JP3624235B2 - 鋼管の延伸圧延制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空素管から延伸圧延機及び絞り圧延機を経て継目無し鋼管を製造する際に、延伸圧延機での管先後端部での素管形状不良を防止すると共に、絞り圧延機における先後端厚肉化を抑制する鋼管の延伸圧延制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、継目無し鋼管の製造には、マンドレルミル方式、プラグミル方式の圧延方法、あるいは、ユージンセジュルネ方式、エアハルトプッシュベンチ方式等の熱間押出方法が用いられているが、比較的小径サイズでは、生産性、寸法精度のより優れたマンドレルミル圧延方式が多い。
【０００３】
まず、図４を参照してマンドレルミル圧延方式による一般的な継目無し鋼管製造工程を説明する。
【０００４】
製造設備は、加熱炉２、穿孔圧延機（マンネスマンピアサー）３、延伸圧延機（マンドレルミル）６、再加熱炉１１及び絞り圧延機（ストレッチレデューサ）１２から構成されている。加熱炉２、穿孔圧延機３の代わりに中空管製造用連続鋳造機５が用いられることもある。
【０００５】
加熱炉２において、所定温度（一般に１１００℃〜１３００℃）に加熱された素材ビレット１は、穿孔圧延機３により穿孔圧延され中空素管４Ａとなる。
【０００６】
次に、中空素管４Ａは、延伸圧延機６において表面に熱間圧延用潤滑剤を塗布したマンドレルバー１０を挿入した状態で、複数段のマンドレルミルロール（孔型ロール）８の間で減肉圧延され、肉厚が低減されると共に、その長さが延ばされて、レデューサ素管４Ｂとされる。
【０００７】
このレデューサ素管４Ｂは再加熱炉１１において再加熱された後に、絞り圧延機１２において絞り圧延することによって、その外径を定め、又は外径を絞って小径とする。
【０００８】
この最後の絞り圧延機１２においては、スタンド間張力を付加して長手方向へのメタルフローを制御するものであるが、レデューサ素管４Ｂの先後端部はスタンド間張力を付加できないので非定常な圧延となり、該先後端部の肉厚は、例えば図５に示されるように、スタンド間張力が付加される定常部（中間部）に比較して厚くなってしまう。
【０００９】
この先後端部の肉厚が、製品に対して要求される肉厚公差を外れる場合は、クロップとして切断され、これが製品の歩留りを低下させる大きな原因となっていた。
【００１０】
この対策としては、絞り圧延前の延伸圧延機で、図６に示されるように、レデューサ素管４Ｂの先後端部の肉厚が、定常部に比較して薄く減肉されるような圧延方法が提案されている。
【００１１】
例えば特公昭５１−４３８２５号公報に開示されるマンドレルミルにおける油圧圧下制御方法においては、マンドレルミルの特定の２スタンドにおいて、従来のモータによるロール圧下装置に比較して応答の速い油圧圧下機構を設け、管先後端の肉厚が、次工程の絞り圧延機で生じる厚肉化を相殺する如く油圧圧下機構で圧下制御して薄肉にするようにしている。
【００１２】
しかしながら、上記特公昭５１−４３８２５号公報の油圧圧下制御方法では、延伸圧延機における中空素管先後端での孔型ロールの圧下に伴い、孔型ロールフランジ部間のギャップへのバルジングと称される材料の噛み出しが大きくなり、レデューサ素管の形状不良を招くという問題点がある。このバルジング部分が大きくなると、絞り圧延機でのロール面圧が増加して、材料が焼き付いて表面疵の要因を発生させたり、メタルフロー欠陥を発生させるという問題点がある。
【００１３】
これに対して、例えば特公平３−７７００３号公報には、中空素管の両端部圧延時に孔型ロールの間隙を減じると共に該中空素管に長手方向に付加的張力を加えるようにロール回転数を制御して、バルジング変形を抑制する管の連続延伸圧延方法が開示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特公平３−７７００３号公報に開示された管の連続延伸圧延方法では、孔型ロールを回転させるモータの応答性が遅い場合、特に、ロール間隙を小さくして減肉量を大きくすると、ロール回転数を制御するモータの応答遅れによって、中空素管の端部に、所望の長手方向の付加的張力を加えることが不可能となる。
【００１５】
このため、中空素管両端の薄肉化圧延部のバルジング変形を完全に防止することができず、管の内外表面疵、メタルフロー欠陥等の品質欠陥が生じてしまうという問題点がある。
【００１６】
これに対して、モータの応答遅れを考慮して、予め過度の長手方向負荷的張力を加えるような圧下制御をすると、管両端のバルジング変形は防止することができるものの、管の内周長が過小になり、管がマンドレルバーと密着して、圧延後に仕上圧延用素管（レデューサ素管）からマンドレルバーを引き抜くことができなくなるストリッピングミスを発生させてしまうという問題点が生じる。
【００１７】
この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、延伸圧延の際の鋼管の先後端部を減肉する薄肉化圧延を実施する場合において、ロール回転数を制御するモータの応答性が遅い場合においても、被圧延素管の管端部のバルジング変形及び被圧延素管とマンドレルバーとの密着を防止し、管の内外表面疵、メタルフロー欠陥等の品質欠陥、更にはストリッピングミスを低減させ、歩留りを向上させることができる鋼管の延伸圧延制御方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、本発明者が、研究を重ねた結果、孔型ロールのフランジ部での間隙と、ロール孔型の溝からフランジ部に至る逃げ部の曲率半径と、ロール孔型深さとの関係を一定条件にすることによって、被圧延素管の両管端部におけるバルジング変形及び被圧延素管とマンドレルバーとの密着を防止できることを見出したことによるものである。
【００１９】
本発明者は、まず、薄肉化圧延を行う被圧延素管先後端部でバルジング変形及び被圧延素管とマンドレルバーとの密着を防止するための条件を見出したが、この条件の圧延では薄肉化圧延を行わない被圧延素管の長手方向中間部においてバルジング変形及びマンドレルバーとの密着が発生する場合があることが判明した。
【００２０】
そこで更に研究を重ねた結果、次のような、被圧延素管の全長にわたってバルジング変形及びマンドレルバーとの密着を防止することができる条件を見出した。
【００２１】
即ち、マンドレルバーを挿入した中空素管を、孔型ロールをそれぞれに備えた複数のスタンドによって構成される連続延伸圧延機により延伸圧延を行う際に、後工程の絞り圧延機における管先後端部の厚肉化を抑制するために前記延伸圧延機で予め管の先後端部の肉厚を減肉するように圧下位置を制御する管の延伸圧延制御方法において、前記延伸圧延機で圧下位置制御を実施するスタンドのうち最終スタンド及びその前段のスタンドにおける孔型ロールの溝からフランジ部に至る逃げ部の曲率半径をＲ３、溝底部からフランジ部までの溝底深さをＤＫとしたとき、前記フランジ部のロール間隙Ｇを、圧延先端から圧延後端の全長にかけて、
−０．６７Ｇ／ＤＫ＋０．４≦Ｒ３／ＤＫ≦−Ｇ／ＤＫ＋０．８
の範囲に制御することを特徴とする鋼管の延伸圧延制御方法である。
【００２２】
即ち、図１に示されるように、バルジング発生域とストリッピングミス発生域との間にそのどちらもが発生しない最適範囲で鋼管の延伸圧延を行うので、圧延後のマンドレルバーの引き抜き不良、バルジング疵の発生等を解消することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明のより具体的な実施の形態の例を詳細に説明する。
【００２４】
この実施の形態の例は、図２に示されるように、第１〜８スタンド２０Ａ〜２０Ｈの複数段の孔型ロールから構成される延伸圧延機２０で、中空素管２２にマンドレルバー２４を挿入して延伸圧延するとき、前記第５スタンド２０Ｅ及び第６スタンド２０Ｆで中空素管２２の先後端の減肉を行う際に、次のような条件で、制御装置３０により孔型ロール２６の圧下位置制御をするものである。
【００２５】
延伸圧延は、図３に示されるように、孔型ロール２６における孔型の溝２６Ａからフランジ部２６Ｂに至る逃げ部２６Ｃの曲率半径Ｒ３、溝底部２６Ｄからフランジ部２６Ｂまでの溝底深さＤＫとしたとき、フランジ部２６Ｂでのロール間隙Ｇを圧延先端から圧延後端の全長にかけて、
−０．６７Ｇ／ＤＫ＋０．４≦Ｒ３／ＤＫ≦−Ｇ／ＤＫ＋０．８ …（１）
なる条件の範囲に制御する。
【００２６】
（１）式におけるＲ３／ＤＫの小さいロールは、被圧延素管がロールフランジ部から、はみ出しにくいロール構造になる。ゆえに、管の内周長が過小となり、管からマンドレルバーを引抜くことができなくなるという圧延トラブルを引き起こす。これを防止するために、ロール間隙を広げ、管の内周長を拡大することを示したのが、−０．６７Ｇ／ＤＫ＋０．４である。
逆に、（１）式におけるＲ３／ＤＫの大きいロールは、被圧延素管がロールフランジ部から、はみ出しやすいロール構造になる。従って、パルジング変形が大きくなり、パルジング疵を発生させる。これを防止するために、ロールギャップを狭め、フランジ部へのパルジはみ出しを抑制することを示したのが、−Ｇ／ＤＫ＋０．８である。
図３の符号Ｒ１は溝底部２６Ｄの曲率半径、Ｒ２は肩部２６Ｅの曲率半径、Ｂ0は包み角をそれぞれ示す。
【００２７】
前記、第５及び第６スタンド２０Ｅ、２０Ｆの出側にはバルジ幅測定装置３２Ｅ、３２Ｆをそれぞれ設け、該バルジ幅測定装置３２Ｅ、３２Ｆによりバルジ幅を測定するようにした。前記バルジ幅測定装置３２Ｅ、３２Ｆは高温の材料を非接触で幅測定できる光学式測定装置が望ましい。但し、バルジ幅測定装置は本発明の延伸圧延制御の結果を確認するためのものであって、本発明実施の必須要件ではないので、必ずしも設けなくてよもよい。
【００２８】
前記第５及び第３スタンド２０Ｅ、２０Ｆでは、それぞれ圧下位置制御に対する応答性に優れた油圧圧下装置を用いて次のように圧延制御を実施する。
【００２９】
▲１▼ストレッチレデューサで仕上圧延された仕上管の先後端部に形成される厚肉化の程度を予測又は経験的に把握し、▲２▼その厚肉部を相殺するような仕上圧延用素管の先後端部の長手方向肉厚分布を理論的、又は経験的に求め、▲３▼この肉厚分布を目標値として、仕上圧延用素管の長手方向中央部に比較して先後端部が薄肉となるように、孔型ロール２６の圧下位置を制御する。
【００３０】
更に具体的には、当初、第５及び第６スタンド２０Ｅ、２０Ｆのロール間隔Ｇは、仕上圧延用素管の最先端部に対応する目標肉厚が得られるように設定しておき、中空素管２２の先端が第５スタンド２０Ｅに噛み込んでから、該第５スタンド２０Ｅのロール間隔Ｇを先端部に対して予め定められているロール間隔のパターンに沿うよう拡開を開始する。
【００３１】
中空素管２２が進行して先端の減肉予定部分が第５スタンド２０Ｅを通過し終わると同時に、そのロール間隙Ｇは素管長手方向中央部のロール間隙とする。第６スタンド２０Ｆについても同様である。
【００３２】
次に、仕上圧延用素管の後端部の圧下開始部に相当する部分が第５スタンド２０Ｅに到達すると同時に、該第５スタンド２０Ｅのロール間隙Ｇはそれまでの素管長手方向中央部に対するロール間隙から中空素管２２の後端部に対して定められているロール間隙のパターンに沿うように閉じ始める。
【００３３】
中空素管２２の後端部が第５スタンド２０Ｅを尻抜けするときには、該第５スタンド２０Ｅのロール間隙Ｇは素管の最後端部に対応する目標肉厚が得られるロール間隙とされる。第６スタンド２０Ｆについても同様である。
【００３４】
なお、以上のようなロール間隙の制御パターンは使用する孔型ロール２６の孔型形状、中空素管２２の寸法、圧延速度等を考慮して決定される。
【００３５】
上記圧延制御を前記（１）式の条件の範囲で行うと、被圧延素管の全長にわたって圧延後のマンドレルバーの引き抜き不良及びバルジング疵の発生を回避することができる。
【００３６】
本発明者の実験によれば、上記のようなロール配列と制御パターンを持つマンドレルミルによって、表１に示すそれぞれの寸法の孔型ロールを前記第５、第６スタンド２０Ｅ、２０Ｆに組み込んで、外径１００〜１２０ｍｍ、肉厚１３．５ｍｍの炭素鋼中空素管を、直径６４〜８５ｍｍのマンドレルバーを用いて、外径８０〜１００ｍｍ、長手方向中央部の肉厚６．０ｍｍ、最先後端部の肉厚３．０〜５．０ｍｍ、最先後端部から１ｍの位置で素管長手方向中央部の肉厚と等しくなるように最先後端部から直線上に肉厚を変化させるように仕上圧延用素管を圧延した結果、表１のバジル幅の欄に示されるように、図１に示される最適範囲の上側領域でバルジングが発生し、且つ下側領域でストリッピングミスが発生することが確認された。
【００３７】
即ち、バルジ幅測定装置３２Ｅ、３２Ｆにより測定されたバルジ幅が下限値を下回ると、被圧延素管の内周長が過小となりストリッピングミスを発生させ、バルジ幅が上限値を上回ると、被圧延素管が孔型ロールフランジ部よりはみ出し、バルジング疵を発生させることが確認された。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、マンドレルバーを装入した中空素管を延伸圧延機により延伸圧延を行う際に、中空素管の両管端部薄肉化圧延を実施する場合において、圧延後のマンドレルバーの引き抜き不良、及び、バルジング疵の発生を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による条件によって鋼管を延伸圧延した結果と条件外の延伸圧延の結果とを比較して示す線図
【図２】本発明方法を実施するための延伸圧延機を示す略示平面図
【図３】本発明方法を実施するための延伸圧延機における孔型ロールを示す断面図
【図４】継目無鋼管の製造過程を示す工程図
【図５】仕上圧延用素管の先後端部の肉厚分布を示す線図
【図６】先後端部薄肉化制御を実施した仕上圧延用素管を示す略示断面図
【符号の説明】
２０…延伸圧延機
２０Ｅ…第５スタンド
２０Ｆ…第６スタンド
２２…中空素管
２４…マンドレルバー
２６…孔型ロール
２６Ａ…溝
２６Ｂ…フランジ部
２６Ｃ…逃げ部
２６Ｄ…溝底部
３０…制御装置
３２Ｅ、３２Ｆ…バルジ幅測定装置
Ｇ…ロール間隙

Claims (1)

1. マンドレルバーを挿入した中空素管を、孔型ロールをそれぞれに備えた複数のスタンドによって構成される連続延伸圧延機により延伸圧延を行う際に、後工程の絞り圧延機における管先後端部の厚肉化を抑制するために前記延伸圧延機で予め管の先後端部の肉厚を減肉するように圧下位置を制御する管の延伸圧延制御方法において、前記延伸圧延機で圧下位置制御を実施するスタンドのうち最終スタンド及びその前段のスタンドにおける孔型ロールの溝からフランジ部に至る逃げ部の曲率半径をＲ３、溝底部からフランジ部までの溝底深さをＤＫとしたとき、前記フランジ部のロール間隙Ｇを、圧延先端から圧延後端の全長にかけて、
   −０．６７Ｇ／ＤＫ＋０．４≦Ｒ３／ＤＫ≦−Ｇ／ＤＫ＋０．８
   の範囲に制御することを特徴とする鋼管の延伸圧延制御方法。

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