JP4682432B2

JP4682432B2 - バレル型傾斜圧延ロールによる圧延方法

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Publication number: JP4682432B2
Application number: JP2001080976A
Authority: JP
Inventors: 哲中橋; 武宮沢; 健島本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP2002066611A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バレル型傾斜圧延ロールによる圧延方法に係わり、詳しくは、継目無鋼管の製造工程において、バレル型ロールを備えた傾斜圧延機を用いて被圧延材（丸鋼鋳片から管体までを含む）を圧延し、穿孔あるいは拡管するに当たり、該被圧延材の拡管率を従来より高くし、素材費や造管費用の低減を図る技術である。
【０００２】
【従来の技術】
継目無鋼管の製造工程の一例（プラグ・ミル・プロセスと呼ばれている）を図２に示す。そこには、素材１である鋼鋳片に穿孔するピアサー・ミル２、穿孔された素管３を拡管するエロンゲータ４等のロール面が傾斜したロールを備えた所謂「傾斜圧延機」が配置されている。これら傾斜圧延機は、傾斜圧延ロール（以下、単にロール８という）の形成する圧延領域から圧延中に素材１あるいは素管３が飛び出すのを防止したり、それらの圧延による変形を制御するため、該圧延領域を囲むように、後に図示するガイド・シューなる素材１あるいは素管３の案内部材が設けられている。従来、このガイド・シューには、稼働しない固定シューが一般に用いられていたが、この固定シューは、被圧延材と全面的に「すべり接触」するので、多大な熱応力、摩擦力を受ける。現在では、この問題を解決するため、小中径管製造工程の傾斜圧延機の多くは、「ころがり摩擦」を主体にした回転する円盤状部材からなるロータリー・ディスク・シューとかローラ・シューを採用するようになっている。そして、これらの傾斜圧延機で圧延された一応の管体は、その後プラグ・ミル５で長手方向への延伸、前記同様の傾斜圧延機であるリーラ６で磨管、サイジング・ミル７で内外径を一定に調整されて製品の継目無鋼管となる。
【０００３】
ところで、前記ピアサー・ミル２で穿孔したり、あるいはエロンゲータ４で拡管する場合、製品の目標外径に向けて、通常、鋼鋳片１や素管３の圧延後の外径（記号ｄ_f）は，圧延前の外径（元径といい、記号ｄ₀）より大きくされる。その拡管の程度は、次式の拡管率（記号Ｐ）で表される。
【０００４】
Ｐ＝１００×（ｄ_f−ｄ₀）／ｄ₀
一般に、継目無鋼管の製造では、経済的な見地より、素材１の鋼鋳片は、製品のサイズがある範囲にある場合、同一サイズの鋼鋳片で兼用されることが多いからである。従って、前記傾斜圧延機では、拡管率ができるだけ高くなるように圧延することが望ましい。
【０００５】
しかしながら、傾斜圧延機のロール８が図３（ａ）に示すようなバレル型の場合、その拡管率は、ピアサー・ミル２で１０％程度、エロンゲータ４で１５％程度が上限である。これは、拡管率を上記値より高く圧延すると、圧延された管体９を前記バレル型のロール８から抜く際に後端を抜くのが難しくなるため、拡管の程度を制限するからである（これを尻抜け不良という）。この尻抜け不良が起きる理由を、図４を参照して以下に説明する。
１）圧延された管体９の径（ｄ_f）は、ロール８の出側で入側の径（ｄ₀）より大となり、該ロール８に接触している管体９がロール８から離れる位置（ロールオフ位置という）が該管体９の進行方向でより下流側にずれる。なお、通常、ロール８の最大径位置（ゴージ位置という）と前記ロールオフ位置との間をリード距離と呼び、その値をＬで表わしている。つまり、圧延された管体９の径が、ロール８の出側で入側より大となると、このＬが大きくなる。その結果、ロール８の最大径（Ｄ₁）と前記ロールオフ位置でのロール径（Ｄ₂）との差が大きくなり、最大径位置（ゴージ位置という）とロールオフ位置とでロール８の周速差が増大し、管体９の進行に対してブレーキ効果が出現する。
２）拡管率を高めると、管体９を挟み対をなすガイド・シュー同士の間隔が大きくなる。そして、該ガイド・シューにローラ・シュー１０を採用している場合には、ロール８とローラ・シュー１０間の間隔も大きくなる。その結果、管体９の後端にフレア状の噛み出し１１が生じ、管体９がロール８から抜け難くなるばかりでなく、偏肉も生じる。
【０００６】
このような尻り抜け不良を防止するため、従来より、図３（ｂ）に示すようなコーン型のロールを採用し、拡管率３０％も可能な傾斜圧延機も存在している。このタイプのロール８を用いると、ロール径は出側程大きくなるが、バレル型ロールのような大きな周速差は生じないので、前記ブレーキ効果が解消される。しかしながら、既存のバレル型ロールをコーン型ロールに変更するには、膨大な費用がかかるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情を鑑み、継目無鋼管の製造工程でバレル型ロールを備えた傾斜圧延機を採用しても、圧延中の素材あるいは素管の拡管率を従来より格段と高めることの可能なバレル型傾斜圧延ロールによる圧延方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【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。
【０００９】
すなわち、本発明は、継目無鋼管の製造工程において、水平に走行する被圧延材の先端面に押し付け、あるいは先端から内部に挿入するプラグと、上下で一対のバレル型傾斜圧延ロールと左右で一対のローラ・シューとで被圧延材を囲み圧延し、該被圧延材に穿孔、あるいは拡管するに際して、各バレル型傾斜圧延ロールの軸に対する上下方向の交叉角を、被圧延材がロールから離れる位置での上下ロール間距離が、各バレル型傾斜圧延ロールの軸が水平である場合よりも大きくなる角度とし、前記ローラ・シューを、その左右間の中心線が前記傾斜圧延ロールの中心軸を上下で結ぶ線より予め水平方向に２．５〜３．５ｍｍだけずらして配置して前記中心線をずらした側のロールとローラ・シュー間の隙間に噛み出しを発生させ、且つ該圧延ロールの周速を上下で５．０〜７．６％だけ異ならせて前記噛み出しに張力を付与して圧延することを特徴とするバレル型傾斜圧延ロールによる圧延方法である。
【００１１】
さらに、本発明は、前記圧延を、ピアサー、エロンゲータのいずれかで行うことを特徴とするバレル型傾斜圧延ロールによる圧延方法である。
【００１２】
本発明では、継目無鋼管の製造工程において、上下一対のバレル型傾斜圧延ロールの軸に対する交叉角を、被圧延材がロールから離れる位置での上下ロール間距離が大きくなる方向に変更して圧延するようにしたので、同一サイズの鋼鋳片あるいは管体を用いて、同一の拡管率を達成するための前記リード距離が従来より短くなり、管体の尻り抜け不良を起こすまでの余裕が生じる。その結果、かかる状態を維持して、尻り抜け不良を発生する限界までリード距離を延長させるようにすれば、従来より拡管率が増大できるようになる。また、本発明では、前記ローラ・シューを、その左右間の中心線が前記傾斜圧延ロールの中心軸を上下で結ぶ線より予め水平方向に２．５〜３．５ｍｍだけずらして配置し、且つ該圧延ロールの周速を上下で５．０〜７．６％だけ異ならせるようにしたので、それらと被圧延材で形成する空隙が減少し、圧延された管体後端のフレア状の噛み出しや偏肉の発生が防止できるようになる。
【００１３】
なお、かかる圧延方法は、ピアサー・ミル、エロンゲータのいずれの傾斜圧延機で実施しても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯を交えて、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
まず、発明者は、既存のバレル型のロール８を備えたエロンゲータ４で、同一拡管率で圧延された管体９が尻り抜け不良を起こさないための条件を研究した。その結果、縦断面でみてロール８の軸を、水平な管体９の中心線と交叉するように傾けるのが良いことを知った。つまり、そのようにすると、図１の下半分に示すように、ゴージ位置と被圧延材のロールオフ位置間の距離が短くなり、それら位置間での周速差（具体的には、後述のように周速の比で評価）が減少し、管体９の進行に対するブレーキ効果が低減するからである。このことは、下記のように、数式でも証明できる。
【００１６】
従来のロール８の軸が水平の場合；
Ｖ₁＝Ｄ₁・π・Ｎ（１）式
Ｖ₂＝Ｄ₂・π・Ｎ（２）式
Ｌ＝（Ｄ₁-Ｄ₂）／２ｔａｎα （３）式
ロール８の軸を水平から傾けた場合；
Ｖ₁＝Ｄ₁・π・Ｎ（４）式
Ｖ₂’＝Ｄ₂’・π・Ｎ（５）式
Ｌ＝（Ｄ₁-Ｄ₂’）／２ｔａｎ（α＋γ）（６）式
ここで、Ｖ₁は、ゴージ位置でのロール周速
Ｄ₁は、ゴージ位置でのロール径
Ｎは、ロール回転数
Ｖ₂は、ロールオフ位置でのロール周速
Ｄ₂は、ロールオフ位置でのロール径
Ｌは、リード距離
αは、ロール面角
γは、ロール軸の交叉角
なお、ダッシュはロール軸に交叉角を付与した値である。
上記の（３）式及び（６）式を比較すると、Ｄ₂’は常にＤ₂より大きく、またγも正なので、前記リード距離は（３）式より（６）式が小さいことが明らかである。また、周速比は、従来の場合がＶ₂／Ｖ₁＝Ｄ₂／Ｄ₁，交叉角を付与した場合がＶ₂’／Ｖ₁＝Ｄ₂’／Ｄ₁のようになるが、この両式では見掛上前者が小さく、後者の交叉角を付与した場合の値が大きい。しかし、Ｄ₁は常にＤ₂より大きいので、周速比の値が大きい方が１に近く、ロールの位置間での周速差が小さいことになる。
【００１７】
このように、ロール８の軸に対する交叉角を、管体９のロールオフ位置での上下ロール間距離が大きくなる方向に変更すると、同一の拡管率でリード距離が小さく、且つ周速比が１に近づき、管体９にかかるブレーキ効果が著しく低減する。従って、交叉角の値を変更してリード距離を尻り抜け不良を生じる限界まで大きくしてやれば、拡管率を従来より高めることが可能になる。ちなみに、既存のバレル型ロールに１．５°の交叉角を付けると、同一拡管率では、図５に示すようにリード距離が従来より３５％短縮できた。その結果、ゴージ位置とロールオフ位置での周速比は、図６に示すように２８％低減することが確認された。
【００１８】
次に、ロール８からの管体９の尻り抜けを一層円滑にするには、圧延中に該管体９の後端に生じる前記フレア状の噛み出し１１を防止しなければならない。そのため、発明者は、図７（ａ）に示す噛み出し１１の原因を究明し、それは管体径の増加に伴い、ロール８の上下間距離及びローラ・シュー１０の左右間距離が広がり、管体周囲の隙間１２が大きくなることにあると突き止めた。そして、その対策について鋭意研究し、図７（ｂ）に示すように、左右のローラ・シュー１０を両者間の中心線がロール８の中心軸を結ぶ線より予め水平方向にΔＨだけずらして配置し、且つ該ロール８の周速を上下で若干（ΔＶ）異ならせることで解決できると考えた。ローラ・シュー間距離の中心位置に予めΔＨのずれ（オフセットという）を設けたのは、フレア状噛み出し位置を特定するため、オフセットさせた側のロールとローラ・シュ間の隙間が大きくなるので、噛み出しは隙間の大きい方で発生するからであり、また、上下ロール８の周速にΔＶの差を設けたのは、周速差によって噛み出し部に張力を付与し、フレア化を防止するためである。
【００１９】
この対策の効果を確認するため、ΔＨ及びΔＶを変更した試験操業を行なったが、その結果の一例を図８に示す。図８より、ΔＨを２．５〜３．５ｍｍの範囲にした場合、管体９の尻り抜けには最適なΔＶが存在し、上下ロール間の周速差を５〜７．６％とするのが良いことが明らかである。
なお、ΔＨを２．５〜３．５としたのは、２．５未満では、フレア発生位置が特定できないため、３．５超えでは、パスセンタに対するシュセンタのずれが大き過ぎ、出側素管形状が悪化（外表面の波打ちが大きくなる）し、不都合が生じるからである。また、ΔＶを５〜７．６％としたのは、図８に示すように、５％未満では、圧延中の管体上方側に噛み出し１１が生じ、７．６％超えでは、管体下方に噛み出し１１が生じるからである。
【００２０】
【実施例】
(実施例１)
オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４からなる丸鋼鋳片（丸ビレット）を素材１に、図２に示したプラグ・ミル・プロセスを用いて継目無鋼管を製造した。まず、ピアサ・ミル２で素材１の穿孔圧延を行ない素管３とし、引き続いて該素管３をエロンゲータ４で拡管し、一応の管体（ホローという）にした。その拡管に際して、本発明に係る圧延方法を採用し、その結果を従来の方法による場合と比較した。なお、エロンゲータの圧延条件を表１に一括して示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
このエロンゲータ４での拡管結果を図９に示す。図９より、コーン型のロールでなく、バレル型のロール８を備えたエロンゲータ４でも、本発明によれば、ロール８からの管体９の尻り抜け不良を起こすことなく、拡管率を従来の１５％から３４％にまで増大できることが明らかである。そして、この拡管率の向上が達成されたことによって、素材１であるビレットサイズの集約が可能となり、サイズ変更に起因するミル組み替え時間の削減により生産性が向上した。なお、上記の拡管率は、設備上の制約でロール８に付与する交叉角が１．５°までのエロンゲータ４での値であるが、交叉角をもっと大きくできれば、更に大きな拡管率が達成できることになる。
（実施例２）
オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４からなる丸鋼鋳片（丸ビレット）を素材１に、図２に示したプラグ・ミル・プロセスを用いて継目無鋼管を製造した。まず、ピアサー・ミル２で素材１の穿孔圧延を行ない素管３とし、引き続いて該素管３をエロンゲータ４で拡管し、一応の管体（ホローという）にした。その穿孔に際して、本発明に係る圧延方法を採用し、その結果を従来の方法による場合と比較した。なお、ピアサー・ミル２の圧延条件を表２に一括して示す。
【００２３】
【表２】

【００２４】
このピアサー・ミル２で拡管した結果、ロール８からの管体９の尻り抜け不良を起こすことなく、拡管率を従来の１０％から１７％にまで増大できた。そして、この拡孔率の向上が達成されたことによって、素材１であるビレットサイズの集約が可能となり、サイズ変更に起因するミル組み替え時間の削減により生産性が向上した。
【００２５】
また、前記実施例では、本発明に係る圧延方法を、素管３を拡管するエロンゲータ４及び素材１に穿孔するピアサー・ミル２に適用したが、本発明は、何ら支障は生じない。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、継目無鋼管製造のバレル型ロールを備えた傾斜圧延機において、被圧延材の拡管率を従来より大幅に向上できるばかりでなく、管端部に所謂フレア（端部径の拡大）が生じないようになり、尻抜け不良、管端割れ、噛込み不良等が大幅に減少し、継目無鋼管の生産性及び歩留が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る拡管方法を説明する図であり、上半分が従来のロールと管体との関係、下半分が本発明を適用した場合のロールと管体との関係を示す。
【図２】継目無鋼管を製造するプラグ・ミル・プロセスを示すフロー図である。
【図３】傾斜圧延ロールの形状を示す図であり、（ａ）はバレル型、（ｂ）はコーン型である。
【図４】拡管時に生じる問題点を説明する図である。
【図５】本発明の適用でリード距離が減少した結果を示す図である。
【図６】本発明の適用でロールの位置による周速差が減少した結果を示す図である。
【図７】ロールとローラ・シューとの間の間隙に管体の噛み出しが生じる原因（ａ）とその対策（ｂ）を説明する図である。
【図８】上下ロール間の周速差と管体の尻り抜け不良発生率との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施による拡管率の向上状況を示す図である。
【符号の説明】
１素材（鋼鋳片、ビレット）
２ピアサー・ミル
３素管
４エロンゲータ
５プラグ・ミル
６リーラ
７サイジング・ミル
８ロール
９管体（ホロー）
１０ローラ・シュー
１１噛み出し
１２間隙
１３プラグ
１４加熱炉

Claims

継目無鋼管の製造工程において、水平に走行する被圧延材の先端面に押し付け、あるいは先端から内部に挿入するプラグと、上下で一対のバレル型傾斜圧延ロールと左右で一対のローラ・シューとで被圧延材を囲み圧延し、該被圧延材に穿孔、あるいは拡管するに際して、
各バレル型傾斜圧延ロールの軸に対する上下方向の交叉角を、被圧延材がロールから離れる位置での上下ロール間距離が、各バレル型傾斜圧延ロールの軸が水平である場合よりも大きくなる角度とし、
前記ローラ・シューを、その左右間の中心線が前記傾斜圧延ロールの中心軸を上下で結ぶ線より予め水平方向に２．５〜３．５ｍｍだけずらして配置して前記中心線をずらした側のロールとローラ・シュー間の隙間に噛み出しを発生させ、且つ該圧延ロールの周速を上下で５．０〜７．６％だけ異ならせて前記噛み出しに張力を付与して圧延することを特徴とするバレル型傾斜圧延ロールによる圧延方法。
前記圧延を、ピアサー、エロンゲータのいずれかで行うことを特徴とする請求項１記載のバレル型傾斜圧延ロールによる圧延方法。