(57)【要約】【課題】引抜き不良の発生を抑制し、安定操業の確保、製品品質の向上が図れ、製造コストの大幅な低減を達成することができるリトラクトマンドレルミル圧延方法を提供する。【解決手段】マンドレルミルとエキストラクタミルとが直列に配置され、高Ｃｒ合金鋼を製管するリトラクトマンドレルミルによる圧延設備において、前記エキストラクタミルがマンドレルバーのストリッピングに必要なエキストラクト力を確保するため、４個以上のスタンドが設置されていることを特徴とするリトラクトマンドレルミル圧延設備である。また、この圧延設備を用いる、リトラクトマンドレルミルによる圧延方法である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンドレルミルとエキストラクタミルとが直列に配置され、高Ｃｒ合金鋼を製管するリトラクトマンドレルミルによる圧延設備において、
前記エキストラクタミルがマンドレルバーのストリッピングに必要なエキストラクト力を確保するため、４個以上のスタンドが設置されていることを特徴とするリトラクトマンドレルミル圧延設備。
【請求項２】
マンドレルミルとエキストラクタミルとが直列に配置されるリトラクトマンドレルミルによる圧延方法において、
前記マンドレルミルに用いられるマンドレルバーのストリッピングを前記エキストラクタミルに設置された４個以上のスタンドで行うことを特徴とするリトラクトマンドレルミル圧延方法。
【請求項３】
高Ｃｒ合金鋼製の継目無鋼管を製造することを特徴とする請求項２に記載のリトラクトマンドレルミル圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リトラクトマンドレルミルの圧延設備およびそれを用いた圧延方法に関し、さらに詳しくは、リトラクトマンドレルミルによる素管の圧延後に、圧延鋼種に拘わらず、確実にマンドレルバーのストリッピングを行うことができるリトラクトマンドレルミル圧延設備および圧延方法に関するものである。
【０００２】
なお、別に規定がない限り、本明細書における用語の定義は次の通りである。
「高Ｃｒ合金鋼」：合金成分としてＣｒを質量％で、１０〜２５％含有する、継目無鋼管の素材として適用される合金鋼をいう。
【背景技術】
【０００３】
マンネスマン製管法による継目無鋼管の製造に際し、素材となる丸鋼片を加熱炉で所定の温度に加熱した後、ピアサーで穿孔圧延し、得られた中空素管（以下、「シェル」という）は次工程のマンドレルミルで延伸圧延が行われるとともに、後続のエキストラクタミルでマンドレルバーを引抜きながら熱間圧延が行われる。
【０００４】
図１は、リトラクトマンドレルミルによる圧延方法を説明する概略の断面図である。同図に示すように、リトラクトマンドレルミルは、主圧延機であるマンドレルミル１と、マンドレルバーの引抜き機能を備えたエキストラクタミル２とが直列に配置されて構成され、継目無鋼管を製造する圧延設備として使用される。
【０００５】
ピアサーで穿孔されたシェル３は、マンドレルミル１においてマンドレルバー４と圧延ロール６により延伸圧延が行われる。図１に示すリトラクトマンドレルミルの圧延設備ラインにおいて、マンドレルミル１での圧延が終了し、エキストラクタミル２による圧延中にバーリテイナー５が圧延方向とは逆方向に移動する。
【０００６】
このバーリテイナー５の逆方向への移動にともなって、マンドレルバー４がシェル３から引き抜かれ、ストリッピングが行われる。このストリッピングが正常に行われないと、マンドレルミル１での圧延終了後、マンドレルバー４はバーリテイナー５により圧延方向とは逆方向に移動するため、このマンドレルバー４を噛みこんだままのシェル３も同時に移動してマンドレルミル１に衝突し圧延不能となる。
【０００７】
言い換えると、マンドレルバー４のストリッピングに必要なエキストラクト力が弱いため、エキストラクタミル２においてシェル３に対するエキストラクタロール７の滑りが発生し、シェル３が圧延方向とは逆方向に移動しマンドレルミル１に衝突する事態が発生し、操業停止に至る。
【０００８】
このような事態を回避するため、従来からマンドレルバーのストリッピングに関し、種々の提案がなされている。
【０００９】
例えば、特許文献１、２には、マンドレルミルとエキストラクタミルによる送り作業時に、マンドレルミルおよびエキストラクタミルの各ロールの駆動用モータの電流を監視し、これが許容限界を超えた場合に引抜き不良が発生する畏れがあると判定する方法、また、送り作業時にマンドレルミルとエキストラクタミルとの間の管材に加わる張力を推定して引抜きの可否を判定し、引抜き不良の発生を防止する方法が提案されている。
【００１０】
次に、特許文献３には、マンドレルミルとサイジングミルとの間に速度計を設置し、マンドレルミルの出口におけるシェル速度とサイジングミルの入口におけるシェル速度との比をサイジングミルの外径圧下率に応じて制御し、引抜き不良を防止しながら肉厚精度を向上させる方法が提案されている。
【００１１】
さらに、特許文献４には、リトラクトマンドレルミルによる圧延方法において、マンドレルミルとエキストラクタミルとの間にシェル外径計を設置し、該シェル外径計によるシェル外径の測定値に基づいてエキストラクタミルのロール圧下位置を制御し、引抜き不良の発生を防止する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０１−２８４４０７号公報
【特許文献２】特開平０１−２８４４０８号公報
【特許文献３】特開平０８−３０９４１８号公報
【特許文献４】特開２００１−２０５３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来から提案のあったリトラクトマンドレルミルによる圧延方法では、使用する鋼種の特定や製管スケジュールに応じた最適値の設定が必要になるなど操業上の問題となる技術事項もあるが、いずれも個々の改善が可能であり、これら提案の圧延方法によっても、所定の引抜き不良の発生を抑制する効果が期待できる。
【００１４】
ところが、最近では、油井およびガス井において、生産流体を地上に汲み上げる管には、井戸環境の苛酷化にともなうとともに軽量化へのニーズが増大していることから、耐食性や高強度の特性が要請され、石油堀削油田などに用いられる継目無鋼管には、合金成分としてＣｒを高濃度に含有する高Ｃｒ合金鋼等の製造が増加している。
【００１５】
この高Ｃｒ合金鋼は、マンドレルミルによる継目無鋼管の圧延に際し、難加工性の鋼種であると同時に、熱間加工時の特性として熱収縮率が著しく大きい。そのため、高Ｃｒ合金鋼をリトラクトマンドレルミルで圧延する場合には、圧延条件によって圧延作業性に大きな変動が生じる。また、圧延後の素管の熱収縮に関し、マンドレルミル圧延完了からエキストラクタミルでの圧延開始までに著しい熱収縮を生じ、マンドレルバーと素管との間隙が減少し、ストリッピングに要する力が増加しマンドレルバーの引抜きが難しくなる。
【００１６】
通常、リトラクトマンドレルミルの圧延設備列において、再加熱炉を配置するか否かの要因もあるが、エキストラクタミルに設置されるスタンドは３スタンドが主流となっている。このため、高Ｃｒ合金鋼等の製造が増加してくると、マンドレルバーのストリッピングに必要なエキストラクト力が不足し、マンドレルバーの引抜き不良が多発することが危惧される。
【００１７】
すなわち、マンドレルミル圧延条件が変動したり、マンドレルミル圧延完了の熱収縮が顕著になると、マンドレルバーと素管内面との接触面積および面圧が増加することにより、ストリッピングに必要なエキストラクト力が大幅に増加し、マンドレルバーの引抜き不良が発生する可能性がある。
【００１８】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、高Ｃｒ合金鋼は、延伸圧延に際し難加工性材に起因して圧延状況が変動し易く、熱収縮が大きいという特性を示すが、この高Ｃｒ合金鋼をリトラクトマンドレルミルにより圧延する場合であっても、マンドレルバーのストリッピングに必要なエキストラクト力を確保し、引抜き不良を低減できる、リトラクトマンドレルミルによる圧延設備およびそれを用いた圧延方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明者は、上記課題を解決するため、圧延される鋼種毎に、マンドレルバーの引抜きに必要とされるエキストラクト力の実測調査を行い、エキストラクト力には鋼種毎に大きなバラツキがあることに着目した。しかも、エキストラクト力のバラツキは、後述する実施例に示すように、鋼種によっては予想されるバラツキよりも大きいものであった。
【００２０】
そして、鋼種毎に実測したエキストラクト力に基づいて、エキストラクタミルに設置されるスタンド数に応じて算出されるエキストラクト力と比較を行い、マンドレルバーの引抜き不良の防止に最適なエキストラクト条件を検討した。
【００２１】
本発明は、上述したマンドレルバーのエキストラクト力の比較、検討結果に基づいて開発されたものであり、下記（１）のリトラクトマンドレルミル圧延設備および（２）のリトラクトマンドレルミル圧延方法を要旨としている。
【００２２】
（１）マンドレルミルとエキストラクタミルとが直列に配置され、高Ｃｒ合金鋼を製管するリトラクトマンドレルミルによる圧延設備において、前記エキストラクタミルがマンドレルバーのストリッピングに必要なエキストラクト力を確保するため、４個以上のスタンドが設置されていることを特徴とするリトラクトマンドレルミル圧延設備である。
【００２３】
（２）マンドレルミルとエキストラクタミルとが直列に配置されるリトラクトマンドレルミルによる圧延方法において、前記マンドレルミルのストリッピングを前記エキストラクタミルに設置された４個以上のスタンドで行うことを特徴とするリトラクトマンドレルミル圧延方法である。本発明のリトラクトマンドレルミル圧延方法では、高Ｃｒ合金鋼製の継目無鋼管を製造することを特徴とする。
【００２４】
前述の通り、本発明で規定する「高Ｃｒ合金鋼」は、合金成分としてＣｒを質量％で、１０〜２５％含有する合金鋼をいう。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のリトラクトマンドレルミル圧延設備およびリトラクトマンドレルミル圧延方法は、下記の顕著な効果を発揮する。
（１）高Ｃｒ合金鋼からなる継目無鋼管を製造する場合であっても、マンドレルバーのストリッピングに必要なエキストラクト力を確保することができ、引抜き不良の発生を大幅に抑制することができる
（２）マンドレルミルによる継目無鋼管の製造に適用することにより、安定操業の確保、製品品質の向上、さらに製造コストの大幅な低減を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】リトラクトマンドレルミルによる圧延方法を説明する概略の断面図である。
【図２】炭素鋼（外径２４５．２８ｍｍ×肉厚１３．５９ｍｍ）の延伸圧延におけるマンドレルバーのエキストラクト力の測定結果を示す図である。
【図３】高Ｃｒ合金鋼（外径２４６．３８ｍｍ×肉厚１３．７２ｍｍ）の延伸圧延におけるエキストラクト力の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明のリトラクトマンドレルミル圧延方法は、前記図１に示すマンドレルミル１とエキストラクタミル２とが直列に配置された圧延設備を対象として、このエキストラクタミルに４個以上のエキストラクタロール７のスタンドを設置することにより実施することができる。
【００２８】
本発明の圧延方法では、マンドレルミルは従来から慣用されている延伸圧延ミルを用いることができ、特に圧延方式は限定されるものではない。また、圧延ロールは２ロール方式であっても、または３ロール方式であってもよい。このため、マンドレルミルは、奇数スタンドと偶数スタンドが互いに９０°または６０°で対向するように設置された５〜８スタンドを有し、マンドレルバーと圧延ロールの間隙によって肉厚を順次減少できるように、シェルにマンドレルバーを挿入した状態で連続的に圧延される。前記図１では、マンドレルミルは６スタンドの構成を示す。
【００２９】
本発明の圧延方法では、同様に、エキストラクタミルとして従来から用いられるエキストラクタ設備を採用すればよく、用いるエキストラクタロールは２ロール方式であっても、または３ロール方式であってもよい。
【００３０】
本発明のリトラクトマンドレルミル圧延方法が対象とする鋼種には、炭素鋼の他、Ｃｒを１１％以上含有するマルテンサイトステンレス鋼、二相ステンレス鋼、さらには高合金鋼が上げられる。
【００３１】
通常、リトラクトマンドレルミルの圧延設備列で再加熱炉を備える場合には、エキストラクタミルに設置されるスタンドは３スタンドである。この場合には、実施例で後述するように、圧延対象が高Ｃｒ合金鋼になると、マンドレルバーのストリッピングに必要なエキストラクト力が不足し、マンドレルバーの引抜き不良が多発する。
【００３２】
具体的には、マンドレルミル圧延完了からエキストラクタミルでの圧延開始までの熱収縮が大きくなることから、マンドレルバーと素管内面との接触面積および面圧が著しく増加し、マンドレルバーのストリッピングには多大なエキストラクト力を要するようになる。
【００３３】
このため、本発明のリトラクトマンドレルミル圧延方法では、エキストラクタミルに４個以上のスタンドを設置し、マンドレルバーのストリッピングに必要なエキストラクト力を確保することが必要になる。
【００３４】
本発明のリトラクトマンドレルミル圧延方法では、エキストラクタミルに４個以上のスタンドを設置することにより、充分にエキストラクト力を確保することができることから、エキストラクタミルに設置するスタンドの上限を規定する必要がない。
【００３５】
通常、エキストラクタミルの全長は、マンドレルミルでの延伸圧延長さ、さらにマンドレルミルのオーバーラップ長さ等との関係から設計される。したがって、設備設計上の観点から、エキストラクタミルに設置するスタンドの上限を規定する場合には、６個とするのが望ましく、７個とするのがさらに望ましい。
【００３６】
このような構成を採用することにより、本発明は、リトラクトマンドレルミル圧延設備のストリッピング作業における、引抜き不良の発生を大幅に抑制することができる。以下に、実施例によって本発明の優れた作用、効果を、より具体的に説明する。
【実施例】
【００３７】
［エキストラクト力の実測調査］
前記図１に示すような５〜８基のスタンドから構成されるマンドレルミルを用い、マンドレルバーのストリッピングを要するエキストラクト力を、近似する延伸圧延寸法の炭素鋼（Ｃ：０．２質量％）および高Ｃｒ合金鋼（Ｃ：０．２質量％、Ｃｒ：１３質量％）を対象に測定した。
【００３８】
延伸圧延寸法は、炭素鋼では外径２４５．２８ｍｍ、肉厚１３．５９ｍｍ、長さ２３，２００ｍｍとし、高Ｃｒ合金鋼では２４６．３８ｍｍ、肉厚で１３．７２ｍｍ、長さ２４，０００ｍｍとした。
【００３９】
エキストラクト力の測定は、マンドレルミルの最終スタンドでの圧延終了後に、エキストラクトフォーク（バー引抜治具）を用いてマンドレルバーを延伸素管より引き抜いてそれに要した引抜力を実測した。
【００４０】
図２は、炭素鋼（外径２４５．２８ｍｍ×肉厚１３．５９ｍｍ）の延伸圧延におけるマンドレルバーのエキストラクト力の測定結果を示す図である。炭素鋼のストリッピングにおいては、エキストラクト力は、変動が少なく、比較的低い値（ｋＮ）であることが分かる。
【００４１】
図３は、高Ｃｒ合金鋼（外径２４６．３８ｍｍ×肉厚１３．７２ｍｍ）の延伸圧延におけるエキストラクト力の測定結果を示す図である。高Ｃｒ合金鋼のストリッピングにおいては、そのエキストラクト力は、炭素鋼のバーエキストラクト力に比べ、高い値（ｋＮ）を示しているのに加え、難加工材であることから圧延条件（温度分布、潤滑分布他）の影響を強く受け、大きく変動していることが分かる。
【００４２】
［リトラクトマンドレルミル圧延でのエキストラクト力の計算結果］
前記図１に示すリトラクトマンドレルミル圧延設備を想定し、下記（１）式により、マンドレルバーのエキストラクト力Ｆｅｘを計算した。エキストラクタミルの各スタンドでは、真円の絞り圧延が行われることとして算出した。
【００４３】
Ｆｅｘ＝Σ（接触面積×面圧）×μ（ｋＮ）      ・・・      （１）
但し、接触面積：ｍｍ2、面圧：ｋＮ／ｍｍ2、μ：摩擦係数とする
【００４４】
リトラクトマンドレルミル圧延でのマンドレルバーのエキストラクト力の算出根拠として用いた、エキストラクタミルの条件は次の通りとした。
鋼  種  ：炭素鋼（Ｃ：０．２質量％）、
高Ｃｒ合金鋼（Ｃ：０．２質量％、Ｃｒ：１３質量％）
スタンド：３スタンド／外径加工度ＯＤｒは４．５％とする
４スタンド／外径加工度ＯＤｒは７．０％とする
摩擦係数：μ＝０．４
【００４５】
エキストラクタミルの外径加工度ＯＤｒに関し、通常、１台目のスタンドは軽圧下であり、２台目以降のスタンドでも加工度の上限は２．５％程度に留まる。このため、３スタンドまたは４スタンドにおける適正な外径加工度ＯＤｒは、上記のエキストラクタミル条件となる。
【００４６】
但し、外径加工度ＯＤｒは、加工前外径ＯＤ0、加工後外径ＯＤ1とした場合に、下記（２）式により定義される。
ＯＤｒ＝｛（ＯＤ0−ＯＤ1）／ＯＤ0｝×１００（％）    ・・・    （２）
上記（１）式に基づいて算出したマンドレルバーのエキストラクト力Ｆｅｘの計算結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
表１の結果より、炭素鋼および高Ｃｒ合金鋼ともに、エキストラクタミルのスタンドを３スタンドから４スタンドに増設することにより、マンドレルバーのエキストラクト力を増加できることが分かる。計算結果によれば、いずれも４０〜５０％のエキストラクト力の増加を図ることができる。
【００４９】
［リトラクトマンドレルミル圧延での引抜き不良の削減効果］
表１の結果に基づいて、エキストラクト力の不足に起因するマンドレルバー引抜き不良の削減効果を検討した。図２に示す炭素鋼の測定結果では、マンドレルバーのストリッピングに要するエキストラクト力は比較的低い値であるとともに、７０〜２１０ｋＮと変動も少ない範囲である。
【００５０】
このため、炭素鋼のストリッピングに要するエキストラクト力は、前記表１のＮｏ．１の３スタンドにおけるエキストラクト力Ｆｅｘの許容範囲内となることから、エキストラクタミルが３スタンドであるか、４スタンドであるかに拘わらず、引抜き不良を防止することができる。
【００５１】
一方、図３に示す高Ｃｒ合金鋼のエキストラクト力は高い値であるだけでなく、バラツキが大きく、凡そ１００〜５５０ｋＮと大きく変動している。したがって、エキストラクタミルのスタンドを３スタンドから４スタンドに増設することにより、エキストラクト力Ｆｅｘを３０１ｋＮから４３５ｋＮに増加させることができることから、引抜き不良の発生を防止することができる。
【００５２】
具体的には、エキストラクタミルが３スタンド（前記表１のＮｏ．３）の場合には、エキストラクト力Ｆｅｘの許容範囲を超えて、本数比で４０．２％の引抜き不良が発生することが予測されるが、４スタンドに増設（前記表１のＮｏ．４）することにより、エキストラクト力Ｆｅｘの許容範囲を超えるのは、本数比で６．６％に留め、大幅に引抜き不良の発生を低減できることが予測可能である。
【００５３】
すなわち、図３に示す結果から、エキストラクタミルのスタンドを３スタンドから４スタンドに増設することにより、高Ｃｒ合金鋼のリトラクトマンドレルミル圧延に際し、引抜き不良を３３．６％（４０．２％→６．６％）低減できることが分かる。
【００５４】
このように、本発明のリトラクトマンドレルミル圧延方法では、マンドレルバーのストリッピングをエキストラクタミルに設置された４個以上のスタンドで行うことにより、引抜き不良の発生低減に併せ、安定操業の確保、製品品質の向上、さらに製造コストの低減を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のリトラクトマンドレルミル圧延方法は、引抜き不良の発生を大幅に抑制することができ、加えて安定操業の確保、製品品質の向上が図れ、製造コストの大幅な低減を達成することができることから、高Ｃｒ合金鋼製の継目無鋼管の製造に好適である。
【符号の説明】
【００５６】
１：マンドレルミル、  ２：エキストラクタミル、  ３：シェル、中空素管、
４：マンドレルバー、  ５：バーリテイナー、  ６：圧延ロール、
７：エキストラクタロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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