特開 2024-150950 固定式ガイドシュー、これを備える傾斜圧延機および継目無鋼管の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024150950

(43)【公開日】2024-10-24

(54)【発明の名称】固定式ガイドシュー、これを備える傾斜圧延機および継目無鋼管の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21B 23/00 20060101AFI20241017BHJP

   C22C 38/18 20060101ALI20241017BHJP

   C22C 38/46 20060101ALI20241017BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20241017BHJP

【ＦＩ】

B21B23/00 F

C22C38/18

C22C38/46

C22C38/00 302E

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023064009

(22)【出願日】2023-04-11

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100184859

【弁理士】

【氏名又は名称】磯村 哲朗

(74)【代理人】

【識別番号】100123386

【弁理士】

【氏名又は名称】熊坂 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100196667

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100130834

【弁理士】

【氏名又は名称】森 和弘

(72)【発明者】

【氏名】吉村 悠佑

(72)【発明者】

【氏名】勝村 龍郎

(72)【発明者】

【氏名】毛利 優斗

(57)【要約】

【課題】強度特性に優れ、かつ耐焼付き性に優れた固定式ガイドシューを提供する。
【解決手段】傾斜圧延機に設置される固定式ガイドシューであって、質量％で、Ｃ：０．３５～０．４５％、Ｓｉ：０．７０～１．３％、Ｍｎ：０．２～０．７％、Ｃｒ：５．０～１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する、固定式ガイドシュー。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

傾斜圧延機に設置される固定式ガイドシューであって、
質量％で、Ｃ：０．３５～０．４５％、Ｓｉ：０．７０～１．３％、Ｍｎ：０．２～０．７％、Ｃｒ：５．０～１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する、固定式ガイドシュー。

【請求項2】

前記成分組成は、さらに、質量％で、Ｍｏ：０．９～１．５％、Ｎｉ：２．０％以下、Ｖ：０．５～１．６％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、請求項１に記載の固定式ガイドシュー。

【請求項3】

８００℃におけるビッカース硬さが２５ＨＶ０．１以上５０ＨＶ０．１以下である、請求項１に記載の固定式ガイドシュー。

【請求項4】

８００℃におけるビッカース硬さが２５ＨＶ０．１以上５０ＨＶ０．１以下である、請求項２に記載の固定式ガイドシュー。

【請求項5】

請求項１～４のいずれかに記載の固定式ガイドシューを備える傾斜圧延機。

【請求項6】

請求項５に記載の傾斜圧延機を用いて継目無鋼管を製造する継目無鋼管の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、傾斜圧延機に設置される固定式ガイドシューに関し、特に、耐焼付き性に優れた固定式ガイドシューに関する。

【背景技術】

【0002】

図１に、継目無鋼管の製造方法の１つであるマンネスマン－プラグミル法の工程を示す概略図を示す。図１に示すように、ビレットを回転加熱炉で加熱した後、ピアサーで穿孔し素管を得る。その後、素管を、エロンゲーター、プラグミルで延伸圧延することで素管の肉厚を減じ、ついでリーラーによって摩管することで素管の内面を平坦にする。その後、摩管された素管を再加熱炉で加熱した後、サイザーによって所定の外径に定径圧延をすることで、継目無鋼管が製造される。

【0003】

図２は、継目無鋼管の製造に用いられる傾斜圧延機の例であり、図２（ａ）はピアサー、図２（ｂ）はエロンゲーターの構成を示す概略図である。ピアサー、エロンゲーターはそれぞれ、回転軸が互いに傾斜している２個のロールとその間に位置するプラグを有している。そして、前記プラグによって、ピアサーはビレットを、エロンゲーターは素管を、それぞれ圧延する。

【0004】

かかるピアサーないしエロンゲーターには、圧延時にビレットないし素管が振れ回るのを防ぐために管材案内ガイドである、固定式のガイドシュー（固定式ガイドシュー）またはディスクロール式のガイドシュー（ディスクロール式ガイドシュー）が設置されている。図３は、固定式ガイドシューを備える傾斜圧延機の例であり、傾斜圧延機（ピアサーないしエロンゲーター）のロールとプラグが存在する領域を圧延方向からみた正面図である。

【0005】

継目無鋼管は、歩留まり・製造コストの観点から、外面疵を軽減・抑制することが望ましい。継目無鋼管における外面疵の例として、ガイドシューなどの工具表面に付着している焼付きが、穿孔や圧延中に、ビレット、素管を引っかくことで発生する疵がある。

【0006】

過去にはガイドシューなどの工具の焼付きに起因するビレット、素管の外面疵を抑制・軽減する方法が検討されている。例えば、特許文献１では、圧延材のパスラインより下側に高圧ノズルを配置し、前記高圧ノズルから固定式ガイドシューと圧延材との接触面に向けて冷却水を噴出して前記ガイドシューを冷却することで、前記ガイドシュー表面の焼付きを抑制する方法が提案されている。また、特許文献２では、傾斜圧延機の内面工具であるプラグと被圧延材の接触面積を、プラグ形状を変更することで所定の範囲内に収めることで被圧延材の固定式ガイドシューへの過剰な接触を抑制し焼付きを抑える方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１２－１２１０５９号公報

【特許文献2】特開平１０－５８０１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１に開示されている技術では、固定式ガイドシューの焼付きを抑制するために、固定式ガイドシュー用の冷却設備を新たに傾斜圧延機周辺に設置する必要がある。また、特許文献２に開示されている技術では、固定式ガイドシューの焼付きを抑制するために、必要に応じて様々な形状のプラグを用意しておく必要があり工具の取り扱いが複雑になる問題があった。

【0009】

上記のような問題点を鑑みてなされた本発明の目的は、強度特性に優れ、かつ耐焼付き性に優れた固定式ガイドシューを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明者らが、図３に示すような固定式ガイドシューの焼付く原因を調査した結果、固定式ガイドシューと被圧延材のともがね効果によるものと、固定式ガイドシュー表面と被圧延材が激しく摺動することが原因であることを見出した。なお、ともがね効果とは、同種金属同士の摺動時において凝着性が増大する効果である。

【0011】

そこで本発明者らは、固定式ガイドシューと被圧延材のともがね効果の抑制と、固定式ガイドシュー表層部を塑性流動させることで、固定式ガイドシューの焼付きを抑えることができると考えた。ともがね効果を抑制することで被圧延材の固定式ガイドシューへの移着を抑えることができ、焼付きの起点を抑えることができるからである。また、固定式ガイドシュー表層部が塑性流動することによって、固定式ガイドシューと被圧延材が摺動することで発生する被圧延材へのせん断応力を軽減できる。せん断応力を軽減すると、固定式ガイドシューに移着した被圧延材が、焼付きへと成長することを抑制できるためである。本発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。

【0012】

［１］傾斜圧延機に設置される固定式ガイドシューであって、
質量％で、Ｃ：０．３５～０．４５％、Ｓｉ：０．７０～１．３％、Ｍｎ：０．２～０．７％、Ｃｒ：５．０～１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する、固定式ガイドシュー。
［２］前記成分組成は、さらに、質量％で、Ｍｏ：０．９～１．５％、Ｎｉ：２．０％以下、Ｖ：０．５～１．６％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、［１］に記載の固定式ガイドシュー。
［３］８００℃におけるビッカース硬さが２５ＨＶ０．１以上５０ＨＶ０．１以下である、［１］または［２］に記載の固定式ガイドシュー。
［４］前記［１］～［３］のいずれかに記載の固定式ガイドシューを備える傾斜圧延機。
［５］前記［４］に記載の傾斜圧延機を用いて継目無鋼管を製造する継目無鋼管の製造方法。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、強度特性に優れ、かつ耐焼付き性に優れた固定式ガイドシューを提供することができる。

【0014】

本発明によれば、固定式ガイドシューの焼付きに起因する被圧延材（ビレット、素管）の外面疵を抑制ないし軽減できる。また、本発明によれば、固定式ガイドシューの焼付きを抑制するために、あえて固定式ガイドシュー用の冷却設備を設置する必要がなく、また、あえて様々な形状のプラグを用意する必要がなく、工具の取り扱いが容易な継目無鋼管の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、マンネスマン－プラグミル法の工程を示す概略図である。

【図2】図２は、ピアサー、エロンゲーターの構成を示す概略図である。

【図3】図３は、固定式ガイドシューを備える傾斜圧延機のロールとプラグが存在する領域を圧延方向からみた正面図である。

【図4】図４は、組織観察用サンプル、ビッカース硬さ測定用サンプルの採取位置を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明について詳細に説明する。

【0017】

本発明の固定式ガイドシューは、以下の成分組成を有する。なお、以下、各成分の含有量を示す％は、特に断らない限り、質量％を意味するものとする。

【0018】

Ｃ：０．３５～０．４５％
Ｃは、固定式ガイドシューの強度特性に影響を与える重要な元素となる。良好な強度特性を得るためには、Ｃ含有量を０．３５％以上とする。これにより適切な強度特性を得ることができる。一方で、Ｃ含有量を過大にすると強度特性も過大となり、耐焼付き性が低下する。そのため、Ｃ含有量は０．４５％以下とする。

【0019】

Ｓｉ：０．７０～１．３％
Ｓｉは、固定式ガイドシューの強度特性を高めるのに有効な元素となる。その効果を得るにはＳｉ含有量を０．７０％以上とする。一方で、Ｓｉ含有量が過大になると熱間で脆化する可能性があり、工具としては不適切となる。そのためＳｉ含有量は１．３％以下とする。

【0020】

Ｍｎ：０．２～０．７％
Ｍｎは、強度特性を高めるのに有効である。その効果を得るにはＭｎ含有量を０．２％以上とする。一方で、Ｍｎ含有量が過大になると残留オーステナイトが残存して疲労強度が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は０．７％以下とする。

【0021】

Ｃｒ：５．０～１０％
Ｃｒは、高温強度特性に優れた元素である。その効果を得るにはＣｒ含有量を５．０％以上とする。一方で、Ｃｒ含有量が多すぎると被圧延材とのともがね効果が高くなり、耐焼付き性が低下する。そのため、Ｃｒ含有量は１０％以下とする。

【0022】

以上が本発明の固定式ガイドシューの有する成分組成における基本成分（必須成分）である。前記成分組成において、上記基本成分以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物とすることができる。

【0023】

また、前記成分組成は、さらに、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｖのうちから選ばれる１種または２種以上を、下記の範囲で含有することができる。

【0024】

Ｍｏ：０．９～１．５％
Ｍｏは、耐熱性に有効である。その効果を得るには、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量は０．９～１．５％が望ましい。

【0025】

Ｎｉ：２．０％以下
Ｎｉは、靭性に有効である。その効果を得るには、Ｎｉを含有する場合、Ｎｉ含有量は２．０％以下が望ましい。また、Ｎｉを含有する場合、Ｎｉ含有量は０．０１％以上が好ましい。

【0026】

Ｖ：０．５～１．６％
Ｖは、強度特性を高めるのに有効である。その効果を得るには、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は０．５～１．６％が好ましい。

【0027】

８００℃におけるビッカース硬さ：２５ＨＶ０．１以上５０ＨＶ０．１以下
８００℃におけるビッカース硬さ（以下、高温ビッカース硬さともいう。）は、固定式ガイドシューの耐摩耗性および耐焼付き性に対して重要な指標となる。強度特性に優れたものとし、耐摩耗性を確保するためには、高温ビッカース硬さは２５ＨＶ０．１以上とすることが望ましい。一方で、高温ビッカース硬さが高すぎると固定式ガイドシュー表層部が塑性流動しにくくなり、固定式ガイドシューと被圧延材が激しく摺動することによって耐焼付き性が低下するおそれがある。そのため、高温ビッカース硬さは５０ＨＶ０．１以下とすることが望ましい。なお、本発明における固定式ガイドシューの８００℃におけるビッカース硬さは、固定式ガイドシューの表面から深さ１０ｍｍ位置のビッカース硬さである。ビッカース硬さの測定は、固定式ガイドシューの表面（被圧延材と接触する側の表面）から深さ１０ｍｍに位置する箇所（図４参照）からサンプルを切り出し、８００℃で５分間加熱した後に、該サンプルの表面に負荷荷重１００ｇｆ（ＨＶ０．１）で圧子を打つことで測定する。

【0028】

本発明の固定式ガイドシューの鋼組織は、マルテンサイトを主相とし、残留オーステナイトが面積率で１．０％未満であることが好ましい。本発明において主相とは、面積率で５０％以上を占める相を意味する。主相の面積率は、６０％以上が好ましく、７５％以上がより好ましい。なお、本発明の固定式ガイドシューの鋼組織は、固定式ガイドシューの表面（被圧延材と接触する側の表面）から深さ１０ｍｍに位置する箇所（図４参照）から組織観察用サンプルを切り出し、該サンプルの表面を公知の方法で観察することで求めることができる。

【0029】

本発明の固定式ガイドシューは、特に限定されないが、上記成分組成を有する溶鋼を調整し、Ｖプロセス法によって所定の固定式ガイドシューの形状に鋳造することで製造できる。

【実施例0030】

次に、本発明の実施例について詳しく説明する。しかし、本発明は下記の実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲内にて適宜変更することも可能であり、これらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。

【0031】

表１に示す成分組成を有する溶鋼を調整し、Ｖプロセス法により固定式ガイドシューを鋳造することで製造した。そして、前記固定式ガイドシューを傾斜圧延機（穿孔圧延機）であるピアサーに設置して外径２３０ｍｍ、材質はＡＰＩ ５ＣＴＬ８０であるビレットを１２９０℃に加熱し穿孔圧延した。また、別途、製造した固定式ガイドシュー表面から深さ１０ｍｍ位置からサンプルを採取し、８００℃におけるビッカース硬さ（高温ビッカース硬さ）を測定した。高温ビッカース硬さは、５．０ｍｍ×４．５ｍｍ×１０．０ｍｍサイズのサンプルを８００℃で５分間加熱した後に、該表面に負荷荷重１００ｇｆで圧子を打つことで測定した。本実施例では、高温ビッカース硬さが２５ＨＶ０．１以上のものを強度特性に優れると評価した。

【0032】

圧延後の固定式ガイドシューに焼付きがあるかを確認するため固定式ガイドシューとビレットの接触面をＳＥＭ－ＥＤＸによって成分分析し、固定式ガイドシューの表面に固定式ガイドシューとは異なる成分を検出した場合に焼付きが発生したと判断した。

【0033】

表１からも分かるように本発明の条件を満たすことで、強度特性に優れ、かつ耐焼付き性に優れた固定式ガイドシューが得られる。これにより、固定式ガイドシューの焼付きに起因する被圧延材（ビレット、素管）の外面疵を抑制ないし軽減できる。また、例えば、固定式ガイドシューの焼付きを抑制するための冷却設備を別途設置する必要がなく、様々な形状のプラグを別途用意する必要がなく、工具の取り扱いが容易な継目無鋼管の製造方法を提供できる。

【0034】

【表1】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】