JPH0673455A - 高耐食性フェライト系ステンレス溶接鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｃｒを２５重量％以上含有するフェライト系
ステンレス鋼管の熱処理での結晶粒粗大化を防ぐ。内面
スケールの生成を防ぐ。 【構成】 連続溶接製管ラインで溶接を終えた溶接鋼管
１０の溶接部以降の管内に不活性ガスを供給充満させ
る。その溶接鋼管１０を高周波誘導加熱コイル１２によ
り１０００〜１１００℃に１００℃／秒以上の昇温速度
で急速局部加熱する。均熱後その加熱部を散水ヘッダー
１３から噴出される冷却水により急冷する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｃｒを２５重量％以上
含有するフェライト系ステンレス鋼管をオンラインで連
続的に溶接製管する高耐食性フェライト系ステンレス鋼
管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、スーパーステンレス鋼と呼ばれる
高Ｃｒフェライト系ステンレス鋼が海水熱交換器用管材
等として使用され始めた。このフェライト系ステンレス
鋼はＣｒを２５％以上含有することで高度の耐食性を確
保しており（２９Ｃｒ−４Ｍｏ−２Ｎｉが代表的な成分
系）、その管材は例えばオンライン連続溶接製管により
製造される。

【０００３】オンライン連続溶接製管では、周知のとお
り、ラインに供給された帯状の鋼板が管状に成形され、
その突き合わせ部がＴＩＧ溶接等により溶接される。溶
接鋼管は、更にライン出口で所定の長さに切断される。
溶接鋼管がステンレス鋼管の場合は、所定の長さに切断
された鋼管が、光輝焼鈍炉あるいは大気雰囲気バレル炉
等の雰囲気加熱炉により熱処理されて、所定の機械的性
質を付与される。ステンレス鋼管が前述したＣｒ２５％
以上含有の高耐食性フェライト系ステンレス鋼管の場合
も同様の雰囲気加熱で熱処理が行われていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、雰囲気
加熱では、所定の熱処理温度に達するまでに長時間（例
えば常温から１０４０℃に１００秒）を要し、昇温速度
が遅い。また、均熱後の冷却にも長時間（例えば１０４
０℃から常温に５０秒）を要し、冷却速度が遅い。この
ような緩速度で前述の高耐食性フェライト系ステンレス
鋼管が所定熱処理温度に加熱されると、結晶粒が粗大化
し、延性低下を生じる。また、このような緩速度で冷却
されると、冷却中に炭・窒化物等の金属間化合物が粒界
に多量に析出し、耐食性が劣化する。この現象は、Ｃｒ
２５％以上含有のフェライト系ステンレス鋼管では、特
に顕著で大きな問題となっている。

【０００５】なお、前記結晶粒粗大化は、熱処理加熱保
持温度を低温（例えば９５０℃以下）にすれば防止でき
る。しかし、この場合にはχ相の多量析出によって鋼の
脆化を招き、靱性が著しく低下する。従って、Ｃｒ２５
％以上含有のフェライト系ステンレス鋼管に低温熱処理
は採用することができない。

【０００６】Ｃｒ２５％以上含有フェライト系ステンレ
ス鋼管の熱処理における第２の問題は、管内面スケール
に伴う経済性悪化である。

【０００７】この種の高耐食性フェライト系ステンレス
鋼管の大気中熱処理で生じるスケールは、鋼自体が高耐
食性で酸との反応が殆どないため、例えば硝弗酸液によ
る処理でもその除去に約１ケ月を要する。そのため、そ
のスケールの除去には、専らサンドブラスト、グライン
ダー研削、サンド（或いはスコッチ）ペーパーベルター
研削等のメカニカルな除去手段が用いられている。しか
し、このようなメカニカルな除去手段で管内面のスケー
ル除去を行うのは、多大な工数を要し、非能率で工業的
でない。そのため、内面スケールを生じさせないことが
重要となる。

【０００８】この要求に対しては、雰囲気加熱炉、とり
わけ不活性雰囲気炉である光輝焼鈍による熱処理が有利
となる。しかし、光輝焼鈍炉による熱処理でも管内に残
留する空気のために、内面スケールの発生を避け得な
い。これを防止するには管内の残留空気を不活性ガスに
置換すればよいが、管内をガス置換するにしても多大の
工数を要する。つまり、Ｃｒ２５％以上含有のフェライ
ト系ステンレス鋼管の熱処理では、内面スケールを除去
するにしろ発生させないにしろ、工数増大による経済性
悪化を避け得ないのである。

【０００９】このように、Ｃｒを２５％以上含有する高
耐食性フェライト系ステンレス溶接鋼管の熱処理では、
結晶粒の粗大化による延性低下の問題があり、また、内
面スケールに伴う経済性悪化の問題があった。

【００１０】本発明の目的は、熱処理での結晶粒の粗大
化を防ぎ、且つ管内面にスケールを発生させない高耐食
性フェライト系ステンレス鋼管の製造方法を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の高耐食性フェラ
イト系ステンレス鋼管の製造方法は、Ｃｒを２５重量％
以上含有するフェライト系ステンレス鋼管をオンライン
で連続溶接製管するに際し、溶接部以降の管内に不活性
ガスを供給充満させると共に、前記溶接部より下流側の
ライン中で、内部に不活性ガスが充満された溶接管を高
周波誘導加熱手段により管全周にわたって１０００〜１
１００℃に１００℃／秒以上の昇温速度で急連局部加熱
し、均熱後その加熱部を急冷することを特徴とする。

【００１２】図１は本発明法の実施に適した溶接製管ラ
インの概略構成図である。

【００１３】ライン内に供給された鋼板１は、徐々に管
状に成形され、成形を終了した点で突き合わせ部が例え
ばＴＩＧ溶接機２により溶接されて溶接鋼管１０とされ
る。成形途中の管内には、上方から支持体３が挿入され
ている。支持体３の下端部から下流側へバー４が延び、
その先端は溶接点より下流側の内面ビード消去位置に達
し、ビード消去用のマンドレル５に連結されている。

【００１４】バー４には、不活性ガス供給管６が、若干
の間隔をあけて外挿されている。不活性ガス供給管６
は、溶接点の上流側から下流側へかけて延在し、バー４
との間に形成された環状空間の両端は閉塞されている。
この空間には、溶接点より入側の導入管７を通してＡｒ
等の不活性ガスが導入される。導入された不活性ガス
は、不活性ガス供給管６の溶接点近傍に設けたノズル孔
８から不活性ガス供給管６の外面側に排出される。

【００１５】不活性ガス供給管６の外面には、溶接点を
挟んでその上下流側にパッキン９，１１が装着されてい
る。溶接点より上流側のパッキン９は、例えば複数枚の
ゴムパッキンの間に耐熱性の高いフログラス等のガラス
繊維パッキンを挟んだ気密性パッキンで、ゴムパッキン
の外面が成形管内面に密着して成形管と外管６の間を気
密にシールする。溶接点より下流側のパッキン１１は、
例えば複数枚の前記ガラス繊維パッキンの間にワイヤブ
ラシを挟んだ通気性パッキンで、溶接鋼管１０を内面側
から保持してその振れを抑える。

【００１６】不活性ガス供給管６のノズル孔８からその
外面側に排出された不活性ガスは、溶接部近傍の管内側
を不活性ガス雰囲気に保持すると共に、通気性パッキン
１１を通って溶接鋼管１０内を下流側へ流動し、その溶
接鋼管１０の内部を全長にわたって不活性ガス雰囲気に
保持する。

【００１７】溶接鋼管１０は、ＴＩＧ溶接機２の下流側
に設けられたベルダー等で外面ビードを除去され、その
更に下流側のマンドレル５のところで、マンドレル５と
これに組み合わされるビードハンマー等により内面ビー
ドを圧壊消去される。マンドレル５は溶接鋼管１０の内
径より小径であり、管内の不活性ガスの流通を阻害しな
い。そして、内外面ビードを除去乃至消去された溶接鋼
管１０は、高周波誘導加熱コイル１２により全周にわた
って急速局部加熱され、更にその下流側に設けた環状の
散水ヘッダー１３から噴出される急冷水により、その加
熱部が急冷される。

【００１８】

【作用】本発明法においては、Ｃｒを２５重量％以上含
有し、且つオンラインで連続溶接製管される溶接鋼管
が、そのライン中で高周波誘導加熱手段により管全周に
わたって急速局部加熱され、均熱後その加熱部が急冷さ
れる。そのため、熱処理における結晶粒の粗大化がな
く、その粗大化による延性低下が防止される。

【００１９】ここで、加熱温度が１０００℃未満の場合
は、炭・窒化物等の金属間化合物が粒界に多量析出して
鋼の脆化を招き延性および耐食性が低下する。また、加
熱温度が１１００℃を超えた場合は、結晶粒が急激に粗
大化して延性が低下する。従って、加熱温度は１０００
〜１１００℃とする。昇温速度については、結晶粒の粗
大化を防止するために１００℃／秒以上とする。加熱部
の冷却も、金属間化合物の粒界析出防止のために水冷、
噴霧水冷あるいは強制空冷等による急冷が必要であり、
冷却速度としては５０℃／秒以上が望ましい。均熱時間
については、これが長いと結晶粒の粗大化を招くので、
短時間保持が必要であり、１０秒以内とするのが望まし
い。

【００２０】また、前記熱処理においては、溶接鋼管の
内部にＡｒ等の不活性ガスが充満されているので、内面
スケールを生じない。図１の溶接製管ラインでは、溶接
位置の上流側に気密性パッキンが設けられているので、
管内へ供給された不活性ガスが溶接点近傍の管内に充満
し、溶接部の内面シールドガスを兼ねる。図１の溶接製
管ラインで管内へ供給された不活性ガスは、管の上流側
および外面側への逸散はほとんどなく、大部分が管の進
行に伴う下流側への移動によって消費される。従って、
単位時間当りの管内移動空間容積より若干多目の不活性
ガスを管内に供給しておけば、溶接鋼管１０の内部は不
活性ガスにより充満され続ける。不活性ガス中に水素を
混合すれば、管内面の光沢は一層良好となる。

【００２１】溶接鋼管の望ましい成分組成は、Ｃｒ：２
５〜３５％，Ｍｏ：１〜８％，Ｎｉ：３％以下，Ｃ＋
Ｎ：0.０２％以下である。即ち、Ｃｒは２５％未満では
耐食性が不充分であり、３５％超では鋼が脆くなって実
用的でない。Ｍｏは耐孔食性改善目的で添加されるが、
１％未満ではその効果がなく、８％超では鋼が脆くなる
と共にコスト上昇を招き実用的でない。Ｎｉは加工性改
善目的で添加されるが、３％超では金属間化合物の粒界
析出を招いて耐食性が劣化する。Ｃ＋Ｎは炭・窒化物の
粒界析出を抑制する観点から、少ない方がよく、0.０２
％以下とする。なお、上記以外の成分としては、Ｓｉ，
Ｍｎ，Ｐ，Ｓおよびその他の合金元素を、一般のフェラ
イト系ステンレス鋼に含まれる量を含有してなんら問題
はない。

【００２２】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００２３】表１（Ａ）に組成を示すＣｒ２５％以上含
有のフェライト系ステンレス鋼板を素材として、図１の
連続溶接製管ラインにより外径２5.４ｍｍ×内径２4.０
ｍｍ×肉厚0.７ｍｍの鋼管を製造した。不活性ガスとし
ては、Ａｒを１５リットル／分供給した。製造された鋼
管の内面スケールの生成状況、結晶粒度および強度を調
査した結果を表２に示す。比較のために、不活性ガスの
供給を行わなかった場合の結果、ライン内熱処理を行わ
ずに製造した鋼管を切断後に光輝焼鈍炉でバッチ熱処理
した場合の結果、表１（Ｂ）に組成を示すＣｒ２５％未
満のフェライト系ステンレス鋼管をバッチ熱処理した場
合の結果も合わせて示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】Ｃｒ２５％未満含有のフェライト系ステン
レス鋼管は、バッチ熱処理をしても結晶粒の粗大化は生
じない。Ｃｒ２５％以上含有のフェライト系ステンレス
鋼管は、バッチ熱処理では結晶粒の粗大化による延性低
下を生じる。しかし、本発明法によれば、Ｃｒ２５％以
上含有のフェライト系ステンレス鋼管の結晶粒粗大化に
よる延性低下が防止され、しかも内面スケールが生成さ
れない。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の高耐食性フェライト系ステンレス鋼管の製造方法は、
高周波誘導加熱を利用したオンライン急速局部加熱およ
びその加熱に続く急冷により、Ｃｒ２５％以上含有鋼特
有の結晶粒粗大化による延性低下を防ぎ、製品の品質を
高める。また、ラインを進行する溶接鋼管をガスダクト
として利用して少量の不活性ガスにより加熱部内面をガ
スシールドし、内面スケールの生成をなくす。従って、
手間のかかる内面スケール除去工程を省略でき、製管効
率の大幅改善を達成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法の実施に適した連続溶接製管ラインの
概略構成図である。

【符号の説明】

１ 鋼板 ６ 不活性ガス供給管 ８ ノズル孔 ９ 気密性パッキン １０ 溶接鋼管 １１ 通気性パッキン １２ 高周波誘導加熱コイル １３ 散水ヘッダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇野 健司 茨城県猿島郡総和町大字丘里３番２ 住金 ステンレス鋼管株式会社古河工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｒを２５重量％以上含有するフェライ
   ト系ステンレス鋼管をオンラインで連続溶接製管するに
   際し、溶接部以降の管内に不活性ガスを供給充満させる
   と共に、前記溶接部より下流側のライン中で、内部に不
   活性ガスが充満された溶接管を高周波誘導加熱手段によ
   り管全周にわたって１０００〜１１００℃に１００℃／
   秒以上の昇温速度で急速局部加熱し、均熱後その加熱部
   を急冷することを特徴とする高耐食性フェライト系ステ
   ンレス溶接鋼管の製造方法。