JP3630064B2

JP3630064B2 - 孔型圧延ロールの切削方法

Info

Publication number: JP3630064B2
Application number: JP2000056381A
Authority: JP
Inventors: 義和内藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: JP2001246405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管または棒鋼等の孔型圧延に用いられる圧延ロールの切削方法に関し、さらに詳しくは、マンネスマン製管による継目無鋼管の製造において、延伸圧延された中空素管を外径絞り圧延する孔型圧延ロールの運用に最適な切削方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
継目無鋼管を熱間で製造する方法として、いわゆるマンネスマン製管法が広く採用されている。この製管方法は、高温度に加熱された中実の丸ビレットを被圧延材とし、この丸ビレットを穿孔圧延機（いわゆる、ピアサ）に供給して、その軸心部に穿孔を設けて中空素管を得る。次いで、得られた中空素管をそのまま、あるいは必要に応じて上記穿孔圧延機と同一構成のエロンゲータに通して拡径、薄肉化せしめた後、プラグミル、マンドレルミルなどの後続する延伸圧延装置に供給して延伸圧延する。その後、外径絞り圧延機としてストレッチレデューサ或いはサイザー等に通し、さらに精整工程を経て製品となる継目無鋼管を製造する方法である。
【０００３】
継目無鋼管の最終圧延として用いられる外径絞り圧延機では、寸法精度とともに、外径加工度も要求されることから、３ロールのストレッチレデューサ或いはサイザーが採用されている。このような３ロール外径絞り圧延機では、圧延方向に垂直な面内でそれぞれの圧延ロールの圧下方向のなす角度が１２０°になるようにスタンドが配設される。
【０００４】
そして、隣接するスタンド間では、相互のロールの圧下方向が６０°の交差角を有するように交互配置されており、加工度に応じてスタンド数が定められる。通常、メインロールスタンドおよび仕上ロールスタンドから構成され、５〜２４スタンドが設けられて、延伸圧延後に供給された中空素管を絞り圧延して、外径の圧下と肉厚調整を行って、所定の製品寸法に仕上げる。
【０００５】
上述の通り、外径絞り圧延機は、マンネスマン製管における最終圧延工程で用いられるので、各スタンドに組み込まれている圧延ロールの表面状況および摩耗状態は、そのまま鋼管製品の外表面品質や寸法精度に重要な影響を及ぼすことになる。一般的に、孔型圧延ロールとしてチルドロールが多用されているが、同ロール材では圧延本数が３，０００〜４，０００本に達するようになると、圧延ロールの表面に肌荒れ、焼付が生じ易くなると同時に、摩耗によってロール孔型径が０．１〜０．２ｍｍ程度大きくなる。このように圧延ロールの性状や寸法が圧延にともなって変化すると、仕上鋼管の寸法が変動し、鋼管製品の品質が不安定になるので、これらを防ぐため、孔型圧延ロールの切削による再生が必要になる。
【０００６】
３ロール外径絞り圧延機に用いられる孔型圧延ロールの切削には、３ロールを同時に切削できるように、専用旋盤を用いて円盤砥石で切削する方法がある。
【０００７】
図１は、円盤砥石を用いて孔型圧延ロールの孔型を切削する方法を説明する図である。円盤砥石２を用いる切削方法では、ロール中心からオフセットＬを取ったところに位置するように円盤砥石２を設けて、円盤砥石２と圧延ロール１とを回転させながら切削する。このとき、円盤砥石２の外径とオフセットＬを適宜調整することによって、任意の楕円率のロール孔型を形成することができる。
【０００８】
従来から実施されている孔型圧延ロールを再生するための切削方法について説明する。具体的には、外径２１０ｍｍの素管を絞り圧延して仕上外径１７７．８ｍｍの鋼管を製管する場合について説明するが、この製管に用いられる孔型圧延ロールの諸元例を表１に示す。
【０００９】
【表１】

【００１０】
中空素管の外径絞り圧延に用いられる孔型圧延ロールは、隣接するスタンドでロールの圧下方向が６０°の交差角をもたせて、Ｎｏ．１〜５スタンドからなるメインロールスタンドとＮｏ．６、７スタンドからなる仕上ロールスタンドに組み込まれる。前述の通り、３ロール外径絞り圧延機に組み込まれた孔型圧延ロールは、圧延本数が３，０００本を超えるになると、ロール表面の肌荒れやエッジ部に焼き付けが発生し易くなり、これらを再生するために切削が行われる。
【００１１】
従来の切削方法では、切削の都度、ロール孔径が大きくなるため、圧延される中空素管の外径が大きい上流側のスタンドに組み込まなければならない。そこで、特定スタンドに組み込まれた圧延ロールを切削する場合には、当該ロールのエッジ部半径Ａｉおよび溝底部半径Ｂｉより大きな孔型寸法の圧延ロールに切削する必要がある。このため、例えば、Ｎｏ．３スタンドに組み込まれた圧延ロールは、Ｎｏ．２スタンドの圧延ロールに切削するか、諸元も異なるメインロールスタンドまたは仕上ロールスタンドで用いられる圧延ロールに切削される。
【００１２】
表１に示す孔型圧延ロールの諸元例によれば、外径加工度が０．２〜２．８０％であり、Ｎｏ．ｉスタンドの圧延ロールを順次Ｎｏ．ｉ−１スタンドの圧延ロールに切削する場合には、ロール１個当たりの平均切削量は（Ｄ_１−Ｄ_７）／（７−１）で表され、具体的な数値として４．２３ｍｍとなる。これを圧延本数３，０００本で換算すると、１．４１ｍｍ／１０００本のロール切削原単位となる。
【００１３】
最近では、圧延ロールの切削原単位を大幅に改善させるため、特開平７−２１４１１１号公報では、メインロールスタンドの圧延ロールを当該スタンドと前段スタンドとの中間ロールに切削するようにした３ロールレデューサのロール運用方法が提案されている。提案された運用方法によれば、Ｎｏ．ｉスタンドの圧延ロールからＮｏ．ｉ−１スタンドの圧延ロールに切削する前に、２回程度中間ロールの孔型寸法に切削し運用することができる。このため、表１に示す孔型圧延ロールでは、平均切削量は４．２３ｍｍ／（３，０００本×３）で計算されることから、０．４７ｍｍ／１，０００本のロール切削原単位に改善されるとしている。
【００１４】
しかしながら、上記の公報で提案されたロール運用方法では、仕上ロールスタンドは仕上鋼管の製品外径を決める重要なスタンドであるため、中間ロールの孔型寸法に切削することができない。このため、メインロールスタンドの圧延ロールの切削にともなって、切削された圧延ロールに対応した、仕上ロールスタンドで用いられる新たな圧延ロールを準備しなければならないと言う問題がある。
【００１５】
さらに、中間ロールの切削に対応して、仕上ロールスタンド用として新たな圧延ロールを準備したとしても、最終仕上げスタンドまたはその直前のスタンドでは、ロールエッジ焼付を防止し、寸法精度を確保するため、圧延ロール切削前後で極端な加工度の変動を避けなければならない。このような場合には、仕上ロールスタンドのスタンド数を増加しなければならないと言う問題もある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の通り、従来から実施されていたロール切削方法では、当該スタンドに組み込まれていた圧延ロールは、前段スタンドの孔型寸法に切削していたため、必然的に多量の切削が発生し、ロール切削原単位を悪化させていた。また、新たに提案された中間ロールの孔型寸法に切削するロール運用方法にあっても、仕上ロールスタンドに組み込まれた圧延ロールに適用することができず、場合によってはスタンド数を増加しなければならないと言う問題も発生する。
【００１７】
本発明は、従来の圧延ロールの切削方法における問題点を解決して、ストレッチレデューサ或いはサイザーに代表される外径絞り圧延機で製造される仕上鋼管の表面品質や寸法精度を悪化させることなく、ロール切削原単位を大幅に向上させることができる孔型圧延ロールの切削方法を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前述した従来のロール切削方法は、いずれも被圧延材の圧下量を調整するためのロールギャップ調整機構を有しない外径絞り圧延機を前提としたものである。上述の特開平７−２１４１１１号公報で提案されたロール運用方法において、仕上ロールスタンドにロールギャップ調整機構を有したハウジングを適用することも検討したが、いずれにしても製管寸法毎に仕上ロールスタンド用として圧延ロールを保有しなければならず、運用上困難であるとされた。
【００１９】
３ロール外径絞り圧延機は、所定の寸法精度が確保できると同時に、２ロール圧延機に比較して高い外径加工度が得られることから、製管段取りの集約による生産性の向上を図ることができる。ところが、一般的に２ロール孔型圧延機に比べて、３ロール孔型圧延機では構造が繁雑になることから、ロールギャップ調整機構を有しない場合が多い。
【００２０】
だが、最近のように、スタンド当たりの外径加工度を確保して、さらにマンドレルミルの段取り集約を図り、高効率生産が要請されるとともに、一層の寸法精度が求められるようになると、３ロール孔型圧延機であっても、仕上ロールスタンドのみでなく、メインロールスタンドにおいても、ロールギャップ調整機構を具備することが必須となっている。
【００２１】
今後、さらに多品種少量生産を対象とする高効率化を達成するには、ロールギャップ調整機構を備えた孔型圧延機を前提として、これに用いられる圧延ロールの切削原単位を改善して、製造コストを大幅に削減できる孔型圧延ロールの切削方法を開発する必要がある。本発明は、このような開発要請に基づいて完成されたものであり、下記の（１）〜（２）の孔型圧延ロールの切削方法を要旨としている。
（１）ロールギャップ調整機構を有する、複数個のロールスタンドで構成された孔型圧延機に用いられる圧延ロールの切削方法であって、ロールギャップが所定量になるように、ロール圧下位置を設定した状態でスタンドに組み込まれたロールの孔型を切削し、切削されたロールを当該スタンドで切削時に設定されたロール圧下位置でそのまま使用することを特徴とする孔型圧延ロールの切削方法である。
（２）上記（１）の孔型圧延ロールの切削方法では、ロールの切削回数を重ねるに従いロールギャップが狭くなるように、ロール圧下位置を設定するのが望ましい。また、上記孔型圧延機は３ロール外径絞り圧延機として、ストレッチレデューサ或いはサイザーを対象とすることができる。
【００２２】
本発明における説明では、継目無鋼管の製造に採用される孔型圧延機での圧延ロールの切削方法を説明しているが、本発明方法が対象とするのは、単に、これらに限定されるものではなく、例えば、棒鋼等の孔型圧延に用いられる圧延ロールにも適用することが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の切削方法では、ロールギャップ調整機構を装備する孔型圧延機で用いられる圧延ロールを対象としている。そして、メインロールスタンドおよび仕上ロールスタンドのロールギャップが所定量になるように、ロール圧下位置を設定したのち、各スタンドの圧延ロールを切削し、切削されたロールを切削時に組み込まれていたスタンドで、切削時に設定されたロール圧下位置でそのまま使用することを特徴としている。
【００２４】
図２は、本発明の圧延ロール切削時におけるスタンドのロール圧下位置およびロールギャップの設定状況を説明する図である。同図では、３ロールによる孔型圧延の構成を示しており、ロール１ａ、１ｂ、１ｃの圧下方向のなす角度が１２０°になるように構成されている。Ｎｏ．ｉスタンドにおける圧延ロールの孔型寸法は、エッジ部半径Ａ_ｉ、および溝底部半径Ｂ_ｉによって規定される。
【００２５】
Ｎｏ．ｉスタンドのロール圧下位置は、ロール回転軸の位置調整によって設定され、標準ロール圧下位置Ｓ_ｉ ^０を中心として、それよりロール間隔を開いたロール圧下位置Ｓ_ｉ ^＋と、またはロール間隔を閉じたロール圧下位置Ｓ_ｉ ⁻とが示されている。さらに、これらの中間位置も、ロール回転軸の位置を調整することによって、必要に応じて設定することができる。
【００２６】
ロールギャップは、同図において、ロールエッジ部の端部が互いに平行な対面となっており、その平行面間の間隔を指し、ロール圧下位置の設定によって定まる。すなわち、ロール圧下位置Ｓ_ｉ ^＋のときにはロールギャップＧ_ｉ ^＋となり、次に標準ロール圧下位置Ｓ_ｉ ^０のときにはロールギャップＧ_ｉ ^０となり、最後にロール圧下位置Ｓ_ｉ ⁻のときにはロールギャップＧ_ｉ ⁻となる。このように、ロール圧下位置をＳ_ｉ ^＋からＳ_ｉ ⁻へ変化させることによって、ロールギャップは狭くなる。
【００２７】
ロールギャップ調整機構を活用し、複数回にわたって圧延ロールの切削を行う場合には、ロールの切削回数を重ねるに従い、ロールギャップが狭くなるようにロール圧下位置を設定すればよい。例えば、圧延ロールの一回目切削時には、ロール圧下位置Ｓ_ｉ ^＋に設定し、ロールギャップＧ_ｉ ^＋と広くした状態で圧延ロールの孔型寸法に切削すればよい。このとき切削される孔型寸法は、Ｎｏ．ｉスタンドに組み込まれる新品ロールのエッジ部半径Ａ_ｉおよび溝底部半径Ｂ_ｉである。
【００２８】
次に、２回目切削時には、ロールの表面性状や摩耗状況によって変動するが、ロールギャップが狭くなるように、例えば、ロールギャップＧ_ｉ ^０と狭めて、ロール圧下位置Ｓ_ｉ ^０に設定し、圧延ロールの孔型寸法に切削する。さらに、３回目切削時には、もっとロールギャップが狭くなるように、ロールギャップＧ_ｉ ⁻として、ロール圧下位置Ｓ_ｉ ⁻に設定し、圧延ロールの孔型寸法に切削する。
【００２９】
上述の通り、圧延ロールの切削回数を重ねるに従って、ロール圧下位置をＳ_ｉ ^＋→Ｓ_ｉ ^０→Ｓ_ｉ ⁻と設定して、ロールギャップをＧ_ｉ ^＋→Ｇ_ｉ ^０→Ｇ_ｉ ⁻と狭めるようにすれば、同一ロールであっても複数回にわたって切削代を確保することができる。このときに切削される圧延ロールの孔型寸法は、新品ロールの孔型寸法と同じとする。
【００３０】
そして、当該スタンドに組み込まれたまま切削された圧延ロールは、中空素管の孔型圧延時に、切削時新たに設定されたロール圧下位置、すなわち、新たなロールギャップの設定をそのままに採用することによって、ロール切削前、すなわち、新品ロールを用いたと同様の表面品質状況、および寸法精度の仕上鋼管を製造することができる。
【００３１】
【実施例】
本発明の圧延ロールの切削方法の効果を、具体的な実施例に基づいて説明する。本実施例では、マンドレルミルで延伸圧延された低合金鋼素管を絞り圧延前に外径２１０ｍｍから圧延後仕上外径１７７．８ｍｍに製管する孔型圧延プロセスを対象とした。このとき用いたＮｏ．１〜７スタンドの孔型圧延ロールの諸元例は、前記表１に示した通りである。
【００３２】
本実施例のプロセスでは、圧延の進捗にともなって５回の切削を実施し、そのうちメインロールスタンドのＮｏ．３スタンドに組み込まれた圧延ロールの切削状況を表２に示す。
【００３３】
メインロールスタンドＮｏ．３に組み込まれた圧延ロールの孔型寸法は、表１に示すように、エッジ部半径Ａ_３＝９３．１６ｍｍ、溝底部半径Ｂ_３＝９６．７７ｍｍである。ロール材質はチルドロールであり、圧延本数３，０００〜４，０００本にて約０．１〜０．２ｍｍの摩耗が生じ、かつ、ロール肌荒れ、ロールエッジ部の焼付きが発生したため、圧延本数が３，０００本を超える毎に、ロール径（直径）で０．５ｍｍ以上の切削が必要になる。このため、本発明例では余裕をもたせるため、３，０００本の圧延本数毎にロール径で１．０ｍｍの切削を行った。
【００３４】
【表２】

【００３５】
圧延ロールの１回目切削時には、ロール圧下位置を標準ロール圧下位置より１．０ｍｍ開けた状態（Ｓ_３ ^＋１．０）で設定し、このときのロールギャップ（Ｇ_３ ^＋１．０）は６．７３ｍｍとして、エッジ部半径Ａ_３、溝底部半径Ｂ_３を切削する。１回目切削後の圧延では、Ｎｏ．３スタンドをロール圧下位置Ｓ_３ ^＋１．０、ロールギャップＧ_３ ^＋１．０で設定すれば所定品質の仕上鋼管が得られる。
【００３６】
同様に、圧延ロールの２回目切削時には、ロール圧下位置を標準ロール圧下位置より０．５ｍｍ開けた状態（Ｓ_３ ^＋０．５）で設定し、このときのロールギャップ（Ｇ_３ ^＋０．５）は５．８７ｍｍとして、エッジ部半径Ａ_３、溝底部半径Ｂ_３を切削する。また、２回目切削後の圧延で、ロール圧下位置Ｓ_３ ^＋０．５、ロールギャップＧ_３ ^＋０．５で設定すれば、優れた品質の仕上鋼管が製造される。
【００３７】
引き続き、３回目〜５回目切削時にも、表２に示すように、ロール圧下位置をＳ_３ ^０〜Ｓ_３ ^−１．０に、またロールギャップをＧ_３ ^０〜Ｇ_３ ^−１．０に設定してエッジ部半径Ａ_３＝９３．１６ｍｍ、溝底部半径Ｂ_３＝９６．７７ｍｍが確保できるように切削を行う。そして、切削後の圧延において、同様のロール圧下位置およびロールギャップの設定を行うことによって、仕上圧延された鋼管表面の品質、寸法精度および操業能率について、新品ロールまたは１回目の切削ロールを用いた場合と全く同等の結果を得ることができる。
【００３８】
本実施例のＮｏ．３スタンドにおけるロール切削原単位は、下記の式から換算される。ただし、式中のＤ_２、Ｄ_３は前記表１に示すＮｏ．２、３ロール平均径を示す。
【００３９】
（Ｄ_２−Ｄ_３）／３，０００本×５
上式から換算して、ロール切削原単位０．３７６ｍｍ／１，０００本となり、従来の切削方に比べ、著しく改善されることが分かる。さらに、本発明の切削方法では、５回目の切削後は、Ｎｏ．２スタンドに組み込まれる圧延ロール（Ａ_３＝１０２．０１ｍｍ、Ｂ_３＝９９．５６ｍｍ）に改削が出きるので、一層のロール切削原単位の改善が期待できる。
【００４０】
また、本実施例では、ロール圧下位置の変更量ΔＳ_ｉ＝０．５ｍｍと余裕を持たせたが、所定本数の圧延後にロール表面性状が良好であれば、さらにΔＳ_ｉを減少させることによって、さらなるロール切削原単位の向上が図れる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の孔型圧延ロールの切削方法によれば、ストレッチレデューサ或いはサイザー等に代表される外径絞り圧延機で製造される仕上鋼管の表面品質や寸法精度を悪化させることなく、ロール切削原単位を大幅に向上させることができる。しかも、多品種少量生産に最適な切削方法であるから、いずれの製造分野においても、熱間圧延費用の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】円盤砥石を用いて孔型圧延ロールの孔型を切削する方法を説明する図である。
【図２】本発明の圧延ロール切削時におけるスタンドのロール圧下位置およびロールギャップの設定状況を説明する図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ：孔型圧延ロール
２：円盤砥石

Claims

ロールギャップ調整機構を有する、複数個のロールスタンドで構成された孔型圧延機に用いられる圧延ロールの切削方法であって、ロールギャップが所定量になるように、ロール圧下位置を設定した状態でスタンドに組み込まれたロールの孔型を切削し、切削されたロールを当該スタンドで切削時に設定されたロール圧下位置でそのまま使用することを特徴とする孔型圧延ロールの切削方法。
ロールの切削回数を重ねるに従いロールギャップが狭くなるように、上記ロール圧下位置を設定することを特徴とする請求項１記載の孔型圧延ロールの切削方法。
上記孔型圧延機が３ロール外径絞り圧延機であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の孔型圧延ロールの切削方法。