JP4035960B2 - Method of rolling a tube with a mandrel mill - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マンドレルミルによる管の圧延方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
小径継目無鋼管の熱間圧延用連続圧延機として広く採用されているマンドレルミルは、中空の素管をその内部にマンドレルバーを挿入し、上下一対の圧延ロールからなる4〜8基の孔型ロールスタンドに通して圧延し、目標とする肉厚を有する管に形成するように構成される。隣接する孔型ロールスタンドのロール軸は圧延軸に垂直な面内で相互にずらして配置される。
【0003】
ところで、このようなマンドレルミルを用いて圧延を行うと、圧延中の管材に穴明きが発生することがある。穴明きは重大な品質上の欠陥となる。管材の鋼種と管材の外径が同じであれば管材の仕上げ肉厚が薄いほど穴明き欠陥は発生し易く、また、普通鋼に比較して変形能の劣る高合金鋼において穴明き欠陥は発生し易い。
【0004】
従来、この穴明き欠陥の発生原因は、圧延中圧下を受けないフランジ部が長手方向に引っ張られて、変形能不足により破断するためと考えられてきた。以後、この原因によりフランジ部に発生する穴明き欠陥を穴明き欠陥Aと記す。
【0005】
この穴明き欠陥Aを防止するために、各種方法が提案されている。例えば、特開昭63−84720号公報には、穴明き欠陥Aの発生するスタンドの圧下率を軽減して、その負荷を他の各スタンドに分散する方法や、入側素管の肉厚を減じて各スタンドの圧下率を軽減する方法が開示されている。
【0006】
一方、特公平7−102369号公報には、肉厚圧下率が溝底部よりその両側で大きいとき、溝底部が長手方向に延ばされネッキングするため溝底部に穴明き欠陥が発生し、この穴明き欠陥(以下、この欠陥を穴明き欠陥Bと記す)の対策として、ロール溝底間隔に基づいて第1スタンド、第2スタンドのロール溝底中央部の曲率半径を決定する方法が開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭63−84720号公報に開示された方法では、穴明き欠陥Aの防止は可能となるが、マンドレルミルによる圧延可能範囲が制約されるという問題がある。即ち、圧下負荷を各スタンドに分散しても圧延荷重が基準値を超えるスタンドが存在する場合には、マンドレルミル全体での圧下率を軽減するため肉厚の薄い素管が必要となる。ところが、素管を製造する穿孔機での圧下率が制約されるため素管肉厚の薄肉化に限界があり、マンドレルミルで肉厚の薄い管材の圧延が困難となる場合が生じる。
【0008】
本発明者の試験によれば、特に肉厚の薄い管の圧延において、穴明き欠陥A、Bとは異なる穴明き欠陥が発生し、特公平7−102369号公報に開示された方法では、穴明き欠陥A、Bとは異なる穴明き欠陥の防止が不十分であることが判った。
【0009】
本発明の課題は、マンドレルミルによる管の圧延の際の上記問題点を解決し、穴明き欠陥A、Bとは異なる穴明き欠陥の防止を可能とするマンドレルミルによる管の圧延方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マンドレルミルの連続配置された孔型ロールスタンド列のロール孔型を適切に設計することにより、穴明き欠陥A、Bとは異なる穴明き欠陥を防止するものである。
【0011】
本発明者は、マンドレルミル圧延における穴明き欠陥の発生原因を鋭意調査した結果、穴明き欠陥の発生のメカニズムに関し、下記の新たな知見を得た。なお、以下の説明では、孔型ロールスタンドを単にスタンドとも記し、マンドレルミルの上流から下流に向かって第1スタンド、第2スタンド、・・・とする。
【0012】
(i)図1は、5つのスタンドを備えたマンドレルミルで管を圧延する際の第1〜第4スタンドにおける肉厚圧下量の周方向分布の例を模式的に示すグラフで、同図(a)は第1スタンド、(b)は第2スタンド、(c)は第3スタンド、(d)は第4スタンドの場合である。同図(a)〜(d)で横軸はロール孔型の溝底中央部からの角度で、縦軸は肉厚圧下量である。
【0013】
マンドレルミルのロール孔型は、通常、複数スタンドの前段側のスタンドでは楕円形で後段側のスタンドになるほど真円形状に近づくように設計される。従って、図1(a)、(b)に示すように、第1スタンドや第2スタンドおける肉厚圧下量の周方向分布は、溝底部の肉厚圧下量が大きい台形状や半円状となる。一方、図1(c)、(d)に示すように、第3スタンドや第4スタンドにおける肉厚圧下量の周方向分布は、溝底部とフランジ部との中間の部分(中間部)の肉厚圧下量が大きい角状となる。
【0014】
(ii)例えば、第1スタンドや第2スタンドでの圧延のように肉厚圧下率の周方向分布が溝底部で高い台形状や半円形状の場合、溝底部の材料が長手方向に伸ばされる過程で、溝底部の材料はその周りの材料からの拘束により長手方向に波打ち、極端な場合には折れ込んだ状態となり、スリップを生じ穴明き欠陥が溝底部に発生する。この穴明き欠陥はスリップを伴うものであり、穴明き欠陥A、Bとは異なる。
【0015】
(iii)また、例えば、第3スタンドや第4スタンドでの圧延のように肉厚圧下率の周方向分布が溝底部に比べ中間部で高い角状の場合、中間部の材料が長手方向に伸ばされる過程で、中間部の材料は溝底部の材料やフランジ部の材料からの拘束により長手方向に波打ち、極端な場合には折れ込んだ状態となり、スリップを生じ穴明き欠陥が溝底部に発生する。この穴明き欠陥はスリップを伴うものであり、穴明き欠陥A、Bとは異なる。
【0016】
本発明者は、上記のように、溝底部の材料あるいは溝底部とフランジ部との中間部の材料が長手方向に波打つ現象が発生してスリップを生じ穴明き欠陥が発生することを新たに知見した。以降、この穴明き欠陥を穴明き欠陥Cとも記す。
【0017】
この穴明き欠陥Cの原因となる波打ち現象を回避するには、各スタンドにおいて、圧下率の周方向分布を均一化するのが有効である。すなわち、例えば、第1スタンドや第2スタンドのように、溝底部の肉厚圧下量が大きいときは、円周方向に圧下領域の幅を広げ、かつ溝底部の圧下量を低減すればよい。
【0018】
また、例えば、第3スタンドや第4スタンドのように、溝底部より中間部の肉厚圧下量が大きいときは、中間部の圧下量を低減すればよい。ただし、中間部に発生する穴明き欠陥Cには溝底部の肉厚圧下率も影響する。従って、第3スタンドや第4スタンドのように、中間部の肉厚圧下率が大きいスタンドの穴明き欠陥Cを防止するには、溝底部の肉厚圧下量と中間部の肉厚圧下量とを考慮することが重要となる。
【0019】
本発明者は、上記基礎的検討を踏まえ、穴明き欠陥Cの発生に繋がるスリップを防止する方法を鋭意検討し、以下の知見を得た。
(iv)図1(b)に示す肉厚圧下量の分布となる第2スタンドにおける溝底部でのスリップの発生に及ぼす第2スタンドにおける溝底の肉厚圧下率と平均接触角の関係を調べた。なお、第2スタンドにおける肉厚圧下率rならびに平均接触角ψは下記式(1)、(2)で定義される。
【0020】
r=(T0−T)/T0 (1)
【0021】
【数3】

Figure 0004035960
【0022】
但し、
T:当該スタンド(第2スタンド)出側のロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
T0:当該スタンド(第2スタンド)入側のロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
tmax:当該スタンド(第2スタンド)での肉厚圧下量の最大値(単位:mm)、
θ(t):当該スタンド(第2スタンド)において、肉厚圧下量がtとなる周方向位置における溝底中央部からの角度の最大値(単位:度)。
【0023】
図2は、tmaxとθ(t)とを説明するための肉厚圧下量の周方向分布を模式的に示すグラフである。図2に示すように、tmaxは当該スタンドにおける肉厚圧下量の最大値であり、θ(t)は、肉厚圧下量がtとなる位置の溝底中央部からの角度で、肉厚圧下量がtとなる位置が2箇所以上ある場合は、角度の最大値である。
【0024】
なお、ここで定義した平均接触角ψは、管の変形の予測計算により、あるいは、素管を圧延した後のロール表面を観察し、ロール肌荒れ状況を調査することにより、求めることができる。
【0025】
溝底部のスリップ発生有無は、溝底中央部の肉厚圧下率rと、平均接触角ψとで整理できる。スリップ発生の境界は、下記式(3)で表される。
【0026】
ψ=213r−52.0 (3)
したがって、溝底部における穴明き欠陥Cの発生を防止する条件は、下記式(4)で規定されるパラメータs1を用いて下記式(5)で与えられる。
【0027】
s1=−213r+ψ (4)
s1≧−52.0 (5)
(v)図1(d)に示す肉厚圧下量の分布となる第4スタンドでのスリップの発生に及ぼす第4スタンドにおける溝底中央部の肉厚圧下率rと肉厚圧下量の最大部における肉厚圧下率rQP(以下、最大肉厚圧下率ともいう)との関係を調べた。なお、肉厚圧下率rと最大肉厚圧下率rQPは下記式(6)、(7)で定義される。
【0028】
r=(T0−T)/T0 (6)
QP=(TQP−T)/TQP (7)
但し、
T:当該スタンド(第4スタンド)出側のロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
T0:当該スタンド(第4スタンド)入側のロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
QP:当該スタンド(第4スタンド)で肉厚圧下量が最大となる部分の管の肉厚(単位:mm)、
例えば、第4スタンドのように中間部の肉厚圧下量が大きいときは、穴明き欠陥Cの発生有無を、溝底中央部の肉厚圧下率rと最大肉厚圧下率rQPとで整理できる。スリップ発生の境界は、下記式(8)で表される。
【0029】
QP=−3.6r+1.49 (8)
したがって、中間部での穴明き欠陥Cの発生を防止する条件は、下記式(9)で規定されるパラメータs2を用いて下記式(10)で与えられる。
【0030】
s2=3.6r+rQP (9)
s2≦1.49 (10)
(vi)上記穴明き欠陥Cの発生は、管の肉厚と外径との比と関係する。すなわち、マンドレルミル圧延後の管の肉厚tと外径Dとの比(t/D:肉厚外径比ともいう)が3%以下のときに穴明き欠陥が発生しやすい。特に、炭素鋼では肉厚外径比(t/D)が1.7%以下の場合に顕著となる。また、1%程度のクロムを含む普通鋼では肉厚外径比(t/D)が2.1%以下の場合に、合金鋼では肉厚外径比(t/D)が2.4%以下の場合に顕著となる。
【0031】
本発明は、上記知見に基づき完成されたもので、その要旨は以下の通りである。
(1)複数の孔型ロールスタンドを有し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型内にマンドレルバーを配置したマンドレルミルによる、前記マンドレルミルによる圧延後の管の肉厚tと管の外径Dとの比(t/D)が0.03以下である管の圧延方法において、上流から下流に向かって第1番目の孔型ロールスタンドと第2番目の孔型ロールスタンドの内の少なくとも第2番目の孔型ロールスタンドのロール孔型の溝底中央部の肉厚圧下率rと当該ロール孔型の平均接触角ψとにより下記式で規定されるパラメータs1が−52.0以上の条件下で管の圧延を行うことを特徴とするマンドレルミルによる管の圧延方法。
【0032】
s1=−213r+ψ
但し、
r=(T0−T)/T0、
【0033】
【数4】
Figure 0004035960
【0034】
T:当該孔型ロールスタンド出側でのロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
T0:当該孔型ロールスタンド入側でのロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
max:当該孔型ロールスタンドでの肉厚圧下量の最大値(単位:mm)、
θ(t):当該孔型ロールスタンドにおいて、肉厚圧下量がtとなる周方向位置における溝底中央部からの角度の最大値(単位:度)。
【0036】
)複数の孔型ロールスタンドを有し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型内にマンドレルバーを配置したマンドレルミルによる管の圧延方法において、上流から下流に向かって第3番目の孔型ロールスタンドと第4番目の孔型ロールスタンドの内の少なくとも一つの孔型ロールスタンドのロール孔型の溝底中央部の肉厚圧下率rと当該ロール孔型の肉厚圧下量の最大部における肉厚圧下率rQPとにより下記式で規定されるパラメータs2が1.49以下の条件下で管の圧延を行うことを特徴とするマンドレルミルによる管の圧延方法。
【0037】
s2=3.6r+rQP
但し、
r=(T0−T)/T0、
QP=(TQP−T)/TQP
T:当該孔型ロールスタンド出側でのロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
T0:当該孔型ロールスタンド入側でのロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
QP:当該孔型ロールスタンドで肉厚圧下量が最大となる部分の当該孔型ロールスタンド入側の管の肉厚。
【0038】
)複数の孔型ロールスタンドを有し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型内にマンドレルバーを配置したマンドレルミルによる管の圧延方法において、上流から下流に向かって第1番目の孔型ロールスタンドと第2番目の孔型ロールスタンドとの、ロール孔型の溝底中央部の肉厚圧下率rとロール孔型の平均接触角ψとにより下記式で規定されるパラメータs1が−52.0以上で、かつ、上流から下流に向かって第3番目の孔型ロールスタンドと第4番目の孔型ロールスタンドとの、ロール孔型の溝底の肉厚圧下率rとロール孔型の肉厚圧下量の最大部における肉厚圧下率rQPとにより下記式で規定されるパラメータs2が1.49以下の条件下で管の圧延を行うことを特徴とするマンドレルミルによる管の圧延方法。
【0039】
s1=−213r+ψ
s2=3.6r+rQP
但し、
r=(T0−T)/T0
【0040】
【数5】
Figure 0004035960
【0041】
QP=(TQP−T)/TQP
T:当該孔型ロールスタンド出側におけるロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
T0:当該孔型ロールスタンド入側におけるロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
max:当該孔型ロールスタンドでの肉厚圧下量の最大値(単位:mm)、
θ(t):当該孔型ロールスタンドにおいて、肉厚圧下量がtとなる周方向位置における溝底中央部からの角度の最大値(単位:度)、
QP:当該孔型ロールスタンドで肉厚圧下量が最大となる部分の当該孔型ロールスタンド入側の管の肉厚(単位:mm)。
【0042】
)前記マンドレルミルによる圧延後の管の肉厚tと管の外径Dとの比(t/D)が0.03以下であることを特徴とする上記()項〜()項のいずれかに記載のマンドレルミルによる管の圧延方法。
【0043】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図3は、本発明に係るマンドレルミルの構成例を示す模式図である。図3において、符号11はマンドレルミル、12は中空の素管、13はマンドレルバー、22は圧延ロールである。なお、マンドレルミルの圧延では、マンドレルミルを構成する複数のスタンドの内、管のサイズや管の材質に基づき、一部のスタンドのみを用いる場合があり、図3では、圧延に使用されるスタンドのみを示す。
【0044】
マンドレルミル11は、上流から下流に向かって#1(第1スタンド)〜#8(第8スタンド)の8基の孔型ロールスタンドを備える。各孔型ロールスタンドは一対の圧延ロールを有し、隣接する孔型ロールスタンドのロール軸は圧延軸に垂直な面内で相互に90度ずらして配置される。
【0045】
このマンドレルミルにおいて、マンドレルバー13を挿入された素管12は、各孔型ロールスタンド#1〜#8の圧延ロール22とマンドレルバー13とにより肉厚圧下を受け、所定の外径と肉厚の管に圧延される。
【0046】
最初に、本発明の一の実施形態を説明する。この説明では第2スタンドを例にとる。
図4は、本発明の一の実施形態に係る第2スタンドのロール孔型例を示す模式図である。図4において、符号13は、マンドレルバー、22は圧延ロールで、23はロール孔型、24は溝底中央部、25は溝底部、26はフランジ部、27は被圧延材、Sは孔型オフセット量、φは溝底部を形成する第1曲率半径Rに対する角度(以下、第1角度ともいう)である。
【0047】
図4に示すように、圧延ロール対22、22は、溝底部を形成する第1曲率半径R1とこのR1に続く第2曲率半径R2をそれぞれが有し、中央部に溝底中央部24を有する溝底部25とフランジ部26とからなるロール孔型23を形成する。
【0048】
本実施形態では、第2スタンドにおいて、ロール孔型の溝底中央部の肉厚圧下率rと平均接触角ψにより下記式(11)で規定されるパラメータs1が−52.0以上である。パラメータs1を−52.0以上とすることにより、溝底部でのスリップの発生が抑制され、穴明き欠陥Cを防止する事が出来る。
【0049】
s1=−213r+ψ (11)
但し、
r=(T0−T)/T0、
【0050】
【数6】
Figure 0004035960
【0051】
T:当該スタンド(第2スタンド)出側でのロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
T0:当該スタンド(第2スタンド)入側でのロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
max:当該スタンド(第2スタンド)での肉厚圧下量の最大値(単位:mm)、
θ(t):当該スタンド(第2スタンド)において、肉厚圧下量がtとなる周方向位置における溝底中央部からの角度の最大値(単位:度)
圧延時には、マンドレルバーの潤滑状態の変動あるいは素管の寸法変動などの圧延条件外乱があると、肉厚圧下率rや平均接触角ψが変化し、穴明き欠陥Cが発生し易い。したがって、上記圧延条件外乱を考慮し、s1は−40以上にするのが望ましい。
【0052】
次に、ロール孔型の設計手法を第2スタンドを例に説明する。最初に各スタンドの孔型形状の初期値および圧下量を与え、第2スタンドの平均接触角ψと肉厚圧下率rを求める。次いで、求めた平均接触角ψと肉厚圧下率rとに基づき、前式(11)からパラメータs1を算出し、パラメータs1が−52.0より小さい場合は、s1が−52.0以上となるように第2スタンドの孔型オフセットSや第1角度φなどの孔型パラメータを調整する。なお、s1が−52.0以上となるように第1スタンドの孔型パラメータを調整してもよい。
【0053】
本実施形態では第2スタンドに適用する場合を示したが、第1スタンドと第2スタンドの内の少なくとも一つのスタンドに適用することにより穴明き欠陥Cの発生を抑制することができる。しかし、第2スタンドでは、平均接触角ψが他のスタンドに比べて小さく、溝底の肉厚圧下率rも他のスタンドに比べて大きくなる傾向にあるため、穴明き欠陥が発生しやすい。したがって、好ましくは、第2スタンドへの適用であり、更に好ましくは、第1スタンドと第2スタンドへの適用であり、なお更に好ましくは全スタンドへの適用である。
【0054】
次に、本発明の別の実施形態を説明する。この実施形態の説明では第3スタンドへの適用を例にとる。
この実施形態では、第3スタンドにおいて、ロール孔型の溝底中央部の肉厚圧下率rとロール孔型の肉厚圧下量の最大部における肉厚圧下率rQPとにより下記式で規定されるパラメータs2が1.49以下である。パラメータs2を1.49以下とすることにより、中間部におけるスリップの発生が抑制され、穴明き欠陥Cを防止することができる。
【0055】
s2=3.6r+rQP (12)
但し、
r=(T0−T)/T0、
QP=(TQP−T)/TQP
T:当該スタンド(第3スタンド)出側でのロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
T0:当該スタンド(第3スタンド)入側でのロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
QP:当該スタンド(第3スタンド)で肉厚圧下量が最大となる部分の当該スタンド(第3スタンド)入側の管の肉厚(mm)、
圧延時に、マンドレルバーの潤滑状態の変動や素管の寸法変動などの圧延条件外乱があると、溝底中央部の肉厚圧下率rや最大肉厚圧下率rQPが変化し、穴明き欠陥Cが発生し易い。したがって、圧延条件外乱を考慮して、s2は1.25以下にすることが望ましい。
【0056】
次に、この実施形態に係るロール孔型の設計手法を第3スタンドを例に説明する。最初に、各スタンドの孔型形状の初期値および圧下量を与え、第3スタンドのロール孔型の溝底中央部の肉厚圧下率rと、最大肉厚圧下率rQPを求める。次いで、求めた肉厚圧下率rと、最大肉厚圧下率rQPに基づき、式(12)でs2を算出し、パラメータs2が1.49より大きい場合は、s2が1.49以下となるように、第1スタンド、第2スタンドおよび第3スタンドの内の少なくとも一つのスタンドの孔型形状のパラメータである孔型オフセットSや第1角度φを調整する。例えば、第3スタンドのパラメータs2が1.49より大きい場合は、第3スタンドの孔型オフセットSを大きくする、および/または、第1角度φを小さくするように調整し、あるいは、第1スタンドや第2スタンドの孔型オフセットSを小さく、および/または、第1角度φを大きくするように調整すればよい。
【0057】
上記本実施形態では第3スタンドに適用する場合を示したが、第3スタンドと第4スタンドの内の少なくとも一つのスタンドに適用することにより中間部での穴明き欠陥Cの発生を抑制することができる。好ましくは、第3スタンドと第4スタンドの両方への適用であり、更に、好ましくは、全スタンドへの適用である。
【0058】
一般的に、マンドレルミルの圧延においては、第1スタンドと第2スタンドでは、溝底部の肉厚圧下率が大きく、第3スタンドと第4スタンドでは、中間部の肉厚圧下率が大きい。したがって、第1スタンドと第2スタンドではs1を−52.0以上とし、第3スタンドと第4スタンドではs2を1.49以下とするのがよい。
【0059】
マンドレルミル圧延後の管の肉厚外径比(t/D)が小さくなると穴明き欠陥Cが発生しやすい。従って、本発明の方法は、管の肉厚外径比t/Dが3%以下の圧延に適用すると好適である。
【0060】
本発明に係る方法により製造される管の鋼種は特に、限定されるものでなく、炭素鋼や合金鋼とすることができる。但し、炭素鋼では肉厚外径比t/Dが1.7%以下の範囲で、また、1%程度のクロムを含む炭素鋼では肉厚外径比t/Dが2.1%以下の範囲で、合金鋼では肉厚外径比t/Dが2.4%以下の範囲で、穴明き欠陥の発生が大きくなるので、肉厚外径比が上記範囲の管に適用すると穴明き欠陥の防止効果が大きいので好ましい。
【0061】
【実施例】
(実施例1)
5基のスタンド(第1〜第5スタンド)を有するマンドレルミルを用い、各スタンドのロール孔型形状を種々変更した3種類の孔型列で、外径:368mmのマンドレルバーを挿入した外径:420mmで肉厚:16mmの炭素鋼製の素管を外径:380mm、肉厚:6mm:長さ:10mの管に圧延し、本発明の効果を確認した。表1にロール孔型形状の特性値を示す。
【0062】
【表1】
Figure 0004035960
【0063】
表1に示すように、孔型列Iは、第1、第2スタンドのs1を−52.0以上、第3、第4スタンドのs2を1.49以下とし、孔型列IIは、第2スタンドのs1を−52.0以上、第4スタンドのs2を1.49以下とした。なお、比較のため、第1,第2スタンドのs1を−52.0未満、第3、第4スタンドのs2を1.49超とした孔型列IIIも準備した。
【0064】
表1に示す孔型列毎に30本の管を圧延し、穴明き欠陥Cが発生した管の本数を調査した。表2に穴明き欠陥Cの発生率を本数比率(%:発生本数/30×100)で示す。
【0065】
【表2】
Figure 0004035960
【0066】
表2に示すように、試験No.3に比べ、試験No.1、2では穴明き欠陥Cの発生率が減少した。特に、試験No.1は穴明き欠陥Cの発生が無く、極めて良好であった。なお、穴明き欠陥A、Bに関しては、試験No.1〜3のいずれにも発生しなかった。
(実施例2)
5基の孔型ロールスタンドを有するマンドレルミルを用い、肉厚外径比の異なる炭素鋼製の4種類の管を圧延し、穴明き欠陥の発生状況を調査した。表3に圧延条件を示す。
【0067】
【表3】
Figure 0004035960
【0068】
表1に示す孔型列Iで、表3に示すそれぞれの圧延条件毎に、30本の管を圧延し、穴明き欠陥Cが発生した管の本数を調査した。なお、比較のために、表1に示す孔型列IIIで上記と同様の試験も実施した。表4に穴明き欠陥Cの発生率を本数比率(%:発生本数/30×100)で示す。
【0069】
【表4】
Figure 0004035960
【0070】
表4に示すように、試験No.1〜4は、穴明き欠陥の発生が無く、したがって、本発明は肉厚外径比が1.6〜3.0の管の圧延において有効であることが判った。特に、肉厚外径比が、2.3以下の薄肉の管の圧延において、著しい改善効果があった。
【0071】
【発明の効果】
本発明によれば、スリップの発生を伴う穴明き欠陥の発生を防止することができる。特に、肉厚の薄い管材や変形能の劣る高合金鋼の圧延の際の穴明き欠陥の防止が可能となり、高強度管や薄肉管の製造範囲が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 マンドレルミルで管を圧延する際の第1〜第4スタンドにおける肉厚圧下量の周方向分布の例を模式的に示すグラフで、同図(a)は第1スタンド、(b)は第2スタンド、(c)は第3スタンド、(d)は第4スタンドの場合である。
【図2】 tmaxとθ(t)とを説明するための肉厚圧下量の周方向分布を模式的に示すグラフである。
【図3】 本発明に係るマンドレルミルの構成例を示す模式図である。
【図4】 本発明の一の実施形態に係る第2スタンドのロール孔型例を示す模式図である。
【符号の説明】
11:マンドレルミル、
12:素管、
13:マンドレルバー、
22:圧延ロール、
23:ロール孔型、
24:溝底、
25:溝部
26:フランジ部、
27:被圧延材。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of rolling a tube by a mandrel mill.
[0002]
[Prior art]
A mandrel mill widely adopted as a continuous rolling mill for hot rolling of small-diameter seamless steel pipes has a hollow base pipe with a mandrel bar inserted therein, and 4 to 8 hole types comprising a pair of upper and lower rolling rolls. It is configured to be rolled through a roll stand and formed into a tube having a target wall thickness. The roll shafts of adjacent perforated roll stands are arranged so as to be shifted from each other in a plane perpendicular to the rolling axis.
[0003]
By the way, when rolling is performed using such a mandrel mill, drilling may occur in the tube material being rolled. Drilling is a serious quality defect. If the pipe steel grade and the pipe outer diameter are the same, the thinner the finished wall thickness of the pipe material, the easier it is for drilling defects, and in high alloy steels that are inferior in deformability compared to ordinary steel. Is prone to occur.
[0004]
Conventionally, it has been considered that the cause of occurrence of this hole-deficient defect is that the flange portion not subjected to rolling reduction during rolling is pulled in the longitudinal direction and is broken due to insufficient deformability. Hereinafter, a drilling defect generated in the flange portion due to this cause is referred to as a drilling defect A.
[0005]
Various methods have been proposed to prevent the perforation defect A. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-84720 discloses a method for reducing the rolling reduction rate of a stand in which a perforation defect A occurs and distributing the load to other stands, A method of reducing the rolling reduction rate of each stand by reducing the number is disclosed.
[0006]
On the other hand, in Japanese Patent Publication No. 7-102369, when the wall thickness reduction ratio is larger on both sides than the groove bottom portion, the groove bottom portion is extended in the longitudinal direction and necked, so that a hole defect occurs in the groove bottom portion. As a countermeasure against a perforated defect (hereinafter, this defect is referred to as a perforated defect B), there is a method of determining the radius of curvature of the roll groove bottom center portion of the first stand and the second stand based on the roll groove bottom interval. It is disclosed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-84720, it is possible to prevent the perforation defect A, but there is a problem that the rollable range by the mandrel mill is limited. That is, if there are stands where the rolling load exceeds the reference value even if the rolling load is distributed to each stand, a thin walled tube is required to reduce the rolling reduction in the entire mandrel mill. However, there is a limit to the reduction in the thickness of the raw tube because the rolling reduction in a punch for manufacturing the raw tube is limited, and it may be difficult to roll the thin tube with the mandrel mill.
[0008]
According to the inventor's test, a hole defect different from the hole defects A and B is generated particularly in the rolling of a thin tube. According to the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-102369. It has been found that the prevention of perforation defects different from perforation defects A and B is insufficient.
[0009]
An object of the present invention is to solve the above-described problems in rolling a tube by a mandrel mill, and to provide a method for rolling a tube by a mandrel mill that enables prevention of drilling defects different from the drilling defects A and B. It is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a hole defect different from the hole defects A and B is prevented by appropriately designing a roll hole mold of a hole roll stand array in which mandrel mills are continuously arranged.
[0011]
As a result of earnest investigation on the cause of the occurrence of the hole-deficient defect in mandrel mill rolling, the present inventor has obtained the following new knowledge regarding the mechanism of the occurrence of the hole-deficient defect. In the following description, the perforated roll stand is also simply referred to as a stand, and is referred to as a first stand, a second stand,... From upstream to downstream of the mandrel mill.
[0012]
(I) FIG. 1 is a graph schematically showing an example of the circumferential distribution of thickness reduction in the first to fourth stands when a tube is rolled by a mandrel mill having five stands. a) is the case of the first stand, (b) is the second stand, (c) is the third stand, and (d) is the case of the fourth stand. In FIGS. 4A to 4D, the horizontal axis represents the angle from the center of the groove bottom of the roll hole type, and the vertical axis represents the thickness reduction amount.
[0013]
The roll hole type of the mandrel mill is usually designed to be elliptical in the front side stand of a plurality of stands and approach a perfect circle as the stand on the rear side becomes closer. Accordingly, as shown in FIGS. 1A and 1B, the circumferential distribution of the thickness reduction amount in the first stand and the second stand is a trapezoidal shape or a semicircular shape in which the thickness reduction amount in the groove bottom is large. Become. On the other hand, as shown in FIGS. 1C and 1D, the circumferential distribution of the thickness reduction amount in the third stand and the fourth stand is the middle portion (intermediate portion) between the groove bottom portion and the flange portion. A square shape with a large thickness reduction.
[0014]
(Ii) For example, in the case of a trapezoidal shape or semicircular shape in which the circumferential direction distribution of the thickness reduction ratio is high at the groove bottom as in rolling at the first stand or the second stand, the material at the groove bottom is stretched in the longitudinal direction. In the process, the material at the bottom of the groove undulates in the longitudinal direction due to restraint from surrounding materials, and in the extreme case, it becomes a folded state, causing a slip and generating a perforated defect at the bottom of the groove. This hole defect is accompanied by slip, and is different from the hole defects A and B.
[0015]
(Iii) Also, for example, when the distribution in the circumferential direction of the wall thickness reduction ratio is higher in the middle part than in the groove bottom part as in rolling in the third stand or the fourth stand, the material in the middle part is in the longitudinal direction. In the process of being stretched, the material of the intermediate part undulates in the longitudinal direction due to the restraint from the material of the groove bottom part and the material of the flange part, and in an extreme case, it becomes a folded state, causing slipping and drilling defects at the groove bottom part appear. This hole defect is accompanied by slip, and is different from the hole defects A and B.
[0016]
As described above, the present inventor newly introduced that a phenomenon in which the material of the groove bottom part or the material of the intermediate part between the groove bottom part and the flange part undulates in the longitudinal direction occurs to cause a slip and a perforation defect. I found out. Hereinafter, this hole defect is also referred to as a hole defect C.
[0017]
In order to avoid the undulation phenomenon that causes the perforation defect C, it is effective to make the circumferential distribution of the rolling reduction uniform in each stand. That is, for example, when the thickness reduction amount of the groove bottom portion is large as in the first stand or the second stand, the width of the reduction region may be widened in the circumferential direction and the reduction amount of the groove bottom portion may be reduced.
[0018]
Further, for example, when the thickness reduction amount of the intermediate portion is larger than the groove bottom portion as in the third stand or the fourth stand, the reduction amount of the intermediate portion may be reduced. However, the wall thickness reduction ratio at the bottom of the groove also affects the perforation defect C generated in the intermediate portion. Therefore, in order to prevent the perforation defect C of the stand having a large thickness reduction rate at the intermediate portion, such as the third stand and the fourth stand, the thickness reduction amount at the bottom of the groove and the thickness reduction amount at the intermediate portion. It is important to consider
[0019]
Based on the above basic study, the present inventor diligently studied a method for preventing a slip that leads to the occurrence of a perforated defect C, and obtained the following knowledge.
(Iv) Investigating the relationship between the thickness reduction ratio of the groove bottom of the second stand and the average contact angle on the occurrence of slip at the groove bottom of the second stand with the distribution of thickness reduction shown in FIG. It was. The wall thickness reduction ratio r and the average contact angle ψ in the second stand are defined by the following formulas (1) and (2).
[0020]
r = (T0−T) / T0 (1)
[0021]
[Equation 3]
Figure 0004035960
[0022]
However,
T: Wall thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole type groove bottom on the exit side of the stand (second stand),
T0: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole type groove bottom on the entrance side of the stand (second stand),
tmax: Maximum thickness reduction (unit: mm) at the stand (second stand),
θ (t): The maximum value (unit: degree) of the angle from the center of the groove bottom at the circumferential position where the thickness reduction amount is t in the stand (second stand).
[0023]
FIG. 2 is a graph schematically showing the circumferential distribution of the thickness reduction amount for explaining tmax and θ (t). As shown in FIG. 2, tmax is the maximum thickness reduction amount at the stand, and θ (t) is an angle from the center of the groove bottom where the thickness reduction amount is t, When there are two or more positions where the amount is t, the angle is the maximum value.
[0024]
The average contact angle ψ defined here can be obtained by predicting the deformation of the tube, or observing the roll surface after rolling the blank tube and investigating the rough surface of the roll.
[0025]
The presence or absence of slip occurrence at the groove bottom can be arranged by the thickness reduction ratio r at the center of the groove bottom and the average contact angle ψ. The boundary of occurrence of slip is expressed by the following formula (3).
[0026]
ψ = 213r-52.0 (3)
Therefore, the condition for preventing the occurrence of the perforation defect C at the bottom of the groove is given by the following formula (5) using the parameter s1 defined by the following formula (4).
[0027]
s1 = −213r + ψ (4)
s1 ≧ −52.0 (5)
(V) The thickness reduction ratio r at the center of the groove bottom in the fourth stand and the maximum part of the thickness reduction amount on the occurrence of slip in the fourth stand having the distribution of the thickness reduction amount shown in FIG. The relationship with the wall thickness reduction ratio r QP (hereinafter also referred to as the maximum wall thickness reduction ratio) was investigated. The wall thickness reduction ratio r and the maximum wall thickness reduction ratio r QP are defined by the following formulas (6) and (7).
[0028]
r = (T0−T) / T0 (6)
r QP = (T QP −T) / T QP (7)
However,
T: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole type groove bottom on the exit side of the stand (fourth stand),
T0: thickness of the tube (unit: mm) at the center of the roll hole type groove bottom on the entrance side of the stand (fourth stand),
T QP : the wall thickness (unit: mm) of the portion of the tube where the wall thickness reduction amount is maximum on the stand (fourth stand),
For example, when the thickness reduction amount at the intermediate portion is large as in the fourth stand, the presence or absence of the drilling defect C is determined by the thickness reduction rate r and the maximum thickness reduction rate r QP at the center of the groove bottom. I can organize. The boundary of occurrence of slip is expressed by the following formula (8).
[0029]
r QP = -3.6r + 1.49 (8)
Therefore, the condition for preventing the occurrence of the perforated defect C in the intermediate portion is given by the following formula (10) using the parameter s2 defined by the following formula (9).
[0030]
s2 = 3.6r + r QP (9)
s2 ≦ 1.49 (10)
(Vi) The occurrence of the perforation defect C is related to the ratio of the tube thickness to the outer diameter. That is, when the ratio between the wall thickness t F and the outer diameter D F of the tube after mandrel mill rolling (t F / D F : also referred to as the wall thickness outer diameter ratio) is 3% or less, a drilling defect occurs. Cheap. In particular, carbon steel becomes prominent when the thickness-to-outer diameter ratio (t F / D F ) is 1.7% or less. In the case of meat Atsugai diameter ratio in ordinary steel comprising about 1 percent chromium (t F / D F) is 2.1% or less, meat Atsugai diameter ratio in alloy steel (t F / D F) is It becomes remarkable when it is 2.4% or less.
[0031]
The present invention has been completed based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
(1) The tube thickness t F and the tube after rolling by the mandrel mill by a mandrel mill having a plurality of hole type roll stands, and a mandrel bar arranged in the roll hole mold formed by the hole type roll stand. In the tube rolling method in which the ratio (t F / D F ) to the outer diameter D F of the tube is 0.03 or less, the first perforated roll stand and the second perforated roll from upstream to downstream The parameter s1 defined by the following equation is expressed by the thickness reduction ratio r at the center of the groove bottom of the roll hole type of the roll hole type of the stand and the average contact angle ψ of the roll hole type. A method of rolling a tube by a mandrel mill, wherein the tube is rolled under a condition of 52.0 or more.
[0032]
s1 = −213r + ψ
However,
r = (T0−T) / T0,
[0033]
[Expression 4]
Figure 0004035960
[0034]
T: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole-type groove bottom at the outlet side of the hole-type roll stand
T0: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole-type groove bottom at the inlet side of the hole-type roll stand
t max : Maximum value of the thickness reduction amount in the perforated roll stand (unit: mm),
θ (t): The maximum value (unit: degree) of the angle from the center of the groove bottom at the circumferential position where the thickness reduction amount is t in the perforated roll stand.
[0036]
( 2 ) In a tube rolling method using a mandrel mill having a plurality of perforated roll stands and having a mandrel bar disposed in a roll perforation formed by the perforated roll stand, The thickness reduction ratio r at the center of the groove bottom of the roll hole type of at least one of the hole type roll stand and the fourth hole type roll stand and the maximum thickness reduction amount of the roll hole type. A tube rolling method using a mandrel mill, wherein the tube is rolled under the condition that the parameter s2 defined by the following formula is 1.49 or less by the wall thickness reduction ratio r QP in the section.
[0037]
s2 = 3.6r + r QP
However,
r = (T0−T) / T0,
r QP = (T QP −T) / T QP
T: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole-type groove bottom at the outlet side of the hole-type roll stand
T0: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole-type groove bottom at the inlet side of the hole-type roll stand
T QP : The thickness of the tube on the inlet side of the hole-type roll stand at the portion where the wall thickness reduction amount is maximum in the hole-type roll stand.
[0038]
( 3 ) In a tube rolling method using a mandrel mill having a plurality of perforated roll stands, and a mandrel bar arranged in a roll perforation formed by the perforated roll stand, the first one from upstream to downstream The parameter s1 defined by the following equation is determined by the wall thickness reduction ratio r at the center of the groove bottom of the roll hole mold and the average contact angle ψ of the roll hole mold of the hole roll stand and the second hole roll stand. −52.0 or more, and the thickness reduction ratio r and roll hole at the groove bottom of the roll hole type of the third hole type roll stand and the fourth hole type roll stand from upstream to downstream The tube is rolled by a mandrel mill characterized in that the tube is rolled under the condition that the parameter s2 defined by the following equation is 1.49 or less by the wall thickness reduction ratio r QP at the maximum wall thickness reduction amount of the die. Rolling method.
[0039]
s1 = −213r + ψ
s2 = 3.6r + r QP
However,
r = (T0−T) / T0
[0040]
[Equation 5]
Figure 0004035960
[0041]
r QP = (T QP −T) / T QP
T: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole groove bottom on the outlet side of the hole roll stand
T0: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole type groove bottom at the inlet side of the hole type roll stand
t max : Maximum value of the thickness reduction amount in the perforated roll stand (unit: mm),
θ (t): In the perforated roll stand, the maximum value (unit: degree) of the angle from the groove bottom central portion at the circumferential position where the thickness reduction amount is t,
T QP : Thickness (unit: mm) of the tube on the inlet side of the perforated roll stand at the portion where the thickness reduction amount is maximum in the perforated roll stand.
[0042]
(4) The above ratio of the outer diameter D F of the thickness t F and the tube of the tube after rolling by a mandrel mill (t F / D F) is characterized in that 0.03 or less (1) term The method of rolling a tube by a mandrel mill according to any one of to ( 3 ).
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of a mandrel mill according to the present invention. In FIG. 3, reference numeral 11 is a mandrel mill, 12 is a hollow shell, 13 is a mandrel bar, and 22 is a rolling roll. In the rolling of the mandrel mill, some of the stands constituting the mandrel mill may be used based on the size of the tube and the material of the tube. In FIG. 3, the stand used for rolling is used. Show only.
[0044]
The mandrel mill 11 includes eight perforated roll stands # 1 (first stand) to # 8 (eighth stand) from upstream to downstream. Each perforated roll stand has a pair of rolling rolls, and the roll axes of adjacent perforated roll stands are arranged 90 degrees apart from each other in a plane perpendicular to the rolling axis.
[0045]
In this mandrel mill, the raw tube 12 into which the mandrel bar 13 is inserted is subjected to thickness reduction by the rolling rolls 22 and the mandrel bar 13 of each of the perforated roll stands # 1 to # 8, and has a predetermined outer diameter and thickness. Rolled into a tube.
[0046]
First, one embodiment of the present invention will be described. In this description, the second stand is taken as an example.
FIG. 4 is a schematic view showing a roll hole type example of the second stand according to the embodiment of the present invention. In FIG. 4, reference numeral 13 is a mandrel bar, 22 is a rolling roll, 23 is a roll hole mold, 24 is a groove bottom central part, 25 is a groove bottom part, 26 is a flange part, 27 is a material to be rolled, and S is a hole type. offset, the φ angle relative to the first radius of curvature R 1 to form the groove bottom portion (hereinafter, also referred to as a first angle).
[0047]
As shown in FIG. 4, each of the rolling roll pairs 22 and 22 has a first curvature radius R1 that forms a groove bottom portion and a second curvature radius R2 that follows this R1, and a groove bottom central portion 24 at the center portion. A roll hole mold 23 including a groove bottom portion 25 and a flange portion 26 is formed.
[0048]
In the present embodiment, in the second stand, the parameter s1 defined by the following formula (11) is −52.0 or more by the thickness reduction ratio r and the average contact angle ψ at the center of the groove bottom of the roll hole type. By setting the parameter s1 to −52.0 or more, the occurrence of slip at the bottom of the groove is suppressed, and the perforation defect C can be prevented.
[0049]
s1 = −213r + ψ (11)
However,
r = (T0−T) / T0,
[0050]
[Formula 6]
Figure 0004035960
[0051]
T: Wall thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole type groove bottom at the exit side of the stand (second stand)
T0: wall thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole-type groove bottom on the entrance side of the stand (second stand),
t max : Maximum value of the thickness reduction amount at the stand (second stand) (unit: mm),
θ (t): Maximum value (unit: degree) of the angle from the center of the groove bottom at the circumferential position where the thickness reduction amount is t in the stand (second stand)
During rolling, if there are disturbances in rolling conditions such as a change in the lubrication state of the mandrel bar or a change in the dimensions of the tube, the wall thickness reduction ratio r and the average contact angle ψ change, and a hole defect C is likely to occur. Therefore, in consideration of the rolling condition disturbance, it is desirable that s1 is −40 or more.
[0052]
Next, a roll hole type design method will be described using the second stand as an example. First, an initial value and a reduction amount of the hole shape of each stand are given, and an average contact angle ψ and a thickness reduction ratio r of the second stand are obtained. Next, based on the obtained average contact angle ψ and thickness reduction ratio r, the parameter s1 is calculated from the previous equation (11). When the parameter s1 is smaller than −52.0, s1 is −52.0 or more. Thus, the hole type parameters such as the hole type offset S of the second stand and the first angle φ are adjusted. In addition, you may adjust the hole type parameter of a 1st stand so that s1 may become -52.0 or more.
[0053]
In the present embodiment, the case where the present invention is applied to the second stand has been described. However, the occurrence of the perforation defect C can be suppressed by applying to at least one of the first stand and the second stand. However, in the second stand, the average contact angle ψ is smaller than that of other stands, and the thickness reduction ratio r of the groove bottom tends to be larger than that of other stands, so that a punching defect is likely to occur. . Therefore, it is preferably applied to the second stand, more preferably applied to the first stand and the second stand, and still more preferably applied to all the stands.
[0054]
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the description of this embodiment, application to the third stand is taken as an example.
In this embodiment, in the third stand, the thickness reduction ratio r at the center of the groove bottom of the roll hole type and the thickness reduction ratio r QP at the maximum portion of the thickness reduction amount of the roll hole type are defined by the following equation. The parameter s2 is 1.49 or less. By setting the parameter s2 to 1.49 or less, the occurrence of slip in the intermediate portion is suppressed, and the hole defect C can be prevented.
[0055]
s2 = 3.6r + r QP (12)
However,
r = (T0−T) / T0,
r QP = (T QP −T) / T QP ,
T: wall thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole type groove bottom at the exit side of the stand (third stand),
T0: Wall thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole type groove bottom on the entrance side of the stand (third stand),
T QP : Thickness (mm) of the tube on the entrance side of the stand (third stand) where the thickness reduction amount is maximum in the stand (third stand),
During rolling, if there are disturbances in the rolling conditions such as the mandrel bar lubrication condition and the dimensional fluctuation of the pipe, the wall thickness reduction ratio r and the maximum wall thickness reduction ratio QP at the center of the groove will change, resulting in drilling. Defect C is likely to occur. Therefore, s2 is preferably 1.25 or less in consideration of disturbances in rolling conditions.
[0056]
Next, a roll hole type design method according to this embodiment will be described using a third stand as an example. First, an initial value and a reduction amount of the hole shape of each stand are given, and a wall thickness reduction ratio r and a maximum wall thickness reduction ratio r QP at the center of the groove bottom of the roll hole type of the third stand are obtained. Next, based on the obtained wall thickness reduction ratio r and the maximum wall thickness reduction ratio r QP , s2 is calculated by Expression (12). When the parameter s2 is greater than 1.49, s2 is 1.49 or less. As described above, the hole offset S and the first angle φ, which are the parameters of the hole shape of at least one of the first stand, the second stand, and the third stand, are adjusted. For example, when the parameter s2 of the third stand is larger than 1.49, the third stand is adjusted so that the hole offset S of the third stand is increased and / or the first angle φ is decreased, or the first stand is adjusted. Alternatively, the hole type offset S of the second stand may be adjusted to be small and / or the first angle φ may be increased.
[0057]
In the present embodiment, the case where the present invention is applied to the third stand has been described. However, by applying to at least one of the third stand and the fourth stand, the occurrence of the punching defect C in the intermediate portion is suppressed. be able to. It is preferably applied to both the third stand and the fourth stand, and more preferably applied to all the stands.
[0058]
In general, in mandrel mill rolling, the thickness reduction rate at the bottom of the groove is large at the first stand and the second stand, and the thickness reduction rate at the intermediate portion is large at the third stand and the fourth stand. Therefore, s1 is preferably −52.0 or more for the first stand and the second stand, and s2 is preferably 1.49 or less for the third stand and the fourth stand.
[0059]
When the thickness-to-outer diameter ratio (t F / D F ) of the tube after mandrel mill rolling is small, a hole defect C is likely to occur. Therefore, the method of the present invention is preferably applied to rolling with a wall thickness outer diameter ratio t / D of 3% or less.
[0060]
The steel type of the pipe manufactured by the method according to the present invention is not particularly limited, and can be carbon steel or alloy steel. However, in the case of carbon steel, the wall thickness outer diameter ratio t / D is in the range of 1.7% or less, and in the case of carbon steel containing about 1% chromium, the wall thickness outer diameter ratio t / D is 2.1% or less. In the case of alloy steel, the occurrence of drilling defects increases when the wall thickness outer diameter ratio t / D is 2.4% or less. This is preferable because the effect of preventing cracking defects is great.
[0061]
【Example】
Example 1
Using a mandrel mill having five stands (first to fifth stands), three types of hole type rows in which the roll hole shape of each stand was variously changed, and an outer diameter in which a mandrel bar having an outer diameter of 368 mm was inserted A carbon steel base tube having a thickness of 420 mm and a thickness of 16 mm was rolled into a tube having an outer diameter of 380 mm, a thickness of 6 mm, and a length of 10 m, and the effects of the present invention were confirmed. Table 1 shows the characteristic values of the roll hole shape.
[0062]
[Table 1]
Figure 0004035960
[0063]
As shown in Table 1, s1 of the first and second stands is −52.0 or more, s2 of the third and fourth stands is 1.49 or less, and The s1 of the two stands was set to −52.0 or more, and the s2 of the fourth stand was set to 1.49 or less. For comparison, a hole-type column III was also prepared in which s1 of the first and second stands was less than −52.0, and s2 of the third and fourth stands was more than 1.49.
[0064]
Thirty tubes were rolled for each hole type row shown in Table 1, and the number of tubes in which a hole-deficient defect C occurred was examined. Table 2 shows the occurrence rate of the perforated defect C in terms of the number ratio (%: number of occurrences / 30 × 100).
[0065]
[Table 2]
Figure 0004035960
[0066]
As shown in Table 2, test no. Compared to test No. 3, test no. In 1 and 2, the occurrence rate of the perforated defect C decreased. In particular, test no. No. 1 was very good with no perforation defect C. In addition, regarding the drilling defects A and B, the test No. It did not occur in any of 1-3.
(Example 2)
Using a mandrel mill having five perforated roll stands, four types of pipes made of carbon steel with different thickness-to-outer diameter ratios were rolled, and the occurrence of drilling defects was investigated. Table 3 shows the rolling conditions.
[0067]
[Table 3]
Figure 0004035960
[0068]
In the hole type row I shown in Table 1, 30 pipes were rolled for each rolling condition shown in Table 3, and the number of pipes in which the hole defect C occurred was investigated. For comparison, a test similar to the above was also performed for the hole type column III shown in Table 1. Table 4 shows the occurrence rate of the perforated defect C in terms of the number ratio (%: number of occurrences / 30 × 100).
[0069]
[Table 4]
Figure 0004035960
[0070]
As shown in Table 4, test no. No. 1-4 has no occurrence of drilling defects, and therefore the present invention has been found to be effective in rolling a tube having a wall thickness outer diameter ratio of 1.6 to 3.0. In particular, there was a significant improvement effect in the rolling of thin tubes with a wall thickness-outer diameter ratio of 2.3 or less.
[0071]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of a punching defect accompanied by the occurrence of slip. In particular, it is possible to prevent drilling defects when rolling thin-walled pipe materials or high-alloy steels with inferior deformability, and the manufacturing range of high-strength pipes and thin-walled pipes is expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph schematically showing an example of a circumferential distribution of wall thickness reduction in first to fourth stands when a tube is rolled by a mandrel mill, in which FIG. ) Is for the second stand, (c) is for the third stand, and (d) is for the fourth stand.
FIG. 2 is a graph schematically showing a circumferential distribution of a thickness reduction amount for explaining tmax and θ (t).
FIG. 3 is a schematic view showing a configuration example of a mandrel mill according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a roll hole type example of a second stand according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11: Mandrel mill,
12: Raw tube,
13: Mandrel bar,
22: rolling roll,
23: Roll hole type,
24: groove bottom,
25: Groove 26: Flange
27: Rolled material.

Claims (4)

複数の孔型ロールスタンドを有し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型内にマンドレルバーを配置したマンドレルミルによる、前記マンドレルミルによる圧延後の管の肉厚tと管の外径Dとの比(t/D)が0.03以下である管の圧延方法において、上流から下流に向かって第1番目の孔型ロールスタンドと第2番目の孔型ロールスタンドの内の少なくとも該第2番目の孔型ロールスタンドのロール孔型の溝底中央部の肉厚圧下率rと当該ロール孔型の平均接触角ψとにより下記式で規定されるパラメータs1が−52.0以上の条件下で管の圧延を行うことを特徴とするマンドレルミルによる管の圧延方法。
s1=−213r+ψ
但し、
r=(T0−T)/T0、
Figure 0004035960
T:当該孔型ロールスタンド出側でのロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
T0:当該孔型ロールスタンド入側でのロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
max:当該孔型ロールスタンドでの肉厚圧下量の最大値(単位:mm)、
θ(t):当該孔型ロールスタンドにおいて、肉厚圧下量がtとなる周方向位置における溝底中央部からの角度の最大値(単位:度)。
Thickness t F of the tube after rolling by the mandrel mill and the outer diameter of the tube by a mandrel mill having a plurality of hole type roll stands and having a mandrel bar disposed in the roll hole mold formed by the hole type roll stand in the rolling method of the ratio of the D F (t F / D F ) is 0.03 or less tubular, 1st grooved roll stand and of the first second grooved rolls stand from the upstream toward the downstream The parameter s1 defined by the following equation is at least −52. By the thickness reduction ratio r at the center of the groove bottom of the roll hole type of the second hole type roll stand and the average contact angle ψ of the roll hole type. A method of rolling a tube by a mandrel mill, wherein the tube is rolled under a condition of 0 or more.
s1 = −213r + ψ
However,
r = (T0−T) / T0,
Figure 0004035960
T: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole-type groove bottom at the outlet side of the hole-type roll stand
T0: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole-type groove bottom at the inlet side of the hole-type roll stand
t max : Maximum value of the thickness reduction amount in the perforated roll stand (unit: mm),
θ (t): The maximum value (unit: degree) of the angle from the center of the groove bottom at the circumferential position where the thickness reduction amount is t in the perforated roll stand.
複数の孔型ロールスタンドを有し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型内にマンドレルバーを配置したマンドレルミルによる管の圧延方法において、上流から下流に向かって第3番目の孔型ロールスタンドと第4番目の孔型ロールスタンドの内の少なくとも一つの孔型ロールスタンドのロール孔型の溝底中央部の肉厚圧下率rと当該ロール孔型の肉厚圧下量の最大部における肉厚圧下率rIn a method of rolling a tube by a mandrel mill having a plurality of perforated roll stands and having a mandrel bar disposed in a roll perforation formed by the perforated roll stand, a third perforated roll from upstream to downstream The thickness reduction ratio r at the center of the groove bottom of the roll hole type of at least one hole type roll stand of the stand and the fourth hole type roll stand and the meat at the maximum portion of the thickness reduction amount of the roll hole type Thickness reduction r QPQP とにより下記式で規定されるパラメータs2が1.49以下の条件下で管の圧延を行うことを特徴とするマンドレルミルによる管の圧延方法。A tube rolling method using a mandrel mill, characterized in that the tube is rolled under the condition that the parameter s2 defined by the following formula is 1.49 or less.
s2=3.6r+rs2 = 3.6r + r QPQP
但し、However,
r=(T0−T)/T0、r = (T0−T) / T0,
r QPQP =(T= (T QPQP −T)/T-T) / T QPQP
T:当該孔型ロールスタンド出側でのロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、T: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole-type groove bottom at the outlet side of the hole-type roll stand
T0:当該孔型ロールスタンド入側でのロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、T0: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole-type groove bottom at the inlet side of the hole-type roll stand
T QPQP :当該孔型ロールスタンドで肉厚圧下量が最大となる部分の当該孔型ロールスタンド入側の管の肉厚。: Thickness of the tube on the inlet side of the perforated roll stand at the portion where the wall thickness reduction amount is maximum in the perforated roll stand.
複数の孔型ロールスタンドを有し、該孔型ロールスタンドが形成するロール孔型内にマンドレルバーを配置したマンドレルミルによる管の圧延方法において、上流から下流に向かって第1番目の孔型ロールスタンドと第2番目の孔型ロールスタンドとの、ロール孔型の溝底中央部の肉厚圧下率rとロール孔型の平均接触角ψとにより下記式で規定されるパ ラメータs1が−52.0以上で、かつ、上流から下流に向かって第3番目の孔型ロールスタンドと第4番目の孔型ロールスタンドとの、ロール孔型の溝底の肉厚圧下率rとロール孔型の肉厚圧下量の最大部における肉厚圧下率r QP とにより下記式で規定されるパラメータs2が1.49以下の条件下で管の圧延を行うことを特徴とするマンドレルミルによる管の圧延方法。
s1=−213r+ψ
s2=3.6r+r QP
但し、
r=(T0−T)/T0
Figure 0004035960
QP =(T QP −T)/T QP
T:当該孔型ロールスタンド出側におけるロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)、
T0:当該孔型ロールスタンド入側におけるロール孔型溝底中央部の管の肉厚(単位:mm)
max :当該孔型ロールスタンドでの肉厚圧下量の最大値(単位:mm)、
θ(t):当該孔型ロールスタンドにおいて、肉厚圧下量がtとなる周方向位置における溝底中央部からの角度の最大値(単位:度)、
QP :当該孔型ロールスタンドで肉厚圧下量が最大となる部分の当該孔型ロールスタンド入側の管の肉厚(単位:mm)。
In a method of rolling a tube by a mandrel mill having a plurality of perforated roll stands, and a mandrel bar arranged in a roll perforation formed by the perforated roll stands, the first perforated roll from upstream to downstream stand and the second second grooved roll stand, parameters s1 defined by the following equation by the average contact angle ψ of wall thickness rolling reduction rate r and the roll caliber of the groove bottom center portion of the roll caliber is -52 0.0 or more, and the thickness reduction ratio r of the roll hole type groove bottom and the roll hole type of the third hole type roll stand and the fourth hole type roll stand from upstream to downstream. A method of rolling a tube by a mandrel mill, characterized in that the tube is rolled under the condition that the parameter s2 defined by the following equation is 1.49 or less by the wall thickness reduction ratio r QP at the maximum thickness reduction amount : .
s1 = −213r + ψ
s2 = 3.6r + r QP
However,
r = (T0−T) / T0
Figure 0004035960
r QP = (T QP −T) / T QP
T: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole groove bottom on the outlet side of the hole roll stand
T0: Thickness (unit: mm) of the tube at the center of the roll hole-type groove bottom on the inlet side of the hole-type roll stand
t max : Maximum value of the thickness reduction amount in the perforated roll stand (unit: mm),
θ (t): In the perforated roll stand, the maximum value (unit: degree) of the angle from the groove bottom central portion at the circumferential position where the thickness reduction amount is t,
T QP : Thickness (unit: mm) of the tube on the inlet side of the perforated roll stand at the portion where the thickness reduction amount is maximum in the perforated roll stand.
前記マンドレルミルによる圧延後の管の肉厚tTube thickness t after rolling by the mandrel mill F と管の外径DAnd pipe outer diameter D F との比(tRatio to (t F /D/ D F )が0.03以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマンドレルミルによる管の圧延方法。) Is 0.03 or less. The method of rolling a tube by a mandrel mill according to any one of claims 1 to 3.
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