JP2000334507A - 熱間圧延用ロールスリップ防止剤と金属管の穿孔圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 穿孔圧延における噛み込み性の改善ならびに
尻詰まりの防止が可能な熱間圧延用スリップ防止剤なら
びに操業の安定を可能とし内面品質の良好な製品が得ら
れる穿孔圧延方法を提供する。 【解決手段】 水膨潤性粘度鉱物０．１〜１０ｗｔ％を
含有させた水溶液に、粒径が１μｍ以上３００μｍ以下
の金属、金属化合物およびけい素化合物の粉粒体の１種
または２種以上の混合物を１０〜５０ｗｔ％分散させ
る。この水溶液をロールと被圧延材との間に供給すると
ともに、プラグ先端ドラフト率を３．５％以上、５．０
％以下として圧延する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に継目無金属管
の穿孔圧延に用いて有効な熱間圧延用ロールスリップ防
止剤と継目無金属管の穿孔圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】継目無金属管の製造方法として広く採用
されているいわゆるマンネスマン製管法では、周知のよ
うに、所定温度に加熱された中実円形断面のビレット
（以下、丸ビレットまたはビレットという）を素材と
し、この丸ビレットが穿孔圧延機（以下、ピアサともい
う）でその軸芯部に孔を明けられ中空素管が得られる。
次いで、その中空素管はそのまま、あるいは必要に応じ
て前記ピアサと同一構成のエロンゲータもしくはサイザ
で拡径もしくは縮径をされて定径化された後、プラグミ
ル、マンドレルミル等の後続する延伸圧延機で延伸圧延
される。

【０００３】その後ストレッチレデューサ、リーラ、サ
イザなどの圧延機で磨管、形状修正およびサイジングを
行う精整工程を経て製品管が製造される。

【０００４】図１は、ピアサの基本構成の一例を示す斜
視図である。符号１はピアサ、２は丸ビレット、３は主
ロール、４はディスクロール、５はプラグ、６は芯金、
９はゴージ部を示す。

【０００５】同図に示すように、ピアサ１は被穿孔材料
である丸ビレット２の送り線となるパスラインＸ−Ｘを
挟んで互いに逆方向に傾斜して対向配置された一対の主
ロール３、３（以下、傾斜ロールまたはロールともい
う）を備え、この傾斜ロールと位相を９０°ずらせて前
記パスラインを挟んで対向配置された一対のディスクロ
ール４、４を備えると共に、パスラインＸ−Ｘ上に穿孔
具としてのプラグ５を芯金６で支持して構成される。

【０００６】図２は、傾斜ロールとプラグの位置関係を
示す模式図である。図１と同じ要素は同一の符号で示
す。

【０００７】同図に示すように、プラグ５の先端は傾斜
ロール３、３間の距離が最短となる位置のゴージ部９よ
り入側に距離Ｌだけ前進して設けられる。その前進量を
リードという。プラグ先端位置における傾斜ロール間の
距離Ａをプラグ先端位置における傾斜ロール開度とい
う。

【０００８】図１において、傾斜ロール３はパスライン
Ｘ−Ｘに対して傾斜角βで設けられ、図示しない駆動装
置で同一方向に回転する。このため、パスラインＸ−Ｘ
に沿って矢符方向に送給された丸ビレット２は、傾斜ロ
ール３、３間に噛み込まれた後、螺旋回転して移動し、
プラグ５によりその軸心部に孔が明けられ中空素管とな
る。この間、ディスクロール４は、圧延中の丸ビレット
２の案内ガイドの役目をするとともに、傾斜ロール３、
３の対向方向に対し直角方向への中空素管の膨らみを抑
制して外径形状を整える役目をなしている。なお、ディ
スクロール４は、穿孔された中空素管との摺動による焼
付きを防止するために丸ビレット２の送り出し方向と同
方向に回転駆動される。

【０００９】ところで、上記の穿孔圧延において、ビレ
ットのロール噛み込み時ならびに尻抜け時は定常状態の
圧延に比べてロールとビレットとの接触面積が小さいた
めロールスリップ（以下、スリップともいう）が生じや
すく、噛み込み不良ならびに尻詰まりと呼ばれる圧延不
良を招くことがある。この圧延不良が生じる確率は実操
業において０．１％を下回る程度であるが、一旦圧延不
良が発生すると傾斜ロール表面に焼付きが発生し、その
結果、被圧延材の表面に疵が生じて傾斜ロールの手入れ
や傾斜ロール交換などが必要となるため、圧延の継続が
不可能となり、生産性が低下する。

【００１０】噛み込み不良を防ぐ手段としては下記式で
定義されるプラグ先端ドラフト率φを大きくすることが
有効であることが知られている。

【００１１】

【数２】

【００１２】プラグ先端ドラフト率を高く設定すると、
ビレットが傾斜ロールに噛み込んでからプラグ先端に到
達するまでの距離が長くなり、ビレットと傾斜ロールの
接触面積が増加するので噛み込み性が改善される。しか
し、同時にビレットが傾斜ロールで揉まれる回数も増え
るため、回転鍛造効果が過大となり、ビレットの中心部
に割れが生じ製品内面に疵が残存し易くなるという欠点
がある。

【００１３】噛み込み不良ならびに尻詰まり等の圧延不
良は突発的に発生するものであり、それらの発生を予測
し回避することは困難である。そのため噛み込みや尻抜
け時での圧延の安定性を確保する目的として、古くは砂
等の硬い微粒子を傾斜ロールにかけることが行われてい
たが、近年では被圧延材と傾斜ロールとの間に硬度の高
い粉粒体を水に混ぜたものを噴布する方法がとられてい
る。この方法によれば一様な硬度でかつ一様な粒径の粒
子を供給できるため、傾斜ロールと被圧延材との間の摩
擦状態が安定するという長所がある。

【００１４】例えば、特公平４−１６５１８号公報に
は、酸化第二鉄、酸化けい素および酸化アルミニウムか
らなる選ばれた１種または２種以上のものと、カルボキ
シメチルセルロースやサンザンガムなどの増粘剤と水を
含有する水分散液をピアサおよびエロンゲータのシュー
とシェルの間に供給する方法が開示されている。

【００１５】特開平５−５７３０７号公報には、金属、
金属炭化物、金属窒化物、金属炭窒化物、金属酸化物お
よびけい素化合物の粉粒体から選ばれた１種または２種
以上の混合物と高分子ポリマとを水に分散させた増摩剤
をロールと被圧延材との間に介在させながら圧延する継
目無鋼管の傾斜圧延方法が開示されている。

【００１６】上記公報に開示された方法は、いずれも被
圧延材とロールとの間の摩擦抵抗を増大させる増摩剤の
役割を果たす硬度の高い粉粒体を高分子ポリマの水溶液
に分散させて供給するものである。

【００１７】本発明者らが実験的に調査した結果による
と、高分子ポリマが加熱された被圧延材に接触するとカ
ーボンが生成し、このカーボンがロール表面に付着して
ロール表面の摩擦係数が低下しロールスリップが助長さ
れることが判明した。

【００１８】また、特開平１０−３００９７号公報に
は、酸化硼素、硼酸または硼酸化合物からなる第１の物
質と、この第１の物質とは異なる第２の酸化物とが分散
した水または水を主体とする溶液からなる熱間圧延用潤
滑剤が開示されている。

【００１９】しかしながら、本発明者らの上記熱間圧延
用潤滑剤の確認実験では、増摩剤である酸化物が沈殿
し、スリップの改善効果が得られなかった。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
従来技術の不備を解決し、特に穿孔圧延における噛み込
み性の改善ならびに尻詰まりの防止が可能な熱間圧延用
スリップ防止剤ならびに操業の安定を可能とするととも
に内面品質の良好な製品が得られる穿孔圧延方法を提供
することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため、熱間圧延用ロールスリップ防止剤（以
下、ロールスリップ防止剤ともいう）の成分として増摩
剤の液中での分散性の向上やスリップの原因となるカー
ボンを含有しないなどの観点からスメクタイトやフッ素
四珪素雲母などの水膨潤性粘度鉱物に注目した種々の試
験をおこない、以下の知見を得た。

【００２２】ａ．水膨潤性粘度鉱物は水中で膨潤し水溶
液の粘性を高めるとともに増摩剤となる粉粒体の分散性
を向上させる。したがって、粉粒体の分散剤として水膨
潤性粘度鉱物を用いることにより、粉粒体の濃度が均一
の安定した溶液が得られる。

【００２３】ｂ．水膨潤性粘度鉱物を適正量添加した水
溶液に適正粒径の金属化合物や珪素化合物などの粉粒体
を分散させた溶液を用いることによりロールスリップを
効果的に防止できる。

【００２４】ｃ．上記水膨潤性粘度鉱物と粉粒体を含有
した水溶液を用いるとともに、プラグ先端ドラフト率を
適正範囲に設定して圧延することによりスリップの発生
を防止しながら製品の内面疵の発生を大幅に抑制でき
る。

【００２５】本発明は、上記知見に基づいて完成された
もので、その要旨は以下のとおりである。

【００２６】（１）水膨潤性粘度鉱物０．１〜１０ｗｔ
％を含有させた水溶液に、粒径が１μｍ以上３００μｍ
以下の金属、金属化合物およびけい素化合物の粉粒体の
１種または２種以上の混合物を１０〜５０ｗｔ％分散さ
せたことを特徴とする熱間圧延用ロールスリップ防止
剤。

【００２７】（２）傾斜ロールを有する穿孔圧延機で金
属管を穿孔圧延するに際し、水膨潤性粘度鉱物０．１〜
１０ｗｔ％を含有させた水溶液に、粒径が１μｍ以上３
００μｍ以下の金属、金属化合物およびけい素化合物の
粉粒体の１種または２種以上の混合物を１０〜５０ｗｔ
％分散させた熱間圧延用ロールスリップ防止剤を傾斜ロ
ールと被圧延材との間に供給するとともに、下記（１）
式で表されるプラグ先端ドラフト率を３．５％以上、
５．０％以下として圧延することを特徴とする継目無金
属管の穿孔圧延方法。

【００２８】

【数３】

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の熱間圧延用ロールスリッ
プ防止剤は、孔型ロールを用いた金属材料の熱間圧延、
例えば、ビレット、管、形材、棒材などの熱間圧延に用
いることができる。特に、金属管の穿孔圧延に用いると
好適である。

【００３０】本発明で用いる水膨潤性粘度鉱物として
は、スメクタイトやセピオライトなどの天然鉱物、フッ
素四けい素雲母などの合成鉱物を用いることができる。
この水膨潤性粘度鉱物は、水中で膨潤し水溶液の粘性を
高めるとともに、以下で説明する増摩剤として水溶液に
添加される粉粒体の溶液中の均一分散性を高める。

【００３１】水溶液中の水膨潤性粘度鉱物の含有量は、
０．１ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下である。含有量が
０．１ｗｔ％未満では、水溶液中に粉粒体を安定して分
散させることができず、１０ｗｔ％超では、分散効果が
飽和し、コストアップになる。好ましくは、１ｗｔ％以
上５ｗｔ％以下である。

【００３２】本発明のロールスリップ防止剤に含有させ
る粉粒体としては、鉄粉などの金属、酸化鉄、酸化アル
ミニウムおよび酸化チタンなどの金属化合物、酸化けい
素や炭化けい素などのけい素化合物などの高硬度の物質
の粉粒体がよい。この粉粒体を水膨潤性粘度鉱物を含有
する水溶液に分散させてロールと被圧延材間に供給する
ことにより、ロールと被圧延材間の摩擦抵抗が増大し、
スリップの発生が抑制される。

【００３３】水溶液中の粉粒体の含有量は、１０ｗｔ％
〜５０ｗｔ％である。含有量が１０ｗｔ％未満では、ス
リップの防止効果が無い。含有量が５０％超ではスリッ
プの改善効果は飽和し、コストアップとともに水溶液を
供給するポンプが大型化するといった問題がある。

【００３４】上記粉粒体の粒径は１μｍ以上３００μｍ
以下である。粒径が１μｍ未満では粉粒体の製造コスト
が高く、３００μｍ超ではロールの肌荒れが顕著になり
製品の表面品質が低下する。好ましくは、１０μｍ以上
１００μｍ以下である。

【００３５】次ぎに本発明の穿孔圧延方法を説明する。
図３は、本発明の方法に係わるロールスリップ防止剤の
供給状況を模式的に示す断面図である。符号７はノズ
ル、８は被圧延材で、図１と同じ要素は同一の符号で示
す。図中の矢印は傾斜ロールの回転方向を示す。

【００３６】図３に示すように、傾斜ロール３、３のそ
れぞれの回転方向の入側にノズル７、７を設ける。本発
明の方法は、そのノズル７、７でロールスリップ防止剤
を傾斜ロール３の表面に吹き付け、傾斜ロール３と被圧
延材８間に供給するとともに、上記（１）式で表される
プラグ先端ドラフト率を３．５％以上、５．０％以下と
して圧延する。この圧延方法により、噛み込み不良や尻
詰まりの原因となるスリップの発生を防止するととも
に、製品内面疵の発生を抑制することができる。

【００３７】本発明の方法で用いる穿孔圧延機は、公知
の圧延機でよく、特に限定しない。例えば、図１に基本
構成を示す一対の傾斜ロールと一対のディスクロールと
プラグを備えた圧延機を用いることができる。

【００３８】プラグ先端ドラフト率が３．５％未満では
噛み込み性が悪化し、５．０％超では製品内面疵の防止
効果がない。したがって、プラグ先端ドラフト率は３．
５％以上、５．０％以下である。好ましくは、３．５％
以上、４．５％以下である。

【００３９】

【実施例】（実施例１）図１に基本構成を示す実機の１
／４サイズのモデルミルを用い、８種類のスリップ防止
剤でプラグ先端ドラフト率を変更して傾斜圧延をおこな
い噛み込み性を調査した。なお、比較のため、ロールス
リップ防止剤のかわりに水１００％の液を用いた試験も
実施した。表１にモデルミルの主仕様を、表２に圧延条
件を、表３にスリップ防止剤の成分を示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】表３に示すように、種類Ａ〜Ｃ、Ｅ〜Ｈ
は、水膨潤性粘度鉱物として、スメクタイト、セピオラ
イトおよびフッ素四けい素雲母を、増摩剤として、酸化
けい素、酸化アルミニウムおよび酸化鉄の粉粒体を用い
た。なお、種類Ｄは水膨潤性粘度鉱物のかわりに高分子
ポリマの１種であるサンザンガムを用いた。

【００４４】図３に示すように、ミルに設けたノズル７
からロールスリップ防止剤を左右のの傾斜ロール３、３
の表面に噴射して、傾斜ロール３と被圧延材８との間に
供給した。なお、スリップ防止剤の噴射量は単位幅当た
り７００ｃｃ／分とした。

【００４５】表４に噛み込み性の調査結果を示す。

【００４６】

【表４】

【００４７】同表に示すように、ロールスリップ防止剤
を使用しないで水１００％の液を用いた比較例ではプラ
グ先端ドラフト率が５．５％未満では噛み込み不可であ
るのに対し、ロールスリップ防止剤の種類がＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｆ、ＧおよびＨの本発明例とＥの比較例では噛み込
み可能なプラグ先端ドラフト率の下限が拡大した。特に
硬度の高い炭化けい素を増磨剤として用いた種類Ａはプ
ラグ先端ドラフト率が３．５％でも噛み込みは可能であ
り問題なかった。高分子ポリマを用いた種類Ｄの比較例
ではプラグ先端ドラフト率が６％程度でも噛み込み性が
不安定であった。

【００４８】なお、粉粒体の粒径を５００μｍとした種
類Ｅの比較例ではロールの肌荒れが生じ圧延された製品
の表面性状は不良であった。

【００４９】（実施例２）図１に基本構成を示す実機の
傾斜圧延機を用いて直径１８７ｍｍのビレットの穿孔圧
延をおこなった。表３に示す種類Ａの本発明のロールス
リップ防止剤を使用し、プラグ先端ドラフト率を変更し
て、噛み込み性、尻詰まりならびに製品の内面疵発生状
況を調査した。なお、比較のため、ロールスリップ防止
剤のかわりに水１００％を用いた比較試験もおこなっ
た。表５に実機の傾斜圧延機の主仕様を、表６に圧延条
件を示す。

【００５０】

【表５】

【００５１】

【表６】

【００５２】表７に穿孔圧延結果を示す。内面疵の評価
は、熱間圧延過程終了後の超音波探傷検査によって手入
れが必要と判断された場合に内面疵発生有りとした。な
お、噛み込み不良、内面疵、尻詰まりのいずれもその発
生度合いを本数比率で評価した。

【００５３】

【表７】

【００５４】同表に示すように、プラグ先端ドラフト率
が４〜５％のＮｏ．５〜７の本発明例では、内面疵発生
率、噛み込み不良発生率、尻詰まり発生率のいずれも極
めて低く良好であった。本発明のロールスリップ防止剤
を使用し、プラグ先端ドラフト率をそれぞれ６．０％、
５．５％としたＮｏ．３、４の比較例では、噛み込み不
良発生率と尻詰まり発生率は低く良好であったが、内面
疵発生率が高くなった。

【００５５】また、Ｎｏ．１、２の比較例では、内面疵
発生率、噛み込み不良発生率、尻詰まり発生率のいずれ
も高く不良であった。

【００５６】

【発明の効果】本発明のロールスリップ防止剤によれ
ば、噛み込み不良ならびに尻詰まりの発生を防止するこ
とができる。また、本発明の方法によれば、噛み込み不
良ならびに尻詰まりの発生を防止するとともに、内面疵
の発生率を低減することができるので生産性が向上し製
品品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ピアサの基本構成の一例を示す斜視図である。

【図２】傾斜ロールとプラグの位置関係を示す模式図で
ある。

【図３】本発明の方法に係るロールスリップ防止剤の供
給状況を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１：ピアサ、２：丸ビレット、３：主ロール（傾斜ロー
ル）、４：ディスクロール、５：プラグ、６：芯金、
７：ノズル、８：被圧延材、９：ゴージ部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水膨潤性粘度鉱物０．１〜１０ｗｔ％を
   含有させた水溶液に、粒径が１μｍ以上３００μｍ以下
   の金属、金属化合物およびけい素化合物の粉粒体の１種
   または２種以上の混合物を１０〜５０ｗｔ％分散させた
   ことを特徴とする熱間圧延用ロールスリップ防止剤。
2. 【請求項２】 傾斜ロールを有する穿孔圧延機で金属管
   を穿孔圧延するに際し、水膨潤性粘度鉱物０．１〜１０
   ｗｔ％を含有させた水溶液に、粒径が１μｍ以上３００
   μｍ以下の金属、金属化合物およびけい素化合物の粉粒
   体の１種または２種以上の混合物を１０〜５０ｗｔ％分
   散させた熱間圧延用ロールスリップ防止剤を傾斜ロール
   と被圧延材との間に供給するとともに、下記（１）式で
   表されるプラグ先端ドラフト率φを３．５％以上、５．
   ０％以下として圧延することを特徴とする金属管の穿孔
   圧延方法。 【数１】