JP2000000616A - パイプ成形設備列およびパイプ成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数サイズの鋼管に対応する兼用ロールを有
する連続ロール成形により成形加工を行うことが可能な
パイプ成形設備列とパイプ製造方法を提供する。 【解決手段】 ブレークダウンミル、クラスターミルお
よび／又はケージミルおよびフィンパスミルからなるパ
イプ成形設備列において、前記ブレークダウンミルの少
なくとも複数段の上下スタンドに略半円形状または略最
終製品形状まで曲げ成形するために、成形ロールのロー
ル面の断面曲線の一部または全部が予定した種々の外径
の鋼管を成形するための各鋼管のロールフラワーにおけ
る変形形状の各曲線を含むように予め設定した曲線を断
面形状とする成形ロールを用い、この曲線を断面形状と
する上下一組の成形ロールを複数段配置し、ケージロー
ルを配置することなく、直接フィンパスミルを配置した
ことを特徴とするパイプ成形設備列とパイプ成形方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続ロール成形に
よる鋼管、特に電縫鋼管の製造において、ケージロール
を用いることなく複数サイズの鋼管に対応した兼用ロー
ルを有する成形ロールにて鋼管の成形加工を行う新しい
パイプ成形設備列とパイプ成形方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電縫鋼管の製造は、所要口径や肉厚の成
形に適した成形ロールを用いて、その口径に応じた成形
ロール配列を行い帯鋼を連続成形する連続ロール成形に
よる技術が主流となっており、少品種、大量生産に最適
であることはよく知られている。この電縫鋼管の溶接前
の製造プロセスは、一般に粗成形（ブレークダウン成
形）、中間成形（クラスタ成形或いはケージ成形）およ
び仕上げ成形（フィンパス成形）という３工程に分けら
れ、最後に溶接を行うスクィーズ工程を経て製品とな
る。なお、前述の粗成形と中間成形を併せて粗成形と呼
ぶこともあるがここでは両者を区別して説明する。成形
される鋼管のサイズ毎にロール交換を行れない兼用ロー
ルを用いて成形を行う場合、前述の粗成形、特にその初
期では、素材である帯鋼が基本的に開放な板状であり、
曲げ加工を加えるために上下（凹凸）ロールを用いて帯
鋼の内外面を同時に拘束し成形し、粗成形の後半に相当
する中間成形では帯鋼が徐々に管状に近づき凸ロール
（インナーロール）の使用は可能であるも曲げ変形の付
与が機械設計上非常に難しいため仕上げ成形と同様に閉
ロールカリバーを使用せずに、通常凹ロールを用いて外
面から帯鋼を拘束しているのが現状である。

【０００３】最近の少種多量生産の需給の減少に伴い、
前述の生産工程において、ロール兼用化によるコストダ
ウンおよび競争力の向上を目的に、中間成形のロール兼
用化に重点を置きケージロール成形法を改良したもの
や、中間成形のみならず縁曲げを中心とするブレークダ
ウン成形部のロール兼用化が提案されており、その代表
的な例として特公平３−１２９７７号公報には、成形ロ
ールのロール面の断面曲線の一部または全部が予定した
種々の外径の鋼管を成形するための各鋼管のロールフラ
ワーにおける帯鋼端部の各曲線を含むように予め設定し
た伸開曲線を断面形状とする成形ロールを用い、帯鋼の
両端部を、この伸開曲線を断面形状とする上下一組の成
形ロールで成形する方法、一般にはＦＦミルと称される
方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ロール兼用化に伴う幾つかの問題点も提起されている。
例えば、通常のロール兼用化ミルにおいては、１）より
多くの調整自由度と調整スペースが必要なため機械構造
が複雑となり、ロール兼用化によるコストダウン効果が
果たせず、ミル剛性も比較的弱くなり、２）兼用範囲が
広いほど良い成形性が得にくくなると共に溶接の不安定
性および品質低下の原因となる、等の問題が出ている。
一方、前述のＦＦミルにおいても更なるライン短縮化と
コストダウン効果が期待されている。

【０００５】特に、前述のブレークダウン（ＢＤ）工程
でロール兼用化を行う場合において共通して見られるの
は、ブレークダウン初期の曲げ工程から、フィンパス工
程に入る間に、小径のロールを略材料横方向から多数、
通常１０〜３０対配置する方式、所謂ケージ方式にて材
料成形を行っている。このケージ方式を採用する限りに
おいては、ロール成形で材料の曲げ成形を行う場合には
必然的に上下成形ロールの孔型に沿って曲げ成形しない
と所望の曲げ形状が得られず、すなわち、実際の曲げ形
状が概念上のロールフラワー形状とは大きく相違する形
状となってしまうという問題がある。換言すれば、従来
のロール成形ラインでブレークダウンロールを各鋼管サ
イズに対して共用する場合、前記ケージロールの当て方
に選択の余地がないため設計上のロールフラワーが得ら
れなくなるのである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するもので、具体的には前述したケージロールを一切
使用せず、前記ブレークダウン（ＢＤ）工程に複数段配
置された上下スタンドのうち、少なくとも最初の複数
段、好ましくは２〜３段の前述のＦＦミルの端部曲げス
タンドを配置し、これら複数段の上下ロールの組み合わ
せで略半円形状または略最終製品形状に成形し、次工程
であるフィンパス工程への繋ぎには従来型のサイドロー
ルスタンドを複数段、好ましくは２〜３段配置すること
で、従来のケージ型ミルと同程度、或いはそれ以上の精
度で、しかもより以上のサイズ兼用範囲、すなわち、略
鋼管外径比＝１：３を持たせることが可能なパイプ成形
設備列であり、また、パイプ成形方法である。

【０００７】その要旨は、（１）ブレークダウンミル、
クラスターミル或いはケージミル、およびフィンパスミ
ルからなるパイプ成形設備列において、前記ブレークダ
ウンミルの少なくとも複数段の上下スタンドに略半円形
状または略最終製品形状まで曲げ成形するために、成形
ロールのロール面の断面曲線の一部または全部が予定し
た種々の外径の鋼管を成形するための各鋼管のロールフ
ラワーにおける帯鋼断面の各曲線を含むように予め設定
した変形曲線を断面形状とする成形ロールを用い、帯鋼
の両端部から中心に向って曲げ成形するためにこの変形
曲線を断面形状とする上下一組の成形ロールを複数段配
置し、ケージロールを配置することなく、直接フィンパ
スミルを配置することを特徴とするパイプ成形設備列で
あり、更に、（２）前記（１）において、前記複数段の
成形ロールと、次工程のフィンパスミルとの間に繋ぎと
してサイドロールを有するスタンドを１段もしくは複数
段配置することを特徴とするパイプ成形設備列である。
また、本発明は、ブレークダウン工程、クラスター工程
或いは中間成形工程およびフィンパス工程からなるパイ
プ成形方法において、前記ブレークダウン工程において
外径の異なる複数サイズのパイプを最終製品の略半円形
状或いはほぼ最終製品形状まで曲げ成形するために、前
記成形ロールのロール面の断面曲線の一部または全部に
予定した種々の外径のパイプのロールフラワーの変形曲
線を含んだ曲線をその断面形状とする上下一組の兼用ロ
ールを具備した複数スタンドでブレークダウン成形し、
ケージロールを配置することなく、直接フィンパス工程
にてフィンパス成形する工程とでパイプ成形を行うこと
を特徴とするパイプ成形方法、である。なお、本発明に
おいて、ブレークダウンミルとはブレークダウン工程に
おいて使用される複数段のブレークダウン成形機であ
り、クラスターミル或いはケージミルとは、クラスター
工程において使用される複数段のクラスター成形機であ
り、また、フィンパスミルとはフィンパス工程において
使用される複数段のフィンパス成形機をいう。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明者らは、前述したロール兼
用化について様々な検討を行った結果、次のような知見
を得た。先ず、電縫鋼管の各成形段階に使用される成形
ロールのロールカリバーおよびロール配置を見ると、フ
ィンパス成形のロール兼用化が最も難しく、ミル全体の
ロール兼用化のネックとなっていることが判明した。こ
れを解決するには、従来のフィンパス成形を無くす外な
いが、このフィンパス成形は管断面の成形以外にも幾つ
かの機能を有し、これらの機能を他の成形段階に移すま
では、このフィンパス成形を完全に無くすことはできな
いにしても、フィンパス成形の負荷を極力軽減すること
は可能である。

【０００９】すなわち、前述のフィンパス成形の負荷軽
減の方策としては、フィンパス成形部に入る前に帯鋼の
断面形状を出来るだけ円状或いはフィンパスロール孔型
の形状に近い状態にしておくことで、小さなリダクショ
ンで断面形状を修正することは可能であり、そのために
はフィンパス成形機能の移り先となるブレークダウン成
形或いはクラスター成形（ケージロール成形）の成形機
能を強化すれば良いのであるが、現在までのロール兼用
化は主に前述の中間成形に限られて行われてきた。この
ケージロールを使用する場合には、中間成形のロール兼
用化が簡単に行われそうであるが、素材である帯鋼の変
形特性を度外視し、幾何学だけに着目し、ロールフラワ
ーをベースとする経験型のロール設計のみに依存して来
た。特に、ロール兼用化の場合には、孔型ロールを使用
せずに帯鋼板幅の一部しか拘束しないために、ロールフ
ラワーは実際の帯鋼断面の変形形状ではないこと、ロー
ル成形は逐次成形であり上流側の両者の相違が積み重な
って下流側へ影響すること、から実成形の結果が当初の
設計から大きく外れることが多い。

【００１０】前述のケージロールを使用するケージフォ
ーミングは、中間成形部の各サイズのロールフラワーに
幾何学相似性があることをロール兼用化の基礎としてい
るが、このロールフラワーは実際の変形形状ではないの
である。特に、ブレークダウン成形を経て中間成形部に
入る前に、ロールフラワーと実際の断面変形形状との間
には既に顕著な差が出ている。また、弾塑性変形挙動に
高度の非線形（材料非線形・幾何学的 非線形）が含ま
れていることから、通常のケージロールの構成方式では
変形の相似性が得られないことは明らかでる。更に、ケ
ージロール成形はエアベンドの曲げ方式であり、帯鋼断
面各部分が受ける曲げモーメントの大きさはアーム長さ
（断面各部分の位置）によって変化し、前記断面各部分
の位置の成形量も当然それなりに異なり、特にアームの
最も長い管底部の折れ曲げが頻繁に発生している。これ
を防止するものとしてインナーロールが使用されるが、
このインナーロールと接触した帯鋼部分では曲げモーメ
ントが急に変化し、却ってそこに折れ曲げが発生し易く
なる。また、機械構造上でもインナーロールの使用は決
して簡単ではない。

【００１１】上述したこれら問題点は、ケージロール成
形のみならず他のタイプの中間成形にも存在し、その原
因は成形量の大きさを制御しにくいというエアベンド曲
げ方式固有の欠点に起因し、そのため、成形の不確実性
により成形された帯鋼断面形状が材質・ｔ（肉厚）／Ｄ
（直径）等の影響を敏感に受け、そのコントロールが難
しくなり、フィンパスロール孔型の決定も難しくなる。
そのため、フィンパス成形の段数を増やす結果となる。
このように、これ迄に中間成形部をロール兼用化する考
え方は兼用化本来の目的から外れ、未だに解決されてい
ない。本発明は、前述した実情に鑑み、ロール兼用化の
中心をブレークダウン成形部で行うべきものとの発想に
基づき完成されたものである。

【００１２】図１に従来のロール兼用型のパイプ成形設
備列の概略図を示す。図１において、巻き解かれた帯鋼
１は、パイプ成形設備列のブレークダウン工程に供給さ
れ鋼管に成形されるが、この設備列の入り側には帯鋼端
部に当接する左右一対のエッジベンドロール２が配置さ
れ、帯鋼の両端部を曲げ成形する。次いで、端部成形さ
れた帯鋼は中間成形部に入り、センターベンドロール群
３ａ〜３ｄにより帯鋼中央部の曲げ成形とケージロール
群４ａ〜４ｘにより前記帯鋼中央部の曲げ成形に合わせ
て帯鋼外周縁部を曲げ成形する。更に、中間成形された
帯鋼は、更にフィンパス工程に入り、フィンパスロール
群Ｆ１、Ｆ２で帯鋼周方向に圧縮を加えて断面形状を修
正すると共に適切な電縫溶接を可能な状態にされ、最終
的にスクイーズ工程に送られ、スクイーズロール５で管
全体を拘束して溶接装置（図示せず）により 電縫溶接
され電縫鋼管の製品にされる。図２および図３は、中間
成形工程における別のタイプのケージミルの構成を図１
を例として図１のＡ−Ａ部位（図２）、およびＢ−Ｂ部
位（図３）の装置横断面を図示したもので、図１に示し
たセンターベンドロールに加えて、成形部位の内側には
無数のインナーロール群６が配置され、管底部の折れ曲
げが発生しないように帯鋼を内部から拘束している。

【００１３】図４は、前述した特公平３−１２９７７号
公報に開示された従来のＦＦミルと言われるパイプ成形
設備列を模式図で示したものである。図４において、ブ
レークダウン成形は、縁曲げを行うＢＤ１スタンド、リ
バースベンドを行うＢＤ２スタンド、板幅の中央領域を
成形するＢＤ３スタンドから構成されるブレークダウン
ロール成形部、更に、中間成形を行う同一テーブルに設
置されたＣ₁ 〜Ｃ_n 、通常は６セットのロール群からな
り、円断面を作るクラスターロールスタンド、仕上げ成
形を行うＦ１、Ｆ２からなるフィンパスロールスタンド
および溶接可能な状態にするスクイーズロールスタンド
という設備配列で構成されている。また、図４における
ＦＦミルパイプ成形設備列において、ブレークダウン成
形の縁曲げを行うＢＤ１スタンドは、連続的に変化する
曲率を有するインボリュート曲線を含む変形曲線を用い
る方式を採用し、更に成形ロールを移動・回転させるこ
とができるロールポジショニング機構とを組み合わせて
適切な曲率を有するロール表面部位を必要とする帯鋼部
位に当接して寸法、材質の異なる鋼管を同一のロールで
効果的に成形可能なように設計されている。

【００１４】一方、前述のクラスターロールスタンドで
は、ケージロール成形と同じように多数のロール、通常
６セットのロールを並べる形をとっているが、これらロ
ールによる成形目的は従来のケージロールの成形目的と
同一であるため成形性に問題が生じている。すなわち、
ＢＤ１〜ＢＤ３のような上下ロールを用いる垂直成形方
式からケージロールのような横成形方式に変わる際には
帯鋼板縁からその近傍領域までの部分を確実に成形し断
面を十分立ち上げて半円以上にしておかないと、縁部が
先にケージロールと接触してロールへの巻きつきが大き
くなり、縁伸びが発生して縁波となり、また長手方向に
ケージロールからの成形反力が強く帯鋼を円滑に誘い込
むことが難しい。また、クラスター成形時に断面を大き
く立ち上げようとすると、帯鋼の流れ方向とロール回転
速度方向のなす角度が大きくなり円周方向にロールと帯
鋼との相対滑り速度が大きくなることから強い成形反力
の発生と同時に焼き付き、ロールマーク、ローリング等
の現象を発生する原因にもなる。また、ブレークダウン
成形部の成形量が不足すると必然的に次工程のクラスタ
ー成形部に大きな負荷をかけることになる。

【００１５】また、前述した従来のクラスター成形部の
機械構造にも幾つかの問題点がある。すなわち、クラス
ター成形部のロール数がケージロール成形程多くはない
にしても縁部から帯鋼を抑える成形方式、クラスター成
形の不確実性、サイズ兼用等を考慮して単にロールを各
方向に平行移動させるだけでなく、一定の範囲でロール
を回転させる必要があるため、これらのロールを効果的
にポジショニングすることは容易ではないという問題も
ある。

【００１６】このように、ブレークダウン成形のロール
兼用化がなされているにも係わらず、成形負荷およびロ
ール兼用化の重点は依然としてクラスター成形部にあ
る。本発明では、上述した問題点を全て解決したもので
あって、図５に示すように、ブレークダウン成形は、最
縁部の縁曲げを行うＢＤ１スタンド、最縁部に隣接する
内側部位へ縁曲げを行うＢＤ２スタンド、前記内側部位
の更に内側部位を成形するＢＤ３スタンド、更にリバー
スベンドを行い、板幅中央部位までの少くとも板幅の５
０％までの範囲をブレークダウンロール成形部で成形
し、従来の中間成形としてのクラスターロール或いはケ
ージロールを一切使用せずに、複数段、好ましくはＳ１
〜Ｓ３の３段構成のサイドロール群を配置したものであ
る。

【００１７】このサイドロール群は、本発明では、一般
に使用されているロール成形面を有するサイドロール群
で構成されるサイドロールスタンドを配置する。なお、
前記サイドロールは、ブレークダウンロールと同様に、
サイドロール面の断面曲線の一部または全部が予定した
種々の外径の鋼管を成形するための各鋼管のロールフラ
ワーにおける変形形状の各曲線を含むように予め設定し
た変形曲線（伸開曲線：インボリュート曲線を含む。）
を断面形状とするサイドロールを使用することも可能で
ある。このようなインボリュート曲線を有するサイドロ
ールを使用することにより、前記サイドロールは成形さ
れた鋼管端部には当接することがないため鋼管端部にお
けるエッジ伸びが発生せず鋼管端部が美麗な直線状を呈
し、加えて、前記サイドロールの成形でも円状成形が十
分可能であり、直ちに次工程のフィンパス成形工程に繋
げることが可能になったものである。更に、本発明で
は、前述のような構成を採用することで低ｔ／Ｄ（肉厚
／直径比の低いもの）製品の製造も可能になる。

【００１８】また、前述したブレークダウン工程で十分
な端部曲げおよび板幅の中央領域成形および円状成形が
可能であれば、図６に示したように、ブレークダウン工
程から直接フィンパス成形部に繋げたパイプ成形設備列
も提供可能であり、更に、前記ブレークダウン工程とフ
ィンパス成形部との繋ぎに単なる押えロール等のロール
を介在させたパイプ成形設備列も提供可能である。

【００１９】このように、本発明においては、ブレーク
ダウン工程で複数段配置された上下ロールスタンドのう
ち、最初の２〜３段にブレークダウンロールを、成形ロ
ール面の断面曲線の一部または全部が予定した種々の外
径の鋼管を成形するための各鋼管のロールフラワーにお
ける帯鋼断面の各曲線を含むように予め設定した伸開曲
線（インボリュート曲線）を断面形状とする成形ロール
を有するロールスタンドを配置し、それらの上下ロール
の組み合わせで略半円形状、エッジ立ち上がり＝９０°
以上、の鋼管を造管するようにし、フィンパス工程への
繋ぎには、通常のロール成形曲線を有するサイドロール
群、或いは、前述のブレークダウンロールのロール形状
と同様に、ロール面の断面曲線の一部または全部が予定
した種々の外径の鋼管を成形するための各鋼管のロール
フラワーにおける帯鋼断面の各曲線を含むように予め設
定した変形曲線（伸開曲線：インボリュート曲線を含
む。）を断面形状とするサイドロールを複数段、好まし
くは２〜３段配置することで、従来のケージミルと同程
度、或いはそれ以上のサイズ兼用範囲、略パイプ外径比
＝１：３を持たせることを可能にしたパイプ成形設備列
である。

【００２０】本発明では、このような構成を採ることに
より、１）クラスター成形部の負荷を低減でき、そのた
めにクラスター成形部のロール数を大きく減らすことが
可能で、クラスター成形部を無くして、単にサイドロー
ルで置換でき、従来のクラスター成形部がかなり簡素化
され、低コストになる上、剛性も強化されること、２）
ブレークダウン工程で帯鋼断面成形が略円状になり、縁
部の座屈剛性がかなり強くなり、しかも縁部がサイドロ
ールと接触しないためにロールへの巻き付きが生じない
ため、縁伸びがなく安定した板縁の流れを作り易くなる
こと、３）更に、ロールと接触する腰部も剛性が強いた
めに、ロールへの巻き付きも極く小さく、進入抵抗が小
さい上にスタンド間の弾性回復量も少なく、縁波発生が
皆無となること、４）クラスター成形部での断面高さの
変化が小さく、帯鋼各部分の流れ方向とロール回転方向
は略一致し、幅方向に帯鋼とロールとの滑りが少なく、
しかも進入抵抗が小さいためにローリング発生の可能性
を低減できるものである。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、連続ロー
ル成形による鋼管、特に電縫鋼管の製造において、ケー
ジロールを用いることなく複数サイズの鋼管に対応した
兼用ロールを有する成形ロールにて鋼管の成形加工を行
う新しいパイプ成形設備列を成形精度が高く、しかも低
コストで提供可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のパイプ成形設備列の概略を示す図。

【図２】図１のＡ−Ａ部位の横断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ部位の横断面図。

【図４】従来のＦＦミルのパイプ成形設備列の概略を示
す図。

【図５】本発明によるパイプ成形設備列の概略を示す
図。

【図６】本発明によるパイプ成形設備列の別の例の概略
を示す図。

【符号の説明】

１…帯鋼 ２…エッジベンドロール ３ａ〜３ｄ…センターベンドロール ４ａ〜４ｘ…ケージロール Ｆ₁ ，Ｆ₂ …フィンパス ５（ＳＱ）…スクィーズロール ６…インナーロール Ｃ₁ 〜Ｃ_n …クラスターロールスタンド Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…サイドロールスタンド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 智康 大阪府八尾市本町５−４−24 Ｆターム(参考） 4E028 CA02 CA05 CA07 CA18 4E063 AA01 BB06 EA01 EA09 KA15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブレークダウンミル、クラスターミルお
   よび／又はケージミルおよびフィンパスミルからなるパ
   イプ成形設備列において、前記ブレークダウンミルの少
   なくとも複数段の上下スタンドで帯鋼を略半円形状また
   は略最終製品形状まで曲げ成形するために、成形ロール
   のロール面の断面曲線の一部または全部が予定した種々
   の外径の鋼管を成形するための各鋼管のロールフラワー
   における変形形状の各曲線を含むように予め設定した曲
   線を断面形状とする成形ロールを用い、この曲線を断面
   形状とする上下一組の成形ロールを複数段配置し、ケー
   ジロールを配置することなく、直接フィンパスミルを配
   置したことを特徴とするパイプ成形設備列。
2. 【請求項２】 前記複数段の成形ロールと、次工程のフ
   ィンパスミルとの間に繋ぎとしてサイドロールを有する
   スタンドを１段もしくは複数段配置することを特徴とす
   る請求項１記載のパイプ成形設備列。
3. 【請求項３】 ブレークダウン工程、クラスター工程或
   いは中間成形工程およびフィンパス工程からなるパイプ
   成形方法において、前記ブレークダウン工程において外
   径の異なる複数サイズのパイプを最終製品の略半円形状
   或いはほぼ最終製品形状まで曲げ成形するために、前記
   成形ロールのロール面の断面曲線の一部または全部に予
   定した種々の外径のパイプのロールフラワーの変形曲線
   を含んだ曲線をその断面形状とする上下一組の兼用ロー
   ルを具備した複数スタンドでブレークダウン成形し、ケ
   ージロールを配置することなく、直接フィンパス工程に
   てフィンパス成形する工程とでパイプ成形を行うことを
   特徴とするパイプ成形方法。