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特開2023-134349金属管の圧延方法、金属管の製造方法、圧延設備及び金属管
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023134349
(43)【公開日】2023-09-27
(54)【発明の名称】金属管の圧延方法、金属管の製造方法、圧延設備及び金属管
(51)【国際特許分類】
B21B 19/06 20060101AFI20230920BHJP
【ＦＩ】
B21B19/06
B21B19/06 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022194716
(22)【出願日】2022-12-06
(31)【優先権主張番号】P 2022038798
(32)【優先日】2022-03-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100184859
【弁理士】
【氏名又は名称】磯村 哲朗
(74)【代理人】
【識別番号】100123386
【弁理士】
【氏名又は名称】熊坂 晃
(74)【代理人】
【識別番号】100196667
【弁理士】
【氏名又は名称】坂井 哲也
(74)【代理人】
【識別番号】100130834
【弁理士】
【氏名又は名称】森 和弘
(72)【発明者】
【氏名】岡▲崎▼ 俊郎
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 俊輔
(72)【発明者】
【氏名】勝村 龍郎
(72)【発明者】
【氏名】三宅 勝
(57)【要約】 （修正有）
【課題】圧延後の断面形状の真円度の低下を抑制する圧延方法、金属管の製造方法、圧延設備及び金属管を提供すること。
【解決手段】素管１を、管周方向に回転させると共に、管軸方向に進行させながら縮径圧延することで金属管２を得る圧延工程を含み、上記圧延工程では、予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差に基づいて、縮径圧延時の圧延荷重を制御する、金属管の圧延方法。上記圧延方法では、縮径圧延時の圧延荷重が以下の式（１）を満たしてよい。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：冷間圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
【選択図】図１
【解決手段】素管１を、管周方向に回転させると共に、管軸方向に進行させながら縮径圧延することで金属管２を得る圧延工程を含み、上記圧延工程では、予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差に基づいて、縮径圧延時の圧延荷重を制御する、金属管の圧延方法。上記圧延方法では、縮径圧延時の圧延荷重が以下の式（１）を満たしてよい。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：冷間圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
素管を、管周方向に回転させると共に、管軸方向に進行させながら縮径圧延することで金属管を得る圧延工程を含み、
前記圧延工程では、予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差に基づいて、前記縮径圧延時の圧延荷重を制御する、金属管の圧延方法。
前記圧延工程では、予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差に基づいて、前記縮径圧延時の圧延荷重を制御する、金属管の圧延方法。
【請求項2】
前記圧延工程では、前記縮径圧延時の圧延荷重が以下の式（１）を満たす、請求項１に記載の金属管の圧延方法。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
【請求項3】
前記圧延工程で、前記縮径圧延を複数パス行う際、各パスにおける圧延荷重最大値Ｌが前記式（１）を満たす、請求項２に記載の金属管の圧延方法。
【請求項4】
請求項１～３のいずれかに記載の圧延方法によって縮径圧延を施して金属管を得る、金属管の製造方法。
【請求項5】
素管を、管周方向に回転させると共に、管軸方向に進行させながら縮径圧延することで金属管を得るための圧延設備であって、
予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差に基づいて、前記縮径圧延時の圧延荷重を制御する制御部を備える、圧延設備。
予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差に基づいて、前記縮径圧延時の圧延荷重を制御する制御部を備える、圧延設備。
【請求項6】
前記制御部は、以下の式（１）を満たすように前記縮径圧延時の圧延荷重を制御する、請求項５に記載の圧延設備。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
【請求項7】
管軸方向垂直断面における外径最大値と外径最小値との差が３．５ｍｍ以下である、金属管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、加工硬化によって金属管の降伏強度を向上させ、高降伏強度を有する金属管とする金属管の圧延方法、金属管の製造方法、圧延設備及び金属管に関する。
【背景技術】
【0002】
シームレス金属管製品を使用する分野において、特に優れた耐食性と高強度が求められる分野では、耐食性能を向上させるために、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ等の耐食性向上元素を多く添加した２相ステンレス鋼（ＪＩＳ Ｇ３４５９ ＳＵＳ ３２９Ｊ１、３２９Ｊ３Ｌ、３２９Ｊ４Ｌ相当）やオーステナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ Ｇ３４５９ ＳＵＳ ３０１、３０２、３０４、３０５、３０９、３１０、３１２、３１５、３１６、３１７、８３６、８９０、３２１、３４７相当）のシームレス鋼管ならびにＮｉ基合金（ＪＩＳ Ｈ４５５２ ＮＷ４４００、ＮＷ６００７、ＮＷ０２７６、ＮＷ６０２２、ＮＷ６００２相当）のシームレス管が使用されている。
これらの鋼種及び合金は、優れた耐食性能を発揮させるために添加される合金元素を多量に含有する。そのため、組織としてはオーステナイト相単相、またはオーステナイト相を含む多相組織となる。結晶構造が面心立方格子（ｆｃｃ）構造であるオーステナイト相は、低温～常温程度の使用環境では、結晶構造が体心立方格子（ｂｃｃ）構造であるフェライト相やマルテンサイト相に比べて、降伏強度が低い場合が多い。そのため、オーステナイト相が含まれる材料で、更に高い降伏強度が求められる場合は、冷間で加工を付加し、加工による転位強化を利用して高降伏強度化を図っている。
これらの鋼種及び合金は、優れた耐食性能を発揮させるために添加される合金元素を多量に含有する。そのため、組織としてはオーステナイト相単相、またはオーステナイト相を含む多相組織となる。結晶構造が面心立方格子（ｆｃｃ）構造であるオーステナイト相は、低温～常温程度の使用環境では、結晶構造が体心立方格子（ｂｃｃ）構造であるフェライト相やマルテンサイト相に比べて、降伏強度が低い場合が多い。そのため、オーステナイト相が含まれる材料で、更に高い降伏強度が求められる場合は、冷間で加工を付加し、加工による転位強化を利用して高降伏強度化を図っている。
【0003】
例えば、油井管などに使われる外径３－１／２ｉｎｃｈ以上の高強度高耐食性鋼管では、冷間引抜加工や冷間ピルガー加工といった冷間加工が多用されており、降伏強さが１２５ｋｓｉ以上である高強度鋼管が実用化されている（非特許文献１参照）。
【0004】
しかしながら、非特許文献１に記載の冷間引抜加工法は、鋼管長手方向の強度向上に加え、鋼管の長手方向における肉厚分布の均一化にも有効な手法であるが、引抜加工前に鋼管の軟化熱処理、酸洗、潤滑被膜付与のための化成処理、引抜時のつかみ部を作るための管端加工などの多くのプロセスが必要である。また、引抜加工に必要な圧力の制限や工具への焼付き防止の観点から減肉率が２０％程度しか得られない。さらに、１回の引抜加工で減肉量が足りない場合は、再度前述の軟化熱処理からの一連のプロセスを繰り返す必要がある。また、引抜加工後の鋼管の形状は引抜に使用される工具寸法により一義的に決定されるため、サイズ変更の際は工具の交換が必要となり、少量多品種の製造には不向きである。さらに当然ながら、引抜加工を実施する際に必要なプロセスが多いため設備投資やエネルギー消費量も多大になるという問題がある。一方の冷間ピルガー加工は、鋼管の予備処理が不要で、かつ高い減肉率が得られるが、１パスでの送り量が数十ｍｍと小さく、生産能率が悪い。また、圧延ロールの形状が複雑であり、工具製造負荷（圧延ロールを製造するための作業負荷や経済的負荷）が大きい。
【0005】
これらの問題に対し、特許文献１に記載の技術では、回転軸が金属管の圧延パス方向センターラインに対して傾斜して配置した２個以上の圧延ロールを有する傾斜圧延機のロールギャップに金属管を通過させて縮径圧延することを特徴とする冷間圧延方法を提案している。これにより、加工前の金属管に対し表面被膜付与や、管端の加工などの予備処理を必要とせず、かつ高い加工能率で金属管の冷間加工による強度向上が可能になり、環境保護、産業上において良好な効果を得られる。また、傾斜圧延機のロールギャップを変更するだけで外径を縮径して製品サイズを作り分けることができる。また、内面を自由変形とすることで工具に生ずる面圧が過大になることを防ぎ、冷間引抜で発生する焼き付きのような表面疵の発生もなく所望の加工歪みを付加できるため、多品種少量生産にも好適であるという特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第６４３２６１４号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】日本鉄鋼協会、「鋼管の製造技術の現状と将来」、社団法人 日本鉄鋼協会出版、昭和６１年５月６日、ｐ．１１５－１４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献１に記載の冷間圧延方法では、圧延条件によっては、断面形状に関し、圧延前は真円に近い形状であるものが、圧延後に楕円形等に変形し、真円度が低下する場合があることが本発明者らの検討により明らかになった。このように、冷間圧延等の圧延後において、真円度の低下を抑制する技術の確立が希求されていた。
【0009】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、圧延後の断面形状の真円度の低下を抑制する圧延方法、金属管の製造方法、圧延設備及び金属管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、上述の課題を解決するために、金属管の真円度を向上させる圧延方法、製造方法について鋭意検討を行った結果、以下の要旨からなる発明を完成した。
［１］素管を、管周方向に回転させると共に、管軸方向に進行させながら縮径圧延することで金属管を得る圧延工程を含み、
前記圧延工程では、予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差に基づいて、前記縮径圧延時の圧延荷重を制御する、金属管の圧延方法。
［２］前記圧延工程では、前記縮径圧延時の圧延荷重が以下の式（１）を満たす、前記［１］に記載の金属管の圧延方法。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
［３］前記圧延工程で、前記縮径圧延を複数パス行う際、各パスにおける圧延荷重最大値Ｌが前記式（１）を満たす、前記［２］に記載の金属管の圧延方法。
［４］前記［１］～［３］のいずれかに記載の圧延方法によって縮径圧延を施して金属管を得る、金属管の製造方法。
［５］素管を、管周方向に回転させると共に、管軸方向に進行させながら縮径圧延することで金属管を得るための圧延設備であって、
予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差に基づいて、前記縮径圧延時の圧延荷重を制御する制御部を備える、圧延設備。
［６］前記制御部は、以下の式（１）を満たすように前記縮径圧延時の圧延荷重を制御する、前記［５］に記載の圧延設備。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
［７］管軸方向垂直断面における外径最大値と外径最小値との差が３．５ｍｍ以下である、金属管。
［１］素管を、管周方向に回転させると共に、管軸方向に進行させながら縮径圧延することで金属管を得る圧延工程を含み、
前記圧延工程では、予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差に基づいて、前記縮径圧延時の圧延荷重を制御する、金属管の圧延方法。
［２］前記圧延工程では、前記縮径圧延時の圧延荷重が以下の式（１）を満たす、前記［１］に記載の金属管の圧延方法。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
［３］前記圧延工程で、前記縮径圧延を複数パス行う際、各パスにおける圧延荷重最大値Ｌが前記式（１）を満たす、前記［２］に記載の金属管の圧延方法。
［４］前記［１］～［３］のいずれかに記載の圧延方法によって縮径圧延を施して金属管を得る、金属管の製造方法。
［５］素管を、管周方向に回転させると共に、管軸方向に進行させながら縮径圧延することで金属管を得るための圧延設備であって、
予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差に基づいて、前記縮径圧延時の圧延荷重を制御する制御部を備える、圧延設備。
［６］前記制御部は、以下の式（１）を満たすように前記縮径圧延時の圧延荷重を制御する、前記［５］に記載の圧延設備。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
［７］管軸方向垂直断面における外径最大値と外径最小値との差が３．５ｍｍ以下である、金属管。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、圧延後の断面形状の真円度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。
【0014】
本発明の金属管の圧延方法では、素管を、管周方向に回転させると共に、管軸方向に進行させながら縮径圧延することで金属管を得る圧延工程を含み、該圧延工程では、予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差に基づいて、縮径圧延時の圧延荷重を制御する。これにより、金属管の圧延後の圧延後の断面形状の真円度の低下を抑制することができる。
また、この圧延工程では、縮径圧延時の圧延荷重が以下の式（１）を満たすことが好ましい。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
また、この圧延工程では、縮径圧延時の圧延荷重が以下の式（１）を満たすことが好ましい。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
【0015】
なお、本発明における圧延工程は、複数パスの圧延を行う際、その一部のパスのみを対象としてもよいし、全てのパスの処理を圧延工程に含めてもよい。例えば、全３パスの圧延を行う際、本発明における圧延工程は、いずれか１パスのみを対象としてもよいし、前半２パスまたは後半２パスのみを対象としてもよいし、全３パスの処理を圧延工程に含めてもよい。
【0016】
また、本発明の圧延設備は、素管を、管周方向に回転させると共に、管軸方向に進行させながら縮径圧延することで金属管を得るための圧延設備であって、予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差に基づいて、上記縮径圧延時の圧延荷重を制御する制御部を有する。該制御部は、上記の式（１）を満たすように縮径圧延時の圧延荷重を制御することが好ましい。
【0017】
以下では、本発明の圧延設備を用いて金属管の圧延を行う圧延方法の説明を行う。また、圧延設備の一例として、回転軸が金属管の圧延パス方向センターライン（管軸方向）に対して傾斜して配置された２個以上の圧延ロールを有する傾斜圧延機を挙げて説明する。
【0018】
図１は、本発明の圧延方法の一例として、２ロール型の傾斜圧延機（２つの圧延ロールを有する傾斜圧延機）により圧延する場合を説明する模式図である。図１（ｂ）は圧延方向から見た正面図、図１（ａ）は図１（ｂ）における被圧延管（金属管）のＡ－Ａ断面と圧延ロールを側面から見た図、図１（ｃ）は被圧延管（金属管）の断面と圧延ロールの図１（ａ）におけるＢ－Ｂ矢視図である。以下、圧延として、冷間圧延を行う場合について説明する。圧延設備としては、冷間圧延設備を例に挙げる。なお、本発明では、冷間圧延を行う場合だけでなく、熱間圧延、温間圧延を行うことも可能である。
【0019】
上記のように、本発明において、金属管の冷間圧延を行うための傾斜圧延機は、素管１（金属管２）の管周方向に２個以上配設された、素管１を圧延する圧延ロール３を有する。
また、本発明では、後述するように、素管１の圧延荷重（圧延荷重最大値）の調整は、傾斜圧延機が有する制御部により自動で制御することができる。制御部は、後述する式（１）を満たすように縮径圧延時の圧延荷重を制御することができる。
制御部は、特に限定されないが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有するコンピュータ等の情報処理装置とすることができる。
また、本発明では、後述するように、素管１の圧延荷重（圧延荷重最大値）の調整は、傾斜圧延機が有する制御部により自動で制御することができる。制御部は、後述する式（１）を満たすように縮径圧延時の圧延荷重を制御することができる。
制御部は、特に限定されないが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有するコンピュータ等の情報処理装置とすることができる。
【0020】
図１に示すように、本発明では、圧延ロール３の回転軸が圧延パス方向センターライン（管軸方向）に対して、傾斜角β（管軸方向に垂直な方向であって、素管１への圧延荷重がかかる方向に視た場合に、管軸方向に対して傾斜した角度：β）をなして、あるいはさらに圧延出側で交差角（交叉角）γ（管軸方向に垂直な方向であって、且つ素管１への圧延荷重がかかる方向に垂直な方向に視た場合に、管軸方向に対して傾斜した角度：γ）をなして配置された傾斜圧延機のロールギャップに、該傾斜圧延機の入側（図１（ａ）における右側）から素管１を供給する。そして、一対の圧延ロール３に素管１を挟圧させつつ、素管１を図１に示す圧延方向に通過させることで、縮径圧延を施し、金属管（冷間圧延管）２を製造する。ここで、特に限定されないが、傾斜角βは、０．５～４０．０°とすることが好ましい。また、交叉角γは、０～４５．０°とすることが好ましい。
一対の圧延ロール３において、管軸方向に対して傾斜角β、交叉角γが形成される方向は互いに反対の方向としてよい。
一対の圧延ロール３において、管軸方向に対して傾斜角β、交叉角γが形成される方向は互いに反対の方向としてよい。
【0021】
本発明では、２個以上の圧延ロール３は、回転軸が圧延パス方向センターライン（管軸方向）に対して傾斜角βをなすように傾斜して配置される。このような傾斜した配置により、上記回転軸を中心に回転する圧延ロール３が、圧延ロール３と素管１との接触によって生じる摩擦力を利用し、ロールギャップに供給された素管１を圧延方向に引き込む。そのため、素管１は圧延ロール３によって回転を受けながららせん状に圧延される。すなわち、素管１は、管周方向に回転しつつ、管軸方向に進行しながら圧延される。
【0022】
このような圧延形態は、少なくとも２個の圧延ロール３のロールギャップを、素管１の外径より小さくし、かつ上述したように、圧延ロール３夫々を傾斜配置すれば実現可能である。図１では、２ロール型の傾斜圧延機を示したが、管周方向に３個以上の圧延ロールが配設された傾斜圧延機であっても、同様にして素管１を縮径圧延することができる。なお、圧延ロール３の形状については特に制限はなく、図１に示した樽型ロール以外に、素管１との接触位置を制御するために直径をロール長手方向に直線的または連続的に変化させた形状を有する圧延ロールも適用できる。
ここで、圧延ロールを樽型ロールとする場合、特に限定されないが、傾斜角および交叉角共に０°の場合に入側面角は０．２～１０．０°とすることが好ましい。また、出側面角は０．２～１０．０°とすることが好ましい。
なお、上記の入側面角とは、圧延入側に向けて漸次断面形状が小さくなる圧延ロール３のテーパ側面において、管軸方向に垂直な方向であって、且つ素管１への圧延荷重がかかる方向に垂直な方向に視た場合に、管軸方向に対して傾斜した角度のことを指す。
また、上記の出側面角とは、圧延出側に向けて漸次断面形状が小さくなる圧延ロール３のテーパ側面において、管軸方向に垂直な方向であって、且つ素管１への圧延荷重がかかる方向に垂直な方向に視た場合に、管軸方向に対して傾斜した角度のことを指す。
ここで、圧延ロールを樽型ロールとする場合、特に限定されないが、傾斜角および交叉角共に０°の場合に入側面角は０．２～１０．０°とすることが好ましい。また、出側面角は０．２～１０．０°とすることが好ましい。
なお、上記の入側面角とは、圧延入側に向けて漸次断面形状が小さくなる圧延ロール３のテーパ側面において、管軸方向に垂直な方向であって、且つ素管１への圧延荷重がかかる方向に垂直な方向に視た場合に、管軸方向に対して傾斜した角度のことを指す。
また、上記の出側面角とは、圧延出側に向けて漸次断面形状が小さくなる圧延ロール３のテーパ側面において、管軸方向に垂直な方向であって、且つ素管１への圧延荷重がかかる方向に垂直な方向に視た場合に、管軸方向に対して傾斜した角度のことを指す。
【0023】
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
以下、本発明で特定する式（１）の詳細について説明する。
本発明では、圧延後の金属管２の断面形状（管軸方向垂直断面の形状）の真円度を悪化させないように圧延条件を設定する。圧延後の金属管２の断面形状の例を図２に示す。図２は楕円形に変形した例である。
ここで、圧延後の外径のうち、最大値（楕円形の長径）をＤｍａｘとし、最小値（楕円形の短径）をＤｍｉｎとし、両者の差をＣ（Ｃｐ）：金属管２の管軸方向垂直断面における外径最大値と外径最小値の差とする。
以下、本発明で特定する式（１）の詳細について説明する。
本発明では、圧延後の金属管２の断面形状（管軸方向垂直断面の形状）の真円度を悪化させないように圧延条件を設定する。圧延後の金属管２の断面形状の例を図２に示す。図２は楕円形に変形した例である。
ここで、圧延後の外径のうち、最大値（楕円形の長径）をＤｍａｘとし、最小値（楕円形の短径）をＤｍｉｎとし、両者の差をＣ（Ｃｐ）：金属管２の管軸方向垂直断面における外径最大値と外径最小値の差とする。
【0024】
なお、外径については、ノギスを用いて測定することができ、管端部を測定する場合には、定規を用いてもよい。管端部以外を測定する場合には測定箇所を切断し、切断面の形状を測定してもよい。また、外径の最大値、最小値は、管周方向に等間隔に２４点測定することにより得られる。
ここで、ノギス又は定規を用いて外径を測定する際、管軸方向垂直断面において、管周上の測定位置（ノギス設置位置）となる２点間の管周方向における距離は、管周長の１／２となるように設定する。
また、外径の管軸方向での測定位置は、いずれの箇所でもよいが、先尾端から２０ｍｍを除いた箇所、より好ましくは先尾端から４０ｍｍを除いた箇所を測定することが望ましい。
肉厚については、マイクロメータを用いて測定することができる。管端部以外を測定する場合には測定箇所を切断し、切断部の肉厚を測定してもよい。
ここで、ノギス又は定規を用いて外径を測定する際、管軸方向垂直断面において、管周上の測定位置（ノギス設置位置）となる２点間の管周方向における距離は、管周長の１／２となるように設定する。
また、外径の管軸方向での測定位置は、いずれの箇所でもよいが、先尾端から２０ｍｍを除いた箇所、より好ましくは先尾端から４０ｍｍを除いた箇所を測定することが望ましい。
肉厚については、マイクロメータを用いて測定することができる。管端部以外を測定する場合には測定箇所を切断し、切断部の肉厚を測定してもよい。
【0025】
本発明者らの実験による検討により、Ｃは圧延ロールにかかる荷重と高い相関があり、また、Ｃと荷重の相関関係は素管の肉厚に影響され，式（２）、式（３）に示す値をとることが分かった。ここで、Ｌは素管（金属管）を圧延している時間内に発生する荷重のうち最大値であり、複数あるロールの内で最も大きな値を示した荷重である。
Ｌ≧４．５×ｔ＋１８の場合
Ｃ＝Ｌ／（１．２×ｔ）－（４．５×ｔ＋１８）／（１．２×ｔ） ・・・式（２）
Ｌ＜４．５×ｔ＋１８の場合 Ｃ＝０ ・・・式（３）
ここで、式（２）、（３）中、
Ｃ：圧延後（最終パス後）に測定した金属管の管軸方向垂直断面における外径最大値と外径最小値の差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：各ロールに発生する圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
Ｌ≧４．５×ｔ＋１８の場合
Ｃ＝Ｌ／（１．２×ｔ）－（４．５×ｔ＋１８）／（１．２×ｔ） ・・・式（２）
Ｌ＜４．５×ｔ＋１８の場合 Ｃ＝０ ・・・式（３）
ここで、式（２）、（３）中、
Ｃ：圧延後（最終パス後）に測定した金属管の管軸方向垂直断面における外径最大値と外径最小値の差［ｍｍ］、
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：各ロールに発生する圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
【0026】
この知見に基づき、本発明では、圧延荷重が式（１）に示す範囲になるように圧延条件を設定する。これにより、圧延後の断面形状の真円度の低下をより抑制することができる。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：外径最大値と外径最小値の差の許容値［ｍｍ］（冷間圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］）
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
Ｌ≦１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８ ・・・式（１）
ここで、式（１）中、
Ｃｐ：外径最大値と外径最小値の差の許容値［ｍｍ］（冷間圧延工程後の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差［ｍｍ］）
ｔ：圧延工程前の素管の肉厚［ｍｍ］、
Ｌ：圧延荷重最大値［ｔｏｎ］、である。
【0027】
ここで、圧延を開始する前に、上記の式（１）を満たすように、Ｌを予め設定する必要がある。そのために、有限要素法などの数値解析を用いて圧延荷重を予測した値を用いてもよいし、可能であれば同条件での予備実験を実施し、その荷重実績値を用いてもよい。Ｌの設定は、上述した制御部が行うことができる。例えば、上記の荷重実績値を用いる場合、上述した制御部に荷重実績値に記憶させ、制御部により、荷重実績値のデータに基づいて、圧延ロールに圧延荷重を調整させることができる。
圧延条件の設定は、具体的にはロール同士の間隙（図１中のＧａｐ）を設定すればよい。式（１）に示す上限値よりＬが大きくなることが懸念される場合には、間隙を広く設定して、Ｌを小さくすればよい。
圧延条件の設定は、具体的にはロール同士の間隙（図１中のＧａｐ）を設定すればよい。式（１）に示す上限値よりＬが大きくなることが懸念される場合には、間隙を広く設定して、Ｌを小さくすればよい。
【0028】
上記の式（１）に関し、Ｌは（１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８）×０．８５以下であることが好ましく、（１．２×ｔ×Ｃｐ＋４．５×ｔ＋１８）×０．７０以下であることがより好ましい。また、Ｌは、２．０ｔｏｎ以上であることが好ましく、４．０ｔｏｎ以上であることがより好ましい。
Ｌは、傾斜圧延機等のロールに隣接して設置されたロードセルによって測定することができる。
Ｌは、傾斜圧延機等のロールに隣接して設置されたロードセルによって測定することができる。
【0029】
また、上記の方法で圧延条件を設定した場合、圧延後に所定の材料強度を得られない可能性がある。その場合、式（１）の条件を満たす圧延を材料強度が得られるまで複数パス実施すればよい。
このとき、縮径圧延を複数パス行う際、各パスにおける圧延荷重最大値Ｌが上記の式（１）を満たすことが好ましい。また、複数パス行う際、Ｃｐは、冷間圧延工程後（最終パス後）の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差である。ｔは、初回パス前の肉厚の値を用いてよい。
なお、前述しているように、本発明における圧延工程は、複数パスの圧延を行う際、その一部のパスのみを対象としてもよいし、全てのパスの処理を圧延工程に含めてもよい。例えば、全３パスの圧延を行う際、本発明における圧延工程が後半２パスを対象とする場合、肉厚ｔが対象とする初回パス前とは、全３パス中、第２パス目前となる。
このとき、縮径圧延を複数パス行う際、各パスにおける圧延荷重最大値Ｌが上記の式（１）を満たすことが好ましい。また、複数パス行う際、Ｃｐは、冷間圧延工程後（最終パス後）の金属管の管軸方向垂直断面における、予め設定された外径最大値と外径最小値との差である。ｔは、初回パス前の肉厚の値を用いてよい。
なお、前述しているように、本発明における圧延工程は、複数パスの圧延を行う際、その一部のパスのみを対象としてもよいし、全てのパスの処理を圧延工程に含めてもよい。例えば、全３パスの圧延を行う際、本発明における圧延工程が後半２パスを対象とする場合、肉厚ｔが対象とする初回パス前とは、全３パス中、第２パス目前となる。
【0030】
以上、本発明の金属管の圧延方法について説明した。本発明の金属管の圧延方法によれば、圧延後の断面形状の真円度の低下を抑制することができる。
特に、圧延前の素管に対して、表面被膜付与や、管端の加工などの予備処理は必要とせず、圧延による硬度向上も実現しつつ、圧延後の断面形状の真円度の低下を抑制することができる。
特に、圧延前の素管に対して、表面被膜付与や、管端の加工などの予備処理は必要とせず、圧延による硬度向上も実現しつつ、圧延後の断面形状の真円度の低下を抑制することができる。
【0031】
本発明では、上述した圧延方法によって縮径圧延を施して、金属管を得る、金属管の製造方法も提供される。金属管の製造方法では、特に限定されないが、縮径圧延後は、熱処理を施して、金属管を得てもよい。また、縮径圧延後は、酸洗して金属管表面のスケールを取り除く処理を施してもよい。
【0032】
本発明では、上述した圧延方法によって得られた金属管は、管軸方向垂直断面における外径最大値と外径最小値との差を３．５ｍｍ以下とすることができる。また、この差は１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。
また、上述した圧延方法によって得られた金属管は、降伏強さを７００ＭＰａ以上とすることができる。
また、特に限定されないが、上記金属管の外径は、８～６００ｍｍとすることが好ましい。
また、金属管の肉厚は、０．２～４０．０ｍｍであることが好ましく、１．０～３２．０ｍｍであることが好ましい。
また、上述した圧延方法によって得られた金属管は、降伏強さを７００ＭＰａ以上とすることができる。
また、特に限定されないが、上記金属管の外径は、８～６００ｍｍとすることが好ましい。
また、金属管の肉厚は、０．２～４０．０ｍｍであることが好ましく、１．０～３２．０ｍｍであることが好ましい。
【0033】
上述した圧延を行う素管の圧延を行うまでの製造条件は特に限定されず、通常公知の製造条件を採用することができる。
圧延前の素管についても特に限定されず、通常公知の中空の管材であってよく、材質や機械的特性は特に限定されないが、降伏強さが２２０ＭＰａ以上であることが好ましい。
また、圧延前の素管の形状としては、外径最大値と外径最小値との差があっても本発明では所望の効果が得られる。本発明では、圧延前の素管は、管軸方向垂直断面が楕円形状または円形状であって、外径最大値と外径最小値との差が１０ｍｍ以下であることが好ましく、７ｍｍ以下であることがより好ましい。
圧延前の素管についても特に限定されず、通常公知の中空の管材であってよく、材質や機械的特性は特に限定されないが、降伏強さが２２０ＭＰａ以上であることが好ましい。
また、圧延前の素管の形状としては、外径最大値と外径最小値との差があっても本発明では所望の効果が得られる。本発明では、圧延前の素管は、管軸方向垂直断面が楕円形状または円形状であって、外径最大値と外径最小値との差が１０ｍｍ以下であることが好ましく、７ｍｍ以下であることがより好ましい。
【実施例0034】
以下、本発明の実施例について説明する。
表１に示すＪＩＳ Ｇ ４３０３：２０１２規格のステンレス鋼棒（素材ｂ：ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ）から機械加工により外径７０ｍｍ（外径最大値と外径最小値の差：０ｍｍ）、肉厚５ｍｍもしくは８ｍｍ、長さ２５０ｍｍの素管を採取し、表２に示す条件で縮径圧延を施した。縮径圧延に用いた傾斜圧延機（冷間圧延設備）は、傾斜角及び交叉角共に０°の場合に入側面角が２．５°、出側面角が３．０°である樽型ロールを有する２ロール型傾斜圧延機又は３ロール型傾斜圧延機であり、圧延に際して傾斜角βを３°、交叉角γを０°とし、常温の素管を圧延した。表２に示す各パスのロールギャップ、ロール数で冷間圧延を行った。
表１に示すＪＩＳ Ｇ ４３０３：２０１２規格のステンレス鋼棒（素材ｂ：ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ）から機械加工により外径７０ｍｍ（外径最大値と外径最小値の差：０ｍｍ）、肉厚５ｍｍもしくは８ｍｍ、長さ２５０ｍｍの素管を採取し、表２に示す条件で縮径圧延を施した。縮径圧延に用いた傾斜圧延機（冷間圧延設備）は、傾斜角及び交叉角共に０°の場合に入側面角が２．５°、出側面角が３．０°である樽型ロールを有する２ロール型傾斜圧延機又は３ロール型傾斜圧延機であり、圧延に際して傾斜角βを３°、交叉角γを０°とし、常温の素管を圧延した。表２に示す各パスのロールギャップ、ロール数で冷間圧延を行った。
【0035】
【表1】
【0036】
圧延後の金属管（冷間圧延管）について、ノギスを用い、外径を管周方向に等間隔に２４点測定することで得た最大値Ｄｍａｘ、最小値Ｄｍｉｎについて、両者の差をＣ：外径最大値と外径最小値の差として評価した。管軸方向での測定位置は、中央位置（管端から管全長の半分の長さの位置）とした。
初回パス前の金属管について、マイクロメータで先端部での肉厚を周方向に９０°ピッチで４か所測定し、その平均値（４か所の肉厚の和／４）を圧延工程前の金属管の肉厚とした。
さらに、各冷間圧延管から管長手方向の全厚引張試験片を採取し、室温で、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）に準拠して引張試験を行い、降伏強さＹＳ（０．２％耐力）を評価した。なお、冷間圧延前の素管の降伏強さＹＳは３６８ＭＰａであった。
また、圧延荷重は、傾斜圧延機のロールユニットに隣接して設置されたロードセルによって測定した。
初回パス前の金属管について、マイクロメータで先端部での肉厚を周方向に９０°ピッチで４か所測定し、その平均値（４か所の肉厚の和／４）を圧延工程前の金属管の肉厚とした。
さらに、各冷間圧延管から管長手方向の全厚引張試験片を採取し、室温で、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）に準拠して引張試験を行い、降伏強さＹＳ（０．２％耐力）を評価した。なお、冷間圧延前の素管の降伏強さＹＳは３６８ＭＰａであった。
また、圧延荷重は、傾斜圧延機のロールユニットに隣接して設置されたロードセルによって測定した。
【0037】
表２に結果を示す。
【0038】
【表2】
【0039】
管Ｎｏ．１～５、８～１１はロール数が２つの圧延機で１パスのみ圧延を実施して得られた管である。
管Ｎｏ．１～５、８～１１は、予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差を考慮し、縮径圧延時の圧延荷重を制御したため、真円度の低下を抑制することができた。
管Ｎｏ．３、４、１０、１１では、ロールギャップを小さくすることで降伏強さを向上させることができた。
また、表２に示すように、圧延後の予め設定された外径最大値と外径最小値の差を０．７ｍｍとした場合、圧延荷重最大値が式（１）で計算される上限値以下である本発明例の管Ｎｏ．１、２、５、８、９は、圧延後の外径最大値と外径最小値の差が０．７ｍｍ以下であり、より真円度の低下を抑制することができた。
管Ｎｏ．１～５、８～１１は、予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差を考慮し、縮径圧延時の圧延荷重を制御したため、真円度の低下を抑制することができた。
管Ｎｏ．３、４、１０、１１では、ロールギャップを小さくすることで降伏強さを向上させることができた。
また、表２に示すように、圧延後の予め設定された外径最大値と外径最小値の差を０．７ｍｍとした場合、圧延荷重最大値が式（１）で計算される上限値以下である本発明例の管Ｎｏ．１、２、５、８、９は、圧延後の外径最大値と外径最小値の差が０．７ｍｍ以下であり、より真円度の低下を抑制することができた。
【0040】
また、複数パスを実施した場合を発明例の管Ｎｏ．６、７では、全てのパスの圧延荷重最大値が式（１）で計算される上限値以下であり、圧延後の外径最大値と外径最小値の差は０．７ｍｍ以下であり、より真円度の低下を抑制することができた。
【0041】
管Ｎｏ．１２～１６、１９～２２はロール数３の圧延機で１パスのみ圧延を実施した場合である。
管Ｎｏ．１２～１６、１９～２２は、予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差を考慮し、縮径圧延時の圧延荷重を制御したため、真円度の低下を抑制することができた。
管Ｎｏ．１４、１５、２１、２２では、ロールギャップを小さくすることで降伏強さを向上させることができた。
また、表２に示すように、圧延後の予め設定された外径最大値と外径最小値の差を０．７ｍｍとした場合、圧延荷重最大値が式（１）で計算される上限値以下である管Ｎｏ．１２、１３、１６、１９、２０は圧延後の外径最大値と外径最小値の差が０．７ｍｍ以下であり、より真円度の低下を抑制することができた。
管Ｎｏ．１２～１６、１９～２２は、予め設定される圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差を考慮し、縮径圧延時の圧延荷重を制御したため、真円度の低下を抑制することができた。
管Ｎｏ．１４、１５、２１、２２では、ロールギャップを小さくすることで降伏強さを向上させることができた。
また、表２に示すように、圧延後の予め設定された外径最大値と外径最小値の差を０．７ｍｍとした場合、圧延荷重最大値が式（１）で計算される上限値以下である管Ｎｏ．１２、１３、１６、１９、２０は圧延後の外径最大値と外径最小値の差が０．７ｍｍ以下であり、より真円度の低下を抑制することができた。
【0042】
また、複数パスを実施した場合を管Ｎｏ．１７、１８に示すが、全てのパスの圧延荷重最大値が式（１）で計算される上限値以下であり、圧延後の外径最大値と外径最小値の差は０．７ｍｍ以下であり、より真円度の低下を抑制することができた。
【0043】
また、管Ｎｏ．２３、２４は、圧延工程後の金属管の外径最大値と外径最小値との差を考慮しなかった（予め設定しなかった）例である。管Ｎｏ．２３は、ロール数が２つの圧延機で１パスのみ圧延を実施した場合を示す。また、管Ｎｏ．２４は、ロール数が３つの圧延機で１パスのみ圧延を実施した場合を示す。これらは、圧延後の外径最大値と外径最小値の差が３．５ｍｍ超であり、真円度の低下を抑制することができなかった。
【0044】
以上より、本発明例では、真円度の低下を抑制できることが分かった。
【符号の説明】
【0045】
１ 素管
２ 金属管（圧延管）
３ 圧延ロール
β 傾斜角
γ 交叉角
Ｇａｐ ロールギャップ
Ｄｍａｘ 外径最大値
Ｄｍｉｎ 外径最小値
２ 金属管（圧延管）
３ 圧延ロール
β 傾斜角
γ 交叉角
Ｇａｐ ロールギャップ
Ｄｍａｘ 外径最大値
Ｄｍｉｎ 外径最小値
【図1】
【図2】