JPH09155414A - 管材の冷間圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】マンドレルバーの破断の懸念なく、プラグの位
置調整不要な４ロールスタンド管圧延機による管材の冷
間圧延方法の提供。 【解決手段】大径のガイド部３ａと小径の平行仕上げ部
３ｃとの間に所定のテーパ部３ｂを形成してなる、テー
パプラグ３をパスライン上の被圧延管材４の内面に配置
する一方、非駆動ロールとして被圧延管材の噛込み角度
θs が（２β＋２）〜２５°になる溝底間直径Ｄs を有
する小径ロールを用い、駆動ロールとして被圧延管材の
噛込み角度θb が１０°以下になる溝底間直径Ｄb を有
する大径ロールを用いるとともに、駆動大径ロール対の
回転中心を非駆動小径ロール対の回転中心よりも圧延方
向へ所定の値を満たす範囲内に変位設定して圧延する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管材の冷間圧延
法、特に４ロールスタンドを連続配置してなる管圧延機
による管材の冷間圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、外径が３０ｍｍ以下である小径の
管材製品は、熱間継目無管製管法、熱間押出し製管法あ
るいは溶接製管法などで比較的大きな外径の素管を製作
し、この素管を主に冷間引抜加工法を用いて外径のみま
たは外径と肉厚とを減じて所定の寸法に仕上げることに
より製造されている。

【０００３】冷間引抜加工法は、図６に示すように、円
孔を有するダイス５１に管材５２を通して白抜き矢符方
向に引き抜くことにより、管材５２の外径を縮径する方
法である。この際、管材５２の内面にプラグ５３を配置
して肉厚も同時に減じる場合が一般的で、通常、プラグ
５３はマンドレルバー５４で支持されている。この冷間
引抜き加工法では、最初に管材５２をダイス５１に通す
ために管材５２の先端部の外径をダイス５１の孔径より
も小さくする口絞り工程が必要で、加工能率が低く、ま
た材料歩留りも悪いという欠点を有している。

【０００４】この欠点を解決する方法としては、図７に
示すように、孔型６３を画成する溝６２を有する溝底間
直径Ｄが同一の４個のロール６１を備える４ロールスタ
ンドを、前後でＡ配置とＢ配置の４５゜相互に位相させ
てパスライン方向に複数連続配置した管圧延機を用いて
冷間圧延する方法（以下、４ロール圧延法という）があ
る。この４ロール圧延法では、前記孔型６３が後段スタ
ンドほど小さくなっており、通常、外径のみを縮径して
所定寸法の製品管に仕上げるが、管材内部にプラグを配
置し、外径と同時に肉厚をも減じる場合もある。

【０００５】図８は、外径と肉厚とを同時に減じる場合
の一般的な４ロール圧延法を示す模式図であり、管材６
４の内部にマンドレルバー６６で支持された軸長方向に
同一直径の円筒状プラグ６５が配置されている。この方
法で外径と肉厚とを同時に減じる場合は、マンドレルバ
ー６６に引張力が作用する。従って、マンドレルバー６
６にその許容強度を超える引張力が作用するとマンドレ
ルバー６６が破断するので、肉厚圧下量をあまり大きく
できないという問題がある。

【０００６】この問題を解消するため、本発明者らは、
孔型６３の部分に配置するプラグとして、図９に示すよ
うに、直径が入側で大きく出側で小さいテーパプラグ８
２とすることで、そのテーパ面に作用する圧下力Ｐの軸
方向成分Ｆ（後述の図１０参照）によてマンドレルバー
６６に作用する張力を低減させ、１パスでの肉厚圧下量
を大幅に増加できる方法を先に提案した（特開平７−１
００９号公報）。

【０００７】しかし、上記特開平７−１００９号公報に
提案の４ロール圧延法によっても、マンドレルバー６６
が破断しないようにするには、１パスでの総肉厚圧下量
が制限されるという欠点を有している。すなわち、各ス
タンドの孔型６３部分に配置された各プラグ８２には、
管材６４の内面との摩擦により出側に向けた張力が発生
し、これが各プラグ８２を連結するマンドレルバー６６
に重畳される。この重畳された張力は、１パスでの総肉
厚圧下量の増加に対応して増加するため、この重畳張力
がマンドレバー６６の許容強度内に納まるように総肉厚
圧下量を決定する必要があるためである。

【０００８】また、この特開平７−１００９号公報で提
案の方法は、プラグ８２の軸方向の位置調整が極めて煩
わしいという欠点を有している。

【０００９】図１０は、これを説明するための図である
が、図に示すように、プラグ８２は加工時に管材６４の
内面と接する。このため、パスライン方向にプラグ８２
の位置が移動すると肉厚の圧下量が変化するとともに、
マンドレルバー６６に作用する張力も変化する。すなわ
ち、プラグ８２の位置が出側（図中の右方）に移動する
と肉厚の圧下量が増加し、プラグ８２と管材６４内面と
の接触面積が増加し、かつその接触面積に働く加工面圧
も増加するため、プラグ８２に働く図１０に示す圧下力
Ｐも増加する。この圧下力Ｐの増加に伴ってプラグ８２
を入側（図中の左方）に押し戻す力Ｆも増加するが、同
時に出側方向に作用するプラグテーパ面での摩擦力も増
加する。そして、後述するように、４ロール圧延法では
プラグ８２のテーパ角度βを大きくできないので、上記
摩擦力の増加分の方が力Ｆの増加分よりも大きくなる結
果、マンドレルバー６６に作用する張力が極めて大きく
なる。これとは逆に、プラグ８２の位置が入側（図中の
左方）に移動すると、肉厚の圧下量が減少してプラグ８
２と管材６４内面との接触面積が減少し、かつその接触
面積に働く加工面圧も減少するため、プラグ８２に働く
図１０に示す圧下力Ｐも減少する。この圧下力Ｐの減少
に伴ってプラグ８２を入側（図中の左方）に押し戻す力
Ｆが減少すると同時に出側方向に作用するプラグテーパ
面での摩擦力も減少する。この結果、マンドレルバー６
６に作用する張力は小さくなる。

【００１０】従って、例えば、総肉厚加工量を最大にと
った場合、換言すれば各プラグ８２を連結するマンドレ
ルバー６６に作用する張力をその許容強度に設定した場
合、プラグ８２の位置設定が、その設定時もしくは加工
時に目標位置よりも入側にずれると、上記許容強度値を
超えた張力がマンドレルバー６６に作用し、マンドレル
バー６６が破断する。これを防止ためには、プラグ８２
の位置調整が必要不可欠で、これには多大の工数を要す
のみならず、極めて煩わしいという欠点があった。

【００１１】さらに、この特開平７−１００９号公報で
提案の方法では、プラグ８２を連結した状態の圧延前の
管材（素管）６４よりも長いマンドレルバー６６が必要
で、工具費が嵩むという欠点を有している。また、マン
ドレルバー６６を管圧延機入側に移送載置された素管内
に挿入し、その後端を固定把持して圧延するため、コイ
ル状の素管を用いての圧延加工を行うことが不可能であ
るという欠点も有している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の実情
に鑑みなされたもので、その課題は、マンドレルバー破
断を全く懸念する必要がなく、しかもプラグの位置調整
が不要で、高肉厚圧下量での加工が可能であり、かつコ
イル状素管を用いての加工が可能な４ロールスタンド管
圧延機による管材の冷間圧延方法を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を達成するために種々実験研究の結果、次のことを知
見し、本発明を完成するに至った。

【００１４】圧延使用中のプラグに作用する張力が「ゼ
ロ」となり、圧延中、その位置が自動的に決定されるフ
ルフローティングプラグとしては、管材の冷間引抜き加
工法におけるフルフロートプラグのようなテーパプラグ
を用いればよいことになる。

【００１５】ただし、４個一対の孔型ロールからなる４
ロールスタンドを用い、ロールの回転によって管材を移
動させる管材の冷間圧延では、ダイス出側で管材を引っ
張る管材の冷間引抜き加工法とはその管材移動機構が全
く異なる。このため、冷間引き抜き加工法の技術を単に
適用するのみでは上記テーパプラグをフルフロート状態
に維持させることはできない。

【００１６】しかし、テーパプラグの平行仕上げ部直径
とテーパ角度、並びに４ロールスタンドの相対向する各
ロール対にする被圧延管材の噛み込み角度、および各ロ
ール対相互の回転中心の位置関係を一定の関係に設定
し、かつ各ロール対の駆動有無を特定すると、孔型ロー
ルを用いた管材の冷間圧延においてもテーパプラグを完
全にフルフロート状態に維持させる得ることを知見し
た。

【００１７】すなわち、 (a)テーパプラグとしては、大径の入側ガイド部の直径
Ｄk が素管内径ｄilよりも小さいことは当然であるが、
小径の出側仕上げ部直径Ｄp が、圧延後の管外径をｄ2
、圧延前の素管肉厚をｔ1 としたとき、下記式を満
たし、かつテーパ角度２βが１２〜２３°であるものを
用いる必要があること。

【００１８】 Ｄp ≦ｄ2 −１．７ｔ1 ・・・・・・ (b)４ロールスタンドを構成する孔型ロールのうち、相
対向する一方のロール対には駆動ロールにして管材送り
機能を持たせ、他方のロール対には無駆動ロールにして
テーパプラグのフロート機能を持たせる。このために
は、管材送り機能を持たせる駆動ロール対は、被圧延管
材の噛込み角度θb が１０°以下になる溝底間直径Ｄb
を有する大径ロールにする必要があること。また、テー
パプラグのフロート機能を持たせる非駆動ロール対は、
被圧延管材の噛込み角度θs が（２β＋２）〜２５°に
なる溝底間直径Ｄb を有する小径ロールにする必要があ
ること。換言すれば、後に詳述するが、駆動ロール対を
非駆動ロール対の溝底間直径よりも２．０倍以上の大径
ロールとする必要があること。

【００１９】(c)上記各ロール対に、それぞれの機能を
確実に発揮させるためには、管材送り機能を持たせる駆
動ロール対の回転中心を、テーパプラグのフロート機能
を持たせる非駆動ロール対の回転中心よりも圧延進行方
向へ下記式を満たす範囲内に変位設定する必要のある
こと。

【００２０】 ０．０５（Ｌb −Ｌs ）≦Ｅ≦１．０（Ｌb −Ｌs ）・・・・ ただし、 Ｅ：変位量 Ｌb ：駆動ロールの溝底部におけるパスライン方向投影
管材接触長 Ｌs ：非駆動ロールの溝底部におけるパスライン方向投
影管材接触長 上記の知見に基づく本発明の要旨は、次の管材の冷間圧
延方法にある。

【００２１】パスライン周りに相対向する一対の駆動ロ
ールと、相対向するもう一対の非駆動ロールとを備える
４ロール型の孔型スタンドを連続配置してなる管圧延機
により管材の外径と肉厚を冷間で同時に減ずるに際し、
大径のガイド部と小径の平行仕上げ部とを備え、ガイド
部と平行仕上げ部との間にテーパ部を形成してなり、前
記平行仕上げ部の直径Ｄp が下記式を満たし、かつテ
ーパ部のテーパ角度２βが１２〜２３°であるテーパプ
ラグをパスライン上の被圧延管材の内面に配置する一
方、非駆動ロールとして被圧延管材の噛込み角度θs が
（２β＋２）〜２５°になる溝底間直径Ｄs を有する小
径ロールを用い、駆動ロールとして被圧延管材の噛込み
角度θb が１０°以下になる溝底間直径Ｄb を有する大
径ロールを用いるとともに、駆動大径ロール対の回転中
心を非駆動小径ロール対の回転中心よりも圧延進行方向
へ下記式を満たす範囲内に変位設定して圧延すること
を特徴とする管材の冷間圧延方法。

【００２２】Ｄp ≦ｄ2 −１．７ｔ1 ・・・・・・ ただし、 ｄ2 ：圧延後の管外径 ｔ1 ：圧延前の管肉厚 θs ：小径ロールに対する管材噛込み角度 ０．０５（Ｌb −Ｌs ）≦Ｅ≦１．０（Ｌb −Ｌs ）・・・・ ただし、 Ｅ：変位量 Ｌb ：駆動ロールの溝底部におけるパスライン方向投影
管材接触長 Ｌs ：非駆動ロールの溝底部におけるパスライン方向投
影管材接触長 上記本発明の方法において、テーパプラグの平行仕上げ
部の直径Ｄp の下限は（ｄ2 −２ｔ1 ）とするのが望ま
しい。また、駆動ロールは被圧延管材の噛込み角度θb
が４°以上になる溝底間直径Ｄb を有する孔型ロールと
するのが望ましい。

【００２３】なお、特開昭６０−４４１０９号公報に
は、上記の本発明方法と同様、一方のロール対を大径の
駆動ロールとし、他方のロール対を小径の非駆動ロール
とした４ロールスタンドによる管圧延法が示されてい
る。しかし、この公報に示される方法は、ロール縁部に
よるロールマーク発生を防止するため、図１１に示すよ
うに、小径の非駆動ロール７２の溝底幅ｂS を大径の駆
動ロール７２の溝底幅ｂbよりも小さくしたものでしか
ない。すなわち、この公報には、外径と同時に肉厚をも
減じるに際し、管内にテーパプラグを配置すればよいこ
とは勿論、このテーパプラグのフルフロート条件を示唆
する記載は全くなく、本発明をなすに何等の参考にもな
らないものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】まず、本発明の基本原理を、前述
の図１０を参照して説明する。

【００２５】孔型ロール６１とテーパプラグ８２を用い
た管材６４の減肉圧延において、テーパプラグ８２をマ
ンドレルバー６６を用いずにフルフロート状態に維持す
るには、テーパプラグ８２のテーパ部のテーパ角度βを
大きくとり、テーパプラグ８２に作用する圧下力Ｐの入
側方向への軸方向成分Ｆを大きくする必要がある。

【００２６】また、管材内面の孔型ロール６１に対する
噛込み角度γを上記テーパ角度βよりも大きくする必要
がある。すなわち、上記噛込み角度γがテーパ角度β以
下であると、テーパプラグ８２の肩部８３が管材６４の
内面に接触し、孔型ロール６１のテーパプラグ８２を引
込む力が増加し、プラグをフルフロートできなくなるか
らである。

【００２７】上記管材内面の噛込み角度γを大きくする
方法としては、次の二つの方法が考えられる。

【００２８】第１の方法は、肉厚加工スタンドでの外径
圧下量を大きくし、噛込み角γを大きくする方法であ
る。この方法では、外径圧下量が過大になると、材料が
孔型ロールの縁部に流れてロールフランジ間に噛み出し
を発生する。この噛出しは、ロールの縁部の逃がし（サ
イドリリーフ）量を大きくすることである程度防止でき
るが、圧延後の管材の外径真円度および肉厚精度が悪化
する。従って、この方法は、高寸法精度の製品が得られ
るという冷間圧延の特徴をなくするので、採用できな
い。

【００２９】第２の方法は、全孔型ロールのロール径、
すなわち溝底間直径を一律に小さくする方法である。こ
の場合、管材内面の噛込み角度γは大きくなるが、テー
パプラグをフルフロート状態に維持できるまで小さくす
ると、管材のロールに対する噛込み性が著しく悪化し、
スリップにより圧延が不可能になるので、これも採用す
ることができない。

【００３０】従って、本発明においては、４ロールスタ
ンドを構成する４個一対の孔型ロールのうち、相対向す
る一方のロール対は圧延を可能ならしめるために管材の
ロールに対する噛込み性が悪化することのない大径ロー
ルとし、他方のロール対は管材内面の噛込み角度γを大
きくしてテーパプラグに大きな入側方向への軸方向成分
Ｆ（図１０参照）を発生させてテーパプラグをフルフロ
ート状態に維持させるために小径ロールとするのであ
る。

【００３１】以下、本発明の方法を、図１〜図５を参照
して詳細に説明する。

【００３２】図１は、本発明を実施するための４ロール
スタンドを示す正面図であり、図中、符号１、１は溝底
間直径（以下、単にロール径という）がＤb の大径ロー
ル、符号２、２はロール径がＤs の小径ロール、符号３
は各ロール対１および２で画成される孔型部分に配置さ
れたテーパプラグ（以下、単にプラグという）、符号４
は被圧延管材（以下、単に管材という）である。

【００３３】上記プラグ３は、図２に示すように、入側
に一定直径Ｄk のガイド部３ａ、出側に一定直径Ｄp の
平行仕上げ部３ｃを備え、ガイド部３ａと平行仕上げ部
３ｃ間に出側に向けて直径が順次小さくなるテーパ部３
ｂを備えている。

【００３４】また、大径ロール１、１は、図示しない駆
動源に連結させれおり、回転駆動されて管材４を噛込ん
で軸長方向に移動させる。一方、小径ロール２、２は、
非駆動ロールとされており、駆動大径ロール１、１の回
転により移動する管材４に追従して自由に回転し、管材
４内面の噛込み角度２γを大きくし、プラグ３が肉厚圧
下後の管材４内に引き込まれるのを防止する。

【００３５】この時、小径ロール２、２対によりプラグ
３が肉厚圧下後の管材４内に引き込まれるのを防止す
る、換言すればプラグ３をフルフロート状態に維持させ
るためには、プラグ３の形状、具体的にはテーパ部３ｂ
のテーパ角度２βと平行仕上げ部直径Ｄp および小径ロ
ール２のロール径Ｄs を次に述べるようにする必要があ
る。

【００３６】図３は小径ロール２の溝底部でのパスライ
ン平行断面を示す模式図であるが、図においてプラグ３
のテーパ部３ｂのテーパ角度２βが１２°未満である
と、圧延時にプラグ３のテーパ部３ｂに作用する圧下力
Ｐの入側方向への軸方向成分Ｆ（図１０参照）が小さす
ぎ、摩擦力による出側方向への引き込み力の方が相対的
に大きくなってプラグ３をフルフロートできなくなる。
従って、上記テーパ角度２βは１２°以上とする必要が
ある。

【００３７】ところが、上記テーパ角度２βが１２°以
上でも、小径ロール２に対する管材４内面の平均噛込み
角度２γが小さすぎると、プラグ３の肩部３ｄが管材４
内面に接触してプラグ３を出側に引込む力が急増し、プ
ラグ３をフルフロートできなくなる。この管材４内面の
噛込み角度２γは、小径ロール２に対する管材４の噛込
角度θs を大きくすると大きくなり、逆に噛込角度θs
を小さくすると小さくなり、噛込角度θs が（２β＋
２）°未満では、プラグ３の肩部３ｄに管材４内面が接
触してしまう。従って、上記噛込み角度θs は（２β＋
２）°以上、具体的には１４°以上にする必要がある。

【００３８】しかし、上記噛込み角度θs を大きくし過
ぎると、そのロール径Ｄs が小さくなり過ぎて圧延反力
に耐える圧延スタンドを製造することが不可能になるの
で上記噛込み角度θs は２５°以下とする必要がある。
このことから、プラグ３のテーパ角度２βも、その上限
を上記噛込み角度θs の上限値である２５°よりも２°
小さい２３°以下とする必要がある。

【００３９】上記噛込み角度θs は、管材４の外径圧下
量△ｄと小径ロール２のロール径Ｄs を用いて下式
（イ）で表すことができる。従って、小径ロール２とし
ては、下式（ロ）、より具体的には下式（ハ）を満たす
ものを用いる必要のあることを意味している。

【００４０】 θs ＝ｃｏｓ^-1（１−△ｄ／Ｄs ）・・・・・・（イ） △ｄ／（１−ｃｏｓ２５°）≦Ｄs ≦△ｄ／（１−ｃｏ
ｓ１４°）・・・・（ロ） １０．７△ｄ≦Ｄs ≦３３．７△ｄ・・・・・・（ハ） 一方、プラグ３の平行仕上げ部３ｃの直径Ｄp は、出側
の管材４の内径ｄi2（＝Ｄp ）および肉厚ｔ2 を決定す
る。このため、平行仕上げ部３ｃの直径ＤP を大きくし
すぎると肉厚圧下量が増加し、その結果、平行仕上げ部
３ｃでの摩擦力が大きくなり、プラグ３を出側に引込む
力が増加してプラグ３をフルフロートできなくなる。そ
して、ここでの下式（ニ）で求められる肉厚圧下率が１
５％を越えると、プラグ３をフルフロートすることがで
きなくなる。

【００４１】 肉厚圧下率＝（ｔ1 −ｔ2 ）／ｔ1 ・・・・・（ニ） ただし、 ｔ1 ：圧延前の管材肉厚 ｔ2 ：圧延後の管材肉厚 ｄ2 ：圧延後の管材外径 従って、プラグ３の平行仕上げ部３ｃの直径ＤP は、肉
厚圧下率が１５％以下となるように、下記式の条件を
満たすものである必要がある。

【００４２】ＤP ≦ｄ2 −２（１−０．１５）ｔ1 、す
なわち ＤP ≦ｄ2 −１．７ｔ1 ・・・・・・・・・・ なお、プラグ３の平行仕上げ部３ｃの直径Ｄp の下限は
特に制限する必要はない。しかし、管材４の内面を平行
仕上げ部３ｃに確実に接触させて軸長方向の肉厚を確実
に一定にする観点から、その下限は（ｄ2 −１．７ｔ1
）以上とするのが望ましい。

【００４３】また、プラグ３のガイド部３ａ、換言すれ
ば肩部３ｄの直径Ｄk は、管材４の内面がプラグ３と接
触を開始する点Ｃでのプラグ直径ＤC よりも小さく設定
すると、肩部３ｄが管材４内面と接触し、プラグ３をフ
ロートできなくなる。従って、肩部３ｄの直径Ｄk は、
「Ｄk ＞ＤC 」となるように予め定められる。ただし、
点Ｃは、様々の要素（例えば、上記のＤP 、２β、Ｄs
等）の影響を受けて変化し、直径ＤC が変化するので、
Ｄk は肩部３ｄが圧延前の管材４の内面と干渉しない程
度に大きく設定するのが望ましく、圧延前の管材内径を
ｄi1とすると、Ｄk ＝（ｄi1−０．５）ｍｍ程度に設定
しておくのが好ましい。

【００４４】さらに、上記において、圧延前の管材外
径、肉厚とは、各スタンドの入側における外径、肉厚を
意味する（以下、同じ）。

【００４５】上記小径ロール２に対し、大径ロール対
１、１は、管材４を円滑に噛込んでパスライン方向に進
めるが、大径ロール１に対する管材４の噛込角θb （後
述の図４参照）が１０°を超えると、管材４が大径ロー
ル１に噛込まず、スリップが発生して圧延できなくな
る。従って、上記噛込み角度θb は１０°以下にする必
要がある。

【００４６】ここで、上記噛込み角度θb は、小径ロー
ル２の場合と同様に、管材４の外径圧下量△ｄと大径ロ
ール１のロール径Ｄb を用いて下式（ホ）で表すことが
できる。これは、大径ロール１としてロール径Ｄb が、
下式（ヘ）を満たすものを用いる必要のあることを意味
している。

【００４７】 θb ＝ｃｏｓ^-1（１−△ｄ／Ｄb ）≦１０°・・・・・・（ホ） Ｄb ≦△ｄ／（１−ｃｏｓ１０°）＝６５．８△ｄ・・・（ヘ） なお、上記噛込み角度θb の下限は特に制限する必要は
ない。しかし、噛込み角度θb を小さくすればするほど
大径ロール１のロール径Ｄb が大きくなり、圧延スタン
ド自体が大型化し不経済である。このため、圧延スタン
ドを可及的に小型化でき、かつ管材４を安定して噛み込
ませ得てスリップなく圧延する観点から、上記噛込み角
度θb の下限は４°以上とするのが好ましい。

【００４８】上記（ハ）式と（ヘ）式とからわかるよう
に、大径ロール１は、そのロール径Ｄb が小径ロール２
ロール径Ｄs の２．０倍以上のものを用いる必要のある
ことを意味している。

【００４９】本発明において、プラグ３を完全にフルフ
ロート状態に維持するためには、上記した条件のみでは
不十分で、大径ロール１、１対と、小径ロール２、２対
の回転中心をパスライン方向に変位させる、具体的には
大径ロール１の回転中心を小径ロール２の回転中心より
も圧延進行方向の下流側に変位設定する必要がある。

【００５０】図４は、このことを説明するための図で、
図１のＡ−Ａ線矢視およびＢ−Ｂ線矢視断面図を併記し
て示す図であり、上側に大径ロール１による圧延状態
を、下側に小径ロール２による圧延状態を示してある。

【００５１】図４に示すように、大径ロール１の回転中
心Ｏb は、小径ロール２の回転中心Ｏs よりも圧延進行
方向の下流側に位置するように、変位量Ｅを与えた状態
で変位設定されている。これは、ロールと管材のパスラ
イン方向投影接触長さを大径ロール１側のＬb と小径ロ
ール２側のＬs とで比較すると、Ｌb の方がＬs よりも
長くなる。このため、大径ロール１の回転中心Ｏb と小
径ロール２の回転中心Ｏs とを圧延進行方向の同位置に
設定すると、ロールスタンドの入側で大径ロール１に管
材４が先に接触開始し、小径ロール２に管材４が接触開
始する点では既に大径ロール１によって管材４を圧下し
た状態になる。この結果、管材４の内面が大径ロール１
側で、先にプラグ３に接触してしまい、プラグ３の肩部
３ｄが管材４内面と接触してプラグ３が圧延進行方向に
引込まれ、プラグ３をフロートできなくなる。

【００５２】この現象を防止するため、大径ロール１の
回転中心Ｏb を小径ロール２の回転中心Ｏs よりも圧延
進行方向の下流側に変位させるのであるが、その変位量
Ｅが０．５（Ｌb −Ｌs ）以下であると管材４が小径ロ
ール１に最初に接触するようになり、ロールに噛込まな
くって圧延できなくなる。一方、変位量Ｅが１．０（Ｌ
b −Ｌs ）以上であると上記した現象が生じてプラグ３
をフロートできなくなる。従って、その変位量Ｅは下記
式を満足する範囲にする必要がある。

【００５３】 ０．５（Ｌb −Ｌs ）＜Ｅ＜Ｌb −Ｌs ・・・・・・ 上記した条件で圧延を行う場合は、プラグを完全なフロ
ート状態に維持して管圧延することが可能であるが、管
材４がロールフランジ間隙に噛出すのを確実に防ぐため
は各ロールの孔型形状を、図４に示すようにするのが望
ましい。すなわち、孔型を画成する各ロールの孔型溝の
両端を真円（破線で示す）よりも若干大きくし、各ロー
ル対の溝底部径（短径）ｄm よりも縁部径（長径）ｄc
が大きい孔型形状とするのがよい。より具体的には、長
径ｄc と短径ｄm との比ｄc ／ｄm が１．０２〜１．０
６の孔型形状とするのがこの好ましく、この場合には高
い寸法精度を確保した上で、ロールフランジ間隙に管材
が噛み出すのを事実上防止できる。

【００５４】

【実施例】図１〜図３に示す本発明方法により、低炭素
鋼製の外径２０ｍｍ、肉厚２．０ｍｍの素管を、外径１
８ｍｍ、肉厚１．７５ｍｍの製品に仕上げる製造試験を
行った。試験に際し、ロールは、ＳＫＤ１１製で、熱処
理によって表面硬さをロックウェル硬度（ＨRC）で６０
以上に調整する一方、材料の噛出しを防ぐため、その孔
型を短径ｄm が１８．０ｍｍ、長径ｄc が１９．０５ｍ
ｍで、その比ｄc ／ｄm を１．０６としたものを用い
た。さらに、プラグの潤滑は、素管の内面に硫化油脂を
主成分とする潤滑油を予め塗布することによって行っ
た。

【００５５】《試験１》大径ロールに対する管材の噛込
み性を調べるため、管材噛込み角度θs が１８．２°に
なるロール径Ｄs が４０ｍｍの非駆動小径ロールを用
い、駆動大径ロールに対する管材の噛込み角度θb を種
々変化させるべく、大径ロールのロール径Ｄb を種々変
化（１００〜２００ｍｍ）させて圧延を行った。この
時、テーパプラグとしてはテーパ角度２βが１４°、ガ
イド部直径Ｄk が１５．５ｍｍ、平行仕上げ部直径Ｄp
が１４．４ｍｍで、肉厚圧下率が１２．５％になるもの
を用いた。また、大径ロールの回転中心Ｏb を小径ロー
ルの回転中心Ｏs よりも圧延進行方向へ変位量Ｅが３．
０ｍｍとなるように変位設定した。なお、駆動大径ロー
ルはロール径に係わらず３０ｒｐｍで駆動した。その結
果を、表１に示した。

【００５６】

【表１】

【００５７】表１に示す結果から明らかなように、駆動
大径ロールに対する管材の噛込み角度θb が１０°以下
の範囲では管材が大径ロールに噛込み圧延することが可
能であったが、噛込み角度θb が１０°を超えると管材
が大径ロールに噛込まず、圧延することができなかっ
た。

【００５８】《試験２》非駆動小径ロールによるプラグ
のフロート性を調べるため、管材噛込み角度θb が９．
１°になるロール径Ｄb が１６０ｍｍの駆動大径ロール
を用い、プラグのテーパ角度２βを種々変化（８〜１４
°）させると共に、非駆動小径ロールに対する管材噛込
み角度θs を種々変化させるべく、小径ロールのロール
径Ｄs を種々変化（２０〜８０ｍｍ）させて圧延を行っ
た。なお、プラグの平行仕上げ部直径ＤP およびガイド
部直径Ｄk は、それぞれ１４．５ｍｍ、１５．５ｍｍ一
定とし、肉厚圧下率が１２．５％の一定になるようにし
た。また、駆動大径ロールの回転中心Ｏb は、非駆動小
径ロールの回転中心Ｏs よりも圧延進行方向へ変位量Ｅ
が３．０ｍｍとなるように変位設定した。さらに、駆動
大径ロールは３０ｒｐｍで駆動した。その結果を、表２
に示す。

【００５９】

【表２】

【００６０】表２に示す結果から明らかなように、テー
パ角度２βが１２°以上のテーパプラグを用い、小径ロ
ールとしてその管材噛込み角θs が１４゜以上で、かつ
（θs −２β）が２゜以上、換言すればθs が（２θ＋
２）°以上の場合にのみテーパプラグをフロートしての
圧延が可能であったが、上記以外ではテーパプラグをフ
ロートできなかった。また、小径ロールに対する管材噛
込み角θs が２５°を超えると、圧延時の反力によって
小径ロールの軸変形が生じて圧延することができなかっ
た。

【００６１】《試験３》テーパプラグの平行仕上げ部直
径ＤP 、換言すれば肉厚圧下率の影響を調べるために、
管材噛込み角度θs が１８．２°になるロール径Ｄs が
４０ｍｍの非駆動小径ロールと、管材噛込み角度θb が
８．５°になるロール径Ｄb が１８０ｍｍの駆動大径ロ
ールとを、その回転中心Ｏs とＯb との変位量Ｅが３．
０ｍｍになるように変位設定し、テーパ角度２βが１４
°であり、肉厚圧下率を種々変化させるべく、平行仕上
げ部直径ＤP を種々変化（１４．０〜１５．０ｍｍ）さ
せる一方、ガイド部直径Ｄk を１５．５ｍｍ一定にした
テーパプラグを用いて圧延を行った。なお、駆動大径ロ
ールは３０ｒｐｍで駆動した。その結果を、表３に示
す。

【００６２】

【表３】

【００６３】表３に示す結果から明らかなように、肉厚
圧下率が１５％以下の場合にはテーパプラグをフロート
しての圧延が可能であったが、肉厚圧下率が１５％を越
えるとテーパプラグをフロートできなかった。

【００６４】《試験４》駆動大径ロールと非駆動小径ロ
ールの回転中心の変位量Ｅの影響を調べるために、ロー
ル径Ｄb が１６０ｍｍ（管材噛込み角度θb ＝９．１
°）で、ロール孔型溝底部での管軸長方向の投影接触長
さＬb が１２．６ｍｍになる駆動大径ロールと、ロール
径Ｄs が４０ｍｍ（管材噛込み角度θs ＝１８．２°）
で、上記ロール孔型溝底部での管軸長方向の投影接触長
さＬs が６．２ｍｍになる非駆動小径ロールとを用い、
その回転中心Ｏb とＯs との変位量Ｅを種々変化（０〜
８．０ｍｍ）させて圧延を行った。この時、テーパプラ
グとしては、テーパ角度２βが１４°、平行仕上げ部の
直径ＤP が１４．５ｍｍ、ガイド部直径Ｄk が１５．５
ｍｍで、肉厚圧下率が１２．５％になるものを用いた。
また、駆動大径ロールは３０ｒｐｍで駆動した。その結
果を、表４に示した。

【００６５】

【表４】

【００６６】表４に示す結果から明らかなように、変位
量Ｅが６．０〜３．５ｍｍの範囲、換言すれば（Ｌb −
Ｌs ）の０．５〜１．０倍の範囲内に場合にはテーパプ
ラグをフロートしての圧延が可能であったが、変位量Ｅ
が（Ｌb −Ｌs ）の１．０倍を超えると駆動大径ロール
に管材が噛込まず、圧延不可能であった。また逆に、変
位量Ｅが（Ｌb −Ｌs ）の０．５倍未満であると、駆動
大径ロールに管材が噛込むものの、テーパプラグをフロ
ートできなかった。

【００６７】以上の試験結果から明らかなように、本発
明で規定する範囲外ではテーパプラグをフルフロートし
ての圧延が不可能であることがわかる。

【００６８】

【発明の効果】本発明の方法によれば、４ロールスタン
ドの管材冷間圧延法でフルフロートプラグ圧延が可能と
なる。この結果、従来のプラグを用いた４ロ−ル圧延法
では必要であったマンドレルバーによるプラグ支持が不
要で、かつその位置調整が全く不要となり、小量多品種
の生産に適用して特に有効である。また、４ロール圧延
法の特徴である高寸法精度圧延を維持したまま、コイル
状の素管を圧延することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に用いる４ロールスタンドのロー
ル配置を示す正面図である。

【図２】本発明の方法で用いるテーパプラグを示す側面
図である。

【図３】本発明の方法で用いる４ロールスタンドを構成
する非駆動小径ロールとテーパプラグ、および被圧延管
材との関係を説明するための一部破断側面図である。

【図４】図１のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線矢視断面を併記
して示し、駆動大径ロールと被駆動小径ロールの位置関
係を説明するための図である。

【図５】本発明の方法で用いるロール孔がの一例を示す
図である。

【図６】従来の冷間引き抜き加工方法を説明するための
一部破断側面図である。

【図７】従来の４ロール圧延法を説明するための図であ
る。

【図８】従来の４ロール圧延法で肉厚圧下圧延を行う方
法を説明するための一部破断側面図である。

【図９】従来の４ロール圧延法で肉厚圧下圧延を行う他
の方法を説明するための一部破断側面図である。

【図１０】図９の部分拡大図である。

【図１１】従来の４ロール圧延機の一例を示す正面図で
ある。

【符号の説明】

１：駆動大径ロール、 ２：非駆動小径ロール、 ３：テーパプラグ、 ３ａ：ガイド部、 ３ｂ：テーパ部、 ３ｃ：平行仕上げ部、 ３ｄ：肩部、 ４：被圧延管材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パスライン周りに相対向する一対の駆動ロ
   ールと、相対向するもう一対の非駆動ロールとを備える
   ４ロール型の孔型スタンドを連続配置してなる管圧延機
   により管材の外径と肉厚を冷間で同時に減ずるに際し、
   大径のガイド部と小径の平行仕上げ部とを備え、ガイド
   部と平行仕上げ部との間にテーパ部を形成してなり、前
   記平行仕上げ部の直径Ｄp が下記式を満たし、かつテ
   ーパ部のテーパ角度２βが１２〜２３°であるテーパプ
   ラグをパスライン上の被圧延管材の内面に配置する一
   方、非駆動ロールとして被圧延管材の噛込み角度θs が
   （２β＋２）〜２５°になる溝底間直径Ｄs を有する小
   径ロールを用い、駆動ロールとして被圧延管材の噛込み
   角度θb が１０°以下になる溝底間直径Ｄb を有する大
   径ロールを用いるとともに、駆動大径ロール対の回転中
   心を非駆動小径ロール対の回転中心よりも圧延進行方向
   へ下記式を満たす範囲内に変位設定して圧延すること
   を特徴とする管材の冷間圧延方法。 Ｄp ≦ｄ2 −１．７ｔ1 ・・・・・・ ただし、 ｄ2 ：圧延後の管外径 ｔ1 ：圧延前の管肉厚 θs ：小径ロールに対する管材噛込み角度 ０．０５（Ｌb −Ｌs ）≦Ｅ≦１．０（Ｌb −Ｌs ）・・・・ ただし、 Ｅ：変位量 Ｌb ：駆動ロールの溝底部におけるパスライン方向投影
   管材接触長 Ｌs ：非駆動ロールの溝底部におけるパスライン方向投
   影管材接触長