JP2006341299A

JP2006341299A - 冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法

Info

Publication number: JP2006341299A
Application number: JP2005171154A
Authority: JP
Inventors: Chihiro Hayashi; 千博林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2025-06-10
Also published as: JP4655768B2

Abstract

【課題】継目無金属管あるいは溶接金属管の薄肉側の製造可能範囲を飛躍的に拡大できる冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法を提案する。
【解決手段】噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって径が拡大するソリッドダイスと、前記ダイスの入口側から出口側に向かって径が拡大するプラグまたはテーパマンドレルを用いて、拡径しながら冷間抽伸することにより、驚異的な肉厚リダクションを得ることができる超薄肉金属管の製造方法である。なかんずく、熱間製造プロセスにより製造された小径薄肉継目無金属管を再度加熱し、熱間にて傾斜圧延機を用いて拡径圧延して製造された薄肉継目無金属管を素管として、冷間抽伸工程において拡径抽伸することにより、肉厚が０．６〜０．８ｍｍクラスの超薄肉継目無金属管を比較的容易に得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、継目無金属管あるいは溶接金属管の冷間抽伸方法に関し、特に金属管の薄肉側の製造可能範囲を飛躍的に拡大し、併せて冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法を提案しようとするものである。

熱間仕上げ継目無金属管あるいは溶接金属管では、品質上または寸法精度上の要求を満足しない場合には、冷間加工によって仕上げを行う。冷間加工法には、大別して冷間抽伸法および冷間圧延法がある。

冷間抽伸法では、素管の管端を口絞り機により絞り、酸洗を行うことにより表面のスケールなどを除去した後、潤滑処理を行ってダイスを通して抽伸する。冷間抽伸法には、プラグ引き、フローティングプラグ引き、マンドレル引き、そして空引きがあり、これらは全てダイスによる縮径加工によって行われる（非特許文献１など）。

図１は、従来の縮径抽伸法の説明図であり、同図（ａ）はプラグ引き、（ｂ）はフローティングプラグ引き、（ｃ）はマンドレル引き、そして（ｄ）は空引きをそれぞれ示す。

同図（ａ）に示されるプラグ引きは最も一般的な抽伸法であり、素管１内にプラグ３を挿入し、素管１の管端をチャック６により掴んでダイス２を通して、図中の符号Ｘにて示す矢印の方向に引き抜く方法である。この方法は、プラグ替えや作業性にも優れており、加工度も大きくとれる。

（ｂ）に示されるフローティングプラグ引きは、素管１内にフローティングプラグ３１を挿入し、プラグ引きの場合と同様に、素管１の管端をチャック６により掴んでダイス２を通して引き抜く方法である。この方法は、小径長尺管あるいは厚肉管の抽伸法として普及してきた。

また、（ｃ）に示されるマンドレル引きは、素管１内にマンドレル５を挿入し、上記の方法と同様にして、ダイス２を通して引き抜く方法である。この方法は、管内面の加工をマンドレルにより行うので、細径管であっても内面が美麗で寸法精度の高い製品を製造することができ、原子力用などの高級管の製造に使用される。

そして、（ｄ）に示される空引きは、素管１内にプラグなどの内面規制工具を挿入せずにダイス２を通して引き抜く方法である。この方法は、プラグなどを挿入できない細径管、超厚肉管など外面のみを仕上げ加工する場合に用いられるが、通常はプラグ引きなどと組み合わせて使用される。

冷間抽伸に使用される抽伸機は、モータ駆動によるチェーン式のものが大部分であるが、その他に油圧式や水圧式のものもある。

金属管の冷間抽伸工程では、管材料外面とダイス表面との間、および管材料内面とプラグあるいはマンドレル表面との間に摩擦抵抗があり、これらに抗して抽伸するので、管材料には長手方向に張力が発生する。この張力を抽伸後の断面積により除して得られる張力応力が高くなると、引き細りが始まり、張力応力が管材料の変形抵抗に達すれば破断する。当然ながら、長手方向の張力応力は、管の肉厚が薄くなるほど大きくなり、破断しやすくなるので、肉厚減少率にはおのずから限界がある。したがって、肉厚減少率の大きな抽伸では、抽伸回数を増加させて抽伸作業を繰り返すことが必要になり、その都度、潤滑作業が必要となって、コスト高を招く。また、管材料の加工硬化が著しい場合には、焼鈍作業も必要となる。

日本鉄鋼協会編集：第３版鉄鋼便覧第３巻（２）条鋼・鋼管・圧延設備（昭和５５年１１月２０日）１１５８〜１１８３頁

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、継目無金属管あるいは溶接金属管の薄肉側の製造可能範囲を飛躍的に拡大できる冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法を提案することにある。

本発明者は、上述の課題を解決するために、従来の問題点を踏まえて研究開発を進め、下記の知見を得て、本発明を完成させた。

一般に、管の塑性加工における肉厚加工は、管材料をその長手方向に延伸圧延することによって達成される。すなわち、管の冷間抽伸では、ダイスとプラグあるいはマンドレルとの間で肉厚加工する場合に縮径しながら抽伸し、長手方向に延伸する。このように、長手方向にのみ延伸しようとするから、肉厚圧下量が制限され、薄肉化が困難となる。

これに対して、本発明者は、ダイスとプラグあるいはマンドレルとの間で肉厚圧下する際に、長手方向に延伸すると同時に管周方向にも延伸すれば上記の問題は回避できるものと考えた。因みに、リングミルによる環状品の圧延について検討すると、環状素材は、長手方向（軸心方向）には延伸されずに、環周方向にのみ延伸され、肉厚圧下は際限なく可能である。抽伸工程において、管周方向に延伸させながら長手方向にも延伸させるためには、プラグあるいはマンドレルによって拡径しながら抽伸すればよい。少なくとも、素管外径よりも大きい内面規制直径を有するプラグあるいはマンドレルを使用すれば、確実に素管を拡径できる。

また、素管を拡径しながら抽伸すれば、肉厚が薄くなっても円周方向の周長は増大するので、管材料の断面積はそれほど減少せず、抽伸時の張力応力を軽減できる利点もある。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記（１）〜（５）に示す冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法にある。

（１）抽伸機を用いる超薄肉金属管の製造方法であって、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径が拡大するソリッドダイス内に、管の一端に口拡げ加工を施した素管を挿入し、素管内にダイスの噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径が拡大するプラグまたはテーパマンドレルを挿入し、口拡げ加工を施した部分をチャックにより掴んで噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かう方向に素管を引き抜くことにより、ソリッドダイスとプラグまたはテーパマンドレルとの間で拡径しながら肉厚を減じて延伸することを特徴とする冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法。

（２）前記プラグまたはテーパマンドレルの仕上げ最大径が素管の外径よりも大きいことを特徴とする前記（１）に記載の冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法。

（３）管の一端に口拡げ加工を施した素管をソリッドダイスの仕上げ出口側から挿入することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法。

（４）前記素管として、熱間製造プロセスにより製造された継目無金属管を再度加熱して延伸圧延を行うことによりさらに肉厚を減じた継目無金属管を用いることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の超薄肉継目無金属管の製造方法。

（５）前記熱間延伸圧延が傾斜圧延機を用いて拡径しながら肉厚を減じる圧延であることを特徴とする前記（４）に記載の超薄肉継目無金属管の製造方法。

本発明において、「超薄肉金属管」とは、肉厚が１．６ｍｍ以下の継目無金属管または溶接金属管を意味する。

「熱間製造プロセス」とは、マンネスマン・マンドレルミルプロセス、マンネスマン・プラグミルプロセス、マンネスマン・アッセルミルプロセス、マンネスマン・プッシュベンチミルプロセス、ユジーンエクストルージョンプロセスなどによる熱間製管プロセスを意味する。

そして、「延伸圧延」とは、素管内に挿入されたマンドレルあるいはプラグなどの内面規制工具とロールとの間で素管を圧延することを意味する。

なお、本発明は、薄肉の主として継目無金属管を対象としているが、薄肉の溶接金属管においても溶接部あるいは熱影響部で肉厚の不均一を生じ、その矯正が必要な場合があるので、溶接金属管も対象に含めることとする。

本発明法によれば、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって径が拡大するソリッドダイスと、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって径が拡大するプラグまたはテーパマンドレルとを用いて素管を拡径しながら肉厚を減じる冷間抽伸を行うことにより、超薄肉の継目無金属管または溶接金属管を製造することができる。したがって、本発明の超薄肉金属管の製造方法を用いることにより、冷間加工法による金属管の薄肉側の製造可能範囲を飛躍的に拡大することができる。

本発明は、前記のとおり、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって径が拡大するソリッドダイス内に、管の一端に口拡げ加工を施した素管を挿入し、素管内に前記ダイスの入口側から出口側に向かって径が拡大するプラグまたはテーパマンドレルを挿入し、口拡げ加工を施した部分をチャックにより掴んでダイスの入口側から出口側に向かう方向に素管を引き抜くことにより、ソリッドダイスとプラグまたはテーパマンドレルとの間で拡径しながら肉厚を減じて延伸することを特徴とする冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法である。

管材の前記拡径抽伸方法を実用化するためには、冷間抽伸の操業方法を従来の抽伸方法に比べて、下記のとおり変更する必要がある。

第１に、素管の管端を口拡げ機によりテーパ状に拡径する。口拡げ機としては、例えば、押し拡げ方式を用いればよい。第２に、口拡げ加工された素管を、酸洗、潤滑処理した後、ソリッドダイスの仕上げ出口側からダイス内に導入し、素管の外径よりも大きい内面規制直径を有するプラグあるいはテーパマンドレルとソリッドダイスとの間で拡径しながら抽伸する。第３に、プラグあるいはテーパマンドレルの支持もダイスの仕上げ出口側から行う。付帯設備がダイスの仕上げ出口側に集中する難点はあるものの、薄肉の金属管を抽伸できるメリットは大きい。

発明の実施の形態を図２に示した。同図（ａ）はプラグ引き、（ｂ）はマンドレル引きを示す。同図（ａ）および（ｂ）に示されるとおり、ダイスの噛み込み入口側（図中のソリッドダイス１２の左側）から仕上げ出口側（図中のソリッドダイス１２の右側）に向かってその径が拡大するソリッドダイス１２の仕上げ出口側から、口拡げ加工された素管１をソリッドダイス１２内に挿入する。さらに、ソリッドダイス１２の入口側から出口側に向かって径が拡大し、仕上げ最大径が素管１の外径よりも大きいプラグ１３またはテーパマンドレル１５を素管１内に挿入し、口拡げ加工された素管１の管端をチャック６により掴み、図中の符号Ｘで示す矢印の方向に引き抜く。この操作により、素管１は、プラグ１３またはテーパマンドレル１５とソリッドダイス１２との間で拡径しながら抽伸される。

本発明の冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法の効果を確認するため、下記の試験を行い、その結果を評価した。なお、マンドレル引きの場合の作用および効果は、プラグ引きの場合の作用および効果とほとんど変わらないので、本実施例においては、プラグ引きについて説明する。

（本発明例１）
マンネスマン・マンドレルミルプロセスにより製造された外直径３４．０ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの１８％Ｃｒ−８％Ｎｉステンレス鋼管を供試素管とし、冷間抽伸工程において、外径５０．８ｍｍ、肉厚１．６ｍｍに拡径抽伸した。

試験条件および結果を以下に要約する。

プラグ径：ｄｐ＝４７．５ｍｍ
素管外径：ｄｏ＝３４．０ｍｍ
素管肉厚：ｔｏ＝３．５ｍｍ
抽伸後の管外径：ｄ₁＝５０．８ｍｍ
抽伸後の管肉厚：ｔ₁＝１．６ｍｍ
拡径比：ｄ₁／ｄｏ＝１．４９
延伸比：ｔｏ（ｄｏ−ｔｏ）／｛ｔ₁（ｄ₁−ｔ₁）｝＝１．３６
（肉厚／外径）比：ｔ₁／ｄ₁＝３．１５％
上記の試験により得られた鋼管の内外面肌は美麗であり、品質上、特に問題はなかった。なお、通常の縮径抽伸法による１８％Ｃｒ−８％Ｎｉステンレス鋼管の最小肉厚は、外径５０．８ｍｍの場合で２．４ｍｍ程度であり、本発明の拡径抽伸法による効果の著しいことは明瞭である。

（本発明例２）
マンネスマン・マンドレルミルプロセスにより製造された外径２５．４ｍｍ、肉厚３．３ｍｍの２５％Ｃｒ−３５％Ｎｉ−３％Ｍｏ高合金管を供試素管とし、これを９２０℃の温度にて、傾斜圧延機を用いて外径３８．２ｍｍ、肉厚１．４ｍｍに拡径圧延した後、冷間抽伸工程において、外径５０．８ｍｍ、肉厚０．８ｍｍに拡径抽伸した。

試験条件および結果を以下に要約する。
（１）熱間傾斜圧延工程
ロール交叉角：γ＝２０°
ロール傾斜角：β＝１２°
プラグ径：ｄｐ′＝３４．０ｍｍ
素管外径：ｄｏ＝２５．４ｍｍ
素管肉厚：ｔｏ＝３．３ｍｍ
傾斜圧延後の管外径：ｄ₁＝３８．２ｍｍ
傾斜圧延後の管肉厚：ｔ₁＝１．４ｍｍ
拡径比：ｄ₁／ｄｏ＝１．５０
延伸比：ｔｏ（ｄｏ−ｔｏ）／｛ｔ₁（ｄ₁−ｔ₁）｝＝１．４２
（肉厚／外径）比：ｔ₁／ｄ₁＝３．６６％
（２）冷間抽伸工程
プラグ径：ｄｐ＝４９．３ｍｍ
素管外径：ｄ₁＝３８．２ｍｍ
素管肉厚：ｔ₁＝１．４ｍｍ
抽伸後の管外径：ｄ₂＝５０．８ｍｍ
抽伸後の管肉厚：ｔ₂＝０．８ｍｍ
拡径比：ｄ₂／ｄ₁＝１．３３
延伸比：ｔ₁（ｄ₁−ｔ₁）／｛ｔ₂（ｄ₂−ｔ₂）｝＝１．２９
（肉厚／外径）比：ｔ₂／ｄ₂＝１．５７％
上記の試験において、傾斜圧延工程で生じたスパイラルマークは冷間抽伸工程において完全に消失し、管の内外面肌は美麗であった。

本発明の冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法を用いれば、冷間加工法による金属管の薄肉側の製造可能範囲を飛躍的に拡大することができる。したがって、従来の冷間仕上げ継目無金属管のおよそ２／３以下の肉厚を有する継目無金属管が経済的に安定して製造可能となれば、ＴＩＧ溶接管、レーザ溶接管などの薄肉溶接金属管を、本発明法により製造される高い信頼性を有する超薄肉継目無金属管により代替することが可能となる。さらにまた、肉厚０．６ｍｍ以下の超薄肉継目無金属管を安定して製造できれば、カラーレーザプリンターの加熱スリーブ、同じく加圧ロール、あるいは燃料電池のセルケースなどのハイテク分野への適用も可能となる。

従来の縮径抽伸法の説明図であり、同図（ａ）はプラグ引き、（ｂ）はフローティングプラグ引き、（ｃ）はマンドレル引き、（ｄ）は空引きを示す。本発明に関する拡径抽伸法の説明図であり、同図（ａ）はプラグ引き、（ｂ）はマンドレル引きを示す。

符号の説明

１：素管、２：ダイス、３：プラグ、３１：フローティングプラグ、４：プラグ支持棒、５：マンドレル、６：チャック、１２：ソリッドダイス、１３：プラグ、１５：テーパマンドレル

Claims

抽伸機を用いる超薄肉金属管の製造方法であって、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径が拡大するソリッドダイス内に、管の一端に口拡げ加工を施した素管を挿入し、素管内にダイスの噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径が拡大するプラグまたはテーパマンドレルを挿入し、口拡げ加工を施した部分をチャックにより掴んで噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かう方向に素管を引き抜くことにより、ソリッドダイスとプラグまたはテーパマンドレルとの間で拡径しながら肉厚を減じて延伸することを特徴とする冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法。
前記プラグまたはテーパマンドレルの仕上げ最大径が素管の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法。
管の一端に口拡げ加工を施した素管をソリッドダイスの仕上げ出口側から挿入することを特徴とする請求項１または２に記載の冷間抽伸法による超薄肉金属管の製造方法。
前記素管として、熱間製造プロセスにより製造された継目無金属管を再度加熱して延伸圧延を行うことによりさらに肉厚を減じた継目無金属管を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超薄肉継目無金属管の製造方法。
前記熱間延伸圧延が傾斜圧延機を用いて拡径しながら肉厚を減じる圧延であることを特徴とする請求項４に記載の超薄肉継目無金属管の製造方法。