JP2000343109A - 熱間継目無管圧延用マンドレルバーの使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長寿命化と原単位の向上を実現できるマンド
レルバーの使用方法を提供する。 【解決手段】 マンネスマン製管法におけるマンドレル
ミル圧延で使用する、表面にクロムめっき皮膜を形成さ
せたマンドレルバーの使用方法である。使用中に発生す
るヒートクラックの深さが最大８ｍｍとなる以前、或い
は、残留めっき厚みが最小５μｍとなる以前に使用を中
止する。めっき皮膜を除去した後、母材表面を仕上げ研
磨又は表面加工し、再めっきを施した上で再使用する。 【効果】 クロムめっきバーの使用に際し、必ずしも特
定の表面粗度を維持する必要がない。また、多種多層の
皮膜を形成させたり、スリーブ構造とすることによる製
造・整備コストの大幅な増大を必要としない。ヒートク
ラックの進展によるめっき剥離や、クロムめっき皮膜の
磨耗による焼き付きの発生を抑制でき、マンドレルバー
の長寿命化及び原単位の向上を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マンドレルミル圧
延法による熱間継目無管製造方法において使用されるマ
ンドレルバーの使用方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱間継目無管の製造方法としてマンネス
マン・マンドレルミル製管法が広く採用されている。こ
の製管方法では、加熱した丸鋼片（ビレット）を穿孔機
で穿孔して厚肉の中空素管とした後、この中空素管の内
面に圧延工具であるマンドレルバーを挿入した状態で、
対向する孔型ロールで構成されたスタンドを複数列設け
たマンドレルミルにて肉厚加工を実施して、薄肉の中空
素管を得る。

【０００３】このようなマンドレルミルにおいて得られ
た中空素管は、必要に応じて再加熱された後、その外径
を最終製品径に仕上げるべく、ストレッチレデューサ若
しくはサイザーによって、各々絞り圧延若しくは定径圧
延を施される。

【０００４】ところで、マンドレルミル圧延に使用され
るマンドレルバーには、予めその表面に固体潤滑剤を主
成分とした潤滑皮膜を形成し、この潤滑皮膜によって圧
延中にマンドレルバーと素管の接触面上に発生する摩擦
力を減じて、工具表面及び素管内面に疵が発生すること
を防止するようにしている。

【０００５】しかしながら、一回圧延に供した後は、前
記潤滑皮膜はなくなってしまうので、一旦、圧延に供さ
れたマンドレルバーは、次回の圧延に供するために、再
度その表面に潤滑皮膜を形成する必要がある。従って、
一旦、圧延に供したマンドレルバーは、水冷シャワー等
により適当な表面温度まで冷却した後、表面に潤滑剤を
噴射し、十分に乾燥させて潤滑皮膜を形成している。

【０００６】マンドレルバーは、一般にＪＩＳのＳＫＤ
６やＳＫＤ６１等の熱間工具鋼からなる丸棒綱を素材と
して、これに適宜の機械加工および焼き入れ、焼き戻し
処理を施して製造されているが、圧延中のマンドレルバ
ーの表面は多大な面圧と熱負荷に曝されるので、常に完
全な潤滑状態を保つことは容易でない。加えて、圧延完
了後は水冷シャワー等により急冷されるので、繰り返し
使用の過程で摩耗、焼き付き、肌荒れ、亀裂の発生・進
展を生じやすい。

【０００７】この問題を軽減するために、表面に酸化ス
ケール皮膜を形成させることによってスケール自身によ
る潤滑効果及び潤滑皮膜の保持効果を付与する方法（ス
ケール処理バーの使用）が一般的に採用されているが、
最近では硬質のクロムめっき皮膜を形成させて耐摩耗性
を向上させる方法（クロムめっきバーの使用）も提案さ
れ、採用されている。

【０００８】なお、表面に使用上有害とみなされる損傷
が発生したマンドレルバーは、外周面を機械加工され
て、より外径の小さいマンドレルバーにサイズダウンさ
れる。

【０００９】一方、マンネスマン・マンドレルミル製管
法における継目無管の製造コストの中では、マンドレル
バーの占める割合が高いので、マンドレルバーの長寿命
化及びマンドレルバーの原単位の向上には多大な努力が
払われている。

【００１０】例えば特開平８−２４３６１０号では、圧
延使用により表面粗度の悪化したマンドレルバーを研磨
した後、スケールを付着させることにより、実質的に同
一サイズで繰り返し再使用する方法が提案されている
（スケール処理バー）。

【００１１】また、特開平８−７１６１８号公報では、
表面に所定粗さを有する複数のクロムめっき皮膜を形成
させることによって、１３Ｃｒ鋼等の高合金鋼管の圧延
時に、優れた摩耗特性と寿命を確保できるマンドレルバ
ーが提案されている（クロムめっきバー）。

【００１２】また、特開平８−７１６１９号公報では、
表面にクロムめっき皮膜を初めとする多種多層の皮膜を
形成させることによって、１３Ｃｒ鋼等の高合金鋼管の
圧延時に優れた摩耗特性と寿命を確保できるマンドレル
バーが提案されている（クロムめっきバー）。

【００１３】また、特開平７−２１４１１６号公報で
は、マンドレルバーの胴部を複数個のスリーブで覆った
構造とした上で、損傷が発生したスリーブを適宜交換す
ることによって再使用可能とし、工具原単位を向上でき
るマンドレルバーが提案されている（クロムめっきバ
ー）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−２４３６１０号公報で提案された方法が対象とする
のはスケール処理バーであるから、クロムめっきバーに
直接適用することはできない。また、スケール処理バー
では表面肌荒れが問題となるのに対して、クロムめっき
バーでは、ヒートクラックの進展によるめっきの部分剥
離に起因する焼き付きや、クロムめっき皮膜の摩耗に起
因する焼き付きが問題となる。

【００１５】また、特開平８−７１６１８号公報で提案
されたマンドレルバーでは、圧延使用中の摩擦や摩耗に
より所定の表面粗度を維持し続けるのが実用上困難であ
る。また、特開平８−７１６１９号公報で提案されたマ
ンドレルバーでは、多種多層の皮膜を形成させるので、
マンドレルバーの製造コストや整備コストが大幅に増大
するという問題がある。

【００１６】また、特開平７−２１４１１６号公報で提
案されたマンドレルバーでは、マンドレルバーの胴部を
複数個のスリーブで覆った構造とするので、マンドレル
バーの製造コストが大幅に増大すると共に、圧延中にス
リーブが変形したり、脱落したりする危検性がある。

【００１７】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、クロムめっきバーの使用に際し
て、必ずしも特定の表面粗度を維持する必要がなく、ま
た、多種多層の皮膜を形成させたり、スリーブ構造とす
ることによる製造コストや整備コストの大幅な増大を招
来せずに、ヒートクラックの進展によるめっき剥離やク
ロムめっき皮膜の摩耗による焼き付きの発生を抑制し、
長寿命化と原単位の向上を実現することができるマンド
レルバーの使用方法を提供することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る熱間継目無管圧延用マンドレルバ
ーの使用方法は、使用中に発生するヒートクラックの深
さが最大８ｍｍとなる以前、或いは、残留めっき厚みが
最小５μｍとなる以前に使用を中止し、めっき皮膜を除
去した後に母材表面を仕上げ研磨又は表面加工し、再め
っきを施した上で再使用することとしている。そして、
このようにすることで、クラック開口部周辺のめっき剥
離が抑制され、焼付き発生による管内面疵が発生しにく
くなったり、めっき摩耗に起因した母材露出が発生しに
くくなり、焼付きが生じにくくなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明者は、クロムめっきバーの
寿命を規定する要因である、繰返し使用によるヒートク
ラックの進展に起因しためっき剥離や、クロムめっき皮
膜の摩耗を詳細に調査した結果、以下の知見を得た。

【００２０】ａ）圧延使用によって発生するヒートクラ
ックの深さが８ｍｍを超えると、クラック開口部周辺を
起点とするめっき剥離が急速に進展し、母材が露出して
焼き付きによる管内面疵の発生が顕著となる。 ｂ）上記ヒートクラックの深さが最大８ｍｍとなる以前
に圧延使用を一旦中止し、めっきを除去した後に母材を
表面研磨し、再めっきを行ってから再度圧延使用する
と、クラック開口部周辺のめっき剥離が抑制され、焼付
き発生による管内面疵が発生しにくくなる。

【００２１】ｃ）圧延使用によって摩耗し、残留するめ
っき厚みが約５μｍに達すると圧延中に母材が露出し、
焼付きに至る頻度が極めて高くなる。 ｄ）上記めっき厚みが最小５μｍとなる以前に圧延使用
を一旦中止し、めっきを除去した後に母材を表面研磨し
再めっきを施せば、再度圧延使用してもめっき摩耗に起
因した母材露出は発生せず、焼付きが生じにくくなる。

【００２２】本発明に係る熱間継目無管圧延用マンドレ
ルバーの使用方法は上記した知見に基づいてなされたも
のであり、マンネスマン製管法におけるマンドレルミル
圧延で使用する、表面にクロムめっき皮膜を形成させた
マンドレルバーの使用方法において、使用中に発生する
ヒートクラックの深さが最大８ｍｍとなる以前、或い
は、残留めっき厚みが最小５μｍとなる以前に使用を中
止し、めっき皮膜を除去した後に母材表面を仕上げ研磨
又は表面加工し、再めっきを施した上で再使用するもの
である。

【００２３】本発明方法に使用するマンドレルバーは、
母材は従来から熱間継目無管圧延用マンドレルバーに使
用されている材質で良いが、マンドレルバーに加わる圧
延中の負荷を考慮すると、ＪＩＳのＳＫＤ６やＳＫＤ６
１等の熱間工具鋼が望ましい。

【００２４】また、本発明方法に使用するマンドレルバ
ーを新規に製作する場合、最終のクロムめっき厚みを考
慮して決定される外径に母材を機械加工した後、研磨等
によって適当な表面粗度を実現してから、１０〜２００
μｍ程度の厚みを有するクロムめっき皮膜を形成させ
る。

【００２５】また、本発明方法を実施するに際し、マン
ドレルバーのヒートクラック深さが最大８ｍｍ、又は残
留めっき厚みが最小５μｍに達するか否かの判断は、適
宜の点検作業等において実測するか、予め圧延実績（圧
延材質、圧延本数、圧延長さ等）と測定データの関係を
調査しておくことによって、実際の測定作業なしに圧延
実績のみの管理により判断しても良い。

【００２６】また、本発明方法を実施するに際しては、
ヒートクラック深さが大きくなるほどヒートクラックの
進展速度も大きくなるので、マンドレルバーの整備時間
や費用等を考慮した上で、できるだけヒートクラック深
さが小さい段階、例えば１〜５ｍｍ程度で圧延を中断す
ることが好ましい。反対に、残留めっき厚みに関して
は、できるだけ限界値（５μｍ）近くまで使用した後に
圧延を中断することが望ましい。

【００２７】また、本発明方法においては、圧延使用を
中断したクロムめっきバーは、塩酸等による酸洗、また
は、苛性ソーダ等アルカリ溶液による電気化学的なめっ
き溶解、研磨・研削機等による機械的な方法によって表
面のめっき皮膜を除去する。

【００２８】この際、めっき除去効率の観点からは、酸
洗等によるめっき溶解では、事前にマンドレルバー表面
の潤滑剤を除去しておくことが望ましい。なお、潤滑剤
除去方法は、高温蒸気の吹き付けでも良いし、研磨又は
ショットブラストによる機械的な方法でも良い。

【００２９】めっきを除去されたマンドレルバーは、再
めっき時に良好なめっき密着度を確保することを目的と
して表面を仕上げ研磨する。但し、めっき除去に研磨・
研削機等の機械的な方法を採用する場合は、めっき除去
とこの研磨作業を兼用することができる。研磨作業の代
わりにショットブラスト等による表面加工を採用しても
良い。

【００３０】仕上げ研磨は母材表面損傷の手入れを兼ね
て、または、再めっき後のヒートクラック深さを小さく
して、再使用時のヒートクラック進展を抑制することを
目的に、母材を多少削り込むものであっても良い。勿
論、ヒートクラックを完全に除去するまで研磨しても良
い。

【００３１】表面を仕上げ研磨又はショットブラスト等
により表面加工したマンドレルバーは、新規製作時と同
様にクロムめっき処理された後、再度圧延に供される。
再度圧延に供されるマンドレルバーは、ヒートクラック
深さ又は残留クロムめっき厚みが限界値を超えない範囲
で圧延使用を継続された後に、再びめっきを除去され、
研磨等の仕上げ加工を施された後、再めっき処理され
る。

【００３２】

【実施例】以下、本発明に係る熱間継目無管圧延用マン
ドレルバーの使用方法の効果を確認するために行った実
験結果について説明する。

【００３３】〔実施例１〕材質はＪＩＳのＳＫＤ６１
で、表面に７０μｍのクロムめっきを施した、外径が２
００〜４５０ｍｍ、長さが２４ｍの寸法のマンドレルバ
ー、3 ０本について、１ケ月間の圧延使用実績から各々
のマンドレルバーに対応する圧延材（製品）の内面疵の
発生率を調査した。

【００３４】対象となるマンドレルバーに対しては漏洩
磁束探傷により全面のヒートクラック深さを測定し、１
本毎の最大ヒートクラック深さを求めた。なお、対象と
なる圧延材の材質は９０％以上が普通鋼、又は低合金鋼
（Ｃｒ含有率：５重量％以下）であった。その結果を図
１に示す。

【００３５】図１より、内面疵の発生率は、最大ヒート
クラック深さが８ｍｍを超える付近から急激に増大して
いることが明らかである。また、マンドレルバーの表面
観察を実施したところ、最大ヒートクラック深さが８ｍ
ｍを超えるマンドレルバーでは、顕著なめっき剥離が発
生していたのに対して、最大ヒートクラック深さが８ｍ
ｍを超えないマンドレルバーでは顕著なめっき剥離は発
生していなかった。

【００３６】〔実施例２〕材質はＪＩＳのＳＫＤ６１
で、表面に１５０μｍのクロムめっきを施した外径が２
６０ｍｍ、長さが２４ｍの寸法のマンドレルバー、２０
本について１ケ月間の圧延使用実績から各々のマンドレ
ルバーに対応する製品（パイプ）の内面疵の発生率を調
査した。

【００３７】対象となるマンドレルバーに対しては、長
さ方向に１ｍの間隔で、円周方向に４点の位置において
電磁膜厚計を用いて残留めっき厚みを測定し、１本毎の
最小めっき厚みを求めた。なお、対象となる圧延材の材
質は９０％以上がステンレス鋼（Ｃｒ含有率：１２％以
上）であった。その結果を図２に示す。

【００３８】図２より、内面症の発生率は、最小めっき
厚みが５μｍ以下となると急激に増大していることが明
らかである。マンドレルバーの表面観察を実施したとこ
ろ、最小めっき厚みが５μｍ未満のマンドレルバーでは
顕著な焼付きが発生していたのに対して、最小めっき厚
みが５μｍ以上のマンドレルバーでは表面損傷はほば皆
無であった。

【００３９】〔実施例３〕材質はＪＩＳのＳＫＤ６１
で、表面に７０μｍのクロムめっきを施した、外径が２
６０ｍｍ、長さが２４ｍの寸法の新品のマンドレルバ
ー、８本について下記に示す４つの条件でそれぞれ２本
ずつ圧延使用を行い、寿命（総圧延本数）を調査した。
なお、対象圧延材の材質は、条件１と２は、９５％以上
は普通鋼又は低合金鋼で、また、条件３と４は、９５％
以上はステンレス鋼で行った。

【００４０】条件１及び３（従来方法） 新品で圧延開始後、マンドレルバーの表面が損傷し、製
品内面疵が発生するまで使用した。 条件２（本発明方法） 新品で圧延開始後、最大ヒートクラックが２ｍｍに達し
た時点で圧延を中止し、アルカリ溶液によるめっき溶解
によってめっきを除去した後、仕上げ研磨及び再めっき
を施し、再度圧延に供した。その後、最大ヒートクラッ
クが５ｍｍに達した時点で圧延を中止し、アルカリ溶液
によるめっき溶解によってめっきを除去した後、仕上げ
研磨及び再めっきを施し、再度圧延に供した。その後、
マンドレルバーの表面が損傷し、製品内面疵が発生する
まで使用した。

【００４１】条件４（本発明方法） 新品で圧延開始後、最小めっき厚みが１０μｍに達した
時点で圧延を中止し、アルカリ溶液によるめっき溶解に
よってめっきを除去した後、仕上げ研磨及び再めっきを
施し、再度圧延に供した。その後、上記を繰り返した。

【００４２】実験の結果、条件１では、２４００パス付
近で顕著なめっき剥離が発生して、母材が露出し、焼付
きに起因した製品内面疵が発生したので、使用を中止し
た。すなわち、条件１の場合におけるマンドレルバーの
寿命は、２４００パスであった。

【００４３】また、条件２では、約１６００パスで最大
ヒートクラック深さが２ｍｍに達したため、圧延使用を
中断し、めっきを除去して、研磨し、再めっき後、再度
圧延使用を開始した。研磨後の最大ヒートクラック深さ
は１．９ｍｍで、マンドレルバーの外径減少は０．２ｍ
ｍであった。

【００４４】圧延再開後、約１０００パスで最大ヒート
クラック深さが５ｍｍに達したため、圧延使用を中断
し、めっきを除去して、研磨し、再めっき後、再度圧延
使用を開始した。研磨後の最大ヒートクラック深さは
４．９ｍｍで、マンドレルバーの外径減少は０．２ｍｍ
であった。

【００４５】圧延再開後、約１０００パス付近で顕著な
めっき剥離が発生して、母材が露出し、焼付きに起因し
た製品内面疵が発生したので、使用を中止した。すなわ
ち、条件２の場合におけるマンドレルバーの寿命は、１
６００＋１０００＋１０００＝３６００パスであった。

【００４６】また、条件３では、２００パス付近で顕著
なバー表面焼付きに起因した製品内面疵が発生したの
で、使用を中止した。すなわち、条件３の場合における
マンドレルバーの寿命は、２００パスであった。

【００４７】また、条件４では、約１７０パスで最小め
っき厚みが１０μｍに達したため、圧延使用を中断し、
めっきを除去して、研磨し、再めっき後、再度圧延使用
を開始した。研磨後のマンドレルバーの外径減少は０．
１ｍｍであった。

【００４８】圧延再開後、約１７０パスで最小めっき厚
みが１０μｍに達したため、圧延使用を中断し、めっき
を除去して、研磨し、再めっき後、再度圧延使用を開始
した。研磨後のマンドレルバーの外径減少は０．１ｍｍ
であった。

【００４９】以下、上記とほぼ同様の繰返しとなり、４
回まで確認した。４回繰返し使用後のマンドレルバーの
めっきを除去して、研磨し、再めっきしたが、依然とし
て使用可能な状態であった。すなわち、条件４の場合に
おけるマンドレルバーの寿命は、１７０×５＝８５０パ
ス以上であった。以上の結果より、本発明の効果は明白
である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
クロムめっきバーの使用に際して、必ずしも特定の表面
粗度を維持する必要がなく、また、多種多層の皮膜を形
成させたりスリーブ構造とすることによる製造・整備コ
ストの大幅な増大を必要とせずに、ヒートクラックの進
展によるめっき剥離や、クロムめっき皮膜の磨耗による
焼き付きの発生を抑制でき、マンドレルバーの長寿命化
及び原単位の向上を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】最大ヒートクラック深さと、内面疵発生率の関
係を示す図である。

【図２】最小めっき厚みと、内面疵発生率の関係を示す
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マンネスマン製管法におけるマンドレル
   ミル圧延で使用する、表面にクロムめっき皮膜を形成さ
   せたマンドレルバーの使用方法において、使用中に発生
   するヒートクラックの深さが最大８ｍｍとなる以前、或
   いは、残留めっき厚みが最小５μｍとなる以前に使用を
   中止し、めっき皮膜を除去した後に母材表面を仕上げ研
   磨又は表面加工し、再めっきを施した上で再使用するこ
   とを特徴とする熱間継目無管圧延用マンドレルバーの使
   用方法。