JP2812213B2 - 管圧延方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は継目無管、主に継目無鋼
管の製造に使用される管圧延方法に関し、更に詳しく
は、マンドレル等の延伸圧延機を用いた管圧延方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】継目無鋼管を製造する方法の一つとし
て、延伸圧延機を用いたものがある。この方法では、素
材である丸ビレットを加熱炉で加熱後、穿孔機で穿孔し
て中空素管となし、引き続きその素管を延伸圧延機で減
肉加工した後、外径を所定寸法に仕上げる。延伸圧延機
としては、生産性が高いマンドレルミルが使用される場
合が多くなってきている。マンドレルミルを用いた管圧
延を図１に示す。

【０００３】マンドレルミルは、通常一対の孔型ロール
を備えた６〜８基の２ロールスタンド１０により構成さ
れる。各ロールスタンド１０での圧下方向は９０°ずつ
順番にずれている。素管２０は、心金棒３０を挿通した
状態で各スタンド１０に通され、各スタンド１０に備わ
る一対の孔型ロール１１，１１と心金棒３０との間で順
次減肉加工される。

【０００４】ここで圧延材の肉厚を変更する場合、すな
わち同一外径で肉厚が異なる圧延材を製造する場合、通
常は孔型ロールの交換やロール位置の調整を行わず、孔
型に挿入する心金棒の外径を変更して孔型ロールと心金
棒の間隔（溝底肉厚）を変えることが行われる。これを
図２，３に示す。

【０００５】図２，３では同一の孔型ロールが使用さ
れ、溝底部の孔型半径Ｒ₀ は同一である。また、孔型半
径Ｒ₀ の中心は心金棒の中心に一致しており、これがマ
ンドレルミルを用いた管圧延での基本となる。ロールギ
ャップをＳ₀ に固定し、心金棒の外径をＤ₁ からＤ₂ に
小さくすることにより、孔型半径Ｒ₀ の中心が心金棒の
中心に一致したままで、孔型ロールと心金棒の間隔（溝
底肉厚）がｔ_G1からｔ_G2に増大する。

【０００６】ところで、圧延材の肉厚を変更する場合、
心金棒の外径を変更する以外に、心金棒の外径を一定に
し、ロール替えにより孔型寸法を変更する方法が考えら
れる。しかし、この方法は、ロール替えに伴い操業停止
を余儀なくされ、更にはロールを組み替える工数、ロー
ル保有数も膨大になるなどの欠点もあり、通常は採用さ
れない。

【０００７】また、一対の孔型ロールを備えた圧延スタ
ンドは通常、ロール位置調整機構を装備しており、この
調整機構を用いることにより孔型ロールと心金棒の間隔
を調整することが可能である。しかし、心金棒の外径を
変えずにロール位置を変え、孔型ロールと心金棒の間隔
を変えると、その間隔が円周方向で不均一となる。

【０００８】図３の状態からロールギャップを締め込ん
だ状態を図４に示す。ロールギャップをＳ₀ からＳに小
さくすることにより、孔型半径Ｒ₀ の中心が心金棒の中
心から外れ、溝底肉厚はｔ_G2から図２と同じｔ_G1に減少
するが、孔型ロールと心金棒の間隔は円周方向で不均一
となり、その結果、円周方向の４ケ所（溝底から４５°
の４位置）が肉厚のピークとなる偏肉を生じる。この偏
肉は図５に示すようにギャップの締め込み量を大きくす
るほど顕著になる。逆に間隔を増加させた場合には、円
周方向の４ケ所が薄肉部となる偏肉を生じる。

【０００９】偏肉が許容される規格上の公差は管種によ
って異なるが、偏肉は製管ラインの各工程で発生するこ
と、及び寸法精度は製品品質の一部であることなどを考
慮すると、ロール位置調整（圧下位置の変更）で発生す
る偏肉量の許容値は高々２％程度である。このため圧下
位置の変更範囲は狭く、仮に圧下位置の変更により心金
棒の共用化を図ってもその効果は小さい。

【００１０】このようなことから、現状では孔型ロール
やその位置を変えずにその孔型に挿入される心金棒の外
径を変える方法により、孔型ロールと心金棒の間隔を変
えて圧延材の肉厚変更に対応している。

【００１１】ところが、この方法では圧延する肉厚の種
類に対応する膨大な本数の心金棒を保有する必要があ
る。通常、マンドレルミルによる圧延では0.５ｍｍの肉
厚ピッチで圧延スケジユールが決定されており、心金棒
の外径は1.０ｍｍピッチで変化する。更に１種類の肉厚
を圧延するには、圧延材から心金棒を引き抜いた後に冷
却し、次回の圧延のために潤滑剤を塗布する工程が存在
するために、通常１０数本程度の心金棒が必要とされ
る。そのため、膨大な本数の心金棒が必要になる。

【００１２】このような問題を解決するために開発され
た技術が、特開昭６２−２８０１１号公報に示されるス
タンド列最終段への４ロールスタンドの設置である。こ
の技術では、図６に示すように、素管の減肉を行う２ロ
ールスタンド列の出側に、４つの孔型ロールを組み合わ
せた４ロールスタンドを配置する。この４ロールスタン
ドは、圧下方向が直前の２ロールスタンドでの圧下方向
に対して４５°ずれており、これにより２ロールスタン
ド列で生じた偏肉を解消する。図８にその効果を示す。

【００１３】２ロールスタンド列でロールギャップを締
め込んだときに円周方向４カ所に生じる増肉が、４ロー
ルスタンド通過により解消されている。これにより２ロ
ールスタンド列ではロールギャップの調整範囲が広が
る。その結果、心金棒の種類を少なくすることが可能と
なる。類似の技術は、特開昭６０−８７９０７号公報や
特開平６−８７００８号公報にも示されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】２ロールスタンド列の
出側に、圧下方向を４５°ずらせて４ロールスタンドを
配置した従来のマンドレルミルでは、４ロールスタンド
でのロール孔型は、２ロールスタンドでの標準圧延に併
せた設計とされる。図７に両スタンドに設けられる孔型
ロールを示す。特開昭６０−８７９０５号公報および特
開平６−８７００８号公報にはロール孔型についての記
載はないが、特開平６２−２８０１１号公報に示された
マンドレルミルでは、４ロールスタンドでの溝底部の孔
型半径Ｒ₄が、その前段および前々段の２ロールスタン
ドでの溝底部の孔型半径Ｒ₂ と同じにされている。すな
わちＲ₄ ／Ｒ₂ ＝１である。

【００１５】なお、図７に示されたθ₂ ，θ₄ は孔型半
径がＲ₂ ，Ｒ₄ の領域、すなわち溝底部の広さを表わす
孔型半径角度、Ｒ₂ ′，Ｒ₄ ′は溝底部の両側に存在す
るフランジ部の孔型半径（Ｒ₂ ′，Ｒ₄ ′＞Ｒ₂ ，
Ｒ₄ ）である。

【００１６】このようなマンドレルミルでマンドレルバ
ーの共用化範囲を大きくするためには、２ロールスタン
ドでの孔型ロールのギャップ締め込み量を大きくする必
要がある。２ロールスタンドでロールギャップを締め込
んだ場合の肉厚分布は、溝底から４５°の４位置をピー
クとする肉厚変動であり、ロールギャップの締め込み量
を大きくするとそのピークも大となり、肉厚公差を外れ
る場合も発生し、肉厚公差を外れない場合でも偏肉率が
著しく悪化する。そのため、２ロールスタンドでロール
ギャップの締め込み量を大きくした場合には、４ロール
スタンドでも肉厚圧下量を大きくする必要がある。

【００１７】しかし、４ロールスタンドで肉厚圧下量を
大きくすると、そのスタンドで偏肉が新たに発生する。
そのため、４ロールスタンドでの肉厚圧下量が制限さ
れ、その結果として２ロールスタンドでのギャップ締め
込み量が制限される。従って、マンドレルバー共用化の
範囲は期待されるほど広くはない。

【００１８】本発明の目的は、２ロールスタンドでロー
ルギャップを締め込んだ場合に発生する円周方向の肉厚
変動を４ロールギャップで効果的に解消し、これにより
広い範囲にわたって心金棒の共用化を可能にする管圧延
方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、１組の孔型ロ
ール対を備えた複数の２ロールスタンドの出側に、圧下
方向が直交する２組の孔型ロール対を備え且つ直前のス
タンドに対して圧下方向が４５°ずれた４ロールスタン
ドを配置し、心金棒を挿通した状態で素管をこれらのス
タンド列に通し、２ロールスタンド列で肉厚を減少さ
せ、４ロールスタンドで円周方向の肉厚変動を減少させ
る管圧延を対象とする。

【００２０】この管圧延では、２ロールスタンドでロー
ルギャップを締め込み、孔型半径の中心が心金棒の中心
から外れた状態で圧延を行うことにより、孔型半径の中
心と心金棒の中心が一致している通常圧延で得られる肉
厚より薄い肉厚の仕上げ管を得る。その後、２ロールス
タンドでロールギャップを締め込んだことよって発生す
る溝底から４５°の４位置をピークとする肉厚変動を、
肉厚のピークと孔型ロールの溝底位置とが一致した１基
の４ロールスタンドによる圧延で解消する。

【００２１】すなわち、４ロールスタンドは各孔型ロー
ルに圧下調整機構を有しており、同一外径の心金棒で異
なった肉厚を圧延するために２ロールスタンドでロール
圧下位置を変化した場合は、４ロールスタンドについて
も圧下調整を行って、２ロールスタンドにて発生した肉
厚変動を減少させる。

【００２２】ここで、２ロールスタンドでロールギャッ
プ締め込み量が大きいと、そのスタンドで発生する偏肉
も顕著となり、４ロールスタンドでも大きな肉厚圧下量
が必要になる。これに対して、２ロールスタンドでのロ
ールギャップ締め込み量が小さい場合は、偏肉のピーク
の高さも低く、４ロールスタンドの圧下量も小さくな
り、そのスタンドでは溝底部近傍だけの圧延となる。

【００２３】２ロールスタンドでロールギャップの締め
込み量を小さくしたときに４ロールスタンドで行われる
軽圧下圧延での現象を基礎として、本発明者は次のよう
な知見を得ることができた。

【００２４】４ロールスタンドで上述したような軽圧下
圧延が行われる場合には、そのロール孔型の設計寸法に
よって決まる設計ロールギャップより開いた状態で圧延
を行っても、その圧延で目標肉厚公差を外れる偏肉を発
生させることがない。そのため、４ロールスタンドでの
ロール孔型は、２ロールスタンドでの標準圧延に合わせ
た孔型設計とする必要がなく、２ロールスタンド列の仕
上げスタンドにおける孔型半径より小さい孔型半径とす
ることができる。これにより、４ロールスタンドで肉厚
圧下量を大きくしたときの新たな偏肉の発生がより効果
的に抑制され、その結果、同一外径の心金棒でより肉厚
が薄い圧延を行うことが可能になり、心金棒の共用化範
囲が薄肉側に拡大される得る。

【００２５】本発明はかかる知見に基づきなされたもの
で、１組の孔型ロール対を備えた複数の２ロールスタン
ドの出側に、圧下方向が直交する２組の孔型ロール対を
備え且つ直前のスタンドに対して圧下方向が４５°ずれ
た４ロールスタンドを配置し、心金棒を挿通した状態で
素管をこれらのスタンド列に通し、２ロールスタンド列
で肉厚を減少させ、４ロールスタンドで円周方向の肉厚
変動を減少させる管圧延において、２ロールスタンド列
の仕上げスタンドにおける溝底部の孔型半径Ｒ₂ と、４
ロールスタンドにおける溝底部の孔型半径Ｒ₄ とが、0.
９０≦Ｒ₄ ／Ｒ₂ ≦0.９９の関係を満足する孔型ロール
により圧延を行うことを特徴とする管圧延方法を要旨と
する。

【００２６】２ロールスタンド列の仕上げスタンドは、
通常そのスタンド列の後段側の２スタンドである。この
２スタンドでは孔型ロールの溝底部の孔型半径を同一に
するのが通例である。この２ロール仕上げスタンドでの
溝底部の孔型半径Ｒ₂ より、４ロールスタンドでの溝底
部の孔型半径Ｒ₂ を小さくして圧延を行うのが、本発明
の管圧延方法であり、その半径比（Ｒ₄ ／Ｒ₂ ）は0.９
０〜0.９９である。

【００２７】

【作用】本発明の管圧延方法では、２ロール仕上げスタ
ンドでの溝底部の孔型半径Ｒ₂より、４ロールスタンド
での溝底部の孔型半径Ｒ₄ を小さくして圧延を行うこと
により、同一外径の心金棒でより肉厚が薄い圧延を行う
ことが可能になり、心金棒の共用化範囲が薄肉側に拡大
され得る。そして、この効果を決定づける４ロールスタ
ンドにおける溝底部の孔型半径Ｒ₄ は、得られる効果と
発生する偏肉との関係で決定される。

【００２８】マンドレルミルラインで製造される寸法の
範囲のうち、小径側は絶対的な肉厚が薄く、許容される
偏肉の値も小さい。このような領域では、４ロールスタ
ンドによる圧延を適用して心金棒の共用化を行おうとし
ても、可能な肉厚変更量の範囲はせいぜい１ｍｍ以下で
あり、４ロールスタンド適用の効果は得られない。この
領域より絶対的な肉厚の大きい領域で、４ロールスタン
ド圧延による心金共用化が工業的に意味を持つようにな
る。そして、このような比較的偏肉の許容値が小さく、
その偏肉の許容値による制限を受ける領域でも、心金棒
共用化の範囲拡大効果を得るためには、Ｒ₄ ／Ｒ₂ を0.
９９以下にする必要がある。Ｒ₄ ／Ｒ₂が0.９９を超え
ると、偏肉の許容値が小さい薄肉の領域で、肉厚変更量
の増大、心金棒共用化の効果が十分に得られない。

【００２９】これに対して、Ｒ₄ ／Ｒ₂ の下限値は、４
ロールスタンドでの圧延で偏肉量が零となるロールギャ
ップから、どの程度までギャップを開放しても圧延が可
能であるかによって決定される。すなわち、偏肉量が零
の状態からロールギャップを開放していくと、４ロール
スタンドでの孔型ロールの溝底で肉厚が大となる偏肉が
発生するようになり、２ロールスタンド列で発生した偏
肉（この偏肉は４ロールスタンドでの孔型ロールの溝底
で肉厚が大となる）を４ロールスタンドで解消できなく
なる。２ロールスタンド列で発生する偏肉の方が、４ロ
ールスタンドで発生する偏肉より大きいので、直ちに偏
肉解消が不可能になるわけではないが、Ｒ₄ ／Ｒ₂ の値
が小さくなるに従って、偏肉が解消されにくくなり、心
金棒共用化範囲の拡大効果が薄れる。そのため、Ｒ₄ ／
Ｒ₂ を0.９０以上にする必要がある。

【００３０】特に望ましいＲ₄ ／Ｒ₂ は、上限について
は工業的に意味のある共用化範囲を得るために0.９７以
下、下限については偏肉率の増加を最小限にするために
0.９３以上である。

【００３１】

【実施例】以下に本発明の実施例を示し、比較例と対比
することにより、本発明の効果を明らかにする。

【００３２】６基の２ロールスタンドにおいて、外径が
８１ｍｍの心金棒を用いて、外径１４３ｍｍ×肉厚２９
ｍｍの素管を外径１２５ｍｍ×肉厚２０ｍｍの仕上げ管
に圧延する場合を通常圧延として、心金棒共用化圧延を
実施し比較した。心金棒共用化圧延では、６基の２ロー
ルスタンドの出側に４ロールスタンドを配置し、各スタ
ンドでロールギャップを段階的に締め込んで圧延を実施
した。

【００３３】そのときの圧延条件を表１に示す。６スタ
ンドのうち後段の２スタンドが仕上げスタンドである。
仕上げスタンドでの溝底部の孔型半径Ｒ₂ は６0.５ｍ
ｍ、孔型半径角度θは５０°とした。

【００３４】

【表１】

【００３５】通常圧延では、図３に示すように、周方向
に均一な仕上げ管肉厚が得られるように、孔型半径Ｒ₀
＝６0.５ｍｍから決定される外径Ｄ₂ ＝８１ｍｍの心金
棒で圧延を行った。このときのロールギャップＳ₀ は、
孔型を設計したときのギャップである１５ｍｍの設定で
ある。図５に通常圧延として示す仕上げ管の肉厚分布が
得られた。

【００３６】これに対し、図４に示すように、この２ロ
ールスタンド圧延でロールギャップを設計ギャップＳ₀
＝１５ｍｍからＳ＝９ｍｍに締め込んで圧延を行った。
ギャップ締め込み量は６ｍｍである。溝底肉厚ｔ_G1は１
７ｍｍとなっているが、溝底から４５°の位置に近づく
にしたがって肉厚ｔ₁ ′はｔ_G1より大きくなっており、
その結果、仕上げ管の肉厚分布は、図５にギャップ締め
込み量６ｍｍとして示すように、肉厚変動の大きなもの
になった。

【００３７】４ロールスタンド併用の心金棒共用化圧延
では、２ロール最終スタンドに対して圧下方向が４５°
ずれた４ロールスタンドで圧延を行うことにより、２ロ
ール圧延にて発生した溝底から４５°の４位置ピークと
する偏肉を解消し、寸法精度の良好な仕上げ管を得る。

【００３８】４ロールスタンドでの溝底部の孔型半径Ｒ
₄ は、２ロール仕上げスタンドでの孔型半径Ｒ₄ と同じ
６0.５ｍｍ（Ｒ₄ ／Ｒ₂ ＝１）と、これより小さい５6.
２７ｍｍ（Ｒ₄ ／Ｒ₂ ＝0.９３）の２種類とした。孔型
半径角度θは２ロールの半分である２５°とした。５6.
２７ｍｍの孔型半径Ｒ₄ は、ギャップ締め込み量を4.２
４ｍｍとした場合、すなわち4.２４ｍｍの肉厚変更（肉
厚減少）を行った場合に、偏肉量が零となる寸法であ
る。

【００３９】なお、心金棒の外径は通常圧延と同じ８１
ｍｍであり、許容される偏肉率は２％である。

【００４０】それぞれにつき、仕上げ管肉厚が２０ｍｍ
から１０ｍｍになるまで肉厚変更を行い、そのときの仕
上げ管の偏肉量と圧下量（肉厚変更量）との関係を調査
した。なお、素管寸法は肉厚変更を行ってもその変更量
が同一となるように調整した。それぞれについての調査
結果および前述した通常圧延でロールギャップを締め込
んだときの結果を図９に示す。

【００４１】基準肉厚（２０ｍｍ）からロールギャップ
を締め込んで行く状態で説明すると、本発明例である４
ロールスタンドでの孔型半径Ｒ₄ が５6.２７ｍｍ（Ｒ₄
／Ｒ₂ ＝0.９３）の場合は、当初、２ロールスタンドで
ロールギャップを締め込むだけでは偏肉が許容値の２％
に達しない範囲がある（Ａ）。この範囲では、４ロール
スタンドを使用しないで肉厚変更を行う。

【００４２】２ロールスタンドでのロールギャップ締め
込み量をこのまま大きくすると、偏肉率が２％を超える
ので、４ロールスタンドを使用して肉厚変動量を減少さ
せる。この場合、４ロールスタンドでの孔型形状は4.２
４ｍｍの肉厚変更を行ったときに偏肉量が零となる形状
であるので、4.２４ｍｍの肉厚変更までは４ロールスタ
ンドでのギャップの締め込みに伴い偏肉量が低下し、4.
２４ｍｍのギャップ締め込み量（肉厚変更量）のときに
偏肉量が零となる（Ｂ）。

【００４３】４ロールスタンドでのギャップ締め込み量
を更に大きくして行くと、今度は４ロールスタンドでの
偏肉量がその締め込みに伴って増大する（Ｃ）。そし
て、偏肉率が許容値である２％に達したところがこの孔
型形状での肉厚変更の限界となり、ここでは7.６ｍｍで
ある。

【００４４】これに対し、従来技術の孔型形状であるＲ
₄ ／Ｒ₂ ＝1.０の場合は、肉厚変更量が零の基準状態の
ところで、４ロールスタンドでの偏肉量が零となるた
め、肉厚変更量が零から増大するに伴って偏肉量が増大
し、4.２ｍｍで偏肉率の限界値（２％）に達する。

【００４５】本発明例では、従来技術の1.８倍に肉厚変
更の範囲が薄肉側へ拡大されたわけである。

【００４６】４ロールスタンドでの孔型半径を５6.２７
ｍｍだけでなく種々に変更したときの結果を表２に示
す。

【００４７】

【表２】 ＊）ＡとＢの交点の位置が許容偏肉率２％を超える

【００４８】２ロールスタンドでの孔型半径Ｒ₂ と４ロ
ールスタンドでの孔型半径Ｒ₄ とが、Ｒ₄ ／Ｒ₂ ＝0.９
０〜0.９９を満足する場合に肉厚変更範囲の拡大効果が
得られることが分かる。

【００４９】なお、肉厚変更範囲は、４ロールスタンド
での孔型ロールの孔型形状によって変化するが、一般的
に使用されている孔型形状、すなわち、溝底部の孔型半
径角度θ＝１５〜３５°、フランジ部の孔型半径Ｒ₄ ′
＝Ｒ₄ ×（1.２〜3.０）の範囲内では、本発明の効果を
大幅に減少させるものではない。

【００５０】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の管圧延方
法は、２ロールスタンド列での圧延で生じた円周方向の
偏肉を、２ロールスタンド列の出側に配置した４ロール
スタンドでの圧延により解消する際に、４ロールスタン
ドでの偏肉解消効果を高めることにより、同一外径の心
金棒で圧延できる肉厚範囲を大幅に拡大する。従って、
心金棒を変更する作業が大幅に減少し、且つ、心金棒お
よびその置場を保有することによるコストが大幅に減少
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】マンドレルミルによる圧延を示す模式図であ
る。

【図２】２ロール仕上げスタンドでの圧延状況を示す模
式図である。

【図３】心金棒の外径を変更して肉厚を変更した状態を
示す模式図である。

【図４】ロールギャップを締め込んで肉厚を変更した状
態を示す模式図である。

【図５】ロールギャップ締め込み量と偏肉との関係を示
す図表である。

【図６】４ロールスタンドを併用した心金棒共用化圧延
を示す模式図である。

【図７】４ロール仕上げスタンドおよび４ロールスタン
ドにおける孔型ロールの孔型形状を示す模式図である。

【図８】心金棒共用化圧延の効果を示す図表である。

【図９】心金棒共用化圧延で本発明を実施したときの効
果を示す図表である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １組の孔型ロール対を備えた複数の２ロ
   ールスタンドの出側に、圧下方向が直交する２組の孔型
   ロール対を備え且つ直前のスタンドに対して圧下方向が
   ４５°ずれた４ロールスタンドを配置し、心金棒を挿通
   した状態で素管をこれらのスタンド列に通し、２ロール
   スタンド列で肉厚を減少させ、４ロールスタンドで円周
   方向の肉厚変動を減少させる管圧延において、 ２ロールスタンド列の仕上げスタンドにおける溝底部の
   孔型半径Ｒ₂ と、４ロールスタンドにおける溝底部の孔
   型半径Ｒ₄ とが、0.９０≦Ｒ₄ ／Ｒ₂ ≦0.９９の関係を
   満足する孔型ロールにより圧延を行うことを特徴とする
   管圧延方法。