JP4169858B2 - シームレス鋼管を製造する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素鋼、合金鋼又は高合金鋼製の熱間仕上の鋼管、特にころがり軸受に用いる鋼管を製造するシームレス鋼管を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような熱間仕上においては、前処理され脱ガスされ脱酸素された、所望の化学組成を持つ熔鋼が、円断面に連続鋳造され、規定の長さに切断され、その後所定温度に加熱されて、圧延機で形成される。
【０００３】
標準化された高炭素組成の過共析鋼（hypereutectoid steels）、例えば公知のＤＩＮ規格の１００Ｃｒ６は、ころがり軸受のリング製造に使う熱間仕上鋼管を生産するのに常に用いられる材料である。従来、このような鋼管の製造は、まずインゴットが鋳造され、粗圧延機で丸形の条鋼に圧延される。この条鋼は、アッセル圧延機（Assel mill）で熱間仕上の鋼管に形成するのが好ましい。
【０００４】
アッセル圧延機は、回転炉の下流側に通常設けられる。アッセル圧延機は、中空体の生産用として設計した、回転してせん孔するせん孔部を装備する。アッセル圧延機は、周囲に等分配置された３つのみぞ付ロールと内面工具としてのバーとを有する。丸形の条鋼は、このようなアッセル圧延機に供給される。熱間仕上の鋼管は、中間の加熱に続いて、多スタンド絞り圧延機及び定形機により加工処理される。
この製法の欠点は、使用される丸形の条鋼の寸法が熱間仕上の鋼管の寸法に近くなければならないことである。このようにして、いろいろの丸形の条鋼材に圧延と鍛造の一方又は両方を行って、要求される生産範囲全体に対応していた。
【０００５】
アッセル圧延機のほかに、押出機又はマンドレルミルのようなパイプミルもまた、ころがり軸受用の鋼管を製造するのに使われるが、いつも予備形成と拡散焼なましが行われた規定の材料を用いていた。
【０００６】
インゴットの代わりに、連続的に鋳造し、切断後に圧延あるいは鍛造を行ってブルームを造ることもまた提案されていた。
圧延又は鍛造による方法は、通常拡散焼なましの後に行われる。粗大なカーバイドの偏析だけでなく鋳造法に当然なされるべき粗圧延又は偏析の除去を主に行うためである。
【０００７】
重要なことだが、上述の材料生産を開始する段階で、資本集約的加工装置のための費用がかかる。また、多数の加工段階と輸送段階は、付加的な失敗の発生とその度合いの増加の一方又は両方の危険を伴う。そして、そのような割増しのコスト分を削減する必要があるので、別の方法を模索している。
【０００８】
ドイツ国特許出願の公開公報ＤＥ１９５２０８３３によって、周知の生産方法よりもコスト的に有利で、生産時間を減らすとともに材料のより良い利用を可能にする高炭素とりわけ過共析鋼でできた熱間仕上鋼管の生産方法は公知である。
現状によれば、圧延工程と鍛造工程又は拡散焼なまし処理の上流側には通常要求されないパイプミルにおいて、未成形の縦型鋳造ストランド又は、あらゆる断面の鋼材、とりわけころがり軸受のグループに属する鋼材から作られる、ボウ型連続鋳造機でのストランド鋳造は、よく知られた方法である。材料の切離し及びしばしば行う切断は不要であり、このような作業段階の削除は、時間及び費用の相当の節約、さらには材料の改善された利用に帰着する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
規定の寸法に切離した後、周知方法で生産された連続鋳造のブルームを、例えば鋳造のような予備成形をすることなく加工温度に加熱し、これに延伸機と押出し機によりせん孔圧力を作用させる。現状では、マンドレルミル又はプラグローリングミルよりもまさる２ロールコーン型せん孔機の使用が可能である。
周知の解決法は、被加工物に最小の引張り応力となる引張り状態を生じさせることで、被加工物がせん孔段階ではり裂ける危険を回避するということを、単に提案するだけである。コーン型せん孔機を使う場面で、引張り応力を最小限にするためになすべき具体的な手段が明示されていない。
【００１０】
とりわけ２ロール傾斜方法は、固体のビレットが内面工具なしで又は調節し難い内面工具をもって、クロスロールするときには、ビレットのコアが破裂するかもしれない程に高い引張り応力が生ずることが特徴なので、上記の場合では、特別に重要となる。
結果として生じる”磨管効果”だけでなく、２ロールクロスローリング特有の応力状態は、コアをつぶす要因となるとともに、未形成の１００Ｃｒ６の鋳造ストランドの２ロールクロスローリング中において、圧延された中空のビレット内面の欠陥を引き起こす要因ともなる。また、このことは、技術文献に十分に述べられており、専門家にも知られている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高炭素、とりわけ未形成の鋳造ストランドを用いた過共析鋼を材料とした熱間仕上の鋼管を生産する周知の方法を基礎にして、被加工物のコアでの引張り応力を最小限にし、又は、被加工物の破裂という危険を回避することができる方法を提供するものである。
その結果、アッセルミルと別のパイプミルを用いた、合金又は高合金鋼パイプ、とりわけころがり軸受に用いる高品質の管状物の簡易な生産が可能になり、材料の初期コストを削減することができる。
【００１２】
上記問題を解決するために、本発明では、軸方向に固定したせん孔用マンドレルを備える中空のビレット形成用の３ロールロータリせん孔圧延機で、外径絞りの直後にせん孔することにより、連続鋳造のブルームを予備形成するものである。
【００１３】
ビレット中心部での高い引張り応力のためにビレットコアの破裂を引き起こすかもしれない応力状態が生じる２ロールクロスローリング方法と対照的に、３ロールクロスローリング方法は、ビレットコアに圧縮応力を働かせるだけであり、被加工物の破壊を防ぐ。
この発明により提供される解決手段の本質は、連続鋳造する出発材料（とりわけ１００Ｃｒ６）を形成するために３ロールロータリせん孔圧延機を用い、その際クロスローリングを仕上げるのに絶対必要で欠くことができないような外径絞りを行い、次の加工段階の間に、上記３ロールロータリせん孔圧延機でストレッチローリングし、中空ビレットをせん孔して生産することにある。
【００１４】
３ロール方法の好ましい引張り状態の結果として、ゆるんだ鋳造ストランドのコアは破裂することはないが、直径の減少によってむしろ引き締まって固くなる。外径絞りに続いて、ビレットがせん孔される。
本発明の特徴の一つとして、傾斜角が異なる複数のテーパの付いたロール群と軸方向に固定されたせん孔用マンドレルを持つ３ロールロータリせん孔圧延機により、連続鋳造のブルームの予備成形とせん孔の両方を行い得ることであり、その結果として、プラント自体がかなり単純化し、その価格が切り下がる。
【００１５】
この発明によれば、外径絞りとせん孔のどちらも同じローリング方向の一工程で、又は、本発明の別の特徴によれば、ロールの回転方向の逆方向もしくはロールの逆傾斜により逆転させた二工程でなし得る。
【００１６】
この２つの方法は、両方の形成工程に１つの駆動源（powerpack）だけを必要とし、その結果、出資コストを低く抑えることができる。
より高い容積トン数を、一工程のローリング段階でなし遂げ得る。しかし、二工程のローリング方法では、もしテーパ付ロールが使われたとすれば、被加工物のねじりを最小にするやり方で、ロールの直径のなりゆきを被加工物の直径に調整させることができるので、被加工物の応力が一層小さくなる。
第１の工程、例えば外径絞りでは、ロールは集中するように配置され、第２の工程、例えばせん孔ではロールの配置は分散的であり、通常被加工物のわずかな拡張を伴う。
【００１７】
２つの別々の３ロールロータリせん孔圧延機を互いに後続配置し、二段階で外径絞りとせん孔を行うこともまた可能である。この解決法の欠点は、投資コストの上昇と熱損失の増加もある。その利点は、せん孔と外径絞りの両方においてロール溝の適合性に関して解決に至ったという事実、及びサイクルタイムの短縮である。これは、生産され得る中空のビレット寸法に関して、柔軟なより多くの方法を与えるものである。
【００１８】
せん孔工程に先立って行われる連続鋳造ブルームの外径絞りは、初期断面の５０％乃至８０％に達するであろう。
【００１９】
連続鋳造のブルームの１つの表面線と３ロールロータリせん孔圧延機の各ロールの１つの表面線との間における進入側の角度α1 が３度乃至１３度、好ましくは１０度乃至１２度の範囲で可変であるときに、本発明によって提案された解決法の明確な結果が期待できる。一方で、これらの入口角度は、被加工物がかみ込まれ、外径絞りがなされることを確実にする。他方では、ロールは、従来よりも短くて済む。
【００２０】
本発明により提案された方法を実施するのに必要とされる３ロールロータリせん孔圧延機は、被加工物の直径に適合するロールの直径のなりゆきを許容する３ロールコーン型ピアサーであることが好ましい。
本発明によると、ロール群は、せん孔に対して発散するように、予備形成に対しては集中するように動かされる。
【００２１】
本発明によれば、アッセルミルにおいて出発材料として用いられる直接鋳造したストランドの形態でのころがり軸受鋼を得ることができる。これはまた、高合金オーステナイト鋼に応用できる。粗圧延機又は鍛造機により円管となる別の合金鋼又は高合金鋼のビレットと同様に、１００Ｃｒ６のビレットの予備成形で従来生じていたコストを削減できる。
【００２２】
そのような圧延機の仕上寸法の通例の範囲内で生産するのに必要な異なる多くのビレット寸法の種類は、５乃至１０種から１乃至３種へと減らすことができる。連続鋳造機で生産されるビレットの最小寸法範囲は、１３０ｍｍから１６０〜１８０ｍｍに大きくすることができる。これにより、原材料コストの削減ができ、連続鋳造工程を簡略化し、また、倉庫費用を減らすことができ、ツールの経費が節減できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るシームレス鋼管を製造する方法及び装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態は、図面と以下の記載によって実例で説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るシームレス鋼管製造方法における外径絞り加工とせん孔加工を一工程で行う場合を表した断面図である。図２と図３は、外径絞り加工とせん孔加工を逆送して二工程で行う場合を表した断面図である。
【００２４】
図１は、コーン型ピアサー（cone-type piercer）の３つのうちの２つのロール１の断面図である。ビレット２は、矢印５の方向へと移動し、ローリングミルの中に案内される。そして、ＤB からＤB1へと外径絞りを受けた後、マンドレル４の位置に至る。次に、ビレット２は、定位置に、回転自在に取付けられたマンドレル４によって孔があけられる。
【００２５】
図２及び図３は、本発明に従う２ステッププロセスの２つの工程を示す。図２はまた、コーン型ピアサーの３つのロール１のうちの２つと、矢印方向に挿入されるビレット２を表す。ビレット２は、ローリング方向に向けて狭まっているツールとしてのロール１により、直径がＤB からＤB1となる外径絞りを受ける。
図３は、図２による外径絞りをした後に逆送される直径ＤB1のビレットを示す。マンドレルバー３は、矢印方向においてマンドレル４に回転自在に取付けられている。ロールは、反対の方向に回転する。このロールは、ローリング方向に拡がっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るシームレス鋼管を製造する方法を実施するために用いる３ロールロータリせん孔圧延機におけるせん孔圧延状態を示す断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態に係るシームレス鋼管を製造する方法を実施するために用いる３ロールロータリせん孔圧延機における圧延状態を示す断面図である。
【図３】図２の次工程であるせん孔状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ロール
２ ビレット
３ マンドレルバー
４ マンドレル
５ 矢印

Claims (5)

1. 前処理され脱ガスされ脱酸素された熔鋼で、炭素鋼、合金鋼又は高合金鋼の一からなる、連続鋳造されたブルームが、規定の長さに切断され、成形温度に加熱されて３ロールロータリせん孔圧延機に搬送される工程と、
   前記ブルームの断面積を初期の５０％乃至８０％の範囲内で減少させるように、前記３ロールロータリせん孔圧延機内で外径絞りを施す工程と、
   該外径絞りされたブルームに、前記３ロールロータリせん孔圧延機内の軸方向に固定されたせん孔用マンドレルを用いてせん孔を行う工程とにより中空のビレットを形成する際、
   前記外径絞りを、第１のローリング方向でロール群が回転する前記３ロールロータリせん孔圧延機による第１の工程で行い、前記せん孔を、第１のローリング方向と逆方向の第２のローリング方向でロール群が回転する前記３ロールロータリせん孔圧延機による第２の工程で行うことを特徴とするシームレス鋼管を製造する方法。
2. 前記外径絞りを施す工程と、前記せん孔を行う工程とを、同一の前記３ロールロータリせん孔圧延機内で行い、該３ロールロータリせん孔圧延機のロール群に適合する溝を備えることを特徴とする請求項１に記載のシームレス鋼管を製造する方法。
3. 前記外径絞りを施す工程が、第１の３ロールロータリせん孔圧延機で行い、前記せん孔を行う工程が、第２の３ロールロータリせん孔圧延機で行うことを特徴とする請求項１に記載のシームレス鋼管を製造する方法。
4. 前記ブルームが搬送される工程は、さらに、前記ロール群の表面と前記ブルームの表面とのなす角度が、３度乃至１３度の範囲内になるように、前記３ロールロータリせん孔圧延機のロール群が配置されてなることを特徴とする請求項１に記載のシームレス鋼管を製造する方法。
5. 前記ロール群の配置が、前記ロール群の表面と前記ブルームの表面とのなす角度が、１０度乃至１２度の範囲内になるように、前記３ロールロータリせん孔圧延機のロール群が配置されることを特徴とする請求項４に記載のシームレス鋼管を製造する方法。

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