JP4952242B2

JP4952242B2 - 中径シームレス鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP4952242B2
Application number: JP2006352573A
Authority: JP
Inventors: 武宮澤; 太郎金山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP2008161900A

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Ｏ₁に対して内円中心Ｏ₂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、ピアサ圧延中は被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被圧延材に偏心性偏肉不良が発生すると、多くの場合、後続の被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、該検出にかかった被圧延材に後続する被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、次の知見を得た。
(1)ピアサ出側肉厚が６０ｍｍを超える同一ロットのピアサ圧延において、偏肉率が悪化したときの偏肉率と左右のシュー荷重の推移を調査した結果、図１に示すような傾向があることがわかった。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。
また、ピアサ圧延では、例えば図２に示すように、被圧延材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、被圧延材９を案内するようにしている。ところで、被圧延材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。

同一造管ロットのピアサ圧延では、左右シューは、相互間隔幅の中点をパス中心線上とし、左右のシューの位置はピアサ出側ホロー外径が目標を下回らない範囲で被圧延材の左右側面を略均等に押圧するように初期位置設定される。
このとき、図１Ａに示すように、圧延順番の１番からある番（例えばｋ番）までは偏肉率が小さいが、その次の番（例えばｋ＋１番）から偏肉率が大きくなることがあり、その場合、左右のシュー荷重は、偏肉率が小さい圧延順番では左右が略同じ値で推移し、偏肉率が大きくなる圧延順番（ｋ＋１番）から左右の差が大きくなる。

すなわち、ピアサ出側ホロー肉厚が６０ｍｍ超の同一造管ロットのピアサ圧延において、左右のシュー荷重の差がある程度を超えて大きくなる圧延順番と、偏肉率が大きくなり始める圧延順番とが対応する。よって、左右シュー荷重差を監視し、この差がある程度を超えて大きくなったことをもって、偏肉率増大を検出できる。
偏肉率増大を検出するための左右シュー荷重差の目安（前記「ある程度」に該当）は、鋼種、シュー形状、圧延条件等によって異なるから、これらの条件を変えた実験によって決定し、所定の公差として用いる。

(2)次に、上記のように左右シュー荷重差が所定の公差を超えたことをもって偏肉率増大を検出した後に、左右のシュー位置を変更することで、その次からの圧延順番における偏肉率を小さくできないかと考え、実験を行った。
（実験１）左右シュー荷重差が所定の公差を超えた（この場合、左＞右）圧延順番の次番の圧延開始前に、左シューをパス中心線から遠ざけ、右シューをパス中心線に近づけるシュー位置変更を行った。その結果、次番以降の圧延では、左右シュー荷重差は所定の公差以内に縮まったが、偏肉率は大きいままであった。

（実験２）左右シュー荷重差が所定の公差を超えた（この場合、左＞右）圧延順番の次番の圧延開始前に、左シューをピアサ出側外径が目標を下回らない範囲でパス中心線に近づけ、右シューをそのシュー荷重が１トン未満（例えば０）になる位置までパス中心線から遠ざけるシュー位置変更を行った。その結果、図１に示されるように、次番以降の圧延では、右シュー荷重は１トン未満（例えば０）になり、左シュー荷重は前より高くなったが、偏肉率は小さくなった。

（実験３）左右シューの初期位置設定において、左シューをピアサ出側外径が目標を下回らない範囲でパス中心線に近づけ、右シューをシュー荷重が１トン未満になる位置までパス中心線から遠ざけた。その結果、同一造管ロットの圧延順番の１番目から、左右シュー荷重は実験２のシュー位置変更後と同様に推移したが、偏肉率は前記実験２のシュー位置変更直前の圧延順番のそれと同程度に大きい値のまま推移した。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明は以下のとおりである。
１．被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み、ピアサ出側ホロー肉厚が６０ｍｍ超になる、中径シームレス鋼管の製造方法において、同一造管ロットのピアサ圧延中のシュー荷重を監視し、左右のシュー荷重がともに１トン以上で両者の差が偏肉率が急に大きくなり該偏肉率の許容値を上回る圧延順番の左右シュー荷重差を超えた圧延順番の次番のピアサ圧延開始前に、シュー荷重が小であった側のシューを前記被圧延材に接触しない位置までパス中心線から遠ざけ、その反対側のシューをピアサ出側ホロー外径が目標を下回らない範囲でパス中心線に近づけるシュー位置変更を行うことを特徴とする中径シームレス鋼管の製造方法。

本発明によれば、ピアサ出側ホロー肉厚が６０ｍｍを超える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、該検出にかかった被圧延材に後続する被圧延材の偏心性偏肉を低減させることが可能となる。

本発明は、ピアサ出側ホロー肉厚が６０ｍｍを超える場合に適用するものとする。ヒアサ出側ホロー肉厚が６０ｍｍ以下の場合に適用しても偏心性偏肉低減効果に乏しい。本発明の適用対象鋼種としては、表１に示すものが挙げられる。

左右シューの初期位置設定段階（同一造管ロットの圧延順番の１番目の圧延開始前）では、左右シューの相互間隔幅の中点をパス中心線上に置き、左右のシューのパス中心線からの距離はピアサ出側ホロー外径が目標を下回らない範囲で被圧延材の左右側面を略均等に押圧可能な距離とする。この距離は実験等により予め決定できる。
上記の初期位置設定後にピアサ圧延を開始し、ピアサ圧延中のシュー荷重を監視する。このときの左右のシュー荷重はともに１トン以上でないと、前記実験３の場合と同様、偏肉率が大きくなる。

被圧延材を１本ずつ順次圧延していく中、ある圧延順番ｋ＋１番において左右シュー荷重差が拡大し、所定の公差を超えたことが検出された場合、実験２と同様に、ｋ＋２番の圧延開始前に、ｋ＋１番の圧延中の左右シュー荷重監視値のうち小さい方の値を示した側のシューを、そのシュー荷重が１トン未満（例えば０）になる位置までパス中心線から遠ざける。それと共に、その反対側のシューをピアサ出側ホロー外径が目標を下回らない範囲でパス中心線に近づける。かかるシュー位置変更により、前記実験２と同様、ｋ＋２番からの圧延順番において偏肉率が低減する。

（本発明例）素材規格TCM14（JIS G7220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より、最終仕上寸法＝外径４０６．４ｍｍ×肉厚４３．７ｍｍになる、同一造管ロットの中径シームレス鋼管を２０本製造した。この製造工程では、ピアサ出側ホロー外径目標＝３８０ｍｍ、ピアサ出側ホロー肉厚目標＝６３．３ｍｍとした。なお、加熱炉の炉温＝１２３０℃、再加熱炉の炉温＝９８０℃、とした。

ピアサ圧延では、左右シューの初期位置を、左右シューの相互間隔幅の中点がパス中心線上に乗り、左右のシューのパス中心線からの距離がピアサ出側ホロー外径が目標を下回らない範囲で被圧延材の左右側面を１トン以上のシュー荷重で略均等に押圧可能な距離になるような位置に設定し、シュー荷重監視下で各圧延順番のピアサ圧延を行った。
シュー荷重監視値は、圧延順番＝１〜１２番の間は、左シュー荷重＝１０〜１５トン、右シュー荷重＝６〜１２トンであり、両者の差は所定の公差（１０トンとした）以下であったが、圧延順番＝１３番において、左シュー荷重＝１６トン、右シュー荷重＝４トンとなり、左右シュー荷重差が所定の公差１０トンを超えた。そこで、圧延順番＝１４番のピアサ圧延開始前に、右シューを被圧延材に接触しない位置までパス中心線から遠ざけ、左シューをピアサ出側ホロー外径が目標を下回らない範囲でパス中心線に近づけるシュー位置変更を行い、シュー荷重監視下で圧延順番＝１４〜２０番のピアサ圧延を行った。このピアサ圧延中のシュー荷重監視値は、左シュー荷重＝１６〜１８トン、右シュー荷重＝０トンであった。

なお、いずれの被圧延材も、ピアサ出側ホロー外径は目標以上であり、次工程のエロンゲータ圧延を行う際に噛み込み不良等の不具合は生じなかった。
上記２０本の被圧延材について、サイザ圧延後の製品の偏肉率を測定した。その結果、圧延順番＝１〜１２番では、偏肉率＝４〜８％、圧延順番＝１３番では、偏肉率＝１４％、圧延順番＝１４〜２０番では、偏肉率＝５〜９％であった。

（比較例）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より、最終仕上寸法＝外径４０６．４ｍｍ×肉厚６０．０ｍｍになる、同一造管ロットの中径シームレス鋼管を１０本製造した。この製造工程では、ピアサ出側ホロー外径目標＝３７０ｍｍ、ピアサ出側ホロー肉厚目標＝８４．５ｍｍとした。なお、加熱炉の炉温＝１２３０℃、再加熱炉の炉温＝９８０℃、とした。

ピアサ圧延では、左右シューの初期位置を、左右シューの相互間隔幅の中点がパス中心線上に乗り、左右のシューのパス中心線からの距離がピアサ出側ホロー外径が目標を下回らない範囲で被圧延材の左右側面を１トン以上のシュー荷重で略均等に押圧可能な距離になるような位置に設定し、シュー荷重監視下で各圧延順番のピアサ圧延を行った。
シュー荷重監視値は、圧延順番＝１〜４番の間は、左シュー荷重＝１１〜１６トン、右シュー荷重＝７〜１４トンであり、両者の差は所定の公差（１０トンとした）以下であったが、圧延順番＝５番において、左シュー荷重＝１６トン、右シュー荷重＝３トンとなり、左右シュー荷重差が所定の公差１０トンを超えた。しかし、シュー位置の変更は行わず、シュー荷重監視下で圧延順番＝６〜１０番のピアサ圧延を行った。このピアサ圧延中のシュー荷重監視値は、左シュー荷重＝１３〜１６トン、右シュー荷重＝２〜４トンであった。

なお、いずれの被圧延材も、ピアサ出側ホロー外径は目標以上であり、次工程のエロンゲータ圧延を行う際に噛み込み不良等の不具合は生じなかった。
上記１０本の被圧延材について、サイザ圧延後の製品の偏肉率を測定した。その結果、圧延順番＝１〜４番では、偏肉率＝４〜９％、圧延順番＝５番では、偏肉率＝１５％、圧延順番＝６〜１０番では、偏肉率＝１２〜１７％であった。

本発明の基礎となる知見を得た実験２での偏肉率および左右シュー荷重の推移の例を示す模式グラフである。従来の偏肉率および左右シュー荷重の推移の例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被圧延材
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

被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み、ピアサ出側ホロー肉厚が６０ｍｍ超になる、中径シームレス鋼管の製造方法において、同一造管ロットのピアサ圧延中のシュー荷重を監視し、左右のシュー荷重がともに１トン以上で両者の差が偏肉率が急に大きくなり該偏肉率の許容値を上回る圧延順番の左右シュー荷重差を超えた圧延順番の次番のピアサ圧延開始前に、シュー荷重が小であった側のシューを前記被圧延材に接触しない位置までパス中心線から遠ざけ、その反対側のシューをピアサ出側ホロー外径が目標を下回らない範囲でパス中心線に近づけるシュー位置変更を行うことを特徴とする中径シームレス鋼管の製造方法。