JP4623212B2 - 継目無管の穿孔圧延方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、継目無管の代表的製造方法であるマンネスマン製管法において採用されているピアサを用いた穿孔圧延方法及び装置に関する。

一般にマンネスマン製管法によって継目無管を製造する場合には、まず、ビレット（丸鋼片）がピアサにて穿孔されホローシェルとなり、これが延伸圧延、定径圧延され、更に精整工程を経て製品としての継目無管となる。そして、上述のピアサには、被圧延材のパスラインに対して軸芯線を傾斜させた主ロールと、プラグとを組み合わせた所謂傾斜圧延機が用いられる。

以上のようなマンネスマン製管法を実施するためのピアサは、所定のパスライン周りに対向配置された一対の主ロールと、このパスラインに沿って配設された内面規制工具としてのプラグと、このパスライン周りに対向配置された管材案内部材としてのガイドシューまたはディスクロールとを備えた構成が一般的である。

図１は傾斜穿孔圧延装置における主ロールの配置の一例を示す。図２は図１のＶ−Ｖ線における断面図である。図３は、図１に示す傾斜穿孔圧延装置を出側から見た図である。

図１に示すように、コーン型の主ロール１Ｒ，１Ｌは、出側面角αを有しており、パスセンタｍに対して自軸が夫々交叉角γで交叉するように軸対称に配置されている。

また、図２に示すように、主ロール１Ｌは、傾斜角βとなるように配置されている。また図示しない他方の主ロール１Ｒも傾斜角βで配置され、夫々捩じれの位置にある。これら主ロール１Ｒ，１Ｌの交叉角γと傾斜角βは、図３に示す主ロール１Ｒ，１Ｌのゴージ部中心点を中心として設定される。プラグ７は、パスセンタｍを中心軸として主ロール１，１間に配置され、その先端は、主ロール１のゴージ部中心点間の近傍に位置する。

主ロール１Ｒ，１Ｌは、駆動軸２，２によって駆動源３，３に夫々結合されている。これによって、主ロール１，１は自軸を中心に、たとえば図３に示す方向に回転する。図１に示すように、主ロール１Ｒ，１Ｌは、傾斜角βの設定によって互いに捩じれの位置にある。主ロール１Ｒ，１Ｌが図中矢印の向きに回転すると、ビレット６は主ロールに噛み込まれ、パスセンタｍを中心に出側方向から見て時計回りに回転させられながら穿孔される。こうしてビレット６は、主ロール１Ｒ，１Ｌとプラグ７により穿孔圧延されて、ホローシェル９となる。

このように穿孔されるビレット６は、主ロール１Ｒ，１Ｌに両側から押圧されるために上下に揺れる。この揺れを押さえるために、主ロール１Ｒ，１Ｌの上下に一対のディスクロールを配置する。

図４は、傾斜穿孔圧延装置における主ロール及びディスクロールの配置の一例を示す。ディスクロール１０は、ビレット６をはさんで主ロール１Ｒ，１Ｌに近接させて上下に対称に配設され、ディスクロール軸１２を中心に夫々回転する。このディスクロール１０は、ビレットの進行に追随しながら回転し、ビレット６の揺れを押さえて圧延がスムーズに行われるようにする。

ところが、主ロール１Ｒ，１Ｌは、図１に示してある如く出側面角αを有し、さらにパスセンタｍに対して交叉角γを有するので、図４に示す如く前記ディスクロール１０と主ロール１との間にギャップＧ，Ｇを生じている。ビレット６がパスセンタｍに沿って回転しながら進行するとき、ディスクロール１０表面と接触しているホローシェルがギャップＧ，Ｇから押し出されることがある。

図５に主ロールのゴージ部より圧延出側で生成されるホローシェルの動きを示す。主ロール１Ｒに噛み込まれていく側の材料の外径の膨らみは他方の主ロール１Ｌから離脱する側の材料外径の膨らみより大きくなる。ディスクロールを備えた図６により説明すれば、主ロール１Ｒに噛み込まれていく部分（図中Ｂ部）の膨らみが主ロール１Ｌから離脱する部分（図中Ａ部）の膨らみより大きいが、上下に設けられた一対のディスクロール１０Ｕ，１０Ｄにより、その膨らみが抑制される。

拡管比（穿孔前の材料外径に対する穿孔後の材料外径の比：穿孔後の材料外径／穿孔前の材料外径）が１．０〜１．０５である通常の穿孔圧延においては、図６に示すＢ部での材料外径の膨らみは問題とならない。ところが、拡管比を大きくする穿孔圧延においては、主ロール出側において生成されるホローシェルの周長が、より大きくなるので図６のＢ部での膨らみがますます大きくなり、主ロール１Ｒ、１Ｌへの噛み込み角度φも大きくなる。この結果、圧延方向への推進力が小さくなるような非定常穿孔圧延となる尻抜け時に、材料が回転しなくなって尻詰まりが生じ、ホローシェル端部の形状が大きな楕円形状を呈し、またはホローシェルの外表面にシューマーク疵が生じるという問題が発生する。

特許文献１には、このような問題の解決手段が提案されている。

図７は主ロール及びディスクロールの配置を示す模式的平面図である。ビレット６の出側方向に向かって右側に主ロール１Ｒが、左側に主ロール１Ｌが、その自軸を互いに捩じれの位置にして配置される。主ロール１Ｒは入側を上に、出側を下に傾斜し、主ロール１Ｌはその逆に傾斜している。

ディスクロール１０Ｕはビレット６の上方に、ディスクロール１０Ｄはビレット６の下方に対称に配設されている。ディスクロール１０Ｕはディスクロール中心を軸にその出側を主ロール１Ｒに近接させ、主ロール１Ｒの出側面と平行になるように配置する。ディスクロール１０Ｄは、その出側を主ロール１Ｌに近接させ、主ロール１Ｌの出側と平行になるように配置する。ディスクロール１０Ｕはパスセンタｍに対してディスクロールスキュー角δを生じ、同様にディスクロール１０Ｄもディスクロールスキュー角δを生じる。

主ロール１Ｒ，１Ｌを図中矢印方向に回転させると、ビレット６は出側から見て時計回りに回転しながら圧延される。このとき材料はディスクロール１０Ｕ，１０Ｄにより、より小さな噛み込み角度φで主ロール１Ｒ，１Ｌに噛み込まれるように誘導され、材料の巻き込みは防止されると記載されている。

すなわち、ディスクロールを主ロールの出口面角にほぼ平行に設定することができるスキュー角度の可変傾動機構と、主ロールとディスクロールとの間隔をほぼゼロに設定する移動機構とを設けることによって、圧延材料のはみ出しを防止する技術が提案されている。

また、特許文献２には、入口面角と出口面角を有する一対のコーン型の主ロールと、スキュー角の可変機構を有する一対のディスクロールをパスライン周りに交互に傾斜配置させて、ディスクロールのスキュー角と、主ロールの入口面角と出口面角とが特定の関係式を満足するスキュー角でもって継目無金属管の穿孔圧延することが提案されており、これによって、拡管比が１．１５以上の高拡管比穿孔圧延であっても、尻詰まりや外面疵を防止できると記載されている。

特開昭６３−９０３０６号公報 特開平５−１２４６１２号公報

しかしながら、特許文献１に示された技術はもちろんのこと、特許文献２に示された技術であっても、拡管比を大きくする条件で穿孔圧延する場合に、材料のピーリングが発生するとともに穿孔圧延されたホローシェルに偏肉が発生するという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、拡管比を大きくする条件で穿孔圧延する場合でも、材料のピーリングの発生および穿孔圧延されたホローシェルの偏肉を防止できる継目無管の穿孔圧延方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、拡管比を大きくして穿孔圧延すると材料のピーリングが発生する原因とその防止方法について、種々検討を重ねた結果、次の(a)〜(g)の知見を得た。

(a) ディスクロールがパスラインの周りに傾斜配置されている従来技術は、いずれも、ディスクロール支持装置の剛性が低い。したがって、図８にみるごとく、実線で示すように主ロール１Ｌとディスクロール１０Ｕとの間隔Ｇを狭くした状態で設置しても、穿孔圧延によって材料の回転方向の力がディスクロールにかかるとその設置位置が点線で示す位置へ移動してしまい、その間隔Ｇが拡がってしまうことを発見した。

(b) 主ロールとディスクロールとの間隔Ｇが拡がると、材料の一部がこの拡がった間隔Ｇに入り込んで、材料のピーリングが発生することを発見した。

(c) したがって、ディスクロール支持装置の剛性を上げて、材料の回転方向の力がディスクロールにかかっても、その設置位置が移動しないように、すなわち、図８の実線で示す位置にディスクロールを固定できれば、主ロール１Ｒとディスクロール１０Ｕとの間隔Ｇを一定に保って穿孔圧延することが可能となり、材料のピーリングの発生を防止できることを見出した。なお、ディスクロールを完全に固定できなくても、ディスクロールの設置位置の移動をある程度抑制するだけでも、材料のピーリングの発生を防止できることも見出した。

(d) ディスクロールがパスラインの周りに傾斜配置されている従来技術において、いずれも、ディスクロール支持装置の剛性が低い理由は、図９にみるごとく、ディスクロールのスキュー角δを可変とするための回転機構Ｒが設けられているためであることを見出し、このような回転機構Ｒを用いなければ、ディスクロール支持装置の剛性を上げることができることを見出した。

(e) ディスクロール装置の剛性を上げるためには、図１０にみるごとく、ディスクロールのスキュー角δを固定とすることが効果的であることを見出した。ここで、ディスクロール１０Ｕはユニバーサルジョイント１２Ｕに接続されて回転するが、チョック支持台２２Ｒ，２２Ｌによって支持されたロールチョック２１Ｒ，２１Ｌによってスキュー角δは傾斜した状態で固定される。なお、スキュー角δについては、所定のスキュー角δに設定して固定しておけばよい。

ここで、ディスクロールの形状は図１０に示されたとおりの、外周面に曲面形状の溝底を有する円盤形状が好ましい。円盤の形状としては、中心部の厚みが比較的大きく、そして周辺部の厚みは比較的小さいものが好ましい。

(f) 前記したように、ディスクロール１０のパスラインに対する傾斜配置角度であるスキュー角δを固定することによって材料のピーリングの発生を防止できる。しかしながら、ビレット６の外径ｄに比してディスクロール１０の厚みの平均値Ｄｗ_１が小さいときには、ビレット６の回転方向にディスクロール１０が撓むおそれがあり、この場合には主ロール１とディスクロール１０との間隔Ｇが拡がってしまうおそれがある。

したがって、被圧延材のピーリングの発生をより確実に防止するためには、ビレット外径ｄに対するディスクロールの厚みの平均値Ｄｗ_１の比をある程度大きくすることが好ましい。本発明者らは、この知見に基づき、種々の検討と実験の結果、次の(1)式を満足するときに被圧延材のピーリングの発生をより確実に防止できることを見出した。
Ｄｗ_１／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(1)式
ただし、Ｄｗ_１およびｄは、それぞれ、ディスクロールの厚みの平均値および被圧延材のビレット外径である。なお、ディスクロールの厚みの平均値とは、ディスクロールの外周面の曲面形状の部分を除いた円盤形状本体の厚みの平均値である。

(g) なお、ディスクロールに着目したピーリング発生の抑制方法の検討に当たって、穿孔圧延されてなるビレットの表面にスパイラル状の厚肉が生成するという偏肉の問題も同時に解決できることを見出した。

偏肉が発生する理由を考察した結果、ビレットのボトム部が穿孔圧延されて周長が大きいホローシェルが生成され、そのホローシェルが振れ回り、さらにディスクロールが生成されつつあるホローシェルと接触し、ホローシェルの外径を縮径させて局部的にホローシェルの壁厚を厚くすることが偏肉の発生原因であることが分かった。

そして、ディスクロールの直径が最小となる外周面の溝底間の距離Ｄｓとディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅Ｄｗ_２と被圧延材のビレット外径ｄとを、次の(2)式および(3)式を満足するように規定することによって、このような偏肉の発生を防止することができるとの知見を得た。
９≦Ｄｓ／ｄ≦１６ ・・・・・・・・・・・・(2)式
Ｄｗ_２／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(3)式
ただし、Ｄｓはディスクロールの直径が最小となる外周面の溝底間の距離であり、Ｄｗ_２はディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅であり、そして、ｄは被圧延材のビレット外径である。

なお、上記の(2)式の下限値の規定と上記(3)式の規定は、ビレットのボトム部が穿孔圧延され、周長が大きいホローシェルが生成される際のホローシェルの振れ回りを抑制するとともに、ホローシェルの外径を縮径させて局部的にホローシェルの壁厚を厚くする量がプラグと主ロールで矯正可能な範囲に留めるための必須条件であり、そして、上記の(2)式の上限値の規定は、ディスクロールが生成されつつあるホローシェルを一時的にビレット進行方向に拘束する際に、ホローシェルの外径を縮径させて局部的にホローシェルの壁厚を厚くする量が、プラグと主ロールで矯正可能な範囲に留めるための条件である。

本発明は、このような知見に基づいて完成したものであり、その要旨は、次の(1)〜(3)に示す継目無管の穿孔圧延方法と、次の(4)〜(6)に示す継目無管の穿孔圧延装置にある。

(1) パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールとの間にパスラインに沿ってプラグを配し、被圧延材を螺旋移動させる継目無管の穿孔圧延方法であって、前記ディスクロールをパスラインに対して固定されたスキュー角δで傾斜して配置するとともに、ディスクロールの厚みの平均値Ｄｗ _１ と被圧延材のビレット外径ｄとが次の(1)式を満足することを特徴とする継目無管の穿孔圧延方法。
Ｄｗ _１ ／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(1)式
ただし、Ｄｗ _１ およびｄは、それぞれ、ディスクロールの厚みの平均値および被圧延材のビレット外径である。なお、ディスクロールの厚みの平均値とは、ディスクロールの外周面の曲面形状の部分を除いた円盤形状本体の厚みの平均値である。

(2) パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールとの間にパスラインに沿ってプラグを配し、被圧延材を螺旋移動させる継目無管の穿孔圧延方法であって、前記ディスクロールをパスラインに対して固定されたスキュー角δで傾斜して配置するとともに、ディスクロールにおけるディスク直径が最小となる外周面の溝底間の距離Ｄｓとディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅Ｄｗ _２ と被圧延材のビレット外径ｄとが、次の(2)式および(3)式を満足することを特徴とする継目無管の穿孔圧延方法。
９≦Ｄｓ／ｄ≦１６ ・・・・・・・・・・・・(2)式
Ｄｗ _２ ／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(3)式
ただし、Ｄｓはディスクロールの直径が最小となる外周面の溝底間の距離であり、Ｄｗ _２ はディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅であり、そして、ｄは被圧延材のビレット外径である。

(3) パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールとの間にパスラインに沿ってプラグを配し、被圧延材を螺旋移動させる継目無管の穿孔圧延方法であって、前記ディスクロールをパスラインに対して固定されたスキュー角δで傾斜して配置するとともに、ディスクロールの厚みの平均値Ｄｗ _１ と被圧延材のビレット外径ｄとが次の(1)式を満足し、かつ、ディスクロールにおけるディスク直径が最小となる外周面の溝底間の距離Ｄｓとディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅Ｄｗ_２と被圧延材のビレット外径ｄとが、次の(2)式および(3)式を満足することを特徴とする継目無管の穿孔圧延方法。
Ｄｗ _１ ／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(1)式
９≦Ｄｓ／ｄ≦１６ ・・・・・・・・・・・・(2)式
Ｄｗ_２／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(3)式
ただし、Ｄｗ _１ およびｄは、それぞれ、ディスクロールの厚みの平均値および被圧延材のビレット外径である。Ｄｓはディスクロールの直径が最小となる外周面の溝底間の距離であり、Ｄｗ_２はディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅であり、そして、ｄは被圧延材のビレット外径である。なお、ディスクロールの厚みの平均値とは、ディスクロールの外周面の曲面形状の部分を除いた円盤形状本体の厚みの平均値である。

(4) パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールを備え、パスラインに沿ってプラグを配して、被圧延材を螺旋移動させる継目無管の穿孔圧延装置であって、前記ディスクロールをパスラインに対して固定されたスキュー角δで傾斜して配置するとともに、ディスクロールの厚みの平均値Ｄｗ _１ と被圧延材のビレット外径ｄとが次の(1)式を満足することを特徴とする継目無管の穿孔圧延装置。
Ｄｗ _１ ／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(1)式
ただし、Ｄｗ _１ およびｄは、それぞれ、ディスクロールの厚みの平均値および被圧延材のビレット外径である。なお、ディスクロールの厚みの平均値とは、ディスクロールの外周面の曲面形状の部分を除いた円盤形状本体の厚みの平均値である。

(5) パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールを備え、パスラインに沿ってプラグを配して、被圧延材を螺旋移動させる継目無管の穿孔圧延装置であって、前記ディスクロールをパスラインに対して固定されたスキュー角δで傾斜して配置するとともに、ディスクロールにおけるディスク直径が最小となる外周面の溝底間の距離Ｄｓとディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅Ｄｗ _２ と被圧延材のビレット外径ｄとが、次の(2)式および(3)式を満足することを特徴とする継目無管の穿孔圧延装置。
９≦Ｄｓ／ｄ≦１６ ・・・・・・・・・・・・(2)式
Ｄｗ _２ ／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(3)式
ただし、Ｄｓはディスクロールの直径が最小となる外周面の溝底間の距離であり、Ｄｗ _２ はディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅であり、そして、ｄは被圧延材のビレット外径である。

(6) パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールを備え、パスラインに沿ってプラグを配して、被圧延材を螺旋移動させる継目無管の穿孔圧延装置であって、前記ディスクロールをパスラインに対して固定されたスキュー角δで傾斜して配置するとともに、ディスクロールの厚みの平均値Ｄｗ _１ と被圧延材のビレット外径ｄとが次の(1)式を満足し、かつ、ディスクロールにおけるディスク直径が最小となる外周面の溝底間の距離Ｄｓとディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅Ｄｗ_２と被圧延材のビレット外径ｄとが、次の(2)式および(3)式を満足することを特徴とする継目無管の穿孔圧延装置。
Ｄｗ _１ ／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(1)式
９≦Ｄｓ／ｄ≦１６ ・・・・・・・・・・・・(2)式
Ｄｗ_２／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(3)式
ただし、Ｄｗ _１ およびｄは、それぞれ、ディスクロールの厚みの平均値および被圧延材のビレット外径である。Ｄｓはディスクロールの直径が最小となる外周面の溝底間の距離であり、Ｄｗ_２はディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅であり、そして、ｄは被圧延材のビレット外径である。なお、ディスクロールの厚みの平均値とは、ディスクロールの外周面の曲面形状の部分を除いた円盤形状本体の厚みの平均値である。

本発明によれば、継目無管の穿孔圧延する際に、拡管比を大きくする条件の場合にも、材料のピーリングの発生を防止することができるとともに穿孔圧延されたホローシェルの偏肉も防止できる。

以下に、図面を用いて、本発明を具体的に説明する。

図１１は本発明に係る穿孔圧延装置において、ディスクロールにスキュー角δを与えた状態をその出側から示した模式的立面図である。

まず、コーン型の主ロール１Ｒ，１Ｌ前述した従来方法及び装置におけるのと同様に夫々傾斜角βを成して、さらにパスセンタｍに対して自軸が夫々交叉角γをなすように軸対称に配置される。また、コーン型の主ロール１Ｒ，１Ｌは、出側面角αを有している。ディスクロール１０Ｕ，１０Ｄは、左右のエッジ径が異なるものを採用し、穿孔されるビレット６を上下から保持するように配設される。ディスクロール１０Ｕは、ビレット６の上方に、大きい径のエッジを主ロール１Ｒ側にして、ディスクロール１０Ｄはビレット６の下方に、大きい径のエッジを主ロール１Ｌ側にして、即ちビレット６の回転上流に大きい径のエッジ、回転下流に小さい径のエッジとなるように配置される。上述のようにエッジの径の観点からディスクロールの配置を決めると、回転上流、下流ともに材料の噛み出しを防ぐ効果がある。なお、平面Ａは管素材のパスセンタｍ及び傾斜角を設定する前の当該傾斜ロールのゴージ部中心点を含む平面である。

そして、ディスクロール１０Ｕ，１０Ｄはその中心を軸にディスクロール軸を水平、具体的には面Ａと平行に維持した状態で、その出側が、材料が離脱していく側の主ロール１Ｒに沿うようにスキューが夫々与えられる。この角度δがディスクロールスキュー角である。この結果、ディスクロール１０Ｕ，１０Ｄの回転軸はパスセンタｍと非直角に交叉した状態となる。

なお、ディスクロール１０Ｕは、図１０に示したとおり、ユニバーサルジョイント１２Ｕに接続されて回転するが、チョック支持台２２Ｒ，２２Ｌによって支持されたロールチョック２１Ｒ，２１Ｌによってスキュー角δは傾斜した状態で固定されている。

主ロールが図１１に矢符で示す方向に回転する場合は、穿孔されるビレット６はＯを中心に出側から見て時計回りに回転しながら圧延される。そしてビレット６は、主ロール１Ｒ，１Ｌのゴージ部により両側から圧押されながらプラグ７（図１参照）によって穿孔され、ホローシェル９（図１参照）が形成される。

次に、ディスクロールのスキュー角δを固定して傾斜配置した本発明に係る穿孔圧延装置を用いて、実際に穿孔圧延を行なった場合のピーリングの発生限界を調べた結果について説明する。実施条件は以下の通りであり、また、その実施結果は表１に示す通りである。ここで、スキュー角δについては、穿孔圧延を行う前に、その都度、それぞれの拡管比に相当するスキュー角δに設定して固定した。なお、ディスクロールのスキュー角δを回転機構によって可変（０°〜９°）にした従来装置を用いて、実際に穿孔圧延を行なった場合の結果を、比較例として、表１に併せて示す。

［実施条件］
ビレット：連続鋳造鋳材（０．２％Ｃ鋼）、径６５ｍｍ
拡管比：１．０〜１．４
ホローシェルの肉厚ｔと外径ｄとの比（ｔ／ｄ）：２．５〜６．０％
ロールゴージ部の径：４１０ｍｍ
ロール傾斜角β：１０．０゜
ロール交叉角γ：１５．０゜
ロール入側面角：３．０゜
ロール出側面角α：４．０゜
ディスクロール径：１１５０ｍｍ

表１は、各条件で２本のビレットを穿孔圧延した結果を示し、○印は２回の実験においてピーリングが発生しなかったことを示し、×印は２回の内いずれかにおいてピーリングが発生したことを示す。なお、−印は、穿孔圧延を実施しなかったことを示す。

この結果、同一の拡管比（すなわち、同一のスキュー角δ）においてはいずれも、本発明例（ディスクロールのスキュー角δを固定して傾斜配置したもの）は、比較例（スキュー角δを回転機構により可変としたもの）よりも、同じ径のビレットから肉厚ｔと外径ｄとの比（ｔ／ｄ）がより小さいホローシェルをつくる場合でもピーリングが発生しなかった。すなわち、本発明例では、ピーリング発生なしに、より薄肉の継目無管に穿孔圧延できることを示している。

なお、本実施例における実施条件はモデル穿孔圧延機を用いた結果であり、実機においては、一般に、ロール交叉角γは１０〜３０゜、ビレット径は１５０〜３８０ｍｍ、ロール径は９００〜１５００ｍｍ、ディスクロール径は１５００〜３５００ｍｍのものが用いられている。そして、それぞれ、穿孔圧延安定性やビレットへの負荷剪断歪の低減の観点から適正な寸法が選択される。

次に、上述のモデル穿孔圧延機の各種設定値は同じとして、ディスクロールのスキュー角δを固定して傾斜配置した条件においてピーリングの発生がなかった実験結果が得られた拡管比のうち、シェルｔ／ｄの値の一部について、さらにディスクロールの外周面の曲面形状部分を除いた円盤形状本体の厚みの平均値Ｄｗ_１と被圧延材のビレット外径ｄとの関係を表すパラメータＤｗ_１／ｄと、ピーリング発生との関係について調査した結果について、表２に示す。

表２において、○印は穿孔本数１０本中にピーリングが少なくとも１本発生したことを示し、◎印は穿孔本数１０本中にピーリングが１本も発生しなかったことを示す。この結果、ディスクロールのスキュー角δを固定して傾斜配置した場合において、Ｄｗ_１／ｄが０．８を超える場合には、ピーリングの発生頻度が極めて少なくなることが判った。すなわち、Ｄｗ_１／ｄが０．８を超える場合には、ピーリング発生を大きく抑制して薄肉の継目無管を穿孔圧延できることを示している。

さらに、表２のピーリング調査結果で◎の評価となった実験結果、すなわち、穿孔本数１０本中にピーリングが１本も発生しなかった実験結果が得られた条件のうち、ディスクロールの外周面の曲面形状部分を除いた円盤形状本体の厚みの平均値Ｄｗ１と被圧延材のビレット外径ｄとの関係を表すパラメータＤｗ_１／ｄが０．８５および１．０の条件について、さらに、ディスクロールにおけるディスク直径が最小となる外周面の溝底間の距離Ｄｓ、ディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅Ｄｗ_２および被圧延材のビレット外径ｄとの関係を表すパラメータＤｗ_２／ｄおよびＤｓ／ｄの条件を規定することによって、表３の組合わせに示すとおりの穿孔圧延実験条件をつくり、偏肉発生との関係について調査した。その偏肉抑制効果は、表３にＡ〜Ｃで示されるとおりである。

なお、表３において示された偏肉抑制効果の指標Ａ、ＢおよびＣは、それぞれ、次のとおりに定義される。
Ａ：ホローシェルの後端部３００ｍｍの範囲での平均偏肉率が５％以下。
Ｂ：ホローシェルの後端部３００ｍｍの範囲での平均偏肉率が５％を超え７％以下。
Ｃ：ホローシェルの後端部３００ｍｍの範囲での平均偏肉率が７％を超える。

ここで、ホローシェルの後端部３００ｍｍの範囲での平均偏肉率とは、ホローシェルの後端部３００ｍｍについて、長手方向１０ｍｍ毎に合計３０個の断面に対して円周方向の８点の肉厚を測定し、下式によって各断面の偏肉率を求め、得られた３０個の各断面の偏肉率を平均することにより算出した。
偏肉率＝（８点間の最大肉厚−８点間の最小肉厚）／（８点の平均肉厚）×１００％

この結果、ディスクロールのスキュー角δを固定して傾斜配置するとともに、Ｄｗ_２／ｄが０．８を超えかつＤｓ／ｄ＝９〜１６の場合には、偏肉率が極めて小さくなることが判った。すなわち、すなわち、Ｄｗ_１／ｄが０．８を超え、Ｄｗ_２／ｄが０．８を超えかつＤｓ／ｄ＝９〜１６の場合には、ピーリング発生と偏肉発生を十分に抑制して薄肉の継目無管を穿孔圧延できることを示している。

継目無管の穿孔圧延する際に、拡管比を大きくする条件においても、材料のピーリングの発生を防止するとともに穿孔圧延されたホローシェルの偏肉の発生を防止することができる穿孔圧延方法とその装置を提供する。

穿孔圧延装置における主ロールの配置の一例を示す。 図１のＶ−Ｖ線における断面図を示す。 図１に示す穿孔圧延装置を出側から見た図である。 穿孔圧延装置における主ロール及びディスクロールの配置の一例を示す。 穿孔圧延における主ロールのゴージ部より圧延出側の穿孔途中の材料変形を誇張して示す。 ディスクロールによって材料外径の膨らみを抑制する模式図である。 穿孔圧延装置における主ロール及びディスクロールの配置の一例を示す。 主ロール１Ｌとディスクロール１０Ｕとの間隔Ｇが拡がることを示す模式図である。 ディスクロールのスキュー角δを可変とするための回転機構Ｒを示す。 本発明に係るディスクロールのスキュー角δを固定した一例である。 本発明に係る穿孔圧延装置の一例である。

符号の説明

１ １Ｒ，１Ｌ 主ロール
６ ビレット
７ プラグ
９ ホローシェル
１０，１０Ｕ，１０Ｄ ディスクロール
１２Ｕ ユニバーサルジョイント
２１Ｒ，２１Ｌ ロールチョック
２２Ｒ，２２Ｌ チョック支持台
α 主ロール出側面角
β 主ロール傾斜角
γ 主ロール交叉角
δ ディスクロールのスキュー角
κ ディスクロール傾斜角
φ 噛み込み角度
Ａ Ｑ点及びパスセンタｍを含む平面
Ｄｓ ディスクロールにおけるディスク直径が最小となる溝底間の距離
Ｄｗ_１ ディスクロールの厚みの平均値
Ｄｗ_２ ディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅
Ｇ 主ロール及びディスクロールの出側ギャップ
Ｈ ホローシェル
ｍ パスセンタ
Ｑ 主ロールに傾斜角βを設定する前の主ロールゴージ部中心点
Ｒ 回転機構
ｄ ビレット外径

Claims (6)

1. パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールとの間にパスラインに沿ってプラグを配し、被圧延材を螺旋移動させる継目無管の穿孔圧延方法であって、前記ディスクロールをパスラインに対して固定されたスキュー角δで傾斜して配置するとともに、ディスクロールの厚みの平均値Ｄｗ _１ と被圧延材のビレット外径ｄとが次の(1)式を満足することを特徴とする継目無管の穿孔圧延方法。
   Ｄｗ _１ ／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(1)式
   ただし、Ｄｗ _１ およびｄは、それぞれ、ディスクロールの厚みの平均値および被圧延材のビレット外径である。なお、ディスクロールの厚みの平均値とは、ディスクロールの外周面の曲面形状の部分を除いた円盤形状本体の厚みの平均値である。
2. パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールとの間にパスラインに沿ってプラグを配し、被圧延材を螺旋移動させる継目無管の穿孔圧延方法であって、前記ディスクロールをパスラインに対して固定されたスキュー角δで傾斜して配置するとともに、ディスクロールにおけるディスク直径が最小となる外周面の溝底間の距離Ｄｓとディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅Ｄｗ _２ と被圧延材のビレット外径ｄとが、次の(2)式および(3)式を満足することを特徴とする継目無管の穿孔圧延方法。
   ９≦Ｄｓ／ｄ≦１６ ・・・・・・・・・・・・(2)式
   Ｄｗ _２ ／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(3)式
   ただし、Ｄｓはディスクロールの直径が最小となる外周面の溝底間の距離であり、Ｄｗ _２ はディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅であり、そして、ｄは被圧延材のビレット外径である。
3. パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールとの間にパスラインに沿ってプラグを配し、被圧延材を螺旋移動させる継目無管の穿孔圧延方法であって、前記ディスクロールをパスラインに対して固定されたスキュー角δで傾斜して配置するとともに、ディスクロールの厚みの平均値Ｄｗ _１ と被圧延材のビレット外径ｄとが次の(1)式を満足し、かつ、ディスクロールにおけるディスク直径が最小となる外周面の溝底間の距離Ｄｓとディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅Ｄｗ_２と被圧延材のビレット外径ｄとが、次の(2)式および(3)式を満足することを特徴とする継目無管の穿孔圧延方法。
   Ｄｗ _１ ／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(1)式
   ９≦Ｄｓ／ｄ≦１６ ・・・・・・・・・・・・(2)式
   Ｄｗ_２／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(3)式
   ただし、Ｄｗ _１ およびｄは、それぞれ、ディスクロールの厚みの平均値および被圧延材のビレット外径である。Ｄｓはディスクロールの直径が最小となる外周面の溝底間の距離であり、Ｄｗ_２はディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅であり、そして、ｄは被圧延材のビレット外径である。なお、ディスクロールの厚みの平均値とは、ディスクロールの外周面の曲面形状の部分を除いた円盤形状本体の厚みの平均値である。
4. パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールを備え、パスラインに沿ってプラグを配して、被圧延材を螺旋移動させる継目無管の穿孔圧延装置であって、前記ディスクロールをパスラインに対して固定されたスキュー角δで傾斜して配置するとともに、ディスクロールの厚みの平均値Ｄｗ _１ と被圧延材のビレット外径ｄとが次の(1)式を満足することを特徴とする継目無管の穿孔圧延装置。
   Ｄｗ _１ ／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(1)式
   ただし、Ｄｗ _１ およびｄは、それぞれ、ディスクロールの厚みの平均値および被圧延材のビレット外径である。なお、ディスクロールの厚みの平均値とは、ディスクロールの外周面の曲面形状の部分を除いた円盤形状本体の厚みの平均値である。
5. パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールを備え、パスラインに沿ってプラグを配して、被圧延材を螺旋移動させる継目無管の穿孔圧延装置であって、前記ディスクロールをパスラインに対して固定されたスキュー角δで傾斜して配置するとともに、ディスクロールにおけるディスク直径が最小となる外周面の溝底間の距離Ｄｓとディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅Ｄｗ _２ と被圧延材のビレット外径ｄとが、次の(2)式および(3)式を満足することを特徴とする継目無管の穿孔圧延装置。
   ９≦Ｄｓ／ｄ≦１６ ・・・・・・・・・・・・(2)式
   Ｄｗ _２ ／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(3)式
   ただし、Ｄｓはディスクロールの直径が最小となる外周面の溝底間の距離であり、Ｄｗ _２ はディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅であり、そして、ｄは被圧延材のビレット外径である。
6. パスライン周りに交互に配置した一対のコーン型の主ロールと一対のディスクロールを備え、パスラインに沿ってプラグを配して、被圧延材を螺旋移動させる継目無管の穿孔圧延装置であって、前記ディスクロールをパスラインに対して固定されたスキュー角δで傾斜して配置するとともに、ディスクロールの厚みの平均値Ｄｗ _１ と被圧延材のビレット外径ｄとが次の(1)式を満足し、かつ、ディスクロールにおけるディスク直径が最小となる外周面の溝底間の距離Ｄｓとディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅Ｄｗ_２と被圧延材のビレット外径ｄとが、次の(2)式および(3)式を満足することを特徴とする継目無管の穿孔圧延装置。
   Ｄｗ _１ ／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(1)式
   ９≦Ｄｓ／ｄ≦１６ ・・・・・・・・・・・・(2)式
   Ｄｗ_２／ｄ＞０．８ ・・・・・・・・・・・・(3)式
   ただし、Ｄｗ _１ およびｄは、それぞれ、ディスクロールの厚みの平均値および被圧延材のビレット外径である。Ｄｓはディスクロールの直径が最小となる外周面の溝底間の距離であり、Ｄｗ_２はディスクロールの外周面における曲面形状部分の幅であり、そして、ｄは被圧延材のビレット外径である。なお、ディスクロールの厚みの平均値とは、ディスクロールの外周面の曲面形状の部分を除いた円盤形状本体の厚みの平均値である。

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