JP2002066610A - 継目無金属管の製造方法とその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐スリップ性を損なうことなく優れた耐摩耗
性を有する主ロールを備えた継目無金属管の製造装置と
継目無金属管の効率的な製造製造方法を提供する。 【解決手段】 主ロールが硬質部と軟質部を有するもの
であることを特徴とする継目無金属管の製造装置。特
に、ゴージ部が硬質部であり、該ゴージ部の上流側に軟
質部と、その上流側に硬質部とを有し、硬質部と軟質部
の硬度差が１０ＨＳ以上であるロールを主ロールとして
備えたものがよい。また、主ロールの硬質部が表面焼き
入れにより硬化されたものがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は傾斜圧延機による継
目無金属管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】継目無金属管の製造方法として広く採用
されているいわゆるマンネスマン製管法では、適度の温
度に加熱した中実の丸ビレットを、一対の主ロールとプ
ラグとを備えた穿孔圧延機（以下、単に「ピアサ」とも
記す）に送給し、その軸芯部に孔を明ける穿孔圧延を施
して中空素管を得る。

【０００３】得られた中空素管はそのまま、あるいは必
要に応じて前記ピアサと同一構成のエロンゲータもしく
はサイザにより拡径もしくは縮径をされて定径化された
後、プラグミル、マンドレルミル等の後続する延伸圧延
機により延伸圧延される。その後ストレッチレデュー
サ、リーラ、サイザなどの圧延機で磨管、形状修正およ
びサイジングを行う精整工程を経て製品管が製造され
る。

【０００４】図１はマンネスマン製管法で用いられるピ
アサの構成例を概念的に示す斜視図である。図２は上記
ピアサのプラグ周辺の部分拡大図であり、図２（ａ）は
パスラインを含む水平断面図、図２（ｂ）はパスライン
を含む垂直断面図である。

【０００５】これらの図において、符号１ａおよび１ｂ
は主ロールである。主ロールは、被穿孔材料である丸ビ
レット４の送り線となるパスラインＸ−Ｘ方向にロール
の回転軸を有し、軸方向中央近傍に最大径部（ゴージ
部）を有する。一対の主ロールは、その回転軸をパスラ
インに対して傾斜角βで互いに逆方向に傾斜させて、パ
スラインを挟んで対向配置される。

【０００６】ディスク２ａ、２ｂは、前記１対の主ロー
ルがなす方向と直角の位置に前記パスラインを挟んで配
設されている。ディスク２ａ、２ｂは固定式のプレート
で代用される場合もある。パスラインＸ−Ｘ上には芯金
５で支持されたプラグ３が配設される。

【０００７】上記のように構成されたピアサにおいて
は、主ロール１ａ、１ｂがパスラインＸ−Ｘに対して傾
斜角βを付与されて同一方向に回転しており、パスライ
ンＸ−Ｘ上を送給された丸ビレット４は、主ロール１
ａ、１ｂ間に噛み込み、その後は回転しつつパスライン
上を移動し、プラグ３によりその軸心部に孔を開けられ
て中空素管となる。

【０００８】ディスクロール２ａ、２ｂにより、圧延中
の丸ビレット４はパスライン上に案内され、かつ、主ロ
ール１ａ、１ｂの対向方向と直角の方向への中空素管の
膨らみが抑制される。ディスクロール２ａ、２ｂは、焼
付き防止のために、丸ビレット４の送り出し方向（図１
では右方向）と同方向に回転駆動される。

【０００９】穿孔圧延に限らず金属材料の圧延に用いら
れるロールは圧延長さに応じて摩耗するため、適当な圧
延回数を経た後にロール表面を改削して再使用される。
熱間圧延においては圧延作業が高温でおこなわれるた
め、冷間圧延に比較してロール摩耗が大きく、ロール改
削頻度が高い。このため、ロール原単位がよくなく、生
産能率もよくないという問題がある。これらの問題を解
決するために耐摩耗性の優れたロールが求められてい
る。

【００１０】熱間圧延ロールの耐摩耗性を高める方法と
してはＣ含有量を高めて金属組織中セメンタイトの占め
る割合を高めること、またＳｉ、Ｎｉ、Ｃｒなどの合金
元素を含有させて鋼を硬質にする方法が一般的に採られ
ている。しかしながら熱間圧延においては使用環境が過
酷なため、良好な圧延結果を得るには種々の１性能に優
れたロールが求められるため、ロール材質を単に高合金
とするのみでは満足な結果が得られない。これらの性能
をさらに改善するために種々の技術が提案されている。

【００１１】例えば特開昭５４−４０２１９号公報で
は、Ｓｉ含有量を低く制限した耐摩耗性、耐肌荒れ性お
よび耐ヒートクラック性に優れた熱間圧延用鋳鋼ロール
が提案されている。

【００１２】また特開昭５３−６０８４９号公報には、
エレクトロスラグ溶接法によりロールの芯材の外周に特
定組成の溶着金属層を形成し、熱処理を施して耐摩耗
性、耐肌荒れ性、耐熱亀裂性および耐スポーリング性を
向上させる熱間圧延用ロールの製造方法が提案されてい
る。

【００１３】特開昭５３−２１０１２号公報では、高硬
度の焼入れ可能材からなる厚さ１ｍｍ以上の焼結保護層
を有する連続鋳造用焼入れロールの製造方法が提案され
ている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らによる種々
の研究結果によれば、上述のロールをピアサによる穿孔
圧延に適用することは必ずしも適切ではないことが判明
した。すなわち、板圧延などに比較すると、ピアサによ
る穿孔圧延は材料に対して複雑かつ過酷な変形を与える
ので、主ロールと材料との間にスリップが生じ、噛み込
み不良などの不都合が生じやすい。特に圧延終了間際の
材料がプラグから抜ける時には尻詰まりと称されるスリ
ップが発生する。

【００１５】スリップ防止には、主ロール表面が適度に
荒れており、主ロール表面の摩擦係数を高めておくこと
が有効な手段であることが知られている。例えば、ステ
ンレス鋼などの難加工性材料を穿孔圧延する場合、前も
ってある程度の本数の普通鋼を穿孔圧延することがおこ
なわれる。これにより主ロール表面肌を荒らくし摩擦係
数を高めることでスリップを防止できる。

【００１６】しかるに、耐摩耗性に優れた主ロールを用
いた場合は主ロール表面が荒れ難く、通常の主ロールに
比べて摩擦係数は低いままである。そのため耐摩耗性に
優れた主ロールを用いた場合、通常の主ロールに比べて
スリップの発生頻度が高くなる傾向にある。また、特開
平２−２５１３０５号公報には、ロール表面にローレッ
ト加工やナーリング加工を施してスリップを防止する方
法が提案されているが、この方法は圧延後の材料表面に
疵を残すという問題がある。特開平６−３４４００９号
公報には、固体微粒子を含む増摩材をロールと材料との
間に吹き込む方法が提案されているが、これはロールの
肌荒れを助長し、ロール寿命を短くするという問題があ
った。

【００１７】以上述べたように、ピアサによる穿孔圧延
をおこなうに際して、耐摩耗性、耐肌荒れ性などのロー
ル性能に優れ、かつスリップの増加を招くことなく長時
間安定して穿孔圧延できる技術は未だ満足なものではな
かった。

【００１８】本発明はこの問題点を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、ピアサによ
る穿孔圧延において、耐スリップ性を損なうことなく長
時間安定して穿孔圧延することができる継目無金属管の
製造方法、および、その装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明者らはピアサによ
る穿孔圧延を注意深く観察を重ねた結果、以下の知見を
得た。

【００２０】図３は、本発明の実施例に係わる主ロール
の１例を示す側面図である。図３で主ロール１の摩耗が
見られるのは、符号Ｂで示す肉厚圧下率が最も高くなる
ゴージ６を中心とするロール径の最大部近傍（以下、単
に「ゴージ部」と記す）、および、ゴージ部Ｂから入側
にかけての領域（図３でゴージ部Ｂの左側。以下、単に
「ゴージ部上流側」とも記す）、特にその丸ビレットと
主ロールが接触を開始する領域である（図３で符号Ａで
示す部分。以下、単に「丸ビレット接触部」とも記
す）。従って、主ロールの耐摩耗性を高めるには、少な
くともこれら符号Ｂおよび符号Ａで示す領域の耐摩耗性
を高めるのが重要である。

【００２１】スリップを防止するには、ロール表面があ
る程度軟質で、容易にその表面の肌が荒れるロールが好
ましい。一部でも硬質部を設けると、スリップが増加す
る傾向にあるが、硬質部の間に、それよりも軟質な部分
を設けることにより、スリップの悪化程度が軽減でき
る、という効果が得られる。

【００２２】従って耐摩耗性と耐スリップ性を兼備させ
るには、耐摩耗性が優れた部分と肌荒れが比較的容易に
生じる部分とを共有するロールを用いるのが効果的であ
る。すなわち、ピアサ等に用いられるロールは鋳込み→
熱処理→改削の行程を経て制作されるが、上記熱処理段
階において、摩耗し易い部分のみに硬度が高くなるよう
な熱処理を施して硬質部を設け、それ以外の部分は軟質
なままにしておくのが好ましい。

【００２３】これにより、硬質部以外の部分では圧延中
に適度に表面が荒れるので、硬質部に比べて摩擦係数が
高くなる。その結果ロール全体の硬度を高めたロールに
比べてスリップが発生しにくくなる。部分的な焼入れ処
理をおこなうには高周波焼き入れ方法によるのが好適で
ある。

【００２４】本発明はこれらの知見を基にして完成され
たものであり、その要旨は下記（１）〜（３）に記載の
継目無金属管の製造方法、ならびに（４）および（５）
に記載のその装置にある。

【００２５】（１）パスラインの周りに傾斜して配置し
た一対の主ロールと、パスライン上に配したプラグとを
備えた穿孔圧延機で素材を穿孔して中空素管を得る継目
無金属管の製造方法において、主ロールとして、表面硬
さが高い環状の硬質部を備えたロールを用いることを特
徴とする継目無金属管の製造方法。

【００２６】（２）主ロールの硬質部が、ゴージ部とゴ
ージ部の上流側とにあり、いずれの硬質部もその硬さ
が、ショア硬さで１０以上他の部分よりも硬いものであ
ることを特徴とする上記（１）に記載の継目無金属管の
製造方法。

【００２７】（３）主ロールの硬質部が表面焼き入れに
より硬化されたものであることを特徴とする上記（１）
または（２）に記載の継目無金属管の製造方法。 （４）パスラインの周りに傾斜して配置した一対の主ロ
ールと、パスライン上に配したプラグとを備えた穿孔圧
延機を有する継目無金属管の製造装置において、主ロー
ルとして、表面硬さが高い環状の硬質部を備えたロール
を有することを特徴とする継目無金属管の製造装置。

【００２８】（５）主ロールの硬質部が、ゴージ部とゴ
ージ部の上流側とにあり、いずれの硬質部もその硬さ
が、ショア硬さで１０以上他の部分よりも硬いものであ
ることを特徴とする上記（４）に記載の継目無金属管の
製造装置。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を詳
細に説明する。本発明の継目無金属管の製造装置および
製造方法では、主ロールとして、主ロールの軸方向の一
部に、表面が他の部分よりも硬質な環状の部分を備えた
ロールを用いる。すなわち、主ロールの軸方向において
ロール摩耗が激しく生じる部分に対して、少なくともそ
のロール表面の硬度を、他の部分よりも高いものとする
（本発明ではこの部分を「硬質部」と称する）。これに
より、ロール全体としての耐摩耗性寿命を改善し、摩耗
に起因する改削間隔を長くして改削１回当たりの圧延可
能長さを長くする。

【００３０】ロール摩耗がそれほど激しくない部分のロ
ール表面硬度は、上記硬質部よりも低いものとする。以
下では、この部分を硬質部に対応させて軟質部とも記
す。ここでいう軟質部は、硬質部とする前の硬さを有す
る部分を意味するものであり、特別な軟質化処理を必要
とするものではない。例えば高周波焼入れにより硬質部
を設ける場合には、高周波焼入れを施さない部分を軟質
部と称する。

【００３１】主ロールに硬質部を設けると、硬質部を備
えないロールに比較して、熱間圧延においてスリップが
発生しやすくなる。ロール摩耗がさほど激しく生じない
部分は表面硬度を高くしすぎないで、軟質なままにして
おくことにより、肌荒れの発生を容易にし、スリップの
発生を抑制する（耐スリップ性を改善する）ことができ
る。

【００３２】硬質部の耐摩耗性は低硬度の部分に比較し
て改善されるので、硬質部と軟質部との間の硬度差の下
限は特に限定するものではない。しかしながら通常の方
法で熱間圧延用ロールの素材鋼に熱処理をおこなった場
合には、ショア硬さで５ＨＳ程度の変動が生じるので、
耐摩耗性と耐スリップ性の両立効果を明確に得るには、
硬質部と軟質部の間の硬度差を１０ＨＳ以上とするのが
望ましい。

【００３３】硬質部と軟質部の間の硬度差の上限は特に
限定するものではないが、過度に大きい硬度差を付与す
るのは現在の熱処理技術では困難であるうえ、耐摩耗性
改善効果が飽和するので、ショア硬さで４０ＨＳ以下と
するのが好ましい。

【００３４】図３に示すように、主ロールのゴージ６は
ロール径が最大の部分であり、ゴージ部Ｂでは、穿孔さ
れた中空素管の管壁に対する圧下率が最も高くなるた
め、ロール摩耗が特に著しい。従ってゴージ部Ｂは上記
硬質部とするのがよい。

【００３５】さらに、ゴージ部Ｂから上流側は、丸ビレ
ットが穿孔された後に中空素管の管壁が圧延されて薄く
なる領域であり、この部分においても摩耗が著しい。従
って、ゴージ部の上流側を硬質部とするのも望ましい。

【００３６】ゴージ部とその上流側全面を硬質部とする
とスリップが生じやすくなる場合がある。ゴージ部の上
流側において、特に摩耗が著しいのは、図３で符号Ａで
示す部分である。この部分は丸ビレット接触部であるの
で、ゴージ部と上記丸ビレット接触部Ａを硬質部とし、
両者の間に軟質部を設けることにより、ゴージ部の上流
側全体を硬質部とする場合に比較して耐スリップ性を改
善することができる。

【００３７】硬質部Ａを設ける位置は、３次元幾何学的
に計算される材料とロールの接触開始位置に基づいて決
定すればよい。硬質部に「環状の」との限定を付すの
は、ロールとしての対称性のためである。

【００３８】主ロールの材質は特に限定する必要はな
く、公知の熱間圧延用ロールとして用いられている各種
の炭素鋼、合金鋼などの鋳造品、鍛造品、あるいは、こ
れらにアルミナなどの表面溶射を施したものなど、任意
のものを使用することができる。また、主ロールは一体
の鋼で構成されていてもよいし、複合鋳造品や、複数の
部品を焼き嵌め法や溶接組み立て法などにより組み立て
た組み立てロールなど、任意の構造のロールを用いるこ
とができる。

【００３９】主ロールの表面に硬質部を設ける方法は特
に限定するものではないが、例えば、上記のような鋼で
作製したロール素材を回転させながら部分焼入れ処理を
施し、所望の部分を環状に硬化させるのが好ましい。中
でも高周波焼入れ方法が経済性に優れるので好適であ
る。

【００４０】なお、本発明の対象とする金属管は、普通
鋼、特殊鋼、オーステナイト系ステンレス鋼など、熱間
圧延で製造される継目無金属管の製造に有効に適用する
ことができる。

【００４１】

【実施例】ＪＩＳ−Ｇ３４２９に規定されるクロムモリ
ブデン鋼ＳＴＨ２１からなる直径：９０ｍｍ、長さ：５
００ｍｍの丸ビレットを１２００℃に加熱し、これをピ
アサに送給して穿孔圧延を施し、外径：９３ｍｍ、肉
厚：１０ｍｍ、長さ：１２００ｍｍの中空素管を作製し
た。

【００４２】主ロールの概略形状を図３に示す。主ロー
ル、プラグなどの主要寸法は以下のものであった。符号
は図１〜図３に記したのと同一である。 主ロールゴージ径：４００ｍｍ、 主ロール傾斜角（β）：１２°、 ディスク直径（Ｄ）：１０００ｍｍ、 プラグ長さ（Ｌ）：１８０ｍｍ、 プラグ最大直径：７０ｍｍ、 ロール開度（ＲＯ）：７７．４ｍｍ、 プラグリード（ＬＤ）：５５．０ｍｍ、 ディスク開度（ＤＯ）：９１．０ｍｍ。

【００４３】主ロールは、ＪＩＳ−Ｇ４１０５に規定さ
れるクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４４０を素材とし、これ
に機械加工を施したままで熱処理を施さないで９対の主
ロール用中間品を作製した。その硬度は主ロールの表面
全体において平均値が２５ＨＳであった。

【００４４】上記中間品の内の１対の中間品は、そのま
まで従来例の主ロールとして試験に供した（試験番号
１）。上記中間品の内の２対の中間品には、ゴージ部Ｂ
と、その上流側全ての領域のロール表面（図３で二重線
で示す環状の領域）を高周波焼入れした（試験番号２と
試験番号３。以下、これを「焼入れタイプａ」と記
す）。他の２対の中間品には、ゴージ部Ｂと、その上流
側の丸ビレット接触部Ａに環状に高周波焼入れを施した
（試験番号４と試験番号５。以下、これを「焼入れタイ
プｂ」と記す）。焼入れタイプｂにおいては、ゴージ部
Ｂとその硬質部Ｂとの間に、軟質部として高周波焼入れ
を施さなかった部分が存在する。

【００４５】試験番号２〜５において、ゴージ部を含ま
ない下流側の部分は、硬度が２５ＨＳであり、本発明の
規定する軟質部に相当する。なお、上記高周波焼入れ
は、焼入れ後の硬さが種々のレベルに変化するように、
試験番号毎に焼入れ条件を変更した。

【００４６】上記中間品の内の残り４対は、８４０℃に
加熱した後、油冷し、６００℃で焼戻し処理をおこなう
ことによりロール全表面の平均硬度を３５ＨＳとした。
その内の１対は従来例として試験に供した（試験番号
６）。残余の３対の内１対には本発明例として焼入れタ
イプａの高周波熱処理を施し（試験番号７）、２対には
本発明例として焼入れタイプｂの高周波熱処理を施した
（試験番号８および９）。

【００４７】これらの９対の主ロールを用いて、それぞ
れ、１３００〜２７００本の製管をおこない、ロール摩
耗量とスリップ発生比率を調査した。高周波焼入れ部の
硬度は、それぞれの高周波焼き入れ領域の中央部でロー
ル円周に沿って測定された有効値５個以上の平均値とし
て測定した。ロール摩耗状況は、製管開始前と所定本数
の製管終了後の主ロール半径を、図３に示すａ点（ゴー
ジの上流側１０５ｍｍ）、ｂ点（ゴージ）、および、ｃ
点（ゴージの下流側６０ｍｍ）で測定して評価した。得
られた結果を表１に示す。

【００４８】

【表１】 図４は、軟質部の硬さが２５ＨＳであった試験番号１〜
５で得られたロール摩耗量（棒グラフ、左目盛り）およ
びスリップ発生率（折れ線グラフ、右目盛り）を試験番
号毎に対比して示すグラフである。表１または図４から
わかるように、これら５対の主ロール間で、ゴージ下流
側のｃ点（ロール出側）における摩耗量はいずれの場合
も差異がなかったが、ゴージ上流側のａ点（ロール入
側）、および、ゴージ（ｂ点）では、本発明例のロール
摩耗量が著しく小さかった。試験番号３および５の結果
から判るように、ａ点、ｂ点の摩耗量は、その硬度に応
じて減少していた。スリップ発生率は、焼入れタイプａ
では若干悪化したが、焼入れタイプｂでは従来例と同程
度のスリップ率であった。

【００４９】図５は、軟質部の硬さが３５ＨＳであった
試験番号６〜９で得られたロール摩耗量およびスリップ
発生率を試験番号毎に対比して示すグラフである。軟質
部の硬度が３５ＨＳの場合も２５ＨＳの場合と同様の結
果が得られており、本発明例においてはロールの摩耗を
抑制できたことか明らかである。また試験番号６（従来
例）と試験番号２（本発明例）の結果の対比などからわ
かるように、硬質部の硬度が同一であっても、ロール出
側の硬度を低くすることにより、ロール摩耗量を殆ど変
化させないでスリップ発生率を減少させることができる
ことも確認された。

【００５０】

【発明の効果】継目無金属管の製造において、主ロール
に硬質部と軟質部を備えさせることにより、穿孔圧延時
の耐スリップ性をさほど損なうことなく、主ロールの摩
耗を著しく低減することができる。従ってロールの改削
頻度が減少し、継目無金属管の能率と生産性を著しく高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マンネスマン製管法で用いられるピアサの構成
例を概念的に示す斜視図である。

【図２】ピアサのプラグ周辺の部分拡大図であり、図２
（ａ）はパスラインを含む水平断面図、図２（ｂ）はパ
スラインを含む垂直断面図である。

【図３】本発明の実施例に係わる主ロールの１例を示す
側面図である。

【図４】本発明例と従来例のロール摩耗量およびスリッ
プ発生率を示すグラフである。

【図５】本発明例と従来例のロール摩耗量およびスリッ
プ発生率を示すグラフである。

【符号の説明】

１ａおよび１ｂ：主ロール、２ａおよび２ｂ：ディス
ク、３：プラグ、４：丸ビレット、５：芯金、６：ゴー
ジ、β：主ロール傾斜角、Ｄ：ディスク直径、Ｌ：プラ
グ長さ、ＲＯ：ロール開度、ＬＤ：プラグリード、Ｄ
Ｏ：ディスク開度。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パスラインの周りに傾斜して配置した一
   対の主ロールと、パスライン上に配したプラグとを備え
   た穿孔圧延機で素材を穿孔して中空素管を得る継目無金
   属管の製造方法において、主ロールとして、表面硬さが
   高い環状の硬質部を備えたロールを用いることを特徴と
   する継目無金属管の製造方法。
2. 【請求項２】主ロールの硬質部が、ゴージ部とゴージ部
   の上流側とにあり、いずれの硬質部もその硬さが、ショ
   ア硬さで１０以上他の部分よりも硬いものであることを
   特徴とする請求項１に記載の継目無金属管の製造方法。
3. 【請求項３】 主ロールの硬質部が表面焼き入れにより
   硬化されたものであることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の継目無金属管の製造方法。
4. 【請求項４】 パスラインの周りに傾斜して配置した一
   対の主ロールと、パスライン上に配したプラグとを備え
   た穿孔圧延機を有する継目無金属管の製造装置におい
   て、主ロールとして、表面硬さが高い環状の硬質部を備
   えたロールを有することを特徴とする継目無金属管の製
   造装置。
5. 【請求項５】 主ロールの硬質部が、ゴージ部とゴージ
   部の上流側とにあり、いずれの硬質部もその硬さが、シ
   ョア硬さで１０以上他の部分よりも硬いものであること
   を特徴とする請求項４に記載の継目無金属管の製造装
   置。