JPS6054251A - 製管用ステンレス鋼丸ビレツトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明灯、分塊噛圧延等の熱間加工工程を要すること
なく、ステンレス鋼溶鋼から直接、ｇ管用丸ビレットを
製造する方法に関するものである。

一般に、軟鋼等に比べて熱間加工性に劣るステンレス鋼
の継目無鋼管は、鋼塊或いはブルーム連続鋳造材全分塊
・圧延することによ夕得られるとレツ）を素材とし、ユ
ジーンセジュルネ方式の熱間押出しによって製造される
のが普通であった。

このように、従来採用されていた製管用ステンレス鋼丸
ビレットは、分塊慢圧延或いは鍛造等の熱間加工工程を
経て製造されたものであったので、その内部組織は、再
結晶によって凝固組織の破壊されたものとなってお巾、
従って製管条件さえ正しく選べば、ユジーンセジュルネ
方式の熱間押出しによ勺偏肉が少なく、表面性状の良好
な継目無鋼Ｖを得ることができたのである。

しかしながら、製管用丸ビレットの製造において、上述
のように一旦熱間加工工程（分塊・圧延、或いは鍛造）
を経ることは多大なコスト上昇を招くものであり、また
高合金鋼等では途中で割れ等が発生しやすく、従来から
大きな問題となっていた。

このようなことから、最近では、製管用丸ビレットを直
接溶鋼から連続鋳造する方法が注目され、様々な角度か
らの検討が加えられてきている。

その中でも、水平連続鋳造法Ｌ１設備費が比較的低廉で
、しかも得られる鋳片に曲げや矯正等の外力が加ってい
ないという利点があり、また、凝固初期に溶鋼静圧が大
きく凝固シェルに作用するため該シェルが均一とな夛、
真円度の良い丸ビレツト全製造することができる点でも
優れておシ、従って、垂直型や彎曲型連続鋳造法では困
難であった通常ステンレス鋼はもちろんのこと、高合金
鋼であっても直接丸ビレットに鋳造することが可能であ
ることから、特に大きな期待を集めていた。

ところが、水平連続鋳造法によって製造したステンレス
鋼丸ビレットを、外削した後そのままユジーンセジュル
ネ方式で熱間押出し製管すると、ビレットの天側（鋳造
時の上方側）に相肖する部分のパイプ肉厚が地側（鋳造
時の下方側）部分に比べて薄くなるという偏肉が発生し
、パイプ不良音引き起すという問題を解決することがで
きなかったのである、 本発明者等は、上述のような観点から、分塊・圧延等の
熱間加工工程を要することなく、ステンレス鋼溶鋼から
、寸法精度の艮好な高品質の継目無鋼管を製管すること
が可能な製管用丸ビレツト全直接的に製造すべく、まず
、前記のような水平連続鋳造法によって製造したステン
レス鋼丸ビレットにみられる製管不良原因の究明を月相
して研究を行い、以下に示す事項全確認した。

即ち、水平連続鋳造丸ビレットｈ、第１図に示すマクロ
組織写真図にみられるように柱状晶の成長方向が軸対象
よシずれて上部側（天側）に偏っておシ、ビレット下部
側（地側）からの柱状晶が中心を通り越して上部側にま
で及んでいる。なお第１図は、５ＵＳ３０４ステンレス
鋼を水平連続鋳造して得た丸ビレット（直径：　２１２
　ｍｍ　）横断面のマクロ組織写真図である。そして、
このような柱状晶成長方向の偏る理由は、水平連続鋳造
法では一般に地側の冷却能が大きいので、凝固過程にお
けるビレットの内部未凝固溶鋼の温度分布が天側で高く
地側で低くなるという現象のためであると推定されるが
、このように柱状晶の成長方向が不均一であるとビレッ
ト横断面位置における変形抵抗も異なることとｈｖ、従
って、このようなビレットの熱間押出し製管を行うと、
得られるｉ４イノの肉厚が部位によって異なるという、
いわゆる偏肉が発生することを確認したのである。

第２図は、５ＵＳ３０４ステンレス鋼連続鋳造丸ビレツ
ト（直径：　２１２　ｙｍ　）　ｖｉ：鋳造のままでユ
ジーンセジュルネ方式の熱間押出し製管した際の、ビレ
ットの柱状晶偏向部面積率（％）と得られた鋼管の偏肉
率（％）との関係を示したグラフである。

なお、柱状晶偏向部面積率とは、ビレット横断面のマク
ロ組織を模式的に示した第３図において、ビレット横断
面全面積に対する柱状晶偏向部の全面積（第３図におけ
るＡＩ　＋Ａａの面積）の割合、つまう、 で表わされるものである。そして、第３図からも、柱状
晶の偏向部面積率が大きくなるにつれて得られる鋼管の
偏肉率が高くなることが明らかである。

そこで、本発明者等は、水平連続鋳造法によってステン
レス鋼丸ビレツ）　ｋ　’１　”＆する際、柱状晶偏肉
部発生を防止するために、柱状晶の成長方向がビレット
横断面全周にわたってほぼ均一な軸対称となるようにす
る手段？見出し、もって製管した場合に偏肉の少ない製
管用ステンレス鋼丸ビレツト全鋳造材のままで実現すべ
く更に研究全型ねた結果、以下（ａ）〜（ｅ）に示す如
き知見を得るに至ったのである。即ち、 （ａ）　水平連続鋳造法においてステンレス鋼丸ビレツ
）ｆ製造する場合、丸ビレツト鋳片の凝固があまシ進行
していない領域において電磁撹拌にて溶鋼を撹拌すると
、丸ビレツト鋳片内部の未凝固溶鋼の天・地間の温度分
布が均一となって柱状晶成長方向が軸対称となり、丸ビ
レツト横断面全周にわたってほぼ均一なマクロ組織が得
られること、（ｂ）　この場合、電磁撹拌装置の配置位
置を凝固過程にあるビレット鋳片の液相率が３０％以上
である位置にしないと、柱状晶の成長方向均一化効果が
得られないこと。なお、この場合の液相率とは、ビレッ
ト鋳片の未凝固部半径を鋳片半径で割シ、自乗したもの
を云ν。

第４図は、電磁撹拌全開始する位置での丸ビレツト鋳片
（材質：５ＵＳ３０４鋼、直径：２１２、、）の液相率
と、前記柱状晶の偏向部面積率との関係を示すグラフで
あるが、第４図からも、電磁撹拌位置の液相率が大きい
ほど、即ち電磁撹拌装置の配置位置が鋳型に近いほど柱
状晶の側内面積率は減少しておシ、特に液相率：３０％
以上の位置で撹拌すると効果の大きいことがわかる。そ
して、このような事実から、柱状晶の成長方向は液相率
の高い領域（凝固シェル厚のホさい部分）で決められて
しまい、一旦成長した柱状晶の方向は、後の部分で未凝
固溶鋼を撹拌したとしても修正し難いものであるという
ことも推察できる。

つ丑シ、ビレット鋳片の液相率が３０％以上の部分で未
凝固溶鋼を撹拌すると、第４図から明らかなように柱状
晶偏向部面積率が２０％以下となり、また特に鋳型近傍
位置で撹拌するとこれが５％以下となって、第２図に示
したように製管された鋼管の偏肉が大幅に減少し、通常
の圧延ビレットなみとなること、 （Ｃ）シかしながら、未凝固溶鋼撹拌位置が適正であっ
たとしても、電磁撹拌の強度が弱いと柱状晶の成長方向
均一化は困難であるが、適正位置にて未凝固溶鋼全溶鋼
撹拌流速：　５ｔ７ｎ／　ｓｅｃ以上で撹拌すると、柱
状晶の成長方向と丸ビレツト鋳片の法線方向の角度の差
θの、内周方向全域における最大値と最小値の差が２０
度以下という、極めて均一な鋳造組織が得られること、 （ｄ）　上述のように、鋳型近傍にて未凝固溶鋼を電磁
撹拌して凝固初期における鋳片未凝固部大・地の温度差
を減少するとともに、電磁撹拌の強度を溶鋼撹拌流速で
５　ｃｍ／　ｓｅｃ以上として、丸ビレツト鋳片表皮か
らの柱状晶の成長方向と鋳片の法線方向との角度の差を
、鋳片全周にわたるその最大値と最小値の差が２０度以
内になるように抑制すると、得られたステンレス鋼丸ビ
レツト鋳片を鋳造のままでユジーンセジュルネ方式にて
製管したとしても、偏肉率が通常圧延材ビレットとほぼ
同レベルに収すること、 （ｅ）　また、鋳造のま葦のヒレット全直接押出製管す
ると、特に高合金鋼の場合には表面肌の不良音引き起し
やすいが、このようなときにはビレット表面近傍全軽圧
下するのが有効である。しかしながら、この場合でも内
部には依然として粗大柱状晶が存在するので、従来の水
平連続鋳造で製造したビレットでけやはりＭ’ｌｌ不良
を引き起すが、前述のように適正位置で適正強度の電磁
撹拌を行いながら製造した水平連続鋳造ビレットでは、
表面肌劣化を防止するために表面近傍のみに軽圧下を加
えた高合金鋼製のものであっても、偏肉全極力抑えた製
管が可能であること。

この発明は、上記知見に基ついてなされたものであシ、 凝固過程にある鋳片の液相率＝３０％以上の位置に配置
した電磁撹拌装置により溶鋼撹拌流速；５ｃｒｎ／ｓｅ
ｃ以上で未凝固溶鋼を撹拌する工程を含む水ザ連続鋳造
にて、ステンレス鋼溶鋼を連続的に丸ビレツト鋳片とす
ることによシ、鋳造のままで製管したとしても偏肉の少
ない良品質の継目無鋼管を得ることのできる製管用ステ
ンレス鋼丸ビレットを製造する点に特徴を有するもので
ある。

なお、ここで液相率とは、前述したように未凝固鋳片の
未凝固部半径全ビレット半径で割シ、その商を自乗した
ものである。

また、ここで言うステンレス鋼とは、広義に定義される
ものを言い、合金元素量：５％以上の酊銹、＃ｆ酸、耐
酸化性又は耐熱性をもった合金鋼のすべてを意味するも
のであシ、例えばｓ　ｔｙ　ｓ　３０４ｍや５ＵＳ３１
６鋼に代表されるクラスのステンレスｆ＋Ｍ　（ｉ７前
記方法によって鋳造してビレットとし、鋳造のま１で直
接押出すと、それだけで十分に良好な寸法精度と表面性
状の鋼管を得られるが、更に平滑な表面を必要とする場
合や、高合金鋼の場合には、ビレットの表皮部から１　
ｍｍ以上の深さに軽圧下等を施して表層部を微細化すれ
ば、所望の良好な表面性状を実現することができる。

以上のように、この発明は、水平連続鋳造Ｃ（おいて未
凝固鋳片全適正な条件で電磁撹拌することによシ、柱状
晶の成長方向全全Ｒ，ｊでほぼ均一として変形抵抗の位
置による差に！少し、製管時にパイプの偏肉を来たさな
い連続鋳造ステンレス鋼丸ビＬ／ットを製造することに
関するものであるが、電磁撹拌装置は、小型に納めるた
め、或いは保守の点から、永久磁石全周方向に回転する
永久磁石回転方式とするのが有オＵである、。

次に、この発明の方法において、電磁撹拌装置の配置位
置、及び溶鋼撹拌流速を前記のようＴｉｃ数値限定した
理由を説明する。

Ａ）電磁撹拌装置の配置位置 第４図からも明らかなように、電磁撹拌装置の配置位置
が鋳片の液相率：３０％を下回る部分であると柱状晶の
偏向部分が極端に大きくなり、製管時に偏肉を発生する
のに対し１、鋳片の液相率が３０％す、上の位置に電磁
撹拌装置を配置すると柱状晶の成長方向の均一化が格段
に向上して製管時の偏肉発生が抑えられることがら、電
磁撹拌装置の配置位置金、鋳片の液相率：３０％以上の
位置と定めた。

Ｂ）溶鋼撹拌流速 溶鋼撹拌流速が５　ｃｍ／　ｓｅｃ木硲では、柱状晶の
成長方向均一化が困難であって、柱状晶の成長方向と丸
鋳片の法線方向との角度の差θの、円周方向における最
大値と最小値の差が２０度を越えてしまい、製管の際に
偏肉を生ずるようになることから、溶鋼撹拌流速ｋ　５
　ｏｎ／　ｓｅｃ以上と定めた。

次いで、この発明全実施例により比較例と対比しながら
説明する。

実施例 水平連続鋳造機によって、鋳込速度：　０．７ｍ／ｍｉ
ｎで５ＵＳ３０４鋼及びインコロイ８００　（商椋名：
２０Ｃｒ−３２Ｎｉ鋼）をそれぞれ鋳込み、各々径が２
１２鴫の丸ビレツ１４−鋳造した。このときの溶鋼量は
２０トンであり、約１００分の鋳込時間で約７０ｍのビ
レットが得られた。

電磁撹拌装置は永久磁石回転式を用い、第１表に示す条
件で種々位置を変え、また一部電磁撹拌強度を変更して
鋳込みを行った。

第１表に示す条件Ａ及びＢは鋳型的電磁撹拌であり、摩
件Ｃ〜Ｆは２次冷却帯及び放冷帯に電磁撹拌装置を配置
して撹拌を行ったものである。

そして、第２表に示したように、条件Ａ−Ｆについては
ＳＵ＾３０４鋼を鋳込み、条件Ａ及びＥに関してはイン
コロイ８００（商標名）を鋳込んだ。

得られたビレットは、黒皮を削って、外径：２０６　ｍ
　、内径：２８咽、長さ＝４８０胴の寸法に形を整えた
後、ユジーンセジュルネ方式の製管により熱間押出しし
て、外径：　８３　ｍ　、内径；５９　ｍｎ　、肉厚：
１２ｍの継目無鋼管を製造した。

ナオ、インコロイ８００（商標名）については、一部ビ
レットの軽圧下を行い、表皮層の微細化を図ってから製
管に供した。

仁のような処理の過程で測定したビレットの柱状晶偏向
部面積率、及び得られた鋼管の偏肉率と表面性状を第２
表に示す。

第２表に示される結果からも、！磁撹拌装置の配置位置
をビレットの液相率：３０％以上の場所とし、かつ撹拌
強度ヲ浴鋼流速で５　ｃｍ／　ｓｅｅ以上として水平連
続鋳造を行って得たビレットは、柱状晶が規則正しく成
長して吃・り、製管した場合の鋼管偏肉率が１０％以下
と良好な性状を示すことが明らかであＱ１得られた鋼管
の表面性状も良好なものであることがわかる。

なお、第５図は、試験番号１の本発明法によって得られ
た水平連続鋳造ビレットのマクロ組織写真図であるが、
第５図からも、本発明法によると規則正しく柱状晶が成
長した水平連続鋳造ビレットを得られることが明白であ
る。

これに対して、液相率か３０％未満の位い゛に電磁撹拌
装置を配置した場合や、撹拌強度が低い場合には、得ら
れた水平連続鋳造ピレノ）ｋ製管すると偏肉が大きく現
われ、パイプ不良が多発することも第２表から明らかで
ある。

このように、水平連続鋳造においてステンＬ／ス鋼丸ビ
レットを製造するに際し、電磁撹拌装置をモールド入口
部になるべく近づけて配置することにより、初期凝固に
おける柱状晶の成長方向’ｌｒ一様とすることができ、
従って得られたビレット金製管した場合には偏肉が通常
材レベルとなるのである。

壕だ、この実施例では、供試鋼として２鋼種のみ葡選ん
だが、他のフェライト系ステンレス鋼。

マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステ
ンレス鋼にもとよシ、合金元素：５％以上を含んだとこ
ろの、いわゆる広義のステンレス鋼のいずれに本発明方
法を適用しても良好な結果が得られることは、前述した
通シである。そして、ビレットサイズも任意に選択し得
ることももちろんのことである。

上述のように、この発明によれば、分塊・圧延等の熱間
加工工程を要することなく、性状の良好な製管用ステン
レス鋼丸ビレットｉコスト安く製造することができ、良
品質の継目無鋼管の製造能率全大幅に上昇することが可
能となるなど、工業上有用な効果かもたらきれるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図に従来の水平連続鋳造によって製造されたステン
レス鋼丸ビレツト横断面のマクロ組織写真図、第２図は
鋳造ビレットり柱状晶偏向部面積率と製管された鋼管の
偏肉率との関係を示したグラフ、第３図は水平連続鋳造
ビレット横断面マクロ組織全模式的に示したところの「
偏向部面積率」全説明するための図、第４図は電磁撹拌
装置配置位置での丸ビレツト鋳片の液相率と柱状晶偏向
部面積率との関係全示すグラフ、第５図は本発明の方法
によって得られたステンレス鋼丸ビレツト横断面のマク
ロ組織写真図である。 出願人　住友金属工業株式会社 代理人　富　１）和　夫　ほか１名 第　１図 第２図 イミｔイ人１４フーイ廂Ｆ力７ンｆ＃Ｉ’４匠（％ン第
３図 勉４図 Ｌ′シツＩ−レｙネ１３Ｐ（％ン 年５ 久ａｌ −゛゛ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 凝固過程にある鋳片の液相率二３ｏチ以上の位置に配置
   した電磁撹拌装置により溶鋼撹拌流速：６　ｃｍ／　５
   ６０以上で未凝固溶鋼を撹拌する工程を含む゛　水平連
   続鋳造にて、ステンレス鋼溶鋼を連続的に丸ビレツト鋳
   片とすること全特徴とする、製管用ステンレス鋼丸ビレ
   ットの製造方法。