JP5504831B2

JP5504831B2 - 継目無鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP5504831B2
Application number: JP2009253003A
Authority: JP
Inventors: 拓也長濱; 龍郎勝村; 和俊石川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: JP2011098354A

Description

本発明は、継目無鋼管の製造技術分野に関し、特に、製品長手方向の品質ばらつきを抑制しうる継目無鋼管の製造方法に関する。

継目無鋼管は、一般に、連続鋳造機で大断面角形状のブルーム鋳片を鋳造し、加熱後、分塊圧延機、ブルーミングミルおよびビレッティングミル等で熱間圧延して断面丸形状のビレットすなわち丸ビレットとなし、あるいは、連続鋳造機で丸ビレットを鋳造し、これらの丸ビレットを素形態とする被加工材に用い、製管工場にて前記被加工材に、穿孔圧延、およびこれに後続する延伸圧延、さらに定径圧延等を施すことにより製造される。

製管工場における継目無鋼管製造工程の一例を図３に示す。素形態が丸ビレットである被加工材１は、例えば回転式加熱炉２で、加熱（ビレット加熱）された後、穿孔用にプラグ４を有する傾斜ロール式穿孔圧延機（ピアサー）３で穿孔圧延（ピアサー圧延）され、中空素管形態となる。ピアサー圧延後の被加工材１は、引き続いて延伸圧延される。該延伸圧延は、管内面拘束用にマンドレルバー６を有するマンネスマン-マンドレルミル５を用いるマンドレルミル圧延、あるいは、管内面拘束用にプラグ９を有するエロンゲータ８を用いる圧延（エロンゲータ圧延）と、管内面拘束用にプラグ11を有するプラグミル10を用いる圧延（プラグミル圧延）と、管内面拘束用にプラグ13を有するリーラー12を用いる圧延（リーラー圧延）とをこの順に行う圧延（エロンゲータ・プラグミル・リーラー圧延）によって実行される。延伸圧延後の被圧延材１は、例えばウォーキングビーム式加熱炉７で、再加熱された後、定径圧延される。該定径圧延は、ストレッチレデューサ14を用いるストレッチレデューサ圧延、あるいは、サイザー（サイジングミル）を用いるサイジングミル圧延によって実行される。定径圧延後の被加工材１は、冷却床16にて冷却されて、製品（継目無鋼管）100とされる。

継目無鋼管の製造技術分野においては、従来、高Ｃｒ継目無鋼管の内面疵発生を少なくする目的で、丸ビレットの組成、加熱炉の均熱温度・在炉時間、ピアサー穿孔効率、プラグ形状を限定すること（特許文献１）や、同前の目的で、丸ビレットの穿孔開始側端面に特定直径のセンターホールを設けること（特許文献２）、また、マンドレルミル圧延における被加工材曲がり防止の目的で、穿孔後マンドレルミル圧延開始前の中空素管形態の被加工材先端部分を冷却すること（特許文献３）、また、マルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管製造において、傾斜ロール式穿孔圧延機（ピアサー）への噛み込み性と耐すべり性の向上、低プラグ先端ドラフト率穿孔の可能化、中被れ疵防止、プラグ寿命延長の目的で、ビレット組成、加熱酸化による内外２層スケールの内層スケール形態およびその加熱形成方法を限定し、外層スケール除去後に穿孔圧延すること（特許文献４）、また、熱間圧延の生産性を落とさずに歩留り良く品質の優れた継目無鋼管製品を得る目的で、延伸圧延機（マンドレルミル、または、エロンゲータ・プラグミル・リーラー）、再加熱炉、絞り圧延機（ストレッチレデューサ）の順次配列装置において、延伸圧延機と再加熱炉の間に、冷却能力可変冷却床、均熱炉、鋼管接合装置を順次配列すること（特許文献５）、また、オンライン溶体化処理によりオーステナイト系ステンレス継目無鋼管を得る目的で、延伸圧延条件およびその後の再加熱・冷却条件を限定すること（特許文献６）、また、難加工性継目無鋼管を有利に製造する目的で、丸ビレット鋳造条件および鋳片穿孔圧延条件（特にロール傾斜角、ロール間隔等）を限定すること（特許文献７）などが提案されている。

WO2005/115650号公報 WO2007/100042号公報特開平05-115904号公報特開2005-115904号公報特開2003-225701号公報特開平09-276907号公報特開平09-300006号公報

しかし、前記従来の技術では、中空素管の内面をプラグで拘束しつつ延伸圧延する時の材料温度（加工温度）が長手方向に不均一となり、そのため製品の長手方向品質ばらつきを十分に抑制することはできず、この点が未解決の課題として残されていた。

本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その要旨構成は次のとおりである。
(1) 素形態が丸ビレットである被加工材を、加熱した後、穿孔圧延して中空素管となし、引き続き前記中空素管の内面をプラグで拘束しつつ延伸圧延し、次いで再加熱した後、定径圧延し、次いで冷却して継目無鋼管となす継目無鋼管の製造方法において、前記被加工材の延伸圧延前に、該延伸圧延直前の被加工材の長手方向の先端が後端よりも30〜400℃高い温度となるように、加熱することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。

(2) 前記延伸圧延前に行う加熱には、誘導加熱を用いることを特徴とする前項(1)に記載の継目無鋼管の製造方法。

本発明によれば、中空素管形態の被加工材をプラグ使用下で延伸圧延する時の加工温度が長手方向に均等化し、製品の長手方向品質ばらつきを効果的に防止することができる。

本発明の実施形態の一例を示す誘導加熱パターン図従来技術における長手方向品質ばらつき発生機構の説明図継目無鋼管製造工程の一例を示す概略図

従来技術では、図３に示す継目無鋼管製造工程のうちのエロンゲータ圧延やプラグミル圧延等の延伸圧延、すなわち中空素管となった被加工材１の内面をプラグ９（あるいは11または13）で拘束しつつ行う延伸圧延において、該延伸圧延直前の被加工材１を特に加熱することなく延伸圧延していた。しかしながら、かかる従来技術では次のような機構で製品に内面疵が発生することを本発明者らは知見した。すなわち、図２として長手方向材質ばらつき発生機構の説明図を示すとおり、内面をプラグで拘束するこれらの延伸圧延（エロンゲータ圧延、プラグミル圧延、リーラー圧延）では、圧延の進行に伴いプラグ温度（例えば図２に示すプラグミル圧延の場合、プラグ11の温度がプラグ温度である）が上昇する。そのため、プラグが熱膨張し、被加工材の寸法が長手方向に変化する。また、被加工材がプラグから受ける抜熱も圧延の進行に伴い変化するため、被加工材の加工温度（被加工材の延伸圧延時の材料温度）が長手方向に変化して、被加工材の長手方向材質ばらつきが発生する。これらに起因して製品の長手方向品質ばらつきが発生してしまう。

これに対し、本発明では、前記被加工材の延伸圧延直前に、当該被加工材の長手方向の先端が後端よりも30〜400℃高い温度となるように、各延伸圧延の開始前（ピアサー圧延終了後からエロンゲータ圧延開始前までの時機、エロンゲータ圧延終了後からプラグミル圧延開始前までの時機、プラグミル圧延終了後からリーラー圧延開始前までの時機、の各時機）に被加工材を加熱する。これにより、被加工材の長手方向の寸法変化や材質ばらつきを効果的に低減させ、製品の長手方向品質ばらつきを有効に抑制することができる。

延伸圧延直前の被加工材の先後端温度差（先端温度−後端温度）が30℃未満または400℃超（本発明範囲外）であると、延伸圧延中の被加工材の先端から後端にかけての加工温度を、製品長手方向品質ばらつきを十分抑制可能な範囲内の温度域に保持することが極めて困難である。よって、前記先後端温度差は、30℃以上400℃以下（本発明範囲内）とする必要がある。

なお、前記先後端温度差を50〜200℃とすると、被加工材の材質をより均質化でき、製品長手方向品質ばらつきを一層低減することが可能となるので好ましい。
前記先後端温度差が本発明範囲内となるように延伸圧延直前の被加工材を加熱する手段としては、急速加熱が可能である点や被加工材長手方向の温度差も付与しやすい点を考慮すると、誘導加熱が好ましい。

前記誘導加熱により加熱する際、被加工材の先端部を強加熱部として、残りの部分よりも強く加熱することが好ましい。強加熱部長さは、被加工材の先端位置から全長の５〜50％の長さ方向位置までの範囲内の長さ部分とすることが好ましい。この好ましい範囲を外れる加熱部長さとした場合は、前記先後端温度差を好適範囲（前記50〜200℃）内とすることが難しい。

JIS STKM13A相当の鋼組成を有する丸ビレットを素形態とする被加工材をビレット加熱した後、ピアサ圧延して外径205ｍｍ×肉厚20ｍｍ×長さ８ｍの中空素管（温度：1100℃）となし、これをエロンゲータ圧延して外径210ｍｍ×肉厚15ｍｍとし、プラグミル圧延-リーラー圧延し、次いで再加熱した後、ストレッチレデューサ圧延し、次いで冷却床で冷却して外径178ｍｍ×肉厚10ｍｍの継目無鋼管（製品）となすにあたり、エロンゲータ圧延、プラグミル圧延、リーラー圧延の各圧延前の誘導加熱による被加工材の加熱条件を表１に示すとおり種々変更し、製品の品質ばらつきを、肉厚差、硬度差を指標として調査した。その結果を表１に示す。ここで、肉厚差、硬度差はそれぞれ次式で定義される。
肉厚差[ｍｍ]＝管先端からの長さ500ｍｍ位置の肉厚−管後端の肉厚
硬度差[％]＝（管先端からの長さ500ｍｍ位置の硬度−管後端の硬度）/管先端からの長さ500ｍｍ位置の硬度×100
なお、前記誘導加熱を行ったときの誘導加熱パターンを図１に示す。

表１に示すとおり、比較例および従来例では品質ばらつきが大きかったのに対し、本発明例では品質ばらつきが十分抑制された。

13％Ｃｒ鋼相当（JIS ４１０相当）の鋼組成を有する丸ビレットを素形態とする被加工材をビレット加熱した後、ピアサ圧延して外径250ｍｍ×肉厚25ｍｍ×長さ12ｍの中空素管（温度：1000℃）となし、これをエロンゲータ圧延‐プラグミル圧延して外径225ｍｍ×肉厚20ｍｍとした後、リーラー圧延し、次いで再加熱した後、ストレッチレデューサ圧延し、次いで冷却床で冷却して外径215ｍｍ×肉厚20ｍｍの継目無鋼管（製品）となすにあたり、エロンゲータ圧延、プラグミル圧延、リーラー圧延の各圧延前の誘導加熱による被加工材の加熱条件を表２に示すとおり種々変更し、製品の品質ばらつきを、肉厚差、硬度差を指標として調査した。その結果を表２に示す。ここで、肉厚差、硬度差はそれぞれ次式で定義される。
肉厚差[ｍｍ]＝管先端からの長さ500ｍｍ位置の肉厚−管後端の肉厚
硬度差[％]＝（管先端からの長さ500ｍｍ位置の硬度−管後端の硬度）/管先端からの長さ500ｍｍ位置の硬度×100
なお、前記誘導加熱を行ったときの誘導加熱パターンを図１に示す。

表２に示すとおり、比較例および従来例では品質ばらつきが大きかったのに対し、本発明例では品質ばらつきが十分抑制された。

１被加工材
２回転式加熱炉
３ピアサー（傾斜ロール式穿孔圧延機）
４，９，11，13 プラグ
５マンネスマン-マンドレルミル
６マンドレルバー
７ウォーキングビーム式加熱炉
８エロンゲータ
10 プラグミル
12 リーラー
14 ストレッチレデューサ
15 サイザー（サイジングミル）
16 冷却床
100 製品（継目無鋼管）

Claims

素形態が丸ビレットである被加工材を、加熱した後、穿孔圧延して中空素管となし、引き続き前記中空素管の内面をプラグで拘束しつつ延伸圧延し、次いで再加熱した後、定径圧延し、次いで冷却して継目無鋼管となす継目無鋼管の製造方法において、前記被加工材の延伸圧延前に、該延伸圧延直前の被加工材の長手方向の先端が後端よりも30〜400℃高い温度となるように、加熱することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
前記延伸圧延前に行う加熱には、誘導加熱を用いることを特徴とする請求項１に記載の継目無鋼管の製造方法。