JP7131536B2 - 継目無し鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、継目無し鋼管の製造方法に関するものであり、特に、ストレートナーによる形状矯正時におけるスケール押し込み疵の発生を抑えることができる製造方法に関するものである。

継目無し鋼管の製造工程では、熱間製管後の鋼管は冷却時の変形や熱処理による形状変化により真円度が低下したり、曲がりが生じたりする。そのため、鋼管の検査を行う精整工程の前に、ストレートナー（矯正機）による矯正工程が設けられ、鋼管に生じた曲がりや真円度不良の矯正がなされる（例えば、特許文献１）。

一般的なストレートナーの設備構成を図４に示す。ストレートナーは、ロール回転軸を交叉させた鼓形の上下１対のロール２からなるスタンドを管送り方向に複数スタンド配列し（図４ではNo.１～４の４スタンド）、各スタンドのロール間隔中心のレベルを違えることで、これらロール２で挟まれて送られる鋼管１が回転しながら矯正（曲がり、真円度不良の矯正）される。ここで、水平パスラインにおける管軸パスライン３を基準として、各スタンドのパスライン変化量をオフセット、管外径とロール間隔の差をクラッシュと呼び、例えば、特許文献１では、クラッシュ２．０ｍｍ以上の条件で鋼管の矯正を行っている。

特開２００６－２３１４０１号公報

熱間製管された後、ストレートナーで形状矯正される前の鋼管の表面には、熱処理（焼き入れ、焼きなまし等）時に生成したスケールが存在しており、このようなスケールが生成した鋼管をそのままストレートナーで形状矯正した場合、スケールが矯正ロールと管材の間に噛み込まれることにより、鋼管外面にスケール押し込み疵（アバタ・ピット形態の疵）が発生する問題がある。このため、例えば特許文献１のような矯正条件（クラッシュ量）で鋼管の矯正を行った場合、スケール押し込み疵が多発し、外面性状の優れた鋼管が得られない。

従来、鋼材表面に生成したスケールを除去するために、高圧水噴射によるデスケーリング処理が行われているが、継目無し鋼管の場合には、高温の熱処理で強固なスケール（ネットスケール）が生成するため、そのようなデスケーリング処理ではスケールを適切に除去することができず、このため、ストレートナー矯正時のスケール押し込み疵の発生を抑えることができない。一方、ブラスト処理によるデスケーリングは有効な方法ではあるが、処理コストや設備コストが増大する問題がある。

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、鋼管の形状矯正時におけるスケール押し込み疵の発生を抑えることができ、これにより、良好な管形状と外面性状を有する継目無し鋼管を製造することができ、しかも安価に実施することが可能な製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく検討を行った結果、鋼管をストレートナーで形状矯正する前に、ストレートナーを用いて鋼管に所定量の外径変形ひずみを付与することによりスケールを剥離させることができ、この結果、引き続き行われるストレートナー矯正においてスケール押し込み疵の発生を抑制できることを見出した。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。

［1］製管工程と、該製管工程で得られた鋼管の形状をストレートナーで矯正する矯正工程を有する継目無し鋼管の製造方法において、
前記矯正工程での形状矯正を施す前の鋼管に、ストレートナーを用いて、下式で定義される外径変形率（％）が０．５０＜外径変形率≦１．３０を満足する条件でひずみ付与加工（x）を施すことを特徴とする継目無し鋼管の製造方法。
外径変形率（％）＝外径変化量Δd（mm）／原管外径D（mm）×100
［2］上記［1］の製造方法において、鋼管に、外径変形率（％）が０．５０＜外径変形率≦１．００を満足する条件でひずみ付与加工（x）を施すことを特徴とする継目無し鋼管の製造方法。

［3］上記［1］または［2］の製造方法において、鋼管に対するひずみ付与加工（x）を、鋼管周方向でのロール加工位置を変えて複数回実施することを特徴とする継目無し鋼管の製造方法。
［4］上記［3］の製造方法において、鋼管に対するひずみ付与加工（x）を、鋼管周方向でのロール加工位置を変えて３回以上実施することを特徴とする継目無し鋼管の製造方法。
［5］上記［1］～［4］のいずれかの製造方法において、ひずみ付与加工（x）における圧下荷重および矯正工程における矯正荷重は、鋼管の降伏点を超えない範囲とすることを特徴とする継目無し鋼管の製造方法。

本発明の製造方法によれば、形状矯正用のストレートナーを利用して、形状矯正を施す前の鋼管に所定の条件でひずみ付与加工を施すことにより、鋼管外面のスケールを剥離させることができるため、鋼管の形状矯正時におけるスケール押し込み疵の発生を抑えることができる。これにより、矯正工程を経ることで良好な管形状を有するとともに、スケール押し込み疵が少ない良好な外面性状を有する継目無し鋼管を安定して製造することができる。しかも、形状矯正用のストレートナーを利用してひずみ付与加工を実施するだけでよいため、安価に実施することができる。

本発明で規定するひずみ付与加工における外径変形率を説明するための概念図 本発明において、鋼管に対するひずみ付与加工を鋼管周方向でのロール加工位置を変えて複数回行う場合の実施方法を示す説明図 鋼管をストレートナーでひずみ付与加工する場合において、その加工回数と、形状矯正におけるスケール押し込み疵発生率との関係を示すグラフ 一般的なストレートナーの設備構成を示す説明図

本発明は、製管工程と、この製管工程で得られた鋼管の形状をストレートナーで矯正する矯正工程を有する継目無し鋼管の製造方法において、矯正工程での形状矯正を施す前の鋼管に、ストレートナーを用いて、下式で定義される外径変形率（％）が０．５０＜外径変形率≦１．３０を満足する条件でひずみ付与加工（x）を施すものである。
外径変形率（％）＝外径変化量Δd（mm）／原管外径D（mm）×100

ここで、原管外径Dとはひずみ付与加工（x）前の鋼管の外径、外径変化量Δdとはひずみ付与加工（x）による外径変化量（外径変形量）であり、それらの関係は図１の概念図に示すとおりである。外径変化量Δdは、ひずみ付与加工（x）によるロール位置での外径変化量であり、クラッシュ量に相当する。ひずみ付与加工（x）では鋼管に実質的な塑性変形は生じないので、実際には外径変形率（％）は下式により求められる。
外径変形率（％）＝クラッシュ量（mm）／原管外径D（mm）×100
なお、簡便に外径変形率を求めるために、製管時の目標外径を「原管外径D」としてもよい。

さきに述べたように、鋼材表面に生成したスケールを除去するために、高圧水噴射によるデスケーリング処理が行われているが、継目無し鋼管の熱処理で生成する強固なスケール層（ネットスケール）は、そのようなデスケーリング処理では適切に除去することができない。ここで、鋼管外面のスケール層を起点とした押し込み疵の発生を抑止する方法として、ストレートナー矯正での外径変形率を小さくすることで、圧下荷重を低減する方法が考えられるが、この場合には、ストレートナー矯正の本来の目的である曲がりや真円度の改善が見込めず、スケール押し込み疵の発生抑止との両立は困難である。そこで、本発明では、ストレートナー矯正前に比較的小さい外径変形率のひずみ付与加工を施すことで鋼管外面のスケールを剥離させ、しかる後、ストレートナー矯正を実施することにより、スケール押し込み疵の発生を抑制するようにするものである。このようにスケール押し込み疵の発生が抑えられることにより、管形状と外面性状が良好な鋼管（最終製品）を得ることができる。

本発明において、ひずみ付与加工（x）に用いるストレートナーは、通常、矯正工程で形状矯正に使用されるストレートナーであるが、これに限定されない。また、ストレートナーとしては、図４に示すような各スタンドが上下１対のロールで構成されるものが一般的であるが、これに限定されるものではなく、例えば、各スタンドが３ロールで構成されるものであってもよい。
本発明において、ひずみ付与加工（x）の外径変形率が０．５０％以下では、外径変形ひずみが小さいため鋼管外面での変形が発生せず、スケール層への応力付与が十分でないためスケール剥離効果が得られない。このため、ストレートナー矯正時のスケール押し込み疵の発生率が高くなる。一方、外径変形率が１．３０を超えると、スケール層への応力付与が大きすぎるため、ストレートナー矯正時と同様のスケール押し込みが発生し、スケール押し込み疵の発生率が高くなる。以上の理由から、ひずみ付与加工（x）は０．５０＜外径変形率（％）≦１．３０を満足する条件で行う必要がある。また、以上のような観点から、より好ましい外径変形率は０．５０＜外径変形率（％）≦１．００であり、さらに好ましい外径変形率は０．５５＜外径変形率（％）≦０．９５である。
外径変形率を調整するには、原管外径D（ひずみ付与加工前の鋼管の外径）に対して所定のクラッシュ量となるようにストレートナーのロール間隔を設定すればよい。この場合、製管時の目標外径を「原管外径D」とし、これを基準値としてロール間隔を設定してもよい。

ストレートナーによる鋼管のひずみ付与加工（x）は、管周方向の一部に接触する上下１対のロールによりなされるため、その加工が複数スタンドでなされるとしても、鋼管の外径変形を発生させる上下１対のロールのロール接点は管長手方向でスパイラル状になる。このため、ひずみ付与加工（x）を管長手方向で１回のみ実施した場合には、鋼管の外径変形（ひずみ付与）が管周方向で不均一になりやすく、ひずみ付与加工（x）によるスケールの剥離効果（さらにはスケール押し込み疵の発生抑制効果）が相対的に低くなるおそれがある。このため鋼管に対するひずみ付与加工（x）は、鋼管周方向でのロール加工位置（ロール接点）を変えて複数回実施することが好ましく、特に３回以上実施するのが好ましいことが判った。これにより、鋼管の外径変形（ひずみ付与）を管周方向で均一に生じさせることができ、本発明の効果をより高めることができる。

鋼管に対するひずみ付与加工（x）を複数回実施する場合、通常、ストレートナーの一端側から鋼管を通して１回目の加工を行い、次いで、ストレートナーの他端側から反対方向に通して２回目の加工を行う、というようにストレートナーに対して鋼管を往復させて複数回のひずみ付与加工（x）を行うことが好ましい。その際、１回のひずみ付与加工（x）を終えてストレートナーを抜け出た鋼管を搬送コンベアで逆送し、再度ストレートナーのロールに噛み込ませ、次のひずみ付与加工（x）を行う。

複数回のひずみ付与加工（x）を鋼管周方向でのロール加工位置（ロール接点）を変えて行うには、例えば、図２に示すように、鋼管送り方向S1での１回目のひずみ付与加工（x）が終了して鋼管１がストレートナーから抜け出た際の惰性回転を利用して、鋼管１を管周方向で回す位置調整を行い、このように管周方向で位置調整された鋼管１を、再度ストレートナーのロール２に噛み込ませ、鋼管送り方向S2での２回目のひずみ付与加工（x）を行う。すなわち、１回目のロール加工終端位置（ロール接点）に対して、２回目のロール加工開始位置を管周方向で変えて（管周方向で位置をずらして）、２回目のひずみ付与加工（x）を行う。ひずみ付与加工（x）を３回以上実施する場合も、以上を繰り返して行う。

１回のひずみ付与加工（x）が終了し、次のひずみ付与加工（x）を行う際の鋼管周方向での位置調整は、目視による作業者の手作業で行われ、その際の鋼管周方向での位置調整の程度（鋼管を回す角度）は任意であるが、鋼管周方向でのロール加工位置の位置調整はできるだけ均等になされることが好ましく、具体的には、１回の位置調整で鋼管を回す角度は、（３６０°／ひずみ付与加工の回数）±２０°程度（例えば、ひずみ付与加工の回数が３回の場合には１００～１４０°程度）とすることが好ましい。

以上のようにしてひずみ付与加工（x）が施された鋼管には、通常の矯正工程（ストレートナー矯正）が実施される。その際、ひずみ付与加工（x）によってスケールが剥離しているので、スケール押し込み疵の発生が抑制される。この矯正工程では、必要な形状矯正がなされるが、それとともに、ひずみ付与加工（x）で剥離したスケールの一部が鋼管から除去される（粗スケール除去）のが通常である。
ひずみ付与加工（x）における圧下荷重は言うまでもないが、矯正工程における矯正荷重についても、鋼管の降伏点を超えない範囲とする。そのために規格強度を応力計算し、クラッシュ量（外径変形率）の上限を設定する。
矯正工程を経た鋼管は、精整工程に送られて必要な検査が実施され、最終製品となる。
本発明で製造される継目無し鋼管は、ボイラや熱交換用パイプをはじめとする種々の用途に適用することができる。

本発明法と比較法及び従来法により下記サイズの継目無し鋼管（１～９％Ｃｒ鋼、焼きならし温度：８００～１１００℃）を製造した。
・φ３２３．９ｍｍ×ｗｔ２８．５８ｍｍ×１００００ｍｍ
・φ３５５．６×ｗｔ３１．７５ｍｍ×１００００ｍｍ
矯正工程（ストレートナー矯正）には、図２に示す設備構成のストレートナーを用い、本発明法と比較法では、矯正工程（ストレートナー矯正）の前に、同ストレートナーを用いてスケール剥離を目的としたひずみ付与加工を行った。

［実施例１］
発明例と比較例では、図２に示す方法でひずみ付与加工を３回実施し、その後、ストレートナー矯正を実施した。一方、従来例では、ひずみ付与加工を実施することなく、ストレートナー矯正を実施した。
ストレートナー矯正後の鋼管について、スケール押し込み疵の発生状況を調べた。スケール押し込み疵は、直径（最大径部での径）が０．５ｍｍを超えるものを対象とした。鋼管全長（１００００ｍｍ）を長さ５００ｍｍ単位でスケール押し込み疵の有無を調べ、スケール押し込み疵があった５００ｍｍ単位の領域数aを求め、押し込み疵発生率（％）＝a／（鋼管全長／５００）×１００とした。

それらの結果を、ひずみ付与加工条件などとともに表１に示す。これによれば、ひずみ付与加工による外径変形率が本発明範囲よりも小さい比較例（No.１、No.７）では、押し込み疵発生率は高く、スケール押し込み疵の発生の抑止効果はほとんど得られていない。一方、ひずみ付与加工による外径変形率が本発明範囲を超える比較例（No.５、No.６、No.１１、No.１２）では、ひずみ付与加工それ自体で押し込み疵が発生するため、この場合も、押し込み疵の発生の抑止効果はほとんど得られていない。
これに対して発明例ではスケール押し込み疵の発生が抑えられ、特に、外径変形率が１．００％以下の場合に押し込み疵発生率が４０％未満となっている。押し込み疵発生率が４０％未満であれば作業者による疵手入れが可能となるため、特に好ましい結果であるといえる。

［実施例２］
ひずみ付与加工の回数の影響を調べるために、図２に示す方法でひずみ付与加工を１～５回実施し、その後、ストレートナー矯正を実施し、このストレートナー矯正後の鋼管の押し込み疵発生率を、実施例１と同様の方法で調べた。また、従来例として、ひずみ付与加工を行うことなくストレートナー矯正を実施した鋼管についても、同様に押し込み疵発生率を調べた。
それらの結果を、ひずみ付与加工条件などとともに表２に示す。これによれば、ひずみ付与加工を３回以上実施することにより、押し込み疵発生率が最も低下していることが判る。図３は、その結果をまとめたものである。

１ 鋼管
２ ロール
３ 管軸パスライン

Claims (5)

1. 製管工程と、該製管工程で得られた鋼管の形状をストレートナーで矯正する矯正工程を有する継目無し鋼管の製造方法において、
   前記矯正工程での形状矯正を施す前の鋼管に、ストレートナーを用いて、下式で定義される外径変形率（％）が０．５０＜外径変形率≦１．３０を満足する条件でひずみ付与加工（x）（但し、鋼管を塑性変形させる加工を除く。）を施すことを特徴とする継目無し鋼管の製造方法。
   外径変形率（％）＝外径変化量Δd（mm）／原管外径D（mm）×100
2. 鋼管に、外径変形率（％）が０．５０＜外径変形率≦１．００を満足する条件でひずみ付与加工（x）を施すことを特徴とする請求項１に記載の継目無し鋼管の製造方法。
3. 鋼管に対するひずみ付与加工（x）を、鋼管周方向でのロール加工位置を変えて複数回実施することを特徴とする請求項１または２に記載の継目無し鋼管の製造方法。
4. 鋼管に対するひずみ付与加工（x）を、鋼管周方向でのロール加工位置を変えて３回以上実施することを特徴とする請求項３に記載の継目無し鋼管の製造方法。
5. ひずみ付与加工（x）における圧下荷重および矯正工程における矯正荷重は、鋼管の降伏点を超えない範囲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し鋼管の製造方法。

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