JP4360295B2

JP4360295B2 - 継目無鋼管

Info

Publication number: JP4360295B2
Application number: JP2004206047A
Authority: JP
Inventors: 耕奥山; 隆之西
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-07-13
Also published as: KR20060049887A; KR100691403B1; CN1323186C; TWI300808B; JP2006028549A; CN1721754A; TW200606262A

Description

本発明は、継目無鋼管に関し、さらに詳しくは、凹版及び平版等の印刷機の版として利用されるロール（以下、印刷ロールと称する）やシリンダロッドに加工される継目無鋼管に関する。

印刷ロールやシリンダロッドは、軸方向に対して円周方向の金属組織及び機械的性質が均一であることが求められる。印刷ロールやシリンダロッドは、一般的に円周方向の金属組織及び機械的性質が均一である継目無鋼管から製造される。

印刷ロールやシリンダロットを製造する工程で、継目無鋼管の外面はめっき処理される。具体的には、継目無鋼管の外面は切削され、切削後の外面上にめっき処理によりめっき層が形成される。

印刷ロールやシリンダロッドでは、めっき処理された外面に凹凸が存在したり、めっき層が剥離したりするのは好ましくない。これらのめっき不良が印刷ロールに存在する場合、印刷不良が発生する。また、これらのめっき不良がシリンダロッドに存在する場合、腐食及び油漏れによる作動不良が生じる。

めっき不良が発生する原因は、めっき処理前の継目無鋼管の外面に存在する地疵であると考えられている。一般的に、地疵は鋼中に残留した種々の介在物が切削面に露呈することにより発生する。そのため、継目無鋼管の外面に均一にめっき層を形成するためには、地疵の原因となる種々の介在物を低減する必要があると考えられている。

介在物の低減対策は主に製鋼工程で実施される。継目無鋼管の素材となる鋳片、鋼片及び鋼塊を製造する工程で鋼中に介在物が含まれるからである。

従来、精錬時に真空脱ガス処理や長時間Ａｒバブリング処理を実施し、鋼中の介在物を低減する対策が行われてきた。さらに、介在物低減の他の対策として、連続鋳造法において、以下の対策が報告されている。

（１）浸漬ノズルの形状を改善することにより、溶鋼中の介在物を鋳型内の溶鋼面に浮上させ、除去する。具体的には、ノズル内径の接線方向に複数個の吐出孔を有する有底の浸漬ノズルを使用して連続鋳造を実施する。浸漬ノズルの形状に基づいて鋳型内の溶鋼流が渦運動するため、介在物が溶鋼面に浮上しやすくなる。そのため、介在物をより多く除去できる（下記特許文献１参照）。

（２）鋳型周囲のメニスカス近傍に直流磁界を与え、溶鋼流の鋳型への侵入深さ及び侵入方向を制御する。この制御により介在物を鋳型内の溶鋼面に浮上させ除去する（下記特許文献２参照）。

しかしながら、これらの対策を実施した継目無鋼管であっても、依然としてめっき不良が発生する場合がある。
特開昭５８−３７５８号公報特開昭５８−５５１５７号公報

本発明の目的は、めっき不良の発生を抑制できる継目無鋼管を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明者らは、めっき不良が発生する原因となる地疵の形態を調査した。具体的には、印刷ロール用又はシリンダロッド用の複数の継目無鋼管から、表面に地疵を含むサンプル（外径１３９〜１４６ｍｍ，肉厚５〜１０ｍｍ，長さ５００ｍｍ）を複数採取した。

ＪＩＳＧ０５５５に基づく顕微鏡試験方法により、各サンプルの外面に露呈した介在物の種類を特定した。

介在物を特定した結果、ＪＩＳ規格に定められたグループＢに相当する粒子群状介在物が露呈したサンプルと、ＪＩＳ規格に定められたグループＣに相当する粒状介在物が露呈したサンプルとが存在した。ＥＤＸＳ法に基づいて粒子群状介在物及び粒状介在物の化学組成を分析した。その結果、粒子群状介在物はＡｌ_２Ｏ_３を含有していた。粒状介在物は主としてＡｌ_２Ｏ_３を含有し、さらにＣａＯ，ＣａＳ，ＳｉＯ_２，ＭｎＳのうちの少なくとも２種を含有していた。

粒状介在物を含むサンプルについてはさらに、粒状介在物の大きさを測定した。具体的には、光学顕微鏡を用いて粒状介在物の大きさを測定した。このとき、図１に示すように、粒状介在物と母材との界面上の異なる２点を結ぶ直線のうち、最大のものを粒状介在物の大きさとした。

異なる種類及び大きさの介在物を含むこれらのサンプルにめっき不良が発生するか否かを調査した。具体的には、これらのサンプルにめっき処理を実施し、地疵が発生した表面に０．０３〜０．１ｍｍの厚さのＣｒめっき層を形成した。Ｃｒめっき層を形成後、各サンプルでめっき不良が発生しているか否かを判断した。具体的には、光学顕微鏡を用いて５０〜１００倍の倍率でＣｒめっき層の断面を観察し、めっき不良の発生の有無を判断した。地疵のある表面に形成されたＣｒめっき層が剥離していた場合、又はＣｒめっき層に凹みがある場合、めっき不良と判断した。

以上の調査の結果、８０μｍ以上の粒状介在物が露呈したサンプルでめっき不良が発生した。一方、粒子群状介在物が露呈したサンプル及び８０μｍ未満の粒状介在物が露呈したサンプルではめっき不良が発生しなかった。

以上より、発明者らは、鋼中に含まれる全ての介在物がめっき不良を発生させるのではなく、その大きさが８０μｍ以上の粒状介在物がめっき不良を発生させると考えた。よって、印刷ロールやシリンダロッドのような、外面をめっき処理する用途に使用される継目無鋼管でめっき不良の発生を抑制するために、鋼中の全ての介在物を低減する必要はなく、大きさが８０μｍ以上の粒状介在物の個数を低減すればよいと考えた。

そこで発明者らは、大きさが８０μｍ以上の粒状介在物の鋼中の個数と継目無鋼管の外面に発生する粒状介在物起因の地疵の個数との関係を調査した。初めに、製造した複数の丸鋼片を穿孔機により軸方向に穿孔し、マンドレルミル及びレデューサ等により複数の継目無鋼管とした。丸鋼片は、連続鋳造法により製造したものと、連続鋳造した後分塊圧延により製造したものとを用意した。なお、丸鋼片は機械構造用炭素鋼に相当する化学組成とし、各丸鋼片中のＣａ含有量を変化させた。

製造した継目無鋼管の外面を旋盤で切削し、切削後の鋼管表面の地疵の有無を調査した。切削量は、印刷ロールで一般的な切削量である切削前肉厚の３０％とし、仕上げ粗さは印刷ロールで一般的な１２．５〜２５Ｓとした。さらに、スライム法により、継目無鋼管中の粒状介在物の個数及び大きさを調査した。具体的には、継目無鋼管から１ｋｇのサンプルを採取した。採取したサンプルを塩化第２鉄水溶液をベースとした溶液中で定電流電解法により溶解した。溶解後の残さから粒状介在物を採取し、各々の大きさを測定した。介在物の種類はＪＩＳＧ０５５５に基づく顕微鏡試験方法により特定した。

図２に調査結果を示す。粒状介在物に起因した地疵の個数は、鋼中の大きさが８０μｍ以上の粒状介在物の個数に比例した。８０μｍ未満の粒状介在物の個数と発生した地疵の個数とには相関関係がなかった。

以上の調査結果より、発明者らは、大きさが８０μｍ以上の粒状介在物の個数が１００個／１０ｋｇ以下であれば、継目無鋼管の外面に発生する地疵個数が０．１個／１００ｃｍ^２以下となり、めっき不良の発生を十分に抑制できると考えた。

そこで、発明者らは、これらの知見に基づいて以下の本発明を完成させた。

本発明による継目無鋼管は、化学組成が質量％で、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（酸素）：０．０００５〜０．００５０％、Ｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ：鋼中に固溶したＡｌ）：０．００１０〜０．１００％、Ｃａ：０〜０．０００２％、残部はＦｅ及び不純物であり、各々の大きさが８０μｍ以上であって、ＪＩＳＧ０５５５に定められたグループＣに相当する粒状介在物が１０ｋｇ当たり１００個以下である。本発明による継目無鋼管は、外面をめっき処理して使用される用途に用いられる。

ここで、粒状介在物は、ＪＩＳＧ０５５５に定められたグループＣに相当する介在物である。また粒状介在物の大きさはたとえば、図１に示すように粒径介在物と母材との界面上の異なる２点を結ぶ直線のうち最大のものをいう。

なお、本発明の継目無鋼管は、各々の大きさが８０μｍ以上であって、１０ｋｇ当たり１００個以下の粒状介在物以外の他の介在物を含んでもよい。たとえば、ＪＩＳＧ０５５５に定められたグループＡ及びＢに相当する介在物を含んでもよいし、各々の大きさが８０μｍ未満の複数の粒状介在物を含んでもよい。

好ましくは、粒状介在物は質量％で５０％以上のＡｌ_２Ｏ_３と、ＣａＯ、ＣａＳ、ＳｉＯ_２、ＭｎＳのうち少なくとも２種以上とを含有する。

好ましくは、継目無鋼管は、連続鋳造法により製造された鋼片から製造される。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

１．化学組成
本発明の実施の形態による継目無鋼管は、以下の組成を有する。以降、合金元素に関する％は質量％を意味する。

Ｃ：０．０８〜０．６１％
Ｃは鋼の強化に有効な元素である。必要な強度を得るためにＣの含有量の下限を０．０８％とする。一方、Ｃの過剰な添加は靭性を劣化するため、Ｃの含有量の上限を０．６１％とする。好ましいＣの含有量は０．１６〜０．４８％である。

Ｓｉ：０．１５〜０．５５％
Ｓｉは鋼の脱酸に有効な元素であり、Ｓｉの含有量を０．１５％未満とするとその効果が乏しい。そのため、Ｓｉの含有量の下限値を０．１５％とする。一方、過剰にＳｉを添加すると、鋼中の介在物が増加する。そのため、Ｓｉの含有量の上限を０．５５％とする。好ましいＳｉの含有量は０．１５〜０．３５％である。

Ｍｎ：０．３０〜１．６０％
Ｍｎは鋼の靭性及び強度の向上に有効な元素である。印刷ロールやシリンダロッド等に必要な強度を保持するために、Ｍｎの含有量の下限を０．３０％とする。一方、Ｍｎを過剰に添加すると、かえって靭性が劣化する。よって、Ｍｎの含有量の上限を１．６０％とする。好ましいＭｎの含有量は０．４０〜１．５０％である。

Ｐ：０．０４０％以下
Ｐは不純物であり、中心偏析を助長する。そのため、Ｐの含有量は低い方が好ましい。したがって、Ｐの含有量を０．０４０％以下に制限する。好ましくは、０．０３０％以下に制限する。

Ｓ：０．０４０％以下
Ｓは不純物であり、鋼の熱間加工性を低下させる。そのため、Ｓの含有量は低い方が好ましい。したがって、Ｓの含有量は０．０４０％以下に制限する。好ましくは、０．０１５％以下に制限する。

Ｏ：０．０００５〜０．００５０％
Ｏは鋼中のＡｌ、Ｃａ、Ｓｉと酸化物を形成し、鋼の清浄度を下げる。さらに、粒状介在物を形成し、地疵を発生させる。そのため、Ｏの含有量は、なるべく低い方が好ましい。したがって、Ｏの含有量は０．０００５〜０．００５０％とする。好ましくは０．０００５％〜０．００４０％とする。

ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１０〜０．１００％
Ａｌは、鋼の脱酸に必要な元素である。この効果を発揮するためにｓｏｌ．Ａｌの含有量の下限を０．００１０％とする。一方、Ａｌを過剰に添加すると、鋼の清浄度を下げる。具体的には、ｓｏｌ．Ａｌは粒状介在物を形成し、地疵を発生させる。そのため、ｓｏｌ．Ａｌの含有量の上限値を０．１００％とする。好ましくは、ｓｏｌ．Ａｌの含有量を０．００１〜０．０５０％とする。

Ｃａ：０〜０．０００２％
Ｃａは、連続鋳造中に浸漬ノズルが閉塞するのを防止するために一般的に添加される。鋼を精錬する工程で実施されるＡｌ脱酸処理により、溶鋼中にアルミナ系介在物が発生する。アルミナ系介在物は連続鋳造中に浸漬ノズルの内壁に付着し、ノズルを閉塞させる。鋼中へのＣａ添加は、アルミナ系介在物を低融点化合物である粒状介在物に変化させ、ノズルの閉塞を防止する。

しかしながら、先述したとおり、粒状介在物はめっき不良を発生させるため、本発明ではＣａは添加しない方が好ましい。そのため、以下に示す製造方法によりノズルの閉塞を防止することで、鋼中のＣａ含有量を０〜０．０００２％に制限する。要するに、本発明では、Ｃａは不純物である。

なお、残部はＦｅで構成されるが、製造過程の種々の要因により不純物が含まれることもあり得る。

２．製造方法
本実施の形態による継目無鋼管の製造方法の１つとして、本発明者らは、連続鋳造時の浸漬ノズルの内径を大きくし、鋳込み速度を小さくする方法を見出した。これにより、鋼中のＣａ含有量を最小限に抑え、鋼中の大きさが８０μｍ以上の粒状介在物の個数を少なくできる。具体的には、以下の製造条件を満足するのが好ましい。

（Ａ）浸漬ノズルの内径を５０ｍｍ以上にするのが好ましい。ノズル内径が大きいほど、アルミナ系介在物が内壁に付着しにくく、浸漬ノズルが閉塞しにくい。そのため、溶鋼のＣａ含有量を低減できる。
（Ｂ）連続鋳造の鋳造速度は遅い方が好ましい。鋳造速度を遅くすれば、粒状介在物を含む複数種類の介在物が鋳型内の溶鋼面に浮上しやすくなる。そのため、大きさが８０μｍ以上の粒状介在物が鋼中に残存するのを防止できる。具体的には、鋳造速度を０．５〜０．８ｍ／ｍｉｎにするのが好ましい。

なお、連続鋳造で製造される鋼片の断面積を大きくすれば、上記（Ａ），（Ｂ）の条件を満たしやすくなる。具体的には、鋼片の断面積を１００００ｍｍ^２とするのが好ましい。また、タンディッシュ内の溶鋼の温度が低くならないようにするのが良い。溶鋼温度が低ければ、浸漬ノズルの内壁にアルミナ系介在物が付着しやすいためである。具体的には、タンディッシュ内の過熱度（溶鋼温度−液相線温度）を１５〜６０℃にするのが好ましい。

上記（Ａ）、（Ｂ）の条件を満たして製造された丸鋼片を用いて、通常の穿孔及び圧延方法により継目無鋼管を製造する。具体的には、丸鋼片を回転炉床式加熱炉等の加熱炉で加熱する。加熱後、加熱炉から抽出した丸鋼片を穿孔機により軸方向に穿孔する。その後、マンドレルミル及びレデューサ等により所定の寸法の継目無鋼管に加工する。

また、連続鋳造法により製造したスラブ又は丸鋳片を分塊圧延機により分塊圧延して丸鋼片としてもよい。丸鋼片を加熱炉で加熱する工程以降の工程は、丸鋼片を継目無鋼管に加工する工程と同じである。

なお、上記の製造条件（Ａ）、（Ｂ）のいずれかが満たされなくても、他に制御すべき製造条件を追加すれば、大きさが８０μｍ以上の粒状介在物の個数を本発明の範囲内に低減できる。たとえば、製鋼工程で溶鋼をＳｉ脱酸することにより、鋼中の介在物をケイ酸塩系介在物とする。延性を有するケイ酸塩系介在物は穿孔及び圧延により粒状から粘性変形し、伸展する。そのため、粒状介在物を低減できる。

本発明では、精錬時に鋼中の介在物の低減を目的とした真空脱ガス処理や長時間Ａｒバブリング処理を実施しなくてもよい。本発明の継目無鋼管は、鋼中の８０μｍ以上の大きさの粒状介在物を低減すればよく、全ての介在物を低減する必要はないからである。精錬時に真空脱ガス処理や長時間Ａｒバブリング処理を実施しない場合、継目無鋼管の製造コストを低く抑えることができる。

また、継目無鋼管は造塊法により製造するよりも、連続鋳造法で製造した方が好ましい。歩留まりが向上するからである。

表１に示す化学組成の本発明鋼及び比較鋼の継目無鋼管を製造し、各鋼管（本発明鋼及び比較鋼）が含有する８０μｍ以上の大きさの粒状介在物の数及び継目無鋼管の外面に発生する地疵の数を調査した。

本発明鋼１〜９及び比較鋼１１〜１６は以下のように製造した。初めに、表１中の内径を有する浸漬ノズルを使用して、表１中の鋳造速度で溶鋼を連続鋳造してスラブ又は丸鋼片を製造した。このとき、溶鋼過熱度は１５〜６０℃の範囲内であった。製造したスラブ及び丸鋼片の一部は分塊圧延した。

連続鋳造又は分塊圧延により製造した丸鋼片を用いて、継目無鋼管を製造した。具体的には、丸鋼片を１１７０〜１２８０℃に加熱後、穿孔機により軸方向に穿孔し、ホローシェルを製造した。製造したホローシェルをマンドレルミル及びレデューサにより圧延し、表１に示した外径及び肉厚の継目無鋼管とした。

本発明鋼１〜９は、鋼中の組成が本発明の範囲内であり、かつ、製造条件（Ａ）及び（Ｂ）も適切な条件であった。

一方、比較鋼１１〜１６はいずれもＣａ含有量が本発明の規定値を越えた。供試材１２及び１３のＣａ含有量は鋳込み初期には本発明の規定範囲内であったが、鋳込みに使用した浸漬ノズルの内径が５０ｍｍ未満であったため、連続鋳造中に浸漬ノズルが詰まる危険が生じた。そのため、タンディッシュ内にＣａを添加し、浸漬ノズルの詰まりを防いだ。その結果、鋼中のＣａ含有量が高くなった。

製造した本発明鋼及び比較鋼を用いて、鋼中に存在する大きさが８０μｍ以上の粒状介在物の個数と、外面に発生した粒状介在物起因の地疵個数とを調査した。

［８０μｍ以上の粒状介在物の個数調査］
本発明鋼及び比較鋼から加工した試験片を用いてスライム法により介在物の個数を調査した。スライム法は、金属を溶解し、介在物を抽出する方法である。具体的には、継目無鋼管から１ｋｇのサンプルを採取した。採取したサンプルを塩化第２鉄水溶液をベースとした溶液中で定電流電解法により溶解した。溶解後の残さから粒状介在物を採取し、各々の大きさを測定した。介在物の種類はＪＩＳＧ０５５５に基づく顕微鏡試験方法により特定した。図１に示すように、粒状介在物と母材との界面上の異なる２点を結ぶ直線のうち、最大のものを粒状介在物の大きさとした。測定後、大きさが８０μｍ以上の介在物の個数を数えた。なお、任意の複数の介在物をＥＤＸＳ法により同定した結果、これらの粒状介在物はＪＩＳＧ０５５５に定められたグループＣに相当する介在物であった。具体的には、これらの粒状介在物は、質量％で５０％以上のＡｌ_２Ｏ_３と、ＣａＯ、ＣａＳ、ＳｉＯ_２、ＭｎＳのうち少なくとも２種以上とを含有していた。

［粒状介在物に起因した地疵の個数調査］
本発明鋼及び比較鋼の各々から軸方向に６００ｍｍの長さのサンプルを作成した。作成した各サンプルについて、軸方向に４５０ｍｍの範囲の外面を旋盤により切削した。切削量は表１に示した肉厚の３０％とした。たとえば、本発明鋼３は外面を肉厚方向に３．０ｍｍ切削した。仕上げ粗さは１２．５〜２５Ｓとした。

切削後の外面について目視により地疵の有無を観察した。地疵が存在する場合、地疵を含むサンプルを採取し、ＪＩＳＧ０５５５に基づく顕微鏡試験方法により地疵の原因が粒状介在物であるか否かを判断した。切削した外面に存在した粒状介在物起因の地疵の総数を、切削した外面の表面積で除した値を粒状介在物起因の地疵個数（個／１００ｃｍ^２）とした。

［調査結果］
本発明鋼１〜９においては、いずれも８０μｍ以上の粒状介在物の個数が１００個／１０ｋｇ未満であった。そのため、粒状介在物起因の地疵個数が０．１個／１００ｃｍ^２未満であった。鋼中に含まれる８０μｍ以上の大きさの粒状介在物の個数を少なくすることで、めっき不良の原因となる地疵（つまり、粒状介在物起因の地疵）の発生を抑制できた。

一方、比較鋼１１〜１６では、８０μｍ以上の大きさの粒状介在物の個数が本発明の範囲を超えた。そのため、粒状介在物起因の地疵が０．１個／１００ｃｍ^２よりも多く発生した。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

本発明による継目無鋼管は、その外面をめっき処理して使用される用途に用いられる継目無鋼管に利用可能であり、特に印刷ロール及びシリンダロットに使用される継目無鋼管に利用可能である。

本発明の実施の形態による継目無鋼管中の粒状介在物の形状を示す模式図である。大きさが８０μｍ以上の粒状介在物の鋼中の個数と継目無鋼管の外面に発生する粒状介在物起因の地疵の個数との関係を示す図である。

Claims

化学組成が質量％で、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（酸素）：０．０００５〜０．００５０％、Ｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ：鋼中に固溶したＡｌ）：０．００１０〜０．１００％、Ｃａ：０〜０．０００２％、残部はＦｅ及び不純物であり、各々の大きさが８０μｍ以上であってＪＩＳＧ０５５５に定められたグループＣに相当する粒状介在物が１０ｋｇ当たり１００個以下であり、外面をめっき処理して使用される用途に用いられることを特徴とする継目無鋼管。
請求項１に記載の継目無鋼管であって、
前記粒状介在物は質量％で５０％以上のＡｌ_２Ｏ_３と、ＣａＯ、ＣａＳ、ＳｉＯ_２、ＭｎＳのうち少なくとも２種以上とを含有することを特徴とする継目無鋼管。
請求項１又は請求項２に記載の継目無鋼管であって、
前記継目無鋼管は、連続鋳造法により製造された鋳片から製造されることを特徴とする継目無鋼管。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の継目無鋼管からなることを特徴とする印刷ロール用鋼管。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の継目無鋼管からなることを特徴とするシリンダロッド用鋼管。