JP5277908B2 - ビレットの穿孔圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、ビレット（継目無鋼管用素材）の穿孔圧延方法に関し、特に、ビレットを例えばマンネスマンピアサーのような穿孔圧延機にて穿孔圧延するときに被圧延材先端部に内面疵を発生し難くした、ビレットの穿孔圧延方法に関する。

穿孔圧延機、例えばマンネスマンピアサーは、図１に示すようにロール軸方向の中央から両端に進むほどロール径が小さくなる形状（太鼓形状）のロール１，２を上下に交差配置（ただしロール軸は圧延方向に平行な面内にある）し、かつ、プラグ先端がロールバイト中央付近に位置しプラグ後端が圧延方向の下流側に位置するようにプラグ３を配置して構成され、そのロールバイト内に材料10を通して穿孔圧延が行われる。

上記穿孔圧延の原理は、ロールバイト始端位置からプラグ先端位置にかけての圧延方向範囲（空揉み部４）で、回転鍛造（空揉み）によりビレット10の断面中心部を脆化させ、続いてプラグ先端位置からロールバイト終端位置にかけての圧延方向範囲（穿孔部５）で、前記脆化した断面中心部をプラグ３に押付けて穿孔し、管肉厚を決定するというものである。

このような穿孔圧延においては、疵が管内面の先端部（圧延時の先頭端部）に集中的に発生する傾向がある。この疵の発生機構は次のように考えられている。すなわち、図２に示すように、ビレット10（角スラブ→ビレット圧延材、あるいは直鋳ビレット）はその断面中心部に偏析15（角スラブ→ビレット圧延材では線状偏析、直鋳ビレットでは点状偏析）を有する。偏析15は、先端部に位置する部分が、穿孔圧延前の加熱で酸化する。空揉みの際、この酸化した偏析部分が起点となって先端部に割れが発生・進展する。この割れの内面の凹凸がプラグで圧下されて倒れ込み、管11の圧延先端部内面の疵50となる。

上記のような疵発生の軽減対策として、図３に示すように、製鋼工程で偏析15を、穿孔箇所になるビレット10の断面中心部位から外れた位置にずらす方法（偏析をオフセットする方法；特許文献１参照）や、図４に示すように、コーンタイプピアサー（上下にコーン形状のロール21,22を配置した穿孔圧延機）を用いて、圧延中のせん断変形抑制により、凹凸倒れ込みの防止を図る方法（特許文献２参照）などが知られている。
特開平１０−１２８５１０号公報 特許第３０２１６６４号公報

しかし、上記の偏析をオフセットする方法では、管肉厚内部に偏析が残るため、品質上の不均一を招く。また、上記のコーンタイプピアサーを用いる方法では、ロール形状の変更やロール軸を圧延方向に対し傾斜させる設備が必要となり、投資が膨大となる。すなわち、従来の技術では継目無鋼管の先端部内面の疵発生を有利に防止するのは困難であるという課題が残されたままであった。

発明者らは、前記課題を解決するための手段を鋭意検討し、以下に記される本発明をなした。
（請求項１）
ビレットを加熱し、穿孔圧延する方法において、前記穿孔圧延するより前に、前記ビレットの先端部に、外面へのテーパ加工および先端面中心へのコーン状孔あけ加工を施すにあたり、前記ビレットの、テーパ加工前の直径をＤ _ｂ 、テーパ加工後の先端位置および該先端位置から１００ｍｍ内側の位置における直径をそれぞれＤ _０ 、Ｄ _１００ とし、前記穿孔圧延に用いる穿孔圧延機の、プラグ先端位置および該プラグ先端位置から０．５×Ｄ _ｂ だけ上流側の位置におけるロール間ギャップをそれぞれＧ _ｔ 、Ｇ _{０．５Ｄｂ} として、下記式(1)が満足されるように、前記テーパ加工を行うことを特徴とするビレットの穿孔圧延方法。
記
Ｇ _{０．５Ｄｂ} ＞Ｄ _１００ ＞Ｄ _０ ＞Ｇ _ｔ ‥‥(1)
（請求項２）
前記コーン状孔の孔形状を、孔深さが５０ｍｍ超、孔入口径が前記孔深さ超の孔形状とすることを特徴とする請求項１に記載のビレットの穿孔圧延方法。

（請求項３）
前記テーパ加工およびコーン状孔あけ加工は、前記加熱後前記穿孔圧延前に、ビレット先端部加工目標形状の孔型を有する金型を用いて前記ビレットの先端部をプレスすることにより行うことを特徴とする請求項１または２に記載のビレットの穿孔圧延方法。
（請求項４）
請求項１〜３のいずれか１項に記載されたビレットの穿孔圧延方法を用いて製造されてなる継目無鋼管。

本発明によれば、継目無鋼管の品質上の不均一を招かずに、また膨大な設備投資を要さずに、管内面先端部の疵発生を防止することができる。

本発明では、ビレットを加熱し、穿孔圧延する。ビレットの加熱温度は通常の操業における加熱温度でよい。穿孔圧延に用いる穿孔圧延機は、図１のマンネスマンピアサー、図４のコーンタイプピアサーのいずれであってもよいが、設備コスト節約の点で、マンネスマンピアサーが好ましい。
本発明では、穿孔圧延するより前（加熱の前、あるいは加熱後穿孔圧延前）に、図５に示すように、ビレット10の先端部（穿孔圧延時に先頭になる部位）に、外面へのテーパ加工20、および先端面中心へのコーン状孔あけ加工40を施す。テーパ加工20によるテーパ形状は、いうまでもなく先細り形状である。また、コーン状孔あけ加工40による孔形状は、いうまでもなく先広がり形状である。

テーパ加工20を施したことにより、ビレット先端部に対する空揉みが軽減され、先端部が空揉み部４（図１参照）を通過する際に、断面中心部の偏析（先端部の偏析は加熱時に酸化されている）を起点とした割れの発生・進展が効果的に防止される。したがって、先端部の断面中心部位には、穿孔部５（図１参照）でプラグ３による圧下で倒れ込むべき内面凹凸を有する割れの発生・進展が抑制されている。

さらに、コーン状孔あけ加工40を施したことにより、プラグ３による肉厚圧下が軽減し、それに伴うせん断変形が低減する。したがって、穿孔部５での割れ内面の凹凸倒れ込みは軽減される。
上記の割れ発生・進展抑制作用および割れ内面の凹凸倒れ込み軽減作用によって、管の先端部における内面の疵発生が効果的に防止されるわけである。

本発明では、製鋼工程での偏析オフセットは必要ないから、継目無鋼管の品質上の不均一にはつながらない。また、ビレット先端部をテーパ加工およびコーン状孔あけ加工するための設備投資は僅少で済む。
本発明において、テーパ加工20による加工形状は、図６に示すように、ビレット10の、テーパ加工前の直径をＤ_ｂ、テーパ加工後の先端位置および該先端位置から１００ｍｍ内側の位置における直径をそれぞれＤ_０、Ｄ_１００とし、前記穿孔圧延に用いる穿孔圧延機の、プラグ先端位置および該プラグ先端位置から０．５×Ｄ_ｂだけ上流側の位置におけるロール１，２間ギャップをそれぞれＧ_ｔ、Ｇ_{０．５Ｄｂ}として、次式、
Ｇ_{０．５Ｄｂ}＞Ｄ_１００＞Ｄ_０＞Ｇ_ｔ ‥‥(1)
が満足されるテーパ加工形状とするのが好適である。式(1)において、Ｄ_１００＞Ｄ_０は、テーパ加工形状が先細り形状であるから当然のことである。また、Ｄ_０＞Ｇ_ｔとしたのは、Ｄ_０≦Ｇ_ｔであると、ビレット先端部が空揉み不十分（すなわち断面中心部の脆化が不十分）な状態のままプラグ３先端に衝突し、プラグ３の損傷を招くおそれがあるからである。また、Ｇ_{０．５Ｄｂ}＞Ｄ_１００としたのは、Ｇ_{０．５Ｄｂ}≦Ｄ_１００であると、ビレット先端がロールバイトをまだ通過し終わっていない非定常圧延の状態で、ロール１，２の空揉み関与領域が噛み込み側ロール端部にまで及んで、穿孔圧延機にかかる負荷が大きくなりすぎるおそれがあるからである。

また、コーン状孔加工40の孔形状は、図５のように孔深さをｌ、孔入口径をＤhで表すとして、ｌ＞５０ｍｍ（より好ましくは、１００ｍｍ＞ｌ＞５０ｍｍ）、Ｄh＞ｌ（なお、当然ながらＤ_０＞Ｄhである）、を満たすものとすることが好ましい。こうすることで、通常のプラグを用いる場合に、凹凸倒れ込み軽減作用の効果が、より大きくなる。
また、テーパ加工20およびコーン状孔あけ加工40は、加熱後穿孔圧延前の段階で、例えば図７に示すように、ビレット先端部加工目標形状（テーパ加工20とコーン状孔あけ加工40の双方の加工目標形状の合成形状）の孔型32を設けた金型30を用いてビレット10の先端部をプレスする（好ましくは１回だけプレスする）方法で行うことが、他の加工方法（加熱前の冷間での切削や金型プレスなど、あるいは加熱後穿孔圧延前の熱間であっても金型プレスではない方法）に比べて、効率、省エネルギー、設備コストなどの面で有利なので、好ましい。

また、本発明の継目無鋼管は、本発明のビレットの穿孔圧延方法を用いて製造されたものであるから、管先端部内面に疵を有さないものである。

表１に示す形態のビレット（断面円形状、断面中心部に偏析あり）を、表１に示す条件で、加熱→穿孔圧延（マンネスマンピアサーで圧延）し、あるいは、加熱→先端部テーパ加工およびコーン状孔あけ加工（図７のように金型でプレス加工、プレスは１回）→穿孔圧延（マンネスマンピアサーで圧延）し、管（継目無鋼管）を得た。得られた管について、先端から管長手方向に３００ｍｍ入った位置までの範囲の内面を、ファイバースコープで観察し、疵の有無を調べた結果を表１に示す。

表１より、本発明例では、管先端部内面の疵発生が抑制されたことがわかる。

穿孔圧延の原理を示す説明図である。 管先端部内面疵の発生機構を示す説明図である。 従来技術の１例を示す説明図である。 従来技術の１例を示す説明図である。 本発明に用いるビレットの先端部加工形状を示す概略図である。 本発明に用いるビレットの好適な先端部加工形状を示す説明図である。 本発明に用いるビレットの好適な先端部加工方法の１例を示す説明図である。

符号の説明

１ ロール（太鼓形状のロールを上に配置したもの）
２ ロール（太鼓形状のロールを下に配置したもの）
３ プラグ
４ 空揉み部
５ 穿孔部
10 ビレット（継目無鋼管用素材、被圧延材）
11 管（継目無鋼管）
15 偏析
20 テーパ加工
21 ロール（コーン形状のロールを上に配置したもの）
22 ロール（コーン形状のロールを下に配置したもの）
30 金型
32 ビレット先端部加工目標形状の孔型
40 コーン状孔あけ加工
50 疵

Claims (4)

1. ビレットを加熱し、穿孔圧延する方法において、前記穿孔圧延するより前に、前記ビレットの先端部に、外面へのテーパ加工および先端面中心へのコーン状孔あけ加工を施すにあたり、前記ビレットの、テーパ加工前の直径をＤ _ｂ 、テーパ加工後の先端位置および該先端位置から１００ｍｍ内側の位置における直径をそれぞれＤ _０ 、Ｄ _１００ とし、前記穿孔圧延に用いる穿孔圧延機の、プラグ先端位置および該プラグ先端位置から０．５×Ｄ _ｂ だけ上流側の位置におけるロール間ギャップをそれぞれＧ _ｔ 、Ｇ _{０．５Ｄｂ} として、下記式(1)が満足されるように、前記テーパ加工を行うことを特徴とするビレットの穿孔圧延方法。
   記
   Ｇ _{０．５Ｄｂ} ＞Ｄ _１００ ＞Ｄ _０ ＞Ｇ _ｔ ‥‥(1)
2. 前記コーン状孔の孔形状を、孔深さが５０ｍｍ超、孔入口径が前記孔深さ超の孔形状とすることを特徴とする請求項１に記載のビレットの穿孔圧延方法。
3. 前記テーパ加工およびコーン状孔あけ加工は、前記加熱後前記穿孔圧延前に、ビレット先端部加工目標形状の孔型を有する金型を用いて前記ビレットの先端部をプレスすることにより行うことを特徴とする請求項１または２に記載のビレットの穿孔圧延方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載されたビレットの穿孔圧延方法を用いて製造されてなる継目無鋼管。

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