JP6098773B2 - 鋼管の焼入れ方法、鋼管の焼入れ装置、鋼管の製造方法および鋼管の製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、加熱された鋼管を急冷して焼入れを行なう、鋼管の焼入れ方法、鋼管の焼入れ装置、鋼管の製造方法および鋼管の製造設備に関する。

従来から鋼管（たとえば継目無鋼管、電縫鋼管等）は種々の用途に使用されており、その用途に応じて、満足すべき特性（たとえば強度、靭性等）が規定されている。そして、鋼管の製造ラインには焼入れ装置が併設されており、用途に応じて所定の特性を有する鋼管を得るために、鋼管を製造した後に、あるいは鋼管を製造する過程で、焼入れを行なっている。

たとえば継目無鋼管の製造ラインでは、熱間で穿孔圧延を行ない、さらに未再結晶温度域で延伸圧延を行なうことによって結晶粒を細粒化して靭性を向上し、引き続き延伸圧延が終了した後に、高温の継目無鋼管を直ちに急冷して焼入れ（以下、直接焼入れという）を行なう技術が開発されている。また、製造ラインから排出された高温の継目無鋼管を常温に冷却した後に、加熱炉で再び加熱して焼入れを行なう技術も開発されている。

電縫鋼管については、製造ラインから排出された常温の電縫鋼管を加熱炉で加熱して焼入れを行なっている。

このように様々な焼入れ技術が実用化されているが、いずれも焼入れを行なった後、所定の特性（すなわち強度、靭性等）を得るために、焼戻しを行なっている。

しかしながら、焼入れ前の鋼管の温度が均一であっても、焼入れにおいて鋼管が均一に急冷されず、温度ムラが発生すると、均一な特性を有する鋼管は得られない。焼入れによって特性のバラツキが生じた鋼管は、その後、焼戻しを行なっても、そのバラツキを解消するのは困難である。

そこで鋼管の焼入れを行なうにあたって、高温の鋼管を均一に急冷する技術が検討されている。

たとえば特許文献１には、加熱した鋼管を水中に浸漬させた状態で、鋼管の管軸に平行な方向（鋼管の長手方向）に水流を発生させることによって、鋼管の長手方向に均一な急冷を可能とする技術が開示されている。しかしこの技術は、急冷が終了した鋼管を水中から取り出して、鋼管内部の水を排出する必要がある。つまり急冷が終了した後に、その鋼管を次工程に送給するまでに長時間を要し、排出している間の鋼管内部の水で冷却されてしまうので、次工程の操業に関連して規定される所定の範囲に制御するのは困難である。また、鋼管を把持して水中の所定の位置に浸漬させるための機器（たとえばアーム等）を設置せざるを得ず、焼入れ装置の構成が複雑になるのは避けられない。しかも、鋼管の長手方向に均一な急冷を達成するためには、高速の水流を発生させる必要があるので、設備コストが増大する。

特許文献２には、加熱した鋼管を回転させながら外面と内面を冷却水で急冷することによって、鋼管の円周方向に均一な急冷を可能とする技術が開示されている。しかしこの技術は、鋼管を水中に浸漬させないので、図４に示すように、鋼管１の内面上部が冷却水２と接触し難くなり、鋼管１の円周方向の温度むらが発生し、その結果、品質のバラツキが生じる。また図５に示すように、鋼管１のスプレーノズル３側の端部は、内面上部のみならず内面下部も冷却水２と接触しないので、鋼管１の長手方向の温度むらが発生し、その結果、品質のバラツキが生じる。

特許文献３には、加熱した鋼管の外面を急冷するために、鋼管の円周方向に複数個のスプレーノズルを配置して、鋼管の外面に冷媒を噴射することによって、鋼管の円周方向に均一な急冷を可能とする技術が開示されている。しかしこの技術は、図６に示すように、冷媒を噴射する複数個のスプレーノズル３が同一円周上に配置されるので、リング状の高温部と低温部が交互に発生する。

また、この特許文献３に開示された技術は、鋼管１を長手方向に移動させながら急冷することも可能であるとされているが、鋼管１の温度を大幅に低下させる場合は、鋼管１の搬送速度を減速する、あるいは、ヘッダ４を鋼管１の長手方向に延長させ、それに伴って搬送手段（図示せず）も延伸させることによって、冷却に要する時間を確保する必要がある。ところが、鋼管１の搬送速度を低下すると、鋼管１の進行方向の尾端部が長時間にわたって放熱されて、急冷を開始する温度（以下、冷却開始温度という）の規定値を下回る状態になった後に冷媒を噴射することになり、その結果、品質のバラツキが生じる。一方で、ヘッダ４を延長すると、設備コストが増大する。

特許文献４には、加熱した鋼管の外面を冷却するために、螺旋状のヘッダに多数のスプレーノズルを設けて、鋼管の外面に冷却水を噴射することによって、鋼管の長手方向に均一な急冷を可能とする技術が開示されている。しかしこの技術は、図７に示すように、冷却水を噴射する領域が限られるので、鋼管１の温度むらが発生し、その結果、品質のバラツキが生じる。冷却水を噴射する領域を拡げるために螺旋状のヘッダ４のピッチを短くしても、鋼管１の外面に噴射した冷却水の円滑な排出が困難になるので、やはり温度むらが発生し、その結果、品質のバラツキが生じる。

特許第５０７１５３７号公報 特許第３６２４６８０号公報 特開２００５−２９８８６１号公報 特開昭５４−１８４１１号公報

本発明は、従来の技術の問題点を解消し、簡便な手段で、鋼管の長手方向および円周方向に均一な急冷を行ない、良好かつ均一な品質の鋼管を得ることができる、鋼管の焼入れ方法、鋼管の焼入れ装置、鋼管の製造方法および鋼管の製造設備を提供することを目的とする。

本発明者らは、スプレーノズルから鋼管の外面に冷却水を噴射して、鋼管の長手方向および円周方向に均一な急冷を行なう技術について検討した。そして、スプレーノズルを適正に配列し、かつ管軸を中心として鋼管を回転させながら冷却水を噴射すれば、鋼管を均一に急冷できることが分かった。

本発明は、その知見に基づいてなされたものである。

すなわち本発明は、加熱された鋼管の管軸に平行な方向および垂直な方向への鋼管の移動を停止し、管軸を中心として鋼管を回転させながら、鋼管の外側に螺旋状に等間隔で配列した４個以上のスプレーノズルから冷却水を鋼管の外面に噴射する鋼管の焼入れ方法である。この焼入れ方法において、スプレーノズルは６個以上であることが好ましい。

本発明の焼入れ方法においては、スプレーノズルの螺旋状の配列を２列以上とすることが好ましい。すなわち、互いに重ならない２つの螺旋を設けることが好ましい。さらに、鋼管が回転速度５回／分以上かつ３００回／分以下で回転することが好ましい。さらに、鋼管の管軸に垂直な面内で、管軸に対して互いに反対側に位置させたスプレーノズルから冷却水を鋼管の外面に噴射することが好ましい。

また本発明は、加熱された鋼管の管軸を中心として鋼管を回転させる２個以上の回転ロールと、回転ロールによって回転する鋼管の外側に螺旋状に等間隔で配列されて冷却水を噴射する６個以上のスプレーノズルと、スプレーノズルに冷却水を供給する２個以上のヘッダと、を有する鋼管の焼入れ装置である。

本発明の焼入れ装置においては、ヘッダが管軸に平行に配設され、かつヘッダにスプレーノズルが等ピッチＰ_ＳＮ（ｍｍ）で取付けられることが好ましい。すなわち、管軸方向に伸びる複数のヘッダが鋼管の外側に等間隔で配されており、螺旋状に配されたスプレーノズルのうち、管軸に平行な方向に隣接するスプレーノズルは、同一のヘッダに取り付けられていることが好ましい。また、鋼管の管軸に垂直な断面として見た場合にスプレーノズルをｎ個（ｎ方向）配置する場合において、スプレーノズルを配置する螺旋の列数はｎより小さいことが好ましい。ｎと同じ場合には、図６のようにスプレーノズルが同一円周上に配置されるので、リング状の高温部と低温部が交互に発生してしまう。なお、螺旋の最小の列数は１である。さらに、回転ロールが鋼管の管軸に平行な方向に等ピッチＰ_ＲＬ（ｍｍ）でスプレーノズルの間に配設され、かつＰ_ＲＬ値が任意の整数Ｎに対してＰ_ＲＬ＝Ｎ×Ｐ_ＳＮを満足することが好ましい。さらに、前記スプレーノズルの螺旋状の配列を２列以上とすることが好ましい。さらに、鋼管の管軸に垂直な面内で、前記スプレーノズルが前記管軸に対して互いに反対側に配置されていることが好ましい。

また、本発明は、上記の焼入れ方法により鋼管を焼入れる工程を含む鋼管の製造方法である。

また、本発明は、上記の焼入れ装置を備えた鋼管の製造設備である。

本発明によれば、簡便な手段で、鋼管の長手方向および円周方向に均一な急冷を行ない、良好かつ均一な品質の鋼管を得ることができるので、産業上格段の効果を奏する。

図１は、本発明に係る焼入れ装置のスプレーノズルの配置の例を模式的に示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。なお、側面図においては、鋼管の上下に位置するヘッダおよびノズルのみ表示し、他のヘッダおよびノズルは図示を省略してある。 図２は、本発明に係る焼入れ装置のスプレーノズルの配置の例を模式的に示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。なお、側面図においては、鋼管の上下に位置するヘッダおよびノズルのみ表示し、他のヘッダおよびノズルは図示を省略してある。 図３は、図２に示す焼入れ装置にて鋼管を回転させる例を模式的に示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。なお、側面図においては、鋼管の上下に位置するヘッダおよびノズルのみ表示し、他のヘッダおよびノズルは図示を省略してある。 図４は、鋼管の内部を流通する冷却水の従来の例を模式的に示す断面図である。 図５は、鋼管の内部を流通する冷却水の従来の例を模式的に示す断面図である。 図６は、鋼管の外面に冷却水を噴射する従来の例を模式的に示す側面図である。なお、側面図においては、鋼管の上下に位置するヘッダおよびノズルのみ表示し、他のヘッダおよびノズルは図示を省略してある。 図７は、鋼管の外面に冷却水を噴射する従来の例を模式的に示す側面図である。 図８は、鋼管の外面に冷却水を噴射する従来の例を模式的に示す側面図である。 図９は、継目無鋼管を製造する場合の設備構成の例を模式的に示す図である。 図１０は、電縫鋼管を製造する場合の設備構成の例を模式的に示す図である。

本発明において鋼管は特に限定されず、鋼管には、例えば、継目無鋼管、電縫鋼管、ＵＯＥ鋼管等がある。

図１は、本発明に係る鋼管の焼入れ装置についてスプレーノズルの配置例を模式的に示す図であり、（ａ）は管軸に垂直な断面図、（ｂ）は管軸に平行な側面図である。この例は、鋼管１の管軸に垂直な断面として見た場合にスプレーノズル３を４５°の等間隔で、鋼管１の外側に配置する例である（図１（ａ）参照）。そして、それらのスプレーノズル３は、１列の螺旋状に配列されている（図１（ｂ）参照）。したがってスプレーノズル３の総数は、８個以上である。図１〜３の（ｂ）では、螺旋状の配列を簡便に説明するため、鋼管の長手方向において一部のノズル３およびヘッダ２を図示している。

スプレーノズル３は、その噴射口径よりも広い範囲に冷却水２を噴射できるものを使用し、かつ冷却水２の噴射領域が螺旋状に互いに重複するように配列することが好ましい（図１（ａ）参照）。その理由は、円錐状（本発明では略円錐状をも含む）に噴射される冷却水２を螺旋状に互いに重複させれば、十分な冷却速度を確保できるとともに、さらに鋼管１を回転させることによって、均一に急冷することが可能となるからである。

スプレーノズル３は、その噴射口の中心軸が、鋼管１の管軸に対して垂直に交差するように配置することが好ましい。その理由は、冷却水２を鋼管１の接線方向（図８参照）、あるいは斜め方向（図示せず）に噴射すると、冷却効率が低下して、十分な冷却速度を確保し難くなるおそれがあるからである。

既に説明した通り、スプレーノズル３は、鋼管の外側に螺旋状に等間隔で配置する。したがって、複数のスプレーノズル３が管軸に平行な方向に配列される（図１（ｂ）参照）。スプレーノズル３を螺旋状に配置することで、鋼管１の周方向における冷却バラツキが小さくなる。この周方向における冷却バラツキに起因する鋼管１の反りが周方向に分散されるため、全長にわたる反りを低減することが可能となる。それらのスプレーノズル３に冷却水２を供給するためのヘッダ４は、略直管状のものを管軸に平行に配設することが好ましい。その理由は、ヘッダ４を螺旋状に配設すると、ヘッダ４内を流れる冷却水２の抵抗が増大して、スプレーノズル３から噴射される冷却水２の圧力や流量が変動するからである。ヘッダ４を略直管状として管軸に平行に配設すれば、リング状や螺旋状のヘッダを作製する必要がないため、設置コストも低く抑えることが可能となる。また、スプレーノズル３は管軸と平行な方向に等間隔で配置することになり、鋼管長手方向に対して均一に急冷することが可能となる。また、スプレーノズル３の長手方向ピッチを短くした場合でも、ヘッダ４をリング状や螺旋状に配置する場合と比較して、それぞれのヘッダ４の隙間を確保することが可能であり、これにより冷却した後の水が下方に落下し、周方向の冷却の均一性がより向上する。

このようにして、鋼管１を所定の位置で、管軸に平行な方向および垂直な方向への移動を停止し、管軸を中心にして回転させながら急冷することが可能となる。その結果、鋼管１を全長同時に冷却することが可能となる。また、過剰な長さのヘッダや搬送手段を設置する必要がなくなり、簡便な手段で、鋼管１の長手方向および円周方向に均一な急冷を行なうことができる。なお、本発明において、「鋼管を所定の位置で、管軸に平行な方向および垂直な方向への移動を停止し」とは、鋼管を急冷するときに、鋼管を管軸方向や垂直な方向に積極的に動かすことはしない、ということを意味する。管軸を中心として鋼管を回転することにより発生する鋼管の振動や、この振動に起因して発生しうる、管軸方向や垂直な方向への鋼管の不可避的で意図せぬ移動は、「鋼管を所定の位置で、管軸に平行な方向および垂直な方向への移動を停止し」という状態に含まれるものである。

鋼管１の回転速度が小さ過ぎると、鋼管の周方向の温度むらを解消するのが困難になるおそれがある。一方、回転速度が大き過ぎると、鋼管１が焼入れ装置から飛び出すおそれがある。したがって、鋼管１の回転速度は５回／分以上かつ３００回／分以下が好ましい。鋼管の周方向の温度むらを抑制する観点からは、回転速度は１０回／分以上であることがより好ましく、３０回／分以上であることが更に好ましく、５０回／分以上であることがいっそう好ましい。鋼管が管軸を中心として回転する際の過度の振動を抑制し、鋼管が焼入れ装置から飛び出す可能性をさらに小さくする観点から、回転数は３００回／分未満であることがより好ましく、２５０回／分以下であることがさらに好ましく、２００回／分以下であることがいっそう好ましい。

図２は、本発明に係る鋼管の焼入れ装置についてスプレーノズルの配置例を模式的に示す図であり、（ａ）は管軸に垂直な断面図、（ｂ）は管軸に平行な側面図である。この例は、鋼管１の管軸に垂直な断面として見た場合に６個のスプレーノズル３を６０°の等間隔で、鋼管１の外側に配置する例である（図２（ａ）参照）。そして、それらのスプレーノズル３は、２列の螺旋状に配列されている（図２（ｂ）参照）。したがってスプレーノズル３の総数は、２４個以上である。図２では、２列の螺旋は互いに重なり合わない位置関係となっている。よって、ヘッダ４において隣接するスプレーノズル３は、交互に異なる螺旋を構成している。螺旋状の配列を２列以上とすることで、円周方向の温度ムラをより低減できる。

図２に示すようにスプレーノズル３を配列した焼入れ装置においても、既に図１を参照して説明した通り、円錐状に冷却水２を噴射するスプレーノズル３を使用し、その噴射口の中心軸が、鋼管１の管軸に対して垂直に交差するように配置することが好ましい。それらのスプレーノズル３に冷却水２を供給するためのヘッダ４は、管軸に平行に配設することが好ましい。さらに、鋼管の管軸に垂直な面内で、スプレーノズルが管軸に対して互いに反対側の位置に配置されていること、言い換えれば、スプレーノズルが管軸を挟んで対向して対をなすことが、周方向の冷却均一性を向上させて鋼管の長手方向の反りを低減させる観点から好ましい。さらに鋼管１を回転させながら急冷するにあたり、前述の図１場合と同様、鋼管１の回転速度は５回／分以上かつ３００回／分以下が好ましい。即ち、図１を用いて説明した上述の実施形態を図２の場合でも採用可能である。なお、図２では、鋼管１の管軸に垂直な面内で、管軸に対して互いに反対側に配置されている（すなわち、管軸を中心にして互いに１８０°離れている）スプレーノズル３から冷却水を鋼管１の外面に噴射することが可能である。

図３は、図２に示す鋼管の焼入れ装置に回転ロールを配設して、鋼管を回転させる例を模式的に示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図ある。この例は、鋼管１の管軸に垂直な断面内に１対（すなわち２個）の回転ロール５を配設して、その回転ロール５上に鋼管１を載置することによって、鋼管１を回転させる例である（図３（ａ）参照）。その回転ロール５が１対のみでは鋼管１を載置することが困難であるから、鋼管１の管軸に平行な方向に２対以上の回転ロール５を等ピッチで配設する（図３（ｂ）参照）。

その回転ロール５のピッチをＰ_ＲＬ（ｍｍ）とし、ヘッダ４に配設されるスプレーノズル３のピッチをＰ_ＳＮ（ｍｍ）として、下記（１）式を満足するように回転ロール５を配設することが好ましい。（１）式中のＮは、任意の整数である。Ｎは、冷却水２の管軸方向の長さや回転ロール５が鋼管を回転させる回転能力に応じて、適宜選択することができる。Ｎが大きすぎると回転ロール５一個あたりに要求される回転能力が過大となり、設備コストが増加するため、Ｎは５以下とすることが好ましい。また、回転ロール５が多いほど、鋼管の回転が安定するので、Ｎの下限は１である。
Ｐ_ＲＬ＝Ｎ×Ｐ_ＳＮ ・・・（１）
回転ロール５のピッチＰ_ＲＬとスプレーノズル３のピッチをＰ_ＳＮが（１）式を満足することによって、図３（ｂ）に示すように、冷却水２の噴射領域が重複する位置に回転ロール５が配設可能となる。図３（ｂ）で示す配設は、スプレーノズル３のピッチＰ_ＳＮの中央にロール５が位置している。その結果、冷却水２が回転ロール５と干渉することなく円滑に流れるので、温度ムラを防止する効果が一層向上する。

図１に示す鋼管の焼入れ装置に回転ロールを配設する場合（図示せず）も、回転ロール５のピッチＰ_ＲＬとスプレーノズル３のピッチＰ_ＳＮが（１）式を満足するように配設することが好ましい。

本発明では、鋼管の管軸に垂直な断面において、スプレーノズルが２〜３２個等間隔に配置されることが好ましく、４〜１６個等間隔に配置されることがより好ましい。

本発明において、スプレーノズルの数は冷却する鋼管の長さにあわせて適宜選択すればよい。例えば、鋼管の長さが４〜８ｍの場合、スプレーノズルは８〜１２８０個とすることが好ましい。

本発明の鋼管の焼入れ方法を用いて鋼管を製造することにより、焼入れ時に鋼管が従来よりも均一に冷却されるので、鋼管の材質均一性も向上して好ましい。

本発明の鋼管の製造方法は、上述した鋼管の焼入れ工程に技術的特徴がある。そのため、他の工程は製造する鋼管の条件や特性等を考慮の上、適宜選択可能である。

例えば、継目無鋼管を製造する場合、穿孔圧延工程、延伸圧延工程、熱処理工程等により継目無鋼管を製造できる。

また、例えば、電縫鋼管を製造する場合、巻き戻し工程、成形工程、溶接工程、熱処理工程等により電縫鋼管を製造できる。

また、本発明の鋼管の焼入れ装置を備えた鋼管の製造設備を用いて鋼管を製造することにより、焼入れ時に鋼管が従来よりも均一に冷却されるので、鋼管の材質均一性も向上して好ましい。本発明の鋼管の製造設備は、上述した鋼管の製造装置に技術的特徴がある。そのため、他の装置は製造する鋼管の条件や特性等を考慮の上、適宜選択可能である。

例えば、継目無鋼管を製造する場合、図９に示すように鋼管の製造装置は本発明の焼入れ装置の他に、加熱炉、穿孔圧延機、延伸圧延機、定径圧延機等を備える。

また、例えば、電縫鋼管を製造する場合、図１０に示すように鋼管の製造装置は本発明の焼入れ装置の他に、アンコイラー、成形機、溶接機、加熱炉等を備える。

以下、本発明の実施例を説明する。本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されない。

加熱炉で加熱したビレットをピアサーの実験機で穿孔圧延して継目無鋼管（外径２１０ｍｍ、内径１３０ｍｍ、管厚４０ｍｍ、管長８ｍ）とし、引き続き、冷却水を噴射して急冷（冷却開始温度１１５０℃、冷却停止温度８５０℃）することによって、直接焼入れのシミュレーション実験を行なった。

以下に、その手順について説明する。なお冷却水の水量密度は、いずれも１ｍ^３／（ｍ^２・分）とし、その他の設定条件は表１に示す通りとした。

発明例１は、鋼管の管軸に垂直な断面として見た場合にスプレーノズルを９０°間隔で、かつ１列の螺旋状に配置して、鋼管を回転させながら外面に冷却水を噴射して急冷した例である。鋼管の回転数は１０回／分とし、かつ回転ロールのピッチＰ_ＲＬとスプレーノズルのピッチＰ_ＳＮ（＝３００ｍｍ）が（１）式を満足しない（すなわち回転ロールと冷却水が干渉する）ようにし、スプレーノズルを合計１１２個配設した。そして、急冷を停止した後、赤外線放射温度計を用いて継目無鋼管の温度を測定（円周方向８ケ所、長手方向４ケ所）した。その最大値と最小値との差を、温度偏差として表１に併せて示す。表１に示す通り、発明例１の温度偏差は長手方向１８℃、円周方向１７℃であり、温度ムラは均一な特性を得るための許容範囲内（長手方向の温度偏差は４０℃以下が合格、円周方向の温度偏差は２０℃以下が合格）に抑えられた。

発明例２は、鋼管の管軸に垂直な断面として見た場合にスプレーノズルを６０°間隔で、かつ１列の螺旋状に配置して、鋼管を回転させながら外面に冷却水を噴射して急冷した例である。鋼管の回転数は１０回／分とし、かつ回転ロールのピッチＰ_ＲＬとスプレーノズルのピッチＰ_ＳＮ（＝３００ｍｍ）が（１）式を満足しないようにし、スプレーノズルを合計１６８個配設した。その結果、急冷した後の温度偏差は長手方向１４℃、円周方向１７℃となった。発明例２は、スプレーノズルを増やしたので、発明例１よりも長手方向の温度ムラが減少した。

発明例３は、鋼管の管軸に垂直な断面として見た場合にスプレーノズルを４５°間隔で、かつ１列の螺旋状に配置して、鋼管を回転させながら外面に冷却水を噴射して急冷した例である。鋼管の回転数は１０回／分とし、かつ回転ロールのピッチＰ_ＲＬとスプレーノズルのピッチＰ_ＳＮ（＝３００ｍｍ）が（１）式を満足しないようにし、スプレーノズルを合計２２４個配設した。その結果、急冷した後の温度偏差は長手方向１２℃、円周方向１７℃となった。発明例３は、スプレーノズルをさらに増やして緻密に配置したので、発明例２よりも長手方向の温度ムラが減少した。

発明例４は、鋼管の管軸に垂直な断面として見た場合にスプレーノズルを９０°間隔で、かつ１列の螺旋状に配置して、鋼管を回転させながら外面に冷却水を噴射して急冷した例である。鋼管の回転数は３０回／分とし、かつ回転ロールのピッチＰ_ＲＬとスプレーノズルのピッチＰ_ＳＮ（＝３００ｍｍ）が（１）式を満足しないようにし、スプレーノズルを合計１１２個配設した。その結果、急冷した後の温度偏差は長手方向１４℃、円周方向１３℃となった。発明例４は、鋼管の回転数を増加したので、発明例１よりも長手方向と円周方向の温度ムラが減少した。

発明例５は、鋼管の管軸に垂直な断面として見た場合にスプレーノズルを９０°間隔で、かつ２列の螺旋状とした。各螺旋のお互いのスプレーノズルが、管軸に垂直な面内で、鋼管の管軸に対して対向するように配置し、長手方向でこれを繰り返している。発明例５は、このような条件において鋼管を回転させながら外面に冷却水を噴射して急冷した例である。言い換えれば、鋼管の管軸方向に垂直で、かつ、スプレーノズルを含む面内で、スプレーノズルが管軸に対して反対側の位置に配置された例である。鋼管の回転数は３０回／分とし、かつ回転ロールのピッチＰ_ＲＬとスプレーノズルのピッチＰ_ＳＮ（＝３００ｍｍ）が（１）式を満足しないようにし、スプレーノズルを合計１１２個配設した。その結果、急冷した後の温度偏差は長手方向１４℃、円周方向１０℃となった。発明例５は、２列の螺旋についてスプレーノズルの配置をより適切にし、かつ鋼管の回転数を増加したため、発明例１よりも冷却後の反りが減少した。

発明例６は、鋼管の管軸に垂直な断面として見た場合にスプレーノズルを９０°間隔で、かつ２列の螺旋状に配置して、各螺旋のお互いのスプレーノズルが、管軸に垂直な面内で、鋼管の管軸に対して対向するように配置し、長手方向でこれを繰り返している例である。鋼管の回転数は３０回／分とし、かつ鋼管を回転させるための回転ロールのピッチＰ_ＲＬ（＝９００ｍｍ）とスプレーノズルのピッチＰ_ＳＮ（＝３００ｍｍ）が（１）式を満足する（すなわち回転ロールと冷却水が干渉しない）ようにし、スプレーノズルを合計１１２個配設した。その結果、急冷した後の温度偏差は長手方向１０℃、円周方向１１℃となった。発明例６は、回転ロールと冷却水が干渉しないので、発明例５よりも長手方向の温度ムラが減少した。

発明例７は、鋼管の管軸に垂直な断面として見た場合にスプレーノズルを６０°間隔で、かつ３列の螺旋状に配置して、鋼管を回転させながら外面に冷却水を噴射して急冷した例である。鋼管の回転数は６０回／分とし、かつ回転ロールのピッチＰ_ＲＬ（＝１２００ｍｍ）とスプレーノズルのピッチＰ_ＳＮ（＝３００ｍｍ）が（１）式を満足するようにし、スプレーノズルを合計１６８個配設した。その結果、急冷した後の温度偏差は長手方向８℃、円周方向７℃となった。発明例７は、スプレーノズルを増やして緻密に配置し、かつ鋼管の回転数を増加したので、発明例６よりも長手方向と円周方向の温度ムラが減少した。

発明例８は、鋼管の管軸に垂直な断面として見た場合にスプレーノズルを４５°間隔で、かつ４列の螺旋状に配置して、鋼管を回転させながら外面に冷却水を噴射して急冷した例である。鋼管の回転数は２００回／分とし、かつ回転ロールのピッチＰ_ＲＬ（＝１２００ｍｍ）とスプレーノズルのピッチＰ_ＳＮ（＝３００ｍｍ）が（１）式を満足するようにし、スプレーノズルを合計２２４個配設した。その結果、急冷した後の温度偏差は長手方向５℃、円周方向３℃となった。発明例８は、スプレーノズルをさらに増やして緻密に配置し、かつ鋼管の回転数をさらに増加したので、発明例７よりも長手方向と円周方向の温度ムラが減少した。

比較例１は、鋼管の内部に冷却水を流し込んで、内面を急冷した例（図４、５参照）である。この例では鋼管を回転させたにも関わらず、内面上部に冷却水が接触せず、かつ冷却水が流入する側の管端部内面に冷却水が接触しないので、急冷した後の温度偏差は長手方向１５０℃、円周方向２５℃となり、発明例１〜８よりも温度ムラが大幅に増大した。

比較例２は、鋼管の管軸に垂直な断面の同一円周上にスプレーノズルを４５°間隔で配置し、これを鋼管長さ方向に並べ、合計２２４個のスプレーノズルを配置した例（図６参照）である。この例では、リング状の高温部と低温部が交互に発生するので、急冷した後の温度偏差は長手方向４８℃、円周方向２２℃となり、発明例１〜８よりも温度ムラが増大した。

１ 鋼管
２ 冷却水
３ スプレーノズル
４ ヘッダ
５ 回転ロール

Claims (11)

1. 加熱された鋼管の管軸に平行な方向および垂直な方向への鋼管の移動を停止し、前記管軸を中心として前記鋼管を回転させながら、前記鋼管の外側に螺旋状に等間隔で配列した４個以上のスプレーノズルから冷却水を前記鋼管の外面に噴射する鋼管の焼入れ方法。
2. 前記スプレーノズルの螺旋状の配列を２列以上とする請求項１に記載の鋼管の焼入れ方法。
3. 鋼管の管軸に垂直な面内で、管軸に対して互いに反対側に位置させたスプレーノズルから冷却水を前記鋼管の外面に噴射する請求項２に記載の鋼管の焼入れ方法。
4. 前記鋼管が、回転速度５回／分以上かつ３００回／分以下で回転する請求項１から３のいずれかに記載の鋼管の焼入れ方法。
5. 加熱された鋼管の管軸を中心として前記鋼管を回転させる２個以上の回転ロールと、該回転ロールによって回転する前記鋼管の外側に螺旋状に等間隔で配列されて冷却水を噴射する６個以上のスプレーノズルと、該スプレーノズルに前記冷却水を供給する２個以上のヘッダと、を有する鋼管の焼入れ装置。
6. 前記ヘッダが前記管軸に平行に配設され、かつ前記ヘッダに前記スプレーノズルが等ピッチＰ_ＳＮ（ｍｍ）で取付けられる請求項５に記載の鋼管の焼入れ装置。
7. 前記回転ロールが前記鋼管の前記管軸に平行な方向に等ピッチＰ_ＲＬ（ｍｍ）で前記スプレーノズルの間に配設され、かつ該Ｐ_ＲＬ値が任意の整数Ｎに対してＰ_ＲＬ＝Ｎ×Ｐ_ＳＮを満足する請求項６に記載の鋼管の焼入れ装置。
8. 前記スプレーノズルの螺旋状の配列を２列以上とする請求項５から７のいずれかに記載の鋼管の焼入れ装置。
9. 鋼管の管軸に垂直な面内で、前記スプレーノズルを前記管軸に対して互いに反対側に位置させた請求項８に記載の鋼管の焼入れ装置。
10. 請求項１から４のいずれかに記載の鋼管の焼入れ方法により鋼管を焼入れる工程を含む、鋼管の製造方法。
11. 請求項５から９のいずれかに記載の焼入れ装置を備えた鋼管の製造設備。

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