JP4603707B2

JP4603707B2 - 継目無管の製造方法

Info

Publication number: JP4603707B2
Application number: JP2001045277A
Authority: JP
Inventors: 孝有泉; 祥三東; 龍郎勝村; 龍晴小田; 基晴山崎
Original assignee: NKKTubes KK
Current assignee: NKKTubes KK
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: JP2002239612A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、継目無管、主として高負荷材である（圧延荷重・動力の高い）高合金鋼の継目無管を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
継目無鋼管の製造では、まず始めの加工プロセスとして高温に加熱されたビレットに孔をあける穿孔工程がある。穿孔は回転鍛造効果を利用したものが多く、樽形ロールを用いた傾斜穿孔機（マンネスマン穿孔機）、また最近では従来の傾斜穿孔法の適用を拡大したコーン型ロールによる交差穿孔機により１パスの穿孔が行われる。穿孔後の中空素管は大径サイズではプラグミルにて、また中径・小径サイズではマンドレルミルにて延伸圧延が行われる。
【０００３】
一方、近年の継目無管需要者の動向として使用環境の過酷化にともない、より高強度・高耐食性の鋼管が望まれるようになってきた。このような要求を満足するためにはステンレス鋼のように合金元素を多量に添加した高合金鋼とせざるを得ない。
【０００４】
ところが高合金鋼は普通鋼に比べて変形抵抗が高いので、穿孔時に必要とされる動力が大きくなり、普通鋼を対象に設計されたモータ容量の小さい穿孔機では過負荷のために生産することができない。高合金鋼継目無管の製造のためにモータ容量の大きい穿孔機を新たに導入することも考えられるが、設備投資に膨大なコストがかかるという問題がある。そこで、大きな動力を持つ穿孔機を新設する以外の方法として、既設穿孔機の小さな穿孔動力により高合金鋼を加工可能とする必要がある。
【０００５】
高合金鋼の穿孔動力を低減させる方法として次の二つが考えられる。
【０００６】
（Ａ）高温での変形抵抗の低下を利用する方法（ビレットの高温加熱抽出）
（Ｂ）遠心鋳造法や中空連続鋳造法により形成した中空素管を熱間圧延加工する方法
上記（Ａ）の方法は、ビレットを高温に加熱するので、加熱炉でのスケール量が増大するばかりでなく、一部の高合金鋼では採用できない。この理由は１０００℃以上の高温域で急激に延性が低下する性質を示すものがあり、穿孔時の加工発熱により圧延材の温度がゼロ延性温度を越えてしまい、傾斜圧延に特有のせん断歪みにより内面割れを生じてしまうからである。
【０００７】
ここで「ゼロ延性温度」について図４を参照して説明する。図４は横軸に試験温度（℃）をとり、縦軸に絞り（％）をとって、代表的オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４の高温域における延性（絞り）の変化を示す特性線図である。図中にて約１２８０℃までは延性に変化がみられない（特性線Ａ）が、約１２８０℃を超えると延性が急激に低下する（特性線Ｂ）。このように高温域において延性が急激に低下する温度をゼロ延性温度といい、以下これをＴｏと表示する。このゼロ延性温度Ｔｏは鋼種ごとに種々異なるものである。
【０００８】
上記（Ｂ）の方法は、中実材ではなく中空材を用いて穿孔時の加工量を減らすことにより、傾斜圧延時の動力と加工発熱を低減し、かつ、ゼロ延性割れの問題を解決することができるので、確かに有効な方法であるといえる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高合金鋼は普通鋼と異なり１ロット当りの生産量の少ない多サイズ少量生産品となる所謂小ロットものであるので、同サイズ品を大量生産するための製造ラインを適合させることができないという問題がある。
【００１０】
また、遠心鋳造法や連続鋳造から得た中空素材を用いる上記（Ｂ）の方法は、同一寸法のビレットを供給するような大量生産には適しているが、傾斜穿孔圧延に用いる中空素管として多サイズの外径および肉厚をそれぞれ準備する場合は、製造コストが著しく高くなるという問題を生じる。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、傾斜穿孔圧延機を用いた継目無管の製造ラインにて、高負荷材である高合金鋼の継目無管を低コストで製造できる方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る継目無管の製造方法は、加熱炉および傾斜穿孔圧延機を持つ継目無管製造ラインにおいて、前記加熱炉への装入前に素材を中空素管の形状に機械加工し、該中空素管形状の素材を加熱炉にて素材のゼロ延性温度を超えないように加熱した後に、前記傾斜穿孔圧延機により延伸圧延（拡管、減肉、延伸）することを特徴とする。
【００１３】
上述のように高負荷である高合金鋼の傾斜穿孔圧延時の動力を低減するためには、加工前の素材として、中実のビレットでなく中空の素材を用いることが最も簡便な方法であり、冷間のビレットから機械加工により多サイズの外径・肉厚を持つ中空素材を造り分ける方法が最適である。
【００１４】
機械加工を施すことにより精度のよい外径・内径・肉厚が得られるので、穿孔圧延後の中空素管の肉厚精度が向上することは言うまでもない。機械加工の方法は中ぐり加工ができるものであればよく、特に限定されるものではない。
【００１５】
また、加工前のビレットは遠心鋳造法、中実連続鋳造法、中空連続鋳造法、分塊圧延法のうちいずれの方法を用いて製造されたものであってもよい。さらに、加工前のビレットの断面形状は特に限定されるものではなく、例えば丸断面でもよく、あるいは角断面でもよい。
【００１６】
次に、傾斜穿孔圧延時に生じる内面割れは、穿孔圧延後の被圧延材の温度がゼロ延性温度Ｔｏ以下となるように制御することにより解決できる。制御対象となる穿孔圧延中の被圧延材の温度は、鋼種、圧延前の被圧延材温度、傾斜穿孔圧延の条件（加工前後の中空素管の寸法、加工速度など）等の主要なパラメータに基づいて決まるので、コンピュータシミュレーション利用の有限要素法のような解析手法を用いて予め求めておくことが可能である。
【００１７】
ところで、傾斜穿孔圧延は加工度が過大であり、その加工発熱が非常に大きくなるので、鋼種によっては加工中に素材の温度が大幅に上昇することがある。例えばステンレス鋼の中実素材を穿孔圧延加工すると、素材の温度は加工前よりも１００℃程度は上昇する。このため加熱炉抽出温度をゼロ延性温度Ｔｏ以下に設定したとしても、高合金鋼では穿孔圧延時にゼロ延性温度Ｔｏを超えてしまい、内面割れを発生することがある。
【００１８】
しかし、本発明の方法では穿孔圧延前に予め機械加工により所定肉厚の中空素管とすることにより、傾斜穿孔圧延時の加工発熱が軽減され、加工中に素材の温度がゼロ延性温度Ｔｏを超えなくなるので、内面割れの発生が抑制される。
【００１９】
なお、一般的に加熱炉抽出温度の大きな変更は不可能であるため、小ロット材に対しては加熱炉抽出温度を変更せず、機械加工時の中空素管の寸法調整により穿孔圧延後の被圧延材の温度を管理するほうが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は機械加工前後の被圧延材の外観形状を模式的に示した図である。図中にて符号２Ａは連続鋳造法により製造した丸断面中実ビレット、符号２Ｂは遠心鋳造法により製造した中空丸断面ビレット、符号２Ｃは分塊圧延法により製造した角断面ビレットをそれぞれ示す。本発明ではこのような種々の断面形状のビレット２Ａ，２Ｂ，２Ｃを素材として、機械加工により所望サイズの中空素管２Ｄの形状とし、これを所定温度に加熱した後に穿孔圧延加工する。
【００２２】
中空素管２Ｄの外径Ｄと肉厚ｔは、素材条件（材質、圧延前の温度など）および加工条件（穿孔圧延加工後の中空素管サイズ、加工速度、加工温度など）に基づいて予め演算により求めておくことができる。すなわち、継目無管製造ラインの既設の加熱炉および傾斜穿孔圧延機にそれぞれ固有の性能や特性（設備パラメータ）と、素材のゼロ延性温度Ｔｏやサイズ等（素材パラメータ）とに基づいて中空素管の外径Ｄおよび肉厚ｔが求まる。さらに、外径Ｄと肉厚ｔから中空素管の内径ｄが求まる。なお、加工中の中空素管の温度がゼロ延性温度Ｔｏよりも低いと、穿孔圧延時に内面割れが発生しなくなる。
【００２３】
次に、高合金鋼継目無管を製造する場合について図３を用いて説明する。
【００２４】
連続鋳造用鋳型から丸断面中実ビレットを引き抜き、冷却し、切断して所定長の丸断面中実ビレット２Ａとする（工程Ｓ１）。丸断面中実ビレット２Ａの材質はオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）であり、その外径は例えば１８０ｍｍである。
【００２５】
既存の加熱炉に固有の温度特性データから中空素管の加熱炉抽出温度を設定する（工程Ｓ２）。設定した加熱炉抽出温度と素材条件（材質、圧延前の温度など）および加工条件（穿孔圧延加工後の中空素管サイズ、加工速度、加工温度など）とに基づいて中空素管の外径Ｄおよび肉厚ｔを予め演算により求める（工程Ｓ３）。例えば、加熱炉抽出温度を１２５０℃とし、傾斜穿孔圧延後の被圧延材の温度がその鋼種のゼロ延性温度Ｔｏ以下となるように、機械加工時の外径Ｄ、内径ｄ、肉厚ｔをそれぞれ決定した。
【００２６】
ビレット２Ａを傾斜穿孔圧延ラインに搬入し（工程Ｓ４）、この内外面を機械切削して中空素管２Ｄとする（工程Ｓ５）。なお、機械切削加工は、必ずしも傾斜穿孔圧延ライン内でなくともよく、他のラインや他の工場で行うようにしてもよい。この機械切削加工には例えば大型旋盤を用いる。
【００２７】
次いで、中空素管２Ｄを加熱炉内に装入して加熱する（工程Ｓ６）。温度センサにより中空素管２Ｄの温度を測定し、測定温度がゼロ延性温度Ｔｏを超えない範囲でＴｏより余裕をもって低い温度に、例えば１２５０℃に加熱した後に、中空素管２Ｄを加熱炉から抽出する（工程Ｓ７）。
【００２８】
図２に示す傾斜穿孔圧延機に中空素管２Ｄを搬送し、一対の圧延ロール５ａ，５ｂ、穿孔プラグ６、一対のガイドシュー８を用いて所望サイズの継目無管２Ｅを得た（工程Ｓ８）。
【００２９】
なお、大径管を製造する場合には、加熱炉→ピアサ→エロンゲータ→プラグミル→リーラ→サイザーの順に素材を送って加工する。ちなみに上記の実施形態では穿孔プラグ６をエロンゲータのように利用した。
【００３０】
いずれの継目無管２Ｅにも圧延中には内面割れが確認されず、これら傾斜穿孔圧延機の動力も設備仕様の範囲内であった。精整ラインにて製品の寸法検査を行った結果、普通鋼に比べて遜色ない高合金鋼継目無管を製造することができた。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、内面欠陥のない高合金鋼の継目無管を高歩留まりに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加工前後の被圧延材（ビレット）の外観形状を示す模式図。
【図２】（ａ）は傾斜穿孔圧延機を側方から見て示す部分断面模式図、（ｂ）は傾斜穿孔圧延機をパスライン方向から見て示す断面模式図。
【図３】本発明の実施形態に係る継目無管の製造方法を示す工程図。
【図４】絞り加工の温度依存性を示す特性線図。
【符号の説明】
２Ａ…連続鋳造法により製造した丸断面ビレット（機械加工前）、
２Ｂ…遠心鋳造法により製造した中空丸断画ビレット（機械加工前）、
２Ｃ…分塊圧延法により製造した角断面ビレット（機械加工前）、
２Ｄ…機械加工後の中空丸断面ビレット、
５ａ，５ｂ…圧延ロール、
６…穿孔プラグ、
８…ガイドシュー。

Claims

加熱炉および傾斜穿孔圧延機を持つ継目無管製造ラインにおいて高合金鋼の継目無管を製造する方法であって、
前記加熱炉への装入前に素材を中空素管の形状に機械加工し、前記中空素管形状の素材を加熱炉にて素材のゼロ延性温度を超えないように加熱した後に、前記傾斜穿孔圧延機により延伸圧延（拡管、減肉、延伸）し、
ここで、前記素材は、１０００℃以上で熱間延性が急激に低下する鋼種からなり、
かつ、前記中空素管の外径と肉厚は、設定した加熱炉抽出温度と、材質および圧延前温度からなる素材条件と、穿孔圧延加工後の中空素管サイズ、加工速度および加工温度からなる加工条件と、に基いて定められ、それにより前記傾斜穿孔圧延中の素材の温度がゼロ延性温度を超えないことを特徴とする高合金鋼継目無管の製造方法。
前記素材が、遠心鋳造法、中空連続鋳造法、中実連続鋳造法、分塊圧延法のうちのいずれかを用いて製造されたことを特徴とする請求項１記載の高合金鋼継目無管の製造方法。