JP6197783B2 - 継目無鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、継目無鋼管の製造方法に関し、より詳しくはマンネスマン穿孔後にマンドレルミルで延伸圧延を行う際に、潤滑性に起因した内面疵の発生を抑制するのに好適な継目無鋼管のマンネスマン穿孔圧延方法に関する。

マンネスマンーマンドレルミル方式による継目無鋼管の製造は、例えば図４に示す工程を経て行われる。まず素材であるビレット１が回転炉床式加熱炉２に装入されて加熱され、加熱されたビレット１が穿孔圧延機３で穿孔されて中空素管となる。次いで、中空素管は、素管の内部にマンドレルバーと呼ばれる棒状工具４２を挿入しつつ複数のロール４３で圧延を行うマンドレルミル４によって延伸圧延され、所望の外径、肉厚を有する素管４１となる。さらに、前記素管４１は、必要に応じて再加熱炉５で再加熱され、例えばストレッチレデューサ６と呼ばれる複数スタンドの圧延機で外径加工され、仕上製品管となる。

上記マンネスマンーマンドレルミル方式による継目無鋼管の製造において、マンドレルミルによる延伸圧延に際し、マンドレルバーは、通常、１１００〜１２００℃の中空素管に挿入され、中空素管内面と焼き付き易い状態に曝される。さらに、中空素管を延伸圧延する際には、中空素管の内表面とマンドレルバーの外表面において相対すべりが発生する。そのため、マンドレル圧延工程において、加工界面の潤滑が悪いと、スリ疵、カキ疵と呼ばれる線状の疵が生じ、これらの疵は深さが深くて長いものとなるため、製品管の内面品質および生産性に重大な問題となる。そこで、マンドレルミル圧延においては、従来から、加工界面の潤滑を良好にするため、マンドレルバーの表面および／または中空素管の内面に潤滑剤を塗布し、表面に潤滑被膜を形成させる方法が行われてきた。

例えば、特許文献１には、多様化した材質の中空素管それぞれの延伸圧延に最適な種類、量の薬剤等を延伸圧延時に供給することが可能な継目無管の製造装置、及びその製造方法が開示されている。

また、特許文献２に、中空素管をマンドレルミルによって延伸圧延する際に、マンドレルバー表面に黒鉛およびマイカの少なくとも一方を主成分とする潤滑剤を塗布し、さらに中空素管の内面に１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤を供給することにより、マンドレルミルによる延伸圧延時の摩擦係数を低くし、管の内面疵の発生を少なくすることができる継目無鋼管の製造方法が開示されている。

特開２００８−１２６２５３号公報 特許第４３０５６７３号公報

しかしながら、前記した従来技術は、次のような問題を有している。

特許文献１や特許文献２などに開示されている従来技術では、いずれも、穿孔圧延後の中空素管をマンドレルミルへ搬送する間に前記中空素管の内面に潤滑剤を塗布することが前提とされている。したがって、潤滑剤が有効に働くようにするため、潤滑剤を塗布した後、マンドレルミルで圧延される前に、鋼管サイズや鋼種に応じて一定の温度及び時間を確保する必要があった。そのため、製造コストの増大や生産性の低下を招いていた。

本発明の目的は、生産性を阻害することなく、潤滑剤を中空素管内面に均一に塗布でき、かつ、潤滑剤の機能を十分に発揮させるだけの温度と時間を確保できる継目無鋼管の製造方法を提供することである。

本発明者らは、前記課題を解決するために、マンネスマン穿孔圧延からマンドレルミルによる延伸圧延に至る製造工程について詳細に検討した結果、潤滑剤を中空素管の内面に均一に塗布でき、かつ、生産性を阻害しない技術を見出した。

すなわち、本発明は、以下の要旨からなる。
（１）マンネスマン製管法による継目無鋼管の製造方法において、穿孔圧延中の被加工材の既穿孔部である中空部内面にマンドレルミルによる延伸圧延用の潤滑剤を塗布することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
（２）前記潤滑剤の塗布が、軸方向に潤滑剤供給路を有し、穿孔圧延中のプラグを保持する芯金の側面に設けられ、前記潤滑剤供給路と連通する一つの、あるいは複数の吐出孔からの吹付けにより行われることを特徴とする（１）に記載の継目無鋼管の製造方法。
（３）前記潤滑剤の塗布が、軸方向に潤滑剤供給路を有する芯金に保持された穿孔圧延中のプラグの底面に設けられ、前記潤滑剤供給路と連通する複数の溝からの吹付けにより行われることを特徴とする（１）に記載の継目無鋼管の製造方法。
（４）前記マンドレルミルによる延伸圧延に代えて、プラグミルまたはエロンゲータミルによる延伸圧延とすることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の継目無鋼管の製造方法。
（５）鋼管素材がＣｒを５〜４５質量％含有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の継目無鋼管の製造方法。

本発明により、穿孔圧延後の中空素管内面は潤滑剤を均一に塗布した状態とすることができ、かつ、潤滑剤塗布後の温度と時間を十分に確保できるため、内面疵の発生を抑止した継目無鋼管の効率的な製造が可能となる。

本発明の実施形態の１例を示す概略図である。 本発明に係る穿孔圧延用工具の１つの例を示す縦断面図である。 本発明に係る穿孔圧延用工具のもう１つの例を示す縦断面図である。 継目無鋼管の製造工程を概略的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態の１例を示す概略図である。穿孔圧延機３は、一対のピアサーロール３３と、プラグ３２と、芯金３４と、潤滑剤供給装置３７を具備する。芯金３４は、その先端がプラグ３２の後端に設けられた芯金結合部に嵌め込まれ、前記プラグ３２と結合される。また、前記芯金３４は、その後端から吐出孔３６に連通する潤滑剤供給路３５を有し、該潤滑剤供給路３５が芯金後端部で前記潤滑剤供給装置３７と連結される。

穿孔圧延中、前記潤滑剤供給装置３７から供給された潤滑剤は、前期吐出孔３６を介して前記プラグ３２で穿孔された既穿孔部である中空部３１の内面に塗布される。この際、前記中空部３１はマンネスマン穿孔の特性で回転しながら前進しているため、前記潤滑剤は前記中空部３１内面の全周及び全長に亘りほぼ均一に塗布される。

上記工程は、潤滑剤供給装置及び芯金を通して潤滑剤を塗布すること以外、通常の穿孔圧延工程と同等であるため、被加工材の温度低下や潤滑剤の反応待ち時間等生産性を阻害する要素は一切入らない。

次に、本発明を実施するに当たって、好ましい穿孔圧延用工具の構成について説明する。

潤滑剤の塗布は、軸方向に潤滑剤供給路３５を有する芯金３４の側面に設けられ、前記潤滑剤供給路３５と連通する一つの、あるいは複数の吐出孔３６からの吹付けによって行われることが好ましい。図２にその構造例を示す。芯金３４は二重管で構成され、該二重管の外管３８と内管３９との間隙を潤滑剤供給路３５として潤滑剤供給装置３７と連結される。潤滑剤は、潤滑剤供給装置３７から空気や水などの液体をキャリアとして混ぜられ、前記二重管の外管３８と内管３９との間隙に供給される。この潤滑剤が、前記二重管の外管３８に加工された吐出孔３６から穿孔中の中空部３１の内面に吐出されることにより、前記中空部３１の内面に塗布される。

また、潤滑剤の塗布は、軸方向に潤滑剤供給路３５を有する芯金３４に接続された穿孔プラグの底面に設けられ、前記潤滑剤供給路３５と連通する複数の溝からの吹付けによって行われることが好ましい。図３に、二重管構造の芯金を用い，該芯金とプラグとの接続部から潤滑剤を吐出する構造例を示す。図３（ａ）の例では、潤滑剤供給装置３７から供給された潤滑剤は、プラグ底部の前記芯金との接続部まで前記芯金の外管３８と内管３９の間隙を通して搬送され、前記プラグの底面に設けられた吐出用の溝を通し、中空部３１の内面へ吐出される。また、図３（ｂ）の例では、二重管の内管３９の中空部を通して潤滑剤を搬送し，穿孔プラグ内部に設けられた空間部を経由し，前記二重管の外管３８と内管３９との間隙へ前記潤滑剤を戻す過程で穿孔プラグの底面に設けられた吐出用の溝から中空部３１の内面へ吐出する。なお、プラグ底面に設ける溝の数は、図３では２ないし３本としているが，任意の本数で構わない。ただし、１本では全長穿孔圧延後の中空素管全周に潤滑効果を及ぼすことは難しいため，好ましくは２本以上とし、上限はプラグの施工性などを考慮し６本以下とする。さらには、図２と図３に示した潤滑剤の吐出方法、すなわち芯金の側面から吐出する方法とプラグの底面から吐出する方法を組み合わせても構わない。

また、本発明では、前記マンドレルミルによる延伸圧延に代えて、プラグミルまたはエロンゲータミルによる延伸圧延としても構わない。

さらに、本発明の製造方法を適用して顕著な効果を得るためには、鋼管素材がＣｒを５〜４５質量％含有することが好ましい。Ｃｒが５質量％未満の場合は被加工材側に酸化スケールが生じ、この酸化スケールが穿孔圧延の後続工程で用いられる工具と被加工材の直接接触を防止するため、強力な潤滑を必要としない。一方、Ｃｒが４５質量％超えでは被加工材の加工性が劣化し、穿孔圧延することが困難となる。

また、本発明では、前記鋼管素材がＣｒに代えて、あるいはＣｒに加えてさらに、Ｎｉを８〜４５質量％含有してもよい。Ｎｉが８質量％未満では、Ｃｒの場合と同様、強力な潤滑の必要がなく、一方、Ｎｉが４５質量％超えでは、Ｃｒの場合と同様、被加工材の加工性が劣化し、穿孔圧延するのが困難となる。

また、穿孔圧延中の被加工材の既穿孔部である中空部の内面に塗布する潤滑剤としては、黒鉛等の粉体潤滑剤が好ましく、より好ましくは、前記中空部の内面に付着した状態で溶融するものである。このようなものとしては、例えば、特許第４７５４８１８号公報に記載された炭酸リチウムおよびアルカリ金属ホウ酸塩等からなる粉末状の潤滑剤が挙げられる。

本発明の効果を確認するため、以下の条件で圧延実験を行った。

圧延実験は、ＪＩＳ ＳＴＢＡ２８鋼（９％Ｃｒ）、ＪＩＳ ＳＵＳ４２０Ｊ１鋼（１３％Ｃｒ）およびＳＵＳ３０４鋼（１８％Ｃｒ−８％Ｎｉ）を素材に用いて行った。また、比較のため一般炭素鋼（０．１５％Ｃ）相当鋼でも実験を行った。

穿孔圧延では、素材外径寸法１９０ｍｍの略円形状のビレットに対し、延伸比（穿孔後長さ／素材長さ）が約２となるように、穿孔条件を決定した。

得られた中空素管は通常、黒鉛系の潤滑剤が塗布されたマンドレルバーが挿入され、６〜８スタンドにロール軸が交互に交差するよう配置されたタンデムミル（通称マンドレルミル）で圧延される。このため、比較条件として、黒鉛潤滑剤のみの場合と、本発明による穿孔圧延中の潤滑剤塗布と、穿孔圧延後の潤滑剤塗布との３つの条件で実験を行った。本発明の適用に当たっては、図２に示した穿孔圧延用工具を使用し、空気をキャリアガスとして、特許第４７５４８１８号公報に記載された炭酸リチウムおよびアルカリ金属ホウ酸塩等からなる粉体状の潤滑剤を使用した。

さらに、潤滑剤として二硫化モリブデン粉末または酸化鉄の適用を検討した。この場合、圧空等による吹き付けでは管内面への塗布が不十分となるため、水を輸送媒体として管内面への塗布を行った。

圧延後、マンドレルバーストリップ電流および鋼管の内面疵の発生状況を調査し、本発明に係る潤滑剤塗布の効果を評価した。

その結果を表１に示す。本発明法の適用により、各鋼種とも、マンドレルバーストリップ電流が抑制されたとともに、内面疵の発生頻度が著しく減少した。

１ ビレット
２ 回転炉床式加熱炉
３ 穿孔圧延機
４ マンドレルミル
５ 再加熱炉
６ ストレッチレデューサ
３１ 中空部（穿孔圧延中の被加工材の既穿孔部）
３２ プラグ
３３ ピアサーロール
３４ 芯金
３５ 潤滑剤供給路
３６ 吐出孔
３７ 潤滑剤供給装置
３８ 芯金（二重管）の外管
３９ 芯金（二重管）の内管
４１ 素管
４２ マンドレルバー

Claims (6)

1. マンネスマン製管法による継目無鋼管の製造方法において、穿孔圧延中の被加工材の既穿孔部である中空部内面にマンドレルミルによる延伸圧延用の潤滑剤を塗布する継目無鋼管の製造方法であって、
   前記潤滑剤の塗布が、軸方向に潤滑剤供給路を有する二重管構造の芯金に保持された穿孔圧延中のプラグの底面に設けられ、前記潤滑剤供給路と連通する２〜６本の溝からの、空気をキャリアガスとする吹付けにより行われることを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
2. 前記空気をキャリアガスとする吹付けが、前記芯金の側面に設けられ、前記潤滑剤供給路と連通する一つの、あるいは複数の吐出口からの吹付けによっても行われ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。
3. 前記潤滑剤を、黒鉛、炭酸リチウムのうちいずれか1種または2種からなる潤滑剤とすることを特徴とする請求項１または２に記載の継目無鋼管の製造方法。
4. 前記空気をキャリアガスとする吹付けに代えて、水を輸送媒体とする吹付けとし、かつ、前記潤滑剤を、二硫化モリブデンまたは酸化鉄からなる潤滑剤とすることを特徴とする請求項１または２に記載の継目無鋼管の製造方法。
5. 前記マンドレルミルによる延伸圧延に代えて、プラグミルまたはエロンゲータミルによる延伸圧延とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の継目無鋼管の製造方法。
6. 鋼管素材がＣｒを５〜４５質量％含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の継目無鋼管の製造方法。
   

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