JP2812216B2 - 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、マンドレルミ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を挿入した
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９にその効果が示され
ている。

【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、同一の芯金棒で広い範囲の肉厚を圧延で
き、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４ロールスタンドを組み合わせて行う芯金棒共用
化圧延では、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。

【００１５】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。

【００１６】従って、この芯金棒共用化圧延では、４ロ
ールスタンドでの各ロールの高精度な圧下調整が、２ロ
ールスタンドでの肉厚変更範囲を拡大し、芯金棒共用化
の効果を引き出す上で重要な技術となる。しかし、４ロ
ールスタンドでの各ロールの圧下調整は次のような理由
から非常に困難である。

【００１７】通常２ロールスタンドでは、一対のロール
を締め込んでロール同士を接触させ、更に一定の負荷を
加えて圧下機構の遊びを除去し、この状態をロール圧下
位置の零点として圧下位置設定を行う。従って、２ロー
ルスタンド列でのミルセンター調整、零点調整は比較的
容易に行える。しかし、３ロール以上の多ロールスタン
ドでは、ロールのフランジ部が平行でないため、ロール
を締め込んでロール同士を接触させて負荷を加えると、
圧下機構やロールが損傷する危険があり、２ロールスタ
ンドと同じ様な簡単な方法で零点調整を行うことはでき
ない。更にミルセンター調整もロール数が多くなるに従
って多くの工数を必要とするようになる。従って、４ロ
ールスタンドでは、ミルセンター調整、零点調整が本質
的に困難であり、ミルセンターや零点のずれが大となる
ので、各ロールの圧下量が不均一になる。

【００１８】また、マンドレルミルに供給される素管は
穿孔機で穿孔されるが、加熱工程でのビレットの偏熱、
穿孔プラグの偏芯等の原因で穿孔時にスパイラル状の偏
芯偏肉が発生し、マンドレルミルにおいても偏芯偏肉が
ある状態で圧延が行われる。偏芯偏肉があるとマンドレ
ルミルでの圧延はミルセンターがずれた状態と同じ状態
になり、圧下量が比較的小さい４ロールスタンドではこ
れによる圧下量の不均一も問題になる。

【００１９】このような４ロールスタンドでの圧下量の
不均一に対し、特開昭６０−８７９０７号公報、特開昭
６２−２８０１１号公報、特開平６−８７００８号公報
は、有効な対策を示していない。そのため、４ロールス
タンドが有効に機能しないという問題がある。

【００２０】本発明の目的は、２ロールスタンド列の出
側に４ロールスタンドを組み合わせて行う芯金棒共用化
圧延において、４ロールスタンドでの各ロールの圧下量
を簡便な方法で均一にすることにより、４ロールスタン
ドの本来の目的である肉厚変動の減少効果を最大限に発
揮させる管圧延方法を提供することにある。

【００２１】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。

【００２２】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んだ場合の肉厚分布は４ロールの溝
底部を４つのピークとした肉厚分布となる。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４
つのピークの高さも低く、４ロールスタンドでの圧下量
も小さくなり、溝底部近傍だけの圧延となる。これに対
して、２ロールスタンドでのロールギャップの締め込み
量が大きくなると４のピークの高さが高くなり、必然的
に４ロールスタンドでの圧下量が大きくなり、周方向の
圧延範囲も大きくなる。そのため、ミルセンターのず
れ、ロール零調の誤差、素管の偏芯偏肉がある状況下
で、４ロールスタンドでの圧下量が小さい場合は、偏肉
の不均一圧延、極端な場合は片側が圧延されない現象が
発生し、４ロールスタンドでの圧下量が大きい場合は、
圧下量が大きくなる部分で新たな偏肉が発生し、極端な
場合は部分的な噛み出しが発生する。

【００２３】本発明の管圧延方法は、このような状況下
でも４ロールスタンド本来の機能を発揮させて、２ロー
ルスタンドで発生した４つのピークを有する偏肉を効果
的に解消するため、圧延中に４ロールスタンドで各ロー
ルの圧延荷重が均一になるように、各ロールの圧下位置
を各々独立に制御するものである。

【００２４】更に具体的には、圧延前に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４ピー
クの偏肉量を予測し、更にその偏肉量を４ロールスタン
ドで許容値以下とするのに必要な４ロールの圧延荷重
（各ロールで同一）を予測し、圧延中に圧延荷重の実績
値がその予測値に一致するように４ロールの圧下位置を
各々独立に制御する。

【００２５】

【作用】４ロールスタンドでは、ミルセンター調整、ロ
ール零点調整が困難であり、また素管の偏芯偏肉が避け
られないため、各ロールの圧下量を意図的に均一化する
ことは不可能であるが、各ロールの圧延荷重が均一にな
るように各ロールの圧下位置を制御することは容易であ
る。

【００２６】本発明の管圧延方法では、４ロールスタン
ドでこの制御を行うことにより、ミルセンター、ロール
零調がずれている場合、更には素管の偏芯偏肉がある場
合でも、各ロールの圧下量が結果的に均一化されること
になり、偏肉の修正を精度良く行うことが可能になる。

【００２７】図７に本発明の管圧延方法に好適に使用さ
れる４ロールスタンドの構成を示す。また、図８にその
４ロールスタンドに装備される計算機の機能を示す。

【００２８】４ロールスタンドは、２ロールスタンド列
から進出したマンドレルバー１が挿通した状態の素管２
を２対の孔型ロール３，３および３，３により圧延す
る。いずれの孔型ロール３も独立した圧下機構５と圧延
荷重を検出する荷重検出器６とを備えている。そして、
各圧下機構５を統括制御する圧下制御系７と、これに指
示を与える計算機８とにより、次のような圧下制御が行
われる。

【００２９】圧延前に、圧延材の目標外径、目標肉厚、
材質、温度、使用する芯金棒の外径等を取り込み、２ロ
ールスタンド列でのロールギャップ締め込み量を決定す
る。締め込み量が決定されると、計算機はまずその２ロ
ールスタンド列で発生する円周方向の４位置をピークと
する肉厚変動の発生量を予測する。次いで、許容偏肉率
から、４ロールスタンドで減少させるべき肉厚変動量を
計算する。更に、その減少量を得るために必要な４ロー
ルの圧延荷重を予測する。

【００３０】圧延が開始すると、計算機は各ロールで発
生する圧延荷重を取り込み、その実績値を前述した予測
値と比較し、両者が一致するように、実績の圧延荷重が
大きい場合はロール圧下位置をミルセンターから遠くな
る値とし、実績の圧延荷重が小さい場合はロール圧下位
置をミルセンターから近くなる値とする。このロール圧
下位置修正は、微小時間毎に一定ピッチで行う。これに
より４ロールで圧延荷重の予測値と実績値を一致させる
ことができる。

【００３１】このような制御を行うことにより、ミルセ
ンター調整、ロール零調を精度よく行うことが困難な４
ロールスタンドを使用して、ミルセンター、ロール零調
がずれている場合、更には素管の偏芯偏肉がある場合で
も、偏肉の修正を精度良く行うことが可能になる。

【００３２】

【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。

【００３３】６基の２ロールスタンドにおいて、外径１
７３ｍｍ×肉厚３６ｍｍの素管を外径１５１ｍｍ×肉厚
２５ｍｍ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１基の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締め
込んだ圧延を行った。

【００３４】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。
２スタンドでの溝底部の孔型半径Ｒ₂ は７3.５ｍｍ、孔
型半径角度θは５０°とした。４ロールスタンドでの溝
底部の孔型半径Ｒ₄ はＲ₂ と同じ７3.５ｍｍ、孔型半径
角度θは各ロールで最大圧下量を考慮して３０°とし
た。

【００３５】

【表１】

【００３６】通常圧延では、図２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
＝７3.５ｍｍから決定される外径Ｄ₁ ＝９７ｍｍ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ような仕上げ管の肉厚
分布が得られた。

【００３７】比較のために、図４に示すように、芯金棒
の外径をＤ₁ ＝９７ｍｍからＤ₂ ＝８７ｍｍへ１０ｍｍ
小さくすると共に、２ロールスタンドでロールギャップ
を設計ギャップＳ₀ ＝１５ｍｍからＳ＝５ｍｍへ１０ｍ
ｍ締め込んで圧延を行った。ギャップ締め込み量は１０
ｍｍである。溝底肉厚ｔ_G1は２５ｍｍとなっているが、
フランジ部分での肉厚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９に２ロール
圧延後として示すような肉厚変動の大きなものになる。

【００３８】４ロールスタンド併用の心金棒共用化圧延
では、上記比較圧延と同様に２ロールスタンドでロール
ギャップを締め込んだ圧延を行う。その上で、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。これにより、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が解
消され、寸法精度の良好な仕上げ管が得られる。

【００３９】心金棒の外径は、上記比較圧延と同じ８７
ｍｍとした。２ロールスタンドでのロールギャップも、
上記比較圧延と同じく設計ギャップから１０ｍｍ締め込
んだ５ｍｍとした。

【００４０】２ロールスタンド列、４ロールスタンドで
のミルセンター調整は、実生産時と同様にロール組み替
え時にハウジングとロール孔型のセンターを調整した
後、ハウジングを圧延ラインに組み込む方法を使用し
た。

【００４１】２ロールスタンド列でのロール零調は、こ
れも実生産時と同様に上下のロール同士を接触させ一定
の負荷を加えた時のロール圧下位置を零点とする方法を
使用した。４ロールスタンドについては、２ロールスタ
ンドと同様なロール零調が機構上の制約により行えない
ために、無負荷時のロールギャップを実測し、この値と
ロール圧下位置機構の指示値から補正を行い、零点を決
定した。

【００４２】４ロールスタンドでのロール圧下位置設定
については、従来技術では圧延中のロール溝底部とバー
との間隔が目標肉厚となるようにミルスプリング量を予
測して無負荷時のロールギャップを設定し、圧延中はロ
ール圧下位置を一定とした。これに対して本発明では、
無負荷時のロール圧下位置設定は従来技術と同様に行
い、圧延が開始した後は図８の方法にてロール圧下位置
の調整を行った。

【００４３】すなわち、まず、圧延前に２ロールスタン
ド列でロールギャップ締め込み量から４つのピークを有
する偏肉分布形状を予測した。その結果、偏肉ピークの
頂点から２ｍｍ圧延する必要のあることが分かり、その
ことと、その他、外径、肉厚、材質、素管温度とから、
圧延荷重の目標値を５５トンと予測した。更に、この予
測値とミル剛性値とから、圧延中のミルスプリング量を
計算して、予めこの量を締め込んだロール圧下位置に設
定した。その後、圧延が開始されて圧延荷重が実測され
ると、実測値と予測値が等しくなるように、実測値＞予
測値の場合はロールギャップ開、実測値＜予測値の場合
はロールギャップ閉となるように、ロール圧下位置の調
整を各々のロールに対して独立に行った。

【００４４】２ロールスタンド列でのロールギャップ締
め込みにより発生する肉厚変動は、ほぼロールギャップ
締め込み量によって決定されるために、ロールギャップ
締め込み量からの予測値で、本発明の制御に使用するの
に十分な精度を得ることができる。これに対して、４ロ
ールスタンドでの圧延荷重は様々な要因で変動するが、
２ロールスタンド列で発生した肉厚変動を一定値以内に
減少させる制御に使用するには十分な精度である。

【００４５】このような制御を行って圧延した仕上げ管
の肉厚分布を従来技術の場合と比較して図９に示す。ま
た、その時の偏肉率の比較を第２表に示す。

【００４６】

【表２】

【００４７】２ロールスタンド列で圧延した後の仕上げ
管には偏肉率で４％、絶対値で約１ｍｍの偏芯性偏肉が
ある。前述した比較圧延がこの場合に相当する。芯金棒
共用化圧延ではこの仕上げ管が更に４ロールスタンドに
て圧延され、その偏肉が修正されるが、このとき４ロー
ルスタンドのロール圧下位置が一定であると、ミルセン
ター、ロール零調の誤差がある場合、偏芯性偏肉がある
場合に４つのロールのセンターとバーのセンターが異な
った位置になり、バーの曲げ剛性により４つのロールの
圧下量が均等でなくなり、圧下量が過大になる位置では
４ロール圧延による新たな偏肉が発生する。その結果、
従来技術では４ロール圧延により３５°と３２５°付近
の位置に新たな肉厚変動のピークが発生し、偏肉率で示
すと6.８５％となった。これに対して、本発明では４ロ
ール圧延での肉厚変動の新たな発生はなく、偏肉率でも
4.０５％と良好な値を示した。

【００４８】なお、本発明の効果は、上述したような小
径サイズで得られるだけでなく、４ロールスタンドでの
圧延荷重に対してバーの曲げ剛性が相対的に大きくなる
中径サイズでも得られ、むしろ中径サイズでより顕著な
効果が得られる。

【００４９】

【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ロールギャップを締め込ん
だ圧延を行い、これによって発生する円周方向の肉厚変
動を４ロールスタンドでの圧延により減少させて、芯金
棒の共用化を図る管圧延において、４ロールスタンドの
各ロールの圧延荷重が均一になるように各ロールの圧下
位置を独立に制御することにより、ミルセンター調整、
ロール零調を精度良く行うことが困難な４ロールスタン
ドを使用するにもかかわらず、その４ロールスタンドに
よる肉厚変動減少効果を効果的に発揮させることができ
る。その結果、芯金棒共用化の範囲が拡大し、仕上げ管
肉厚一定ピッチ変化する毎に行われていたバー替えの作
業が大幅に減少するだけではなく、バーの置き場、バー
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】本発明に使用される４ロールスタンドの構成例
を示す模式図である。

【図８】４ロールスタンドでの制御例を示すフローチャ
ートである。

【図９】芯金棒共用化圧延の効果および心金棒共用化圧
延で本発明を実施したときの効果を示す図表である。

【符号の説明】

１ 芯金棒 ２ 素管 ３ 孔型ロール ４ 駆動軸 ５ 圧下機構 ６ 荷重検出器

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、 圧延中に４ロールスタンドでの各孔型ロールの圧延荷重
   が均一になるように、各孔型ロールの圧下位置を独立に
   制御することを特徴とする管圧延方法。