JP4613431B2

JP4613431B2 - マンドレル・ミルによる鋼管の圧延方法

Info

Publication number: JP4613431B2
Application number: JP2001068858A
Authority: JP
Inventors: 秀雄佐藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-03-12
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2021-03-12
Also published as: JP2002263711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マンドレル・ミルによる鋼管の圧延方法に係わり、内面欠陥や圧延不良の発生を従来より抑制する造管技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
継目無鋼管の製造工程（ライン）の一つに、マンドレル・ミルなる圧延機を利用するものがある。それは、まず、素材の鋼鋳片（丸ビレット）を、加熱炉にて所定温度に高めた後に、ピアサーと称する圧延機で穿孔し、中空の素管とする。この中空素管（以下、素管という）は、前記したマンドレル・ミルなる圧延機で減肉して延伸圧延され、最終的にサイザー又はストレッチ・レデューサと称する圧延機で外径を絞られ、製品とされる。
【０００３】
前記マンドレル・ミルは、図４に示すように、複数のカリバー（孔型）付きロール１を素管を囲み、互いに４５°の角度にして配置したロール・スタンド２を、素管３の進行方向に複数段（通常、８〜１０スタンド）設けた所謂多段圧延機であり、素管３にマンドレル・バー４なる圧延治具を挿入した状態で、ロール間に該素管３を通過させて減肉及び延伸を行うものである。
【０００４】
ところが、各ロール・スタンド２でロール１の圧下量や回転速度が適切に設定されていないと、図５に示すように、素管３のロール間隙から外方へ張り出す（ふくれとかバルジという）部分５の幅（以下、バルジ幅（記号Ｂ）という）が過大となり、その後の圧延作業が不良になったり、あるいは得られる鋼管の内面に欠陥を生じさせる。
【０００５】
そこで、本出願人は、先に特開昭６３−５２７０９号にて、熱間加工性等の異なるあらゆる材質の素管を圧延しても、内面欠陥及び圧延不良の生じない対策技術を提案した。それは、下記４つの要素からなる技術である。
ａ）素管の材質に応じた熱間加工性と内面欠陥発生との関係を求める、
ｂ）該素管の熱間加工性に応じたバルジ部内面の最小曲げ半径に対応し、圧延中にある素管のバルジ部に内面欠陥を生じさせないバルジ幅を、許容上限バルジ幅として定める
ｃ）圧延中にある素管のバルジ部に圧延不良を生じさせることのないバルジ幅を、許容下限バルジ幅として定める、
ｄ）スタンド出側で素管のバルジ幅を測定し、その測定値が前記した許容上下限バルジ幅の範囲に収まるように、ロールの圧下量もしくは回転速度を調整する。
【０００６】
つまり、要素ａ）では、予め圧延前に、素管材の熱間加工性を、該素管材から切り出した試験片のグリーブル試験（マンドレル・ミルでの圧延温度の１０００℃、試片の引張り速度１０ｃｍ/秒の条件）により、試験片が破断した時の直径減少率として求める。この場合、減少率が大きいほど、熱間加工性は良いことになる。
【０００７】
要素ｂ）及びｃ）では、直径減少率が種々異なる材料の素管を予めマンドレル・ミルで圧延し、直径減少率（ＲＡ）に対するバルジ部の内面欠陥が発生しない最小内面曲げ半径（Ｒｉ）を求める。その一例を図６に示すが、（１）式のような直線関係になる。
【０００８】
Ｒｉ＝１６．３−０．１８ＲＡ（１）
また、バルジ幅（記号Ｂ）とバルジ部内面の曲げ半径との間には、一般に図５に示した幾何学的関係に基づき（２）及び（３）式の関係がある。
【０００９】
【数１】

【００１０】
【数２】

【００１１】
ここで、Ｗはカリバーのコーナ半径の中心とロール中心とがなす軸方向距離、Ｒｃはカリバーのコーナ半径、Ｇはロールの設定間隔（ギャップ）、αはスプリングバック、ｓｔは素管肉厚である。
【００１２】
従って、圧延する素管の熱間加工性（直径減少率）を予め求め、（１）式から内面欠陥を発生させないための最小内面曲げ半径を求め、（２）、（３）式により許容上限バルジ幅を求めることができる。
【００１３】
一方、要素ｃ）では、許容下限バルジ幅を、圧延中にある素管の円周に沿った肉厚が局部的に薄くならない、つまり極端な偏肉が生じないことから定める。この偏肉の発生状況は、過去のデータから図７に示すような関係がある。それは、８スタンドからなるマンドレル・ミルにおいて、第１スタンド入側の素管外径を１１０ｍｍ，最終スタンド出側の素管外径を９０ｍｍとする圧延での結果であり、縦軸は第４スタンド出側の素管バルジ幅（Ｂ）で，横軸は最終スタンド出側の素管肉厚（Ｓｔ）として求めた。この図７において、白丸印のプロットはマンドレルバーが引き抜き可能、×印はマンドレルバーが素管と密着して引き抜きが不能な状況を示す。そして、この局部的な「過薄部分あり」のような状態を圧延不良と定めると、許容下限バルジ幅は、直線（記号Ｚｂ）として求まる。なお、前記図６や図７に示したものと異なる条件やサイズの素管が圧延対象となる場合には、別途過去のデータからその場合に対応した関係を定めれば良い。
【００１４】
この技術は、さらに、要素ｄ）として、スタンドの出側に設置したバルジ幅の測定装置で、素管のバルジ幅を実測し、その測定値が上記した許容上下限バルジ幅の範囲に収まるように、当該スタンド又はそれ以前のスタンドのロールの圧下量もしくは回転速度を調整するようにした。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の技術でもまだ十分に満足できる状況と言えない。その理由は、要素ｂ）及びｃ）において、（１）〜（３）式を用いてバルジ部内面の最小曲げ半径からバルジ幅を求める、つまり前記図６の関係を求める場合、ロール１のカリバー形状に沿って素管３が圧延されていると仮定しているが、実際には、バルジ部は、ロール１の間隙に形成されるので、素管を拘束する力が弱く、必ずしもカリバー形状に沿っていないからである。つまり、バルジ幅からでは、正しい内面曲げ半径を求められず、定めたバルジ幅上下限範囲の信頼性が低いのである。また、前記圧延不良とならないためには、素管の周長をある一定値以上にする必要があるが、上記と同じ理由で正しい周長が求められないという問題もある。さらに、バルジ幅上下限範囲の決定が複雑であるばかりでなく、それを定めるのに、材料試験、試験操業、過去のデータ集め等に多大な労力を要するという問題もある。
【００１６】
本発明は、かかる事情に鑑み、簡単な手法を採用するだけで、いかなる材質の素管であっても、従来より内面欠陥や圧延不良の発生を抑制可能なマンドレル・ミルによる鋼管の圧延方法を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化した。
【００１８】
すなわち、本発明は、一対の孔型ロールを備えたロール・スタンドを多段に配設したマンドレル・ミルに、鋼鋳片からなる中空素管の孔にマンドレル・バーを挿入した状態で該中空素管を通過させ、減肉及び延伸圧延するに際して、任意あるいは最終のロール・スタンドの出側で、圧延された前記中空素管の断面形状を測定すると共に、該測定値に基づき素管の外周長さ及びバルジ部の外面曲げ半径を求め、それらの値に応じて各ロール・スタンドでのロールの圧下量及び／又は回転速度を調整することを特徴とするマンドレル・ミルによる鋼管の圧延方法である。
【００１９】
その場合、素管の外周長さ及びバルジ部の外面曲げ半径の値に予めそれぞれの閾値を定め、前記測定値に基づき求めた値が該閾値より小さい場合にのみ、閾値より大きくなるように各ロール・スタンドでのロールの圧下量及び／又は回転速度を調整するのが好ましく、また前記測定値に基づき求めた素管の外周長さ及びバルジ部の外面曲げ半径のいずれもが該閾値より小さい場合には、いずれもがその閾値より大きくなるように、一方毎に順次各ロール・スタンドでのロールの圧下量及び／又は回転速度を調整するのが良い。さらに、前記断面形状の測定を、レーザ距離計で行うのが良い。
【００２０】
本発明によれば、従来より簡単な手法で、いかなる材質の素管であっても、内面欠陥や圧延不良の発生が少ないマンドレル・ミルによる鋼管の圧延が可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなす経緯を交え、本発明の実施の形態について説明する。
まず、発明者は、従来の手間がかかり且つ精度の低い方法よりも、もっと簡単な手法で信頼性が高い鋼管の圧延方法とするため、理論的より実践的な解決方法を模索することにした。そして、従来のバルジ部内面の最小曲げ半径に基づいた内面欠陥を生じさせない許容上限バルジ幅に代わる圧延状況判断の指標を発見すべく試験操業を行った。得られたデータは、多面的に解析され、図２及び３に示すような非常に好ましいに結果を得た（なお、図２は、第４ロール・スタンドの出側で、図３は第７ロール・スタンドの出側で測定した値である）。
【００２２】
すなわち、任意のロール・スタンドの出側で測定した圧延された素管のバルジ部の外面半径（図５の記号Ａ）及び外周長さが「ある値」（図では、矢印５で示す）を常に超えるように操業を行うと、内部欠陥が発生しないし、圧延不良が起きないことを知った。この圧延された素管３のバルジ部の外面半径及び外周長さは、素管の外側からの測定で容易に実施できるので、前記「ある値」を指標にできるなら、従来のバルジ部内面の最小曲げ半径に基づいた内面欠陥を生じさせない許容上限バルジ幅の決定に比べて非常に簡単で、且つ省力になる。
そこで、前記「ある値」を圧延状況を判定する閾値とし、実際の素管バルジ部の外面半径及び素管外周長さを実際に該閾値を超えるように調整する手段を検討した。その結果、素管バルジ部の外面半径及び素管外周長さのいずれに対しても、ロールの圧下量あるいは回転速度の影響が大きいことがわかり、これらと前記閾値との組み合わせで本発明を完成させた。本発明の内容を図１に模式的に示しておく。
【００２３】
本発明では、素管バルジ部の外面半径及び素管外周長さに対してそれぞれ設定するので、２つになる。従って、状況判断も２つになり、ロールの圧下量及び／又は回転速度を調整する操作が複雑になると思われる。しかしながら、実際の操業では、測定値に基づき求めた素管バルジ部の外面半径及び素管外周長さの両方の値が共に閾値より小さくなる頻度は低く、いずれか一方であることが多い。また、例え両方の値が共に閾値より小さくなる場合が生じても、いずれか一方の判断でロールの圧下量及び／又は回転速度を調整してから、他方の判断による操作を実行すれば、本発明の実施は容易にできる。
【００２４】
なお、具体的に、素管バルジ部の外面半径及び素管外周長さの値をロールの圧下量及び／又は回転速度の変更で調整するには、両者間の定量的な関係が必要である。しかし、この関係は、過去の多くの操業実績から容易に決定できるので、入手は容易である。また、各スタンドで圧延された素管の前記断面形状の測定は、以前から接触式あるいは非接触式の計器で種々試みられているので、それらの技術を利用すれば良い。本発明では、特にマンドレル・ミルのスタンド間の隙間が狭い理由でレーザ距離計で行うことを推奨する。
【００２５】
【実施例】
多種の鋼種からなる素管に本発明に係るマンドレル・ミルによる鋼管の圧延方法を適用した。マンドレル・ミルとしては、図１に示した８段にロール・スタンド２を配設したものを用い、第１スタンド入側の素管外径を２０３ｍｍとし、最終スタンド出側の圧延済み管径を１７２ｍｍにすることにした。なお、素管３は加熱炉（図示せず）において、１２５０℃に加熱されている。レーザ距離計６を第４スタンドの出側に配設し、該スタンドから抜け出してきた素管３の断面形状（断面プロフィール）７をその位置で実測した。実測結果は直ちにロールの圧下量制御装置や回転速度制御装置に送られ、前記閾値と比較して状況を判定し、必要に応じてロールの回転数もしくは圧下量の調整を行った。その調整例を、第４ロール・スタンドの場合で図８（ａ）及び（ｂ）に示す。いずれの場合も調整が良好に行われていることが明らかである。
【００２６】
操業成績は、内面欠陥（欠陥発生本数／全製造本数×１００）及び圧延不良の発生率（圧延不良発生本数／全製造本数×１００）で評価し、従来のバルジ幅に基づく圧延方法での結果と比較して表１に示す。表１により、本発明がいずれの鋼種においても優れた圧延方法であることが確認された。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、従来より簡単な手法で、いかなる材質の素管であっても、内面欠陥や圧延不良の発生が少ないマンドレル・ミルによる鋼管の圧延が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマンドレル・ミルによる圧延方法を説明する模式図である。
【図２】本発明をなす基盤とした素管の外面曲げ半径の閾値を示す図である。
【図３】本発明をなす基盤とした素管の外周長さの閾値を示す図である。
【図４】一般的なマンドレル・ミルを示す模式図である。
【図５】圧延中の素管断面を示す図である。
【図６】従来技術における内面欠陥が発生しない素管の最小内面曲げ半径と熱間加工性との関係を示す図である。
【図７】従来技術における素管バルジ幅の下限値を説明する図である。
【図８】本発明の実施におけるロールの回転速度（ａ）及び圧下量（ｂ）の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１ロール
２ロール・スタンド
３素管
４マンドレル・バー
５バルジ部分
６レーザ距離計
７断面形状
８圧下量制御装置
９回転速度制御装置

Claims

一対の孔型ロールを備えたロール・スタンドを多段に配設したマンドレル・ミルに、鋼鋳片からなる中空素管の孔にマンドレル・バーを挿入した状態で該中空素管を通過させ、減肉及び延伸圧延するに際して、
任意あるいは最終のロール・スタンドの出側で、圧延された前記中空素管の断面形状を測定すると共に、該測定値に基づき素管の外周長さ及びバルジ部の外面曲げ半径を求め、それらの値に応じて各ロール・スタンドでのロールの圧下量及び／又は回転速度を調整することを特徴とするマンドレル・ミルによる鋼管の圧延方法。
素管の外周長さ及びバルジ部の外面曲げ半径の値に予めそれぞれの閾値を定め、前記測定値に基づき求めた値が該閾値より小さい場合にのみ、閾値より大きくなるように各ロール・スタンドでのロールの圧下量及び／又は回転速度を調整することを特徴とする請求項１記載のマンドレル・ミルによる鋼管の圧延方法。
前記測定値に基づき求めた素管の外周長さ及びバルジ部の外面曲げ半径のいずれもが該閾値より小さい場合には、いずれもがその閾値より大きくなるように、一方毎に順次各ロール・スタンドでのロールの圧下量及び／又は回転速度を調整することを特徴とする請求項２記載のマンドレル・ミルによる鋼管の圧延方法。
前記断面形状の測定を、レーザ距離計で行う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・ミルによる鋼管の圧延方法。