JPWO2005068098A1 - 継目無管の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
マンドレルバーの表面に塗布される潤滑剤は、管内面とマンドレルバ−表面との間の摩擦を減じ、管材料内面の引っ掻き疵とマンドレルバー表面の焼付き疵の発生を防止するとともに、延伸圧延後のマンドレルバーのストリッピングを容易にする目的で使用される。
(a)継目無管の製造工程で発生する管の内外面からの浸炭現象は、次のようにして起きる。即ち、前記のように管製造の工場雰囲気には、黒鉛等の炭素系物質の微粒子(以下「黒鉛微粒子」という)が存在し、これがロール孔型の溝底側でトラップされる。また、管の内面は、冷却水で洗われることがないから、管の外面に較べて、黒鉛微粒子がトラップされやすい。これらの黒鉛微粒子が、次工程の再加熱工程で拡散して管肉内に侵入し、また、ガス化してガス浸炭を起こす。
熱間で製管を行う工場の建屋内の大気中には無数の黒鉛微粒子が浮遊している。たとえ現在非黒鉛系の潤滑剤を使用しているにしても、過去に黒鉛系の潤滑剤が使用されていたことのある工場内には、必ず黒鉛微粒子が浮遊している。なお、黒鉛系潤滑剤を使用すれば、マンドレルバーに塗布されたその潤滑剤が浸炭の直接的原因になることは言うまでもない。
σθ:円周方向応力
σra:管内面の半径方向応力
σrb:管外面の半径方向応力
σr:半径方向応力の平均値、即ち、σr=(σra+σrb)/2
kf:変形抵抗
なお、プライム記号(ダッシュ記号)はフランジ側を表し、それがついていない記号は溝底側を表す。
林千博「鋼管の製造方法」2000年10月10日、日本鉄鋼協会発行、123〜129頁
1.素材
以下、鉄およびその合金について述べるが、素材は非鉄およびその合金であってもよい。素材は、分塊圧延により製造された丸ビレットや連続鋳造により製造された丸鋳片等である。また、素材の化学組成としては、油井用、構造用および配管用等の管の製造には炭素鋼、低合金鋼、ボイラ用および配管用等の管の製造にはステンレス鋼、化学工業用管等の製造には高合金鋼が用いられるが、最近では油井管にも高合金鋼が使用されるようになってきた。本発明は、特に極低炭素のステンレス鋼や高合金鋼のような、難加工性で浸炭し易い鋼に対して大きな効果を奏する。
本発明の製造方法では延伸圧延工程で内面規制工具(マンドレルバー)を用いないか、延伸工程そのものを省略するので、マンドレルミルにおいて本来行われる肉厚加工を前工程たる穿孔圧延工程もしくは後工程たる冷間圧延工程、またはそれらの両方に分担させる必要がある。
上述したようにマンドレルミルではロールの溝底側で延伸圧延が、フランジ側で絞り圧延が行われる。浸炭現象を抑制するためには、フランジ側の絞り圧延領域を広くし、溝底側の延伸圧延領域を狭くすればよい。しかし、狭くするのみでは完全ではないので、内面規制工具としてのマンドレルミルバーを管内面に挿入することなく圧延するのである。即ち、マンドレルミルをサイザ、レデューサの如く、絞り圧延機として使用するのである。また、マンドレルミルによる延伸圧延工程自体を省略することもでき、それにより製造コストを著しく下げることができる。
幸いなことに、ステンレス鋼管および高合金鋼管は、ほとんどが冷間圧延工場へ送られ、冷間圧延工程または冷間抽伸工程を経て製品となる。従って、穿孔圧延工程で不可避的に生ずるスパイラルマークは、延伸圧延工程で肉厚加工がなされなくとも、最後の冷間圧延工程で消失させることができ、管の内外面を平滑化することができる。
18%Cr-8%Niオーステナイト系ステンレス鋼の60mm径のビレットを供試材として、1250℃の温度で拡管比1.5の高加工度薄肉穿孔を行って、外径90mm、肉厚2.7mmのホローシェルとした。次いで、同じ温度で外径を45mm(肉厚3.5mm)に絞り、冷却後、コールドピルガミルにより外径25mm、肉厚1.65mmに冷間圧延した。熱間圧延工程ではパイロットミルを、冷間圧廷工程は実生産ミルを使用した。
1.穿孔圧延条件(図5参照)
交叉角・・・γ=25°
傾斜角・・・β=12°
プラグ径・・・dp=80mm
ビレット径・・・do=60mm
ホローシェル径・・・d=90mm
ホローシェル肉厚・・・t=2.7mm
拡管比・・・d/do=1.50
穿孔比・・・do2/4t(d-t)=3.82
「肉厚/外径」比・・・(t/d)×100=3.0%
2.絞り圧延条件(シンキングレデューサによる圧延条件)
素管寸法: 外径90mm、肉厚2.7mm
圧延寸法: 外径45mm、肉厚3.5mm
圧延比: 1.62
3.冷間圧延条件
素管寸法: 外径45mm、肉厚3.5mm
圧延寸法: 外径25mm、肉厚1.65mm
圧延比: 3.77
高合金鋼の熱間加工性は、ステンレス鋼のそれよりもなお劣悪であり、穿孔温度が1275℃を超えるとラミネーションを発生することが多い。そこで、この実施例では、25%Cr-35%Ni-3%Mo高合金鋼(C含有量は0.01%)の85mm径のビレットを供試材として1200℃の温度で拡管比1.06の穿孔を行い、外径90mm、肉厚5.4mmのホローシェルとなした。次いで、同じ温度で外径を50mm(肉厚6.2mm)に絞り、冷却後コールドピルガミルにより外径25mm、肉厚1.65mmになるように高加工度薄肉圧延を施した。内外面の表面肌は美麗であり、浸炭現象は認められなかった。具体的には、母材の炭素含有量(0.01%)に比べて、管の内外表層部のそれぞれ0.1mmから0.2mmまでの深さの層における炭素の平均含有量の増加分は0.01%以下、即ち、上記の層の平均炭素含有量は0.02%以下であった。
1.穿孔条件
交叉角・・・γ=30°
傾斜角・・・β=12°
プラグ径・・・dp=75mm
ビレット径・・・do=85mm
ホローシェル径・・・d=90mm
ホローシェル肉厚・・・t=5.4mm
拡管比・・・d/do=1.06
穿孔比・・・do 2/4t(d-t)=3.95
「肉厚/外径」比・・・(t/d)×100=6.0%
2.絞り圧延条件(シンキングレデューサによる圧延条件)
素管寸法: 外径90mm、肉厚5.4mm
圧延寸法: 外径50mm、肉厚6.2mm
圧延比: 1.68
3.冷間圧延条件
素管寸法: 外径50mm、肉厚6.2mm
圧延寸法: 外径25mm、肉厚1.65mm
圧延比: 7.05
2.被圧延材
3.ロール
4.バーリテイナ
5.管の内面
6.ビレット
7.ホローシェル
8.ロール
Claims (6)
- 素材の加熱、穿孔圧延、延伸圧延、再加熱および絞り圧延から構成される継目無管の製造工程において、穿孔圧延工程で穿孔した後、延伸圧延工程で内面規制工具を使用することなく圧延し、絞り圧延工程で絞り圧延した後、冷間圧延工程で冷間圧延機または冷間抽伸機により肉厚加工を行うことを特徴とする内外表層部に浸炭層がない継目無管の製造方法。
- 交叉穿孔法で穿孔圧延を行う請求項1の継目無管の製造方法。
- 素材としてステンレス鋼または高合金鋼、特に極低炭素のステンレス鋼または高合金鋼の鋼片または鋳片を用いる請求項1または2に記載の継目無管の製造方法。
- 加熱した素材を穿孔圧延し、延伸圧延を施すことなく絞り圧延し、次いで冷間圧延工程で冷間圧延機または冷間抽伸機により肉厚加工を行うことを特徴とする内外表層部に浸炭層がない継目無管の製造方法。
- 交叉穿孔法で穿孔圧延を行う請求項4の継目無管の製造方法。
- 素材としてステンレス鋼または高合金鋼、特に極低炭素のステンレス鋼または高合金鋼の鋼片または鋳片を用いる請求項4または5に記載の継目無管の製造方法。
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