JPH08224611A - 継目無鋼管の浸炭防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】生産性を損なうことがなく、かつ内面性状の優
れた製品を得ることのできる管内表面層の浸炭防止方法
の提供。 【構成】マンネスマン−マンドレルミル方式によって継
目無鋼管を製造するに際し、黒鉛系の潤滑剤を用いてマ
ンドレルミル圧延を行い、このマンドレルミル圧延後の
管内面に残存する潤滑剤の量を５０ｍｇ／ｍ² 以下にし
た後、再加熱する。また、残存潤滑剤量を５０ｍｇ／ｍ
² 以下にするため、マンドレルミル圧延後の管内面に
５．０ＭＰａ以上の高圧水を吹き付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マンネスマン−マン
ドレルミル方式によって継目無鋼管を製造する場合おけ
る浸炭防止方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マンネスマン−マンドレルミル方式によ
る継目無鋼管の製造は、通常、次のようにしてなされ
る。先ず、回転炉床式等の加熱炉で所定温度に加熱した
丸鋼片をマンネスマンピアサーに代表される傾斜ロール
穿孔圧延機に通して中空のホローシェルに成形する。次
いで、このホローシェル内にその外表面に潤滑剤が塗布
されたマンドレルバーを串差し状に挿入し、７〜９スタ
ンドからなるマンドレルミルに通して１パスで所定寸法
の仕上げ圧延用素管に延伸圧延する。このマンドレルミ
ル圧延後、バーストリッパーを用いてマンドレルバーを
引き抜き、形状の悪化した管端部分をホットソー等で切
断してから再加熱炉で再加熱する。そして、この再加熱
時に管外面に生成したスケールを高圧水吹き付けによっ
て除去した後、ストレッチレデューサー等の仕上げ圧延
機に通して外径圧下と若干の肉厚圧下を加えて所定の製
品寸法に成形する。しかる後、冷却床に搬送して冷却し
てからコールドソー等で所定の製品長さに切断して精整
ラインに搬送する。

【０００３】上記マンネスマン−マンドレルミル方式に
よる継目無鋼管の製造に際し、マンドレルミル圧延に使
用されるマンドレルバーは、一般に、１１００〜１２０
０℃の高温状態のホローシェル内に挿入される。このた
め、マンドレルバーはホローシェルと焼き付き易い状態
に曝される。しかし、マンドレルバー外表面には、ホロ
ーシェル内への挿入に先立って塗布された潤滑剤皮膜が
焼き付き防止皮膜として作用するので、通常、マンドレ
ルバーとホローシェルとが焼き付くことはない。

【０００４】一方、マンドレルミル圧延後の管形状およ
び肉厚は、マンドレルミルのロール回転数およびロール
孔型形状の影響を受けるとともに、マンドレルバーと材
料（ホローシェル）間の摩擦の影響を受ける。このた
め、マンドレルバーの外表面に塗布する潤滑剤として摩
擦係数の大きい潤滑剤を使用する場合には、円周方向お
よび長手方向に均一な変形がなされず、安定した管形状
および肉厚分布が得られない。

【０００５】また、前述したように、マンドレルバー
は、マンドレルミル圧延後にバーストリッパーをを用い
て仕上げ圧延用素管から引き抜かれる。しかし、マンド
レルバーの外表面に塗布する潤滑剤の潤滑性が悪い場合
には、素管とマンドレルバーとが焼き付いてバーが引き
抜けない状態となり、作業性が損なわれる。

【０００６】従って、マンドレルバーの外表面には、熱
間での潤滑性能に優れた熱間圧延用潤滑剤を塗布する必
要がある。このような潤滑剤としては、安価で非常に優
れた潤滑性能を持つもの、例えば特公昭５９−３７３１
７号公報に示されるような黒鉛を主成分とする水溶性潤
滑剤が従来から多く使用されている。

【０００７】ところが、上記特公昭５９−３７３１７号
公報に示されるような黒鉛を主成分とする黒鉛系潤滑剤
を塗布したマンドレルバーを用いてマンドレルミル圧延
を行うと、圧延時に浸炭現象が生じて管内表面側に炭素
濃度が母材のそれよりも高い浸炭層が発生する。この管
内表面側に発生した浸炭層は、その後の再加熱時、スト
レッチレデューサーによる仕上げ圧延時、さらには仕上
げ圧延後の固溶化処理等の熱処理時に炭素が母材に拡散
して炭素濃度自体は低くなる。しかし、浸炭層の深さは
逆に深くなり、依然として所定の基準を超える高い炭素
濃度の浸炭層部分が残存する。この所定の基準を超える
残存浸炭層部分は、例えば、炭素鋼等にあっては製品管
内面に局部的な異常硬化部を発生させて製品の切削性を
低下させる。また、ステンレス鋼にあっては製品内面の
耐粒界腐食性等の耐食性を低下させる。

【０００８】従って、所定性能の上記切削性や耐食性を
有する製品を得るためには、圧延された管内表面の浸炭
層部分を回転駆動される砥石で研磨除去する等の除去工
程が必要となる。この結果、生産性の低下を招いて製品
コストが著しく上昇する等の問題があった。また、小径
サイズの製品では、内径が小さいため、内面研磨用の砥
石を管内に挿入することが不可能な場合があって事実上
製造できないこともあった。

【０００９】このような問題を解決する方法としては、
例えば、特開昭６４−１６８９４号公報に提案されるよ
うな非黒鉛系の潤滑剤を用いることが考えられる。しか
し、この非黒鉛系の潤滑剤は潤滑性が不十分、特にステ
ンレス鋼を圧延対象とする場合の潤滑性が不十分で、管
内面に筋疵等の圧延欠陥疵が多発する。その結果、手入
れに多大な工数を必要とするのみならず、製品歩留りが
低下するのに加え、潤滑剤自体も高価で経済的でないと
いう欠点を有している。

【００１０】また、特開平４−１１１９０７号公報に
は、黒鉛系の潤滑剤を用いてのマンドレルミル圧延後の
仕上げ用圧延素管の内表面層を、内表面から２０〜５０
μｍの厚さにわたって酸洗あるいは研磨することによっ
て浸炭層を完全除去した後、再加熱して仕上げ圧延する
方法が提案されている。しかし、この方法は、管が高温
の熱間状態にある間に浸炭層を完全除去することができ
ないため、熱エネルギーロスが大きいのに加え、生産性
が著しく低下するという欠点を有している。

【００１１】さらに、特開平６−１８２４２７号公報に
は、上記特開平４−１１１９０７号公報と同様、黒鉛系
の潤滑剤を用いてのマンドレルミル圧延後の仕上げ用素
管の一方管端から他方管端に向けて管内に珪砂を噴射す
るメカニカルなデスケーリング加工を施すことによっ
て、素管内面に存在している潤滑剤成分を除去した後に
再加熱する方法が提案されている。しかし、この方法
は、高温の熱間状態にある管内面に対して硬質の珪砂を
吹き付けるため、管内面に珪砂が噛み込む等して内表面
性状が悪化、製品品質が劣るという欠点を有している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の実状に鑑みなされたもので、黒鉛系の潤滑剤を用いて
マンドレルミル圧延を行った場合にも、製品の切削性や
耐食性および内面性状は勿論、生産性をも低下させるこ
とのない安価な継目無鋼管の製造方法を提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の継目無鋼
管の製造方法を要旨とする。

【００１４】マンネスマン−マンドレルミル方式によっ
て継目無鋼管を製造するに際し、黒鉛系の潤滑剤を用い
てマンドレルミル圧延を行い、このマンドレルミル圧延
後の管内面に残存する潤滑剤の量を５０ｍｇ／ｍ² 以下
にした後、再加熱することを特徴とする継目無鋼管の浸
炭防止方法。

【００１５】上記継目無鋼管の浸炭防止方法において
は、マンドレルミル圧延後の管内面に５．０ＭＰａ以上
の高圧水を吹き付けることによって管内面に残存する潤
滑剤の量を５０ｍｇ／ｍ² 以下にするのが好ましい。

【００１６】本発明者らは、黒鉛系の潤滑剤を用いての
マンドレルミル圧延における管内面の浸炭発生状況につ
いて調査検討を重ねた。その結果、マンドレルミル圧延
直後の仕上げ圧延用素管の黒鉛系潤滑剤に起因する所定
の基準を超える高炭素濃度の浸炭層深さは管内表面より
５０μｍまでであること、および管内表面上には黒鉛系
潤滑剤が多量に残存していることを確認した。

【００１７】そして、上記所定の基準を超える高炭素濃
度の浸炭層および残存潤滑剤中の炭素は、その後に施す
仕上げ圧延前の再加熱、仕上げ圧延、さらには仕上げ圧
延後に施す固溶化処理等の熱処理時に母材に拡散して濃
度低下する等するが、その炭素濃度低下の程度が十分で
ないため、製品の管内面の耐食性等が劣化する等するも
のの、管外面については全く浸炭が起こっていないこと
を確認した。

【００１８】そこで、上記の点についてさらに調査検討
を重ねたところ、マンドレルミル圧延で生じた管内面の
浸炭層を、前述の特開平４−１１１９０７号公報に提案
されるように完全に除去する必要はなく、管内表面に残
存する潤滑剤の量を５０ｍｇ／ｍ² 以下に低減させれ
ば、マンドレルミル圧延後に再加熱等を施しても管内面
に浸炭層が形成されないことを知見した。

【００１９】また、マンドレルミル圧延直後で高温の熱
間状態にある管内面に対して５．０ＭＰａ以上の高圧水
を吹き付ければ、管内表面の残存潤滑剤量を５０ｍｇ／
ｍ²以下に低減させることができ、かつ製品の管内面性
状を悪化させることがないことを知見し、本発明をなし
た。

【００２０】

【作用】マンドレルミル圧延後の仕上げ素管内表面上に
付着残存する黒鉛系潤滑剤の残存量を５０ｍｇ／ｍ² 以
下、より具体的には１０ｍｇ／ｍ² 超、５０ｍｇ／ｍ²
以下に低減させると、仕上げ圧延に先立ち、例えば、１
０００〜１１００℃程度に再加熱した場合、残存潤滑剤
成分中の炭素が管内表面に浸炭する量を少なくできる。
また、母材の炭素濃度を超える浸炭層は形成されるもの
の、例えばＪＩＳに規定のＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１
６Ｌ等ではその炭素含有量の規格上限値０．０３重量％
を超える、いわゆる基準炭素上限値を超える高炭素濃度
の浸炭層は形成されなくなる。

【００２１】さらに、素管内表面上に付着残存する黒鉛
系潤滑剤の残存量を１０ｍｇ／ｍ²以下に低減させる場
合には、再加熱時に残存潤滑剤がほぼ完全に燃焼消滅す
る。

【００２２】また、脱炭現象が生じてマンドレルミル圧
延時に形成された浸炭層をほぼ完全に消滅させることが
可能となる。従って、管内表面上に残存させる黒鉛系潤
滑剤の残存量は１０ｍｇ／ｍ² 以下にするのがより好ま
しい。

【００２３】しかし、素管内表面上に付着残存する黒鉛
系潤滑剤の残存量が５０ｍｇ／ｍ²を超えると、残存し
た潤滑剤成分中の炭素が再加熱以降の工程で母材材料に
拡散して母材の基準炭素上限値を超える高炭素濃度の浸
炭層が形成され、耐粒界腐食性劣化等の性能劣化を招
く。

【００２４】マンドレルミル圧延後の管内表面上に付着
する黒鉛系潤滑剤は、マンドレルミル圧延後で高温の熱
間状態にある仕上げ圧延用素間の内面に対して５０ＭＰ
ａ以上の高圧水を吹き付けることによって、その残存量
を５０ｍｇ／ｍ² 以下にすることができる。

【００２５】すなわち、熱間状態の仕上げ圧延用素間の
内面に高圧水を吹き付けると、管が熱収縮して管内表面
に生成したスケールが母材鋼表面から浮き上がって剥離
し易くなる。また、吹き付けた高圧水の衝突エネルギー
によって容易にデスケールされるようになる。この結
果、珪砂等の硬質粒子を吹き付ける場合とは異なり、内
面性状を悪化させることなく、管内表面に残存する潤滑
剤量を減少させることができる。

【００２６】しかし、管内表面に吹き付ける高圧水の圧
力が５０ＭＰａ未満では衝突エネルギーが小さく、熱収
縮して母材鋼表面から浮き上がったスケールを十分に除
去できず、管内表面上の残存潤滑剤量を５０ｍｇ／ｍ²
以下にすることができない。

【００２７】管内表面に対する高圧水の吹き付けは、図
示省略するが、例えば、スギノマシン社製の商品名ＪＮ
Ｓシリーズのガン用直射ノズル等の高圧水噴射ノズルを
用い、この高圧水噴射ノズルを一方管端から他方管端に
向けて管内を移動させることによって吹き付ける。この
時、管軸長方向への管内ノズル移動が速すぎると、高圧
水の吹き付けが十分でない箇所が生じてデスケール効果
がなくなるので、管内ノズル移動速度は２０ｍ／分以下
とするのが好ましい。

【００２８】なお、管内表面に対する高圧水の吹き付け
を、前述の特開平６−１８２４２７号公報に示されるよ
うに、一方の管端近傍に臨設した固定ノズルから他方管
端に向けて高圧水を噴射したのでは管の軸長方向に均一
にデスケールすることができない。しかし、上記したよ
うに管軸長方向へノズルを移動させる場合にはこのよう
なことはない。

【００２９】また、熱管状態の素管内面に対して高圧水
を吹き付け、これによってデスケールして管内表面上の
残存潤滑剤量を５０ｍｇ／ｍ² 以下にして後再加熱する
場合には、素管温度がほぼ常温となった冷間状態でデス
ケールするのに比べ、再加熱に要する熱エネルギー消費
を節減できる。また、デスケールに要する衝突エネルギ
ーが小さくてすむので高圧水の供給圧力を低くでき、こ
れに必要な設備費も少なくなるから経済的でもある。さ
らに、熱間での高圧水吹き付けのみによるデスケールに
よって残存潤滑剤量を制御するので、前述の特開平６−
１８２４２７号公報に提案の第２の発明方法に比べ、生
産性が高い。

【００３０】さらに、再加熱に先立ち管内表面上の残存
潤滑剤量を５０ｍｇ／ｍ² 以下に除去低減するには酸洗
手段によってもよい。しかし、酸洗作業は、通常、常温
の材料を対象とする作業であり、熱エネルギーロスが大
きく、かつオフライン作業を余儀なくされて生産性を低
下させる。さらに、酸洗液の濃度調整、浸漬処理時間の
調整等が極めて難しく、あまり好ましい方法とは言えな
い。

【００３１】

【実施例】以下、本発明にかかわる浸炭防止方法を実施
例により説明する。

【００３２】室温下で刷毛塗り後乾燥させ、その表面に
膜厚約１００μｍの黒鉛系潤滑剤皮膜を形成させた外径
１４１ｍｍのマンドレルバーを準備した。次いで、この
マンドレルバーを用い、傾斜ロール穿孔圧延機で穿孔圧
延して得られた外径１８１．０ｍｍ、肉厚１６．０ｍ
ｍ、長さ７０００ｍｍ、温度１１００℃の表１に示す成
分組成を有する７鋼種のホローシェルを７スタンドから
なるマンドレルミルで外径１５１．０ｍｍ、肉厚５．０
ｍｍ、長さ２５３００ｍｍの仕上げ用素管に延伸圧延
し、得られた温度約９００℃の仕上げ圧延用素管の内面
に、表２に示す圧力（２．５〜１０ＭＰａ）の高水圧を
吹き付けた。この時、高圧水は、スギノマシン社製の商
品名ＪＮＳ−３５１９のガン用直射ノズルを用い、この
ノズルをマンドレルミル圧延ボトム側より管内に挿入し
てトップ側に向け１４ｍ／分の移動速度で移動させ、管
内面の全周全長にわたって均一に当たるようにした。

【００３３】高圧水吹き付け前後の仕上げ圧延用素管の
管軸長方向の中央部より試験片を採取し、高圧水吹き付
け前の試験片については、各鋼種のＪＩＳ規格炭素上限
値（例えば、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｌの場合、
Ｃ≦０．０３）を超える炭素濃度の管内表面からの深さ
を測定し、この深さを浸炭層深さとする一方、高圧水吹
き付け後の試験片については、その管内表面上の潤滑剤
残存量を測定した。その結果を、表２に併記して示し
た。

【００３４】また、上記と同様の行程条件で処理した仕
上げ圧延用素管を、１０００℃の再加熱炉に２０分間装
入して再加熱し、再加熱後の素管軸長方向の中央部より
試験片を採取し、管内表面より所定の厚さピッチで成分
分析試料を研磨除去し、その成分分析試料の平均炭素濃
度を分析するという操作を繰り返して肉厚方向の炭素濃
度分布を調べ、上記と同様に各鋼種のＪＩＳ規格炭素上
限値を超える炭素濃度の管内表面からの深さを測定し、
この深さを浸炭層深さとした。その結果を、表２に併記
して示した。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】表２に示す結果から明らかなように、高圧
水を吹き付けて管内表面上の潤滑剤残存量を５０ｇ／ｍ
² 以下とした本発明例（No. １〜２１）では、いずれの
鋼種についても、再加熱後の管内面にＪＩＳ規格炭素上
限値を超える炭素濃度の浸炭層は発生しておらず、管内
面性状も良好である。

【００３８】これに対し、高圧水吹き付け後の管内表面
上の残存潤滑剤量が５０ｇ／ｍ² 超の比較例（No. ２２
〜２８）では、いずれの鋼種も、再加熱後の管内面にＪ
ＩＳ規格炭素上限値を超える炭素濃度の浸炭層が発生し
ている。また、マンドレルミル圧延後の管内表面に硬質
の珪砂を吹き付けてデスケーリングし、これによって管
内表面上の潤滑剤を除去し、次いで管内面に残存する珪
砂を高圧水噴射によって除去した後、再加熱する前述の
特開平６−１８２４２７号公報に提案される従来方法
（No. ２９〜３５）では、いずれの鋼種も、再加熱後の
管内面にＪＩＳ規格炭素上限値を超える炭素濃度の浸炭
層は発生していないが、管内面性状が劣っている。さら
に、マンドレルミル圧延後に何等の処理も施さない従来
例（No. ３６〜４２）では、いずれの鋼種も、再加熱後
の管内面に極めて深い浸炭層が発生している。

【００３９】さらに、本発明例（No. １〜２１）と比較
例（No. ２２〜２８）との対比から明らかなように、高
圧水を吹き付けて管内表面上の潤滑剤残存量を５０ｇ／
ｍ²以下にするためには、５．０ＭＰａ以上の高圧水を
吹き付ける必要のあることがわかる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、黒鉛系潤滑剤を用いて
のマンドレルミル圧延に際しての浸炭を、管の内面性状
を損なうことなく、かつ生産性を阻害することなく確実
に防止することができる。

【００４１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 恒太 兵庫県尼崎市東向島西之町１番地住友金属 工業株式会社関西製造所特殊管事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マンネスマン−マンドレルミル方式によっ
   て継目無鋼管を製造するに際し、黒鉛系の潤滑剤を用い
   てマンドレルミル圧延を行い、このマンドレルミル圧延
   後の管内面に残存する潤滑剤の量を５０ｍｇ／ｍ² 以下
   にした後、再加熱することを特徴とする継目無鋼管の浸
   炭防止方法。
2. 【請求項２】マンドレルミル圧延後の管内面に、５．０
   ＭＰａ以上の高圧水を吹き付けることによって管内面に
   残存する潤滑剤の量を５０ｍｇ／ｍ² 以下にすることを
   特徴とする請求項１に記載の継目無鋼管の浸炭防止方
   法。