JP5765190B2

JP5765190B2 - 継目無鋼管の縮径圧延方法

Info

Publication number: JP5765190B2
Application number: JP2011238518A
Authority: JP
Inventors: 宏之高井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: JP2013094799A

Description

本発明は、継目無鋼管の縮径圧延方法に関し、特に、高合金鋼の様な難加工材を縮径圧延する際の倒れ込み疵の発生を有効に防止するための継目無鋼管の縮径圧延方法に関する。

最近では、継目無鋼管の適用分野は、それが発揮する優れた性能を有効に適用するため、建設機械用や自動車用鋼管としてのシリンダー、油圧配管に加え、自動車車体の軽量化の要請から需要が増加しているドライブシャフト用鋼管等のように、耐疲労特性が要求される鋼管の用途への広がりを見せている。
このような用途に対応する継目無鋼管の製造方法には、通常、穿孔後の熱間製管としてマンドレルミル製管法およびプラグミル製管法に区分されるが、寸法精度や生産効率に優れることからマンネスマン製管法が採用されている。熱間製管により製造された素管は、要求される性能に応じて、適宜、外径、内径および肉厚の寸法精度の向上、表面性状の改善、並びに機械的強度の確保のため冷間引抜等の冷間加工が施されることが多い。

継目無鋼管を熱間製管するマンネスマン−マンドレルミル製管法は、中実のビレットの中心部に孔をあける穿孔圧延と、この穿孔されたホローシェルの肉厚加工を主たる目的とする延伸圧延と、素管外径を減径して目標寸法に仕上げる定径圧延とで構成される。通常、穿孔圧延ではマンネスマンピアサー、交叉型穿孔圧延機等の穿孔圧延機が、延伸圧延ではマンドレルミル等の圧延機が、さらに定径圧延ではストレッチレデューサー等の孔型圧延機が用いられる。

特許文献１には、マンネスマン−マンドレルミル製管法で圧延される鋼管の内表面に発生するしわ疵を効率よく抑制しうる手段として、マンネスマン穿孔圧延しマンドレル延伸圧延した後の再加熱条件を８００〜１０５０℃とし、ストレッチレデューサーによる定径圧延の仕上寸法ｔ／Ｄに応じて、孔型ロールの平均楕円率がｔ／Ｄとの特定の関係式を満足した条件で仕上圧延する旨記載されている。

特開２００８−２２１２５０

ストレッチレデューサーは３ロール圧延スタンドを複数スタンド直列に配置してなり、通常、相前後する何れの２スタンドにおいても相互の円周方向のロール位相角度差は６０°として、テンション（張力）を付加しながら縮径（或いは更に減肉）を行っている。同一スタンド内のロールは３本とも同一の材質、形状、寸法とされる。
然し、高合金鋼のような難加工材の場合、例えば図３に示すように、縮径過程で、被加工材である管材４の局所部分がロール１のカリバー部２の両エッジ側に連なるフランジ部３と隣りのロール１のフランジ部３との隙間（この隙間の大きさであるロール隙δは通常１ｍｍ以下に設定される）から噛み出し、該噛み出し部５が次スタンドのロール１のカリバー部２の中央部分で圧下されて倒れ込んで疵となった所謂倒れ込み疵６の発生頻度が高い。これを防止すべく、従来は圧延スケジュールの変更、付加テンション量の変更等を行っていた。然し、高合金鋼に対してはその効果に乏しかった。

以上の様に、従来は、高合金鋼の管材に対して倒れ込み疵の発生を有効に防止する事ができないという課題があった。

発明者は前記課題を解決するために、以下の検討を行った。
即ち、製品断面偏肉悪化防止の観点から、ロールカリバーデザインの変更は従来行われていないが、偏肉防止と倒れ込み疵発生防止とを両立できるロールカリバーデザインの範囲が存在するに違いないと考え、鋭意実験を重ねた。その結果、各スタンドの縮径率とロールのエッジ逃がし量の関係を或る範囲内に規制する事により、偏肉を悪化させずに倒れ込み疵発生を有効に低減できるという知見を得た。

ここで、上記エッジ逃がし量について図２を用いて説明する。
通常、ロール１において、カリバー部２はそのロールプロフィルが、ロール外側に曲率中心をもつ円弧状の曲線形状とされる。フランジ部３はそのロールプロフィルが、ロール中心軸方向端部側ほどロール中心軸に近づく様に傾斜した直線形状とされる。カリバー部２とフランジ部３との境界にはエッジ逃がし部７と呼ばれる連結領域が設けられ、該連結領域のロールプロフィルはロール中心軸に平行な直線形状とされる。図２中の点Ｐは、カリバー部２の最端部側のロールプロフィルをなす円弧を更にエッジ逃がし部７側に延長してなる円弧（該円弧の曲率中心位置は前記延長前の円弧分のそれと同一）とフランジ部３のロールプロフィルをなす傾斜線分を更にエッジ逃がし部７側に延長してなる直線（該直線の方向は延長前の傾斜線分のそれと同一）との交点Ｐである。この交点Ｐからエッジ逃がし部７までの最短距離ｘでもって、エッジ逃がし量ｘが定義される。

本発明は、上記知見に基いて成されたものであり、その要旨は次の通りである。
［１］３ロール圧延スタンドを複数スタンド直列配置したストレッチレデューサーを用いる継目無鋼管の縮径圧延方法であって、単スタンド当りの縮径率をＹとされたスタンドに対し、エッジ逃がし量ｘが次式（１）を満たすロールを用いることを特徴とする継目無鋼管の縮径圧延方法。

０．８０Ｙ−４．４４≦ｘ≦１．２２Ｙ−６．８１ ‥‥（１）
Ｙ：単スタンド当りの縮径率（％）、ｘ：エッジ逃がし量（ｍｍ）。

本発明によれば、継目無鋼管が高合金鋼等の難加工材であっても、偏肉を悪化させず且つ倒れ込み疵の発生を有効に抑えつつ縮径圧延を行う事ができる。

本発明に係る縮径率とエッジ逃がし量の関係を示すグラフである。エッジ逃がし量の定義説明図である。倒れ込み疵の発生の様子を示す模式図である。

図１は、本発明に係る縮径率とエッジ逃がし量の関係を示すグラフである。図１中の直線Ｌ１，Ｌ２、及びプロット点は以下の様にして求めた。
（直線Ｌ１）
ＳＣｒ鋼のうちＣｒ含有量が８〜１６ｍａｓｓ％である鋼組成のうち表１に示す鋼組成を有し、外径が１１０ｍｍφの継目無鋼管である素管を、全３スタンドの試験研究用ストレッチレデューサーにて圧延し、その際、第２スタンド以外は縮径率＝２％、エッジ逃がし量＝０．１ｍｍとし、第２スタンドは縮径率Ｙとエッジ逃がし量ｘを種々変え、得られた鋼管について倒れ込み疵の有無を目視判定した結果、倒れ込み疵有りの領域と無しの領域との境界が、ｘ＝０．８０Ｙ−４．４４なる直線Ｌ１で表される事が分った。ここで直線Ｌ１上のｘをｘ１と置くと、ｘ＜ｘ１では倒れ込み疵有り、ｘ≧ｘ１では倒れ込み疵無し（良好）である。

（直線Ｌ２）
前記素管を、全１１スタンドの試験研究用ストレッチレデューサーにて圧延し、その際、第５スタンド以外は縮径率＝２％、エッジ逃がし量＝０．１ｍｍとし、第５スタンドは縮径率Ｙとエッジ逃がし量ｘ（但し、ｘ≧ｘ１）を種々変え、得られた鋼管について偏肉率（＝円周方向での、[（最大肉厚−最小肉厚）/平均肉厚]×１００（％）））の測定値を基に偏肉の大小を評価した結果、偏肉小の領域と偏肉大の領域との境界が、ｘ＝１．２２Ｙ−６．８１なる直線Ｌ２で表される事が分った。ここで直線Ｌ２上のｘをｘ２と置くと、ｘ＞ｘ２では偏肉大、ｘ≦ｘ２では偏肉小(良好)である。

かくして、偏肉を悪化させずに倒れ込み疵の発生を防止できる範囲を、縮径率Ｙとエッジ逃がし量ｘの関係で規定でき、その範囲は図１中の直線Ｌ１と直線Ｌ２で挟まれた領域、即ち前記式（１）で表される領域である事が分ったので、これを本発明要件とした。
尚、ｘ＞０ｍｍである事から、式（１）の適用範囲は自ずと、Ｙ≧５．６％の範囲に限られる。但し、Ｙ＜５．６％の場合、実機での倒れ込み疵の発生は殆ど無い為、式（１）はＹ≧５．６％のスタンドのみに適用すればよい。又、Ｙ＞７％と大きくすると、製品形状を損う場合があるから、Ｙ≦７％が好ましい。これらの事から、本発明は、Ｙ＝５．６〜７％のスタンドに対して適用するのが好ましい。

（プロット点）
式（１）の有効性を検証する為に、前記素管を、全１５スタンドの試験研究用ストレッチレデューサーにて３つの方法（○▲■）で各方法ごとに複数個、個別の条件で圧延した。何れの圧延も第１〜３スタンドと第１３〜１５スタンドは縮径率≦３％、エッジ逃がし量≦０．２ｍｍとした。残りの第４〜１２スタンドについては、次の通りとした。

○の場合：各スタンドについて縮径率、エッジ逃がし量を夫々図１中の同一○点のＹ座標値、ｘ座標値として式（１）を満足させた。
▲の場合：少なくとも１つのスタンドについて縮径率、エッジ逃がし量を夫々図１中の同一▲点のＹ座標値、ｘ座標値としてエッジ逃がし量ｘが式（１）の範囲を下に外れるようにした。

■の場合：少なくとも１つのスタンドについて縮径率、エッジ逃がし量を夫々図１中の同一■点のＹ座標値、ｘ座標値としてエッジ逃がし量ｘが式（１）の範囲を上に外れるようにした。
その結果、○の場合は倒れ込み疵の発生は無く偏肉も小さくて良好であった。一方、▲の場合は偏肉は小さかったが倒れ込み疵が発生し、又、■の場合は倒れ込み疵の発生は無かったが偏肉が大きくなった。かくして、式（１）が有効である事が検証できた。

前記素管（外径１１０ｍｍ）を、全２８スタンドの実機ストレッチレデューサーにて外径２５〜５６ｍｍに仕上げる縮径圧延工程に対して本発明を実施した。実施前は、偏肉は小さかったが、倒れ込み疵の発生率は４．５％であったのに対し、実施後は、偏肉の悪化はなく、倒れ込み疵の発生率は０．４９％と格段に低減し、本発明の効果が顕現した。

１ロール
２カリバー部
３フランジ部
４管材
５噛み出し部
６倒れ込み疵
７エッジ逃がし部

Claims

３ロール圧延スタンドを複数スタンド直列配置したストレッチレデューサーを用いる継目無鋼管の縮径圧延方法であって、単スタンド当りの縮径率をＹとされたスタンドに対し、エッジ逃がし量ｘが次式（１）を満たすロールを用いることを特徴とする継目無鋼管の縮径圧延方法。
０．８０Ｙ−４．４４≦ｘ≦１．２２Ｙ−６．８１ ‥‥（１）
Ｙ：単スタンド当りの縮径率（％）、ｘ：エッジ逃がし量（ｍｍ）。