JP3651198B2 - 鋼管の絞り圧延方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管の絞り圧延方法に関し、とくにスケール厚の薄い表面肌に優れた鋼管を製造可能な鋼管の絞り圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管は、継目無鋼管と溶接鋼管とに分類される。
継目無鋼管は、図４に示すように素材（鋼片）を加熱炉で高温に加熱したのち、ピアサによる穿孔と、穿孔された管を延伸するマンドレルミル、プラグミル等による圧延とを施し、ついで再加熱炉で再加熱されたのち、延伸された管の外径、肉厚を整えるレデューサ、サイザによる圧延工程を経て冷却されて製品とされる。
【０００３】
このように、継目無鋼管は、熱間圧延により製造され、また、再加熱炉で850 〜 900℃に加熱されるため４〜５μｍ厚のスケールが表面にまだらに付着した、黒皮のままの状態で出荷されている。このため、継目無鋼管は表面粗さが粗く、しかも管の二次加工時に表面に付着したスケールが剥離し、管表面性状がさらに劣化する等の問題があった。また、二次加工に伴い、加工歪みを除去する目的で熱処理を施す場合もあり、表面にスケールがさらに付着する。したがって、表面性状を向上させるために酸洗を行わねばならず、工程が長く複雑になるという問題が生じていた。
【０００４】
溶接鋼管は、鋼板または鋼帯を管状に成形しその継目を溶接したもので、小径から大径まで各種の製造法によりつくられているが、主な製造法として、電気抵抗溶接（電縫）、鍛接、電弧溶接によるものが挙げられる。
小径〜中径鋼管用としては、高周波電流を利用した電気抵抗溶接法（電気抵抗溶接鋼管、電縫管）が主として利用されている。この方法は、連続的に帯鋼を供給し、成形ロールで管状に成形してオープン管とし、続いて高周波電流によりオープン管の両エッジ部端面を鋼の融点以上に加熱した後、スクイズロールで両エッジ部端面を衝合溶接して鋼管を製造する方法である（例えば、第３版鉄鋼便覧第III 巻(2) 1056〜1092頁）。
【０００５】
一方、比較的小径鋼管用として極めて高い生産性を有する鍛接鋼管製造方法がある。この方法は、連続的に供給した帯鋼を加熱炉で1350〜1400℃程度に加熱した後、成形ロールで管状に成形してオープン管とし、続いてオープン管の両エッジ部に高圧空気を吹き付けて端面のスケールオフを行った後、ウェルディングホーンにより端面に酸素を吹き付け、その酸化熱で端面を局部的に昇温させてから、鍛接ロールで両エッジ部端面を衝合させ固相接合して鋼管を製造する方法である（例えば、第３版鉄鋼便覧第III 巻(2) 1093〜1109頁）。
【０００６】
しかしながら、電縫管、鍛接管の製造方法においては、製品鋼管寸法に合わせた孔型ロールを用いなければならないことから小ロット多品種の鋼管製造には適していない。
このような鋼管製造方法の欠点を解消するために、特開昭63−33105 号公報 、特開平２−187214号公報に開示されるように、電縫管を冷間で絞り圧延する方法が提案されている。
【０００７】
しかし、鋼管を冷間で絞り圧延すると、圧延荷重が大きいために、ロールとの焼きつき防止のための潤滑圧延装置の設置や大きな圧延荷重に耐え得る大型ミルの設置を余儀なくされ、また、鋼帯を素管に成形するときの成形歪にさらに冷間絞り圧延による加工歪が重畳して素材の加工硬化が著しいために、製管後にさらに熱処理工程を追加しなければならないという問題がある。また、使用する帯鋼が熱間圧延のままであれば、付着スケールを除去するため、酸洗が不可欠であり、さらに、製管後、熱処理を追加すると、スケールが生成し酸洗が必要となる。
【０００８】
また、特公平２−24606 号公報、特開昭60−15082 号公報に開示されるように、電縫管を熱間で絞り圧延する方法が提案されている。
しかし、電縫管を熱間で絞り圧延する際は、再加熱炉で素管を 800℃以上に加熱するので、新たなスケール付着を生じ、かつ、絞り圧延時のスケール噛込みを誘発するといった問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記した問題は、鋼管の絞り圧延を従来のように冷間、熱間で行うのでなく 800℃未満の温間温度域で行ういわゆる温間絞り圧延を採用することにより解決できると考えられる。しかし、本発明者らの実験によれば、単に温間絞り圧延を行うだけでは、十分に薄いスケールを有する鋼管や、表面粗さの小さい優れた表面性状を有する鋼管を得ることは困難である。
【００１０】
本発明は、上記した問題を有利に解決しうる手段、すなわち、十分に薄いスケールを有し、かつ表面粗さの小さい優れた表面性状を有する鋼管を製造可能な鋼管の絞り圧延方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、温間絞り圧延と適切に選択したスタンドへの潤滑剤適用とを組み合わせることにより、前記課題が達成できるという重要な知見を得るに至り、この知見に基づいてさらに検討を重ねて本発明を完成した。
第１の本発明（請求項１記載の発明）は、複数の孔型ロールを円周方向に配置してなるスタンドを複数タンデムに配列した絞り圧延装置に鋼管を連続的にパスさせて絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、絞り圧延前の鋼管を 800℃未満に加熱し、絞り圧延の終了温度を 500℃〜 700℃とし、少なくとも最終２パスおよび／または少なくとも開始２パスのスタンドに潤滑剤を適用し、さらに、縮径率／パスが６％以上のパスのスタンドに潤滑剤を適用することを特徴とする鋼管の絞り圧延方法である。
【００１２】
第２の本発明（請求項２記載の発明）は、複数の孔型ロールを円周方向に配置してなるスタンドを複数タンデムに配列した絞り圧延装置に鋼管を連続的にパスさせて絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、絞り圧延前の鋼管を 800℃未満に加熱し、絞り圧延の終了温度を 500℃〜 700℃とし、少なくとも最終２パスおよび／または少なくとも開始２パスのスタンドに潤滑剤を適用し、さらに、絞り圧延を終えた直後の鋼管を急速冷却することを特徴とする鋼管の絞り圧延方法である。
【００１３】
第３の本発明（請求項３記載の発明）は、第１、第２の本発明を合併したものである。
第１〜第３の本発明において、潤滑剤は酸化防止剤または還元剤を含有するものであること（請求項４記載の発明）が好ましい。また、必要に応じて、加熱後絞り圧延前の鋼管にデスケーリングを施すことが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施に適した管圧延ラインの一例を示す模式図である。図１において、１は絞り圧延前の鋼管（素管）、２は絞り圧延後の鋼管（成品管）、３は孔型ロール、４はスタンド、５は加熱装置、６は潤滑剤、７は潤滑剤噴射装置、８は冷媒、９は急冷装置、10は絞り圧延装置（レデューサ）、11はデスケーラ、12は温調用冷却装置、20は温度計である。
【００１５】
絞り圧延装置10は、複数の孔型ロール３を円周方向に配置してなるスタンド４を複数タンデムに配列して構成される。スタンド数は素管１と成品管２との外径の組合せによって決まるパススケジュール（「縮径パターン」という。一例を図２に示す。）に応じて選択される。孔型ロール３の配置本数は２本以上何本でもよい。図１には孔型ロール３を各スタンド４に３本ずつ配置した３ロール式レデューサの例を示した。
【００１６】
なお、絞り圧延では、図２に示すように、縮径率／パスを序盤で徐々に上げ、中盤ではほぼ一定とし、終盤で徐々に下げていくような縮径パターンを採用するのが一般的であり、中盤のパスに用いるスタンドをワーキングスタンド、終盤のパスに用いるスタンドをサイジングスタンドという。
レデューサ10の入側には素管１を 800℃未満の温度に加熱する加熱装置５（この例では誘導加熱装置）が配置され、好適形態として加熱装置５とレデューサ10の間にデスケーラ11（この例ではブラシロール）が配置され、ラインの要所要所には加熱温度、圧延中の鋼管温度を監視する温度計20が配置され、各スタンド４入側には潤滑剤６を孔型ロール３に吹きつけ可能な潤滑剤噴射装置７（この例ではスプレー装置）が配置され、絞り圧延装置10出側には急速冷却用の冷媒８を成品管２に吹きつけ可能な急冷装置９（この例ではスプレー装置）が配置されている。
＜温間絞り圧延＞
素管１は、加熱装置５により 800℃未満に加熱される。加熱温度を 800℃未満としたのは、 800℃超であると１次スケールの生成量が急激に増加し成品管２の表面肌が劣化するためである。なお、加熱温度は 500℃以上とするのが好ましい。 500℃を下回る加熱では、圧延荷重が過大となり、絞り圧延装置10を大型化する必要が生じるほか、成品管２に焼きつき、表面疵が発生しやすく、加工硬化も大きくなりやすい。加熱方式は特に限定されず、図１に示した誘導加熱方式以外に、火炎直熱式もしくは輻射管式の炉内加熱方式も採用できるが、誘導加熱方式のほうが加熱速度が大きいから設備スペース面、生産能率面で有利である。
【００１７】
絞り圧延の終了温度は 500℃以上 700℃以下の範囲に管理する必要がある。圧延終了温度が 700℃超では、圧延終了後に生成する２次スケール量が多くなってスケール厚みが増大し、一方、 500℃未満では、圧延荷重が増大するうえ、いわゆる青熱脆性域での圧延となるため加工硬化量が増大して成品管の延性が劣化する。
【００１８】
なお、本発明では、レデューサ10の入側あるいはスタンド間に温調用冷却装置12を配設して鋼管の温度調整を行ってもよい。
＜潤滑圧延＞
第１〜第３の本発明では、前記温間絞り圧延条件を満たしながら、少なくとも最終２パスのスタンド、および／または、少なくとも開始２パスのスタンドに潤滑剤を適用する（すなわち当該パスでは潤滑圧延を行う）ものとする。
【００１９】
これは、前記した温間絞り圧延条件の下で、ロールの平滑度を維持して管の表面粗さを確保し、あるいは潤滑剤を管表面に転着させて圧延中乃至圧延後の酸化を抑制するための必須の要件である。
少なくとも最終２パスのスタンド（サイジングスタンドの最終第１および第２スタンド）に潤滑剤を適用することにより、最終２スタンドのロールの平滑度が維持されて管の表面粗さが確保され、かつ管表面に潤滑剤が転着されて圧延後の管の酸化が防止できる。
【００２０】
また、少なくとも開始２パスのスタンドに潤滑剤を適用することにより、潤滑剤が管表面に効果的に転着し、以後のスタンド間での酸化が有効に防止されて圧延中のスケール生成が阻止される。
また、最終２パス以上、開始２パス以上の両方とも潤滑圧延することにより圧延中乃至圧延後の管の酸化が抑制される。
【００２１】
最終２パス、開始２パスを外した潤滑圧延では上記効果に乏しく、十分に薄いスケールを有しかつ表面肌に優れる成品管が得られない。
潤滑剤の適用は、図１に示すように、ロールに吹付ける方法によるのが好適である。
前記温間絞り圧延とこの潤滑圧延とを組合せることににより、初めて成品管の薄スケール化（スケール厚み≦３μｍ）および表面粗さ改善（Ｒz ≦10μｍ）を同時に達成することができる。
【００２２】
潤滑剤としては、通常の熱間圧延油が使用できるが、圧延荷重低減の観点からすれば、鉱油に合成エステルを添加した潤滑剤が好適であり、また、酸化抑制効果をさらに高めるには、酸化防止剤（フェノール系、イオウ系、アミン系など）もしくは還元剤（リン系フォスファイト、チオ硫酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウムなど）を含有する潤滑剤を適用するのが好適である。
【００２３】
また、第１および第３の本発明では、ロールへの鋼管の焼付きを軽減するために、縮径率／パスの高い（６％以上の）パスへの潤滑圧延の適用を付加する。
＜圧延直後急冷＞
第２および第３の本発明では、鋼管は絞り圧延終了後、直ちに急冷装置９で急速冷却される。
この急冷は、圧延終了後のスケール生成をさらに抑制して成品管のスケール厚をより一層薄くする効果があり、急冷終了温度はスケール生成がみられない300 ℃以下とするのがよい。冷媒８は水、噴霧、エアー、窒素ガスなどのいずれを用いてもよいが、冷却速度は20℃/s以上とするのが望ましい。
＜圧延前デスケーリング＞
本発明では、レデューサ10入側にデスケーラ11を配設し、絞り圧延前に素管１に対してデスケーリングを施すことが、より一層好ましい。これにより、稀ではあるが発生する圧延序盤でのスケール噛み込みによる表面疵を完全に防止でき、成品管の表面性状がさらに向上する。デスケーラ11としては、図１に示したブラシロール以外にショトブラスト、サンドバッグ等のメカニカルデスケーリング手段が好適である。
【００２４】
本発明において、素管は継目無鋼管、電縫鋼管、固相圧接鋼管のいずれであってもよく、それぞれの素管製造ラインと絞り圧延ラインとの連続化も可能である。
固相圧接鋼管について上記のように素管製造ラインと管圧延ラインとを連続化したラインの一例を図３に示す。
【００２５】
アンコイラ30から払い出された帯鋼21は、中継ぎ溶接機31により先行する帯鋼21に連結され、ルーパ32を介して予熱炉33で予熱された後、成形ロール群からなる成形加工装置34でオープン管22に成形され、該オープン管22はその両エッジ部をエッジ予熱用誘導加熱装置35とエッジ加熱用誘導加熱装置36とにより融点未満の温度域に加熱された後スクイズロール６で衝合・圧接されることにより、素管１となる。
【００２６】
ついで、素管１は、加熱装置５（この例では均熱炉）で所定の温度に加熱均熱され、必要に応じてデスケーラ11でスケール除去後、レデューサ10により絞り圧延され、圧延終了後に急冷装置９で急冷され、切断機40で切断され、管矯正装置41で矯正されて成品管２となる。鋼管の温度は温度計20で測定される。
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す化学組成になる鋼Ａ（JIS STKM13A 相当）を熱間圧延して製造された3.2mm 厚の帯鋼を、図３のアンコイラ30からスクイズロール37までの固相圧接鋼管製造ラインに通してφ88.0mm×t3.2mmの素管１（素管Ａ）となし、これを引き続き加熱装置５以降の管圧延ラインに通してφ60.7mm×t3.2mmの成品管２を得る絞り圧延工程（総縮径率31％）に本発明を適用した。なお、素管Ａ製造時の予熱炉33の炉温は600 ℃とした。素管Ａの表面は黒皮とよばれるFeO ＋Fe3O4 からなるスケール層で覆われていた。素管Ａの表面粗さＲz （十点平均粗さ）とスケール厚みＴs を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
絞り圧延では、表２に示す縮径パターン▲１▼〜▲４▼を採用し、表３に示すように、本発明要件を満たす条件（実施例）、温間絞り圧延を行うが潤滑圧延なしの条件（比較例Ｘ）、潤滑圧延を行うが本発明要件を満たさない条件（比較例Ｙ）の３条件について実施した。潤滑剤は、適用対象スタンド入側からスプレーで当該スタンドのロールに噴射することにより適用し、一部については圧延後急冷（水スプレーによる）を行った。なお、レデューサ入側でのデスケーリングは行わなかった。
【００３０】
得られた成品管のＲz 、Ｔs を調査した結果を表３に示す。
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
比較例Ｘ（X1〜X4）、比較例Ｙ（Y1〜Y4）ではＲz ＞10μｍ、Ｔs ＞３μｍであるのに対し、実施例（E1,E2,E3,E5 ）ではＲz ≦10μｍ、Ｔs ≦３μｍであり、本発明によりスケール厚みが薄くしかも表面肌に優れる成品管が得られることが明白である。
（実施例２）
表１に示す化学組成になる鋼Ｂ（JIS STK400相当）を転炉溶製⇒連続鋳造によりビレットとなし、このビレットを図４に示した継目無鋼管製造ラインの加熱炉⇒ピアサ⇒マンドレルミル（マンネスマン方式）に通してφ110.0mm ×t6.0mmの継目無鋼管（素管Ｂ）とした。この素管Ｂを図１の加熱装置５以降の管圧延ラインに通してφ59.4mm×t6.0mmの成品管２を得る絞り圧延工程（総縮径率46％）に本発明を適用した。なお、素管Ｂの表面は黒皮とよばれるFeO ＋Fe3O4 からなるスケール層で覆われていた。素管Ｂの表面粗さＲz （十点平均粗さ）とスケール厚みＴs を表１に示す。
【００３４】
絞り圧延では、表２に示す縮径パターン▲５▼〜▲７▼を採用し、表４に示すように、本発明要件を満たす条件（実施例）、温間絞り圧延を行うが潤滑圧延なしの条件（比較例Ｘ）、潤滑圧延を行うが本発明要件を満たさない条件（比較例Ｙ）の３条件について実施した。潤滑剤は、適用対象スタンド入側からスプレーで当該スタンドのロールに噴射することにより適用し、一部については圧延後急冷（水スプレーによる）を行った。なお、レデューサ入側でのデスケーリングは行わなかった。
【００３５】
得られた成品管のＲz 、Ｔs を調査した結果を表４に示す。
比較例Ｘ（X5〜X7）、比較例Ｙ（Y5〜Y8）ではＲz ＞10μｍ、Ｔs ＞３μｍであるのに対し、実施例（E7,E8,E10 ）ではＲz ≦10μｍ、Ｔs ≦３μｍであり、本発明によりスケール厚みが薄くしかも表面肌に優れる成品管が得られることが明白である。
【００３６】
【表４】
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、厚さ３μｍ以下の十分に薄いスケールを有し、かつ表面粗さＲz 10μｍ以下の優れた表面性状を有する鋼管を、生産性の高い絞り圧延法によって製造できるようになるという格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に適した管圧延ラインの一例を示す模式図である。
【図２】絞り圧延の縮径パターンの例を示すグラフである。
【図３】固相圧接鋼管製造ラインと管圧延ラインとを連続化した一例を示す模式図である。
【図４】継目無鋼管の製造工程を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 絞り圧延前の鋼管（素管）
２ 絞り圧延後の鋼管（成品管）
３ 孔型ロール
４ スタンド
５ 加熱装置
６ 潤滑剤
７ 潤滑剤噴射装置
８ 冷媒
９ 急冷装置
10 絞り圧延装置（レデューサ）
11 デスケーラ
12 温調用冷却装置
20 温度計
21 帯鋼
22 オープン管
30 アンコイラ
31 中継ぎ溶接機
32 ルーパ
33 予熱炉
34 成形加工装置
35 エッジ予熱用誘導加熱装置
36 エッジ加熱用誘導加熱装置
37 スクイズロール
40 切断機
41 管矯正装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管の絞り圧延方法に関し、とくにスケール厚の薄い表面肌に優れた鋼管を製造可能な鋼管の絞り圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管は、継目無鋼管と溶接鋼管とに分類される。
継目無鋼管は、図４に示すように素材（鋼片）を加熱炉で高温に加熱したのち、ピアサによる穿孔と、穿孔された管を延伸するマンドレルミル、プラグミル等による圧延とを施し、ついで再加熱炉で再加熱されたのち、延伸された管の外径、肉厚を整えるレデューサ、サイザによる圧延工程を経て冷却されて製品とされる。
【０００３】
このように、継目無鋼管は、熱間圧延により製造され、また、再加熱炉で850 〜 900℃に加熱されるため４〜５μｍ厚のスケールが表面にまだらに付着した、黒皮のままの状態で出荷されている。このため、継目無鋼管は表面粗さが粗く、しかも管の二次加工時に表面に付着したスケールが剥離し、管表面性状がさらに劣化する等の問題があった。また、二次加工に伴い、加工歪みを除去する目的で熱処理を施す場合もあり、表面にスケールがさらに付着する。したがって、表面性状を向上させるために酸洗を行わねばならず、工程が長く複雑になるという問題が生じていた。
【０００４】
溶接鋼管は、鋼板または鋼帯を管状に成形しその継目を溶接したもので、小径から大径まで各種の製造法によりつくられているが、主な製造法として、電気抵抗溶接（電縫）、鍛接、電弧溶接によるものが挙げられる。
小径〜中径鋼管用としては、高周波電流を利用した電気抵抗溶接法（電気抵抗溶接鋼管、電縫管）が主として利用されている。この方法は、連続的に帯鋼を供給し、成形ロールで管状に成形してオープン管とし、続いて高周波電流によりオープン管の両エッジ部端面を鋼の融点以上に加熱した後、スクイズロールで両エッジ部端面を衝合溶接して鋼管を製造する方法である（例えば、第３版鉄鋼便覧第III 巻(2) 1056〜1092頁）。
【０００５】
一方、比較的小径鋼管用として極めて高い生産性を有する鍛接鋼管製造方法がある。この方法は、連続的に供給した帯鋼を加熱炉で1350〜1400℃程度に加熱した後、成形ロールで管状に成形してオープン管とし、続いてオープン管の両エッジ部に高圧空気を吹き付けて端面のスケールオフを行った後、ウェルディングホーンにより端面に酸素を吹き付け、その酸化熱で端面を局部的に昇温させてから、鍛接ロールで両エッジ部端面を衝合させ固相接合して鋼管を製造する方法である（例えば、第３版鉄鋼便覧第III 巻(2) 1093〜1109頁）。
【０００６】
しかしながら、電縫管、鍛接管の製造方法においては、製品鋼管寸法に合わせた孔型ロールを用いなければならないことから小ロット多品種の鋼管製造には適していない。
このような鋼管製造方法の欠点を解消するために、特開昭63−33105 号公報 、特開平２−187214号公報に開示されるように、電縫管を冷間で絞り圧延する方法が提案されている。
【０００７】
しかし、鋼管を冷間で絞り圧延すると、圧延荷重が大きいために、ロールとの焼きつき防止のための潤滑圧延装置の設置や大きな圧延荷重に耐え得る大型ミルの設置を余儀なくされ、また、鋼帯を素管に成形するときの成形歪にさらに冷間絞り圧延による加工歪が重畳して素材の加工硬化が著しいために、製管後にさらに熱処理工程を追加しなければならないという問題がある。また、使用する帯鋼が熱間圧延のままであれば、付着スケールを除去するため、酸洗が不可欠であり、さらに、製管後、熱処理を追加すると、スケールが生成し酸洗が必要となる。
【０００８】
また、特公平２−24606 号公報、特開昭60−15082 号公報に開示されるように、電縫管を熱間で絞り圧延する方法が提案されている。
しかし、電縫管を熱間で絞り圧延する際は、再加熱炉で素管を 800℃以上に加熱するので、新たなスケール付着を生じ、かつ、絞り圧延時のスケール噛込みを誘発するといった問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記した問題は、鋼管の絞り圧延を従来のように冷間、熱間で行うのでなく 800℃未満の温間温度域で行ういわゆる温間絞り圧延を採用することにより解決できると考えられる。しかし、本発明者らの実験によれば、単に温間絞り圧延を行うだけでは、十分に薄いスケールを有する鋼管や、表面粗さの小さい優れた表面性状を有する鋼管を得ることは困難である。
【００１０】
本発明は、上記した問題を有利に解決しうる手段、すなわち、十分に薄いスケールを有し、かつ表面粗さの小さい優れた表面性状を有する鋼管を製造可能な鋼管の絞り圧延方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、温間絞り圧延と適切に選択したスタンドへの潤滑剤適用とを組み合わせることにより、前記課題が達成できるという重要な知見を得るに至り、この知見に基づいてさらに検討を重ねて本発明を完成した。
第１の本発明（請求項１記載の発明）は、複数の孔型ロールを円周方向に配置してなるスタンドを複数タンデムに配列した絞り圧延装置に鋼管を連続的にパスさせて絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、絞り圧延前の鋼管を 800℃未満に加熱し、絞り圧延の終了温度を 500℃〜 700℃とし、少なくとも最終２パスおよび／または少なくとも開始２パスのスタンドに潤滑剤を適用し、さらに、縮径率／パスが６％以上のパスのスタンドに潤滑剤を適用することを特徴とする鋼管の絞り圧延方法である。
【００１２】
第２の本発明（請求項２記載の発明）は、複数の孔型ロールを円周方向に配置してなるスタンドを複数タンデムに配列した絞り圧延装置に鋼管を連続的にパスさせて絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、絞り圧延前の鋼管を 800℃未満に加熱し、絞り圧延の終了温度を 500℃〜 700℃とし、少なくとも最終２パスおよび／または少なくとも開始２パスのスタンドに潤滑剤を適用し、さらに、絞り圧延を終えた直後の鋼管を急速冷却することを特徴とする鋼管の絞り圧延方法である。
【００１３】
第３の本発明（請求項３記載の発明）は、第１、第２の本発明を合併したものである。
第１〜第３の本発明において、潤滑剤は酸化防止剤または還元剤を含有するものであること（請求項４記載の発明）が好ましい。また、必要に応じて、加熱後絞り圧延前の鋼管にデスケーリングを施すことが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施に適した管圧延ラインの一例を示す模式図である。図１において、１は絞り圧延前の鋼管（素管）、２は絞り圧延後の鋼管（成品管）、３は孔型ロール、４はスタンド、５は加熱装置、６は潤滑剤、７は潤滑剤噴射装置、８は冷媒、９は急冷装置、10は絞り圧延装置（レデューサ）、11はデスケーラ、12は温調用冷却装置、20は温度計である。
【００１５】
絞り圧延装置10は、複数の孔型ロール３を円周方向に配置してなるスタンド４を複数タンデムに配列して構成される。スタンド数は素管１と成品管２との外径の組合せによって決まるパススケジュール（「縮径パターン」という。一例を図２に示す。）に応じて選択される。孔型ロール３の配置本数は２本以上何本でもよい。図１には孔型ロール３を各スタンド４に３本ずつ配置した３ロール式レデューサの例を示した。
【００１６】
なお、絞り圧延では、図２に示すように、縮径率／パスを序盤で徐々に上げ、中盤ではほぼ一定とし、終盤で徐々に下げていくような縮径パターンを採用するのが一般的であり、中盤のパスに用いるスタンドをワーキングスタンド、終盤のパスに用いるスタンドをサイジングスタンドという。
レデューサ10の入側には素管１を 800℃未満の温度に加熱する加熱装置５（この例では誘導加熱装置）が配置され、好適形態として加熱装置５とレデューサ10の間にデスケーラ11（この例ではブラシロール）が配置され、ラインの要所要所には加熱温度、圧延中の鋼管温度を監視する温度計20が配置され、各スタンド４入側には潤滑剤６を孔型ロール３に吹きつけ可能な潤滑剤噴射装置７（この例ではスプレー装置）が配置され、絞り圧延装置10出側には急速冷却用の冷媒８を成品管２に吹きつけ可能な急冷装置９（この例ではスプレー装置）が配置されている。
＜温間絞り圧延＞
素管１は、加熱装置５により 800℃未満に加熱される。加熱温度を 800℃未満としたのは、 800℃超であると１次スケールの生成量が急激に増加し成品管２の表面肌が劣化するためである。なお、加熱温度は 500℃以上とするのが好ましい。 500℃を下回る加熱では、圧延荷重が過大となり、絞り圧延装置10を大型化する必要が生じるほか、成品管２に焼きつき、表面疵が発生しやすく、加工硬化も大きくなりやすい。加熱方式は特に限定されず、図１に示した誘導加熱方式以外に、火炎直熱式もしくは輻射管式の炉内加熱方式も採用できるが、誘導加熱方式のほうが加熱速度が大きいから設備スペース面、生産能率面で有利である。
【００１７】
絞り圧延の終了温度は 500℃以上 700℃以下の範囲に管理する必要がある。圧延終了温度が 700℃超では、圧延終了後に生成する２次スケール量が多くなってスケール厚みが増大し、一方、 500℃未満では、圧延荷重が増大するうえ、いわゆる青熱脆性域での圧延となるため加工硬化量が増大して成品管の延性が劣化する。
【００１８】
なお、本発明では、レデューサ10の入側あるいはスタンド間に温調用冷却装置12を配設して鋼管の温度調整を行ってもよい。
＜潤滑圧延＞
第１〜第３の本発明では、前記温間絞り圧延条件を満たしながら、少なくとも最終２パスのスタンド、および／または、少なくとも開始２パスのスタンドに潤滑剤を適用する（すなわち当該パスでは潤滑圧延を行う）ものとする。
【００１９】
これは、前記した温間絞り圧延条件の下で、ロールの平滑度を維持して管の表面粗さを確保し、あるいは潤滑剤を管表面に転着させて圧延中乃至圧延後の酸化を抑制するための必須の要件である。
少なくとも最終２パスのスタンド（サイジングスタンドの最終第１および第２スタンド）に潤滑剤を適用することにより、最終２スタンドのロールの平滑度が維持されて管の表面粗さが確保され、かつ管表面に潤滑剤が転着されて圧延後の管の酸化が防止できる。
【００２０】
また、少なくとも開始２パスのスタンドに潤滑剤を適用することにより、潤滑剤が管表面に効果的に転着し、以後のスタンド間での酸化が有効に防止されて圧延中のスケール生成が阻止される。
また、最終２パス以上、開始２パス以上の両方とも潤滑圧延することにより圧延中乃至圧延後の管の酸化が抑制される。
【００２１】
最終２パス、開始２パスを外した潤滑圧延では上記効果に乏しく、十分に薄いスケールを有しかつ表面肌に優れる成品管が得られない。
潤滑剤の適用は、図１に示すように、ロールに吹付ける方法によるのが好適である。
前記温間絞り圧延とこの潤滑圧延とを組合せることににより、初めて成品管の薄スケール化（スケール厚み≦３μｍ）および表面粗さ改善（Ｒz ≦10μｍ）を同時に達成することができる。
【００２２】
潤滑剤としては、通常の熱間圧延油が使用できるが、圧延荷重低減の観点からすれば、鉱油に合成エステルを添加した潤滑剤が好適であり、また、酸化抑制効果をさらに高めるには、酸化防止剤（フェノール系、イオウ系、アミン系など）もしくは還元剤（リン系フォスファイト、チオ硫酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウムなど）を含有する潤滑剤を適用するのが好適である。
【００２３】
また、第１および第３の本発明では、ロールへの鋼管の焼付きを軽減するために、縮径率／パスの高い（６％以上の）パスへの潤滑圧延の適用を付加する。
＜圧延直後急冷＞
第２および第３の本発明では、鋼管は絞り圧延終了後、直ちに急冷装置９で急速冷却される。
この急冷は、圧延終了後のスケール生成をさらに抑制して成品管のスケール厚をより一層薄くする効果があり、急冷終了温度はスケール生成がみられない300 ℃以下とするのがよい。冷媒８は水、噴霧、エアー、窒素ガスなどのいずれを用いてもよいが、冷却速度は20℃/s以上とするのが望ましい。
＜圧延前デスケーリング＞
本発明では、レデューサ10入側にデスケーラ11を配設し、絞り圧延前に素管１に対してデスケーリングを施すことが、より一層好ましい。これにより、稀ではあるが発生する圧延序盤でのスケール噛み込みによる表面疵を完全に防止でき、成品管の表面性状がさらに向上する。デスケーラ11としては、図１に示したブラシロール以外にショトブラスト、サンドバッグ等のメカニカルデスケーリング手段が好適である。
【００２４】
本発明において、素管は継目無鋼管、電縫鋼管、固相圧接鋼管のいずれであってもよく、それぞれの素管製造ラインと絞り圧延ラインとの連続化も可能である。
固相圧接鋼管について上記のように素管製造ラインと管圧延ラインとを連続化したラインの一例を図３に示す。
【００２５】
アンコイラ30から払い出された帯鋼21は、中継ぎ溶接機31により先行する帯鋼21に連結され、ルーパ32を介して予熱炉33で予熱された後、成形ロール群からなる成形加工装置34でオープン管22に成形され、該オープン管22はその両エッジ部をエッジ予熱用誘導加熱装置35とエッジ加熱用誘導加熱装置36とにより融点未満の温度域に加熱された後スクイズロール６で衝合・圧接されることにより、素管１となる。
【００２６】
ついで、素管１は、加熱装置５（この例では均熱炉）で所定の温度に加熱均熱され、必要に応じてデスケーラ11でスケール除去後、レデューサ10により絞り圧延され、圧延終了後に急冷装置９で急冷され、切断機40で切断され、管矯正装置41で矯正されて成品管２となる。鋼管の温度は温度計20で測定される。
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す化学組成になる鋼Ａ（JIS STKM13A 相当）を熱間圧延して製造された3.2mm 厚の帯鋼を、図３のアンコイラ30からスクイズロール37までの固相圧接鋼管製造ラインに通してφ88.0mm×t3.2mmの素管１（素管Ａ）となし、これを引き続き加熱装置５以降の管圧延ラインに通してφ60.7mm×t3.2mmの成品管２を得る絞り圧延工程（総縮径率31％）に本発明を適用した。なお、素管Ａ製造時の予熱炉33の炉温は600 ℃とした。素管Ａの表面は黒皮とよばれるFeO ＋Fe3O4 からなるスケール層で覆われていた。素管Ａの表面粗さＲz （十点平均粗さ）とスケール厚みＴs を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
絞り圧延では、表２に示す縮径パターン▲１▼〜▲４▼を採用し、表３に示すように、本発明要件を満たす条件（実施例）、温間絞り圧延を行うが潤滑圧延なしの条件（比較例Ｘ）、潤滑圧延を行うが本発明要件を満たさない条件（比較例Ｙ）の３条件について実施した。潤滑剤は、適用対象スタンド入側からスプレーで当該スタンドのロールに噴射することにより適用し、一部については圧延後急冷（水スプレーによる）を行った。なお、レデューサ入側でのデスケーリングは行わなかった。
【００３０】
得られた成品管のＲz 、Ｔs を調査した結果を表３に示す。
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
比較例Ｘ（X1〜X4）、比較例Ｙ（Y1〜Y4）ではＲz ＞10μｍ、Ｔs ＞３μｍであるのに対し、実施例（E1,E2,E3,E5 ）ではＲz ≦10μｍ、Ｔs ≦３μｍであり、本発明によりスケール厚みが薄くしかも表面肌に優れる成品管が得られることが明白である。
（実施例２）
表１に示す化学組成になる鋼Ｂ（JIS STK400相当）を転炉溶製⇒連続鋳造によりビレットとなし、このビレットを図４に示した継目無鋼管製造ラインの加熱炉⇒ピアサ⇒マンドレルミル（マンネスマン方式）に通してφ110.0mm ×t6.0mmの継目無鋼管（素管Ｂ）とした。この素管Ｂを図１の加熱装置５以降の管圧延ラインに通してφ59.4mm×t6.0mmの成品管２を得る絞り圧延工程（総縮径率46％）に本発明を適用した。なお、素管Ｂの表面は黒皮とよばれるFeO ＋Fe3O4 からなるスケール層で覆われていた。素管Ｂの表面粗さＲz （十点平均粗さ）とスケール厚みＴs を表１に示す。
【００３４】
絞り圧延では、表２に示す縮径パターン▲５▼〜▲７▼を採用し、表４に示すように、本発明要件を満たす条件（実施例）、温間絞り圧延を行うが潤滑圧延なしの条件（比較例Ｘ）、潤滑圧延を行うが本発明要件を満たさない条件（比較例Ｙ）の３条件について実施した。潤滑剤は、適用対象スタンド入側からスプレーで当該スタンドのロールに噴射することにより適用し、一部については圧延後急冷（水スプレーによる）を行った。なお、レデューサ入側でのデスケーリングは行わなかった。
【００３５】
得られた成品管のＲz 、Ｔs を調査した結果を表４に示す。
比較例Ｘ（X5〜X7）、比較例Ｙ（Y5〜Y8）ではＲz ＞10μｍ、Ｔs ＞３μｍであるのに対し、実施例（E7,E8,E10 ）ではＲz ≦10μｍ、Ｔs ≦３μｍであり、本発明によりスケール厚みが薄くしかも表面肌に優れる成品管が得られることが明白である。
【００３６】
【表４】
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、厚さ３μｍ以下の十分に薄いスケールを有し、かつ表面粗さＲz 10μｍ以下の優れた表面性状を有する鋼管を、生産性の高い絞り圧延法によって製造できるようになるという格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に適した管圧延ラインの一例を示す模式図である。
【図２】絞り圧延の縮径パターンの例を示すグラフである。
【図３】固相圧接鋼管製造ラインと管圧延ラインとを連続化した一例を示す模式図である。
【図４】継目無鋼管の製造工程を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 絞り圧延前の鋼管（素管）
２ 絞り圧延後の鋼管（成品管）
３ 孔型ロール
４ スタンド
５ 加熱装置
６ 潤滑剤
７ 潤滑剤噴射装置
８ 冷媒
９ 急冷装置
10 絞り圧延装置（レデューサ）
11 デスケーラ
12 温調用冷却装置
20 温度計
21 帯鋼
22 オープン管
30 アンコイラ
31 中継ぎ溶接機
32 ルーパ
33 予熱炉
34 成形加工装置
35 エッジ予熱用誘導加熱装置
36 エッジ加熱用誘導加熱装置
37 スクイズロール
40 切断機
41 管矯正装置
Claims (4)
- 複数の孔型ロールを円周方向に配置してなるスタンドを複数タンデムに配列した絞り圧延装置に鋼管を連続的にパスさせて絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、絞り圧延前の鋼管を 800℃未満に加熱し、絞り圧延の終了温度を 500℃〜 700℃とし、少なくとも最終２パスおよび／または少なくとも開始２パスのスタンドに潤滑剤を適用し、さらに、縮径率／パスが６％以上のパスのスタンドに潤滑剤を適用することを特徴とする鋼管の絞り圧延方法。
- 複数の孔型ロールを円周方向に配置してなるスタンドを複数タンデムに配列した絞り圧延装置に鋼管を連続的にパスさせて絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、絞り圧延前の鋼管を 800℃未満に加熱し、絞り圧延の終了温度を 500℃〜 700℃とし、少なくとも最終２パスおよび／または少なくとも開始２パスのスタンドに潤滑剤を適用し、さらに、絞り圧延を終えた直後の鋼管を急速冷却することを特徴とする鋼管の絞り圧延方法。
- 複数の孔型ロールを円周方向に配置してなるスタンドを複数タンデムに配列した絞り圧延装置に鋼管を連続的にパスさせて絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、絞り圧延前の鋼管を 800℃未満に加熱し、絞り圧延の終了温度を 500℃〜 700℃とし、少なくとも最終２パスおよび／または少なくとも開始２パスのスタンドに潤滑剤を適用し、さらに、縮径率／パスが６％以上のパスのスタンドに潤滑剤を適用し、絞り圧延を終えた直後の鋼管を急速冷却することを特徴とする鋼管の絞り圧延方法。
- 潤滑剤が酸化防止剤または還元剤を含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の鋼管の絞り圧延方法。
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