JP6881165B2 - 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する。

継目無鋼管の製造方法として、マンネスマン‐マンドレルミル法がある。マンネスマン‐マンドレルミル法による継目無鋼管の製造工程においては、穿孔機による穿孔圧延の後、マンドレルミルによる延伸圧延が実施される。

マンドレルミルによる延伸圧延では、初めに、中空素管にマンドレルバーを挿入する。次に、マンドレルバーが挿入された中空素管に対して、マンドレルミルを用いて延伸圧延を実施する。延伸圧延後、中空素管からマンドレルバーを引き抜く。

延伸圧延中において、中空素管内面とマンドレルバー表面との間には相対すべりが生じ、摩擦が発生する。この界面の潤滑状態が十分でないと中空素管とマンドレルバーが焼付き、中空素管内面に疵が発生したり、中空素管の均一な変形が阻害されたりする。そのため、焼付き防止や安定した低い摩擦係数を確保するために、中空素管内面とマンドレルバー表面との界面の潤滑性（以下、単に潤滑性ともいう）を高める必要がある。潤滑性を高めるために、圧延前のマンドレルバー表面に潤滑剤を塗布したり、中空素管の内面に潤滑剤を供給したりする。

ところで、穿孔圧延後、潤滑剤を供給して延伸圧延を開始するまでの間に、中空素管の内面にはスケールが形成される。ガラスを含有する潤滑剤を使用する場合、スケールは、延伸圧延中にマンドレルバーの潤滑性を高める。

国際公開第２００５／１２３２８９号（引用文献１）は、炭素鋼において、延伸圧延時に、中空素管内面に潤滑剤を供給する製管方法において、穿孔圧延から潤滑剤供給までの時間及び素管内面温度、潤滑剤供給から延伸圧延までの時間及び素管内面温度を制御することで良好な潤滑性を得る方法を提案する。引用文献１では、潤滑剤供給時には所定量のスケールを存在させておくことで、潤滑剤供給時の濡れ拡がり性を向上させ、容易に管内面に均一に分布させる。引用文献１ではさらに、潤滑剤供給から延伸圧延まで所定時間経過させることで、スケールを潤滑剤によって溶融させる。上記方法により延伸圧延時の潤滑性が高まると、引用文献１には記載されている。

国際公開第２００５／１２３２８９号

しかしながら、Ｃｒ含有合金鋼を対象としたマンドレルミル圧延に際して、引用文献１の方法を用いても、潤滑剤の効果が十分に発揮されないことがある。

本発明の目的は、Ｃｒ含有合金鋼及び炭素鋼において、延伸圧延時に優れた潤滑性を示す、継目無鋼管の製造方法を提供することである。

本発明による継目無鋼管の製造方法は、Ｃｒ含有合金鋼又は炭素鋼からなる素材を穿孔圧延して中空素管を製造する穿孔圧延工程と、穿孔圧延工程後であって、延伸圧延工程前に、中空素管の内面に１価のアルカリ金属のほう酸塩を主体とするガラス潤滑剤を供給する供給工程と、ガラス潤滑剤を内面に供給された中空素管に対してマンドレルバーを挿入し、マンドレルミルを用いて延伸圧延を実施して継目無鋼管を製造する延伸圧延工程とを備える。穿孔圧延工程において、穿孔圧延終了直後の中空素管の内面温度は１１００℃以上である。穿孔圧延工程での穿孔圧延終了直後から供給工程において、ガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間は５〜６０秒である。供給工程におけるガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔは１０５０℃以上である。供給工程におけるガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔ（秒）は式（１）の条件を満たす。
ｔ＜−０．７４Ｔ＋１０１０ （１）

本発明は、Ｃｒ含有合金鋼及び炭素鋼において、延伸圧延時に優れた潤滑性を示す、継目無鋼管の製造方法を提供することができる。

図１は、ガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔ（反応時間ｔ）（秒）と、スケール厚（μｍ）との関係を示す図である。 図２は、穿孔圧延終了直後の中空素管の内面温度（供給前内面温度）（℃）と穿孔圧延終了直後からガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間（供給前保持時間）（秒）との関係を示す図である。 図３は、ガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔ（供給時加熱温度Ｔ）（℃）と、ガラス潤滑剤が試験片面全域に濡れ拡がるのに要した時間（放置時間）（秒）との関係を示す図である。 図４は、供給時加熱温度Ｔ（℃）と、ガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔ（反応時間ｔ）（秒）との関係を示す図である。 図５は、模擬延伸圧延試験の模式図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳しく説明する。

本発明者らはまず、潤滑剤供給後、延伸圧延中のスケールの形成過程に着目し、スケール厚を低減する方法について、種々検討を行った。その結果、以下の知見を得た。

炭素鋼においては、組成物にガラスを含有するガラス潤滑剤を使用する場合、スケールはガラスに溶ける。そのため、炭素鋼においては、潤滑剤を供給した後、一定時間放置すれば、スケール厚を低減できる。

しかしながら、Ｃｒ含有合金鋼では、炭素鋼とは逆の現象が起こることを、本発明者らは新たに発見した。Ｃｒ含有合金鋼とは、Ｃｒを０．３０質量％以上含有する合金である。Ｃｒ含有合金鋼とはたとえば、ステンレス鋼、２Ｃｒ鋼及び９Ｃｒ鋼である。

具体的には、Ｃｒ含有合金鋼では、そもそもスケールが形成しにくい。そのため、穿孔圧延後、ガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給する前（以下、ガラス潤滑剤供給前ともいう）には、炭素鋼とは異なり、スケールはほとんど形成されない。ところが、ガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給した後（以下、ガラス潤滑剤供給後ともいう）は、予想に反して、時間の経過とともにスケールが厚くなることを、本発明者らは知見した。この知見は、以下の試験により得られた。

図１は、ガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔ（以下、反応時間ｔともいう）（秒）と、スケール厚（μｍ）との関係を示す図である。図１は以下の実験により得られた。

後述の実施例に示す、炭素鋼とＣｒ含有合金鋼とを準備した。具体的には、炭素鋼の鋼板の化学組成は、ＪＩＳ Ｇ４０５１（２００９）に規定されたＳ２５Ｃに相当した。Ｃｒ含有合金鋼の鋼板の化学組成は、ＪＩＳ Ｇ４３０４（２０１２）に規定されたＳＵＳ３０４に相当した。各鋼から長さ２５０ｍｍ、幅３０ｍｍ、板厚２．０ｍｍの試験片を切り出した。各試験片を１２００℃に予熱した加熱炉内に入れ、窒素雰囲気下で５分間保持した。加熱した各試験片に対して、３．５ｇのガラス潤滑剤（ほう砂）をのせて、大気雰囲気で、所定時間（図１の横軸に示す各時間）炉内に放置した。放置後、試験片を取り出し、銅板上で冷却した。冷却後、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出形電子銃を用いた走査電子顕微鏡：Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて各試験片の断面のミクロ観察を行い、後述の方法でスケール厚を測定した。結果を図１にプロットした。図１中、「●」は炭素鋼を示す。図１中、「◆」はＣｒ含有合金鋼を示す。

図１を参照して、炭素鋼においては、ガラス潤滑剤供給前（反応時間０秒時点）のスケール厚はガラス潤滑剤供給後よりも大きい。ガラス潤滑剤供給後は、反応時間ｔの増加に伴いスケール厚が低減する。

一方、Ｃｒ含有合金鋼においては、ガラス潤滑剤供給前のスケール厚はガラス潤滑剤供給後よりも小さい。しかしながら、炭素鋼とは逆に、反応時間ｔの増加に伴いスケール厚が増加する。この理由は定かではないが、次のとおりと考えられる。

炭素鋼において、ガラス潤滑剤供給前に形成するスケールは、ＦｅＯを主成分とするＦｅ系酸化物である。このＦｅ系酸化物はガラスに溶けやすい。なお、炭素鋼では、ガラス潤滑剤供給後に形成するスケールも、ガラス潤滑剤供給前に形成するスケールと同様のスケールである。

一方、Ｃｒ含有合金鋼において、ガラス潤滑剤供給前に形成するスケールは、Ｃｒ_２Ｏ_３を主成分とするＣｒ系酸化物である。Ｃｒ含有合金鋼においては、このＣｒ系酸化物が不動態被膜として機能し、スケールの成長を抑制する。しかしながら、ガラス潤滑剤を供給した場合、この不動態被膜であるＣｒ系酸化物がガラスに溶ける。この場合、不動態被膜がなくなった部分の母材のＦｅが酸化され、スケールが形成する。このスケールは、Ｆｅを主成分とし、Ｃｒを少量含有するＦｅ−Ｃｒ系酸化物である。Ｆｅ−Ｃｒ系酸化物はガラスに溶けにくい。したがって、Ｆｅ−Ｃｒ系酸化物が溶ける速度よりも、Ｆｅ−Ｃｒ系酸化物が生成する速度のほうが速い。そのため、Ｃｒ含有合金鋼においては、ガラス潤滑剤供給後にスケール厚が厚くなる。

このように、炭素鋼とＣｒ含有合金鋼とでは、ガラス潤滑剤を供給したあとのスケールの成長に関して、異なる現象が生じた。具体的には、炭素鋼では、ガラス潤滑剤供給後にスケール厚が減少した。一方、Ｃｒ含有合金鋼では、ガラス潤滑剤供給後にスケール厚が増えた。そのため、炭素鋼とＣｒ含有合金鋼との双方で良好な潤滑性を示すには、製造条件を再検討する必要が生じた。

そこで、本発明者らは、Ｃｒ含有合金鋼と炭素鋼とに関わらず、延伸圧延中に優れた潤滑性を得ることができる製造条件について検討を行った。

本発明者らはまず、ガラス潤滑剤供給後、延伸圧延中のスケール厚がある程度の厚さ以下であれば、Ｃｒ含有合金鋼と炭素鋼とに関わらず、延伸圧延時の潤滑性は向上すると考えた。一方で、ガラス潤滑剤供給後、延伸圧延中のスケール厚が厚すぎれば、潤滑性が低下すると考えた。

ガラス潤滑剤供給後、延伸圧延中のスケール厚が厚くなりすぎることを抑制するために、ガラス潤滑剤供給前のスケール厚をある程度薄くしておく必要がある。

［穿孔圧延終了直後の中空素管の内面温度（供給前内面温度）、及び、穿孔圧延終了直後からガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間（供給前保持時間）］
本発明者らはまず、穿孔圧延終了直後の中空素管の内面温度（以下、単に供給前内面温度ともいう）及び穿孔圧延終了直後からガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間（以下、単に供給前保持時間ともいう）が延伸圧延中の潤滑性に及ぼす影響について調査した。

供給前内面温度は、操業上現実的な温度として１１００℃以上である。供給前内面温度が１１００℃未満であれば、その後のガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔも低下する。

Ｃｒ含有合金鋼においては、上述のとおり、ガラス潤滑剤供給前のスケールは厚くなりにくい。したがって、Ｃｒ含有合金鋼においては、操業上現実的な範囲での供給前保持時間では、ガラス潤滑剤供給前のスケール厚が厚くなりすぎることはない。つまり、Ｃｒ含有合金鋼においては、ガラス潤滑剤供給前のスケール厚を薄くするための条件は特に限定されない。

一方、炭素鋼においては、上述のとおり、ガラス潤滑剤供給前にスケールが厚くなる。そのため、ガラス潤滑剤供給前のスケール厚をある程度薄くするために、ガラス潤滑剤供給前の製造条件を規定する必要がある。そこで、供給前保持時間と潤滑性との関係に着目し、調査した。

図２は、供給前内面温度（℃）と供給前保持時間（秒）との関係を示す。図２は、後述の実施例中の炭素鋼により得られた。図２中、「○」は、潤滑性が良好であったものを示す。図２中「×」は、潤滑性が低かったものを示す。

図２を参照して、供給前保持時間が５〜６０秒であれば、その他の条件を満たす場合、良好な潤滑性が得られる。したがって、穿孔圧延終了直後からガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間は５〜６０秒である。穿孔圧延終了直後からガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間はさらに好ましくは、１０〜６０秒である。

なお、潤滑剤供給前には、スケール厚が１μｍ以上であることが好ましい。この理由は次のとおりである。

本実施形態におけるガラス潤滑剤の主成分は、１価のアルカリ金属のほう酸塩である。１価のアルカリ金属のほう酸塩は、中空素管の内面に形成するスケールとの濡れ性が高い。そのため、ガラス潤滑剤とスケールとの反応により生成する反応物も、流動性が高い。ガラス潤滑剤供給前のスケール厚が１μｍ以上であれば、溶融した潤滑剤が中空素管の内面に均一に分布する。これにより潤滑性が高まる。

［ガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔ（供給時加熱温度Ｔ）］
次に、ガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔ（以下、単に供給時加熱温度Ｔともいう）について調査した。

素管内部に供給されたガラス潤滑剤は溶融する。溶融した潤滑剤は、スケールと反応しながら、中空素管の内面に拡がる。この時、中空素管の内面の温度が低ければ、ガラス潤滑剤とスケールとの反応物の粘度が高くなる。反応物の粘度が高ければ、潤滑剤が十分に拡がらない場合がある。そこで、ガラス潤滑剤とスケールとの反応物が十分に拡がるために必要な、中空素管の内面温度を調査した。

図３は、供給時加熱温度Ｔ（℃）と、ガラス潤滑剤が試験片面全域に濡れ拡がるのに要した時間（放置時間）（秒）との関係を示す図である。図３は、以下の実験により得られた。

後述の実施例に示す、Ｃｒ含有合金鋼及び炭素鋼を準備した。各鋼から直径４０ｍｍ、板厚１０ｍｍの試験片を切り出した。各試験片に対して、スケール付のための処理を実施した。スケール付のための処理条件は、窒素雰囲気下において、１２００℃で１０分間の加熱とした。加熱した各試験片を大気中で空冷した。空冷した各試験片を、窒素雰囲気下で、所定温度（９５０、１０００、１０５０、１１００、１１５０及び１２５０℃）に予熱した炉内に１０分間放置し、加熱した。炉から取り出した各試験片の中央に、直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍに圧粉成型した１価のアルカリ金属のほう酸塩を主体とするガラス潤滑剤（ほう砂）をのせ、所定時間炉内に放置した。経過時間に伴って、ガラス潤滑剤が濡れ拡がる状況を動画撮影した。撮影した動画から、各温度においてガラス潤滑剤が試験片面全域に濡れ拡がるのに要した時間を算出した。

図３を参照して、斜線部分においては、ガラス潤滑剤供給から１０秒間放置することで十分な濡れ拡がりを示す。つまり、供給時加熱温度が１０５０℃であるときに、変曲点が存在する。供給時加熱温度が１０５０℃以上であれば、ガラス潤滑剤供給から１０秒間放置することで十分な濡れ拡がりを示す。この結果は炭素鋼においても同様であった。

以上より、ガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔは１０５０℃以上である。ガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔは、好ましくは１１００℃以上である。

［ガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔ（反応時間ｔ）］
次に、ガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔについて調査した。

上述のとおり、ガラス潤滑剤供給後、延伸圧延中のスケール厚は、適度な薄さであることが好ましい。ガラス潤滑剤供給後、延伸圧延中のスケール厚が適度な薄さであれば、延伸圧延中の潤滑性が高まる。

ガラス潤滑剤供給後、延伸圧延中のスケール厚さを１５μｍ以下とするためのガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔ（供給時加熱温度Ｔ）とガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔ（以下、反応時間ｔともいう）とがスケール厚に及ぼす影響について調査した。

図４は、供給時加熱温度Ｔ（℃）と反応時間ｔ（秒）との関係を示す。図４は、以下の実験により得られた。

後述の実施例に示す、Ｃｒ含有合金鋼を準備した。Ｃｒ含有合金鋼から長さ２５０ｍｍ、幅３０ｍｍ、板厚２．０ｍｍの試験片を切り出した。各試験片を窒素雰囲気下で所定温度（９５０、１０５０、１１００、１１５０及び１２００℃）に予熱した加熱炉内に入れ、５分間保持した。加熱した各試験片に対して、３．５ｇのガラス潤滑剤をのせて、所定時間（５、１０、３０、９０、１２０、１５０、２４０及び３００秒）炉内に放置した。所定時間が過ぎた後、試験片を取り出し、銅板上で冷却した。冷却後、ＦＥ−ＳＥＭを用いて各試験片の断面のミクロ観察を行い、スケール厚を測定した。各試験片において、スケール厚が１５μｍとなった実施例について、図４にプロットした。

図４中、実線はＣｒ含有合金鋼において、スケール厚が１５μｍとなる線である。

上述のとおり、Ｃｒ含有合金鋼においては、ガラス潤滑剤供給後、反応時間ｔの増加に伴い、スケールが形成される。したがって、図４を参照して、Ｃｒ含有合金鋼において、ガラス潤滑剤供給後のスケール厚を１５μｍ以下とするには、実線より下部の条件とする必要がある。ガラス潤滑剤の供給時の中空素管の内面温度をＴとして、図４の実線は、Ｆ１＝−０．７４Ｔ＋１０１０で表される。

したがって、Ｃｒ含有合金鋼において、スケール厚の増加を抑制して、スケール厚を１５μｍ以下とするためには、反応時間ｔが、Ｆ１未満である。つまり、反応時間ｔは、式（１）を満たす。
ｔ＜−０．７４Ｔ＋１０１０ （１）

以上より、反応時間ｔが式（１）を満たせば、ガラス潤滑剤供給後のスケールが適度な厚さになる。その結果、Ｃｒ含有合金鋼の延伸圧延中の潤滑性が高まる。

さらに、マンドレルミル圧延を実施する対象としては、Ｃｒ含有合金鋼と炭素鋼との両方が対象となる。そこで、炭素鋼においても同様の実験を実施した。この実験により、本発明者らは、炭素鋼においても、最適なスケール厚とするための、供給時加熱温度Ｔと反応時間ｔとに相関があることを知見した。具体的には以下のとおりである。

炭素鋼においても、Ｃｒ含有合金鋼と同様の実験を行った。結果を図４にプロットした。図４の破線は、炭素鋼におけるスケール厚が１５μｍ以下となる条件を示す。

炭素鋼においては、反応時間ｔの増加に伴い、スケールは溶解される。したがって、図４を参照して、スケール厚を１５μｍ以下とするためには、破線よりも上部の条件とすればよい。ガラス潤滑剤の供給時の中空素管の内面温度をＴとして、図４の破線は、Ｆ２＝０．００２２Ｔ^２−５．１Ｔ＋２９５０で表される。

したがって、炭素鋼において、スケールを十分溶解して、スケール厚を１５μｍ以下とするためには反応時間ｔは、Ｆ２を超える時間とする。つまり、反応時間ｔは、次式を満たす。
０．００２２Ｔ^２−５．１Ｔ＋２９５０＜ｔ

図４を参照して、斜線部分が式（２）を満たす部分である。

以上より、ガラス潤滑剤供給から延伸圧延開始までの時間ｔが式（２）を満たせば、炭素鋼とＣｒ含有合金鋼との両方において、スケール厚を１５μｍ以下とできる。その結果、ガラス潤滑剤供給後のスケールが適度な厚さになり、延伸圧延中の潤滑性が高まる。
０．００２２Ｔ^２−５．１Ｔ＋２９５０＜ｔ＜−０．７４Ｔ＋１０１０ （２）

以上の知見により完成した本発明による継目無鋼管の製造方法は、Ｃｒ含有合金鋼又は炭素鋼からなる素材を穿孔圧延して中空素管を製造する穿孔圧延工程と、穿孔圧延工程後であって、延伸圧延工程前に、中空素管の内面に１価のアルカリ金属のほう酸塩を主体とするガラス潤滑剤を供給する供給工程と、ガラス潤滑剤を内面に供給された中空素管に対してマンドレルバーを挿入し、マンドレルミルを用いて延伸圧延を実施して継目無鋼管を製造する延伸圧延工程とを備える。穿孔圧延工程において、穿孔圧延終了直後の中空素管の内面温度は１１００℃以上である。穿孔圧延工程での穿孔圧延終了直後から供給工程において、ガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間は５〜６０秒である。供給工程におけるガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔは１０５０℃以上である。供給工程におけるガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔ（秒）は式（１）の条件を満たす。
ｔ＜−０．７４Ｔ＋１０１０ （１）

本実施形態の製造方法により、Ｃｒ含有合金鋼において、マンドレルミル圧延時の潤滑性を高めることができる。

好ましくは、上記のガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔはさらに、式（２）の条件を満たす。
０．００２２Ｔ^２−５．１Ｔ＋２９５０＜ｔ＜−０．７４Ｔ＋１０１０ （２）

この場合、炭素鋼においても、マンドレルミル圧延時の潤滑性を高めることができる。

以下、本実施形態の継目無鋼管の製造方法について詳述する。以下の説明で、化学組成及びガラス潤滑剤成分の「％」は「質量％」を意味する。

［製造方法］
本発明による継目無鋼管の製造方法は、Ｃｒ含有合金鋼又は炭素鋼からなる素材を穿孔圧延して中空素管を製造する穿孔圧延工程と、穿孔圧延工程後であって、延伸圧延工程前に、中空素管の内面に１価のアルカリ金属のほう酸塩を主体とするガラス潤滑剤を供給する供給工程と、ガラス潤滑剤を内面に供給された中空素管に対してマンドレルバーを挿入し、マンドレルミルを用いて延伸圧延を実施して継目無鋼管を製造する延伸圧延工程とを備える。以下、各工程について詳述する。

［穿孔圧延工程］
穿孔圧延工程では、穿孔圧延機を用いて、Ｃｒ含有合金鋼又は炭素鋼からなる素材を穿孔圧延して中空素管を製造する。

［素材］
本実施形態に用いる素材は、Ｃｒ含有合金鋼又は炭素鋼である。

Ｃｒ含有合金鋼とは、Ｃｒを０．３０質量％以上含有する合金である。Ｃｒ含有合金鋼とはたとえば、ステンレス鋼、２Ｃｒ鋼及び９Ｃｒ鋼である。

ステンレス鋼とは、５０％以上のＦｅを主成分とし、１０．５質量％以上のＣｒを含有する合金鋼である。ステンレス鋼とはたとえば、ＪＩＳ Ｇ４３０４（２０１２）に規定されるＳＵＳ３０４である。

炭素鋼とは、鉄と炭素の合金である鋼の一種で、一般的には炭素含有量が２．１４質量％以下のものをいう。炭素鋼において、Ｃｒ含有量は０．３０質量％未満である。炭素鋼とはたとえば、ＪＩＳ Ｇ４０５１（２００９）に規定されるＳ２５Ｃである。

［穿孔圧延工程において、穿孔圧延終了直後の中空素管の内面温度（供給前内面温度）：１１００℃以上］
穿孔圧延工程において、穿孔圧延終了直後の中空素管の内面温度（供給前内面温度）は１１００℃以上である。

穿孔圧延終了直後の中空素管の内面温度とは、穿孔圧延機において、一対の傾斜ロールの後端の出側に配置された放射温度計で測定した温度である。一対の傾斜ロールの後端の出側とは、穿孔圧延機の最後端から約１ｍ前後位置のことをいう。

供給前内面温度が１１００℃未満であるのは、操業上現実的ではない。供給前内面温度が１１００℃未満であれば、その後のガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔも低下する。したがって、供給前内面温度は１１００℃以上である。

［デスケーリング工程］
穿孔圧延工程の後に、デスケーリングを実施してもよい。デスケーリング工程では、得られた中空素管に対して、デスケーリングを実施する。

デスケーリング工程を実施する場合、デスケーリングの方法は特に問わない。デスケーリングはたとえば、高圧水により実施される。より具体的には、９００℃以上の高温の鋼材表面に、３ＭＰａ〜１００ＭＰａの高圧水をノズルから噴射することで、鋼材表面のスケールを剥離させて除去する。

デスケーリングを実施する場合、ガラス潤滑剤供給前のスケールが除去される。上述のとおり、ガラス潤滑剤供給前のスケール厚が１μｍ以上であれば、溶融した潤滑剤が中空素管の内面に均一に分布する。そのため、１μｍ厚のスケールを形成するために、一定時間放置する必要がある。したがって、デスケーリングを実施する場合、上記の穿孔圧延終了直後からガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間に代えて、デスケーリング終了からガラス潤滑剤の供給までの時間が５〜６０秒であることが好ましい。

［供給工程］
供給工程では、穿孔圧延工程後、又は、デスケーリング工程後、延伸圧延工程前に、中空素管の内面に１価のアルカリ金属のほう酸塩を主体とするガラス潤滑剤を供給する。供給方法は特に限定されない。たとえば、スプレーによりガラス潤滑剤を供給する。

［穿孔圧延終了直後からガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間（供給前保持時間）：５〜６０秒］
穿孔圧延工程での穿孔圧延終了直後から供給工程において、ガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間は５〜６０秒である。この場合、ガラス潤滑剤供給前のスケール厚を適度な厚さに調整できる。

供給前内面温度が１１００℃以上であっても、供給前保持時間が５秒未満であれば、Ｃｒ含有合金鋼において、ガラス潤滑剤供給前のスケール厚を１μｍ以上とすることができない。この場合、濡れ性が低下し、ガラス潤滑剤の分布が不均一となる。この場合、延伸圧延時の潤滑性が低下する。したがって、供給前保持時間は５秒以上である。供給前保持時間は、好ましくは、１０秒以上である。Ｃｒ含有合金鋼においては、供給前保持時間が６０秒を超えても、ガラス潤滑剤供給前のスケール厚が厚くなりすぎることはない。

一方、炭素鋼においては、スケールが形成しやすい。したがって、供給前内面温度は１１００℃以上であり、かつ、供給前保持時間が６０秒を超えれば、炭素鋼において、ガラス潤滑剤供給前のスケール厚が厚くなりすぎる。この場合、ガラス潤滑剤供給後、潤滑剤へのスケールの溶融が不十分となり延伸圧延時の潤滑性が低下する。炭素鋼において、供給前保持時間が５秒未満の場合、管内面全体でのスケール形成にムラがあるため、潤滑剤が均一に分布し難い。

以上より、供給前保持時間は５〜６０秒である。

［ガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔ（供給時加熱温度）：１０５０℃以上］
ガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔ（供給時加熱温度Ｔ）は１０５０℃以上である。これにより、ガラス潤滑剤が中空素管の内面に十分に濡れ拡がる。

ガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔとは、ガラス潤滑剤供給ラインにおいて、管端から約１ｍ前後の位置に配置された放射温度計で測定した温度である。中空素管の内面温度Ｔはたとえば、管端から内面へ向けて放射温度計で測定できる。

供給時加熱温度Ｔが低すぎれば、中空素管の内面において、溶融したガラス潤滑剤の分布が不均一になる。この場合、延伸圧延時の潤滑性が低下する。

したがって、供給時加熱温度Ｔは１０５０℃以上である。供給時加熱温度Ｔは、好ましくは、１１００℃以上である。

［ガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔ（反応時間ｔ）について］
本実施形態の製造方法において、ガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔ（反応時間ｔ）は式（１）の条件を満たす。
ｔ＜−０．７４Ｔ＋１０１０ （１）

この場合、Ｃｒ含有合金鋼において、ガラス潤滑剤供給後、延伸圧延中のスケール厚を適度な厚さとすることができる。これにより、延伸圧延時の潤滑性が高まる。反応時間ｔが式（１）を満たさない場合、ガラス潤滑剤供給後、延伸圧延中のスケール厚が厚くなりすぎる。この場合、延伸圧延時の潤滑性が低下する。

反応時間ｔが式（２）を満たせば、炭素鋼においても、ガラス潤滑剤供給後、延伸圧延中のスケール厚を適度な厚さとすることができる。
０．００２２Ｔ^２−５．１Ｔ＋２９５０＜ｔ＜−０．７４Ｔ＋１０１０ （２）

［延伸圧延直前のスケール厚］
延伸圧延直前のスケール厚、つまりガラス潤滑剤供給後、延伸圧延直前のスケール厚はたとえば、１５μｍ以下である。これにより、延伸圧延時の潤滑性が高まる。

延伸圧延中のスケール厚の下限は特に限定されないが、好ましくは、１μｍである。この場合、通常より過酷な条件で延伸圧延を実施しても、焼付きが生じにくい。この場合、高い潤滑性を保持することができる。

［ガラス潤滑剤］
ガラスとは、溶融物を結晶化することなく冷却して得られる無機物質の固体をいう。本実施形態において、ガラス潤滑剤は、１価のアルカリ金属のほう酸塩を主成分とする。主成分とは、たとえば、１価のアルカリ金属のほう酸塩を４０質量％以上含有することを意味する。

ガラス潤滑剤の形態は特に限定されない。ガラス潤滑剤は、たとえば、粉体であってもいいし、チップ状であってもいい。好ましくは、ガラス潤滑剤は粉体である。

［１価のアルカリ金属のほう酸塩］
１価のアルカリ金属のほう酸塩は、スケールを溶解し、延伸圧延時の潤滑性を高める。好ましくは、ガラス潤滑剤中の１価のアルカリ金属のほう酸塩の含有量は４０〜９０％である。１価のアルカリ金属のほう酸塩の含有量が４０％以上であれば、ガラス潤滑剤の粘性が適度になり、潤滑性がより高まる。１価のアルカリ金属のほう酸塩の含有量が９０％以内であれば、その他の成分を適度に含有することができ、潤滑性がより高まる。１価のアルカリ金属のほう酸塩の含有量の好ましい含有量は５０〜８０％である。

１価のアルカリ金属のほう酸塩とはたとえば、ほう酸カリウム、ほう酸ナトリウムの無水塩、ほう酸ナトリウムの５水塩、ほう酸ナトリウムの１０水塩、及び、ほう酸リチウムである。

さらに好ましくは、１価のアルカリ金属のほう酸塩は、ほう酸ナトリウムの５水塩である。ほう酸ナトリウムの５水塩は適正な結晶水を含んでいることから、発泡不良や結晶水の放水による凝縮の懸念がない。ほう酸ナトリウムの５水塩はさらに、粉体時の性質（貯蔵時の固化性、搬送時の流動性等）が良好である。ほう酸ナトリウムの５水塩はさらに、ガラス潤滑剤の塗布時において、ガラス潤滑剤の拡散性が高まる。

ガラス潤滑剤は、１価のアルカリ金属のほう酸塩以外のその他の成分を含有してもよい。その他の成分とはたとえば、ほう酸、酸化ほう素、脂肪酸のＮａ塩、及び、脂肪酸のＣａ塩である。

［ほう酸及び酸化ほう素］
ほう酸及び酸化ほう素は、含有される場合、スケールを溶解し、延伸圧延時の潤滑性を高める。

［脂肪酸のＮａ塩及び脂肪酸のＣａ塩］
脂肪酸のＮａ塩及び脂肪酸のＣａ塩は、含有される場合、ガラス潤滑剤の潤滑性を高める。脂肪酸のＮａ塩及び脂肪酸のＣａ塩はたとえば、飽和脂肪酸の塩、天然の植物油脂から得られる脂肪酸の塩、及び、動物油脂から得られる脂肪酸の塩である。飽和脂肪酸とはたとえば、ステアリン酸及びパルミチン酸である。天然の植物油脂から得られる脂肪酸とはたとえば、パーム油脂肪酸及びパーム核油の脂肪酸である。動物油脂から得られる脂肪酸とはたとえば、牛脂脂肪酸である。

好ましくは、ガラス潤滑剤中の脂肪酸のＮａ塩及び脂肪酸のＣａ塩の含有量は、合計で５〜３０％であり、さらに好ましくは８〜２０％である。

ガラス潤滑剤は、その他の補助潤滑剤を含有してもよい。

［その他の補助潤滑剤］
その他の補助潤滑剤とはたとえば、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸リチウム、けい酸ナトリウム、けい酸カリウム、二酸化けい素、りん酸ナトリウムの無水塩、りん酸ナトリウムの水和物、りん酸カリウムの無水塩、りん酸カリウムの水和物、メタりん酸ナトリウム、メタりん酸カリウム及びトリポリりん酸ナトリウムである。

上記の補助潤滑剤は、潤滑剤の粘性を適正化し、潤滑剤を加工面に均一に分布させる。これにより、中空素管の内面全面において、潤滑性を高める。

好ましくは、上記の補助潤滑剤の含有量は、合計で５〜３０％である。上記の補助潤滑剤の含有量が５％以上であれば、潤滑剤の粘性を適度に保つことができる。上記の補助潤滑剤の含有量が５％以上であればさらに、加工全面に亘る均一な潤滑性を確保することができる。上記の補助潤滑剤の含有量が３０％以下であれば、粘性を適度に保ち、潤滑性をさらに高めることができる。上記の補助潤滑剤のさらに好ましい含有量は、合計で１０〜２０％である。

マンドレルバーの表面には、潤滑組成物を塗布する。この潤滑組成物及び塗布方法は特に限定されない。潤滑組成物としてはたとえば、国際公開第２００５／０５６７４０号、特開平９−７８０８０号公報及び特開平８−１６５４８９号公報で規定されているものを使用できる。塗布方法としてはたとえば、スプレーにより潤滑組成物を塗布する。塗布後、潤滑組成物を乾燥する。乾燥後のマンドレルバーを、延伸圧延に利用する。

［延伸圧延工程］
延伸圧延工程では、穿孔圧延工程後の中空素管、又はデスケーリング工程後の中空素管の内部にマンドレルバーを挿入し、延伸圧延機で延伸圧延を実施して、継目無鋼管を製造する。

本実施形態の延伸圧延工程において、製造条件は一般的な製造条件とする。一般的な製造条件とは、下記のとおりである。延伸比は、各スタンドで１．０〜１．６である。延伸比は、全スタンド総合で、１．０〜５．５である。相対速度比は、０．４〜１．５である。相対速度比は、（圧延入り側での材料速度／マンドレルバーの速度）で表される。

［仕上げ圧延工程］
延伸圧延後の鋼管に対して、仕上げ圧延を実施してもよい。仕上げ圧延工程では、延伸圧延後の鋼管を必要に応じて再加熱炉で再加熱する。再加熱した後、ストレッチレデューサ又はサイザーで仕上げ圧延実施して、所定寸法の継目無鋼管を製造する。

以上の工程により、継目無鋼管を製造することができる。

中空素管を想定し、Ｃｒ含有合金鋼の鋼板及び炭素鋼の鋼板を準備した。Ｃｒ含有合金鋼の鋼板の化学組成は、ＪＩＳ Ｇ４３０４（２０１２）に規定されたＳＵＳ３０４に相当した。炭素鋼の鋼板の化学組成は、ＪＩＳ Ｇ４０５１（２００９）に規定されたＳ２５Ｃに相当した。各鋼板に対して、図５に示す模擬延伸圧延試験を実施した。

図５を参照して、模擬延伸圧延試験装置１０は、ロール１１と、板状の工具材１４とを備えた。鋼板１２は上記Ｃｒ含有合金鋼の鋼板又は炭素鋼の鋼板とした。工具材１４の化学組成は、ＪＩＳ Ｇ４４０４（２００６）に規定されたＳＫＤ６１に相当した。

工具材１４の上面に、潤滑組成物１３を塗布した。潤滑組成物１３の組成は、主に黒鉛であった。塗布された潤滑組成物１３の平均膜厚は５０μｍであった。

鋼板１２を窒素雰囲気で、表１及び表２の「穿孔圧延終了直後の中空素管の内面温度（供給前内面温度）」に示す温度に加熱した。鋼板１２の上面に、ガラス潤滑剤を供給した。ガラス潤滑剤は、１価のアルカリ金属のほう酸塩を４０重量％以上含むものであった。加熱後、ガラス潤滑剤を供給するまでの時間は、表１の「穿孔圧延終了直後からガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間（供給前保持時間）」に示す時間とした。ガラス潤滑剤供給時の鋼板１２の温度は、表１及び表２の「ガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔ（供給時過熱温度Ｔ）」に示す温度であった。

潤滑組成物１３が塗布された工具材１４の上面に、鋼板１２を載せた。さらに、ロール１１を鋼板１２に荷重Ｐ１で押し付けて、３０％の圧下率で圧延を実施した。ガラス潤滑剤供給から圧延開始までの時間は、表１の「ガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔ（反応時間ｔ）」であった。

実際の延伸圧延時では、マンドレルミルのロール周速Ｖ１と、マンドレルバーの圧延方向への移動速度Ｖ２が異なる。周速Ｖ１と速度Ｖ２との差により中空素管とマンドレルバーとの間に摩擦が生じる。

そこで、模擬延伸圧延試験では、ロール１１の周速Ｖ１を７８．５ｍｍ／ｓとし、工具材１４の圧延方向への移動速度Ｖ２を４０ｍｍ／ｓとした。Ｖ２／Ｖ１は０．５１であった。

上記条件で鋼板１２を圧延し、各潤滑組成物を用いた場合の延伸圧延工程における摩擦係数μ１を次の式で求めた。
摩擦係数μ１＝工具材１４に掛かる摩擦力Ｆ／ロール１１を鋼板１２に押し付ける荷重Ｐ１

実際の延伸圧延では、潤滑組成物が一度塗布されたマンドレルバーを、複数回の延伸圧延に利用する。そこで、本試験では、潤滑組成物ごとに、潤滑組成物を塗布後の工具材１４に対して、模擬延伸圧延試験を２回実施し、１回目（１パス目）及び２回目（２パス目）の摩擦係数μ１をそれぞれ求めた。

１パス目及び２パス目の平均摩擦係数μ１が０．０５０以下の場合、潤滑性に優れると判断した（表１中及び表２で「◎」）。平均摩擦係数μ１が０．０５１〜０．０７０の場合、潤滑性が良好と判断した（表１中及び表２で「○」）。平均摩擦係数μ１が０．０７１〜０．０８０の場合、潤滑性は可と判断した（表１中及び表２で「△」）。平均摩擦係数μ１が０．０８１以上の場合、潤滑性が低いと判断した（表１及び表２中で「×」）。

［試験結果］
表１及び表２に試験結果を示す。表１及び表２を参照して、試験番号１〜４７の延伸圧延時の製造条件は適切であった。その結果、試験番号１〜４７では、延伸圧延時における優れた潤滑性を示した。

一方、試験番号４８では、穿孔圧延終了直後の中空素管の内面温度が低すぎ、ガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔも低すぎた。その結果、延伸圧延時における潤滑性が低かった。

試験番号４９では、穿孔圧延終了直後からガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間が短すぎた。その結果、延伸圧延時における潤滑性が低かった。

試験番号５０では、穿孔圧延終了直後からガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間が長すぎた。その結果、炭素鋼において、延伸圧延時における潤滑性が低かった。

試験番号５１では、穿孔圧延終了直後からガラス潤滑剤を中空素管の内面に供給するまでの時間が長すぎ、ガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔも低すぎた。その結果、延伸圧延時における潤滑性が低かった。

試験番号５２〜試験番号５５では、ガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔが、式（２）の下限以下であった。その結果、炭素鋼において、延伸圧延時における潤滑性が低かった。中空素管の内面に形成したスケールを十分溶融できなかったためと考えられる。

試験番号５６〜試験番号５８では、ガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔが、式（１）の上限以上であった。その結果、Ｃｒ含有合金鋼において、延伸圧延時における潤滑性が低かった。母材中のＦｅの酸化が促進され、スケールが増加したためと考えられる。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

Claims (1)

1. Ｃｒ含有合金鋼からなる素材を穿孔圧延して中空素管を製造する穿孔圧延工程と、
   穿孔圧延工程後であって、延伸圧延工程前に、前記中空素管の内面に１価のアルカリ金属のほう酸塩を主体とするガラス潤滑剤を供給する供給工程と、
   前記ガラス潤滑剤を内面に供給された前記中空素管に対してマンドレルバーを挿入し、マンドレルミルを用いて延伸圧延を実施して継目無鋼管を製造する延伸圧延工程とを備え、
   前記穿孔圧延工程において、穿孔圧延終了直後の中空素管の内面温度が１１００℃以上であり、
   穿孔圧延工程での前記穿孔圧延終了直後から前記供給工程において、前記ガラス潤滑剤を前記中空素管の内面に供給するまでの時間が５〜６０秒であり、
   前記供給工程における前記ガラス潤滑剤の供給開始時の中空素管の内面温度Ｔが１０５０℃以上であり、
   前記供給工程における前記ガラス潤滑剤の供給開始後、延伸圧延開始までの時間ｔ（秒）が式（１）の条件を満たす、継目無鋼管の製造方法。
   ｔ＜−０．７４Ｔ＋１０１０ （１）

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