JP2005248302A - 曲がりの少ない長尺大径薄肉継目無鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 長手方向に曲がりの少ない長尺大径薄肉継目無鋼管の製造方法に関する。
【解決手段】 マンネスマン法により製造された継目無鋼管２を焼鈍する熱処理において、継目無鋼管２を中心軸回りに５ｒｐｍ以上で回転させながら、継目無鋼管２の軸方向に０．５ｍ／ｍｉｎ以下の速度で移動させ、冷却装置５にて上下方向より外表面を冷却させることを特徴とする。前記継目無鋼管２は、長さ（Ｌ）３ｍ以上、外径（Ｄ）７０ｍｍ以上で且つ外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が１０以上の長尺大径薄肉継目無鋼管である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、長手方向に曲がりの少ない長尺大径薄肉継目無鋼管の製造方法に関するものである。

継目無鋼管の製造方法としてマンネスマン法がある。この製法で製造された継目無鋼管は、以下の工程：熱間加工（アッセル圧延）→冷間加工（コールドビルガー圧延）→熱処理（ひずみ取り焼鈍）→矯正→端面加工→検査で製造される。

この継目無鋼管の製造工程の他に、焼入れや焼戻しなどの熱処理等が行われており、その熱処理においては、加熱後に水冷による冷却が行われている。

さらに、硬さ調整および残留ひずみ除去をするため、熱間加工後に継目無鋼管を所定温度で加熱、冷却する熱処理が行われている。このような熱処理工程のラインとしては、回転ロールを用いて鋼管をその軸中心に回転させながら長手方向へ連続的に移送して、熱処理用の加熱装置および冷却装置を連続的に通過させ、これにより加熱・冷却を連続的に行うようにした熱処理ラインが従来から広く用いられている。

上述のような熱処理ラインにおいて、一度に大量に供給された鋼管を熱処理するためには、鋼管の長さに対応した長さと幅を持つ炉が必要であり、炉の大きさを大型にするための設備投資が莫大となるという問題があった。

特に、構造上、加熱炉の全長に比べて、全長が短い冷却装置の場合には、空冷では冷却が不十分であり、加熱炉出口において水冷による急速冷却を行う必要性があった。

また、冷却水による急冷を行う際、継目無鋼管の周方向に不均一な冷却をすると継目無鋼管に変形が生じて、外径と肉厚の比が大きい継目無鋼管の場合、継目無鋼管の曲がりが大きくなるという問題が生じていた。

さらに、曲がりが大きい継目無鋼管が後工程の矯正工程に供給されると、矯正工程により、矯正による残留応力を製品の鋼管に内在させてしまうことが問題となっていた。

このため、継目無鋼管の焼入等における水冷においては、継目無鋼管の外表面および内表面に冷却水を噴霧する冷却装置により、周方向で均一な冷却を行う方法や拘束ロールを用いて矯正しつつ熱処理を行う方法等により、冷却時の曲がりを抑制することが行われている。

従来の鋼管の熱処理方法として、移動式円環状冷却媒体噴射ノズルにて鋼管の円周上の表面を均一冷却を行う装置（特許文献１）が開示されている。

また、拘束ロールにより加熱炉内部および冷却時において鋼管の変形を矯正する方法（特許文献２）が開示されている。

さらに、熱処理を行う前に、鋼管を回転させながらその長さ方向に進行させて、加熱装置と冷却装置とからなる鋼管曲がり矯正装置を配設した熱処理ライン（特許文献３）が開示されている。

しかし、これらの装置及び方法では、一度に大量に供給された継目無鋼管を熱処理することができず、経済的にコスト高になるという問題が生じていた。

従来の熱間加工（アッセル圧延）→冷間加工（コールドビルガー圧延）→熱処理（ひずみ取り焼鈍）→矯正→端面加工→検査の工程では、熱処理後に継目無鋼管の弓曲がりや先曲がりを真っ直ぐにするために、強い矯正が必要となっている。

しかしながら、このような強い矯正では、矯正による残留応力を継目無鋼管に内在させてしまい、特に、長さが３ｍ以上、外径が７０ｍｍ以上で、かつ、外径と肉厚の比、即ち、外径／肉厚が１０以上の長尺大径薄肉継目無鋼管に関しては、矯正時に、この残留応力によるひずみの影響で真直度不良が発生したりしていた。
特開昭５１−１０３０１１号公報 特開昭５２−０７７８１２号公報 特開昭６２−１６１９１８号公報

前述のように曲がりのある継目無鋼管に対しての熱処理時における周方向の冷却不均一に対処するための従来の方法は、いずれも熱処理設備が大型となり、設備の高コスト化を招くとともに、保守に煩雑な手間を要する等の問題があった。

また一方、真直度が低下してしまった継目無鋼管について、冷間で再矯正することにより、要求規格内に真直度を収めることも可能ではあるが、冷間での再矯正は、相当な手間を要することを避けられないのが実情である。また、再矯正による更なる残留応力の蓄積が発生し、２次加工（切断・施削）において残留応力の悪影響（真円度不良）が増大する恐れがある。

本発明は、以上の事情を背景としてなされたものであり、回転ローラにより、長尺大径薄肉継目無鋼管を回転させながら、長手方向に移送させて冷却水を上下方向より噴霧する冷却装置で曲がりの少ない長尺大径薄肉継目無鋼管の周方向の均一冷却を実現させる製造方法である。

本発明の製造工程は、熱間加工（アッセル圧延）→冷間加工（コールドビルガー圧延）→熱処理（ひずみ取り焼鈍）→矯正→端面加工→検査の工程からなるもので、熱処理工程における長尺大径薄肉継目無鋼管の曲がりを少なくすることを目的とする。

すなわち、上記の課題を解決するための本発明の手段は、本発明の曲がりの少ない長尺大径薄肉継目無鋼管の製造方法の第一の構成では、マンネスマン法により製造された継目無鋼管を焼鈍する熱処理において、継目無鋼管を中心軸回りに５ｒｐｍ以上で回転させながら、継目無鋼管の軸方向に０．５ｍ／ｍｉｎ以下の速度で移動させ、冷却装置にて上下方向より外表面を冷却させることを特徴とする。

本発明の第二の構成は、第一の構成において、前記継目無鋼管は、長さ（Ｌ）３ｍ以上、外径（Ｄ）７０ｍｍ以上で且つ外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が１０以上の長尺大径薄肉継目無鋼管であることを特徴とする。

本発明の製造方法は、回転ローラにより長尺大径薄肉継目無鋼管を回転させながら、長手方向に進行させて冷却水を上下方向より噴霧する冷却装置により、長尺大径薄肉継目無鋼管の曲がりを防止することができる。

本発明により、従来の熱処理方法では曲がりが大きくなる長尺の薄肉継目無鋼管についても、加熱後の冷却水による急冷により、曲がりを大幅に低減でき、寸法精度に優れた継目無鋼管を製造することができる。

また、この熱処理方法は、一度に大量に供給された長尺大径薄肉継目無鋼管を熱処理することができ、設備コストの上昇を招くことなく、さらに、曲がりに伴う工程即ち、矯正工程が不要になり、製造コストを大幅に削減することができる。

本発明の製造方法は、成形された長尺大径薄肉継目無鋼管は、高温に加熱された後、上下方向にほぼ等間隔で複数設けられたそれぞれの冷却ノズルから冷却水の噴射により、それぞれの冷却ノズルの配置された同一の位置で上下方向に均一に冷却されるために、冷却による継目無鋼管の円周方向の温度差がなくなり、変形及び曲がりが防止される結果、作業効率を著しく高めて高品質の継目無鋼管を製造することができる。

以下にこの発明の詳細を実施の一例を示す図１、図２、図３に基づいて説明する。図１は、熱処理工程の側面図である。図２は、継目無鋼管を回転させる状態の側面図、図３は、冷却ノズルで継目無鋼管を冷却させる状態の側面図である。図１、図２及び図３において、１は、継目無鋼管を長手方向に移動させる搬送ロール、２は継目無鋼管、３は搬送テーブル、４は加熱炉、５は冷却装置、６は継目無鋼管２の回転支持ロール、７は冷却ノズル。

本発明の長尺大径薄肉継目無鋼管をマンネスマン法により熱間加工して成形する。その後、冷間圧延（コールドビルガー圧延）にて所定の寸法（径、肉厚）に仕上げる。図１に示すとおり、全長５０ｍ、幅２ｍの熱処理炉の全長方向に平行に複数本の継目無鋼管２を搬送テーブル３に並べて配置し、搬送ロール１により搬送テーブル３を進行させ、加熱炉４で所定の温度まで加熱する。その際、図２に示すように、搬送テーブル３に配置された複数本の継目無鋼管２を搬送テーブル３の回転ロール６により回転させながら加熱することにより、加熱による偏熱がなくなり、加熱炉４内での曲がりを低減でき、また自重による変形も防止できる。継目無鋼管２は、回転ロール６により回転速度を５ｒｐｍで回転させながら図の左方の冷却装置５へ継目無鋼管２の軸方向に０．５ｍ／ｍｉｎ以下の一定の速度で移送される。移送速度を０．５ｍ／ｍｉｎ以下の速度にすることにより、冷却装置５を通過後の継目無鋼管２の温度が常温まで低下する。

移送速度が０．５ｍ／ｍｉｎの速度を越えると冷却水による冷却が不十分で継目無鋼管２は、冷却されない。回転速度を５ｒｐｍ以上にすることにより、継目無鋼管周方向での冷却による偏熱を低減することができる。回転速度が５ｒｐｍ以下であると、継目無鋼管周方向での冷却による偏熱が大きくなり、継目無鋼管２の曲がりが大きくなる。

加熱炉４を通過した後、図３に示すように回転ロール６により回転させながら、一定の速度で移送される継目無鋼管２は、径３０ｍｍの金属製円筒管に３０ｍｍの間隔に配置された径５ｍｍの冷却ノズル７を上下に設けた冷却装置５で、直ちに継目無鋼管２の上下方向から冷却ノズル７の冷却水が噴射され、所定の温度まで冷却されることにより、継目無鋼管２の周方向での冷却が均一となり、冷却時の真直度の劣化を防止することができる。

外径（Ｄ）９６．２ｍｍ、肉厚（ｔ）４．８ｍｍ（Ｄ／ｔ＝２０．０）、長さ（Ｌ）４．２ｍの軸受鋼であるＳＵＪ２からなる継目無鋼管を加熱炉にて７２０℃、０．８ｈ加熱し、回転速度５ｒｐｍで回転させながら、継目無鋼管の軸方向に０．５ｍ／ｍｉｎの速度で移動させ、冷却装置の上下方向から冷却水で冷却した。

（従来法１）
また、従来法として実施例１と同一材質及び同一寸法の継目無鋼管を用いて加熱炉にて７２０℃、０．８ｈ継目無鋼管を隙間なく並べ加熱し、回転を与えずに継目無鋼管の軸方向に０．６ｍ／ｍｉｎの速度で移動させ、冷却装置の上方向から冷却水で冷却した。

外径（Ｄ）７０．２ｍｍ、肉厚（ｔ）６．８ｍｍ（Ｄ／ｔ＝１０．３）、長さ（Ｌ）４．３ｍの構造用鋼であるＳＣｒ４２０からなる継目無鋼管を加熱炉にて６８０℃、１．２ｈ加熱し、回転速度５ｒｐｍで回転させながら、継目無鋼管の軸方向に０．５ｍ／ｍｉｎの速度で移動させ、冷却装置の上下方向から冷却水で冷却した。

（従来法２）
また、従来法として継目無鋼管を隙間なく並べ、回転を与えずに継目無鋼管の軸方向に０．６ｍ／ｍｉｎの速度で移動させ、冷却装置の上方向から冷却水で冷却した実施例３と同一材質及び同一寸法の継目無鋼管を用いて比較した。

外径（Ｄ）７５．５ｍｍ、肉厚（ｔ）１１．６ｍｍ（Ｄ／ｔ＝６．５）、長さ（Ｌ）４．１ｍの構造用鋼であるＳＵＪ２からなる継目無鋼管を加熱炉にて６８０℃、１．２ｈ加熱し、回転速度５ｒｐｍで回転させながら、継目無鋼管の軸方向に０．５ｍ／ｍｉｎの速度で移動させ、冷却装置の上下方向から冷却水で冷却した。

（従来法３）
また、従来法として継目無鋼管を隙間なく並べ、回転を与えずに継目無鋼管の軸方向に０．６ｍ／ｍｉｎの速度で移動させ、上方向から冷却水で冷却した実施例４と同一材質及び同一寸法の継目無鋼管を用いて比較した。

（比較例１）
外径（Ｄ）９６．２ｍｍ、肉厚（ｔ）４．８ｍｍ（Ｄ／ｔ＝２０．０）、長さ（Ｌ）４．２ｍの軸受鋼であるＳＵＪ２からなる継目無鋼管を加熱炉にて７２０℃、０．８ｈ加熱し、回転速度６ｒｐｍで回転させながら、継目無鋼管の軸方向に１．５ｍ／ｍｉｎの速度で移動させ、冷却装置の上下方向から冷却水で冷却した。

（比較例２）
外径（Ｄ）９６．２ｍｍ、肉厚（ｔ）４．８ｍｍ（Ｄ／ｔ＝２０．０）、長さ（Ｌ）４．２ｍの軸受鋼であるＳＵＪ２からなる継目無鋼管を加熱炉にて７２０℃、０．８ｈ加熱し、回転速度３ｒｐｍで回転させながら、継目無鋼管の軸方向に０．８ｍ／ｍｉｎの速度で移動させ、冷却装置の上下方向から冷却水で冷却した。

表１に、本発明の工程による継目無鋼管の真直度と、従来法である継目無鋼管を回転させずに上方向からの冷却による継目無鋼管の真直度と、比較例として移送速度を変化させた継目無鋼管の真直度を示した。なお、真直度は、鋼管長さ１ｍ当たりの平均曲がり量（ｍｍ／ｍ）で表わすものとする。

本発明の目的とする長尺大径薄肉継目無鋼管の真直度は、外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が１０〜１５の場合、真直度を２ｍｍ／ｍ以下に、また外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が１５〜２０の場合、真直度を３ｍｍ／ｍ以下に抑えることを目標とした。

表１において、本発明である継目無鋼管を回転速度５ｒｐｍで回転させながら、０．５ｍ／ｍｉｎの速度で移送させて上下方向から冷却する外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が２０である実施例１による真直度は、２．１ｍｍ／ｍで目標とする３ｍｍ／ｍより上回っていた。

また、外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が１０．３である実施例２は、１．７ｍｍ／ｍで目標とする２ｍｍ／ｍより上回っていた。

さらに、外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が６．５である実施例３は、１．２ｍｍ／ｍで目標とする２ｍｍ／ｍより上回っていた。

これらいずれの実施例は、目標とする真直度を上回っており、長手方向の曲がりに対して著しい効果があった。

従来法である継目無鋼管を回転させないで０．６ｍ／ｍｉｎの速度で移送させて上方向からの冷却水で冷却する外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が２０である従来法１による真直度は、４．２ｍｍ／ｍで目標とする２ｍｍ／ｍより大幅に曲がっていた。

また、外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が１０．３である従来法２は、４．２ｍｍ／ｍで目標とする３ｍｍ／ｍより曲がっていた。

さらに、外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が６．５である従来法３は、２．２ｍｍ／ｍで目標とする２ｍｍ／ｍより僅か曲がっていた。このことから、回転させないで上方向からの冷却水で冷却する方法は、長手方向の曲がりに対して効果がなかった。

比較例である継目無鋼管を回転速度６ｒｐｍで回転させながら、１．５ｍ／ｍｉｎの速度で移送させて上下方向からの冷却水で冷却する外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が２０である比較例１による真直度は、３．４ｍｍ／ｍで目標とする３ｍｍ／ｍより少し曲がっていた。

また、継目無鋼管を回転速度６ｒｐｍで回転させながら、０．８ｍ／ｍｉｎの速度で移送させて上下方向からの冷却水で冷却する外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が２０である比較例２は、４．３ｍｍ／ｍで目標とする３ｍｍ／ｍより大幅に曲がっていた。

従って、比較例では、移送速度を０．５ｍ／ｍｉｎの速度を越えて移送すると回転速度と同様に長手方向の曲がりに対して効果がなかった。

熱処理工程の側面図である。 継目無鋼管を回転させる状態の側面図である。 冷却水で継目無鋼管を冷却させる状態の側面図である。

符号の説明

１………搬送ロール
２………継目無鋼管
３………搬送テーブル
４………加熱炉
５………冷却装置
６………回転ロール
７………冷却ノズル

Claims (2)

1. マンネスマン法により製造された継目無鋼管を焼鈍する熱処理において、継目無鋼管を中心軸回りに５ｒｐｍ以上で回転させながら、継目無鋼管の軸方向に０．５ｍ／ｍｉｎ以下の速度で移動させ、冷却装置にて上下方向より外表面を冷却させることを特徴とする曲がりの少ない長尺大径薄肉継目無鋼管の製造方法。
2. 前記継目無鋼管は、長さ（Ｌ）３ｍ以上、外径（Ｄ）７０ｍｍ以上で且つ外径（Ｄ）、肉厚（ｔ）の比（Ｄ／ｔ）が１０以上の長尺大径薄肉継目無鋼管であることを特徴とする請求項１記載の曲がりの少ない長尺大径薄肉継目無鋼管の製造方法。
   

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