顺利地进行穿孔轧制以后的轧制，最好将原材料钢坯加热到1200℃或1200℃以上来进行穿孔轧制。通过试验掌握到的原材料钢坯加热温度T的优选范围如下式所示。

1200℃≤T≤1290℃

另外，通过试验掌握到，按照本发明进行无缝钢管制造用管坯的穿孔轧制时，设原材料钢坯的直径为d_b(mm)、辊最大直径部的辊直径为D_r(mm)、辊转速为N(rpm)时，倾斜辊的圆周速度优选处于满足下述式(11)的范围内。

$300\≤\frac{D_r\×N}{d_b}\≤500\·\·\·\left(11\right)$

另外，上述式(11)中的分数式是表示用原材料钢坯的直径无量纲化了的辊圆周速度优选范围的式子，以使其适用于各种直径的原材料钢坯，这是不言而喻的。

关于上述原材料钢坯加热温度及倾斜辊圆周速度的优选范围，是大幅超出先前介绍的“奥氏体类不锈钢管坯的穿孔轧制的以往方案”的这些值的范围，而不受通常的碳素钢等的制管条件的制约。

接下来，通过实施例说明本发明。

实施例

将如表6所示化学组成的相当于SUS321或SUS347的各奥氏体类不锈钢钢坯加热到1250℃后，用斜轧穿孔机(穿孔轧制机)进行穿孔轧制，制造出同表6中所示外径及厚壁的管坯(壳状物)。

另外，此时，将辊倾斜角、辊最大直径部斜度及芯棒前端斜度设定为前述表1中所示的值，且辊圆周速度调节到满足前述式(11)的范围内。

接下来，以300mm的节距将得到的管坯(壳状物)切成环状，并通过如图4所示地纵向切开，调查切成两片的管坯有没有内面裂纹(由晶界熔化引起的、在自内表面到进入内部数mm的部分裂成两片板状的内面裂纹)。

将该调查结果一并表示于表6中。

表6

试验编号	铜坯的化学成分(质量％)								钢坯直径[mm]	管坯外径[mm]	管坯壁厚[mm]	扩管比(H)	t/d比率(％)	是否满足式(10)的条件	有无内面裂纹
																C	Si	Mn	Ni	Cr	其他	P	S
	1	0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Ti 5×C％	0.015																0.008	85.0	93.0	5.5	1.09	5.9	不成立	有(×)
2									0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Ti 5×C％	0.015	0.008	80.0	94.0	5.5	1.18	5.9	不成立	有(×)
	3	0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Ti 5×C％	0.015																0.008	85.0	94.5	5.5	1.45	5.8	成立	无(○)
4									0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Ti 5×C％	0.015	0.008	55.0	95.5	5.5	1.74	5.8	成立	无(○)
	5	0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Ti 5×C％	0.015																0.016	65.0	94.5	5.5	1.45	5.8	不成立	有(×)
6									0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Ti 5×C％	0.025	0.008	65.0	94.5	5.5	1.45	5.8	不成立	有(×)
	7	0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Nb 10×C％	0.015																0.008	70.0	75.0	4.8	1.07	6.4	不成立	有(×)
8									0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Nb 10×C％	0.015	0.008	70.0	81.0	5.0	1.16	6.2	不成立	有(×)
	9	0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Nb 10×C％	0.015																0.008	70.0	95.0	5.5	1.36	5.8	成立	无(○)
10									0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Nb 10×C％	0.015	0.008	70.0	115.0	6.5	1.64	5.7	成立	无(○)
	11	0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Nb 10×C％	0.020																0.010	60.0	110.0	4.5	1.83	4.1	成立	无(○)
12									0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Nb 10×C％	0.030	0.010	60.0	110.0	4.5	1.83	4.1	不成立	有(×)
	13	0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Nb 5×C％	0.030																0.010	60.0	110.0	4.5	1.83	4.1	不成立	无(○)
14									0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Nb 10×C％	0.030	0.010	55.0	110.0	4.5	2.00	4.1	成立	无(○)
	15	0.08	1.00	2.00	10.00	17.00	Mo 2.1％	0.020																0.014	65.0	94.5	4.5	1.45	4.8	不成立	有(×)
16									0.08	1.00	2.00	10.00	17.00	Mo 2.1％	0.020	0.014	70.0	110.0	4.5	1.57	4.1	不成立	有(×)
	17	0.08	1.00	2.00	10.00	17.00	Mo 2.1％	0.020																0.014	65.0	110.0	4.5	1.69	4.1	不成立	有(×)
18									0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Mo 2.1％	0.020	0.014	60.0	110.0	4.5	1.83	4.1	成立	无(○)
	19	0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Mo 2.1％	0.020																0.014	55.0	110.0	4.5	2.00	4.1	成立	无(○)
20									0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Mo 2.1％	0.012	0.014	70.0	110.0	4.5	1.57	4.1	不成立	有(×)
	21	0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Mo 2.1％	0.012																0.014	65.0	110.0	4.5	1.69	4.1	不成立	有(×)
22									0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Mo 2.1％	0.012	0.014	60.0	110.0	4.5	1.83	4.1	成立	无(○)
	23	0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Mo 2.2％	0.012																0.014	55.0	11.0	4.5	2.00	4.1	成立	无(○)
24									0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Mo 2.1％	0.012	0.018	60.0	110.0	4.5	1.83	4.1	不成立	有(×)
	25	0.08	1.00	2.00	10.00	18.00	Mo 2.1％	0.012																0.018	55.0	110.0	4.5	2.00	4.1	成立	无(○)

(注)钢坯的残余成分是Fe及不可避免的杂质

从表6所示的结果可知：按照本发明进行穿孔轧制而得到的由奥氏体类不锈钢构成的管坯中没有任何内面裂纹，与此相对地，未满足上述式(10)的条件的管坯(壳状物)中产生内面裂纹。

另外，比较试验编号11、12、13的结果得知：如已经所述，例如降低P含量与降低形成低熔点化合物的金属元素(在该情况下为Nb)的含量相媲美地有效防止内面裂纹。

其次，将在试验3、4、9～11中得到的管坯(壳状物)直接立即用后续的芯棒式无缝管轧机进行延伸轧制后，用定径机进行整形轧制，做成无缝钢管时，就得知：可以在任何情况都没有任何障碍地完成制管作业，得到的奥氏体类不锈钢制的无缝钢管中，其内面、外面都可确保良好的特性。

另外，提供到该制管作业中的管坯(壳状物)，由于材料钢坯的加热温度高到1250℃，因此在被穿孔轧制成为管坯的状态下也全都保持着比较高的温度(1050～1100℃)，因此，在后续的延伸辊轧中极其顺利地进行延伸轧制。

在本实施例中，虽然介绍了相当于SUS321或SUS347的钢的穿孔轧制、制管的试验例，但已确认，以除此之外的奥氏体类不锈钢作为原材料的情况下，按照本发明的规定条件也可以得到良好的结果。

产业上的可利用性

根据本发明，即使穿孔轧制后外径/壁厚的比率(t/d比率)为7％或7％以下，也可以不会伴随穿孔轧制时间的长时间化、工具寿命的降低、管坯的温度降低等问题地提供可确保良好内面性能的奥氏体类不锈钢的穿孔轧制管坯，进一步，可提供使用该管坯的优质奥氏体类不锈钢制无缝钢管的稳定的制造方法等，对产业上带来极其有用的效果。

Claims (11)

1.一种无缝钢管制造用管坯，用于制造奥氏体类不锈钢的无缝钢管，其特征在于，构成所述管坯的钢中的P含量为0.040质量％或0.040质量％以下、且S含量为0.020质量％或0.020质量％以下，并且具有扩管比H满足下述式的条件的斜轧穿孔履历，

[公式1]

${\left[\frac{P}{0.025\×H-0.01}\right]}^2+{\left[\frac{S}{0.015\×H-0.01}\right]}^2\≤1$

2.根据权利要求1所述的管坯，其中，所述奥氏体类不锈钢含有Al、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Nb、Si、Ti、W、V及Zr中的至少一种元素，且其总计含有量为10质量％或10质量％以上。

3.根据权利要求1或2所述的管坯，其中，所述扩管比在1.15或1.15以上的范围内。

4.根据权利要求1或2所述的管坯，设穿孔轧制后的管坯壁厚为t、穿孔轧制后的管坯的外径为d时，t/d比为7％或7％以下。

5.一种无缝钢管制造用的管坯的制造方法，是制造用于制造奥氏体类不锈钢的无缝钢管的管坯的方法，其特征在于，在扩管比H满足下述式的条件下，对P含量为0.040质量％或0.040质量％以下、S含量为0.020质量％或0.020质量％以下的钢坯进行斜轧穿孔，

[公式2]

${\left[\frac{P}{0.025\×H-0.01}\right]}^2+{\left[\frac{S}{0.015\×H-0.01}\right]}^2\≤1$

6.根据权利要求5所述的管坯的制造方法，其中，所述扩管比在1.15或1.15以上的范围内。

7.根据权利要求5或6所述的管坯的制造方法，其中，所述奥氏体类不锈钢含有Al、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Nb、Si、Ti、W、V及Zr中至少一种元素，且其总计含有量为10质量％或10质量％以上。

8.根据权利要求5或6所述的管坯的制造方法，其中，在使钢坯的加热温度为1200℃或1200℃以上、设穿孔轧制后的管坯壁厚为t、管坯的外径为d时穿孔轧制后的t/d比为7％或7％以下的条件下进行斜轧穿孔。

9.根据权利要求5或6所述的管坯的制造方法，其中，设原材料钢坯的直径为d_b(mm)、辊最大直径部的辊直径为D_r(mm)、辊转速为N(rpm)时，进行斜轧穿孔时的倾斜辊的圆周速度处于下述的范围内，

$300\≤\frac{D_r\×N}{d_b}\≤500.$

10.一种高合金钢无缝钢管的制造方法，其特征在于，对权利要求1所述的无缝钢管制造用管坯进行制管轧制，接着进行整形轧制。

11.一种高合金钢无缝钢管的制造方法，其特征在于，用权利要求5所述的制造方法制造无缝钢管用管坯，接着对得到的管坯进行制管轧制，接着进行整形轧制。

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