JP2013237083A

JP2013237083A - 継目無鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP2013237083A
Application number: JP2012112143A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Sasaki; 俊輔佐々木; Tatsuro Katsumura; 龍郎勝村; Takao Iguchi; 貴朗井口; Jogo Goto; 城吾後藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: JP5962197B2

Abstract

【課題】マンドレル圧延の初回におけるストリップミスや焼付きの発生を有効に防止できる方法を提供する。
【解決手段】素管１にマンドレルバー２を挿入し、マンドレル圧延を行い、該圧延後の鋼管からマンドレルバーを抜取り、バー冷却水槽４に浸漬して冷却後、再使用する事の繰り返し工程を有する継目無鋼管の製造方法において、前記繰り返し工程の初回にマンドレルバーを素管へ挿入する前に前記バー冷却水槽の水温を５０〜１００℃とした水中に浸漬する。
【選択図】図１

Description

本発明は、継目無鋼管の製造方法に関し、特に、マンドレル圧延による継目無鋼管の製造方法に関する。

継目無鋼管の製造方法の１つにマンドレル圧延法がある。この方法は、加熱炉で加熱された丸鋼片に穿孔機（ピアサー）で穿孔を施してなる素管に対して、肉厚を減ずるためにマンドレルバーを挿入し、ロール（詳しくは孔型ロール）が複数個直列されたマンドレルミルでタンデム圧延を施し、その後、前記圧延を施された鋼管からマンドレルバーを引抜く（ストリップする）というものである。尚、マンドレル圧延後の鋼管は、通常、再加熱され、ストレッチレデューサーで縮径圧延され、冷却後、必要に応じて熱処理され、その後回転矯正工程、次いで検査工程を経て、最終製品とされる。

前記マンドレル圧延では、マンドレルバーとロールとの間で素管を圧延し肉厚を減じるが、その際に種々の原因で圧延後の鋼管の寸法（長さ、外径、肉厚等）にバラツキが生じる。特許文献１では、この鋼管寸法のバラツキの主原因が第１にマンドレルバーの温度、第２にマンドレルミルのロールの温度にあるとし、素管に挿入前のマンドレルバーの温度を計測し、或いは更に圧延開始前の前記ロールの温度を計測し、斯かる計測値をもとにマンドレルミルのロール間隔を決定することにより、寸法バラツキの小さい鋼管を得る旨開示されている。

又、素管に挿入されるマンドレルバー（以下、単にバーともいう）は、素管が過度に冷却されて割れ感受性が高まるのを回避する、及び、表面に塗布される潤滑剤（黒鉛系潤滑剤）の密着性を向上させる等の為に、前記バーを予熱する事が望ましいとされており、これに関して、特許文献２には不特定の加熱方式でバーを１５０〜４００℃に予熱する旨開示され、又、特許文献３にはバー温度が８０℃未満のとき、バーをリターンコンベアとインサートコンベアの間で誘導加熱方式にて８０〜１５０℃に予熱する旨開示され、又、特許文献４には経済的に加熱でき、且つ省スペースで急速加熱でき、更にバー長手方向、円周方向で均一加熱できる手段として遠赤外線放射加熱方式のバー予熱炉が開示されている。

特願平９−５２１０４号公報特開昭５８−１０７２０４号公報特公昭６１−３２０８３号公報特願平６−１９８３０９号公報

然しながら、マンドレル圧延の実操業においては、前記先行技術文献に言及されなかった問題として、特に、マンドレルバーの繰り返し使用サイクルの初回使用時の圧延において、ストリップミス（圧延後の鋼管からマンドレルバーが抜け難い状態が発生しがちであるという問題があった。
前記ストリップミスは、例えば圧延時のロールギャップ調整不良や鋼管内壁とマンドレルバーとの間の焼付き、圧延後に鋼管が冷却されて収縮が起こることやマンドレルバーが入熱により膨張してマンドレルバーと鋼管のクリアランスが減少することで締付けが発生して起こる。この中で、焼付きとマンドレルバー−鋼管間のクリアランス減少の主原因の１つに、マンドレルバー使用温度の違いが挙げられる。

つまり、マンドレルバーはマンドレル圧延時に１０００〜１２００℃程度の高温の素管と接触し入熱を受け、その後、抜取られて空冷、水冷により抜熱されるが、このサイクルの中で、マンドレルバーは、バー繰り返し使用回の初回おいては外気と同じ２０〜３０℃程度で圧延に供され、複数回使用されて入熱⇔抜熱をうけることで一定の温度（定常状態）になるような熱履歴をたどる。この定常状態におけるマンドレルバー温度は、外表面において圧延直前が８０〜１５０℃、ストリップ直後が２５０〜４００℃度程度である。一方で、前記初回に使用される直前のマンドレルバー温度は定常状態に比較して低い。圧延に使用される直前のマンドレルバー温度が低い場合、例えばマンドレルバーによる鋼管からの抜熱量が増加することに起因する鋼管‐マンドレルバー間のクリアランスの減少や、潤滑剤（黒鉛系潤滑剤）の密着性低下によるストリップミスや焼付きが発生しやすくなる。そのため、実操業では特に１パス目においてストリップミスや焼付きが多発し、大幅なダウンタイムの発生や製品品質低下による歩留まり悪化を引起こす場合がある。

然し、特許文献１で提案された方法では１回目の圧延での焼付き多発傾向を緩和する効果が十分ではない。特許文献２に開示されたバー予熱方法では潤滑剤の密着性が悪化する。特許文献３乃至４に開示されたバー予熱手段では、バー予熱設備の新設が必要となり、多大なコストがかかる。
即ち、従来は、マンドレル圧延におけるストリップミスや焼付きの発生をバー予熱設備の追加なしでは十分に防止する事ができず、この点が課題であった。

発明者らは、前記課題を解決する為に鋭意検討し、その結果、既存のバー冷却装置を活用する事により、バー予熱設備の追加なしで、マンドレル圧延の初回におけるストリップミスや焼付きの発生を有効に防止できるという知見を得、これに基いて本発明を成した。
（１）素管にマンドレルバーを挿入し、マンドレル圧延を行い、該圧延後の鋼管からマンドレルバーを抜取り、バー冷却水槽に浸漬して冷却後、再使用する事の繰り返し工程を有する継目無鋼管の製造方法において、前記繰り返し工程の初回にマンドレルバーを素管へ挿入する前に前記バー冷却水槽の水温を５０〜１００℃とした水中に浸漬することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。

本発明によれば、マンドレル圧延において、繰り返し工程の初回に素管へ挿入する前にマンドレルバーを既存のバー冷却水槽の水温を５０〜１００℃とした水中に浸漬するようにしたから、マンドレルバーを初回使用の圧延前から、複数回使用の圧延後の定常状態と同等の温度状態にする事ができて、マンドレルバー温度変動起因による潤滑剤の密着性低下や鋼管からの抜熱、マンドレルバーの膨張を防ぐことができる。従って、本発明によれば、バー予熱設備の追加を伴う事無く、圧延後の鋼管の形状制御精度の向上、焼付きの防止、ストリップミスの防止が達成できるという効果を奏する。

本発明に係るマンドレル圧延工程の１例を示す概略図である。

以下、本発明の作用効果と実施形態について図１を参照して説明する。図１は、本発明に係るマンドレル圧延工程の１例を示す概略図である。図示の様に、マンドレル圧延工程では通常、ピアサーで丸ビレットを穿孔してなる素管１に対し、潤滑剤塗布装置５にて挿入側潤滑剤塗布を施したマンドレルバー２（略してバー２）を挿入し、次いでマンドレルミルによるタンデム圧延を行い、該圧延後の鋼管３からバー２を抜取り、該抜取ったバー２に潤滑剤塗布装置５にて抜取り側耐水性潤滑剤塗布を施し、次いでバー冷却水槽４に水中浸漬して冷却後、再使用する事が繰り返される。

通常のマンドレル圧延では、異なる形状の鋼管を製造する際、圧延工具である孔型ロールやマンドレルバーの形状変更がなされる。これらの工具は、特に定期修理などで長時間使用が停止した後では室温と同程度の温度となっており、初回の使用から、複数回繰り返し使用されてバー温度がほぼ一定となる定常状態に達するまでの間に、様々な問題を引起こす。

本発明者らは、バーが定常状態に達する以前の非定常段階に起こるストリップミスや焼付きの問題に対して詳細に検討した結果、その防止方法に想到した。従来は、マンドレルバー２の初回使用時、特に定期修理後の最初の圧延では、バー２の温度やバー冷却水槽４の水温は大気温度とほぼ等しい２０〜３０℃程度となっている。初回使用時のバー２はこの温度でバー冷却水槽４を通過し、バー２表面に潤滑剤を吹き付けられた直後、高温（１０００〜１３００℃程度）の素管１に挿入され、バー挿入状態の素管１に対しマンドレル圧延が行われる。

一方で、前記定常状態となってからは、マンドレルバー２は圧延直前（挿入直前）で８０〜１５０℃、バー冷却水槽４の水温は５０〜７０℃と、ほぼ一定となっている。一般的にマンドレル圧延に使用される潤滑剤は５０〜２００℃程度の温度域で最も性能を発揮できるように設計されており、初回使用時のバー温度（２０〜３０℃程度）は、この温度域を下回っている。このため、バー２と鋼管３との間で焼付きが発生する。又、初回使用時のバー２はマンドレル圧延中の鋼管３との接触点において、表面熱伝達係数が一定と仮定するならば温度差に比例して熱量を奪う。又、初回使用時のバー２はバー内部温度も低いため鋼管３から奪いとれる熱量も大きく、圧延後の鋼管３は冷えて収縮しバー２は膨張する。このため、鋼管−バー間のクリアランスが減少しストリップミスが発生する。

そこで、本発明では、マンドレル圧延の繰り返しの初回に使用される時のマンドレルバー２を、バー冷却水槽４の水温５０〜１００℃とした水中に浸漬することとした。これにより、初回使用時のバー２を前記定常状態と同様の状態に予熱する事ができ、前記非定常状態となっていた事に起因するトラブル（ストリップミス、焼付き）を解消できる。然も、バー２の予熱手段は、既存のバー冷却水槽４の水温を、初回の圧延に供するバー２の浸漬前に５０〜１００℃に上昇させておくというものであるから、誘導加熱装置や遠赤外線放射加熱装置といった別段のバー予熱設備を新たに追加する必要はない。

繰り返しの初回の開始前である圧延準備段階でのバー冷却水槽４の水温は、従来では特段の温度制御はされず室温程度の温度となっていたのに対し、本発明では、前記圧延準備段階でバー冷却水槽４の水温を５０〜１００℃程度に昇温させる。この昇温させた水中に初回使用前のマンドレルバー２を浸漬させてから圧延に使用する。これによって、バー２の表面温度を上昇させる事で、潤滑剤の密着性確保と鋼管３からの過度の抜熱やバー２への過度の入熱の防止効果を奏する。尚、前記圧延準備段階でのバー冷却水槽４の水温の昇温目標温度は、前記防止効果の更なる顕現性の観点から、好ましくは８０〜１００℃である。バー冷却水槽４の水を昇温させる加熱方法は、例えば水中への水蒸気吹込み等の簡易な手段により実施できる。又、この加熱は前記圧延準備段階においてのみ、実施すればよくて、投入エネルギーも小さくてすむ。又、この加熱時には、バー冷却水槽４の水量を少なめにしておくことで投入エネルギーを更に減らすことができる。このとき、１回目の使用を終えたバー２の２回目の浸漬前に、バー冷却水槽４に水を継ぎ足して水温を前記定常状態相当の５０〜７０℃程度にすれば、より一層円滑な圧延を遂行することができる。

（実施例１）
図１に示したマンドレル圧延工程において、同じバー（詳しくはマンドレルバー）２を繰り返し用いて行う複数回のマンドレル圧延の初回のバー冷却水槽４の水温（初期水温）を２５℃（従来例）、６０℃（本発明例１）、１００℃（本発明例２）の３条件に設定し、各初期水温条件毎に、前記複数回のマンドレル圧延の各回のバー２の浸漬時間を１００秒として、前記複数回のマンドレル圧延を行った。この圧延では、素管寸法(室温)＝外径１３７ｍｍφ×肉厚１１ｍｍ×長さ５ｍ、バー寸法(室温)＝径１００ｍｍφ×長さ２２．４ｍ、圧延後鋼管表面温度＝８００〜１１００℃、圧延後鋼管寸法(室温)＝外径１１０ｍｍφ×肉厚５ｍｍ×長さ１３．７ｍである。この圧延において、バー２の繰り返し使用回数（＝圧延回数）の増加に伴うバー表面温度推移を調べるべく、各圧延回における素管１に挿入する直前のバー２の表面温度を放射温度計で計測し、且つバー２の繰り返し使用回数（＝圧延回数）の増加に伴うバー抜取り負荷推移を調べるべく、各圧延回におけるバー抜取り時のバー抜取り用モータ負荷電力を計測した。これらの計測結果を表１に示す。尚、バー抜取り負荷は許容負荷上限を１００とし、これに対する相対値で示した。
又、前記バー表面温度の計測値を基に、バーの挿入から抜取りまでの伝熱シミュレーション計算を行い、バー抜取り直前のバー中心温度とその時のバー膨張量を求めた。その結果も併せて表１に示す。

表１より、従来例（初期水温２５℃）では、挿入前のバー表面温度は1回目が２５℃と、潤滑剤密着性にとっての適正温度域(５０〜１５０℃)を下回り、２回目でようやく５０℃に達し、回を重ねるにつれて上昇して５回目前後から７０℃強の定常状態となる。バー抜取り負荷は１回目が１００弱程度と高く、回を重ねるにつれて減少して５回目前後から８５強程度の定常状態となる。圧延後のバー中心温度は１回目が２５℃と低く、回を重ねるにつれて上昇して５回目前後から１００℃強の定常状態となる。バー膨張量は１回目が４７μｍと大きく、回を重ねるにつれて低下して５回目前後から４０μｍ強程度の定常状態となる。このように従来では１回目の圧延において、挿入前のバー温度が低い為、潤滑剤密着性が低下する事に加え、圧延中の鋼管からの抜熱量も大きくてバー膨張量も大きくなって、鋼管‐バー間のクリアランスが過小となってバー抜取り負荷が許容負荷上限近くに達し、ストリップミスや焼付きが発生し易くなる事が分る。

これに対し、本発明例１（初期水温６０℃）では、挿入前のバー表面温度は１回目で既に５０℃と、潤滑剤密着性にとっての適正温度域(５０〜１５０℃)に達し、回を重ねるにつれて上昇して５回目前後から従来例よりも高い１０５℃強程度の定常状態となる。バー抜取り負荷は１回目で従来例よりも低い８９であり、回を重ねるにつれて減少して５回目前後から従来例よりも低い８５弱程度の定常状態となる。圧延後のバー中心温度は１回目で従来例よりも高い３７℃であり、回を重ねるにつれて上昇して５回目前後から従来例よりも高い１３５℃強程度の定常状態となる。バー膨張量は１回目で従来例よりも小さい４３μｍであり、回を重ねるにつれて低下して５回目前後から従来例よりも小さい４０μｍ弱程度の定常状態となる。

又、本発明例２（初期水温１００℃）では、挿入前のバー表面温度は本発明例１よりも高い７１℃で、潤滑剤密着性にとっての適正温度域(５０〜１５０℃)に収まり、回を重ねるにつれて上昇して５回目前後から本発明例１よりも高いが潤滑剤密着性にとっての適正温度域(５０〜１５０℃)内である１４５℃弱程度の定常状態となる。バー膨張量は１回目から１０回目まで本発明例１と略同様に推移する。

このように、本発明によれば、１回目の圧延において、挿入前のバー温度を、潤滑剤密着性の確保できる温度域に収め、且つ圧延中のバー膨張量も低減させる事ができてストリップミスや焼付きを有効に防止でき、然もバー抜取り負荷を軽減できて投入エネルギーを節減できる。

（実施例２）
種々の寸法の素管に対して図１に示したマンドレル圧延工程を実行する継目無鋼管製造ラインにおいて、製造する鋼管のサイズ変更後、並びに定期修理後のマンドレル圧延準備段階でバー冷却水槽４の水温を８０℃に上昇させ、且つ水量を従来よりも少なめにした水中にバー２を浸漬し、該浸漬後、潤滑剤吹き付けをし、素管１に挿入して、１回目のマンドレル圧延を行い、これの繰り返しの２回目以降はバー冷却水槽４に随時水を継ぎ足して前記水温を８０℃±１０℃に保つという実施形態で本発明を実施した。その結果、本発明実施以前の半年間（従来）と、本発明実施以後の半年間とを比較すると、本発明実施以後では、ストリップミスの発生回数が従来の略１/１００に減少し、焼付きの発生回数も従来の略１/１００に減少した。又、マンドレル圧延で製造された鋼管の内面形状や内面性状も従来に比べて向上する傾向が認められた。

１素管
２マンドレルバー（略してバー）
３鋼管
４バー冷却水槽
５潤滑剤塗布装置

Claims

素管にマンドレルバーを挿入し、マンドレル圧延を行い、該圧延後の鋼管からマンドレルバーを抜取り、バー冷却水槽に浸漬して冷却後、再使用する事の繰り返し工程を有する継目無鋼管の製造方法において、前記繰り返し工程の初回にマンドレルバーを素管へ挿入する前に前記バー冷却水槽の水温を５０〜１００℃とした水中に浸漬することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。