JP2010131602A - 継目無管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マンドレルミルによる延伸圧延工程で管の外面に生じ易い焼き付きを効果的に防止することができる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、下記の式（１）〜式（３）をそれぞれ満足する第１〜第３圧延スタンドで管を延伸圧延する工程を含むことを特徴とする。
第１圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンド入側の管外周長≧０．９２・・（１）
第２圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンドの孔型周長≧０．９５・・（２）
第３圧延スタンドの孔型周長／第２圧延スタンドの孔型周長≧０．９５・・（３）
【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の外面に生じ易い焼き付きを効果的に防止することができる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による管の延伸圧延工程では、延伸圧延された管の外面に焼き付きが生じる場合がある。この現象は、後述するように、圧延スタンドの孔型周長に関係する。

従来、圧延スタンドの孔型周長を規定したマンドレルミルによる延伸圧延方法として、特許文献１や２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や２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ため、特許文献１や２に記載の方法では、延伸圧延工程で生じる管の外面の焼き付きを防止することはできない。
特許第２５８２７０５号公報 特許第３７１６７６３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の外面に生じ易い焼き付きを効果的に防止することができる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外面に焼き付きが生じる原因を分析して、以下のような知見を得た。
（１）延伸圧延中の管における孔型ロールの溝底部に対向する部位は、大きく圧下されるため、管の長手方向に大きく延伸される。これに対し、延伸圧延中の管における孔型ロールのフランジ部に対向する部位は、ほとんど圧下されない。このフランジ部に対向する部位は、溝底部に対向する部位に作用する引張力の影響を受けて延伸されるが、その量は小さい。従って、孔型ロールのフランジ部に対向する部位の管長手方向の速度は、溝底部に対向する部位の管長手方向の速度よりも小さい。一方、孔型ロールのフランジ部における孔型ロールの外径は、溝底部における孔型ロールの外径よりも大きいため、孔型ロールのフランジ部の周速は、溝底部の周速よりも大きい。
（２）孔型ロールの回転数は、一般的に、孔型ロールの溝底部の周速と、延伸圧延中の管における孔型ロールの溝底部に対向する部位の管長手方向の速度とのバランスを考慮して設定（例えば、孔型ロールの溝底部の周速と、溝底部に対向する管の部位の管長手方向の速度との差が小さくなるように設定）される。このため、孔型ロールのフランジ部の周速と、延伸圧延中の管における孔型ロールのフランジ部に対向する部位の管長手方向の速度とが、大きく相違する場合がある。
（３）この孔型ロールのフランジ部の周速とフランジ部に対向する管の部位の管長手方向の速度との差は、圧延スタンド入側での管の外周長と該圧延スタンドの孔型周長との差が大きいために、該圧延スタンドに配設された孔型ロールのフランジ部に延伸圧延中の管が噛み出す量が多くなる場合に顕著となる。そして、このフランジ部に噛み出した延伸圧延中の管の部位に焼き付きが生じ易い。
（４）この焼き付きの原因となる上記の速度差（孔型ロールのフランジ部の周速と、フランジ部に対向する管の部位の管長手方向の速度との差）を小さくするために、孔型ロールの回転数を一般的な設定値（前述のように、孔型ロールの溝底部の周速と、延伸圧延中の管における孔型ロールの溝底部に対向する部位の管長手方向の速度とのバランスを考慮した設定値）よりも小さく設定することが考えられる。しかしながら、孔型ロールの回転数を小さく設定し過ぎると、孔型ロールの溝底部に対向する管の部位での肉溜まり現象（管が孔型ロールに噛み込まない現象）が顕著になる。このため、フランジ部に対向する管の部位での焼き付きと、溝底部に対向する管の部位での肉溜まり現象との双方を防止し得るような中間の値に孔型ロールの回転数を調整する必要があるが、孔型ロールのフランジ部への管の噛み出し量が多くなると上記の速度差が顕著となるため、孔型ロールの回転数を調整するだけでは双方を防止することができない。
（５）従って、上記の原因によって発生する管外面の焼き付きを防止するには、孔型ロールのフランジ部への管の噛み出し量を低減するため、圧延スタンド入側での管の外周長に対する該圧延スタンドの孔型周長の比を所定値以上の適切な値に設定する必要があることに想到した。

本発明者は、上記の知見に基づき、更に検討した結果、特に管の外径圧下率が大きい（つまり、圧延スタンド入側での管の外周長と該圧延スタンドの孔型周長との差が大きい）、マンドレルミルの前段に位置する圧延スタンド（前段圧延スタンド）の孔型周長と、圧延スタンド入側での管の外周長との比を所定値以上に設定すれば、管外面の焼き付きを効果的に防止できる可能性があることに想到した。

また、マンドレルミルの前段圧延スタンドの内、マンドレルミル入側から数えて第２番目以降の圧延スタンドでは、圧延スタンド入側の管の断面が楕円になっている等の影響により、孔型ロールの溝底部への管の接触状態が不均一になる。この結果、孔型ロールのフランジ部への管の噛み出し量にもバラツキ（延伸圧延する管毎のバラツキ、及び、１本の管における長手方向のバラツキ）が生じて、その予想が困難となる。このため、管外面の焼き付きを確実に防止するには、第２番目以降の圧延スタンドでは第１番目の圧延スタンドよりも管の外径圧下率を小さくする、すなわち圧延スタンドの孔型周長と該圧延スタンド入側での管の外周長との比をより一層大きくする必要があることに想到した。

そこで、本発明者は、種々の条件で圧延試験を繰り返した結果、延伸圧延中の管外面に焼き付きを生じさせないための、前段圧延スタンドの孔型周長と該圧延スタンド入側での管の外周長との比の下限値を見出し、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２つの孔型ロールによって決定される孔型周長が下記の式（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２つの孔型ロールによって決定される孔型周長が下記の式（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、配設された２つの孔型ロールによって決定される孔型周長が下記の式（３）の条件を満足する第３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。
第１圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンド入側の管外周長≧０．９２・・（１）
第２圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンドの孔型周長≧０．９５・・（２）
第３圧延スタンドの孔型周長／第２圧延スタンドの孔型周長≧０．９５・・（３）

なお、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」、「第３圧延スタンド」とは、それぞれマンドレルミル入側から数えて第２番目、第３番目の圧延スタンドを意味する。本発明における「孔型周長」の意味については、図面を参照して後述する。

ここで、管がＣｒ含有量８．０重量％以上のＣｒ鋼である場合、外面にスケールが生成され難く、且つ、生成されたスケールと母材との密着性が高い。さらに、管がこのＣｒ鋼にＮｉが１．０重量％以上含有されたＮｉ−Ｃｒ鋼である場合、外面に生成されたスケール中にＮｉが金属粒子として存在することになる。従って、管が一般的な炭素鋼である場合には、孔型ロールのフランジ部と炭素鋼の外面に生成されたスケールとが接触するのに対して、管がＮｉ−Ｃｒ鋼である場合には、孔型ロールのフランジ部とＮｉとが接触する金属同士の接触になるため、焼き付きが生じ易い。従って、本発明者は、特に管がＮｉ−Ｃｒ鋼である場合には、焼き付きを確実に防止するために、管が他の炭素鋼等である場合に比べて、圧延スタンドの孔型周長と該圧延スタンド入側での管の外周長との比をより一層大きくする必要があると考えた。そこで、本発明者は、管がＮｉ−Ｃｒ鋼である場合について、種々の条件で圧延試験を繰り返した結果、前記比の好適な下限値を見出した。

すなわち、管のＣｒ含有量が８．０重量％以上であり且つＮｉ含有量が１．０重量％以上である場合に、前記第１圧延スタンドの孔型周長が下記の式（１）’の条件を満足し、前記第２圧延スタンドの孔型周長が下記の式（２）’の条件を満足し、前記第３圧延スタンドの孔型周長が下記の式（３）’の条件を満足することが好ましい。
第１圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンド入側の管外周長≧０．９４・・（１）’
第２圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンドの孔型周長≧０．９６・・（２）’
第３圧延スタンドの孔型周長／第２スタンドの孔型周長≧０．９６・・（３）’

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の外面に生じ易い焼き付きを効果的に防止することが可能である。

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、配設された２つの孔型ロールによって決定される孔型周長が下記の式（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２つの孔型ロールによって決定される孔型周長が下記の式（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、配設された２つの孔型ロールによって決定される孔型周長が下記の式（３）の条件を満足する第３圧延スタンドで管を延伸圧延する工程とを含む方法であり、これにより、延伸圧延工程で管の外面に生じ易い焼き付きを効果的に防止可能である。
第１圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンド入側の管外周長≧０．９２・・（１）
第２圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンドの孔型周長≧０．９５・・（２）
第３圧延スタンドの孔型周長／第２圧延スタンドの孔型周長≧０．９５・・（３）

また、本発明に係る継目無管の製造方法は、管が一般的な炭素鋼等と比べて焼き付きが生じ易いＮｉ−Ｃｒ鋼（すなわち、管のＣｒ含有量が８．０重量％以上であり且つＮｉ含有量が１．０重量％以上）である場合に、下記の式（１）’〜式（３）’に示すように、マンドレルミルの第１圧延スタンド〜第３圧延スタンドの孔型周長と、各圧延スタンド入側での管の外周長との比を所定値以上に設定して管を延伸圧延する工程を含み、これにより、延伸圧延工程で管の外面に生じ易い焼き付きを効果的に防止可能である。
第１圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンド入側の管外周長≧０．９４・・（１）’
第２圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンドの孔型周長≧０．９６・・（２）’
第３圧延スタンドの孔型周長／第２スタンドの孔型周長≧０．９６・・（３）’

式（１）及び（１）’は、第１圧延スタンドの孔型周長と、第１圧延スタンド入側での管の外周長との比を所定値（式（１）の場合は０．９２、式（１）’の場合は０．９４）以上に設定することを意味する。式（２）及び（２）’は、第２圧延スタンドの孔型周長と、第１圧延スタンドの孔型周長（第２圧延スタンド入側での管の外周長に相当）との比を所定値（式（２）の場合は０．９５、式（２）’の場合は０．９６）以上に設定することを意味する。すなわち、式（２）及び（２）’は、第２圧延スタンドの孔型周長と、第２圧延スタンド入側での管の外周長との比を直接規定したものではなく、第２圧延スタンド入側での管の外周長を、これと略等しいと考えられる第１圧延スタンドの孔型周長に置き換えて規定したものである。式（３）及び（３）’は、第３圧延スタンドの孔型周長と、第２圧延スタンドの孔型周長（第３圧延スタンド入側での管の外周長に相当）との比を所定値（式（３）の場合は０．９５、式（３）’の場合は０．９６）以上に設定することを意味する。すなわち、式（３）及び（３）’は、第３圧延スタンドの孔型周長と、第３圧延スタンド入側での管の外周長との比を直接規定したものではなく、第３圧延スタンド入側での管の外周長をこれと略等しいと考えられる第２圧延スタンドの孔型周長に置き換えて規定したものである。

以下、図１を参照して、本発明における「孔型周長」の定義を説明する。
図１は、孔型周長の定義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Ｐの例を示す。この孔型プロフィールＰは、溝底部Ｂと孔型中心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。ここで、孔型中心（パスライン中心）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Ｌと交わるまで、円弧Ｒ２を延長したときの中心角をφ２とすると、孔型ロール１の孔型周長は、４・（Ｒ１・α１＋Ｒ２・φ２）と計算される。

図２は、マンドレルミルの第１圧延スタンド〜第３圧延スタンドの孔型周長を種々の値に設定して延伸圧延した結果の一例を示す表である。具体的には、図２に示すように、外周長５７０ｍｍの３種（炭素鋼、Ｎｉ鋼、Ｎｉ−Ｃｒ鋼）の管を、第１圧延スタンド〜第３圧延スタンドの孔型周長を適宜変更した５つの圧延スタンドからなる２ロール式のマンドレルミルで延伸圧延し、延伸圧延された管の外面に焼き付きが生じているか否かを目視評価する試験を実施した。

図２に示すように、炭素鋼及びＮｉ鋼の管については、前述した式（１）〜式（３）の全てを満足する孔型周長に設定した場合（図２に示す試験Ｎｏ．１及び５）には、延伸圧延された管の外面に焼き付きは生じなかったのに対し、何れかの式を満足しない孔型周長に設定した場合には、延伸圧延された管の外面に焼き付きが生じた。また、Ｎｉ−Ｃｒ鋼の管については、前述した式（１）’〜式（３）’の全てを満足する孔型周長に設定した場合（図２に示す試験Ｎｏ．１１）には、延伸圧延された管の外面に焼き付きは生じなかったのに対し、何れかの式を満足しない孔型周長に設定した場合には、延伸圧延された管の外面に焼き付きが生じた。

上記の結果より、本発明に係る継目無管の製造方法によれば、マンドレルミルによる延伸圧延工程で管の外面に生じ易い焼き付きを効果的に防止可能であることが分かる。

図１は、孔型周長の定義を説明するための説明図である。 図２は、マンドレルミルの第１圧延スタンド〜第３圧延スタンドの孔型周長を種々の値に設定して延伸圧延した結果の一例を示す表である。

符号の説明

１・・・孔型圧延ロール
Ｂ・・・溝底部
Ｐ・・・孔型プロフィール
Ｏ・・・孔型中心

Claims (2)

1. 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２つの孔型ロールによって決定される孔型周長が下記の式（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２つの孔型ロールによって決定される孔型周長が下記の式（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、配設された２つの孔型ロールによって決定される孔型周長が下記の式（３）の条件を満足する第３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。
   第１圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンド入側の管外周長≧０．９２・・（１）
   第２圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンドの孔型周長≧０．９５・・（２）
   第３圧延スタンドの孔型周長／第２圧延スタンドの孔型周長≧０．９５・・（３）
2. 管のＣｒ含有量が８．０重量％以上であり且つＮｉ含有量が１．０重量％以上である場合に、前記第１圧延スタンドの孔型周長が下記の式（１）’の条件を満足し、前記第２圧延スタンドの孔型周長が下記の式（２）’の条件を満足し、前記第３圧延スタンドの孔型周長が下記の式（３）’の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の継目無管の製造方法。
   第１圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンド入側の管外周長≧０．９４・・（１）’
   第２圧延スタンドの孔型周長／第１圧延スタンドの孔型周長≧０．９６・・（２）’
   第３圧延スタンドの孔型周長／第２スタンドの孔型周長≧０．９６・・（３）’