(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が円形乃至楕円形である中空鋼管を出発素材とし、被圧延管の外面側を加工するカリバー形状が略円弧形状である一対の孔型ロールと、内面側を加工する断面が円形状のプラグとを有するプラグミルにて熱間で複数パスの延伸圧延を行い、その際、各パスとその次パスとで被圧延管のカリバー底当接位置を９０度ずらす圧下位置９０度変更を行う、継目無鋼管の製造方法において、各パスで、下記式（１）を満たすように圧延を行うことを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
Hc＝2×t＋Dp＞2×R1      …(1)
Hc：カリバー底孔型高さ[mm]、ｔ：出側目標肉厚[mm]、Dp：ロールバイト下死点におけるプラグ径[mm]、R1：カリバー底部孔半径
【請求項２】
１基のプラグミルを用い、前記圧下位置９０度変更は各パスとその次パスとの間で被圧延管を管周方向に９０度回転させて行い、且つ前記次パス用のプラグを前記式(1)を満たすものに交換することを特徴とする請求項１に記載の継目無鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は継目無鋼管の製造方法に関し、特に円柱状鋼片をマンネスマン穿孔等にて中空素管とし、これをプラグミルにて圧延する継目無鋼管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に継目無鋼管は円柱状鋼片を素材とし、マンネスマン穿孔等にて中空素管とし、これをプラグミル或いはマンドレルミル等にて延伸圧延し、更に中間加熱を行う等し、最終的にサイザーやストレッチレデューサにより定径圧延して最終製品とされる。継目無鋼管は管全長に亘り一定の材質、強度が得られるため、使用環境の厳しい箇所で用いられ、或いは機械構造用等の構造用鋼管に適用される。
【０００３】
構造用鋼管は施工上、高寸法精度が要求されるが、継目無鋼管は製造技術上、肉厚精度を飛躍的に高めるのが難しい。例えば電縫鋼管では素材が薄板圧延により得られたものであるため電縫溶接部を除けばその肉厚はミクロンオーダーの精度であるが、継目無鋼管では加熱した素材を穿孔するため中心孔となるべきものが偏心しやすい。更に、プラグミルでは、１対の孔型ロールと内面工具（プラグ）を用い、通常２パス或いはそれ以上で圧延が行われ、各パスとその次のパスとで、カリバー底に接触させる被圧延管の円周方向位置を９０度ずらして圧延する（これを、圧下位置９０度変更という）必要があるため、ねじれによる偏肉が生じる可能性がある。特に、無張力乃至極低張力条件下のプラグミル圧延では、圧延中に被圧延管が比較的自由に動き易いため、ねじれが生じ易い。
【０００４】
加熱起因の偏心偏肉は炉加熱パターンの制御等により軽減可能であるが、プラグミル圧延でのねじれによる偏肉は、そのねじれに至る倒れを誘発する前記圧下位置９０度変更が最終目標肉厚を達成するために必要であることから、軽減するのが難しい。
一方、棒線材の圧延においてはスタンド間にガイドを設置することでねじれを防止する技術が公知であり（特許文献１）、そこでは設備的な対応で棒線圧延でのねじれを有効に防止している。
【０００５】
又、孔型と素材を最適運用等する圧延方法に関して、棒鋼圧延等では多種類の孔型が用いられるため個々の孔型圧延の特徴を把握しそれに適合した圧下パターンを採用すること（孔型形状変更）でねじれを軽減できる旨の報告もある（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２６６１１４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】鉄と鋼,Vol.89(2003),p.758-764
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
然しながら、棒線材に比べ品種、寸法（外径、肉厚）が多岐に亘る鋼管の延伸圧延へ上記ガイドを適用しようとすると、品種、寸法が変更される度にガイド設定を見直さねばならず煩雑となるため、鋼管圧延へのガイド適用は限定的とならざるを得ない。
又、鋼管の延伸圧延では圧延後の真円形状を確保するため所謂オーバル・ラウンド系即ちカリバー形状が略円弧形状に限定された孔型を採用する必要があり、孔型形状の変更可能範囲が狭いため、非特許文献１に示唆される孔型形状変更によるねじれ防止方法は採用困難である。
【０００９】
上述のように、従来の鋼管延伸圧延では、ガイド設置、孔型形状変更の何れの手段も適用困難であって、ねじれの発生を十分に防止できていないという点に課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは上記課題を解決するために、プラグミルでの延伸圧延中に被圧延管が回転し難い圧延条件について、ＦＥＡ（有限要素解析）により検討し、その結果、次の知見を得た。
(a)プラグミル圧延は、通常、これに先立つエロンゲータ圧延により減肉された略円形断面の中空素管を出発素材とし、１パス目の圧延後、再度入側へ戻して２パス目の圧延を行う。各パスの圧延で管断面形状は略楕円形状となる。
(b)１パス目と２パス目の間で被圧延管は前述の圧下位置９０度変更をされるが、この２パス目の圧延でロールバイト内での被圧延管の倒れが生じる事により、管全長に亘るねじれが生じる場合が多い。
(c)図２は１パス目で倒れが生じない場合、図３は２パス目で倒れが生じる場合についてＦＥＡで求めた被圧延材とロール、プラグとの接触形態の例を示している。図２、図３において、10は被圧延管（但し管全周の１/４の部分）、K1は管外面のロール接触開始線、K2は同接触終了線、P1は管内面のプラグ接触開始線、P2は同接触終了線である。ロール接触開始線K1からロール接触終了線K2までの管外面領域がロールとの接触部であり、プラグ接触開始線P1からプラグ接触終了線P2までの管内面領域がプラグとの接触部である。
【００１１】
倒れが生じない場合、図２より、被圧延管10はロール、プラグとの接触がカリバー底側からフランジ側にかけて略同時或いはフランジ側近くから先に開始し、ロール、プラグとの接触部の圧延方向長さである接触長さは管周方向で略均等である。これに対し、ねじれが生じる場合、図３より、被圧延管10はロール、プラグとの接触がカリバー底側から優先的に開始し、フランジ側は非接触状態のままであり、ロール、プラグとの接触長さはカリバー底側からフランジ側に向かって急激に減少している。
(d)上記のことから、フランジ側もカリバー底側と同様な接触形態で、ロール、プラグと接触させる事ができれば、被圧延管をねじれ難くすることが可能であると考え、そのための圧延条件を、実験乃至ＦＥＡにより鋭意検討した。その結果、ロールバイト下死点におけるプラグ径（詳しくはプラグ直径）Dpと出側目標肉厚ｔとからHc＝2×t＋Dpなる式で定まるカリバー底孔型高さHcがカリバー底部孔半径R1に対しHc＞2×R1となるプラグを用いて圧延すると、倒れが生じ難いことを見出した。即ち、下記式(1)を満たすプラグを用いて圧延することである。
Hc＝2×t＋Dp＞2×R1      …(1)
Hc：カリバー底孔型高さ[mm]、ｔ：出側目標肉厚[mm]、Dp：ロールバイト下死点におけるプラグ径[mm]、R1：カリバー底部孔半径
図４は式(1)を満たす圧延２パス目の被圧延管とロール、プラグとの接触形態をＦＥＡにて求めた結果の１例であり、被圧延管10はカリバー底側からフランジ側にかけての全域でロール、プラグと十分接触していることが分る。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
（１）
断面が円形乃至楕円形である中空鋼管を出発素材とし、被圧延管の外面側を加工するカリバー形状が略円弧形状である一対の孔型ロールと、内面側を加工する断面が円形状のプラグとを有するプラグミルにて熱間で複数パスの延伸圧延を行い、その際、各パスとその次パスとで被圧延管のカリバー底当接位置を９０度ずらす圧下位置９０度変更を行う、継目無鋼管の製造方法において、各パスで、下記式（１）を満たすように圧延を行うことを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
Hc＝2×t＋Dp＞2×R1      …(1)
Hc：カリバー底孔型高さ[mm]、ｔ：出側目標肉厚[mm]、Dp：ロールバイト下死点におけるプラグ径[mm]、R1：カリバー底部孔半径
（２）
１基のプラグミルを用い、前記圧下位置９０度変更は各パスとその次パスとの間で被圧延管を管周方向に９０度回転させて行い、且つ前記次パス用のプラグを前記式(1)を満たすものに交換することを特徴とする上記（１）に記載の継目無鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プラグミルを用いた延伸圧延において被圧延管のねじれを大幅に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図（詳しくは圧延方向に垂直で且つロールバイト下死点を通る断面図）である。
【図２】プラグミル圧延１パス目で倒れが生じない場合の被圧延管とロール、プラグとの接触形態を例示するＦＥＡ結果の概略図である。
【図３】プラグミル圧延２パス目で倒れが生じる場合の被圧延管とロール、プラグとの接触形態を例示するＦＥＡ結果の概略図である。
【図４】式(1)を満たす圧延２パス目の被圧延管とロール、プラグとの接触形態を例示するＦＥＡ結果の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態を示す断面図（詳しくは圧延方向に垂直で且つロールバイト下死点を通る断面図）である。１は一対の孔型ロール、２はプラグである。
プラグミルの孔型ロール１のカリバーは、一般に、カリバー底点Zとパスライン中心点O（詳しくはバスライン中心線内の何れか２点）を通る平面に関して左右対称であり、カリバー底点Zを孤長中心とする曲率半径R1の円弧CDをなすカリバー底部の両側に夫々曲率半径がR2（R2>R1）の円弧BC,DEをなすガリバ側面部が連接し、その外側に夫々逆曲がりの曲率半径R3(R3≪R1)の円弧AB,EFをなすフランジ部が連接する形状とされる。
【００１６】
本発明に用いるカリバー形状が略円弧形状の孔型ロールとは、図１において、カリバー底部の曲率半径R1（即ちカリバー底部孔半径R1）の円弧CDの角度範囲θが９０度〜１５０度のものをいう。
一方、プラグ２は、断面形状が円形状である。
そして、本発明では、前述の通り、延伸圧延の際、各パスで、出側目標肉厚ｔに対し、式(1)を満たすように圧延する。
Hc＝2×t＋Dp＞2×R1      …(1)
Hc：カリバー底孔型高さ[mm]、ｔ：出側目標肉厚[mm]、Dp：ロールバイト下死点におけるプラグ径[mm]、R1：カリバー底部孔半径
式（１）を満たすように圧延するには、式（１）を満たすDpとR1の組が得られるように孔型ロール及び/又はプラグを選択すればよい。
【００１７】
これにより、図４に示したように、何れのパスでも被圧延管10はカリバー底側からフランジ側にかけての全域でロール、プラグと十分接触し、倒れ難くなるため、ねじれを有効に防止することができる。
Hc≦2×R1であると、倒れの防止効果に乏しい。尤も、カリバー底孔型高さHcが過大であると、フランジ部強圧下による欠陥発生や偏肉の原因となりうる虞があるため、Hcは、2×R1＋４[ｍｍ]以下とする事が好ましい。
【００１８】
又、１基のプラグミルを用いて複数バスの延伸圧延を行う場合、前記圧下位置９０度変更は、各パスとその次パスの間で被圧延管を管周方向に９０°回転させることで行う。これの代わりに孔型ロールをパスライン中心線周りに９０度回転させるのは設備が複雑となって不利である。又、圧延スケジューリングの段階で、前記次パスが式（１）を満たさない事が分った場合、孔型ロール交換にて対応するのは時間がかかって圧延能率が低下するので、プラグ交換によって対応する。即ち当該次パス用のプラグを式（１）を満たすものに交換するのがよい。
【実施例１】
【００１９】
一般炭素鋼（JIS G3101 SS400該当鋼）の継目無鋼管を、プラグミル１基を用いた２パスの延伸圧延（１パス目と２パス目の間で被圧延管を管周方向に９０度回転）により、次の圧延スケジュールで製造した。
・ビレット径：１７０ｍｍ、加熱温度：１２５０℃→穿孔（ピアサ）→エロンゲータ出側目標寸法：外径１９８ｍｍ×肉厚１７．０ｍｍ（＝プラグミル圧延の出発素材）
・プラグミル圧延：１パス目出側目標寸法（肉厚１４．５ｍｍ）→２パス目出側目標寸法（外径１９３ｍｍ×肉厚１３．０ｍｍ）
・プラグミルの孔型ロールのR1＝９５．５ｍｍ（図１のθ＝130度）
・プラグミルのプラグは、従来例では１パス目と２パス目とで同じものを使用し、本発明例では１パス目と２パス目とでDpの異なるプラグを使用（１パス目は従来例と同じプラグを使用、２パス目ではDpの異なるプラグに交換して使用）した。
（本発明例）１パス目用プラグのDp＝１６４ｍｍ（(Hc＝2×ｔ＋Dp＝2×14.5＋164＝193)＞(2×R1＝2×95.5＝191)）、２パス目用プラグのDp＝１６６ｍｍ（(Hc＝2×ｔ＋Dp＝2×13.0＋166＝192)＞(2×R1＝2×95.5＝191)）
（従来例）１パス目用プラグのDp＝１６４ｍｍ（(Hc＝2×ｔ＋Dp＝2×14.5＋164＝193)＞(2×R1＝2×95.5＝191)）、２パス目用プラグのDp＝１６４ｍｍ（(Hc＝2×ｔ＋Dp＝2×13.0＋164＝190)≦(2×R1＝2×95.5＝191)）
・圧延本数Ｎ：本発明例、従来例とも２０本
本発明によるねじれ防止効果は、入側の管の先端部と後端部にマーキングをし、出側の管の先端部と後端部を写真撮影して、入側とのマーキング位置（管周方向位置）ずれ量を測定し、該測定値から求めたねじれ角度が１５度以上の場合を、ねじれ発生と同定し、ねじれ発生率（＝ねじれ発生した圧延本数/Ｎ（×100％））にて評価した。
【００２０】
その結果、従来例ではねじれ発生率が２０％であったのに対し、本発明例では５％と大幅に改善した。
【実施例２】
【００２１】
一般炭素鋼（JIS G4053 SCM435該当鋼）の継目無鋼管を、プラグミル１基を用いた２パスの延伸圧延（１パス目と２パス目の間で被圧延管を管周方向に９０度回転）により、次の圧延スケジュールで製造した。
・ビレット径：３００ｍｍ、加熱温度：１２５０℃→穿孔（ピアサ）→エロンゲータ出側目標寸法：外径３２９ｍｍ×肉厚１１．０ｍｍ（＝プラグミル圧延の出発素材）
・プラグミル圧延：１パス目出側目標寸法（肉厚８．５ｍｍ）→２パス目出側目標寸法（肉厚７．７ｍｍ）
・プラグミルの孔型ロールのR1＝１６０ｍｍ（図１のθ＝110度）
・プラグミルのプラグは、従来例では１パス目と２パス目とで同じものを使用し、本発明例では１パス目と２パス目とでDpの異なるプラグを使用（１パス目は従来例と同じプラグを使用、２パス目ではDpの異なるプラグに交換して使用）した。
（本発明例）１パス目用プラグのDp＝３０４ｍｍ（(Hc＝2×ｔ＋Dp＝2×8.5＋304＝321)＞(2×R1＝2×160＝320)）、２パス目用プラグのDp＝３０６ｍｍ（(Hc＝2×ｔ＋Dp＝2×7.7＋306＝321.4)＞(2×R1＝2×160＝320)）
（従来例）１パス目用プラグのDp＝３０４ｍｍ（(Hc＝2×ｔ＋Dp＝2×8.5＋304＝321)＞(2×R1＝2×160＝320)）、２パス目用プラグのDp＝３０４ｍｍ（(Hc＝2×ｔ＋Dp＝2×7.7＋304＝319.4)≦(2×R1＝2×160＝320)）
・圧延本数Ｎ：本発明例、従来例とも２０本
本発明によるねじれ防止効果は、入側の管の先端部と後端部にマーキングをし、出側の管の先端部と後端部を写真撮影して、入側とのマーキング位置（管周方向位置）ずれ量を測定し、該測定値から求めたねじれ角度が１５度以上の場合を、ねじれ発生と同定し、ねじれ発生率（＝ねじれ発生した圧延本数/Ｎ（×100％））にて評価した。
【００２２】
その結果、従来例ではねじれ発生率が５％であったのに対し、本発明例では０％（ねじれ発生無し）と大幅に改善した。
【符号の説明】
【００２３】
１  孔型ロール
２  プラグ
10  被圧延管
K1：ロール接触開始線
K2：ロール接触終了線
P1：プラグ接触開始線
P2：プラグ接触終了線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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