JP2020519452A - 連続管圧延方法およびその実装のためのマンドレルアセンブリ - Google Patents

Abstract

連続管圧延機で管を圧延する方法には、マンドレルアセンブリを使用して管ビレットを変形することが含まれる。マンドレルアセンブリは、その端部をマンドレルアセンブリのアタッチメントに交互に結合できるように構成された円筒形のマンドレルを含む。マンドレルは、その端部が傾斜面を備えた部分を有するように構成されており、マンドレルの長手軸に対する前記面の母線の角度は１０〜７０度の間である。管ビレットの変形は、マンドレルの両端の作業領域の摩耗量が臨界値の２５％以上になるまで実行され、その後、マンドレルが研磨される。本発明は、マンドレルの耐用年数を延ばし、管の内面の傷の形成を減らし、圧延プロセス中に事故が発生するのを防ぐ。【選択図】 図１

Description

本発明は、管の製造、特に、連続管圧延機での管の製造およびマンドレルアセンブリの設計に関する。

フローティングの長い円筒形のマンドレルを備えた連続管圧延機は、１８８５年以来知られている（１８８６年９月１３日公開のカナダ特許第２４９５６号）。連続圧延機で管を圧延するには、フローティングマンドレルを使用し、それを管状ビレット（中空シェル）に挿入し、圧延時にマンドレルが圧延材料とともに連続圧延機を超えて移動し、次に、チェーンタイプのマンドレル抽出器を使用してマンドレルを圧延材料から取り外す。この場合、マンドレルはモノリシックに作られ、前端のガイドコーン、円筒部、およびマンドレル抽出グリップが引っ掛けられる環状溝の形のテール部がある。

外径の増加とマンドレル重量の削減による圧延管の範囲を拡大する必要性に基づいて、保持マンドレルを備えた連続管圧延機が開発され、前世紀の６０年代以来広く普及した（１９６７年１１月１１日公開の英国特許第１０９２７１８号、ＩＰＣ Ｂ２１Ｂ１７／０４、Ｂ２１Ｂ ２１／００）。

圧延中の動きを制御するマンドレルアセンブリは、２ロールおよび３ロールタイプ（ＭＰＭ、ＰＱＦ、ＦＱＭ）の連続管圧延機で管状ビレット（中空シェル）を圧延するために使用される。圧延中のマンドレルアセンブリの保持率は、圧延管のグレード、機器設計の特徴、および圧延用に選択されたパラメータに応じて、５００〜２０００ｍｍ／秒の範囲になる。圧延材からのマンドレルの抽出は、連続圧延機と同じライン上にある圧延抽出器で実行される。マンドレルアセンブリは、先端にガイドテーパ部分を備えた円筒形のマンドレルで構成され、マンドレルの反対側はニップル接続を介して延長要素に接続され、同様に延長要素はシャンク端（マンドレルアセンブリの後端）に接続されて圧延中にグリッパーにマンドレルを保持する（１９６４年２月４日発行の米国特許第３１２０１３９号、Ｂ２１Ｂ ２５／０４）。

マンドレルアセンブリで圧延される際、中空シェルは円筒形のマンドレルによって変形し、マンドレルアセンブリの他の要素は工作機械アタッチメントに関連し、１つ以上の延長要素、シャンク端、プラグ継手、さまざまな挿入物、ブッシングおよび備品を含む場合がある。

マンドレルアセンブリの作業部分は、製造プロセス中に複雑な温度条件下で動作し、一定の周期的な交互負荷にさらされる。これにより、完成管の品質を左右するレベルによる摩耗が激しくなる。連続圧延機を備えたユニットでの管の製造における重大な問題は、耐用年数が短いことと、ほとんどが輸入されるマンドレルのコストが高いことである。

マンドレルの摩耗の臨界値は、幾何学的パラメータと指定された要件に対するマンドレル表面の状態との不一致と見なされる。マンドレルの摩耗の臨界値は、管製造業者の技術的な指示で指定されている。外径での摩耗値が指定された値を超える部分の発生、マンドレル表面上への「彗星」の形のさまざまな表面の不整合の発生、機械的損傷、温度の影響の結果として形成された粗い亀裂などのさまざまなパラメータを含む摩耗臨界値が超過されたり、マンドレルの表面粗さが指定された臨界値を超えたりすると、マンドレルは使用できなくなる。

マンドレルの摩耗が臨界値に達すると、平均の比マンドレル消費量は０．１〜４．０ｋｇ／トンの範囲になる。比消費量は、再研磨前の摩耗したマンドレルの重量と再研磨後のマンドレル重量との差と見なされ、製品の圧延トン数と呼ばれる。

ビルドアップ構造のマンドレルアセンブリを使用して連続圧延機で管を製造する方法の欠点は、圧延中に前端から２００÷７５００ｍｍでマンドレルの摩耗が発生するのに対し、マンドレルの反対部分が実質的に摩耗しないことである。ただし、マンドレルの摩耗が臨界値にある場合、マンドレルは再研磨に送られ、その間に金属がマンドレル表面全体から除去されるため、動作寿命が大幅に低下する。

この方法およびマンドレルアセンブリのプロトタイプとして考えられる最も類似した技術的解決策は、マンドレルアセンブリを使用した連続管圧延機での管の製造（ロシア連邦特許第２４８６９７６号、ＩＰＣ Ｂ２１Ｂ ２５／００、２０１３年７月７日公開）であり、円筒形のマンドレルが使用されている。マンドレルの円筒部の両端には、円筒部を延長要素とマンドレルの円錐部に交互に接続するためのブラインド開口部がある。

しかし、管を製造する際、変形の結果として、圧延金属が円錐形のマンドレル部分と円筒形のマンドレル部分との間のギャップに流れ込み、さまざまなタイプの欠陥が管の内側表面に形成される。さらに、連続マンドレル圧延機と抽出圧延機で緊急事態が発生する可能性がある。例えば、機器の破損による圧延プロセスの停止、デバイスの保護の失敗、すべてのマンドレルと圧延金属との完全な接触、仕上げ加工をしていない製品の形成などである。また、プロトタイプは、マンドレルの摩耗の値を規制しないため、マンドレルの端部接続をマンドレルアセンブリアタッチメントに交換する必要があり、これは事前に予定されたマンドレルのシャットダウンを引き起こす可能性がある。

カナダ特許第２４９５６号 英国特許第１０９２７１８号 米国特許第３１２０１３９号 ロシア連邦特許第２４８６９７６号

本発明で解決される技術的問題は、同一マンドレル上の圧延管の数を増やし、管の表面品質を改善し、圧延中の緊急事態を排除することにより、マンドレルの耐用年数を延ばすことである。

指定された問題は、連続管圧延方法（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｔｕｂｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）が、両端に同一の同軸ブラインド開口部（ｉｄｅｎｔｉｃａｌ ｃｏａｘｉａｌ ｂｌｉｎｄ ｏｐｅｎｉｎｇ）を備えた円筒形のマンドレル（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｍａｎｄｒｅｌ）を使用した管状中空シェル（ｔｕｂｕｌａｒ ｈｏｌｌｏｗ ｓｈｅｌｌ）の変形（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、マンドレル寸法の制御（ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｍａｎｄｒｅｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）、およびマンドレルの再研磨（ｍａｎｄｒｅｌ ｒｅｇｒｉｎｄｉｎｇ）を含むことにより解決される。マンドレルは、マンドレルアセンブリアタッチメント（ｍａｎｄｒｅｌ ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）と交互に接続され、マンドレルの異なる端部からの作業部分によって管状中空シェルを変形させる。本発明によれば、管状中空シェルの変形は、摩耗値がマンドレル作業部分の一端の臨界値の少なくとも２５％になるまで実行される。ただし、マンドレルの再研磨は、引き続き管状中空シェルが変形し、もう一方のマンドレル端の作業部分の摩耗が臨界値の少なくとも２５％になってから、マンドレルとマンドレルアセンブリアタッチメントとの端部接続を変更した後に実行される。

また、指定された問題は、一方の端部に傾斜面（ｂｅｖｅｌｅｄ ｓｉｄｅ ｓｕｒｆａｃｅ）を備えた円筒形のマンドレルを含む連続管圧延機のマンドレルアセンブリが、マンドレルを本発明によるマンドレルアセンブリアタッチメントに接合することによる交互接続のために、マンドレルの両端に同一の同軸ブラインドねじ開口部を有することによって解決され、マンドレルの反対側の端部は傾斜面で作られ、両端部のマンドレルの長手軸（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｍａｎｄｒｅｌ ａｘｉｓ）と傾斜面母線との角度は同じであり、１０〜７０度の範囲にあるが、作業位置ではマンドレル前端の開口部は塞がれている。

本発明は、連続管圧延方法の実施のためのマンドレルアセンブリを概略的に示す図面によって示されている。マンドレルアセンブリは、両端に傾斜面２を備えた円筒形のマンドレル１と、延長要素３とシャンク端４の形の工作機械アタッチメントとを備えている。円筒形のマンドレル１の両端には、例えばニップル接続によってマンドレルを延長要素３に交互に接続するための同一のブラインドねじ開口部５が作られている。作業位置では、外部からの影響から保護し、圧延中のスケールと潤滑剤の詰まりを防ぐためにマンドレル前端の開口部がプラグ継手６で塞がれている。マンドレルアセンブリは、ニップル接続によってシャンク端４に接続することもできる。

連続管圧延機で管を製造する際、マンドレルの円筒部部分の摩耗は主にマンドレル前端の近くで発生するが、反対側のマンドレル端に近いマンドレル部分はほとんど摩耗しない。ビレット（中空シェル）の変形は、一端の作業マンドレル部分の摩耗値がその臨界値の少なくとも２５％になるまで実行される。摩耗値が臨界値の２５％を超えない場合、マンドレル表面と動作寿命の良好な状態は維持されるが、そのようなマンドレルが連続圧延機のマンドレル循環システムから取り外され、それらがより小さい直径に再研磨される場合、かなりの量の金属が研磨され、マンドレルの平均比消費量は２から４０倍に増加する。さらに、作業からマンドレルを事前に除去すると、工具コストが大幅に増加し、管圧延装置全体のパフォーマンスに悪影響を及ぼす。

作業マンドレル部分の一端が摩耗したら、もう一方のマンドレル端が工作機械のアタッチメントに接続され、プラグ継手がマンドレル前端の開口部に挿入され、中空シェルが変形する。さらに、次の動作サイクルでは、摩耗値がもう一方のマンドレル端の部分で臨界値の少なくとも２５％に達するまで、摩耗していない作業マンドレル部分で圧延が実行される。円筒形のマンドレルの摩耗がほぼその全長にわたって臨界値の少なくとも２５％になった後、マンドレルをその全長にわたって他の外径に再研磨することができる。これは、マンドレルの耐用年数を延ばし、摩耗値の規制を考慮し、完成管の品質を向上させるのに有利である。

マンドレルの摩耗値は、企業の技術文書で規制されており、特に連続圧延機の変形モード、プロセスの出力パラメータ、圧延管の範囲と鋼種、圧延金属と圧延工具の温度、さまざまな管グレードの潤滑剤特性および酸化防止剤に依存する。

マンドレルは、傾斜面２の母線と両端のマンドレルの長手軸との角度が同じで、１０〜７０度の範囲になるように設計されている。これは、連続圧延機で圧延する前にマンドレルを中空シェルに簡単に挿入できるようになり、マンドレルの挿入および取り外し中、ならびに圧延中の内管表面の欠陥の数を減らすのに有利である。母線の角度が１０度未満の場合、マンドレルを中空シェルに挿入したり、抽出器が母管を取り出したりするときに問題が発生する可能性があり、さらに、圧延材料の内面の欠陥が、引っかき傷や痕跡の形で形成される。母線の角度が７０度を超えると、マンドレルの端部と、工作機械のアタッチメントと接続するように設計されているブラインド開口部の領域とで亀裂が形成される可能性が高まり、接続の信頼性が低下する。さらに、摩耗したマンドレルの外径をより小さなサイズに再研磨した後、傾斜面母線の角度は指定された範囲に留まり、マンドレルを中空シェルに挿入しても問題は発生せず、中空シェルの内面にはほとんど欠陥が形成されない。

作業位置では、外部からの影響から保護し、圧延中のスケールと潤滑剤の詰まりを防ぐためにマンドレル前端の開口部がプラグ継手６で塞がれている。マンドレルアセンブリのすべての要素のねじ接続は、ケーシング管の接続に相当するように作られ、テーパ台形ねじまたは、例えばバットレスねじを備えている。ねじ込む前に、潤滑剤がねじ山に付けられる。マンドレルアセンブリのこのような建設的な設計により、マンドレルの耐用年数、内部管表面の品質を向上させ、圧延中の事故を防ぐことができる。

［発明の実施形態］
マンドレルアセンブリを使用する連続管圧延の提案方法は次のとおりである。圧延プロセスでは、マンドレルアセンブリを中空シェルに挿入し、中空シェルと一緒に連続圧延機にセットする。中空シェルは、傾斜面を備えた２つの部分の間に位置する円筒形のマンドレル部分で厳密に母管に変形する。マンドレルの円筒部部分の摩耗は主に前端近くに形成され、反対端に近いマンドレルの部分はほとんど摩耗しない。円筒形のマンドレルの前部が臨界摩耗値の少なくとも２５％摩耗したら、プラグ継手をマンドレルの前端の開口部から取り外し、マンドレルをアタッチメントから外し、もう一方の端でアタッチメントによって接続し、プラグ継手をもう一方のマンドレル端の開口部に挿入する。マンドレルアセンブリのコンポーネントの接続および切り離し操作は、マンドレルをねじ込んだり外したりするための機械で実行できる。その後、次のサイクルで、マンドレルの摩耗していない部分で、臨界摩耗値の少なくとも２５％に達するまで、圧延プロセスが実行される。円筒形のマンドレルがほぼその全長にわたって臨界値の少なくとも２５％摩耗した後、マンドレルをその全長にわたって別の外径まで再研磨できる。これにより、マンドレルの耐用年数が延び、完成管の品質が向上する。圧延管にこの方法を実行する場合、マンドレルを中空シェルに簡単に挿入して取り外すことができる。これにより、圧延材の内面の欠陥の数が大幅に減少する。

例えば、摩耗値が臨界値の２５％を超えてないがマンドレルを事前に操作から外し、その後別の外径への再研磨を行う場合、この場合はマンドレルの平均比消費量が２倍から４０倍に増加するので、マンドレルの耐用年数が大幅に短縮する。さらに、ねじなしで作られたプラグ継手を使用する可能性があるため耐用年数が延び、これにより、ねじの開閉回数が少なくなるため、ねじ開口部のねじ摩耗が減少する。

発明の実施形態の例
提案する管製造方法は、ＰＱＦ連続管圧延機でテストした。工業用圧延プロセスでは、直径１４９．２０÷１７９．５５ｍｍで、両端の傾斜面母線の角度が２５度のマンドレルを使用した。１９０ｍｍＰＱＦ圧延機キャリブレーションシステムを使用して管を圧延した。最も重要なマンドレルの摩耗は、マンドレル前端から最大５０００ｍｍの距離にある部分で発生した。前端から５，０００から最大１１，５００ｍｍ（後端）の距離にあるマンドレル部分は、ほとんど摩耗しなかった。前部マンドレル部分が臨界値の７５％に等しい値で摩耗した後、プラグ継手をマンドレル前端の開口部から取り外し、特にマンドレルをねじ込んだり外したりするための装置上で、マンドレルをもう一方の端によって延長要素に結合して、マンドレルを再び稼働させた。その後、マンドレルは、もう一方の端の作業部分が臨界値の７５％摩耗するまで操作された。マンドレルの操作中、摩耗は作業部分の全長にわたって発生した。両方の圧延サイクルは、マンドレルとねじ接続に損傷を与えることのない、マンドレルアセンブリの安定した動作が特徴であった。管の内面では、さまざまなタイプの単一欠陥の深さは臨界値を超えず、管の品質は満足のいくものであった。実施された産業用圧延プロセスの結果として、マンドレルの耐用年数が平均４５．６％延び、連続圧延機と圧延抽出機では緊急事態は発生しなかった。

マンドレルアセンブリを使用した連続管圧延の提案方法を使用すると、耐用年数を延ばし、管内面のさまざまな種類の欠陥の形成を減らし、圧延プロセス中の緊急事態に関連するリスクを排除することにより、工具コストを削減することができる。

Claims (2)

1. 両端に同一の同軸ブラインド開口部を備えた円筒形のマンドレルを使用した管状中空シェルの変形、マンドレル寸法の制御、およびマンドレルの再研磨が含まれる連続管圧延方法。前記マンドレルは、マンドレルアセンブリアタッチメントと交互に接続され、前記マンドレルの異なる端部からの作業部分において管状中空シェルを変形させる。本発明によれば、前記管状中空シェルの前記変形は、一方のマンドレル端の作業部分の臨界値の少なくとも２５％の摩耗値まで実行される。ただし、前記マンドレルの再研磨は、引き続き前記管状中空シェルが変形し、もう一方のマンドレル端の前記作業部分の摩耗値が前記臨界値の少なくとも２５％になってから、前記マンドレルアセンブリアタッチメントとの前記マンドレル端部接続を変更した後に実行される。
2. 前記マンドレルを前記マンドレルアセンブリアタッチメントに交互に接続するための同一の同軸ブラインドねじ開口部を備えて設計された、一端から傾斜面で作られた円筒形のマンドレルを含む連続管圧延機の前記マンドレルアセンブリであって、
   マンドレルの反対側の端部が傾斜面で作られ、両端部の前記マンドレルの長手軸と前記傾斜面の母線との角度が同じで、１０〜７０度の範囲にあるが、作業位置では前記マンドレルの前端の前記開口部が塞がれている
   ことを特徴とする連続管圧延機のマンドレルアセンブリ。
   

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