WO2020189140A1 - 継目無角形鋼管の製造方法 - Google Patents

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吉田　竜也
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B17/00—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/08—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel having one or more protrusions, i.e. only the mandrel plugs contact the rolled tube; Press-piercing mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B17/00—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/14—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling without mandrel, e.g. stretch-reducing mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a seamless square steel pipe or tube, and in particular, a seam capable of obtaining a seamless square steel pipe having a corner S value equivalent to that of the conventional one while reducing the equipment load. Regarding the manufacturing method of a square steel pipe.
  • the seamless square steel pipe has a feature that the wall thickness can be increased and high strength can be obtained as compared with the square welded steel pipe. Therefore, the seamless square steel pipe is used especially for building materials.
  • a method by hot seamless forming has been proposed.
  • a billet as a starting material is heated in a heating furnace and then perforated with a piercer to form a cylindrical raw tube.
  • the cylindrical pipe is treated with an elongator mill (for pipe expansion), a plug mill (for stretching), a reeler mill (for polishing pipe), etc., then heated in a reheating furnace, and then a standard rolling mill (sizing mill). It is hot-rolled with a seamless square steel pipe.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of a rolling stand configuration in a standard rolling mill 10 used for manufacturing a seamless square steel pipe.
  • the standard rolling mill 10 is a rolling mill in which a plurality of rolling stands are arranged in tandem.
  • a stand 11 having a roll having a circular caliber (hole type) is provided in the rear stage.
  • square forming stands 12 having rolls having square calibers are arranged respectively.
  • the square cross section is formed by the square forming stand 12 in the rear stage.
  • the standard rolling mill 10 illustrated in FIG. 1 has a 2-roll, 8-stand configuration, and the latter 4 stands are square forming stands.
  • the corners of the seamless square steel pipe have a certain degree of roundness. Then, as one of the indexes for evaluating the roundness of the corner portion, the S value defined as "corner dimension" in JIS G3466 is used.
  • a seamless square steel pipe is required to have a sharp corner shape, that is, a small S value. Therefore, a method for manufacturing a seamless square steel pipe having a small S value is being studied.
  • Patent Document 2 the rolling conditions are controlled so that the peripheral length reduction rate (perimeter reduction rate), the S value, and the wall thickness t in the first square forming stand of the standard rolling mill satisfy a predetermined relationship.
  • a method for obtaining a seamless square steel pipe having a small corner curvature and flat sides has been proposed.
  • the horizontal axis of FIG. 3 is the outer diameter reduction ratio ⁇ r1 in the first square forming stand
  • the vertical axis (left side) is the ratio of the S value to the wall thickness t (S / t).
  • the value of S / t decreases as ⁇ r1 increases. That is, the experimental results show that it is necessary to increase the outer diameter reduction ratio ⁇ r1 in the first square forming stand in order to reduce the S value.
  • the broken line in FIG. 3 shows the load ratio applied to the rolling stand at that time.
  • the load ratio is a relative value of the load applied to the rolling stand, where 1 is the load when ⁇ r1 is 0.2.
  • S / t can be reduced by increasing ⁇ r1, the load applied to the rolling stand is significantly increased accordingly.
  • the seamless square steel pipe is required to have a larger diameter and a thicker wall.
  • the cross-sectional area of the steel pipe increases due to the increase in diameter and wall thickness, the load required for rolling also increases accordingly.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned actual conditions, and even a seamless square steel pipe having a large cross section can be manufactured without increasing the rolling load and achieves a sufficiently small S value. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a seamless square steel pipe which can be used.
  • the present inventors have conducted a detailed study on the influence of the rolling schedule in the standard rolling mill on the rolling load and the S value. As a result, they have found that the above problem can be solved by controlling the rolling conditions based on a completely different concept from the conventional technique of reducing the S value by making ⁇ r1 extremely large. That is, the gist structure of the present invention is as follows.
  • a method for manufacturing a seamless square steel pipe in which a billet is drilled to form a cylindrical raw pipe, and the cylindrical raw pipe is hot-rolled with a standard rolling mill equipped with a plurality of square forming stands to form a square cylinder.
  • the number n of square forming stands in the standard rolling mill is 3 or more.
  • the outer diameter reduction ratio ⁇ r1 in the first square forming stand, the outer diameter reduction ratio ⁇ r2 in the second square forming stand, and the outer diameter reduction ratio R in the full angle forming stand are the following equations (1) and (2).
  • a method of manufacturing a seamless square steel pipe that satisfies the requirements. ( ⁇ r1 + ⁇ r2) / R ⁇ 0.70 ... (1) ⁇ r2-0.01 ⁇ ⁇ r1 ⁇ ⁇ r2 + 0.01 ... (2)
  • a seamless square steel pipe having a large cross section can be manufactured without increasing the rolling load, and a sufficiently small S value can be achieved. Since the increase in rolling load can be suppressed, according to the method of the present invention, it is possible to manufacture a seamless square steel pipe having a larger cross section and a good square shape by using existing equipment. The industrial significance is extremely great.
  • a seamless square steel pipe is manufactured by drilling a billet into a cylindrical raw pipe and hot rolling the cylindrical raw pipe into a square cylinder with a standard rolling mill equipped with a plurality of square forming stands. To do.
  • the method of perforating the billet to obtain a cylindrical raw tube is not particularly limited, and any method can be used.
  • it can be drilled with a piercer to form a cylindrical raw tube.
  • the temperature on the exit side of the heating furnace is preferably 700 to 1200 ° C.
  • the cylindrical raw pipe Prior to hot rolling by the next standard rolling mill, it is preferable that the cylindrical raw pipe is optionally expanded by an elongator mill, stretched by a plug mill, and polished by a reeler mill.
  • the cylindrical raw pipe is hot-rolled and formed into a square cylinder.
  • a seamless square steel pipe having the final dimensions and cross-sectional shape is obtained.
  • any one can be used as long as the number n of the square forming stands is 3 or more.
  • the upper limit of the number n of the square forming stands is not particularly limited. However, usually, n is preferably 3 or 4, and more preferably 4.
  • the number of rolls per square forming stand is not particularly limited and can be any number. However, in general, it is preferably 2 or 3, and more preferably 2. Further, as shown in FIG. 1, the rolls of the square forming stands are preferably arranged in a direction rotated by 90 ° on a plane perpendicular to the pipe passage direction with respect to the rolls of adjacent square forming stands.
  • the standard rolling mill may be provided with a stand provided with a roll having a circular caliber (hole type) (circular caliber roll) on the upstream side of the square forming stand.
  • the number of stands equipped with the circular caliber roll is not particularly limited. However, usually, it is preferably 3 or 4, and more preferably 4.
  • the outer diameter reduction ratio ⁇ r1 in the first square forming stand, the outer diameter reduction ratio ⁇ r2 in the second square forming stand, and the outer diameter reduction ratio R in the full angle forming stand are as follows (1) and. It is important to control the rolling conditions so as to satisfy the equation (2). ( ⁇ r1 + ⁇ r2) / R ⁇ 0.70 ... (1) ⁇ r2-0.01 ⁇ ⁇ r1 ⁇ ⁇ r2 + 0.01 ... (2)
  • ⁇ r1 (D0-D1) / D0
  • ⁇ r2 (D1-D2)
  • D1 R (D0-Dn) / D0
  • D0 Outer diameter of the pipe before rolling in the first square forming stand
  • ⁇ D1 Outer diameter of the pipe after rolling in the first square forming stand
  • ⁇ D2 Outer diameter of the pipe after rolling in the second square forming stand
  • Diameter / Dn Outer diameter of the rolled pipe at the final square forming stand
  • the outer diameter of the pipe before rolling in the square forming stand means the outer diameter of the pipe on the entrance side of the stand.
  • the outer diameter of the rolled pipe in the square forming stand shall refer to the outer diameter of the pipe on the outlet side of the stand. Therefore, as shown in FIG. 1, D0 is equal to the outer diameter of the cylindrical raw tube before square forming.
  • Dn is the distance between the outer surfaces of the opposing flat portions in the cross section of the square steel pipe.
  • D1 and D2 are the distances between the outer surfaces of the opposing flat portions in the cross section of the steel pipe being formed.
  • ( ⁇ r1 + ⁇ r2) / R is preferably 0.75 or more.
  • the upper limit of ( ⁇ r1 + ⁇ r2) / R is not particularly limited, but is preferably 0.85 or less, and more preferably 0.83 or less.
  • the present invention is not particularly limited, and can be used for manufacturing a seamless square steel pipe having an arbitrary outer diameter and wall thickness.
  • the problem of load on equipment becomes serious when the cross section is large. Therefore, the present invention can be particularly suitably applied to the production of a seamless square steel pipe having a large cross section.
  • the outer diameter of the seamless square steel pipe to be manufactured is 250 mm or more.
  • the thickness of the seamless square steel pipe to be manufactured is 25 mm or more.
  • the upper limit of the outer diameter and the wall thickness of the seamless square steel pipe is not particularly limited, but the outer diameter of the seamless square steel pipe is preferably 360 mm or less. Further, the wall thickness of the seamless square steel pipe is preferably 40 mm or less.
  • the temperature of the material to be rolled is not particularly limited and can be any temperature. However, if the temperature is 600 ° C. or higher, residual strain due to cold working can be suppressed. Therefore, from the viewpoint of material properties, it is preferable that the temperature of the steel pipe as the material to be rolled during hot rolling is 600 ° C. or higher.
  • the upper limit of the temperature is not particularly limited, but if the temperature is 1100 ° C. or lower, the generation of scale on the outer surface of the steel pipe can be suppressed. As a result, it is possible to prevent the occurrence of scratches due to the scale being pushed in during square forming. Therefore, from the viewpoint of improving the appearance quality, the temperature is preferably set to 1100 ° C. or lower.
  • the temperature of the material to be rolled refers to the surface temperature of the material to be rolled (steel pipe).
  • a seamless square steel pipe was manufactured by the procedure described below. First, a billet was perforated to form a cylindrical raw tube. After heating the cylindrical raw pipe in a heating furnace, it was hot-rolled in a standard rolling mill equipped with a plurality of square forming stands and formed into a square cylinder to obtain a seamless square steel pipe. In the heating, the temperature on the outlet side of the heating furnace was set to 1000 ° C.
  • the standard rolling mill a machine equipped with two 2-roll type square forming stands was used. Of the two square forming stands, the one on the upstream side is referred to as the first stand, and the one on the downstream side is referred to as the second stand.
  • the molding conditions (outer diameter reduction ratio) in the square molding stand are as shown in Table 1. Then, the rolling load at the first stand and the second stand at that time, and the corner dimension (S value) of the finally obtained seamless square steel pipe were measured. The measurement results are also shown in Table 1.
  • the temperature of the material to be rolled during hot rolling in the square forming stand was 1000 to 900 ° C.
  • the dimensions of the seamless square steel pipe were an outer diameter (side length) of 300 mm and a wall thickness of t: 30 mm.
  • the outer diameter D0 of the cylindrical raw tube was set to 418 mm.
  • ⁇ Load at 1st stand Less than 150 tonf: ⁇ ⁇ Load at 1st stand: 150 tonf or more, less than 160 tonf: ⁇ ⁇ Load at 1st stand: 160 tonf or more: ⁇
  • the S value was also determined based on the following criteria, and the results are also shown in Table 1.
  • 37.5 mm is the allowable range of the S value when the standard S value is 0.75 and the dimensional tolerance is 0.5 t in a steel pipe having a wall thickness of t: 30 mm.
  • Comparative example No. Reference numeral 1 denotes a conventional rolling condition in which the S value is reduced by making ⁇ r1 extremely large.
  • Comparative Example No. 2 is No. ⁇ r1 is reduced as compared with 1. This No. In 2, No. Although the S value was a pass judgment as in No. 1, the rolling load was still large because the condition of Eq. (2) was not satisfied.
  • Comparative Example No. No. 4 sets ⁇ r1 to No. This is an example of further reduction from 3.
  • No. 4 satisfies the condition of the equation (2), but does not satisfy the condition of the equation (1).
  • the S value increased significantly.
  • the S value can be reduced and the rolling load can be reduced by overcoming the conventional technical prejudice and controlling the rolling conditions based on a technical idea completely different from the existing technique.
  • the conflicting demands of restraint can be met.

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Abstract

設備負荷を低減しつつ、従来と同等の角部Ｓ値を有する継目無角形鋼管を得ることができる継目無角形鋼管の製造方法を提供する。　ビレットを穿孔して円筒状素管とし、複数の角成形スタンドを備える定形圧延機で前記円筒状素管を熱間圧延して角筒に成形する、継目無角形鋼管の製造方法であって、　前記定形圧延機における角成形スタンドの数ｎが３以上であり、　第１の角成形スタンドにおける外径縮径比Δｒ１、第２の角成形スタンドにおける外径縮径比Δｒ２、および全角成形スタンドにおける外径縮径比Ｒが、下記（１）および（２）式を満足する、継目無角形鋼管の製造方法。 （Δｒ１＋Δｒ２）／Ｒ≧０．７０…（１） Δｒ２－０．０１≦Δｒ１≦Δｒ２＋０．０１…（２）

Description

継目無角形鋼管の製造方法
　本発明は、継目無角形鋼管(seamless square steel pipe or tube)の製造方法に関し、特に、設備負荷を低減しつつ、従来と同等の角部Ｓ値を有する継目無角形鋼管を得ることができる継目無角形鋼管の製造方法に関する。
　近年、一般構造用、建築材料用など、様々な用途において角形鋼管が使用されている。中でも、継目無角形鋼管は、角形溶接鋼管に比べて厚肉化が可能であり、高い強度が得られるという特徴を有している。そのため、継目無角形鋼管は、特に建築材料用として用いられている。
　継目無角形鋼管を製造する方法としては、熱間シームレス成形による方法が提案されている。この方法では、まず、出発素材としてのビレットを加熱炉で加熱した後、ピアサーにより穿孔して円筒状素管とする。その後、前記円筒状素管を、エロンゲータミル（拡管用）、プラグミル（延伸用）、リーラーミル（磨管用）などで処理した後に、再加熱炉で加熱し、次いで、定形圧延機（サイジングミル）で熱間圧延して継目無角形鋼管とされる。
　図１は、継目無角形鋼管の製造に使用される定形圧延機１０における圧延スタンド構成の一例を示す模式図である。定形圧延機１０は、複数の圧延スタンドをタンデム配置した圧延機であり、定形圧延機１０の前段（上流側）には、円形のカリバー（孔型）を有するロールを備えたスタンド１１が、後段（下流側）には角形のカリバーを有するロールを備えた角成形スタンド１２が、それぞれ配置されている。そして、前段のスタンド１１により所定の外径の円形断面となるよう圧延した後、後段の角成形スタンド１２により、角形断面に成形される。なお、図１に例示した定形圧延機１０は、２ロール、８スタンド構成であり、後半の４スタンドが角成形スタンドである。
　このように、ロール成形によって円形断面から角形断面へ成形されるため、図２に示すように、継目無角形鋼管の角部はある程度の丸みを有している。そして、角部の丸みを評価する指標の１つとして、ＪＩＳ　Ｇ　３４６６において「角部の寸法（corner dimension）」として規定されるＳ値が用いられている。
　一般に、意匠性や、梁と柱を接続する仕口に用いた場合の性能などの観点から、継目無角形鋼管にはシャープなコーナー形状であること、すなわちＳ値が小さいことが求められる。そこで、Ｓ値が小さい継目無角形鋼管を製造するための方法について検討が行われている。
　例えば、特許文献１では、定形圧延機の複数の角成形スタンドでの外径縮径比（outside diameter reduction）が所定の関係を満たすように圧延条件を制御することにより、角部の曲率が小さく、かつ、辺が平坦な継目無角形鋼管を得る方法が提案されている。
　また、特許文献２では、定形圧延機の最初の角成形スタンドにおける周長減少率（perimeter reduction rate）、Ｓ値、および肉厚ｔが所定の関係を満たすように圧延条件を制御することにより、角部の曲率が小さく、かつ、辺が平坦な継目無角形鋼管を得る方法が提案されている。
特開平１１－１０４７１１号公報 特開平１０－２５８３０３号公報
　上記特許文献１、２で提案されているような技術によれば、Ｓ値が小さい継目無角形鋼管を得ることができる。しかし、特許文献１、２を初めとする従来の技術では、Ｓ値を小さくするために、定形圧延機における最初の（第１の）角成形スタンドでの減径率（reduction in diameter）を他のスタンドに比べて大幅に大きくすることが必須とされていた。
　図３の実線は、特許文献２の図４における、肉厚ｔ＝２０～３０ｍｍでの実験結果を抜粋したものである。ここで、図３の横軸は、第１の角成形スタンドにおける外径縮径比Δｒ１であり、縦軸（左側）は肉厚ｔに対するＳ値の比（Ｓ／ｔ）である。Ｓ／ｔの値は、Δｒ１が大きいほど低下する。すなわち、前記実験結果は、Ｓ値を小さくするためには、第１の角成形スタンドにおける外径縮径比Δｒ１を高くする必要があることを示している。
　一方、図３の破線は、その際に圧延スタンドにかかる荷重比を示したものである。ここで、荷重比とは、Δｒ１が０．２の時の荷重を１とした、圧延スタンドにかかる荷重の相対値である。このプロットからも明らかなように、Δｒ１を高くすればＳ／ｔを低減できるものの、それに伴って圧延スタンドにかかる荷重が大幅に増加する。
　加えて、使用用途の拡大に伴って、継目無角形鋼管にはさらなる大径化および厚肉化が求められている。大径化や厚肉化により鋼管の断面積（断面において鋼材が占める部分の面積）が増加すると、その分、圧延に必要な荷重も増加する。
　したがって、上述した大径化および厚肉化の需要に応えつつ、Ｓ値を低減するためには、圧延荷重を大幅に増加する必要がある。しかし、圧延荷重の大幅な増加は、製造設備への負荷の著しい増大を招くため、既存の製造設備ではさらなる大径化および厚肉化に対応することができない。また、そのような製造設備への負荷の増大に対応するためには、圧延機の主機モーターをより大容量のものに交換し、それに合わせてハウジングを高強度のものに置き換えるなど、大規模な設備投資が必要となる。
　本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、断面積の大きい継目無角形鋼管であっても、圧延荷重を増加させること無く製造することができ、かつ、十分に小さいＳ値を達成することができる継目無角形鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記課題を解決するために、定形圧延機における圧延スケジュールが圧延荷重およびＳ値に与える影響について詳細な検討を行った。そしてその結果、Δｒ１を極めて大きくすることでＳ値を低減するという従来の技術とは、まったく異なる考え方に基づいて圧延条件を制御することによって、上記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．ビレットを穿孔して円筒状素管とし、複数の角成形スタンドを備える定形圧延機で前記円筒状素管を熱間圧延して角筒に成形する、継目無角形鋼管の製造方法であって、
　前記定形圧延機における角成形スタンドの数ｎが３以上であり、
　第１の角成形スタンドにおける外径縮径比Δｒ１、第２の角成形スタンドにおける外径縮径比Δｒ２、および全角成形スタンドにおける外径縮径比Ｒが、下記（１）および（２）式を満足する、継目無角形鋼管の製造方法。
（Δｒ１＋Δｒ２）／Ｒ≧０．７０…（１）
Δｒ２－０．０１≦Δｒ１≦Δｒ２＋０．０１…（２）
２．前記角成形スタンドにおける熱間圧延の間、被圧延材の温度を６００～１１００℃とする、上記１に記載の継目無角形鋼管の製造方法。
　本発明によれば、断面積の大きい継目無角形鋼管であっても、圧延荷重を増加させること無く製造することができ、かつ、十分に小さいＳ値を達成することができる。圧延荷重の増加を抑制できるため、本発明の方法によれば、より大断面積で、かつ角部形状の良好な継目無角形鋼管を、既存の設備を用いて製造することが可能となり、その産業上の意義は極めて大きい。
継目無角形鋼管の製造に使用される定形圧延機における圧延スタンド構成の一例を示す模式図である。 継目無角形鋼管の角部形状とＳ値の定義を示す模式図である。 肉厚ｔに対するＳ値の比（Ｓ／ｔ）および荷重比と、第１の角成形スタンドにおける外径縮径比Δｒ１との関係を示すグラフである。
　次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な実施態様を示すものであり、本発明は以下の説明によって何ら限定されるものではない。
　本発明では、ビレットを穿孔して円筒状素管とし、複数の角成形スタンドを備える定形圧延機で前記円筒状素管を熱間圧延して角筒に成形することによって継目無角形鋼管を製造する。
　ビレットを穿孔して円筒状素管を得る方法については、とくに限定されず、任意の方法を用いることができる。例えば、ビレットを加熱炉で加熱した後、ピアサーにより穿孔して円筒状素管とすることができる。前記加熱炉による加熱を行う場合、加熱炉出側温度を７００～１２００℃とすることが好ましい。
　次の定形圧延機による熱間圧延に先だって、前記円筒状素管には、任意に、エロンゲータミルによる拡管、プラグミルによる延伸、リーラーミルによる磨管を施すことが好ましい。
　次に、複数の角成形スタンドを備える定形圧延機を用いて、円筒状素管を熱間圧延し、角筒に成形する。前記熱間圧延により、最終的な寸法及び断面形状を有する継目無角形鋼管が得られる。
　前記定形圧延機としては、角成形スタンドの数ｎが３以上のものであれば任意のものを用いることができる。角成形スタンドの数ｎの上限はとくに限定されない。しかし、通常は、ｎを３または４とすることが好ましく、４とすることがより好ましい。
　角成形スタンド１つあたりのロールの数はとくに限定されず、任意の数とすることができる。しかし、一般的には、２または３とすることが好ましく、２とすることがより好ましい。また、前記角成形スタンドのロールは、図１に示したように、隣り合う角成形スタンドのロールに対して、通管方向に垂直な面において９０°回転した向きで配置することが好ましい。
　前記定形圧延機は、例えば、図１に示したように、角成形スタンドの上流側に、円形のカリバー（孔型）を有するロール（円形カリバーロール）を備えたスタンドを備えていてもよい。前記円形カリバーロールを備えたスタンドの数はとくに限定されない。しかし、通常は、３または４とすることが好ましく、４とすることがより好ましい。
　本発明では、第１の角成形スタンドにおける外径縮径比Δｒ１、第２の角成形スタンドにおける外径縮径比Δｒ２、および全角成形スタンドにおける外径縮径比Ｒが、下記（１）および（２）式を満たすように圧延条件を制御することが重要である。
（Δｒ１＋Δｒ２）／Ｒ≧０．７０…（１）
Δｒ２－０．０１≦Δｒ１≦Δｒ２＋０．０１…（２）
　ここで、外径縮径比Δｒ１、Δｒ２、およびＲの定義は下記のとおりとする。
Δｒ１＝（Ｄ０－Ｄ１）／Ｄ０
Δｒ２＝（Ｄ１－Ｄ２）／Ｄ１
Ｒ＝（Ｄ０－Ｄｎ）／Ｄ０
・Ｄ０：第１の角成形スタンドにおける圧延前の管の外径
・Ｄ１：第１の角成形スタンドにおける圧延後の管の外径
・Ｄ２：第２の角成形スタンドにおける圧延後の管の外径
・Ｄｎ：最終角成形スタンドにおける圧延後の管の外径
　なお、角成形スタンドにおける圧延前の管の外径とは、当該スタンドの入側における管の外径を指すものとする。同様に、角成形スタンドにおける圧延後の管の外径とは、当該スタンドの出側における管の外径を指すものとする。したがって、図１に示したように、Ｄ０は角成形が施される前の円筒状素管の外径に等しい。また、Ｄｎは、角形鋼管の断面における、対向する平坦部の外表面間の距離とする。同様に、Ｄ１、Ｄ２は、成形途中の鋼管の断面における、対向する平坦部の外表面間の距離とする。
　上記（１）および（２）式の関係を満たすことにより、Ｓ値を増加させること無く、圧延荷重を低減することができる。なお、（Δｒ１＋Δｒ２）／Ｒは、０．７５以上とすることが好ましい。一方、（Δｒ１＋Δｒ２）／Ｒの上限は特に限定されないが、０．８５以下とすることが好ましく、０．８３以下とすることがより好ましい。
　本発明は、とくに限定されることなく、任意の外径および肉厚の継目無角形鋼管の製造に利用することができる。しかし、先に述べたように、設備への負荷の問題が深刻となるのは、断面積が大きい場合である。したがって、本発明は、断面積が大きい継目無角形鋼管の製造に特に好適に適用することができる。具体的には、製造される継目無角形鋼管の外径を２５０ｍｍ以上とすることが好ましい。また、製造される継目無角形鋼管の肉厚を２５ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、継目無角形鋼管の外径および肉厚の上限についてもとくに限定されないが、継目無角形鋼管の外径は３６０ｍｍ以下とすることが好ましい。また、継目無角形鋼管の肉厚は４０ｍｍ以下とすることが好ましい。
　前記角成形スタンドにおける熱間圧延の間、被圧延材の温度はとくに限定されず、任意の温度とすることができる。しかし、前記温度が６００℃以上であれば、冷間加工による歪の残留を抑制できる。そのため、材料特性の観点からは、熱間圧延の間の被圧延材としての鋼管の温度を６００℃以上とすることが好ましい。一方、前記温度の上限についても特に限定されないが、前記温度が１１００℃以下であれば、鋼管の外表面におけるスケールの発生を抑制できる。そして結果、角成形時にスケールが押し込まれることによる傷の発生を防止できる。そのため、外観品質向上の観点からは、前記温度を１１００℃以下とすることが好ましい。
　なお、ここで、被圧延材の温度とは、被圧延材（鋼管）の表面温度を指すものとする。
　以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
　以下に述べる手順で継目無角形鋼管を製造した。まず、ビレットを穿孔して円筒状素管とした。前記円筒状素管を加熱炉で加熱した後、複数の角成形スタンドを備える定形圧延機で熱間圧延して角筒に成形し、継目無角形鋼管とした。前記加熱においては、加熱炉出側温度を１０００℃とした。
　前記定形圧延機としては、２ロールタイプの角成形スタンドを２スタンド備えるものを使用した。前記２つの角成形スタンドのうち、上流側のものを第１スタンド、下流側のものを第２スタンドとする。
　前記角成形スタンドにおける成形条件（外径縮径比）は、表１に示す通りとした。そして、その際の第１スタンドおよび第２スタンドにおける圧延荷重、および最終的に得られた継目無角形鋼管の角部寸法（Ｓ値）を測定した。測定結果を表１に併記する。なお、角成形スタンドにおける熱間圧延の間の被圧延材の温度は１０００～９００℃であった。
　また、前記継目無角形鋼管の寸法は、外径（辺長）：３００ｍｍ、肉厚ｔ：３０ｍｍとした。また、円筒状素管の外径Ｄ０は４１８ｍｍとした。
　荷重については、以下の基準に基づいて判定し、その結果を表１に併記した。
・第１スタンドにおける荷重：150 tonf未満：○
・第１スタンドにおける荷重：150 tonf以上、160 tonf未満：△
・第１スタンドにおける荷重：160 tonf以上：×
　Ｓ値についても、以下の基準に基づいて判定し、その結果を表１に併記した。
・Ｓ値：３０．０ｍｍ未満：◎
・Ｓ値：３０．０ｍｍ以上、３７．５ｍｍ以下：○
・Ｓ値：３７．５ｍｍ超：×
　ここで、３７．５ｍｍとは、肉厚ｔ：３０ｍｍの鋼管における、標準Ｓ値０．７５、寸法許容差：０．５ｔとしたときのＳ値の許容範囲である。なお、図２に示したように、角形鋼管の角部１つに対して、２つのＳ値がある。そこで、前記判定には、得られた継目無角形鋼管の４つの角におけるＳ値、合計８つの算術平均値を使用した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　比較例Ｎｏ．１は、Δｒ１を極めて大きくすることによってＳ値の低減を図るという従来の圧延条件を採用したものである。このＮｏ．１では、Ｓ値は合格判定であるものの、（２）式の条件を満たしていないため、圧延荷重が極めて大きかった。すなわち、従来の考え方に基づいてＳ値が低くなるように圧延条件を選択した場合、圧延荷重が過大となり、生産設備に著しい負荷がかかる。
　また、比較例Ｎｏ．２は、Ｎｏ．１に比べてΔｒ１を軽減したものである。このＮｏ．２では、Ｎｏ．１と同様にＳ値は合格判定であるものの、（２）式の条件を満たしていないため、やはり圧延荷重が大きかった。
　これに対して、本発明の条件を満たす発明例Ｎｏ．３では、比較例Ｎｏ．１に比べ、第１スタンドにおける荷重を約３１％と、大幅に低減することができた。さらに、第１スタンドにおける外径縮径比を大幅に低下させているにもかかわらず、従来技術における知見に反し、Ｓ値の増加は十分に抑制されており、合格水準であった。
　また、比較例Ｎｏ．４は、Δｒ１をＮｏ．３よりもさらに低減した例である。Ｎｏ．４は、（２）式の条件を満たすが、（１）式の条件を満たさない。その結果、第１スタンドにおける荷重は低くなったものの、Ｓ値が大幅に増加した。この結果から分かるように、単純にΔｒ１を小さくして荷重を低減するのみでは、良好な角部形状を実現することはできない。すなわち、設備負荷を低減しつつ、従来と同等の角部Ｓ値を有する継目無角形鋼管を得るためには、（１）、（２）式の条件の両方を満たす必要がある。
　このように、本発明の技術によれば、従来の技術的偏見を克服し、既存の技術とはまったく異なる技術的思想に基づいて圧延条件を制御することにより、Ｓ値の低減と圧延荷重の抑制という、相反する要求を満たすことができる。
　　１　　円筒状素管
　　２　　継目無角形鋼管
　１０　　定形圧延機
　１１　　円形カリバーを備えるスタンド
　１２　　角成形スタンド

Claims (2)

  1. 　ビレットを穿孔して円筒状素管とし、複数の角成形スタンドを備える定形圧延機で前記円筒状素管を熱間圧延して角筒に成形する、継目無角形鋼管の製造方法であって、
    　前記定形圧延機における角成形スタンドの数ｎが３以上であり、
    　第１の角成形スタンドにおける外径縮径比Δｒ１、第２の角成形スタンドにおける外径縮径比Δｒ２、および全角成形スタンドにおける外径縮径比Ｒが、下記（１）および（２）式を満足する、継目無角形鋼管の製造方法。
    （Δｒ１＋Δｒ２）／Ｒ≧０．７０…（１）
    Δｒ２－０．０１≦Δｒ１≦Δｒ２＋０．０１…（２）
  2. 　前記角成形スタンドにおける熱間圧延の間、被圧延材の温度を６００～１１００℃とする、請求項１に記載の継目無角形鋼管の製造方法。
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