JP3021664B2 - 継目無金属管の穿孔圧延方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、継目無金属管の代表的な製造方法であるマ
ンネスマン製管法等に採用されている傾斜圧延機を用い
た継目無金属管の穿孔圧延方法およびその装置に関す
る。

背景技術 油井管、ラインパイプ、熱交換器用管、配管、軸受用
管などの用途には、鋼管等の継目無金属管が用いられて
いる。その材質としては、炭素鋼、Cr、Moなどの合金成
分を含む低合金鋼、高Crステンレス鋼、Ni基合金、チタ
ンなどが挙げられる。これらの継目無金属管の製造方法
としては、一般的にはマンネスマン−プラグミル法ある
いはマンネスマン−マンドレルミル法が採用されてい
る。これらの方法で継目無金属管を製造する場合には、
まず、加熱炉で丸棒状の中実ビレット（以下、単にビレ
ットと記す）を所定の温度に加熱した後、傾斜圧延機で
あるピアサで穿孔し中空素管とする。次に、この中空素
管をプラグミルまたはマンドレルミルなどで延伸圧延
し、肉厚を薄くする。さらに、サイザまたはストレッチ
レデューサなどの絞り圧延機によって、主として外径を
縮小して、目標の寸法の継目無金属管を製造する。

上記のピアサは、通常、ピレットおよび中空素管のパ
スセンタに対して中心軸を傾斜させたバレル型またはコ
ーン型の主ロール、内面規制工具であるプラグおよび被
穿孔圧延材（以下、単に被穿孔材と記す）案内用のガイ
ドシューまたは円盤型のディスクロールで構成されてい
る。

図１は通常のピアサの構造を示す模式的平面図、図２
はこのピアサの模式的側面図、図３は図１に示したＩ−
Ｉ線における断面図である。図１〜図３の中で、10A、1
0Bは主ロールであり、その中心軸方向の中間部に直径D1
のゴージ部11を備えている。このゴージ部11の入側（図
１、図２中の左方）には、入口面12が設けられており、
この入口面12は主ロールの端面側に向かうに従って直径
が小さくなる円錐台形となっている。

ゴージ部11の出側（図１、図２中の右方）には、出口
面13が設けられており、この出口面13は主ロールの端面
側に向かうに従って直径が大きくなる円錐台形となって
いる。なお、パスラインＸ−Ｘと入口面との角度である
入口面角はθ１、パスラインＸ−Ｘと出口面との角度で
ある出口面角はθ２である。このように、主ロールの形
状は、全体としてはコーン型であり、パスラインＸ−Ｘ
を挟んで、左右または上下に対向する位置に１対配置さ
れている。

主ロールの中心軸は、パスラインに対して３次元的な
傾きを持っており、図１で示される主ロール中心軸とパ
スラインＸ−Ｘとの角度が交叉角γ、図２で示される主
ロール中心軸とパスラインＸ−Ｘとの角度が傾斜角βで
ある。また、この１対のロールは、ゴージ部11における
ロール開度Rgが、所定値になるように対向して配置され
ている。

なお、上記入口面角θ１および出口面角θ２は、交叉
角がγで、傾斜角βがゼロの場合のパスラインＸ−Ｘと
入口面12およびパスラインＸ−Ｘと出口面13とで形成さ
れる角度である。

プラグ２は、全体的には弾頭形であり、その後端部が
スラストブロック（図面では省略）に連結されたマンド
レルバーＭの先端部に支持されている。また、プラグ２
は、主ロール10Aと10Bの中間部で、かつ、その中心軸が
パスラインＸ−Ｘにほぼ一致するように保持されてお
り、パスラインＸ−Ｘを軸中心として回転可能となって
いる。

ディスクロール30u、30dは、プラグ２と対向する外周
面が凹面状の溝孔型を有しており、その形状は、図３に
示すように、溝底部14間の直径がD2の円盤形である。こ
の溝底部14間の直径D2は、主ロールゴージ部の直径に比
べて大きい。また、２つのディスクロールは、主ロール
10A、10Bとほぼ直交する方向にパスラインＸ−Ｘの上下
または左右に対向して配置されている。そして、これら
のロールは、駆動モータ（図面では省略）によって、矢
符方向に駆動回転させられるように構成されている。

上記のピアサを用いて穿孔圧延する場合には、ビレッ
トＢを加熱炉で所定の温度に加熱した後、白抜き矢符方
向に送給して主ロール10A、10Bの入口面12、12間に噛み
込ませる。その後、ビレットＢは、主ロール10Aと10Bの
駆動回転により、螺旋回転しながら前進する。その過程
で、ビレットＢに対して、主ロール10A、10Bとプラグ２
によって肉厚加工が施されて中空素管Ｈとなる。この
時、ビレットＢの螺旋回転移動に追随して回転駆動され
るディスクロール30u、30dの周面は、被穿孔材であるビ
レットＢの揺動を抑制し、中空素管Ｈの外径の増大を防
止する働きをする。

このようなピアサで、高能率で高品質な穿孔圧延を行
う方法としては、本出願人が先に提案した方法（特開昭
63−238909号公報、特開昭63−299805号公報）がある。

特開昭63−238909号公報に開示されている方法は、上
記の交叉角γと傾斜角βを所定の値とし、被穿孔材のビ
レットの半径方向の加工歪と円周方向の加工歪との圧下
配分比を規定することを特徴としている。この方法で
は、上記の条件に設定することによって、穿孔中に中空
素管Ｈがフレアリングを起こし、ビレットが主ロールと
ガイド間に膨れ出て圧延停止となるトラブルを防止して
いる。また、この方法によれば、プラグ外周と中空素管
の内周との間隔が小さくなって、プラグが中空素管から
抜けなくなる現象、いわゆる尻詰まり現象も防止でき
る。

特開昭63−299805号公報に開示されている方法は、上
記主ロールのゴージ部の直径D1とビレットＢの外径ｄと
の間に、2.5≦D1/d≦4.5の関係を満足させている。その
条件設定によって、内面疵の発生原因となる被穿孔材の
回転鍛造効果（マンネスマン効果）を抑制し、かつ、円
周方向の剪断歪を抑制して内面疵のない高品質な中空素
管を得ている。また、これらの方法は、いずれも高加工
度で薄肉管の製造を可能にするとともに、製造コストの
大幅な低減を図ることを目的としている。

しかし、上記特開昭63−238909号公報および特開昭63
−299805号公報に開示されているピアサにおいて、被穿
孔材のガイドとしてディスクロールを用いる場合、次の
ような問題点があった。すなわち、そのディスクロール
の直径の大きさおよび主ロールの入口面角と出口面角の
大きさによっては、被穿孔材の噛み込み不良、あるいは
被穿孔材のボトム部が主ロールから離脱しない尻抜け不
良が生じた。また、図４に示すように、穿孔圧延終了後
の中空素管のボトム部に、外径が一旦膨らんでボトム端
部で小さくなる形状異常現象（以下、この現象をボトム
外径増大現象という）が生じた。この異常現象は、穿孔
圧延途中には何等問題にならない。しかし、マンドレル
ミル圧延などの次の延伸圧延工程では、この部分の一部
がロール孔型からはみ出すことがあり、圧延トラブルの
原因となった。

このほか、穿孔圧延の際の拡管比（穿孔後の中空素管
の外径／穿孔前のビレットの外径）が、1.15以上と中空
素管の外径が大きくなる場合には、中空素管の外表面に
疵が多発するという問題があることも新たに判明した。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもの
であって、穿孔圧延時にトラブルを発生させることな
く、表面品質の良好な中空素管を製造する方法およびそ
の装置、さらに詳しくは、被穿孔材のボトム部の外径増
大現象の発生を抑制することが可能で、かつ拡管比1.15
以上で穿孔圧延する場合であっても外表面疵の発生を抑
制することができる表面品質の良好な継目無金属管の穿
孔圧延方法およびその装置を提供することを目的として
いる。

発明の開示 本発明は、被穿孔材のボトム部の外径増大現象の発生
を抑制することが可能で、かつ拡管比1.15以上で穿孔圧
延する場合であっても外表面疵の発生を抑制することが
できる継目無金属管の穿孔圧延方法およびその装置を提
供することを目的としている。

本発明の穿孔圧延方法は、コーン型の主ロールとディ
スクロールを備えたピアサを用いて、下記（１）〜
（５）式を満足するとともに、拡管比1.15以上の条件
で、被穿孔材を穿孔圧延することを特徴としている。

３≦D1/d≦７ ……（１） ９≦D2/d≦16 ……（２） ２＜D2/D1≦３ ……（３） 2.5゜≦θ１≦4.5゜ ……（４） ３゜≦θ２≦6.5゜ ……（５） ただし、 D1 :主ロールのゴージ部直径 D2 :ディスクロールの溝底部14直径 d :＝ビレットの外径 θ1:主ロールの入口面角 θ2:主ロールの出口面角 また、本発明の穿孔圧延装置は、コーン型の主ロール
とディスクロールを備えた拡管比1.15以上の穿孔圧延に
用いられるピアサにおいて、主ロールのゴージ部の直径
D1が510〜2000mm、ディスクロールの溝底部の直径D2が1
530〜4000mmであり、主ロールのゴージ部の直径D1とデ
ィスクロールの溝底部の直径D2との比D2/D1、主ロール
の入口面角θ１および出口面角θ２が、それぞれ上記
（３）、（４）および（５）式を満足することを特徴と
している。

本発明の継目無金属管の穿孔圧延方法および装置によ
れば、炭素鋼、低合金鋼、高合金鋼等の丸棒状のビレッ
トから、穿孔圧延時に噛み込み不良、尻抜け不良等のミ
スロールを生じることなしに、中空素管を製造すること
ができる。また、得られる中空素管には、外表面疵およ
びボトム外径増大現象がほとんど認められない。したが
って、製品の継目無金属管の品質が極めて良好である。
さらに、1.15以上の高拡管比で安定した穿孔圧延が可能
なため、製品の継目無金属管の製造可能範囲が拡がり、
かつ生産能率が向上する。このように本発明の方法およ
び装置によれば、広範囲の製品を、高能率で安く製造で
きる。

図面の簡単な説明 図１は、従来の穿孔圧延方法および装置を説明するた
めのピアサの模式的平面図である。

図２は、従来の穿孔圧延方法および装置を説明するた
めのピアサの模式的側面図である。

図３は、図１に示したＩ−Ｉ線における断面図であ
る。

図４は、従来の穿孔圧延方法で穿孔する場合に生じる
中空素管のボトム外径増大現象の説明図である。

図５は、穿孔圧延過程を説明する模式的平面図であ
る。

図６は、図１に示したII−II線における断面図で、圧
延中の中空素管の肉厚加工状態を説明する図である。

図７は、被穿孔材であるビレットの外径ｄに対する主
ロールのゴージ部の直径D1の比D1/dと穿孔圧延後の中空
素管の肉厚増加率との関係を示す図である。

図８は、被穿孔材であるビレットの外径ｄに対するデ
ィスクロールの溝底部の直径D2の比D2/dと穿孔圧延後の
中空素管の肉厚増加率との関係を示す図である。

図９は、プラグと主ロールとによる肉厚加工における
歪み配分を説明する図である。

図10は、中空素管のボトム部に生じるボトム外径増大
部の外径増加率と拡管比との関係を示す図である。

図11は、本発明の穿孔圧延方法およびその装置を説明
するためのピアサの模式的平面図である。

図12は、本発明の穿孔圧延方法およびその装置を説明
するためのピアサの模式的側面図である。

図13は、図11に示したIII−III線における断面図であ
る。

図14は、本発明の穿孔圧延方法およびその装置を説明
するためのピアサの説明図であって、説明を単純化する
ために主ロールに傾斜角を設けない場合を模式的に示す
平面図である。

図15は、ディスクロールの開度とその形状を示す模式
図である。

図16は、被穿孔材であるビレットの外径ｄに対する主
ロールのゴージ部の直径D1の被D1/d、ビレットの外径ｄ
に対するディスクロールの溝底部の直径D2の比D2/dおよ
び主ロールのゴージ部の直径D1とディスクロールの溝底
部の直径D2との比D2/D1が穿孔圧延結果に及ぼす影響を
示す図である。図中、○は穿孔圧延に問題がなかったこ
とを表し、●、▲および■は中空素管に表面疵が発生し
た場合、ボトム部の外径増加率が著しかった場合等、問
題があった場合を表す。

発明を実施するための最良の形態 本発明者らは、まず、ボトム外径増大現象の抑制対策
について検討した。

図５は、穿孔圧延過程を説明する模式的平面図であ
り、図６は、前出の図１におけるII−II線部の断面図で
ある。また、これらの図５と図６は、穿孔圧延のメカニ
ズムを説明するための図である。

図５に示すように、被穿孔材は螺進回転移動してい
る。そのために、肉厚taに対しては、同図矢印で示す被
穿孔材の半回転毎に、主ロール10Aと10Bとプラグ２によ
って、繰り返し肉厚加工が施されて、肉厚tbの中空素管
となる。この繰り返し肉厚加工が施される過程では、図
６に示すように、被穿孔材が半回転する間に、圧延中の
中空素管Ｈの外面側がＡ点で主ロール10Bに接触し、次
いでその内面側がＢ点でプラグ２の外表面に接触する。
その間、圧延中の中空素管Ｈの肉厚部分は、内面工具で
あるプラグ２の規制を受けない、いわゆる空もみ圧延状
態となり、点Ａ〜Ｂ間で肉厚増加現象が生じる。また、
ディスクロール30u、30dに接する位置においても、中空
素管Ｈの外周が圧縮される外径縮小が起こるので、肉厚
の増加現象が生じる。そして、これらの肉厚が増加した
厚肉部に対して、前述のように、主ロール10A、10Bとプ
ラグ２によって肉厚加工が施される。この肉厚の増加現
象と肉厚加工が、被穿孔材の半回転毎に繰り返し行わ
れ、所定寸法の中空素管Ｈとなり、穿孔圧延が終了す
る。

ここで、本発明者等は、この肉厚増加現象に着目し、
主ロール10A、10Bのゴージ部の直径D1、ディスクロール
30u、30dの溝底部の直径D2およびビレットＢの外径ｄ
が、上記の空もみ圧延状態における肉厚増加現象に及ぼ
す影響を検討した。

図７に、中空素管を試験材として、D2/d値を一定値と
し、表１に示す条件でD1/d値を変えて圧延行い、圧延後
の中空素管の肉厚増加挙動を調べた結果を示す。また、
図８に、D1/d値を一定値とし、表２に示す条件でD2/d値
を変えて圧延を行い、圧延後の中空素管の肉厚増加挙動
を調べた結果を示す。

図７および図８から明らかなように、いずれの場合
も、圧延後の中空素管の肉厚増加率［｛（圧延後の肉厚
−圧延前の肉厚）／圧延前の肉厚｝×100％］は、D1/d
およびD2/dの値が大きくなるに従って大きくなる傾向が
ある。

この肉厚増加現象は、ピアサでビレットＢを中空素管
Ｈに穿孔圧延する過程でも同様に生じており、その肉厚
増加部はプラグ２と主ロール10A、10B間で圧下されて、
目標の肉厚に成形されていく。

図９に示すように、上記の肉厚が圧下される部分にお
いては、圧延は、肉厚方向の圧下歪εｔ分が軸方向（圧
延方向）の歪εＬと円周方向の歪εθに配分されて進行
していく。

しかし、上記の圧延の際、非定常圧延部となるビレッ
トＢのボトム部においては、圧下歪εｔの軸方向の歪ε
Ｌと円周方向の歪εθへの配分比が定常圧延部と相違し
ている。すなわち、主ロール10A、10Bと被穿孔材とが全
面接触しなくなる非定常部のビレットＢのボトム部で
は、軸方向の歪εＬが小さく、εｔはほとんど円周方向
の歪εθとなる。そのため、中空素管の外径が増大し、
穿孔圧延終了後の中空素管のボトム部に、図４に示した
ボトム外径増大現象が発生する。

図10に、ビレットを穿孔圧延し中空素管を得る際に、
表３に示す条件で、拡管比を変えて穿孔圧延試験を行っ
た結果を示す。図10には、得られた中空素管の定常圧延
部の外径をｄa、ボトム外径増大部分の最大外径をｄbと
して、中空素管ボトム部の外径増加率［｛（ｄb−ｄa）
/da｝×100］を求め、その値を縦軸に、拡管比を横軸と
して図示した。

図10から明らかなように、拡管比が1.0〜1.05程度の
通常の穿孔圧延では、ボトム外径増大部分の外径増加率
が３％未満であり、拡管比が1.05超えて1.15未満の間で
は４％以下といずれも小さい。そのため、次の工程のマ
ンドレルミル圧延で問題となる増加率ではなかった。し
かし、拡管比が1.15以上の穿孔圧延においては、ボトム
外径増大部分の外径増加率が６％以上と著しく大きいた
めに、次の工程のマンドレルミル圧延で圧延トラブルが
発生した。

以下、上記の検討結果を基に完成した本発明の穿孔圧
延方法およびその装置について、図面を参照して詳細に
説明する。

図11は、本発明の穿孔圧延方法を実施するためのピア
サの模式的平面図、図12は、同じくピアサの模式的側面
図、図13は、図11に示したIII−III線における断面図、
図14は、本発明の穿孔圧延方法を実施するためのピアサ
の説明図であって、説明を単純化するために主ロールに
傾斜角を設けない場合を模式的に示す平面図である。

図11〜図14において、主ロール1A、1Bは、その中心軸
方向の中間部に直径D1のゴージ部11を備えている。この
ゴージ部11の入側（図11中の左方）には、入口面12が設
けられており、この入口面12は主ロールの端面側に向か
うに従って直径が小さくなる円錐台形となっている。

ゴージ部11の出側（図11中の右方）には、出口面13が
設けられており、この出口面13は主ロールの端面側に向
かうに従って直径が大きくなる円錐台形となっている。
なお、パスラインＸ−Ｘと入口面12との角度である入口
面角はθ１、パスラインＸ−Ｘと出口面13との角度であ
る出口面角はθ２である。このように、主ロールの形状
は、全体としてはコーン型であり、パスラインＸ−Ｘを
挟んで、左右または上下の対向する位置に１対配置され
ている。

主ロールの中心軸は、パスラインに対して３次元的な
傾きを持っており、図12で示される主ロール中心軸とパ
スラインＸ−Ｘとの角度が傾斜角β、図14で示される主
ロール中心軸とパスラインＸ−Ｘとの角度が交叉角γで
ある。また、この１対のロールは、ゴージ部11における
ロール開度Rgが、所定値になるように対向して配置され
ている。

なお、上記入口面角θ１および出口面角θ２は、交叉
角がγで、傾斜角βがゼロの場合のパスラインＸ−Ｘと
入口面12およびパスラインＸ−Ｘと出口面13とで形成さ
れる角度である。

プラグ２は、全体的には弾頭形であり、その後端部が
スラストブロック（図面では省略）に連結されたマンド
レルバーＭの先端部に支持されている。また、プラグ２
は、主ロール1Aと1Bの中間部で、かつその中心軸がほぼ
パスラインＸ−Ｘに一致するように保持されており、パ
スラインＸ−Ｘを軸中心として回転可能となっている。

図15に示すように、ディスクロール3u、3dは、プラグ
２と対向する外周面が凹面状の溝孔型を有している。デ
ィスクロールの形状は、図13に示したように、溝底部14
の直径がD2で、主ロールのゴージ部の直径に比較して径
の大きい円盤形である。また、２つのディスクロール
は、主ロール1A、1Bとほぼ直交する方向でパスラインＸ
−Ｘの上下または左右に対向する位置に配置されてい
る。そして、これらのロールは、駆動モータ（図面では
省略）によって、被穿孔材であるビレットＢの進行方向
に追随して、駆動回転させられるように構成されてい
る。

図14に示したように、上記ディスクロール3u、3dは、
パスラインＸ−Ｘに対して所定のスキュー角δでスキュ
ーできるように傾動可能となっている。この機構によっ
て、主ロール1A、1Bのゴージ部11よりも下流側で、中空
素間Ｈの回転上流側に位置する主ロール1A、1Bの出口面
13とディスクロール3u、3dとの間隔ｇ（図13参照）を狭
め、ミスロールが生じないようにして穿孔圧延を安定さ
せられるようになっている。

なお、ディスクロール3u、3dは、その回転中心軸がパ
スラインＸ−Ｘに対して直交、すなわち、上記スキュー
角δがゼロとなるように対向させて配置してもよい。

上記のように構成されたピアサを用いてビレットＢを
穿孔圧延する場合には、まず、丸棒状のビレットＢを加
熱炉で穿孔可能な温度に加熱する。次にビレットＢを白
抜き矢符方向に送給して、主ロール1A、1Bの入口面12、
12間に噛み込ませる。その後、ビレットＢは、主ロール
1Aと1Bの回転により、螺旋回転しながら前進するととも
に、主ロール1A、1Bとプラグ２によって肉厚加工が施さ
れて中空素管Ｈとなる。この時、ビレットＢの螺旋回転
移動に追随して回転駆動されるディスクロール3u、3d
は、図13に示すように、その外周面に形成された溝孔型
で被穿孔材であるビレットＢの揺動を抑制し、中空素管
Ｈの外径増大を防止する働きをしている。

本発明においては、拡管比1.15以上の条件で上記の穿
孔圧延を行う場合、コーン型の主ロール1A、1Bの交叉角
γを25゜以下に設定するのが望ましい。また、ビレット
の直径ｄに対する主ロールのゴージ部の直径D1の比D1/
d、ビレットの直径ｄに対するディスクロールの溝底部
の直径D2の比D2/d、主ロールのゴージ部の直径D1とディ
スクロールの溝底部の直径D2との比D2/D1、主ロールの
入口面角θ１および出口面角θ２を、それぞれ前記
（１）〜（５）式の範囲内に設定して穿孔圧延を行う。

上記の本発明の条件で穿孔圧延することによって、主
ロールに対するビレットの噛み込み不良、穿孔後の中空
素管の尻抜け不良等のミスロールを防止することができ
る。さらに、次のマンドレルミル等の圧延工程でトラブ
ルの原因となる中空素管のボトム外径増大現象の発生を
抑えることができるとともに、外表面疵の発生を防止す
ることができる。

以下に、本発明の穿孔圧延条件とその選定理由および
商業的な生産に適した装置について説明する。

（ａ）D1/d（前記（１）式） 穿孔中の被穿孔材の肉厚増加を抑制して、被穿孔材ボ
トム部の外径増加量を小さくするためには、D1/dを小さ
くする必要がある。このD1/d値を小さくするためには、
D1を小さくしなければならない。しかし、主ロールの形
状がコーン型のため、D1を小さくすると、入口面角θ１
を確保する必要上、入側のロール軸の径を小さくしなけ
ればならない。その場合、軸受け支持装置が複雑になる
こと、軸受けの強度が低くなり軸受けの寿命が大幅に低
下することといった問題が生じる。また、ビレットの外
径ｄを大きくすることによって、D1/d値を小さくする手
段もあるが、この場合には、主ロールに作用する負荷が
大きくなるので、上記の場合と同様に、軸受けの強度の
低下に伴う軸受け寿命の低下という問題が起こる。

これらの問題は、D1/d値を３以上とすることにより、
ほぼ完全に解決可能であり、実用的に何等問題も生じな
いので、D1/dの下限値は３とした。

また、D1/dの上限値は、穿孔圧延時に中空素管の外表
面に疵を生じさせることがない条件を基に決定しなけれ
ばならない。また、ボトム部に生じるボトム外径増大部
の外径増加率が、次の工程で問題とならない６％未満に
なる条件であることも必要である。これらの観点から、
D1/d値は７以下とした。７以下の場合、中空素管の外表
面に疵が生じることがなく、かつ、ボトム部に生じるボ
トム外径増大部分の外径増加率を６％未満にすることが
できる。さらに、設備費の上昇を最低限に抑制すること
ができる。

（ｂ）D2/d（前記（２）式） D2/dの値が９未満の場合には、中空素管の尻抜け不良
および中空素管のボトム部の外径増加率６％以上の外径
増大現象が生じる。また、D2/dの値が16を超えると、中
空素管に外表面疵が多発することに加えて、外径増加率
６％以上のボトム外径増大現象が生じる。さらに、ディ
スクロールの直径およびミルハウジングが大きくなり過
ぎるので、設備費が著しく高くなる。したがって、D2/d
は９以上、16以下と定めた。

（ｃ）D2/D1（前記（３）式） D2/D1の値が２以下の場合には、中空素管の尻抜け不
良および中空素管のボトム部の外径増加率６％以上の外
径増大現象が生じる。また、D2/D1の値が３を超える
と、主ロールへのビレットの噛み込み不良が起こりやす
く、圧延後の中空素管の外表面疵が多発することに加え
て、外径増加率６％以上のボトム外径増大現象が生じ
る。このため、D2/D1は２超え、３以下と定めた。

（ｄ）θ１（前記（４）式） θ１が2.5゜未満の場合あるいは4.5゜を超えると、上
記D1/d、D2/dおよびD2/D1が前述した本発明の範囲内で
あっても、噛み込み不良が生じる。このため、θ１の範
囲は2.5゜以上、4.5゜以下と定めた。

（ｅ）θ２（前記（５）式） θ２が３゜未満の場合あるいは6.5゜を超えると、上
記D1/d、D2/dおよびD2/D1が上記の本発明の範囲内であ
っても、尻抜け不良が生じる。このため、θ２の範囲は
３゜以上、6.5゜以上とした。

（ｆ）交叉角γ（下記（６）式） 10゜＜γ≦25゜ ……（６） 主ロールの交叉角γは、10゜を超え、25゜以下とする
のが好ましい。その理由は次のとおりである。

コーン型の主ロールのゴージ部の直径D1を大きくする
場合、所定の入口面角θ１および出口面角θ２を確保す
るために、ゴージ部の直径D1に比べて入側端面のロール
の直径が小さくなるのに対して、出側端面のロール直径
をかなり大きくする必要が生じる。入側端面のロール直
径と出側端面のロール直径の差は、交叉角γを大きくす
るほど顕著に大きくなる。

また、拡管穿孔圧延法においては、拡管比を大きくす
ると、それに伴って出側面13の中心軸方向の長さが長い
主ロールを用いることが必要となるので、出側端部のロ
ール直径がそれに応じて大きくなる。したがって、上記
主ロールを製作する際に、その素材としては外径が出側
端面のロール直径よりも大きいものが必要となるため、
素材費および機械切削費等が嵩んで製作コストが高くな
る。さらに、主ロールの直径が大きくなると、それに応
じてディスクロールの直径も大きくする必要があるの
で、ミルハウジングが大きくなり、設備費が著しく高く
なる。

上記の理由により、交叉角γは25゜以下が好ましい。

また、出口面角θ２が本発明の上限値6.5゜の場合、
交叉角γが小さいと、主ロール出側のロール径が小さく
なるので、主ロールの回転方向への被穿孔材の噛み込み
角度が大きくなる。その場合には、ミスロールを起こす
ことがあるので、交叉角γは10゜を超える条件とするこ
とが好ましい。

（ｇ）商業的な製造装置 本発明の方法は、様々なのビレットに対して適用でき
る。しかし、商業的な生産の観点からは、ビレットの外
径が小さい場合、単位時間当たりの生産量が高くならな
いので、生産性の面で不利である。また、ビレットの外
径が大きすぎる場合には、圧延負荷が大きくなる。その
ために、設備規模が大きくなり、設備費の上昇を招く。
これらの観点から、商業的な生産用のビレットの外径
は、170〜400mmとすることが好ましい。

ビレットの外径を170〜400mmとした場合、前記（２）
式より、ディスクロールの溝底部の直径D2は、1530〜64
00mmとなる。しかし、ディスクロールの製作において
は、その大きさに制限があり、ディスクロールの直径が
4000mmを超えると、製作が困難となるばかりでなく、製
作コストが著しく高くなる。したがって、ディスクロー
ルの直径D2は、1530〜4000とすることが望ましい。

また、主ロールゴージ部の直径D1は、ビレットの外径
を170〜400mmとした場合、前記（１）式より510〜2800m
mとなる。しかし、前記（３）式および上記ディスクロ
ールの直径の好ましい範囲1530〜4000mmを考慮すると、
510〜2000mmに制限される。したがって、主ロールゴー
ジ部の直径D1は、510〜2000mmとすることが好ましい。

本発明の方法を実施するための商業的な生産に適した
装置は、ロールサイズが上記の範囲であることに加え
て、前記（３）、（４）および（５）式を満足すること
が必要である。上記の構成の装置によれば、設備費が安
いばかりでなく、本発明の目的とする表面品質の良好な
中空素管を、圧延時にミスロールを発生させることな
く、高い生産性で製造することができる。

実施例 （試験例１） 図11〜図13に示した本発明の実施に適した製造の実験
用ピアサによって、表４に示す条件で穿孔圧延を行い、
入口面角θ１および出口面角θ２の適正な範囲について
確認した。

表５に、穿孔圧延時の噛み込み不良発生状況、尻抜け
不良発生状況を調べた結果を示す。なお、表５におい
て、×印は噛み込み不良または尻抜け不良が生じた場
合、○印はこれらの問題が生じなかった場合、−印は噛
み込み不良が発生したため尻抜け不良の発生についての
判定ができなかった場合を示す。

表５から明かなように、入口面角が2.5゜〜4.5゜で、
かつ出口面角が３゜〜6.5゜で前記（４）式および
（５）式を満足し、その他の（１）〜（３）式の条件も
満足する本発明例の試験No.1〜５は、噛み込み不良また
は尻抜け不良が生じておらず、1.15〜1.45の高い拡管比
であっても安定した穿孔圧延が可能であった。

一方、入口面角あるいは出口面角が上記の（４）式ま
たは（５）式を満たさない比較列の場合には、噛み込み
不良または尻抜け不良が生じた。

（試験例２） 試験例１の場合と同じ実験用ピアサによって、表６に
示す条件で穿孔圧延を行い、D1/d、D2/dおよびD2/D1の
適正な範囲を確認した。

表７に、穿孔圧延時の噛み込み不良および尻抜け不良
等のミスロール発生状況、ガイドマーク疵またはかぶれ
疵の外表面疵発生状況およびボトム外径増大部発生状況
を調査した結果を示す。なお、表７において、×印は噛
み込み不良または尻抜け不良によるミスロール、外表面
疵および外径増加率６％を超えるボトム外径増大が生じ
た場合を示しており、○印はこれらの問題が生じなかっ
た場合を表す。

表７から明らかなように、前記（１）式〜（５）式の
条件をすべて満足する試験No.1〜５の本発明例は、ミス
ロールおよび外表面疵の発生が認められなかった。ま
た、６％を超えるボトム外径増大現象もなく、1.15〜1.
45という高拡管比の条件でも安定した穿孔圧延が可能で
あった。

一方、前記（１）〜（５）式のいずれか１つ以上の条
件を満たさない試験No.6および７の比較例は、噛み込み
不良または尻抜け不良によるミスロールあるいは外表面
疵が発生した。また、外径増加率６％を超えるボトム外
径増大も発生した。

（試験例３） 試験例１の場合と同じ実験用ピアサによって、表８に
示す条件で穿孔圧延試験を行った。

図16は、D1/dとD2/dの値を変えて多くの試験を行った
結果をまとめて示した図である。図中の×印は噛み込み
不良または尻抜け不良が生じた場合、●印はステンレス
鋼、高合金鋼など難加工性材料で得られた中空素管に内
面疵が発生した場合、▲印はディスクロール摺動面の焼
付きによって生じる管外面のガイドマークやディスクロ
ール摺動面の摩擦力の増加によって生じる外表面疵が発
生した場合、■印はボトム部に外径増加率が６％超のボ
トム外径増大部分が生じた場合、○印は上記いずれの問
題点も生じなかった場合を示している。

D1/d、D2/dおよびD2/D1の値が、それぞれ前記
（１）、（２）および（３）の本発明の範囲内の条件の
場合には、噛み込む不良、尻抜け不良、難加工性材料の
内面疵発生、外表面疵の発生および外径増加率６％超の
ボトム外径増大部の発生がないことが確認された。それ
に対して、本発明の範囲外の場合には、中空素管に内面
疵、外表面疵あるいはボトム部の顕著な外径増大が発生
することが裏付けられた。

産業上の利用の可能性 本発明の継目無金属管の穿孔圧延方法および装置によ
れば、炭素鋼、低合金鋼、高合金鋼等の丸棒状のビレッ
トから、穿孔圧延時に噛み込み不良、尻抜け不良等のミ
スロールを生じることなしに、中空素管を製造すること
ができる。また、得られる中空素管には、外表面疵およ
びボトム外径増大がほとんど認められない。したがっ
て、製品の継目無金属管の品質が極めて良好である。さ
らに、1.15以上の高拡管比で安定した穿孔圧延が可能な
ため、製品の継目無金属管の製造可能範囲が拡がり、か
つ生産能率が向上する。このように本発明の方法および
装置によれば、広範囲の製品を、高能率で安く製造でき
るので、継目無金属管の製造に対して優れた効果を奏す
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 19/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パスラインを中心軸として対向する位置に
   配置された一対のコーン型の主ロールと一対のディスク
   ロールとの間に、パスラインに中心軸を一致させてプラ
   グを配した穿孔圧延装置を用いて、前記主ロールの駆動
   回転によって被穿孔材を螺旋移動させながら穿孔圧延す
   ることにより中空素管を製造する継目無金属管の製造方
   法において、前記主ロールのゴージ部の直径D1と穿孔用
   のビレットの外径ｄとの比D1/d、ディスクロールの溝底
   部の直径D2と前記ビレットの外径ｄとの比D2/d、主ロー
   ルのゴージ部の直径D1とディスクロールの溝底部の直径
   D2との比D2/D1、主ロールの入口面角θ１および出口面
   角θ２が、それぞれ下記（１）、（２）、（３）、
   （４）および（５）式を満足し、かつ拡管比1.15以上の
   条件で穿孔圧延することを特徴とする継目無金属管の穿
   孔圧延方法。 ３≦D1/d≦７ ……（１） ９≦D2/d≦16 ……（２） ２＜D2/D1≦３ ……（３） 2.5゜≦θ１≦4.5゜ ……（４） ３゜≦θ２≦6.5゜ ……（５）
2. 【請求項２】前記１対の主ロールの側面図で表される主
   ロール中心軸のパスラインに対する角度である交叉角γ
   が、下記（６）式を満足することを特徴とする請求の範
   囲１に記載の継目無金属管の穿孔圧延方法。 10゜＜γ≦25゜ ……（６）
3. 【請求項３】被穿孔圧延材のパスラインを中心軸として
   対向する位置に配置された一対のコーン型の主ロール
   と、パスラインを挟んで対向する位置に配置された一対
   のディスクロールとを備えた継目無金属管製造用の穿孔
   圧延装置において、前記主ロールのゴージ部の直径D1が
   510〜2000mm、ディスクロールの溝底部の直径D2が1530
   〜4000mmであり、主ロールのゴージ部の直径D1とディス
   クロールの溝底部の直径D2との比D2/D1、主ロールの入
   口面角θ１および出口面角θ２が、それぞれ下記
   （３）、（４）および（５）式を満足することを特徴と
   する拡管比1.15以上の穿孔圧延に用いられる継目無金属
   管製造用の穿孔圧延装置。 ２＜D2/D1≦３ ……（３） 2.5゜≦θ１≦4.5゜ ……（４） ３゜≦θ２≦6.5゜ ……（５）