JP6274449B2 - 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、ビレットの噛み込み不良を生じることなく、難加工材であっても内面疵の発生を管全長に亘って抑制することができる継目無鋼管の製造方法に関する。

マンネスマン方式（傾斜穿孔圧延方式）による継目無鋼管の製造は、通常、以下に示す工程を経て行われる。まず、素材であるビレット（鋼片または鋳片という場合がある）が回転炉床式加熱炉に装入されて加熱され、加熱されたビレットが穿孔圧延機で穿孔圧延されて中空素管となる。次いで、中空素管は、エロンゲータ、プラグミルまたはマンドレルミル等の圧延機によって延伸圧延された後、サイザーやストレッチレデューサ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。

上記マンネスマン方式による穿孔圧延では、Ｃｒ等の含有量が高く中心偏析やポロシティを有する連続鋳造鋳片や、ステンレス鋼などの熱間変形能の低い難加工性材料のビレットを被圧延材とした場合、回転鍛造効果（マンネスマン効果）と付加的なせん断変形によって、穿孔後の中空素管の内面にカブレ疵と呼ばれる疵（内面疵）が発生する。このような内面疵の発生を防止するためには、プラグ先端における圧下率を小さくして軽圧下穿孔を行い、回転鍛造効果を出来るだけ抑制することが有効であることが知られている。上記軽圧下穿孔を行う方法には、ロール間隔を大きくする方法と穿孔プラグ（単にプラグともいう）を予め前進させておく方法とが考えられるが、いずれにしてもビレットがロールに接触してからプラグにあたるまでのビレットとロールとの接触面積が小さくなり、プラグの抗力に打ち勝つだけの推力をロールから得がたくなって、ビレットの噛み込み不良などの問題が発生しやすくなる。

そこで、軽圧下穿孔で噛み込み不良を生じることなく製管し、内面疵の発生を抑制する高合金継目無鋼管の製造技術が特許文献１および２に開示されている。特許文献１に記載の技術は、横断面が丸形状の鋳片を傾斜圧延ロールに噛み込ませて穿孔プラグで穿孔する継目無管の製造方法において、鋳片を穿孔するにあたり傾斜圧延ロールを毎秒４．５ｍ未満の周速度で回転させ、プッシャーにより背圧を付与しながら押し込みマンネスマン穿孔を行い、鋳片が傾斜圧延ロールに安定に噛み込むまでプッシャーにより鋳片に背圧を付与し、プラグ先端圧下率Ｍ（＝ｄ／Ｄ、ｄ：プラグ先端位置でのロール間隔、Ｄ：鋳片の直径）を９７％以上で穿孔を行う継目無管の製造方法である。また、特許文献２に記載の技術は、横断面が丸形状の鋳片を傾斜圧延ロールに噛み込ませて穿孔プラグで穿孔後、マンドレルミルにて圧延を行う継目無管の製造方法において、下式で定義されるＰＰ値が正の値を取りうるように傾斜圧延ロールの回転速度を制御するとともに、プラグ先端圧下率Ｍ（＝ｄ／Ｄ、ｄ：プラグ先端位置でのロール間隔、Ｄ：鋳片の直径）を９７％以上とし、鋳片が傾斜圧延ロールに安定に噛み込むまでプッシャーにより鋳片に背圧を付与する継目無管の製造方法である。
ＰＰ＝−０．０００１２ＢＴ＋１．６８５６×１０^−５×Ｄｒ−０．０００３２７×Ｖｒ＋０．０２５５
但し、ＢＴは素材ビレット径（ｍｍ）、Ｄｒは穿孔ロール直径（ｍｍ）、Ｖｒはロール回転速度（ｒｐｍ）とする。

さらに、特許文献３には、パスラインに沿って入側に配置されたプッシャーと、出側に配置されたプラグと、プラグを挟んで対抗して配置された一対の傾斜ロールとを備えた穿孔機を用いて穿孔圧延を行う継目無管の製造方法であって、プラグ先端圧下比およびプラグ先端圧下比とビレット回転数の積の平方根、ゴージ圧下比、およびプラグ形状を限定し、少なくとも穿孔圧延の非定常域においてビレットをプッシャーによって押圧して穿孔圧延を行う、内面疵および偏肉の少ない継目無管の製造方法が開示されている。

特許第３５０３５５２号公報 特許第３４２５７１８号公報 特許第４９３０００２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、２に記載された技術では、通常の圧延速度より低速で圧延する必要があり、生産性が低下するとともに、穿孔圧延中に穿孔プラグと被圧延材とが接触している時間が長くなり穿孔プラグの温度が上昇して該穿孔プラグの寿命が著しく低下し、製造コストが高くなるという問題があった。さらに、特許文献１、２に記載された技術では、中空素管の先端部分に発生する疵を抑制することは可能であるが、前記中空素管の先端部分以降の管内面に発生する疵を抑制することが不完全であることが明らかになった。

また、特許文献３に記載された技術では、穿孔圧延におけるビレットの進行速度を大きくするための手段としてプッシャーが用いられ、非定常状態でプラグにかかるスラスト荷重がプッシャーを使用しない場合の定常状態でプラグにかかるスラスト荷重以上となるように、プッシャーでビレットを推し進めることが好ましいとされているが、プッシャーによる過度の押圧によって圧延不良が生ずる場合があった。

本発明の目的は、被圧延材であるビレットがＣｒ等の含有量が高く中心偏析やポロシティを有する連続鋳造鋳片や、ステンレス鋼などの熱間変形能の低い難加工性材料であっても、内面疵の発生を管全長に亘って抑制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、プッシャーにより前記ビレットに背圧を加えながら押し込みつつマンネスマン穿孔を行う押し込み穿孔について詳細に検討した結果、前記プッシャーによる押し込み荷重を制限しつつビレットが傾斜圧延ロールに噛み込まれた後もプッシャーによる押し込みを続けることで、内面疵の発生を管全長に亘って抑制でき、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）横断面が丸形状のビレットを傾斜圧延ロールに噛み込ませて穿孔プラグで穿孔する継目無鋼管の製造方法において、前記ビレットが前記傾斜圧延ロールに接触してから前記穿孔が終了するまでプッシャーにより前記ビレットに０．５〜７．５ＭＰaの背圧を加えながらマンネスマン穿孔を行うことを特徴とする内面品質に優れた継目無鋼管の製造方法。
（２）前記ビレットが前記傾斜圧延ロールに接触する圧延方向位置と、前記ビレットが前記穿孔プラグに接触する圧延方向位置との距離Ｘが式＜１＞
０．１≦Ｘ／Ｄｂ≦０．５ ＜１＞
ここで、Ｄｂ：ビレットの外径
を満足するように前記マンネスマン穿孔を行うことを特徴とする（１）に記載の内面品質に優れた継目無鋼管の製造方法。
（３）前記ビレットが、Ｃｒ含有量が０．５質量％以上の高合金鋼からなる鋳造ままの鋳片であることを特徴とする（１）または（２）に記載の内面品質に優れた継目無鋼管の製造方法。

本発明により、被圧延材であるビレットがＣｒ等の含有量が高く中心偏析やポロシティを有する連続鋳造鋳片や、ステンレス鋼などの熱間変形能の低い難加工性材料であっても、生産性を阻害することなく、内面疵の発生を管全長に亘って抑制でき、内面品質に優れた継目無鋼管を製造することができる。

マンネスマン押込み穿孔法を利用した継目無鋼管の製造装置を示す概略構成図である。 ビレットが傾斜圧延ロールに接触する圧延方向位置とビレットが穿孔プラグに接触する圧延方向位置との距離Ｘを示す説明図である。

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。マンネスマン式穿孔圧延機は、一対の傾斜圧延ロール２と、傾斜圧延ロール２の下流側に設けられたマンドレル装置５によって傾斜圧延ロール２の間のパスラインに保持された穿孔プラグ３と、傾斜圧延ロール２の上流側に設けられ被圧延材であるビレット１に背圧を加えるプッシャー４と、を備えている。

傾斜圧延ロール２は、樽状の周面を有し、ビレット１を噛み込み圧下するための中央部分が最大径となっており、それぞれのロール軸が前記パスラインに対して傾斜角θをもって配置されている。

プッシャー４は、クラッチ７を介して油圧シリンダ８に回転自在に連結され、先端部分がビレット１の後端に当接でき、該ビレット１を所定の力で傾斜圧延ロール２に対して押し出す機能を有している。

マンドレル装置５は、大荷重の油圧シリンダに連結した芯金６を備え、該芯金６の先端に取付けられた穿孔プラグ３を一対の傾斜圧延ロール２の間に噛み込まれたビレット１に対して押し込むようになっている。

本発明方法では、穿孔プラグ３を予め前進させて該穿孔プラグ３の先端における圧下率を小さくして軽圧下穿孔を行い、回転鍛造効果を出来るだけ抑制して内面疵の発生を防止する。この場合、前記したように、ビレット１と傾斜圧延ロール２との接触面積が小さく、前記穿孔プラグ３の抗力に打ち勝つだけの推力を傾斜圧延ロール２から得がたくなって生じるビレット１の噛み込み不良やビレット１の空回りによる加工ひずみの累積などの問題が生じる。このような問題を防止するため、プッシャー４を用いて前記ビレット１に０．５〜７．５ＭＰａの背圧を加える。背圧が０．５ＭＰａ未満では、前記ビレット１の噛み込み不良や空回りが生じるため背圧の下限を０．５ＭＰａとする。一方、背圧が７．５ＭＰａを超えると前記ビレット１に座屈が生じるため、上限を７．５ＭＰａとする。なお、好ましくは２．０〜６．０ＭＰａである。

なお、上記軽圧下穿孔は、穿孔プラグ３を前進させるとともに、あるいは、穿孔プラグ３を前進させることなく、傾斜圧延ロール２の開度を大きくすることで行ってもよい。

また、定常部においても圧縮応力を付与して割れの発生を抑制するため、ビレット１が傾斜圧延ロール２に安定に噛み込まれた後も穿孔が終了するまでプッシャー４によりビレット１に前記背圧を加え続ける。

さらに、図２に示すように、ビレット１が傾斜圧延ロール２に接触する圧延方向位置と、ビレット１が穿孔プラグ３に接触する圧延方向位置との距離Ｘが式＜１＞
０．１≦Ｘ／Ｄｂ≦０．５ ＜１＞
ここで、Ｄｂ：ビレット１の外径
を満足するように前記マンネスマン穿孔を行う。Ｘ／Ｄｂを小さくすればより軽圧下な穿孔となり、内面疵の発生が抑制されるが、Ｘ／Ｄｂが０．１未満となるとビレット１と傾斜圧延ロール２との接触面積が過小となり、プッシャー４の押し込み力を加えてもビレット１が前進せず穿孔圧延ができなくなる場合があるとともに、軽圧下穿孔による傷抑制効果も飽和する傾向にあるため、Ｘ／Ｄｂの下限値を０．１とした。また、Ｘ／Ｄｂが０．５より大きくなると、軽圧下穿孔の効果が得られず中空素管の内面に疵が発生するようになる。なお、押し込み設備や制御系の変動などの観点から、より好ましいＸ／Ｄｂの範囲は０．２〜０．４である。

また、本発明の効果をより顕著にするために、ビレット１が、Ｃｒ含有量が０．５質量％以上の高合金鋼からなる鋳造ままの鋳片であることが好ましい。

バレル型の傾斜圧延ロールで入側ロール面角を３度、傾斜角を８度としたマンネスマン式穿孔圧延機を用いて、表１に示す条件で穿孔圧延を実施し、圧延後の中空素材に発生した内面疵の発生率を調べた。素材の鋼種は１３Ｃｒ鋼、１Ｃｒ鋼および９Ｃｒ鋼で、前加工を施したビレットと鋳造ままのビレットを用い、加熱温度を１２５０℃とした。なお、外径が５８ｍｍの鋳造ままビレットは、大径（径：２１０ｍｍ）の丸鋳片の軸芯部から直径５８ｍｍの丸ビレットを採取した。また、前記傾斜圧延ロールの傾斜角を考慮した最短のロール間隔からビレットと前記傾斜圧延ロールとの接触位置を求め、穿孔プラグ設置位置との差から距離Ｘを求め、Ｘ／Ｄｂを算出した。得られた穿孔圧延後の素管の寸法は、外径：６６〜７０ｍｍ、長さ：４５０〜５６０ｍｍであった。

その結果、表１の示すように、本発明法の適用によって、圧延不良の発生もなく、鋳造ままの素材の場合にも内面疵の発生が著しく抑制された。

１ ビレット
２ 傾斜圧延ロール
３ プラグ
４ プッシャー
５ マンドレル装置
６ 芯金
７ クラッチ
８ 油圧シリンダ

Claims (2)

1. 横断面が丸形状のビレットを傾斜圧延ロールに噛み込ませて穿孔プラグで穿孔する継目無鋼管の製造方法において、前記ビレットが前記傾斜圧延ロールに接触する圧延方向位置と、前記ビレットが前記穿孔プラグに接触する圧延方向位置との距離Ｘが式＜１＞
   ０．１≦Ｘ／Ｄｂ≦０．５ ＜１＞
   ここで、Ｄｂ：ビレットの外径
   を満足し、かつ前記ビレットが前記傾斜圧延ロールに接触してから前記穿孔が終了するまでプッシャーにより前記ビレットに０．５〜７．５ＭＰaの背圧を加えながらマンネスマン穿孔を行うことを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
2. 前記ビレットが、Ｃｒ含有量が０．５質量％以上の高合金鋼からなる鋳造ままの鋳片であ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。

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