專利名稱：無縫鋼管的制作方法
技術領域：
本發明是關于無縫鋼管。更詳細地講，是關于被加工成可作為凹版及平版等印刷機的印刷版來使用的輥子(以下稱印刷輥)及活塞桿的無縫鋼管。
背景技術：
對于印刷輥及活塞桿，要求相對于軸方向，圓周方向上的金屬組織及機械性能均一。印刷輥及活塞桿一般是使用在輥的圓周方向上金屬組織及機械性能均一的無縫鋼管制造。
在制造印刷輥及活塞桿的過程中，無縫鋼管外表面經過電鍍處理。具體地講，先切削無縫鋼管的外面，在切削后的表面上進行電鍍，形成鍍層。
在印刷輥及活塞桿中，不希望出現在經過電鍍處理后的外面存有凹凸不平或者鍍層剝離的現象。當印刷輥中存在這些鍍層不良現象時，就會發生印刷質量問題。并且，在活塞桿中存在上述鍍層不良現象時，會因腐蝕及漏油造成操作不良的問題。
電鍍不良發生的原因被認為是在電鍍處理前的無縫鋼管的外表面存在瑕疵。一般來講，瑕疵是在切削后裸露在切削面上的鋼材中殘留的各種夾雜物。因此，為在無縫鋼管的外表面上形成均一的鍍層，有必要降低成為形成瑕疵因素的各種夾雜物。
降低夾雜物的對策主要是在煉鋼過程中實施。這是因為在制造作為無縫鋼管原料的鑄坯、鋼坯以及鋼錠的過程中，夾雜物含于鋼中。
歷來在精煉時，采取實施真空脫氣處理以及長時間吹Ar處理來降低鋼中夾雜物的對策。此外，作為降低夾雜物的其他對策，在以下的連續鑄造法中另行報告。
(1)通過改善浸入噴嘴的形狀，使鋼水中的夾雜物上浮到鑄模中鋼水的表面上并除去。具體地講，使用在噴嘴內徑的切線方向上具有多個噴出孔的有底浸漬噴嘴進行連續鑄造。由于基于這種浸入噴嘴的形狀可使鑄模內鋼水呈蝸旋流動，使夾雜物易于浮于鋼水表面。由此，可以更多地除去鋼水(參照下述特許文件1)。
(2)在鑄模周圍的彎月面周圍附近施加直流磁場，對鋼水流入鑄模的深度及流入方向進行控制(參照下述特許文件2)。
然而，對于實施過這些措施制成的無縫鋼管，依然會發生鍍層不良的現象。
特開昭58-55157號公報發明內容本發明的目的在于提供可以抑制鍍層不良現象的發生的無縫鋼管。
本發明者們調查了成為鍍層不良發生的原因的瑕疵的形態。具體地講，從多個用于印刷輥及用于活塞桿的無縫鋼管中，采取了多個表面存有瑕疵的樣品(外徑139-146mm，壁厚5-10mm，長度500mm)。
采用基于JIS G0555的顯微鏡實驗法，對各樣品外表面上露出的夾雜物的種類進行了鑒定。
夾雜物鑒定的結果表明，存在相當于按JIS標準確定的B組的粒子群狀夾雜物暴露的樣品及相當于按JIS標準確定的C組的粒狀夾雜物暴露的樣品。根據EDXS法，分析了粒子群狀夾雜物及粒狀夾雜物的化學成分。結果表明，粒子群狀夾雜物中含有Al2O3。粒狀夾雜物則主要含有Al2O3，并在CaO、CaS、SiO2、MnS之中至少含有兩種物質。
對含有粒狀夾雜物的樣品進一步測定了粒狀夾雜物的大小。具體地講，采用光學顯微鏡測定了粒狀夾雜物的大小。如圖1所示，在連接夾雜物和母材的界限上的不同的2點的直線中，取其最大者做為粒狀夾雜物的尺寸。
對含有不同種類及尺寸的夾雜物的樣品，進行了鍍層不良發生與否的調查。具體地講，對這些樣品實施電鍍，在有瑕疵的表面上形成厚度為0.03-0.1mm的Cr鍍層。在形成了Cr鍍層后，對各個樣品檢驗是否發生有鍍層不良的現象。具體地講，采用光學顯微鏡，以50-100倍的倍率觀察樣品的Cr鍍層斷面，來判斷是否發生有鍍層不良的狀況。將在有瑕疵的表面上形成的Cr鍍層發生了剝離的情況，或者在Cr鍍層中產生凹陷的情況判斷為鍍層不良。
以上的調查結果表明，尺寸為80μm以上的粒狀夾雜物存在的樣品中產生了鍍層不良。另一方面，粒子群狀夾雜物出現的樣品以及尺寸小于80μm的粒狀夾雜物出現的樣品中，沒有發生鍍層不良的現象。
根據以上結果，發明者們認為，并不是鋼中含有的所有夾雜物都會引起鍍層不良，只有尺寸大小在80μm以上的夾雜物才會引發鍍層不良。由此認為，為了抑制在像印刷棍及活塞桿那樣于外表面實施電鍍后再使用的無縫鋼管中存在的鍍層不良，沒有必要降低鋼中所有的夾雜物含量，僅減少尺寸在80μm以上的粒狀夾雜物即可。
在此，發明者們對尺寸在80μm以上的粒狀夾雜物在鋼中數量及發生在無縫鋼管外表面的、因粒狀夾雜物而引起的瑕疵的數量之間的關系進行了調查。首先，用打孔機給制造的數個圓鋼棒沿軸向方向打孔，之后，用芯棒式無縫管軋機及減徑機制成數個無縫鋼管。圓鋼棒采用連續鑄造法制造的樣品及連續鑄造后采用開坯軋制法加工制成的樣品。另外，圓鋼棒具有與機械結構用碳鋼相當的成分，僅對各個圓鋼棒中的Ca含量做了變動。
采用車床對制作的無縫鋼管外表面進行切削，切削后對圓鋼棒表面有無瑕疵進行了檢查。對印刷棍，一般切削量為切削前壁厚的30％，加工后的表面粗糙度一般為12.5～25S。然后，采用殘渣試驗法對無縫鋼管中粒狀夾雜物的數量及尺寸大小進行了檢查。具體地講，從無縫鋼管采取1kg的樣品。將采取的樣品在以氯化鐵水溶液為基礎配制的溶液中用恒定電流電解法溶解。然后從溶解后剩下的殘渣中采集夾雜物，并測定其尺寸大小。根據JIS G0555，采用顯微鏡試驗法對夾雜物的種類進行鑒定。
圖2顯示了調查結果。粒狀夾雜物引起的瑕疵的數量與鋼中尺寸在80μm以上的粒狀夾雜物的數量成比例。小于80μm的粒狀夾雜物數量與產生的瑕疵的數量沒有相關關系。
根據以上的調查結果，發明者們認為，如果尺寸在80μm以上的粒狀夾雜物的數量是100個/10kg以下，則無縫鋼管外表面上產生的瑕疵為0.1個/100cm2以下，可以說鍍層不良的發生得到了充分抑制。
在此，發明者們根據這些了解完成了以下的發明。
本發明的無縫鋼管，以質量百分比表示，其化學組成為C0.08-0.61％、Si0.15-0.55％、Mn0.30-1.60％、P0.040％以下、S0.040％以下、O0.0005-0.0050％、Sol.Al(可溶于酸的Al固溶于鋼中的Al)0.0010-0.100％、Ca0-0.0002％，其余是Fe及雜質，并且每10kg中含有100個以下的各尺寸為80μm以上的粒狀夾雜物。
在此，粒狀夾雜物相當于根據JIS G0555規定的C組夾雜物。另外，如圖1所示，粒狀夾雜物的尺寸大小，是指在連接粒狀夾雜物和母材的界面上不同的2點的直線中最長者。
并且，本發明的無縫鋼管，也可以含有各尺寸在80μm以上且每10kg鋼中存在100個以下的粒狀夾雜物以外的其它夾雜物。例如鋼中也可以含有相當于根據JIS G0555規定的A組和B組的夾雜物，也可以含有各尺寸小于80μm的多個粒狀夾雜物。
以質量百分比來表示，粒狀夾雜物最好含有50％以上的Al2O3以及選自CaO、CaS、SiO2及MnS中的至少2種以上。
無縫鋼管最好由以連續鑄造法制造的鑄坯制造。
圖1是表示本發明的實施方式中無縫鋼管的粒狀夾雜物的形狀的模式圖。
圖2是表示尺寸在80μm以上的粒狀夾雜物在鋼中的數量和在無縫鋼管外表面上發生的、粒狀夾雜物導致引起的瑕疵的數量之間關系的圖。
具體實施例方式
以下，參照圖示詳細說明本發明的實施方式。圖中對相同或對應部分采用同一符號，不復贅說明。
1.化學組成本發明實施方式的無縫鋼管具有以下組成。以下，所言合金元素的％意為質量％。
C0.08-0.61％C在鋼中是有益于鋼的強化的元素。為得到必要的強度，C的含量下限設定為0.08％。另一方面，C添加過量又會使鋼的韌性劣化，因此C的含量上限設定為0.61％。最好鋼中C含量為0.16-0.48％。
Si0.15-0.55％Si對鋼的脫氧是有效的元素，Si的含量若小于0.15％，則脫氧效果不佳。為此，Si的含量下限設定為0.15％。但Si添加過量，則會使鋼中夾雜物增加。因此，Si的含量上限設定為0.55％。最好鋼中Si含量為0.15-0.35％。
Mn0.30-1.60％Mn對增強鋼的韌性及提高強度是有效的元素。為使印刷輥及活塞桿等保持必要的強度，Mn的含量下限設定為0.30％。但Mn添加過量，反而會劣化鋼的韌性。因此，Mn的含量上限設定為1.60％。最好鋼中Mn含量為0.40-1.50％。
P0.040％以下P是雜質，會促使產生中心偏析。為此，P的含量越低越好。因此，將P含量限制在0.040％以下。最好鋼中P含量限制在0.030％以下。
S0.040％以下S是雜質，會使鋼的熱加工性能降低。為此，S的含量越低越好。因此，將S的含量限制在0.040％以下。最好鋼中P含量限制在0.015％以下。
O0.0005-0.0050％O與鋼中的Al、Ca、Si反應形成氧化物，降低鋼的純凈度。并且，形成粒狀夾雜物，產生瑕疵。為此，最好O的含量越低越好。因此，將O含量設定為0.0005-0.0050％。最好將鋼中O含量設定為0.0005％-0.0040％。
sol.Al0.0010-0.100％Al是鋼脫氧必要的元素。為發揮其效果sol.Al含量的下限設定為0.0010％。但Al添加過量，反而會降低鋼的純凈度。具體地講，sol.Al會形成粒狀夾雜物，產生瑕疵。為此，sol.Al的含量上限設定為0.100％。最好將sol.Al含量設定為0.001％-0.050％。
Ca0-0.0002％Ca一般是在連續鑄造中為防止浸漬噴嘴堵塞而添加的。通過在鋼的精煉工序中實施的添加Al進行的脫氧處理，鋼水中會產生氧化鋁系夾雜物。在連續鑄造中，氧化鋁系夾雜物會附著在浸漬噴嘴內壁上，堵塞浸漬噴嘴。通過向鋼水中添加Ca，使氧化鋁系夾雜物變為低熔點化合物的粒狀夾雜物，來防止噴嘴的堵塞。
但如上所述，由于粒狀夾雜物會引發鍍層不良，所以在本發明中希望不添加Ca元素。為此，通過根據以下所示的制造方法來防止噴嘴的堵塞，將鋼中Ca的含有量限制在0-0.0002％。即在本發明中，Ca為雜質。
另外，雖然其余部分由Fe構成，但由于制造過程中的種種原因，仍然還會含有雜質。
2.制造方法作為本實施方式的無縫鋼管的制造方法之一，本發明者們發現了連續鑄造時將浸漬噴嘴的內徑擴大，使鑄入速度減小的方法。據此，能夠將鋼中的Ca含量限制在最低限度，可以減少鋼中尺寸在80μm以上的粒狀夾雜物的數量。具體地講，優選滿足以下制造條件。
(A)優選浸漬噴嘴的內徑為50mm以上。浸漬噴嘴內徑越大，氧化鋁系夾雜物越難以附著在內壁上，難以堵塞浸漬噴嘴。為此，可以降低鋼水中的Ca含量。
(B)優選連續鑄造的澆注速度慢一些。如果降低澆注速度，含有粒狀夾雜物的各種夾雜物就容易在鑄模中浮上鋼水表面。這樣可以防止尺寸在80μm以上的夾雜物殘留于鋼中。具體地講，優選將澆注速度設定在0.5-0.8m/min范圍內。
另外，如果增加連續鑄造中制造的鋼坯的斷面積，則不易滿足上述(A)、(B)的條件。具體地講，優選將鋼坯的斷面積設定為10000mm2。并且最好不要使中間包內的鋼水溫度低。是因為如果鋼水溫度低，在浸漬噴嘴的內壁上容易附著氧化鋁系夾雜物。具體而言，最好使中間包內的過熱度(鋼水溫度-鋼水液相線溫度)為15-60℃。
采用滿足上述(A)、(B)條件制造的圓鋼棒，通過一般的穿孔及軋制方法來制造無縫鋼管。具體地講，將圓鋼棒放入旋轉爐床式加熱爐等加熱爐內加熱。加熱后，將從加熱爐中抽出的圓鋼棒通過穿孔機沿其軸方向穿孔。之后采用芯棒式無縫管軋機及減徑機加工成規定尺寸的無縫鋼管。
并且，也可將采用連續鑄造法制造的粗軋板坯或圓鑄坯用開坯軋制機開坯軋制，制成圓鋼棒。在加熱爐中加熱圓鋼棒的工序之后的工序，與將圓鋼棒加工成無縫鋼管的工序相同。
另外，即使上述制造條件(A)、(B)中任何一個均無法滿足，如果追加其他可以起到控制作用的制造條件，也可以將尺寸在80μm以上的粒狀夾雜物的數量降低到本發明的范圍內。例如，在煉鋼過程中，通過用Si脫去鋼水中的氧，使鋼中夾雜物成為硅酸鹽系夾雜物。具有延展性的硅酸鹽系夾雜物通過穿孔及軋制由粒狀產生粘性變形而伸展。這樣可以減低鋼中粒狀夾雜物。
在本發明中，精煉時即使不實施以減少鋼中夾雜物為目的的真空脫氣處理及長時間吹氬處理也可。本發明的無縫鋼管，僅減少鋼中尺寸在80μm以上的粒狀夾雜物即可，沒有必要消除所有夾雜物。如果在精煉時不實施真空脫氣處理及長時間吹氬處理，可以降低無縫鋼管的制造成本。
此外，與采用鑄錠法制造無縫鋼管的情況相比較，更希望采用連續鑄造法制造無縫鋼管。因為連續鑄造的成品率更高。
制備了表1所示化學組成的本發明鋼及比較用鋼的無縫鋼管，并對各種鋼管(本發明鋼及比較用鋼)中含有的尺寸為80μm以上的粒狀夾雜物的數量及在無縫鋼管外表面發生的瑕疵的數量進行了調查。
表1
本發明鋼1-10及比較用鋼11-16是按如下方式制造。首先，使用具有表1中內徑的浸漬噴嘴，以表1中的澆注速度連續澆注鋼水，制成粗軋板坯及圓鋼棒。此時，鋼水的過熱度在15-60℃范圍內。對制造的一部分粗軋板坯及圓鋼棒進行了開坯軋制。
采用連續鑄造或開坯軋制制成的圓鋼棒制造了無縫鋼管。具體地講，將圓鋼棒加熱到1170-1280℃后，用穿孔機沿軸線方向穿孔，制成空心殼。將制成的空心殼用芯棒式無縫管軋機及減徑機進行軋制，制成如表1所示外徑及壁厚的無縫鋼管。
本發明鋼1-10鋼中的成分在本發明范圍內，并且制造條件(A)及(B)也適當。
另一方面，比較用鋼11-16中的任何一種，其Ca含量均超過本發明的規定值。用于試驗的比較用鋼12及13中的Ca含有量在澆鑄初期滿足本發明的規定范圍，但由于用于澆鑄的浸漬噴嘴內徑不足50mm，在連續鑄造中浸漬噴嘴產生有堵塞的危險。為此，向中間中包內添加Ca，來防止浸漬噴嘴的堵塞。結果，鋼中Ca含量增高。
使用制造的本發明鋼及比較鋼，對鋼中存在的尺寸在80μm以上的粒狀夾雜物的數量及在其外表面由于粒狀夾雜物引起的瑕疵數量進行了調查。
采用由本發明鋼及比較用鋼加工作制的試驗片，用淀渣法對其夾雜物的數量進行了調查。淀渣法是先將金屬溶解后提取夾雜物的方法。具體地講，從無縫鋼管取樣1kg。將試樣放入以氯化鐵為基礎配置的水溶液中，以恒定電流電解法將試樣溶解。然后從溶解后殘留物中采取粒狀夾雜物，并測定各夾雜物尺寸。根據JIS G0555的顯微鏡試驗法對夾雜物的種類進行確定。如圖1所示，將連接夾雜物及母材界面上不同2點的直線中最長者作為粒狀夾雜物的尺寸。測定后，計數尺寸在80μm以上的D系夾雜物的數量。并且應用EDXS法對任意幾個D系夾雜物進行鑒定，結果表明，這些夾雜物是相當于按照JISG 0555確定的C組的夾雜物。具體地講，這些粒狀夾雜物按質量％計，含有50％以上的Al2O3及選自CaO、CaS、SiO2及MnS中的至少2種以上物質。
用本發明鋼及比較用鋼，制造軸線方向長度為600mm的樣品。對制造的試驗樣品，采用車床對軸線方向450mm范圍的外面進行切削。如表1所示，切削量為管壁厚度的30％。例如，將本發明鋼3的管壁外表面切削3.0mm。最終表面粗糙度為12.5-25S。
對切削后的外表面用目視觀察有無瑕疵。當有瑕疵存在時，取含有瑕疵的樣品，并用基于JIS G0555規定的顯微鏡試驗方法判斷引起瑕疵是否是起因于粒狀夾雜物。將存在于切削的外表面的粒狀夾雜物引起的瑕疵總數除以切削的外表面面積后得到的值，作為粒狀夾雜物引起的瑕疵的數量(個/100cm2)。
本發明鋼1-10中的任一種，其中尺寸在80μm以上的粒狀夾雜物的數量不足100/10kg。因此，由粒狀夾雜物引起的瑕疵的數量小于0.1個/100cm2。由于使鋼中含有的尺寸在80μm以上的粒狀夾雜物的數量減少，因而可以抑制產生成為鍍層不良誘因的瑕疵(即，由粒狀夾雜物導致產生的瑕疵)。
另外，比較鋼11-16中，尺寸在80μm以上的粒狀夾雜物的數量超過了本發明的范圍。為此，由粒狀夾雜物導致產生的瑕疵多于0.1個/100cm2。
以上，對本發明實施方式進行了說明，然而上述的實施方式只不過是為實施本發明例舉的示例。由此，本發明并不限于上述實施方式，在不偏離本發明宗旨的范圍內，可以適當變更實施方式之后再實施。
本發明的無縫鋼管有可能作為用于對其表面進行電鍍處理后使用的用途的無縫鋼管。特別是，有可能作為在印刷輥及活塞桿中使用的無縫鋼管。
權利要求
1.一種無縫鋼管，其特征在于以質量百分比表示，其化學組成為C0.08-0.61％、Si0.15-0.55％、Mn0.30-1.60％、P0.040％以下、S0.040％以下、O0.0005-0.0050％、Sol.Al(可溶于酸的Al固溶于鋼中的Al)0.0010-0.100％、Ca0-0.0002％，其余是Fe及雜質，并且每10kg中含有100個以下的各尺寸為80μm以上的粒狀夾雜物。
2.根據權利要求1所述的無縫鋼管，其特征在于按質量百分比計，上述粒狀夾雜物含有50％以上的Al2O3以及選自CaO、CaS、SiO2、MnS之中的至少2種以上。
3.根據權利要求1或2所述的無縫鋼管，其特征在于上述無縫鋼管是用由連續鑄造法制造的鑄坯制成。
全文摘要
一種無縫鋼管，其特征在于以質量百分比表示，其化學組成為C0.08－0.61％、Si0.15－0.55％、Mn0.30－1.60％、P0.040％以下、S0.040％以下、O0.0005－0.0050％、Sol.Al(可溶于酸的Al固溶于鋼中的Al)0.0010－0.100％、Ca0－0.0002％，其余是Fe及雜質，并且每10kg中含有100個以下的粒狀夾雜物。根據本發明，提供可以抑制鍍層不良現象發生的無縫鋼管。
文檔編號C22C38/00GK1721754SQ200510082448
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月5日 優先權日2004年7月13日
發明者奧山耕, 西隆之 申請人:住友金屬工業株式會社