特開 2024-150951 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】P2024150951

(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 2023064010

(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】耐ヒートクラック性に優れ、継目無鋼管の生産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と、炭化物の面積率が６％以下である組織を有する、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と、
炭化物の面積率が６％以下である組織を有する、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℃における線膨張係数が１．５×１０^－５１／℃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℃における線膨張係数が１．５×１０^－５１／℃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、耐ヒートクラック性に優れ、継目無鋼管の生産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】

固定式ガイドシューは、圧延中、高温に加熱された被圧延材と接触することになる。よって、固定式ガイドシューは、圧延中に被圧延材からの熱伝導によって急速加熱され、圧延後は冷却水による急冷を受けることになる。急速加熱と急冷を繰り返し受けることで固定式ガイドシューにヒートクラックが発生し、固定式ガイドシューの割損や破断の原因となるため、新しい固定式ガイドシューに交換することになり、継目無鋼管の生産性が低下する。

【0006】

過去にはガイドシューのヒートクラックを抑制する方法が検討されている。例えば、特許文献１には、重量割合にて、Ｃ：０．５～２．０％、Ｓｉ：０．１～３．０％、Ｍｎ：５～２０％、Ｃｒ２０～４０％及びＮｉ：１０～２０％を含有するか、或いは更にＭｏ：０．１０～６．０％、Ｗ：０．１０～６．０％、Ｎｂ：０．０１～３．０％、Ｖ：０．０２～３．０％、Ｂ：０．００１～０．２％、Ｎ：０．００５～０．２％のうちの１種以上をも含み、残部が実質的にＦｅから成る成分組成で構成される継目無管穿孔・圧延用ガイドシューが開示されている。また、特許文献２には、Ｃ：０．２～０．５％、Ｓｉ：≦１．６％、Ｍｎ：≦１．１％、Ｎｉ：３０～６０％、Ｃｒ：２５～３１％、Ｐ：≦０．０２％、Ｓ：≦０．０２％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる工具鋼を、大気雰囲気中で１２００～１２８０℃、３０～１８０分間の熱処理を行い、引続き大気雰囲気中で７００～９００℃、７～１０時間の熱処理を行う継目無鋼管圧延用ガイドシューの熱処理方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平５-１７８４９号公報

【特許文献2】特開２００７－３０８７８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記特許文献１および２に記載の技術は、ガイドシューのヒートクラックの抑制効果に優れるが、これらで提案されているガイドシューは合金元素の含有量が多いため製造コストが高くなることが挙げられる。

【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、耐ヒートクラック性に優れ、継目無鋼管の生産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ヒートクラックが発生する原因を調査した。その結果、固定式ガイドシューに析出するＭ_７Ｃ_３型炭化物であるＣｒ炭化物がヒートクラックの伝播経路になっていること、急速加熱と急冷を繰り返し受ける時にヒートクラックの起点となる熱応力が発生することが原因であることを見出した。

【0011】

そこで本発明者らは、Ｃｒ炭化物を抑制することでヒートクラックの伝播経路をなくし、線膨張係数の低い固定式ガイドシューを用いることでヒートクラックの起点となる熱応力を減少させることができると考えた。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と、
炭化物の面積率が６％以下である組織を有する、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℃における線膨張係数が１．５×１０^－５１／℃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、耐ヒートクラック性に優れ、継目無鋼管の生産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を備える傾斜圧延機を用いて継目無鋼管を製造する際、固定式ガイドシューの割損や破断の原因となるヒートクラックの発生を抑制ないし軽減でき、固定式ガイドシューの交換頻度を低減でき、継目無鋼管の生産性が高められる。また、Ｃｒ、Ｎｉ等の合金元素の含有量が低減された安価な固定式ガイドシューを用いることで、継目無鋼管の製造コストが低減され、継目無鋼管の生産性が高められる。

【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、線膨張係数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％以上含有とする。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Ｃｒ炭化物が過大に析出し、耐ヒートクラック性を低下させる。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。また、Ｍｎは炭化物生成元素として知られており、Ｍｎ添加量が過大となるとＣｒ炭化物の析出量が多くなり耐ヒートクラック性が低下する。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Ｍ_７Ｃ_３型炭化物であるＣｒ炭化物が過大に析出し、耐ヒートクラック性の低下に繋がる。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】

固定式ガイドシューの組織中の炭化物：面積率で６％以下
Ｍ_７Ｃ_３型炭化物は析出することで優れた耐摩耗性を得ることができるが、炭化物の析出量の増加とともに網状に発達することでヒートクラックの伝播経路となり、耐ヒートクラック性低下の原因となる。そのため、固定式ガイドシューは、Ｍ_７Ｃ_３型炭化物の面積率が６％以下である組織を有するものとする。なお、固定式ガイドシューの組織観察は次のとおり行う。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位置（図４参照）で、３０ｍｍ×１５ｍｍ×１０ｍｍの組織観察用のサンプルを採取する。上記表面に平行な面を研磨後にビレラでエッチングして現出させた金属組織を、光学顕微鏡（倍率：２００倍）で観察する。このとき炭化物は白色を示し、観察領域全体に対する白色領域の面積率（面積％）を画像解析にて算出する。５箇所の視野の金属組織写真を撮影し、それぞれの炭化物の面積率を測定して、その平均値を固定式ガイドシューの組織中の炭化物の面積率とする。

【0028】

固定式ガイドシューの８００℃における線膨張係数：１．５×１０^－５１／℃以下
ヒートクラックの起点となる熱応力は線膨張係数の増加に伴い増加する。そこで、熱応力を減少させるために固定式ガイドシューの線膨張係数は１．５×１０^－５１／℃以下とすることが望ましい。なお、線膨張係数の測定は次のとおり行う。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位置（図４参照）より直径４ｍｍ×長さ１０ｍｍの線膨張係数測定用のサンプルを採取する。フォーマスター試験機により前記サンプルを昇温速度１００℃／ｓｅｃで加熱することでサンプルの長さ変化を測定して、８００℃における線膨張係数を算出する。

【0029】

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。

【0030】

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0031】

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。

【0032】

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、材質が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位置から組織観察用のサンプルを採取し、上述した方法に従い、炭化物の面積率を測定した。また、上述した方法に従い、前記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位置より直径４ｍｍ×長さ１０ｍｍの線膨張係数測定用のサンプルを採取し、線膨張係数を測定した。炭化物は画像解析によって求めた。また、線膨張係数はフォーマスター試験機によりサイズ直径４ｍｍ×長さ１０ｍｍのサンプルを昇温速度１００℃／ｓｅｃで加熱することでサンプルの長さ変化を測定して、８００℃における線膨張係数を算出した。

【0033】

耐ヒートクラック性は、上記穿孔圧延後の固定式ガイドシューの表面を目視で確認し、ヒートクラックの発生が無かったものを、耐ヒートクラック性に優れると判断した。

【0034】

表１からも分かるように、本発明の条件を満たすことで耐ヒートクラック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割損や破断の原因となるヒートクラックの発生を抑制ないし軽減でき、固定式ガイドシューの交換頻度を低減でき、継目無鋼管の生産性が高められる。また、Ｃｒ、Ｎｉ等の合金元素の含有量が低減された安価な固定式ガイドシューを用いることで、継目無鋼管の製造コストが低減され、継目無鋼管の生産性が高められる。

【0035】

【表1】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】