JPS6059042B2 - 継目無鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、継目無鋼管の製造において、穿孔圧延によ
つて得られるホローピースの内面かぶれ疵と外面かふれ
疵とを共に皆無に近いまて抑制することができ、特に従
来は生産ベースに乗らないとされていた連続鋳造材や極
難加工性高合金鋼を対象とした穿孔圧延をも可能とする
継目無鋼管の製造方法に関する。

継目無鋼管の製造において、従来から最も一般的に広
く実施されている方法は、マンネスマン製造方法である
。

この製造方法は、高熱炉より取り出した所定温度のピレ
ツトを、ます穿孔圧延機にかけて中空棒状のホローピー
スとなし、これをプラグミル又はマンドレルミル等の延
伸圧延機で肉厚を減じ、次いて定形機または絞り圧延機
により縮径して製品管を得る工程で行われている。 本
発明は、前記製管工程のうちて最初に行われる穿孔圧延
に関するものてある。穿孔圧延を図を参照して概説すれ
は次の如くてある。即ち、第１図乃至第３図に示すよう
に、主ロー゜ル１、１’は中央部が最大径をなし、その
直径が胴長よりも大きいバレル型をなし、かつ、その入
口側ロール面角αは３０〜５０をなしている。この主ロ
ール１、１’は、ビレツト３がホローピース８となつて
通過するバスラインの垂直面に対して互に平行に、かつ
、水平面に対して互に反対方向の傾斜角β８０〜１２０
をもつて傾斜設置されている。これら主ロール１、１’
の間には、ガイドシュー２、２’がバスラインを上下か
ら挾むように設置され、穿孔圧延時に膨れ出てくるホロ
ピース８を上下から押えるようになされている。主ロー
ル１、１’の最大径部をゴージ部といい、このゴージ部
が相対してロール間隙が最小となつている位置から、ビ
レツト３の入口側に向つて所定の距離だけ距つた個所に
、後方をマンドレル５によつて支持された穿孔用プラグ
４の先端が位置決めされている。主ロール１、１’は稼
動時には矢印６、７で示す如く同一方向に回転される。
いま、所定温度に加熱されたビルツト３か、矢印９の方
向に入つて主ロール１，１″に噛み込まれると、矢印６
，７とは反対方向に回転しつつ、傾斜角βの作用でゴー
ジ部の方へ進み、主ロール１，１″側面から繰返し圧延
され、ビルツト３はおわゆる回転鍛造の効果を受け、そ
の中心部に孔のあき易い状態ができ、プラグ４の先端で
容易に穿孔が行われる。

この際プラグ４はマンドレル５とともにビレツト３の回
転によつて従動回転するが、後退しないように後方で支
持されている。このようにして両端支持ビルツト３は主
ロール１，１″とプラグ４との相互作用により、剪断変
形を受け、中空棒状のホローピース８となるのである。
ビルツト３が穿孔圧延によつてホローピース８となる際
には、３方向の剪断変形を同時に受ける。

その１つは、長手方向の剪断変形であり、その２は表面
捩れ変形てあり、その３は円周方向の剪断変形てある。
これを図示すれば第４図の如くである。長手方向の剪断
変形は、同図のａに示す如く、ビレツトの軸線と直角方
向の肉片要素が交互に存在すると仮定した場合に、この
ビレツトを穿孔圧延したときには、ａ″に示す如きメタ
ルフローを現出するものてあり、これはビレツトに軸方
向の伸長加工が施される以上避け得ない変形てある。表
面捩れ変形は、同図ｂに示す如く、ビルツトの表面に軸
線方向の肉片要素か存在すると仮定した場合に、このビ
ルツトを穿八圧延坤たときにはｂ″に示す如きメタルフ
ローを現出するものてあり、この表面捩れ変形は主とし
て管の外面かふれ．疵を発生せしめる原因となる。円周
方向の剪断変形は、同図ｃに示す如く、ビルツトにその
直径方向の肉片要素が存在すると仮定した場合に、この
ビレツトを穿孔圧延したときにはＣ″に示す如きメタル
フローを現出するものであり、この円周方向！の剪断変
形は主として管の内面かふれ疵を発生せしめる原因とな
る。表面捩れ変形と円周方向の剪断変形が、それぞれ管
の外面と内面にかぶれ疵を発生せしめる理由は、ビレツ
トにそのような剪断応力場が存在するとビレツト中に含
まれる介在物ダを起点としてクラックが発生し、それが
剪断応力場で圧延されてかぶれ疵となるからである。従
つて表面捩れ変形や円周方向の剪断変形を少なくするか
、又は全く無いような穿孔方向を実施することができる
ならば、管の内・外面かぶれ疵は格段に低減し得る道理
である。本出願人は、さきに表面捩れ変形の少ないある
いはそのような捩れの全くない穿孔方向を開発し、これ
を世に開示した。

即ち、特公昭４９−２３４７３号公報に記載の１継目無
鋼管の製造方法ョである。その技術内容は主ロールの傾
斜角βに交叉角γを適当に組合わすことにより、右にも
左にも捩れのないホローピースができる条件を探究）し
、の式で示す関係を満足せしめる場合に、最大の交果を
発揮するものであることを確認したものであ・る。

そして、この技術要旨を実動穿孔圧延機にうつして実施
した結果は、Ｃｒ−ＭＯ鋼程度の難加工性材については
、表面疵発生率を格段に低減せしめ得ることができたし
、また同時に、内面疵発率の低減にもかなり寄与し得る
ものであることも確”認したところである。しかしなが
ら、熱間変形能の極めて劣悪な極難加工性材料、例えば
、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系
及び二相系の各ステンレス鋼やインコネル系及びハステ
ロイ系などの耐熱耐食鋼の穿孔圧延には、その効果を発
揮することは生産ベース上未だ不可能に近い状態にあり
、これらの高合金材料で鋼管を製造するには専らユジー
ン押出し法に依らざるを得ない現状にある。

その理由として、熱間押出し法（以下、ユジーン押出し
法という）は、その製管に際して管材に表面捩れ変形や
円周方向の剪断変形を基本的には殆んど生せしめること
がなく、従つて外面及び内面にかぶれ疵を発生せしめる
ことが少ないからである。ところがユジーン押出製管法
を実施するには、ビレツトの中心部にその全長にわたる
ガイドホールを、予め機械加工によつてポーリングして
おく必要があり、そのため作業工数は増大し、ビレツト
の製造能率と歩留りは低下し、著しいコスト高となるこ
とは避け得ない状態にあつた。そればかりでなく、最近
の鋼管製造に対する趨勢は、材料の供給面と鋼管の需要
面とから非常に困難な問題を提起するに至つている。即
ち、材料の供給面では、ビレツトの製造体勢が、造塊・
分塊過程を経るものから、連続鋳造過程を経るものへと
急速に移行しつつあることである。いうまでもなく、連
続鋳造過程を経て製造されたビレツトは、センタポロシ
テイを有するものが多く、本質的には穿孔圧延に適する
材料ではない。鋼管の需要面における難問は、高合金鋼
管の要求が次第に高まつていることである。例えば油井
管についてみても、最近は深井戸化が急速に進み、これ
に伴つて地殻の圧力やＳ分による負荷や害悪が増大し、
その負荷に耐えかつ害悪を避けるため、例えばハステロ
イ系の高合金鋼管が要求されるようになつたことである
。このよような需要面の趨勢が鋼管の製造に難問を投げ
かけることは論をまたない。本発明は前記の如き難問を
解決することを目的とするものであり、それには、穿孔
圧延によつて、ホローピースに、ユジーン押出し法の場
合と同様のメタルフローを現出せしめること、即ち、表
面捩れ剪断変形及ひ円周方向の剪断変形のないホローピ
ースを得る方法を実現することによつてのみ解決し得る
ものてあつた、本発明は正しくこれに答え得るものとし
て創案されたものてあり、その要旨とするところは、ビ
ルツトの通過するバスラインを挾んで、左右または上下
に対設された両持ちコーン型主ロールの傾斜角（ロール
の軸線がバスラインの水平面また垂直面に対してなす角
）β及び交叉角（ロールの軸線がバスラインの垂直面ま
たは水平面に対してなす角）γを、なる式を満足し得る
如く保持し、前記ロール相互間の上下（または左右）に
対設されたデイスクロール面でビレツトを押圧しながら
穿孔することを特徴とするものである。

以下に本発明の実施に使用される主ロールを挾んで左右
に対設された穿孔圧延機について、その概略を説明すれ
は、第５図乃至第８図の如くである。

両主ロール１１，１「は、ビレツト１３の入口側に入側
面角α１を有し、出口側に出側面角α２を有するコーン
型の形状をなし、入口側のロール面と出口側のロール面
とが交叉する位置がゴージ部となつていて、各ロール軸
の両端は圧延機本体の内部に装着された軸受に支持され
ている。これが片持ち支持の場合は、穿孔作業中に主ロ
ールが振動を起し、偏肉の原因となり、またホローピー
スの内・外面性状にも悪影響を及ぼすことになる。各ロ
ール軸は、その延長線がビルツト１３の通過するバスラ
インの水平面（または垂直面）に対して相反する方向に
等しい傾斜角βをもつて、傾斜設定されていると共に、
バスラインの垂直面（または水平面）に対して対称をな
す交叉角γをもつて交叉する如く設定されており、矢印
１６，１７で示す如く互に同一方向へ同一周速度で回転
せしめられている。両主ロール１１，１「の間には、第
７図に示す如くバスラインに垂直な線上の上下からホロ
ーピース１８を挟んて押圧し得るデイスクロール１２，
１２″が配設されている。デイスクロール１２，１２″
の外径は主ロール１１，１「の最大径部の約２〜３倍て
あつて、主ロールの駆動用モータとは別の駆動用モータ
によつて、ビルツト１３をゴージ部の方へ押し込む方向
に回転せしめられており、その回転速度はＳｌｎβに比
例する周速度て変化せしめ得る如くなされている。ゴー
ジ部からビレツト１３の入口側に向つて所定の距離だけ
距つた位置に、後方をマンドレル１５によつて支持され
た穿孔用プラグ１４の先端が位置決めされている。とこ
ろで、本発明はは傾斜角βと交叉角γを実際の穿孔圧延
に即して、前述の如く数値範囲を限定した。

傾斜角βを交叉角γとは、それぞれ大きくする程、より
よく効力を発揮し得るか、その上限は圧延機の機械構造
上自ら制約されることとなる。即ち、いずれも２５自を
超えると、ロール軸をｌ支承するベアリングが圧延機本
体内に納まらなくなり、ロールの両持ち構造を維持する
ことは困難となる。と同時にロールに駆動力を伝えるス
ピンドルとロール軸との継手部が、ホローピースと機械
的干渉を起こすおそれが生じ、圧延機の設計上７殆んど
不可能に近い。また、下限は、円周方向の剪断変形に起
因する管の内面かふれ疵の発生しない限界が、穿孔比で
、１．５〜４．０の範囲であるとされる通常のバススケ
ジュールをも考慮に入れて決定したものである。傾斜角
βと交叉角γとの和をフ１５も未満とした場合は、内面
かふれ疵の発生が避け難く、またビレツトに作用する送
り速度が低下して生産能率が落ち、４５用を超える場合
は、スピンドルとロール軸のカップリングにホローシエ
ルがますます干渉し、良好な穿孔作業が得られなくなり
、いずれも実用的ではない。要するに、本発明において
傾斜角β、交叉角γ、及び両者の和を前記の範囲とした
のは、徹頭徹尾実用的な面を考慮に入れて決定したもの
である。さて、本発明は特に円周方向剪断変形による内
面かふれ疵を解決することを狙いとしており、それはデ
イスクロールの採用によつてはじめて可能となつた。

デイスクロール１２，１２″は、第６図乃至第８図に示
す如く、主ロール１１，１「の間に、ビレツト１３及び
ホローピース１８をその上下から押圧するように設置さ
れ、ビルツト１３を入口側から出口側へ押し込むように
矢印２０，２１の方向へ強制回転されている。第８図は
プラグ１４の長手方向のほぼ中央部位置で、バスライン
に直交して切断した場合を、入口側から見た部分断面図
である。この図によつてわかるように、デイスクロール
１２，１２″のロール面は左右のエッジ部が非対称をな
している。即ち、主ロール１１，１「とプラグ１４の回
転に伴う圧延によつて、その相互間隙からホローピース
１８の肉が、円周方向に押し出されてくる位置に対向す
る側のエッジ部には突出面２２，２２″が形成されてお
り、他方ホローピース１８の肉が主ロール１１，１「と
プラグ１４の回転によつてその相互間に引き込まれる位
置に臨む側のエッジ部には逃がし面２３，２３″が形成
されている。従来の穿孔圧延においては、主ロール相互
間には平板状ガイドシューが設置され、このガイドシュ
ーの面で膨れ出てくるホローピースの肉を押圧していた
のであるが、ガイドシューは圧延機に固．定されている
ものであるから、ホローピースが長手方向に進行せんと
するときガイドシューの面に擦りつけられ、その際の摩
擦抵抗が作用して結果的に円周方向の剪断変形を助長し
ていたのてある。

しかし本発明の場合は、強制回転せしめたデ．゜イスク
ロール１２，１２″で押圧することにより、ホローピー
ス１８の進行方向の推力に抗する摩擦力は減殺され、そ
の結果として、ユジーン押出し法によるものと同様又は
これに準するメタルフローを実現することになるのであ
る。次に、本発明の実施例について説明する。

（第１実施例） 主ロールの傾斜角βを６つから２０すまでの間で８段階
に変化させ、交叉角γを００から２０間までの間で５段
階に変化させて実施した。

その場合の主ロールの最大径は３５０ｍ１回転速度は６
０ｒ′．Ｐ．ｍとし、プラグは直径５ＣＭのものを使用
し、またデイスクロールの直径は９００Ｔｆｎ１その回
転速度は主ロールのＳｉｎβに比句して３．３ｒ．ｐ．
ｍから９．９ｒ．ｐ．ｍまで変化させた。提供したビレ
ツトの直径は７０Ｗ＄ｌと７２Ｗｒ！！ｔの２サイズと
し、これを穿孔圧延して直径７―乃至７１顛のホローピ
ースを得た。その場合の円周方向の剪断変形γｒθに及
ぼすノ主ロールの傾斜角βおよび交叉角γの影響を第９
図に示した。

ここで円周方向の剪断変形γｒθの量は次式による。な
おこの実験後円周方向剪断変形γｒθは、丸鋼片横断面
に垂直に、軸方向に平向に半径方向に”一定の間隔をも
つてピンを埋め込み、穿孔圧延後のホローピースのメタ
ルフローを観察して測定した。

第９図に見られる如く、円周方向の剪断変形γＲＯに及
ぼす主ロールの傾斜角βの影響は極めて明瞭であり、傾
斜角の増加とともに円周方向の剪断変形γｒθは顕著な
減少を示して．いる。

また同様に、交叉角γの増加とともに円周方向の剪断変
形γｒθもまた顕著な減少を示している。注目すべきは
、交叉角γ＝１５少の場合の傾斜角β≧１４０、交叉角
γ＝２００の場合の傾斜角β≧１００としたときには、
円周方向の剪断変形は完全に消失し、γｒθ＝０となつ
ていることであり、ユジーン押出し法による場合と全く
同様のメタルフローとなつていることである。（第２実
施例） この実施例は、本発明方法を実施する場合の、主ロール
の傾斜角β及び交叉角γがホローピースに発生する内面
かふれ疵に及ぼす影響について調査したものてある。

穿孔条件は第１実施例の場合と全く同一とし、供試材と
しては難加工性材の中でも特に熱間変形能の劣悪な材料
とされているＭ添加のオーステナイトステンレス鋼（Ｃ
ｒ：１７〜２０％、Ｎｌ：９〜１３％、Ｎｂ：１％、残
部は実質的にＦｅよりなる鋼）を用いた。この材料は、
従来のマンスマン穿孔法によつてホローピースを製造す
る場合には、内面に著しいかふれ疵を発生し、甚だしい
ときには、ホローピースの管壁が破れて外表面にまて達
するようなことがしばしば発生していたものである。そ
の実施結果を第１０図に示した。

同図において●印は顕著な内面かふれ疵を示し２印は軽
微な内面かふれ疵を示し、Ｏ印は良好な内面性状を示し
たものである。この図からもわかるように、主ロールの
傾斜角βと交叉角γの影響は極めて明瞭てあり、傾斜角
β及ひ交叉角γの増加とともに、内面かぶれ疵は顕著な
減少をもたらしていることがわかる。注目すべきは、内
面かふれ疵の程度が第９図に示す円周方向の剪断変形γ
ｒθの大きさに対応していることであり、極めて現場的
な内面かふれ疵の問題も、円周方向の剪断変形γＲＯと
いう物理量に支配されていて興味深いものがある。（第
３実施例） 難加性の極めて甚だしい鋼種のみを選び、同じ穿孔条件
のもとて、従来法と本発明法とにより製管を実施し、そ
の検査歩留りを比較してみた。

提供した鋼種の化学組成は第１表の如くてある。穿孔条
件（１）ビレツト径：７２順φ （２）穿孔比：２．７
（３）拡管率：３％ （４）穿孔温度：１２００．Ｃな
お、穿孔は実験用穿孔圧延機て実施した。

検査結果を第２表に示す。一般にＣｒおよびＮｉの含有
量が高い鋼種のもの程、熱間変形能が悪化する傾向を示
し、そのため内・外面のかふれ疵も増加し、検査歩留り
は低下ノするが、本発明によるものは、いずれの鋼種に
ついても歩留りが向上しており、特にその向上率に視点
をおいて見ると、熱間変形能の悪いもの程大幅な歩留り
の向上を示しており、本発明の効果は難加工性鋼のもの
になる程、その真価を発揮する門ものであることがわか
る。

本発明において、検査歩留りが向上したのは、表面捩れ
変形と長手方向の表面捩れ変形の減少に伴う内・外表面
のかぶれ疵の減少が主たる原因であることはいうまでも
ないが、その外に外表面の）スケール疵の減少も歩留り
向上の原因となつている。

従来のガイドシューを用いたもの、又はデイスクロール
を用いたものでもそのロール面において左右または上下
のエッジ部が対称したカリバを形成しているものでは、
穿孔時にビレツトやホロ７−ピースから脱落するスケー
ルが、ガイドシュー面やロール面に堆積し、これがその
ままビルツトやホローピースの表面に付着して圧延され
ることによつてスケール疵を発生せしめていたのである
が、本発明の場合は、デイスクロールおロール面フが、
ビレツトやホローピースが回転する方向に沿う側のエッ
ジ部が逃がし面に形成されているから、スケールがロー
ル面に堆積するのを排除するようになされており、スケ
ール疵の発生は殆んど見られないようになつた。なお、
本発明の効果を稼動率の面から検討してみると、従来の
ガイドシューを用いたものは、穿孔の際の磨耗が激しい
から、穿孔作業中にも、その取替えのためにしばしば穿
孔作業を停止する必要が生じていたが、本発明において
はデイスクロール面の磨耗が格段に減少するから、その
取替えのために穿孔作業を停止するようなことは殆んど
無くなり、それだけ稼動率を向上せしめることができた
。

本発明は上述したように、主ロールを両軸端支持による
コーン型主ロールとし、穿孔圧延時の偏肉発生を抑制し
つつ、デイスクロールの利点を最大限に活用し、就中、
その押し込み効果を利用して、主ロールを高傾斜角と高
交叉角に設定保持して穿孔することを可能とするもので
あり、これによつて表面捩れ変形と円周方向の剪断変形
を、恰もユジーン押出し法によるものと同じように皆無
にするか、又は極めて少ないものにし、従来は穿孔圧延
によつては生産ベースに乗らないとされていた極難加工
性鋼種についても、内・外面にかぶれ疵が発生しないか
ら、又は極めて発生の少ない穿孔実施可能となり、更に
は連続鋳造で得られた材料をも穿孔対象とすることがで
き、よつて鋼管製造工程の合理化と、歩留りの飛躍的向
上に寄与することができたものであり、鋼管製造上画期
的；な穿孔方法として評価することができるものである
。

なお、以上は主ロールをバスラインを挾んで左右配置と
し、デイスクロールを上下配置とする場合について詳述
したが、これとは逆に主ロールをバスラインを挾んで上
下配置とし、デイスクロールを左右配置とする場合にあ
つても、その物理的効果は全く同等であることはいうま
でもない。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は従来のマンネスマン穿孔機で穿孔圧
延を行う場合の状態を示すものであつて”第１図はその
平面図、第２図は側面図、第３図は出口側から見た正面
図、第４図は従来方法によつて穿孔圧延を行つた場合の
メタルフローを示す図、第５図乃至第８図は本発明の実
施による穿孔圧延状態を示すものであつて第５図はその
平面図、第６図は部分断面で示す側面図、第７図は出口
側から見た正面図、第８図は入口側から見た部分正面図
、第９図は穿孔圧延時の主ロールの傾斜角と交叉角が円
周方向の剪断変形に及ほす影響を表わす図、第１０図は
穿孔圧延時の主ロールの傾斜角と交叉角が鋼管の内面か
ぶれ疵に及ほす影響を示す図である。 １１，１「・・・・主ロール、１２，１２″・・・・・
・デイスクロール、１３・・・・・・ビレツト、１４・
・・・・・プラグ、１５・・・・・・マンドレル、１８
・・・・・・ホローピース、２２，２２″・・・・・・
突出面、２３，２３″・・・・逃がし面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ピレット及びホローピースが通過するパスラインを
   挾む左右または上下の位置に対設された両端支持になる
   コーン型主ロールと、該コーン型主ロールの相互間にあ
   つて前記パスラインを挾む上下または左右の位置に対設
   されたディスクロールとを備えた穿孔圧延機によつて継
   目無鋼管を製造するに際し、前記コーン型主ロールの傾
   斜角βと交叉角γとを３゜＜β＜２５゜ ３゜＜γ＜２５゜ １５゜＜β＋γ＜４５゜ の範囲に保持して穿孔圧延し、同時に前記ディスクロー
   ルにより進行方向の押圧力を付与し、熱間押出し製造法
   と同時のメタルフローを実現することを特徴とする継目
   無鋼管の製造方法。