JP4197364B2

JP4197364B2 - 継目無鋼管製造用プラグミルプラグ

Info

Publication number: JP4197364B2
Application number: JP00864698A
Authority: JP
Inventors: 龍男前田; 雄介南; 達雄 ▲高▼岡; 基晴山崎
Original assignee: NKKTubes KK
Current assignee: NKKTubes KK
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: JPH11197716A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にマンネスマン・プラグミル圧延で製造する高合金鋼管の製造用工具に係り、鋼管の内表面の品質の向上と製造コストの低減を目的とした、耐用度の良好な継目無鋼管製造用プラグミルプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石油・ガスの採掘において、より深度の深く、腐食性ガスの多い井戸での採掘が増加し、これらの油井管用継目無管などに使用されるＡＩＳＩ４２０相当の１３Ｃｒ鋼などの生産量が増加している。これまで熱間で継目無鋼管を製造する方法の中で、マンネスマン・プラグミル法は高生産性から広く実施されているが、この方法では、所定温度に加熱・均熱された丸鋼片を先ず第一穿孔機であるピアサー圧延機で中空素管としたのち、この中空素管を第二穿孔機であるエロンゲーター圧延機とプラグミル圧延機で延伸する。それぞれで使用されるプラグはスケール付け熱処理を施して、被圧延材との焼き付きを防止しているものの、高Ｃｒ鋼では圧延前加熱時更に圧延中での被圧延材の表面のスケール生成量が炭素鋼の場合に比べ少ないこととまた炭素鋼に比べ高Ｃｒ鋼の熱間での変形抵抗が高く、プラグ表面のスケールが容易に磨耗・損傷し有効にプラグと被圧延材との焼き付きを防止することが困難になる。
【０００３】
特にプラグミルプラグと被圧延材との焼き付きが生じやすく、プラグの寿命の低下によるプラグ費用の上昇とさらにプラグ表面の変形による製品の内表面の品質が劣化し、圧延後の精整工程でのコストアップを招く傾向がある。
【０００４】
このような、高合金鋼圧延時のプラグミルプラグの寿命を上げる手段として、特開昭５９−２０４６３号公報，特公昭６２−１４６３２号公報に開示されているように鋳造合金からなるプラグを浸ほう処理とスケール付け熱処理して、表面スケールが消費されたときでも、プラグ表面に生成した浸ほう層がプラグと被圧延材の焼き付きを防止する方法が報告されている。またこの方法では、高温強度を高めるためにＭｏ，Ｗ，Ｃｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒを添加する方法が開示されている。また１９８１年に公開された川崎製鉄技報ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．１３では、高温強度を確保する上で１．５から３．０％のＮｉ添加が有効であることが報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プラグミルプラグの寿命を上げるためには、プラグ表面に生成させたスケールの残存が必須であり、このスケールの消失とともに、たとえプラグ表面に焼き付けを減少させることを目的とした浸ほう層を生成させてもプラグの寿命を飛躍的に向上させることができない。即ち、断熱効果を有する表面スケールの消失によりプラグ表面の加熱温度が高くなることによってプラグの強度が低下する。またプラグと被圧延材との焼き付けを防止する効果は、スケールに比べ浸ほう層による場合の方が小さく、浸ほう層だけでは十分な焼き付けの防止が得られないためである。また、プラグミルプラグの熱間強度を上げるべく、Ｍｏ，Ｗ，Ｃｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｏ，Ｃｏ，Ｎｉを添加しただけでは、プラグ表層部の変形は抑制できるものの、圧延時にプラグに負荷される衝撃的な応力とその際のプラグ表面の急速加熱時さらに使用後のプラグ表面の急速冷却によってプラグミルプラグの表層部に生じる亀甲状割れの発生によってプラグ表面が剥離しプラグミルプラグの寿命を向上させることはできない。
【０００６】
本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、特にマンネスマン・プラグミル圧延で製造する高合金鋼管の内表面の品質の向上と製造コストの低減を可能にする、耐用度の良好な継目無鋼管製造用プラグミルプラグを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明は以下に示す手段を用いている。
（１）本発明のプラグは、鋼を溶解し、プラグ形状の鋳型に鋳造した後スケール付け熱処理を施してなる継目無鋼管製造用プラグミルプラグであって、
該鋼は、重量％で、Ｃ：０．９〜１．７５％と、Ｓｉ：０．１〜３％と、Ｍｎ：０．２〜２％と、Ｐ：０．０５％以下と、Ｓ：０．０６％以下と、Ｎｉ：０．５〜３％と、Ｃｒ：１０〜２５％と、Ｍｏ：１〜３％と、Ｗ：１〜４％と、Ｃｏ：０．５〜１０％と、Ｔｉ：０．０１５〜０．６％と、Ｎｂ：０．０５〜２％と、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％とを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする、継目無鋼管製造用プラグミルプラグである。
【０００８】
（２）本発明のプラグは、鋼成分として、重量％でさらに、Ｖ：０．０５〜２％、Ｚｒ：０．０５〜２％、Ｂ：０．００５〜０．０２％、及びＮ：０．２％以下の群から選択された１種または２種以上を含有することを特徴とする、上記（１）に記載の継目無鋼管製造用プラグミルプラグである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特にマンネスマン・プラグミル圧延時のプラグ表層部での亀甲状割れの生成とその進展を抑制するためには、Ｔｉを添加し鋳造前の溶鋼中にＴｉＮあるいはＴｉＣを析出させて、鋳造組織の微細化を図り、さらにＣｏの添加により、Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ炭化物の析出量を増加させて室温〜約１１００℃の温度範囲でのプラグの強度を上げることが有効であるという知見が得られた。
【００１０】
この知見を基に、本発明者らは、高Ｃ−高Ｃｒステンレス鋳造合金であって、かつ表面にスケール付け熱処理を施したプラグミルプラグにおいて、圧延時のプラグ表層部の高温強度と衝撃的荷重に対する靭性を付与し、さらにプラグ使用時にプラグ表面に生成する亀甲状割れの進展を抑制するために、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｔｉ量を適正に制御するようにして、耐用度の良好な継目無鋼管製造用プラグミルプラグを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、鋼組成を下記範囲に限定することにより、特にマンネスマン・プラグミル圧延で製造する高合金鋼管の内表面の品質の向上と製造コストの低減を可能にする、耐用度の良好な継目無鋼管製造用プラグミルプラグを提供することができる。
【００１１】
以下に、本発明の成分添加理由、成分限定理由について説明する。
（１）成分組成範囲
Ｃ：０．９〜１．７５％
Ｃは、プラグの室温強度と高温強度を高めるために必須の元素であり、０．９％以上のＣを含有せしめる必要が有る。一方、１．７５％を超える添加では、靭性が低下し、プラグに割れが生じることになる。従って、その含有量は０．９〜１．７５％である。
Ｓｉ：０．１〜３％
Ｓｉは、脱酸元素であり、０．１％未満ではその効果が少なく、またその含有量が３％を超えると、プラグ表面の酸化スケール厚さが減少し、プラグの寿命を低下させる。従って、その含有量は０．１〜３％である。
Ｍｎ：０．２〜２％
Ｍｎは高温強度を高めるために添加されるが０．２％未満ではその効果が少なく、２％を越えるとＭｎはオーステナイト安定化元素であることからプラグでのマルテンサイト組織が得られず、プラグ強度が低下する。従って、その含有量は０．２〜２％である。
Ｐ：０．０５％以下
Ｐは不可避的不純物元素であり、かつオーステナイト加熱時に粒界に偏析して、粒界強度を低下させ、顕著にプラグ強度を劣化させる。このため、その上限値は０．０５％である。
【００１２】
Ｓ：０．０６％以下
Ｓは不可避的不純物元素であり、かつオーステナイト加熱時に粒界に偏析して、粒界強度を低下させ、顕著にプラグ強度を劣化させる。このため、その上限値は０．０６％である。
Ｎｉ：０．５〜３％
Ｎｉは、マルテンサイトの靭性を高める元素であって、０．５％未満ではその効果が小さく、３％を越えるとプラグ表面のスケールの生成量が低下しプラグの寿命が著しく低下する。従って、その含有量は０．５〜３％である。
Ｃｒ：１０〜２５％
Ｃｒは炭化物となって著しくプラグの強度を高める元素であって、１０％未満では十分なＣｒ炭化物の析出量が得られず、プラグの常温強度と高温強度が不足する。２５％を越えると、プラグ表面のスケールの生成量が低下し、プラグと被圧延材の焼き付けを防止する効果が得られずプラグの寿命が低下する。従って、その含有量は１０〜２５％である。
Ｍｏ：１〜３％
Ｍｏは鋼中に固溶することあるいはＭｏ炭化物として析出することによって高温強度を高める元素である。また、常温あるいは焼き戻し温度での鋼の靭性を高める元素である。Ｍｏの添加量が１％未満では、所望の効果が得られない。一方、３％を超えると、靭性の低下を招くことになる。従って、その含有量は１〜３％である。
Ｗ：１〜４％
Ｗは炭化物となって著しくプラグの強度を高める元素であって、１％未満では十分な炭化物の析出量が得られず、プラグの常温強度と高温強度が不足する。一方、４％を越えると、靭性の低下を招くことになる。従って、その含有量は１〜４％である。
Ｃｏ：０．５〜１０％
Ｃｏは本発明において重要な元素である。即ち、Ｃｏの添加により、固溶強化により高温強度を高めるとともに、Ｃｏ添加により、Ｎｂ炭化物，Ｗ炭化物，Ｍｏ炭化物の析出量を増加させることによって室温および焼き戻し温度域でのプラグの強度を有効に高める作用を有する。また、Ｃｏはプラグ表面のスケール中に残存しスケールの強度を高めて、スケールの消耗を軽減する作用を有する。
【００１３】
このため、Ｃｏが０．５％未満では上述したような効果が十分に得られず、一方１０％超えの添加ではプラグの製造コストを高めるもののそれらの効果は飽和する。従ってその含有量は０．５〜１０％である。
Ｔｉ：０．０１５〜０．６％
Ｔｉは、Ｃｏとともに本発明において重要な元素である。
【００１４】
Ｔｉは溶鋼中で、ＴｉＮあるいはＴｉＣとなり、鋳造時のデンドライトの凝固核として作用し、方位性を持ったデンドライトの生成を抑制する。方位性を持ったデンドライト組織はプラグミルプラグの表層部での亀甲状割れの進展を促進することから、Ｔｉの添加による鋳造組織の方位性の軽減は亀甲状割れの進展を抑制し、プラグ表面のスケールの確保に有効に作用する。０．０１５％未満ではこの効果が得られず、またＴｉを０．６％を越えて添加すると、鋼中に存在するＴｉＣ，ＴｉＮが割れの起点となって、プラグの割れを助長し、その寿命を阻害することとなる。従ってその含有量は０．０１５〜０．６％である。
【００１５】
Ｎｂ：０．０５〜２％
ＮｂはＮｂＣとして析出することによって、室温と高温の強度を高める元素であって、０．０５％未満では、所定の強度の上昇が得られない。一方２％を越える添加では、靭性の低下を招くことになって、プラグの割れが生じることになる。従って、その含有量は０．０５〜２％である。
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％
Ａｌは脱酸元素であり、鋼の延性と靭性を確保する上で必要な元素であり、０．０１％未満では所望の効果が得られず、一方０．１％を超えて含有させても、その効果が飽和し、あるいは逆に延性と靭性の低下を招くことになる。このため、Ａｌの含有量は０．０１〜０．１％である。
【００１６】
本発明では、さらに下記のような各含有量のＶ，Ｚｒ，Ｂ，Ｎを１種または２種以上含有させることにより、プラグミルプラグの寿命を向上させることができる。
【００１７】
Ｖ：０．０５〜２％
Ｖは高温強度を高めるために添加されるが０．０５％未満ではその効果が得られず、２％を越える場合には靭性の低下を招き、プラグの割損を生じる。従って、その含有量は０．０５〜２％である。
Ｚｒ：０．０５〜２％
Ｚｒは窒化物となって、高温強度を高める元素であって、０．０５％未満ではその効果が得られず、２％を越える場合には靭性の劣化を招き、プラグの割損を生じる。従って、その含有量は０．０５〜２％である。
【００１８】
Ｂ：０．００５〜０．０２％
Ｂは窒化物となって、高温強度を高める元素であって、０．００５％未満ではその効果が得られず、０．０２％を越える場合には靭性の劣化を招き、プラグの割損を生じる。従って、その含有量は０．００５〜０．０２％である。
Ｎ：０．２％以下
Ｎは不可避的不純物であり、その含有量が０．２％を越える場合にはプラグ中に鋳造時の引け巣が生じることによりプラグの強度を低下させて、プラグの割損を招くことがある。従ってその上限は０．２％である。
なお、製造条件については、本発明では規定されない。すなわち、プラグ製造時の鋼の溶解方法、鋳造方法、及びスケール付け熱処理方法は、通常採用される条件であればよい。
以下に本発明の実施例を挙げ本発明の効果を立証する。
【００１９】
【実施例】
表１に示す化学組成の５００ｋｇｆ鋼を大気溶解し、最大径１６８ｍｍのプラグミルプラグの形状に鋳造した。鋳造プラグは被圧延材と接触する部分を機械研削により仕上げたのち、水蒸気酸化雰囲気中でスケール付け熱処理を実施し、それぞれの鋼のプラグミルプラグをそれぞれ１９個ずつ製作し、その中の１８個を１３Ｃｒ継目無鋼管の圧延に使用した。残りの１個については、ビッカース硬さを測定し、表面スケールの厚さを光学顕微鏡により測定した。
【００２０】
なお、プラグ表面のスケールは内層スケールと外層スケールからなり、この内の内層スケールがプラグと被圧延材の焼き付けを防止することから、内層スケールの厚さを測定した。
【００２１】
さらに、１０ｍｍ径×１５ｍｍ高の試験片を採取し、７００℃の試験温度で歪み速度が１０／秒での圧縮試験を行い、その際の歪み０．０３のときの平均変形抵抗を測定し、それぞれの鋼の高温強度を把握した。
【００２２】
なお、水蒸気酸化熱処理は、１０５０〜１１５０℃で約５時間保持した後、６００℃の温度まで徐冷したのち、熱処理炉から搬出し、大気中で放冷した。１３Ｃｒ鋼圧延は、直径１７０ｍｍの長さ３２８０ｍｍの丸鋼片を第一穿孔機で穿孔した後、第二穿孔機で延伸し、さらにプラグミル圧延機で１８８ｍｍ径×１２．９ｍｍ厚×１１０００ｍｍ長の中空素管を１８４ｍｍ径×１０．４７ｍｍ厚×１３５４０ｍｍ長に延伸した。
プラグの寿命は、１パス毎にプラグ表面の焼付きによる磨耗量、プラグの割損あるいはプラグの表層部の変形によって、プラグが使用できなくなったときまでのパス数で評価した。なお、圧延に使用できない時のプラグの磨耗量は１．５〜２．０ｍｍである。
表１において、Ｎｏ．１〜４は本発明鋼であり、Ｎｏ．５〜１４は比較鋼である。
【００２３】
表２に、それぞれの化学成分のプラグミルプラグのビッカース硬さ、内層スケール厚さ、７００℃での平均変形抵抗、及び１３Ｃｒ継目無鋼管を圧延した際のプラグミルプラグの寿命（パス数）の平均値を示す。
表２から明らかなように、本発明鋼Ｎｏ．１〜４は、適量のＣ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂの添加によって、常温および高温でのプラグ強度が得られている。かつＴｉの添加によってデンドライト組織の微細化が得られることから使用時の亀甲状割れの発生が防止され、プラグの磨耗量の軽減とプラグ割損の発生が防止されている。
【００２４】
一方、比較鋼Ｎｏ．５〜１４の鋼からなるプラグの寿命は、本発明鋼Ｎｏ．１〜４の鋼からなるプラグの寿命に比べ小さい値（２〜１７）になっている。
比較鋼Ｎｏ．５，６及び８〜１０は常温の靭性を低下させる原因となるＣ，Ｓｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｗそれぞれの添加量が高く、使用時にプラグの割れが生じている。
比較鋼Ｎｏ．７はＮｉ含有量が本発明の請求範囲よりも少ないことから靭性が不足し、使用時にプラグの割れが生じている。
【００２５】
また比較鋼Ｎｏ．１１と１２では、Ｃ量あるいはＣｒ量が低いことから、プラグの常温強度が不足し、プラグ表層部の変形が生じることによって、プラグの寿命が低下している。
【００２６】
また比較鋼Ｎｏ．１３と１４では、Ｃｒ量が高いことから、使用前のスケール付け熱処理時に生成するプラグ表面のスケール厚さが不十分であり、プラグ使用時のスケール潤滑を得ることができないため、プラグ寿命が低下している。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
【発明の効果】
上記した如く、本発明によれば、鋼組成を特定することにより、継目無鋼管製造のためのプラグミルプラグの寿命を向上することができる。
従って、特にマンネスマン・プラグミル圧延で製造する高合金鋼管の内表面の品質の向上と製造コストの低減を可能にする、耐用度の良好な継目無鋼管製造用プラグミルプラグを提供することができる。

Claims

鋼を溶解し、プラグ形状の鋳型に鋳造した後スケール付け熱処理を施してなる継目無鋼管製造用プラグミルプラグの製造方法であって、
該鋼が、重量％で、Ｃ：０．９〜１．７５％と、Ｓｉ：０．１〜３％と、Ｍｎ：０．２〜２％と、Ｐ：０．０５％以下と、Ｓ：０．０６％以下と、Ｎｉ：０．５〜３％と、Ｃｒ：１０〜２５％と、Ｍｏ：１〜３％と、Ｗ：１〜４％と、Ｃｏ：０．５〜１０％と、Ｔｉ：０．０１５〜０．６％と、Ｎｂ：０．０５〜２％と、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１％とを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
該スケール付け熱処理が、１０５０〜１１５０℃で行う水蒸気酸化熱処理である、ことを特徴とする、継目無鋼管製造用プラグミルプラグの製造方法。
前記鋼成分が、重量％でさらに、Ｖ：０．０５〜２％、Ｚｒ：０．０５〜２％、Ｂ：０．００５〜０．０２％、及びＮ：０．２％以下の群から選択された１種または２種以上を含有する、請求項１に記載の継目無鋼管製造用プラグミルプラグの製造方法。