JP2849239B2 - 管の絞り圧延方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管の絞り圧延方法、特
に、前工程である延伸圧延工程等で製造された鋼管を絞
り圧延して目標寸法の外径及び肉厚を有する圧延仕上り
管を製造する際に適用して好適な、管の絞り圧延方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】継目無管の１つである継目無鋼管の製造
方法について、その代表的な例を図４に示す工程順に各
処理手段を配した工程図に基づいて簡単に説明する。

【０００３】まず、素材１０（例えば丸鋼）を用意す
る。この素材１０は、加熱炉１２により所要温度まで加
熱された後、穿孔圧延機１４（例えばマンネスマンピア
サ）に送られ、穿孔圧延されて中空棒状素材１６に加工
される。

【０００４】このようにして穿孔圧延により形成された
上記中空棒状素材１６は、未だ厚肉なので次の延伸圧延
機２０（例えば、マンドレルミル）により肉厚を減少さ
せるために、マンドレルバー１８を挿通した状態で延伸
圧延され、下記絞り圧延機２６へ供給する素管２２に加
工される。

【０００５】延伸圧延により形成された上記素管２２
は、加熱炉２４により所要温度まで再び加熱され、その
後絞り圧延機２６（例えば、ストレッチレデューサ）に
送られて所要寸法に絞り圧延され、仕上り管２８が形成
される。

【０００６】上記絞り圧延に適用される絞り圧延機とし
ては、通常８〜２８スタンドの圧延ロールで構成された
ストレッチレデューサが最も広く採用されている。

【０００７】このストレッチレデューサでは、一般に、
１スタンド当り５〜７％の外径圧下を加えながらスタン
ド間張力を付加して素管２２を絞り圧延することによ
り、製品（仕上り管２８）の外径を定径すると同時に、
肉厚の調整を行っている。

【０００８】このように、ストレッチレデューサによる
絞り圧延で得られる仕上り管２８は、一般に、例えば図
５に示すような、長手方向の中央部に肉厚が一定の定常
部を有する肉厚分布を呈する。

【０００９】上記従来の絞り圧延においては、上記定常
部で目標肉厚が得られるように圧延を行うものである
が、このような方法で絞り圧延を行う場合は、許容寸法
を超える程度に増肉した両管端部分は、クロップとして
切り捨てられることになるため、製品歩留りが大幅に低
下することになる。その量は、鋼管１本の頭尾両管端部
の合計が、一般に重量比で５〜１０％に達するため、経
済的にも大きな損失となっている。

【００１０】上記のような両管端部分における増肉現象
を少しでも抑制する方法として、次の（１）及び（２）
に示す技術がそれぞれ下記公報に開示されている。

【００１１】（１）張力が変化するきっかけとなる両管
端部がスタンドを通過する瞬間を検出し、過渡的状態で
あると判断し、その過渡的時間帯においては各スタンド
間の前部ロールと後部ロールの回転数の差を定常状態
（鋼管が前スタンドに噛み込まれた状態）の場合よりも
大きくすることによって、定常状態の場合と同程度の張
力を素管に与える方法（特公昭４９−３７３４０号、特
公昭５０−１３２３２号、特公昭５４−２０４５８
号）。

【００１２】（２）予め増肉量を予測し、その増肉量に
応じて両管端部分の肉厚の薄い素管を圧延その他の方法
によって作成しておき、その素管を絞り圧延機で圧延す
ることにより、増肉部分の肉厚を相殺する方法（特公昭
５０−１５２３２号、特公昭５１−４３８２５号）。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（１）の方法は、鋼管の頭尾両管端部がスタンドに差し
掛かっていることを正確に検出する必要があるが、その
検出精度に限界があること、又、頭部管端部がスタンド
に差し掛かって材料がロールに噛み込まれたときには、
一時的なロール回転速度の低下とその回復現象が起こる
こと、等のために、制御方法が複雑になるにも拘らず、
その割にはクロップ減少（短縮）の効果はそれ程大きく
なく、クロップ長さを、例えば４〜５m 以下に減少させ
ることは事実上不可能であり、この点で限界がある。

【００１４】前記（２）の方法においては、プロセスが
複雑になるだけでなくコスト的にも不利であるため、実
際的でない。

【００１５】従って、前記（１）及び（２）の技術によ
っても、絞り圧延工程において、圧延仕上り管の両管端
部で増肉が発生することを有効に防止できないため、許
容寸法を超える程度に増肉した部分はクロップとして切
り捨てられることになり、必然的に製品歩留りが大幅に
低下するという問題が依然として残されたままである。

【００１６】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、管を絞り圧延するに際し、圧延仕上
り管の両管端部分に許容寸法を超える増肉部が発生する
ことを有効に防止することができる、管の絞り圧延方法
を提供することを課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、連続多段圧延
機により管を絞り圧延する管の絞り圧延方法において、
無張力状態下で圧延した場合の、スタンド出側肉厚を与
えるスタンド出側肉厚式及び先進率を与える先進率式
を、それぞれ圧延因子の関数として予め設定し、各スタ
ンドについて、上記スタンド出側肉厚式に所定の圧延因
子の値を代入してスタンド出側肉厚を求め、求めた上記
スタンド出側肉厚とマスフロー一定の条件とからスタン
ド出側の出側材料速度を求め、且つ、上記先進率式に所
定の圧延因子の値を代入して先進率を求め、求めた上記
出側材料速度と上記先進率とから各スタンドのロール周
速を求め、該ロール周速から求めたロール回転数の下で
連続多段圧延機を駆動して管を絞り圧延することによ
り、前記課題を達成したものである。

【００１８】本発明は、又、上記管の絞り圧延方法にお
いて、スタンド出側肉厚式が、管の入側肉厚、入側外径
及び縮管率を変数とする関数であり、先進率式が、管の
入側外径及び縮管率を変数とする関数であるとすること
により、確実に前記課題を達成したものである。

【００１９】

【作用】本発明者は、素管を絞り圧延した際に圧延仕上
り管の頭尾両管端部に発生する増肉現象について種々検
討したところ、以下の知見の得た。

【００２０】従来の管の絞り圧延方法においては、スタ
ンド間張力を負荷して仕上り管を目標寸法に一致させる
ようにロール回転数を決定しているが、その際に負荷す
るスタンド間張力が大きいときに増肉発生の傾向が大き
いことが判った。このことから、圧延仕上り管の頭尾両
管端部に発生する増肉の原因は、圧延時に負荷するスタ
ンド間張力に起因していると考えられる。

【００２１】即ち、従来の絞り圧延方法においては、積
極的にスタンド間張力を負荷し、その状態で仕上り管の
肉厚が目標値となるように、ロール回転数を決定して圧
延しているが、この方法では前記図５に示したように、
定常部（管長手方向中央部）では目標肉厚が得られるも
のの、管の頭尾両管端部は、該定常部に比べて少ないス
タンドによって挾持されているため、張力が十分にかか
らないにも拘らず管外径のみを縮小させる結果、増肉現
象が生じるものと考えられる。

【００２２】本発明は、以上の知見に基づいてなされた
もので、テンションフリーが達成される状態（スタンド
間に張力がかからない状態）で圧延した場合の、スタン
ド出側肉厚を与えるスタンド出側肉厚式と、先進率を与
える先進率式をそれぞれ圧延条件（因子）の関数として
予め設定し、各スタンドについて上記スタンド出側肉厚
式からスタンド出側肉厚を求め、この出側肉厚とマスフ
ロー一定の条件とから出側材料速度を求め、且つ、前記
先進率式から先進率を求め、更に上記出側材料速度と上
記先進率から求まるロール周速からロール回転数を求め
るようにしているので、このようにして求めたロール回
転数を各スタンドに設定することにより、絞り圧延時に
各スタンド間に張力が生じない状態の下で絞り圧延を行
うことが可能となる。

【００２３】その結果、張力に起因して生じていた仕上
り管の頭尾両管端部の増肉を抑えることができ、クロッ
プの発生を防止することができる。

【００２４】本発明を実施した結果の一例を図３に示
す。この図３においては、本発明を実施して得られた多
数の仕上り管について管長手方向の肉厚分布（平均）を
示してある。

【００２５】図３（Ａ）は、素管の寸法が外径１９０．
０mm、肉厚１１．５０mmで、仕上り管の寸法が外径１２
７．０mm、肉厚１３．９７mmの場合であり、同図（Ｂ）
は、素管の寸法が外径１９０．０mm、肉厚５．５０mm
で、仕上り管の寸法が外径１２７．０mm、内径６．７２
mmの場合であり、いずれも１５スタンドからなる絞り圧
延機を使用した場合の長手方向の肉厚分布を示したもの
である。

【００２６】前記図３から、仕上り管の全長に亘ってほ
ぼ均一な肉厚が得られ、従ってクロップの少ない仕上り
管が得られていることが判る。

【００２７】このように、本発明によれば、圧延仕上り
管の頭尾両管端部の増肉を抑えることができ、クロップ
が殆ど発生しないため、製品歩留りを大幅に向上させる
ことが可能となる。

【００２８】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００２９】本実施例は、図１に示す流れ図の手順に従
って各スタンドのロール回転数を算出し、当該算出回転
数に従って、各スタンドのロールを駆動するモータを制
御し、各ロールを適切なロール回転数に設定した状態の
下で圧延を行うものである。

【００３０】まず、ステップ１では、第Ｉスタンドの出
側肉厚を後述するスタンド出側肉厚式（１）から求め
る。

【００３１】次いで、ステップ２で、スタンド入側の管
（以下、入側管ともいう、第１スタンドの場合は素管で
ある）の外径、肉厚及び第Ｉスタンドの入側材料速度よ
りマスフローを計算し、ステップ１で求めた出側肉厚と
入側管の外径と縮管率の積から求められる出側外径とに
より、後述する（３）式により断面積Ｓi を求め、後述
する（２）式により第Ｉスタンドの出側材料速度Ｖi を
計算する。

【００３２】次いで、ステップ３で、後述する（５）式
の先進率式を用いて第Ｉスタンドの先進率を求め、ステ
ップ４に進み、ステップ３で求めた先進率を元に後述す
る（４）式による第Ｉスタンドのロール周速を計算す
る。

【００３３】ステップ５では、ステップ４で求められた
ロール周速を元に第Ｉスタンドのロール回転数を算出す
る。

【００３４】その後、ステップ６で最終スタンドに到達
したか否かを判定する。判定結果が否で、未だ全ての圧
延ロールに対する回転数の設定が終了していない場合に
は、ステップ１に戻り、次スタンドについて同様に一連
の計算を実施する。

【００３５】判定が正ならば、この手順は終了する。

【００３６】上述のステップ１〜５の各手順に従った処
理を繰返し、連続多段圧延機の全スタンドについてロー
ル回転数を算出し、且つそのロール回転数を対応する各
スタンドに設定した状態で素管の絞り圧延を行う。

【００３７】上記条件の下で素管の絞り圧延を行うこと
により、管に実質上張力が加わらない状態で圧延を行う
ことができるので、仕上り管の頭尾両管端の増肉を抑え
ることができ、クロップを減少させ、よって歩留りを向
上させることが可能となる。

【００３８】なお、上記絞り圧延には、基本構成が、前
記図４に示したものと実質的に同一の絞り圧延機を使用
することができる。

【００３９】本実施例について、更に詳述する。なお、
以下の説明では、図１の流れ図で示した第Ｉスタンドの
表記を、便宜上第i スタンドとする。

【００４０】まず、第i スタンド出側における管（以
下、出側管ともいう）の肉厚ｔ_i を求めるためのスタン
ド出側肉厚式を次の（１）式のモデル式で設定する。

【００４１】 ｔ_i ＝Ｃ1 ＋Ｃ2 ・Ｔi ＋Ｃ3 ・Ｄi0＋Ｃ4 （ＯＤＲ） …（１）

【００４２】この（１）式は、第i スタンドの入側管の
寸法（制御因子）である、入側肉厚Ｔi 及び入側外径Ｄ
i0と縮管率ＯＤＲとを変数とする関数であり、Ｃ1 〜Ｃ
4 は係数（定数）である。

【００４３】上記各係数Ｃ1 〜Ｃ4 は、連続多段圧延機
を用い、所定の圧延条件の範囲内で、しかもテンション
フリーが達成される状態（スタンド間に張力がかからな
い状態）の下で管を圧延することにより、例えば第１ス
タンドの出側肉厚Ｔ1 の値を実際に求め、重回帰するこ
とにより決定される。

【００４４】上記重回帰により決定された各係数Ｃ1 〜
Ｃ4 の値の一例を表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】上記表１に示した重回帰により求めた係数
Ｃ1 〜Ｃ4 は、相関係数が０．９９付近となるため、極
めて高精度に回帰しており、精度上の問題はない。

【００４７】上述の如く、前記各係数Ｃ1 〜Ｃ4 が決定
されれば、前記（１）式により出側板厚ｔ_i は、入側肉
厚Ｔi 、入側外径Ｄi0及び縮管率ＯＤＲの３つの変数を
指定することにより求めることができる。

【００４８】マスフロー一定の下で、第i スタンド出側
における出側材料速度（平均）を求める。即ち、マスフ
ローは、下記（２）式に示すように、スタンド出側の管
断面積Ｓi と出側材料速度Ｖi との積で与えられるた
め、マスフローと、管断面積が判れば上記出側材料速度
Ｖi が求められる。なお、マスフローは、スタンド入側
の管断面積と入側材料速度の積としても求めることがで
きる。

【００４９】 マスフロー＝Ｓi ×Ｖi …（２）

【００５０】又、スタンド出側の管断面積Ｓi は、上記
出側板厚ｔ_iを用いて次の（３）式で与えられる。

【００５１】 Ｓi ＝ｔ_i （Ｄi1−ｔ_i ）π …（３）

【００５２】ここで、Ｄi1は、第i スタンドにおける出
側外径（出側管の外径）である。この出側外径Ｄi1は、
入側外径Ｄi0と縮管率ＯＤＲとの積で与えられ、又、圧
延ロールのカリバー径としても求めることができる。

【００５３】前記（１）〜（３）式を用いることによ
り、全て第i スタンドの入側における制御因子のみから
前記（２）式により出側材料速度Ｖi を求めることがで
きる。

【００５４】一方、第i スタンドの上記出側材料速度Ｖ
i は、次の（４）式に示すように定義することができ
る。ここで、ＶRiは第i スタンドのロール溝底周速（mm
／秒）、ｆ_i は先進率（％）である。従って、先進率ｆ
_i が求まれば、前記（２）式から求められる出側材料速
度Ｖi を用いて上記ロール溝底周速ＶRiを求めることが
でき、このロール溝底周速から必要とするロール回転数
を求めることができる。

【００５５】 Ｖi ＝ＶRi（１＋ｆ_i ） …（４）

【００５６】そこで、第i スタンドの先進率ｆ_i を与え
る先進式を次の（５）式に示すモデル式で設定する。

【００５７】 ｆ_i ＝ｘ₁ ＋ｘ₂ ・ＯＤＲ＋ｘ₃ ・Ｄio …（５）

【００５８】そして、前述した出側肉厚式（１）の場合
と同様に、連続多段圧延機を用い、所定の圧延条件の下
で管を圧延すると共に、上記（４）式を変形した下記
（６）式により第i スタンドの先進率ｆ_i を求め、重回
帰することにより、上記（５）式の各係数ｘ₁ 〜ｘ₃ を
決定する。上記重回帰により決定された各係数ｘ₁ 〜ｘ
₃ の値の一例を表２に示す。

【００５９】

【表２】

【００６０】上記表２に示す前記重回帰で求めた係数ｘ
₁ 〜ｘ₃は相関係数が０．９９付近となるため極めて高
精度に回帰しており、精度上の問題はない。

【００６１】上述の如く、上記（５）式の各係数ｘ₁ 〜
ｘ₃ が決定されれば、先進率ｆ_i は、縮管率ＯＤＲと入
側外径Ｄioの２つの変数を指定することにより求めるこ
とができる。

【００６２】このように先進率ｆ_i が求まると、前記
（４）式から第i スタンドのロール溝底周速ＶRiを求め
ることができる。

【００６３】又、前記（２）式に示したように、マスフ
ローは管の断面積と前記（４）式で示した出側材料速度
Ｖi との積で与えられるため、次の（６）式で表わすこ
ともできる。従って、次の（６）式から上記ＶRiを求め
ることもできる。

【００６４】 ｆ_i ＝｛（Ｖi −ＶRi）／ＶRi｝×１００（％） …（６）

【００６５】上述の如くして求められた上記ロール溝底
周速ＶRiから第i スタンドのロール回転数を決定するこ
とができる。

【００６６】以上詳述した手順に従うことにより、第１
スタンド〜最終スタンドまでの全スタンドのロール回転
数を決定することができる。

【００６７】次に、本実施例を実際に適用して鋼管を絞
り圧延した場合の結果を示す。具体的には、下記表３に
示す寸法の素管（鋼管）から目標寸法の仕上がり管を得
ようとしたものである。

【００６８】

【表３】

【００６９】即ち、圧延前の素管寸法が外径１９０．０
mm、肉厚５．５６mmで、目標寸法が外径１２７．０mm、
肉厚６．７８mmの場合（本発明例（１））、及び素管寸
法が外径１９０．０mm、肉厚７．００mmで、目標寸法が
外径１２７．０mmで肉厚８．６２mmの場合（本発明例
（２））である。

【００７０】上記いずれの場合も、使用した素管の数は
２００本である。又、第１スタンド入側の素管温度を９
２０〜９３０℃、第１スタンド入側材料（素管）速度
を、１．２４ m／秒とした。なお、比較のため、前記表
３に示した素管について上記本発明例（１）と（２）の
場合と同様の目標肉厚が得られる条件で従来法に従って
絞り圧延を実施した（比較例（１）、（２））。

【００７１】図５は、本発明例（１）及び（２）による
仕上り管の長手方向肉厚分布をそれぞれ比較例（１）及
び（２）と対比させて示した線図である。

【００７２】又、次の表４は、本発明例と比較例の場合
のクロップ切捨量を示している。なお、本実施例と比較
例で用いた縮管率を表５に示す。

【００７３】

【表４】

【００７４】

【表５】

【００７５】上記表４に示したように、クロップ切捨量
は、本発明例（１）、（２）がそれぞれ８９５mm、６７
０mmであるのに対し、比較例（１）、（２）がそれぞれ
２１２０mm、１９６０mmとなっている。従って、本発明
を採用して絞り圧延することにより、クロップ切捨量を
大幅に減少させることができ、歩留りを大幅に向上させ
ることができることがわかる。

【００７６】以上本発明を具体的に説明したが、本発明
は前記実施例に示したものに限られるものでなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【００７７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、絞
り圧延において、両管端部分に増肉現象が発生すること
を有効に防止することができるため、クロップ切捨量を
大幅に減少させ、歩留りを大幅に向上させることができ
る。従って、工業的に利用価値が極めて高いという優れ
た効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る一実施例の絞り圧延方法
の要部手順を示すフローチャートである。

【図２】図２は、本実施例により得られる仕上り管の肉
厚分布を示す線図である。

【図３】図３は、本発明の作用を説明するための線図で
ある。

【図４】図４は、絞り圧延工程の概略を示す説明図であ
る。

【図５】図５は、従来の絞り圧延方法により得られる管
長手方向の肉厚分布を示す線図である。

【符号の説明】

１０…素材、 １２、２４…加熱炉、 １４…穿孔圧延機、 １６…中空棒状素材、 １８…マンドレルバー、 ２０…延伸圧延機、 ２２…素管、 ２６…絞り圧延機、 ２８…仕上り管。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続多段圧延機により管を絞り圧延する管
   の絞り圧延方法において、無張力状態下で圧延した場合
   の、スタンド出側肉厚を与えるスタンド出側肉厚式及び
   先進率を与える先進率式を、それぞれ圧延因子の関数と
   して予め設定し、各スタンドについて、上記スタンド出
   側肉厚式に所定の圧延因子の値を代入してスタンド出側
   肉厚を求め、求めた上記スタンド出側肉厚とマスフロー
   一定の条件とからスタンド出側の出側材料速度を求め、
   且つ、上記先進率式に所定の圧延因子の値を代入して先
   進率を求め、求めた上記出側材料速度と上記先進率とか
   ら各スタンドのロール周速を求め、該ロール周速から求
   めたロール回転数の下で連続多段圧延機を駆動して管を
   絞り圧延することを特徴とする管の絞り圧延方法。
2. 【請求項２】請求項１において、スタンド出側肉厚式
   が、管の入側肉厚、入側外径及び縮管率を変数とする関
   数であり、先進率式が、管の入側外径及び縮管率を変数
   とする関数であることを特徴とする管の絞り圧延方法。