JPH05305321A - 鋼管圧延機の管端テーパ圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マンドレルミル等の鋼管圧延機において、制
御対象となるスタンドの上流側に位置するスタンドが零
以上である場合の管前端のロール圧下制御において、制
御のタイミングを正確に取りうる管端テーパ圧延。 【構成】 絞り圧延機にて所定の内径、外径に絞って管
を製造する際に、前記絞り圧延機での管の圧延時に生じ
る管前端部の厚肉化を相殺するために、孔型ロールを備
えるスタンドを１以上有する鋼管圧延機において、管前
端から中央部に向けて厚肉となるようにテーパ状に薄肉
化すべく、前記孔型ロールの圧下制御を行う鋼管圧延機
の圧下制御方法において、制御対象となるスタンドにお
ける管前端の通過時点を直接検出し、その検出信号に基
づいて制御対象となるスタンドの孔型ロールの圧下制御
を行うことを特徴とする鋼管圧延機の管端テーパ圧延方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼管圧延機の管端テー
パ圧延方法、詳しくは継目無管の製造に用いられるマン
ドレルミル、プラグミル等の圧延制御に関し、絞り圧延
機にて所定内径、外径に圧延された成品管の、特に管前
端部において軸長方向（長手方向）の肉厚分布を均一化
しうる鋼管圧延機の管端テーパ圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、延伸圧延機（マンドレルミル）
を用い、かつその後絞り圧延機において所定内径、外径
に圧延され成品となる継目無管の製造工程は、たとえ
ば、加熱された鋼片を穿孔圧延機にて穿孔して後、図３
（イ）に示す延伸圧延機（マンドレルミル）Ａにて肉厚
が減じられると共に伸長され、図３（ロ）に示す絞り圧
延機（ストレッチレデューサー）Ｂにより、所定内径、
外径に圧延され成品となる。ところで、このストレッチ
レデューサーＢにおいてマンドレルミルＡ等で延伸圧延
されたストレッチレデューサー素管２に相隣するスタン
ド間において大きな引張り力を付与することによりスト
レッチレデューサー素管２を目標とする外径、肉厚に圧
延している。この際、ストレッチレデューサー素管２の
前後端部は充分な引張り力を付与することができないた
め、ストレッチレデューサーＢにて圧延されたストレッ
チレデューサー素管２は、成品管の軸長方向に関して、
管の前後端部は中央部に比べ著しく厚肉にならざるを得
ず、このような管前後端部の厚肉部分はそのほとんどが
成品管としては不適当であり、クロップとして廃棄さ
れ、歩留低下の大きな要因となっていた。

【０００３】このような問題の解決のために、特公昭５
１−４３８２５号が開示されている。特公昭５１−４３
８２５号においてはストレッチレデューサーＢにて圧延
された後の成品管の前後端部に形成される厚肉化の程度
を予測または経験的に把握し、これを相殺するようにス
トレッチレデューサーＢの入側材料であるストレッチレ
デューサー素管２の前後端部をその中央部に比べ予め薄
肉化しておくものである。より具体的には、たとえば８
台のスタンドからなるマンドレルミルＡを使用してスト
レッチレデューサー素管２を延伸圧延する場合、第６ス
タンドおよび第７スタンドにおいてストレッチレデュー
サー素管２の噛込み時および尻抜け時それぞれに高応答
性の油圧圧下装置にて以下のごとき制御を行うものであ
る。すなわち、ストレッチレデューサー素管２の通過に
先立って、第６スタンド、第７スタンドの圧延用孔型ロ
ール５間のロールギャップは予め所定値に絞り込まれて
おり、ストレッチレデューサー素管２の前端部が第５ス
タンドに噛み込まれた時点を基準として、それぞれ所定
の時間経過した時点で第６スタンドと第７スタンドにお
けるロール間隙が拡開され始める。このロールギャップ
の拡開の制御はストレッチレデューサー素管２の目標外
径に至って停止され、爾後ストレッチレデューサー素管
２の中央部の圧延が行われる。そして、ストレッチレデ
ューサー素管２の尻抜け時には、再度ロールギャップが
次第に小さくなるように絞込まれ、ストレッチレデュー
サー素管２の前後端部が共に中央部より薄肉で、かつ共
に中央部へ向けてテーパ形状を持つように圧延成形され
る。このようにして、予成形されたストレッチレデュー
サー素管２を用いストレッチレデューサーＢにて絞り圧
延を行うと、軸長方向に均一な肉厚分布の成品管が成形
される。

【０００４】ところで、上述の特公昭５１−４３８２５
号において、ストレッチレデューサー素管２の噛込み
時、および尻抜け時それぞれに高応答性の油圧圧下装置
にて、噛込み時にはストレッチレデューサー素管２の前
端部が第５スタンドに噛み込まれた時点を基準として、
それぞれ所定の時間経過した時点で第６スタンドと第７
スタンドのロール間隙が拡開され、尻抜け時には再度ロ
ールギャップが次第に小さくなるように絞込むといって
も、それにはストレッチレデューサー素管２の噛込み、
或いは尻抜け時点に対して、この管前端部のロールギャ
ップ拡開開始タイミングおよび管後端部のロールギャッ
プ絞込み開始タイミングをいかにして正確に合わせるか
ということがテーパ圧延により成品として救済される部
位の肉厚精度を確保するという意味で重要であるのに、
その具体的な方法については開示されていない。このた
め、たとえば、マンドレルミルＡの第６スタンド、第７
スタンドを制御対象スタンドとする場合、図６（イ）に
おいてＹが第６スタンドおよび第７スタンドにおけるテ
ーパ形状の計画であったとする。しかし、第６スタン
ド、第７スタンドにおける制御開始点が計画のＹに対し
てそれぞれＺ６、Ｚ７だけズレると、実績として得られ
る肉厚はｔ６、ｔ７となる。この時マンドレルミルＢの
最終スタンドを通過した後に得られる図６（ロ）に示す
Ｌの個所における断面内の肉厚を模式的に示すとＬ１の
ごとくであり、いわゆる偏肉となって成品に現れること
になる。また、第６スタンドと第７スタンドとの間で管
前端に対する制御開始点が相互に一致していても、その
制御開始点自体が計画とズレを生じていれば、軸長方向
に均一な肉厚分布を得られないことになる。これらの点
はテーパ圧延の効果を減少させる要因となる。

【０００５】このような事情から、この管前後端の制御
開始タイミングを予測するということで、特開昭６３−
２０３２１１号が開示されている。これは、制御対象と
なる複数のスタンドの上流側に位置する少なくとも２つ
のスタンドでの管前後端の通過タイミングを検出し、こ
れに基づいて前記制御対象のスタンドそれぞれその上流
側に位置するスタンドとの間での管前後端の移動速度を
求め、求められた管前後端の移動速度を基に、前記制御
対象のスタンドそれぞれについて、その上流側に位置す
るスタンドでの管前後端の通過タイミングを基準として
制御対象のスタンドの孔型ロールの圧下制御のタイミン
グを制御するとしている。

【０００６】また、この場合において、圧下制御開始時
刻の伝送に関するシステムついては、ロードセル等の信
号検出機器からの管前端の通過信号が、制御対象となる
スタンドに設置された油圧弁の開閉制御を行いかつ演算
処理可能な演算制御装置あるいは演算処理のみを行う演
算処理装置に送られその演算制御装置あるいは演算処理
装置において、管前端の通過信号に基づく管の速度を演
算により算出し、その後制御対象となるスタンドに管前
端が到達する時刻を予測する。その予測値に基づき管前
端が制御対象スタンドに到達すると予測された時点より
制御対象スタンドの油圧弁の開閉制御を行うというもの
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の特開
昭６３−２０３２１１号の発明においては制御対象とな
るスタンドの上流側に少なくとも２台のスタンドを必要
とするため制御対象スタンドの上流側に１スタンド、あ
るいは、上流側にスタンドがない場合には適応できない
という問題点を有していた。また、圧下制御開始時刻の
伝送に関するシステムは、ロードセル等の信号検出機器
と油圧系間に圧下制御開始時刻を予測するために必要な
計算処理をするためその演算処理の分だけロードセル等
からの管前端通過時点の検出から油圧シリンダーが作動
する迄の時間が増加するというだけでなく、演算処理に
必要な時間のため演算処理装置がロードセル等の管前端
通過時点の信号検出機器から信号を受け取るタイミング
のバラツキが増加するという問題点があった。

【０００８】本発明は、上述の観点に立ち、制御対象と
なるスタンドの上流側のスタンド数が零である場合にお
いても、管前端のロール圧下制御において、制御のタイ
ミングを正確に取りうる方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、絞り圧延機にて所定の内径、外径に絞
って管を製造する際に、前記絞り圧延機での管の圧延時
に生じる管前端部の厚肉化を相殺するために、孔型ロー
ルを備えるスタンドを１以上有する延伸圧延機におい
て、管前端から中央部に向けて厚肉となるようにテーパ
状に薄肉化すべく、前記孔型ロールの圧下制御を行う延
伸圧延機の圧下制御方法において、制御対象となるスタ
ンドにおける管前端の通過時点を直接検出し、その検出
信号に基づいて制御対象となるスタンドの孔型ロールの
圧下制御を行うことを特徴とするマンドレルミルの管端
テーパ圧延方法により構成される。

【００１０】また、本発明は、管前端の通過時点を直接
検出する機器からの検出信号を油圧圧下装置の油圧シリ
ンダー位置を制御するために油量をコントロールするサ
ーボバルブの開度を制御するための制御装置に直接送
り、あらかじめサーボバルブの開度を制御するための制
御装置に与えられている管前端噛み込みからの経過時間
に従ったシリンダー位置となるようサーボバルブの開度
を制御することを特徴とする鋼管圧延機の管端テーパ圧
延方法により構成される。

【００１１】ストレッチレデューサー圧延後の管前端に
おいて成品として不適当として廃棄される原因として
は、 １）内面、外面に発生する疵 ２）厚肉化 とあり、その内２）の厚肉化による影響が、最も成品の
中央部まで及ぶため、ストレッチレデューサーの前工程
（例えばマンドレルミル）にて、ストレッチレデューサ
ー圧延後の厚肉化を相殺するよう予め薄肉化する圧下制
御により管前端において成品として不適当として廃棄さ
れる量は大幅に減少できることとなる。しかしながら、
その他の原因が存在する限り、廃棄される量を皆無とす
ることはできず、テーパ圧延により、それまで廃棄され
ていた部位のうち約６割が成品として救済可能であっ
た。図２はそのことを説明する図であるが、Ｓ１はスト
レッチレデューサーＢ圧延後の成品において従来廃棄さ
れていた部位のうちストレッチレデューサー圧延後の厚
肉化を相殺するよう予め薄肉化する制御を実施すること
により、廃棄されなくなった部位、Ｓ２はテーパ圧延制
御の後も廃棄される部位を示している。本発明は、スト
レッチレデューサーの前工程にて、ストレッチレデュー
サー圧延後の厚肉化を相殺するよう予め薄肉化する圧下
制御を行っても、なお管前端において成品として不適当
であるとして廃棄される量は皆無とはならないというこ
とから、テーパ圧延においてこの点と圧下制御の時間遅
れとの関係に着目したものである。

【００１２】本発明では、制御対象となるスタンドに管
の前端の通過タイミングを検出する手段として、例えば
ロードセルを備えさせ、管前端がスタンドへ噛込んだタ
イミングでロードセルが発するロードオン信号を検出で
きるようにしておき、このロードオン信号に基づいて制
御対象スタンドの孔型ロールの圧下制御を行うこととす
る。また、管前端の通過タイミングを検出するスタンド
と制御対象スタンドとを同一とする、いわば制御対象ス
タンドにおいて管前端の通過タイミングを自己検出する
ことにより、従来管前端の通過タイミング検出機器と油
圧圧下制御装置との間に配されていた演算処理装置によ
りなされていた制御対象スタンドにおける管噛込みタイ
ミング予測が不要となる。そのため、圧下制御システム
は管前端の通過タイミング検出機器（例えば、ロードセ
ル）、油圧圧下制御装置、油圧サーボユニット、油圧シ
リンダーという簡易な構成とすることができ、演算処理
装置における処理時間（約１０ｍｓｅｃ〜２０ｍｓｅ
ｃ）が不要となり、管前端の検出信号を直接油圧圧下制
御装置に伝送するため制御対象スタンドへの管前端の到
達時刻から油圧シリンダーの作動開始指令が出る迄の時
間は２〜１２ｍｓｅｃ（７±５ｍｓｅｃ）とすることが
できる。従来技術ではこの値に演算処理時間が加わり信
号検出から油圧シリンダー作動開始迄の時間は１２〜３
２ｍｓｅｃ（２２±１０ｍｓｅｃ）であったため本発明
においては平均値で１５ｍｓｅｃバラツキで５ｍｓｅｃ
の改善となっている。従って、本発明においては、管前
端が制御対象スタンドに達してから油圧シリンダーが予
め圧下制御装置に支持された圧下パターンに沿って作動
可能な状態になるまでの所要時間は油圧シリンダーの応
答遅れを加味しても４０ｍｓｅｃ以下とすることが出来
る。図４は、このことを説明した図である。横軸は時間
を示し、縦軸は油圧シリンダーの圧下位置を示してい
る。図中一点鎖線ＹＴは予め圧下制御装置に送られてい
る圧下パターンであり、実線は実際の油圧シリンダーの
動作を示している。管前端が制御対象スタンドに到達し
て以降約４０ｍｓｅｃで実線が一点鎖線と一致しそれ以
降は油圧シリンダーは圧下パターンに従い作動すること
を示している。なお、図中Ｓ１Ｔ、Ｓ２Ｔは図２のＳ
１、Ｓ２に対しておりＳ１Ｔの部分は厚肉化は阻止され
ても依然としてクロップとして破棄される領域でありＳ
２Ｔは厚肉化が阻止されることにより成品となる領域で
ある。即ち、管前端が制御対象スタンドに到達して以降
約４０ｍｓｅｃで圧下パターンに従い油圧シリンダーが
作動すれば、管前端が制御対象スタンドに到達以降厚肉
化は阻止されても依然としてクロップとして破棄される
領域Ｓ１Ｔが制御対象スタンドで圧延されている間に予
め圧下制御装置に送られている圧下パターンに従い油圧
シリンダーは作動可能となるため、制御対象スタンドに
管前端が到達した時点を直接検出し油圧シリンダーを作
動させる本発明においても従来の方法により成品として
救済できた部位Ｓ２と同等の部位が成品として救済可能
である。

【００１３】さらに、本発明では、上述のとおり管前端
の通過タイミングを自己検出し、管前端の通過信号検出
以降圧下制御を行う油圧シリンダーへの作動開始指令信
号を圧下制御装置に送る時間のバラツキも少なく出来る
ため、圧下制御対象となる２つのスタンドにおける油圧
シリンダーの作動開始差による偏肉及び圧下制御対象と
なる２つのスタンドにおける油圧シリンダーの作動開始
に差はなくとも計画とのズレがあることによる軸長方向
の不均一な肉厚変動が小さくなるため圧延により成品と
して救済される範囲における肉厚精度は向上し厚肉のた
め手入れ、或いは薄肉のため薄肉部を切断するいわゆる
切り下げは減少する。

【００１４】

【作用】本発明では、管前端の圧下制御を行うにあた
り、圧下制御の時間遅れが少なく、制御開始点が制御対
象となる各スタンドそれぞれにおいて、管の軸長方向の
同一位置となるように制御する。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例を以下図面を参照して説明す
る。図１は本発明の実施例に使用するマンドレルミルの
１つのスタンドで、制御対象であるスタンドおよびその
制御系の模式図である。図１中の４は圧延機３のハウジ
ンク、５ａ、５ｂはそれぞれパスラインを挟んで対称の
位置に配された孔型ロール、６ａ、６ｂは同じくパスラ
インを挟んで対称の位置に配されたロールチョックであ
る。ロールチョック６ａ、６ｂのパスラインと逆側の面
は油圧シリンダー７ａ、７ｂと連結され、ハウジング４
内でパスラインに対して接離する方向に摺動されるよう
になっている。ただし、一方の油圧シリンダー７ａとロ
ールチョック６ａとの間にはロードセル１０が装着され
ており、その出力信号、すなわち管の前端がロールギャ
ップ間を通過したタイミングで発せられるロードオン信
号はロードセル制御装置２０を通して油圧圧下制御装置
２１に与えられている。さらに、油圧シリンダーには、
油圧圧下制御装置２１により開閉制御されるサーボバル
ブ８ａ、８ｂを介して油圧ポンプ９から油圧が与えられ
る。油圧圧下制御装置２１には、図１には示していない
が、予め管前端のロードオン信号がロードセル制御装置
２０に与えられてからの時間に応じた油圧シリンダーの
開度に対して指令値が与えられており、管前端のロード
オン信号がロードセル制御装置２０を通して油圧圧下制
御装置２１に与えられると上述の指令値に従い油圧シリ
ンダーを作動すべく油圧圧下制御装置２１よりの指令に
従いサーボバルブ８ａ、８ｂの開閉が行われるよう構成
される。

【００１６】さて、マンドレルミル素管１３２ｍｍ外径
×８．６２ｍｍ肉厚のホローピース１をマンドレルミル
Ａにて１２０ｍｍ外径×４．１２ｍｍ肉厚に４スタンド
のマンドレルミルＡにて圧延した際の第２スタンド、第
３スタンドに本発明を適用した。この場合、ストレッチ
レデューサーＢにおいて圧延後、マンドレルミルＡにお
いて予め薄肉化する制御を実施した後もストレッチレデ
ューサーＢにおける厚肉化以外の原因のため廃棄される
部位Ｓ１のマンドレルミルＢの第２スタンドにおいて相
当する長さは２６０ｍｍである。圧延速度よりこの長さ
の部位を第２スタンドで圧延するに必要な時間は０．０
５ｓｅｃである。したがって、第２スタンドにおいて管
前端が噛込んでから、油圧圧下制御装置２１の指示に従
い油圧シリンダーが作動可能となるまでの時間を０．０
５ｓｅｃ以内とする必要があった。本実施例においてそ
の値は０．０４ｓｅｃであり、本発明が実用上の充分な
精度を得るに足るものであることを示している。

【００１７】また、制御対象スタンドの一つである第３
スタンドにおいて管前端が到達してから油圧シリンダー
の作動開始指令がでるまでの時間バラツキは図５に示す
ように±５ｍｓｅｃ以内となり従来技術にくらべ改善さ
れている。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成するので、
圧下制御を行う油圧シリンダーの作動遅れが少ないた
め、従来廃棄されていた部位の内、圧下制御において救
済可能な部位に対しては油圧圧下の作動遅れがなく、ま
た各制御対象スタンドの圧下開始点が管の軸長方向の同
一位置となるように制御でき、その結果管円周方向の偏
肉をなくすることができるので、成品の生産歩留りを安
定的に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における制御対象スタンドを説明するた
めの図である。

【図２】テーパ圧延において管前端部の廃棄する領域を
説明するための図である。

【図３】（イ）はマンドレルミル、（ロ）はストレッチ
レデューサーの概要を示す図である。

【図４】本発明における管前端噛み込みから圧下の挙動
を説明する図である。

【図５】本発明における油圧シリンダー作動開始のバラ
ツキを示す図である。

【図６】テーパ圧延における管端部での制御開始点のズ
レについて説明する図である。

【符号の説明】

１ ホローピース ２ ストレッチレデューサー素管 ３ 圧延機 ４ ハウジング ５ａ、５ａ 孔型ロール ６ａ、６ｂ ロールチョック ７ａ、７ｂ 油圧シリンダー ８ａ、８ｂ サーボバルブ ９ 油圧ポンプ １０ ロードセル １１ マンドレルバー ２０ ロードセル制御装置 ２１ 油圧圧下制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絞り圧延機にて所定の内径、外径に絞っ
   て管を製造する際に、前記絞り圧延機での管の圧延時に
   生じる管前端部の厚肉化を相殺するために、孔型ロール
   を備えるスタンドを１以上有する鋼管圧延機において、
   管前端から中央部に向けて厚肉となるようにテーパ状に
   薄肉化すべく、前記孔型ロールの圧下制御を行う鋼管圧
   延機の圧下制御方法において、制御対象となるスタンド
   における管前端の通過時点を直接検出し、その検出信号
   に基づいて制御対象となるスタンドの孔型ロールの圧下
   制御を行うことを特徴とする鋼管圧延機の管端テーパ圧
   延方法。
2. 【請求項２】 管前端の通過時点を直接検出する機器か
   らの検出信号を油圧圧下装置の油圧シリンダー位置を制
   御するために油量をコントロールするサーボバルブの開
   度を制御するための制御装置に直接送り、あらかじめサ
   ーボバルブの開度を制御するための制御装置に与えられ
   ている管前端噛み込みからの経過時間に従ったシリンダ
   ー位置となるようサーボバルブの開度を制御することを
   特徴とする鋼管圧延機の管端テーパ圧延方法。