JP3705479B2 - 継ぎ目無し管の圧延制御方法及び圧延装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マンドレルミルにおいて、管肉厚及び管長さを所望の値に圧延する継ぎ目無し管の圧延制御方法及び圧延装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、マンネスマン−マンドレルミル方式による継ぎ目無し鋼管の製造方法を示す説明図である。図２に示すように、継ぎ目無し鋼管の製造に際しては、まずビレット５１を、加熱炉５２で１２００〜１３００℃まで加熱する。次に、加熱されたビレット５１をピアサー５３で穿孔圧延して中空素管５４とする。この中空素管５４に芯金棒５５（以降、芯金棒５５をマンドレルバーという）を挿入し、マンドレルミル５６で延伸圧延して管肉厚を調整する。その後マンドレルバー５５を抽出し、サイザー又はストレッチレデューサー等の絞り圧延機５７で管を所定の径に成形し、製品寸法に仕上げる。マンドレルミル５６では、複数個のスタンド＃１，…，＃Ｎにおいて、中空素管５４を外側から孔型ロール５８で、内側からマンドレルバー５５でそれぞれ拘束し、圧延方向に垂直な面内で９０°ずつ交差した部分の肉厚を交互に圧延する。
【０００３】
ここで、マンドレルミル５６の各スタンドのうち、素管５４の各部位を圧延する最終のスタンド（つまり、当該スタンドの孔型の溝底部で圧延された素管の部位がそれ以降のマンドレルミル５６のどのスタンドでも圧延されない場合）は、一般に、マンドレルミルの仕上げスタンドと称されている。
【０００４】
マンドレルミル５６で所定の肉厚を得るには、マンドレルミル５６の仕上げスタンドの孔型ロール５８の孔型溝底径と、使用するマンドレルバー５５の外径とにより幾何学的に決定される間隔（ロールギャップ）によって肉厚が決まるため、マンドレルミル５６の仕上げスタンドの孔型ロール５８の孔型溝底径とマンドレルバー５５の外径とを一義的に決定する必要がある。したがって、継ぎ目無し鋼管の仕上げ肉厚が異なる場合には、それに応じて別のマンドレルバー５５に交換する等、その都度径の異なるマンドレルバー５５を使用する必要がある。これは、溝底径の異なる孔型ロール５８に交換するよりも、マンドレルバー５５を交換する方が容易なためである。
【０００５】
しかしながら、製造するすべての肉厚に対応するマンドレルバー５５を準備することは、マンドレルバー５５の置き場の確保や製造コストの観点から現実的ではない。そこで、マンドレルバー５５の製造コストが比較的安い小径管の場合には、マンドレルミル５６では例えば肉厚０．５ｍｍピッチで管を製造し、後続する絞り圧延機で管肉厚を微調整することにより、所望の肉厚にすることがなされている。一方、マンドレルバー５５の製造コストが高い中径管や大径管では、マンドレルミル５６で製造する肉厚のピッチをさらに大きくする必要があり、絞り圧延機での調整可能範囲を超えるピッチになる。そこで、製造の対象となる管寸法のうち、微小に異なる複数の肉厚に対しては同一のマンドレルバー５５を使用し、マンドレルミル５６のロールギャップを変更することにより孔型溝底間距離を調整して製造する方法が提案されている。
【０００６】
従来、マンドレルミルのロールギャップを調整する一般的な方法として、特開平８−７１６１３号公報の実施例に開示された方法が知られている。すなわち、マンドレルミルにおいて肉厚２５ｍｍの管を製造する際、直径が９７ｍｍのマンドレルバーを用いた場合には、孔型溝底半径を７３．５ｍｍ（孔型溝底間距離は１４７ｍｍ）に設定して圧延し、直径が８７ｍｍのマンドレルバーを用いた場合には、前記孔型溝底間距離を１３７ｍｍに変更して圧延する。つまり、前記いずれの場合においても、孔型ロールの溝底部とマンドレルバーとにより幾何学的に決定される間隔を、マンドレルミル出側での目標とする肉厚である２５ｍｍに設定する方法である。
【０００７】
また、通常、素管を孔型ロールで圧延したとき、ロールで圧延されないフランジ部の肉厚が、素管の肉厚より小さくなるというフランジ減肉と称する現象が知られている。つまり、仕上第１スタンドで仕上げた肉厚が、仕上第２スタンドのフランジ部の減肉によりさらに薄くなるが、この影響を防止するべく、前記孔型ロールの溝底部とマンドレルバーにより幾何学的に決定される間隔をマンドレルミル出側の目標とする肉厚より大きく設定する方法（特開平８−７１６１１号公報）が知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、マンドレルミルのロールギャップを変更した場合には、管の周方向に偏肉が発生する。なぜならば、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により幾何学的に決定される間隔によって肉厚が決まるため、所定のロールギャップ以外では一対の孔型ロールで形成される孔型径（形状）が変化し、これに伴って前記間隔も周方向で変化するからである。
【０００９】
上記現象を、真円孔型の孔型ロールの仕上げスタンドロールを例にとって模式的に示したのが図３である。以下、図３のロール孔型の最も深い部分をロールの溝底部６３、２つのロールに挟まれ肉厚圧下をしていないロール孔型の開口部をフランジ部６４という。図３（ａ）は、一対の孔型ロール６１とマンドレルバー６２とから形成される間隔が円周方向で均一、つまり円周方向で肉厚が均一となる場合を示す。また、図３（ｂ）は、ロールギャップを締めた場合に円周方向で肉厚が不均一となる場合を示す。図３（ｂ）の場合には、孔型ロール６１の溝底部６３に相当する部分で孔型ロール６１とマンドレルバー６２との間隔が一番小さくなり、孔型ロール６１のフランジ部６４側に進むにつれて、孔型ロール６１とマンドレルバー６２との間隔は広くなる。したがって、圧延された管は、孔型ロール６１の溝底部６３で最小になり、フランジ部６４に向かって厚肉となる。
【００１０】
このため、特開平８−７１６１３号公報の実施例に開示された従来の方法では、孔型ロールの溝底部の肉厚はマンドレルミル出側での目標とする肉厚に合致するが、孔型ロールのフランジ部に向かって厚肉となるため、管の平均肉厚はマンドレルミル出側での目標とする肉厚より厚めになるという問題がある。
【００１１】
また、管の製造プロセスでは、通常、注文された管のうち、同一外径で同一肉厚の管については、複数の管を取り合わせて１本の管として圧延し、圧延後に注文された長さに切り分けることがなされている。ここで、圧延された管の長さが目標より短くなると、圧延された管から予定数の注文品を切り分けることができなくなり、注文品を再度圧延することを余儀なくされる。このため、管長さを目標通りに圧延することは重要な課題である。
【００１２】
一方、管の重量は、管の断面積と長さの積に等しいことから、管の長さと管の肉厚とは反比例の関係にある。ところが、特開平８−７１６１３号公報の実施例に開示された従来の方法では、管の平均肉厚はマンドレルミル出側での目標とする肉厚より厚くなるため、管の長さはマンドレルミル出側での目標とする長さより短くなり、前記課題を解決できないという問題がある。
【００１３】
また、特開平８−７１６１１号公報に記載の方法についても、特開平８−７１６１３号公報の実施例に開示された方法に比べて偏肉を抑制できるものの、特開平８−７１６１３号公報の実施例と同様に、管平均肉厚が目標より厚くなり、管長さが目標に比べ短くなるという問題を有している。一方、図３（ｂ）とは逆に、ギャップを基準位置より開いた場合も、同様の理由により、従来法では管肉厚が目標よりも薄くなる（管長さが長くなる）という問題を有している。
【００１４】
本発明は、斯かるマンドレルミルにおける従来技術の問題点を解決するべくなされたもので、マンドレルミルの出側において管肉厚及び管長さを所望の値に圧延し得る継ぎ目無し管の圧延制御方法及び圧延装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
マンドレルミル仕上スタンドのロールギャップを変更して、マンドレルミル出側での管平均肉厚及び管長さを所望の値に圧延するには、マンドレルミル仕上げスタンドでの管周方向の肉厚分布を予測し、管断面積を正確に算出する必要がある。
【００１６】
ここで、ロールギャップを基準位置より閉めた場合には、圧延された管の肉厚は、孔型ロールの溝底部で最小になり、孔型ロールとマンドレルバーとの間に管材が充満している範囲内で、フランジ部に向かって厚肉になる。逆に、ロールギャップを基準位置より開いた場合には、圧延された管の肉厚は、孔型ロールの溝底部では厚いが、孔型ロールとマンドレルバーとの間に管材が充満している範囲内で、フランジ部に向かって薄くなる。そして、孔型ロールとマンドレルバーとの間に管材が充満していない部分では、ロールギャップの位置によらず、前述したようにフランジ減肉が生じる。このため、仕上スタンドでの管周方向の肉厚分布を予測するには、管材とマンドレルバーとが離れる点、管材と孔型ロールとが離れる点、及びフランジ減肉量を正確に予測する必要があるが、これらの特性値は、仕上げスタンドでの管肉厚の圧下量や管周長の絞り量によって異なるだけでなく、材料とマンドレルバーとの摩擦係数や、スタンド間の張力状態によっても異なる。よって、一般的に前記特性値の予測は難しいものである。
【００１７】
そこで本発明者らは、マンドレルミル仕上げスタンドのロールギャップ変更量及びマンドレルバー径の変更量と、管平均肉厚との関係について鋭意調査を行った。その結果、マンドレルミルの仕上スタンドの孔型の溝底部の曲率半径をＲ［ｍｍ］、マンドレルバーの直径をＤＭ［ｍｍ］、孔型の溝底部の肉厚をＴＧ［ｍｍ］としたとき、マンドレルミル出側の平均肉厚の変化量（平均肉厚−溝底部の肉厚）ΔＴ［ｍｍ］は、次式で表すパラメータで整理できることを見出した。
２×（Ｒ−ＴＧ）−ＤＭ ・・・（１）
【００１８】
図４に、マンドレルミル出側の平均肉厚の変化量ΔＴ（孔型の溝底部の肉厚と等しいときΔＴ＝０とした）と、上記パラメータ２×（Ｒ−ＴＧ）−ＤＭ との関係を示す。図４に示すように、パラメータ２×（Ｒ−ＴＧ）−ＤＭ が大きくなるにつれて、マンドレルミル出側の平均肉厚の変化量ΔＴも大きくなる。これは、次式（２）で表される仕上げスタンドで圧延した後の溝底部の管内径
２×（Ｒ’−ＴＧ） Ｒ’：溝底部の管外半径 ・・・（２）
がＤＭに等しいことから、パラメータ２×（Ｒ−ＴＧ）−ＤＭ が大きいと、溝底部の管外半径を、孔型の溝底部の曲率半径Ｒより小さくして圧延することになり、圧延された管は、図３（ｂ）に示すようにフランジ部に向かって、より厚肉になるためである。逆にパラメータ２×（Ｒ−ＴＧ）−ＤＭ が小さいと、同様の理由で、圧延された管はフランジ部に向かって、より薄肉になる。
【００１９】
したがって、マンドレルミルの出側において管平均肉厚及び管長さを所望の値に圧延するには、パラメータ２×（Ｒ−ＴＧ）−ＤＭが０より大きいときは、マンドレルミルの仕上スタンドのロールの溝底部の肉厚を、マンドレルミル出側の目標平均肉厚より小さく設定すればよいということになる。逆に、パラメータ２×（Ｒ−ＴＧ）−ＤＭが０より小さいときは、マンドレルミルの仕上スタンドのロールの溝底部の肉厚を、マンドレルミル出側の目標平均肉厚より大きく設定すればよい。なお、図４に示す例は、２ロールマンドレルミルの場合であるが、３ロールマンドレルミルや４ロールマンドレルミル等であっても、同様の考え方をすることができる。
【００２０】
次に、前記のように、マンドレルミルの仕上スタンドのロールの溝底部の肉厚を、パラメータ２×（Ｒ−ＴＧ）−ＤＭが０より大きいときはマンドレルミル出側の目標平均肉厚より小さく設定し、０より小さいときはマンドレルミル出側の目標平均肉厚より大きく設定する際、ロールの溝底部の目標肉厚の変更量の望ましい範囲について調査、発案した結果を説明する。
【００２１】
図４に示すマンドレルミル出側の平均肉厚の変化量ΔＴと、パラメータ２×（Ｒ−ＴＧ）−ＤＭとの関係は、略次式（３）のように表すことができる。
ΔＴ＝Ｔ−ＴＧ＝｛２×（Ｒ−ＴＧ）−ＤＭ｝×０．０５５ ・・・（３）
なお、式（３）の関係は、仕上げスタンドのロール溝底部の孔型が真円のときには、管肉厚や材質によらず成立している。
【００２２】
ここで、式（３）を変形すると次式（４）となる。

上記式（４）の第２項｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝×０．０５５に比べ、第３項２×（Ｔ−ＴＧ）×０．０５５≒０．１×｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝×０．０５５は十分小さいため、近似的に次式（５）の関係が成り立つ。
ＴＧ＝Ｔ−｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝×０．０５５ ・・・（５）
【００２３】
さらに、マンドレルミルの出側において管長さを所望の値に圧延するには、（Ｔ−ＴＧ）／｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝をどのような範囲にすればよいかを調査した結果を図５に示す。図５において、横軸は（Ｔ−ＴＧ）／｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝と０．０５５との差を、縦軸は長さ偏差率の絶対値としている。図５から、長さ偏差率を１％未満にするには、（Ｔ−ＴＧ）／｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝を次の範囲にする必要があることを見出した。
０．０３＜（Ｔ−ＴＧ）／｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝＜０．０８ ・・・（６）
【００２４】
したがって、マンドレルミルの出側において、管長さの所望の値からの偏差を１％未満にして圧延するには、マンドレルミルの仕上スタンドのロールの溝底部の目標肉厚をＴＧ［ｍｍ］、マンドレルミル出側の目標平均肉厚をＴ［ｍｍ］、孔型の溝底部の曲率半径をＲ［ｍｍ］、芯金棒の直径をＤＭ［ｍｍ］としたとき、マンドレルミルの仕上スタンドのロールの溝底部の目標肉厚ＴＧを次の範囲に設定して圧延すればよい。
（Ａ）２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ＞０のとき

（Ｂ）２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ＜０のとき

【００２５】
以上の説明は、マンドレルミル仕上各スタンドの孔型の溝底の肉厚を、全て同一設定した場合についてしたものであるが、例えば特開平５−１３８２０９号公報に示されるように、所定の理由により、マンドレルミル仕上各スタンドの孔型の溝底の肉厚が互いに異なる場合がある。以下、マンドレルミル仕上各スタンドの孔型の溝底の肉厚が互いに異なる場合に、ロールの溝底部の目標肉厚の変更量の望ましい範囲について調査、発案した結果を説明する。
【００２６】
図６に示すように、マンドレルミルの仕上第ｉスタンドのｊ方向のロールの溝底部の肉厚をＴＧ（ｉ，ｊ）［ｍｍ］とした場合、ＴＧ（ｉ，ｊ）の最大値と最小値との差をΔＴＦ［ｍｍ］とする。この△ＴＦの値を変更した場合における、マンドレルミル出側の平均肉厚の変化量ΔＴ（孔型の溝底部の肉厚の平均値Ｅ［ＴＧ（ｉ，ｊ）］と等しいとき△Ｔ＝０とした）と、パラメータ２×（Ｒ−Ｅ［ＴＧ（ｉ，ｊ）］）−ＤＭとの関係を図７に示す。なお、図７の例は、２ロールマンドレルミルの場合であるが、３ロールマンドレルミルや４ロールマンドレルミル等であっても、同様の考え方をすることができる。
【００２７】
図７に示すように、グラフの傾きは、図４に示す式（３）の場合とほぼ同じであるものの、マンドレルミル出側の平均肉厚の変化量ΔＴと、パラメータ２×（Ｒ−Ｅ［ＴＧ（ｉ，ｊ）］）−ＤＭとの関係は、ΔＴＦ＝０以外の場合、図４に比べて若干オフセットを有する。
【００２８】
前記オフセット量（図７のグラフのｙ切片）とΔＴＦとの関係を図８に示す。図８及び図７より、マンドレルミル出側の平均肉厚の変化量ΔＴ（孔型の溝底部の肉厚と等しいときΔＴ＝０とした）と、パラメータ２×（Ｒ−Ｅ［ＴＧ（ｉ，ｊ）］）−ＤＭとの関係は、ほぼ次式のように表すことができる。

【００２９】
よって、前述したΔＴＦ＝０の場合と同様の考察により、ロールの溝底部の目標肉厚ＴＧ（ｉ，ｊ）［ｍｍ］の望ましい範囲は、マンドレルミル出側の目標平均肉厚をＴ［ｍｍ］、孔型の溝底部の曲率半径をＲ［ｍｍ］、芯金棒の直径をＤＭ［ｍｍ］としたとき、次式のようになる。
（Ａ）２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ＞０のとき

（Ｂ）２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ＜０のとき

【００３０】
本発明は、本発明者らが見出した上記新しい知見により案出されたものであり、マンドレルミルの出側において管肉厚及び管長さを所望の値に圧延し得る継ぎ目無し管の圧延制御方法及び圧延装置を提供するものである。
【００３１】
すなわち、本願の第１発明は、複数の孔型ロールスタンドを具備し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバーを配置し、管を圧延するマンドレルミルにおいて、該マンドレルミルの最終２スタンドのうち少なくとも１つ以上のロールで、前記マンドレルバーの半径と前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚との和よりもロール孔型の溝底部の曲率半径が大きいとき、前記ロールの溝底部の肉厚を前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚より小さく設定して圧延することを特徴とする継ぎ目無し管の圧延制御方法である。
【００３２】
本願の第２発明は、複数の孔型ロールスタンドを具備し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバーを配置し、管を圧延するマンドレルミルにおいて、該マンドレルミルの最終２スタンドのうち少なくとも１つ以上のロールで、前記マンドレルバーの半径と前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚との和よりもロール孔型の溝底部の曲率半径が小さいとき、前記ロールの溝底部の肉厚を前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚より大きく設定して圧延することを特徴とする継ぎ目無し管の圧延制御方法である。
【００３３】
本願の第３発明は、前記第１発明において、前記マンドレルミルの最終２スタンドのロールの溝底部の肉厚をＴＧ［ｍｍ］、前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚をＴ［ｍｍ］、前記ロール孔型の溝底部の曲率半径をＲ［ｍｍ］、前記マンドレルバーの直径をＤＭ［ｍｍ］としたとき、前記ＴＧを次の範囲に設定して圧延することを特徴とする継ぎ目無し管の圧延制御方法である。
T−[2×(R−T)−DM]×0.08＜ TG ＜T−[2×(R−T)−DM]×0.03
【００３４】
本願の第４発明は、前記第２発明において、前記マンドレルミルの最終２スタンドのロールの溝底部の肉厚をＴＧ［ｍｍ］、前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚をＴ［ｍｍ］、前記ロール孔型の溝底部の曲率半径をＲ［ｍｍ］、前記マンドレルバーの直径をＤＭ［ｍｍ］としたとき、前記ＴＧを次の範囲に設定して圧延することを特徴とする継ぎ目無し管の圧延制御方法である。
T−[2×(R−T)−DM]×0.03＜ TG ＜T−[2×(R−T)−DM]×0.08
【００３５】
本願の第５発明は、前記第１発明において、前記マンドレルミルの最終２スタンドのうち第ｉスタンドのｊ方向のロールの溝底部の肉厚をＴＧ（ｉ，ｊ）［ｍｍ］、前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚をＴ［ｍｍ］、前記ロール孔型の溝底部の曲率半径をＲ［ｍｍ］、前記マンドレルバーの直径をＤＭ［ｍｍ］としたとき、前記ＴＧ（ｉ，ｊ）の平均値Ｅ［ＴＧ（ｉ，ｊ）］を次の範囲に設定して圧延することを特徴とする継ぎ目無し管の圧延制御方法である。
【数３】

【００３６】
本願の第６発明は、前記第２発明において、前記マンドレルミルの最終２スタンドのうち第ｉスタンドのｊ方向のロールの溝底部の肉厚をＴＧ（ｉ，ｊ）［ｍｍ］、前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚をＴ［ｍｍ］、前記ロール孔型の溝底部の曲率半径をＲ［ｍｍ］、前記マンドレルバーの直径をＤＭ［ｍｍ］としたとき、前記ＴＧ（ｉ，ｊ）の平均値Ｅ［ＴＧ（ｉ，ｊ）］を次の範囲に設定して圧延することを特徴とする継ぎ目無し管の圧延制御方法である。
【数４】
Ｔ−｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝×０．０３＋ΔＴＦ×０．０５
＜ Ｅ［ＴＧ（ｉ，ｊ）］
＜ Ｔ−｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝×０．０８＋ΔＴＦ×０．０５
【００３７】
本願の第７発明は、複数の孔型ロールスタンドを具備し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバーを配置し、管を圧延するマンドレルミルと、該マンドレルミルの最終２スタンドのうち少なくとも１つ以上のロールで、前記マンドレルバーの半径と前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚との和よりもロール孔型の溝底部の曲率半径が大きいとき、前記ロールの溝底部の肉厚を前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚より小さく設定して圧延するように前記ロールのギャップを調整する圧延制御装置とを備えることを特徴とする継ぎ目無し管の圧延装置である。
【００３８】
本願の第８発明は、複数の孔型ロールスタンドを具備し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバーを配置し、管を圧延するマンドレルミルと、該マンドレルミルの最終２スタンドのうち少なくとも１つ以上のロールで、前記マンドレルバーの半径と前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚との和よりもロール孔型の溝底部の曲率半径が小さいとき、前記ロールの溝底部の肉厚を前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚より大きく設定して圧延するように前記ロールのギャップを調整する圧延制御装置とを備えることを特徴とする継ぎ目無し管の圧延装置である。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
まず、本願の第１発明、第２発明、第３発明、第４発明、第７発明及び第８発明に係る第１の実施形態について、図１に基づき説明する。
【００４０】
図１において、１１は複数個のスタンド＃１，・・・，＃Ｎからなるマンドレルミル、１２はピアサーで穿孔された中空素管（素管）、１３はマンドレルバー、１４はマンドレルミルの圧延ロールをそれぞれ示す。ピアサーで穿孔された素管１２は、内部にマンドレルバー１３が挿入され、マンドレルバー１３の後端が保持装置（図示せず）によって一定速度に保持された状態で、マンドレルミル１１においてマンドレルバー１３と複数の孔型圧延ロール１４とにより延伸圧延される。
【００４１】
また、図１において、１５は演算装置、１６はマンドレルミル１１の仕上げスタンドの各ロール圧下装置である。演算装置１５及び圧下装置１６によって、本願の第７発明及び第８発明における圧延制御装置が構成されている。演算装置１５は、マンドレルミル１１の出側目標管肉厚Ｔ［ｍｍ］、マンドレルミル１１の仕上スタンドの孔型溝底部の曲率半径Ｒ［ｍｍ］、マンドレルバー１３の外径ＤＭ［ｍｍ］から、予め与えられた下記の式（１２）に基づいて、マンドレルミル１１の仕上スタンドにおける適切な孔型の溝底の管肉厚ＴＧ［ｍｍ］を計算する。さらに、演算装置１５は、前記適切な管肉厚ＴＧを与えるために必要なマンドレルミル１１の仕上げスタンドの圧下位置を算出する。
ＴＧ＝Ｔ−｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝×０．０５５ ・・・（12）
【００４２】
演算装置１５には、式（１２）が予め組み込まれている。演算装置１５は、前述のように、式（１２）に基づいてマンドレルミル１１の仕上げスタンドで与えるべき孔型の溝底の管肉厚ＴＧを計算し、該計算されたＴＧからマンドレルミル１１の仕上げスタンドの必要なギャップを下記式（１３）によって算出し、該算出されたギャップをマンドレルミル１１の仕上げスタンドの各ロール圧下装置１６に指令する。圧下装置１６は、前記指令に基づきギャップを調整する。
Ｇ＝Ｇ０＋２×ＴＧ＋ＤＭ−Ｄ０ ・・・（13）
ここで、Ｇ ：マンドレルミル仕上げスタンドで与えるべきギャップ
Ｇ０：標準時（孔型設計時）のマンドレルミル仕上げスタンドのギャップ
Ｄ０：標準時（孔型設計時）の孔型の溝底間距離
【００４３】
以上のように、演算装置１５は、式（１２）に基づき、マンドレルミル１１の出側において管肉厚および管長さを所望の値に圧延するために必要なマンドレルミル１１仕上げスタンドのギャップを演算し、マンドレルミル１１仕上げスタンドの各ロール圧下装置１６に指令し、ギャップを調整する。したがって、マンドレルミル１１の仕上げスタンドの孔型の溝底の管肉厚は、前述した式（７）又は式（８）を満たし、２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭが正の場合にはマンドレルミル１１仕上げスタンドのロールの溝底部の薄肉部とフランジ側の厚肉部とが相殺される。また、２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭが負の場合にはマンドレルミル１１仕上げスタンドのロールの溝底部の厚肉部とフランジ側の薄肉部とが相殺され、管１２の管肉厚及び管長さを所望の値に圧延することができる。
【００４４】
次に、本願の第５発明および第６発明に係る第２の実施形態について、前述した第１の実施形態と同様に、図１に基づいて説明する。
【００４５】
本実施形態では、演算装置１５は、マンドレルミル１１の出側目標管肉厚Ｔ［ｍｍ］、マンドレルミル１１の仕上スタンドの孔型の溝底部の曲率半径Ｒ［ｍｍ］、マンドレルバーの外径ＤＭ［ｍｍ］、マンドレルミル１１の仕上＃Ｎスタンド（Ｎはマンドレルミルで肉厚圧下するスタンド数）の孔型の溝底の肉厚と仕上＃Ｎ−１スタンドの孔型の溝底の肉厚との差ΔＴＦ［ｍｍ］から、予め与えられた下記の式（１４）に基づいて、マンドレルミル１１の仕上スタンドにおける適切な孔型の溝底の管肉厚ＴＧ（ｉ）［ｍｍ］（ｉはスタンド番号であり，ＮまたはＮ−１）を計算する。さらに、演算装置１５は、前記適切な管肉厚ＴＧ（ｉ）を与えるために必要なマンドレルミル１１の仕上げスタンドの圧下位置を算出する。
ＴＧ（Ｎ） ＝ＴＧ＿Ｅ＋ΔＴＦ／２ ・・・（14）
ＴＧ（Ｎ−１）＝ＴＧ＿Ｅ−ΔＴＦ／２
ＴＧ＿Ｅ＝Ｔ−｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝×０．０５５＋ΔＴＦ×０．０５
ここで、ＴＧ−Ｅ＝Ｅ［ＴＧ（Ｎ），ＴＧ（Ｎ−１）］，Ｅ［・］は平均値
【００４６】
演算装置１５には、式（１４）が予め組み込まれている。演算装置１５は、前述のように、式（１４）に基づいてマンドレルミル１１の仕上げスタンドで与えるべき孔型の溝底の管肉厚ＴＧ（ｉ）を計算し、該計算されたＴＧ（ｉ）からマンドレルミル１１の仕上げスタンドの必要なギャップを前記式（１３）によって算出し、該算出されたギャップをマンドレルミル１１の仕上げスタンドの各ロール圧下装置１６に指令する。圧下装置１６は、前記指令に基づきギャップを調整する。
【００４７】
以上のように、演算装置１５は、式（１４）に基づき、マンドレルミル１１の出側において管肉厚および管長さを所望の値に圧延するために必要なマンドレルミル１１仕上げスタンドのギャップを演算し、マンドレルミル１１仕上げスタンドの各ロール圧下装置１６に指令し、ギャップを調整する。したがって、マンドレルミル１１の仕上げスタンドの孔型の溝底の管肉厚は、前述した式（１０）又は式（１１）を満たし、２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭが正の場合にはマンドレルミル１１仕上げスタンドのロールの溝底部の薄肉部とフランジ側の厚肉部とが相殺される。２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭが負の場合にはマンドレルミル１１仕上げスタンドのロールの溝底部の厚肉部とフランジ側の薄肉部とが相殺され、管１２の管肉厚および管長さを所望の値に圧延することができる。
【００４８】
なお，ロールギャップの設定精度には多少のばらつきがあるため、孔型の溝底の肉厚を正確に式（１２）及び式（１４）の値にすることは難しいが、図５より、長さ偏差率を１％未満にするには、孔型の溝底の肉厚を式（７）（又は式（８））及び式（１０）（又は式（１１））の範囲とすれば足りる。
【００４９】
また、第１の実施形態及び第２の実施形態において、マンドレルミル１１は、２ロールマンドレルミルとしたが、３ロールマンドレルミルや２スタンド以上の４ロールマンドレルミル等であっても、同様の方法で、マンドレルミルの出側において管肉厚及び管長さを所望の値に圧延することが可能である。
【００５０】
以下、実施例を説明することにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。（１）試験１
まず、外径３２０．０ｍｍ、肉厚１７．０ｍｍの素管を、圧下方向を交互に９０°交差させて連続配置された５スタンドの２ロールミルで圧延するマンドレルミルにおいて、＃４、＃５スタンドの溝底肉厚が等しくなるようにロールギャップを設定し、外径が２６０ｍｍのマンドレルバーを用いて、外径２７６．０ｍｍ、肉厚７．０ｍｍに延伸圧延する場合の実施例及び比較例を示す。
【００５１】
（実施例１：本発明法Ａ）式（１２）に基づきマンドレルミル仕上げスタンドで与えるべき孔型の溝底の管肉厚を計算し、計算された管肉厚から前記マンドレルミル仕上げスタンドの必要なギャップを式（１３）によって計算し、マンドレルミル仕上げスタンドのギャップを調整して、マンドレルミルで延伸圧延した。
【００５２】
（実施例２：本発明法Ｂ）下記の式（１５）に基づきマンドレルミル仕上げスタンドで与えるべき孔型の溝底の管肉厚を計算し、計算された管肉厚から前記マンドレルミル仕上げスタンドの必要なギャップを式（１３）によって計算し、マンドレルミル仕上げスタンドのギャップを調整して、マンドレルミルで延伸圧延した。
ＴＧ＝Ｔ−｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝×０．０２ ・・・（15）
【００５３】
（比較例１：従来法）孔型ロールの溝底部とマンドレルバーにより幾何学的に決定される間隔を、マンドレルミル出側での目標とする肉厚に設定する特開平８−７１６１３号公報の実施例に開示された従来法で圧延した。
【００５４】
上記本発明法Ａ、本発明法Ｂ、及び従来法のそれぞれについて管長さ精度を比較した結果を表１に示す。ここで、管長さ精度は下記の式（１６）によって計算した。
ΔＬ＝（Ｌ−Ｌ0）／Ｌ0×ｌ００［％］ ・・・（16）
ここで、
ΔＬ：管長さ精度［％］，Ｌ：マンドレルミル出側実績管長さ［ｍ］
Ｌ0：マンドレルミル出側目標管長さ［ｍ］
【表１】

【００５５】
表１に示すように、マンドレルミルのギャップを調整した本発明法Ａ及びＢによれば、従来法と比較して、管長さ精度が０．６％以上改善された。
【００５６】
（２）試験２
次に、外径３２０．０ｍｍ、肉厚１７．０ｍｍの素管を、圧下方向を交互に９０°交差させて連続配置された５スタンドの２ロールミルで圧延するマンドレルミルにおいて、＃４、＃５スタンドの溝底肉厚が等しくなるようにロールギャップを設定し、外径が２５８ｍｍのマンドレルバーを用いて、外径２７６．０ｍｍ、肉厚７．０ｍｍに延伸圧延する場合の実施例及び比較例を示す。
【００５７】
（実施例３：本発明法Ａ）式（１２）に基づきマンドレルミル仕上げスタンドで与えるべき孔型の溝底の管肉厚を計算し、計算された管肉厚から前記マンドレルミル仕上げスタンドの必要なギャップを式（１３）によって計算し、マンドレルミル仕上げスタンドのギャップを調整して、マンドレルミルで延伸圧延した。
【００５８】
（実施例４：本発明法Ｂ）式（１５）に基づきマンドレルミル仕上げスタンドで与えるべき孔型の溝底の管肉厚を計算し、計算された管肉厚から前記マンドレルミル仕上げスタンドの必要なギャップを式（１３）によって計算し、マンドレルミル仕上げスタンドのギャップを調整して、マンドレルミルで延伸圧延した。
【００５９】
（比較例２：従来法）孔型ロールの溝底部とマンドレルバーにより幾何学的に決定される間隔を、マンドレルミル出側での目標とする肉厚に設定する特開平８−７１６１３号公報の実施例に開示された従来法で圧延した。
【００６０】
上記本発明法Ａ、本発明法Ｂ、及び従来法のそれぞれについて管長さ精度を比較した結果を表２に示す。
【表２】

【００６１】
本試験２における圧延条件は、試験１における圧延条件に比べて圧延に使用したマンドレルバーの外径が小さいために、式（１）のパラメータが大きいことになる。式（１）のパラメータが大きい場合、表２に示すように、従来法では管長さ精度が極めて悪くなる。一方、マンドレルミルのギャップを調整した本発明法Ａ及びＢによれば、従来法と比較して、管長さ精度が１．１％以上改善された。特に、孔型の溝底の肉厚が式（７）又は式（８）の範囲に入るように調整した本発明法Ａでは、管長さ精度を０．５％以内に抑えることができ、所望の管長さを得ることができた。
【００６２】
（３）試験３
次に、外径３２０．０ｍｍ、肉厚１７．０ｍｍの素管を、圧下方向を交互に９０°交差させて連続配置された５スタンドの２ロールミルで圧延するマンドレルミルにおいて、＃４、＃５スタンドの溝底肉厚が等しくなるようにロールギャップを設定し、外径が２６４ｍｍのマンドレルバーを用いて、外径２７６．０ｍｍ、肉厚７．０ｍｍに延伸圧延する場合の実施例及び比較例を示す。
【００６３】
（実施例５：本発明法Ａ）式（１２）に基づきマンドレルミル仕上げスタンドで与えるべき孔型の溝底の管肉厚を計算し、計算された管肉厚から前記マンドレルミル仕上げスタンドの必要なギャップを式（１３）によって計算し、マンドレルミル仕上げスタンドのギャップを調整して、マンドレルミルで延伸圧延した。
【００６４】
（実施例６：本発明法Ｂ）式（１５）に基づきマンドレルミル仕上げスタンドで与えるべき孔型の溝底の管肉厚を計算し、計算された管肉厚から前記マンドレルミル仕上げスタンドの必要なギャップを式（１３）によって計算し、マンドレルミル仕上げスタンドのギャップを調整して、マンドレルミルで延伸圧延した。
【００６５】
（比較例３：従来法）孔型ロールの溝底部とマンドレルバーにより幾何学的に決定される間隔を、マンドレルミル出側での目標とする肉厚に設定する特開平８−７１６１３号公報の実施例に開示された従来法で圧延した。
【００６６】
上記本発明法Ａ、本発明法Ｂ、及び従来法のそれぞれについて管長さ精度を比較した結果を表３に示す。
【表３】

表３に示すように、マンドレルミルのギャップを調整した本発明法Ａ及びＢによれば、従来法と比較して、管長さ精度が０．６％以上改善された。
【００６７】
（４）試験４
次に、外径３２０．０ｍｍ、肉厚１７．０ｍｍの素管を、圧下方向を交互に９０°交差させて連続配置された５スタンドの２ロールミルで圧延するマンドレルミルにおいて、＃４スタンドの孔型の溝底の肉厚と、♯５スタンドの孔型の溝底の肉厚との差が０．５ｍｍとなるようにロールギャップを設定し、外径が２５８ｍｍのマンドレルバーを用いて、外径２７６．０ｍｍ、肉厚７．０ｍｍに延伸圧延する場合の実施例及び比較例を示す。
【００６８】
（実施例７：本発明法Ｃ）式（１４）に基づきマンドレルミル仕上げスタンドで与えるべき孔型の溝底の管肉厚を計算し、計算された管肉厚から前記マンドレルミル仕上げスタンドの必要なギャップを式（１３）によって計算し、マンドレルミル仕上げスタンドのギャップを調整して、マンドレルミルで延伸圧延した。
【００６９】
（実施例８：本発明法Ｄ）下記の式（１７）に基づきマンドレルミル仕上げスタンドで与えるべき孔型の溝底の管肉厚を計算し、計算された管肉厚から前記マンドレルミル仕上げスタンドの必要なギャップを式（１３）によって計算し、マンドレルミル仕上げスタンドのギャップを調整して、マンドレルミルで延伸圧延した。
ＴＧ（Ｎ） ＝ＴＧ＿Ｅ＋ΔＴＦ／２ ・・・（17）
ＴＧ（Ｎ−１）＝ＴＧ＿Ｅ−ΔＴＦ／２
ＴＧ＿Ｅ＝Ｔ−｛２×（Ｒ−Ｔ）−ＤＭ｝×０．０５５
【００７０】
（比較例４：従来法）＃４スタンド及び♯５スタンドの孔型の溝底の肉厚の平均値をマンドレルミル出側での目標とする肉厚に設定する従来法で圧延した。
【００７１】
上記本発明法Ｃ、本発明法Ｄ、及び従来法のそれぞれについて管長さ精度を比較した結果を表４に示す。
【表４】

【００７２】
表４に示すように、マンドレルミルのギャップを調整した本発明法Ｃ及びＤによれば、従来法と比較して、管長さ精度が２．０％以上改善された。特に、孔型の溝底の肉厚が式（１０）又は式（１１）の範囲に入るように調整した本発明法Ｃでは、管長さ精度を０．５％以内に抑えることができ、所望の管長さを得ることができた。
【００７３】
（５）試験５
最後に、外径３２０．０ｍｍ、肉厚１７．０ｍｍの素管を、圧下方向を交互に９０°交差させて連続配置された５スタンドの２ロールミルで圧延するマンドレルミルにおいて、＃４スタンドの孔型の溝底の肉厚と、＃５スタンドの孔型の溝底の肉厚との差が０．５ｍｍとなるようにロールギャップを設定し、外径が２６４ｍｍのマンドレルバーを用いて、外径２７６．０ｍｍ，肉厚７．０ｍｍに延伸圧延する場合の実施例及び比較例を示す。
【００７４】
（実施例９：本発明法Ｃ）式（１４）に基づきマンドレルミル仕上げスタンドで与えるべき孔型の溝底の管肉厚を計算し、計算された管肉厚から前記マンドレルミル仕上げスタンドの必要なギャップを式（１３）によって計算し、マンドレルミル仕上げスタンドのギャップを調整して、マンドレルミルで延伸圧延した。
【００７５】
（実施例10：本発明法Ｄ）式（１７）に基づきマンドレルミル仕上げスタンドで与えるべき孔型の溝底の管肉厚を計算し、計算された管肉厚から前記マンドレルミル仕上げスタンドの必要なギャップを式（１３）によって計算し、マンドレルミル仕上げスタンドのギャップを調整して、マンドレルミルで延伸圧延した。
【００７６】
（比較例５：従来法）＃４スタンド及び♯５スタンドの孔型の溝底の肉厚の平均値をマンドレルミル出側での目標とする肉厚に設定する従来法で圧延した。
【００７７】
上記本発明法Ｃ、本発明法Ｄ、及び従来法のそれぞれについて管長さ精度を比較した結果を表５に示す。
【表５】

【００７８】
表５に示すように、マンドレルミルのギャップを調整した本発明法Ｃ及びＤによれば、従来法と比較して、管長さ精度が１．５％以上改善された。
【発明の効果】
以上に述べた通り、本発明によれば、マンドレルミル仕上げスタンドの各ロールのギャップを、マンドレルバーの半径及びマンドレルミル出側の目標平均肉厚の和と、ロール孔型の溝底部の曲率半径との大小に応じて調整することにより、従来よりも、管肉厚及び管長さが所望する値に近づくように圧延することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の一実施形態に係る圧延装置示す概略構成図である。
【図２】 図２は、マンネスマンーマンドレルミル方式による継ぎ目無し鋼管の製造工程の説明図である。
【図３】 図３は、真円孔型ロールでのロールギャップと孔型形状との関係を示し、（ａ）は孔型ロールとマンドレルバーの間隔が円周方向で均一の場合、（ｂ）はロールギャップを締めた場合をそれぞれ表す。
【図４】 図４は、マンドレルミルの仕上げスタンドの各ロールの溝底の肉厚を全て等しく設定した場合におけるパラメータ２×（Ｒ−ＴＧ）−ＤＭと、マンドレルミル出側の平均肉厚の変化量との関係を示すグラフである。
【図５】 図５は、マンドレルミルの仕上スタンドのロールの溝底の肉厚と、マンドレルミル出側の平均肉厚との差が、マンドレルミル出側の管長さの偏差率にどのような影響を与えるかを示すグラフである。
【図６】 図６は、マンドレルミルの仕上げスタンドのロールの溝底の肉厚ＴＧ（ｉ，ｊ）の説明図である。
【図７】 図７は、マンドレルミルの仕上げスタンドの各ロールの溝底の肉厚を互いに異なる値に設定した場合における、パラメータ２×（Ｒ−ＴＧ）−ＤＭと、マンドレルミル出側の平均肉厚の変化量との関係を示すグラフである。
【図８】 図８は、マンドレルミルの仕上げ第１スタンドのロールの溝底の肉厚とマンドレルミルの仕上げ第２スタンドのロールの溝底の肉厚との偏差と、マンドレルミル出側の平均肉厚の変化量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１，５６ マンドレルミル
１２，５４，９３ 素管
１３，５５，６２，９２ マンドレルバー
１４，５８，６１，９１ マンドレルミルの圧延ロール
１５ 演算装置
１６ マンドレルミルの圧延ロールの圧下装置
５１ ビレット
５２ 加熱炉
５３ ピアサー
５７ 絞り圧延機
６３ 溝底部
６４ フランジ部

Claims (8)

1. 複数の孔型ロールスタンドを具備し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバーを配置し、管を圧延するマンドレルミルにおいて、
   該マンドレルミルの最終２スタンドのうち少なくとも１つ以上のロールで、前記マンドレルバーの半径と前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚との和よりもロール孔型の溝底部の曲率半径が大きいとき、前記ロールの溝底部の肉厚を前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚より小さく設定して圧延することを特徴とする継ぎ目無し管の圧延制御方法。
2. 複数の孔型ロールスタンドを具備し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバーを配置し、管を圧延するマンドレルミルにおいて、
   該マンドレルミルの最終２スタンドのうち少なくとも１つ以上のロールで、前記マンドレルバーの半径と前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚との和よりもロール孔型の溝底部の曲率半径が小さいとき、前記ロールの溝底部の肉厚を前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚より大きく設定して圧延することを特徴とする継ぎ目無し管の圧延制御方法。
3. 前記マンドレルミルの最終２スタンドのロールの溝底部の肉厚をＴＧ［ｍｍ］、前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚をＴ［ｍｍ］、前記ロール孔型の溝底部の曲率半径をＲ［ｍｍ］、前記マンドレルバーの直径をＤＭ［ｍｍ］としたとき、前記ＴＧを次の範囲に設定して圧延することを特徴とする請求項１に記載の継ぎ目無し管の圧延制御方法。
   T−[2×(R−T)−DM]×0.08＜ TG ＜T−[2×(R−T)−DM]×0.03
4. 前記マンドレルミルの最終２スタンドのロールの溝底部の肉厚をＴＧ［ｍｍ］、前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚をＴ［ｍｍ］、前記ロール孔型の溝底部の曲率半径をＲ［ｍｍ］、前記マンドレルバーの直径をＤＭ［ｍｍ］としたとき、前記ＴＧを次の範囲に設定して圧延することを特徴とする請求項２に記載の継ぎ目無し管の圧延制御方法。
   T−[2×(R−T)−DM]×0.03＜ TG ＜T−[2×(R−T)−DM]×0.08
5. 前記マンドレルミルの最終２スタンドのうち第ｉスタンドのｊ方向のロールの溝底部の肉厚をＴＧ（ｉ，ｊ）［ｍｍ］、前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚をＴ［ｍｍ］、前記ロール孔型の溝底部の曲率半径をＲ［ｍｍ］、前記マンドレルバーの直径をＤＭ［ｍｍ］としたとき、前記ＴＧ（ｉ，ｊ）の平均値Ｅ［ＴＧ（ｉ，ｊ）］を次の範囲に設定して圧延することを特徴とする請求項１に記載の継ぎ目無し管の圧延制御方法。
   

   
6. 前記マンドレルミルの最終２スタンドのうち第ｉスタンドのｊ方向のロールの溝底部の肉厚をＴＧ（ｉ，ｊ）［ｍｍ］、前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚をＴ［ｍｍ］、前記ロール孔型の溝底部の曲率半径をＲ［ｍｍ］、前記マンドレルバーの直径をＤＭ［ｍｍ］としたとき、前記ＴＧ（ｉ，ｊ）の平均値Ｅ［ＴＧ（ｉ，ｊ）］を次の範囲に設定して圧延することを特徴とする請求項２に記載の継ぎ目無し管の圧延制御方法。
   

   
7. 複数の孔型ロールスタンドを具備し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバーを配置し、管を圧延するマンドレルミルと、
   該マンドレルミルの最終２スタンドのうち少なくとも１つ以上のロールで、前記マンドレルバーの半径と前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚との和よりもロール孔型の溝底部の曲率半径が大きいとき、前記ロールの溝底部の肉厚を前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚より小さく設定して圧延するように前記ロールのギャップを調整する圧延制御装置とを備えることを特徴とする継ぎ目無し管の圧延装置。
8. 複数の孔型ロールスタンドを具備し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型配列内にマンドレルバーを配置し、管を圧延するマンドレルミルと、
   該マンドレルミルの最終２スタンドのうち少なくとも１つ以上のロールで、前記マンドレルバーの半径と前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚との和よりもロール孔型の溝底部の曲率半径が小さいとき、前記ロールの溝底部の肉厚を前記マンドレルミル出側の目標平均肉厚より大きく設定して圧延するように前記ロールのギャップを調整する圧延制御装置とを備えることを特徴とする継ぎ目無し管の圧延装置。

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