JP6579166B2 - 継目無鋼管の圧延方法および継目無鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｃｒを５．０ｍａｓｓ％以上含有する継目無鋼管の圧延方法および継目無鋼管の製造方法に関する。

油井管等に多用される継目無鋼管は、ビレットと称される鋼鋳片（断面が丸又は角）を素材にして製造される。例えば、図１に示すように、素材１である鋼鋳片（例えば、丸ビレット）を加熱炉２で加熱してから、ピアサー・ミル（傾斜圧延機）３で該素材１にプラグ４を押し当て穿孔して、素管５を形成する。そして、引続き、該素管５の孔に、前記同様にプラグ４を挿入して、拡管、延伸、磨管を行うエロンゲータ６、プラグ・ミル７、リーラ８又はマンドレル・ミル（図示せず）からなる圧延機で管体形状にまで成形圧延する。さらに、その管体９は、再加熱炉１０を経てサイジング・ミル１１という多段の絞り圧延機により外径と肉厚を所定寸法まで絞り込まれ、製品とされる。

従来のエロンゲータ、リーラーのようなバレル型のロール形状を持つ傾斜圧延機においては、中空素管をエロンゲータで拡管圧延しようとすると、素管の噛込み不良、尻抜け不良を起こしたり、フレアリングを生じてホローが破れたりすることが知られている。これは一般に、バレル型ロールを所定の傾斜角で配置した穿孔圧延では、ゴージ部より出側ではロール径は漸次減少し、周速度が遅くなるため、減肉されて断面積が減少し、前進速度が増加する被圧延材に対してブレーキをかける状態となり、その結果被圧延材にねじれが生じ、断面内には付加的な剪断歪が発生するためとされている。特に、Ｃｒを５．０ｍａｓｓ％以上含有するような材料（難加工材）の場合、素管の熱間加工性が悪いため、拡管時の素管拡がりが戻らず、後端側での真円度不良が起こりやすい。

特許文献１では、このようなバレル型ロール特有の問題を改善するために、コーン型ロールを用いた技術が開示されている。

特開平０２−２４９１２号公報

特許文献１の技術ではコーン型ロールを使用しており、バレル型ロールを用いた継目無鋼管の製造においては、依然として真円度不良の課題を残したままである。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、バレル型ロールを用いた継目無鋼管の製造において、Ｃｒを５．０ｍａｓｓ％以上含有する難加工材の真円度不良を防止することができる、継目無鋼管の圧延方法および継目無鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］５．０ｍａｓｓ％以上のＣｒを含有する継目無鋼管の圧延方法であって、５．０ｍａｓｓ％以上のＣｒを含有する鋼鋳片を、加熱炉で加熱後、ピアサー・ミルで穿孔し、引続き、バレル型のロール形状を有するエロンゲータで拡管圧延するに際し、
エロンゲータでの拡管率をＥ（ただし、Ｅ＞１．０）、エロンゲータでの拡管圧延時のロールバイト内の対角線長さをＸ_ｄｉａ、入側素管外径をＯＤとして、
下記式（１）を満たすようにエロンゲータで拡管圧延することを特徴とする継目無鋼管の圧延方法。
０．８７×Ｅ＋０．４４≦（Ｘ_ｄｉａ／ＯＤ）≦０．９１×Ｅ＋０．４６ （１）
［２］５．０ｍａｓｓ％以上のＣｒを含有する継目無鋼管の製造方法であって、５．０ｍａｓｓ％以上のＣｒを含有する鋼鋳片を、加熱炉で加熱後、ピアサー・ミルで穿孔し、引続き、バレル型のロール形状を有するエロンゲータで拡管圧延するに際し、
エロンゲータでの拡管率をＥ（ただし、Ｅ＞１．０）、エロンゲータでの拡管圧延時のロールバイト内の対角線長さをＸ_ｄｉａ、入側素管外径をＯＤとして、
下記式（１）を満たすようにエロンゲータで拡管圧延することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
０．８７×Ｅ＋０．４４≦（Ｘ_ｄｉａ／ＯＤ）≦０．９１×Ｅ＋０．４６ （１）

本発明によれば、バレル型ロールを用いた継目無鋼管の製造において、Ｃｒを５．０ｍａｓｓ％以上含有する難加工材の真円度不良を防止することができる。したがって、難加工材である継目無鋼管を安定して製造することが可能となる。

図１は、バレル型ロールを用いた継目無鋼管の製造工程を示す模式図である。 図２は、エロンゲータ圧延を説明する図であり、（ａ）はエロンゲータ圧延時の圧延ロール、中空素管およびプラグとの位置関係を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｘ−Ｘ断面図であり、エロンゲータ圧延時のロールバイト内の概略断面図である。 図３は、拡管率毎のロールバイト内対角線長さ／入側素管外径（Ｘ_ｄｉａ／ＯＤ）と、エロンゲータ圧延後の後端形状との関係について検討した結果である。

エロンゲータを用いた管圧延（エロンゲータ圧延）では、図２（ａ）に示すように、被圧延材である中空素管５が、上下のバレル型の圧延ロール（６１は上ロール、６２は下ロール）と圧延ロール間のプラグ（管内面拘束用プラグ）６３とにより減肉拡管されつつ延伸されていき、一方、左右のガイドシュー（図示しない）により拘束を受け外径が決定される。

図２（ｂ）は図２（ａ）の矢視Ｘ−Ｘ断面図であり、ロールバイト内の概略断面図である。エロンゲータ圧延時の中空素管は、上下の圧延ロール６１、６２と、左右のガイドシュー６４、６５で囲まれたロールバイトの対角線方向に広がる。なお、対角線方向の広がりにより、外側への管周部分のはみ出しを阻止するためのガイドプレート６６が配置されている。

Ｃｒを多く含むような難加工材の圧延では、圧延末期においてロールバイト内で対角線方向に広がった中空素管が真円に戻りきらずに、圧延が終了してしまう。そのため、後端において真円度不良となり、次工程圧延が不可となるトラブルに繋がってしまう。

図２（ｂ）に示すように、上下の圧延ロール６１、６２の間隔をｅ、左右のガイドシュー６４、６５のガイドシュー間隔をｈと定義した際に、圧延ロールとシュー間隔との比であるｈ／ｅが大きくなれば、図２中の点線で示すような素管曲率が大きくなり、真円度不良が発生しやすいといえる。

目的寸法に仕上げるに際して、素管外径はガイドシュー間隔ｈによっておおよそ決まる。また、肉厚は圧延ロール／プラグ間の間隙によっておおよそ決まる。ここで、ガイドシュー間隔ｈについては目標とする外径により一意的に決まる。一方で、肉厚については、同一肉厚を得るための設備配置が複数考えられる。

そこで本発明者らは、同一肉厚を得るという前提で、種々のパラメータの相関性を検討した。その結果、拡管率毎のロールバイト内のアスペクト比（ロールバイト内の対角線長さ、図２（ｂ）におけるＸ_ｄｉａ）とエロンゲータ圧延後の後端形状との間に相関関係があることがわかった。以下に、相関関係を見出した実験内容について、説明する。

回転式加熱炉にて１２３０℃以上に加熱された丸ビレット（Ｃｒ：９．０ｍａｓｓ％含有）をピアサー・ミルにて穿孔後、外径２２０〜３７８ｍｍの中空素管を得た。この中空素管をエロンゲータで外径２４３〜４１９ｍｍとなるような拡管率で拡管圧延し、拡管率毎のロールバイト内対角線長さ／入側素管外径（Ｘ_ｄｉａ／ＯＤ）と、エロンゲータ圧延後の後端形状との関係について検討した。検討するにあたり、Ｘ_ｄｉａは、便宜的に（ｅ^２＋ｈ^２）^{（１／２）}で計算した。

エロンゲータ圧延後の後端形状については、次工程圧延可否で評価を行い、圧延可となったものを○、圧延不可となったものを×とした。

結果を図３に示す。図３の結果から、下記式（１）を満たす条件であれば、後端の真円度不良が抑制できることを見出した。
０．８７×Ｅ＋０．４４≦（Ｘ_ｄｉａ／ＯＤ）≦０．９１×Ｅ＋０．４６ （１）
上記式（１）において、
Ｅ：エロンゲータでの拡管率（ただし、Ｅ＞１．０）
Ｘ_ｄｉａ：エロンゲータでの拡管圧延時のロールバイト内の対角線長さ
ＯＤ：入側素管外径
である。

Ｘ_ｄｉａ／ＯＤが０．８７×Ｅ＋０．４４未満では、ロールバイトが正方形に近い場合や入側素管外径が大きくなるため、圧延ロールとガイドシューの干渉や、圧延ロールの入側または左右に配置されたガイドシューと素管との干渉が問題となり、圧延不良が起こる可能性がある。Ｘ_ｄｉａ／ＯＤが０．９１×Ｅ＋０．４６超えでは、ロールバイト内の対角線長さが大きいために素管曲率が大きくなり、真円度不良が発生しやすい。

また、エロンゲータ圧延以外の製造条件については特に限定されない。

また本発明は、Ｃｒを５．０ｍａｓｓ％以上含有する難加工材である継目無鋼管の製造において、上記（１）式を適用することができる。なお、Ｃｒ以外の成分については特に限定されないが、Ｃ：０．０８０〜０．１１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．３２〜０．６０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０２２ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．４０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：０．１０〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｍｏ：０．３５０〜１．０３０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．１６０〜０．２４０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．０４３〜０．０９５ｍａｓｓ％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる成分組成が好ましい。

回転式加熱炉にて１２３０℃以上に加熱された丸ビレットをピアサー・ミルにて穿孔後、外径２４２ｍｍの中空素管を得た（Ｃｒ：９．０ｍａｓｓ％含有）。この中空素管をエロンゲータで外径２７９ｍｍ、拡管率１．１５２となるように拡管圧延した。このとき、ロールバイト内対角線長さ／入側素管外径（Ｘ_ｄｉａ／ＯＤ）を１．４２〜１．５２の範囲で変化させた。なお、入側素管外径は２４２ｍｍである。また、ロールバイト内対角線長さＸ_ｄｉａについては、ロール間隔ｅとロール中心からのプラグ６３先進量とのバランスによって制御した。例えば、Ｘ_ｄｉａを小さく取ろうとロール間隔ｅを大きくすると、出側素管外径が変化し肉厚が増加するといったことが生じるので、適宜プラグ６３の先進量を調整することで出側素管外径が一定となるようにした。

各材料に関して、次工程圧延可否を評価した。次工程圧延可となったものを○、次工程圧延不可となったものを×として評価した。

結果を表１に示す。

表１の結果から、Ｎｏ．１は、圧延時はガイドシューとの接触により圧延不良が発生した。また、Ｎｏ．６は、圧延時に後端真円度不良が発生した。一方で、Ｎｏ．２〜５はいずれも式（１）を満たし、圧延時に後端真円度不良の発生は無く、良好な圧延結果となった。

また、真円度不良起因の次工程圧延不可材発生件数が、従来の４．６件／期から０件／期へと低減した。

１ 素材（鋼鋳片）
２ 加熱炉
３ ピアサー・ミル（傾斜圧延機）
４ プラグ
５ 素管（中空素管）
６ エロンゲータ
７ プラグ・ミル
８ リーラ
９ 管体
１０ 再加熱炉
１１ サイジング・ミル
６１ 上ロール
６２ 下ロール
６３ （管内面拘束用）プラグ
６４ （左）ガイドシュー
６５ （右）ガイドシュー
６６ ガイドプレート
ｅ ロール間隔
ｈ シュー間隔
ＯＤ 入側素管外径
Ｘ_ｄｉａ ロールバイト内の対角線長さ
ＡＡ ロール中心からのプラグ先進量

Claims (2)

1. ５．０ｍａｓｓ％以上のＣｒを含有する継目無鋼管の圧延方法であって、５．０ｍａｓｓ％以上のＣｒを含有する鋼鋳片を、加熱炉で加熱後、ピアサー・ミルで穿孔し、引続き、バレル型のロール形状を有するエロンゲータで拡管圧延するに際し、
   エロンゲータでの拡管率Ｅ（ただし、Ｅ＞１．０）、エロンゲータでの拡管圧延時のロールバイト内の対角線長さＸ_ｄｉａ、入側素管外径ＯＤが、
   下記式（１）を満たすことを特徴とする継目無鋼管の圧延方法。
   ０．８７×Ｅ＋０．４４≦（Ｘ_ｄｉａ／ＯＤ）≦０．９１×Ｅ＋０．４６ （１）
   ただし、Ｘ _ｄｉａ ＝（ｅ ^２ ＋ｈ ^２ ） ^{（１／２）} であり、ｅ：圧延ロール間隔、ｈ：ガイドシュー間隔である。
2. ５．０ｍａｓｓ％以上のＣｒを含有する継目無鋼管の製造方法であって、５．０ｍａｓｓ％以上のＣｒを含有する鋼鋳片を、加熱炉で加熱後、ピアサー・ミルで穿孔し、引続き、バレル型のロール形状を有するエロンゲータで拡管圧延するに際し、
   エロンゲータでの拡管率Ｅ（ただし、Ｅ＞１．０）、エロンゲータでの拡管圧延時のロールバイト内の対角線長さＸ_ｄｉａ、入側素管外径ＯＤが、
   下記式（１）を満たすことを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
   ０．８７×Ｅ＋０．４４≦（Ｘ_ｄｉａ／ＯＤ）≦０．９１×Ｅ＋０．４６ （１）
   ただし、Ｘ _ｄｉａ ＝（ｅ ^２ ＋ｈ ^２ ） ^{（１／２）} であり、ｅ：圧延ロール間隔、ｈ：ガイドシュー間隔である。