JP5041304B2 - 継目無管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、継目無管の製造方法に関する。特に、本発明は、管の長手方向肉厚分布を均一にすることが可能な継目無管の製造方法に関する。

マンドレルミルとして、従来より、対向する２つの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孔型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や、圧下方向の成す角が１２０°となるように３つの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孔型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が用いられている。また、圧下方向の成す角が９０°となるように４つの孔型ロールが各圧延スタンドに配設された４ロール式のマンドレルミルも適用されている。

これらのマンドレルミルでは、管の内面にマンドレルバーが挿入され、このマンドレルバーと圧延スタンドに配設された孔型ロールとの間で管が延伸圧延される。一般的に、このマンドレルバーは複数本用意され、各マンドレルバーが循環使用される。つまり、延伸圧延に供された各マンドレルバーは、延伸圧延を終了した管から抜き取られ、この後に延伸圧延される管の内面に再び挿入されて使用される。

上記のように、各マンドレルバーは循環使用されるため、その長手方向に不均一に摩耗し易い。また、延伸圧延時に管と接触する部分からの熱伝導や延伸圧延に伴う加工発熱等による熱により、マンドレルバーが、その長手方向に不均一に熱膨張する。このため、延伸圧延後の管の長手方向肉厚分布が不均一になり易いという問題がある。

上記のような問題を解決することを目的として、従来、例えば、日本国特開昭５９−２７７０４号公報（特許文献１）、日本国特開昭６１−２６９９０９号公報（特許文献２）、日本国特開２００１−２９３５１１号公報（特許文献３）に記載の方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、延伸圧延終了後のマンドレルバーの長手方向温度分布を測定し、この測定結果からマンドレルバーの延伸圧延中の長手方向外径分布を算出して、この算出したマンドレルバーの長手方向外径分布に基づいて、次の管を延伸圧延する際の孔型ロールの圧下方向の設定位置を調整する方法である。換言すれば、特許文献１に記載の方法では、マンドレルバーの摩耗や各マンドレルバーの長手方向外径分布についても何ら考慮されていない。従って、特許文献１に記載の方法では、延伸圧延後の管の長手方向肉厚分布を十分に均一化できない。

また、特許文献２に記載の方法は、マンドレルバーの１本当たりの管の延伸圧延本数に基づいて算出したマンドレルバーの摩耗量の代表値や、延伸圧延終了後のマンドレルバーの温度測定値に基づいて算出したマンドレルバーの熱膨張量の代表値等に基づいて、このマンドレルバーを次の延伸圧延に供する際に孔型ロールの圧下方向の設定位置を調整する方法である。換言すれば、特許文献２に記載の方法では、マンドレルバーの摩耗量や熱膨張量を考慮して孔型ロールの圧下方向の設定位置を調整するものの、摩耗量や熱膨張量の長手方向の分布については何ら考慮されていない。従って、特許文献２に記載の方法では、延伸圧延後の管の長手方向肉厚分布を十分に均一化できない。

さらに、特許文献３に記載の方法は、延伸圧延工程を経た管の熱間状態での長手方向肉厚分布測定値や、延伸圧延に供される前のマンドレルバーの長手方向外径分布測定値等に基づいて、次の管を延伸圧延する際の孔型ロールの圧下方向の設定位置を調整する方法である。換言すれば、管の長手方向肉厚分布測定値を、当該測定値を得たときに使用したマンドレルバーとは異なるマンドレルバーを用いて次の管を延伸圧延する際に利用する方法であるため、各マンドレルバーの長手方向外径分布が十分に反映されない。従って、特許文献３に記載の方法では、延伸圧延後の管の長手方向肉厚分布を十分に均一化できない。

本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、従来技術に比べてより一層、管の長手方向肉厚分布を均一にすることが可能な継目無管の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、複数の孔型ロールがそれぞれ配設された複数の圧延スタンドを備えるマンドレルミルによって、内面にマンドレルバーが挿入された管を延伸圧延する工程を有する継目無管の製造方法であって、以下の第１〜第５ステップを含むことを特徴とする。
（１）第１ステップ：マンドレルバーの常温での長手方向外径分布を測定する。
（２）第２ステップ：前記延伸圧延工程に供した後の当該マンドレルバーの長手方向温度分布を測定する。
（３）第３ステップ：当該マンドレルバーが挿入されて延伸圧延された管の熱間状態での長手方向肉厚分布を測定する。
（４）第４ステップ：前記第１ステップで測定した当該マンドレルバーの常温での長手方向外径分布と、前記第２ステップで測定した当該マンドレルバーの長手方向温度分布とに基づいて、当該マンドレルバーの延伸圧延時における長手方向外径分布を予測し、該予測した長手方向外径分布を前記第３ステップで測定した管の長手方向肉厚分布に基づいて補正することにより、当該マンドレルバーの延伸圧延時における長手方向外径分布を算出する。
（５）第５ステップ：次のタイミングで当該マンドレルバーを管の内面に挿入して延伸圧延する際に、前記第４ステップで算出した当該マンドレルバーの長手方向外径分布に基づいて、前記孔型ロールの圧下方向の設定位置を調整する。

本発明に係る方法は、第１ステップにおいて、マンドレルバーの常温での長手方向外径分布を測定する。ここで、常温とは、マンドレルバーを初めて延伸圧延に供する前の温度状態や、延伸圧延に供した後、使用されないで十分に時間が経過（約３０分以上）した温度状態をいう。このマンドレルバーの常温での長手方向外径分布には、マンドレルバーの長手方向の摩耗量が反映されている。また、本発明に係る方法は、第２ステップにおいて、延伸圧延工程に供した後の当該マンドレルバーの長手方向温度分布を測定する（例えば、延伸圧延を終了した管から抜き取った直後や、循環使用のためにマンドレルバー搬送ラインで搬送されている最中に測定する）。このマンドレルバーの長手方向温度分布は、マンドレルバーの長手方向の熱膨張量の分布と相関がある。従って、マンドレルバーの常温での長手方向外径分布と、延伸圧延工程に供した後の当該マンドレルバーの長手方向温度分布とを用いれば、摩耗量及び熱膨張量の双方を加味したマンドレルバーの延伸圧延時における（延伸圧延に供している最中の）長手方向外径分布を予測可能である。ただし、第２ステップで測定したマンドレルバーの長手方向温度分布と、実際に延伸圧延に供している最中のマンドレルバーの長手方向温度分布との間には、温度測定タイミングの相違により温度差が生じている虞がある。また、マンドレルバーの摩耗が温度測定値に影響を与える可能性もある。このため、上記の予測したマンドレルバーの長手方向外径分布には実際の外径分布に対して誤差が生じている虞がある。

そこで、本発明に係る方法は、第３ステップにおいて、当該マンドレルバーが挿入されて延伸圧延された管の熱間状態での長手方向肉厚分布を測定する。ここで、熱間状態とは、延伸圧延終了直後は言うまでもなく、十分に赤熱状態であることをいう。この管の熱間状態での長手方向肉厚分布には、当該マンドレルバーの長手方向の摩耗量の分布、及び、当該マンドレルバーの長手方向の熱膨張量の分布の双方が影響を及ぼす。換言すれば、管の熱間状態での長手方向肉厚分布には、摩耗量及び熱膨張量の双方を加味した当該マンドレルバーの延伸圧延時における長手方向外径分布の情報が含まれる。従って、第３ステップで測定した管の長手方向肉厚分布に基づいて、前記予測したマンドレルバーの長手方向外径分布を補正すれば、当該マンドレルバーの延伸圧延時におけるマンドレルバーの長手方向外径分布を精度良く算出することが可能である。

このため、本発明に係る方法は、第４ステップにおいて、第１ステップで測定した当該マンドレルバーの常温での長手方向外径分布と、第２ステップで測定した当該マンドレルバーの長手方向温度分布とに基づいて、当該マンドレルバーの延伸圧延時における長手方向外径分布を予測し、該予測した長手方向外径分布を第３ステップで測定した管の長手方向肉厚分布に基づいて補正することにより、当該マンドレルバーの延伸圧延時における長手方向外径分布を算出する。従って、本発明に係る方法によれば、マンドレルバーの摩耗量の長手方向分布及び熱膨張量の長手方向分布の双方を考慮した孔型ロールの圧下方向の設定位置調整が可能である。

そして、本発明に係る方法は、第５ステップにおいて、次のタイミングで当該マンドレルバーを管の内面に挿入して延伸圧延する際に、第４ステップで算出した当該マンドレルバーの長手方向外径分布に基づいて、前記孔型ロールの圧下方向の設定位置を調整する。換言すれば、本発明に係る方法は、長手方向外径分布を算出したマンドレルバーと同一のマンドレルバーを用いて、別の管（長手方向外径分布を算出した際に延伸圧延した管とは異なる管）を延伸圧延するタイミングで、このマンドレルバーについて算出した長手方向外径分布に基づいて、孔型ロールの圧下方向の設定位置を調整する。従って、本発明に係る方法によれば、複数本のマンドレルバーを循環使用する際に、各マンドレルバーの長手方向外径分布を反映した孔型ロールの圧下方向の設定位置調整が可能である。

以上のように、本発明に係る方法によれば、マンドレルバーの摩耗量の長手方向分布及び熱膨張量の長手方向分布の双方を考慮すると共に、各マンドレルバーの長手方向外径分布を反映した孔型ロールの圧下方向の設定位置調整が可能であるため、従来の方法に比べてより一層、管の長手方向肉厚分布を均一にすることができる。

図１は、本発明に係る方法が有する延伸圧延工程を適用するマンドレルミルの装置構成を概略的に示す模式図である。 図２は、図１に示す制御装置が行う演算内容を説明するための模式図であり、図２（ａ）はマンドレルバーＢの長手方向外径分布を、図２（ｂ）は管Ｐの長手方向肉厚分布を示す。 図３は、本発明に係る方法及び比較例に係る方法によって管を延伸圧延した場合における、延伸圧延後の管の長手方向肉厚分布を測定した結果の一例を示す。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明に係る継目無管の製造方法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継目無管の製造方法が有する延伸圧延工程を適用するマンドレルミル（バーリテイナーを用いるリテインドマンドレルミル）の装置構成を概略的に示す模式図である。また、図２は、図１に示す制御装置が行う演算内容を説明するための模式図であり、図２（ａ）はマンドレルバーＢの長手方向外径分布を、図２（ｂ）は管Ｐの長手方向肉厚分布を示す。図１に示すマンドレルミルＭでは、複数本のマンドレルバーＢ（図１には１本のみ図示する）がそれぞれ循環使用される。また、マンドレルミルＭの下流には、管Ｐの定径圧延を行うための定径圧延機（サイザー等）Ｓが配置されている。

各マンドレルバーＢは、その常温での長手方向外径分布が予め測定される。そして、この測定された常温での長手方向外径分布は、制御装置２に入力され、各マンドレルバーＢ毎に記憶される。このマンドレルバーの常温での長手方向外径分布は、例えば、循環使用のためにマンドレルバー搬送ラインに搬入される直前に、公知の光学式の外径計等を用いて測定される。

また、各マンドレルバーＢは、延伸圧延工程に供した後の長手方向温度分布が測定される。そして、この測定された長手方向温度分布は、制御装置２に入力され、各マンドレルバーＢ毎に記憶される。このマンドレルバーの長手方向温度分布は、例えば、マンドレルミルＭの入側に配置された放射温度計（図示せず）によって、延伸圧延を終了した管から抜き取られる過程で測定される。また、例えば、循環使用のためにマンドレルバー搬送ラインで搬送されている最中に、この搬送ラインに配置された放射温度計によって測定される。

図１に示すように、本実施形態においては、定径圧延機Ｓの出側に、超音波式や放射線式の肉厚計１が配置される。そして、この肉厚計１と制御装置２とにより、マンドレルミルＭでの延伸圧延工程を経た管Ｐの熱間状態での長手方向肉厚分布が測定される。具体的には、肉厚計１によって管Ｐの周方向の平均肉厚が測定され、この測定された周方向平均肉厚が制御装置２に入力される。管Ｐが長手方向に進行することにより、管Ｐの長手方向に異なる部位についての周方向平均肉厚が制御装置１に逐次入力され、これにより、周方向平均肉厚の長手方向分布が算出される。なお、本実施形態では、肉厚計１を定径圧延機Ｓの出側に配置する構成について例示したが、本発明はこれに限るものではなく、マンドレルミルＭの出側など、他の場所に肉厚計１を設置することも可能である。

制御装置２は、上記のようにして長手方向肉厚分布を測定した管Ｐを延伸圧延する際に用いたマンドレルバーＢの常温での長手方向外径分布（図２（ａ）に示す「冷間外径」）と、当該マンドレルバーＢの長手方向温度分布とに基づいて（これらの分布は、前述のように、制御装置２に入力され、記憶されている）、当該マンドレルバーＢの延伸圧延時における長手方向外径分布（図２（ａ）に示す「熱間外径（補正前）」）を予測する。図２（ａ）に示す例では、マンドレルバーＢの常温での長手方向外径分布が、先端から後端に向けて外径が小さくなる分布である一方、マンドレルバーＢの長手方向温度分布（図示せず）は、先端から後端に向けて温度が高くなる分布であるため、予測されるマンドレルバーＢの延伸圧延時における長手方向外径分布は、先端から後端に向けて外径が大きくなる分布となっている。

次に、制御装置２は、上記のようにして予測したマンドレルバーＢの長手方向外径分布を、当該マンドレルバーＢが挿入されて延伸圧延された管Ｐの熱間状態での長手方向肉厚分布（図２（ｂ）に示す「熱間肉厚」）に基づいて補正する。図２（ｂ）に示す例では、管Ｐの熱間状態での長手方向肉厚分布は、先端から後端に向けて肉厚が大きくなる分布であり、先端肉厚に対する後端肉厚の偏差はａである。制御装置２は、予測したマンドレルバーＢの長手方向外径分布を、例えば、この肉厚偏差ａに基づいて補正する。すなわち、管Ｐの先端肉厚よりも後端肉厚の方が肉厚偏差ａだけ大きければ、マンドレルバーＢの先端外径よりも後端外径の方が肉厚偏差ａの２倍に相当する寸法だけ大きいはずである。そこで、制御装置２は、先端外径に対して後端外径が肉厚偏差ａの２倍に相当する寸法だけ低下するように、予測したマンドレルバーＢの長手方向外径分布の傾きを変更する補正を行い、補正後の長手方向外径分布（図２（ａ）に示す「熱間外径（補正後）」）をマンドレルバーＢの延伸圧延時における長手方向外径分布として算出する。そして、各マンドレルバーＢ毎に、算出した長手方向外径分布を記憶する。

制御装置２は、前記長手方向外径分布を算出したマンドレルバーＢを次のタイミングで管Ｐの内面に挿入して延伸圧延する際に、当該マンドレルバーＢの長手方向外径分布に基づいて、孔型ロールＲの圧下方向の設定位置を調整する。この圧下方向の設定位置の調整を行う孔型ロールＲは、マンドレルミルＭを構成する全圧延スタンド（図１に示す＃１〜＃５圧延スタンド）に配設された孔型ロールＲであってもよいし、一部の圧延スタンド（例えば、仕上圧延を行う＃４、＃５圧延スタンド等）に配設された孔型ロールＲであってもよい。具体的には、以下の通りである。

制御装置２には、マンドレルバーＢの後端を保持するバーリテイナーＢＲの位置情報が入力される。制御装置２は、入力されたバーリテイナーＢＲの位置情報に基づき、圧下方向の設定位置調整を行う孔型ロールＲが配設された圧延スタンド（例えば、＃５圧延スタンド。以下、「制御対象スタンド」という）において管Ｐを延伸圧延する際に使用されるマンドレルバーＢの長手方向部位を特定する。一方、制御装置２は、前記のようにして算出し記憶した複数のマンドレルバーＢの長手方向外径分布の中から、現在、延伸圧延に供するマンドレルバーＢの長手方向外径分布を選択する。そして、選択したマンドレルバーＢの長手方向外径分布に基づき、制御対象スタンドにおいて管Ｐを延伸圧延する際に使用されるマンドレルバーＢの長手方向部位の外径を算出する。制御装置２は、算出したマンドレルバーＢの外径に基づき、幾何学計算によって制御対象スタンドに配設された孔型ロールＲのロールギャップを設定し、このロールギャップが得られるように制御対象スタンドの圧下装置３を制御する。圧下装置３は、シリンダ等から構成されており、前記設定したロールギャップに応じて孔型ロールＲの圧下方向の設定位置を調整する。

以上に説明した本発明に係る継目無管の製造方法によれば、マンドレルミルＭによる延伸圧延工程を経た管Ｐの熱間状態での長手方向肉厚分布を測定し、この測定した管Ｐの長手方向肉厚分布に基づいて、当該管Ｐの内面に挿入したマンドレルバーＢの延伸圧延時における長手方向外径分布を補正するため、精度良くマンドレルバーＢの長手方向外径分布を算出することが可能であり、マンドレルバーＢの摩耗量の長手方向分布及び熱膨張量の長手方向分布の双方を考慮した孔型ロールＲの圧下方向の設定位置調整が可能である。また、長手方向外径分布を算出したマンドレルバーＢと同一のマンドレルバーＢを用いて、別の管Ｐ（長手方向外径分布を算出した際に延伸圧延した管とは異なる管Ｐ）を延伸圧延するタイミングで、このマンドレルバーＢについて算出した長手方向外径分布に基づいて、孔型ロールＲの圧下方向の設定位置を調整するため、各マンドレルバーＢの長手方向外径分布を反映した孔型ロールＲの圧下方向の設定位置調整が可能である。従って、従来の方法に比べてより一層、管Ｐの長手方向肉厚分布を均一にすることができる。

図３は、以上に説明した本発明に係る方法及び比較例に係る方法によって管を延伸圧延した場合における、延伸圧延後の管の長手方向肉厚分布を測定した結果の一例を示す。図３に示すＮｏ．１は、前記特許文献１に記載の方法と同様の方法によって、新品のマンドレルバー（外径２４８ｍｍ）を用いて管を延伸圧延した場合の結果を示す。新品のマンドレルバーを用いる場合、その常温での長手方向外径分布（図３のＮｏ．１のＡ欄に実線で図示したグラフ）は一定（２４８ｍｍ）であるため、その延伸圧延時の長手方向外径分布（図３のＮｏ．１のＡ欄に破線で図示したグラフ）は、マンドレルバーの長手方向温度分布と同様の傾向を示す。従って、延伸圧延終了後のマンドレルバーの長手方向温度分布を測定し、この測定結果から延伸圧延時のマンドレルバーの長手方向外径分布を算出して、この算出したマンドレルバーの長手方向外径分布に基づいて、所定の孔型ロールの圧下方向の設定位置（ロールギャップ）を調整すれば（図３のＮｏ．１のＢ欄参照）、管の長手方向肉厚分布を比較的均一にすることができる（図３のＮｏ．１のＣ欄参照）。

しかしながら、長手方向に不均一に摩耗したマンドレルバーを用いて管を延伸圧延する場合には、延伸圧延終了後に測定したマンドレルバーの長手方向温度分布のみから算出した延伸圧延時のマンドレルバーの長手方向外径分布に基づく孔型ロールの圧下方向の設定位置調整では、管の長手方向肉厚分布を均一にすることができない。図３に示すＮｏ．２は、前記特許文献１に記載の方法と同様の方法によって、長手方向に不均一に摩耗したマンドレルバーを用いて管を延伸圧延した場合の結果を示す。図３のＮｏ．２に示す例では、マンドレルバーの常温での長手方向外径分布は、摩耗により、先端から後端に向けて外径が小さくなるが（図３のＮｏ．２のＡ欄に実線で図示したグラフ）、延伸圧延時には、長手方向に不均一な熱膨張により、長手方向外径分布はほぼ一定となっている（図３のＮｏ．２のＡ欄に破線で図示したグラフ）。しかしながら、延伸圧延終了後に測定したマンドレルバーの長手方向温度分布のみに基づいて、所定の孔型ロールの圧下方向の設定位置（ロールギャップ）を調整するのでは、実際の延伸圧延時のマンドレルバーの長手方向外径分布が一定であるにも関わらず、Ｎｏ．１と同様の調整を行うことになり（図３のＮｏ．２のＢ欄参照）、管の長手方向肉厚分布を均一にすることができない（図３のＮｏ．２のＣ欄参照）。

図３に示すＮｏ．３は、Ｎｏ．２の場合と異なり、延伸圧延時のマンドレルバーの長手方向外径分布を算出するにあたって、延伸圧延終了後に測定したマンドレルバーの長手方向温度分布のみならず、常温で測定したマンドレルバーの長手方向外径分布をも考慮した方法によって、管を延伸圧延した場合の結果（長手方向に不均一に摩耗したマンドレルバーを用いて管を延伸圧延した結果）を示す。図３のＮｏ．３に示す例では、常温で測定したマンドレルバーの長手方向外径分布（図３のＮｏ．３のＡ欄に実線で図示したグラフ）をも考慮しているため、Ｎｏ．２の場合に比べれば、延伸圧延時のマンドレルバーの長手方向外径分布を精度良く算出可能である。しかしながら、算出した延伸圧延時のマンドレルバーの長手方向外径分布と、ほぼ一定である実際の延伸圧延時のマンドレルバーの長手方向外径分布（図３のＮｏ．３のＡ欄に破線で図示したグラフ）との間には依然として誤差があるため、孔型ロールの圧下方向の設定位置（ロールギャップ）の調整は長手方向に一定とならず（図３のＮｏ．３のＢ欄参照）、管の長手方向肉厚分布を十分には均一にすることができない（図３のＮｏ．３のＣ欄参照）。

上記の比較例に係る方法（図３のＮｏ．２及びＮｏ．３）に対して、本発明に係る方法（図３に示すＮｏ．４）は、マンドレルミルによる延伸圧延工程を経た管の熱間状態での長手方向肉厚分布を測定し、この測定した管の長手方向肉厚分布に基づいて、当該管の内面に挿入したマンドレルバーについて予測した延伸圧延時における長手方向外径分布を補正するため、実際に延伸圧延中のマンドレルバーの長手方向外径分布（図３のＮｏ．４のＡ欄に破線で図示したグラフ）と略同等の外径分布を算出可能である。そして、本発明に係る方法では、この算出したマンドレルバーの長手方向外径分布（すなわち、ほぼ一定の長手方向外径分布）に基づいて、孔型ロールの圧下方向の設定位置（ロールギャップ）を調整するため（図３のＮｏ．４のＢ欄参照）、管の長手方向肉厚分布を均一にすることが可能である（図３のＮｏ．４のＣ欄参照）。

Claims (1)

1. 複数の孔型ロールがそれぞれ配設された複数の圧延スタンドを備えるマンドレルミルによって、内面にマンドレルバーが挿入された管を延伸圧延する工程を有する継目無管の製造方法であって、
   マンドレルバーの常温での長手方向外径分布を測定する第１ステップと、
   前記延伸圧延工程に供した後の当該マンドレルバーの長手方向温度分布を測定する第２ステップと、
   当該マンドレルバーが挿入されて延伸圧延された管の熱間状態での長手方向肉厚分布を測定する第３ステップと、
   前記第１ステップで測定した当該マンドレルバーの常温での長手方向外径分布と、前記第２ステップで測定した当該マンドレルバーの長手方向温度分布とに基づいて、当該マンドレルバーの延伸圧延時における長手方向外径分布を予測し、該予測した長手方向外径分布を前記第３ステップで測定した管の長手方向肉厚分布に基づいて補正することにより、当該マンドレルバーの延伸圧延時における長手方向外径分布を算出する第４ステップと、
   次のタイミングで当該マンドレルバーを管の内面に挿入して延伸圧延する際に、前記第４ステップで算出した当該マンドレルバーの長手方向外径分布に基づいて、前記孔型ロールの圧下方向の設定位置を調整する第５ステップとを含むことを特徴とする継目無管の製造方法。

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