JP4300866B2 - 継目無鋼管の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、継目無鋼管の製造方法および製造装置に係わり、特に、マンネスマン・プラグ・ミル方式で製造した継目無鋼管の先後端に生じる肉厚偏差を解消するに有効な継目無鋼管の製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
継目無鋼管の製造方法の一つにマンネスマン・プラグ・ミルを用いるものがある。この方法では、図８に示すように、素材１である鋼鋳片（例えば、丸ビレット）を加熱炉２で加熱し、該加熱後の素材１にピアサ−・ミル３でプラグ４を押し当て穿孔して、一応の素管５を形成する。そして、引続き、該素管５の孔に、前記同様にプラグ４を挿入して、拡管、延伸、磨管をこの順に行うエロンゲータ６（拡管用）、プラグ・ミル７（延伸用）、リーラ８（磨管用）なる圧延機で一応の管体形状にまで成形圧延する。該成形圧延後の管体９は、さらに再加熱炉１０を経てサイジング・ミルという多段の絞り圧延機により外径と肉厚を所定の寸法まで絞り込まれた後、図示しない切断機により一定の長さ（例えば、約１４ｍ程度）に切断され、製品とされる。
【０００３】
ところで、かかる工程で製造される鋼管（継目無鋼管の意。以下同じ。）には、従来、長手方向で肉厚偏差が生じる傾向がある。つまり、図４に示すように、製造工程の下流側に在った先端側の肉厚が厚く、上流側に在った後端側の肉厚が薄くなり、その状態が製品にも残っている。そのため、製品の品質規格に外れるばかりでなく、後端側をクロップとして切り捨てるので、歩留りが低下して製造コストにも悪影響を与えていた。
【０００４】
したがって、その対策も従来種々検討され、例えば特許文献１には、素管をプラグミル、リーラに通して継目無鋼管を製造する過程において、リーラ出側の管トップ部の熱間肉厚データと、冷間状態にある管のトップ部の肉厚データとに基づいて、該冷間状態での管トップ部肉厚値を制御目標値に一致せしめるべく、プラグミルの素管トップ部に対するロールギャップを設定制御するプラグミルにおける管圧延方法が公開されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１６８４１４号公報（２〜３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１所載の方法では、冷却過程を経て冷間状態になった管トップ部の肉厚データをフィードバックして、プラグミルのロールギャップを制御するようにしているので、制御するまでに時間がかかると共に、肉厚データのみでプラグミルを制御するため、肉厚の均一化に対する精度が未だ十分に満足できないのが現状である。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑み、マンネスマン・プラグ・ミル方式を採用しても、長手方向での肉厚偏差が十分小さくなる継目無鋼管の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。すなわち本発明は次の本発明方法及び本発明装置である。
本発明方法は、ピアサー・ミルで穿孔された鋼鋳片を、エロンゲータで拡管し、引き続き上下一対の主ロール及び戻しロールからなるプラグ・ミルで延伸圧延するに際して、前記プラグ・ミルの主ロールの上下間隔を、延伸圧延中に予め定めた速度で変更することを特徴とする継目無鋼管の製造方法である。この場合、前記速度は、エロンゲータで使用するプラグの外径、エロンゲータを通過した管の外径および温度に基づき決定されたものである。
【０００９】
また、本発明方法では、前記プラグ・ミル主ロール上下間隔の変更量は、同一バッチ内の被圧延管の１本目に対し、プラグ・ミル出側の管の目標外径、目標肉厚、目標長さ、プラグ・ミルで使用するプラグの外径及び同ミル入側の素管温度から計算して設定され、２本目以降に対しては、延伸圧延後に磨管を行うリーラの出側で測定した熱間肉厚データを基に既存設定値を更新して設定されることが好ましい。
【００１０】
本発明装置は、鋼鋳片を加熱する鋼鋳片を加熱する加熱炉と、該鋼鋳片にプラグを押し当て穿孔するピアサー・ミルと、該穿孔後の素管をその孔にプラグを挿入して拡管するエロンゲータと、該拡管後の素管を上下一対の主ロール及び戻しロールにて延伸圧延するプラグ・ミルと、該延伸圧延後の素管に磨管を行うリーラとを有する継目無鋼管の製造装置において、前記延伸圧延中に、前記プラグ・ミルの主ロールの圧下量を検出する圧下量検出器と、検出した測定値が目標圧下量に一致するまで、エロンゲータで使用するプラグの外径、エロンゲータを通過した管の外径および温度に基づき予め定めた速度で同主ロールの上ロールを上昇又は下降させる圧下モータと、該上昇又は下降の開始時期及び終了時期を設定するタイマーと、前記圧下量検出器の測定値及び前記タイマーの設定値を入力されこれら入力を前記圧下モータの作動停止信号（作動信号及び停止信号）に変換して出力する演算器と、同圧下モータの回転数を調整する上下間隔制御器とを備えたことを特徴とする継目無鋼管の製造装置である。この場合、前記圧下モータはインバータ付きの交流方式であるのが好ましい。
【００１１】
また、本発明装置では、さらに、前記リーラの出側管肉厚を測定する熱間肉厚計を備え、かつ、延伸圧延中の主ロール上下間隔の変更量を下記の要領で設定する機能を前記演算器に付加したものが好ましい。
記
同一バッチ内の被圧延管の１本目に対し、プラグ・ミル出側の管の目標外径、目標肉厚、目標長さ、プラグ・ミルで使用するプラグの外径及び同ミル入側の素管温度から計算して設定し、２本目以降に対しては、前記熱間肉厚計の測定データを基に既存設定値を更新して設定する。
【００１２】
本発明によれば、延伸圧延中にプラグが熱膨張しても、主ロールの上下間隔が適切に調整され、製造される継目無鋼管の先後端間の肉厚偏差が有効に解消される。その結果、製品の合格率が向上するばかりでなく、クロップとして切り捨てられる部分も低減し、歩留りが増加して製造コストも低下する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
まず、発明者は、マンネスマン・プラグ・ミル方式で製造した継目無鋼管の先端肉厚と後端肉厚の差について調査した。その結果、図５に示すように、ピアサ・ミル及びエロンゲータでは、先端側の肉厚が大きく、プラグ・ミル以降の圧延機で後端側が薄肉化していることを知った。つまり、薄肉化はプラグ・ミルで起こり、その後のリーラ及びサイジング・ミルでもその状態が解消できないと結論した。
【００１４】
次に、発明者は、プラグ・ミルで薄肉化が起こる原因を種々検討した。プラグ・ミルでの素管の延伸圧延後に、該ミルで用いたプラグの表面温度を測定すると共に、同プラグの外径を測定したところ、図６に示すように、７０〜１５０℃の温度上昇と、それに対応して０．３〜１．０ｍｍの膨張が見出された。延伸圧延中は、プラグが素管の内面側にあるため実測できない。延伸圧延終了後のプラグの表面温度は、圧延中の空冷時間と管の表面温度から推定すると、略３９０℃になることが明らかなので、伝熱計算によりプラグの外径を予測したところ、１．６ｍｍまで膨張することになる。そこで、使用するプラグの熱膨張がプラグ・ミルでの後端薄肉化の原因であると仮定し、この点を試験操業により検証することにした。
【００１５】
試験操業は、鋼種が炭素鋼である鋼鋳片を用い、プラグ・ミルのみについて主ロールのうち上ロールをマニュアル操作でノッチ変更を行って上昇させることにした。ただし、既存の上下ロール間隔（ロールギャップ）調整用の圧下モータは、直流（ＤＣ）モータであるため最低で０．８ｍ／秒の速度でしか上昇できないので、その０．８ｍ／秒の速度で延伸圧延中にロールギャップを変更することにした。
【００１６】
試験操業の結果を図７に示す。図７は、延伸圧延中にプラグ・ミルのロールギャップ変更を行うことで、後端肉厚と先端肉厚の差を略一定にしうることを示唆している。そこで、延伸圧延中にプラグ・ミルのロールギャップ変更をある速度で（予め設定した速度）行うことを要件に本発明方法を完成させたのである。このロールギャップ変更は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように行われる。図中のハッチ矢印は素管の進行方向を、白抜き矢印はロールギャップ増加方向を示すものである。
【００１７】
ただし、本発明方法では、ロールギャップ変更をする速度の値及び当該変更をする時期を特に限定しない。その値等は、エロンゲータでの拡管程度、通過管体の長さ、使用プラグの外径等にも依存するからである。したがって、本発明方法を実施するには、適用対象の鋼鋳片に対して試験操業を行い、予め上ロールを上昇（又は下降）させる速度及び時期として好適に用いうる設定値を決定しておく必要がある。
【００１８】
また、本発明方法では、ロールギャップ変更に係るギャップの変更量は、その値を特に限定されないが、その設定を次のように行うと、後端薄肉化をさらに良く抑制できて好ましい。すなわち、同一バッチ内の被圧延管の１本目に対する設定値として、プラグ・ミル出側の管の目標外径、目標肉厚、目標長さ、プラグ・ミルで使用するプラグの外径及び同ミル入側の素管温度から計算したものを採用する。計算にあたっては、予め試験操業により決定した、後端薄肉化が小さくなる操業条件範囲内の、プラグ・ミル出側の管の外径、肉厚、同ミルのプラグ外径及び同ミル入側の素管温度なる５つの変数と延伸圧延中の同プラグ・ミル主ロールのロールギャップ変更量との適正な関係（数式、数表又はグラフで表現される；これを関係Ａと記す）を用いることができる。一方、２本目以降に対する設定値としては、延伸圧延後に磨管を行うリーラの出側で測定した先行管の熱間肉厚データを基に既存設定値を更新したものを採用する。この既存設定値の更新にあたっては、先行管の熱間肉厚データが目標範囲に入るように、後続管を延伸圧延中のプラグ・ミル主ロールのロールギャップ変更量を更新していくフィードバック制御方式（これを方式Ａと記す）を用いるのが好適である。
【００１９】
次に、発明者は、本発明方法を具体的に実施する装置についても検討した。そして、図２に示すように、前記延伸圧延中に、前記プラグ・ミル７の主ロール１２の圧下量を検出する圧下量検出器１３と、検出した測定値が目標圧下量に一致するまで予め定めた速度で同主ロール１２の上ロールを上昇又は下降させる圧下モータ１４と、該上昇又は下降の開始時期及び終了時期を設定するタイマー（図示せず）と、前記圧下量検出器１３の測定値及び前記タイマーの設定値を入力されこれら入力を前記圧下モータ１４の作動停止信号（作動信号及び停止信号）に変換して出力する演算器１５と、同圧下モータ１４の回転数を調整する上下間隔制御器１６とを備えるようにすれば良いことがわかった。そこで、これらを要件として本発明装置をなした。
【００２０】
本発明装置では、前記圧下モータ１４がインバータ１７付きの交流（ＡＣ）方式であるのが好ましい。直流モータでは, 電圧変更で回転数を変えることになるが、回転数を低くするために低電圧にし過ぎると、圧下ができなくなる。そのため、既存の圧下モータでは、０．８ｍｍ／秒の上昇速度が限界であった。それに比べ、インバータ１７付きの交流方式では、周波数の変更が可能で上ロールの上昇速度を例えば０．０１ｍｍ／秒まで遅くでき、非常に都合が良いからである。
【００２１】
また、本発明方法におけるロールギャップ変更を上記の好適形態で実施するには、本発明装置において、さらに、前記リーラ８の出側管肉厚を測定する熱間肉厚計（図示せず）を備え、かつ、前記演算器１５に、延伸圧延中の主ロールのロールギャップ変更量を、同一バッチ内の被圧延管の１本目に対し、プラグ・ミル７出側の管の目標外径、目標肉厚、目標長さ、プラグ・ミル７で使用するプラグ４の外径及び同ミル入側の素管温度から、例えば前記関係Ａを用いて、計算して設定し、２本目以降に対しては、前記熱間肉厚計の測定データを基に、例えば前記方式Ａを用いて、既存設定値を更新して設定する機能（これを機能Ａと記す）を付加することが好ましい。
【００２２】
前記圧下量検出器１３としては、通常よく用いられている、ロードセルで検出した圧延荷重をゲージメータ式で圧下量に変換しうる方式（方式Ｂと記す）のものであれば十分であり、また、ロール間隔を直接測定する方式（方式Ｃと記す）のものでもよい。方式Ｃのものとしては、距離計測可能な手段であればいかなるものでも利用できるが、好ましいものとして被接触式の超音波距離計やレーザ距離計などが挙げられる。また、圧下モータ１４の回転数を計測するためには周知のエンコーダ１８を利用できる。また、演算器１５にはプラグ・ミルに通常具備されているプロセス・コンピュータを利用できる。
【００２３】
【実施例】
鋼種が炭素鋼の鋼鋳片（丸ビレット）を素材として、マンネスマン・プラグ・ミル方式の圧延により、製品サイズが外径３３９．７ｍｍφ×肉厚１２．１ｍｍ×長さ１３９００ｍの継目無鋼管を、次々に５０本製造する工程に本発明を適用した。この工程では、図８に示したものに本発明に係る要件（図２参照）を付加した実施形態を採用した。圧下量検出器１３には前記方式Ｂのものを用いた。圧下モータ１４はインバータ１７付きの交流（ＡＣ）方式とした。圧下モータ１４の回転数はエンコーダ１８で計測した。また、リーラ８出側に熱間肉厚計を備えた。圧下モータ１４の回転数はエンコーダ１８で計測した。演算器１５は、既存のプロセス・コンピュータに前記機能Ａを搭載したものを用いた。
【００２４】
実施に際しては、予め行った試験操業で得たデータに基づき、主ロール１２の上ロールの上昇速度を０．５ｍｍ／秒に、上昇開始時期を延伸圧延開始から２．０秒後に、上昇終了時期を延伸圧延終了の２．０秒前に、それぞれ設定した。また、前記ロールギャップ変更量は、１本目の圧延では前記関係Ａを用いた方法で計算して設定し、２本目以降の圧延では前記方式Ａを用いて順次更新するようにした。
【００２５】
この実施例で得られた圧延製品についての長手方向肉厚分布の調査結果を図３に示す。従来の方法による圧延製品について示した前掲の図４と対比してみると、本発明によれば、長手方向での肉厚偏差が従来よりも格段に低減し、十分小さいものとなることが明らかである。
なお、この実施例を踏まえて、発明者所属工場で製造される全ての継目無鋼管に本発明を適用したところ、従来に比し、製品合格率が２％向上し、クロップ切捨て量も６０％低減するという良好な実績が得られた。
【００２６】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、マンネスマン・プラグ・ミル方式の継目無鋼管の製造工程において、プラグ・ミルでの延伸圧延中にプラグが熱膨張しても、主ロールの上下間隔が適切に調整され、製造される継目無鋼管の先後端間の肉厚偏差が十分小さくなり、その結果、製品の合格率が向上するばかりでなく、クロップとして切り捨てられる部分も低減し、歩留りが増加して製造コストも低下するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明する図であり、（ａ）はプラグ・ミルのロール間隔（ロールギャップ）を変更するイメージを、（ｂ）はロールギャップ変更のタイムチャートを示している。
【図２】本発明に係るロール間隔の変更に必要な各手段の相互関係を示すブロック図である。
【図３】本発明方法で製造された継目無鋼管に生じた長手方向の肉厚変化を示す図である。
【図４】従来の方法で製造された鋼管に生じた長手方向の肉厚変化を示す図である。
【図５】各圧延機における素管又は鋼管（製品）の後端−先端肉厚を示す図である。
【図６】プラグ・ミルにおける素管の延伸圧延中に起きるプラグの表面温度の変化状況を説明する図である。
【図７】本発明の基礎にした操業実験で得た各圧延機における素管又は鋼管（製品）の後端−先端肉厚を示す図である。
【図８】マンネスマン・プラグ・ミル方式の継目無鋼管の製造工程を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ 素材（鋼鋳片）
２ 加熱炉
３ ピアサー・ミル
４ プラグ
５ 素管
６ エロンゲータ
７ プラグ・ミル
８ リーラ
９ 管体
１０ 再加熱炉
１１ サイジング・ミル
１２ 主ロール
１３ 圧下量検出器
１４ 圧下モータ
１５ 演算器
１６ 上下間隔制御器
１７ インバータ
１８ エンコーダ
１９ 戻しロール

Claims (4)

1. ピアサー・ミルで穿孔された鋼鋳片を、エロンゲータで拡管し、引き続き上下一対の主ロール及び戻しロールからなるプラグ・ミルで延伸圧延するに際して、
   該延伸圧延中に、前記プラグ・ミルの主ロールの上下間隔を、エロンゲータで使用するプラグの外径、エロンゲータを通過した管の外径および温度に基づき予め定めた速度で変更することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
2. 前記プラグ・ミル主ロール上下間隔の変更量は、同一バッチ内の被圧延管の１本目に対し、プラグ・ミル出側の管の目標外径、目標肉厚、目標長さ、プラグ・ミルで使用するプラグの外径及び同ミル入側の素管温度から計算して設定され、２本目以降に対しては、延伸圧延後に磨管を行うリーラの出側で測定した熱間肉厚データを基に既存設定値を更新して設定されることを特徴とする請求項１記載の継目無鋼管の製造方法。
3. 鋼鋳片を加熱する加熱炉と、該鋼鋳片にプラグを押し当て穿孔するピアサー・ミルと、該穿孔後の素管をその孔にプラグを挿入して拡管するエロンゲータと、該拡管後の素管を上下一対の主ロール及び戻しロールにて延伸圧延するプラグ・ミルと、該延伸圧延後の素管に磨管を行うリーラとを有する継目無鋼管の製造装置において、
   前記延伸圧延中に、前記プラグ・ミルの主ロールの圧下量を検出する圧下量検出器と、検出した測定値が目標圧下量に一致するまで、エロンゲータで使用するプラグの外径、エロンゲータを通過した管の外径および温度に基づき予め定めた速度で同主ロールの上ロールを上昇又は下降させる圧下モータと、該上昇又は下降の開始時期及び終了時期を設定するタイマーと、前記圧下量検出器の測定値及び前記タイマーの設定値を入力されこれら入力を前記圧下モータの作動停止信号に変換して出力する演算器と、同圧下モータの回転数を調整する上下間隔制御器とを備えたことを特徴とする継目無鋼管の製造装置。
4. さらに、前記リーラの出側管肉厚を測定する熱間肉厚計を備え、かつ、延伸圧延中の主ロール上下間隔の変更量を下記の要領で設定する機能を前記演算器に付加したことを特徴とする請求項３記載の継目無鋼管の製造装置。
   記
   同一バッチ内の被圧延管の１本目に対し、プラグ・ミル出側の管の目標外径、目標肉厚、目標長さ、プラグ・ミルで使用するプラグの外径及び同ミル入側の素管温度から計算して設定し、２本目以降に対しては、前記熱間肉厚計の測定データを基に既存設定値を更新して設定する。

Images