1. 管ビレットの品質欠陥とその防止。
シームレス鋼管の製造に使用される管ビレットには、連続鋳造丸管ビレット、圧延（鍛造）丸管ビレット、遠心鋳造中空丸管ビレット、または鋼塊があります。実際の製造工程では、低コストと良好な表面品質のため、主に連続鋳造丸管ビレットが使用されます。
1. 1 管ビレットの外観形状および表面品質の欠陥。
1. 1. 1 外観形状欠陥：丸管ビレットの場合、管ビレットの外観形状欠陥には、主に管ビレットの直径と楕円度、端面切断ベベル公差などが含まれます。鋼塊の場合、管ビレットの外観形状欠陥には、主に鋼塊鋳型の摩耗などによる鋼塊の形状不良が含まれます。
丸管径と楕円度の許容範囲外：実務上、管を穿孔する際、穿孔ヘッド前の圧力低下率の大きさは、穿孔された素管の内折れ量に比例すると考えられています。ヘッドの圧力低下率が大きいほど、管の穿孔空洞が早期に形成され、素管の内面に亀裂が生じやすくなります。通常の生産では、穿孔機の穴型パラメータは、管の公称径、素管の外径と肉厚に応じて決定されます。穴型を調整する際、管外径が正の許容範囲を超えると、穿孔ヘッド前の圧力低下率が大きくなり、穿孔された素管に内折れ欠陥が発生します。管外径が負の許容範囲を超えると、穿孔ヘッド前の圧力低下率が低下し、管の最初の噛み込み点が喉部に移動し、穿孔工程の達成が困難になります。楕円度許容範囲外：管の楕円度が不均一な場合、穿孔変形領域に入った後、管が不安定に回転し、ローラーが管の表面を傷つけ、生管の表面欠陥が発生します。 丸管ビレットの端面のベベルが許容範囲外：管ビレット穿孔粗管の前端の肉厚が不均一です。主な原因は、管ビレットにセンタリング穴がない場合、穿孔プロセス中にプラグが管ビレットの端面に接触することです。管ビレットの端面のベベルが大きいため、プラグのノーズが管ビレットの中心を合わせるのが容易ではなく、粗管端面の肉厚が不均一になります。
1. 1. 2 表面品質欠陥（連続鋳造丸管ビレット）：管ビレット表面割れ：縦割れ、横割れ、メッシュ割れ縦割れの原因：
A. ノズルと晶析装置の位置ずれによる偏流が管ビレットの凝固殻を侵食します。 B. 保護スラグの溶融性が悪く、液状スラグ層が厚すぎたり薄すぎたりして、スラグ膜の厚さが不均一になり、管ビレットの局所的な凝固殻が薄すぎます。 C. 晶析液面変動（液面変動が﹥±10mmの場合、亀裂発生率は約30％）。 D. 鋼中のPおよびS含有量。（P﹥0.017％、S﹥0.027％、縦割れが増加する傾向があります。） E. 鋼中のCが0.12％〜0.17％の場合、縦割れが増加する傾向があります。
予防策：A. ノズルと晶析装置が位置合わせされていることを確認する。B. 晶析液面の変動が安定している必要がある。C. 適切な晶析テーパーを使用する。D. 性能に優れた保護スラグを選択する。E. ホットトップ晶析装置を使用する。
横割れの原因：A. 振動痕が深すぎることが横割れの主な原因です。B. 鋼材中のニオブ、アルミニウム含有量の増加が誘因です。C. 管ビレットは900～700℃の温度で矯正されます。D. 二次冷却の強度が強すぎます。
予防策：
A. 晶析装置は高周波・小振幅を採用し、インゴットの内弧面における振動痕の深さを低減します。B. 二次冷却帯は安定した弱冷却システムを採用し、矯正中の表面温度が900度以上であることを保証します。C. 晶析液の表面を安定に保ちます。D. 潤滑性に優れ、粘度が低い保護スラグを使用します。
表面ネットワーククラックの原因：A. 高温のインゴットが晶出物の銅を吸収し、銅が液体になってオーステナイト粒界に沿って浸透します。B. 鋼中の残留元素（銅、スズなど）が管の表面に残り、粒界に沿って浸透します。
予防策：A. 晶析装置の表面にクロムメッキを施して表面硬度を高める。B. 適切な二次冷却水量を使用する。C. 鋼中の残留元素を制御する。D. Mn/S値を制御して、Mn/S≦40を確保する。一般的に、管の表面亀裂深さが0.5mmを超えない場合、加熱過程で亀裂が酸化され、鋼管に表面亀裂が発生しないと考えられています。管ビレット表面の亀裂は加熱過程で著しく酸化されるため、圧延後に亀裂に酸化粒子や脱炭が伴うことがよくあります。
チューブビレットの傷と厚い皮：
原因：溶鋼温度が低すぎる、溶鋼粘度が高すぎる、ノズルが詰まっている、射出流量が偏向しているなどの原因により、鋼管ビレットの表面傷や厚肉化によって発生する鋼管外折れは、管圧延時に発生する粗管の傷や外折れ欠陥とは異なります。非常に顕著な酸化特性を示し、酸化粒子と激しい脱炭を伴い、欠陥部には鉄酸化物が存在します。
管ビレットの気孔：一般的に、溶鋼の鋳造時に皮下気泡が破裂することにより、管ビレットの表面に小さな気孔が形成されます。管ビレットを圧延すると、鋼管の表面に小さな飛翔皮膜が形成されます。
チューブビレットのピットと溝:
管ビレットにピットや溝が発生する原因：一方では、鋳造の結晶化プロセス中に発生する可能性があり、これは晶析槽の大きなテーパーや二次冷却帯の冷却不均一性に関連しています。他方では、鋳造ビレットが完全に冷却されていない状態で、管ビレット表面に機械的損傷や傷が生じたことが原因である可能性があります。穿孔後、粗管の表面に襞や傷跡（ピット）と大きな外襞（溝）が形成されます。
管ビレットの「耳」：主にロールギャップ（連続鋳造機の矯正ロールと圧延機の圧延ロール）が閉じていないことが原因です。管ビレットを矯正または圧延する際に、矯正ロールまたは圧延ロールの圧力が大きすぎるか、ロールギャップが小さすぎます。これにより、ロールギャップに入り込む幅広の金属が多すぎます。穿孔後、粗管の表面に螺旋状の外折れが発生します。管ビレットの表面欠陥の種類に関係なく、管圧延プロセス中に鋼管の表面に欠陥が発生する可能性があります。ひどい場合は、圧延された鋼管が廃棄されます。したがって、管ビレットの表面品質の管理と表面欠陥の除去を強化する必要があります。標準要件を満たした管ビレットのみが管圧延生産に投入されます。
1.2 チューブビレットの低出力組織欠陥：
鋼管ビレットにおける目視可能な皮下気泡：発生原因は溶鋼の脱酸不足と溶鋼中のガス含有量（特に水素）であり、これもまた鋼管ビレットにおける皮下気泡発生の重要な原因です。この欠陥は、穿孔または圧延後に鋼管の外表面に飛散皮膜（規則性のない皮膜）を形成し、その形状は「爪」に似ています。ひどい場合には、鋼管の外表面を覆います。このタイプの欠陥は小さく浅いため、研磨で除去できます。
管ビレットの表面下割れ：主な発生原因は、連続鋳造丸管ビレットの表層部の温度が繰り返し変化し、複数の相変化を経て形成されることです。通常、欠陥は発生せず、発生したとしてもわずかな外面のひび割れ程度です。
管ビレットの中間割れとセンター割れ：連続鋳造丸管ビレットの中間割れとセンター割れは、継目無鋼管の内面折れの主な原因です。割れの発生原因は非常に複雑で、ビレットの凝固伝熱、浸透、応力の影響などが関係しますが、一般的には二次冷却帯におけるビレットの凝固過程によって制御されます。
管ビレットの緩みとひけ巣：主に凝固過程におけるビレットの高度な結晶粒効果により、溶融金属の動きは凝固方向への冷却収縮に基づいて発生します。連続鋳造丸管ビレットに緩みとひけ巣が発生しても、斜め圧延および穿孔後の粗管の品質に大きな影響はありません。
1.3 管ビレットの微細構造欠陥：高倍率または電子顕微鏡
鋼管ビレットの組成と組織が不均一で、著しい偏析が発生すると、圧延後の鋼管は著しい帯状組織を呈し、鋼管の機械的特性や耐食性に影響を与え、性能が要求を満たさなくなります。また、鋼管ビレット中の介在物含有量が多すぎると、鋼管の性能に影響を与えるだけでなく、製造工程中に鋼管に割れが発生する可能性もあります。
要因: 鋼中の有害元素、チューブビレットの組成と偏析、チューブビレット内の非金属介在物。
2. 管ビレットの加熱欠陥：熱間圧延シームレス鋼管の製造では、通常、管ビレットから完成鋼管に至るまで、管ビレット穿孔前の加熱と、圧延後のサイジング前の粗管の再加熱という2回の加熱が必要です。冷間圧延鋼管の製造では、鋼管の残留応力を除去するために中間焼鈍が必要です。各加熱の目的は異なり、加熱炉も異なる場合がありますが、各加熱のプロセスパラメータと加熱制御が不適切であれば、管ビレット（鋼管）に加熱欠陥が発生し、鋼管の品質に影響を与えます。穿孔前の管ビレット加熱の目的は、鋼の可塑性を向上させ、鋼の変形抵抗を低減し、圧延管に良好な金属組織を提供することです。使用される加熱炉には、環状、ウォーキングビーム加熱炉、傾斜底加熱炉、車底加熱炉などがあります。サイジング前の粗管再加熱の目的は、粗管の温度を上昇・均一化し、塑性を向上させ、金属組織を制御し、鋼管の機械的性質を確保することです。加熱炉には、主にウォーキングビーム加熱炉、連続ローラー底加熱炉、傾斜底加熱炉、電気誘導加熱炉などがあります。冷間圧延工程における鋼管焼鈍熱処理の目的は、鋼管の冷間加工による加工硬化現象を除去し、鋼の変形抵抗を低減し、鋼管の連続加工条件を整えることです。焼鈍熱処理に使用される加熱炉には、主にウォーキングビーム加熱炉、連続ローラー底加熱炉、車底加熱炉などがあります。管片加熱の一般的な欠陥には、管片（鋼管）の加熱ムラ（一般に陰陽面と呼ばれる）、酸化、脱炭、加熱割れ、過熱、過焼けなどがあります。チューブビレットの加熱品質に影響を与える主な要因は、加熱温度、加熱速度、加熱および保持時間、および炉の雰囲気です。
管ビレットの加熱温度：主に、温度が低すぎる、高すぎる、あるいは加熱温度が不均一な場合に現れます。温度が低すぎると、鋼の変形抵抗が増加し、塑性が低下します。特に、加熱温度が鋼の金属組織を完全にオーステナイト結晶に変態させることを保証できない場合、熱間圧延中に管ビレットの割れが発生しやすくなります。温度が高すぎると、管ビレットの表面が激しく酸化、脱炭し、過熱や過燃焼に至ることもあります。
管ビレットの加熱速度：管ビレットの加熱速度の大きさは、管ビレットの加熱割れの発生と密接に関係しています。加熱速度が速すぎると、管ビレットに加熱割れが発生しやすくなります。主な原因は、管ビレット表面の温度が上昇すると、管ビレット内部の金属と表面の金属の間に温度差が生じ、金属の熱膨張が不均一になり、熱応力が発生することです。この熱応力が材料の破壊応力を超えると、割れが発生します。管ビレットの加熱割れは、管ビレットの表面または内部に存在する可能性があります。加熱割れのある管ビレットを穿孔すると、粗管の内外面に割れやひび割れが発生しやすくなります。予防策：加熱炉に入った後、管ビレットがまだ低温のときは、加熱速度を低くします。管ビレットの温度が上昇するにつれて、加熱速度を適宜上げることができます。
管ビレットの加熱時間と保持時間：管ビレットの加熱時間と保持時間の長さは、加熱欠陥（表面酸化、脱炭、粗大粒、過熱、過燃焼など）と関係があります。一般的に、高温加熱時間が長いほど、表面に深刻な酸化、脱炭、過熱、さらには過燃焼が発生する可能性が高くなり、ひどい場合は鋼管が廃棄される可能性があります。予防策：A.管が均一に加熱され、完全にオーステナイト組織に変態していることを確認します。B.炭化物がオーステナイト粒に溶解している必要があります。C.オーステナイト粒が粗大化したり、混晶が現れたりしてはなりません。D.加熱後に管が過熱または過燃焼しないようにします。
要するに、チューブの加熱品質を向上させ、加熱欠陥を防ぐために、チューブの加熱プロセスパラメータを策定する際には、通常、次の要件に従います。A. 正確な加熱温度。チューブの透過性が最高の温度範囲内で穿孔プロセスが実行されるようにします。B. 加熱温度を均一にし、チューブの縦方向と横方向の加熱温度差が±10℃を超えないようにします。C. 加熱プロセス中に金属の焼損が少なくなり、チューブの過酸化、表面のひび割れ、接着が防止されます。D. 加熱システムは合理的である必要があり、加熱温度、加熱速度、加熱時間（保持時間）を適切に調整して、チューブブランクの過熱や過度の燃焼を防ぐ必要があります。
投稿日時: 2024年9月29日