JP2008246535A

JP2008246535A - 継目無管の製造方法

Info

Publication number: JP2008246535A
Application number: JP2007090626A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Saito; 建一斎藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16
Also published as: WO2008126633A1

Abstract

【課題】マンドレルミルによる延伸圧延工程で管端部に割れが発生することを効果的に防止可能な継目無管の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る継目無管の製造方法は、配設された孔型ロールによって決定される孔型楕円度が下記の式（１）の条件を満足する第１圧延スタンドで管を延伸圧延する工程と、配設された孔型ロールによって決定されるオフセット量Ｓと溝底曲率半径Ｒ１との比Ｓ／Ｒ１が下記の式（２）の条件を満足する第２圧延スタンドで管を延伸圧延する工程と、を含むことを特徴とする。
１．２≦孔型楕円度≦１．４・・・（１）
Ｓ／Ｒ１≦−０．３５・Ｌｎ（Ｘ）＋１．４３・・・（２）
ここで、上記式（２）のＸは、第２圧延スタンドにおける溝底圧下率（％）を意味する。
【選択図】図２

Description

本発明は、継目無管の製造方法に関する。特に、本発明は、マンドレルミルによる延伸圧延工程で管端部に割れが発生することを効果的に防止可能な継目無管の製造方法に関する。

マンドレルミルとして、従来より、対向する２つの孔型ロールが各圧延スタンドに配設され、隣接する圧延スタンド間で孔型ロールの圧下方向を９０°ずらして交互に配置した２ロール式のマンドレルミルがよく用いられる。このマンドレルミルでは、管の内面にマンドレルバーが挿入され、このマンドレルバーと孔型ロールとの間で管が延伸圧延される。

このマンドレルミルによる管の延伸圧延工程では、延伸圧延された管の端部（特に先端部）に、長手方向に延びる割れが生じる場合がある。この現象は、管の材料の高温での延性が低い場合に出現し易いと共に、後述するように、圧延スタンドに配設された孔型ロールの孔型形状（孔型プロフィール）に関係する。

従来、圧延スタンドに配設された孔型ロールの孔型形状を規定したマンドレルミルによる延伸圧延方法として、例えば、特許文献１〜３に記載の方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、管内面からマンドレルバーが引き抜けなくなるストリッピングミスや、管の内面疵の発生を防止することを目的としてなされたものである。また、特許文献２や３に記載の方法は、管の肉厚が管の長手方向に周期的に薄くなるネッキング現象や、この現象が進行して生じる穴明き欠陥の発生を防止することを目的としてなされたものである。このため、特許文献１〜３に記載の方法では、延伸圧延工程で管端部に割れが生じることを防止できない。
特許第２５８２７０５号公報特公平７−２９１２７号公報特許第２９８５７１９号公報

本発明は、斯かる従来技術では解決できない、マンドレルミルによる延伸圧延工程で管端部に割れが発生することを効果的に防止可能な継目無管の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者は、延伸圧延された管の端部に割れが生じる原因を分析して、以下のような知見を得た。
（１）第１圧延スタンドで延伸圧延された管の端部であって、且つ、第１圧延スタンドに配設された孔型ロールのフランジ部に対向する管の部位に、微小な割れ（以下、「割れ起点」という）が生じる場合があった。具体的には、孔型ロールのフランジ部に噛み出した管の部位の曲率が過大であるときに、この過大な曲率の部位に割れ起点が生じていた。
（２）第２圧延スタンドで延伸圧延された管の端部であって、且つ、第２圧延スタンドに配設された孔型ロールの溝底部に対向する管の部位に、上記の割れ起点よりも大きな割れが生じる場合があった。本発明者は、第１圧延スタンドで生じた割れ起点が第２圧延スタンドで延伸圧延されることによって、この大きな割れに進展すると考えた。具体的には、第２圧延スタンドに配設された孔型ロールの溝底部に対向する管の部位に生じる周方向の歪みが割れ起点に作用することにより、割れ起点が大きな割れに進展すると考えた。
（３）従って、管端部における割れの発生を防止するには、第１圧延スタンドでの割れ起点の発生を抑止すると共に、第２圧延スタンドでの割れの進展を抑止することが肝要である。第１圧延スタンドでの割れ起点の発生を抑止するには、上記（１）で述べた原因より、孔型ロールのフランジ部に噛み出した管の部位の曲率が過大となることを抑制する必要がある。本発明者は、第１圧延スタンドの孔型楕円度を所定値以上に設定すれば、孔型ロールのフランジ部に噛み出した管の部位の曲率が過大となることを抑制でき、第１圧延スタンドでの割れ起点の発生を抑止できる可能性があることに想到した。また、第２圧延スタンドでの割れの進展を抑止するには、上記（２）で述べた原因より、孔型ロールの溝底部に対向する管の部位に生じる周方向の歪みを抑制する必要がある。本発明者は、第２圧延スタンドの孔型ロールによって決定されるオフセット量Ｓと溝底曲率半径Ｒ１との比Ｓ／Ｒ１を所定値以下に設定すれば、孔型ロールの溝底部に対向する管の部位に生じる周方向の歪みを抑制でき、第２圧延スタンドでの割れの進展を抑止できる可能性があることに想到した。

本発明者は、上記の知見に基づき、種々の条件で延伸圧延試験を繰り返した結果、管端部に割れを生じさせないための条件を見出し、本発明を完成したものである。すなわち、本発明は、対向する２つの孔型ロールがそれぞれ配設された複数の圧延スタンドを備えるマンドレルミルによって管を延伸圧延する工程を有する継目無管の製造方法であって、配設された孔型ロールによって決定される孔型楕円度が下記の式（１）の条件を満足する第１圧延スタンドで管を延伸圧延する工程と、配設された孔型ロールによって決定されるオフセット量Ｓと溝底曲率半径Ｒ１との比Ｓ／Ｒ１が下記の式（２）の条件を満足する第２圧延スタンドで管を延伸圧延する工程と、を含むことを特徴とする継目無管の製造方法を提供するものである。
１．２≦孔型楕円度≦１．４・・・（１）
Ｓ／Ｒ１≦−０．３５・Ｌｎ（Ｘ）＋１．４３・・・（２）
ここで、上記式（２）におけるＸは、第２圧延スタンドにおける溝底圧下率（％）を意味する。

本発明における「第１圧延スタンド」とは、マンドレルミル入側から数えて第１番目の圧延スタンドを意味する。同様に、本発明における「第２圧延スタンド」とは、マンドレルミル入側から数えて第２番目の圧延スタンドを意味する。
また、本発明における「第２圧延スタンドにおける溝底圧下率」とは、下記の式（３）で表されるＸを意味する。
Ｘ＝（ｔｉ−ｔｏ）／ｔｉ×１００・・・（３）
ここで、上記式（３）において、ｔｉは第２圧延スタンド入側の管の肉厚（第２圧延スタンドに配設された孔型ロールの溝底部に対向する管の部位の肉厚）を、ｔｏは第２圧延スタンド出側の管の肉厚（第２圧延スタンドに配設された孔型ロールの溝底部に対向する管の部位の肉厚）を意味する。肉厚ｔｉは、例えば、第２圧延スタンド入側（第１圧延スタンド出側）に設置した肉厚計で測定可能である。また、第１圧延スタンド入側の管の肉厚を用いることも可能である。肉厚ｔｏは、（第２圧延スタンドにおける孔型ロールの溝底間距離−マンドレルバーの外径）／２で計算されるか、或いは、第２圧延スタンド出側に設置した肉厚計で測定可能である。
なお、本発明における「孔型楕円度」、「オフセット量」及び「溝底曲率半径」の意味については、図面を参照して後述する。

本発明によれば、マンドレルミルによる延伸圧延工程で管端部に割れが発生することを効果的に防止可能である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明に係る継目無管の製造方法の一実施形態について説明する。

前述のように、本発明に係る継目無管の製造方法は、対向する２つの孔型ロールがそれぞれ配設された複数の圧延スタンドを備えるマンドレルミルによって管を延伸圧延する工程を有する。そして、配設された孔型ロールによって決定される孔型楕円度が下記の式（１）の条件を満足する第１圧延スタンドで管を延伸圧延する工程と、配設された孔型ロールによって決定されるオフセット量Ｓと溝底曲率半径Ｒ１との比Ｓ／Ｒ１が下記の式（２）の条件を満足する第２圧延スタンドで管を延伸圧延する工程と、を含み、これにより、延伸圧延工程で管端部に割れが発生することを効果的に防止可能である。
１．２≦孔型楕円度≦１．４・・・（１）
Ｓ／Ｒ１≦−０．３５・Ｌｎ（Ｘ）＋１．４３・・・（２）
ここで、上記式（２）におけるＸは、第２圧延スタンドにおける溝底圧下率（％）を意味する。

以下、図１を参照して、本発明における「孔型楕円度」、「オフセット量」及び「溝底曲率半径」の意味を説明する。
図１は、「孔型楕円度」、「オフセット量」及び「溝底曲率半径」の意味を説明するための説明図であり、２ロール式のマンドレルミルに配設された孔型ロールを模式的に表す縦断面図を示す。図１は、３つの円弧を組み合わせて設計された孔型ロール１の孔型プロフィールＰＲの例を示す。この孔型プロフィールＰＲは、溝底部Ｂと孔型中心（パスライン中心）Ｏとを結ぶ直線を対称軸として左右対称の曲線で描かれる。一方の側のプロフィールは、半径Ｒ１で中心角α１の円弧（以下、円弧Ｒ１という）と、半径Ｒ２で中心角α２の円弧（以下、円弧Ｒ２という）と、半径Ｒ３で中心角α３の円弧とを連続的に組み合わせた形状である。

＜孔型楕円度＞
ここで、孔型中心Ｏを通り、溝底部Ｂと孔型中心Ｏとを結ぶ直線に対して９０°の角度を成す直線（すなわち、孔型中心Ｏを通り、孔型ロール１の回転軸ＲＣと平行な直線）Ｌと、図１に破線で示す円弧Ｒ２の延長線との交点をＣとすると、孔型楕円度は、交点Ｃと孔型中心Ｏとの距離（長径）と、溝底部Ｂと孔型中心Ｏとの距離（短径）との比で表される。すなわち、孔型楕円度＝長径／短径である。

＜オフセット量＞
オフセット量Ｓは、円弧Ｒ１の中心（溝底曲率中心）Ｏ’と孔型中心Ｏとの距離で表される。なお、オフセット量Ｓは、溝底曲率中心Ｏ’が孔型中心Ｏより外方に（孔型ロール１の溝底部Ｂから遠ざかる方向に）位置する場合に正の値となる。

＜溝底曲率半径＞
溝底曲率半径は、溝底部Ｂと溝底曲率中心Ｏ’との距離、すなわち、円弧Ｒ１の半径Ｒ１で表される。

以下、図２を参照して、前述のように、孔型楕円度が式（１）の条件を満足する第１圧延スタンドで管を延伸圧延する理由について説明する。
図２は、第１圧延スタンドの孔型楕円度を変更した場合における管の延伸圧延状態を模式的に示す縦断面図である。本発明者の知見によれば、図２（ａ）に示すように、孔型楕円度＜１．２の場合、孔型ロール１のフランジ部に噛み出した管Ｐの部位の曲率が過大となり、この過大な曲率の部位に割れ起点が生じる。この割れ起点の発生を抑制するには、孔型楕円度を大きくする必要があるが、図２（ｃ）に示すように、孔型楕円度＞１．４の場合、孔型ロール１のフランジ部への管Ｐの噛み出し量が多くなるため、フランジ部と管Ｐとの間に焼き付きが生じる虞がある。従って、第１圧延スタンドでの割れ起点の発生を抑止すると共に、フランジ部と管Ｐとの間の焼き付きを防止するには、図２（ｂ）に示すように、１．２≦孔型楕円度≦１．４にする必要がある。以上に説明した理由により、本発明に係る継目無管の製造方法では、孔型楕円度が式（１）の条件を満足する第１圧延スタンドで管を延伸圧延する工程を含むこととしている。

次に、図３を参照して、前述のように、オフセット量Ｓと溝底曲率半径Ｒ１との比Ｓ／Ｒ１が式（２）の条件を満足する第２圧延スタンドで管を延伸圧延する理由について説明する。
図３は、第２圧延スタンドのＳ／Ｒ１を変更した場合における管の延伸圧延状態を模式的に示す縦断面図である。図３（ａ）に示すようにＳ／Ｒ１が大きいと、図３（ｂ）に示すようにＳ／Ｒ１が小さい場合に比べて、孔型ロール１の孔型プロフィールが扁平な楕円形となるため、孔型ロールのフランジ部寄りの部位に対向する管Ｐの部位の圧下量が低下する。このため、溝底部に対向する管Ｐの部位の圧下量と、フランジ部寄りの部位に対向する管Ｐの部位の圧下量との差が大きくなり、溝底部に対向する管Ｐの部位に生じる周方向の歪みも大きくなる。この周方向の歪みが割れ起点に作用することにより、大きな割れに進展する。従って、この割れの進展を抑止するには、Ｓ／Ｒ１を所定値以下に設定することにより、溝底部に対向する管Ｐの部位に生じる周方向の歪みを抑制すればよい。ただし、Ｓ／Ｒ１が同じ値であっても、第２圧延スタンドにおける溝底圧下率が大きければ、溝底部に対向する管Ｐの部位に生じる周方向の歪みも大きくなる。このため、割れの進展を抑止するためのＳ／Ｒ１の上限値は、溝底圧下率に応じて設定する必要がある。本発明者が鋭意検討したところ、このＳ／Ｒ１の上限値は、溝底圧下率の関数である式（２）の右辺で表されることが分かった。以上に説明した理由により、本発明に係る継目無管の製造方法では、Ｓ／Ｒ１が式（２）の条件を満足する第２圧延スタンドで管を延伸圧延する工程を含むこととしている。

なお、Ｓ／Ｒ１を小さくし過ぎると、孔型ロール１の孔型プロフィールが真円に近くなるため、孔型ロール１とマンドレルバー２との間で拘束される管Ｐの部位の範囲が、フランジ部に向けて拡がることになる。このため、管Ｐに作用する軸方向張力が、フランジ部に対向する管の部位に集中して大きくなり、当該部位の減肉が顕著となる。従って、フランジ部に対向する管の部位の減肉を抑制するには、Ｓ／Ｒ１≧０．０１とするのが好ましい。

以上に説明した本発明に係る継目無管の製造方法は、管の材料が、以下に示すような高温での延性が低い材料（管端部の割れが生じ易い材料）のときに、特に好適に用いられる。
（１）９Ｃｒ鋼
Ａ３３５−Ｐ９１（ＡＳＴＭ規格）、ＫＡ−ＳＴＰＡ２８（ＪＩＳ規格）、Ａ３３５−Ｐ９（ＡＳＴＭ規格）、ＳＴＰＡ２６（ＪＩＳ規格）、ＫＡ−ＳＴＰＡ２７（ＪＩＳ規格）
（２）１８Ｃｒ−８Ｎｉ鋼
ＳＡ２１３−ＴＰ３０４Ｈ（ＡＳＭＥ規格）、ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ規格）
（３）１８Ｃｒ−８Ｎｉ−Ｎｂ鋼
ＳＵＳ３４７ＴＢ（ＪＩＳ規格）、ＳＵＳ３４７ＴＰ（ＪＩＳ規格）、ＳＡ２１３−ＴＰ３４７Ｈ（ＡＳＭＥ規格）、Ａ２１３−ＴＰ３４７Ｈ（ＡＳＴＭ規格）
（４）二相系ステンレス鋼
ＵＮＳＳ３２７４０（ＡＳＴＭ規格）、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ（ＪＩＳ規格）、ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ（ＪＩＳ規格）

以下、実施例を示すことにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。

＜第１圧延スタンドでの延伸圧延＞
材質がＳＵＳ３０４で９５０℃の管を、マンドレルミルの第１圧延スタンドの孔型楕円度を種々の値に変更して延伸圧延し、第１圧延スタンド出側で、管の先端部に割れが生じているか否か、管に焼き付きが生じているか否かを目視確認する試験を行った。

この試験結果を表１に示す。なお、表１において、「割れ」の欄に記載した「○」は、割れが確認できなかったことを、「△」は長さ３０ｍｍ未満の割れが確認できたことを、「×」は長さ３０ｍｍ以上の割れが確認できたことを意味する。また、「焼き付き」の欄に記載した「○」は、焼き付きが生じていなかったことを、「×」は焼き付きが生じていたことを意味する。

表１に示すように、第１圧延スタンドの孔型楕円度を１．２以上に設定すると、管の先端部において割れを確認することができず、第１圧延スタンドでの割れ起点の発生を抑止できることが分かった。また、表１に示すように、孔型楕円度を１．４以下に設定すると、管に焼き付きが生じないことが分かった。従って、１．２≦孔型楕円度≦１．４に設定すると、第１圧延スタンドでの割れ起点の発生を抑止できると共に、焼き付きを防止できることが実証できた。

＜第２圧延スタンドでの延伸圧延＞
材質がＳＵＳ３０４で９５０℃の管を、マンドレルミルの第１圧延スタンドの孔型楕円度を１．３に設定すると共に、第２圧延スタンドのＳ／Ｒ１を種々の値に変更して延伸圧延し、マンドレルミル出側で、管の先端部に割れが生じているか否かを目視確認する試験を行った。

この試験結果を表２及び図４に示す。なお、表２及び図４に記載した「○」は、割れが確認できなかったことを、「△」は長さ５００ｍｍ未満の割れが確認できたことを、「×」は長さ５００ｍｍ以上の割れが確認できたことを意味する。

表２及び図４に示すように、第１圧延スタンドの孔型楕円度を１．２≦孔型楕円度≦１．４に設定する（本実施例では孔型楕円度＝１．３）と共に、第２圧延スタンドのＳ／Ｒ１を前述した式（２）の条件を満足するように設定することにより、第１圧延スタンドでの割れ起点の発生が抑止されると共に、仮に問題とならない程度の極めて微小な割れ起点が発生したとしても、第２圧延スタンドでの割れの進展が抑止される結果、割れの発生を効果的に防止できることが実証できた。

図１は、本発明における、孔型楕円度、オフセット量及び溝底曲率半径の意味を説明するための説明図である。図２は、第１圧延スタンドの孔型楕円度を変更した場合における管の延伸圧延状態を模式的に示す縦断面図である。図３は、第２圧延スタンドのＳ／Ｒ１を変更した場合における管の延伸圧延状態を模式的に示す縦断面図である。図４は、本発明の実施例の結果を示すグラフである。

符号の説明

１・・・孔型ロール
Ｂ・・・溝底部
Ｏ・・・孔型中心
Ｏ’・・・溝底曲率中心
Ｐ・・・管
ＰＲ・・・孔型プロフィール
Ｒ１・・・溝底曲率半径
Ｓ・・・オフセット量

Claims

対向する２つの孔型ロールがそれぞれ配設された複数の圧延スタンドを備えるマンドレルミルによって管を延伸圧延する工程を有する継目無管の製造方法であって、
配設された孔型ロールによって決定される孔型楕円度が下記の式（１）の条件を満足する第１圧延スタンドで管を延伸圧延する工程と、配設された孔型ロールによって決定されるオフセット量Ｓと溝底曲率半径Ｒ１との比Ｓ／Ｒ１が下記の式（２）の条件を満足する第２圧延スタンドで管を延伸圧延する工程と、を含むことを特徴とする継目無管の製造方法。
１．２≦孔型楕円度≦１．４・・・（１）
Ｓ／Ｒ１≦−０．３５・Ｌｎ（Ｘ）＋１．４３・・・（２）
ここで、上記式（２）におけるＸは、第２圧延スタンドにおける溝底圧下率（％）を意味する。