JP2897653B2 - 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
管の製造に使用する管圧延方法に関し、更に詳しくはマ
ンドレルミル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、マンドレルミルを用いるものがある。この方法で
は、図１に示すように、丸鋼片１１を加熱炉１２で加熱
した後、穿孔機と呼ばれる粗圧延機１３により穿孔して
中空素管となす。引き続き中空素管を後続のマンドレル
ミル１４により延伸圧延して所定の肉厚に仕上げ、再加
熱後にレデューサーミル１５により外径を所定の寸法に
仕上げて、製品である継目無鋼管となす。延伸圧延後の
再加熱は省略する場合もある。

【０００３】ここでマンドレルミル１４は、パスライン
に沿って連続配置され、それぞれが一対の孔型ロールを
備えた４〜８基の２ロールスタンドにより構成される。
隣接するスタンド間では、それぞれの孔型ロールがパス
ラインに垂直な面内で圧下方向を９０°ずらせて交差配
置される。そして素管は、マンドレルバーが挿通された
状態で各スタンドの孔型ロール間を通過することにより
圧延される。

【０００４】このようなマンドレルミルによる管圧延で
は、孔型ロールとマンドレルバーとの隙間で材料を圧下
することにより、肉厚が所定の寸法に仕上げられる。そ
のため、仕上げ肉厚が異なると、それに応じて孔型ロー
ルとマンドレルバーとの隙間寸法を変える必要がある。
この隙間寸法を変える方法としては、マンドレルバーの
交換、孔型ロールの交換、ロール位置調整によるロール
ギャップ変更の三つがある。

【０００５】しかし、孔型ロールの交換はマンドレルバ
ーを交換するよりも手数がかかる。

【０００６】また、ロールギャップを変更した場合に
は、圧延材に円周方向の偏肉が発生するおそれがある。
なぜなら、孔型ロールの孔型径とマンドレルバーの外径
とから決定される間隔により肉厚が決まるため、ある一
定のロールギャップ以外では、一対の孔型ロールによっ
て形成される孔型形状が変化し、これに伴って前記間隔
が円周方向で変化するからである。

【０００７】真円孔型を例にとってこの現象を模式的に
示したのが図２である。同図（ａ）は一対の孔型ロール
３′, ３′とマンドレルバー５との間隔が円周方向で均
一な状態、すなわち肉厚が円周方向で均一になる場合を
示し、同図（ｂ）はこの状態からロールギャップを変更
した状態を示す。ロールギャップを変更することによ
り、孔型ロール３′，３′とマンドレルバー５との間隔
が変化するが、同時にその間隔が円周方向で不均一とな
り、圧延材に円周方向の偏肉が生じる。

【０００８】このようなことから、仕上げ肉厚の変更に
対しては、マンドレルバーを交換するのが通例である。
ところが、通常は圧延材の肉厚を0.５ｍｍピッチで変更
するように圧延スケジユールが決定されているため、1.
０ｍｍピッチで外径を変えたマンドレルバーを準備する
必要がある。更に、１種類の肉厚を圧延するには、圧延
材からマンドレルバー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あるため、通常１
０数本程度のマンドレルバーが必要である。そのため、
膨大な数のマンドレルバーを保有することが必要にな
る。

【０００９】この問題を解決するために考え出されたの
が、スタンド列の最終段に、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し、そのスタンドでの圧
下方向を直前の２ロールスタンドでの圧下方向に対して
４５°ずらせたマンドレルミルであり、特開平６−８７
００８号公報に詳しく説明されている。その構成例を図
３に示す。

【００１０】パスラインに沿って連続配置され、それが
一対の孔型ロールを備えた４基の２ロールスタンド３ａ
〜３ｄの後方に、圧下方向が直交する２組の孔型ロール
対を組み合わせた４ロールスタンド４が配置されてい
る。２ロールスタンド３ａ〜３ｄでは圧下方向が順番に
９０°ずつずれている。４ロールスタンド４での圧下方
向は、直前のスタンド、すなわち２ロールスタンド３ｄ
での圧下方向に対して４５°ずれている。２ロールスタ
ンドは通常２〜７基とされる。

【００１１】このようなマンドレルミルでは、２ロール
スタンド３ａ〜３ｄでロールギャップを孔型形状によっ
て決まる基準値より絞り込んで、通常圧延より肉厚の薄
い仕上げ管を圧延する。これにより、その仕上げ管に
は、２ロールスタンド３ｄでの溝底から４５°の４位置
をピークとする肉厚変動が生じる。この肉厚変動を、２
ロールスタンド３ｄに対して圧下方向を４５°ずらした
４ロールスタンドにより減少させる。かくして、２ロー
ルスタンド３ａ〜３ｄでの締め込み量の変更範囲が広が
り、その結果としてマンドレルバーの種類を少なくでき
る。同様のマンドレルミルは特開昭６２−２８０１１号
公報にも示されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、複数の２ロ
ールスタンドを連続配置した通常のマンドレルミルによ
る管圧延では、各スタンドにおいて、孔型ロールの溝底
部とマンドレルバーとで材料を圧下し、肉厚を減少させ
て、圧延方向に伸ばす。その結果として、孔型ロールの
溝底部の両側に位置するフランジ部とマンドレルバーと
の間でも、材料が圧延方向に延伸され、その肉厚が減少
する。ただし、フランジ部とマンドレルバーとの間での
減肉量を予測することは難しい。なぜなら、その減肉
は、材料とマンドレルバーとの摩擦係数によっても異な
るし、スタンド間の張力状態によっても異なるからであ
る。そして、このような材料変形は、仕上げスタンドに
おいても発生する。

【００１３】仕上げスタンドは、通常、２ロールスタン
ド列の後段の２スタンドにより構成される。この２スタ
ンドでは、溝底ギャップＧと呼ばれるロール溝底とマン
ドレルバーの間隙を同じに設定し、どちらも仕上げ肉厚
Ｔとするのが通例である（図２参照）。すなわち、仕上
げ第１スタンドでの溝底ギャップをＧ₁ とし、仕上げ第
２スタンドでの溝底ギャップをＧ₂ とするとき、Ｇ₁ ＝
Ｇ₂ ＝Ｔとするのである。

【００１４】このようにした場合、仕上げ第１スタンド
では、溝底部で圧下される部分の材料肉厚（溝底肉厚Ｔ
_m1）は仕上げ肉厚Ｔと同じになり、フランジ部で圧下さ
れる部分の材料肉厚（フランジ肉厚Ｔ_f1）は、仕上げ肉
厚Ｔより若干大き目に仕上がる。そして、このような肉
厚分布の材料が仕上げ第２スタンドに進入してくること
になる。

【００１５】２ロールスタンド列では圧下方向が順番に
９０°ずれているので、仕上げ第１スタンドでフランジ
部により圧下されたフランジ肉厚Ｔ_m1の部分は、仕上げ
第２スタンドでは溝底部により溝底肉厚Ｔ_m2に圧延さ
れ、仕上げ肉厚Ｔになる。一方仕上げ第２スタンドで溝
底部により圧下された溝底肉厚Ｔ_m1の部分は、仕上げ第
２スタンドではフランジ部とマンドレルバーとの間に位
置し、前述した溝底部による圧延に伴う減肉により、Ｔ
_m1（＝Ｔ）より更に薄いフランジ肉厚Ｔ_f2となる。従っ
て、仕上げ第２スタンドを出た材料、すなわちマンドレ
ルミルにより仕上げられた仕上げ管は、仕上げ第２スタ
ンドでフランジ圧延を受けた部分が仕上げ肉厚Ｔより薄
肉となり、ここに円周方向の偏肉を生じる。

【００１６】前述した通り、フランジ部により圧延を受
けた部分の減肉量を予測することは困難であるので、こ
の減肉による偏肉を解消するようなロールギャップの設
定は難しい。そのため、実際の操業では、仕上げ第２ス
タンドでの加工度を小さくすることにより、フランジ部
による圧延減肉を出来るだけ抑えて、発生する偏肉を小
さくしている。

【００１７】ところが、マンドレルバーの使用本数を削
減するため、２ロールスタンド列で肉厚を減少させた
後、４ロールスタンドで肉厚変動を減少させる管圧延で
は、その機能を発現させるために、各スタンドでロール
ギャップを基準値よりも締め込んで圧延を行うことが必
要になる。そのような締め込み圧延を行うと、その２ロ
ール仕上げ第２スタンドでの加工度も当然大きくなる。
その結果、仕上げ第２スタンドでのフランジ部による圧
延減肉を十分に押さえ込むことができなくなり、偏肉が
大きくなる。

【００１８】また、肉厚変動を減少させる４ロールスタ
ンドでも、２ロール仕上げスタンドの場合と同様に、フ
ランジ部による圧延部分に減肉が発生する。その減肉も
４ロールスタンドでの加工度が大きくなるに従って増大
し、偏肉の原因になる。

【００１９】従って、２ロールスタンドおよび４ロール
スタンドでの締め込み量が制限され、その結果としてマ
ンドレルバーの使用本数を削減する効果も小さくなる。

【００２０】本発明の目的は、２ロールスタンド列の後
方に４ロールスタンド列を配置したマンドレルミルにお
いて、ロールギャップを基準値より締め付けた場合に発
生する偏肉を抑え、もって締め付け量の変更範囲を拡大
する管圧延方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】２ロールスタンド列の後
方に４ロールスタンド列を配置したマンドレルミルで
は、２ロール仕上げスタンドでの締め込み量と同じだけ
４ロールスタンドでロールギャップの締め込みを行うの
が通例である。なぜなら、２ロールスタンド列でのロー
ルギャップ締め込み量が大きいと、そのスタンド列で発
生する偏肉も顕著となり、４ロールスタンドでも大きな
ロールギャップ締め込み量が必要になるからである。

【００２２】孔型ロールのフランジ部での圧延による減
肉の発生要因は多く、その減肉を予測するのは難しい
が、おおむね孔型形状によって決まる基準ギャップから
の締め込み量Ｘで整理できることが本発明者の調査から
判明した。

【００２３】２ロール仕上げスタンドおよび４ロールス
タンドで同じ量だけロールギャップを締め込んで圧延を
行ったときの、フランジ部で圧延された部分の減肉量と
締め込み量Ｘとの関係を図４に示す。

【００２４】図から分かるように、締め込み量Ｘが大き
くなるに連れて、４ロールスタンドで発生する減肉が大
きくなる。これは、締め込み量Ｘが大きいと、４ロール
スタンドの直前のスタンド、すなわち仕上げ第２スタン
ドで発生し溝底から４５°の４位置に存在する肉厚ピー
クが大きくなり、４ロールスタンドでの加工度が大きく
なるからである。また、仕上げ第２スタンドでも、その
加工度の増大により、フランジ部で圧延された部分の減
肉が大きくなる。そして、仕上げ第２スタンドにおいて
も４ロールスタンドにおいても、その減肉量の締め込み
量Ｘとの間には一定の関係が成立し、仕上げ第２スタン
ドにおいては減肉量は（Ｘ×0.０５）となり、４ロール
スタンドにおいても減肉量は（Ｘ×0.０５）となる。

【００２５】従って、これらの減肉量を見込んだロール
ギャップ設定を行うためには、４ロールスタンドにおい
ては４箇所の溝底ギャップＧ₀ をいずれも仕上げ肉厚Ｔ
に設定し、その前の仕上げ第２スタンドにおいてはその
２箇所の溝底ギャップＧ₂ をＴ＋（Ｘ×0.０５）にし、
更にその前の仕上げ第１スタンドにおいてはその２箇所
の溝底ギャップＧ₁ をＧ₂ ＋（Ｘ×0.０５）にすればよ
いということになる。

【００２６】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ロールスタンドで
ロールギャップを基準値より締め込んで圧延を行う際
に、 ４ロールスタンドでの溝底ギャップＧ₀ ＝Ｔ その前段の２ロールスタンドでの溝底ギャップＧ₂＝Ｔ
＋Ｘ₀ ×0.０５±0.２ｍｍ その更に前段の２ロールスタンドでの溝底ギャップＧ₁
＝Ｔ＋Ｘ₀ ×0.１±0.２ｍｍ 但しＴ：圧延仕上げ肉厚（ｍｍ） Ｘ₀ ：４ロールスタンドでのロールギャップ締め込み量
（ｍｍ） Ｇ₀ ＜Ｇ₂ ≦Ｇ₁ を満足させることを特徴とする管圧延方法を要旨とす
る。

【００２７】

【作用】４ロールスタンドでは仕上げ肉厚Ｔを確保する
ために、その溝底ギャップＧ₀を仕上げ肉厚Ｔに一致さ
せることが不可欠であり、４ロールスタンドでのロール
ギャップ締め込み量Ｘ₀ により、この溝底ギャップＧ₀
（＝Ｔ）が実現される。

【００２８】本発明の管圧延方法は、４ロールスタンド
で基準となる締め込みを行い、溝底ギャップＧ₀ を仕上
げ肉厚Ｔに一致させた場合に、フランジ部での圧延に起
因して４ロールスタンドで生じる偏肉を、その前の２ロ
ールスタンドすなわち仕上げ第２スタンドでの溝底ギャ
ップＧ₂ を４ロールスタンドでの溝底ギャップＧ₀ より
（Ｘ₀ ×0.０５）増大させることにより減少させる。ま
た、仕上げ第２スタンドで生じる偏肉を、その前の２ロ
ールスタンド、すなわち仕上げ第１スタンドでの溝底ギ
ャップＧ₁ を仕上げ第２スタンドでの溝底ギャップＧ₂
より（Ｘ₀ ×0.０５）増大させることにより減少させ
る。

【００２９】すなわち、仕上げ第２スタンドでの溝底ギ
ャップＧ₂ はＴ＋（Ｘ₀ ×0.０５）を、仕上げ第１スタ
ンドでの溝底ギャップＧ₁ はＧ₂ ＋（Ｘ₀ ×0.０５）＝
Ｔ＋２（Ｘ₀ ×0.０５）＝Ｔ＋（Ｘ₀ ×0.１）を適正値
とする。なお、溝底ギャップは圧延中のスタンド変形等
を考慮して圧延中の値とした。

【００３０】溝底ギャップＧ₁ およびＧ₂ の少なくとも
一方でもその適正値を外れると、偏肉が増大する。しか
し、実際の操業においては、圧延中の溝底ギャップがば
らつき、その結果として図４に示すように減肉量も（Ｘ
×0.０５）から若干変動する。このばらつきを考慮し
て、溝底ギャップＧ₁ およびＧ₂ の適正値には±0.２ｍ
ｍの許容範囲をもたせた。また、たとえ許容範囲内であ
っても、Ｇ₁ ＜Ｇ₂ やＧ₂ ＜Ｇ₀ のような事態、すなわ
ち前段スタンドの方が溝底ギャップが小となる事態は、
本発明の主旨に逆行することになるので、回避すること
が必要である。ただし、Ｇ₂ ＞Ｇ₀ であればＧ₁ ＝Ｇ₂
は可能である。

【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】

【表１】

【００３３】図３に示す２ロールスタンド×４＋４ロー
ルスタンド×１のマンドレルミルにおいて、外径が１３
１ｍｍのマンドレルバーを用い、外径が１８４ｍｍ×肉
厚１７ｍｍの素管に対して圧延を行った。基準圧延寸法
は外径１５５ｍｍ×肉厚１２ｍｍである。

【００３４】ロールギャップ締め込み量の変更により、
２ロール仕上げ第１スタンド、同第２スタンドおよび４
ロールスタンドでの溝底ギャップを種々変更し、得られ
た管の偏肉率を調査した。結果を表１に示す。

【００３５】No. １は基準圧延である。各スタンドでロ
ールギャップを締め込まないので、偏肉率は４％と小さ
い。

【００３６】No. ２〜８は３ｍｍの締め込みを行って仕
上げ肉厚１2.０ｍｍから9.０ｍｍに減少させた場合であ
る。このうち、No. ２は仕上げ第１スタンド、仕上げ第
２スタンド、４ロールスタンドでロールギャップを均等
に締め込んだ従来法である。仕上げ第１スタンドでの溝
底ギャップが本発明範囲を下回るため、偏肉率は１２％
に増大した。ただし、この場合も４ロールスタンドを使
用しなければ偏肉率は更に増大し、２２％になる。これ
に対し、No. ３〜５は各スタンドで不均等な締め込みを
行い、各スタンドでの溝底ギャップが本発明条件を満足
したため、偏肉率を従来法の１／２〜２／３に減少させ
ることができた。No. ６〜８は不均等な締め込みを行う
ものの、各スタンドでの溝底ギャップの少なくとも一つ
が本発明範囲を外れるため、偏肉率を十分に減少させる
ことができなかった。

【００３７】No. ９〜１８は7.０ｍｍの仕上げ肉厚を得
るために5.０ｍｍの締め込みを行った場合である。各ス
タンドで不均等な締め込みを行い、各スタンドでの溝底
ギャップが本発明条件を満足した本発明例（No. １０〜
１２）は、各スタンドで均等な締め込みを行った従来法
（No. ９）に比して、偏肉率を３／５以下に減少させる
ことができた。不均等な締め込みを行っても各スタンド
での溝底ギャップの少なくとも一つが本発明範囲を外れ
る比較法（No. １３〜１８）では、本発明法に比して、
偏肉抑制効果が小さい。

【００３８】

【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肉厚を減少させた後、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、ロールギャップを基準値より締め込んで圧延
を行った場合に問題となる偏肉の増大を抑制することが
できる。従って、締め込み量を従来大きくすることが可
能となり、マンドレルバーの使用本数を更に多く削減し
得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】マンドレルミルを用いた管圧延法を示す模式図
である。

【図２】マンドレルミルでロールギャップを締め込んだ
ときの隙間形状の変化を示す模式図である。

【図３】２ロールスタンド列の出側に４ロールスタンド
を設置したマンドレルミルの構成例を示す模式図であ
る。

【図４】ロールギャップ締め込み量と発生する偏肉との
関係を示す図表である。

【符号の説明】

１ 素管 ３ａ〜３ｄ ２ロールスタンド ４ ４ロールスタンド ５ マンドレルバー

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ロールスタンドでロールギャップを基準値より締め込
   んで圧延を行う際に、 ４ロールスタンドでの溝底ギャップＧ₀ ＝Ｔ その前段の２ロールスタンドでの溝底ギャップＧ₂＝Ｔ
   ＋Ｘ₀ ×0.０５±0.２ｍｍ その更に前段の２ロールスタンドでの溝底ギャップＧ₁
   ＝Ｔ＋Ｘ₀ ×0.１±0.２ｍｍ 但しＴ：圧延仕上げ肉厚（ｍｍ） Ｘ₀ ：４ロールスタンドでのロールギャップ締め込み量
   （ｍｍ） Ｇ₀ ＜Ｇ₂ ≦Ｇ₁ を満足させることを特徴とする管圧延方法。