CN1323186C

CN1323186C - 无缝钢管

Info

Publication number: CN1323186C
Application number: CNB2005100824483A
Authority: CN
Inventors: 奥山耕; 西隆之
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2025-07-05
Also published as: JP4360295B2; JP2006028549A; TW200606262A; KR20060049887A; TWI300808B; CN1721754A; KR100691403B1

Abstract

一种无缝钢管，其特征在于：以质量百分比表示，其化学组成为C：0.08-0.61%、Si：0.15-0.55%、Mn：0.30-1.60%、P：0.040%以下、S：0.040%以下、O：0.0005-0.0050%、Sol.Al(可溶于酸的Al：固溶于钢中的Al)：0.0010-0.100%、Ca：0-0.0002%，其余是Fe及杂质，并且每10kg中含有100个以下的粒状夹杂物。根据本发明，提供可以抑制镀层不良现象发生的无缝钢管。

Description

无缝钢管

技术领域

本发明是关于无缝钢管。更详细地讲，是关于被加工成可作为凹版及平版等印刷机的印刷版来使用的辊子(以下称：印刷辊)及活塞杆的无缝钢管。

背景技术

对于印刷辊及活塞杆，要求相对于轴方向，圆周方向上的金属组织及机械性能均一。印刷辊及活塞杆一般是使用在辊的圆周方向上金属组织及机械性能均一的无缝钢管制造。

在制造印刷辊及活塞杆的过程中，无缝钢管外表面经过电镀处理。具体地讲，先切削无缝钢管的外面，在切削后的表面上进行电镀，形成镀层。

在印刷辊及活塞杆中，不希望出现在经过电镀处理后的外面存有凹凸不平或者镀层剥离的现象。当印刷辊中存在这些镀层不良现象时，就会发生印刷质量问题。并且，在活塞杆中存在上述镀层不良现象时，会因腐蚀及漏油造成操作不良的问题。

电镀不良发生的原因被认为是在电镀处理前的无缝钢管的外表面存在瑕疵。一般来讲，瑕疵是在切削后裸露在切削面上的钢材中残留的各种夹杂物。因此，为在无缝钢管的外表面上形成均一的镀层，有必要降低成为形成瑕疵因素的各种夹杂物。

降低夹杂物的对策主要是在炼钢过程中实施。这是因为在制造作为无缝钢管原料的铸坯、钢坯以及钢锭的过程中，夹杂物含于钢中。

历来在精炼时，采取实施真空脱气处理以及长时间吹Ar处理来降低钢中夹杂物的对策。此外，作为降低夹杂物的其他对策，在以下的连续铸造法中另行报告。

(1)通过改善浸入喷嘴的形状，使钢水中的夹杂物上浮到铸模中钢水的表面上并除去。具体地讲，使用在喷嘴内径的切线方向上具有多个喷出孔的有底浸渍喷嘴进行连续铸造。由于基于这种浸入喷嘴的形状可使铸模内钢水呈蜗旋流动，使夹杂物易于浮于钢水表面。由此，可以更多地除去钢水(参照下述特许文件1)。

(2)在铸模周围的弯月面周围附近施加直流磁场，对钢水流入铸模的深度及流入方向进行控制(参照下述特许文件2)。

然而，对于实施过这些措施制成的无缝钢管，依然会发生镀层不良的现象。

[特许文献1]特开昭58-3758号公报

[特许文献2]特开昭58-55157号公报

发明内容

本发明的目的在于提供可以抑制镀层不良现象的发生的无缝钢管。

本发明者们调查了成为镀层不良发生的原因的瑕疵的形态。具体地讲，从多个用于印刷辊及用于活塞杆的无缝钢管中，采取了多个表面存有瑕疵的样品(外径139-146mm，壁厚5-10mm，长度500mm)。

采用基于JIS G0555的显微镜实验法，对各样品外表面上露出的夹杂物的种类进行了鉴定。

夹杂物鉴定的结果表明，存在相当于按JIS标准确定的B组的粒子群状夹杂物暴露的样品及相当于按JIS标准确定的C组的粒状夹杂物暴露的样品。根据EDXS法，分析了粒子群状夹杂物及粒状夹杂物的化学成分。结果表明，粒子群状夹杂物中含有Al₂O₃。粒状夹杂物则主要含有Al₂O₃，并在CaO、CaS、SiO₂、MnS之中至少含有两种物质。

对含有粒状夹杂物的样品进一步测定了粒状夹杂物的大小。具体地讲，采用光学显微镜测定了粒状夹杂物的大小。如图1所示，在连接夹杂物和母材的界限上的不同的2点的直线中，取其最大者做为粒状夹杂物的尺寸。

对含有不同种类及尺寸的夹杂物的样品，进行了镀层不良发生与否的调查。具体地讲，对这些样品实施电镀，在有瑕疵的表面上形成厚度为0.03-0.1mm的Cr镀层。在形成了Cr镀层后，对各个样品检验是否发生有镀层不良的现象。具体地讲，采用光学显微镜，以50-100倍的倍率观察样品的Cr镀层断面，来判断是否发生有镀层不良的状况。将在有瑕疵的表面上形成的Cr镀层发生了剥离的情况，或者在Cr镀层中产生凹陷的情况判断为镀层不良。

以上的调查结果表明，尺寸为80μm以上的粒状夹杂物存在的样品中产生了镀层不良。另一方面，粒子群状夹杂物出现的样品以及尺寸小于80μm的粒状夹杂物出现的样品中，没有发生镀层不良的现象。

根据以上结果，发明者们认为，并不是钢中含有的所有夹杂物都会引起镀层不良，只有尺寸大小在80μm以上的夹杂物才会引发镀层不良。由此认为，为了抑制在像印刷棍及活塞杆那样于外表面实施电镀后再使用的无缝钢管中存在的镀层不良，没有必要降低钢中所有的夹杂物含量，仅减少尺寸在80μm以上的粒状夹杂物即可。

在此，发明者们对尺寸在80μm以上的粒状夹杂物在钢中数量及发生在无缝钢管外表面的、因粒状夹杂物而引起的瑕疵的数量之间的关系进行了调查。首先，用打孔机给制造的数个圆钢棒沿轴向方向打孔，之后，用芯棒式无缝管轧机及减径机制成数个无缝钢管。圆钢棒采用连续铸造法制造的样品及连续铸造后采用开坯轧制法加工制成的样品。另外，圆钢棒具有与机械结构用碳钢相当的成分，仅对各个圆钢棒中的Ca含量做了变动。

采用车床对制作的无缝钢管外表面进行切削，切削后对圆钢棒表面有无瑕疵进行了检查。对印刷棍，一般切削量为切削前壁厚的30％，加工后的表面粗糙度一般为12.5～25S。然后，采用残渣试验法对无缝钢管中粒状夹杂物的数量及尺寸大小进行了检查。具体地讲，从无缝钢管采取1kg的样品。将采取的样品在以氯化铁水溶液为基础配制的溶液中用恒定电流电解法溶解。然后从溶解后剩下的残渣中采集夹杂物，并测定其尺寸大小。根据JIS G0555，采用显微镜试验法对夹杂物的种类进行鉴定。

图2显示了调查结果。粒状夹杂物引起的瑕疵的数量与钢中尺寸在80μm以上的粒状夹杂物的数量成比例。小于80μm的粒状夹杂物数量与产生的瑕疵的数量没有相关关系。

根据以上的调查结果，发明者们认为，如果尺寸在80μm以上的粒状夹杂物的数量是100个/10kg以下，则无缝钢管外表面上产生的瑕疵为0.1个/100cm²以下，可以说镀层不良的发生得到了充分抑制。

在此，发明者们根据这些了解完成了以下的发明。

本发明的无缝钢管，以质量百分比表示，其化学组成为C：0.08-0.61％、Si：0.15-0.55％、Mn：0.30-1.60％、P：0.040％以下、S：0.040％以下、O：0.0005-0.0050％、Sol.Al(可溶于酸的Al：固溶于钢中的Al)：0.0010-0.100％、Ca：0-0.0002％，其余是Fe及杂质，并且每10kg中含有100个以下的各尺寸为80μm以上的粒状夹杂物。

在此，粒状夹杂物相当于根据JIS G0555规定的C组夹杂物。另外，如图1所示，粒状夹杂物的尺寸大小，是指在连接粒状夹杂物和母材的界面上不同的2点的直线中最长者。

并且，本发明的无缝钢管，也可以含有各尺寸在80μm以上且每10kg钢中存在100个以下的粒状夹杂物以外的其它夹杂物。例如钢中也可以含有相当于根据JIS G0555规定的A组和B组的夹杂物，也可以含有各尺寸小于80μm的多个粒状夹杂物。

以质量百分比来表示，粒状夹杂物最好含有50％以上的Al₂O₃以及选自CaO、CaS、SiO₂及MnS中的至少2种以上。

无缝钢管最好由以连续铸造法制造的铸坯制造。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式中无缝钢管的粒状夹杂物的形状的模式图。

图2是表示尺寸在80μm以上的粒状夹杂物在钢中的数量和在无缝钢管外表面上发生的、粒状夹杂物导致引起的瑕疵的数量之间关系的图。

具体实施方式

以下，参照图示详细说明本发明的实施方式。图中对相同或对应部分采用同一符号，不复赘说明。

1.化学组成

本发明实施方式的无缝钢管具有以下组成。以下，所言合金元素的％意为质量％。

C：0.08-0.61％

C在钢中是有益于钢的强化的元素。为得到必要的强度，C的含量下限设定为0.08％。另一方面，C添加过量又会使钢的韧性劣化，因此C的含量上限设定为0.61％。最好钢中C含量为0.16-0.48％。

Si：0.15-0.55％

Si对钢的脱氧是有效的元素，Si的含量若小于0.15％，则脱氧效果不佳。为此，Si的含量下限设定为0.15％。但Si添加过量，则会使钢中夹杂物增加。因此，Si的含量上限设定为0.55％。最好钢中Si含量为0.15-0.35％。

Mn：0.30-1.60％

Mn对增强钢的韧性及提高强度是有效的元素。为使印刷辊及活塞杆等保持必要的强度，Mn的含量下限设定为0.30％。但Mn添加过量，反而会劣化钢的韧性。因此，Mn的含量上限设定为1.60％。最好钢中Mn含量为0.40-1.50％。

P：0.040％以下

P是杂质，会促使产生中心偏析。为此，P的含量越低越好。因此，将P含量限制在0.040％以下。最好钢中P含量限制在0.030％以下。

S：0.040％以下

S是杂质，会使钢的热加工性能降低。为此，S的含量越低越好。因此，将S的含量限制在0.040％以下。最好钢中P含量限制在0.015％以下。

O：0.0005-0.0050％

O与钢中的Al、Ca、Si反应形成氧化物，降低钢的纯净度。并且，形成粒状夹杂物，产生瑕疵。为此，最好O的含量越低越好。因此，将O含量设定为0.0005-0.0050％。最好将钢中O含量设定为0.0005％-0.0040％。

sol.Al：0.0010-0.100％

Al是钢脱氧必要的元素。为发挥其效果sol.Al含量的下限设定为0.0010％。但Al添加过量，反而会降低钢的纯净度。具体地讲，sol.Al会形成粒状夹杂物，产生瑕疵。为此，sol.Al的含量上限设定为0.100％。最好将sol.Al含量设定为0.001％-0.050％。

Ca：0-0.0002％

Ca一般是在连续铸造中为防止浸渍喷嘴堵塞而添加的。通过在钢的精炼工序中实施的添加Al进行的脱氧处理，钢水中会产生氧化铝系夹杂物。在连续铸造中，氧化铝系夹杂物会附着在浸渍喷嘴内壁上，堵塞浸渍喷嘴。通过向钢水中添加Ca，使氧化铝系夹杂物变为低熔点化合物的粒状夹杂物，来防止喷嘴的堵塞。

但如上所述，由于粒状夹杂物会引发镀层不良，所以在本发明中希望不添加Ca元素。为此，通过根据以下所示的制造方法来防止喷嘴的堵塞，将钢中Ca的含有量限制在0-0.0002％。即在本发明中，Ca为杂质。

另外，虽然其余部分由Fe构成，但由于制造过程中的种种原因，仍然还会含有杂质。

2.制造方法

作为本实施方式的无缝钢管的制造方法之一，本发明者们发现了连续铸造时将浸渍喷嘴的内径扩大，使铸入速度减小的方法。据此，能够将钢中的Ca含量限制在最低限度，可以减少钢中尺寸在80μm以上的粒状夹杂物的数量。具体地讲，优选满足以下制造条件。

(A)优选浸渍喷嘴的内径为50mm以上。浸渍喷嘴内径越大，氧化铝系夹杂物越难以附着在内壁上，难以堵塞浸渍喷嘴。为此，可以降低钢水中的Ca含量。

(B)优选连续铸造的浇注速度慢一些。如果降低浇注速度，含有粒状夹杂物的各种夹杂物就容易在铸模中浮上钢水表面。这样可以防止尺寸在80μm以上的夹杂物残留于钢中。具体地讲，优选将浇注速度设定在0.5-0.8m/min范围内。

另外，如果增加连续铸造中制造的钢坯的断面积，则不易满足上述(A)、(B)的条件。具体地讲，优选将钢坯的断面积设定为10000mm²。并且最好不要使中间包内的钢水温度低。是因为如果钢水温度低，在浸渍喷嘴的内壁上容易附着氧化铝系夹杂物。具体而言，最好使中间包内的过热度(钢水温度-钢水液相线温度)为15-60℃。

采用满足上述(A)、(B)条件制造的圆钢棒，通过一般的穿孔及轧制方法来制造无缝钢管。具体地讲，将圆钢棒放入旋转炉床式加热炉等加热炉内加热。加热后，将从加热炉中抽出的圆钢棒通过穿孔机沿其轴方向穿孔。之后采用芯棒式无缝管轧机及减径机加工成规定尺寸的无缝钢管。

并且，也可将采用连续铸造法制造的粗轧板坯或圆铸坯用开坯轧制机开坯轧制，制成圆钢棒。在加热炉中加热圆钢棒的工序之后的工序，与将圆钢棒加工成无缝钢管的工序相同。

另外，即使上述制造条件(A)、(B)中任何一个均无法满足，如果追加其他可以起到控制作用的制造条件，也可以将尺寸在80μm以上的粒状夹杂物的数量降低到本发明的范围内。例如，在炼钢过程中，通过用Si脱去钢水中的氧，使钢中夹杂物成为硅酸盐系夹杂物。具有延展性的硅酸盐系夹杂物通过穿孔及轧制由粒状产生粘性变形而伸展。这样可以减低钢中粒状夹杂物。

在本发明中，精炼时即使不实施以减少钢中夹杂物为目的的真空脱气处理及长时间吹氩处理也可。本发明的无缝钢管，仅减少钢中尺寸在80μm以上的粒状夹杂物即可，没有必要消除所有夹杂物。如果在精炼时不实施真空脱气处理及长时间吹氩处理，可以降低无缝钢管的制造成本。

此外，与采用铸锭法制造无缝钢管的情况相比较，更希望采用连续铸造法制造无缝钢管。因为连续铸造的成品率更高。

制备了表1所示化学组成的本发明钢及比较用钢的无缝钢管，并对各种钢管(本发明钢及比较用钢)中含有的尺寸为80μm以上的粒状夹杂物的数量及在无缝钢管外表面发生的瑕疵的数量进行了调查。

【表1】

本发明钢1-10及比较用钢11-16是按如下方式制造。首先，使用具有表1中内径的浸渍喷嘴，以表1中的浇注速度连续浇注钢水，制成粗轧板坯及圆钢棒。此时，钢水的过热度在15-60℃范围内。对制造的一部分粗轧板坯及圆钢棒进行了开坯轧制。

采用连续铸造或开坯轧制制成的圆钢棒制造了无缝钢管。具体地讲，将圆钢棒加热到1170-1280℃后，用穿孔机沿轴线方向穿孔，制成空心壳。将制成的空心壳用芯棒式无缝管轧机及减径机进行轧制，制成如表1所示外径及壁厚的无缝钢管。

本发明钢1-10钢中的成分在本发明范围内，并且制造条件(A)及(B)也适当。

另一方面，比较用钢11-16中的任何一种，其Ca含量均超过本发明的规定值。用于试验的比较用钢12及13中的Ca含有量在浇铸初期满足本发明的规定范围，但由于用于浇铸的浸渍喷嘴内径不足50mm，在连续铸造中浸渍喷嘴产生有堵塞的危险。为此，向中间中包内添加Ca，来防止浸渍喷嘴的堵塞。结果，钢中Ca含量增高。

使用制造的本发明钢及比较钢，对钢中存在的尺寸在80μm以上的粒状夹杂物的数量及在其外表面由于粒状夹杂物引起的瑕疵数量进行了调查。

[80μm以上的粒状夹杂物的数量调查]

采用由本发明钢及比较用钢加工作制的试验片，用淀渣法对其夹杂物的数量进行了调查。淀渣法是先将金属溶解后提取夹杂物的方法。具体地讲，从无缝钢管取样1kg。将试样放入以氯化铁为基础配置的水溶液中，以恒定电流电解法将试样溶解。然后从溶解后残留物中采取粒状夹杂物，并测定各夹杂物尺寸。根据JIS G0555的显微镜试验法对夹杂物的种类进行确定。如图1所示，将连接夹杂物及母材界面上不同2点的直线中最长者作为粒状夹杂物的尺寸。测定后，计数尺寸在80μm以上的D系夹杂物的数量。并且应用EDXS法对任意几个D系夹杂物进行鉴定，结果表明，这些夹杂物是相当于按照JISG 0555确定的C组的夹杂物。具体地讲，这些粒状夹杂物按质量％计，含有50％以上的Al₂O₃及选自CaO、CaS、SiO₂及MnS中的至少2种以上物质。

[起因于粒状夹杂物的瑕疵的数量调查]

用本发明钢及比较用钢，制造轴线方向长度为600mm的样品。对制造的试验样品，采用车床对轴线方向450mm范围的外面进行切削。如表1所示，切削量为管壁厚度的30％。例如，将本发明钢3的管壁外表面切削3.0mm。最终表面粗糙度为12.5-25S。

对切削后的外表面用目视观察有无瑕疵。当有瑕疵存在时，取含有瑕疵的样品，并用基于JIS G0555规定的显微镜试验方法判断引起瑕疵是否是起因于粒状夹杂物。将存在于切削的外表面的粒状夹杂物引起的瑕疵总数除以切削的外表面面积后得到的值，作为粒状夹杂物引起的瑕疵的数量(个/100cm²)。

[调查结果]

本发明钢1-10中的任一种，其中尺寸在80μm以上的粒状夹杂物的数量不足100/10kg。因此，由粒状夹杂物引起的瑕疵的数量小于0.1个/100cm²。由于使钢中含有的尺寸在80μm以上的粒状夹杂物的数量减少，因而可以抑制产生成为镀层不良诱因的瑕疵(即，由粒状夹杂物导致产生的瑕疵)。

另外，比较钢11-16中，尺寸在80μm以上的粒状夹杂物的数量超过了本发明的范围。为此，由粒状夹杂物导致产生的瑕疵多于0.1个/100cm²。

以上，对本发明实施方式进行了说明，然而上述的实施方式只不过是为实施本发明例举的示例。由此，本发明并不限于上述实施方式，在不偏离本发明宗旨的范围内，可以适当变更实施方式之后再实施。

本发明的无缝钢管有可能作为用于对其表面进行电镀处理后使用的用途的无缝钢管。特别是，有可能作为在印刷辊及活塞杆中使用的无缝钢管。

Claims

1、一种无缝钢管，其特征在于：以质量百分比表示，其化学组成为C：0.08-0.61％、Si：0.15-0.55％、Mn：0.30-1.60％、P：0.040％以下、S：0.040％以下、O：0.0005-0.0050％、Sol.Al(可溶于酸的Al：固溶于钢中的Al)：0.0010-0.100％、Ca：0-0.0002％，其余是Fe及杂质，并且每10kg中含有100个以下的各尺寸为80μm以上的粒状夹杂物。

2、根据权利要求1所述的无缝钢管，其特征在于：按质量百分比计，上述粒状夹杂物含有50％以上的Al₂O₃以及选自CaO、CaS、SiO₂、MnS之中的至少2种以上。

3、根据权利要求1或2所述的无缝钢管，其特征在于：上述无缝钢管是用由连续铸造法制造的铸坯制成。