JPH0924409A - 鋼管の延伸圧延制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マンドレルミルにおいて両管端部の薄肉化圧
延を実施する際に、円周方向の偏肉のない目標通りの減
肉パターンの仕上げ圧延用素管を得る。 【構成】 管の先後端部の肉厚を減肉するように圧下位
置制御を実施する延伸圧延機のスタンドの出側、及び該
スタンドの前段スタンドの出側に管の前進速度を検出す
る速度計２８Ｂ、２８Ｅ、２８Ｆを設け、その計測値に
基づいて、実際の管の速度に合わせてロール間隔を制御
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、中空素管から延伸
圧延機及び絞り圧延機を経て継目無し鋼管を製造する際
に、延伸圧延機での管先後端部での素管形状不良を防止
すると共に、絞り圧延機における先後端厚肉化を抑制す
る鋼管の延伸圧延制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、継目無し鋼管の製造には、マン
ドレルミル方式、プラグミル方式の圧延方法、あるい
は、ユージンセジュルネ方式、エアハルトプッシュベン
チ方式等の熱間押出方法が用いられているが、比較的小
径サイズでは、生産性、寸法精度のより優れたマンドレ
ルミル圧延方式が多い。

【０００３】まず、図３を参照してマンドレルミル圧延
方式による一般的な継目無し鋼管製造工程を説明する。

【０００４】製造設備は、加熱炉１、穿孔圧延機（マン
ネスマンピアサー）２、延伸圧延機（マンドレルミル）
３、再加熱炉４及び絞り圧延機（ストレッチレデュー
サ）５から構成されている。加熱炉１、穿孔圧延機２の
代わりに中空管製造用連続鋳造機６が用いられることも
ある。

【０００５】加熱炉１において、所定温度（一般に１１
００℃〜１３００℃）に加熱された素材ビレット７は、
穿孔圧延機２のピアサーロール８の間でプラグ９により
穿孔圧延され中空素管７Ａとなる。

【０００６】次に、中空素管７Ａは、延伸圧延機３にお
いて表面に熱間圧延用潤滑剤を塗布したマンドレルバー
１０を挿入した状態で、複数段のマンドレルミルロール
（孔型ロール）１１の間で減肉圧延され、肉厚が低減さ
れると共に、その長さが延ばされて、レデューサ素管１
２とされる。

【０００７】このレデューサ素管１２は再加熱炉４にお
いて再加熱された後に、絞り圧延機５において絞り圧延
することによって、その外径を定め、又は外径を絞って
小径とする。

【０００８】この最後の絞り圧延機５においては、スタ
ンド間張力を付加して長手方向へのメタルフローを制御
するものであるが、レデューサ素管１２の先後端部はス
タンド間張力を付加できないので非定常な圧延となり、
該先後端部の肉厚は、例えば図４に示されるように、ス
タンド間張力が付加される定常部（中間部）に比較して
厚くなってしまう。

【０００９】この先後端部の肉厚が、製品に対して要求
される肉厚公差を外れる場合は、クロップとして切断さ
れ、これが製品の歩留りを低下させる大きな原因となっ
ていた。

【００１０】この対策としては、絞り圧延前の延伸圧延
機で、図５に示されるように、レデューサ素管１２の先
後端部の肉厚が、定常部に比較して薄く減肉されるよう
な圧延方法が提案されている。

【００１１】例えば特公昭５１−４３８２５号公報に開
示されるマンドレルミルにおける油圧圧下制御方法にお
いては、マンドレルミルの特定の２スタンドにおいて、
従来のモータによるロール圧下装置に比較して応答の速
い油圧圧下機構を設け、管先後端の肉厚が、次工程の絞
り圧延機で生じる厚肉化を相殺するようなパターンで油
圧圧下機構で圧下制御して薄肉にするようにしている。

【００１２】しかしながら、上記特公昭５１−４３８２
５号公報の油圧圧下制御方法では、例えば、第５および
第６スタンドで油圧圧下機構を用いて管端減肉圧延を行
う場合、該第５および第６スタンドのロール間隙の開閉
タイミングおよび開閉スピードが目標とする両管端部の
減肉パターンに対してずれていると、結果として第５ス
タンドでの減肉量と第６スタンドでの減肉量が等しくな
るため、管の円周方向の偏肉が増加し、ストレッチレデ
ューサによって圧延した後の歩留が却って減少してしま
うことがあるという問題点がある。

【００１３】これに対して、管端減肉圧延での管円周方
向の偏肉を防止するため、管の先後端部の制御開始タイ
ミングを予測する方法として、特公平５−４１３３７号
に開示される管の延伸圧延機の圧下制御方法、あるいは
特開平５−３０５３２１号の鋼管圧延機の管端テーパ圧
延方法が提案されている。

【００１４】前記特公平５−４１３３７号の管の延伸圧
延機の圧下制御方法は、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先
後端の通過タイミングを、該スタンドのロールに取り付
けられたロードセルによって検出し、これに基づいて制
御対象のスタンドそれぞれの上流側に位置するスタンド
との間での管先後端での移動速度を求め、求められた管
先後端での移動速度を基にして、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先
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
のロールの圧下制御のタイミングを制御するようにして
いる。

【００１５】又、前記特開平５−３０５３２１号に開示
される鋼管圧延機の管端テーパ圧延方法は、制御対象と
なるスタンドにおける管先端の通過地点をロールに取り
付けられたロードセルにより直接検出し、その検出信号
に基づいて制御対象スタンドのロールの圧下制御を行う
ものである。さらに、ロードセルからの検出信号を油圧
圧下装置と油圧シリンダ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制御装置に直接送
り、予めサーボバルブの開度を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したがったシリンダ
ー位置となるようにサーボバルブの開度を制御するよう
にしている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公平５−４１３３７号あるいは特開平５−３０５３２１
号公報に開示される方法では、制御対象スタンドでの管
の減肉量の大きな時に、例えば図６に示されるように、
制御対象となる第５スタンドによって減肉された位置の
仕上げ圧延用素管の長手方向肉厚分布と、次の制御対象
である第６スタンドによって減肉された位置の仕上げ圧
延用素管の長手方向の肉厚分布とを完全に一致させるこ
とが出来ず、図７に示されるように管先後端減肉部の円
周方向の偏肉が増加し、ストレッチレデューサ出側にお
ける、先後端減肉による歩留まり向上効果がかえって減
少してしまうという問題点がある。

【００１７】この発明は上記問題点に鑑みて成されたも
のであって、延伸圧延の際の鋼管の先後端部を減肉する
薄肉化圧延を実施する場合において、管先後端における
円周方向の偏肉のない減肉パターンで薄肉圧延すること
ができる鋼管の延伸圧延制御方法を提供することを目的
とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明は、本発明者が
研究を重ねた結果、延伸圧延時に、両管端部での薄肉化
圧延によるロール間隙の開閉に伴い、管の前進速度が時
々刻々と変化することによって、薄肉化圧延をするスタ
ンドでの減肉による管長手方向肉厚分布と次の薄肉化圧
延をするスタンドでの減肉による管長手方向の肉厚分布
とが不一致となることを見出だしたことによるものであ
る。

【００１９】請求項１の発明は、マンドレルバーを挿入
した中空素管を、孔型ロールをそれぞれに備えた複数の
スタンドによって構成される連続延伸圧延機により延伸
圧延を行う際に、後工程の絞り圧延機における管先後端
部の厚肉化を抑制するために前記延伸圧延機で予め管の
先後端部を管長手方向中央部から管端にかけて漸次薄肉
となるようにロール圧下を制御をする鋼管の延伸圧延制
御方法において、前記薄肉化となるロール圧下制御を実
施する延伸圧延機のスタンドおよび該ロール圧下制御を
行うスタンドの直前のスタンドのそれぞれ出側で管の前
進速度を速度計にて直接検出し、前記検出された管の前
進速度を基に前記ロール圧下制御の開始タイミングと、
前記ロール圧下制御のロール開閉速度とを制御すること
を特徴とする鋼管の延伸圧延制御方法により上記目的を
達成するものである。

【００２０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記制御の基となる管の前進速度が、前記管の先端
がロール圧下制御を行なうスタンド出側の速度計に到達
するまでは、前記直前のスタンド出側の速度計により検
出された管の前進速度であり、到達以後は該ロール圧下
制御を行うスタンド出側の速度計により検出された管の
前進速度であるようにしたものである。

【００２１】即ち、薄肉化圧延するスタンドでのスタン
ドおよびその近傍での管の、時々刻々と変化する実際の
前進速度を検出し、この前進速度に基づいて、管先後端
部での厚肉化を相殺するようなパターンでロール間隙の
開閉速度を制御する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
より具体的な実施の形態の例を詳細に説明する。

【００２３】この実施の形態の例は、図１に示されるよ
うに、第１〜８スタンド２０Ａ〜２０Ｈの複数段の孔型
ロールから構成される延伸圧延機２０で、中空素管２２
にマンドレルバー２４を挿入して延伸圧延するとき、前
記第５スタンド２０Ｅ及び第６スタンド２０Ｆで中空素
管２２の先後端の減肉を行う際に、これら、第５、第６
スタンド２０Ｅ、２０Ｆにそれぞれ圧下位置制御に対す
る応答性に優れた油圧圧下装置２６Ｅ、２６Ｆを用い、
又、第４スタンド２０Ｄ、第５スタンド２０Ｅ、第６ス
タンド２０Ｆの出側にそれぞれレーザードップラー方式
の速度計２８Ｄ、２８Ｅ、２８Ｆを設置し、その計測値
に基づき制御装置３０により、第５、第６スタンド２０
Ｅ、２０Ｆでの孔型ロール３２の圧下位置制御をするも
のである。

【００２４】前記第５及び第３スタンド２０Ｅ、２０Ｆ
では、それぞれ圧下位置制御に対する応答性に優れた油
圧圧下装置を用いて次のように圧延制御を実施する。

【００２５】ストレッチレデューサで仕上圧延された
仕上管の先後端部に形成される厚肉化の程度を予測又は
経験的に把握し、その厚肉部を相殺するような仕上圧
延用素管の先後端部の長手方向肉厚分布を理論的、又は
経験的に求め、この肉厚分布を目標値として、仕上圧
延用素管の長手方向中央部に比較して先後端部が薄肉と
なるように、速度計２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆによって検
出された管の前進速度の変化を考慮して、孔型ロール３
２の圧下位置を制御する。

【００２６】更に具体的には、当初、第５及び第６スタ
ンド２０Ｅ、２０Ｆのロール間隔Ｇは、仕上圧延用素管
の最先端部に対応する目標肉厚が得られるように設定し
ておき、中空素管２２の先端が第４スタンド２０Ｄに噛
み込まれ、この第４スタンド２０Ｄ出側に設置された前
記速度計２８Ｂによって検出された管の前進速度に基づ
いて、第５スタンド２０Ｅでの管先端噛み込み時刻を予
測する。

【００２７】予測された第５スタンド２０Ｅでの管先端
噛み込み時刻から、該第５スタンド２０Ｅのロール間隙
を、管先端部にに対し予め定められているロール間隙の
パターンに添うように、前記予測した第５スタンド噛み
込み時刻での管の前進速度によって算出された速度で第
５スタンド２０Ｅでのロール間隙拡開を開始する。

【００２８】中空素管２２が進行して、第５スタンド２
０Ｅ出側に設置された前記速度計２８Ｅにより管の前進
速度が測定されるようになった時点から、予め決定され
ているサンプリングの間隔で、検出された管の前進速度
を用いて、予め定められているロール間隙のパターンに
添うように、第５スタンド２０Ｅのロール間隙拡開速度
を逐次算出する。

【００２９】次いで、第５スタンド２０Ｅのロール間隙
拡開速度を算出された拡開速度に修正する。中空素管２
２先端の減肉予定部分が、第５スタンド２０Ｅを通過し
終わると同時に、該第５スタンド２０Ｅのロール間隙
は、管長手方向中央部に対応したロール間隙となる。上
記制御は第６スタンド２０Ｆについても同様に実施され
る。

【００３０】次に、中空素管２２の後端部について説明
する。

【００３１】まず、第４スタンド２０Ｄ出側の速度計２
８Ｄによって検出された管の前進速度によって、仕上げ
圧延用素管の後端部の圧下開始部に相当する部分が第５
スタンド２０Ｅに到達する予測時刻を逐次計算してお
く。

【００３２】この予測時刻経過と同時に、第５スタンド
２０Ｅのロール間隙はそれまでの管長手方向中央部に対
するロール間隙から、後端部に対して定められているロ
ール間隙のパターンに沿うように、第５スタンド２０Ｅ
出側の速度計２８Ｅによって検出された管定状部の前進
速度を用いて算出された初期ロール間隙狭閉速度で閉じ
始める。

【００３３】第５スタンド２０Ｅのロール間隙狭閉によ
って変化する第５スタンド２０Ｅ出側での管の前進速度
の変化を、速度計２８Ｅによって予め設定されているサ
ンプリング間隔で逐次検出し、この検出された管の前進
速度の変化量を用いて、第５スタンド２０Ｅのロール間
隙狭閉速度を逐次算出する。次いで、第５スタンド２０
Ｅのロール間隙狭閉速度を算出された狭閉速度に修正す
る。

【００３４】これにより、管の後端部が第５スタンド２
０Ｅを尻抜けする時には、該第５スタンド２０Ｅのロー
ル間隙が、管最後端部に対応する目標肉厚が得られるロ
ール間隙とされる。

【００３５】管後端部が第６スタンド２０Ｆを通過する
場合についても同様の制御が実施される。

【００３６】上記における第５及び第６スタンド２０
Ｅ、２０Ｆでのロール間隙の制御パターンは、使用する
孔型ロールの孔型形状、中空素管の寸法、圧延速度など
を勘案して決定されるものである。

【００３７】なお上記実施の形態の例において、速度計
２８Ｄ、２８Ｅ、及び、２８Ｆはレーザドップラー方式
のものであるが、これは素管の実際の進行速度を測定で
きる装置であれば良く、例えばタッチロール方式等であ
ってもよい。

【００３８】本発明者が、上記のような８スタンド配列
の延伸圧延機で、炭素鋼の外径１１０ｍｍ、肉厚１３．
５ｍｍの中空素管を、直径７４ｍｍのマンドレルバーを
用いて、外径９０ｍｍ、長手方向中央部の肉厚６．０ｍ
ｍ、最先後端部の肉厚３．５ｍｍ、最先後端部から１ｍ
の位置で長手方向中央部の肉厚６．０ｍｍと等しく、最
先後端部から直線状に肉厚を変化させることを目標に、
前述のような制御を行い、仕上圧延素管を圧延した結
果、図２（Ａ）に示されるような肉厚分布が得られた。

【００３９】これと比較するために、予め圧下制御スタ
ンドである第５及び第６スタンドのロール開閉速度を設
定し、第５スタンドのロール開閉開始タイミングを第３
スタンドへの中空素管噛み込み・尻抜け時刻＋タイマー
値、第６スタンドのロール開閉開始タイミングを第４ス
タンドへの素管噛み込み・尻抜け時刻＋タイマー値で設
定し、前記と同じ寸法の仕上げ圧延用素管を圧延した結
果を図２（Ｂ）に示す。

【００４０】図２は、延伸圧延した後の仕上げ圧延用素
管の長手方向の第５スタンド溝底方向位置及び第６スタ
ンド溝底方向位置での肉厚測定結果である。

【００４１】この図２からも、本発明方法によると、管
先後端で円周方向の偏肉のない目標通りの仕上げ圧延素
管を得られることが分かる。

【００４２】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、マ
ンドレルバーを装入した中空素管を延伸圧延機により延
伸圧延を行う際に、中空素管の両管端部薄肉化圧延を実
施する場合において、両管端部に置ける円周方向の偏肉
のない目標通りの減肉パターンの仕上げ圧延用素管が得
られ、従って仕上げ圧延後のクロックプスの低減及び歩
留り向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための延伸圧延機を示す
一部ブロック図を含む略示平面図

【図２】本発明方法により管先後端部薄肉化制御を実施
した仕上げ圧延用素管の薄肉化状体を従来方法による場
合と比較して示す線図

【図３】継目無鋼管の製造過程を示す工程図

【図４】仕上げ圧延用素管の先後端部の肉厚分布を示す
線図

【図５】先後端部薄肉化制御を実施した仕上げ圧延用素
管を示す略示断面図

【図６】従来方式による延伸圧延後の仕上げ圧延用素管
の長手方向の肉厚分布を示す線図

【図７】同従来方法で先後端部薄肉化制御に伴って発生
する円周方向の偏肉状体を示す断面図

【符号の説明】

２０…延伸圧延機 ２０Ｄ…第４スタンド ２０Ｅ…第５スタンド ２０Ｆ…第６スタンド ２２…中空素管 ２４…マンドレルバー ２６Ｅ、２６Ｆ…油圧圧下装置 ２８Ｄ、２８Ｅ、２８Ｆ…速度計 ３０…制御装置 ３２…孔型ロール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マンドレルバーを挿入した中空素管を、孔
   型ロールをそれぞれに備えた複数のスタンドによって構
   成される連続延伸圧延機により延伸圧延を行う際に、後
   工程の絞り圧延機における管先後端部の厚肉化を抑制す
   るために前記延伸圧延機で予め管の先後端部を管長手方
   向中央部から管端にかけて漸次薄肉となるようにロール
   圧下を制御をする鋼管の延伸圧延制御方法において、前
   記薄肉化となるロール圧下制御を実施する延伸圧延機の
   スタンドおよび該ロール圧下制御を行うスタンドの直前
   のスタンドのそれぞれ出側で管の前進速度を速度計にて
   直接検出し、前記検出された管の前進速度を基に前記ロ
   ール圧下制御の開始タイミングと、前記ロール圧下制御
   のロール開閉速度とを制御することを特徴とする鋼管の
   延伸圧延制御方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記制御の基となる管
   の前進速度は、前記管の先端がロール圧下制御を行なう
   スタンド出側の速度計に到達するまでは、前記直前のス
   タンド出側の速度計により検出された管の前進速度であ
   り、到達以後は該ロール圧下制御を行うスタンド出側の
   速度計により検出された管の前進速度であることを特徴
   とする鋼管の圧伸圧延制御方法。