JP2010240681A

JP2010240681A - 冷間圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法

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Publication number: JP2010240681A
Application number: JP2009090890A
Authority: JP
Inventors: Chihiro Hayashi; 千博林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-28
Also published as: ES2650635T3; US20120036911A1; US8528378B2; CN102365136A; KR101364373B1; EP2415535A1; KR20110134474A; EP2415535B1; WO2010113695A1; EP2415535A4

Abstract

【課題】メカトロニクスドライブ方式のコールドピルガミルを用いた高加工度および高能率の拡径圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法を提供する。
【解決手段】圧延の往行程開始直前のみならず復行程開始直前においても管材に送りと回転角を与える機構を有するメカトロニクスドライブ方式のコールドピルガミルによる冷間圧延法であって、一対のロールの噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かってその径が拡大又は縮小するテーパ状孔型３１を有するロール２１と、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かってその径が拡大するテーパ状マンドレル４１とを用い、管材の肉厚中心径を拡大させながら肉厚を減じて延伸する超薄肉継目無金属管の製造方法である。上記の方法において、復行程開始直前においても管材に往行程と同等若しくはそれに準ずる回転角及び／又は送りを与えることにより、一層の高加工度圧延、超薄肉化および製品寸法精度の向上を達成できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、１９８５年に開発されたメカトロニクスドライブ方式のコールドピルガミルを用いた高加工度、高能率圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法を提供しようとするものである。

金属管は、熱間仕上げの状態で、品質上、強度上あるいは寸法精度上の要求を満足しない場合には、冷間加工工程に送られる。冷間加工としては、ダイスとプラグまたはマンドレルを用いる冷間抽伸法およびコールドピルガミルによる冷間圧延法が一般的である。

従来のコールドピルガミルによる冷間圧延法では、円周方向に次第に径が縮小するテーパ状孔型を有する一対のロールと、同じく長さ方向に次第に径が縮小するテーパ状マンドレルとの間で素管を縮径圧延する。すなわち、一対のロールには円周上に孔型が切られており、その形状は、ロールの回転とともに孔型が狭くなるようになっている。ロールは回転しながらマンドレルのテーパに沿って前進および後退を繰り返し、ロールとマンドレルとの間で素管を圧延する（非特許文献１など）。

図１は、従来のコールドピルガミルによる圧延機構を示す図であり、同図（ａ）は往行程開始時点、（ｂ）は復行程開始時点を説明する図である。一対の孔型ロール２を組み込んだロールハウジングがクランク機構のコネクティングロッドを介して往復運動を行う。その際に、ロール２と一体となったピニオンがラックと噛み合って、ロール２には、往復運動と連動して回転が与えられる。

コールドピルガミルは、一対の孔型ロール２とマンドレル４により構成される。孔型ロール２は、その外周面に、ロールの噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって、その径が素管１の外径寸法（図中のｄｏ）から仕上げ圧延管５の外径寸法（図中のｄ）まで滑らかに変化する孔型を有する。また、マンドレル４も同様に滑らかに変化するテーパ形状を有する。そして、上記のロール２を組み込んだロールハウジングが往復運動を行って管材（素管）１を圧延する。

往行程の開始直前において、管材１には所定の送り（フィード）量および回転（ターン）角が与えられる。通常の圧延では、フィードは５〜１８ｍｍ程度であり、ターン角はおよそ６０°である。この場合、管材は往復両行程において縮径圧延されるが、およそ２５年前までは復行程では管材に送りと回転角を与えることができず、往行程の延伸圧延における弾性復元分を再圧延するに過ぎなかった。

さて、１９８５年になって、コールドピルガミルのメカニカルな連動機構をメカトロニクス化することにより全体構造の抜本的な簡略化が図られた。すなわち、機械的な間欠運動を電気的な運動機構に置き換えることにより設備の構造が簡素化し、コンパクト化が図られた。なかんずく、電気制御、油圧サーボ制御の採用により、カムの交換などの繁雑な作業が無くなり、管材の送り量や回転角の設定をステップレスに簡単かつ高精度に行うことができるようになり、ターン角やフィードの設定および変更はボタン操作で可能となった。

このようにして、その大部分を単なる動力の伝達に費やしてきた駆動エネルギーに余裕ができたので、復行程の開始直前においても、若干のフィードおよびターン角を与えることができるようになったが、復行程の開始直前において、ターン角を与えることはまだしも、フィードを与えると、フィードの割には過大な圧延負荷が発生し、設備的に過負荷になり、圧延不能になることが判明した。もちろん、往復両行程での負荷のアンバランスが顕著になる。

ＰＣＴ／ＪＰ２００７／０７３４６８出願明細書

第３版鉄鋼便覧第３巻（２）条鋼・鋼管・圧延共通設備１１８３〜１１８９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、コールドピルガミルを用いた高加工度および高能率の拡径圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法を提供することにある。さらに具体的には、往復両行程で延伸圧延するコールドピルガミルにおいて、往行程開始直前のみならず、復行程開始直前においても、同等のターン角およびフィードを与えることが可能な冷間圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法を提供することにある。

本発明者は、先に、シングルストランドで往復両行程で延伸圧延する形式によるメカニカルドライブ方式のコールドピルガミルによる圧延法において、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孔型を有するロールと、同じく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マンドレルを用い、往復両行程で拡径圧延する超薄肉金属管の製造方法を発明し、前記の特許文献１として提案した。

特許文献１において開示した発明（以下、「先願発明」とも記す）によれば、画期的な高加工度が得られ、超薄肉金属管の製造が可能であるが、それは、主として往行程の開始直前においてのみ送りと回転角を与える従来方式の圧延方法を対象としたものであった。勿論、拡径圧延法の採用によって、延伸圧延に要するエネルギー消費は減少することから、駆動エネルギーに余裕が生じ、復工程でも若干のターン角とフィードを与えることはできるようになっている。

図２に、先願発明に係るメカニカルドライブ方式のコールドピルガミルによる圧延方法を示す図であり、同図（ａ）は往行程開始時点、（ｂ）は復行程開始時点を説明する図である。同図（ａ）に示されるように、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって径が滑らかに拡大するテーパ状孔型３１がその周囲に設けられた上下一対のロール２１が、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって滑らかにその外径が拡大するテーパ状マンドレル４１のテーパに沿って、図中の矢印Ａにて示す方向に前進し、ロール２１のテーパ状孔型３１の表面とテーパ状マンドレル４１の表面との間で素管１を延伸圧延する。

次に、同図（ｂ）に示されるように、上下一対のロール２１は逆転し、図中の矢印Ｂにて示す方向に後退しながら、同様にして、ロール２１のテーパ状孔型３１とテーパ状マンドレル４１との間で素管１を延伸圧延する。

上記のような往復圧延行程の繰り返しにより、外径ｄｏおよび肉厚ｔｏを有する素管１は、外径ｄおよび肉厚ｔを有する製品圧延管５１へと拡径圧延される。

本発明者は、前述の課題を解決するために、往復両行程で延伸圧延するコールドピルガミルにおいて、往行程開始直前のみならず、復行程開始直前においても、往行程と同等のターン角やフィードを与えることが可能な冷間圧延法について研究開発を進め、本発明を完成させた。

復行程開始直前においても、往行程開始直前と同等のターン角やフィードを与えることができる冷間圧延法を可能とするには、特に、復行程において著しく上昇する圧延負荷を低下させ、かつ、往復両行程における圧延負荷のバランスを図る必要がある。そして、それらは、下記の（ａ）〜（ｄ）の知見を裏付けとして実現することができる。

（ａ）まず、従来の縮径圧延法に替えて拡径圧延法を採用する。拡径圧延法によれば、同一の製品寸法を得るのに縮径圧延の場合に比較し、より小径の素管を使用するので、往復両行程における圧延負荷は顕著に減少する。この点は、本発明者の先願発明に係る超薄肉金属管の製造方法の場合と同様である。

ここで、拡径圧延とは、必ずしも管材の内外径を同時に拡径させる圧延法だけを称するのではなく、管材の肉厚中心径（内径および外径の平均径）を拡大させる圧延を拡径圧延と総称する。

したがって、外径が不変で一定のまま、内径のみを拡径させても、肉厚中心径は確実に拡大するから、拡径圧延となる。さらに、外径が縮径する場合であっても、内径の拡径代が外径の縮径代よりも大きい場合には、肉厚中心径は拡大し、拡径圧延となる。

（ｂ）復圧延行程の開始直前において管材にターン角やフィードを与える場合に、従来の縮径圧延では、圧延負荷が著しく過大となり、かつ往復両行程の圧延負荷に大きなアンバランスが生じ易い。

図３、図４は、縮径圧延法および拡径圧延法における往復両圧延行程の噛み込み入口側から仕上げ出口側までの圧延負荷の変動状況を示す概念図である。図３は縮径圧延法における圧延負荷の変動状況を示し、図４は拡径圧延法における圧延負荷の変動状況を示している。図３、図４のいずれにおいても、（ａ）は復圧延行程の開始直前にシェルドライブを与えない場合、（ｂ）は復圧延行程の開始直前で管材に往行程と同等のターン角を与えた場合、（ｃ）は復圧延行程の開始直前で管材に往行程と同等のターン角およびフィードを与えた場合を示す。

本発明者は、これらの現象を解明するため、理論的、実験的考察を繰り返し、以下の知見を得た。すなわち、図３、図４に示すように、往復両圧延行程の開始直前において、管材にシェルドライブを与える場合、復行程では往行程に比較して圧延負荷が顕著に上昇するのは、入側チャック（図示せず）とロールハウジングの間で、管材の軸方向に往行程では後方張力、復行程で後方圧縮力が働き、これが圧延負荷に重畳するからであることを結論した。

すなわち、縮径圧延法では、往行程での軸方向張力とそれによる圧延負荷の減少は比較的小さいが、復行程での軸方向の後方圧縮力とそれによる圧延負荷の上昇が極めて大きくなり、圧延負荷に大きなアンバランスが生じる（図３（ｂ）（ｃ）参照）。これに対し、拡径圧延法では、往行程での軸方向張力とそれによる圧延負荷の減少は若干顕著になるが、
復行程での軸方向圧縮力とそれによる圧延負荷の上昇が極めて小さくなり、圧延負荷に大きなアンバランスを発生させることがない（図４（ｂ）（ｃ）参照）。

したがって、往復両圧延行程で管材にターン角やフィードを与える場合には、縮径圧延法に替えて拡径圧延法を採用することにより、冷間圧延の安定化が図れることが分かる。すなわち、往復両行程において管材に回転と送りを与える場合には、拡径圧延の採用は、圧延負荷の低減に二重の効果を発揮することになる。

（ｃ）拡径圧延法を採用しても、往復両圧延行程において圧延負荷にアンバランスが残り、操業上問題になる場合には、拡径代をそれほど大きくしない方がバランスを確保し易い。拡径圧延では、噛み込み開始と同時に肉厚の圧下が開始するので、拡径代は縮径圧延における縮径代に比較すればはるかに小さくてすむ。拡径代が小さいほど、往復両行程における圧延負荷のバランスを確保し易い。

例えば、極端な場合として、往復両圧延行程において、外径を不変で一定のまま、内径のみを拡大させて肉厚を減じる場合には、往復両行程における圧延条件の相異はロールの回転方向のみとなる。因みに、縮径圧延の場合においても、縮径代が小さいほど往復両圧延行程における圧延負荷のバランスは確保し易い。

（ｄ）往復両行程で拡径圧延するコールドピルガミルによる圧延方法において、往行程開始直前のみならず、復行程開始直前においてもフィードおよびターン角を与えることができれば、（肉厚／外径）比が４％以下の超薄肉継目無金属管の製造であっても、およそ１０％の拡径率（すなわち、（拡径比−１）×１００（％））で超薄肉管を製造することが可能である。また、（肉厚／外径）比が２．５％以下の超薄肉継目無金属管の製造であっても、およそ２０％の拡径率を確保できれば十分に超薄肉管の製造が可能である。

ここで、拡径圧延法の副作用について言及する。この副作用は、従来の縮径圧延では存在しない。すなわち、拡径圧延の場合には、拡径率が大きすぎると管材の送り（フィード）そのものが困難になるので注意を要する。ロール孔型フランジ側の管内面とマンドレルの間のクリアランスが確保できないことから、管材の送り（フィード）が難しくなることによる。このような観点からも、拡径率は余り大きく採らない方がよい。

また、上述程度の拡径率を適用するので十分であれば、マンドレルや管材の支持方式に特に工夫を要する必要もなく、シェルドライブ方式も従来の縮径圧延法の場合のシステムをそのまま使用することができる。

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）および（２）に示す冷間圧延法による超薄肉金属管の製造方法にある。

（１）ロールスタンドの往復運動と管材のシェルドライブとを電気制御システムによって行い、往行程開始直前および復行程開始直前において管材に送りおよび回転角を与える機構を有するメカトロニクスドライブ方式のコールドピルガミルによる冷間圧延法であって、一対のロール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、一定である、または次第に縮小する孔型を有するロールと、同じく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テーパ状マンドレルとを用い、往行程開始直前において管材に回転角および送りを与えるとともに、復行程開始直前においても管材に往行程と同等若しくはそれに準ずるシェルドライブを与えて、管材の外径および内径の平均径である肉厚中心径を拡大させながら肉厚を減じて延伸することを特徴とする冷間圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法。

（２）上記（１）に記載の冷間圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法では、復行程開始直前におけるシェルドライブとして、管材に回転角（ターン角）を与える方式、管材に送り（フィード）を与える方式、または管材に回転角（ターン角）および送り（フィード）を与える方式を採用することができる。

本発明において、「ロールスタンド」とは、孔型ロール２が組み込まれたロールハウジングを意味する。

また、「シェルドライブ」とは、管材（素管）１に管長手方向の送り（フィード）または／および管軸の周りの回転（ターン）を与える動作を意味する。

そして、前述したように「超薄肉継目無金属管」とは、（肉厚／外径）比が４％以下の継目無金属管を意味する。

本発明は、往行程開始直前のみならず復行程開始直前においても管材に送りと回転角を与える機構を有するメカトロニクスドライブ方式のコールドピルガミルを用いた拡径圧延法であって、過大な圧延負荷を発生することなく、また往行程と復行程とで圧延負荷の過大なアンバランスを生じることなく、復行程開始直前においても管材に安定してシェルドライブを与えることができる。これにより、先願発明の拡径圧延方法に比して更なる高加工度圧延および超薄肉化を実現するとともに、製品圧延管の寸法精度および生産能率を大幅に向上させることができる。

従来のコールドピルガミルによる圧延機構を示す図であり、同図（ａ）は往行程開始時点を、（ｂ）は復行程開始時点をそれぞれ示す。先願発明に係るメカニカルドライブ方式のコールドピルガミルによる圧延方法を示す図であり、同図（ａ）は往行程開始時点を、（ｂ）は復行程開始時点をそれぞれ示す。縮径圧延法における往復両圧延行程の噛み込み入口側から仕上げ出口側までの圧延負荷の変動状況を示す概念図である。拡径圧延法における往復両圧延行程の噛み込み入口側から仕上げ出口側までの圧延負荷の変動状況を示す概念図である。メカニカルドライブ方式によるコールドピルガミルの概略構成を示す図である。メカトロニクスドライブ方式によるコールドピルガミルの概略構成を示す図である。本発明に係るコールドピルガミルによる圧延方法の第１態様を示す図である。本発明に係るコールドピルガミルによる圧延方法の第２態様を示す図である。本発明に係るコールドピルガミルによる圧延方法の第３態様を示す図である。

本発明は、ロールスタンドの往復運動と管材のシェルドライブとを電気制御システムによって行い、往行程開始直前および復行程開始直前において管材に送りおよび回転角を与える機構を有するメカトロニクスドライブ方式のコールドピルガミルによる冷間圧延法であって、一対のロール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、一定である、または次第に縮小する孔型を有するロールと、同じく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テーパ状マンドレルとを用い、往行程開始直前において管材に回転角および送りを与えるとともに、復行程開始直前においても管材に回転角または／および送りを与えて、管材の外径および内径の平均径である肉厚中心径を拡大させながら肉厚を減じて延伸することを特徴とする冷間圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法である。ただし、前述の通り、拡径率を余り大きく採らない方が操業が安定する。

そして、上記の方法において、復行程開始直前においてもシェルドライブ（管材に回転角または／および送り）を与えることにより、一層の高加工度圧延および超薄肉化を達成できるとともに、製品圧延管の寸法精度および生産能率を大幅に改善することができる。

以下では、本発明の超薄肉継目無金属管の製造方法につき、そのドライブシステム、さらに圧延形態について、ロールスタンドの往復運動と管材のシェルドライブとを機械制御システムによって行う、従来のメカニカルドライブ方式のコールドピルガミルによる冷間圧延方法と比較しながら説明する。

図５は、メカニカルドライブ方式によるコールドピルガミルの概略構成を示す図である。ロールユニットはロールスタンド６３に組み込まれ、コネクティングロッド７７を介してクランクシャフト６２に連結される。主モータ６１の駆動によりクランクシャフト６２が回転し、ロールスタンド６３は一定周期で前後に往復運動する。上下一対のロール６４はラックとピニオン６５によってロールスタンド６３の前後進にともなって回転し、素管（管材）を圧延する。

マンドレル（図示せず）はマンドレルロッドチャック７４により固定する。素管は入口チャック７５および出口チャック７６により保持され、後端にフィードキャリッジ７０が位置している。クランクシャフト６２の回転はベベルギア６６、６８、ラインシャフト６７などを介して送り用カム６９と回転用カム７３に伝達される。送り用カム６９はロールスタンド６３が一往復するごとにフィードキャリッジ７０をカムのリフト量だけ前進させる。一方、ラインシャフト６７から送り変速装置７１を介して回転する送りネジ７２によりフィードキャリッジ７０は一定速度で前進し間欠的に送り込まれる。

図６は、メカトロニクスドライブ方式によるコールドピルガミルの概略構成を示す図である。メカトロニクス方式は、素管の送り機構並びに素管およびマンドレルの回転機構をメカトロニクスで結合し、主モータ８１とは別駆動のＤＣサーボモータまたは油圧サーボモータにより独立駆動させる方式である。

メカトロニクス方式では、クランクシャフト８２に取り付けられた回転位相検出器８６、キャリッジ送り専用駆動モータ８９、素管およびマンドレル回転専用駆動モータ８８とコントロールユニット８７を備えている。回転位相検出器８６からの信号はコントロールユニット８７に入力され、コントロールユニット８７はロールスタンド８３の動きに同期したタイミングで送り専用駆動モータ８９および回転専用駆動モータ８８をフィードバック制御する。

すなわち、ロールスタンド８３の往復運動とシェルドライブの周期は電気的制御システムにより行なわれ、ロールスタンド８３が圧延区域にあるか、アイドル区間にあるかの判定はクランク軸端の回転位相検出器８６によりクランク回転角を検出して行なわれる。その信号に基づき圧延区間からアイドル区間に移行する瞬間にシェルドライブを行う。

メカトロニクスドライブ方式によるコールドピルガミルでは、機械的な間欠運動を電気的な運動機構に置き換えることにより設備の構造が簡素化し、コンパクト化を図ることができる。さらに、ギア系のトータルバックラッシュ量が減少し、カム・レバー系の摩耗によるバックラッシュの影響がなく、フィードおよび回転角の高い精度の確保と維持が図れる。

図７〜図９は、本発明に係るコールドピルガミルによる圧延方法の詳細を説明する図である。各図（ａ）は往行程開始時点を、（ｂ）は復行程開始時点をそれぞれ示す。

図７は、本発明に係るコールドピルガミルによる圧延方法の第１態様を示す図である。同図（ａ）に示される往行程の開始直前で、素管（管材）１に所定量の回転角および送りを与えた後、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって径が滑らかに拡大するテーパ状孔型３１がその周囲に設けられた上下一対のロール２１を、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって滑らかにその外径が拡大するテーパ状マンドレル４１のテーパに沿って、図中の矢印Ａにて示す方向に前進させる。これにより、ロール２１のテーパ状孔型３１の表面とテーパ状マンドレル４１の表面との間で素管１を延伸圧延する。

次に、同図（ｂ）に示される復行程の開始直前においても、素管１に回転角または／および送りを与えた後、上下一対のロール２１を逆転させ、図中の矢印Ｂにて示す方向に後退させながら、同様にして、ロール２１のテーパ状孔型３１とテーパ状マンドレル４１との間で素管１を延伸圧延する。

図８は、本発明に係るコールドピルガミルによる圧延方法の第２態様を示す図である。本発明の第２態様は、外径を不変で一定のまま、内径のみを拡径しながら肉厚を減じて延伸するコールドピルガミルによる超薄肉金属管の製造方法である。

図９は、本発明に係るコールドピルガミルによる圧延方法の第３態様を示す図である。本発明の第３態様は、内径の拡径代を外径の縮径代よりも大きくとりつつ、外径を縮径し、内径を拡径しながら肉厚を減じて延伸するコールドピルガミルによる超薄肉金属管の製造方法である。本発明の第２態様、第３態様においても、上記図７の第１態様と同様の方法により、ロール１２のテーパ状孔型１３とテーパ状マンドレル１４との間で素管１を延伸圧延する。

本発明に係る拡径圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法において、往行程開始直前のみならず、復行程開始直前においても管材に送り（フィード）および回転角（ターン角）を与えた場合の効果を確認するため、メカトロニクスドライブ方式によるコールドピルガミルを用いて、下記の２つの試験を行い、その結果を評価した。

（本発明例１）
ユジーン押出しプロセスにより製造された外径４８．６ｍｍ、内径４１．６ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの１８％Ｃｒ−８％Ｎｉステンレス鋼管を供試素管とし、メカトロニクスドライブ方式のコールドピルガミルにより、外径５０．８ｍｍ、内径４７．８ｍｍ、肉厚１．５ｍｍに拡径圧延した。この場合、復行程開始直前では、往行程開始直前と同量のフィードおよびターン角を与えた。試験条件および結果を以下に要約する。

テーパ状ロール孔型の径：Ｄ＝４８．６〜５０．８ｍｍ
テーパ状マンドレルの径：ｄｍ：４１．５〜４７．７ｍｍ
往行程のフィード（ｆ₁）および復行程のフィード（ｆ₂）：ｆ₁＝ｆ₂＝１０．０ｍｍ
往行程開始直前のターン角度（θ₁）および復行程開始直前のターン角度（θ₂）
：θ₁＝θ₂＝６０°
素管外径：ｄｏ＝４８．６ｍｍ
素管肉厚：ｔｏ＝３．５ｍｍ
圧延管外径：ｄ＝５０．８ｍｍ
圧延管肉厚：ｔ＝１．５ｍｍ
拡径比：ｄ／ｄｏ＝１．０４５（拡径率：５％）
延伸比：ｔｏ（ｄｏ−ｔｏ）／｛ｔ（ｄ−ｔ）｝＝２．１３
（肉厚／外径）比：ｔ／ｄ＝２．９５％

（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４７．２ｍｍ、内径４０．２ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの２５％Ｃｒ−３５％Ｎｉ−３％Ｍｏ高合金鋼管を供試素管とし、メカトロニクスドライブ方式のコールドピルガミルにより、外径５０．８ｍｍ、内径４８．２ｍｍ、肉厚１．３ｍｍに拡径圧延した。この場合も、復行程開始直前では、往行程開始直前と同量のフィードおよびターン角を与えた。試験条件および結果を以下に要約する。

テーパ状ロール孔型の径：Ｄ＝４７．２〜５０．８ｍｍ
テーパ状マンドレルの径：ｄｍ：４０．０〜４８．０ｍｍ
往行程のフィード（ｆ₁）および復行程のフィード（ｆ₂）：ｆ₁＝ｆ₂＝８．０ｍｍ
往行程開始直前のターン角度（θ₁）および復行程開始直前のターン角度（θ₂）
：θ₁＝θ₂＝６０°
素管外径：ｄｏ＝４７．２ｍｍ
素管肉厚：ｔｏ＝３．５ｍｍ
圧延管外径：ｄ＝５０．８ｍｍ
圧延管肉厚：ｔ＝１．３ｍｍ
拡径比：ｄ／ｄｏ＝１．０７６（拡径率：８％）
延伸比：ｔｏ（ｄｏ−ｔｏ）／｛ｔ（ｄ−ｔ）｝＝２．３８
（肉厚／外径）比：ｔ／ｄ＝２．５６％

上記の２例の試験により得られた鋼管の内外表面肌は極めて美麗であり、品質上、特筆すべきものがある。なお、復行程開始直前においてフィードもターン角も与えない従来の縮径圧延法により延伸圧延を行った場合には、ステンレス鋼管および高合金鋼管の製造可能な最小肉厚は、外径５０．８ｍｍの場合で２．０〜２．５ｍｍ程度である。したがって、本発明に係る拡径圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法の効果は極めて顕著である。

本発明者は、先に、往行程開始直前のみで管材にフィードおよびターンを与え、往復両行程で圧延する従来型のメカニカルドライブ方式のコールドピルガミルにおいて、縮径圧延法に替えて拡径圧延法を採用することにより画期的な高加工度が得られ、それによって超薄肉継目無金属管の製造が可能であることを確認し、これらを特許文献１にて開示した。

本発明においては、メカトロニクスドライブ方式のコールドピルガミルによる拡径圧延法において、復行程開始直前においても往行程と同等若しくはそれに準ずるフィードとターン角を与える場合の圧延過負荷の上昇および圧延負荷のアンバランスの問題を解決し、更なる高加工度圧延と超薄肉化を実現するとともに、製品圧延管の寸法精度および生産能率を大幅に向上させた。

本発明は、拡径比をそれほど大きく採らない拡径圧延法であることから、これによる生産技術上のメリットも極めて大きい。例えば、拡径比を大きく採らないことにより、コールドピルガミルのシェルドライブシステムを特に改造する必要もなく、従来のシステムをそのまま活用することができる。

本発明は、ロールスタンドの往復運動と管材のシェルドライブを電気制御システムによって行うメカトロニクスドライブ方式のコールドピルガミルによる冷間圧延について権利化を図るものであるが、ロールスタンドの往復運動とシェルドライブを機械制御システムによって行うメカニカルドライブ方式のコールドピルガミルによる冷間圧延にもそのまま適用できるものとする。ただし、これはメカニカルドライブ方式のコールドピルガミルの機械構造に更なる技術革新がなされた場合を前提とする。

１：管材（素管）、２：孔型ロール、３：テーパ状孔型、４：テーパ状マンドレル、
５：圧延管、２１：孔型ロール、３１：テーパ状孔型、４１：テーパ状マンドレル、
５１：圧延管、

Claims

ロールスタンドの往復運動と管材のシェルドライブとを電気制御システムによって行い、往行程開始直前および復行程開始直前において管材に送りおよび回転角を与える機構を有するメカトロニクスドライブ方式のコールドピルガミルによる冷間圧延法であって、
一対のロール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、一定である、または次第に縮小する孔型を有するロールと、同じく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テーパ状マンドレルとを用い、
往行程開始直前において管材に回転角および送りを与えるとともに、復行程開始直前においても管材にシェルドライブを与えて、管材の外径および内径の平均径である肉厚中心径を拡大させながら肉厚を減じて延伸することを特徴とする冷間圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法。
復行程開始直前においても管材に回転角（ターン角）を与えることを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法。
復行程開始直前においても管材に送り（フィード）を与えることを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法。
復行程開始直前においても管材に回転角（ターン角）および送り（フィード）を与えることを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延法による超薄肉継目無金属管の製造方法。