JP2021175579A - 継目無鋼管の圧延制御方法及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】個々の製品に合わせた孔型ロールを用いることなく、孔型ロールが摩耗した場合でも優れた外径寸法精度及び真円度を兼ね備えた継目無鋼管を製造可能な継目無鋼管の圧延制御方法及び製造方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る継目無鋼管の圧延制御方法は、継目無鋼管の搬送方向に直列に配列されたＮ（≧２）機のスタンドを備える定径圧延機を制御することにより継目無鋼管の定径圧延工程を制御する継目無鋼管の圧延制御方法であって、定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外周長と前材である継目無鋼管の定径圧延工程後の実測外周長を算出する第一ステップと、狙い外周長と実測外周長との差分値に応じて第Ｎ−１スタンドのオフセット量を制御する第二ステップと、定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外径と前材である継目無鋼管の実測ボトム部外径との差分値に応じて第Ｎスタンドのオフセット量を制御する第三ステップと、を含むことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、継目無鋼管の圧延制御方法及び製造方法に関する。

図３に示すように、一般的なプラグミル方式の継目無鋼管製造プロセスでは、継目無鋼管は、回転加熱炉（ａ）でビレットを所定温度まで加熱し、加熱されたビレットをピアサー（ｂ）で穿孔圧延して中空素管とし、中空素管をエロンゲーター（ｃ）、プラグミル（ｄ）により延伸圧延してその肉厚を減少させ、中空素管をリーラー（ｅ）により摩管してその肉厚を均一にし、中空素管を加熱炉で再加熱（ｆ）し、再加熱された中空素管をサイザー（ｇ）により定径圧延することによって製造される。ここで、穿孔圧延にはピアサー等の穿孔圧延機が用いられ、延伸圧延にはマンドレルミルやプラグミル等の延伸圧延機が用いられる。また、定径圧延には、レデューサやサイザー等の定径圧延機が用いられる。

定径圧延に用いられるサイザーは、ライン方向に直列に配列された複数のスタンドを備えるタンデム式圧延機であり、スタンドの数は一般的に５〜２８機程度である。また、各スタンドは複数の孔型ロールを備えている。図４は、一般的な２ロールスタンド式のサイザーを示し、継目無鋼管Ｓの搬送方向（ライン方向）に沿って直列に孔型ロール１００が配列されている。なお、図４では便宜的に８スタンドを抜粋して示しているが、実際のサイザーはさらに多数のスタンドを備えることができる。また、２ロールスタンド式のサイザーでは、孔型ロールは回転軸を９０度ずつ交互にずらして配置されている。すなわち、孔型ロールの回転軸が鉛直方向に沿って配置されているスタンドと孔型ロールの回転軸が水平方向に沿って配置されているスタンドとが交互に配置されている。また、３ロールスタンド式のサイザーでは、１つのスタンドが３つの孔型ロールを備え、各スタンドは孔型ロールの回転軸を６０度ずつずらして配置されている。

定径圧延では、このような定径圧延機を用いて継目無鋼管の寸法が最終的な仕上がり寸法となるように圧延が行われる。しかしながら、孔型ロールの摩耗や圧延条件の設定ミス等の要因によって定径圧延で得られる継目無鋼管の外径寸法精度や真円度が悪化することがある。このような背景から、次の圧延チャンスで継目無鋼管の外径寸法精度や真円度を高精度化する方法が提案されている。具体的には、特許文献１には、複数本の中空素管に対して定径圧延を行う際、ある中空素管に対して圧延を行った際の圧延荷重やトルク等の情報に基づいて後続の中空素管の圧延を行う際の孔型ロールの圧下位置を調整する方法が記載れている。また、特許文献２には、最終２スタンドのロール溝底間隔が出側管外径に及ぼす影響係数を求め、この影響係数を用いてロール溝底間隔を制御する方法が記載されている。

特開２００２−１０２９１２号公報 特開昭５７−４４４１１号公報

しかしながら、本発明の発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、特許文献１や特許文献２に記載されているような従来の定径圧延方法には以下に述べる問題点があることを知見した。

まず、従来の定径圧延方法では、定径圧延機の各スタンドにおける圧下によって継目無鋼管の外径を段階的に目標とする外径に近づけてゆき、最終スタンドでの圧下によって所望の外径となるように圧延が行われる。そして、最終的に得られる継目無鋼管の真円度を確保するために、最終スタンドでは孔型ロール内に継目無鋼管を充満させることによって継目無鋼管の断面形状を整えている。具体的には、図５に示すように、定径圧延で使用される孔型ロール１００は、カリバーロール１００ａ，１００ｂの対向する面同士が接触した状態ではなく所定距離Ｄ１離間した状態で使用される。そして、孔型ロール１００は、カリバーロール１００ａ，１００ｂの対向する面間のギャップが所定距離Ｄ１であるときに孔型形状が真円となるように設計されているのが通例であり、このときのギャップを基準ギャップという。

従って、最終スタンドにおいて孔型ロール内に継目無鋼管を充満させることにより継目無鋼管の断面形状を真円とする従来の定径圧延方法では、最終スタンドにおける孔型ロールのギャップが基準ギャップとなるように制御する必要がある。その際、ギャップが決まれば必然的に孔型ロールのボトム部外径Ｒ（図５に示すカリバーロール１００ａ，１００ｂのロールボトム部Ｐ１，Ｐ２間の距離）も決まるため、最終的な継目無鋼管の外径は孔型ロールのボトム部外径Ｒとなる。このため、従来の定径圧延方法においては、真円度を確保しつつ所望の製品外径とするためには、ギャップが基準ギャップとなるように配置した状態においてボトム部外径が所望の製品外径となる孔型ロールを用いる必要がある。この結果、製造する継目無鋼管の外径が変わる度に最終スタンドの孔型ロールを交換する必要がある。また、孔型ロールが摩耗して孔型寸法が変化した場合には、外径寸法精度及び真円度が悪化するため所望の孔型寸法にするために孔型ロールを改削する必要がある。

なお、特許文献１に記載の方法では、真円度を確保するために最終スタンドの孔型ロール内に継目無鋼管を充満させる必要があるので、製造する継目無鋼管の外径が変わる度に最終スタンドの孔型ロールを交換する必要がある。また、特許文献２に記載の方法では、孔型ロールの摩耗を考慮していないために、孔型ロールが摩耗している場合には、外径寸法精度及び真円度を良好な状態に修正することができない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、個々の製品に合わせた孔型ロールを用いることなく、孔型ロールが摩耗した場合でも優れた外径寸法精度及び真円度を兼ね備えた継目無鋼管を製造可能な継目無鋼管の圧延制御方法及び製造方法を提供することにある。

本発明に係る継目無鋼管の圧延制御方法は、継目無鋼管の搬送方向に直列に配列されたＮ（≧２）機のスタンドを備える定径圧延機を制御することにより継目無鋼管の定径圧延工程を制御する継目無鋼管の圧延制御方法であって、定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外周長と前材である継目無鋼管の定径圧延工程後の実測外周長を算出する第一ステップと、前記狙い外周長と前記実測外周長との差分値に応じて第Ｎ−１スタンドのオフセット量を制御する第二ステップと、定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外径と前材である継目無鋼管の実測ボトム部外径との差分値に応じて第Ｎスタンドのオフセット量を制御する第三ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る継目無鋼管の圧延制御方法は、上記発明において、前記第二ステップは、前記狙い外周長と前記実測外周長との差分値がゼロになるように第Ｎ−１スタンドのオフセット量を制御するステップを含み、前記第三ステップは、定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外径と前材である継目無鋼管の実測ボトム部外径との差分値がゼロになるように第Ｎスタンドのオフセット量を制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る継目無鋼管の製造方法は、本発明に係る継目無鋼管の圧延制御方法を用いて継目無鋼管を製造するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る継目無鋼管の圧延制御方法及び製造方法によれば、個々の製品に合わせた孔型ロールを用いることなく、孔型ロールが摩耗した場合でも優れた外径寸法精度及び真円度を兼ね備えた継目無鋼管を製造することができる。

図１は、カリバーロールの曲率中心及びパスセンターを示す図である。 図２は、本発明の一実施形態である継目無鋼管の圧延制御方法の流れを示すフローチャートである。 図３は、一般的なプラグミル方式の継目無鋼管製造プロセスの流れを示す図である。 図４は、一般的な２ロールスタンド式のサイザーの構成を示す図である。 図５は、孔型ロールの構成を示す図である。

本発明の発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、定径圧延をする際、継目無鋼管の狙い外径の外周長を計算し、定径圧延機のスタンド数をＮとしたとき、第Ｎ−１スタンドにおいて継目無鋼管の外周長を狙い外周長に圧延制御し、第Ｎスタンドでボトム部外径を狙い外径に圧延制御することにより、外径寸法精度及び真円度を良好にできることを知見した。従って、定径圧延の結果、得られた実測ボトム部外径と実測外周長を狙いボトム部外径及び狙い外周長となるように、図１に示すカリバーロール１００ａ，１００ｂ（孔型ロール）の曲率中心Ｐ３に対する実測の孔型中心位置であるパスセンターＰ４のオフセット量Ｄ２を修正すれば、外径寸法精度及び真円度が良好になる。以下、上記知見に基づいて想到された本発明の一実施形態である継目無鋼管の圧延制御方法及び製造方法について説明する。

図２は、本発明の一実施形態である継目無鋼管の圧延制御方法の流れを示すフローチャートである。図２に示すように、本発明の一実施形態である継目無鋼管の圧延制御方法では、まず、コンピュータ等の制御装置が、定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外周長Ｃ及び前材である継目無鋼管の定径圧延後の実測外周長Ｄを算出する（ステップＳ１）。具体的には、制御装置は、以下に示す数式（１）に定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外径ＯＤａｉｍを入力することにより、定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外周長Ｃを算出する。また、制御装置は、以下に示す数式（２）前材である継目無鋼管を圧延したときに定径圧延機の出側に設置された外径測定機によって測定された継目無鋼管の平均外径（実測平均外径）ＯＤａｃｔｕａｌを入力することにより、前材である継目無鋼管の実測外周長Ｄを算出する。なお、本実施形態では、継目無鋼管の平均外径ＯＤａｃｔｕａｌは、継目無鋼管の円周方向９ヶ所において測定した外径の平均値としている。

次に、制御装置は、ステップＳ１の処理において算出された定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外周長Ｃと前材である継目無鋼管の実測外周長Ｄとの差分を修正する（ステップＳ２）。具体的には、制御装置は、ステップＳ１の処理において算出された定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外周長Ｃと前材である継目無鋼管の実測外周長Ｄとの差分値（Ｃ−Ｄ）を算出する。そして、制御装置は、定径圧延対象の継目無鋼管を圧延する際、差分値（Ｃ−Ｄ）に応じて第Ｎ−１スタンドのオフセット量Ｔを制御する。例えば、制御装置は、定径圧延対象の継目無鋼管を圧延する際、以下に示す数式（３）を用いて差分値（Ｃ−Ｄ）がゼロになるように第Ｎ−１スタンドのオフセット量Ｔを制御する。なお、数式（３）において、Ｒは孔型ロールの曲率半径、Ｓは前材である継目無鋼管を圧延したときの第Ｎ−１スタンドのオフセット量を示す。

次に、制御装置は、定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外径ＯＤａｉｍと前材である継目無鋼管の実測ボトム部外径ＯＤｂｏｔｔｏｍとの差分を修正する（ステップＳ３）。具体的には、制御装置は、定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外径ＯＤａｉｍと前材である継目無鋼管の実測ボトム部外径ＯＤｂｏｔｔｏｍとの差分値を算出する。そして、制御装置は、定径圧延対象の継目無鋼管を圧延する際、狙い外径ＯＤａｉｍと実測ボトム部外径ＯＤｂｏｔｔｏｍとの差分値に応じて第Ｎスタンドのオフセット量Ｖを制御する。例えば、制御装置は、定径圧延対象の継目無鋼管を圧延する際、以下に示す数式（４）を用いて、狙い外径ＯＤａｉｍと実測ボトム部外径ＯＤｂｏｔｔｏｍとの差分値がゼロになるように第Ｎスタンドのオフセット量Ｖを制御する。なお、数式（４）において、Ｕは前材である継目無鋼管を圧延したときの第Ｎスタンドのオフセット量を示す。これにより、個々の製品に合わせた孔型ロールを用いることなく、孔型ロールが摩耗した場合でも優れた外径寸法精度及び真円度を兼ね備えた継目無鋼管を製造することができる。

なお、本発明の一実施形態である継目無鋼管の圧延制御方法及び製造方法は、特に限定されることなく任意の寸法の継目無鋼管の製造に利用することができる。しかしながら、管の剛性は管の外径ＯＤに対する肉厚ｔの比（ｔ／ＯＤ）と相関があり、ｔ／ＯＤの値が大きいほど剛性が高く、低いほど剛性が低くなる。ｔ／ＯＤ×１００の値が１．９％以上であれば、剛性が向上し、その結果、定径圧延中の座屈によって管内外面に傷が発生することを防止できる。このため、傷の発生を防止する観点からは、ｔ／ＯＤ×１００の値が１．９％以上であることが好ましく、２．１％以上であることがより好ましく、２．５％以上であることがさらに好ましい。一方、ｔ／ＯＤ×１００の値が２５％以下であれば、過剰な剛性に起因する定径圧延不良が防止でき、その結果、より確実に管の外周長を制御することができる。そのため、ｔ／ＯＤ×１００の値は２５％以下であることが好ましく、２４％以下であることがより好ましく、２１％以下であることがさらに好ましい。なお、本発明においては、ｔ／ＯＤを求めるためのＯＤとして、管の狙い外径を用いればよい。

〔実施例〕
本実施例では、ビレットをピアサーにより穿孔圧延して中空素管とし、次いで、中空素管に対して、エロンゲーターとプラグミルによる延伸圧延及びリーラーによる摩管を施した。その後、中空素管をサイザーにより定径圧延して継目無鋼管を製造した。定径圧延には、各スタンドが２つの孔型ロールを備える２ロールスタンド式の定径圧延機を使用した。また、定径圧延に供した中空素管（すなわち延伸圧延及び摩管後の中空素管）の外径及び肉厚、ならびに定径圧延条件を以下の表１に示す。また、定径圧延後の狙い外径ＯＤａｉｍ及び肉厚を合わせて表１に示す。圧延温度（定径圧延に供する中空素管の外表面における温度）については、定径圧延機のモーターがトリップするのを防ぐために９００℃で統一した。また、最初に圧延された継目無鋼管の外径寸法精度及び真円度に基づいて圧延条件を修正して次に圧延された継目無鋼管の外径寸法精度及び真円度を評価した。なお、得られた継目無鋼管の外径寸法精度及び真円度を以下の手順で評価した。

まず、最終的に得られた継目無鋼管の最大外径ＯＤｍａｘ（ｍｍ）と最小外径ＯＤｍｉｎ（ｍｍ）を定径圧延機の出側において測定し、以下に示す数式（５）で定義される平均外径ＯＤａｖｅを求めた。そして、得られた平均外径ＯＤａｖｅ（ｍｍ）と狙い外径ＯＤａｉｍ（ｍｍ）を用いて以下に示す数式（６）により外径寸法精度を求めた。また、以下に示す数式（７）により真円度を求めた。

外径寸法精度及び真円度の評価結果を以下に示す表１に併記する。表１に示した結果から分かるように、本発明の条件を満たす本発明例では、優れた外径寸法精度と真円度を兼ね備えた継目無鋼管が得られるように圧延条件を修正できた。また、本発明例では次材の外径寸法精度、真円度の向上を記載しているが、次材以降も同様の効果が得られた。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１００ 孔型ロール
１００ａ，１００ｂ カリバーロール

Claims (3)

1. 継目無鋼管の搬送方向に直列に配列されたＮ（≧２）機のスタンドを備える定径圧延機を制御することにより継目無鋼管の定径圧延工程を制御する継目無鋼管の圧延制御方法であって、
   定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外周長と前材である継目無鋼管の定径圧延工程後の実測外周長を算出する第一ステップと、
   前記狙い外周長と前記実測外周長との差分値に応じて第Ｎ−１スタンドのオフセット量を制御する第二ステップと、
   定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外径と前材である継目無鋼管の実測ボトム部外径との差分値に応じて第Ｎスタンドのオフセット量を制御する第三ステップと、
   を含むことを特徴とする継目無鋼管の圧延制御方法。
2. 前記第二ステップは、前記狙い外周長と前記実測外周長との差分値がゼロになるように第Ｎ−１スタンドのオフセット量を制御するステップを含み、
   前記第三ステップは、定径圧延対象の継目無鋼管の狙い外径と前材である継目無鋼管の実測ボトム部外径との差分値がゼロになるように第Ｎスタンドのオフセット量を制御するステップを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の継目無鋼管の圧延制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の継目無鋼管の圧延制御方法を用いて継目無鋼管を製造するステップを含むことを特徴とする継目無鋼管の製造方法。

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