JP2010042450A - 継目無管の圧延装置および圧延制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内面工具を用いずに管の外径を調整する絞り圧延機等の出側において偏肉の小さい管を製造することができる継ぎ目無し管の圧延装置および圧延制御方法を提供する。
【解決手段】複数の孔型ロールスタンドを有し、前記孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバー３３が配置され、管を圧延するマンドレルミル３１と、該マンドレルミルの下流に直列配置され、前記マンドレルバーから前記管を引き抜くためのエキストラクタまたは前記管の外径を調整する圧延機３５と、前記マンドレルミルの出側の前記管に付与する偏肉量を計算し、計算した偏肉量に基づいて前記マンドレルミルのロールギャップを調整する圧延制御装置とを備えることを特徴とする継目無管の圧延装置。
【選択図】図２

Description

本発明はマンドレルミルラインまたはプラグミルラインにおいて、管周方向の偏肉を減少できる継目無管の圧延装置および圧延制御方法に関する。

図３は、マンネスマン−マンドレルミル方式による継目無鋼管の製造方法を示す説明図である。図３に示すように、継目無鋼管の製造に際しては、まずビレット５１を、加熱炉５２で１２００〜１３００℃まで加熱する。次に加熱されたビレット５１をピアサ５３で穿孔圧延して中空素管５４とする。この中空素管５４にマンドレルバー５５を挿入し、マンドレルミル５６で延伸圧延して管肉厚を調整する。その後、マンドレルバー５５を抽出し、サイザまたはストレッチレデューサ等の外径調整圧延機５７（以降、外径調整圧延機を便宜上絞り圧延機と呼ぶ）で管を所定の径に成形し、製品寸法に仕上げる。マンドレルミル５６では、複数個のスタンド＃１，…，＃Ｎにおいて材料を外側から孔型ロール５８で、内側からマンドレルバー５５で拘束し、圧延方向に垂直な面内で、９０°ずつ交差した部分の肉厚を交互に圧延する。なお、マンドレルミルの各スタンドの内、被圧延材である中空素管の周方向の各部位を圧延する最終のスタンド（つまり、当該スタンドの孔型の溝底部で圧延された部位がそれ以降のマンドレルミルのどのスタンドでも圧延されない場合）は、マンドレルミルの仕上げスタンドと呼ばれる。

マンドレルミルでは、孔型ロールの孔型径と、使用するマンドレルバーの外径により幾何学的に決定される間隔によって肉厚が決まる。したがって、継目無鋼管の仕上げ肉厚が異なる場合には、仕上げ肉厚に応じて、上記間隔を変更する必要があるが、この間隔を変更する方法として、径の異なる別のマンドレルバーへの変換、孔型ロールの交換、孔型ロールの位置調整によるロールギャップ（マンドレルバーと孔型ロールとの隙間）の変更がある。

しかし、孔型ロールの交換は、マンドレルバーを交換するよりも手数がかかり現実的でない。
また、マンドレルミルのロールギャップを変更した場合には、円周方向に偏肉が発生する。なぜならば、孔型ロールの孔型径と、使用するマンドレルバーの外径により幾何学的に決定される間隔によって肉厚が決まるため、所定のロールギャップ以外では一対の孔型ロールで形成される孔型径（形状）が変化し、これに伴って前記間隔も円周方向で変化するからである。

図４は、孔型形状が真円の孔型ロールでのロールギャップと孔型形状との関係を示す模式図であり、図４（ａ）は、一対の孔型ロール６１とマンドレルバー６２とから形成される間隔が円周方向で均一、つまり円周方向で肉厚が均一となる場合、図４（ｂ）は、ロールギャップを締めた場合に円周方向で肉厚が不均一となる場合を表す。以下、図４（ａ）、（ｂ）のロール孔型の最も深い部分を溝底部６３、２つのロールに挟まれた肉厚圧下をしていないロール孔型の開口部をフランジ部６４と呼ぶ。

図４（ｂ）の場合には、孔型ロール６１の溝底部６３に相当する部分で孔型ロール６１とマンドレルミルバー６２の間隙が一番小さくなり、孔型ロール６１のフランジ側に進むにつれて、孔型ロール６１とマンドレルバー６２の間隙は広くなる。したがって、圧延された管は、孔型ロール６１の溝底部６３で最小になり、フランジ部６４に向かって厚肉になる。

マンドレルミルの仕上げスタンドは、通常２スタンドからなり、同じ曲率の孔型ロールを使い、ロールギャップも同じに設定する方法が一般的である。マンドレルミルの隣接するスタンドは、圧下方向が交互に９０°交差しているため、仕上げ２スタンド後の管の肉厚は、仕上げ２スタンドの孔型ロール溝底部６３に相当する部分が最小肉厚で、そこから４５°ずれた位置が最大肉厚となる肉厚分布となる。そのため、マンドレルミルで周方向の偏肉を防止するには、仕上げ肉厚のピッチに応じた外径を有する多数の寸法のマンドレルバーを保有しておく必要がある。したがって、仕上げ肉厚に応じてマンドレルバーを交換する方法では、数多くのマンドレルバーが必要となり、製造コストが高くなるという問題がある。

この問題を解決するため、限られたマンドレルバーを使用し、ロールギャップの変更により仕上げ肉厚をするべく、ロールギャップに起因する周方向の偏肉を防止する方法が種々提案されている。

マンドレルミルにおける周方向の偏肉対策としては、素管を、圧下方向を交互に９０°交差させて連続配置された２スタンド以上の２ロールミルで圧延し、次いで、前記２ロールミルの圧下方向に対して４５°傾斜させた４方向からロールミルで圧延して管形状を整形し、かつ各ロールミルのロール圧下量を変えることにより、鋼管の仕上がり肉厚を変更する方法（特許文献１）が提案されている。さらに、前記２ロールミルおよび４ロールミルのギャップ精度を±０．１ｍｍ以下にするため、前記４ロールミルの下流に熱間肉厚測定装置を配置し、該熱間肉厚測定装置で測定された最終３スタンドの圧下方向の肉厚測定結果に基づき、最終３スタンドのロールギャップを調整する方法（特許文献２）が提案されている。

図５は、３ロール絞り圧延機の隣接スタンドのロール配置の説明図であり、同図（ａ）は奇数スタンド、同図（ｂ）は偶数スタンドを表す。
３ロールサイザーまたは３ロールストレッチレデューサー等の絞り圧延機では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、圧延方向に垂直な面内で、それぞれのロールの圧下方向のなす角が１２０°となるように配設されたスタンドを使用し、駆動軸が水平となるよう隣接するスタンド間で孔型ロール７５の圧下方向を６０°ずらして交互に配置し、４〜２８スタンド（外径加工度によってスタンド数が決定される）で母管７６の連続絞り圧延を行って外径の縮小と若干の減肉加工を行い、所定の製品寸法に仕上げている。

図６は、角張り位相の説明図であり、同図（ａ）は負の角張り位相を示す周方向角度と増肉率との関係、同図（ｂ）は正の角張り位相を示す周方向角度と増肉率との関係を表す。

前記絞り圧延機の単スタンド圧延では、ロール溝底部ではエッジ部（フランジ部）に比較して圧延方向延びが大きく、管の周方向肉厚は不均一な変形を受ける。連続スタンドでの圧延では、ロール溝底部とエッジ部はスタンド毎に交互に塑性変形が繰り返されるため、ほぼ同一肉厚となるが、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ロール溝底部とエッジ部の中間点はロール溝底部とエッジ部の肉厚より減肉する負の位相（図６（ａ））または増肉する位相（図６（ｂ））状況となり、位相の異なった六角形状の角張りを生ずる。この角張現象は、絞り圧延における管長手方向の延伸率が大きくなるほど、かつ厚肉小径になるほど角張り率が増加する傾向にある。さらに、前記絞り圧延機で発生する６方向の厚肉部と、前記マンドレルミルでマンドレルミルの圧下方向から４５°ずれた位置に発生する４方向の厚肉部が重複し、その相乗作用によって円周方向の肉厚不均一（偏肉）が助長されるという問題が知られている。

絞り圧延機で助長される前記偏肉の対策としては、厚肉部が重複しないようにマンドレルミルと絞り圧延機とをタンデム配置し、マンドレルミルの圧下方向のいずれかと、前記絞り圧延機の圧下方向のいずれかが±５°の範囲内に位置するよう配列する方法（特許文献３）が提案されている。

特開平６−８７００８号公報 特開平８−７１６１６号公報 特開平８−１９８０６号公報

本発明者らが、特許文献２に開示された方法と特許文献３に開示された方法を同時に用いて試験圧延を実施したが、マンドレルミル出側におけるマンドレルミルの圧下方向の偏肉は、±０．１ｍｍ以下に抑えることができたものの、絞り圧延機出側におけるマンドレルミルの圧下方向および絞り圧延機の圧下方向の偏肉は、±０．１ｍｍ以下に抑えることができなかった。

前記試験圧延では、３ロールの絞り圧延機の各ロールの圧下方向毎に異なる偏肉が発生しており、特許文献３に開示された方法には、３ロールの絞り圧延機の各ロールの圧下方向で均一の発生する六角張りは抑制できるが、絞り圧延機の各ロールの圧下方向毎に異なる偏肉を抑制できないという欠点がある。

また、前記試験圧延では、絞り圧延機において偏肉が発生しており、特許文献３に開示された方法には、絞り圧延機の母管の偏肉は抑制できるが、絞り圧延機において発生する偏肉を抑制できないという欠点がある。

本発明は、斯かるマンドレルミルおよび絞り圧延機における問題点を解決するためになされたもので、内面工具を用いずに管の外径を調整する絞り圧延機等の出側において偏肉の小さい管を製造することができる、継目無管の圧延装置および圧延制御方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意試験研究を行った。その結果、前記±０．１ｍｍより大きい偏肉はマンドレルミルおよび絞り圧延機の双方の圧延過程で発生していること、また、前記マンドレルミルで偏肉が発生する原因は、特許文献２に開示されているロールギャップの設定の誤差に加えて、対向する２ロールの位置が回転軸方向にずれているためでもあること、前記絞り圧延機で偏肉が発生する原因は、絞り圧延機の各スタンドロール設置位置にずれがあり、このずれのため、管の外径圧下量が各ロール圧下方向毎に不均一になり、外径圧下量が増大する方向において管の増肉量が大きくなるためであることを見出した。

さらに、前記マンドレルミルで発生する偏肉量は、マンドレルミルの各ロールを設置し直さない限り、マンドレルミルで圧延する管の肉厚、材質毎にほぼ一意に決まること、前記絞り圧延機で発生する偏肉量は、絞り圧延機での外径加工率にほぼ比例して大きくなること、前記絞り圧延機の前で付与された偏肉量は絞り圧延機の出側で減少するが偏肉減少量は絞り圧延機での外径加工率にほぼ比例して大きくなることを見出した。

上記知見より、マンドレルミルで発生する偏肉量および絞り圧延機で発生する偏肉量を、管の肉厚、材質、絞り圧延機での外径加工率を用いて定式化し、斯かる式に基づいて、絞り圧延機の出側におけるマンドレルミルの圧下方向の偏肉量が最小となるように、絞り圧延機の母管に付与する偏肉量を逆算し、前記逆算された偏肉量の母管が得られるように、マンドレルミルの仕上げスタンドである最終２スタンドないし３スタンドのロールギャップを調整することにより偏肉の小さい管が得られることを究明した。

あるいは、前記定式化された式に基づいて、絞り圧延機の出側における絞り圧延機の圧下方向の偏肉量が最小となるように、絞り圧延機の母管に付与する偏肉量を逆算し、前記逆算された偏肉量の母管が得られるように、絞り圧延機の各ロールの圧下位置を個別に調整することにより偏肉の小さい管が得られることを究明した。

あるいは、前記定式化された式に基づき、絞り圧延機の出側のマンドレルミル圧下方向または絞り圧延機圧下方向の偏肉量が最小となるように、マンドレルミルの仕上げスタンドである最終２スタンドないし３スタンドのロールギャップを調整すること、あるいは、絞り圧延機の各ロールの圧下位置を個別に調整することにより、偏肉の小さい管が得られることを究明した。

本発明者らが発見した前述の事実より、絞り圧延機出側での偏肉量は絞り圧延機での外径加工率により変化し、また、絞り圧延機入側の偏肉量を調整することにより絞り圧延機出側の偏肉量が変化するといえるが、これを数式で表すと次のようになる。

前記式（１）における関数ｆ１の一例として、次式を選んだ場合について、さらに詳しく説明する。

本発明者らは、さらに鋭意試験研究を行った結果、前記式（２）のようにΔＷＴ_Ｓ／ＷＴ_ＳをΔＷＴ_Ｍ／ＷＴ_Ｍに対して線形に、ａおよびｂをρに対して線形に表した場合、定数ｃおよびｄの値は次の範囲内であることを見出した。

−０．０２≦ｃ（ｊ）≦０ （３）
０．９≦ｄ（ｊ）≦１．１ （４）
また、定数ｅおよびｆの値は、ミルの設置状況、管の寸法、材質などにより異なるが、次の範囲内であることを見出した。

−０．００２≦ｅ（ｊ）≦０．００２ （５）
−０．０３≦ｆ（ｊ）≦０．０３ （６）
すなわち、定式化された式に基づいて、絞り圧延機の各ロールの圧下位置を個別に調整する場合は、絞り圧延機の各ロールの圧下位置の調整量（圧下位置変更量）が次の式を満たすようにすれば良い。

また、定式化された式に基づいて、マンドレルミルのギャップを調整する場合は、マンドレルミルのロールギャップの調整量（ロールギャップ偏差）が次の式を満たすようにすれば良い。

絞り圧延機の圧下位置の調整量、またはマンドレルミルのギャップの調整量を規定する前記２式を、次のように表現することもできる。
絞り圧延機での外径圧下率ρが３０％未満の場合には、マンドレルミルまたは絞り圧延機各スタンドで与える、平均肉厚との肉厚偏差を次の範囲で制御することにより、偏肉の小さい管が得られる。

以上、ΔＷＴ_Ｓ／ＷＴ_ＳをΔＷＴ_Ｍ／ＷＴ_Ｍに対して線形に、ａ，ｂをρに対して線形に定式化した場合について詳しく説明したが、もちろん他の一般的な関数を選んでも良く、さらに関数の値は管材質にも影響を受けることを考慮すると、圧下位置調整法は、一般に次のように表すことができる。
（１）絞り圧延機の圧下位置を調整する場合：

なお、より厳密にするため、上式の代わりに次の式を用いても良い。

（２）マンドレルミルのロールギャップを調整する場合：

なお、より厳密にするため、上式の代わりに次の式を用いても良い。

本発明は、本発明者らが見出した前述の新しい知見に基づき完成されたもので、その要旨は以下のとおりである。
すなわち、第１発明は、複数の孔型ロールスタンドを有し、内面工具を用いずに管の外径を調整する圧延機と、前記孔型ロールスタンドの各ロールの圧下位置を個別に調整する圧延制御装置とを備えることを特徴とする継目無管の圧延装置である。

第２発明は、前記圧延制御装置は、前記孔型ロールスタンドの入側の前記管に付与する偏肉量を計算し、計算した偏肉量に基づいて前記孔型ロールスタンドの各ロールの圧下位置を個別に調整する手段を備えることを特徴とする前記第１発明に記載の継目無管の圧延装置。

第３発明は、複数の孔型ロールスタンドを有し、前記孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバーが配置され、管を圧延するマンドレルミルと、該マンドレルミルの下流に直列配置され、前記マンドレルバーから前記管を引き抜くためのエキストラクタまたは前記管の外径を調整する圧延機と、前記マンドレルミルの出側の前記管に付与する偏肉量を計算し、計算した偏肉量に基づいて前記マンドレルミルのロールギャップを調整する圧延制御装置とを備えることを特徴とする継目無管の圧延装置である。

第４発明は、複数の孔型ロールスタンドを有し、内面工具を用いずに管の外径を調整する圧延機を備える継目無管の圧延装置を用いて行う継目無管の圧延制御方法であって、前記孔型ロールスタンドの入側の前記管に付与する偏肉量を計算し、計算した偏肉量に基づいて、前記孔型ロールスタンドの各ロールの圧下位置を個別に調整することを特徴とする継目無管の圧延制御方法である。

第５発明は、複数の孔型ロールスタンドを有し、前記孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバーが配置され、管を圧延するマンドレルミルと、該マンドレルミルの下流に直列配置され、前記マンドレルバーから前記管を引き抜くためのエキストラクタまたは前記管の外径を調整する圧延機とを備える継目無管の圧延装置を用いて行う継目無管の圧延制御方法であって、前記マンドレルミルの出側の前記管に付与する偏肉量を計算し、計算した偏肉量に基づいて、前記マンドレルミルのギャップを調整することを特徴とする継目無管の圧延制御方法である。

第６発明は、前記圧延制御装置は、前記孔型ロールスタンドの各ロールの圧下位置を次式に基づいて個別に調整する手段を備えていることを特徴とする前記第２発明に記載の継目無管の圧延装置である。

第７発明は、前記圧延制御装置は、前記マンドレルミルのロールギャップを次式に基づいて調整する手段を備えていることを特徴とする前記第３発明に記載の継目無管の圧延装置である。

第８発明は、前記孔型ロールスタンドの各ロールの圧下位置を次式に基づいて個別に調整することを特徴とする前記第４発明に記載の継目無管の圧延制御方法である。

第９発明は、前記マンドレルミルのロールギャップを次式に基づいて調整することを特徴とする前記第５発明に記載の継目無管の圧延制御方法である。

本発明によれば、絞り圧延機の各ロール圧下位置、またはマンドレルミル仕上げスタンドのロールギャップを調整することにより、円周方向の肉厚分布の均一な管が得られる。

本発明の一実施形態を示す構成図である。 本発明の一実施形態を示す構成図である。 マンネスマン−マンドレルミル方式による継ぎ目無し鋼管の製造工程の説明図である。 真円孔型ロールでのロールギャップと孔型形状との関係を示す模式図であり、同図（ａ）は孔型ロールとマンドレルバーの間隔が円周方向で均一の場合、同図（ｂ）はロールギャップを締めた場合を表す。 ３ロール絞り圧延機の隣接スタンドのロール配置の説明図であり、同図（ａ）は奇数スタンド、同図（ｂ）は偶数スタンドを表す。 角張り位相の説明図であり、同図（ａ）は負の角張り位相を示す周方向角度と増肉率との関係、同図（ｂ）は正の角張り位相を示す周方向角度と増肉率との関係を表す。 肉厚測定の方向を示す説明図である。 角度方向の呼称の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、第１発明、第２発明、第４発明、第６発明および第８発明の一実施形態を示す構成図である。

図１において、１１は複数個のスタンド＃１，…，＃Ｎからなる３ロールの絞り圧延機、１２はマンドレルミルで圧延された母管、１３は絞り圧延機の圧延ロールである。３ロールの絞り圧延機１１の各スタンドにおけるロールは、３個の孔型ロール１３を１２０°間隔で組み込んだものであり、絞り圧延機１１の上流側からみて、例えば、奇数スタンドは図５（ａ）のように、偶数スタンドは図５（ｂ）のように、隣接するスタンドでロールの圧下方向が６０°交差するように配置されている。母管１２は、絞り圧延機のスタンド＃１から順に、圧延ロール１３により外径が絞り加工され、所定の管外径に仕上げられる。

また、図１において、１５は演算装置、１６は絞り圧延機の各ロール圧下装置である。演算装置１５および各ロール圧下装置１６によって圧延制御装置が構成されている。演算装置１５は、管肉厚、材質および絞り圧延機１１における外径加工率から、予め与えられた式に基づいて絞り圧延機の＃１、＃２スタンドの入側の母管に付与する偏肉量を計算し、さらにその偏肉量を与えるために必要な絞り圧延機の＃１、＃２スタンドの各ロールの圧下位置の変更量を算出する。

演算装置１５に組み込まれている絞り圧延機の＃１、＃２スタンドの入側の母管に付与する偏肉量を計算する式と、その偏肉量を与えるために必要な＃１、＃２スタンドの各ロールの圧下位置の変更量を求める式は、例えば次のような実験によって求めることができる。

図７は、肉厚測定の方向を示す説明図であり、同図（ａ）は管Ａの場合、同図（ｂ）は管Ｂの場合を表す。
図３に示すマンドレルミル５６において、まず通常の製造方法により中空素管５４を圧延する。このとき、マンドレルミル圧延中に、マンドレルミルの下流側で管の上部管端部の外表面に疵を付け、管のどの方向をマンドレルミルで圧下したかが識別できるようにしておく。次に、マンドレルミルで圧延した母管を、絞り圧延機５７で絞り加工し、絞り加工された管（管Ａ）について、マンドレルミル最終２スタンドの圧下方向に対応する肉厚Ｔ１，Ｔ１’，Ｔ２，Ｔ２’（図７（ａ）参照）を計測する。

次に、管Ａを圧延したときに使用した中空素管と同一の寸法、材質の中空素管５４を、マンドレルミル５６において、管Ａを圧延したときと同一のマンドレルバー５５を用い、次の点を除いて管Ａを圧延したときと同一の設定で圧延する。すなわち、管Ａを圧延したときと設定が異なる点は、マンドレルミルのスタンド数をＮとしたときに、＃Ｎ−１スタンドでは、圧延ロールとマンドレルバーの間隙が０．５ｍｍ大きくなるように、逆に、＃Ｎスタンドでは、圧延ロールとマンドレルバーの間隙が０．５ｍｍ小さくなるように、最終２スタンドのロール圧下位置を調整する点である。なお、管Ａを圧延したときと同様に、マンドレルミル圧延中に、マンドレルミルの下流側で管の上部管端部の外表面に疵を付け、管のどの方向をマンドレルミルで圧下したかを識別し得るようにしておく。

次に、マンドレルミルで圧延した母管を、絞り圧延機５７で絞り加工し、絞り加工された管（管Ｂ）のマンドレルミル最終２スタンドの圧下方向の肉厚Ｔ３，Ｔ３’，Ｔ４，Ｔ４’（図７（ｂ）参照）を計測する。

以上の実験により、絞り圧延機で発生する偏肉量と、絞り圧延機の前で付与された１．０ｍｍの偏肉量が絞り圧延機の出側でどの程度減少するかを、以下の式（１５）で知ることができる。

さらに、絞り圧延機での外径加工率を変えて同様の実験をすることにより、絞り圧延機の前で付与された１．０ｍｍの偏肉量の絞り圧延機の出側での減少量（式（１５）のａ）および絞り圧延機の出側の偏肉量（式（１５）のｂ）を、外径加工量の関数で求めることができる。また、管の肉厚、材質毎に絞り加工された管の絞り圧延機圧下方向の肉厚を測定することにより、管の肉厚、材質毎の偏肉量を求めることができる。このようにして得られた以下の式（１６）が、絞り圧延機の＃１、＃２スタンドの入側の母管に付与する偏肉量を計算する式として、予め演算装置１５に組み込まれている。

なお、ΔＷＴ_Ｓ／ＷＴ_ＳはΔＷＴ_Ｍ／ＷＴ_Ｍの関数であり、ａとｂはρの関数であるが、式（１６）では簡易的に、ΔＷＴ_Ｓ／ＷＴ_ＳをΔＷＴ_Ｍ／ＷＴ_Ｍに対して線形とし、前記ａとｂをρに対して線形とした。本発明はこれに限定されるものでなく、前記実験結果に基づき、例えば、以下の式（１７）のような、より厳密な式を演算装置１５に組み込んでも良い。

さらに、絞り圧延機の＃１スタンドの圧下位置を変更して圧延する実験により、＃１スタンドの圧下位置を１ｍｍ変更したときの絞り圧延後の偏肉量ΔＷＴ_Ｓの変化量δ（＃１）を測定し、＃２スタンド以降の絞り圧延機での外径圧下率ρを用いて式（１６）を逆算することにより、＃１スタンドの圧下位置を１ｍｍ変更した場合の絞り圧延機の＃１スタンドでの偏肉量変化量ｐ_{Ｓ（＃１）}を次式のように求めることができる。

＃２スタンドについても同様に、＃２スタンドの圧下位置を変更して圧延する実験により、＃２スタンドの圧下位置を１ｍｍ変更したときの絞り圧延後の偏肉量ΔＷＴ_Ｓの変化量δ（＃２）を測定し、＃３スタンド以降の絞り圧延機での外径圧下率ρを用いて式（１６）を逆算することにより、絞り圧延機の＃２スタンドの圧下位置を１ｍｍ変更した場合の＃２スタンドでの偏肉量変化量ｐ_Ｓ（ｊ）を次の式（１９）のように求めることができる。

絞り圧延機の＃１、＃２スタンドの入側の母管に偏肉量を付与するために必要な＃１、＃２スタンドの各ロールの圧下位置の変更量を求めるため、例えば本実験で得られた式（１８）および式（１９）が予め演算装置１５に組み込まれている。

演算装置１５は、式（１６）に基づき、＃１，＃２スタンドで与えるべき圧下方向（６方向）それぞれの偏肉量ΔＷＴ_Ｍを計算する。さらに、前記偏肉量ΔＷＴ_Ｍを得るために必要な＃１、＃２スタンドの各ロールの圧下位置の変更量を式（１８）および式（１９）に基づき計算し、計算された＃１、＃２スタンドの各ロールの圧下位置の変更量を絞り圧延機の＃１、＃２スタンドの各ロール圧下装置１６に指令し、各ロールの圧下位置を個別に調整する。

以上説明した構成を整理すると、以下の式（２０）となる。

式（２０）は例えば次のようにして解けばよい。ｊ＝０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，３００°それぞれに対して、ｉ＝１，２以外のΔＷＴ_{Ｓ（ｉ、ｊ）}を０として、ΔＷＴ_{Ｓ（１，ｊ）}およびΔＷＴ_{Ｓ（２，ｊ）}を求め、次いでΔＷＴ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}からΔＧ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}を導く。ここで、ΔＧ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}が、機械的に設定可能な範囲を超える場合は、ΔＧ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}を許容できる範囲のある値とした上で、ｉ＝１，２，３，４以外のΔＷＴ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}を０として、ΔＷＴ_{Ｓ（３，ｊ）}、ΔＷＴ_{Ｓ（４，ｊ）}を求め、次いでΔＷＴ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}からΔＧ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}を導く。このステップを解が得られるまで繰り返せばよい。以降、この方法を方法Ａと呼ぶ。

上記のように構成されたことによって、演算装置１５は、絞り圧延機１１の出側の絞り圧延機の圧下方向（６方向）の偏肉量を０とするために必要な＃１、＃２スタンドの各ロールの圧下位置の変更量を式（１６）、式（１８）および式（１９）に基づき演算し、算出された各ロールの圧下位置の変更量を＃１、＃２スタンドの各ロール圧下装置１６に指令し、各ロールの圧下位置を個別に調整する。よって、絞り圧延機の＃１、＃２スタンドの各圧下方向の肉厚分布は均一化され、管１２の周方向における偏肉を抑制することができる。

圧下調整機構のない絞り圧延機、つまり演算装置１５、および絞り圧延機の各ロール圧下装置１６のない絞り圧延機においても、次のようにして実施することができる。
すなわち、予め、式（１６）に基づき、＃１、＃２スタンドで与えるべき圧下方向（６方向）それぞれの偏肉量を計算する。さらに、前記偏肉量を得るために必要な＃１、＃２スタンドの各ロール圧下方向の外径圧下量変更量を式（１８）および式（１９）に基づき計算し、計算された外径圧下量変更量に基づき＃１、＃２スタンドの各ロール圧下方向のロールの切削量を調整する。すなわち、＃１、＃２スタンドの各ロール圧下方向のロール径差が計算された各ロール圧下方向の外径圧下量変更量と一致するようにロールを切削する。

以上説明した構成を、式（２０）で具体的に説明する。ここで、絞り圧延機の使用スタンド数の最小値をＮｍｉｎとする。なお、圧下位置調整機構のない絞り圧延機では、通常、絞り圧延機の使用スタンド数が決まると、ほぼ絞り圧延機の外径圧下量も決まる。

まず、使用スタンド数がＮｍｉｎのときの＃１、＃２スタンドの各ロール圧下方向の外径圧下量変更量を決定する。ｊ＝０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，３００°それぞれに対して、ｉ＝Ｎｍｉｎ＋１以上のΔＷＴ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}を０として、前記方法Ａと同様にしてΔＷＴ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}を求め、求められたΔＷＴ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}からΔＧ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}を導く。次に、使用スタンド数がＮｍｉｎ＋１のときの＃１、＃２スタンドの各ロール圧下方向の外径圧下量変更量を決定する。ｊ＝０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，３００°それぞれに対して、ｉ＝Ｎｍｉｎ以下のΔＷＴ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}は前記求められたΔＷＴ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}の値に、ｉ＝Ｎｍｉｎ＋２以上のΔＷＴ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}は０にして、式（２０）を逆算することによりΔＷＴ_{Ｓ（Ｎｍｉｎ＋１，ｊ）}を求め、求められたΔＷＴ_{Ｓ（Ｎｍｉｎ＋１，ｊ）}からΔＧ_{Ｓ（Ｎｍｉｎ＋１，ｊ）}を導く。

このステップをｉが最大使用スタンド数となるまで繰り返し、ここで得られたΔＧ_{Ｓ（ｉ，ｊ）}に応じて、絞り圧延機各スタンド各圧下方向のロールを切削すればよい。
上記のように構成されたことによって、絞り圧延機の出側の絞り圧延機の圧下方向（６方向）の偏肉量を０にするために必要な＃１、＃２スタンドの各ロール圧下方向の外径圧下変更量を式（１８）および式（１９）に基づき計算し、計算された外径圧下変更量に応じて各ロールの切削量を調整する。よって、＃１、＃２スタンドの各ロール圧下方向の肉厚分布は均一化され、管１２の周方向における偏肉を抑制することができる。

次に、第３発明、第５発明、第７発明および第９発明の実施の形態を説明する。
図２は、第３発明、第５発明、第７発明および第９発明の一実施の形態を示す構成図である。

図２において、３１は複数個のスタンド＃１，…，＃Ｎからなるマンドレルミル、３２はピアサで穿孔された中空素管（素管）、３３はマンドレルバー、３４はマンドレルミルの圧延ロール、３５は複数個のスタンド＃１，…，＃Ｎからなる３ロールのエキストラクタまたは絞り圧延機である。

ピアサで穿孔された素管３２は、内部にマンドレルバー３３が挿入され、マンドレルバー３３の後端が図示しない保持装置により一定速度に保持された状態で、マンドレルミル３１においてマンドレルバー３３と複数の孔型圧延ロール３４により延伸圧延される。

マンドレルミル３１で圧延を完了した後、マンドレルバー３３が停止し、母管３２はエキストラクタ３５によりマンドレルバー３３から引き抜かれる。３ロールのエキストラクタおよび絞り圧延機３５の各スタンドにおけるロールは、３個の孔型ロール３６が１２０°間隔で組み込まれたもので、絞り圧延機３５の上流側からみて、例えば、奇数スタンドは図５（ａ）のように、偶数スタンドは図５（ｂ）のように、隣接するスタンドでロールの圧下方向が６０°交差するように配置されている。マンドレルミル３１で圧延されマンドレルバー３３から引き抜かれた母管３２は、絞り圧延機のスタンド＃１から順に、圧延ロール３６により外径が絞り加工され、所定の管外径に仕上げられる。

また、図２において、３８は演算装置、３９はマンドレルミル仕上げスタンドである仕上げ２スタンドの各ロール圧下装置である。演算装置３８は、管肉厚、材質および絞り圧延機３５における外径加工率から、予め与えられた式（１６）に基づいて、マンドレルミル出側の母管に付与する偏肉量を計算する。さらに、その偏肉量を与えるために必要なマンドレルミル仕上げ２スタンドの圧下位置の変更量を算出する。

演算装置３８には、式（１６）が予め組み込まれている。演算装置３８では、式（１６）に基づき、マンドレルミルの仕上げ２スタンドの圧下方向（４方向）それぞれの偏肉量ΔＷＴ_Ｍが計算される。さらに、演算装置３８は、前記偏肉量ΔＷＴ_Ｍを得るために必要なマンドレルミル仕上げ２スタンドのギャップの変更量を計算し、計算されたギャップの変更量をマンドレルミル仕上げ２スタンドの各ロール圧下装置３９に指令し、ロールギャップを調整する。

以上に説明した構成を整理すると、以下の式（２１）となる。

上記のように構成されたことによって、演算装置３８は、絞り圧延機３５の出側のマンドレルミル仕上げ２スタンドの圧下方向（４方向）の偏肉量を０とするために必要なマンドレルミル仕上げ２スタンドのロールギャップの変更量を式（１６）に基づき演算し、算出されたマンドレルミル仕上げ２スタンドのロールギャップの変更量をマンドレルミル仕上げ２スタンドの各ロール圧下装置２６に指令し、ロールギャップを調整する。よって、マンドレルミル仕上げ２スタンドの各ロール圧下方向の肉厚分布は均一化され、管３２の周方向における偏肉を抑制することができる。

なお、第１発明、第２発明、第４発明、第６発明および第８発明に対応する実施形態においては、絞り圧延機の圧下位置調整スタンドを＃１、＃２に限定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、＃１、＃２以外の外径加工を行うスタンドで圧下位置を調整してもよいし、＃１、＃２と＃１，＃２以外のスタンドとの両方で圧下位置を調整してもよい。絞り圧延機の複数のスタンドで圧下位置を調整する場合は、各スタンドで付与する偏肉量の和が修正すべき偏肉量となるようにすればよい。

また、第３発明、第５発明、第７発明および第９発明に対応する実施形態においては、マンドレルミルの仕上げスタンドを仕上げ２スタンドに限定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、仕上げ３スタンドでロールギャップを調整してもよい。

また、以上の説明では、絞り圧延機は３ロールとしたが、絞り圧延機が２ロールまたは４ロール以上であっても、同様の方法で偏肉を抑制することができる。また、マンドレルミルは２ロールミルとしたが、３ロールマンドレルミルや、２スタンド以上の４ロールマンドレルミル等であっても、同様の方法で偏肉を抑制することができる。

外径３２０．０ｍｍ、肉厚３０．０ｍｍの素管を、圧下方向を交互に９０°交差させて連続配置された５スタンドの２ロールミルで圧延し、次いで、前記２ロールミルの圧下方向に対して４５°傾斜させた４方向からロールミルで圧延するマンドレルミルで、外径２７６．０ｍｍ、肉厚１５．０ｍｍに延伸圧延したのち、８スタンドからなる３ロール絞り圧延機により外径２１９．０ｍｍ、肉厚１６．２ｍｍに圧延した。
（本発明例１） マンドレルミルで延伸圧延したのち、式（２０）に基づき絞り圧延機＃１、＃２スタンドの各ロールの圧下位置の変更量を計算し、前記計算された圧下位置の変更量に基づき絞り圧延機の＃１、＃２スタンドの各ロール圧下位置を個別に調整し、絞り圧延機で定径圧延した。
（本発明例２） 式（２１）に基づきマンドレルミル仕上げ３スタンド（８方向）の圧下位置の変更量を計算し、前記計算された圧下位置の変更量に基づきマンドレルミル仕上げ３スタンドの各ロール圧下位置を調整した。この状態で、マンドレルミルで延伸圧延したのち、絞り圧延機で定径圧延した。
（本発明例３） マンドレルミルで延伸圧延したのち、下記式（２２）に基づき絞り圧延機の＃１、＃２スタンドの各ロールの圧下位置の変更量を計算し、前記計算された圧下位置の変更量に基づき絞り圧延機の＃１、＃２スタンドの各ロール圧下位置を個別に調整し、絞り圧延機で定径圧延した。

（本発明例４） 下記式（２３）に基づきマンドレルミル仕上げ３スタンド（８方向）の圧下位置の変更量を計算し、前記計算された圧下位置の変更量によりマンドレルミル仕上げ３スタンドの各ロール圧下位置を調整した。この状態で、マンドレルミルで延伸圧延したのち、絞り圧延機で定径圧延した。

（比較例） 比較例として、マンドレルミルの下流側で肉厚測定を行い、マンドレルミル仕上げスタンドの各ロール圧下位置を、マンドレルミルの出側で管が真円に近くなるように調整する特許文献２に示された従来法で圧延した。

前記本発明例１、本発明例２、本発明例３、本発明例４、および比較例のそれぞれについて定径圧延後の管の肉厚分布を比較した結果を表１に示す。

表１に示すように、マンドレルミル又は絞り圧延機の圧下位置を調整した本発明例１〜４は、比較例に比べ、偏肉率は２〜３％程度改善された。

１１，３５，５７：絞り圧延機、
１２，３２，５４，７６：素管、
１３，３６，７５：絞り圧延機の圧延ロール、
１５，３８：演算装置、
１６：絞り圧延機の圧延ロールの圧下装置、
３１，５６：マンドレルミル、
３３，５５，６２：マンドレルバー、
３４，５８，６１：マンドレルミルの圧延ロール、
３９：マンドレルミルの圧延ロールの圧下装置、
５１：ビレット、
５２：加熱炉、
５３：ピアサ、
５８：製品、
６３：溝底部、
６４：フランジ部。

Claims (4)

1. 複数の孔型ロールスタンドを有し、前記孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバーが配置され、管を圧延するマンドレルミルと、該マンドレルミルの下流に直列配置され、前記マンドレルバーから前記管を引き抜くためのエキストラクタまたは前記管の外径を調整する圧延機と、前記マンドレルミルの出側の前記管に付与する偏肉量を計算し、計算した偏肉量に基づいて前記マンドレルミルのロールギャップを調整する圧延制御装置とを備えることを特徴とする継目無管の圧延装置。
2. 複数の孔型ロールスタンドを有し、前記孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバーが配置され、管を圧延するマンドレルミルと、該マンドレルミルの下流に直列配置され、前記マンドレルバーから前記管を引き抜くためのエキストラクタまたは前記管の外径を調整する圧延機とを備える継目無管の圧延装置を用いて行う継目無管の圧延制御方法であって、前記マンドレルミルの出側の前記管に付与する偏肉量を計算し、計算した偏肉量に基づいて、前記マンドレルミルのロールギャップを調整することを特徴とする継目無管の圧延制御方法。
3. 前記圧延制御装置は、前記マンドレルミルのロールギャップを次式に基づいて調整する手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の継目無管の圧延装置。
   

   
4. 前記マンドレルミルのロールギャップを次式に基づいて調整することを特徴とする請求項２に記載の継目無管の圧延制御方法。
   

   

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