JP4609372B2

JP4609372B2 - 中径シームレス鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP4609372B2
Application number: JP2006122861A
Authority: JP
Inventors: 武宮澤; 章依藤; 太郎金山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: JP2007290020A

Description

本発明は、中径（製品外径：１７７．８〜４２６．０ｍｍ）シームレス鋼管の製造方法に関し、特に、傾斜回転穿孔圧延で生ずる偏心性偏肉を低減しうる中径シームレス鋼管の製造方法に関する。

中径シームレス鋼管は、例えば図３に示すような一連の熱間圧延により製造される。この例では、丸ビレット１を加熱炉２で１２００℃程度以上に加熱後、ピアサ３で傾斜回転穿孔圧延してホロー10となし、これをエロンゲータ４で回転延伸圧延後、プラグミル５で軸方向孔型圧延し、次いでリーラ６で磨管し、さらに再加熱炉７で８００〜９００℃程度に再加熱後、サイザ８で外径成型する製造工程を示した。

かかる製造工程において、ピアサ圧延（傾斜回転穿孔圧延）で生じがちな形状不具合として偏心性偏肉（非特許文献１）が知られている。偏心性偏肉とは、図４に示すように、管２０の外円中心Ｏ_１に対して内円中心Ｏ_２が偏り、この偏りが、穿孔圧延による素材のねじれと同方向、同周期で発生し、管長手方向に螺旋状に延在したものである。偏心性偏肉には、偏熱起因のものと設備起因のものとがある。

偏熱起因の偏心性偏肉は、素材が回転炉床に固定されて輻射加熱されることで、中心付近の頂部側が底部側よりも速く昇温して最終的に比較的高温部（変形抵抗が低い）となった偏熱状態が生じ、その比較的高温部にピアサプラグが誘導されることによって発生するものであり、螺旋の周期は比較的長い。偏熱の発生防止対策として、素材表面の最高温度到達後炉温を若干（２０〜３０℃）下げる炉温設定パターンとすることにより断面内の熱伝導を促して均熱化する方法、あるいは加熱炉をウォーキングビーム式のものに変更する方法が知られている。

設備起因の偏心性偏肉は、ピアサプラグバー曲がり、プラグ加工精度不良、ピアサ本体スイングブロッククランプ不良、あるいはバーステイディアホールド不足によるバー振れ回り等により、プラグ先端がパス中心線から外れた状態となることにより発生するものであり、螺旋の周期は比較的短い。これへの対策は、設備管理を強化する以外にないというのが通説である。
日本鉄鋼協会編：第３版鉄鋼便覧III(2)条鋼・鋼管・圧延共通設備（昭和55年11月20日；丸善発行）、ｐ．938−939

しかし、炉温設定パターン変更による均熱化対策だけでは、偏熱の完全防止は困難である。また、加熱炉をウォーキングビーム式のものに変更する対策は、偏熱低減効果は大きいが、大規模な設備改造を必要とする。
しかも、上記均熱化対策の実施あるいはウォーキングビーム式加熱炉の採用に加え、設備管理の強化を十分に実施していても、同一造管ロットの、ある圧延順番から突発的に許容限を超える偏心性偏肉（偏心性偏肉不良）が発生し、その圧延順番以降の最終圧延（サイザ圧延）成品が全て格落ち品となる場合がある。かかる偏心性偏肉不良の有無は、サイザ圧延後の精整ラインにおける断面寸法測定によりはじめて判明するのであり、ピアサ圧延中は圧延材に偏心性偏肉不良が生じているのかどうかは不明である。

すなわち、従来の技術では、ピアサ圧延中の偏心性偏肉不良の発生をその場で検出することはできず、また、検出できたとしてもその場でとりうる有効な偏心性偏肉低減手段は不明であった。そのため、同一造管ロットにおいて、順次圧延されるうちのある圧延材に偏心性偏肉不良が発生すると、多くの場合、後続の圧延材でも同様に偏心性偏肉不良が発生してしまい、このことが歩留り向上の一大阻害要因となっていた。

そこで、本発明は、同一造管ロットのピアサ圧延中に、偏心性偏肉不良の発生をその場で検出し、該検出にかかった圧延材に後続する圧延材の偏心性偏肉を低減させる中径シームレス鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討し、その結果、ピアサ圧延後の偏心性偏肉の程度と該ピアサ圧延中のシュー荷重との間に有意な相関関係があることを見出し、この知見に基づいて本発明をなした。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
１．圧延材を左右のシューで案内しつつ上下のロールと該ロール間のプラグとで傾斜回転穿孔圧延するピアサ圧延を含む中径シームレス鋼管の製造方法において、前記ピアサ圧延中のシュー荷重を監視し、該監視値が偏肉率の許容上限に対応するシュー荷重を下回った側のシューの位置を、パス中心線に近づく位置へ変更することを特徴とする中径シームレス鋼管の製造方法。

２．前記シュー位置の変更と併せて、上下のロールのロール間隔を変更することを特徴とする前項１に記載の中径シームレス鋼管の製造方法。
３．前記シュー位置の変更と併せて、ロール間のプラグのパスライン方向の配置位置を変更することを特徴とする前項１または２に記載の中径シームレス鋼管の製造方法。
４．前記シュー位置の変更、前記ロール間隔の変更、前記プラグの配置位置の変更の実行時期を、シュー荷重の監視値が偏肉率の許容上限に対応するシュー荷重を下回った圧延材のピアサ圧延終了後、その圧延材の次の圧延材をピアサ圧延する前としたことを特徴とする前項１〜３のいずれかに記載の中径シームレス鋼管の製造方法。

本発明によれば、同一造管ロットのピアサ圧延中に、偏心性偏肉不良の発生をその場で検出し、該検出にかかった圧延材に後続する圧延材の偏心性偏肉を低減させることが可能となる。

ピアサ圧延では、例えば図２に示すように、圧延材９が、上下のロール31、32およびこれらロールの間に配置されたプラグ（ピアサプラグ）11により、傾斜回転穿孔圧延される。ピアサ出側ホロー外径を目標に合わせるために、左右にシュー33、34を配置し、圧延材９を案内するようにしている。ところで、圧延材９がシュー33、34に接触するとシュー33、34に押圧力が作用する。この押圧力を、シュー33、34に取付けたロードセル（図示省略）等の測定手段により測定したものがシュー荷重である。

発明者らの前記知見によると、中径シームレス鋼管のピアサ圧延におけるシュー荷重と偏肉率、外径（ピアサ出側ホロー外径）との関係は、図１に模式グラフで示すようになる。ここで、偏肉率は、ピアサ出側ホローの長手方向のｎ個の位置i（i=1,…,ｎ）における、円周方向の肉厚データから求めた平均肉厚ｔ_ave(i)、最大肉厚ｔ_max(i)、最小肉厚ｔ_min(i)を用いて、次式で定義される。

偏肉率＝Max［（ｔ_max(i)−ｔ_min(i)）／ｔ_ave(i)］（×100％）
なお、円周方向の肉厚測定手段は、特に限定されないが、ここでは自動超音波厚さ計（USADT；JFEアドバンテック社製）を用いた。外径の測定手段は、特に限定されないが、ここでは外径パスを用いた。
図１に示されるように、偏肉率は、シュー荷重がある値、例えばF1より小さい範囲では高位安定であるが、シュー荷重がF1以上になるとシュー荷重の増大につれて顕著に減少する。一方、外径は、シュー荷重がF1より大きいある値、例えばF2、以下ではほぼ一定であり、この一定値が目標にされるが、シュー荷重がF2を超えるとシュー荷重の増大につれて顕著に減少する。そこで、ピアサ圧延中に左右のシュー荷重を監視し、該監視値が、例えばF1〜F2の範囲内で適宜に選んだ所定の下限、例えば偏肉率の許容上限に対応するシュー荷重、を下回った場合、当該ピアサ圧延を受けた圧延材には、比較的大きい偏心性偏肉が発生していると判定できる。このように、シュー荷重を監視することで、同一造管ロットのピアサ圧延中に、圧延材の偏心性偏肉不良の発生を、その場で検出することができる。

そして、この検出にかかった（左右いずれか一方または両方のシュー荷重が所定の下限を下回った）圧延材に後続する圧延材を同じ条件でピアサ圧延すると、同様に偏心性偏肉不良が発生する可能性が極めて高い。そこで、シュー荷重が所定の下限を下回った側（左右いずれか一方または両方の側）のシュー荷重を所定の下限以上の範囲内に戻すように措置する。

この措置は、例えば図１Ａに模式グラフで示すような、シュー位置とシュー荷重との関係に基づいてシュー位置変更量、例えばα、を適宜決定し、シュー位置を、現用の位置からαだけパス中心線側へシフトさせた位置へ変更することにより実行される。
図１および図１Ａに示したような関係は、実験により予め決定することができる。これらの具体的数値関係は、素材の鋼種により異なるほか、上下ロールのロール間隔（ピアサロール間隔）、および該ロール間のプラグのパスライン方向の配置位置（ピアサプラグ位置）によっても異なってくるから、鋼種、ロール間隔、ピアサプラグ位置の各々で適宜定めた複数の水準毎に前記具体的数値関係を決定しておくのが好ましい。

もっとも、上記のシュー位置変更により、αを極力小さくしても、シュー荷重がF2を超えて外径が目標範囲を下回る場合がありうる。このような場合、次工程のエロンゲータ圧延において噛み込み不良などのトラブルが発生しやすくなり、それ以降の圧延工程による偏肉軽減の作用効果が低下する。
そこで、このような場合には、前記複数の水準毎に決定しておいた具体的数値関係に基づいて、外径が目標範囲に収まりうるピアサロール間隔および／またはピアサプラグ位置の水準（例えばαに対するシュー荷重の変化量がより小さい水準）を選定し、現用の水準から前記選定した水準へ変更することが好ましい。なお、このとき、ピアサロール間隔は拡大側（ピアサ出側ホロー外径が増す方向）に、ピアサプラグ位置はパスラインの上流側（プラグと上下のロールとの隙が減る方向）に、変更するのが好ましい。これらの変更量は、前記具体的数値関係に基づいて適宜決定しうる。

前記シュー位置変更、あるいはそれに加えたピアサロール間隔変更および／またはピアサプラグ位置変更は、前記検出にかかった圧延材の次以降のどの順番の圧延材から実行してもよいが、偏心性偏肉不良の発生本数を極力少なくする観点からして当然ながら、前記各変更措置の実行時期は、前記検出にかかった圧延材のピアサ圧延終了後、そのすぐ次に圧延される圧延材のピアサ圧延開始前の時期とするのが好ましい。

なお、本発明の好適対象鋼種には、表１に示すものが含まれる。

素材規格TCM14（JIS G7220相当）の丸ビレット（直径260ｍｍ）を素材とし、図３に示した製造工程においてピアサ圧延条件を下記の条件１〜４の各々とした工程No.１〜４により、最終仕上寸法＝外径355.6ｍｍ×肉厚35.7ｍｍになる中径シームレス鋼管を製造した。工程No.１は従来例、工程No.２〜４は本発明例に対応する。ピアサ出側ホロー外径の目標範囲は、下限＝290ｍｍ、上限＝300ｍｍとした。なお、加熱炉の炉温は1230℃に、再加熱炉の炉温は980℃に、それぞれ設定した。

［条件１］１ロット（全Ｎ本；ただしＮの値は表３に示す）のＮ本を１本ずつ順次ピアサ圧延する間中、ロール間隔：固定、ピアサプラグ位置：固定、シュー間隔：固定、シュー荷重：監視せず、とする。
［条件２］１ロット（全Ｎ本；ただしＮの値は表３に示す）のＮ本を１本ずつ順次ピアサ圧延する間中、ロール間隔およびピアサプラグ位置：条件１に同じ、シュー間隔：表２の要領Ａで随時変更（ただしF_min、αの値は表３に示す）、シュー荷重：監視する、とする。

［条件３］１ロット（全Ｎ本；ただしＮの値は表３に示す）のＮ本を１本ずつ順次ピアサ圧延する間中、ロール間隔：表２の要領Ｂで随時変更（ただしβの値は表３に示す）、ピアサプラグ位置：条件２に同じ、シュー間隔およびシュー荷重：条件２に同じ、とする。
［条件４］１ロット（全Ｎ本；ただしＮの値は表３に示す）のＮ本を１本ずつ順次ピアサ圧延する間中、ロール間隔、シュー間隔およびシュー荷重：条件３に同じ、ピアサプラグ位置：表２の要領Ｃで随時変更（ただしγの値は表３に示す）、とする。

従来例と本発明例について、サイザ圧延後の製品における偏心性偏肉起因の不合格率（不合格本数率）を調査した。ここで、偏肉率が10％以下のものを合格、それ超のものを不合格とした。調査結果を表３に示す。表３より、本発明によれば、ピアサ圧延での偏心性偏肉の発生を有効に抑制できることがわかる。

素材規格TK24H（JIS G3456相当）の丸ビレット（直径350ｍｍ）を素材とし、図３に示した製造工程においてピアサ圧延条件を前記の条件１〜４の各々とした工程No.５〜８により、最終仕上寸法＝外径406.4ｍｍ×肉厚44ｍｍになる中径シームレス鋼管を製造した。工程No.５は従来例、工程No.６〜８は本発明例に対応する。ピアサ出側ホロー外径の目標範囲は、下限＝378ｍｍ、上限＝381ｍｍとした。なお、加熱炉の炉温は1260℃に、再加熱炉の炉温は980℃に、それぞれ設定した。

シュー荷重と偏肉率、外径（ピアサ出側ホロー外径）との関係を示す模式グラフである。シュー位置とシュー荷重との関係を示す模式グラフである。ピアサ圧延の様子を示す模式図である。中径シームレス鋼管の製造工程の１例を示す模式図である。偏心性偏肉の様相を示す模式図である。

符号の説明

１丸ビレット（素材）
２加熱炉（回転炉床式加熱炉）
３ピアサ（縦型２ロール傾斜回転穿孔圧延機）
４エロンゲータ（縦型２ロール傾斜回転延伸圧延機）
５プラグミル（プラグミル方式軸方向孔型圧延機）
６リーラ（横型２ロール回転内外面磨管機）
７再加熱炉（ウォーキングビーム式再加熱炉）
８サイザ（８スタンドの２ロールカリバー型外径成型機）
９圧延材
10 ホロー（中空材）
11 プラグ（ピアサプラグ）
12 プラグ（エロンゲータプラグ）
13 プラグ（プラグミルプラグ）
14 プラグ（リーラプラグ）
20 管
31 ロール（上ロール）
32 ロール（下ロール）
33 シュー（左シュー）
34 シュー（右シュー）

Claims

圧延材を左右のシューで案内しつつ上下のロールと該ロール間のプラグとで傾斜回転穿孔圧延するピアサ圧延を含む中径シームレス鋼管の製造方法において、前記ピアサ圧延中のシュー荷重を監視し、該監視値が偏肉率の許容上限に対応するシュー荷重を下回った側のシューの位置を、パス中心線に近づく位置へ変更することを特徴とする中径シームレス鋼管の製造方法。
前記シュー位置の変更と併せて、上下のロールのロール間隔を変更することを特徴とする請求項１に記載の中径シームレス鋼管の製造方法。
前記シュー位置の変更と併せて、ロール間のプラグのパスライン方向の配置位置を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の中径シームレス鋼管の製造方法。
前記シュー位置の変更、前記ロール間隔の変更、前記プラグの配置位置の変更の実行時期を、シュー荷重の監視値が偏肉率の許容上限に対応するシュー荷重を下回った圧延材のピアサ圧延終了後、その圧延材の次の圧延材をピアサ圧延する前としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中径シームレス鋼管の製造方法。