(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空素管をマンドレルミルによって延伸圧延する際に、マンドレルバー表面に黒鉛およびマイカの少なくとも一方を主成分とする潤滑剤を塗布し、さらに中空素管の内面に１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤を供給する継目無鋼管の製造方法であって、下記ａからｄまでの条件のすべてを満足させることを特徴とする内面品質に優れた継目無鋼管の製造方法。
ａ．穿孔終了直後の素管内面温度が１１５０℃以上で、穿孔終了から１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤の供給までの時間、またはデスケーリング終了後、１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤の供給までの時間が５〜６０秒であること、
ｂ．１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤の供給時の素管内面温度が１１００℃以上であること、
ｃ．１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤の供給後、延伸圧延開始までの時間が１０秒以上であること、
ｄ．延伸圧延直前の素管内面温度が１０００〜１１７０℃であること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空素管を延伸圧延する継目無鋼管の製造方法に関し、さらに詳しくは延伸圧延時に発生しやすい管の内面疵の発生を防止することができる継目無鋼管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マンネスマン−マンドレルミル方式による継目無鋼管の製造においては、まず回転炉床式加熱炉で加熱された丸鋼片を穿孔機で穿孔して中空のシェル（素管）となす。次いで、表面に潤滑剤を塗布したマンドレルバーをこのシェルに串状に挿入し、５〜９スタンドからなるマンドレルミルでシェルを所定の寸法に１パスで圧延する。これを延伸圧延という。【０００３】
延伸圧延後、マンドレルバーが引き抜かれた管は、管端形状の悪い部分がホットソーで切断された後、再加熱炉で再加熱され、高圧水によってその外面をデスケーリングする。次いで、ストレッチレデューサーにより外径圧下と若干の肉厚圧下を施して所定の製品寸法にする。その後、管は冷却床で冷却され、コールドソーにより所要の長さに切断されて精整ラインに送られる。【０００４】
上記工程のうち中空素管をマンドレルミルによって延伸圧延する工程では、通常、マンドレルバーの表面に潤滑剤を塗布する。これは、延伸圧延時に中空素管の内面とマンドレルバー表面との間に相対滑りが生じるので、その界面の潤滑状態が十分でないと、中空素管とマンドレルバーが焼き付き、内面品質の良好な製品が得られなくなるからである。このため、中空素管とマンドレルバーが焼き付くのを防ぐとともに、安定な低い摩擦係数を確保するために、マンドレルバーの表面に潤滑剤を塗布するのである。【０００５】
潤滑剤としては、特許文献１に開示されるような黒鉛を主成分としたものや、特許文献２に開示されるようなマイカを主成分としたものが用いられる。
さらに、近年、管の内面品質の向上を目的とし、特許文献３に開示されるような硼砂を主成分とした潤滑剤を中空素管の内面に供給することで、管内面のスケールを溶融させて内面品質を改善する方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭５０−１４４８６８号公報
【特許文献２】特開昭６４−１６８９４号公報
【特許文献３】特公平７−８４６６７号公報
【０００６】
ところが、マンドレルミル圧延に際して、硼砂を主成分とした潤滑剤を中空素管の内面に供給しても、その効果が十分に発揮されないことがある。さらには、逆に圧延時の摩擦係数が高くなって内面品質が悪化するなどの好ましくない現象が生じることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、継目無鋼管をマンネスマン−マンドレルミル方式により製造するに当たって、マンドレルミルによる延伸圧延時の摩擦係数を低くし、管の内面疵の発生を少なくすることのできる継目無鋼管の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、下記の継目無鋼管の製造方法を要旨とする。【０００９】
中空素管をマンドレルミルによって延伸圧延する際に、マンドレルバー表面に黒鉛およびマイカの少なくとも一方を主成分とする潤滑剤を塗布し、さらに中空素管の内面に１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤を供給する継目無鋼管の製造方法であって、下記ａからｄまでの条件のすべてを満足させることを特徴とする内面品質に優れた継目無鋼管の製造方法。【００１０】
ａ．穿孔終了直後の素管内面温度が１１５０℃以上で、穿孔終了から１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤の供給までの時間、またはデスケーリング終了後、１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤の供給までの時間が５〜６０秒であること（以下、条件ａという）、【００１１】
ｂ．１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤の供給時の素管内面温度が１１００℃以上であること（以下、条件ｂという）、【００１２】
ｃ．１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤の供給後、延伸圧延開始までの時間が１０秒以上であること（以下、条件ｃという）、【００１３】
ｄ．延伸圧延直前の素管内面温度が１０００〜１１７０℃であること（以下、条件ｄという）。【００１４】
ここで、「黒鉛およびマイカの少なくとも一方を主成分とする潤滑剤」とは、乾燥被膜の状態で黒鉛もしくはマイカをそれぞれ単独で５０質量％以上含有する潤滑剤、または黒鉛およびマイカを合計で５０質量％以上を含有する潤滑剤である。【００１５】
「１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤」とは、１価のアルカリ金属の硼酸塩を５０質量％以上含む潤滑剤である。なお、硼砂は、Na２Ｂ４Ｏ７・10Ｈ２Ｏを主成分とするもので、本発明方法で使用する潤滑剤の主成分として好適である。従って、本明細書では「１価のアルカリ金属の硼酸塩」のかわりに「硼砂を主体とする潤滑剤」または単に「硼砂」と記すこともある。【００１６】
本発明方法の対象になる鋼種は、炭素鋼、低合金鋼等の主に酸化鉄からなるスケールが生じる鋼種である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
前記のように、マンドレルミル圧延を行う際に硼砂を主体とした潤滑剤を中空素管の内面に供給しても、その効果が十分に発揮されない場合がある。本発明者等が究明したところ、その原因は、次の点にあることが明らかになった。即ち、上記の潤滑剤が素管内に供給されても、それが適切に溶融せず、また、溶融しても管内面全面に均一に分布しないことがある。そうすると、圧延時の摩擦係数が局部的に高くなって、内面品質が悪化するのである。【００１８】
上記のような好ましくない事態を防ぐには、１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤を供給するときの素管内面の温度を適正にし、かつ潤滑剤供給後の延伸圧延の条件を適正化することが必要である。本発明は、このような知見を基礎とするものである。【００１９】
なお、管内面の全面に均一に潤滑剤を供給する技術は、既に実用化されている。その技術は、本発明方法でも使用できる。【００２０】
本発明者は、１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤を供給する前の管内面にスケールが存在していれば、潤滑剤は容易に溶融して管内面全面に均一に分布することを見出した。これは、下記(1)および(2)の理由による。【００２１】
(1)溶融した潤滑剤と酸化鉄を主成分とするスケールとの濡れ性が関係しており、鋼と溶融硼砂よりも、スケールと溶融硼砂の方が濡れ性が良好である。【００２２】
(2)潤滑剤とスケールとの相互反応によって、潤滑剤だけでなくスケールも溶融し、溶融した潤滑剤とスケールの流動性が良好であるために素管内面に均一に分布する。【００２３】
濡れ性が良いと、溶融した硼砂が拡がりやすいだけでなく、仮に硼砂が塊状で供給されても素管内面と接触した部分の硼砂が拡がりやすいので、伝熱性が良好で溶融しやすい。これに対して、濡れ性が悪いと、素管内面に接触した部分の硼砂が拡がりにくいために塊状のままで存在し、その内部までの伝熱が遅れて溶融が妨げられる。【００２４】
以上の理由で、１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤の供給の前までに管内面に適正量のスケールを生成させておくことが重要なのである。【００２５】
１．条件ａについて
素管内面に適正厚さのスケールを生成させる条件が、前記の特徴ａである。具体的には、穿孔終了直後の素管内面温度が１１５０℃以上（より望ましいのは１２００℃以上）で、穿孔終了から１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤の供給までの時間が５秒以上（より望ましいのは１０秒以上）であることが必要である。但し、この時間は、穿孔終了後、潤滑剤供給までに高圧水などによるデスケーリング処理を行わない場合である。潤滑剤供給前にデスケーリングを行う場合は、デスケーリング処理終了後、潤滑剤供給までの時間を５秒以上（より望ましいのは１０秒以上）とすることが必要である。【００２６】
一方、スケールが多量になりすぎると、１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤を供給してもスケールを完全には溶融させることができず、一部のスケールが溶融しないで残るために、管の内面品質を悪化させる。従って、穿孔終了後またはデスケーリング終了後、１価のアルカリ金属の硼酸塩供給までの時間を過度に長くしてはならない。【００２７】
多数の試験結果から、スケールの厚さは５〜３０μｍの範囲が好ましいことが明らかになった。そこで、この厚さのスケールを生成させるための加熱温度と加熱時間を確認するため、次に述べる実験を行った。【００２８】
［実験１］
図１は、以下の手順で実験を行い、加熱温度と時間がスケールの厚さに及ぼす影響を調査した結果を示す図である。
(1)３０×３０×６（ｍｍ）の炭素鋼の板を試験片とし、窒素雰囲気下で所定温度まで加熱して保持。
(2)その後、所定時間（図１の縦軸に示す種々の時間）大気を通気した後、直ちに窒素を通気して冷却。
(3)冷却した後に、試験片の断面のミクロ観察を行い、スケールの厚さを測定。【００２９】
図１中の実線がスケールの厚さが５μｍとなる線で、点線がスケールの厚さが２０μｍとなる線である。即ち、試験片の加熱温度が１１５０℃であれば、５秒間の大気の通気でスケールの厚さは５μｍになり、６５秒間の大気の通気で２０μｍになる。【００３０】
上記の試験は、いわゆるラボ試験であるから、実際の継目無鋼管製造ラインの条件とは若干異なる。しかし、その相違を考慮しても、管内面温度を１１５０℃以上として、５〜６０秒の時間をおけば、５〜２０μｍの厚さのスケールが生成すると考えて差し支えない。なお、穿孔終了後の管内面の温度は、最高でも１２５０℃程度である。そして、時間の経過とともに素管内面温度が下がるから、穿孔終了時点の温度が、仮に１２５０℃であっても、６０秒経過した後にスケール厚さが３０μｍを超えるおそれはない。【００３１】
上記の実験結果に基づいて、条件ａでは、穿孔終了後の素管表面温度が１１５０℃以上であること、および穿孔終了時点から潤滑剤供給までの時間、またはデスケーリング終了時点から潤滑剤供給までの時間を５〜６０秒とすることとした。なお、デスケーリング終了時点を基準にするのは、デスケーリングした場合は、その後に適正厚さのスケールを再生させる必要があるからである。【００３２】
２．条件ｂおよび条件ｃについて
素管内部に供給された硼砂を主体とする潤滑剤は、スケールとともに溶融して、管内面に拡がる。この時、素管内面温度が低いと溶融した潤滑剤とスケール（以下「溶融潤滑剤」と記す）は、その粘度が大きくなって十分には拡がらない。そのため、潤滑剤供給直前の素管内面温度は１１００℃以上であることが必要である。より望ましいのは１１５０℃以上である。また、管内面に付着した潤滑剤は瞬時に拡がるわけではなく、拡がるための時間が必要である。潤滑剤が拡がるためには、その供給後、延伸圧延開始まで１０秒以上、より望ましくは２０秒以上必要である。これらの条件は、下記の実験によって確かめられた。【００３３】
［実験２］
以下の手順で実験を行い、加熱温度と時間が硼砂の拡がり性に及ぼす影響を調査した。
(1)１２５×１２５×６（ｍｍ）の炭素鋼の板を、窒素雰囲気下で所定温度まで加熱して保持。
(2)その後、スケール付けを行うものについては３０秒間だけ大気を通気した後、直ちに窒素を通気。この処理で厚さ１０〜２０μｍのスケールが付着する。
(3)加熱された炭素鋼の板を試験片とし、その中央に0.2ｇの硼砂をのせ、所定時間炉内に放置。
(4)所定時間が過ぎた後、直ちに炉から取り出して冷却。
(5)冷却した後に、溶融した硼砂が楕円状に拡がった面積Ｓを、次式で算出。
Ｓ＝πａｂ
ここで、ａは楕円の長軸の半径、ｂは楕円の短軸の半径である。【００３４】
実験結果を図２に示す。図中、実線が硼砂をのせる前に試験片にスケール付けを行った場合、点線がスケール付けを行わなかった場合の結果である。それぞれ硼砂が２０００ｍｍ２以上拡がるのに要した時間をプロットしたものである。この結果から、スケールの付着した表面では、その温度が１１００℃以上の場合には、１０秒以上で十分な溶融潤滑剤の拡がりが得られることが分かる。【００３５】
３．条件ｄについて
次に、１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤を素管内に供給した場合の適正な圧延条件を詳細に調査した。その結果、延伸圧延直前の素管内面温度に適正範囲が存在することが明らかになった。具体的には、延伸圧延直前の素管内面温度が１０００〜１１７０℃であることが必要であり、より望ましいのは１０５０〜１１２０℃である。さらに、素管内面温度が１０００〜１０５０℃の場合は、マンドレルミル圧延に供されるマンドレルバー表面の平均温度が８０℃以上であることが望ましい。【００３６】
これは、１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤の潤滑特性と、バー表面に塗布されるバー潤滑剤の潤滑特性に起因する。まず、延伸圧延直前の素管内面温度の下限が１０００℃（より望ましいのは１０５０℃）であることが必要なのは、１価のアルカリ金属の硼酸塩を主体とする潤滑剤の潤滑特性に起因すると考えられる。この潤滑剤を適用した場合、これが有効に作用するのはバーと素管との界面の温度が高く、界面に存在する溶融潤滑剤の粘性が低い場合に限られるのである。【００３７】
一方、延伸圧延直前の素管内面温度が、１１７０℃以下、さらに望ましくは１１２０℃以下であることが必要なのは、バー表面に塗布される潤滑剤の主成分である黒鉛やマイカ等の耐熱温度に起因する。これらは高温では燃焼したり、熱分解したりするため、適用温度に上限が存在するのである。
【実施例】
【００３８】
Ｃ含有量が０．２％の炭素鋼のビレットとを穿孔して得た素管をマンネスマン−マンドレルミル方式にて延伸圧延し、本発明の効果を検証した。圧延段取りは以下のとおりである。【００３９】
１．ビレット寸法：径３１０ｍｍ、長さ２９９７ｍｍ
２．マンドレルミル圧延前の素管寸法：外径３２４ｍｍ、肉厚３３ｍｍ、長さ７８１８ｍｍ
３．マンドレルミル圧延後の寸法：外径２７６ｍｍ、肉厚１７ｍｍ、長さ１６４２０ｍｍ
４．製品寸法：外径１９７ｍｍ、肉厚２０ｍｍ、長さ１９８４１ｍｍ。
ピアサーミルによって穿孔した後、マンドレルミルに供する前の素管内部に硼砂８０質量％と金属石けん２０質量％を混合した粉末状潤滑剤を供給した。その供給は、キャリアーガス供給装置からバルブを介して噴射配管に送られるキャリアーガスに上記の潤滑剤を混合し、噴射配管先端のノズルを素管内に挿入し、その内面に吹き付けることによって行った。供給量は、素管内表面の１ｍ２当たり１００ｇとした。なお、素管内面の温度は放射温度計を用いて測定した。【００４０】
マンドレルミル圧延に用いるマンドレルバーは、ＪＩＳのＳＫＤ６の工具鋼製で、その表面に厚さ５０μｍのＣrメッキが施されたものである。このＣrメッキの上に表１に示すように黒鉛系またはマイカ系の水溶性潤滑剤を塗布し乾燥して、１００μｍ厚の乾燥固体潤滑被膜を形成させた。黒鉛系潤滑剤は、黒鉛と樹脂系の有機バインダーとが質量比で３：１に混合したものである。マイカ系潤滑剤は、マイカと硼酸系の無機バインダーとが質量比で２：１に混合したものである。これらを水溶液として塗布し、乾燥被膜で１００μｍの厚さとした。【００４１】
表１および表２に試験の諸条件と、延伸圧延中の摩擦係数および製品鋼管の内面品質の評価結果を示す。評価基準は下記のとおりである。【００４２】
(1)摩擦係数
摩擦係数は、マンドレルミル圧延中、全スタンドに荷重がかかった定常状態での合計荷重（Σpi）とマンドレルバーに働くスラスト力（Ｆ）との比を記録チャートから読み取り、摩擦係数＝Ｆ／Σpiとして求めた。この摩擦係数の値が０．０３以下のものを◎、０．０３１〜０．０４のものを○、０．０４１〜０．０５のものを△、０．０５１以上のものを×とした。【００４３】
(2)内面品質
内面品質は、製品鋼管の内面に軸方向直線状に発生する疵の発生率（製品鋼管全本数の中で、疵のある鋼管の本数を％で表示）で評価した。上記発生率が０．５％未満のものを◎、０．５％〜１．０％のものを○、１．０％を超えて〜２．０％のものを△、２．０％より大きいものを×とした。【００４４】
なお、表１と表２中のNo.３〜２０およびNo.３３〜３８は、穿孔終了後、延伸圧延までの間に管内面のデスケーリングを行ったので、穿孔終了から潤滑剤供給までの時間の欄には、デスケーリング終了時点から潤滑剤供給までの時間を記入した。【００４５】
【表１】
0004305673.tif 000002
【００４６】
【表２】
0004305673.tif 000003
【００４７】
表１および表２から明らかなように、前記ａからｄまでの全ての条件を満たす本発明方法で製造した場合は、摩擦係数が小さく、製品鋼管の内面品質が良好である。一方、条件ａからｄまで条件のいずれか一つ以上を満たさない場合には、摩擦係数が大きくなって良好な内面品質が得られていない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明方法によれば、継目無鋼管をマンネスマン−マンドレルミル方式により製造する場合に、マンドレルミル圧延時の摩擦係数を低くすることができ、内面に疵を発生させることなく継目無鋼管を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】試験片である鋼板の加熱温度と加熱時間が、生成するスケールの厚さに及ぼす影響を示す図である。
【図２】加熱温度と加熱時間が、硼砂を主体とする潤滑剤の広がりに及ぼす影響を示す図である。
【図１】
0004305673.tif 000004
【図２】
0004305673.tif 000005