JPH07314014A - 継ぎ目無し鋼管の圧延設備及び圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内径精度を大幅に向上させる継ぎ目無し鋼管
の圧延設備及び圧延方法を提供する。 【構成】 加熱炉１にて所定温度に加熱された鋼片を穿
孔、圧延し所定の外径・肉厚を得る継ぎ目無し鋼管圧延
設備において、穿孔機２の次に又は、穿孔機２及び１な
いし複数の傾斜圧延機３の次に成形圧延機４を配置し、
その次に、熱間圧延段階での最終圧延機として圧延中に
バーを移動可能とするリテーナー装置６を有するマンド
レル圧延機５を配置したことを特徴とする継ぎ目無し鋼
管の圧延設備。継ぎ目無し鋼管の圧延設備に配置したマ
ンドレル圧延機５において熱間圧延での最終目標値とな
る外径、肉圧の管を仕上げる継ぎ目無し鋼管の圧延方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、継ぎ目無し鋼管を熱間
にて圧延する際に、管の製品寸法、特に管の内径精度を
大幅に向上させる圧延設備及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、継ぎ目無し鋼管の発注におい
て、需要者からは製品仕様として外径、肉厚が指定され
る。因に、ＪＩＳ規格における製品の寸法許容差は外径
及び肉厚については規定があるが、内径については明示
されていない。例えば、圧力配管用炭素鋼鋼管であり、
外径４０Ａ（４８．３ｍｍ）以下、肉厚４ｍｍ以上の場
合の寸法許容差は外径±０．５ｍｍ、肉厚＋１５％−１
２．５％と規定されている。ところが、近時、継ぎ目無
し鋼管の発注において、内径が指定され、内径について
も精度の高い製品が要求されることがある。その要求
は、例えば、内径許容差±１％ＩＤである。その理由
は、ラインパイプ用として使用される場合、継ぎ目無し
鋼管の接合部で段差があると、乱流現象によりその接合
部が腐蝕し、ラインパイプとして支障を招く等の事情に
よる。ここで、内径精度の高い継ぎ目無し鋼管を製造す
るという見地から、従来の継ぎ目無し鋼管の圧延方式、
圧延設備について考察することにする。

【０００３】従来、継ぎ目無し鋼管を製造するための代
表的な圧延設備は、例えば特開昭５７−１０３７１４号
公報につき、図８で示すように、加熱炉１０、穿孔機
（２ロールマンネスマン穿孔機）１１、仕上圧延機（マ
ンドレルバー拘束形多スタンド連続管圧延ミル）１２、
成形圧延機（サイザー）１３を基本とする。必要であれ
ば、仕上圧延機の前に傾斜延伸圧延機（図８の例では３
ロールマンドレルエロンゲータ１４）、また成形圧延機
の前に再加熱炉を配置する。継ぎ目無し鋼管の製造設備
における仕上圧延機と成形圧延機についてみると、小径
管を製造する場合は、仕上圧延機としてマンドレルミル
（マンドレル圧延機）、成形圧延機としてストレッチレ
デューサーを用い、そして中径管を製造する場合は、仕
上圧延機としてプラグミル及びリーラー、成形圧延機と
してサイザーを用いるのが一般的である。又、仕上圧延
機として、アッセルミル、ディッシャーミル等を使用す
る場合であってもその次に、サイザー、又はストレッチ
レデュサー等の成形圧延機を配している。即ち、どのよ
うな型式の仕上圧延機であろうと、その次に、成形圧延
機を配置することにより、仕上圧延機において内・外面
を拘束して圧下する圧延によりほぼ所要の肉厚を決定し
た後、最終熱間圧延機として配置された成形圧延機にお
いて管の外面を拘束し、圧下を加えることにより最終目
標とする外径・肉厚の管を得ているのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この成形圧延
機は複数個のロールを有するスタンド列により構成さ
れ、管の外面はロールにより拘束されるため外径の精度
は良好に成形できるが、内面の変形は自由であり、外面
のロールから管に与えられる圧力は、管の断面の円周に
沿っての位置により異なるため内径の精度を良好に製造
できないという欠点を有している。その例として、例え
ば日本鉄鋼協会編による鉄鋼便覧Ｐ．１０４６、１０４
７には、３ロールでの成形における六角形の内面角張り
が述べられている。経験によれば、２ロールの場合は、
内面の角張りは、四角形になる。このような状況から、
従来の圧延方式、圧延機列によっては外径・肉厚につい
てはＪＩＳ規格を充足しても、内径精度は±３％ＩＤ程
度であり、上述したように製品の内径許容差±１％ＩＤ
と指定された場合の製品の寸法許容差をとても有利かつ
確実に充足することは困難である。従来の継ぎ目無し鋼
管の圧延方式、圧延設備のままによって内径精度の高い
継ぎ目無し鋼管を製造することはできず、上述した問題
点がある。

【０００５】そこで、従来製品の内径精度の劣化が成形
圧延機での管内面の無拘束な圧延に原因があるので、仕
上圧延機の次に配置されている成形圧延機を、圧延機列
から排除し、仕上圧延機の次にそれを配置しない圧延設
備、すなわち仕上圧延機をもって最終の圧延機としたら
ということが考えられるが、この場合、以下に示す２つ
の点での問題がある。

【０００６】第１の点は、ビレットのサイズ集約に関す
ることであり、種々の外径サイズの造り込みを有利にで
きなくなるということである。継ぎ目無し鋼管製造設備
において、仕上圧延機の次に、複数のスタンドから成る
成形圧延機を必要としている最大の理由は、多種の製品
サイズに有利に対処するためである。一般に、継ぎ目無
し鋼管の熱間圧延において製造される外径サイズは、例
えば１９０ｍｍから４２０ｍｍと広範囲でありかつその
範囲の中におけるサイズの種類も２０種類以上に及ぶこ
とも多い。勿論、その外径サイズに応じたビレットサイ
ズにより穿孔圧延を行い、多種の圧延サイズを製造する
ことも可能であるが、それでは使用する工具の数が膨大
となり、工具交換が頻発するため、作業可能な時間の内
実作業に供することのできる時間が短縮され、効率的な
方法とはなりえない。現実には成形圧延機を設置し、多
くとも４種類程度の限られたビレットサイズで管を製造
する方法により、仕上圧延機まではビレットサイズに対
応した４種類程度の外径サイズとし、その次に設置され
た成形圧延機の使用スタンド数を変えることにより、短
時間の作業停止で製造外径を変更できるようにしてい
る。図３に示した、従来法による外径変化の例では、例
えば、３７０ｍｍから４２０ｍｍまでの外径は、３２０
ｍｍ×３２０ｍｍ（辺長３２０の角ビレット）という１
サイズのビレットで製造でき、３７０ｍｍを製造する場
合、成形圧延機で使用するスタンド数は設備上最大配置
可能である１２スタンド、４２０ｍｍの場合は、４スタ
ンドと変化させている。即ち、成形圧延機においては、
設備上最大配置可能なスタンド数以下のスタンドを使用
することにより種々のサイズを成形しているのである。
このスタンド数の入れ替えに要する時間は高々５分程度
であるため、短時間の作業停止で、限られたビレットサ
イズから多くのサイズの管外径を有利に製造できるので
ある。成形圧延機を、仕上圧延機の次に配置しないとす
ると、かかる有利性は失われることになる。

【０００７】第２の点は、仕上圧延機の次に成形圧延機
を配置せず、仕上圧延機により製品寸法を完成すること
になる場合の問題である。まず、仕上圧延機が代表的な
プラグミル法である場合である。プラグミル法において
は、プラグミルの後に傾斜圧延機であるリーラーが必要
である。傾斜圧延機の場合、圧延の原理上肉厚精度は所
望の値であっても、外径精度は、一般的なユーザーの要
求である±１．０％ＯＤには程遠く±３〜５％ＯＤとな
ってしまう。傾斜圧延機を用いる仕上圧延法である、ア
ッセルミル法やディッシャーミル法においても同様であ
り、外径精度をユーザー要求の範囲内に製造することは
困難である。従って、仕上圧延機の次にはやはり成形圧
延機が必要ということになる。

【０００８】次に、仕上圧延機がマンドレル圧延機であ
る場合である。マンドレルミル法においては、バーの操
作方法が３通りあることが当業界においては、よく知ら
れている。即ち（１）バーの速度制御を一切行わないフ
ルフロート方式、（２）バーを圧延終了間近まで制御し
最終的にはバーを開放するセミフロート方式、（３）圧
延最後まで制御するリトラクト方式である。それらのい
ずれの場合においても、バーは圧延方向に進行し、圧延
終了後にバーを管から引き抜く作業を必要としている。
そして、管からのバーの引き抜きのため、（１）のフル
フロート及び（２）のセミフロート方式においては、図
９に示すように、肉厚を決定する最終スタンドのロール
１５のフランジ部１６が、バー１７と接触せず張り出し
た形状に造り込まれ、その部位を次のスタンドで圧下
し、ラウンドアップすることにより全断面に渡りバーと
管との間に空隙を与えている。その際、肉厚を決定する
最終スタンドにおける肉厚決定部とフランジ部の境界近
傍（図９のｃ印）が、次のスタンドでラウンドアップさ
れる際に明確な増肉を示すことが知られている。これ
は、図１０に示すような断面内で４箇所、しかも対向し
た位置に発生し、０．５ｍｍ程度の増肉量（符号１８）
となり、内径精度を著しく悪化させている。従って、た
とえラウンドアップにより外径精度が良好にできたとし
ても、内径精度の良い管を得たいという目標に、明らか
に相違している。又、（３）のリトラクト方式において
は、管に外面からの圧下を加えることにより、マンドレ
ル圧延機における圧延が終了した後、管の圧延出側方向
への送り速度をバーの送り速度より速く制御し、管から
バーを引き抜くため、圧延パスライン上圧延出側に成形
圧延機（エキストラクター）を必要としている。このエ
キストラクターは、スタンド数が３程度であり、内径精
度の悪化は、通常の成形圧延機に比べ小さいものの、特
に肉厚と外径の比（肉厚／外径）が１５％を超える場合
等は、３程度のスタンド数であっても内面の角張りは顕
著となり、内径精度は良好とはいえない。

【０００９】上述したように、熱間圧延において内径精
度の良好な継ぎ目無し鋼管を製造する方法、設備はな
く、結局熱間圧延の後、外面をダイスで、内面をプラグ
で拘束された冷間引き抜き等の方法にたよらざるを得
ず、製造コストは大幅に上昇することになる。本発明
は、かかる現状に基づき、冷間引き抜き等の工程を付加
しなくても、内径精度の良好な継ぎ目無し鋼管を有利に
製造しうる、継ぎ目無し鋼管の圧延設備及び圧延方法を
提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における継ぎ目無し鋼管の圧延設備は、加熱
炉にて所定温度に加熱された鋼片を穿孔、圧延し所定の
外径・肉厚を得る継ぎ目無し鋼管圧延設備において、穿
孔機の次に又は、穿孔機及び１ないし複数の傾斜圧延機
の次に成形圧延機を配置し、その次に、熱間圧延段階の
最終圧延機として圧延中にバーを移動可能とするリテー
ナー装置を有するマンドレル圧延機を配置したことによ
り構成される。ここで、本発明における成形圧延機は、
サイザー、又はストレッチレデュサーである。かかる成
形圧延機を仕上圧延機であるマンドレル圧延機の前に配
置したことにより、仕上圧延機の次に従来のごとく成形
圧延機を配置しなくとも、種々の外径サイズのものを有
利に圧延できる。仕上圧延機の前に配置する成形圧延機
のスタンド数は、多くの外径サイズを製造しうるに足る
ものでなければならないため、従来技術の設備の中で配
置されうる成形圧延機のスタンド数と同等以上であるこ
とが好ましい。ところで、先に述べたように成形圧延機
は設備上最大配置可能なスタンド数以下のスタンドを使
用することにより種々のサイズを成形する圧延機であ
る。従って、設備上、成形圧延機のスタンド数と言え
ば、この最大配置可能なスタンド数を指している。因
に、日本鉄鋼協会編による鉄鋼便覧Ｐ．１０３８−表１
１・１０５でサイザーのスタンド数が７とあるのは、最
大７スタンド配置可能であって、実際の使用においては
７以下のスタンド数の配置が可能であることを意味して
いる。さて、前掲の鉄鋼便覧Ｐ．１０３８−表１１．１
０５によれば、サイザーのスタンド数は、７スタンドが
代表的であること及び近年になっても、熱間圧延におけ
る最終の外径を得る成形圧延機として用いられるサイザ
ーにおいて、配置するスタンド数として７以下は採用さ
れていないことを考えあわせれば、圧延品種・サイズ、
ビレット集約等の観点から、仕上圧延機前に配置する成
形圧延機は７以上のスタンド数とすることが好ましい。
しかし、実際の使用スタンド数は７より少ない場合のあ
ることは、上述のとおりである。また、最大スタンド数
は、サイザーよりスタンド数の大きいストレッチレデュ
サーを考慮すると、２４のスタンド数とすればよい。ま
た、傾斜圧延機のスタンド数は、通常１〜２である。

【００１１】次に、本発明における継ぎ目無し鋼管の圧
延方法は、上記の継ぎ目無し鋼管圧延設備を用いる継ぎ
目無し鋼管の圧延方法であって、穿孔、又は、穿孔及び
圧延された管を、成形圧延機で成形圧延し、管の内面に
バーを挿入した後に、熱間圧延段階での最終目標値とな
る外径、肉厚の管を、マンドレル圧延機による仕上圧延
で得ることにより構成される。本発明でマンドレル圧延
機は、成形圧延機の次に配置されるから、熱間圧延の最
終段階において目標とする外径及び肉厚を、マンドレル
圧延機で決定する圧延方法が可能となると同時に、バー
の存在により内面が自由変形でない圧延機が最終圧延機
となるから、内径精度についても大幅に向上するのであ
る。即ち、熱間圧延段階の最終圧延機であるマンドレル
圧延機により、継ぎ目無し鋼管の発注において内径許容
差が狭い場合の製品寸法に仕上げることができる。マン
ドレル圧延機は、２〜８スタンドで構成され、各スタン
ドには、複数個のロールが組み込まれている。そして、
圧延素管は、内面に挿入されたバーと、スタンドに組み
込まれたロールとの間に肉厚を減少される。この圧延素
材に挿入されるバーには、予め黒鉛を主体とした潤滑剤
が塗布されており、強固な膜が形成され、圧延後の管内
面の品質は良好となる。

【００１２】また、本発明の継ぎ目無し鋼管の圧延方法
は、上記の継ぎ目無し鋼管の圧延方法において、マンド
レル圧延機における管圧延開始時点で、マンドレル圧延
機の圧延素材に挿入されているバーの先端を、マンドレ
ル圧延機の最終スタンドより出側に臨ませ、マンドレル
圧延機における圧延中にバーを圧延方向と逆方向に動か
すことにより、マンドレル圧延機においてバーを挿入し
た管の最終スタンドでの圧延終了とともにロール及びバ
ーから管を尻抜けさせることにより構成される。発明者
は、圧延後の管からバーを引き抜かなくても良いマンド
レルミル法はないか模索した結果、圧延中バーを圧延方
向と逆方向に移動させれば可能であるという知見を得る
にに至ったのである。従来、マンドレル圧延機において
は、圧延中バーが圧延方向と同方向に前進することによ
り、圧延材料の全長にわたって、新鮮な潤滑剤が塗布さ
れているバーの部位で圧延されることを可能とし、圧延
後の管内面の品質の維持を図っている。発明者は、新鮮
な潤滑剤を供給するために、バーを前進させるのでな
く、バーの先端方向とは逆方向に後退させることとし、
圧延する際のロール速度に応じたバーの後退速度を選定
することにより、バーの先端部は圧延終了時に最終スタ
ンドのロールの中心線に位置して圧延に関与するが、圧
延終了後には管の後端の中に残らず、マンドレル圧延機
の圧延力とバーの動作とにより管を尻抜けさせる。従
来、圧延後の管からのバー引き抜きが内径の精度劣化の
原因となっていたが、その原因を根本的に解消した。成
形圧延機の次に配置する仕上圧延機には、管後端の圧延
速度、尻抜速度に対応して圧延中バーの後退速度を制御
するリテーナー装置が必要となる。

【００１３】

【作用】本発明においては、加熱炉にて所定温度に加熱
された鋼片を穿孔、圧延し所定の外径・肉厚を得る継ぎ
目無し鋼管圧延設備において、穿孔機の次に又は、穿孔
機及び１ないし複数の傾斜圧延機の次に成形圧延機を配
置し、その次に、熱間圧延段階の最終圧延機として圧延
中にバーを移動可能とするリテーナー装置を有するマン
ドレル圧延機を配置したことにより、穿孔、又は、穿孔
及び圧延された管が、成形圧延機で成形圧延され、成形
圧延後にバーを挿入された管が、熱間圧延段階での最終
目標値となる内・外径、肉厚の管に、マンドレル圧延機
により仕上圧延される。また、マンドレル圧延機におけ
る管圧延開始時点で、マンドレル圧延機の圧延素材に挿
入されているバーの先端を、マンドレル圧延機の最終ス
タンドより出側に臨ませ、マンドレル圧延機における圧
延中にバーを圧延方向と逆方向に動かすことにより、マ
ンドレル圧延機においてバーを挿入した管の最終スタン
ドでの圧延終了とともにロール及びバーから管を尻抜け
される。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して以下説明す
る。図１は本発明の継ぎ目無し鋼管の圧延設備の配置の
例を示す。圧延素材はウォーキングビーム方式の加熱炉
１において加熱され、プレスロールピアサーの穿孔機２
において穿孔され、マンネスマンタイプの傾斜延伸圧延
機（エロンゲーター）３で圧延され、スタンド数１０の
３ロールのサイザー４により成形され、次いで、リテー
ナー設備６を備える２基のスタンド（スタンド間隔が１
ｍ）で３ロールのマンドレル圧延機５で最終熱間圧延さ
れ、指定の内・外径、肉厚の製品に仕上げられた管が冷
却床７に送られる。図２は、図１の各圧延機出側での外
径変化の状況を示している。対比のために、図３に従来
法により圧延した場合の、各圧延機出側での外径変化を
示している。本発明においても、従来法と同じビレット
サイズが使用でき、エロンゲーターまで全く同様の外径
変化である。製品外径が変わる場合、サイザーと共にマ
ンドレル圧延機のスタンドも交換する必要があるが、マ
ンドレル圧延機は、３ロールで構成されており、サイザ
ーのスタンドを交換する時間と同様、短時間でのスタン
ド交換が可能である。

【００１５】次に、マンドレル圧延機の最終スタンドで
のバーの動きを模式的に示す。図４は、本発明の技術で
あるバーを後退（圧延方向と逆方向）させた場合であ
る。ここで、マンドレル圧延機は２スタンドからなる。
図４（イ）において、圧延開始時に第２スタンド出側に
バー９を突出させて位置させ、管８圧延とともにバー９
を後退させ、第２スタンドにおける圧延終了時には、図
４（ロ）に示すように、バー９先端が第２スタンドのロ
ール中心にあるようにする。かかるバー９の動作と圧延
機のロールの駆動により、管８は尻抜けを行う。図５は
図４に対応する従来技術の場合を示すが、圧延中にバー
９は前進させ、第２スタンドでの圧延終了時においてバ
ー９は管８に挿入された状態にある。

【００１６】ここで、具体的な圧延条件を示して管の尻
抜けについて、さらに説明する。表１は各圧延設備出側
における外径、肉厚、長さの寸法を例示し、マンドレル
圧延機出側における内・外径、肉厚は継ぎ目無し鋼管の
製品としての指定寸法を例示する。表２はマンドレル圧
延機での圧延条件を示す。

【００１７】

【表１】 （注）マンドレル圧延機での目標の内径寸法は製品の指
定寸法である１９５．４ｍｍφである。

【００１８】

【表２】 注）バー突き出し長さは、圧延開始時点での圧延材料先
端からバー先端までの長さ。 さて、表１に例示した管サイズを表２に示した圧延条件
で圧延したところ、本発明の方法によると、圧延開始時
点でのバーの先端は、第２スタンド約６．０ｍ出側にあ
り、圧延終了時点でのバーを停止させたところ管は圧延
中の惰性及び出側ローラーテーブルにより搬送され完全
に管から抜かれていた。勿論圧延中は、圧延材の全長に
おいてバーとロールで圧延される状態となっており、圧
延中バーの引き抜きを行わなくとも、バーの引き抜きが
不要となるマンドレル圧延が実現できた。一方、従来法
では圧延後の管にバーが約５．８ｍ残り、別途管からの
バーの引き抜きが必要である。本発明を適用した場合の
効果として、本発明による内径精度を図６に、従来技術
による管の内径精度を図７に、示している。本発明によ
れば±０．５％ＩＤを達成しており飛躍的な向上が実現
できており、継ぎ目無し鋼管の厳しい指定寸法許容差に
対応できるものである。（従来技術では±３．０％ＩＤ
でる。）また、外径精度は十分±１．０％ＯＤ以内であ
り、内径精度が向上したために肉厚精度は±３．５％を
達成しており、内径精度と合わせて肉厚精度も飛躍的に
向上した。

【００１９】

【発明の効果】本発明により、冷間引き抜き等の付加的
な工程を必要とせず、熱間圧延において、従来に比べ飛
躍的に内径精度の向上した継ぎ目無し鋼管を有利に製造
することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の継ぎ目無し鋼管の圧延設備の配置の例
を示す図である。

【図２】本発明による各圧延設備出側における外径変化
の例を示す。

【図３】従来法による各圧延設備出側における外径変化
の例を示す。

【図４】本発明におけるマンドレル圧延機のバーの動き
を示す図である。

【図５】従来法におけるマンドレル圧延機のバーの動き
を示す図である。

【図６】本発明による管の内径精度を示す図である。

【図７】従来法による管の内径精度を示す図である。

【図８】従来の技術を示す図である。

【図９】マンドレル圧延機の最終肉厚決定スタンドにお
ける圧延材の断面の変形状態を示す説明図である。

【図１０】ラウンドアップ機能を有するマンドレル圧延
機出側の圧延材の断面の断面形状を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 加熱炉 ２ 穿孔機 ３ 傾斜延伸圧延機 ４ 成形圧延機 ５ マンドレル圧延機 ６ リテーナー設備 ７ 冷却床 ８ 管 ９ バー １０ 加熱炉 １１ 穿孔機 １２ 仕上圧延機 １３ 成形圧延機 １４ ３ロールマンドレルエロンゲータ １５ ロール １６ フランジ部 １７ バー １８ 増肉量

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱炉にて所定温度に加熱された鋼片を
   穿孔、圧延し所定の外径・肉厚を得る継ぎ目無し鋼管圧
   延設備において、穿孔機の次に又は、穿孔機及び１ない
   し複数の傾斜圧延機の次に成形圧延機を配置し、その次
   に、熱間圧延段階での最終圧延機として圧延中にバーを
   移動可能とするリテーナー装置を有するマンドレル圧延
   機を配置したことを特徴とする継ぎ目無し鋼管の圧延設
   備。
2. 【請求項２】 成形圧延機のスタンド数を７〜２４とす
   る請求項１記載の継ぎ目無し鋼管の圧延設備。
3. 【請求項３】 請求項１、又は請求項２に記載の継ぎ目
   無し鋼管圧延設備を用いる継ぎ目無し鋼管の圧延方法に
   おいて、穿孔、又は、穿孔及び圧延された管を、成形圧
   延機で成形圧延し、管の内面にバーを挿入した後に、熱
   間圧延段階での最終目標値となる外径、肉厚の管を、マ
   ンドレル圧延機による仕上圧延で得ることを特徴とする
   継ぎ目無し鋼管の圧延方法。
4. 【請求項４】 マンドレル圧延機における管圧延開始時
   点で、マンドレル圧延機の圧延素材に挿入されているバ
   ーの先端を、マンドレル圧延機の最終スタンドより出側
   に臨ませてあり、マンドレル圧延機における圧延中にバ
   ーを圧延方向と逆方向に動かすことにより、マンドレル
   圧延機においてバーを挿入した管の最終スタンドでの圧
   延終了とともにロール及びバーから管を尻抜けさせる請
   求項３記載の継ぎ目無し鋼管の圧延方法。