JP3425718B2 - 継目無管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、噛み込み不良を生
じることなく、難加工材であっても内面疵の発生を抑制
することができる継目無管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】継目無管は一般に鋳造した鋼片に加工を
加えて、あるいは連続鋳造により作られた丸または角鋼
片上のビレットを用い、マンネスマン穿孔あるいはプレ
ス穿孔、または熱間押出し等により中空素管にされ、そ
の後エロンゲータ、プラグミルまたはマンドレルミル等
の圧延機により延伸され、最終的にサイザーやストレッ
チレデューサにより定型される工程を経て製品となる。

【０００３】継目無管の素材には、合金成分の少ない一
般の低炭素鋼のように丸形鋼片への連続鋳造が比較的容
易に行え、素材の熱間加工性が良いものは鋳造まま、鋳
造ままでは鋼片中央部にポロシティや偏析が生じやすい
ステンレス鋼など、熱間加工性の悪いものであれば大き
な加工を施して丸形鋼片とするものがある。

【０００４】加工性劣化の主とした理由は連続鋳片の中
心部偏析やポロシティであり、特に大きな影響を与える
ポロシティの発生機構は一般に、鋳片の最終凝固段階に
おいて空隙が生じ、本来溶鋼が供給されるべきところが
高合金鋼などの場合ではＣｒ等の含有量が高いために溶
鋼の粘性が上昇するなどの理由で溶鋼が供給されないこ
とに起因する。例えばＣｒ量が、図５および図６に示す
ように、０．５質量％を超えると溶鋼の粘性が急激に増
加し、このためポロシティが生じやすくなる。このよう
に内部に欠陥を内包する可能性のある素材を鋳造ままで
用いた場合は、製管工程の最初にマンネスマン穿孔とい
う過酷な加工を受けるため、軸芯部のポロシティや偏析
により管内面疵が発生する。このため、特に難加工性材
料と呼ばれる、合金成分を多く含有する鋼や加工性を劣
化させる硫黄Ｓを比較的多く含有する快削鋼などの炭素
鋼はもとより、炭素量の多い普通鋼種やＣｒが添加され
た鋼種についても内部品質を向上させるための穿孔前圧
延が必要であるといわれていた。例えば、高Ｃｒ鋼の継
目無管素材の製造方法として、４００×５２０ｍｍの比
較的大断面を持つ角形状のブルームを連続鋳造機等によ
り鋳造し、加熱後、分塊圧延等を用いて矩形型形状鋼塊
から小断面の丸形鋼塊、すなわち丸ビレットを製造する
といった要領である。このような、鋳造材に予加工を加
え継目無管素材とする製造は鋳造ままで素材となすこと
のできる鋼種と比べ、工程の増加、予加工時の加熱など
によるコストの増加につながるため、できる限り予加工
を加えずに製管する手法が求められていた。

【０００５】この問題を解決するために、一つは鋳造方
法の改善、また一つは製管方法の改善が多く提案されて
いる。

【０００６】鋳造方法の改善については、連続鋳造材を
鋳造中に圧下し、欠陥を機械的に圧着させる方法がスラ
ブなど、矩形断面の鋳片においては良く適用されてい
る。この軽圧下プロセスを丸ビレットに適応したときの
大きな問題は、圧下ロールにより引き起こされる鋳片形
状の悪化と圧下を増加したときに発生する可能性のある
凝固界面の割れである。単純に丸鋳片を一対の平ロール
により圧下すれば、当然圧下部はつぶれ、断面は扁平化
する。しかも圧下により、断面内で圧下方向と直交する
方向に引っ張り応力が発生することで割れが生じやすく
なる。またポロシティの圧着効果を高めるために圧下量
を大きくすれば、形状はさらに真円から遠ざかり、割れ
の発生率は高くなり、継目無管製造用の丸ビレットとし
て用いるには、ビレットを転がすことによって行う搬送
ができなくなったり、また穿孔時の噛込みが不安定にな
る等の重大な問題が発生し、結局、鋳片の内部品質が不
十分なままで我慢せざるを得ない。この問題を解決する
ため、例えば特開平７−１０８３５８号公報（以下、先
行技術１）のように、圧下される部分を予め大きめにし
ておくという、楕円モールドによる鋳造法も提案されて
いる。この方法は軽圧下に対しては有効であるものの、
真円モールドに比べ鋳造時の流れが不均一になることに
起因する湯面変動やパウダーの引き込みにより、新たな
欠陥の原因になることが明らかであり、完全な解決策に
はなり得ない。

【０００７】一方、製管プロセスにおいても、穿孔時の
マンネスマン割れに起因する内面疵発生防止技術を検討
した事例は多い。例えば、特開昭５５−１０６６１１号
公報（以下、先行技術２）では内面疵の発生限界のみな
らず、噛み込みや偏肉についても穿孔条件を規定できる
との提案が成されている。ところが、先行技術２中にも
記されているように、内面疵の発生限界は素材の材質、
温度、製法に依存するために、連続鋳造ままの素材や難
加工材と呼ばれるものについてはこの先行技術を適用し
ても疵の発生を防止できない。

【０００８】また、穿孔ロールの傾斜角を噛込み前から
その直後まで、および尻抜け直前と直後、これらと定常
圧延中との水準を変化させることで、内面疵の発生を抑
制するという技術が特許第１８１１００８号公報（以
下、先行技術３）にある。この先行技術３は疵抑制とい
う観点では、理にかなった方法を適用している。すなわ
ち、マンネスマン割れを抑制する手段として、ロール傾
斜角の高い状態で穿孔を継続したい、ところが、その場
合には噛込み不良が生じやすくなるために、噛込み・尻
抜け時のみ傾斜角を小さくするというものである。しか
しながら、この技術も万能とは言いがたい。この技術に
よれば、素材材質が劣悪である場合には、かなりの低傾
斜角で噛込ませ、その直後に能率を維持するために高傾
斜角にロールを配置せねばならず、かなりの機械的負荷
が発生する。このため故障の危険があり、本来の目的で
ある生産能率の向上には必ずしも寄与できない。しか
も、疵そのものは低傾斜角で噛込ませる間にも生じてい
るから、噛込み時と尻抜け時、すなわち管の先後端に生
ずる疵は抑制できない。しかるに生産能率を維持しつ
つ、内面品質の良い製品を作ることは困難である。ま
た、大きな機械的付加に耐えられるように設計する必要
があるので設備費も高価なものとなる。

【０００９】一方、素材の加工性が劣悪である場合に、
その製造方法を検討した例も多くある。例えば特許第１
８２８６３９号公報（以下、先行技術４）では、硫黄快
削鋼、鉛快削鋼等の快削鋼継目無管をマンネスマン製管
法にて製造するにあたり、素材先端外径をロール開度以
下にすべくテーパ加工し、内面疵を抑制する技術が開示
されている。この先行技術４は特開昭５６−８９３０７
号公報等の先行技術を引き合いに出し、素材の加工を施
すという点でその枠を超えるものではなく、製造コスト
を低減できる技術ではない。

【００１０】また、製造コストを低減するために、なる
べく素材に予加工を加えないようにしながら製管する技
術については、例えば特開平１−２２８６０３号公報に
あるように特定の鋼種、ここでは二相ステンレス鋼に対
し連続鋳造された丸ビレットの加工度および加熱温度を
限定するといった先行技術や、特開平６−１０６２０９
号公報のような穿孔機およびプラグからなる幾何学的関
係より穿孔圧延方法を開示している先行技術もある。後
者は素材を限定せず、一見かなり有効な提案であるよう
に見える。ところが、素材品質が劣悪である場合には、
「鉄と鋼」誌第５６年第７号「継目無管の製造技術につ
いて」（以下先行文献）等において記されるように、内
面疵を抑制し得るある圧下率が存在し、少なくとも材質
の特性を把握しなくてはならないため、この様な提案は
全く無力に等しい。なぜならばマンネスマン穿孔という
過酷な加工を受けるが故に、内面疵の発生源ともなるビ
レット軸芯部の状態は、素材の鋼種あるいは製法によっ
て全く異なるからである。

【００１１】しかしながら直鋳ままの素材、特にそれが
高合金鋼であるような場合にはビレット内質の劣化が著
しく、先行技術に示されたような圧下率ではとても内面
疵は抑制できないのが現状である。また、その圧下率を
取るべく、穿孔条件を変更しようとしても、今度は素材
が噛込み不良を起こしてしまい、結局、内面疵の抑制を
行えないという問題があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の素材製造・製管工程により内面品質の良い製品を得
るためには、素材に予加工を加える必要があるが、予加
工をするための特別な設備投資が必須となりコストが上
昇するデメリットがある。一方、素材内質の悪い部分を
容認しつつ製管しようとするならば、比較的大がかりな
設備改造等を伴うことや、素材一つ一つに加工をする必
要が生じ、やはりコスト負担は免れ得ずデメリットが発
生する問題点があった。したがって、ほぼ従来通りの工
程を経ながら難加工材、特に鋳造ままの低合金鋼・高合
金鋼などを製管後も、管内面疵を残さないようにするこ
とは極めて困難であった。したがって、可能な限り直鋳
ままなどの予加工を施さない素材を用い、かつ穿孔で内
面疵を作らず、それを大きな設備投資なく製造できる
「コスト増のデメリット」を解決する技術が切望されて
いる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる事情に鑑
み、難加工材や鋳造ままの素材を、コスト負担増のデメ
リットを生じさせることのない極めて合理的な手段で従
来通りの製造を行い、かつ管内面疵を抑制するため、既
存設備を最大限利用することを検討した。その結果、上
記課題を達成する本件発明の特徴は、鋳造ままの丸鋳片
など内質劣化の著しい素材を用いることで素材コストの
抑制を行い、該素材を穿孔するにあたり穿孔ロールを低
速にて回転させて穿孔を行いつつ、プッシャーにより素
材に背圧を付与しながら押込みマンネスマン穿孔を行う
ことで従来不可能であった高いプラグ先端圧下率を取る
ことで内面疵を防止することを特徴等する継目無管の製
造方法である。以下に本件発明の原理を説明する。

【００１４】先に述べた先行文献等の知見を元にすれ
ば、加工性の劣悪な素材を疵なく穿孔・製管するには、
軽圧下穿孔が必要であることが示唆されている。これを
実現するためには、穿孔プラグを素材側へ前進させ、軽
圧下状態を作り出すことが必要になる。このことは、一
見矛盾するが、傾斜穿孔圧延法を用いながらマンネスマ
ン効果、すなわち回転鍛造効果をできる限り抑制しつつ
穿孔すればいかなる素材に対しても内面疵を生ずること
なく製管することが可能となることを意味している。

【００１５】そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ね、
従来の方法よりも遙かに小さい圧下率で穿孔を可能に
し、内面疵を抑制できる技術を見出した。それは、穿孔
に用いられる主ロールの回転速度を下記に定義した穿孔
パラメータＰＰを正とする条件を満足するように設定す
ることで内面疵を抑制する穿孔法である。

【００１６】ＰＰ＝−0.00012ＢＴ＋1.6856×10^-5×Ｄ
ｒ−0.000327×Ｖｒ＋0.0255 但し、ＢＴは素材ビレット径（ｍｍ）、Ｄｒは穿孔ロー
ル直径（ｍｍ）、Ｖｒはロール回転速度（ｒｐｍ）を表
わす。

【００１７】なお、ここでいう穿孔ロール直径とは、例
えばマンネスマン穿孔に使用されるロール形状が樽型で
ある場合には、その最大となる外周すなわちロールの直
径が最も大きい部分をもって評価する。

【００１８】軽圧下穿孔、すなわち下式（１）にて定義
されるプラグ先端圧下率Ｍの拡大は、通常の穿孔圧延条
件下ではある限界が存在する。但し、ｄはプラグ先端位
置でのロール間隔を、Ｄはビレット径を表わす。また、
ロールとプラグから素材が受ける圧下率Ｎは下式（２）
で与えられる。例えばプラグ先端圧下率Ｍが０．９７
（９７％）の場合は、素材の圧下率Ｎは０.０３（３
％）となる。

【００１９】Ｍ＝ｄ／Ｄ …（１） Ｎ＝１−Ｍ …（２） 上式（１）によればプラグ先端でのロール間隔を大きく
することがプラグ先端圧下率を高めることと同義であ
り、その方法にはロール間隔を大きく開ける穿孔方法と
穿孔プラグをビレット方向へ予め前進させておく穿孔方
法とが考えられる。いずれにしてもビレットがロールに
接触してからプラグに当たるまでの接触面積が少なくな
り、プラグの抗力に打ち勝つだけの推力をロールから得
難いことになる。このため素材が主ロールに噛込んだ
後、穿孔プラグに接触し、圧延進行方向への抗力を受け
ることで素材が進まなくなる。

【００２０】一方、本発明者らは多くの実測データに基
づいて、内質が劣化した高合金鋼等の鋳片（例えば鋳造
まま）のような難加工材を穿孔する場合は、９５％を超
えるプラグ先端圧下率を確保できればある程度、工業生
産には十分な疵の抑制が可能で、さらに９７％程度まで
それを高めればほぼ完全に内面疵を解消することができ
るという知見を得た。その結果を図７に示す。

【００２１】さらに本発明者らは、素材をロールに対
し、いかに効率よく引き込み、プラグの抗力に打ち勝つ
推力を付与できるかという点について多くの検討を重ね
た。その結果、ロール・素材間の摩擦係数を高めるこ
と、及び同時に噛込み不良を解消できるよう外力を付与
することが有利であるとの結論を得た。以下、これらに
ついて順次説明する。

【００２２】ロールの素材引き込み力を大きくする方法
としては、既にロール表面に凹凸を付与する特開平２−
２５１３０５号公報等が提案されているが、ロールの使
用による表面の凹凸の継時変化には対応できない点や、
凹凸形状が不適切に大きい場合には製品表面性状の劣化
を招くという問題もある。一方、ロール・素材間の摩擦
係数については、例えば特開平５−５７３０７号公報の
ように、増摩擦剤なるものを穿孔ロールと素材ビレット
間に供給する技術も提案されている。しかしながら、こ
の技術も高合金鋼等で生じやすい、ロール表面の劣化に
起因する「すべり」を低減し、穿孔本数の増加に伴うビ
レット前進効率を補償するものである。また同公報の実
施例中にも明記されているように、適用例のうち、疵が
生じたものは素材性である、との表現もあり、これは換
言すれば素材性起因の内面疵は抑制できないことに他な
らない。いずれにしても、常時、ある程度の摩擦係数を
維持し、穿孔プラグの抗力に打ち勝つだけの推力を付与
し得る有効な圧延方法は確認されていなかった。

【００２３】そこで、本発明者らはロール回転速度に着
目して検討を行った。摩擦力とロール回転速度または圧
延速度との間には相関があるといわれてきた。しかしな
がら、この相関は表面に何の加工も施されていない、材
料の進行方向と完全に直交したロールを用いた通常の板
圧延で確認された事項である。これに対して穿孔圧延は
先述したように、表面に十分な加工が施され、かつロー
ルは材料の進行方向と若干の角度しか持たない軸におか
れている、全く異なった圧延である。しかも穿孔プラグ
は材料の進行を阻むものである。さらには摩擦係数とプ
ラグ先端圧下率の間には、何の相関も見出されていなか
った。

【００２４】本発明者らは、マンネスマンプラグ穿孔法
について鋭意研究努力を傾け、多くの実験を重ねた結
果、一例として図７に示すように、ロール回転速度Ｖｒ
とプラグ先端圧下率との間には明白な相関があるという
知見を得た。同図は横軸にロール回転速度Ｖｒ（ｒｐ
ｍ）をとり、縦軸に前述の噛込み限界でのプラグ先端圧
下率をとって、各種サイズの素材を穿孔して両者の関係
について調べた結果を示す特性図である。図から明らか
なように、ロール回転速度Ｖｒが低速側（４.５ｍ／
秒）では高いプラグ先端圧下率での穿孔、すなわち軽圧
下穿孔が可能であることが理解できる。また、素材の噛
み込みは一般にロール直径と相関があり、また同様に素
材の場合にはビレット重量も関係する可能性があるた
め、穿孔条件としてプラグ先端圧下率、穿孔ロール直
径、素材ビレット径Ｄ、そしてロール回転速度Ｖｒを考
慮に入れた。これらについて、プラグによる抗力のため
の噛み込み限度となるプラグ先端圧下率とそれぞれのパ
ラメータとの関係を検討したところ、ビレット径Ｄとロ
ール回転速度Ｖｒの増加に伴い、またロール径の低下に
伴いプラグ先端圧下率が低下することが認められた。本
発明者らがこのような実験を数多に繰り返し、データの
蓄積を重ね、これらを熟慮した結果、先に述べた高合金
鋼で一旦穿孔前に圧延等の工程を経た素材などのある程
度内質が確保された素材を穿孔した際に生ずる疵を抑制
するために十分な圧延条件である、プラグ先端圧下率９
５％を確保でき、実際に穿孔後の管の品質を調査したと
ころ、疵発生の抑制が工業生産ベースで充分おこなえる
ことを明らかにした。

【００２５】ＰＰ＝−0.00012ＢＴ＋1.6856×10^-5×Ｄ
ｒ−0.000327×Ｖｒ＋0.0255 但し、ＢＴは素材ビレット径（ｍｍ）、Ｄｒは穿孔ロー
ル直径（ｍｍ）、Ｖｒはロール回転速度（ｒｐｍ）であ
る。

【００２６】ところが、このような条件であっても直鋳
材のような内質の不良率が高い素材に対しては内面疵の
発生頻度をコスト低減という観点で十分に低減できなか
ったため更にプラグ先端圧下率を高め、軽圧下穿孔を実
施するために、既存プッシャーの利用を検討した。

【００２７】プッシャーは本来、素材を傾斜穿孔機まで
搬送する目的で設けられており、穿孔ロールへ素材ビレ
ットを噛込ませると自動的に後退したり、手動運転時に
はオペレータが手動で後退させている。この場合に噛込
みとは、回転する穿孔ロールと素材ビレットが接触する
ことにより、自動的に開始されるものであり、プッシャ
ーが素材の搬送以外に特に意味を持つものではない。

【００２８】一方、穿孔プラグを素材側へ前進させ、素
材を軽圧下しながら穿孔する場合には、ロール・素材間
の摩擦力によって駆動されていた素材が穿孔プラグと接
触することにより抗力が発生し、これがロールにより素
材に与えられる駆動力に勝るため噛込み不良となる。噛
込み不良の要因としては、穿孔プラグによる抗力以外に
も、ロール・素材間の摩擦力の不足に起因する素材への
駆動力の伝達不十分も考えられる。しかしながら、摩擦
力を増加させることでこの問題を解決しようとする試み
については、すでに穿孔ロール表面にはよく知られてい
るナーリングと呼ばれる凹凸あるいはローレットと呼ば
れる表面加工痕があるため、経時変化によるロール表面
の変動を除けば、素材の噛み込みに大きな影響を与える
ことはできなかった。

【００２９】そこで、あらためて穿孔プラグによる抗力
の問題を十分検討したところ、この噛み込み不良が生じ
た状態と、通常の穿孔状態での違いは、図３および図４
に示すように、通常穿孔時の素材変形により得られるロ
ール・素材間の接触面積が異なることに起因する駆動力
と抗力のバランスだけである。この点に本発明者らは着
目し、噛み込み不良が生じないようにプッシャーによ
り、穿孔プラグの抗力に打ち克つだけの背圧を素材に付
与し、穿孔可能な状態の接触面積が確保でき穿孔が通常
通り進行することを可能とすることで、軽圧下穿孔、す
なわち内面疵の発生を抑制できることを見出した。

【００３０】なお、内質が劣化しやすい、硫黄を多く含
んだ炭素鋼や高合金鋼などの難加工材の直鋳材について
も内面疵の発生を従来の炭素鋼程度まで抑制できること
が認められた。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しながら
本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。

【００３２】図１に示すように、マンネスマンプラグミ
ル１は、上下一対の傾斜圧延ロール７と、傾斜圧延ロー
ル７の上流側に設けられたプッシャー５と、傾斜圧延ロ
ール７の下流側に設けられたマンドレル装置９とを備え
ている。

【００３３】傾斜圧延ロール７は樽状の周面を有し、ビ
レット２を噛み込み圧下するための中央部分が最大径と
なっている。上下ロール７は図示しない油圧シリンダと
ロールチョックを介して昇降可能に図示しないハウジン
グ内に設けられている。図２に示すように、上下ロール
の軸７ａはビレット２の搬送ラインに対して角度θずつ
左右に振り分け変位している。

【００３４】プッシャー５はクラッチ４を介して油圧シ
リンダ３に回転自由に連結されている。プッシャー５の
先端はビレット２の後端に当接可能に設けられ、複数の
ピンチロール６で支持案内されながらビレット２を傾斜
圧延ロール７に対して押出し搬送するようになってい
る。

【００３５】圧延ロール７の下流側にはマンドレル装置
９が配置されている。このマンドレル装置９は、大荷重
の油圧シリンダおよび穿孔プラグ８を備えている。マン
ドレル装置９は上下ロール７間に噛み込まれたビレット
２に対して穿孔プラグ８を押込むようになっている。

【００３６】次に、図３および図４を参照して噛み込み
不良を生じた場合と、通常の穿孔圧延の場合と、本発明
を適用してロール回転速度を制御しつつプッシャーでビ
レットに背圧を付与する場合とを比較しながら説明す
る。

【００３７】図３の（ａ）はビレット２がロール７に噛
み込まれない所謂噛み込み不良を生じた状態を模式的に
示した図である。このような噛み込み不良状態では穿孔
プラグ８にかかるスラスト荷重（プラグ荷重）およびロ
ール荷重は図４の（ａ）に示すように推移する。すなわ
ち、ビレット２がロール７に噛み込まれないので、プラ
グ荷重Ｐ１およびロール荷重Ｒ１ともに上昇しないまま
開始時間ｔ１から継続時間ｔ１５までの間において両者
とも低レベルに終始する。その結果としてビレット２は
まったく穿孔されない。

【００３８】図３の（ｂ）はビレット２がロール７に正
常に噛み込まれた後に通常の穿孔を行なう状態を模式的
に示した図である。このような正常噛み込み状態下での
穿孔においては、プラグ８にかかるスラスト荷重（プラ
グ荷重）およびロール荷重は図４の（ｂ）に示すように
推移する。すなわち、先ずビレット２が時間ｔ１にロー
ル７に噛み込まれて、ロール荷重Ｒ２が急激に増加し、
次いで穿孔プラグ８にビレット２が押込まれて、プラグ
荷重Ｐ２が急激に増加する。ロール荷重Ｒ２のピーク時
間帯ｔ５〜ｔ１０とプラグ荷重Ｐ２のピーク時間帯ｔ４
〜ｔ９とは必ずしも一致しないが、穿孔中のロール荷重
Ｒ２はプラグ荷重Ｐ２を常に上回る。最終的に穿孔プラ
グ８がビレット２を貫通すると、両荷重Ｒ２，Ｐ２は急
激に減少してほぼ同じ時間ｔ１３にゼロになる。

【００３９】図３の（ｃ）は本発明を適用してロール回
転速度を制御しながらプッシャーでビレットに背圧を付
与する状態を模式的に示す図である。上記の通常穿孔状
態と噛み込み不良状態との違いは、通常穿孔時の素材変
形により得られるロール・素材間の接触面積が異なるこ
とに起因する駆動力と素材が穿孔プラグから受ける抗力
とのバランスだけである。本発明者らは、この点に着目
して鋭意研究努力を積み重ねた結果、噛み込み不良を生
じないように穿孔プラグの抗力に打ち克つだけの背圧を
プッシャーにより素材に付与し、素材をロールに噛み込
ませ、穿孔可能な状態の接触面積を確保し、通常の穿孔
状態に移行させる条件を見出した。すなわち、図７に示
すように、プッシャー５でビレット２に背圧を付与する
一方で、本発明で規定するＰＰ値が正となるようにロー
ル回転速度を制御すると、確実にプラグ先端圧下率Ｍが
９５％を超えることが判明した。

【００４０】この力学的メカニズムの概要について図４
の（ｃ）を参照して説明する。

【００４１】圧延ロール７を本発明で規定するＰＰ値が
正になるように回転速度を制御しながら、時間ｔ３〜ｔ
６の間にプッシャー５でビレット２を押すと、ロール荷
重Ｒ３とプラグ荷重Ｐ３は徐々に増加する。噛込み初期
は噛込み不良時と同じ荷重変動を示しているが、プッシ
ャーにより素材後方から背圧を付与し始めると、ロール
荷重Ｒ３およびプラグ荷重Ｐ３ともに増加し始め、途中
から通常穿孔状態に移行していることが図から明らかで
ある。なお、プッシャーはロール荷重が増大を始める、
すなわち接触面積を確保し始めた段階で後退もしくはプ
ッシャー速度を定常穿孔状態の素材速度未満としている
ため、穿孔プラグに余計な負荷はかかっていない。この
ため、素材後方から背圧を付与しても高合金鋼穿孔で懸
念される、耐用度の減少をもたらすことはない。また、
通常穿孔時に想定されるロール・各種ガイドシュー間へ
の素材噛出しに伴うトラブルは、軽圧下穿孔であるため
に押込みを行っても生じない。また同図では穿孔時間が
延びているが、噛込みが行われ通常穿孔状態に移行した
段階で、通常速度へロール速度を戻せば、ほとんど能率
の損失もなく、疵も解消できる。素材に付与された背圧
が穿孔プラグの抗力に打ち克つと、素材がロールに完全
に噛み込まれ、ロール荷重Ｒ３およびプラグ荷重Ｐ３は
ともに最大値を示すようになる。すなわち、ロールと素
材との相互接触面積が十分に大きくなった後に、素材が
穿孔プラグと接触するようになる。ロール荷重Ｒ３のピ
ーク時間帯ｔ７〜ｔ１２とプラグ荷重Ｐ３のピーク時間
帯ｔ８〜ｔ１１とは必ずしも一致しないが、両荷重Ｒ
３，Ｐ３ともに最大値を有する。この領域ではロール荷
重Ｒ３が十分に大きくなる。また、図４の（ｃ）では穿
孔時間が延びているが、素材がロールに噛み込み、通常
穿孔状態に移行した段階で、通常速度へロール速度を戻
せば、ほとんど生産性の損失もなく、内面疵の発生も抑
制できる。

【００４２】図９は本発明に係る継目無管の製造方法と
従来方法とを用いて大径の継目無管を製造したときのプ
ラグ先端圧下率と内ラップ疵評価点数との相関を示す特
性図である。図中にて特性線Ａは各種データをプロット
したものを最小二乗法などの手法により求めた関係式に
対応するものである。図から明らかなように、内ラップ
疵評価点数はプラグ先端圧下率の上昇とともに良好とな
り、プラグ先端圧下率が９５％を超える領域ではほぼ合
格ライン（内ラップ疵評価点数で５０点）に到達するこ
とが判明した。とくに硫黄を多く含んだ炭素鋼（快削
鋼）のような難加工性材料については良好な結果が得ら
れた。

【００４３】図１０は本発明に係る継目無管の製造方法
と従来方法とを用いて小径および大径の継目無管をそれ
ぞれ製造したときのプラグ先端圧下率と内ラップ疵評価
点数との相関を示す特性図である。図中にて特性線Ｂは
各種データをプロットしたものを最小二乗法などの手法
により求めた関係式に対応するものである。図から明ら
かなように、内ラップ疵評価点数はプラグ先端圧下率の
上昇とともに良好となり、プラグ先端圧下率が９５％を
超える領域では合格ライン（内ラップ疵評価点数で５０
点）に到達することが判明した。とくに１３％Ｃｒステ
ンレス鋼の小径管（外径１３９．７ｍｍ×厚み７．７２
ｍｍ）では９７％以上を確保することで内面疵をほとん
ど生じない優秀な結果が得られた。これにより１３％Ｃ
ｒステンレス鋼の継目無管を鋳造ままの状態の直鋳材か
ら製造することが可能となる。

【００４４】（実施例１）熱間モデル穿孔機で本件発明
について検討を行った。素材ビレットには鋳造ままの１
％Ｃｒ鋼を用い、素材加熱温度は１２５０℃、ロール入
側面角は２．５度、ロール傾斜角は９度、ロールは樽型
を用い、その表面加工は通常のナーリングと呼ばれる
０．５ｍｍ深さ程度の凹凸加工を施した条件にて穿孔実
験を実施した。なお、内面不良に関しては、各水準１０
本の穿孔を行い、総圧延長さあたりの疵が発生している
部分の素管長さの比率を不良率として評価した。表１に
おいて内面疵発生率が１５％以上である場合をバツマー
ク、５％以上〜１５％未満を三角マーク、１％以上〜５
％未満を一重丸マーク、さらに１％未満を二重丸マーク
で表示した。表１から明らかなように、プッシャー未使
用の条件で穿孔を行った比較例では、回転速度を抑え、
指数ＰＰの値を正としても、すなわちプラグ先端圧下率
を９５％程度としたとしても内面疵の発生を十分には抑
制できていない（サンプル番号５，６）。また、ロール
回転速度が上昇するに従って内面疵が増加する傾向が見
られ、１１０ｒｐｍのロール回転速度では不良率が２
５．５％と疵が多発した（サンプル番号２）。一方、ロ
ール径を３００ｍｍから５００ｍｍへと変更した例で
は、ロール回転速度を同一条件よりも大きくして指数Ｐ
Ｐの値を正にすることができ、このような条件下での穿
孔による不良率はほぼ変わらないことが認められた（サ
ンプル番号６）。これはビレット径に対するロール径の
比が大きくなったことで、素材の噛み込み性が向上し、
高速の圧延でも高いプラグ先端圧下率を確保することが
可能となったためである。

【００４５】さらに本発明の適用、すなわちプッシャー
による素材の押込みと指数ＰＰの値を正とするロール回
転速度の制御との組合せにより、製品の不良率を２％に
まで低減させることが可能となり（サンプル番号１
０）、ロール回転速度を６０ｒｐｍとした例では、完全
に内面疵のない穿孔が可能となった（サンプル番号１
１）。

【００４６】（実施例２）同様の穿孔条件で、素材に実
施例１よりも熱間加工性の劣る、鋳造ままの１３％Ｃｒ
−３％Ｍｏ−５％Ｎｉ鋼材を用いて実験を行った。この
結果を表２に示す。上記の実施例１と同様に、指数ＰＰ
が負の領域で、プッシャーによる押込み不使用の比較例
（サンプル番号１２）においては不良率が最大５８％と
非常に高く、とても工業生産は成り立たない。しかしな
がら、ロール回転速度１１０ｒｐｍとプッシャー押込み
とを組み合わせた例では不良率が１３．５％まで減少し
（サンプル番号１７）、さらに低速のロール回転速度７
６ｒｐｍとプッシャー押込みとを併用した例では不良率
が４．５％まで低減され（サンプル番号１９）、製管可
能な領域に達した。最終的にはロール回転速度Ｖｒを４
５ｒｐｍまで遅くする低速穿孔とプッシャー押込みとの
併用によりほぼ無欠陥に近い状態で製管が可能であるこ
とを見出した（サンプル番号２１）。この結果、実機で
もほぼ手入れ無しの状態で製造が可能となる見通しを得
た。本発明により素材予加工のコストをそのまま低減さ
えることが可能であることを確認した。

【００４７】なお、上記実施例の結果を実機１７０φ〜
３３０φのビレット径に対し適用したところ、良好な結
果が得られ、難加工材やこれらの直鋳材適用による穿孔
の十分な工業化が可能であることを認めた。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、従来、素材中心部にザ
ク等が存在するため熱間加工性が劣悪で継目無管材とし
て不適当であった鋳造ままの難加工材を穿孔圧延する際
に、設備に大幅な変更を加えることなく穿孔条件を最適
化させることができる。これにより９７％以上という高
いプラグ先端圧下率で噛み込み不良を生じることなく製
管し、内面疵の発生を抑制し、付加価値の高い高合金鋼
の継目無管を低コストで製造することができ、生産性の
向上を図ることができる。

【００５１】とくに小径管においては１３％Ｃｒステン
レス鋼や快削鋼のような難加工性材料であっても内面疵
をほとんど生じることなく鋳造ままの状態の直鋳材から
継目無管を製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】マンネスマン押込み穿孔法を利用した継目無管
の製造装置を示す概略構成図。

【図２】傾斜圧延ロールを示す平面図。

【図３】（ａ）は噛み込み不良の状態を示す断面模式
図、（ｂ）は通常の穿孔状態を示す断面模式図、（ｃ）
はプッシャーでの押込みにより穿孔を継続した状態を示
す断面模式図。

【図４】（ａ）は噛込み不良時の穿孔プラグ荷重および
ロール荷重の経時変化を示す荷重変動特性線図、（ｂ）
は通常穿孔時の穿孔プラグ荷重およびロール荷重の経時
変化を示す荷重変動特性線図、（ｃ）はプッシャー押込
みにより穿孔を継続した時の穿孔プラグ荷重およびロー
ル荷重の経時変化を示す荷重変動特性線図。

【図５】Ｃｒ含有量と溶鋼の粘度との関係を示す溶鋼の
粘性特性線図。

【図６】Ｃｒ含有量と溶鋼の粘度との関係を示す溶鋼の
粘性特性線図。

【図７】本発明に係る継目無管の製造方法と従来方法と
を用いて種々の継目無管を製造したときのロール回転速
度とプラグ先端圧下率との相関を示す特性図。

【図８】圧延ロール、穿孔プラグ、ワークの幾何学的関
係とプラグ先端圧下率との関係を説明するために穿孔時
の圧延ロール、穿孔プラグ、ワークを拡大して示す断面
模式図。

【図９】本発明に係る継目無管の製造方法と従来方法と
を用いて大径の継目無管を製造したときのプラグ先端圧
下率と内ラップ疵評価点数との相関を示す特性図。

【図１０】本発明に係る継目無管の製造方法と従来方法
とを用いて小径および大径の継目無管をそれぞれ製造し
たときのプラグ先端圧下率と内ラップ疵評価点数との相
関を示す特性図。

【符号の説明】

２…ビレット、 ３…油圧シリンダ、 ４…クラッチ、 ５…プッシャー、 ６…ピンチロール、 ７…傾斜圧延ロール、 ８…穿孔プラグ、 ９…マンドレル装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−228603（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−261409（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−50906（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−220907（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−300006（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−175049（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 19/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 横断面が丸形状の鋳片を傾斜圧延ロール
   に噛み込ませて穿孔プラグで穿孔する継目無管の製造方
   法において、下式で定義されるＰＰ値が正の値をとりう
   るように傾斜圧延ロールの回転速度を制御するととも
   に、鋳片が傾斜圧延ロールに安定に噛み込むまでプッシ
   ャーにより鋳片に背圧を付与することを特徴とする継目
   無管の製造方法。 ＰＰ＝−0.00012ＢＴ＋1.6856×10^-5×Ｄｒ−0.000327
   ×Ｖｒ＋0.0255 但し、ＢＴは素材ビレット径（ｍｍ）、Ｄｒは穿孔ロー
   ル直径（ｍｍ）、Ｖｒはロール回転速度（ｒｐｍ）とす
   る。
2. 【請求項２】 プッシャーの速度を鋳片の圧延方向速度
   を超えない範囲とすることを特徴とする請求項１記載の
   継目無管の製造方法。
3. 【請求項３】 下式で定義されるプラグ先端圧下率Ｍを
   ９７％以上とすることを特徴とする請求項１又は２のい
   ずれか一方に記載の継目無管の製造方法。 Ｍ＝ｄ／Ｄ 但し、ｄはプラグ先端位置でのロール間隔、Ｄは鋳片の
   直径とする。
4. 【請求項４】 前記鋳片は、鋳造ままの状態であること
   を特徴とする請求項３記載の継目無管の製造方法。
5. 【請求項５】 前記鋳片は、Ｃｒ含有量が０．５質量％
   以上の高合金鋼であることを特徴とする請求項４記載の
   継目無管の製造方法。