JP4371247B2 - 高合金継目無鋼管の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高合金継目無鋼管の製造方法に係り、特に、外面疵が発生しない高合金鋼継目無鋼管の製造方法に関する。
継目無鋼管の製造方法としては、マンネスマン・ピルガミル・プロセス、マンネスマン・プラグミル・プロセス、マンネスマン・マンドレルミル・プロセスなどの方法が知られているが、中でも、加熱したビレットをピアサによって穿孔して中空素管を得た後、この中空素管この中空素管にマンドレルバーを挿入し、中空素管をマンドレルバーと共にマンドレルミルに通して圧延するマンネスマン・マンドレルミル・プロセスが多用されている。
継目無鋼管の製造方法に関する特許文献は、数多く存在するが、穿孔圧延時の外面疵を防止する技術については、下記のものが開示されている。
特許文献１には、質量％で、Ｃｒ：１０．０〜１６．０％、Ｎｉ：１．０〜８．０％を含有するマルテンサイト系ステンレス鋼片を加熱した際に鋼片表面に生成する酸化スケールの下層部を、金属片を含み、かつ断面全体に対する空隙の面積率が２０％以下であるスケール厚さを１５０μｍ以下として穿孔することとした発明が開示されている。
特許文献２には、クロム含有量が４．５質量％以上の難加工性外削素材を用いた傾斜ロール式穿孔法による継目無管の製造方法において、素材長手方向２５ｍｍ間における段差の極大値と極小値の差の最大値を素材の任意の１０点で測定した場合の平均値（１０点平均段差）が２．０ｍｍ以下の状態の素材を使用することとした発明が開示されている。
すなわち、上記特許文献１および２には、穿孔圧延に供する素材自体の条件を調整して外面疵を低減する技術が記載されている。
特許文献３には、穿孔圧延の主ロールの形状を調整して外面疵を低減する技術として、パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールとの間にパスラインに沿ってプラグを配し、被圧延材を螺進移動させつつ穿孔圧延して継目無金属管を得る方法において、前記ディスクロールを被圧延材のディスクロール摺動面への回転進入側に位置する前記主ロール側へパスラインに対してスキュー角δで前記主ロールの出口面角と非平行に傾斜配置させ、「θ2＋２°＜δ＜９°」（θ2：前記主ロールの出口面角）及び「δ＋θ1＜１２°」（θ1：前記主ロールの入口面角）を満足するように前記スキュー角δを設定し、拡管比を１．１５以上とすることにより、外面疵の発生を防止する技術が開示されている。
特許文献４には、穿孔圧延時に用いるディスクガイドロールとして、Ｃが０．２〜０．５重量％、Ｃｒが０．５〜４重量％、Ｎｉが０．５〜４重量％、残部Ｆｅおよび不可避的元素よりなる低合金鋼の表層に５０〜５００μｍの熱処理スケール層を有するものを用いることで、外面疵の発生を防止する技術が開示されている。
特許文献５には、継ぎ目無し鋼管の傾斜穿孔または傾斜圧延に用いられるガイドシューにおいて、ガイドシューをその厚さ方向に本体部と底部に２分割し、本体部と底部との間にセラミックスあるいはサーメット材によって構成された複数の球形状工具を嵌合し、該球形状工具の一部をガイドシュー表面のその直径が前述の球形状工具の直径より小さい空孔より突出させることにより、外面疵の発生を防止する技術が開示されている。
前述のように、従来技術においては、被圧延材の表面状態の調整、穿孔圧延の主ロールの形状変更、ガイドシューの表面処理、ディスクガイドロールの材質調整などの方法により、継目無鋼管の外面疵を防止する技術が開示されているが、いずれも、主ロールの表面粗さに注目したものではない。
しかし、高合金鋼を穿孔圧延する場合には被圧延材の噛出しが生じやすく、上記の対策では不十分な場合があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされた発明であり、外面疵が発生しない高合金継目無鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
図１は、高合金継目無鋼管における噛み出しの発生状況を説明する図である。図１に示すように、被圧延材４は、プラグ１によって穿孔されつつ、主ロール２およびガイドロール３によって外径が規制されつつ、圧延される。穿孔圧延時に図１中のＢで示す箇所に噛み出しが発生すると、外面疵に発展する。
本発明者は、まず、高合金継目無鋼管の外面疵に発展しやすい噛出し状況を噛出し比（被圧延材の噛出し部の外径／主ロールの開度）によって表した場合に、噛出し比が外面疵との間で相関関係があることを突き止めた。即ち、本発明者の研究により、噛出し比を１．１０未満に調整すれば、継目無鋼管の外面疵を飛躍的に低減することができることが判明したのである。なお、「被圧延材の噛出し部の外径」とは図１のＡで示す長さを意味し、「主ロールの開度」とは図１のＷRで示す長さを意味する。
本発明者は、更に、各種穿孔圧延条件による噛出し比への影響を詳細に調査したところ、ピアサの主ロールの表面粗さＲmaxの影響が最も大きく、その他、ピアサの主ロールの開度ＷRおよびガイドロールの開度ＷGの比（ＷG／ＷR）、穿孔時の被圧延材の表面温度、ならびに、ピアサの主ロールの出口面とパスラインとがなす半角θRおよび穿孔プラグの圧延面とパスラインとがなす半角θPの差（θP−θR）についても影響を及ぼすことを知見した。
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、下記の（１）〜（６）に示す高合金継目無鋼管の製造方法を要旨とする。
（１）ビレットの加熱工程、穿孔圧延工程および延伸圧延工程を含む高合金鋼継目無管の製造方法であって、穿孔圧延工程における主ロールの表面粗さＲｍａｘを１５０〜５００μｍの範囲に調整し、かつ穿孔圧延工程における主ロールの開度Ｗ Ｒ およびガイドロールの開度Ｗ Ｇ の比（Ｗ Ｇ ／Ｗ Ｒ ）が１．１０〜１．２０の範囲となるように穿孔することを特徴とする高合金継目無鋼管の製造方法。
（２）穿孔時の被圧延材の表面温度が９００〜１２５０℃の範囲となるように加熱することを特徴とする上記（１）に記載の高合金継目無鋼管の製造方法。
（３）穿孔圧延工程における主ロールの出口面とパスラインとがなす半角θＲおよび穿孔プラグの圧延面とパスラインとがなす半角θＰの差（θＰ−θＲ）が０〜３．０°の範囲となるように穿孔することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の高合金継目無鋼管の製造方法。
（４）普通鋼の継目無鋼管の穿孔に使用した主ロールを用いることを特徴とする上記（１）から（３）までのいずれかに記載の高合金継目無鋼管の製造方法。
（５）普通鋼の継目無鋼管の穿孔時のロール冷却水の流量を１０００〜１５００ｌ／分とすることを特徴とする上記（４）に記載の高合金継目無鋼管の製造方法。
本発明によれば、高合金継目無鋼管の穿孔時に発生する噛出しを防止することができるので、継目無鋼管の外面疵の発生を防止することができる。
本発明に係る高合金鋼継目無鋼管の製造方法においては、例えば、加熱炉によって加熱したビレットをピアサで穿孔し、中空素管を得た後、この中空素管をマンドレルミルなどによって延伸圧延し、必要に応じて更にサイザーなどによって定径圧延を実施して高合金鋼の継目無管が製造される。
ここで、本発明に係る高合金継目無鋼管の製造方法においては、穿孔圧延に用いられるピアサの主ロールとして、その表面粗さＲmaxを１５０〜５００μｍの範囲に調整したものを用いる必要がある。その表面粗さＲmaxが１５０μｍ未満とあまりに平滑な場合、選考時のロールのグリップ力が不十分となり、被圧延材の噛み出しが顕著となる。一方、その表面粗さＲmaxが５００μｍを超える場合、被圧延材にロールに起因する疵が発生する。従って、本発明における穿孔圧延工程は、主ロールの表面粗さＲmaxを１５０〜５００μｍの範囲に調整することとした。
上記の表面粗さの範囲を満足する主ロールとしては、普通鋼の継目無鋼管の穿孔に使用した主ロールを用いるのがよい。普通鋼の圧延回数には制限はないが、３０００〜４０００本程度の圧延に供したロールを用いるのがよい。特に、普通鋼の継目無鋼管の穿孔時ロール冷却水を減量することにより、更に効率的に主ロールの表面粗さを上記範囲としやすい。通常、普通鋼の継目無鋼管の穿孔時のロール冷却水の流量は、２０００〜２５００ｌ／分程度であるが、流量を１０００〜１５００ｌ／分とすることで、ロール表面粗さを上記範囲に調整するために必要な圧延本数を少なくすることができる。
ピアサの主ロールの開度ＷＲおよびガイドロールの開度ＷＧの比（ＷＧ／ＷＲ）は、１．１０〜１．２０の範囲となるように穿孔する。この比（ＷＧ／ＷＲ）が１．１０未満の場合には噛み込み不良が発生し、１．２０を超える場合には噛み出しが発生し、外面疵を発生させるおそれがあるからである。
穿孔時の被圧延材の表面温度としては、９００〜１２５０℃の範囲内とするのが望ましい。穿孔温度が９００℃未満の場合、穿孔圧延に供される被圧延材の変形抵抗が上昇し、噛み出しが発生するおそれがあり、穿孔温度が１２５０℃を超える場合、被圧延材が溶融し、中疵が発生する可能性があるからである。
ピアサの主ロールの出口面とパスラインとがなす半角θRおよび穿孔プラグの圧延面とパスラインとがなす半角θPの差（θP−θR）は、０〜３．０°の範囲となるように穿孔するのが望ましい。この差（θP−θR）が０°未満では穿孔できず、３．０°を超えると、噛み出しが発生し、外面疵が発生するおそれがあるからである。なお、ピアサの主ロールの出口面とパスラインとがなす半角θRおよび穿孔プラグの圧延面とパスラインとがなす半角θPは、それぞれ図２に示す半角θRおよび半角θPである。
本発明の効果を確認するべく、１３％Ｃｒ鋼（ＳＵＳ４０３）を鋳造して得た外径２２５ｍｍ、長さ３，０００ｍｍのビレットを、１２００℃に加熱した後、表面粗さＲmaxが異なる各種の主ロール（ロール径は１，２００ｍｍ）を用いて穿孔し、外径２２８ｍｍ、肉厚１８．７５ｍｍのピアスドシェルを製造する実験を行った。主ロール表面粗さは、事前に実施した普通鋼（Ｓ２５Ｃ）の圧延本数によって調整した。その結果を、図３に示す。
図３に示すように、噛出し比は、主ロールの表面粗さＲmaxが５０μｍ程度では、噛出し比（被圧延材の噛出し部の外径／主ロールの開度）が１．１５を超え、外面疵に発展しやすい状況であった。しかし、主ロールの表面粗さＲmaxが大きくなると、噛出し比が小さくなっていき、１５０μｍ以上の場合に噛出し比が１．１０以下となった。
本発明者は、表面粗さＲmaxを１７５μｍに調整した主ロールを用いて実際の穿孔圧延工程を操業したところ、管理前、６．２％であった外面疵発生率を３．０％にまで低減することができた。
次に、普通鋼の圧延によって主ロールの表面粗さを調整する方法について検討した。その結果を図４に示す。
図４に示すように、普通鋼の圧延本数を増やしていくと、主ロールの表面粗さＲmaxが上昇する。そして、３０００本以上の普通鋼を圧延すると主ロールの表面粗さＲmaxを１５０μｍ以上とすることができる。また、普通鋼の圧延時の冷却水を低減すると、更に、主ロールの表面粗さ調整の効率が上昇する。なお、通常の冷却水の例では２５００ｌ／分程度とし、冷却水を低減した例では流量を１５００ｌ／分とした。
次に、本発明者は、穿孔圧延工程における主ロールの開度ＷRおよびガイドロールの開度ＷGの比（ＷG／ＷR）と、噛出し比との関係を調査した。この実験では、普通鋼を圧延することにより表面粗さＲmaxを１７５μｍに調整した主ロールを用い、比（ＷG／ＷR）を種々変えて、前掲の１３％Ｃｒ鋼を穿孔圧延する実験を行った。その他の条件は、前掲の実施例１と同様とした。その結果を図５に示す。図５に示すように、比（ＷG／ＷR）が１．２０を超える場合には、噛出し比が大きくなり、外面疵を発生させやすい状況となった。比（ＷG／ＷR）が小さくなると、噛み込み量が増大し、噛み込み不良が発生しやすい状況となるが、１．１０以上であれば、問題なく実施することができた。
本発明者は、表面粗さＲmaxを１７５μｍに調整した主ロールを用い、更に、比（ＷG／ＷR）を１．１５に調整して実際の穿孔圧延工程を操業したところ、外面疵発生率を２．０％にまで低減することができた。
次に、本発明者らは、穿孔圧延工程における主ロールの出口面とパスラインとがなす半角θRおよび穿孔プラグの圧延面とパスラインとがなす半角θPの差（θP−θR）と、噛出し比との関係を調査した。この実験では、普通鋼を圧延することにより表面粗さＲmaxを１７５μｍに調整した主ロールを用い、比（ＷG／ＷR）は１．１５に調整し、差（θP−θR）を種々調整して、前掲の１３％Ｃｒ鋼を穿孔圧延する実験を行った。その他の条件は、前掲の実施例１と同様とした。その結果を図６に示す。
図６に示すように、差（θP−θR）が上昇すると、噛出し比も上昇し、３．０°を超えると、噛出し比が１．１０を超え、噛み出し不良が発生しやすい状況となった。
本発明者は、表面粗さＲmaxを１７５μｍに調整した主ロールを用い、更に、比（ＷG／ＷR）を１．１５に調整し、差（θP−θR）を２．０°に調整して実際の穿孔圧延工程を操業したところ、外面疵発生率を１．５％にまで低減することができた。
本発明によれば、高合金継目無鋼管の穿孔時に発生する噛出しを防止することができるので、継目無鋼管の外面疵の発生を防止することができる。
１ プラグ
２ 主ロール
３ ガイドロール
４ 被圧延材
２ 主ロール
３ ガイドロール
４ 被圧延材
Claims (5)
- ビレットの加熱工程、穿孔圧延工程および延伸圧延工程を含む高合金鋼継目無管の製造方法であって、穿孔圧延工程における主ロールの表面粗さＲ ｍａｘ を１５０〜５００μｍの範囲に調整し、かつ穿孔圧延工程における主ロールの開度ＷＲおよびガイドロールの開度ＷＧの比（ＷＧ／ＷＲ）が１．１０〜１．２０の範囲となるように穿孔することを特徴とする高合金継目無鋼管の製造方法。
- 穿孔時の被圧延材の表面温度が９００〜１２５０℃の範囲となるように加熱することを特徴とする請求項１に記載の高合金継目無鋼管の製造方法。
- 穿孔圧延工程における主ロールの出口面とパスラインとがなす半角θＲおよび穿孔プラグの圧延面とパスラインとがなす半角θＰの差（θＰ−θＲ）が０〜３．０°の範囲となるように穿孔することを特徴とする請求項１または２に記載の高合金継目無鋼管の製造方法。
- 普通鋼の継目無鋼管の穿孔に使用した主ロールを用いることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の高合金継目無鋼管の製造方法。
- 普通鋼の継目無鋼管の穿孔時のロール冷却水の流量を１０００〜１５００ｌ／分とすることを特徴とする請求項４に記載の高合金継目無鋼管の製造方法。
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