JP5077488B2 - 管の矯正方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管等の管の軸方向における曲がりや横断面のゆがみ（以下、「楕円形状」と記す）を矯正する管の矯正方法および矯正用ロールに関する。さらに詳しくは、本発明は、管を矯正する際に発生する管端部の変形（いわゆる、「口変形」）を抑制して、当該口変形部の切除に伴う歩留り低下を抑え、かつ管に十分な矯正を行うことができる管の矯正方法、および管端部の口変形を抑制できる矯正用ロールに関する。

なお、別に記載がない限り、本明細書における用語の定義は次のとおりである。
「口変形」：曲がり矯正時における被矯正管の先端のロールへの衝突に起因して生じる管端部の潰れをいう。
「非対称ロール」：ロールをロール軸が水平（地球の重力に対して直角な方向）になるように配置して、同軸に垂直の方向から観察した場合に、左右のロール肩部の高さが同一でない（正確には、左右のロール肩部の最大径部におけるロール径が異なっている）ロールをいう。なお、これに対して、左右のロール肩部におけるロール径が同じである通常の矯正用ロールを「対称ロール」ともいう。
「管の入側」：パス中心軸（オフセット量、クラッシュ量が共にゼロの状態でのロール間中心の水平方向の軸）に対して傾斜配置された矯正用ロールにおいて、被矯正管が送り込まれる側をいう。「管の出側」：被矯正管が矯正用ロールから抜ける側をいう。

各種の製管法により製造された管は、精整工程に供された後、必要に応じて熱処理等の処理を施され、検査・試験工程を経て製品となる。管の矯正は精整工程で行われる処理の一つであり、管の軸方向における曲がりや、曲がり矯正に伴い発生する管の横断面の楕円形状を矯正することを目的としている。

管の矯正には、通常、プレス機や鼓形状のロールが複数個組み合わされた傾斜ロール式矯正機（ロータリーストレートナー：以下、単に「ストレートナー」という）が使用される。ストレートナーには、ロールの個数および配列・配置の組合せにより多数の構成が存在する。なお、プレス機については周知のため説明を省略する。

図１は、ストレートナーのロール配列の一例を示す図である。図示したストレートナーでは、回転軸の方向が互いに交差する状態で上下方向に対向配置された３対の矯正用ロールＲａ１およびＲｂ１（Ｎｏ．１スタンド）、Ｒａ２およびＲｂ２（Ｎｏ．２スタンド）、Ｒａ３およびＲｂ３（Ｎｏ．３スタンド）並びに補助ロールＲｃ（Ｎｏ．４スタンド（最終スタンド））を備えている。補助ロールＲｃは、これを上下に調整して矯正効果を上げるためのロールである。これらを総称して矯正用ロールともいう。この図１に例示したロール配列のストレートナーは２−２−２−１型ストレートナーである。

図２は、ストレートナーに用いられる矯正用ロールの形状を説明する図であり、ロール軸を通る任意の平面で切断したロール断面（ロール軸の上方のみ）を表している。図２に示すように、矯正用ロールは、いわゆる鼓形を呈しており、両側端に形成されるロール肩部と、両ロール肩部からロールの中央（溝底Ｐ）に向かってロールの軸心側に湾曲する面を有するロール胴部とにより形成されている。ロール肩部の最大径部におけるロール径Ｄ１およびＤ２は等しく、ロール肩部を形成する曲面および胴部を形成する曲面もロールの中央（溝底Ｐ）に対して左右同形である。すなわち、従来の矯正用ロールの形状は左右対称である。

前記図１において、矯正用ロールＲのパス中心軸に対する角度（被矯正材を螺旋移動させるために必要なロール角度）および対をなす矯正用ロールＲの対向間隔（クラッシュ量）はそれぞれ調整することができる。また、例えば、Ｎｏ．１スタンドの矯正用ロールＲａ１、Ｒｂ１間の中心軸に対して、Ｎｏ．２スタンドの矯正用ロールＲａ２、Ｒｂ２間の中心軸を垂直方向にオフセット量として調整することも可能である。

通常、ストレートナーにより管を矯正する際には、被矯正管１の表面が矯正用ロールＲの表面に沿うように、被矯正管１に対する各矯正用ロールＲの角度（すなわち、ロール角度）を調整する。さらに、各スタンドの対をなす各矯正用ロールＲの対向間隔を被矯正管１の外径より若干小さく設定して管に圧力を加える（クラッシュする）とともに、矯正用ロールＲａ２、Ｒｂ２の中心軸を、矯正用ロールＲａ１、Ｒｂ１および矯正用ロールＲａ３、Ｒｂ３の中心軸より高くして（オフセットさせて）管に曲げ応力を与え、曲がりを矯正する。すなわち、ストレートナーにより管を矯正する際には、設定条件であるロール角度、クラッシュ量およびオフセット量を適切に定める必要がある。

図３は、ロール矯正の設定条件のうちロール角度を説明する図である。図示するように、被矯正管１の軸心と矯正用ロールＲの回転中心がなす角θがロール角度（°）である。図示した例では、矯正用ロールＲが被矯正管１の下方に配置されており、矯正用ロールＲの回転（矢印で示した方向への回転）によって被矯正管１は白抜き矢印の方向に移送される。

図４は、ロール矯正の設定条件のうちクラッシュ量を説明する図である。図４に示すように、ロール矯正によりクラッシュを負荷された被矯正管１ｂは、楕円形状に圧下変形される。図４において、クラッシュを負荷される前の被矯正管（破線で表示）には符号１ａを、クラッシュを負荷された後の被矯正管には符号１ｂを付して示している。クラッシュ量ε（ｍｍ）は、変形前の被矯正管１ａの外径ｄと矯正用ロールＲａおよびＲｂの対向間隔ｓの差で示され、被矯正管１の外径への圧下量に相当する。被矯正管１は矯正用ロールＲにより回転を与えられながら全長に亘り繰り返し圧下を受けることにより曲がり矯正が施される。

図５は、ロール矯正の設定条件のうちオフセット量を説明する図である。図示するように、矯正用ロールＲａ２、Ｒｂ２の中心軸が、前段（被矯正管の進行方向手前側（入側））の矯正用ロールＲａ１、Ｒｂ１の中心軸よりも高く設定（オフセット）されている。オフセット量δ（ｍｍ）は、矯正用ロールＲａ２、Ｒｂ２の中心軸の高さ方向（圧下方向）の変位量で示される。さらに、矯正用ロールＲａ３、Ｒｂ３の中心軸は前段の矯正用ロールＲａ２、Ｒｂ２の中心軸よりも低いレベル（矯正用ロールＲａ１、Ｒｂ１の中心軸と同じレベルでなくても良い）にあり、矯正用ロールＲａ２、Ｒｂ２に対して逆方向にオフセットされた状態にある。すなわち、被矯正管１に上向きおよび下向きの曲げ応力を交互に付与することにより曲がり矯正を行う。

上述のように、ストレートナーによる矯正の際には、被矯正管にある程度のクラッシュやオフセットなどの負荷を与えることが必要になる。そのため、従来からオフセット量、クラッシュ量等の設定方法についての検討が行われてきた。

例えば、特許文献１には、オフセット位置の管断面におけるオフセットに起因して生じる変形の塑性域を表す指標と、オフセット量との予め求められた関係に基づいてロールのオフセット量を定め、クラッシュ位置の管断面におけるクラッシュに起因して生じる変形の塑性域を表す指標と、クラッシュ量との予め求められた関係に基づいてロールのクラッシュ量を定めるオフセット量、クラッシュ量等の設定方法が記載されている。

ところで、特許文献１に基づいてオフセット量を設定し矯正処理を行った場合、管端部（被処理管の先端部分）の口変形が発生することがある。これは、管をオフセットさせた矯正用ロールに送通させる際に、管の先端が上下ロール間に噛み込まれにくく、ロールに衝突し、衝撃を受けることによって引き起こされるものである。管端部の口変形は、特にオフセット量を大きく設定（高オフセット）した場合に発生する。管端部の口変形が発生すると外径が縮小するのでその部分を切除しなければならず、生産性が悪くなる。

管端部の口変形防止策、すなわち、被処理管先端のロールへの衝突を回避する対策として、予め上下方向に対向配置されたロール対（対向ロール）の対向間隔（上下ロールの間隔）を広げておき、対向ロールに管の先端が入ってくると、それまで上方に退避させていた上ロールを下降させてクラッシュを付与する（圧下を開始する）方法が特許文献２に記載されている。
しかし、この方法では、クラッシュを付与する前に管の先端が矯正用ロールを通過することになるので、管端部の矯正が行われない。また、複雑かつ高精度な制御を必要とする。一方、オフセットを小さく設定する等矯正条件を軽くする方法、ロール角度を広げて被矯正管とロールの衝撃を抑える方法もあるが、これらの方法では矯正力が弱くなり、矯正効果が低下し、十分に管の曲がりがとれず曲がりが残ることがある。曲がりが残ると、別途、オフラインでプレス機を用いて曲がりをとる、又は再度ストレートナーに通して曲がりをとる等の再矯正処理が必要となり、生産性が悪くなる。

特公平４−７２６１９号公報 特開昭６１−１２３４１９号公報

前述のとおり、鋼管等の管を矯正する際に、特に矯正効果を高めるために高オフセットにした場合に、管端部の口変形が発生することがある。この問題に対し、従来技術によっては対処することは困難である。

本発明は、管の矯正に関するこのような問題に鑑みてなされたものであり、ストレートナーを用いた管の矯正時に発生する管端部の口変形を抑制することができ、被矯正管に高いオフセット量を付与して矯正効果を高めることができる管の矯正方法、および管端部の口変形を抑制できる矯正用ロールを提供することを目的とする。

本発明の要旨は、次のとおりである。
（１）上下方向に対向配置された２つの鼓形状ロールで１組をなすロール対が被矯正管の進行方向入側から連続して３組配置され、その後ろに上下いずれか片方のみにロールが配置された２−２−２−１型ストレートナーを用いた管の矯正方法であって、前記複数組のロール対のうち被矯正管の進行方向に対して入側から２番目および３番目に位置するロール対を構成する上下両方のロールにロール肩部の最大径部におけるロール径が左右で異なる非対称ロールを使用し、当該非対称ロールをロール径が小さいロール肩部が管の入側に、ロール径が大きいロール肩部が管の出側に位置するように配置することを特徴とする管の矯正方法。

（２）上下方向に対向配置された２つの鼓形状ロールで１組をなすロール対が被矯正管の進行方向上に連続して３組以上配置されたストレートナーを用いた管の矯正方法であって、前記複数組のロール対のうち被矯正管の進行方向に対して最も入側に位置するロール対以外の少なくとも１組のロール対を構成する上下両方のロールに、ロール肩部の最大径部におけるロール径が左右で異なる非対称ロールを使用し、当該非対称ロールをロール径が小さいロール肩部が管の入側に、ロール径が大きいロール肩部が管の出側に位置するように配置することを特徴とする管の矯正方法。

ただし、上記（１）、（２）において、非対称ロール肩部の最大径部におけるロール径とは、当該ロールをロール軸が水平になるように配置して、同軸に垂直の方向から観察した場合の該当肩部のロール径をいう。

（３）上下方向に対向配置された２つの鼓形状ロールで１組をなす複数組のロール対が被矯正管の進行方向上に当該複数組のロール対間に上下いずれか片方のみに配置されたロールを介して配置されたストレートナーを用いた管の矯正方法であって、前記複数組のロール対のうち被矯正管の進行方向に対して最も入側に位置するロール対以外の少なくとも１組のロール対を構成する上下両方のロールに、および前記複数組のロール対間に配置された上下いずれか片方のロールに、ロール肩部の最大径部におけるロール径が左右で異なる非対称ロールを使用し、当該非対称ロールをロール径が小さいロール肩部が管の入側に、ロール径が大きいロール肩部が管の出側に位置するように配置することを特徴とする管の矯正方法。

（４）前記非対称ロールは、両側端に形成されるロール肩部と、前記両ロール肩部間にあって被矯正管を圧下するロール胴部からなり、被矯正管の出側ロール肩部の最大径部におけるロール径をＤ１、入側ロール肩部の最大径部におけるロール径をＤ２とし、被矯正管の外径をｄとするとき、下記（ｉ）式および（ii）式を満たすことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の管の矯正方法。
Ｄ１＞Ｄ２ ・・・（ｉ）
０．００４≦（Ｄ１−Ｄ２）／ｄ≦０．２ ・・・（ii）

（５）前記非対称ロールは、当該非対称ロールをロール軸芯を含む平面で切断した断面におけるロール肩部外表面を表す曲線が円弧状をなし、当該断面内におけるロール入側肩部の曲率半径をＣＲ２とし、ロール出側肩部の曲率半径をＣＲ１としたとき、下記（iii）式を満たすことを特徴とする前記（４）に記載の管の矯正方法。
ＣＲ２／ＣＲ１＞１．０ ・・・（iii）

（６）前記非対称ロールは、当該非対称ロールをロール軸芯を含む平面で切断した断面におけるロール外表面を表す曲線において、ロール胴部の外表面を表す曲線が複数個の円弧または近似された円弧で構成されており、当該複数個の円弧または近似された円弧のうち、ロール溝底部のロール外表面を通る円弧Ｃ１の曲率半径をＲ１、円弧Ｃ１よりも入側に構成された１個以上の円弧または近似された円弧の曲率半径をＲ２_i、ロール溝底部断面と円弧Ｃ１の入側終端までの距離をＡＬ、被矯正管の外径をｄとするとき、下記（iv）、（v）式を満たすことを特徴とする前記（４）または（５）に記載の管の矯正方法。
Ｒ２_i／Ｒ１＞１．０ ・・・（iv）
０≦ＡＬ／ｄ≦１．５ ・・・（v）
ただし、ロール溝底部断面とは、ロール直径が最小値となるロール溝底部を通り、ロール軸と直交する断面である。また、Ｒ２_iの添え字ｉは円弧または近似された円弧の数である。

本発明の管の矯正方法は、ロール肩部の最大径が左右で異なる非対称ロールを矯正用ロールとして用いた矯正方法である。本発明の管の矯正方法によれば、管端部の口変形の発生を抑制しつつ、かつ被矯正管に高いオフセットを付与することが可能となるので、矯正効果を高めることができる。
本発明の矯正用ロールは、最大径部におけるロール径が左右で異なるロール肩部と、左右異なる湾曲面を有するロール胴部からなる非対称ロールである。この矯正用非対称ロールをストレートナーによる管の矯正に適用することにより、被矯正管の先端のロールへの衝突を避けて管端部の口変形の発生を抑制することができる。

図１は、ストレートナーのロール配列の一例を示す図である。 図２は、ストレートナーに用いられる矯正用ロールの形状を説明する図である。 図３は、ロール矯正の設定条件のうちロール角度を説明する図である。 図４は、ロール矯正の設定条件のうちクラッシュ量を説明する図である。 図５は、ロール矯正の設定条件のうちオフセット量を説明する図である。 図６は、本発明の矯正用非対称ロールの形状を説明する図である。 図７は、本発明の矯正用非対称ロールの形状の他の例を説明する図である。 図８は、本発明の矯正用非対称ロールの形状の更に他の例を説明する図である。 図９は、ストレートナーの各種の構成および当該構成を有する各ストレートナーにおける非対称ロールの適用箇所を例示する図である。 図１０は、本発明の非対称ロールの形状の更に他の例を説明する図である。 図１１は、管端部の口変形に及ぼす非対称ロール適用の効果についての調査結果で、管端からの長さと管外径の関係を示す図である。

本発明の管の矯正方法は、回転軸の方向が互いに交差する状態で鼓形矯正用ロールを上下方向に対向配置した複数のロール対を備えるストレートナー、または、これら複数のロール対間に上下いずれか片方のみに配置されたロールを備えるストレートナーを用いて管を矯正することを前提としており、オフセットさせる矯正用ロールとして、ロール肩部の最大径部におけるロール径が左右で異なる非対称ロールを使用し、ロール径が小さいロール肩部が管の入側に、ロール径が大きいロール肩部が管の出側に位置するように配置することを特徴とする管の矯正方法である。

前記の「管の入側」、「管の出側」とは、矯正用ロールにおいて被矯正管が送り込まれる側、矯正用ロールから抜ける側である。矯正用ロールは傾斜配置されているので、被矯正管はロールの中央部（溝底近傍）を通過するのではなく、中央部から一方のロール肩部側へずれた部位から送り込まれ、他方のロール肩部側へずれた部位から抜けることになる。前記図３でいえば、ロールの中央（溝底Ｐ）からロール肩部３ｂ側へずれた部位が管の入側であり、ロール肩部３ａ側へずれた部位が管の出側である。

本発明の矯正方法において、非対称ロールを使用し、これを最大ロール径の小さいロール肩部が管の入側に、最大ロール径の大きいロール肩部が管の出側に位置するように配置するのは、管を矯正する際における管端部の口変形の発生を抑制するためである。

図６〜図８は、管の矯正方法で用いる非対称ロールの形状を説明する図であり、ロール軸を通る任意の平面で切断したロール断面（ロール軸の上方のみ）を表している。なお、これらの図において、符号Ｓを付した直線はロール２の溝底Ｐを通りロール軸に垂直な直線を表す。

図６〜図８に示す非対称ロール２では、紙面右側のロール肩部３ａの高さ（Ｄ１）と、左側のロール肩部３ｂの高さ（Ｄ２）が同一ではなく、いずれもＤ１＞Ｄ２であり、ロール形状が左右非対称になっている。Ｒ３およびＲ４は、それぞれロール肩部３ａ、３ｂを形成する曲線（円弧）の曲率半径である。

図６および図７に示すＲ１は、ロール胴部４を表す２つの曲線（この場合は、円弧）のうち接続点Ｑ（図６ではロール２の溝底Ｐが接続点になる）からＫａ（右側のロール肩部３ａの一方の端）に達する曲線（円弧）の曲率半径であり、Ｒ２は、ロール胴部４を表す２つの曲線（円弧）のうち接続点Ｑ（図６ではロール２の溝底Ｐ）からＫｂ（左側のロール肩部３ｂの一方の端）に達する曲線（円弧）の曲率半径である。図６および図７のいずれにおいても、Ｒ１＞Ｒ２である。

図８に示す放物線１は、ロール胴部４を表す２つの曲線のうち接続点ＱからＫａ（右側のロール肩部３ａの一方の端）に達する曲線が放物線であることを意味し、放物線２は、ロール胴部４を表す２つの曲線のうち接続点ＱからＫｂ（左側のロール肩部３ｂの一方の端）に達する曲線が放物線であることを意味する。

すなわち、図６には、ロール２の胴部４を表す２つの曲線が溝底Ｐを境にして左右それぞれが異なる曲率半径を有する単一円弧で形成され非対称となる形状の例が示され、図７には、ロール２の胴部４を表す２つの曲線が接続点Ｑを境にして左右それぞれが異なる曲率半径を有する単一円弧で形成され非対称となる形状の例が示されている。また、図８には、ロール２の胴部４を表す２つの曲線が接続点Ｑを境にして左右それぞれが異なる形状の単一放物線で形成され非対称となる形状の例が示されている。前記２つの曲線の接続点Ｑは、溝底Ｐよりも右側（ＰとＫａとの間）の適当な位置にあっても良い。また、ロール２の胴部４を表す曲線の数は２つに限らず、３つ以上の複数の円弧または放物線を繋ぐ形状でも良い。

ストレートナーによる矯正の際には、例えば、前記図５に示したように、矯正用ロールＲａ２、Ｒｂ２の中心軸を上昇させて被矯正管１にオフセット量δ（ｍｍ）の負荷を与える。この場合、矯正用ロールＲａ１、Ｒｂ１を通過した直後の被矯正管１の先端はほぼ水平に向いている。そのため、オフセット量が大きいと、矯正用ロールＲａ２、Ｒｂ２への送り込みが円滑に行われにくく、被矯正管１の先端が下側のロールＲｂ２の入側に衝突し、衝撃を受けやすい。また、矯正用ロールＲａ３、Ｒｂ３は矯正用ロールＲａ２、Ｒｂ２に対してオフセットされているので、矯正用ロールＲａ２、Ｒｂ２を通過した被矯正管１の先端はロールＲａ３、Ｒｂ３への送り込みの際に上側のロールＲａ３の入側に衝突しやすい。

そこで、被矯正管の進行方向に対して入側（被矯正管の進行方向に対して上流側）のスタンド（前段スタンド）のロールに対してオフセットさせる矯正用ロールとして非対称ロールを使用し、最大ロール径の小さいロール肩部が管の入側に位置するように配置する。図５に示すストレートナーの場合は、Ｎｏ．２スタンドの矯正用ロールＲａ２、Ｒｂ２およびＮｏ．３スタンドの矯正用ロールＲａ３、Ｒｂ３に非対称ロールを使用し、最大ロール径の小さいロール肩部が管の入側に位置するように配置する。これにより、矯正用ロールＲａ２、Ｒｂ２への送り込み、および矯正用ロールＲａ３、Ｒｂ３への送り込みを容易にして、被矯正管の先端の矯正用ロールへの衝突を回避することができる。

この場合、前述のように被矯正管の先端が衝突しやすいのは、Ｎｏ．２スタンドの場合は下側ロールＲｂ２の入側であり、Ｎｏ．３スタンドの場合は上側ロールＲａ３の入側である。従って、少なくともそれらのロールに非対称ロールを用いると被矯正管の先端の矯正用ロールへの衝突を回避することができる。しかしながら、上下で形状が異なるロールを用いると制御が複雑になるので、上下ロール共に同一形状の非対称ロールを用いる方が望ましい。

また、被矯正管の進行方向に対して最も入側（上流側）に位置するＮｏ．１スタンドについては、被矯正管が円滑に送り込まれるようにロール対の上下方向の位置を調整する（具体的には、被矯正管の中心と上下ロールの対向間隔の中心がほぼ一致する位置にＮｏ．１スタンドロール対の位置を調整する）ため、被矯正管の先端の矯正用ロールへの衝突が起こりにくい。従って、Ｎｏ．１スタンドは、必ずしも非対称ロールを用いなくてもよい。もちろん、非対称ロールの使用を否定するものではなく、例えば、ロール角度やロール開度等の設定条件により、Ｎｏ．１スタンドにおいても被矯正管の先端部の矯正用ロールＲａ１、Ｒｂ１への衝突が発生するような場合には、Ｎｏ．１スタンドの矯正用ロールＲａ１、Ｒｂ１にも本発明の非対称ロールを用いればよい。

図９は、ストレートナーの各種の構成および当該構成を有する各ストレートナーにおける非対称ロールの適用箇所を例示する図である。図９においては、矯正用ロールの個数と配置および非対称ロールの適用箇所のみを示すため、ロール角度を考慮せず、矯正用ロール自体を簡略化して表示している。非対称ロールには斜線を施した。

図９において、非対称ロールを適用しているのは、前段のロール対（又はロール）に対してオフセットさせている矯正用ロールである。Ｎｏ．１スタンドの矯正用ロールは、前述のとおり、非対称ロールを用いなくてもよい。最終スタンドの下側にのみ配置されたロール（図９の（ｂ）、（ｅ）および（ｇ）参照）は、上下に調整して矯正効果を上げるための補助ロールである。この補助ロールについても、ロール角度を調整することにより被矯正管の先端の矯正用ロールへの衝突を抑制できるため、非対称ロールを用いなくてもよい（もちろん、オフセット量等の条件により、被矯正管の先端が補助ロール（の入側）に衝突するおそれがある場合には、その有効的な対策として、補助ロールに本発明の非対称ロールを用いることができる）。

また、図９においては、Ｎｏ．１スタンドの矯正用ロールと補助ロール以外の全ての矯正用ロールに非対称ロールを適用しているが、必ずしも全ての矯正用ロールに非対称ロールを適用しなくてもよい。例えば、オフセット量を大きく設定する必要のない矯正用ロール（前後のスタンドのロールに対して小さいオフセットしか与えないスタンドのロール）には非対称用ロールを用いなくてもよい。

また、前述したように、上下対向配置されたロール対のうち、上下どちらか片方のロールにのみ非対称ロールを用いることもできる。矯正用ロールを上方へオフセットさせた場合は、当該オフセットさせた矯正用ロールの下側ロールに前記非対称ロールを使用し、矯正用ロールを下方へオフセットさせた場合は、当該オフセットさせた矯正用ロールの上側ロールに前記非対称ロールを使用する実施の形態を採ることも可能である。前述のように、矯正用ロールの中心軸を上方へオフセットさせた場合は、被矯正管の先端が当該矯正用ロールの下側ロールに衝突し易く、矯正用ロールの中心軸を下方へオフセットさせた場合は、当該矯正用ロールの上側ロールに衝突し易いからである。しかし、前述のとおり、上下で異なる形状のロールを用いると制御が複雑になるので、上下共に同じ形状の非対称ロールを用いる方が望ましい。

管の矯正には、２−２−２−１型ストレートナーが多用される。この場合には、Ｎｏ．２スタンド、Ｎｏ．３スタンドの矯正用ロール対の上下両方のロールに前記非対称ロールを使用することが望ましい。

本発明の非対称の矯正用ロールは、回転軸の方向が互いに交差する状態で上下方向に対向配置された鼓形矯正用ロールを備えるストレートナーに用いられる矯正用ロールのうち、前段のロールに対してオフセットされるロールに適用される。当該ロールは、前記図６〜図８に例示するように、両側端に形成されるロール肩部３ａ、３ｂと、前記両ロール肩部間にあって被矯正管を圧下するロール胴部４からなり、被矯正管の出側ロール肩部の最大ロール径をＤ１、入側ロール肩部の最大ロール径をＤ２とし、被矯正管の外径をｄとするとき、下記（ｉ）式および（ii）式を満たすことを特徴とする矯正用ロールである。
Ｄ１＞Ｄ２ ・・・（ｉ）
０．００４≦（Ｄ１−Ｄ２）／ｄ≦０．２ ・・・（ii）

図６〜図８に示したように、この非対称ロールは、鼓形をなしており、両側端に形成されるロール肩部３ａ、３ｂと、両ロール肩部３ａ、３ｂ（正確に言えば、肩部３ａ、３ｂの端部Ｋａ、Ｋｂ）からロールの中央（溝底Ｐ）に向かってロールの軸心側に湾曲する面を有するロール胴部４とで形成されている。

前記ロール肩部３ｂは最大ロール径がＤ２で、管の入側に相当し、ロール肩部３ａは最大ロール径がＤ１で、管の出側に相当する。本発明の矯正用ロールにおいて、Ｄ１＞Ｄ２（前記（ｉ）式）と規定するのは、この非対称ロールを使用して管を矯正する際に、最大ロール径の小さいロール肩部３ｂが管の入側に、最大ロール径の大きいロール肩部３ａが管の出側に位置するように配置して管のロールへの送り込みを容易にし、被矯正管の先端の矯正用ロールへの衝突を回避して管端部の口変形の発生を抑制するためである。

さらに、本発明の矯正用ロール設計にあたっては、当該矯正機で矯正すべき対象材の寸法（外径ｄ）の上下限範囲を考慮した上で、０．００４≦（Ｄ１−Ｄ２）／ｄ≦０．２（前記（ii）式）を満たす範囲に規定する。ここで、下限値を規定した理由は、（Ｄ１−Ｄ２）／ｄが０．００４よりも小さくなると本発明の非対称ロール形状による口変形抑止効果が十分得られなくなるためであり、一方、上限値を規定した理由は、（Ｄ１−Ｄ２）／ｄが０．２を越えると、ロール入出側のバランスが偏るため矯正による曲り矯正効果が低下するためである。（ii）式の範囲のロールを用いることにより、口変形を防止し、かつ、十分な曲り矯正効果を得ることができる。

この非対称ロールは、本発明の管の矯正方法を実施する際の矯正用ロールとして使用するに際しては、前述のとおり、最大ロール径が小さいロール肩部３ｂが被矯正管の入側に、最大ロール径が大きいロール肩部３ａが被矯正管の出側に位置するように配置する。

本発明の矯正用ロールにおいて、矯正用ロールをロール軸芯を含む平面で切断した断面におけるロール肩部外表面を表す曲線が円弧状を呈し、当該断面内におけるロール入側肩部の曲率半径をＣＲ２とし、ロール出側肩部の曲率半径をＣＲ１としたとき、下記（iii）式を満たすこととする実施形態を採ることができる。
ＣＲ２／ＣＲ１＞１．０ ・・・（iii）

図１０は、本発明の非対称ロールの形状の更に他の例を説明する図であり、ロール軸を通る任意の平面で切断したロール断面を表している。ロール２は、軸方向長さがＬ１の胴部と、出側肩部(長さＣＬ１)および入側肩部(長さＣＬ２)からなり、出側肩部の最大径部におけるロール径Ｄ１と入側肩部の最大径部におけるロール径Ｄ２は、Ｄ１＞Ｄ２の関係にある。上記の実施形態は、前記の（ｉ）式および（ii）式の規定に加え、図１０に示すように、ロール肩部断面（ロール軸芯を含む断面）に示される両肩部外表面を円弧状とし、その曲率半径ＣＲ１、ＣＲ２に前記（iii）式で規定する大小差を付与し，非対称とした矯正用ロールである。

ロール肩部外表面を円弧状とするのは、それがコーナー部の角を除く一般的な方法であり、曲率半径を変えることにより容易にその丸みの程度を調整し得るからである。（iii）式を満たすこととするのは、ロール入側肩部の曲率半径ＣＲ２を出側肩部の曲率半径ＣＲ１よりも大きくして、入側肩部をよりなだらかな形状とすることにより、被矯正管のロールへの送り込みを容易にするためである。（iii）式の上限は特に規定しないが、曲率半径ＣＲ２が過度に大きくなると、入側肩部の丸みが失われて被矯正管のロールへの円滑な送り込みが阻害され、または入側肩部の長さを長くする（すなわち、胴部の長さを相対的に短くする）必要があるため矯正効果が低下する恐れがあるので、通常は、ＣＲ２／ＣＲ１＜２．０とするのが望ましい。

本発明の矯正用ロール（前記の（iii）式の規定を加えた実施形態を含む）においては、さらに、矯正用ロールをロール軸芯を含む平面で切断した断面におけるロール外表面を表す曲線において、ロール胴部の外表面を表す曲線が複数個の円弧または近似された円弧で構成されており、当該複数個の円弧または近似された円弧のうち、ロール溝底部のロール外表面を通る円弧Ｃ１の曲率半径をＲ１、円弧Ｃ１よりも入側に構成された１個以上の円弧または近似された円弧の曲率半径をＲ２_ｉ、ロール溝底部断面と円弧Ｃ１の入側終端までの距離をＡＬ、被矯正管の外径をｄとするとき、下記（ｉｖ）、（ｖ）式を満たすこととする実施形態を採ることもできる。
Ｒ２_ｉ／Ｒ１＞１．０ ・・・（ｉｖ）
０≦ＡＬ／ｄ≦１．５ ・・・（ｖ）
ただし、ロール溝底部断面とは、ロール直径が最小値となるロール溝底部を通り、ロール軸と直交する断面である。また、Ｒ２_ｉの添え字ｉは円弧または近似された円弧の数である。

ここで、「近似された円弧」とは、ロール胴部の外表面を構成する曲線を、例えば最小２乗法などにより数学的に近似される複数個の円弧で表した場合のそれぞれの円弧をいう。

図１０に示した例では、ロール胴部（長さＬ１）の外表面を表す曲線は、曲率半径がＲ１の円弧Ｃ１（図１０中に太い曲線で表示）と曲率半径がＲ２_１またはＲ２_２の二つの円弧とで構成されているが、これに限定されない。ロール溝底部のロール外表面を通る円弧Ｃ１は曲率半径がＲ１と規定されるが、円弧Ｃ１の入側終端Ｅから入側肩部への接続点までは、１個以上の円弧または近似された円弧であってもよい。また、円弧Ｃ１の出側始端Ｓは、図１０に示した例では出側肩部との接続点となっているが、円弧Ｃ１の出側始端と出側肩部との間に１個以上の円弧または近似された円弧がロール胴部の外表面を構成する曲線として含まれていてもよい。図示するように、ロール溝底部断面と円弧Ｃ１の入側終端までの距離がＡＬである。

この実施形態において、（iv）式を満たすこととするのは、ロールの外表面において、胴部から入側肩部への接続を無理なく滑らかになし得るからである。入側肩部における最大ロール径Ｄ２は出側肩部における最大ロール径Ｄ１より小さく、円弧Ｃ１の入側終端から径の小さい入側肩部へ複数の円弧または近似された円弧で滑らかに接続して入側肩部へ繋げるには、（iv）式に規定するように、入側肩部へ近づくに伴い曲率半径を大きくして、なだらかな形状とすることが必要である。すなわち、Ｒ２_ｉ＋１／Ｒ２_ｉ≧１．０（添字ｉが大きい方が入側寄りの円弧を意味する）となることが望ましい。Ｒ２_ｉ／Ｒ１の上限は特に規定していないが、円弧Ｃ１の入側終端と入側肩部が無理なく滑らかに接続する条件下にあっては、自ずと定まる。

また、（ｖ）式を満たすこととするのは、口変形抑止効果を確保しつつ、入出側のバランスの偏りを少なくして矯正効果も確保するためである。ＡＬ／ｄが１．５を超えると、円弧Ｃ１の入側終端が入側肩部に近すぎて、入側ロール肩部の最大径が大きくなり過ぎ、（Ｄ１−Ｄ２）／ｄが小さくなって、口変形抑止効果が得られにくくなる。一方、ＡＬ／ｄが小さく、０に満たない場合は、ロール入出側のバランスが偏るため矯正による曲がり矯正効果が低下する。

この実施例を適用すれば、ロール軸芯を含む平面で切断した断面において、ロール胴部の外表面を、単一の円弧に限定されず、様々な形状の曲線からなるものとすることができ、ロール胴部を構成する曲面の微妙な調整が可能となる。これにより、管端部の口変形の発生を抑制しつつ、矯正効果を高めることができる。

（実施例１）
外径３４．０ｍｍ、肉厚２．３ｍｍの炭素鋼管（ＡＰＩ規格：Ｘ５２相当材）を対象材とし、本発明の矯正方法を適用して管の矯正を行い、管端部の口変形の抑制効果を調査した。なお、比較のために、通常の対称ロールを用いた場合についても同様の調査を行った。

使用したストレートナーは、２−２−２−１型のストレートナーである。表１にロール条件を示す。表１のロール条件１は全て対称ロールを用いた場合であり、ロール条件２は、Ｎｏ．２スタンドおよびＮｏ．３スタンドの上下ロールに対して非対称ロールを適用した場合である。

非対称ロールの各部の寸法を表２に示す。管の入側ロール肩３ｂと出側ロール肩３ａの高さの差（Ｄ１−Ｄ２）は３．２ｍｍとした。なお、比較例として、（Ｄ１−Ｄ２）／ｄの値が本発明の矯正用ロールで規定する範囲から外れる場合についても表示した。ロール胴部の長さは１７０ｍｍ、ロール肩部の幅は左右それぞれ１２ｍｍとした。

表３に矯正条件（クラッシュ量およびオフセット量）を示す。Ｎｏ．１スタンドにおける「管通過までオープン」とは、被矯正管の先端部分がＮｏ．１スタンドのロールを通過するまではクラッシュを負荷せず、先端部分がロールを通過した後は、０．８ｍｍのクラッシュ量を負荷したことを意味する。本実施例においては、前段のスタンドに対してオフセットさせているＮｏ．２スタンド、Ｎｏ．３スタンド（すなわち、Ｎｏ．１スタンドに対して上方にオフセットさせているＮｏ．２スタンドおよびＮｏ．２スタンドに対して下方にオフセットさせているＮｏ．３スタンド）のロールに被矯正管先端が衝突することで起こる口変形の発生状況を確認するため、このような条件とした。すなわち、Ｎｏ．１スタンドでの口変形の影響を調査結果から取り除く目的で、Ｎｏ．１スタンドを「管通過までオープン」とした。

管端部の口変形の調査結果を図１１に示す。図１１は、管端からの長さと管外径の関係を示す図であり、管端からの長さ別にそれぞれ対応する外径を測定して求めた。各長さでの外径の測定は、それぞれ管の周囲２箇所（基準位置（０°）、および基準位置から９０°の位置）で行い、その平均値で表示した。

図１１に示したように、対称ロールを用いたロール条件１において、口変形が発生して管端部が管の軸心側へ折れ込み、管の外径が減少し、その影響が管端から３０ｍｍ付近にまで達した。

これに対し、非対称ロールを適用したロール条件２においては、管端部の口変形は著しく改善され、外径への影響はほとんど皆無であった。

上記調査結果から、矯正用ロールに対して非対称ロールを適用することにより、管端部の口変形の防止が可能であることが判明した。

（実施例２〜実施例４）
実操業において、外径１３９．７ｍｍ、肉厚７．７２ｍｍの炭素鋼管（ＡＰＩ規格：Ｌ８０−１相当材）を本発明の矯正方法を適用して矯正し、矯正後においても曲がりが十分に矯正されず曲がりが残った割合（曲がり不良率）を調査した。矯正に際しては、実施例１で得られた調査結果を考慮して、あらかじめ試験を行い、管端部の口変形が生じない矯正条件（表４参照）に設定した。なお、比較のために、本発明を適用する前の操業（実操業）における曲がり不良率の調査結果、すなわち対称ロールを用いて矯正を行った場合の調査結果も記載した。

表４に非対称ロールを用いた場合および対称ロールを適用した場合における設定条件（クラッシュ量およびオフセット量）を示す。表４および後に示す表５において、実施例２は前記図６に示した対称ロールを適用した場合、実施例３は前記図７に示した対称ロールを適用した場合、実施例４は前記図８に示した対称ロールを適用した場合にそれぞれ対応する。
いずれも実操業における調査であり、被矯正管はテスト材ではなく製品であるため、口変形が発生しない設定条件としている。このため、本発明例である非対称ロールを用いた場合の設定条件と比較例である対称ロールを用いた場合の設定条件とは異なる。換言すれば、非対称ロールを用いた場合は、管端部の口変形を生じさせずにＮｏ．２スタンドのオフセットを高いオフセット量（５〜６．６ｍｍ）とすることができた。

２−２−２−１型のストレートナーを使用し、図６〜図８および表５に示す非対称ロールをＮｏ．２スタンドおよびＮｏ．３スタンドの上下ロールに適用した。管の入側ロール肩３ｂと出側ロール肩３ａの高さの差（Ｄ１−Ｄ２）は、実施例２では８ｍｍ、実施例３では４ｍｍ、実施例４では４．５ｍｍとした。また、ロール胴部の長さおよびロール肩部の幅は実施例２〜実施例４のいずれにおいても同じとし、ロール胴部長さは４４０ｍｍ、ロール肩部の幅は左右それぞれ８０ｍｍとした。

曲がり不良率の調査結果を表４に併せて示す。曲がり不良の基準は２／１０００（ｍｍ）とし、矯正後の管１ｍ当たり２ｍｍ以上の曲がりが認められた場合、曲がり不良と判定した。曲がり不良率は、対称ロールを用いた場合、１．１５％であったが、本発明の非対称ロールを適用した場合、実施例２では、矯正後に曲がりが認められた管は皆無で、曲がり不良率は０％、実施例３では０．３９％、実施例４では０．２９で、いずれも対称ロールを用いた場合に比べて大きく低下した。

これは、本発明の非対称ロールを適用することによって、管端部の口変形を発生させずに、管に大きなオフセットを付与することができたことによるものである。

表６に、本発明の矯正方法を適用して、実操業において、長期間にわたって曲がり不良率を調査した結果を示す。対象材は炭素鋼管を主体とするが合金鋼製の鋼管も含まれている。矯正に用いたストレートナーは、２−２−２−１型であり、Ｎｏ．２スタンドおよびＮｏ．３スタンドの上下ロールに対して非対称ロールを適用した。表６において、実施例２は前記図６に示した対称ロールを適用した場合、実施例３は前記図７に示した対称ロールを適用した場合、実施例４は前記図８に示した対称ロールを適用した場合にそれぞれ対応する。

表６に示すように、対称ロールを用いた場合に比べて、非対称ロールを適用した場合は、曲がり不良率が大きく低減していることがわかる。

（実施例５）
外径１３９．７ｍｍ、肉厚７．７２ｍｍ、長さ６０００ｍｍの炭素鋼管（ＡＰＩ規格：Ｌ８０−１相当材）を対象材とし、本発明の矯正用ロールを適用して管の矯正を行い、矯正後の管端部口変形の抑制効果を調査した。なお、比較のために、通常の対称ロールを用いた場合についても同様の調査を行った。試験に供した鋼管本数は３５０本である。

使用したストレートナーは、２−２−２−１型のストレートナーである。表７にロール条件および矯正条件（クラッシュ量およびオフセット量）を示す。表７の実施例は、Ｎｏ．１スタンド〜Ｎｏ．３スタンドの上下ロールに対して非対称ロール（ＣＲ２／ＣＲ１＝１．０５〜１．１５、（Ｄ１−Ｄ２）／ｄ＝０．０２〜０．１）を適用した場合である。比較例は、Ｎｏ．１スタンド〜Ｎｏ．３スタンドの上下ロールに対して対称ロール（ＣＲ２／ＣＲ１＝１．００、（Ｄ１−Ｄ２）／ｄ＝０）を適用した場合である。

試験結果をまとめ、表７に併せて示す。矯正後の管端部口変形は、管の先端がＮｏ．２スタンド以降のロール入側肩部に当たることにより発生した。管の口元が楕円状に変形し、変形部分の長さはオフセットを大きくすると長くなった。口変形長が大きくなれば、その分切り捨て量も大きくなり、歩留りが低下する。表７から明らかなように、実施例では、管端部の口変形長が比較例に対して１／４以下という顕著な効果が得られた。

（実施例６）
外径が７３〜１４０ｍｍの炭素鋼管（ＡＰＩ規格：Ｌ８０−１相当材）を対象材とし、本発明の矯正用ロールを適用して管の矯正を行い、矯正後の管端部口変形の抑制効果および矯正後の曲がり不良率を調査した。なお、比較のために、通常の対称ロールを用いた場合についても同様の調査を行った。試験に供した鋼管本数は３５０本である。

使用したストレートナーは、２−２−２−１型のストレートナーである。表８にロール条件および矯正条件（クラッシュ量およびオフセット量）を示す。表８の実施例は、Ｎｏ．１スタンド〜Ｎｏ．３スタンドの上下ロールに対して非対称ロール（Ｒ２_１／Ｒ１、Ｒ２_２／Ｒ１：いずれも１．０５〜１．３０、（Ｄ１−Ｄ２）／ｄ＝０．０２０〜０．１００）を適用した場合であり、比較例は、Ｎｏ．１スタンド〜Ｎｏ．３スタンドの上下ロールに対して対称ロール（Ｒ２_１／Ｒ１、Ｒ２_２／Ｒ１：いずれも１．００、（Ｄ１−Ｄ２）／ｄ＝０）を適用した場合である。

試験結果をまとめ、表８に併せて示す。表８において、「評価」の欄の○印は、口変形の長さが１０ｍｍ未満で、かつ、曲がり矯正の不良率が１．２％未満の場合であり、×印は、口変形の長さが１０ｍｍ以上および曲がり矯正の不良率が１．２％以上のいずれか一方または両方に該当した場合である。

表８に示したように、本発明を適用することにより、矯正後の管端部口変形長を１０ｍｍ以下と短くすることでき、かつ、曲がり矯正の不良率も改善できることが確認できた。

本発明の管の矯正方法および本発明の矯正用ロールは、鋼管等の管の製造に有効に利用することができる。

１、１ａ、１ｂ：被矯正管、 ２：非対称ロール、
３ａ、３ｂ：ロール肩部、 ４：ロール胴部

Claims (6)

1. 上下方向に対向配置された２つの鼓形状ロールで１組をなすロール対が被矯正管の進行方向入側から連続して３組配置され、その後ろに上下いずれか片方のみにロールが配置された２−２−２−１型ストレートナーを用いた管の矯正方法であって、
   前記複数組のロール対のうち被矯正管の進行方向に対して入側から２番目および３番目に位置するロール対を構成する上下両方のロールにロール肩部の最大径部におけるロール径が左右で異なる非対称ロールを使用し、
   当該非対称ロールをロール径が小さいロール肩部が管の入側に、ロール径が大きいロール肩部が管の出側に位置するように配置することを特徴とする管の矯正方法。
   ただし、非対称ロール肩部の最大径部におけるロール径とは、当該ロールをロール軸が水平になるように配置して、同軸に垂直の方向から観察した場合の該当肩部のロール径をいう。
2. 上下方向に対向配置された２つの鼓形状ロールで１組をなすロール対が被矯正管の進行方向上に連続して３組以上配置されたストレートナーを用いた管の矯正方法であって、
   前記複数組のロール対のうち被矯正管の進行方向に対して最も入側に位置するロール対以外の少なくとも１組のロール対を構成する上下両方のロールに、ロール肩部の最大径部におけるロール径が左右で異なる非対称ロールを使用し、
   当該非対称ロールをロール径が小さいロール肩部が管の入側に、ロール径が大きいロール肩部が管の出側に位置するように配置することを特徴とする管の矯正方法。
   ただし、非対称ロール肩部の最大径部におけるロール径とは、当該ロールをロール軸が水平になるように配置して、同軸に垂直の方向から観察した場合の該当肩部のロール径をいう。
3. 上下方向に対向配置された２つの鼓形状ロールで１組をなす複数組のロール対が被矯正管の進行方向上に当該複数組のロール対間に上下いずれか片方のみに配置されたロールを介して配置されたストレートナーを用いた管の矯正方法であって、
   前記複数組のロール対のうち被矯正管の進行方向に対して最も入側に位置するロール対以外の少なくとも１組のロール対を構成する上下両方のロールに、および前記複数組のロール対間に配置された上下いずれか片方のロールに、ロール肩部の最大径部におけるロール径が左右で異なる非対称ロールを使用し、
   当該非対称ロールをロール径が小さいロール肩部が管の入側に、ロール径が大きいロール肩部が管の出側に位置するように配置することを特徴とする管の矯正方法。
   ただし、非対称ロール肩部の最大径部におけるロール径とは、当該ロールをロール軸が水平になるように配置して、同軸に垂直の方向から観察した場合の該当肩部のロール径をいう。
4. 前記非対称ロールは、両側端に形成されるロール肩部と、前記両ロール肩部間にあって被矯正管を圧下するロール胴部からなり、
   被矯正管の出側ロール肩部の最大径部におけるロール径をＤ１、入側ロール肩部の最大径部におけるロール径をＤ２とし、被矯正管の外径をｄとするとき、下記（ｉ）式および（ii）式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の管の矯正方法。
   Ｄ１＞Ｄ２ ・・・（ｉ）
   ０．００４≦（Ｄ１−Ｄ２）／ｄ≦０．２ ・・・（ii）
5. 前記非対称ロールは、当該非対称ロールをロール軸芯を含む平面で切断した断面におけるロール肩部外表面を表す曲線が円弧状をなし、当該断面内におけるロール入側肩部の曲率半径をＣＲ２とし、ロール出側肩部の曲率半径をＣＲ１としたとき、下記（iii）式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の管の矯正方法。
   ＣＲ２／ＣＲ１＞１．０ ・・・（iii）
6. 前記非対称ロールは、当該非対称ロールをロール軸芯を含む平面で切断した断面におけるロール外表面を表す曲線において、ロール胴部の外表面を表す曲線が複数個の円弧または近似された円弧で構成されており、当該複数個の円弧または近似された円弧のうち、ロール溝底部のロール外表面を通る円弧Ｃ１の曲率半径をＲ１、円弧Ｃ１よりも入側に構成された１個以上の円弧または近似された円弧の曲率半径をＲ２_i、ロール溝底部断面と円弧Ｃ１の入側終端までの距離をＡＬ、被矯正管の外径をｄとするとき、下記（iv）、（v）式を満たすことを特徴とする請求項４または５に記載の管の矯正方法。
   Ｒ２_i／Ｒ１＞１．０ ・・・（iv）
   ０≦ＡＬ／ｄ≦１．５ ・・・（v）
   ただし、ロール溝底部断面とは、ロール直径が最小値となるロール溝底部を通り、ロール軸と直交する断面である。また、Ｒ２_iの添え字ｉは円弧または近似された円弧の数である。

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