JPH07214106A - 鋼管の無酸化圧延設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋼管の定径または絞り圧延等の熱間圧延の際
に、被圧延材の表面に酸化スケールが発生するのを防止
する無酸化圧延設備に関するものである。 【構成】 被圧延管の内面に不活性ガスを供給する不活
性ガス吹込装置と、前記被圧延管の先行後端と後行先端
とを連続させる溶接装置と、前記被圧延管を昇温する加
熱装置とが前面に併設された熱間圧延機の前記加熱装置
および熱間圧延機を被圧延管が通過できる開孔部を有す
る状態に外部雰囲気から遮断するシールド容器と、前記
シールド容器内に不活性ガスを充満させる不活性ガス供
給装置とを設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば鋼管の定径または
絞り圧延等の熱間圧延の際に、被圧延材の表面に酸化ス
ケールが発生するのを防止する無酸化圧延設備に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼管の熱間圧延における内外表面の性状
は、その加熱・冷却による温度履歴と周囲の雰囲気に依
存する。現在は一般に、高温に加熱した材料を酸素がふ
んだんに存在する大気中で圧延される。大気中において
鋼管を熱間で圧延する際には、加熱中に生成する一次ス
ケールを含め、その表面に多かれ少なかれ酸化層が生成
され、それに起因する圧延歩留まりの低下や表面疵の発
生があり、さらには後工程での疵取り工程や酸洗処理等
の脱酸化スケール処理が必要になる。これらは製品製造
の能率を著しく低減させ、コストの上昇をもたらす。特
に管内面に生成するスケールは、その圧延中の脱酸化ス
ケール処理が十分行われないことが多く、表面品質が劣
化せざるを得ない状況にある。従って、管内面にスケー
ルを生成させずに定径または絞り圧延を行う方法として
近年、冷間絞り圧延機が開発されている。しかしなが
ら、冷間加工であるがゆえに、熱間加工なみの大きい加
工度は得られず能率が著しく悪く、また所定の加工を行
う際にもかなり大きなモーターパワーを必要とするた
め、不便な点も多い。

【０００３】そこで、管の内表面に酸化スケールを生成
させずに圧延を行う技術として、例えば高温で還元性ガ
スに分解する有機化合物水溶液を管内面に噴射すること
により二次スケールの発生を抑える方法が特開平４−２
８８９１４号公報に提案されている。また、特開平５―
２５５５１号等には、不活性ガスを使用して金属体の熱
処理を行う装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような特開平４
ー２８８９１４号公報に記載されている継目無鋼管圧延
法では、素管長さが短い場合は効果的であるが、長尺管
圧延時には管中央まで確実に酸化スケールの生成を抑制
できるとは限らず、また絞り圧延のように管の移動速度
が大きい場合には外部の雰囲気が混入し内面酸化スケー
ルの抑制は行えない。しかも、管外面に対しては何の処
置も行われていない。また細径管の場合には、元々管の
持つ熱容量が少ないため、水溶液を投入することは管の
冷却を早めることにつながるため、圧延を行う上で好ま
しくない。また、特開平５―２５５５１号等に記載され
ている技術は、正確な温度管理が可能で高効率な熱処理
が行えるが、そこでは大気の混入が考えられる搬送中な
どでの管内面性状、特に高温で生成する酸化スケールに
ついては言及しておらず、管の表面性状との相関は認め
られない。上記のように、連続的かつ大量に圧延を行う
プロセスにおいて管内面酸化スケール低減についての提
言は不十分なものが多い一方、管の外表面については一
般に高圧水や高圧空気による脱酸化スケール処理が実用
化されている。しかしながら、脱酸化スケール処理が施
されたにもかかわらず、除去しきれなかった酸化スケー
ルによりスケールの押込疵が発生する等、未だ充分であ
るとはいえない。また、仮に１次酸化スケールが除去で
きたとしてもその後の圧延によってできる新生面には周
囲から酸化するに充分な大気が供給されるから、やはり
酸化スケールの生成は避けられず良好な表面性状は得ら
れないという問題があった。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、熱間圧延される管の内外面に
スケールが発生せず、表面欠陥の発生を防止できる鋼管
の無酸化圧延設備を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋼管の無酸
化圧延設備は、熱間圧延工程中に鋼管の外表面を無酸化
雰囲気にし、且つ端部を接合して連続化し、末端から内
表面に不活性ガスを吹き込みつつ圧延することを骨子と
するものである。素管加熱温度を１０００℃、保持時間
を３０分、空冷開始温度を３００℃としての試験によれ
ば、表面性状を劣化させないためには低酸素濃度の外部
雰囲気にすることが有効で、高温の鋼管に生成する酸化
スケール量と周囲の酸素濃度との関係は、第５図に示し
た通りである。発明者は、さらに外部雰囲気だけ制御し
た場合の鋼管外面と内面を比較した。その結果によると
内面の方がスケール量が多くなっており、その原因は鋼
管の搬送中に内面に滞留していた大気に含まれる酸素で
あることを見出した。すなわち、被圧延管は先行する管
の後端と後行する管の先端を接合して連続させて装入
し、加熱して圧延する試験で、外部から窒素ガスを吹き
付けつつ２通りの条件で鋼管の熱間圧延をおこなった。
一方は鋼管内面に対して何等処置を行わず、他方は鋼管
内面にも積極的に窒素ガスを吹き込みつつ熱間圧延を行
った。この結果、前者は鋼管外面に較べ内面のスケール
量が多かったが、後者は内外面のスケール量はほぼ同量
で、しかも前者の外面スケール量と同程度であった。

【０００７】このことから、鋼管の外面のみならず内面
もスケール量を抑えるために、 鋼管接合・加熱・圧延装置の外部雰囲気に不活性ガス
を吹き込み酸素濃度を低減させる。 鋼管の内面にも不活性ガスを吹き込み酸素濃度を低減
させる。 鋼管を加熱する前に鋼管同士を溶接接合し、大気に対
し開放されている管端を加熱帯から遠ざける。 ことで本発明の鋼管の無酸化圧延設備の目的は達成で
き、その第１の発明に係る構成は、被圧延管の内面に不
活性ガスを供給する不活性ガス吹込装置と、前記被圧延
管の先行後端と後行先端とを連続させる溶接装置と、前
記被圧延管を昇温する加熱装置とが前面に併設された熱
間圧延機の前記加熱装置および熱間圧延機を被圧延管が
通過できる開孔部を有する状態に外部雰囲気から遮断す
るシールド容器と、前記シールド容器内に不活性ガスを
充満させる不活性ガス供給装置とを設けたものである。
また、第２の発明に係る構成は、シールド容器が内部の
気体を排出する排気装置を有することを特徴とするもの
である。また、第３の発明に係る構成は、管内面および
シールド容器内部の酸素含有量を検出する酸素検出装置
と、前記酸素検出装置の検出量に基づいて不活性ガス供
給装置を作動させることを特徴とするものである。ま
た、第４の発明に係る発明の構成は、被圧延管を連続さ
せる溶接装置またはおよび熱間圧延機の後面に設けた冷
却設備近傍の被圧延管周囲を不活性ガスでシールド調整
できるものである。

【０００８】

【作用】本発明においては、不活性ガス吹込装置で被圧
延管の内面に不活性ガスを供給し、被圧延管が通過でき
る開孔部を有する状態に外部雰囲気から遮断するシール
ド容器で前記被圧延管の先行後端と後行先端とを連続さ
せる溶接装置と、前記被圧延管を昇温する加熱装置とが
前面に併設された熱間圧延機の前記加熱装置および熱間
圧延機がシールドされ、不活性ガス供給装置で前記シー
ルド容器内に不活性ガスを充満させるから、定径または
絞り圧延等の熱間圧延される高温の鋼管内外面にスケー
ルが発生するのを抑制する。また、シールド容器が内部
の気体を排出する排気装置を有するから、シールド容器
内の気体を不活性ガスに効率よく置換でき、被圧延管に
スケールが発生するのを防止する抑制効果が高まる。ま
た、管内面およびシールド容器内部の酸素含有量を検出
する酸素検出装置の検出量に基づいて不活性ガス供給装
置を作動させるので、不活性ガスの供給を過不足なく実
施でき、スケールの発生を適確に防止できる。また、被
圧延管を連続させる溶接装置またはおよび熱間圧延機の
後面に設けた冷却設備近傍の被圧延管周囲を不活性ガス
でシールド調整できるので、より一層スケールの発生を
適確に防止できる。

【０００９】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の一実施例に係る鋼管の無酸化
圧延装置の構成を示す説明図である。図において、１０
は被圧延管で、マンドレルミルなどで製造される継目無
管である。１は不活性ガス供給管路で、不活性ガス供給
装置（図示せず）に接続されている。２は溶接装置で、
前記被圧延管１０の端部同志を接続して長尺なものにす
る。３は加熱装置で、電気誘導加熱方式、電気抵抗加熱
方式などを使用し、前記被圧延管１０を昇温する。４は
圧延ロールで、定径機または絞り圧延機などの熱間圧延
機を構成し、上流側に前記溶接装置２および加熱装置３
が併設されている。５はシールド容器で、前記不活性ガ
ス供給管路１から酸素を含まない気体が流入し、前記加
熱装置３および圧延ロール４で構成される熱間圧延機を
包囲し外部雰囲気から遮断すると共に、内部の気体を外
部に排出する排気装置（図示せず）が接続されている。
６は水冷装置で、圧延ロール４で延伸された被圧延管１
０を冷却するものである。図２は本発明の他の実施例を
示すもので、前記水冷装置６の部位に不活性ガス管路１
から被圧延管１０の外面に酸素を含まない窒素等の気
体、またはその他の不活性ガスを供給し、被圧延管１０
に酸化スケールを発生させないようにしたものである。
冷却過程においても被圧延管１０を大気から遮断するよ
うにし、美麗な外表面を得ることが可能である。この実
施例に沿って圧延を行えば、内外面にほとんどスケール
のない管を得ることが可能である。また、図３は本発明
の他の実施例を示すもので、加熱装置３および圧延ロー
ル４で構成される熱間圧延機は必ずしもシールド容器内
に収める必要はなく、外部雰囲気から遮断するシールド
容器５に代えて、前記加熱装置３および圧延ロール４で
構成される熱間圧延機の位置で被圧延管１０の外面に、
不活性ガスを直接吹き付けるガス吹付装置７を備えたも
のである。前記不活性ガスとしては、酸素を含まない窒
素等の気体、またはその他の不活性ガスである。この実
施例の特徴は比較的簡便に現在保有する設備から設置が
できることである。また、図４は上記のような各実施例
において、シールド容器５内にシールド容器内部の酸素
含有量を検出する酸素濃度検出装置８と、前記酸素検出
装置の検出量に基づいて、不活性ガス供給管路１から送
給する酸素を含まない窒素等の気体、またはその他の不
活性ガスの送給量を、コントロールする不活性ガス流量
調節装置９を設けたものである。さらに良好な表面性状
を得るのに特に有効である。

【００１０】上記のように構成した鋼管の無酸化圧延装
置を絞り圧延に適用し、加熱、圧延条件、および大まか
な雰囲気（酸素濃度）について試験を行った。試験条件
は、使用スタンド数５スタンド、素管肉厚外径比０．０
１〜０．４５、全外径圧下率０〜４１％、加熱温度７０
０℃〜１１５０℃、全肉厚圧下率約±３０％、入側圧延
速度０．１〜２．５ｍ／秒、酸素濃度０．０５〜１０％
の各条件とし、不活性ガスの一例としてＮ２ガス、Ａｒ
ガスを用いた。その試験結果は表１に示す。上記試験結
果から明らかなように、使用スタンド数を５スタンドと
したとき、ほとんどのケースが従来と同様の圧延を行っ
た比較例よりもよい結果を示したが、その中でも特に、
素管肉厚外径比０．０２〜０．２５、全外径圧下率７〜
３６％（単スタンド平均圧下率１．５〜８．５％）、全
肉厚圧下率±２０％（単スタンド平均圧下率±４．５
％）、加熱温度８００℃〜１１００℃、入側圧延速度
０．３〜２ｍ／秒、酸素濃度〜５％（外表面側）、〜
３．５％（内表面側）の組み合わせの場合には、酸化ス
ケールの非常に少ない、良好な表面性状の管が得られ
た。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、鋼管の定
径または絞り圧延機などの熱間圧延で被圧延材の内外面
にスケールが発生せず、表面疵、例えばピット疵等の発
生を抑制でき、かつ酸化による表面性状の劣化を抑制し
て品質・外観の良好な鋼管を製造し、かつ酸化スケール
による損失を抑制し、冷間加工並みの高品質な製品が得
られるので生産性向上、製造原価が低減し、低価格供給
を行うことができ経済的にも優れる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る鋼管の無酸化圧延装置
の構成を示す説明図である。

【図２】本発明の他の実施例に係る鋼管の無酸化圧延装
置の構成を示す説明図である。

【図３】本発明の他の実施例に係る鋼管の無酸化圧延装
置の構成を示す説明図である。

【図４】本発明の実施例に係る鋼管の無酸化圧延装置に
酸素濃度検出装置を設けた構成を示す説明図である。

【図５】高温の鋼管に生成する酸化スケール量と周囲の
酸素濃度との関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 不活性ガス供給管路 ２ 溶接装置 ３ 加熱装置 ４ 圧延ロール ５ シールド容器 ６ 水冷装置 ７ ガス吹付装置 ８ 酸素濃度検出装置 ９ 不活性ガス流量調節装置 １０ 被圧延管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被圧延管の内面に不活性ガスを供給する
   不活性ガス吹込装置と、前記被圧延管の先行後端と後行
   先端とを連続させる溶接装置と、前記被圧延管を昇温す
   る加熱装置とが前面に併設された熱間圧延機の前記加熱
   装置および熱間圧延機を被圧延管が通過できる開孔部を
   有する状態に外部雰囲気から遮断するシールド容器と、
   前記シールド容器内に不活性ガスを充満させる不活性ガ
   ス供給装置とを設けたことを特徴とする鋼管の無酸化圧
   延設備。
2. 【請求項２】 シールド容器が内部の気体を排出する排
   気装置を有することを特徴とする請求項１記載の鋼管の
   無酸化圧延設備。
3. 【請求項３】 管内面およびシールド容器内部の酸素含
   有量を検出する酸素検出装置と、前記酸素検出装置の検
   出量に基づいて不活性ガス供給装置を作動させることを
   特徴とする請求項１または２記載の鋼管の無酸化圧延設
   備。
4. 【請求項４】 被圧延管を連続させる溶接装置またはお
   よび熱間圧延機の後面に設けた冷却設備近傍の被圧延管
   周囲を不活性ガスでシールド調整できることを特徴とす
   る請求項１または２または３記載の鋼管の無酸化圧延設
   備。