JP5093119B2 - 絞り圧延機用孔型ロール及び絞り圧延機 - Google Patents

Description

本発明は、主に管の製造に使用される絞り圧延機用の孔型ロール及び絞り圧延機に関する。より詳しくは、本発明は、肉厚、外径、材質等のパラメータが異なる複数種類の管を異なる条件で絞り圧延した場合であっても、角張り(polygonization)の直接的な発生原因である周方向の増肉分布の不均一な変動を著しく抑制でき、これにより、角張りの発生を事実上解消することができる絞り圧延機用孔型ロール及び絞り圧延機に関する。

絞り圧延機（レデューサー）として最も一般的なサイザおよびストレッチ・レデューサーは、通常は２ロール式又は３ロール式の孔型ロールを備えた管圧延スタンドを複数基（例、８〜２８基）タンデムに配置することにより構成される。例えば、３ロール式孔型ロールを使用する３ロール式絞り圧延法では、隣り合うスタンドにおける孔型ロールが互いに６０度の位相角（位相差）を有するように孔型ロールが配置される。管の内部に工具を挿入せずに、ストレッチ・レデューサーの場合には隣接スタンド間で管に張力をかけながら、各孔型ロールが有する楕円形状の孔型により管が圧延される。それにより、管の外径が大幅に絞られると同時に、肉厚も一般にはサイザの場合は厚く，ストレッチレデューサの場合は薄くなる。２ロール式孔型ロールを使用する２ロール式絞り圧延法では、隣接スタンド間の孔型ロールの位相差は９０度となる。

ロール孔型が楕円形状であるため、孔型ロールで絞り圧延される管は、孔型のロール回転軸方向における中央部（溝底部と呼ばれる）では強く圧下され、孔型の両端部（溝底部の両側のフランジ部の端部）に近づくほど弱く圧下される。管の内部に工具が存在しないので、管が圧延スタンドを数パス通過すると、管の内面の横断面形状が六角形（２ロール式絞り圧延法では四角形）を呈する現象である、いわゆる角張りを生じる。

角張りを生じた管は、その内面の横断面形状が多角形になるが、絞り圧延機で仕上げられた管の外面はほぼ真円である。そのため、管はその周方向における肉厚が周期的に（３ロール式の場合は３回もしくは６回ずつ）増減する肉厚の変動（偏肉）を示す。角張りは、仕上げ外径に対する仕上げ肉厚の比が８％以上の中肉管又は厚肉管を絞り圧延機により圧延した時に特に生じやすいことが知られている。

下記特許文献１、２に記載されているように、この角張りの程度は，ロール溝底入口面からロール出口面までの距離ＣＬＧに対するエッジ部入口面からロール出口面までの距離ＣＬＥの比（ＣＬＥ／ＣＬＧ）で示されるロール孔型の矩形率に依存して変動する。その対策として、この矩形率を適切に選択するための矩形率設計方法が知られている。

特許文献３は、複数の孔型ロールスタンドにおいて各スタンドでの加工量を適正化することにより角張りを抑制することを開示している。特許文献４は、ストレッチ・レデューサーの各スタンドを回転駆動させる駆動電動機の回転数を制御することによって、圧延された管の総伸び率が一定となるように各スタンドでの孔型ロールの回転数を適正化し、それにより角張りを最小にすることを開示している。

特許文献５は、管の絞り圧延において管を部分的に水冷することにより角張りを抑制することを開示している。特許文献６、７は、定径圧延における角張りを、各スタンドの圧下位置の調整によって抑制することを開示している。特許文献８〜１０は、管の絞り圧延においてスタンド毎のロールの位相角を適正化することにより角張りを抑制することが開示されている。

特許文献１:特開平７−３１４０１３号
特許文献２:特開平８−１９８０８号
特許文献３:特開平１１−１５１５０６号
特許文献４:特開２００１−７１０１２号
特許文献５:特開２００１−１２９６０３号
特許文献６:特開２０００−１５８０１５号
特許文献７:特開２０００−３３４５０４号
特許文献８:特開２００５−４６８７４号
特許文献９:特開２００５−３０５４４７号
特許文献１０:特開２００５−１６９４６６号
しかし、特許文献１〜３に開示される手法では、管の肉厚や張力等の条件の変動に応じて変動する角張り量を、条件によらずに常に一定の範囲に抑制することはできない。同様に、特許文献４ならびに特許文献６、７に開示される手法も、発生する角張りの量を僅かに減少させるにすぎず、条件の変動によらずに角張りを一定の範囲に抑制することはできない。

特許文献５に開示される手法は、角張りの主な原因が管の偏熱であることを前提とする。しかし、圧延中に管の温度を局部的に水冷すると、冷却水が所望の部位以外の他の部位にも不可避的に飛散又は流出するので、管の特定部位のみを温度調整することは極めて困難である。したがって、この手法では角張りの抑制効果を安定して発揮することは困難であると考えられる。

特許文献８〜１０に開示される手法を実施するには、スタンド毎に孔型ロールの位相角を調整する必要がある。このため、絞り圧延の設定条件を変更しなければならず、角張りの直接的な発生原因である孔型の矩形率が変動するので、角張りの抑制効果を安定して発揮できない。

このように、特許文献１〜１０に開示された従来の手法では、ストレッチ・レデューサーにおいて肉厚等のパラメータが異なる複数種の管を異なる条件で絞り圧延した場合に、角張りが実質的に発生しないように角張りを常に安定して抑制することは極めて難しい。本発明はこのような難点が解消された絞り圧延機用孔型ロールを提供する。

本発明に係る絞り圧延機用孔型ロールは、ロール軸方向の中央を含む溝底部とこの溝底部の両側に隣接するフランジ部とを有する孔型を備え、孔型の表面が、その溝底部における被圧延材との摩擦力が、そのフランジ部における被圧延材との摩擦力よりも大きくなるようなロール軸方向の摩擦分布を有すること、及び、溝底部がフランジ部より大きな表面粗度を有することを特徴とする。

本明細書において孔型ロールの孔型の「溝底部」とは、孔型の最も深い点（通常は孔型の軸方向中点）と最も浅い点（両端）とをスタンド中心から望んだ角度の中間点（角度を二等分する直線と孔型表面との交点）よりも深い側の領域を意味する。本明細書において孔型ロールの孔型の「フランジ部」とは、孔型からこの溝底部を除いて残る溝底部の両側の二つの領域、すなわち孔型の最も深い点と最も浅い点とをスタンド中心から望んだ角度の中間点よりも浅い側の二つの領域を意味する。

「ロール軸方向」とは、いうまでもなく、回転駆動される孔型ロールの回転軸の方向を意味する。３ロール式孔型ロールの場合、３つの孔型ロールは互いに１２０度ずつ異なるロール軸方向を有する。

孔型の溝底部におけるロール表面と被圧延材との摩擦力が一定ではなく溝底部内でロール軸方向に変動する場合には、その平均値を溝底部の摩擦力とする。その場合、溝底部のロール軸方向の中央において摩擦力が最も高くなるようにすることが好ましい。孔型のフランジ部の摩擦力についても同様に、変動する場合には平均値をとる。

本発明に係る絞り圧延機用孔型ロールは、孔型の溝底部がフランジ部より大きな表面粗度を有することにより、上記の摩擦分布が形成される。なお、溝底部およびフランジ部の表面粗度も、それぞれの領域内で変動する場合には平均値をとる。

別の観点からは、本発明は、上記の本発明に係る孔型ロールと、孔型表面に上述したロール軸方向の摩擦分布を形成するための摩擦分布形成手段とを備え、この摩擦分布形成手段が、孔型の溝底部の表面粗度とフランジ部の表面粗度とが異なるように孔型表面の軸方向に少なくとも一部の周面領域を加工することができる表面加工装置であることを特徴とする絞り圧延機である。

表面加工装置は、孔型ロールを絞り圧延機に組み込んだままで研削できるオンラインロール研削装置であることが望ましい。潤滑性調整剤とは、潤滑剤（減摩剤）および増摩剤の両方を含む意味である。

本発明によれば、角張りの直接的な発生原因である周方向の増肉分布の広がりを根本的に改善できる。その結果、肉厚、外径，材質等のパラメータが異なる複数種の管を異なる条件で絞り圧延しても、角張りの発生を実質的に解消することができる。

絞り圧延において管に生じる軸方向歪みと周方向歪みとの関係を示す説明図である。 絞り圧延機による圧延においてｉスタンドとそのすぐ下流のｉ＋１スタンドにおける管の円周方向に生じる増肉量の分布を示す説明図である。 実施形態１の孔型表面のロール軸方向における摩擦分布の一例を示す説明図である。 摩擦分布の別の例を示す図３と同様の図である。 摩擦分布のさらに別の例を示す図３と同様の図である。 孔型ロールの孔型表面を孔型周方向に沿って区分して異なる表面加工を行う場合を示す説明図である。 オンラインロール研削装置の一例を模式的に示す説明図である。 オンラインロール研削装置の他の例を模式的に示す説明図である。 Type 1およびType 2の潤滑性調整剤塗布装置を模式的に示す説明図である。 実施例において各ロールに生じた偏肉成分量を示すグラフである。 肉厚１２ｍｍの管を絞り圧延した時の各スタンドでの管の外半径、内半径及び偏肉（角張り）の変化を比較例（摩擦分布なし）と本実施例（摩擦分布あり）とで対比して示すグラフである。 肉厚８ｍｍの管を絞り圧延した時の各スタンドでの管の外半径、内半径及び偏肉（角張り）の変化を比較例（摩擦分布なし）と本実施例（摩擦分布あり）とで対比して示すグラフである。 肉厚３ｍｍの管を絞り圧延した時の各スタンドでの管の外半径、内半径及び偏肉（角張り）の変化を比較例（摩擦分布なし）と本実施例（摩擦分布あり）とで対比して示すグラフである。

以下、本発明に係る絞り圧延機用孔型ロール及び絞り圧延機について、添付図面を参照しながらより具体的に説明する。以下では、絞り圧延機において最も一般的な３ロール式孔型ロールを例にとって説明するが、本発明に係る絞り圧延機用孔型ロールは、２ロール式あるいは４ロール式の孔型ロールにも同様に適用することができる。

図１は、絞り圧延において管１に生じる軸方向歪みφ_ｌと肉厚方向歪みφ_ｒとの関係を、第１スタンドと第２スタンドでの圧延を例にとって示す説明図である。
この図に示すように、管１の軸方向の歪みφ_ｌは周方向の全周でほぼ均等であることが、管軸方向の歪み（伸び）を示す図１のグラフの上半分において、１−Ｆ，１−Ｃ，１−Ｇならびに２−Ｆ，２−Ｃ，２−Ｇのプロットがほぼ重なることからわかる。一方、管１の周方向の歪み（圧縮）を示す図１のグラフの下半分からは、周方向の歪みφ_θが管１の横断面において周方向に変動することがわかる。管軸方向の歪みと周方向の歪みと厚み方向の歪みとの和は、管の体積が不変であるため一定値となる。従って、厚み方向歪みφ_ｒも管１の横断面において周方向に変動する。すなわち、図１のグラフの下半分において、１−Ｆ，１−Ｃ，１−Ｇならびに２−Ｆ，２−Ｃ，２−Ｇのプロットは、特に第１スタンドでの圧延の開始から第２スタンドでの圧延終了までは、溝底部とフランジ部とその中間点とで大きく異なっている。この図から、溝底部より圧縮歪みが小さい、溝底部とフランジ部の中間点で増肉が発生していることが読み取れる。

本発明者は、この肉厚方向の歪み分布、つまり増肉分布の不均一なパターンが、孔型ロールのフランジ側の摩擦係数と溝底部の摩擦係数とを変化させることにより変動すること、及びこの現象を利用することにより角張りの直接的な発生原因である周方向の増肉分布を抑制できることを見いだした。

図２は、孔型ロールの孔型のロール軸方向における摩擦係数分布のパターンをＡ〜Ｃの３種類に変化させた場合に、最終スタンド以外の特定のｉスタンドで絞り圧延を行った後に管の周方向に生じる増肉分布と、それより１つ下流の（ｉ＋１）スタンドで絞り圧延を行った後に管の周方向に生じる増肉分布とを示す説明図である。図中、横軸の溝底とは溝底部の最も深い中央を、フランジとは孔型の端部（フランジ端部）を意味する。横軸は溝底部を０度、フランジ端部を６０度とする、溝底から一方のフランジに向かう管の円周方向位置で示す。

図２から、角張り（６角張り）が形成される様子と形成される角張りのパターンを説明することができる。パターンＣは、前述した特許文献に開示されているような、矩形率を設計パラメータとする従来の設計方法を用いて孔型形状が決定された孔型を用いて、ロール軸方向への摩擦係数を調整しない場合を示す。溝底からフランジ端部への増肉パターンは凹状カーブを描く。このパターンＣの孔型と同じ孔型を用い、溝底部の摩擦係数を徐々に大きくしていくと、増肉のパターンはパターンＢ、さらにパターンＡへと変化していく。各スタンドにおいて、パターンＣの増肉が蓄積されると、右図に示すｉ＋１スタンドでの増肉量の変動が積み重なって、絞り圧延終了後の管には花弁状の角張りが発生する。一方、各スタンドにおいてパターンＡの増肉が蓄積されると、絞り圧延終了後の管には星状の角張りが発生する。これに対し、各スタンドにおいてパターンＢの増肉が蓄積されても、ｉ＋１スタンドでの増肉量に示すように、溝底からフランジにかけて一様な増肉量であるため、角張りが発生しない。

これらの知見から、本発明に従って、孔型ロールを用いて管の絞り圧延を行う際に、適宜手段によって、孔型の溝底部におけるロール表面の被圧延材との摩擦力を、孔型のフランジ部におけるロール表面の被圧延材との摩擦力よりも大きくすれば、すなわち、フランジ部の摩擦係数が溝底部の摩擦係数よりも小さくなるような摩擦係数分布を孔型表面に付与すれば、肉厚が異なる管に対して異なる条件で絞り圧延を行っても、角張りの直接的な発生原因である管の周方向への増肉分布の変動幅を最小限にとどめることができ、これにより角張りを小さくして、実質的に解消できる。

次に、本発明に係る絞り圧延機用孔型ロールとこれを備える絞り圧延機の好ましい実施態様について説明する。
（実施態様１）
本実施態様の絞り圧延機用孔型ロールは、孔型それ自体の表面の摩擦係数がロール軸方向において変動する。すなわち、孔型表面は、ロール軸方向の中央を含む溝底部における摩擦係数が、溝底部の両側のフランジ部における摩擦係数よりも大きくなるようなロール軸方向の摩擦分布を有する。

図３は、このような摩擦分布の一例を示すグラフであり、後述する実施例で効果を示す例においてロールに付与された摩擦分布である。図中の「周方向角度」とは、孔型表面を管の円周に沿って管軸から見た時の角度であり、０度は、孔型の溝底部の最も深い地点を意味する。３ロール式孔型ロールでは、フランジ両端での周方向角度は±６０度である。

図示例では、孔型ロールの孔型表面は、ロール軸方向の中央を含む溝底部の少なくとも一部における摩擦力を示す摩擦係数が０.３であり、この溝底部に隣接する両側のフランジ部における摩擦力を示す摩擦係数が０.１となる、ロール軸方向の摩擦分布を有する。溝底部のフランジ部に近い一部は摩擦係数が０.１であるが、溝底部の摩擦係数は平均するとフランジ部の摩擦係数の０.１より大きい。

ただし、孔型ロールの孔型表面のロール軸方向の摩擦分布は、図３のグラフに示す段階的な変動を有するものに限られない。むしろ、上述した知見に照らすと、ロール軸方向の中央から端部に向かって摩擦係数が徐々に低減する図４に示す摩擦分布、或いはロール軸方向の中央からフランジ部のある地点まで摩擦係数が徐々に低減し、その後は摩擦係数が低いまま横ばいとなる図５に示す摩擦分布の方がより望ましい。

これら図３〜５のグラフは摩擦係数の最大値が０.３に設定された場合の例であるが、摩擦係数の最大値は０.３である必要はなく、例えば０.４や０.２５といった他の値をとることができる。また、これらのグラフでは摩擦係数の最小値が０.１に設定された場合を示すが、最小値も０.１である必要はなく、例えば０.０５や０.１５といった他の値をとることができる。

本実施形態では、ロール軸方向の中央を含む溝底部におけるロール表面が摩擦力が、溝底部に隣接するフランジ部におけるロール表面の摩擦力よりも大きくなるように、孔型表面の摩擦係数の分布が調整されればよく、摩擦係数の値を特定の範囲に制限する必要はない。

上述したように、孔型ロールの孔型表面の摩擦係数は、溝底部及びフランジ部のいずれについても、例えば、図４又は図５に示すように変動する場合には、平均値である。すなわち、溝底部とフランジ部のいずれも、摩擦係数の平均値で比較して、溝底部の摩擦係数がフランジ部の摩擦係数より大きければよい。本発明の効果を十分に達成するには、この平均値での溝底部とフランジ部との摩擦係数の差が０.０５以上であることが好ましい。

本実施形態の絞り圧延機用孔型ロールでは、ロール軸方向の中央を含む孔型の溝底部の表面粗度が、この溝底部の両側のフランジ部の表面粗度より大きい。それにより、上述した摩擦分布を有する孔型ロールが得られる。

例えば、図６に断面を示すように、絞り圧延機用孔型ロールの孔型周長（管の周方向に測定した孔型周面の長さ）５を管の周方向に３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃに３等分し、中央に位置し、孔型が最も深い孔型周長の中央を含んでいる領域Ｂのみに対して孔型表面の粗面化加工を施すことにより、領域Ｂにおける摩擦力が領域Ａ、Ｃにおける摩擦力よりも大きくなるようなロール軸方向の摩擦分布を形成することができる。

しかし、本発明はこのように、摩擦係数の分布領域が３等分される態様に限定するものではなく、ロール軸方向の中央を含む溝底部の一部又は全部と、この溝底部に隣接する二つのフランジ部（溝底部の残りを含んでいてもよい）とに３つに分割されればよい。この場合は、図３に示したような摩擦分布が形成される。

領域Ｂに対する孔型表面の粗面化加工は、例えば、中央部の領域Ｂ以外、すなわち領域Ｂの両端に位置する二つの領域Ａ、Ｃをマスキングしてから、ショットブラスト加工により行うことができる。その他、グラインダを用いて、例えば格子一辺の長さが３ｍｍとなるように格子状に表面疵を付ける方法や、後述する表面凹凸を形成する機械加工を行う方法を用いてもよい。

本実施形態の絞り圧延機用孔型ロールは、孔型表面を、ロール軸方向に沿って表面粗度が前述したように変化するように加工することによって製造できる。このようなロール表面加工手段として、ショットブラスト加工、グラインダ加工が例示される。また、予め機械加工する方法として、ディンプル加工、グリッド加工等といった、ロール表面に機械的に表面凹凸を設ける加工手段が例示される。

これらの表面加工手段を適宜組み合わせることにより、ロール軸方向の中央を含む溝底部の少なくとも一部における表面粗度が、この溝底部に隣接する両側のフランジ部における表面粗度よりも大きくなるようにする。ロールの孔型表面をまず旋盤で切削して鏡面状に加工し、これに上述した各種の表面加工手段を付加することによって、孔型表面に凹凸形状がロール軸方向に沿って変化する微小な凹凸を形成する。微視的には、この凹凸に管が引っ掛かることによって摩擦力が高まるので、管との摩擦力がロール軸方向に変化する摩擦分布が得られる。孔型表面が図４又は図５に示したような徐々に変化するロール軸方向の摩擦分布を有する孔型ロールを、機械加工および／または表面加工により形成することも可能である。

本実施形態の絞り圧延機用孔型ロールは、ロール軸方向の中央を含む溝底部における管との摩擦力が、溝底部に隣接するフランジ部における管との摩擦力よりも大きいという、管との摩擦力がロール軸方向に一定でない摩擦分布を有するので、特にフランジ側へ向かう方向のメタルフローを抑制することができ、これにより、周方向の増肉分布が適正化され、角張りの発生が抑制される。

なお、管の全周で周方向へのメタルフローを抑制することが望ましいのはいうまでもないが、摩擦力を極端に低下すると被圧延材がロールに噛み込まなくなるので、溝底部には相応の摩擦力があるほうが望ましい。その意味で溝底部の中央でのロール表面の被圧延材との摩擦力は、平均で０.２以上であることが好ましい。

本実施形態に係る絞り圧延機は、上述した孔型ロールと、上述した摩擦分布を形成するための摩擦分布形成手段とにより構成される。
摩擦分布形成手段は、孔型のロール軸方向での中心を含む溝底部と、この溝底部に隣接する両側のフランジ部とが異なる表面粗度を有するように加工することができる表面加工装置とすることができる。

この表面加工装置は、孔型ロールを絞り圧延機に組み込んだままで研削することができるオンラインロール研削装置もしくは表面加工装置であることが望ましい。絞り圧延機用孔型ロールの孔型の表面状態は孔型ロールの使用に伴って変化し、凸部が摩耗することにより表面の凹凸（表面粗度）が次第に小さくなる。そこで、本実施形態では、ロールパス数とロール表面状態の変化との関係に基づいて孔型のロール表面の凹凸の高さ又は深さが所定値以下に減少する時点、若しくは偏肉の抑制効果が著しく減少する時点を経験的に把握しておき、その経験値に基づいて研削タイミングを決定し、この研削タイミングに基づいてオンラインロール研削装置もしくは表面加工装置を用いて、オンラインで孔型ロールの孔型に対して、溝底部の表面粗度、従って摩擦力がフランジ部より大きくなるように表面加工を施す。この表面加工は通常は溝底部のみに施せばよいが、必要であれば、フランジ部に施すことも可能である。

図７、８は、それぞれ、本実施形態で用いることができるオンラインロール研削装置１０、１１を模式的に示す説明図である。これらのオンライン研削装置１０、１１はいずれも例示であって、これら以外の構成でもオンラインで孔型ロール１２の孔型に沿ってロール表面を研削できるものであれば使用できる。どちらの例も、管が通過しないタイミングで研削する。すなわち、通常の継目無管の製造工程では、絞り圧延機での圧延時間が５秒間前後であるのに対して圧延ピッチは１０秒〜数十秒であるので、５秒以上の待ち時間がある。その待ち時間に孔型表面を研削することができる。

図７に示すオンラインロール研削装置１０は、ロール切削に用いるのと同じ形状の砥石１３を用いて切削量をアクチュエーター１４により調整する。計算機１５から出力される押込量に基づいてアクチュエーター１４の押込量を制御することによりロール切削を開始し、アクチュエーター１４を使って砥石１３を引き戻すことによりロール研削を終了する。

本例に示すように、アクチュエーター１４と計算機１５とをネットワークで接続し、アクチュエーター１４の動きや動作タイミング等を計算機１５から指示できるように構成することが望ましい。

一方、図８に示すオンラインロール研削装置１１は、板圧延で一般に用いられるオンラインロール研削装置１６と、これをロール孔型方向へ移動させるためのアクチュエーター１７とから構成され、研削位置を２軸方向に制御可能である。アクチュエーター１７を使って砥石を押し込むことにより切削を開始し、アクチュエーター１７を使って砥石を引き戻すことにより切削を終了する。

いずれの場合も、アクチュエーターを計算機にネットワークで接続し、アクチュエーターの動きや動作タイミングを計算機から指示できるようにすることが望ましい。また、いずれの場合も、使用する研削装置は、孔型ロールの溝底部の少なくとも一部を研削できるように動作させ、この装置に装着した砥石は所望の表面粗度を付与できるようなものとする。全てのスタンドのこのようなオンライン研削装置を設けることが好ましいが、全スタンド又は複数スタンドで一台のオンライン研削装置を共有することも可能である。また、２種以上の砥石を使用して、溝底部の表面粗度の方が大きくなるように溝底部とフランジ部とに異なる表面を付与することもできる。

なお、本実施形態では、本発明で示したロール表面の摩擦分布を与える方法に加えて、それでも角張りを防止しきれない場合には，従来の設計技術に従って、圧延機全体のストレッチ、ロール回転数の設計等を適宜変更して、角張りを抑制する効果を補助することが望ましい。いずれかのスタンドで孔型ロールに潤滑剤を塗布する場合、次に説明する実施形態２とは異なり、潤滑剤は孔型ロールの表面に均一に塗布すればよいが、実施形態２に説明するように、潤滑剤の塗布量または種類を変化させてもよい。
（実施形態２）
本実施形態の絞り圧延機用孔型ロールは、上に説明した実施形態１とは異なり、孔型ロールの孔型の表面粗度は、ロール軸方向の中央を含む溝底部と、この溝底部に隣接する両側のフランジ部とで同一でよい。すなわち、孔型表面全体が一様な表面粗度を有するものでよい。代わりに、溝底部の少なくともロール軸方向中央を含む一部におけるロール表面への潤滑剤の塗布量をフランジ部のロール表面への塗布量より少なくする。その結果、孔型表面は、溝底部における摩擦力がフランジ部における摩擦力よりも大きくなるようなロール軸方向への摩擦分布を有する。

このような摩擦分布は、潤滑剤の量ではなく、その種類を変化させる、すなわち、フランジ部にはより潤滑性の高い（減摩作用の大きい）潤滑剤を、溝底部にはより潤滑性が低い潤滑剤か、あるいは増摩剤を使用することによっても得ることができる。すなわち、塗布は潤滑剤と増摩剤とを含む少なくとも１種の潤滑性調整剤により行うことができる。また、潤滑性調整剤の種類と量の両方を上記のように変化させることも可能である。

本実施形態の絞り圧延機では、摩擦分布形成手段として、溝底部の少なくともロール軸方向中央を含む一部における潤滑性調整剤の塗布量及び／又は種類が、フランジ部における潤滑性調整剤の塗布量及び／又は種類と異なるように塗布することができる潤滑性調整剤塗布装置を備える。この潤滑性調整剤塗布装置は、孔型ロールのロール軸方向での位置に応じてムラをつけて孔型表面に潤滑性調整剤を例えば噴霧により塗布できるものであればよい。

例えば、潤滑性調整剤塗布装置は、潤滑性調整剤を吹き付ける潤滑性調整剤噴霧装置と、この潤滑性調整剤をロール表面へ確実に付着させるためにロール表面に存在するロール冷却水を噴き飛ばす冷却水除去装置とを備える。潤滑性調整剤噴霧装置は、潤滑性調整剤を孔型のロール軸方向位置に応じて変化する量で潤滑性調整剤を吹き付けることができるか、又は一部の部位のみ（すなわち、ロール軸方向中央を含む溝底部の少なくとも一部）に潤滑性調整剤を吹き付けることができる装置であればよい。

図９は、この潤滑性調整剤噴霧装置の二つの例（Type 1、Type 2）の構成を模式的に示す説明図である。Type 1では、孔型ロールの孔型のフランジ部をめがけて潤滑性調整剤を吹きつけることができる１系統の潤滑ノズルを備える。潤滑性調整剤塗布量は調整弁により制御される。一方、Type 2は、それぞれ独立した調整ノズルを備えた潤滑ノズルを２系統備えている。すなわち、主にフランジ部に潤滑性調整剤を吹きつける潤滑ノズルａと溝底部に潤滑性調整剤を吹きつける潤滑ノズルｂとを備え、潤滑性調整剤の種類および／または塗布量を互いに独立して制御することができる。もちろん、調整弁を３系統以上備えることにより、孔型のロール表面への潤滑性調整剤の塗布量をより細かく制御するほうが望ましい。

潤滑性調整剤の塗布量を制御する調整弁の開き量は、手動で制御しても構わないが、計算装置と連結して、計算装置と連動して制御するほうが好ましい。また、複数系統の潤滑ノズルを備える場合、系統毎に潤滑性調整剤の種類を変えられるようにして、フランジ側ほど摩擦係数低減作用が大きい潤滑性調整剤を塗布することがより望ましい。

潤滑性調整剤としては、絞り圧延に一般に用いられる圧延用潤滑剤もしくは増摩剤が利用できる。孔型表面への潤滑性調整剤の塗布量は、ロール軸方向において変化させる、例えば、ロール軸方向の中央部（溝底部の少なくとも一部）には潤滑性調整剤を塗布しないか、フランジ部の塗布量より少なくする（例、１／３にする）ことが例示される。

潤滑性調整剤としては、摩擦係数を高くするための増摩剤と、通常のロール潤滑で用いられる「潤滑油」とを併用することが望ましいが、潤滑油のみでもよい。
増摩剤としては、例えばシリコン粉体及びグリースベースのものが使用できる。潤滑油としては、例えば合成エステル系のものが使用できる。これらの一般に使用される増摩剤と潤滑油とを、溝底部とフランジ部との間で配合比や種類を適宜変更して用いればよい。

以上に説明した実施形態１および２のいずれにおいても、肉厚等の異なる複数種類の管を異なる条件で絞り圧延した場合には、その条件で図２に示すような増肉量の変化を調べておき、増肉分布を抑えるのに有効な孔型ロールの孔型表面のロール軸方向の摩擦分布を決定する。この摩擦分布が得られるように、孔型表面のロール軸方向への表面粗度の分布又は潤滑性調整剤の塗布を行うことにより、角張りの直接的な発生原因である周方向への増肉分布を著しく抑制でき、これにより角張りの発生を実質的に解消することができる。

スタンド数が４の絞り圧延用モデルミルを用いた冷間圧延（抽伸）により、直径６０ｍｍ、長さ４００ｍｍ、肉厚１２ｍｍ、８ｍｍ又は３ｍｍの３種の管を絞り圧延に供した。
ケース１は、孔型表面の全面に一様にショット加工した孔型ロールを用いた比較例であり、ケース２は、図６に示すように、孔型表面を周長に沿って３等分し、中央の１／３の溝底部部分を上と同じ条件でショット加工し、ロール軸方向の中央を含む溝底部の管との摩擦力が、その両側のフランジ部の管との摩擦力よりも大きくなる摩擦分布を有する孔型ロールを用いた本発明例である。なお、モーター回転数は、スタンド間無張力を目標に、表１に示すように設定した。

図１０は、本発明例、比較例の各ロールによって生じる偏肉成分（１次成分、２次成分、４次成分、６次成分）の量を比較して示すグラフである。この偏肉成分とは、円周方向の肉厚の分布をフーリエ解析により周波数解析し、肉厚が円周方向に１周の間に１回変動する成分が１次成分、２回変動する成分が２次成分、ｎ回変動する成分がｎ次成分の意味である。

図１０に示すように、上述した摩擦分布を設けることは、ロール摩擦分布と２次成分、４次成分には相関しないものの、６次成分は低減され、これにより偏肉の程度を抑制できることが分かる。なお、１次成分は抽伸時のばらつきであると推定される。

図１１〜１３は、それぞれ素管の肉厚が１２ｍｍ、８ｍｍおよび３ｍｍの場合について、本発明例と比較例について各スタンドにおける管の外半径（図中では外径）、内半径（図中では内径）及び肉厚の角張り（図中では偏肉）の変化を示すグラフである。図１１〜１３のグラフでは、正負を比較できるよう、天地方向が極値をとる成分（具体的には６次成分）のみを抽出して示しており、値が厚い／大きい方向を正とした。

図１１〜１３にグラフで示すように、肉厚が１２ｍｍ、８ｍｍおよび３ｍｍと変動しても、全ての肉厚において、摩擦分布のある本発明例が摩擦分布のない比較例より６角張りの増加量に関して優れている（偏肉が少ない）ことがわかる。

Claims (4)

1. ロール軸方向の中央を含む溝底部とこの溝底部の両側に隣接するフランジ部とを有する孔型を備えた絞り圧延機用孔型ロールであって、前記孔型の表面が、その溝底部における被圧延材との摩擦力がそのフランジ部における前記被圧延材との摩擦力よりも大きくなるロール軸方向の摩擦分布を有すること、及び、前記溝底部が前記フランジ部より大きな表面粗度を有することを特徴とする絞り圧延機用孔型ロール。
2. 前記摩擦分布が、ロール軸方向の中央から端部に向かって摩擦係数が徐々に低減する摩擦分布、又はロール軸方向の中央から端部に向かって摩擦係数が徐々に低減し、その後は摩擦係数が低いまま横ばいとなる摩擦分布である請求項１に記載の絞り圧延機用孔型ロール。
3. 請求項１又は２に記載の絞り圧延機用孔型ロールと、孔型表面に前記ロール軸方向の摩擦分布を形成するための摩擦分布形成手段とを備え、前記摩擦分布形成手段が、孔型の溝底部の表面粗度とフランジ部の表面粗度とが異なるように孔型表面の軸方向に少なくとも一部の周面領域を加工することができる表面加工装置であることを特徴とする絞り圧延機。
4. 前記表面加工装置が、絞り圧延機用孔型ロールを絞り圧延機に組み込んだままで研削することができるオンラインロール研削装置である請求項３に記載の絞り圧延機。

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