WO2012077334A1 - 継目無管の製造方法 - Google Patents

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plug
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rolling
roll
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建一 斎藤
一宗 下田
富夫 山川
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住友金属工業株式会社
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    • B21B19/02—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work the axes of the rollers being arranged essentially diagonally to the axis of the work, e.g. "cross" tube-rolling ; Diescher mills, Stiefel disc piercers or Stiefel rotary piercers
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B25/00—Mandrels for metal tube rolling mills, e.g. mandrels of the types used in the methods covered by group B21B17/00; Accessories or auxiliary means therefor ; Construction of, or alloys for, mandrels or plugs

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a seamless pipe by the Mannesmann pipe manufacturing method, and in particular, when a billet is pierced and rolled using a piercing machine, generation of wrinkles generated on the inner surface of the pipe due to center segregation and porosity in the billet.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a seamless pipe which is prevented.
  • the seamless pipe can be manufactured by the Mannesmann pipe manufacturing method.
  • This pipe making process consists of the following steps: (1) A round billet heated to a predetermined temperature is pierced and rolled by a piercing machine (piercer) and formed into a hollow shell (hollow shell); (2) The hollow shell is stretch-rolled by a stretching mill (eg, mandrel mill); (3) Using a constant diameter rolling mill (eg, stretch reducer), the stretched hollow shell is constant-rolled to a predetermined outer diameter and thickness.
  • a stretching mill eg, mandrel mill
  • a constant diameter rolling mill eg, stretch reducer
  • the piercing machine used in piercing and rolling among these steps includes a plurality of inclined rolls, a plug, and a pusher as main components.
  • the pusher is disposed on the entry side along the pass line.
  • the plug is disposed on the exit side along the pass line.
  • the inclined rolls are arranged around the plug in a state having a predetermined crossing angle and inclination angle with respect to the pass line.
  • the billet heated in the heating furnace is supplied onto the pass line, and is conveyed toward the inclined roll and the plug along the pass line by pressing the rear end thereof with a pusher. Bites into the inclined roll. Thereafter, the billet bitten by the inclined roll advances while rotating on the pass line as the inclined roll rotates. At that time, due to the rotary forging effect, the billet is fragile due to successive Mannesmann fractures occurring in the central part until it reaches the plug tip, and the wallet is successively thickened by the plug contacting the central part and the inclined roll contacting the outer periphery. Processing is performed to form a hollow shell.
  • the piercing and rolling is performed on a billet that has been continuously cast with a circular cross section and a billet that has a circular cross section that has been finished by subjecting the slab to hot plastic processing such as partial rolling. .
  • the center segregation and porosity are more or less generated in such billets, particularly in the case of alloy steel such as stainless steel. For this reason, due to the center segregation and porosity in the billet, due to the rotary forging effect during piercing rolling and the additional shear deformation accompanying the wall thickness processing, the inner surface of the hollow shell after piercing has a leaf shape, fin shape, or wrapping -Like wrinkles (hereinafter also referred to as “inner surface wrinkles”) occur.
  • Patent Document 1 discloses a seamless pipe manufacturing method in which the rotational speed of an inclined roll is limited to less than 4.5 m per second at a peripheral speed, and a back pressure is applied to the billet by a pusher until the billet stably bites into the inclined roll. Is disclosed. Furthermore, in the technique disclosed in the same document, the plug tip reduction ratio “d / D” defined by the ratio of the interval “d” between the inclined rolls at the plug tip position and the diameter “D” of the billet is 97% or more. Under such conditions, piercing and rolling is performed.
  • Patent Document 2 discloses a pusher with variable forward speed and back pressure that applies a back pressure to the billet until the billet stably bites into the inclined roll. Further, the same document describes that the larger the reduction ratio “roll interval / billette diameter at the plug tip position” defined in the same manner as the plug tip reduction ratio shown in Patent Document 1, the greater the back pressure by the pusher. The reduction ratios are shown as 98%, 98.5%, 98.9% and 99.1%.
  • the billet is set so that the billet traveling speed is equal to or higher than the steady-state traveling speed until the piercing and rolling reaches the steady state after the billet is caught in the inclined roll and comes into contact with the plug.
  • a method of manufacturing a seamless pipe pressed by a pusher is disclosed. Furthermore, in the technique disclosed in the document, the ratio “Dg / d” of the roll diameter “Dg” of the inclined roll gorge portion to the billet diameter “d” is 4.5 or more, and the gorge portion
  • the gorge draft ratio “Rg / d” defined by the ratio between the roll interval “Rg” and the billet diameter “d” is the difference between the length “L1” of the hollow shell after drilling and the length “L0” of the billet.
  • the piercing and rolling is performed under conditions that satisfy a specified range corresponding to the piercing and rolling ratio “L1 / L0” defined by the ratio.
  • the plug tip reduction ratio (TDF) defined by the following equation (a) is 0.04 or less, and / or the product of the plug tip reduction ratio (TDF) and the billet rotational speed “N”. While satisfying the condition that the square root “(TDF ⁇ N) 0.5 ” is 0 or 4 or less, the gorge reduction ratio defined in the same manner as the gorge draft ratio shown in Patent Document 3 is A method of manufacturing a seamless pipe that performs piercing and rolling under conditions that satisfy a specified range corresponding to the same piercing and rolling ratio is disclosed.
  • TDF 1 ⁇ (d1 / Bd) (a)
  • Bd billet diameter [mm]
  • d1 slant roll spacing [mm] at the plug tip position.
  • the ratio “L2 / d2” between the length “L2” of the rolled portion of the plug and the outer diameter “d2” of the plug reeling start point is the plug tip reduction ratio (TDF).
  • TDF plug tip reduction ratio
  • billet rotation speed “N” and piercing and rolling is performed using a plug having a shape satisfying a specified range corresponding to the square root “(TDF ⁇ N) 0.5 ”.
  • the billet is pushed by the pusher until the steady state is reached.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a method for producing a seamless pipe having the following characteristics: During piercing and rolling, the generation of internal flaws due to center segregation and porosity in the billet must be prevented.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • a method of manufacturing a tube When the maximum diameter of the quality inferior region consisting of center segregation and porosity is d [mm] in the billet cross section, the seamless pipe manufacturing method is a plug tip reduction ratio represented by the following formula (1) ( Piercing and rolling under the condition that TDF) satisfies the following formula (2): A method for producing a seamless pipe characterized by the above.
  • TDF (Bd ⁇ D1) / Bd (1) TDF ⁇ ⁇ 0.50 ⁇ (d / Bd) +0.06 (2)
  • Bd billet diameter [mm]
  • D1 slant roll spacing [mm] at the plug tip position.
  • the method for producing a seamless pipe of the present invention has the following remarkable effects: During piercing and rolling, it is possible to reliably prevent the occurrence of internal flaws by taking into account the influence of the center segregation and porosity in the billet.
  • FIG. 1 is a top view schematically showing a configuration example of a drilling machine to which the seamless pipe manufacturing method of the present invention can be applied.
  • FIG. 2 is a side view schematically showing the periphery of the drilling position of the drilling machine shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining various dimensions employed in the seamless pipe manufacturing method of the present invention.
  • FIG. 3 (a) shows the relationship between inclined rolls, plugs and billets during piercing and rolling, and FIG. b) shows an inferior quality area in the billet.
  • FIG. 4 is a diagram showing a situation in which an internal crack occurs due to the correlation between d / Bd and TDF in piercing and rolling of carbon steel.
  • FIG. 5 is a diagram showing a situation in which an internal crack occurs due to the correlation between d / Bd and TDF in the piercing and rolling of 13% Cr steel.
  • FIG. 1 is a top view schematically showing a configuration example of a drilling machine to which the seamless pipe manufacturing method of the present invention can be applied, and FIG. 2 schematically shows a periphery of a drilling position of the drilling machine. It is a side view.
  • the punch 10 includes a pair of inclined rolls 1, a plug 2, a cored bar 3, a pusher 4, and an HMD (Hot Metal Detector) 5.
  • HMD Hot Metal Detector
  • the pair of inclined rolls 1 are arranged around the plug 2 so as to have a predetermined crossing angle ⁇ and inclination angle ⁇ with respect to the pass line X.
  • the inclined roll 1 is not limited to the cone type as shown in FIGS. 1 and 2, and may be a barrel type.
  • the punching machine 10 is not limited to a two-roll type provided with two inclined rolls 1 as shown in FIGS. 1 and 2, and may be a three-roll type provided with three inclined rolls.
  • the plug 2 is fitted to the tip of the core metal 3 and coupled to the core metal 3, and is arranged on the pass line X between the inclined rolls 1 that are the exit side of the punching machine 10. This plug 2 can be applied with a special shape described later.
  • the pusher 4 is arranged on the pass line X on the entry side of the punching machine 10.
  • the pusher 4 shown in FIG. 1 includes a cylinder body 41, a cylinder rod 42, a connection member 43, and a billet push rod 44.
  • the billet push rod 44 is coupled to the cylinder rod 42 by the connecting member 43 so as to be rotatable in the circumferential direction.
  • the cylinder body 41 can be a hydraulic or electric type, and moves the cylinder rod 42 back and forth.
  • the pusher 4 having such a configuration causes the tip of the billet push rod 44 to abut the rear end of the billet 20 supplied on the pass line X, and causes the cylinder rod 42 and the billet push rod 44 to advance by the cylinder body 41. To press the billet 20. Thereby, the billet 20 is conveyed along the pass line X toward the inclined roll 1 and the plug 2, and bites into the inclined roll 1. Further, the pusher 4 continues to press the billet 20 until the piercing and rolling reaches a steady state after the billet 20 bitten into the inclined roll 1 comes into contact with the tip of the plug 2, that is, during the unsteady state.
  • the steady state means from the time when the tip of the pierced and rolled billet 20 (hollow blank tube) comes out of the inclined roll 1 to the time when the rear end of the billet 20 comes out of the inclined roll 1.
  • the unsteady state refers to the period from when the tip of the billet 20 is bitten into the inclined roll 1 until the steady state is entered.
  • the HMD 5 is disposed on the exit side of the punch 10 and in the vicinity of the rear end of the inclined roll 1.
  • the HMD 5 detects whether or not the tip of the hollow core tube that has been pierced and rolled has passed between the inclined rolls 1, that is, whether or not the piercing and rolling has reached a steady state from an unsteady state.
  • the method for manufacturing a seamless pipe according to the present invention is to pierce and roll a billet using the above-described piercing machine. Details of the method will be described below.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining various dimensions employed in the seamless pipe manufacturing method of the present invention.
  • FIG. 3 (a) shows the relationship between inclined rolls, plugs and billets during piercing and rolling, and
  • FIG. b) shows an inferior quality area in the billet.
  • the present invention has been completed on the basis of the knowledge that the degree of occurrence of center segregation and porosity in the billet greatly affects the generation of inner surface flaws, as will be demonstrated in the examples described later. That is, in the manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 3 (b), as the degree of occurrence of center segregation and porosity in the billet, attention is paid to a quality inferior region 21 consisting of center segregation and porosity in the cross section of the billet 20.
  • d [mm] piercing and rolling is performed under the condition that the plug tip reduction ratio (TDF) expressed by the following equation (1) satisfies the following equation (2): I do.
  • TDF (Bd ⁇ D1) / Bd (1) TDF ⁇ ⁇ 0.50 ⁇ (d / Bd) +0.06 (2)
  • Bd billet diameter [mm]
  • D1 slant roll spacing [mm] at the plug tip position (see FIG. 3A).
  • the plug tip reduction ratio (TDF) is defined according to the above equation (2) according to the ratio “d / Bd” of the maximum diameter “d” of the quality inferior region 21 in the billet 20 and the billet diameter “Bd”.
  • the reason is as follows. Since the inner surface defects generated by piercing and rolling are caused by center segregation and porosity, the ratio of the inferior quality region 21 (center segregation and porosity) in the billet cross section, that is, the ratio “d / Bd” is increased. It becomes easy to occur with it. For this reason, in order to prevent the occurrence of internal flaws, it is necessary to increase the amount of decrease in the plug tip reduction ratio as the ratio “d / Bd” increases, even if the plug tip reduction ratio is reduced.
  • the interval “D1” of the inclined roll 1 at the plug tip position may be increased. This can be realized by using the inclined roll 1 designed in advance for such dimensions. In addition, it can also be realized by widening the installation interval between the inclined rolls 1 or arranging the plug 2 closer to the entry side of the pass line during piercing and rolling.
  • the maximum diameter “d” of the quality inferior region 21 in the billet 20 can be grasped by collecting a cross-sectional sample from the billet 20 and examining the cross-section of the sample before piercing and rolling.
  • the roll interval at the plug tip position is relatively wide with respect to the billet diameter.
  • the bite is not stably bitten into the inclined roll, and there is a possibility that a roll biting failure may occur.
  • the billet is continuously pressed by the pusher until the piercing and rolling reaches a steady state. Is preferred.
  • whether or not the piercing and rolling has reached a steady state can be determined based on the detection result of the HMD 5 shown in FIG. For example, based on the detection result of the HMD 5, when the tip of the hollow shell passes between the inclined rolls 1, it is determined that the piercing and rolling has reached the steady state from the unsteady state, and the pusher 4 presses the billet 20. To stop.
  • Roll gorge reduction rate In the production method of the present invention, it is preferable to perform piercing and rolling under the condition that the roll gorge reduction ratio (GDF) represented by the following formula (3) is in the range of 12% to 15%.
  • GDF (Bd ⁇ D2) / Bd ⁇ 100 (3)
  • Bd billet diameter [mm]
  • D2 spacing [mm] between gorge portions of inclined rolls (see FIG. 3A).
  • the roll gorge reduction ratio (GDF) is defined in this way is as follows.
  • the roll interval “D2” decreases. Therefore, the billet being pierced and rolled has an increased ellipticity of the cross-sectional shape, and the inclined roll The biting angle in the rotational direction to the angle increases. This expansion of the biting angle causes billet slip.
  • the roll gorge rolling reduction ratio (GDF) is reduced, the roll interval “D2” is increased, so that the contact area between the inclined roll and the billet is reduced, and this also causes slip. Therefore, it is necessary to set an appropriate range for the roll gorge reduction rate so as not to cause a slip.
  • the roll gorge reduction rate may be set to a range of 12% to 15%.
  • Plug Shape In the manufacturing method of the present invention, it is preferable to use a plug having a shape satisfying the following expression (4). 1.8 ⁇ Pl / Pd (4) However, in the above formula (4), Pl: length from the tip of the plug to the maximum diameter position [mm], and Pd: maximum plug diameter [mm].
  • Example 1 A test for piercing and rolling billets of carbon steel and 13% Cr steel was conducted using the piercing machine shown in FIG. At that time, billets of different steel types were employed in which the ratio “d / Bd” between the maximum diameter “d” and the billet diameter “Bd” in the inferior quality range was 0.05 to 0.15. Further, the piercing and rolling was performed by changing the plug tip reduction ratio (TDF) in the range of 0 to 0.03. Other test conditions are as follows.
  • FIG. 4 is a diagram showing a situation where an internal crack occurs due to the correlation between d / Bd and TDF in piercing and rolling of carbon steel.
  • FIG. 5 is a diagram showing a situation in which an internal crack occurs due to the correlation between d / Bd and TDF in the piercing and rolling of 13% Cr steel.
  • Example 2 A test for piercing and rolling billets of carbon steel and 13% Cr steel was performed using the piercing machine shown in FIG. At that time, plugs having “Pl (plug rolled part length) / Pd (maximum plug diameter)” of 1.8 and 2 are adopted, and “Pl / Pd” is 1.6 for comparison. The thing was adopted. In any of the plugs, the piercing and rolling was performed by changing the plug tip reduction ratio (TDF) in the range of 0 to 0.03 that satisfies the relationship of the above formula (2). Other test conditions were the same as those in Example 1 described above.
  • TDF plug tip reduction ratio
  • Example 2 the biting property of the billet into the inclined roll was investigated during piercing and rolling. The biting property of the billet was evaluated based on whether or not a biting failure occurred. The survey results are shown in Table 2 below.
  • the present invention can be effectively used for the production of seamless pipes by the Mannesmann pipe manufacturing method, and is useful for piercing and rolling when producing seamless pipes of all steel types.

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Abstract

　パスラインに沿ってプッシャが入側に、プラグが出側にそれぞれ配設され、プラグの周りに複数の傾斜ロールが対向して配設された穿孔機を用いて、ビレット横断面内で中心偏析およびポロシティからなる品質劣等領域の最大径がｄ［ｍｍ］である場合、下記の（１）式で表されるプラグ先端圧下比（ＴＤＦ）が下記の（２）式を満足する条件で穿孔圧延を行う。 ＴＤＦ＝（Ｂｄ－Ｄ１）／Ｂｄ　…（１） ＴＤＦ≦－０．５０×（ｄ／Ｂｄ）＋０．０６　…（２） ただし、上記（１）式および（２）式中、Ｂｄ：ビレットの直径［ｍｍ］、およびＤ１：プラグ先端位置での傾斜ロールの間隔［ｍｍ］。 これにより、穿孔圧延の際に、ビレット内の中心偏析やポロシティに起因する内面疵の発生を確実に防止することができる。

Description

継目無管の製造方法
　本発明は、マンネスマン製管法による継目無管の製造方法に関し、特に、穿孔機を用いてビレットを穿孔圧延する際に、ビレット内の中心偏析およびポロシティに起因して管内面に生じる疵の発生防止を図った継目無管の製造方法に関する。
　継目無管は、マンネスマン製管法により製造することができる。この製管法は、次のステップからなる：
　（１）穿孔機（ピアサ）により、所定温度に加熱された丸ビレットを穿孔圧延し、中空素管（ホローシェル）に成形する；
　（２）延伸圧延機（例：マンドレルミル）により、中空素管を延伸圧延する；
　（３）定径圧延機（例：ストレッチレデューサ）により、延伸圧延された中空素管を所定の外径と肉厚に定径圧延する。
　これらのステップのうちの穿孔圧延で用いられる穿孔機は、主要な構成要素として、複数の傾斜ロールと、プラグと、プッシャとを備える。プッシャは、パスラインに沿ってその入側に配設される。プラグは、パスラインに沿ってその出側に配設される。傾斜ロールは、パスラインに対して所定の交叉角と傾斜角を有した状態で、プラグの周りに対向して配設される。
　穿孔機による穿孔圧延において、加熱炉で加熱されたビレットは、パスライン上に供給され、その後端をプッシャで押圧することにより、パスラインに沿って傾斜ロールおよびプラグに向けて搬送され、その前端が傾斜ロールに噛み込む。以後、傾斜ロールに噛み込んだビレットは、傾斜ロールの回転に伴ってパスライン上を回転しながら前進していく。その際、ビレットは、回転鍛造効果により、プラグ先端に達するまでの中心部分に逐次マンネスマン破壊が発生して脆くなり、逐次、その中心部分に接触するプラグと外周に接触する傾斜ロールとによって肉厚加工が施され、中空素管となる。
　穿孔圧延は、横断面が円形に鋳造された連続鋳造ままのビレットや、鋳片に分塊圧延などの熱間塑性加工を施すことにより横断面が円形に仕上げられたビレットに対して実施される。このようなビレットの内部には、中心偏析やポロシティが多かれ少なかれ発生しており、特にステンレス鋼などの合金鋼の場合に顕著に発生する。このため、ビレット内の中心偏析やポロシティに起因し、穿孔圧延時の回転鍛造効果と肉厚加工に伴う付加的な剪断変形とにより、穿孔後の中空素管の内面に葉状、ひれ状またはラップ状の疵（以下、「内面疵」ともいう）が発生する。
　穿孔圧延の際に内面疵の発生防止を図る従来技術は、下記のものがある。
　特許文献１には、傾斜ロールの回転数を周速で毎秒４．５ｍ未満に制限するとともに、ビレットが傾斜ロールに安定に噛み込むまでプッシャによりビレットに背圧を付与する継目無管の製造方法が開示されている。さらに、同文献に開示される技術では、プラグ先端位置での傾斜ロールの間隔「ｄ」とビレットの直径「Ｄ」との比率で定義されるプラグ先端圧下率「ｄ／Ｄ」が９７％以上となる条件で、穿孔圧延を行うこととしている。
　特許文献２には、ビレットが傾斜ロールに安定に噛み込むまでビレットに背圧を付与する、前進速度および背圧力が可変のプッシャが開示されている。また、同文献には、前記特許文献１に示されるプラグ先端圧下率と同様に定義される圧下率「プラグ先端位置でのロ－ル間隔／ビレット径」が大きいほど、プッシャによる背圧を大きくする必要があることが記載され、その圧下率として９８％、９８．５％、９８．９％および９９．１％が示されている。
　特許文献３には、ビレットが傾斜ロールに噛み込んでプラグに接触してから穿孔圧延が定常状態に至るまでの間、ビレットの進行速度が定常状態での進行速度以上となるように、ビレットをプッシャにより押圧する継目無管の製造方法が開示されている。さらに、同文献に開示される技術では、傾斜ロールのゴージ部のロール径「Ｄｇ」とビレットの直径「ｄ」との比「Ｄｇ／ｄ」が４．５以上であり、且つ、ゴージ部のロール間隔「Ｒｇ」とビレット径「ｄ」との比で定義されるゴージドラフト比「Ｒｇ／ｄ」が、穿孔後の中空素管の長さ「Ｌ１」とビレットの長さ「Ｌ０」との比で定義される穿孔圧延比「Ｌ１／Ｌ０」に応じた規定範囲を満足する条件で、穿孔圧延を行うこととしている。
　特許文献４には、下記の（ａ）式で定義されるプラグ先端圧下比（ＴＤＦ）が０．０４以下、または／およびそのプラグ先端圧下比（ＴＤＦ）とビレット回転数「Ｎ」の積の平方根「（ＴＤＦ×Ｎ）０．５」が０、４以下となる条件を満足するとともに、前記特許文献３に示されるゴージドラフト比と同様に定義されるゴージ圧下比が、前記特許文献３と同様の穿孔圧延比に応じた規定範囲を満足する条件で、穿孔圧延を行う継目無管の製造方法が開示されている。
　ＴＤＦ＝１－（ｄ１／Ｂｄ）　…（ａ）
　ただし、上記（ａ）式中、
　Ｂｄ：ビレットの直径［ｍｍ］、および
　ｄ１：プラグ先端位置での傾斜ロールの間隔［ｍｍ］。
　さらに、同文献に開示される技術では、プラグの圧延部の長さ「Ｌ２」とプラグのリーリング開始点の外径「ｄ２」との比「Ｌ２／ｄ２」が、プラグ先端圧下比（ＴＤＦ）とビレット回転数「Ｎ」の積の平方根「（ＴＤＦ×Ｎ）０．５」に応じた規定範囲を満足する形状のプラグを用いて穿孔圧延を行い、その際、少なくとも穿孔圧延が非定常状態から定常状態に達するまで、ビレットをプッシャによって押圧することとしている。
特開２００１－１６２３０７号公報 特開２００１－５８２０７号公報 国際公開ＷＯ２００７／１１６８２１号パンフレット 国際公開ＷＯ２００８／０６２７５２号パンフレット
　前記特許文献１～４に開示される従来技術は、いずれも、プラグ先端圧下比（ＴＤＦ：「１－（プラグ先端位置でのロール間隔／ビレット径）」）に着目し、穿孔圧延の際にそのプラグ先端圧下比を低下させることにより、内面疵の発生防止を図っている。これは、プラグ先端圧下比を低下させると、回転鍛造効果が抑制されるため、内面疵が発生しにくくなることによる。そして、前記特許文献１～４に開示される技術では、プラグ先端圧下比を低下させた場合、傾斜ロールへのビレットの噛み込みが不安定になることから、このロール噛み込み不良を防止するために、プッシャによるビレットの押圧を穿孔圧延が定常状態に達するまで継続している。
　しかし、後述するように、本発明者らが種々の条件で試験を行った結果、従来技術のようにプラグ先端圧下比を単に低下させても、ビレット内の中心偏析やポロシティの発生度合いが大きく影響し、場合によっては内面疵が発生することが判明した。すなわち、プラグ先端圧下比を単に低下させるのでは、内面疵の発生を確実に防止することができない。
　本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、次の特性を有する継目無管の製造方法を提供することである：
　穿孔圧延の際に、ビレット内の中心偏析やポロシティに起因する内面疵の発生を確実に防止すること。
　本発明の要旨は、次の通りである。
　パスラインに沿ってプッシャが入側に、プラグが出側にそれぞれ配設され、プラグの周りに複数の傾斜ロールが対向して配設された穿孔機を用いて、ビレットを穿孔圧延する継目無管の製造方法であって、
　当該継目無管の製造方法は、ビレット横断面内で中心偏析およびポロシティからなる品質劣等領域の最大径がｄ［ｍｍ］である場合、下記の（１）式で表されるプラグ先端圧下比（ＴＤＦ）が下記の（２）式を満足する条件で穿孔圧延を行うこと、
を特徴とする継目無管の製造方法。
　ＴＤＦ＝（Ｂｄ－Ｄ１）／Ｂｄ　…（１）
　ＴＤＦ≦－０．５０×（ｄ／Ｂｄ）＋０．０６　…（２）
　ただし、上記（１）式および（２）式中、
　Ｂｄ：ビレットの直径［ｍｍ］、および
　Ｄ１：プラグ先端位置での傾斜ロールの間隔［ｍｍ］。
　上記の製造方法では、ビレットをプッシャにより押圧して傾斜ロールに噛み込ませた後、穿孔圧延が定常状態に達するまでプッシャによるビレットの押圧を継続すること、が好ましい。
　また、上記の製造方法では、下記の（３）式で表されるロールゴージ圧下率（ＧＤＦ）が１２％以上、１５％以下の範囲となる条件で穿孔圧延を行うこと、が好ましい。
　ＧＤＦ＝（Ｂｄ－Ｄ２）／Ｂｄ×１００　…（３）
　ただし、上記（３）式中、
　Ｂｄ：ビレットの直径［ｍｍ］、および
　Ｄ２：傾斜ロールのゴージ部の間隔［ｍｍ］。
　また、上記の製造方法では、下記の（４）式を満足する形状のプラグを用いること、が好ましい。
　１．８≦Ｐｌ／Ｐｄ　…（４）
　ただし、上記（４）式中、
　Ｐｌ：プラグの先端から最大直径位置までの長さ［ｍｍ］、および
　Ｐｄ：プラグの最大直径［ｍｍ］。
　本発明の継目無管の製造方法は、下記の顕著な効果を有する：
　穿孔圧延の際に、ビレット内の中心偏析やポロシティの発生度合いの影響を考慮することにより、内面疵の発生を確実に防止できること。
図１は、本発明の継目無管の製造方法を適用できる穿孔機の構成例を模式的に示す上面図である。 図２は、図１に示す穿孔機の穿孔位置の周辺を模式的に示す側面図である。 図３は、本発明の継目無管の製造方法で採用する各種寸法を説明する模式図であり、図３（ａ）は穿孔圧延時の傾斜ロール、プラグおよびビレットの関係を示し、図３（ｂ）はビレット内の品質劣等領域を示す。 図４は、炭素鋼の穿孔圧延においてｄ／ＢｄとＴＤＦとの相関で内面割れが発生する状況を示す図である。 図５は、１３％Ｃｒ鋼の穿孔圧延においてｄ／ＢｄとＴＤＦとの相関で内面割れが発生する状況を示す図である。
　以下に、本発明の継目無管の製造方法について、その実施形態を詳述する。
　１．穿孔機
　図１は、本発明の継目無管の製造方法を適用できる穿孔機の構成例を模式的に示す上面図であり、図２は、その穿孔機の穿孔位置の周辺を模式的に示す側面図である。図１および図２に示すように、穿孔機１０は、一対の傾斜ロール１と、プラグ２と、芯金３と、プッシャ４と、ＨＭＤ（Hot Metal Detector）５とを備える。
　一対の傾斜ロール１は、パスラインＸに対して所定の交叉角γと傾斜角δを有した状態で、プラグ２の周りに対向して配設される。傾斜ロール１は、図１および図２に示すようなコーン型に限られず、バレル型であってもよい。また、穿孔機１０は、図１および図２に示すような傾斜ロール１を２つ設けた２ロール式に限られず、傾斜ロールを３つ設けた３ロール式であってもよい。
　プラグ２は、芯金３の先端に嵌め込まれて芯金３と結合され、穿孔機１０の出側となる傾斜ロール１同士の間のパスラインＸ上に配置される。このプラグ２は、後述する特別な形状のものを適用することができる。
　プッシャ４は、穿孔機１０の入側のパスラインＸ上に配置される。図１に示すプッシャ４は、シリンダ本体４１と、シリンダロッド４２と、接続部材４３と、ビレット押し棒４４とから構成される。ビレット押し棒４４は、接続部材４３により、周方向に回転可能にシリンダロッド４２と連結される。シリンダ本体４１は、油圧式または電動式のものを用いることができ、シリンダロッド４２を進退させる。
　このような構成のプッシャ４は、パスラインＸ上に供給されたビレット２０の後端にビレット押し棒４４の先端を当接させ、シリンダ本体４１によってシリンダロッド４２およびビレット押し棒４４を進出させることでビレット２０を押圧する。これにより、ビレット２０は、パスラインＸに沿って傾斜ロール１およびプラグ２に向けて搬送され、傾斜ロール１に噛み込む。さらに、プッシャ４は、傾斜ロール１に噛み込んだビレット２０がプラグ２の先端に接触してから穿孔圧延が定常状態に達するまでの間、すなわち非定常状態の間、ビレット２０を押圧し続ける。
　ここで、定常状態とは、穿孔圧延されたビレット２０（中空素管）の先端が傾斜ロール１より抜けた時点からビレット２０の後端が傾斜ロール１より抜けた時点までをいう。非定常状態とは、ビレット２０の先端が傾斜ロール１に噛み込んでから定常状態に入るまでをいう。
　ＨＭＤ５は、穿孔機１０の出側であって、傾斜ロール１の後端近傍に配設される。ＨＭＤ５は、穿孔圧延された中空素管の先端が傾斜ロール１の間を通過したか否か、すなわち穿孔圧延が非定常状態から定常状態に達したか否かを検知する。
　２．穿孔圧延
　本発明の継目無管の製造方法は、上記の穿孔機を用いてビレットを穿孔圧延するものである。以下にその方法の詳細を説明する。
　２－１．プラグ先端圧下比（ＴＤＦ）
　図３は、本発明の継目無管の製造方法で採用する各種寸法を説明する模式図であり、図３（ａ）は穿孔圧延時の傾斜ロール、プラグおよびビレットの関係を示し、図３（ｂ）はビレット内の品質劣等領域を示す。
　本発明は、後述する実施例で実証するように、ビレット内の中心偏析やポロシティの発生度合いが内面疵の発生に大きく影響することを知見し、この知見に基づき、完成させたものである。すなわち、本発明の製造方法では、ビレット内の中心偏析やポロシティの発生度合いとして、図３（ｂ）に示すように、ビレット２０の横断面内で中心偏析およびポロシティからなる品質劣等領域２１に着目し、その品質劣等領域２１の最大径がｄ［ｍｍ］である場合、下記の（１）式で表されるプラグ先端圧下比（ＴＤＦ）が下記の（２）式を満足する条件で穿孔圧延を行う。
　ＴＤＦ＝（Ｂｄ－Ｄ１）／Ｂｄ　…（１）
　ＴＤＦ≦－０．５０×（ｄ／Ｂｄ）＋０．０６　…（２）
　ただし、上記（１）式および（２）式中、
　Ｂｄ：ビレットの直径［ｍｍ］、および
　Ｄ１：プラグ先端位置での傾斜ロールの間隔［ｍｍ］（図３（ａ）参照）。
　このように、ビレット２０内の品質劣等領域２１の最大径「ｄ」とビレット径「Ｂｄ」との比「ｄ／Ｂｄ」に応じ、上記（２）式に従ってプラグ先端圧下比（ＴＤＦ）を規定するのは、以下の理由による。穿孔圧延で発生する内面疵は、中心偏析やポロシティに起因することから、ビレット横断面内で品質劣等領域２１（中心偏析およびポロシティ）の占める割合、すなわち比「ｄ／Ｂｄ」が大きくなるのに伴って発生しやすくなる。このため、内面疵の発生を防止するには、プラグ先端圧下比を低下させるにしても、比「ｄ／Ｂｄ」が大きいほど、そのプラグ先端圧下比の低下量を増加させる必要がある。そして、プラグ先端圧下比（ＴＤＦ）と比「ｄ／Ｂｄ」の間には、上記（２）式を満たせば内面疵が発生しないという相関関係がある。したがって、プラグ先端圧下比（ＴＤＦ）を、比「ｄ／Ｂｄ」に応じた上記（２）式の関係を満たすように低減させることにより、穿孔圧延の際に内面疵の発生を確実に防止することができる。
　ここで、プラグ先端圧下比（ＴＤＦ）を低減させるには、ビレット径「Ｂｄ」が一定の場合は、プラグ先端位置での傾斜ロール１の間隔「Ｄ１」を大きくすればよい。これは、そのような寸法に予め設計された傾斜ロール１を用いることで実現できる。それ以外にも、穿孔圧延に際し、傾斜ロール１同士の設置間隔を広げたり、プラグ２をパスラインのより入側に配置させることでも実現できる。
　また、ビレット２０内の品質劣等領域２１の最大径「ｄ」は、穿孔圧延前に、ビレット２０から横断面サンプルを採取し、そのサンプルの横断面を調査することにより把握することができる。
　２－２．プッシャによるビレットの押圧
　上述の通りに、上記（２）式の関係を満足するようにプラグ先端圧下比を低下させた場合、ビレット径に対してプラグ先端位置でのロール間隔が相対的に広がる。これに伴い、穿孔圧延の際に、傾斜ロールへのビレットの噛み込みが不安定になり、ロール噛み込み不良が生じるおそれがある。このロール噛み込み不良を防止するため、本発明の製造方法では、ビレットをプッシャにより押圧して傾斜ロールに噛み込ませた後、穿孔圧延が定常状態に達するまでプッシャによるビレットの押圧を継続することが好ましい。
　ここで、穿孔圧延が定常状態に達したか否かの判断は、前記図１に示すＨＭＤ５の検知結果で行うことができる。例えば、ＨＭＤ５の検知結果に基づいて、中空素管の先端が傾斜ロール１の間を通過したとき、穿孔圧延が非定常状態から定常状態に達したと判断し、プッシャ４はビレット２０を押圧するのを停止する。
　２－３．ロールゴージ圧下率（ＧＤＦ）
　本発明の製造方法では、下記の（３）式で表されるロールゴージ圧下率（ＧＤＦ）が１２％以上、１５％以下の範囲となる条件で穿孔圧延を行うことが好ましい。
　ＧＤＦ＝（Ｂｄ－Ｄ２）／Ｂｄ×１００　…（３）
　ただし、上記（３）式中、
　Ｂｄ：ビレットの直径［ｍｍ］、および
　Ｄ２：傾斜ロールのゴージ部の間隔［ｍｍ］（前記図３（ａ）参照）。
　このように、ロールゴージ圧下率（ＧＤＦ）の範囲を規定するのは、以下の理由による。ビレット径「Ｂｄ」を一定とした場合、ロールゴージ圧下率（ＧＤＦ）が大きくなると、ロール間隔「Ｄ２」が小さくなるため、穿孔圧延中のビレットは、横断面形状の楕円率が増加し、傾斜ロールへの回転方向の噛み込み角度が拡大する。この噛み込み角度の拡大は、ビレットのスリップを引き起こす。一方、ロールゴージ圧下率（ＧＤＦ）が小さくなると、ロール間隔「Ｄ２」が大きくなるため、傾斜ロールとビレットとの接触面積が小さくなり、この場合もスリップを引き起こす。したがって、ロールゴージ圧下率は、スリップを引き起こさないように適切な範囲を設定する必要があり、このためには１２％以上、１５％以下の範囲とすればよい。
　２－４．プラグの形状
　本発明の製造方法では、下記の（４）式を満足する形状のプラグを用いることが好ましい。
　１．８≦Ｐｌ／Ｐｄ　…（４）
　ただし、上記（４）式中、
　Ｐｌ：プラグの先端から最大直径位置までの長さ［ｍｍ］、および
　Ｐｄ：プラグの最大直径［ｍｍ］。
　上述の通りに、上記（２）式の関係を満足するようにプラグ先端圧下比を低下させた場合、穿孔圧延の際に、ロール噛み込み不良が生じるおそれがある。このロール噛み込み不良は、プッシャによるビレットの押圧を継続することにより防止することができるが、プラグ形状を適正化することによっても防止することができる。すなわち、前記図３（ａ）に示すように、プラグの先端から最大直径位置までの長さを「Ｐｌ」（以下、「プラグ圧延部長さ」ともいう）、プラグの最大直径を「Ｐｄ」とした場合、後述する実施例で実証するように、プラグ圧延部長さ「Ｐｌ」とプラグ最大直径「Ｐｄ」との比「Ｐｌ／Ｐｄ」を、上記（４）式を満たすように増加させることにより、プラグとビレットとの接触長さが増加し、ロール噛み込み不良を防止することができる。
　＜実施例１＞
　［試験方法］
　前記図１に示す穿孔機を用い、炭素鋼および１３％Ｃｒ鋼のビレットを穿孔圧延する試験を行った。その際、各鋼種のビレットとして、品質劣等領域の最大径「ｄ」とビレット径「Ｂｄ」の比「ｄ／Ｂｄ」が０．０５～０．１５の範囲で異なるものを採用した。また、穿孔圧延は、プラグ先端圧下比（ＴＤＦ）を０～０．０３の範囲で変更して行った。その他の試験条件は、下記の通りである。
　・ビレットの寸法：直径１８７ｍｍ、長さ１７５０ｍｍ
　・ビレットの加熱温度：１２３０℃
　・傾斜ロールの交叉角１０．０°、傾斜角１１．０°
　・ロールゴージ圧下率（ＧＤＦ）：１３．３％
　・プラグの形状：「Ｐｌ（プラグ圧延部長さ）／Ｐｄ（プラグ最大直径）」２
　・プッシャによるビレットの押圧：穿孔圧延が定常状態に達するまで継続
　・ホローシェルの寸法：外径１９６ｍｍ、肉厚１６．８７ｍｍ、長さ４９７０ｍｍ
　［評価方法］
　穿孔圧延後、ホローシェルの内面を観察し、内面疵の発生状況を調査した。下記表１にその調査結果を示し、図４および図５に表１の結果をまとめる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１中で、「品質評価」の欄の記号の意味は次の通りである。
　○：良。内面疵が認められなかったことを示す。
　×：不可。内面疵が認められたことを示す。
　図４は、炭素鋼の穿孔圧延においてｄ／ＢｄとＴＤＦとの相関で内面割れが発生する状況を示す図である。図５は、１３％Ｃｒ鋼の穿孔圧延においてｄ／ＢｄとＴＤＦとの相関で内面割れが発生する状況を示す図である。
　［試験結果］
　表１、図４および図５に示す結果から次のことが示される。
　炭素鋼および１３％Ｃｒ鋼のいずれの場合も、ビレット内の品質劣等領域の最大径「ｄ」とビレット径「Ｂｄ」との比「ｄ／Ｂｄ」が大きくなるのに伴って、内面疵の発生するプラグ先端圧下比（ＴＤＦ）が低下する。内面疵の発生有無の境界は、「ＴＤＦ＝－０．５０×（ｄ／Ｂｄ）＋０．０６」の式で表すことができる。このことから、プラグ先端圧下比（ＴＤＦ）を、比「ｄ／Ｂｄ」に応じた上記（２）式（ＴＤＦ≦－０．５０×（ｄ／Ｂｄ）＋０．０６）の関係を満たすように低減させることにより、穿孔圧延の際に内面疵の発生を確実に防止できることが明らかになった。
　＜実施例２＞
　［試験方法］
　上記した実施例１と同様に前記図１に示す穿孔機を用い、炭素鋼および１３％Ｃｒ鋼のビレットを穿孔圧延する試験を行った。その際、プラグとして、「Ｐｌ（プラグ圧延部長さ）／Ｐｄ（プラグ最大直径）」が１．８および２のものを採用し、さらに比較のために、「Ｐｌ／Ｐｄ」が１．６のものを採用した。いずれのプラグでも、プラグ先端圧下比（ＴＤＦ）を上記（２）式の関係を満たす０～０．０３の範囲で変更して穿孔圧延を行った。その他の試験条件は、上記した実施例１の場合と同様にした。
　［評価方法］
　実施例２では、穿孔圧延の際に、傾斜ロールへのビレットの噛み込み性を調査した。そのビレットの噛み込み性は、噛み込み不良の発生有無で評価した。下記表２にその調査結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２中で、「噛み込み性評価」の欄の記号の意味は次の通りである。
　○：良。噛み込み不良の発生がないことを示す。
　×：不可。噛み込み不良が発生したことを示す。
　［試験結果］
　表２に示す結果から次のことが示される。
　炭素鋼および１３％Ｃｒ鋼のいずれも、プラグ先端圧下比（ＴＤＦ）が上記（２）式の関係を満たす条件で穿孔圧延する場合であっても、「Ｐｌ／Ｐｄ」が上記（４）式（１．８≦Ｐｌ／Ｐｄ）を満たす形状のプラグを用いることにより、ロール噛み込み不良を防止できることが明らかになった。
　本発明は、マンネスマン製管法による継目無管の製造に有効に利用でき、あらゆる鋼種の継目無管を製造する場合の穿孔圧延に有用である。
　　１：傾斜ロール、　　２：プラグ、　　３：芯金、
　　４：プッシャ、　　５：ＨＭＤ（Hot Metal Detector）、
　　１０：穿孔機、　　２０：ビレット、　　２１：品質劣等領域、
　　４１：シリンダ本体、　　４２：シリンダロッド、
　　４３：接続部材、　　４４：ビレット押し棒、　　Ｘ：パスライン
 

Claims (4)

  1. 　パスラインに沿ってプッシャが入側に、プラグが出側にそれぞれ配設され、プラグの周りに複数の傾斜ロールが対向して配設された穿孔機を用いて、ビレットを穿孔圧延する継目無管の製造方法であって、
    　当該継目無管の製造方法は、ビレット横断面内で中心偏析およびポロシティからなる品質劣等領域の最大径がｄ［ｍｍ］である場合、下記の（１）式で表されるプラグ先端圧下比（ＴＤＦ）が下記の（２）式を満足する条件で穿孔圧延を行うこと、
    を特徴とする継目無管の製造方法。
    　ＴＤＦ＝（Ｂｄ－Ｄ１）／Ｂｄ　…（１）
    　ＴＤＦ≦－０．５０×（ｄ／Ｂｄ）＋０．０６　…（２）
    　ただし、上記（１）式および（２）式中、
    　Ｂｄ：ビレットの直径［ｍｍ］、および
    　Ｄ１：プラグ先端位置での傾斜ロールの間隔［ｍｍ］。
  2. 　ビレットをプッシャにより押圧して傾斜ロールに噛み込ませた後、穿孔圧延が定常状態に達するまでプッシャによるビレットの押圧を継続すること、
    を特徴とする請求項１に記載の継目無管の製造方法。
  3. 　下記の（３）式で表されるロールゴージ圧下率（ＧＤＦ）が１２％以上、１５％以下の範囲となる条件で穿孔圧延を行うこと、
    を特徴とする請求項１または２に記載の継目無管の製造方法。
    　ＧＤＦ＝（Ｂｄ－Ｄ２）／Ｂｄ×１００　…（３）
    　ただし、上記（３）式中、
    　Ｂｄ：ビレットの直径［ｍｍ］、および
    　Ｄ２：傾斜ロールのゴージ部の間隔［ｍｍ］。
  4. 　下記の（４）式を満足する形状のプラグを用いること、
    を特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の継目無管の製造方法。
    　１．８≦Ｐｌ／Ｐｄ　…（４）
    　ただし、上記（４）式中、
    　Ｐｌ：プラグの先端から最大直径位置までの長さ［ｍｍ］、および
    　Ｐｄ：プラグの最大直径［ｍｍ］。
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