JP4716206B2 - ３ロール式マンドレルミルを構成する圧延ロールの圧下位置調整装置及び継目無管の製造方法 - Google Patents

３ロール式マンドレルミルを構成する圧延ロールの圧下位置調整装置及び継目無管の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、継目無管の製造に使用される３ロール式マンドレルミルにおいて、当該マンドレルミルを構成する圧延ロールの圧下位置を調整する装置に関する。特に、本発明は、３ロール式マンドレルミルで圧延する管材の先端部の噛み込み不良を抑制することが可能な、又は、管材の後端部の周長縮減を抑制することが可能な圧下位置調整装置に関する。
継目無管の製造設備であるマンドレルミルとして、従来より、対向する２つの圧延ロール（孔型ロール）が各圧延スタンドに配設され、隣接する圧延スタンド間で圧延ロールの圧下方向を９０°ずらして交互に配置した２ロール式のマンドレルミルが用いられている。また、圧下方向の成す角が１２０°となるように３つの圧延ロール（孔型ロール）が各圧延スタンドに配設され、隣接する圧延スタンド間で圧延ロールの圧下方向を６０°ずらして交互に配置した３ロール式のマンドレルミルも用いられている。
ここで、３ロール式マンドレルミルは、２ロール式マンドレルミルに比べて、管材の穴あき不良等の塑性変形上の問題点が発生し難いことが知られている。
このため、３ロール式マンドレルミルを用いる場合、設備を小型化（圧延スタンド数の削減）したり、製造能力を向上させるために、２ロール式マンドレルミルを用いる場合に比べて、１圧延スタンド当たりの管材の加工度を高めることが考えられる。
しかしながら、１圧延スタンド当たりの管材の加工度を高めると、管材の先端部を安定して噛み込ませる（噛み込み性を確保する）ことが困難になるという問題がある。特に、３ロール式マンドレルミルを用いる場合には、２ロール式マンドレルミルを用いる場合に比べて、圧延ロールのロール径の変化が少ない（溝底部のロール径とフランジ部のロール径との差が小さい）ため、管材の先端部の噛み込み性を確保することがより一層困難である。
また、管材を圧延する際の非定常現象により、図４に示すように、最管端（最先端及び最後端）はその断面が自由端となるため周長が大きくなるが、最管端を除けば、後端部の周長が部分的に小さくなることが分かっている。特に、３ロール式マンドレルミルを用いる場合には、２ロール式マンドレルミルを用いる場合に比べて、周長の確保が困難である（例えば、日本国特開２００５−１１１５１８号公報の段落０００４参照）ため、後端部における非定常部（周長が部分的に小さくなる部分）を補償することが必要である。
本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、３ロール式マンドレルミルで圧延する管材の先端部の噛み込み不良を抑制することが可能な、又は、管材の後端部の周長縮減を抑制することが可能な圧下位置調整装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討した結果、管材の先端部の圧延を開始する前には圧延ロールを圧延時よりも開いた位置（管材の中心から遠ざかる方向の位置）に待機させておき、管材の先端部の圧延を開始した直後に圧延ロールを閉じる方向（管材の中心に近づく方向）に移動させれば、管材の先端部の噛み込み不良を抑制可能であることを見出した。本発明は、斯かる本発明者の新しい知見に基づき完成されたものである。
すなわち、本発明は、３ロール式マンドレルミルを構成する少なくとも第１圧延スタンド及び第２圧延スタンドに配設された圧延ロールの圧下位置を調整する装置であって、前記圧延ロールを圧下方向に移動させる圧下装置と、前記圧下装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧延ロールで管材の先端部の圧延を開始した直後に、前記圧下装置を制御して１６ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で前記圧延ロールを閉じる方向に移動させ、該移動後の前記圧延ロールの圧下位置を保持することを特徴とする３ロール式マンドレルミルを構成する圧延ロールの圧下位置調整装置を提供する。
なお、本発明において、前記前記制御装置が、前記圧下装置によって１６ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で前記圧延ロールを閉じる方向に移動させるため、管材先端部の歩留まりを向上させることが可能である。
また、本発明は、上記の圧下位置調整装置を適用した３ロール式マンドレルミルを用いることを特徴とする継目無管の製造方法としても提供される。
また、前記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討した結果、管材の後端部の圧延を開始した直後に、管材の中央部を圧延する際の圧下位置よりも圧延ロールを閉じる方向（管材の中心に近づく方向）に移動させれば、管材の後端部の周長縮減を抑制可能であることを見出した。本発明は、斯かる本発明者の新しい知見に基づき完成されたものである。
すなわち、本発明は、３ロール式マンドレルミルを構成する少なくとも１つの圧延スタンドに配設された圧延ロールの圧下位置を調整する装置であって、前記圧延ロールを圧下方向に移動させる圧下装置と、前記圧下装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧延ロールで部分的に周長が小さくなり得る管材の後端部の圧延を開始した直後に、前記圧下装置を制御して１６ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で前記圧延ロールを閉じる方向に移動させることを特徴とする３ロール式マンドレルミルを構成する圧延ロールの圧下位置調整装置を提供する。
本発明によれば、後端部の周長縮減を十分に抑制しながら、管材後端部の歩留まりを向上させることが可能である。
また、本発明は、上記の圧下位置調整装置を適用した３ロール式マンドレルミルを用いることを特徴とする継目無管の製造方法としても提供される。
本発明によれば、３ロール式マンドレルミルで圧延する管材の先端部の噛み込み不良を抑制することが可能である。また、本発明によれば、管材の後端部の周長縮減を抑制することが可能である。
図１は、本発明の一実施形態に係る３ロール式マンドレルミルを構成する圧延ロールの圧下位置調整装置の概略構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示す第１圧延スタンド（圧延ロールＲ１が配設されている圧延スタンド）で管材Ｔの先端部を圧延する際における、圧延ロールＲ１の圧下量の変化の一例を模式的に示すグラフである。 図３は、図１に示す第１圧延スタンド（圧延ロールＲ１が配設されている圧延スタンド）で管材Ｔの後端部を圧延する際における、圧延ロールＲ１の圧下量の変化の一例を模式的に示すグラフである。 図４は、マンドレルミルで管材を圧延する際の非定常現象により生じる、管材の長手方向についての管材の周長の変化の一例を示すグラフである。
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る３ロール式マンドレルミルを構成する圧延ロールの圧下位置調整装置の概略構成を模式的に示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る圧下位置調整装置１００は、内面にマンドレルバーＢを串状に挿入した状態で管材Ｔの外面を延伸圧延するべく、各圧延スタンドにそれぞれ３つの圧延ロールが配設された計６つの圧延スタンドからなる３ロール式マンドレルミルに適用されている。より具体的に説明すれば、本実施形態に係る圧下位置調整装置１００は、マンドレルミルの各圧延スタンドに配設された圧延ロールＲ１〜Ｒ６の圧下位置を調整し得るように構成されている。なお、図１では便宜上、圧延ロールＲ１〜Ｒ６が各スタンドにそれぞれ２つずつ配設されているように図示しているが、実際には圧下方向のなす角が互いに１２０°である３つの圧延ロールＲ１〜Ｒ６がそれぞれ配設されている。
圧下位置調整装置１００は、圧延ロールＲ１〜Ｒ６をそれぞれ圧下方向に移動させる圧下装置１（Ｐ１〜Ｐ６）と、圧下装置１を制御する制御装置２とを備えている。
圧下装置１は、例えば、油圧シリンダ等から構成される。
また、制御装置２には、例えば、マンドレルミル入側に配置され管材Ｔの最先端又は最後端を検出する検出器（図示せず）の検出信号や、管材Ｔの搬送速度を検出するセンサ（例えば、管材Ｔの搬送ローラに取り付けられたパルスジェネレータ等）の検出信号が入力され、制御装置２は、これら入力された検出信号に基づき、管材Ｔの最先端が各圧延スタンドに噛み込むタイミング、又は、管材Ｔの最後端が各圧延スタンドから抜けるタイミングを検知する。
そして、制御装置２は、圧延ロールＲ１〜Ｒ６のうち少なくとも１つの圧延スタンドに配設された圧延ロールで管材Ｔの先端部の圧延を開始した直後に、圧下装置１を制御して、当該圧延ロールを閉じる方向に移動させる。
図２は、第１圧延スタンド（圧延ロールＲ１が配設されている圧延スタンド）で管材Ｔの先端部を圧延する際における、圧延ロールＲ１の圧下量の変化の一例を模式的に示すグラフである。図２に示すように、例えば、管材Ｔの先端部では、圧延開始直後に圧下量が０ｍｍから８ｍｍに変化するように、圧延ロールＲ１を閉じる。また、管材Ｔの長さを１０ｍとし、管材Ｔの最先端から５％の長さ領域（すなわち、最先端から５００ｍｍの範囲）は肉厚不良となっても良いとする。つまり、管材Ｔの最先端が第１圧延スタンドに噛み込んでから、５００ｍｍ通過するまでの間に、圧下量が８ｍｍとなるように、圧延ロールＲ１を閉じれば良いとする。管材Ｔの搬送速度を、例えば、１ｍ／ｓｅｃとすると、管材Ｔの最先端が第１圧延スタンドに噛み込んでから、５００ｍｍ通過するまでの間に、０．５ｓｅｃ経過することになる。この０．５ｓｅｃの間に圧下量を８ｍｍとする（つまり、圧延ロールＲ１を８ｍｍだけ閉じる方向に移動させる）には、１６ｍｍ／ｓｅｃの速度で圧延ロールＲ１を閉じる方向に移動させなければならない。図２に示す例のように、管材Ｔ先端部の歩留まりを向上させる（肉厚不良となる長さ領域を５％以下に低減する）には、制御装置２が、圧下装置１によって１６ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で圧延ロールＲ１を閉じる方向に移動させることが好ましい。なお、肉厚不良となる長さ領域が管材Ｔの最先端から５％よりも大きくても良い場合、例えば６％でも良い場合には、１３ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で圧延ロールＲ１を閉じる方向に移動させればよい。
なお、噛み込み不良が生じるのは，第１圧延スタンドのみとは限らない。第１圧延スタンドで管材Ｔの先端部の圧延を開始した直後に、圧延ロールＲ１を閉じる方向に移動させることは、実質的に第１圧延スタンドにおける先端部の圧下量を軽減することになる。第１圧延スタンドで前記のように先端部の圧下量を軽減すると、第２圧延スタンド以降の圧下量が大きくなるため、必要に応じて第２圧延スタンド以降も、前述した第１圧延スタンドと同様に圧下装置１を制御することが望ましい。例えば、図１に示す第６圧延スタンド（圧延ロールＲ６が配設されている圧延スタンド）で管材Ｔの先端部を圧延する際には、圧延ロールＲ６の圧下量を次のように変化させる。例えば、管材Ｔの先端部では、圧延開始直後に圧下量が０ｍｍから０．８ｍｍに変化するように、圧延ロールＲ６を閉じる。また、管材Ｔの圧延後の長さを１５ｍとし、管材Ｔの最先端から１％の長さ領域（すなわち、最先端から１５０ｍｍの範囲）は肉厚不良となっても良いとする。つまり、管材Ｔの最先端が第６圧延スタンドに噛み込んでから、１５０ｍｍ通過するまでの間に、圧下量が０．８ｍｍとなるように、圧延ロールＲ６を閉じれば良いとする。管材Ｔの圧延後の搬送速度を、例えば、３ｍ／ｓｅｃとすると、管材Ｔの最先端が第６圧延スタンドに噛み込んでから、１５０ｍｍ通過するまでの間に、０．０５ｓｅｃ経過することになる。この０．０５ｓｅｃの間に圧下量を０．８ｍｍとする（つまり、圧延ロールＲ６を０．８ｍｍだけ閉じる方向に移動させる）には、１６ｍｍ／ｓｅｃの速度で圧延ロールＲ６を閉じる方向に移動させなければならない。肉厚不良となる長さ領域を１％以下に低減するよう管材Ｔの先端部の歩留まりを向上させるには、制御装置２が、圧下装置１によって１６ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で圧延ロールＲ６を閉じる方向に移動させることが好ましい。
また、制御装置２は、圧延ロールＲ１〜Ｒ６のうち少なくとも１つの圧延スタンドに配設された圧延ロールで管材Ｔの後端部の圧延を開始した直後に、圧下装置１を制御して、当該圧延ロールを閉じる方向に移動させる。
図３は、第１圧延スタンドで管材Ｔの後端部を圧延する際における、圧延ロールＲ１の圧下量の変化の一例を模式的に示すグラフである。図３に示すように、例えば、管材Ｔの後端部では、圧延開始直後に圧下量が４ｍｍだけ増えるように、圧延ロールＲ１を閉じる。管材Ｔの長さを１０ｍとし、管材Ｔの後端部の最初の位置から２．５％の長さ領域（すなわち、後端部の最初の位置から２５０ｍｍの範囲）は肉厚不良となっても良いとする。つまり、管材Ｔの後端部の最初の部位が第１圧延スタンドに噛み込んでから、２５０ｍｍ通過するまでの間に、圧下量が４ｍｍとなるように、圧延ロールＲ１を閉じれば良いとする。管材Ｔの搬送速度を、例えば、１ｍ／ｓｅｃとすると、管材Ｔの後端部の最初の部位が第１圧延スタンドに噛み込んでから、２５０ｍｍ通過するまでの間に、０．２５ｓｅｃ経過することになる。この０．２５ｓｅｃの間に圧下量を４ｍｍとする（つまり、圧延ロールＲ１を４ｍｍだけ閉じる方向に移動させる）には、１６ｍｍ／ｓｅｃの速度で圧延ロールＲ１を閉じる方向に移動させなければならない。図２に示す例のように、管材Ｔ後端部の歩留まりを向上させる（肉厚不良となる長さ領域を２．５％以下に低減する）には、制御装置２が、圧下装置１によって１６ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で圧延ロールＲ１を閉じる方向に移動させることが好ましい。なお、肉厚不良となる長さ領域が管材Ｔの後端部の最初の位置から２．５％よりも大きくても良い場合、例えば３％でも良い場合には、１３ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で圧延ロールＲ１を閉じる方向に移動させればよい。
なお、周長の確保が困難となるのは，第１圧延スタンドのみとは限らない。むしろ、マンドレルミルでの圧延後に、マンドレルバーＢを管材Ｔから引き抜くには、最終圧延スタンドでの圧延後の管材Ｔの周長を確保することが重要となる。このため、必要に応じて第２スタンド以降、特に最終圧延スタンドで、前述した第１圧延スタンドと同様に圧下装置１を制御することが望ましく、設備の投資コストを勘案すると、第５圧延スタンド及び第６圧延スタンドのみについて圧下装置１を制御しても良い。例えば、図１に示す第６圧延スタンド（圧延ロールＲ６が配設されている圧延スタンド）で管材Ｔの後端部を圧延する際には、圧延ロールＲ６の圧下量を次のように変化させる。例えば、管材Ｔの後端部では、圧延開始直後に圧下量が２ｍｍだけ増えるように、圧延ロールＲ６を閉じる。管材Ｔの長さを１５ｍとし、管材Ｔの後端部の最初の位置から２．５％の長さ領域（すなわち、後端部の最初の位置から３７５ｍｍの範囲）は肉厚不良となっても良いとする。つまり、管材Ｔの後端部の最初の部位が第６圧延スタンドに噛み込んでから、３７５ｍｍ通過するまでの間に、圧下量が２ｍｍとなるように、圧延ロールＲ６を閉じれば良いとする。管材Ｔの搬送速度を、例えば、３ｍ／ｓｅｃとすると、管材Ｔの後端部の最初の部位が第６圧延スタンドに噛み込んでから、３７５ｍｍ通過するまでの間に、０．１２５ｓｅｃ経過することになる。この０．１２５ｓｅｃの間に圧下量を２ｍｍとする（つまり、圧延ロールＲ６を２ｍｍだけ閉じる方向に移動させる）には、１６ｍｍ／ｓｅｃの速度で圧延ロールＲ６を閉じる方向に移動させなければならない。管材Ｔ後端部の歩留まりを向上させる（肉厚不良となる長さ領域を２．５％以下に低減する）には、制御装置２が、圧下装置１によって１６ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で圧延ロールＲ６を閉じる方向に移動させることが好ましい。

Claims (4)

  1. ３ロール式マンドレルミルを構成する少なくとも第１圧延スタンド及び第２圧延スタンドに配設された圧延ロールの圧下位置を調整する装置であって、
    前記圧延ロールを圧下方向に移動させる圧下装置と、
    前記圧下装置を制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、前記圧延ロールで管材の先端部の圧延を開始した直後に、前記圧下装置を制御して１６ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で前記圧延ロールを閉じる方向に移動させ、該移動後の前記圧延ロールの圧下位置を保持することを特徴とする３ロール式マンドレルミルを構成する圧延ロールの圧下位置調整装置。
  2. 請求項１に記載の圧下位置調整装置を適用した３ロール式マンドレルミルを用いることを特徴とする継目無管の製造方法。
  3. ３ロール式マンドレルミルを構成する少なくとも１つの圧延スタンドに配設された圧延ロールの圧下位置を調整する装置であって、
    前記圧延ロールを圧下方向に移動させる圧下装置と、
    前記圧下装置を制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、前記圧延ロールで部分的に周長が小さくなり得る管材の後端部の圧延を開始した直後に、前記圧下装置を制御して１６ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で前記圧延ロールを閉じる方向に移動させることを特徴とする３ロール式マンドレルミルを構成する圧延ロールの圧下位置調整装置。
  4. 請求項３に記載の圧下位置調整装置を適用した３ロール式マンドレルミルを用いることを特徴とする継目無管の製造方法。
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