JP3082672B2 - 継目無鋼管の圧延方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、継目無鋼管の圧延
方法に関し、より詳しくは、一対の孔型ロールを備えた
複数の２ロールスタンド列からなるマンドレルミルなど
の延伸圧延機における継目無鋼管の圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】継目無鋼管を製造する方法の一つとし
て、延伸圧延機を用いる方法がある。この方法では、素
材である丸ビレットを加熱炉で所定温度に加熱し、この
ビレットを穿孔圧延機に供して中空素管となし、引き続
きその中空素管を延伸圧延機で減肉加工した後、仕上げ
圧延機により所定寸法の外径に仕上げる。この時、上記
の延伸圧延機としては、生産性の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。

【０００３】図４は、マンドレルミルを用いた管圧延を
示す図である。図４に示すように、マンドレルミルは、
通常、一対の孔型ロール１１、１１を備えた２ロールス
タンド１０を６〜８基連設して構成されている。各ロー
ルスタンド１０での圧下方向は、相互に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とによりその肉
厚（外径）が順次減じられ、いわゆる減肉加工される。

【０００４】ここで、圧延後の管肉厚を変更する場合、
すなわち同一外径で肉厚の異なる管を製造する場合に
は、通常、外径の異なる心金棒３０を用い、孔型ロール
１１、１１と心金棒３０の間隔（溝底肉厚）を変えるこ
とが行われる。

【０００５】図５および図６は、上記の方法を説明する
ための図で、図５および図６に示すように、一対の孔型
ロール１１、１１としては、直径と長さが同一のものが
使用され、その孔型溝底部の孔型半径Ｒ₀ は同一であ
る。また、孔型半径Ｒ₀ の中心は、心金棒３０の中心に
一致させてあり、これがマンドレルミルを用いた管圧延
の仕上げスタンドでの圧延の基本となる。

【０００６】そして、厚肉管を圧延する場合には、ロー
ルギャップをＳ₀ に固定したまま、心金棒３０の外径を
Ｄ₁ からＤ₂ に小さくする一方、その中心を孔型半径Ｒ
₀ の中心に一致させることで、孔型ロール１１と心金棒
３０の間隔（溝底肉厚）をｔ_G1からｔ_G2に増大させる。

【０００７】なお、圧延後の管肉厚を変更する他の方法
としては、所定の外径の心金棒を用い、孔型半径Ｒ₀ の
異なる孔型ロールに取り替える方法がある。しかし、こ
の方法は、孔型ロールの取り替えに伴って操業停止を余
儀なくされる。また、その孔型ロールの組み替えに多大
の工数を要するのみならず、孔型ロールの保有数も膨大
になるなどの欠点があり、通常、採用されることはほと
んどない。

【０００８】さらに、他の方法としては、通常、上記マ
ンドレルミルが孔型ロールの圧下位置調整機構を備える
ものであるので、この圧下位置調整機構を用いて上記の
ロールギャップＳ₀ 、換言すれば孔型ロールの圧下位置
を変更する方法もある。しかし、この方法は、一定外径
の心金棒の中心と孔型ロールの孔型半径Ｒ₀ の中心が一
致しなくなるので、孔型ロールの孔型と心金棒との間隔
が孔型円周方向で不均一になる。

【０００９】図７は、前述の図６に示す状態のロールギ
ャップをＳ₀ からＳに小さくした状態を示す図である。
図７で明らかなように、孔型半径Ｒ₀ の中心が心金棒３
０の中心から外れ、孔型ロール１１と心金棒３０の間隔
は溝底部の間隔がｔ_G2から前述の図５に示したのと同じ
ｔ_G1に減少するものの、溝底部以外の部分の間隔が大き
くなり、円周方向で不均一になる。この結果、円周方向
の４ヶ所（溝底からほぼ４５゜偏位した４位置）の肉厚
ｔ₁ ’が最も厚くなる円周方向偏肉が発生する。逆に、
上記のロールギャップをＳ₀ よりも大きくすると、円周
方向の上記４ヶ所の肉厚が薄肉になる円周方向偏肉が発
生する。

【００１０】図８は、その一例を示す図であり、同図
（ａ）は上記のロールギャップＳ₀ をＳに小さくして圧
延して得られた管の円周方向偏肉の発生程度を、同図
（ｂ）に示す各位置で測定した結果を示している。この
図８（ａ）から明らかなように、上記のロールギャップ
Ｓ₀ をＳに小さくすればするほど、換言すればギャップ
締め込み量を大きくすればするほど円周方向偏肉が顕著
になることがわかる。

【００１１】なお、同図（ａ）における縦軸の肉厚偏差
値は、ロールギャップを種々変化させて圧延を行った場
合の実測値で、ロールギャップ締め込み量が０（ゼロ）
の場合の平均肉厚からの偏差で示した値である。また、
横軸のロールギャップ締め込み量は、実圧延中のロール
ギャップを実測した値である。さらに、同図（ｂ）中の
Ｘ−ＸおよびＸ’−Ｘ’は、隣合う２ロールスタンドの
圧下方向を示している。

【００１２】上記の円周方向偏肉が許容される規格（含
む顧客仕様）上の公差は、製品管の用途などによって異
なりさまざまであるが、円周方向偏肉がマンドレルミル
による延伸圧延以外の各種の圧延工程においても発生す
ること、および寸法精度が製品品質の一部であることな
どを考慮した場合、マンドレルミルによる延伸圧延にお
いて発生させ得る偏肉量の許容値は高々２％程度であ
る。従って、上記孔型ロールの位置調整機構を用いての
ロールギャップ変更、換言すれば孔型ロールの圧下位置
変更による場合の肉厚変更の許容範囲は極めて狭く、仮
にこの方法を用いて心金棒の共用化を図ったとしてもさ
ほどの効果は得られない。

【００１３】このようなことから、現状では孔型ロール
やそのロールギャップ変更を行わずに外径の異なる心金
棒を用いて孔型ロールと心金棒との間隔を変えて圧延後
の管肉厚を変更するようにしている。

【００１４】ところが、この外径の異なる心金棒を用い
る方法による場合には、得るべき肉厚に対応する数の膨
大な本数の心金棒を保有する必要がある。すなわち、マ
ンドレルミルによる延伸圧延では、通常、０．５ｍｍの
肉厚ピッチで圧延スケジュ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。また、この心
金棒は、圧延後の管から引き抜いて冷却した後、その外
面に潤滑剤を塗布して次回の圧延に供するというように
循環使用されるので、１種類の肉厚の管を圧延するため
には通常１０数本程度の心金棒が必要とされる。以上の
理由から、膨大な本数の心金棒が必要になるのである。

【００１５】このような問題を解決する方法としては、
従来から種々の方法が提案されており、例えば特開昭６
２−２８０１１号公報には、次に示すような方法が提案
されている。

【００１６】図９は、その方法を示す図であり、図９に
示すように、素管の減肉を行う一対の孔型ロール１１、
１１を備える２ロールスタンド列を構成する最終スタン
ド（同図（ａ）参照）の出側に、圧下方向が直交する二
対の孔型ロール２１、２１、２１、２１を備える４ロー
ルスタンドを、両者の孔型溝底の圧下方向が４５°位相
するように配置（同図（ｂ）参照）したマンドレルミル
を用い、２ロールスタンド列で生じた偏肉を４ロールス
タンドによって解消する方法である。

【００１７】すなわち、この方法による場合には、同一
外径Ｄ₂ の心金棒３０を用い、２ロールスタンド列での
ロールギャップをＳ₀ からＳに締め込んだときに発生す
る円周方向４ヶ所の増肉部分が、ロールギャップを締め
込んでも心金棒３０と孔型ロール２１の孔型との間隔変
化が孔型円周方向で小さい４ロールスタンドでの圧延に
よって解消され、円周方向偏肉のない管が得られる。

【００１８】また、特開平６−８７００８号公報にも、
上記同様の４ロールスタンドを用いた類似の方法が提案
されている。しかし、そこに示される方法の基本的な技
術思想は、上記特開昭６２−２８０１１号公報に示され
る方法と同じである。

【００１９】しかし、上記いずれの公報にも、各スタン
ドのロール圧下量を変更する旨の記載はあるが、その具
体的な変更手段、特に４ロールスタンドの各孔型ロール
の圧下位置の変更手段については何等の記載もない。従
って、そのロール圧下量の変更方法は、４ロールスタン
ドに対しても、２ロールスタンドでの公知技術が適用さ
れているにすぎないものと推定される。すなわち、圧延
後の管の円周方向の実測平均肉厚、あるいは圧延後の管
長さの実測値から求められる平均肉厚と目標肉厚との偏
差値に制御用の補正係数を乗じて補正値を求め、この補
正値に基づいて次回圧延材圧延時の４つの孔型ロールの
圧下位置を一律に修正するにすぎないものと推定され
る。

【００２０】また、管の軸長方向の肉厚を均一化する方
法としては、例えば特開昭６１−７４７１９号公報に示
されるように、圧延中に検出した圧延荷重とミル定数か
らミルの伸び量を求め、このミル伸び量に基づいて孔型
ロールの圧下位置を設定し制御するようにした方法があ
る。しかし、そこに示される方法は、一対の孔型ロール
を備える２ロールスタンド列からなるマンドレルミルを
対象とするものでしかなく、２ロールスタンドによる管
圧延とはその圧延特性が全く異なる４ロールスタンドに
よる管圧延の際の管軸長方向の肉厚を均一化する手段に
ついては一切示されていない。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、２ロ
ールスタンド列の出側に４ロールスタンドを配置したマ
ンドレルミルを用いる心金棒共用化圧延法においては、
２ロールスタンド列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管を得る。
その後、２ロールスタンド列でロールギャップを締め込
んだことによって発生した溝底から４５゜の４位置の増
肉部分を、その心金棒と孔型ロールの孔型との間隔変化
が円周方向で小さい１基の４ロールスタンドによる圧延
によって解消する。

【００２２】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
なった肉厚の管に圧延するために２ロールスタンドで孔
型ロールの圧下位置を変化させてロールギャップを締め
込んだ場合、４ロールスタンドでもその孔型ロールの圧
下位置を変化させてそのロールギャップを調整すること
によって、２ロールスタンド列で発生した円周方向の肉
厚変動を減少解消させる。

【００２３】従って、この心金棒共用化圧延法では、４
ロールスタンドでの高精度なロールギャップ調整、換言
すれば高精度な各孔型ロールの圧下位置調整の可否が、
２ロールスタンドでの肉厚変更範囲を拡大させ得て心金
棒共用化効果を引き出し得るか否かを決定する重要な因
子になる。

【００２４】さらに、実際の圧延では圧延荷重が変動す
るのに加え、素管に挿通した心金棒の外径が磨耗や熱膨
張などによって変動するため、２ロールスタンド列によ
る圧延後の管の軸長方向肉厚が変動し、この肉厚変動に
伴って４ロールスタンドでの圧下量が変動する。この４
ロールスタンドにおける圧下量の変動は、４ロールスタ
ンドでは比較的小さな圧下量で円周方向偏肉の矯正圧延
を行うので、その変動量が大きいと２ロールスタンド列
で発生した円周方向偏肉を十分に矯正できない場合や、
過大な圧下を加える場合があるという問題があった。

【００２５】しかし、上記の特開昭６２−２８０１１号
公報および特開平６−８７００８号公報には、前述した
ように、上記４ロールスタンドでの管軸長方向の圧下量
不均一に起因する問題点を解決する方策については何ら
も示唆開示されておらず、４ロールスタンドに対しても
２ロールスタンドでの公知技術が適用されているにすぎ
ないので、４ロールスタンドを有効かつ十分に機能させ
得ていないという欠点があった。

【００２６】また、上記特開昭６１−７４７１９号公報
には、前述したように、２ロールスタンドによる管圧延
時の軸長方向肉厚の変動を解決する手段が示されるのみ
で、２ロールスタンドによる管圧延とはその圧延特性が
全く異なる４ロールスタンドによる管圧延時における軸
長方向肉厚の変動を解決する方策については何らの手段
も示唆していない。

【００２７】本発明は、上記の実情に鑑みてなされたも
ので、その課題は、２ロールスタンド列の出側に４ロー
ルスタンドを連設したマンドレルミルによる心金棒共用
化圧延時に、２ロールスタンド列で顕著に発生する円周
方向偏肉を、４ロールスタンドにおいて管全長にわたっ
てより効果的に矯正できる継目無鋼管の圧延方法を提供
することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の継
目無鋼管の圧延方法にある。

【００２９】一対の孔型ロールを備えた複数の２ロール
スタンド列の出側に、圧下方向が直交する二対の孔型ロ
ールを備え、かつ直前の２ロールスタンドに対してその
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の素管をこれらのスタンド列に通し
て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継目無鋼管の圧
延方法において、その圧延中に上記４ロールスタンドの
直交する二対の各孔型ロールの圧下位置を変更するに際
し、直交する二対の孔型ロール間の圧延荷重に及ぼす相
互干渉係数を用いて各孔型ロールに作用する圧延荷重の
変化量を予測し、この予測結果に基づいて二対の孔型ロ
ール対毎の圧下位置を決定することを特徴とする継目無
鋼管の圧延方法。

【００３０】本発明者は、２ロールスタンド列と４ロー
ルスタンドによる管圧延の特性を詳細に調べた結果、次
のことを知見し、本発明をなすにいたった。

【００３１】一対の孔型ロールを備える２ロールスタン
ド列のロールギャップを締め込んで圧延した場合に発生
する肉厚変動を、圧下方向が直交する二対の孔型ロール
を備える４ロールスタンドによって効率よく圧延し、か
つ広い肉厚範囲にわたって同一外径の心金棒を共通して
用いるには、４ロールスタンドで加えるべき各孔型ロー
ルの圧下量を適切な値に設定するとともに、管の円周方
向と軸長方向に均一に圧下を加えることが必要であるこ
とを見い出した。

【００３２】すなわち、２ロールスタンドのロールギャ
ップを締め込んで圧延した場合、管の円周方向の４箇所
に発生する増肉部分の肉厚と孔型ロールの溝底部分に対
応する薄肉部分の肉厚との肉厚差は、ロールギャップの
締め込み量を大きくすればするほど大きくなる。

【００３３】一方、上記の肉厚差が小さい場合、４ロー
ルスタンドにおける各孔型ロールで付与する圧下量とし
ては小さな値で十分で、その増肉部分の肉厚を容易に減
じ得て円周方向偏肉をなくすことができる。しかし、上
記の肉厚差が大きい場合には、２ロールスタンドで発生
した４箇所の増肉部分を４ロールスタンドの各孔型ロー
ルでより均等かつ適切な圧下量で圧下しないと、２ロー
ルスタンドで発生した円周方向偏肉が解消しないばかり
か、４ロールスタンドで新たな円周方向偏肉を発生させ
るので、各孔型ロールの圧下量が過大にならないように
精度良く各孔型ロール圧下位置を設定する必要がある。

【００３４】さらに、４ロールスタンドによる管圧延の
特性として、二対の孔型ロールのうちの一方の孔型ロー
ル対のみの圧下位置を変化させた場合には、その孔型ロ
ール対に作用する圧延荷重が圧下量の変更分だけ変化す
るだけでなく、圧下位置を変化させなかった他方の孔型
ロール対に作用する圧延荷重が変化するという現象が発
生する。従って、その圧延中、一方の孔型ロール対のみ
の圧下位置を目標肉厚との偏差を修正すべく変化させる
と、他方の孔型ロール対の目標肉厚との間に偏差が発生
することになる。この結果、二対の孔型ロールによる圧
下量が変動するだけでなく、極端な場合には二対の孔型
ロールが圧下位置の開閉を交互に繰り返すという共振現
象が発生し、目標肉厚との偏差を修正するのに必要な補
正量を小さな値に制限する必要が生じて孔型ロールの圧
下位置を高精度に設定できなくなる。

【００３５】しかし、その圧延中に圧下方向が直交する
二対の各孔型ロールの圧下位置を変更するに際し、直交
する二対の孔型ロール間の圧延荷重に及ぼす相互干渉係
数を用いて各孔型ロール対に作用する圧延荷重の変化量
を予測し、この予測結果に基づいて二対の孔型ロール毎
の圧下位置を設定する場合には、その圧下位置を高精度
に設定でき、円周方向偏肉と円周方向偏肉の軸長方向変
動を４ロールスタンドにおいてより効果的に矯正できる
ことを知見した。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の方法を、添付図面
を参照して詳細に説明する。

【００３７】一対の孔型ロールを備える２ロールスタン
ドの管圧延機では、通常、圧延荷重によるミルスプリン
グ量の分だけ一対の孔型ロールをパスラインに対して均
等に締め込んだ状態にして、目標肉厚の仕上げ管を圧延
するようにしている。さらに、目標肉厚と肉厚実測値、
または目標肉厚とロール圧下位置、圧延荷重実績値、ミ
ル剛性値とから計算された肉厚とが異なる場合は、一対
の孔型ロールの圧下位置を調整して目標肉厚と実績肉厚
が等しくなるように制御されている。

【００３８】これに対して、二対の孔型ロールを備える
４ロールスタンドの管圧延機では、その孔型が圧下方向
の直交する二対４個の孔型ロールで構成されている。こ
のため、前述したように、圧延中に一方の孔型ロール対
のみの圧下位置を調整した場合には、圧下位置調整を行
わなかった他方の孔型ロール対に作用する圧延荷重が変
化するので、他方の孔型ロール対の圧下位置が変化す
る。従って、圧下方向の直交する二対の孔型ロールの圧
下位置をそれぞれ所定の目標位置に設定するためには二
対の孔型ロールが相互に影響する度合いを予測し、二対
の孔型ロールの圧下位置を別々に決定して制御すること
が必要である。

【００３９】本発明は、２ロールスタンド列の出側に４
ロールスタンドが配置されたマンドレルミルによる管の
延伸圧延時に、４ロールスタンドに対して上記の圧下位
置制御を施す方法であり、これによって４ロールスタン
ドでの管軸長方向の肉厚変動に起因する圧下量変動を可
及的に減少させることができ、管全長にわたっての円周
方向偏肉と円周方向偏肉の軸長方向変動の修正精度を格
段に高めることが可能になる。

【００４０】図１は、本発明の方法を実施するための４
ロールスタンドとその制御装置の構成例を示す図であ
り、同図（ａ）は４ロールスタンドの構成例を示す正面
図、同図（ｂ）はその制御装置の構成例を示す図であ
る。また、図２は、制御装置を構成する計算機内におけ
る信号処理フローを示す図である。

【００４１】図１（ａ）に示すように、本発明で用いる
４ロールスタンドは、図示しない２ロールスタンド列か
ら排出され、心金棒１が挿通された状態の圧延材２を二
対の孔型ロール３、３、３、３により圧延するようにな
っている。各孔型ロール３は、いずれも荷重検出器６を
備える圧下機構５ａ、５ａと５ｂ、５ｂに軸支されてい
る。

【００４２】また、図１（ｂ）に示すように、その制御
装置は上記の各圧下機構５ａ、５ｂを統括制御する圧下
制御系７と、この圧下制御系７に指令を発する計算機８
とで構成されている。

【００４３】以下、上記のように構成された４ロールス
タンドと制御装置を用いる本発明の方法について、図２
を参照して詳細に説明する。

【００４４】図２に示すように、本発明においては、圧
延に先立ち、制御装置を構成する計算機７に、圧延材２
の材質（変形抵抗ｋ_f ）と温度Ｔ、および得るべき管の
目標外径Ｄと目標肉厚ｔ、並びに使用する心金棒の外径
Ｄ_M を入力する。これらの値が入力された計算機７は、
２ロールスタンド列の各スタンドの基準ロールギャップ
Ｓ₀ （前述の図５参照）を、予め定められたテーブルか
ら選定するか、もしくは実験などにより予め定められた
適宜な計算式により求めるとともに、心金棒共用化圧延
に必要なロールギャップ締め込み量Ｇ_i を決定する。

【００４５】ここで、心金棒共用化圧延に必要な２ロー
ルスタンド列の各スタンドのロールギャップの締め込み
量Ｇ_i は、締め込み後のロールギャップと、孔型溝底中
央部における孔型と心金棒との隙間（管肉厚）をそれぞ
れＳおよびｔ_G1（前述の図７参照）とすると、例えば下
記(1) 式によって求めることができる。

【００４６】 Ｇ_i ＝Ｓ₀ −Ｓ＝２（Ｒ₀ −ｔ_G1）−Ｄ_M ・・・・ (1) この２ロールスタンド列の各スタンドのロールギャップ
締め込み量Ｇ_i の決定後、２ロールスタンド列での圧延
により発生する円周方向の４箇所を増肉部分とする肉厚
変動の発生量、すなわち増肉部分の最大肉厚ｔ₁ ’と孔
型溝底部分の肉厚ｔ_G1（前述の図６参照）との肉厚差△
ｔを予測計算する。

【００４７】ここで、上記の増肉部分の最大肉厚ｔ₁ ’
は、予め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、この時に得られた管の円周方向の肉厚
分布とロールギャプとの関係から適宜な実験式を作成
し、この実験式を用いて予測計算する。

【００４８】なお、増肉部分の最大肉厚ｔ₁ ’は、上記
実験式による予測計算に代えて、２ロールスタンド列の
仕上げスタンドの孔型形状から幾何学的に予測計算する
ことも可能である。しかし、この幾何学的予測計算は、
ロールギャップ締め込み量の小さい領域では精度が劣る
ので、推奨できない。

【００４９】次いで、圧延後の管に要求される許容偏肉
率を基準に、４つの孔型ロール３、３、３、３の各孔型
溝底位置における目標肉厚ｔ_G1’を計算し、４ロールス
タンドで減少させるべき肉厚変動減少必要量△ｔ’を求
める。

【００５０】さらに、上記肉厚変動減少必要量△ｔ’を
得るために必要な４つの孔型ロール３、３、３、３の圧
延荷重Ｐ_i を予測計算する。また更に、この予測計算し
て求められた圧延荷重Ｐ_i と予め測定したミル剛性値Ｍ
_G とに基づいて二対の孔型ロール対毎のミルスプリング
量Ｍ_S を計算し、このミルスプリング量Ｍ_S に相当する
分だけロールギャップを締め込んだ圧下位置Ｇ_P に二対
の孔型ロール対を設定する。

【００５１】一方、用いる心金棒１については、その圧
延使用中の熱膨張後における外径Ｄ_Miの軸長方向分布を
４ロールスタンド到達時点の予測温度を用いて予測計算
して求めておき、しかる後に圧延を行う。

【００５２】なお、心金棒１の熱膨張前の外径分布は、
その循環使用中、圧延に供する前ににその都度実測する
などして知った既知値を用いればよい。また、循環使用
に際しての摩耗量が無視できる程度である場合には、そ
の切削製作後に実測した既知値をそのまま用いてもかま
わない。

【００５３】ここで、上記の肉厚変動減少必要量△
ｔ’、目標肉厚ｔ_G1’、圧延荷重Ｐ_i 、ミルスプリング
量Ｍ_S 、位置Ｇ_P および熱膨張後の心金棒外径Ｄ_Mi’
は、目標偏肉率をβ、材料の変形抵抗をｋ_f 、材料の圧
延温度をＴ、使用中の心金棒温度をＴ_Di、上記Ｄ_Mi測定
時または心金棒製作時の心金棒温度をＴ₀ 、心金棒の熱
膨張係数をγとすると、例えば下記(2) 〜(7) 式によ
り、それぞれ求めることができる。

【００５４】 △ｔ’＝ｔ₁ ’−ｔ_G1’ ・・・・・・・・・・・ (2) ｔ_G1’＝ｔ_G1×β ・・・・・・・・・・・・・・ (3) Ｐ_i ＝ｆ（△ｔ’，ｋ_f(T)） ・・・・・・・・・ (4) Ｍ_S ＝Ｐ_i ／Ｍ_G ・・・・・・・・・・・・・・ (5) Ｇ_P ＝Ｓ₀ −Ｇ_i −Ｍ_S ・・・・・・・・・・・ (6) Ｄ_Mi’＝Ｄ_Mi×｛１＋γ（Ｔ_Di−Ｔ₀ ）｝ ・・・ (7) そして、上記の設定による圧延中には、直交する二対の
孔型ロール対毎の圧延荷重実績値Ｐ_ijと圧下位置実績値
Ｇ_Pjとを、荷重検出器６と圧下機構５ａ、５ａおよび５
ｂ、５ｂに設けられた図示しない位置検出手段とによっ
て一定の時間間隔をおいて検出し、検出した圧延荷重実
績値Ｐ_ijと上記の予め測定されたミル剛性係数Ｍ_G とを
用い、直交する二対の孔型ロール対毎のミルスプリング
量Ｍ_Sjを計算する。

【００５５】続いて、計算により求められたミルスプリ
ング量Ｍ_Sjと上記熱膨張後の心金棒外径Ｄ_Mi’および孔
型ロール３に形成された孔型寸法諸元とを用い、ゲージ
メータ肉厚と称される計算上の孔型溝底位置の実績肉厚
ｔ_GMを計算する。

【００５６】次いで、計算により求められた孔型溝底位
置の実績肉厚ｔ_GMと孔型溝底位置の目標肉厚ｔとから二
対の各孔型ロールの溝底位置における溝底肉厚修正量△
ｔ_jを求め、この溝底肉厚修正量△ｔ_j に基づいて二対
の孔型ロール対毎の圧下位置をＧ_P ’に補正設定する。
この圧下位置の補正設定は、４ロールスタンドによる圧
延開始から完了まで一定の間隔をおいて繰り返し行う。

【００５７】ここで、上記のミルスプリング量Ｍ_Sj、ゲ
ージメータ肉厚ｔ_GM、溝底肉厚修正量△ｔ_j は、例えば
下記(8) 〜(10)式により、それぞれ求めることができ
る。また、二対の各孔型ロールのゲージメータ肉厚ｔ_GM
に差がない場合の圧下位置Ｇ_P’は、圧延荷重の変化予
測値を△Ｐとすると、例えば下記(11)式により求めるこ
とができる。

【００５８】 Ｍ_Sj＝Ｐ_ij／Ｍ_G ・・・・・・・・・・・・・・・ (8) ｔ_GM＝Ｒ₀ −｛（Ｓ₀ −Ｓ）／２｝ ＋（Ｍ_Sj／２）−（Ｄ_Mi’／２） ・・・・ (9) △ｔ_j ＝ｔ_GM−ｔ_G1’ ・・・・・・・・・・・・・ (10) Ｇ_P ’＝Ｇ_P −２×△ｔ_j −（△Ｐ／Ｍ_G ） ・・・ (11) 一方、二対の各孔型ロールの孔型溝底位置の実績肉厚
（ゲージメータ肉厚）ｔ_GMに差がある場合には、上記の
溝底肉厚修正量△ｔ_j の小さいロール対の圧延荷重は、
溝底肉厚修正量△ｔ_j の大きい他方のロール対の影響を
受けるので、各孔型ロールの圧下位置を精度よく設定で
きなくなる。このため、二対のロール対の圧下位置は、
Ｇ_P から上記Ｇ_P ’とは異なるＧ_P1’とＧ_P2’とに設定
する必要がある。この場合、上記のＧ_P1’とＧ_P2’は、
一方のロールの圧延荷重が他方のロールの圧延荷重実績
値に与える影響をなくするために、予め実験により求め
た圧延荷重の相互干渉係数αを用いて補正計算する必要
がある。

【００５９】すなわち、圧延荷重の相互干渉係数αを用
い、二対の孔型ロールの各孔型ロールの圧下位置Ｇ_P1’
とＧ_P2’を、その圧延荷重実績値Ｐ_ijに相当するミルス
プリング量Ｍ_S に対応した圧下位置として計算する必要
がある。

【００６０】ここで、上記の圧下位置Ｇ_P1’とＧ_P2’
は、一方ロール対の変更前の圧下位置をＧ_P1、ゲージメ
ータ肉厚ｔ_GM1 、圧延荷重の変化予測値を△Ｐ₁ 、他方
ロール対の変更前の圧下位置をＧ_P2、ゲージメータ肉厚
ｔ_GM2 、圧延荷重の変化予測値を△Ｐ₂ とすると、△ｔ
_j1＞△ｔ_j2の場合、例えば下記(12)式および(13)式によ
り、それぞれ求めることができる。

【００６１】 Ｇ_P1’＝Ｇ_P1−２×△ｔ_j1−（△Ｐ₁ ／Ｍ_G ） ・・・・ (12) Ｇ_P2’＝Ｇ_P2−２×△ｔ_j2−（△Ｐ₂ ’／Ｍ_G ） ・・・ (13) ただし、 △ｔ_j1＝ｔ_GM1 −ｔ_G1’ △ｔ_j2＝ｔ_GM2 −ｔ_G1’ △Ｐ₂ ’＝△Ｐ₂ −α×△Ｐ₂ （△ｔ_j1−△ｔ_j2） なお、上記の圧延荷重の相互干渉係数αは、上記の各圧
延実績値を用い、学習計算を行うことにより、さらなる
精度向上を図るのが好ましい。また、圧延荷重の相互干
渉係数αは、圧延後の管外径、肉厚および材質毎に異な
った値とするのが望ましい。

【００６２】上記のようにして４ロールスタンドの二対
の孔型ロールの圧下位置をその圧延中に変更設定する場
合には、孔型ロールのフランジ面がそのロール軸心に対
して平行でないので、圧下位置の零点調整を精度よく行
うことが困難な各孔型ロールの圧下位置を高精度に設定
できる。この結果、４ロールスタンドによる円周方向偏
肉修正効果が一段と向上するのみならず、管軸長方向の
偏肉修正効果も向上し、偏肉率の小さい製品を得ること
ができる。

【００６３】なお、４ロールスタンドの出側に二対の各
孔型ロールの孔型溝底位置の肉厚を実測する肉厚測定器
を設置し、この肉厚測定器による実測肉厚とゲージメー
タ肉厚との偏差に基づいて次回圧延材のゲージメータ肉
厚を補正する学習を行う場合には、その孔型ロールの圧
下位置をより高精度に設定することが可能である。

【００６４】

【実施例】６基の２ロールスタンドを連設したマンドレ
ルミルを用い、外径１７３ｍｍ、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行った。この
際、心金棒共用化圧延時には６基の２ロールスタンド列
の出側に１基の４ロールスタンドを配置し、各スタンド
でのロールギャップを締め込んで圧延を行った。

【００６５】そのときの圧延条件を表１に示す。

【００６６】なお、６基の２ロールスタンドのうちの後
段２スタンドが仕上げスタンドであり、この２スタンド
の孔型ロールの孔型を、その溝底部の孔型半径Ｒ₂ が７
３．５ｍｍで、溝底中央からフランジ方向への角度θが
５０゜の孔型とした。また、４ロールスタンドの孔型ロ
ールの孔型は、その溝底部の孔型半径Ｒ₄ が７３．５ｍ
ｍで、溝底中央からフランジ方向への角度θが３０゜の
孔型とした。

【００６７】

【表１】

【００６８】通常圧延では、前述の図５に示すように、
２ロールスタンド列出側で円周方向に均一な管肉厚が得
られるように、その孔型半径（Ｒ₀ ＝Ｒ₂ ＝７３．５ｍ
ｍ）から決定される外径Ｄ₁ が９７ｍｍの心金棒３０
（１）を用いて圧延を行った。このとき、そのロールギ
ャップＳ₀ は、孔型を設計したときの基準ギャップであ
る１５ｍｍ（ギャップ締め込み量＝０ｍｍ）に設定し
た。その結果、前述の図８（ａ）中に●印で示す円周方
向の肉厚分布を有する管が得られた。

【００６９】これに対し、前述の図７に示すように、外
径Ｄ₂ が８７ｍｍの心金棒３０（１）を用いる一方、２
ロールスタンド列のロールギャップを締め込み、後段２
段のスタンドのロールギャップを基準ギャップＳ₀ の１
５ｍｍから１０ｍｍ締め込んでＳ＝５ｍｍに設定して、
２ロールスタンド列のみで心金棒共用化圧延を行ったと
ころ、孔型溝底部分の管肉厚ｔ_G1は２５ｍｍで上記通常
圧延の場合と同じであった。しかし、溝底中央からほぼ
４５゜離間した最大肉厚部分の管肉厚ｔ₁ ’は２６．３
ｍｍと大きくなっており、円周方向の肉厚分布の変動量
が極めて顕著であった。

【００７０】そこで、上記２ロールスタンド列のみでの
心金棒共用化圧延に際し、その出側に４ロールスタンド
を１基連設し、この４ロールスタンドの各孔型ロールの
圧下位置を従来の方法と本発明の方法とを用いて調整制
御する心金棒共用化圧延をそれぞれ１００本ずつ行い、
４ロールスタンドによる円周方向と軸長方向の偏肉矯正
効果を、下式によって求められる偏肉率で評価した。

【００７１】偏肉率（％）＝｛（最大肉厚−最小肉厚）
／平均肉厚｝×１００ なお、２ロールスタンド列および４ロールスタンドのミ
ルセンター調整は、実生産時と同様にロール組み替え時
にハウジングと孔型ロールの孔型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んで、その各孔型
センターを一致させた。

【００７２】また、２ロールスタンド列での各孔型ロー
ルの圧下位置の零点調整は、実生産時と同様に一対の孔
型ロールのフランジ部同士を接触させ、一定の負荷を加
えたときの圧下位置を零点とした。一方、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零点調整が
孔型ロール形状（フランジ面がロール軸心に対して平行
でない）の制約により行えないため、無負荷時のロール
ギャップを実測し、この実測値と各孔型ロールの圧下機
構中に組み込まれた位置検出器の指示値とから補正を行
って得られた圧下位置を零点とした。

【００７３】さらに、本発明の方法を適用した場合、そ
のロールギャップ締め込み量を１０ｍｍにした２ロール
スタンド列出側での円周方向の４箇所に増肉部分を有す
る管の円周方向偏肉をなくすには、４ロールスタンドの
孔型溝底部分で前記増肉部分の肉厚を２ｍｍ減肉させる
必要があったので、これをもとに図２に示す手順によっ
てその圧下位置を調整制御した。

【００７４】結果を、表２および図３に示した。

【００７５】

【表２】

【００７６】表２に示す結果から明らかなように、マン
ドレルミルで圧延された管の円周方向偏肉は、例えば素
管の円周方向偏肉など様々な要因で発生し、本実施例に
おいても円周方向偏肉が発生している。しかし、従来方
法により２ロールスタンド列で心金棒共用化圧延を行
い、４ロールスタンドで円周方向偏肉を矯正圧延した場
合には、その偏肉率が６．１５％であった。これに対
し、２ロールスタンド列で心金棒共用化圧延を行い、本
発明の方法に従って４ロールスタンドで円周方向偏肉を
矯正圧延した場合には、その偏肉率が４．２０％と大幅
に向上した。

【００７７】また、図３に明らかなように、その軸長方
向の偏肉率についても、従来方法によって圧延した場合
に比べて本発明の方法で圧延した場合は大幅に向上し
た。

【００７８】

【発明の効果】本発明の方法によれば、圧下位置の零点
調整を高精度に行うことが困難な４ロールスタンドの直
交する二対の孔型ロール対毎の圧下位置を、直交す二対
の孔型ロール間の圧延荷重に及ぼす相互干渉係数をもち
いて予測した圧延荷重変化量に基づいて調整設定しつつ
圧延を行うので、４ロールスタンドの肉厚変動減少効果
をより効果的に発揮させることができる。その結果、円
周方向および軸長方向ともに偏肉の小さい管が得られる
のみならず、心金棒の共用化圧延可能な寸法範囲が拡大
し、仕上げ管肉厚が一定ピッチで変化する毎に行われて
いた心金棒替え作業の大幅減少が図れる。また、心金棒
の保有数およびその置き場面積が少なくてすみ、これに
よる大幅なコスト低減が図れるなど、本発明は多大の効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法において用いられる４ロールスタ
ンドと制御装置の構成例を示す図で、同図（ａ）は４ロ
ールスタンドの構成例を示す模式的正面図、同図（ｂ）
はその制御装置の構成例を示す図である。

【図２】本発明の方法における４ロールスタンドの孔型
ロールの圧下位置制御のフローチャートを示す図であ
る。

【図３】実施例の結果を示す図である。

【図４】マンドレルミルによる管の圧延状態を示す模式
的斜視図である。

【図５】２ロールスタンド列の仕上げスタンドにおい
て、基準ロールギャップ下で大径の心金棒を用いた管の
圧延状態を示す模式的正面図である。

【図６】２ロールスタンド列の仕上げスタンドにおい
て、基準ロールギャップ下で小径の心金棒を用いた管の
圧延状態を示す模式的正面図である。

【図７】２ロールスタンド列の仕上げスタンドにおい
て、基準ロールギャップよりも小さいロールギャップ下
で小径の心金棒を用いた管の圧延状態を示す模式的正面
図である。

【図８】ロールギャップの締め込み量が円周方向偏肉に
及ぼす影響を示す図で、同図（ａ）はロールギャップの
締め込み量と円周方向偏肉分布の一例を示す図、同図
（ｂ）は肉厚測定位置を示す図である。

【図９】４ロールスタンドを用いた心金棒共用化圧延を
説明するための図で、同図（ａ）は２ロールスタンド列
の最終仕上げスタンドを示す模式的正面図、同図（ｂ）
は４ロールスタンドを示す模式的正面図である。

【符号の説明】

１：心金棒、 ２：圧延材、 ３：孔型ロール、 ４：駆動軸、 ５ａ、５ｂ：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】一対の孔型ロールを備えた複数の２ロール
   スタンド列の出側に、圧下方向が直交する二対の孔型ロ
   ールを備え、かつ直前の２ロールスタンドに対してその
   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の素管をこれらのスタンド列に通し
   て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継目無鋼管の圧
   延方法において、その圧延中に上記４ロールスタンドの
   直交する二対の各孔型ロールの圧下位置を変更するに際
   し、直交する二対の孔型ロール間の圧延荷重に及ぼす相
   互干渉係数を用いて各孔型ロールに作用する圧延荷重の
   変化量を予測し、この予測結果に基づいて二対の孔型ロ
   ール対毎の圧下位置を決定することを特徴とする継目無
   鋼管の圧延方法。