JP3452039B2 - 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
法に関する。詳しくは、本発明はマンドレルミル方式で
肉厚／外径比の小さい管の製造が可能な継目無鋼管の圧
延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、マンドレルミル方式による継目
無鋼管の製造方法を示す説明図である。同図に示すよう
に、継目無鋼管の製造に際しては、まず、中実ビレット
１０を加熱炉２０で所定温度に加熱する。次に、加熱さ
れた中実ビレット１０を穿孔圧延機３０で穿孔圧延して
中空素管３５とする。この中空素管３５に心金棒４１を
挿入し、マンドレルミル４０で延伸圧延して、管肉厚を
調整する。その後、心金棒を抽出し、必要に応じて、再
加熱した後、サイザまたはストレッチレデューサなどの
絞り圧延機５０で所定の外径に成形し、製品寸法に仕上
げる。

【０００３】穿孔圧延機は、パスラインを挟んで左右ま
たは上下に対設された一対のコーン型ロール（主ロール
ともいう）と内面規制工具であるプラグと主ロール相互
間にあってパスラインを挟んで上下または左右に対設さ
れたディスクロールとを備え、主ロールはパスラインに
対して３次元的な傾き、すなわち、傾斜角（ロールの軸
芯線がパスラインの水平面または垂直面に対してなす角
度）βと交叉角（ロールの軸芯線がパスラインの垂直面
または水平面に対してなす角度）γを持つ。

【０００４】この穿孔圧延機では、中実ビレットの内面
にプラグを押し込み、ディスクロール面で中実ビレット
および中空素管を押圧しながら、プラグと主ロールとの
間で中実ビレットを圧下して、中空素管に成形する。

【０００５】マンドレルミルは、それぞれが一対の孔型
の圧延ロールを備えた通常４〜８基のスタンドにより構
成され、各スタンドはパスラインに沿って連続配置され
る。隣接するスタンド間では，それぞれの圧延ロールが
パスラインに垂直な面内で圧下方向を９０度ずらせて交
差配置される。このマンドレルミルでは、内面に心金棒
を挿入した中空素管を各スタンドの圧延ロール間に通し
て延伸圧延が行われる。

【０００６】ところで、このマンドレルミル方式による
継目無鋼管の製造では、肉厚／外径比の小さい、いわゆ
る薄肉管を成形することが難しいという問題がある。し
たがって、従来、薄肉管の製造は、冷間の引抜き加工に
より行われてきた。しかしながら、冷間の引き抜き加工
は、生産性が低く、生産コストが高いという欠点を抱え
ている。そこで、マンドレルミル方式による薄肉管の製
造が望まれている。

【０００７】薄肉管の製造には、穿孔圧延での中空素管
の薄肉化が必要となる。特公平５−２３８４２号公報に
は、パスラインを挟んで対設された両端支持のコーン型
ロールの傾斜角β及び交叉角γを、８°≦β≦２０°、
５°≦γ≦３５°、の範囲に保持して穿孔圧延を行い、
肉厚／外径比を６．５％以下とする中空素管を得る継目
無管の製造方法が開示されている。

【０００８】しかしながら、マンドレルミルでの薄肉管
の圧延では、肉厚／外径比を６．５％以下とした中空素
管を用いても、穴開き欠陥の発生が問題となる。この穴
開き欠陥は、マンドレルミル圧延後の肉厚／外径比が小
さいほど顕著に発生する。

【０００９】この穴開き欠陥に対して、例えば、特開昭
６３−８４７２０号公報では、マンドレルミルにおい
て、各スタンドの圧延荷重の変化量を検出し、その検出
値が基準値を上回った時、当該スタンドの前段スタンド
におけるロールギャップを修正する、あるいは、中空素
管の肉厚を修正する方法が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報などに開示された従来技術では、例えば、被圧延材が
普通鋼の場合、マンドレルミル方式で肉厚／外径比が２
％程度以下の継目無鋼管の圧延は困難であった。また、
Ｃｒの含有量が高いマルテンサイト系ステンレス鋼で
は、熱間加工性が悪く、普通鋼に比べ穿孔圧延における
中空素管の薄肉化が難しく、更に、引き続いて行われる
マンドレルミル圧延においても穴開き欠陥が発生し易
く、マンドレルミル方式で肉厚／外径が４％程度以下の
継目無鋼管の圧延は困難であった。

【００１１】本発明の課題は、マンドレルミル圧延にお
ける穴開きの問題を解決し、マンドレルミル方式で薄肉
管の製造が可能な継目無鋼管の圧延方法を提供すること
にある。具体的には、本発明の課題は、例えば、普通鋼
では肉厚／外径比が２．０％以下、また、マルテンサイ
ト系ステンレス鋼では肉厚／外径比が４．０％以下、の
薄肉管が得られる継目無鋼管の圧延方法を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するため、穴開き欠陥の対策を検討し、以下の知見
を得た。

【００１３】図２は、穴開き欠陥の発生状態を示す説明
図である。同図に示すように、穴開き欠陥１は、孔型の
圧延ロール２と接触していない被圧延材３の一部で発生
する。圧延ロール溝底部４に対応する被圧延材３の部位
５には圧縮応力が、また、圧延ロールフランジ部６に対
応する被圧延材の部位７には引張応力が作用する。部位
７は、圧延ロール２や心金棒８と接触していないため、
単軸引張状態にあり、この引張応力が過大となった時に
ネッキングを起し、穴開きまで進展する。この引張応力
は、マンドレルミル圧延後の肉厚／外径比が小さいほど
大きくなる。従って、この穴開きを防止するには、部位
７の引張応力を小さくすることが重要である。

【００１４】ところで、圧延ロールによる被圧延材の変
形は、被圧延材と圧延ロールとが接触する領域での変形
と、被圧延材と圧延ロールとが接触する前の未接触領域
での変形とに分けることができる。この未接触領域での
変形では、幅方向に広がる変形が大きい。以下、未接触
領域での変形を予変形という。

【００１５】図３は、圧延ロールの孔型形状を説明す
る、圧延ロールと心金棒と被圧延材の断面図である。同
図において、符号Ｍｃは圧延ロール溝底を示し、図２と
同じ要素は同一の符号で表す。なお、圧延ロール溝底Ｍ
ｃとは、圧延ロール径が最小となる圧延ロール溝底部４
の部位を指す。図３に示すように、圧延ロールの孔型形
状は、圧延ロール溝底の曲率半径Ｒ１を含む２つの曲率
半径（Ｒ１、Ｒ２）を有する円弧形状からなる。図示例
は２つの曲率半径を有する円弧形状を示したが、１つ、
又は３つ以上の曲率半径を有する円弧形状としてもよ
い。

【００１６】図４は、圧延ロールと被圧延材との接触領
域を説明する接触長さ分布の模式図である。同図に示す
ように、圧延ロールと被圧延材との接触長さは、被圧延
材の幅方向位置で異なり、通常、圧延ロール溝底で接触
長さは最大となる。圧延ロール溝底における接触長さＬ
は、圧延ロール溝底のロール径ＤＦと圧延ロール溝底に
おける肉厚加工量によって決まる。

【００１７】肉厚加工量が同じであれば、ロール径ＤＦ
が小さいほど、被圧延材が圧延ロールに噛み込まれる際
の噛み込み角が大きくなり、前記予変形が増大し、被圧
延材に作用する引張応力が減少する。そこで、圧延ロー
ル溝底のロール径と穴開き欠陥との関係を詳細に調査
し、ロール径ＤＦと圧延ロール溝底の曲率半径Ｒ１との
比（Ｒ１／ＤＦ）を０．２７５以上とすることにより、
穴開きが抑制されることが判った。

【００１８】本発明は、上記知見に基づいて完成された
もので、その要旨は、以下のとおりである。 （１）内部に芯金棒を挿入した中空の素管を複数スタン
ドの圧延ロール間に通して前記素管の肉厚を圧下し継目
無鋼管に圧延する方法であって、前記複数スタンドの少
なくとも一つのスタンドの圧延ロール溝底のロール径Ｄ
Ｆと該圧延ロール溝底の曲率半径Ｒ１との比（Ｒ１／Ｄ
Ｆ）が０．２７５以上であることを特徴とする継目無鋼
管の圧延方法。

【００１９】（２）パスラインを挟んで対設されたコー
ン型ロールで中実ビレットを中空の素管に穿孔し、次い
で、内部に芯金棒を挿入した前記素管を複数スタンドの
圧延ロール間に通して前記素管の肉厚を圧下し継目無鋼
管に圧延する方法であって、前記コーン型ロールの傾斜
角β及び交叉角γが下記式を満足し、前記複数スタンド
の少なくとも一つのスタンドの圧延ロール溝底のロール
径ＤＦと該圧延ロール溝底の曲率半径Ｒ１との比（Ｒ１
／ＤＦ）が０．２７５以上であることを特徴とする継目
無鋼管の圧延方法。

【００２０】８°≦β≦２０°、５°≦γ≦３５° （３）前記少なくとも一つのスタンドが上流から下流に
向かって第２番目のスタンドであることを特徴とする前
記（１）項または（２）項に記載の継目無鋼管の圧延方
法。

【００２１】（４）前記素管の肉厚／外径比が６．５％
以下で、前記継目無鋼管の材質が普通鋼で、該継目無鋼
管の肉厚／外径比が２．０％以下であることを特徴とす
る前記（１）項ないし（３）項のいずれかに記載の継目
無鋼管の製造方法。

【００２２】（５）前記継目無鋼管の材質がＣ：０．１
２〜０．３０質量％、Ｃｒ：１１〜１４質量％を含有す
るマルテンサイト系ステンレス鋼で、該継目無鋼管の肉
厚／外径比が４．０％以下であることを特徴とする前記
（１）項ないし（３）項のいずれかに記載の継目無鋼管
の圧延方法。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。なお、以下、質量％で、Ｃ：
０．１２％以上、０．３０％以下、Ｃｒ：１１％以上、
１４％以下を含有するマルテンサイト系ステンレス鋼を
単にマルテンサイトステンレス鋼ともいう。また、以
下、本実施形態の説明は、肉厚と外径との比、すなわち
肉厚／外径比が２．０％以下の炭素鋼製の継目無鋼管の
圧延、ならびに、肉厚／外径比が４．０％以下のマルテ
ンサイト系ステンレス鋼製の継目無鋼管の圧延、を例に
とる。

【００２４】本実施形態にかかる継目無鋼管の製造装置
は、穿孔圧延機とマンドレルミルを備えており、穿孔圧
延機により中実ビレットを中空の素管（以下、中空素管
ともいう）に成形する穿孔圧延とマンドレルミルにより
前記中空素管を継目無鋼管に成形する延伸圧延とが行わ
れる。

【００２５】図５は、本実施形態にかかる穿孔圧延機を
示す模式的平面図、図６は同じく模式的側面図である。
図５、図６に示すように、穿孔圧延機３０は、丸ビレッ
ト１０の通過するパスラインＸ−Ｘを挟んで互いに傾斜
し対向配置された両端支持の１対のコーン型の主ロール
３１ａ、３１ｂと、この主ロールと位相を９０°ずらせ
てパスラインを挟んで対向配置された１対のディスクロ
ール３２ａ、３２ｂと、心金棒３３により支持され、主
ロール間に配設されたプラグ３４とを備える。なお、デ
ィスクロールの替わりにガイドシュを用いてもよい。

【００２６】図５、図６に示すように、主ロール３１
ａ、３１ｂの各中心軸は、その延長線が中実ビレット１
０の通過するパスラインを含む垂直面（又は水平面）に
対して対称を成す角度γをもって交叉するように傾斜配
置されるとともに、パスラインを含む水平面（又は垂直
面）に対して相反する方向に等しい角度βをもって傾斜
配置されており、互いに同一方向に同一回転速度で回転
せしめられる。なお、角度γを交叉角といい、角度βを
傾斜角という。

【００２７】この穿孔圧延機３０において、パスライン
に沿って送給された中実ビレット１０は主ロール３１
ａ、３１ｂ間に噛み込まれた後、螺旋回転して移動し、
プラグ３４によりその軸心部に孔が開けられ、徐々に肉
厚が減じられて中空素管３５となる穿孔圧延が行われ
る。

【００２８】この穿孔圧延において、傾斜角βは、８°
以上で２０°以下で、かつ、交叉角γは、５°以上で３
５°以下とする。傾斜角と交叉角がこれらの範囲を外れ
ると、穿孔圧延が不安定になり、マンドレルミル圧延に
供給する肉厚／外径比の小さい中空素管が得られない。

【００２９】また、上記穿孔圧延において、中空素管の
肉厚／外径比が大きくなると、圧延スタンド数が４〜８
基のマンドレルミルでは、１スタンド当たりの圧下率が
過大となり、穴開き欠陥が発生しやすい。従って、中空
素管の肉厚／外径比は、継目無鋼管の材質が普通鋼の場
合には、６．５％以下の範囲に、また、マルテンサイト
ステンレス鋼の場合には７．０％以下の範囲とするのが
望ましい。中空素管の肉厚／外径比をそれぞれ上記範囲
とすることにより、穴開き欠陥の発生を防止しながら、
普通鋼では肉厚／外径比が２．０％以下の、また、マル
テンサイトステンレス鋼では肉厚／外径比が４．０％以
下の、継目無鋼管に圧延することができる。

【００３０】図７は、本実施形態にかかるマンドレルミ
ルを模式的に示す説明図である。このマンドレルミル４
０は、タンデムに配置した５基のスタンド（＃１〜＃５
スタンド）から構成される。なお、図７では、説明の便
宜上、３基のスタンドをタンデムに配置した状態を示し
ている。＃１スタンドが第１スタンドで、＃３スタンド
が下流側のスタンドであり、＃４スタンド、＃５スタン
ドは省略している。

【００３１】本実施形態では、穿孔圧延機により穿孔さ
れた、中空の被圧延材である中空素管３５に心金棒４１
を挿入した後、マンドレルミル４０により延伸圧延が行
われる。

【００３２】各スタンドには、それぞれ、孔型の圧延ロ
ール４２ａ、４２ｂからなるロール対、孔型の圧延ロー
ル４３ａ、４３ｂからなるロール対、孔型の圧延ロール
４４ａ、４４ｂからなるロール対が、それぞれ設けられ
る。

【００３３】圧延ロール４２ａ、４２ｂからなるロール
対と、圧延ロール４４ａ、４４ｂからなるロール対の圧
下方向は、水平方向であり、一方、圧延ロール４３ａ、
４３ｂからなるロール対の圧下方向は垂直方向である。
このように、各圧延ロール対は、隣接するスタンド間で
圧下方向が９０°異なるように配設される。

【００３４】マンドレルミル４０では、中空素管３５の
肉厚を圧延ロール４２ａ〜４４ｂと心金棒４１とで減少
して延伸圧延が行われるが、本実施形態では＃２スタン
ドの圧延ロール溝底のロール径ＤＦと圧延ロール溝底部
の曲率半径Ｒ１との比（Ｒ１／ＤＦ）を０．２７５以上
とする。比（Ｒ１／ＤＦ）を０．２７５以上とすること
により穴開き欠陥の発生を抑制することができる。本実
施形態では＃２スタンドの比（Ｒ１／ＤＦ）を０．２７
５以上としたが、少なくとも一つのスタンドにおける比
を０．２７５以上とすることにより穴開き欠陥の発生を
抑制することができる。好ましくは、＃２スタンドの比
を０．２７５以上とする。更に好ましくは、全スタンド
（本実施形態では＃１〜＃５スタンド）の比を０．２７
５以上とする。

【００３５】本実施形態では、マンドレルミルで、普通
鋼では肉厚／外径比が２．０％以下の、また、マルテン
サイトステンレス鋼では、肉厚／外径比が４．０％以下
の、薄肉管に圧延する例を示したが、本発明はこれに限
定されるものでない。ただし、本発明は、マンドレルミ
ルで、肉厚／外径比が２．０％以下の普通鋼製の薄肉管
を、また、肉厚／外径比が４．０％以下のマルテンサイ
トステンレス鋼製の薄肉管を、製造するに好適な方法で
ある。

【００３６】

【実施例】図５と図７にそれぞれ示す穿孔圧延機と５基
のスタンドから構成されるマンドレルミルとを用いて、
普通鋼（Ｃ：０．２質量％）と１３Ｃｒステンレス鋼
（Ｃ：０．２質量％、Ｃｒ：１３質量％）を対象に、外
径が６５ｍｍで肉厚／外径が２．０〜４．０％の管を製
造した。表１に穿孔条件とマンドレルミル圧延条件を示
す。

【００３７】

【表１】 表２に試験結果を示す。

【００３８】

【表２】 表２に示すように、普通鋼では、傾斜角：１２°、交叉
角：２０°、中空素管の肉厚／外径比：６．４％で、＃
１スタンド〜＃５スタンドの比（Ｒ１／ＤＦ）：０．２
７５以上とした試験Ｎｏ．３ならびに＃２スタンドの比
（Ｒ１／ＤＦ）：０．２７５以上とした試験Ｎｏ．４
は、穴開き欠陥の発生が無く、肉厚／外径比が２．０％
の薄肉管の圧延が可能となった。試験Ｎｏ．１、２は、
穴開き欠陥が発生した。

【００３９】また、１３Ｃｒステンレス鋼では、傾斜
角：１２°、交叉角：２０°、中空素管の肉厚／外径
比：６．９％、＃１スタンド〜＃５スタンドの比：０．
２７５以上とした試験Ｎｏ．７は、穴開き欠陥の発生が
無く、肉厚／外径比が４．０％の薄肉管の圧延が可能と
なった。試験Ｎｏ．５、６は、穴開き欠陥が発生した。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、穴開き欠陥の発生を防
止し、マンドレルミル方式で薄肉管の製造が可能とな
る。具体的には、マンドレルミルでの穴開き欠陥の発生
が防止され、普通鋼では肉厚／外径比が２．０％以下の
薄肉管の、また、マルテンサイト系ステンレス鋼では肉
厚／外径比が４．０％以下の薄肉管の、製造が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】マンドレルミル方式による継目無鋼管の製造方
法を示す説明図である。

【図２】穴開き欠陥の発生状態を示す説明図である。

【図３】圧延ロールの孔型形状を説明する、圧延ロール
と心金棒と被圧延材の断面図である。

【図４】圧延ロールと被圧延材との接触状況を示す模式
図である。

【図５】本実施形態にかかる穿孔圧延機を示す模式的平
面図である。

【図６】本実施形態にかかる穿孔圧延機を示す模式的側
面図である。

【図７】本実施形態にかかるマンドレルミルを模式的に
示す説明図である。

【符号の説明】

１：穴開き欠陥、２：圧延ロール、３：被圧延材、４：
圧延ロール溝底部（溝底部） ５、７：部位、６：圧延ロールフランジ部（フランジ
部）、８：心金棒、Ｍｃ：圧延ロール溝底、１０：中実
ビレット、２０：加熱炉、３０：穿孔圧延機、３１ａ、
３１ｂ：主ロール、３２ａ、３２ｂ：ディスクロール、
３３：心金棒、３４：プラグ、３５：中空素管、４０：
マンドレルミル、４１：心金棒、４２ａ、４２ｂ、４３
ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ：圧延ロール、５０：絞り
圧延機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 17/04 B21B 3/02 B21B 19/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に芯金棒を挿入した中空の素管を複
   数スタンドの圧延ロール間に通して前記素管の肉厚を圧
   下し継目無鋼管に圧延する方法であって、前記複数スタ
   ンドの少なくとも一つのスタンドの圧延ロール溝底のロ
   ール径ＤＦと該圧延ロール溝底の曲率半径Ｒ１との比
   （Ｒ１／ＤＦ）が０．２７５以上であることを特徴とす
   る継目無鋼管の圧延方法。
2. 【請求項２】 パスラインを挟んで対設されたコーン型
   ロールで中実ビレットを中空の素管に穿孔し、次いで、
   内部に芯金棒を挿入した前記素管を複数スタンドの圧延
   ロール間に通して前記素管の肉厚を圧下し継目無鋼管に
   圧延する方法であって、前記コーン型ロールの傾斜角β
   及び交叉角γが下記式を満足し、前記複数スタンドの少
   なくとも一つのスタンドの圧延ロール溝底のロール径Ｄ
   Ｆと該圧延ロール溝底の曲率半径Ｒ１との比（Ｒ１／Ｄ
   Ｆ）が０．２７５以上であることを特徴とする継目無鋼
   管の圧延方法。 ８°≦β≦２０°、５°≦γ≦３５°
3. 【請求項３】 前記少なくとも一つのスタンドが上流か
   ら下流に向かって第２番目のスタンドであることを特徴
   とする請求項１または２に記載の継目無鋼管の圧延方
   法。
4. 【請求項４】 前記素管の肉厚／外径比が６．５％以下
   で、前記継目無鋼管の材質が普通鋼で、該継目無鋼管の
   肉厚／外径比が２．０％以下であることを特徴とする請
   求項１ないし３のいずれかに記載の継目無鋼管の製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記継目無鋼管の材質がＣ：０．１２〜
   ０．３０質量％、Ｃｒ：１１〜１４質量％を含有するマ
   ルテンサイト系ステンレス鋼で、該継目無鋼管の肉厚／
   外径比が４．０％以下であることを特徴とする請求項１
   ないし３のいずれかに記載の継目無鋼管の圧延方法。