JP2880385B2

JP2880385B2 - 継目無鋼管圧延方法

Info

Publication number: JP2880385B2
Application number: JP26124593A
Authority: JP
Inventors: 秀内田; 剛井上; 恒久古川; 浩二楢崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1999-04-05
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: JPH07116709A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、継目無鋼管圧延中に発
生し最終製品においても残存する外面疵の発生頻度を減
し、その大きさを減少せしめるとともにガイドシューの
寿命を向上せしめる継目無鋼管圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】傾斜圧延機による圧延状況を、穿孔機を
例にとり図１（ａ），（ｂ）を用いて説明する。傾斜圧
延機は、傾斜して対向する一対のたる型圧延ロール（以
下たる型ロールという。）３Ａと、たる型ロール３Ａの
中間に配されたプラグ３Ｂにより穿孔圧延を行うもので
ある。このたる型ロール３Ａとプラグ３Ｂとにより被圧
延材１を圧延する際に、被圧延材１の外径が拡大するの
を抑えるため、ガイドシュー３Ｃを一対のたる型ロール
３Ａと直交する位置に置く。ここで、一対のたる型ロー
ル３Ａは同一方向に回転し、被圧延材１はそれに伴い回
転することになる。即ち、被圧延材１は回転しつつ前進
し中空素管４となる。

【０００３】ここで問題となるのはガイドシュー３Ｃで
あって、被圧延材１が回転するにも係わらずその回転方
向に対しガイドシュー３Ｃは固定されているため、ガイ
ドシュー３Ｃと被圧延材１の接触状態は全面滑り摩擦の
状態となる。そのため、ガイドシュー３Ｃ表面に被圧延
材１の微小剥離片が焼き付き、さらにそれが堆積成長し
た後、ガイドシュー３Ｃから離脱し被圧延材１の外表面
に付着する。付着した微小付着片は、そのまま最終製品
に残存し飛び込み疵となるか、圧延途中の段階で離脱
し、ヘゲ疵あるいはピット疵となり製品品質を著しく損
なう。そのため手入れを必要とするかそのままスクラッ
プとなっている。尚図２には各種疵の形態を模式的に示
している。

【０００４】このような問題の解決策として、特開昭６
４−４０１０４号公報においては、ガイドシューと圧延
材との間に、ボロンナイトライド粉粒体にバインダーを
混合した焼き付き防止剤を連続的に供給しながら圧延す
る方法が提案されている。しかし、穿孔肉厚が７mm程度
以下の薄肉では、たる型ロール３Ａとガイドシュー３Ｃ
との隙間がほとんどないまでにガイドシュー３Ｃをたる
型ロール３Ａに寄せることにより、中空素管４の後端が
ガイドシュー３Ｃとたる型ロール３Ａとの間に挟まって
ミスロールとなるのを防止している。従って、ガイドシ
ュー３Ｃとたる型ロール３Ａとの隙間に配管し、潤滑剤
をガイドシュー３Ｃと被圧延材１との間に供給すること
は不可能に近いため薄肉の場合には、ガイドシュー３Ｃ
とたる型ロール３Ａとの間に潤滑剤を供給する方法が望
まれていた。

【０００５】一方、穿孔肉厚が極端には薄くない場合
は、ガイドシュー３Ｃとたる型ロール３Ａとの隙間に配
管し、潤滑剤をガイドシュー３Ｃと被圧延材１との間に
供給できる。そのため、ガイドシュー３Ｃ表面に被圧延
材１が剥離堆積した焼き付きが生成するのを減少させる
ことができた。しかし、ガイドシュー３Ｃと被圧延材１
との間に潤滑剤を供給できたとしても図３に示すような
ガイドシュー３Ｃの被圧延材１回転入り側近傍付近には
焼き付きが残る場合があり、図２に示す製品疵は、頻度
あるいは程度の減少はあるものの依然として発生し、完
全な解決には至っていなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、ガイドシ
ュー３Ｃと被圧延材１との間に潤滑剤が供給されても、
焼き付きが皆無とならない原因を根本的に追及するた
め、穿孔中の材料をその途中で止めて観察したり、主た
る型ロール３Ａ表面及びガイドシュー３Ｃ表面を微細に
観察した結果、ガイドシュー３Ｃと被圧延材１との間に
潤滑剤が供給されても、ガイドシュー３Ｃ表面の焼き付
きが皆無とはならず、製品においても疵が残存する現象
が見られる原因は、以下に示す通りであると断定するに
至った。

【０００７】即ち、図４に示したたる型ロール３Ａにお
いて、部位３Ａ１から３Ａ２に至る間は連続的にその外
径が増加し、３Ａ２から３Ａ３に至る間は連続的にその
外径が減少している。そのため、たる型ロール３Ａにお
ける外面の周方向速度は部位３Ａ２で最大であり、その
他の部位はそれより小さい値となる。ところが、被圧延
材１の外径は図５に示すように変化している。被圧延材
１は若干のネジレはあるものの剛体として同一回転数で
回転するため、当然のことながらたる型ロール３Ａと被
圧延材１との間には強い滑りが生じている。従って、被
圧延材１の外表面は、たる型ロール３Ａにより強い剪断
変形を受け、最外表面層の微細な部分は被圧延材１から
剥離するか剥離しやすい状態となっている。被圧延材
が、１３％Ｃｒ鋼、２２％Ｃｒ鋼やオーステナイト系ス
テンレス鋼等の場合は、剥離した細片がたる型ロール３
Ａに焼き付き、スリップを生じることがある。

【０００８】この焼き付きを防止する手段として、特公
平５−１６９２５号公報においては、たる型ロール３Ａ
表面に水溶性のほう酸塩化合物を塗布することを提案し
ている。しかし、１３％Ｃｒ鋼、２２％Ｃｒ鋼やオース
テナイト系ステンレス鋼等より一般的な圧延材である低
合金鋼や普通炭素鋼等の場合は、もし剥離したとしても
焼き付きとはなりにくくロール冷却水等と共に外部に運
ばれ問題とならないが、実際には、これらの被圧延材
は、変形抵抗が小さいため剥離するには至らず、剥離し
やすい状態のまま被圧延材１に残っていることが多い。
そして、このように剥離しやすい状態のまま被圧延材１
に残存した場合、その部位がガイドシュー３Ｃと接触開
始する位置において強い剪断変形を受け、いよいよ剥離
することとなる。しかし、たる型ロール３Ａの場合と異
なり、外部へ運ばれる機会が少ないため、ガイドシュー
３Ｃの被圧延材１回転入り側近傍に焼き付き片として堆
積成長する。そのため、ガイドシュー３Ｃと被圧延材１
との間の強い滑りにより発生していた、被圧延材１のガ
イドシュー３Ｃへの焼き付きによる管製品品質悪化と同
様の結果を引き起こすことになるのである。

【０００９】即ち、従来より実施されていたガイドシュ
ー３Ｃと被圧延材１との間に潤滑剤を供給する方法で
は、図２に示した管製品疵を、全穿孔サイズにおいて完
全に防止することはできないのである。本発明は、ガイ
ドシュー３Ｃと被圧延材１との間の滑り摩擦による、ガ
イドシュー表面３Ｃへの被圧延材１の焼き付きを防止
し、かつ、たる型ロール３Ａと被圧延材１との間の滑り
に起因する、ガイドシュー３Ｃ表面への被圧延材１の焼
き付きによる製品品質の悪化をも防止する方法を提供す
るものである。

【００１０】ところで、たる型ロール３Ａと被圧延材１
との間の強い滑りをなくす方法として、たる型ロール３
Ａと被圧延材１との間に圧延中連続して潤滑剤を供給す
る方法が考えられる。その際、一般に圧延加工で使用さ
れている、黒鉛等の固体潤滑剤を主体としたもの、ある
いは、鉱物油等の液体潤滑剤を使用すれば、たる型ロー
ル３Ａと被圧延材１との間のスリップが生じ、生産効率
が極端に低下し、実際の生産には適用できない。そのた
め、連続板圧延の場合は、材料がロールに噛み込んだ後
に潤滑剤を塗布し、形鋼等の孔型圧延の場合は、焼き付
きを生じるフランジ部のみに塗布し、継目無鋼管製造に
おける傾斜圧延機の場合は、ロールに塗布することはせ
ず、ガイドシューにのみ塗布量を制限して塗布するか、
塗布後皮膜を形成した後に圧延を行う方法により、スリ
ップの発生を防止している。

【００１１】ところで、スリップを起こさない潤滑剤と
して、特公平５−１６９２５号公報において、水溶性の
ほう酸塩化合物を使用する方法が提供されている。確か
に、水溶性のほう酸塩化合物は摩擦係数が０．２〜０．
３と高くスリップの発生はない。しかし、その特許公報
にも述べられているように、水溶性のほう酸塩化合物が
他の組成の焼き付き防止剤に比して優れている理由は、
高温、高面圧下において無定形のガラス状となり、これ
が被圧延材とガイドシューとの間の金属接触を防止して
いることにある。ところが、このガラス状物質は被圧延
材外表面に付着し、最終製品にまで残存することにな
る。その場合、製品としては不的確であり、そのガラス
状物質を取り除いてから製品として出荷することにな
り、生産に必要なコストを大幅に引き上げることにな
る。ところが、低合金鋼、普通炭素鋼等の場合は、疵の
大きさが１３％Ｃｒ鋼、２２％Ｃｒ鋼やオーステナイト
系ステンレス鋼等に比べ小さいため、最終製品となって
疵部を除去することにより製品として出荷できる場合が
大半であり、特公平５−１６９２５号公報において提示
されている、水溶性のほう酸塩化合物を使用する方法よ
りも、疵部を除去した方が安価と考えられる。

【００１２】そこで、発明者らは、ガイドシューと被圧
延材との間の滑り摩擦による、ガイドシュー表面への被
圧延材の焼き付きを防止し、かつ、ロールと被圧延材と
の間の滑りに起因する、ガイドシュー表面への被圧延材
の焼き付きによる製品品質の悪化をも防止する方法を完
成させるために、ロールと被圧延材との間に塗布しても
スリップの発生による圧延効率低下をもたらさず、最終
製品への悪影響もない潤滑剤の開発も必要であるという
認識を得るに至った。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、継目無鋼管製
造設備における傾斜圧延機において圧延する際、圧延ロ
ールと被圧延材との間、及びガイドシューと被圧延材と
の間に、膨潤雲母系水溶液に黒鉛及び／又は非膨潤雲
母、並びに潤滑ポリマー、燐酸カリウム等の固体潤滑剤
を添加して得られる潤滑剤を供給しつつ圧延を行うもの
である。ここでは、少なくとも１個の圧延主ロール表面
にこの潤滑剤を塗布すれば、他のロールと被圧延材との
間、ガイドシューと被圧延材との間にも潤滑剤が供給さ
れ、目標とする効果が期待できる。

【００１４】発明者らは一般に知られている潤滑剤を種
々検討した結果、ロールと被圧延材との間に塗布しても
スリップの発生による圧延効率低下をもたらさず、合金
鋼圧延を含め耐焼き付き性に優れ、最終製品への悪影響
を及ぼさない潤滑剤として、膨潤雲母系水溶液に固体潤
滑剤を添加して得られる潤滑剤を見いだした。特に、膨
潤雲母系水溶液は、摩擦係数が高く、かつ沈澱や凝集を
起こすことがなく、黒鉛や潤滑ポリマー等の固体潤滑剤
（粉末）を添加しても均一に分散できる性質を有してい
ることが判明した。従来、雲母は潤滑物質の１つとして
知られているものである（特公昭５４−１１６５６６号
公報、特開昭５５−７１７９５号公報）。しかし、本発
明は雲母を単純に潤滑剤として利用するのではなく、耐
焼き付き、耐摩耗性を有する固体潤滑剤を均一に分散す
る媒体として膨潤性雲母の微粒子を用いることに特徴を
有する。従って、従来から知られている非膨潤性雲母を
ベースとした潤滑剤とは思想が全く異なるものである。

【００１５】即ち、潤滑剤として、水に対して膨潤雲母
を１〜１０重量％含有した水溶液に、黒鉛、非膨潤性雲
母の１種又は２種を１〜１５重量％と、潤滑ポリマーを
１〜１５重量％添加して得られる潤滑剤を供給する。さ
らに、これに燐酸カリウムを１〜１５重量％添加すると
耐摩耗性・耐焼き付き性が向上する。

【００１６】この場合、膨潤雲母が１重量％未満では十
分な耐摩耗性・耐焼き付き性を発揮させるのに必要な黒
鉛、非膨潤雲母等の固体潤滑剤を均一に分散させるのが
難しい。また、１０重量％を超えるとゲル化しやすくな
り使用する際に不都合が生じやすくなる。一方、黒鉛、
非膨潤雲母、潤滑ポリマーは膨潤雲母水溶液に対してい
ずれも１重量％以上であれば、少なくとも熱間圧延等で
よく使用される従来の鉱油又はエステル系潤滑油と同等
以上の耐摩耗性を発揮する。黒鉛及び／又は非膨潤性雲
母と潤滑ポリマーとをそれぞれ１５重量％を超えて添加
しても耐摩耗効果はほとんど変化しないので、これらの
総和は３０重量％以下で十分である。又、さらに耐摩耗
性・耐焼き付き性を向上するために添加する燐酸カリウ
ムは１〜１５重量％が好ましい。１重量％未満ではその
効果が不十分であり、１５重量％を超えて添加しても向
上効果に変化がない。

【００１７】次に、発明者らは潤滑方法について検討を
行った。被圧延材１が、たる型ロール３Ａと接触開始す
る点付近である図１（ｂ）のａ及びｂで示される箇所に
塗布するのが最も効果的と判断できる。しかし、その位
置まで配管し安定して塗布することは困難である。一
方、図１（ｂ）のａ及びｂに近いたる型ロール３Ａ表面
ａ′及びｂ′であれば容易に配管でき、この箇所に塗布
すれば、たる型ロール３Ａの回転とともに潤滑剤はたる
型ロール３Ａと被圧延材１との間に十分供給可能である
と考えられる。

【００１８】そこで、穿孔機を用い、その確認実験を行
った。詳細な実験条件は後述の実施例で示す。潤滑剤は
５重量％膨潤雲母水溶液に固体潤滑剤（黒鉛）を５重量
％添加したものを使用した。ガイドシューを観察した結
果、ガイドシュー３Ｃと被圧延材１との間には潤滑を行
わなかったにもかかわらずガイドシュー３Ｃ表面への被
圧延材の焼き付きは観察されない。たる型ロール３Ａに
塗布した潤滑剤はたる型ロール３Ａと被圧延材１の間の
潤滑剤として効果を示したのみならず、たる型ロール３
Ａから被圧延材１に転写され、ガイドシュー３Ｃと被圧
延材１との間の潤滑にも寄与したことを示している。
又、一方のたる型ロール３Ａにのみ潤滑を塗布しても、
上下に位置するガイドシュー３Ｃに焼き付きは一切発生
せず、１個のたる型ロール３Ａに潤滑剤を塗布すれば、
潤滑剤は被圧延材１を媒体として、他のたる型ロール３
Ａ及び上下のガイドシュー３Ｃと被圧延材１との間に潤
滑効果をもたらすことを見いだした。即ち、薄肉材の穿
孔圧延において困難であったガイドシュー３Ｃへの潤滑
の供給は、少なくとも１個の主ロールに潤滑剤を塗布す
ることにより、安定して可能であることが判明した。

【００１９】尚、本発明で使用する潤滑剤は、膨潤雲母
系水溶液に固体潤滑剤を添加するものであるが、これ以
外に被膜形成剤、付着剤、分散剤の他、増粘剤、消泡
剤、防腐剤のような通常の潤滑剤で使用される添加剤を
配合することができる。又、ガイドシューを用いない傾
斜圧延機の場合は、ロールと被圧延材との間に潤滑剤を
供給すればよく、ディスクガイドを用いる場合は、ロー
ルと被圧延材間及びディスクガイドと被圧延材間に潤滑
剤を供給する必要があることはいうまでもない。

【００２０】

【実施例】以下に、この発明の実施例について説明す
る。ここで用いた潤滑剤組成を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】上記潤滑剤を実機穿孔機により圧延した。
穿孔条件は、被圧延材組成１．５％Ｃｒ含有の低合金鋼
を、外径１１５mm、長さ２０００mmを穿孔出側で外径１
１８mm、肉厚９．０mm、長さ６７００mmに圧延した。潤
滑剤は圧延材１本あたり約３リットルをロールと被圧延
材の接触開始点近傍に材料回転方向から供給した。ロー
ル冷却水は潤滑塗布時には絞り、穿孔が終了し潤滑供給
が停止した後水冷した。表２に圧延結果を示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】各潤滑剤２０本ずつ穿孔したが、ガイドシ
ュー表面には一切焼き付きの発生はなく、従来最終製品
における疵発生が１５％程度であったものが、本発明に
よる方法によりほぼ２％以下に抑えることができた。
又、圧延中のスリップ等の発生もなく安定した穿孔圧延
が得られるとともにガイドシューの摩耗量が低減するこ
とを確認した。尚、鉱油系はスリップが発生したので１
本の圧延で中止している。

【００２５】さらに、穿孔された素管を延伸する傾斜圧
延機であるエロンゲータに適用した。圧延材は、鋼種が
０．１％Ｃの普通鋼を外径３１８mm、肉厚２２．５mm、
長さ６４００mmを圧延後で外径３５８mm、肉厚１４．１
mm、長さ９０００mmに圧延した。潤滑剤供給量は１本あ
たり５リットルとし、それ以外の条件は前記穿孔機と同
じにて行った。表２に試験結果を示す。各潤滑剤５０本
ずつ圧延したが、本発明法ではガイドシューの表面に焼
き付きの発生もなく、従来、最終製品における疵発生が
１０％程度であったものが１％以下に抑えることができ
た。

【００２６】

【発明の効果】このように、本発明によると穿孔圧延機
及びその他の傾斜圧延機において、ガイドシュー表面へ
の被圧延材の焼き付きを防止し、飛び込み疵、へげ疵、
ピット疵を根本的に解消でき、品質向上、競争力向上の
他、耐摩耗性の向上による工具寿命向上への寄与等その
工業的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】穿孔機における穿孔過程概略説明図。

【図２】焼き付きにより発生する製品外表面疵の形態模
式図。

【図３】ガイドシュー表面の焼き付き発生位置の説明
図。

【図４】たる型ロールのロール径を説明する図。

【図５】穿孔機における被圧延材の外径変化を説明する
図。

【符号の説明】

１穿孔機における被圧延材３穿孔機３Ａ穿孔機の主たる型ロール３Ｂ穿孔機のプラグ３Ｃ穿孔機のガイドシュー４穿孔機出側の中空素管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ１０Ｍ 103:02 103:06 107:46）Ｃ１０Ｎ 40:24 (72)発明者楢崎浩二福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (56)参考文献特開平３−12498（ＪＰ，Ａ) 特公平５−16925（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21B 19/02 B21B 27/10 B21B 45/02 C10M 173/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】継目無鋼管製造設備における傾斜圧延機
において、圧延する際、圧延ロールと被圧延材との間、
及びガイドシューと被圧延材との間に、膨潤雲母系水溶
液に固体潤滑剤を添加して得られる潤滑剤を供給しなが
ら圧延を行うことを特徴とする継目無鋼管圧延方法。
【請求項２】請求項１に記載の継目無鋼管圧延方法に
おいて、少なくとも１個の圧延主ロール表面に膨潤雲母
系水溶液に固体潤滑剤を添加して得られる潤滑剤を供給
しながら圧延を行うことを特徴とする継目無鋼管圧延方
法。
【請求項３】潤滑剤として、水に対して膨潤雲母を１
〜１０重量％含有した水溶液に、黒鉛、非膨潤性雲母の
１種又は２種を１〜１５重量％と、潤滑ポリマーを１〜
１５重量％添加して得られる潤滑剤を供給することを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の継目無鋼管圧延
方法。