JP5103387B2 - 鋼から継目無中空体を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載された鋼から継目無中空体を製造するためのシステムに関する。

傾斜したロールの間で保持された穿孔マンドレルを介したクロス圧延によって中空のない丸鋼片（中実丸鋼片）から継目無中空体を製造するために、穿孔マンドレルは、最も狭い横断面におけるロール間隔が、利用される丸鋼片の直径と比べて１０〜１２％小さくなるように調整されている。

穿孔マンドレルは、その圧延部がロールの最も狭い横断面の前に位置づけられる。この平面は「ゴージ」とも称される。

穿孔マンドレルの先端部は、生成される中空素管が内部欠陥を持たないように、最小ロール間隔の平面（「ゴージ」平面）の前に位置づけられる。穿孔マンドレルのリーリング部と拡張部（それが存在する場合）とは、「ゴージ」の後方に配置される。詳細は、「Bander, Bleche, Rohr ６（帯・鋼板・管 ６）」，１９６５年、第４号、１８４〜１８９頁に記載されている。

この公知方法では、中空素管の直径は、利用される中空のない丸鋼片の直径に比べて５％小さい直径からかなり大きい（２０％以上大きい）直径の間となる。

公知方法では、欠陥のない中空素管に対して著しく低減された穿孔を行うことはできない。内部欠陥は、特に連続鋳造丸鋼片において現れる。

本発明の目的は、連続鋳造丸鋼片を５％を超える（＞５％）直径低減で穿孔し、且つ内部欠陥なしに穿孔することのできる傾斜圧延によって、中空のない丸鋼片から継目無中空体を製造するための装置を提供することである。

この課題は、前提部分に基づいて請求項１もしくは２の特徴部分と組合わせて解決される。

本発明の教示によれば、内部欠陥のない穿孔にとって決定的な要因は、断面減少（ロール間隔と冷側鋼片直径との比）の変量ではなく、穿孔マンドレルの先端部の前で材料および圧延機に依存した変形を維持することである。鋼片及び中空素管の直径の変量から、上記式に従ってガイド間隔および／またはロール間隔が計算される。そのことから、穿孔マンドレルの先端部の前で順守されるべき変形限界に基づいて穿孔マンドレルの先端部の位置が得られる。

実験で示されたように、搬送角の上昇および入口面角の低下に伴って変形限界Ｘは上昇する。材料依存性は、使用される鋼の塑性変形能に決定される。単純な炭素鋼の場合、変形限界Ｘは、塑性変形が困難な１３％クロム鋼と比較して大きい。

さらに実験で示されたように、算定された変形限界は、円錐角に基づいた補正係数を備えねばならず、円錐角は、搬送角がゼロ度のときの、圧延材とロール軸線との間の角度として定義される。

円錐角がゼロ度のとき（バレル穿孔機）、補正係数は１に等しく、また、補正係数は、正の円錐角（コーン穿孔機）の増大に伴って、１を超えて１．３未満（＜１．３）の値まで上昇する。

３ロール傾斜圧延機を使用する場合において、上述したのと同じ依存関係が得られるが、但し、違いとして、変形限界Ｘは、２ロール傾斜圧延機と比較して少なくとも係数１．２だけ大きい。

工具の構成は、いまや、生産境界条件を考慮して、ロール入口長と、ロール入口面角と、マンドレル長と、穿孔マンドレルの先端部の位置との間の妥協により得られたものである。

一方で考慮しなければならない点として、穿孔マンドレルのリーリング部は、「ゴージ」から直接開始しなければならず、あるいは傾斜したロールの入口部内にさえある。他方で、傾斜したロールの交換は時間を要するので、選択されたロールパス設計は、所要の塑性変形の全範囲を極力可能としなければならないであろう。

本発明に係る方法は、今日一般的な生産態様と独国特許発明第３３２６９４６号明細書で保護された方法との間のギャップを埋めるものであり、２ロール傾斜圧延機にもガイドなしの３ロール傾斜圧延機にも応用可能である。内部欠陥がなく且つ偏心率の小さな特に薄肉の中空体の製造に関して、独国特許発明第３３２６９４６号明細書により、７５〜６０％の範囲内の間隔に傾斜したロールを調整し、利用される丸鋼片の直径の８５〜７０％の範囲内の間隔にガイドを調整することが公知である。

ロール間隔およびガイド間隔を計算するための式は、
２ロール傾斜圧延機：
ロール間隔＝中空素管の直径−０．０７５×鋼片の直径
ガイド間隔＝中空素管の直径＋０．０７５×鋼片の直径
３ロール傾斜圧延機：
ロール間隔＝３／２×中空素管の直径−１／２×鋼片の直径
である。個々の傾斜圧延機のタイプと被穿孔材料は、それらの流動挙動の点で区別されるので、所望の中空素管を製造する可能性を確認し、且つロールおよび穿孔マンドレルを十分な近似で構成するのには上記式で十分である。ここで、十分な近似とは、中空素管の直径の３％未満（＜３％）の偏差のことである。

重要なことは、精密補正の際においてロール間隔およびガイド間隔と穿孔マンドレルの形状は変更してもよいが、しかしながら、穿孔マンドレルの先端部の前で臨界減少は超えてはならないことである。穿孔マンドレルの先端部の前の変形限界Ｘは、
Ｘ＝（１−（ロール間隔（穿孔マンドレルの先端部の位置）／丸鋼片の直径））％
と定義される。既に触れたように、許容された変量Ｘは、圧延機と被穿孔材料とに左右される。すべての材料が同じ寸法で穿孔されるようにこの変量を選択するのが望ましい。

提案された方法の利点は、直径２００ｍｍまでの継目無管を主として製造する圧延機の場合、連続鋳造可能なサイズを素材として利用できることにある。一般に、同じロールパス設計は、強低減穿孔から弱拡張穿孔まで行うことができる。こうして所要の丸鋼片の構成の数は、著しく減らすことができる。

こうして、例えば、直径２２０ｍｍの丸鋼片から直径１８６ｍｍの中空素管を製造することができる。通常は、そのためには直径１８０ｍｍの丸鋼片が利用され、これが僅かに拡張されるであろう。または、直径２２０ｍｍの丸鋼片から僅かに縮小しながら直径２１０ｍｍの中空素管のみを生成できるであろう。

特定の変形限界Ｘを維持しながらロール間隔およびガイド間隔を算定する例が、１実施例に基づいて説明される。

直径２２０ｍｍの鋼種Ｓｔ５２の丸鋼片から出発して、２ロール傾斜圧延機で寸法１８６×２０ｍｍの中空素管を生成する。中空素管の直径と丸鋼片の直径との比は（１８６／２２０）＝０．８４の値となり、この値は、上述の如く、それまで一般的であった最低０．９５という値よりはるかに下である。この実施例において、２ロール傾斜圧延機用にはガイドシューを備えたバレル穿孔機が使用される。

既に先に述べたように、これは、補正係数が１に等しいことを意味する。搬送角は１０°、入口面角と出口面角は３．５°である。そのことから変形限界値Ｘは６％となる。従って、丸鋼片の直径が２２０ｍｍであるので、穿孔マンドレルの先端部の位置におけるロール間隔は２０６．８ｍｍとなる。

「ゴージ」におけるロール間隔は１８６ｍｍ−０．０７５×２２０＝１６９．５ｍｍ、ガイド間隔は１８６ｍｍ＋０．０７５×２２０＝２０２．５ｍｍである。

本発明に係る装置は、略縦断面図で説明される。ここで示している片側縦断面図では、傾斜圧延機のうち上側にある二重円錐形傾斜ロール１のみが示されている。これに付随する第２の傾斜ロールと、２ロール傾斜圧延機の場合に別の平面にある円筒形を閉鎖するガイドは、ガイドシューにしろ、ディッシャディスクにしろ、ここでは簡略化のため省略されている。

傾斜ロール１の最も狭い横断面２の「ゴージ」と称される平面は破線で示されている。

第１実施例（図１）において、本来一般的ではない穿孔マンドレル３の位置をはっきり認めることができる。リーリング部４の端部は、従って圧延部５も、「ゴージ」２の前にある。穿孔マンドレルの先端部６は、丸鋼片の入口領域において前記変形限界Ｘが守られ且つ丸鋼片７が欠陥なしに穿孔されることを確保する位置にある。

特徴的なのは、丸鋼片７の直径８から中空素管１０の直径９への大きな直径の減少である。

第２実施例（図２）に示されているようにロールの入口面角を変更すると、穿孔マンドレルの先端部の前の許容された変形を維持しながら、「ゴージ」の後方に穿孔マンドレルのリーリング部が位置づけられることにより、直径が低減された対応する中空素管を製造することができる。図３の図示に対応して、大きな入口面角は、多少の小さな変形限界Ｘをもたらす。

図４は、補正係数と円錐角との依存関係を示している。

第１実施例を示している図である。 第２実施例を示している図である。 変形限界と搬送角との関係を示している図である。 補正係数と円錐角との関係を示している図である。

Claims (9)

1. １つの圧延部と少なくとも１つのリーリング部とを有するとともに傾斜したロールの間で保持されている穿孔マンドレルを備えた２ロール傾斜圧延機によって、円筒形を閉鎖するガイドを用いながら、中実丸鋼片から該中実丸鋼片の直径の９５％未満の直径を有する継目無中空体を製造するための方法であって、利用される丸鋼片の直径に関して最も狭い横断面における前記ロールの間隔が調節され、前記穿孔マンドレルの位置が前記ロールの前記最も狭い横断面を基準に調整されているものにおいて、
   入ってくる前記中実丸鋼片が、前記穿孔マンドレルの先端部の前で、使用される鋼の塑性変形能と調整された搬送角と前記ロールの入口面角とに依存した変形限界Ｘを維持し、工具の間隔が、３％未満（＜３％）で以下の式：
   ロール間隔＝中空素管の直径−０．０７５×丸鋼片の直径
   ガイド間隔＝中空素管の直径＋０．０７５×丸鋼片の直径
   を介して算定され、
   前記変形限界Ｘが、（１−（前記穿孔マンドレルの前記先端部の位置における前記ロール間隔）／前記丸鋼片の直径）％と定義されていることを特徴とする方法。
2. １つの圧延部と少なくとも１つのリーリング部とを有するとともに傾斜したロールの間で保持されている穿孔マンドレルを備えた３ロール傾斜圧延機によって、中実丸鋼片から該中実丸鋼片の直径の９５％未満の直径を有する継目無中空体を製造するための方法であって、利用される丸鋼片の直径に関して最も狭い横断面における前記ロールの間隔が調節され、前記穿孔マンドレルの位置が前記ロールの前記最も狭い横断面を基準に調整されているものにおいて、
   入ってくる前記中実丸鋼片が、前記穿孔マンドレルの先端部の前で、使用される鋼の塑性変形能と調整された搬送角と前記ロールの入口面角とに依存した変形限界Ｘを維持し、工具の間隔が、３％未満（＜３％）で以下の式：
   ロール間隔＝３／２×中空素管の直径−（１／２）×丸鋼片の直径
   を介して算定され、
   前記変形限界Ｘが、（１−（前記穿孔マンドレルの前記先端部の位置における前記ロール間隔）／前記丸鋼片の直径）％と定義されていることを特徴とする方法。
3. 前記搬送角の上昇および前記入口面角の低下に伴って、前記変形限界Ｘが上昇することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記塑性変形能の低下に伴って、前記変形限界Ｘが小さくなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
5. 算定された前記変形限界Ｘが、円錐角に依存した補正係数を備え、前記円錐角が、前記搬送角がゼロ度のときの圧延材とロール軸線との間の角度と定義されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記円錐角がゼロ度のときに前記補正係数が１に等しく、正の前記円錐角の上昇のときに前記補正係数が１よりも大きく且つ１．３未満の値であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記３ロール傾斜圧延機の場合、その他は同じ依存関係において、前記変形限界Ｘは２ロール傾斜圧延機と比較して少なくとも係数が１．２だけ大きいことを特徴とする請求項２ないし６のいずれか一項に記載の方法。
8. 肉厚が前記中空素管の直径の１０％以下のとき、圧延方向から見て、前記穿孔マンドレルの前記リーリング部が、「ゴージ」から始まって延在していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記穿孔マンドレルの前記リーリング部が、傾斜した前記ロールの入口部にあることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。

Images