JP3624505B2

JP3624505B2 - 継目無金属管の延伸圧延方法

Info

Publication number: JP3624505B2
Application number: JP33441095A
Authority: JP
Inventors: 将之山田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2015-12-22
Also published as: JPH09168806A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、継目無金属管の延伸圧延方法、より詳しくは２ロールスタンドを連設配置してなるマンドレルミルを用いた継目無金属管の延伸圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
継目無金属管を製造する方法の一つとして、２ロールスタンドを連設配置して構成されたマンドレルミルと称される管連続圧延機を用いる方法がある。この方法では、図２に示すように、丸鋼片１１を加熱炉１２で加熱した後、ピアサと称される粗圧延機１３により穿孔して中空素管を得、この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肉厚の仕上げ圧延用素管となし、この仕上げ圧延用素管をそのまま、あるいは再加熱した後にストレッチレデュサー１５によって絞り圧延して所定外径の製品に仕上げる。
【０００３】
上記マンドレルミル１４は、通常、２個一対の孔型ロールを備えた複数（４〜８基）の２ロールスタンドをパスラインに沿ってその圧下方向が相互に９０度位相するように連続配置して構成されている。そして、中空素管は、マンドレルバーが挿入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その肉厚を減じられて延伸圧延される。
【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、外径の異なるマンドレルバーへの交換、孔型径の異なる孔型ロールへの交換および同一孔型ロールの位置調整によるロールギャップ変更の三つがある。
【０００５】
上記各方法のうち、孔型ロールの交換はマンドレルバーを交換するよりも段取り替え工数が極めて多くかかる。また、ロールギャップ変更は、被圧延材に円周方向の偏肉が発生する恐れがある。すなわち、被圧延材の肉厚は、孔型ロールの孔型径と使用するマンドレルバーの外径とから決定される隙間により肉厚が決まり、ある一定のロールギャップ以外では２個一対の孔型ロールによって成形される孔型径が変化し、この孔型径変化これに伴って前記隙間が円周方向で変化するからである。
【０００６】
図３は、上記のことをロール孔型径が真円である仕上げスタンドを例にとって示す模式図である。同図（ａ）は２個一対の孔型ロール３’、３’とマンドレルバー５とのロール孔型の溝底中央部での隙間がＧ_Ｓで円周方向に均一な基準ロールギャップ状態、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小さく変更した状態を示す。同図（ｂ）に示すように、ロールギャップを小さくすると孔型ロール３’、３’とマンドレルバー５とのロール孔型溝底中央部の隙間がＧ_１に小さくなる。これと同時にその隙間が円周方向で不均一となり、被圧延材に円周方向の偏肉が生じることになる。
【０００７】
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、被圧延材の肉厚は０．５ｍｍピッチで変更するように圧延スケジュールが決定されており、これに対応するためには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。さらに、マンドレルミル圧延では、１本のマンドレルバーを圧延後の被圧延材から引き抜き、冷却した後に潤滑剤を塗布してから次の圧延に繰り返し使用するので、１種類の肉厚の管を圧延するに際し、通常１０数本のマンドレルバーが必要になる。このため、マンドレルバーの保有種類数が膨大になるという問題がある。
【０００８】
上記の問題は、例えば特開平６ー８７００８号公報および特開昭６２ー２８０１１号公報に示されるように、２ロールスタンド列の最終スタンドの後段に、４個一対の孔型ロールを備える４ロールスタンドをその圧下方向が直前の２ロールスタンドの圧下方向と４５度位相するように配置したマンドレルミルを用いることで解決される。
【０００９】
図４は、その一例を示す模式図で、同図（ａ）は全体構成を示す平面図、同図（ｂ）は各スタンドの斜視側面図、同図（ｃ）は各スタンドの正面図である。
【００１０】
図４に明らかなように、上記のマンドレルミルは、パスラインに沿って連続配置された２個一対の孔型ロールを備える４基の２ロールスタンド３ａ〜３ｄの後段に、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。そして、２ロールスタンド３ａ〜３ｄでは圧下方向が順番に９０度づつずれている。また、４ロールスタンド４での圧下方向は、その直前スタンドである最終の２ロールスタンド３ｄでの圧下方向に対して４５度ずれている。なお、図示例の２ロールスタンドは４基であるが、通常、２〜７基とされる。
【００１１】
このようなマンドレルミルでは、同一外径のマンドレルバー５を用いて肉厚の異なる仕上げ圧延用素管を得るに際し、２ロールスタンド３ａ〜３ｄでロールギャップを孔型径によって決まる基準値より絞り込んで、通常の基準肉厚圧延よりも肉厚の薄い仕上げ圧延用素管を圧延する。この場合、その仕上げ圧延用素管には、最終の２ロールスタンド３ｄでのロール孔型溝底から４５度離間した４位置の肉厚を最大肉厚とする周方向偏肉が生じる。ところが、この周方向偏肉は、最終の２ロールスタンド３ｄに対してその圧下方向を４５度ずらして配置された４ロールスタンドにより減少せしめられる。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保有種類数を少なくできる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、上記４ロールスタンドを備えるマンドレルミル圧延においては、２ロールスタンドは勿論、特に４ロールスタンドの孔型ロールのロールギャプ設定が最重要課題になってくる。すなわち、マンドレルミル圧延は、肉厚を所定の寸法に仕上げるのが目的の圧延機であり、その肉厚はマンドレルバーと孔型ロールとの隙間によって決まることは前述した通りである。そして、この隙間を決定するのは、孔型ロールのロールギャップであり、最終仕上げスタンドである４ロールスタンドの孔型ロールのロールギャップ設定精度が仕上肉厚の精度に大きく影響する。
【００１３】
しかし、このような４ロールスタンドにおいては、２ロールスタンドに比べて孔型ロールのロールギャップ設定が極めて難しい。すなわち、２ロールスタンドにおいては、図５に示すように、２個一対の各孔型ロール３’、３’のロール回転軸心と平行に成形されたフランジ部３ｆを相互接触させることによってロールギャップの零点を決定し、その零点位置からの開き量によってロールギャップを容易に設定することができる。
【００１４】
これに対し、４ロールスタンドにおいては、各孔型ロールのフランジ部が各ロールの回転軸心と４５度傾斜するように成形されているため、これらフランジ部が相互接触した状態でも相対向する孔型ロールの溝底間隔が相違していることがあり、孔型ロールの基準位置を決定するのが極めて難しい。
【００１５】
図６は、その一例を示す模式図で、上下の孔型ロール４ａ、４ｃの溝底間隔ＲＧ_Ｌが左右の孔型ロール４ｂ、４ｄの溝底間隔ＲＧ_Ｓよりも大きく開いている状態であるが、この場合でも各孔型ロール４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの各フランジ部４ｆは相互に接触している。従って、４ロールスタンドの場合には、各孔型ロール４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの各フランジ部４ｆが単に接触させたのみでは各孔型ロールの相対位置関係が一様でないから、ロールギャップの零点位置は決まらない。
【００１６】
さらに、２ロールスタンドにおいては、その圧延中の実際のロールギャップを容易に測定することができる。すなわち、フランジ部３ｆ間に軟金属を噛ませて圧延し、その軟金属の圧延された部分の厚さを測ることにより、その圧延中のロールギャップを容易に測定することができる。しかし、４ロールスタンドの場合は、仮に２ロールスタンドと同様の方法でロールギャップを知ったとしても、前述したように、そのロールギャップの零点位置は決定できず、孔型ロールとマンドレルバーとの隙間も求めることができない。従って、４ロールスタンドの場合には、その孔型ロールのロールギャプ設定が極めて難しいと言う問題がある。
【００１７】
この４ロールスタンドのロールギャプ設定の問題点を解決する手段としては、次に述べる方法が考えられる。
【００１８】
図７は、その方法を示す模式図で、図に示すように、４ロールスタンドを構成する各孔型ロール４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとして、フランジ部４ｆの近傍にロールの回転軸心に平行なフラット部４ｇを成形したロール孔型のものを用い、断面が正方形の基準バー６に各孔型ロール４ａ〜４ｄのフラット部４ｇを接触させてロールギャップの零点位置を決める方法であり、この方法によれば４ロールスタンドの各孔型ロールの位置を正確に設定することが可能である。
【００１９】
しかし、このようなロール孔型の４ロールスタンドを用いて断面円形の中空素管素材を圧延した場合、被圧延材料と接触して圧延を行うロール孔型の曲率部の範囲がフラット部４ｇを有しない通常の孔型ロールに比べて狭いためにロールと材料とが接触しない部分が大きくなる。この結果、図８に示すように、ロールに接触していない材料部分がフランジ４ｆ、４ｆ間に噛出して圧延後の管外表面に疵を発生させたり、肉厚が円周方向で不均一になる。この噛出しは、次工程のストレッチレデュサーによる外径絞り圧延によっても解消せず、製品の品質を低下させる原因になる。
【００２０】
従って、マンドレルバーの保有種類数を減らすべく、スタンド列の最終段にフラット部４ｇを成形した４個一対の孔型ロールからなる４ロールスタンドを設けたマンドレルミルは、製品の品質低下という二次的な弊害を招くという欠点を有することになる。
【００２１】
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４ロールスタンドのロール孔型設定が正確に行えるのみならず、圧延時に材料噛出しを発生させることなく圧延することが可能な継目無金属管の延伸圧延方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
マンドレルミルにおいて、その最終スタンドに偏肉解消用の４ロールスタンドを設けた場合、そのスタンドのロール孔型設定の精度が問題となる。また、そのロール孔型設定の精度を上げるためにはロール孔型形状をフラット部を有する形状にする一方、断面正方形の基準バーに前記フラット部を接触させればよいが、フラット部を有する孔型ロールを用いた場合、材料噛出しが生じることは前述した通りである。
【００２３】
そこで、本発明者は、フラット部を成形した４ロールスタンドでの材料噛出しについて種々の実験研究を行った結果、次のことを知見した。
【００２４】
すなわち、フラット部を成形した４ロールスタンドでは、その孔型の曲率部の大きさがパスセンタを望む角度φで７０度を超えると発生し、角度φが７０度以下の時に限って材料噛出しが発生しなくなることである。
【００２５】
また、材料噛出しの発生防止の観点からは上記角度φが小さければ小さいほどよいが、角度φが３０度未満になると本来の目的である２ロールスタンドで発生した周方向偏肉の矯正効果が得られなくなることも知見した。
【００２６】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたもので、その要旨は次の継目無金属管の延伸圧延方法にある。
【００２７】
２個一対の孔型ロールを備えた複数の２ロールスタンドを、その圧下方向が相互に９０度位相するように連設配置する一方、最終の２ロールスタンドの後段にその圧下方向を４５度位相させた４個一対の孔型ロールを備えた４ロールスタンドを配置し、マンドレルバーを挿通した状態の素管をこれら複数の孔型ロール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金属管の延伸圧延方法において、前記４ロールスタンドとしてそのロール孔型形状を、孔型の一部がロールの回転軸心に平行な直線部を有するとともに、曲率部のパスセンタを望む角度φを３０〜７０度としたものを用いることを特徴とする継目無金属管の延伸圧延方法。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の継目無金属管の延伸圧延方法に用いる４ロールスタンドのロール孔型を、図１を参照して詳細に説明する。なお、従来と同様部分は同一符号を付して示し、詳しい説明は省略する。
【００２９】
図１において、符号４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、４ロールスタンドを構成する上下および左右各一対の孔型ロールであり、いずれのロールにもフランジ部４ｆに隣接して曲率半径Ｒの曲率部の両側にロール回転軸心（図示省略）と平行なフラット部４ｇが成形されている。また、曲率部の大きさは、パスセンタＰＣを臨む角度φが３０〜７０度になるように成形されている。
【００３０】
このように構成された４ロールスタンドは、そのロール孔型設定に際し、図７に示すように、断面正方形の基準バー６を用い、この基準バー６にフラット部４ｆを接触させることで、そのロールギャップの零点位置を正確に決定できる。この結果、同一外径のマンドレルバー５（図４参照）を用いて肉厚の異なる管を圧延する場合の相対向する上下および左右の溝底間寸法を所定の同一値に正確に設定することができる。
【００３１】
また、図４に示す従来の最終４ロールスタンド４に代えて、上記のようにして相対向する上下および左右の溝底間寸法が所定の同一値に正確に設定された４ロールスタンドを用い、前段の２ロールスタンドで基準肉厚よりも薄肉になるように減肉圧延され、周方向偏肉を有する管を圧延する場合には、材料噛出しを発生させることなくその偏肉を矯正することができる。
【００３２】
ここで、各孔型ロール４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの曲率部の大きさを角度φで３０〜７０度としたのは、次の理由による。
【００３３】
４ロール孔型圧延における上記の材料噛出しは、パスセンタＰＣと孔型の溝底中央を結ぶ線Ｌに対するパスセンタＰＣを臨む角度が３５度超、４０度以下の孔型領域部分に発生することを確認した。従って、上記角度φを７０度を超える角度にしたのでは、材料噛出しの発生を確実に防止することができなくなるので、その上限を７０度とした。
【００３４】
また、前段の２ロールスタンドで圧延された管の円周方向肉厚分布は、その孔型の溝底中央からパスセンタを臨む角度で４５度位置の肉厚を最大とするほぼ３０度未満の肉厚変動幅を有することを確認した。従って、上記角度φを３０度未満にしたのでは、４ロールスタンドの孔型ロールの溝底部分で上記肉厚変動部分全体の肉厚を減少させることができず、４ロールスタンドの本来の使用目的である円周方向の肉厚修正効果が得られなくなるので、その下限を３０度とした。
【００３５】
なお、図１に示す例は曲率部を単一の曲率半径Ｒで成形させた場合を示すが、４ロールスタンドを構成する各孔型ロールは、フラット部４ｇを成形したものであれば、その曲率部を例えばフラット部４ｇに近づくほどその曲率半径の大きい複数の曲率半径を持って成形したロール孔型形状のものでもよい。さらには、単一の楕円ロール孔型形状のものであってもよい。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示す。２ロールスタンドを４基、その後段に４ロールスタンドを１基連設したマンドレルミルを用い、外径１８４ｍｍ、肉厚１７ｍｍの素管を、外径１３１ｍｍのマンドレルバーを使用し、外径１５５ｍｍ、肉厚１２ｍｍの仕上げ圧延用素管に延伸圧延するに際し、前記４ロールスタンドの孔型ロールとして角度φの種々異なる孔型ロールを用いて圧延を行い、材料噛出しの発生状況と、偏肉矯正状況を調べた。その結果を、表１に示した。
【００３７】
なお、２ロールスタンド列では、最終２ロールスタンド出側での周方向最大偏肉量が１．７ｍｍになるように圧延した。また、４ロールスタンド圧延後の偏肉発生状況は、周方向最大偏肉量が１．０ｍｍを超えた場合を偏肉有りとした。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１に示す結果から明らかなように、４ロールスタンドを構成する孔型ロールの曲率部の大きさが角度φで２５度と小さい場合には偏肉が発生したが、角度φが３０度以上の場合には偏肉は発生しなかった。また、角度φが７５度と大きい場合には材料噛出しが発生したが、角度φが７０度以下の場合には材料噛出しは発生しなかった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、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に際し、４ロールスタンドのロール孔型形状の曲率部を角度φで３０〜７０度の大きさとし、孔型の一部にロールの回転軸心に平行なフラット部を成形した孔型ロールとしたので、４ロールスタンドのロール孔型位置調整が高精度に設定でき、４ロールスタンドでの偏肉矯正が確実のなされる。また、材料噛出しによる品質低下を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロール孔型の一例を示す模式図である。
【図２】マンドレルミルを用いた管の延伸圧延方法を示す模式図である。
【図３】マンドレルミルでロールギャップを締め込んだ時に生じる隙間形状の変化の一例を示す模式図で、同図（ａ）は基準ギャップ設定時を示す図、同図（ｂ）はギャップ締め込み設定時を示す図である。
【図４】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、同図（ａ）は全体構成を示す平面図、同図（ｂ）は各スタンドの斜視側面図、同図（ｃ）は各スタンドの正面図である。
【図５】２ロールスタンドで上下ロールをのフランジ部を接触させた状態を示す模式図である。
【図６】４ロールスタンドでフラット部を有しない孔型ロールのフランジ部を接触させた状態を示す図で、上下ロールと左右ロールの設定溝底間寸法が異なる場合の例を示す模式図である。
【図７】断面正方形の基準バーを用いてフラット部を有する孔型ロールからなる４ロールスタンドのロールギャップ零点位置を決定する方法を説明する模式図である。
【図８】フラット部を有する孔型ロールからなる４ロールスタンドでの材料噛出しの例を示す模式図である。
【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、４ａ〜４ｄ：４ロールスタンドのロール、
５：マンドレルバー、６：基準バー、
１１：丸鋼片、１２：加熱炉、
１３：穿孔機、１４：マンドレルミル、
１５：レデューサミル。

Claims

２個一対の孔型ロールを備えた複数の２ロールスタンドを、その圧下方向が相互に９０度位相するように連設配置する一方、最終の２ロールスタンドの後段にその圧下方向を４５度位相させた４個一対の孔型ロールを備えた４ロールスタンドを配置し、マンドレルバーを挿通した状態の素管をこれら複数の孔型ロール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金属管の延伸圧延方法において、前記４ロールスタンドとしてそのロール孔型形状を、孔型の一部がロールの回転軸心に平行な直線部を有するとともに、曲率部のパスセンタを望む角度φを３０〜７０度としたものを用いることを特徴とする継目無金属管の延伸圧延方法。