JPH0957309A - 継目無金属管の穿孔圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プラグ起因の内面摺り疵が発生することのない
高拡管比穿孔圧延方法を提供する。 【解決手段】中空素管の内周長がプラグの最大径部外周
長よりも５〜１２％大きくなるよう段取り設定して穿孔
圧延する。 【効果】１．１５以上の拡管比で穿孔圧延しても摺り疵
が発生せず、かつ尻抜け不良などのミスロールなく安定
して圧延することができる。この結果、内面手入れ工数
の大幅低減が図れ、内面品質の優れた製品を高能率かつ
低コストで製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、継目無金属管の穿
孔圧延方法、より詳しくは１．１５以上の高拡管比での
穿孔圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、マンネスマン製管法によって継
目無金属管を製造する場合、例えば、マンネスマン−プ
ラグミル方式では、次に述べる４つの工程を経て製品と
するのが普通である。すなわち、中実丸鋼片（ビレッ
ト）をピアサ（傾斜圧延機）に通してその中心部を穿孔
することにより中空素管を得る穿孔圧延工程、前記中空
素管をそのまま直接あるいは必要に応じてエロンゲータ
（ピアサと同一構造の傾斜圧延機）に通し、さらにプラ
グミルに通して縮径減肉する延伸圧延工程、縮径減肉し
た素管をリーラおよびサイザによって磨管および形状修
正定径する磨管定径工程、および磨管定径後の管を矯正
機に通して曲がり矯正する一方、両管端部を切断除去
し、さらには内外面の疵検査などを行う精整工程、を経
て製品とする。

【０００３】また、マンネスマン−マンドレルミル方式
では、前記同様の穿孔圧延工程を経て得られた中空素管
をマンドレルミルに通して肉厚を減肉する延伸圧延を施
し、次いでレデューサに通して外径を縮径する絞り圧延
を施して後、前記同様の精整工程を経て製品としてい
る。

【０００４】上記ピアサとしては、一般に、圧延ロール
であるバレル型またはコーン型の一対の主ロールと、内
面規制工具であるプラグと、被圧延材案内部材である一
対の板状ガイドシューまたはディスクロールとを組み合
わせて構成されている。

【０００５】図５〜図７は、圧延ロールとしてバレル型
の主ロールを、被圧延部材案内部材としてディスクロー
ルを用いた一般的なピアサを示す模式図で、図５は平面
図、図６は側面図、図７は図５のＩＩ−ＩＩ線矢視断面
図を示している。

【０００６】図中、符号１０、１０は主ロール、符号２
は内面規制工具たるプラグ、符号３、３は被圧延材案内
部材たるディスクロールを示している。

【０００７】主ロール１０、１０は、軸長方向中間部に
直径が最大となるゴージ部１１を備え、このゴージ部１
１の両側に夫々端末に向かうに従い直径が漸減されて円
錐形をなす入口面１２、出口面１３を備えたバレル型形
状を呈しており、被圧延材であるビレットＢのパスセン
タＸ−Ｘの左右または上下に対向配置されている。

【０００８】プラグ２は、全体として弾頭形状をなし、
その基端部をマンドレルバーＭの先端部に支持されてい
る。プラグ２は、主ロール１０、１０の中間にてパスセ
ンタＸ−Ｘ上に位置決め保持されており、パスセンタＸ
−Ｘを回転軸心として回転可能になっている。マンドレ
ルバーＭの基端部は、図示しない前後進可能なスラスト
ブロック装置に連結されている。

【０００９】ディスクロール３、３は、図７に示すよう
に、プラグ２と対向する外周面を凹面に形成された円盤
であり、上下または左右に一対あり、それぞれ図示しな
い駆動モータで駆動され、パスセンタＸ−Ｘ回りに主ロ
ール１０、１０と交互に配置されている。

【００１０】このようなピアサにおいては、ビレットＢ
が白抜き矢符で示す如く軸長方向に移送されてきて両主
ロール１０、１０の入口面１２、１２間に噛み込まれ、
その外周に摺接して中空素管Ｈを引き出すとともに、デ
ィスクロール３、３で中空素管Ｈが半径方向外向きに膨
れ出すのを抑制しつつ穿孔圧延が行われる。

【００１１】このようなピアサを用いて、高能率で高品
質な穿孔圧延を行う技術としては特公昭５９ー４４９２
７号公報に示される方法がある。

【００１２】上記公報に示される方法は、被圧延材の噛
み込み性と尻抜け性などを考慮し、理論的に決定された
複数の条件式に基づき、主ロール間隔、ガイドシュー間
隔などの穿孔段取りを適正値に設定して穿孔圧延を行う
方法である。また、この方法は、拡管比（穿孔圧延後の
中空素管の外径／穿孔前のビレット外径との比）が１．
０〜１．０５のパラレル穿孔圧延を行う方法であり、こ
の限りにおいてはミスロールのない安定した穿孔圧延を
可能にする。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、上記
公報に示される方法によってパラレル穿孔圧延を行う限
りにおいては、何らの問題もない。しかし、この方法で
小径ビレットから大径の中空素管を得るべく、前記拡管
比が１．１５以上というような高拡管比の穿孔圧延を行
うと、図８に示すように、圧延後の中空素管Ｈの内面に
螺旋状に連続した擦り疵Ｋが多発するという欠点を有し
ていることが明かになった。

【００１４】これは、拡管比が１．１５以上というよう
な高拡管比の穿孔圧延では、図９に示すように、拡管比
が１．０５以下のパラレル穿孔圧延に比べて中空素管Ｈ
の外径が大きくなるので、中空素管Ｈの主ロール１０か
らの離脱点イが主ロール１０の出口面１３の出側後半部
分に位置するようになる。この結果、プラグ２の最大径
ｄｐ位置に対応する主ロール１０のロ点位置における主
ロール径Ｄがバレル型ロールの場合（図９（ａ）参照）
にはより小さくなる。

【００１５】このため、下記式で求まる主ロール１０
のロ点位置の回転方向速度Ｖｒが主ロール径Ｄの小さく
なった分だけ小さくなり、これに伴って主ロール１０と
接触しているロ点位置における被圧延材である圧延中の
中空素管Ｈの回転方向速度Ｖｒがパラレル穿孔圧延時の
それに比べて小さくなる。

【００１６】 Ｖｒ＝π・Ｄ・Ｎ／６０・ｓｉｎβ …………… ただし、 Ｎ：主ロール１０の回転数（ｒｐｍ） β：主ロール１０の傾斜角（ｄｅｇ．） また、主ロール１０がコーン型の場合（図９（ｂ）参
照）には、上記バレル型の場合とは逆に、上記ロ点位置
における主ロール径Ｄが大きくなり、これに伴って主ロ
ール１０と接触しているロ点位置における被圧延材であ
る圧延中の中空素管Ｈの回転方向速度Ｖｒがパラレル穿
孔圧延時のそれに比べて大きくなる。

【００１７】上記いずれの場合においても、プラグ２の
最大径ｄｐ位置における被圧延材である圧延中の中空素
管Ｈの回転方向速度Ｖｒがパラレル穿孔時のそれに比べ
て大きく変化する。一方、プラグ２は一定の回転速度で
回転しているので、プラグ２と圧延中の中空素管Ｈとの
回転方向の相対速度差が大きくなる。

【００１８】この結果、プラグ２の外表面と圧延中の中
空素管Ｈの内表面との摩擦力が大きくなり、プラグ２の
最大径ｄｐ部の近傍で中空素管Ｈの内面にプラグ２によ
る螺旋状の擦り疵Ｋが生じるのである。

【００１９】また、実際の穿孔圧延では、マンドレルバ
ーＭの撓みや、主ロール１０表面の摩擦係数の違いや、
プラグ２の偏芯によって被圧延材は偏芯運動しながら螺
進移動していく。このため、プラグ２の最大径ｄｐ部の
近傍と圧延中の中空素管Ｈの内表面との接触が増々大き
くなり、擦り疵Ｋが多発することになる。

【００２０】この擦り疵Ｋは、次工程のプラグミルある
いはマンドレルミルなどで延伸圧延を行うと、かぶれ疵
として管内面に残存し、その除去に多大の工数を要する
のみならず、製品品質が低下するとい問題があった。

【００２１】本発明の目的は、上記の事情に鑑みなされ
たもので、１．１５以上の高拡管比で穿孔圧延する場合
にあっても、プラグと管内面との摩擦によって中空素管
内面に生じるプラグ起因の内面摺り疵の発生を抑制し
得、内面品質の良好な中空素管を製造することができる
継目無金属管の穿孔圧延方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、１．１５
以上の高拡管比で穿孔圧延した場合にも、上記内面摺り
疵を生じさせることのない圧延条件を見いだすべく、種
々実験研究を行い次のことを知見した。

【００２３】上述したように、摺り疵は、プラグと圧延
中の中空素管との回転方向の相対速度差が大きいことに
伴ってプラグの最大径部近傍でのプラグ外面と圧延中の
中空素管内面とが摩擦して発生する。そこで、本発明者
らは、このプラグ最大径部近傍におけるプラグ外面と圧
延中の中空素管内面との接触に注目し、その摩擦領域で
あるプラグ２の最大径ｄｐ部位置でのプラグ３と中空素
管との接触長Ｌ（図１０参照）を小さくすると摩擦力が
低減し、摺り疵が発生しなくなるのではないかと考え次
に述べる実験を行った。

【００２４】すなわち、被圧延材案内部材としてのディ
スクロール３を備え、主ロール１０の形状がコーン型と
バレル型である２種類の従来の傾斜圧延機（図５〜図７
参照）を使用し、上記接触長Ｌを小さくするために最大
径部の外径ｄｐ（図９参照）を種々変えたプラグ２を用
いて多数の穿孔圧延実験を行った。

【００２５】その結果、プラグ２の最大径部の外径ｄｐ
と、得るべき中空素管Ｈの内径ｄｓ（図９参照）とに基
づいて下記式で求められるクリアランス△ｄ、換言す
れば中空素管Ｈの内周長とプラグ２の最大径ｄｐ部の外
周長との周長差と摺り疵発生との間には強い相関関係が
あり、上記クリアランス△ｄを４〜１２％、換言すれば
中空素管の内周長を前記プラグの最大外周長よりも４〜
１２％大きくした場合には摺り疵が発生しないことを見
いだした。

【００２６】 △ｄ＝（（ｄｓ−ｄｐ）／ｄｐ）×１００（％） …………… ここで、プラグ２の最大径部の外径ｄｐとは、プラグ最
大径部位置における平均外径（プラグ最大径部の外周長
をπで除した値）である。また、中空素管Ｈの内径ｄｓ
とは、その内径が必ずしも真円ではないので、これも平
均内径（得るべき中空素管の内周長をπで除した値）で
ある。以下において、単に外径ｄｐ、内径ｄｓという
が、いずれも上記平均外径、平均内径を意味する。

【００２７】図１は、上記の実験結果を示す図であり、
図中の●印は擦り疵が発生した場合、▲印は偏肉悪化が
生じた場合、■印は被圧延材のボトム部圧延時に楕円度
（被圧延材の主ロール方向の外径寸法／ディスクロール
方向の外径寸法との比）が大きくなり、穿孔圧延終了時
に主ロールから被圧延材ボトム部が主ロールから離脱で
きない状態、いわゆる尻抜け不良などのミスロールと偏
肉悪化が生じた場合、○印は何らの問題もなかった場
合、をそれぞれ示している。

【００２８】図１に明らかなように、摺り疵および尻抜
け不良などのミスロール、さらには偏肉悪化を発生させ
ることなく、１．１５以上の高拡管比で穿孔圧延を行う
には上記クリアランス△ｄを４〜１２％の範囲内、換言
すれば中空素管の内周長がプラグの最大径部の外周長よ
りも４〜１２％大きくなる範囲内にする必要のあること
がわかる。

【００２９】これに対し、拡管比が１．１０まででは、
上記クリアランス△ｄが４％以下でも摺り疵は発生して
おらず、従来のパラレル穿孔圧延技術が拡管比１．１５
以上の高拡管比の穿孔圧延に適用できないことが明らか
であり、上記クリアランス△ｄを４〜１２％の範囲内に
限定した本発明と従来技術との相違は明らかである。

【００３０】なお、実験条件は、表１に示すとおりであ
る。

【００３１】

【表１】

【００３２】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
もので、その要旨は次の継目無金属管の穿孔圧延方法に
ある。

【００３３】パスライン周りに互いに逆向きに傾斜させ
て対向配置された一対の主ロールと一対のディスクロー
ルとの間にパスラインに沿ってプラグを配し、被圧延材
を螺進移動させつつ１．１５以上の高拡管比で中空素管
を得る継目無金属管の穿孔圧延方法において、前記中空
素管の内周長を前記プラグの最大外周長よりも４〜１２
％大きくして穿孔圧延することを特徴とする継目無金属
管の穿孔圧延方法。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細説明する。

【００３５】図２は、本発明に係る傾斜圧延機をピアサ
に適用した例を示す模式的平面図、図３は模式的側面
図、図４は図２のＩ−Ｉ線による部分破断正面図であ
る。

【００３６】図に示すように、ピアサは一対の主ロール
１、１、プラグ２、ディスクロール３、３にて構成され
ている。各主ロール１、１は、短寸円柱状をなすゴージ
部１１と、該ゴージ部１１の入側端部に向かうに従い縮
径された略円錐台状をなす入口面１２および出側端部に
至るに従って拡径された同じく略円錐台状をなす出口面
１３とを備え、全体としてコーン型に形成されている。
この主ロール１、１はパスセンタＸ−Ｘ線の両側に対向
配置され、図３に示すように、パスセンタＸ−Ｘ線に対
して傾斜角βだけ傾け、また図２に示すようにパスセン
タＸ−Ｘ線に対して互いに所定の交叉角γだけ傾けてそ
の軸心回りに図示しない駆動装置によって同方向に回転
せしめられるようにしてある。

【００３７】また、プラグ２は全体として砲弾形状をな
し、その基端部をマンドレルバーＭの先端部に支持さ
れ、マンドレルバーＭの基端部は図示しない前後進可能
なスラストブロック装置に連結されている。

【００３８】一対のディスクロール３、３はパスセンタ
Ｘ−Ｘ線を隔てて夫々Ｒ形状（凹型）を有した摺動面３
ｄを被圧延材の移動域に対向配置されており、図示しな
い駆動装置によって被圧延材の進行方向に回転せしめら
れている。

【００３９】このような傾斜圧延機にあっては、加熱炉
にて所定の温度に加熱された中実丸ビレットＢを、図２
に白抜き矢符にて示す如く、主ロール１、１の入口面１
２側からパスセンタＸ−Ｘにその軸心を一致させて移送
し、その先端部から傾斜ロール１、１の入口面１２、１
２間に噛み込ませる。この噛み込み後、中実丸ビレット
Ｂはディスクロール３、３にてパスセンタＸ−Ｘ線に沿
わせられ、両主ロール１、１の回転により螺進移動せし
められつつその軸心位置に貫入されるプラグ２と主ロー
ル１、１との間において、半回転につき一回の間欠的な
圧下を受けて穿孔圧延される。この主ロール１とプラグ
２とによる圧下を受けていない時、被圧延材である穿孔
圧延中の中空素管Ｈはその回転により半径方向外向きに
膨れ出るが、図４に示すように、ディスクロール３、３
が膨れ出た部分の外周に摺接し、これよりも外側への膨
れ出しを抑制しているので楕円形状を呈しつつ圧延さ
れ、移動方向下流側（図の右方）に至るに従って徐々に
円形に成形され、中空素管Ｈになる。なお、主ロール
１、１のロール開度Ｒｇ、ディスクロール３、３のガイ
ド開度Ｄｇおよびプラグ２の先進量Ｌｐは、中空素管Ｈ
の外径と肉厚、換言すれば内径ｄｓ（図９参照）が所望
の寸法になるように設定されている。

【００４０】上記穿孔圧延に際し、本発明では、プラグ
２の最大径部の外径ｄｐと、得るべき中空素管の内径ｄ
ｓ（いずれも図９参照）との関係において、前述した
式に基づくクリアランス△ｄが４〜１２％となる範囲内
の値になる最大径部外径ｄｐを有するプラグ２を用いて
穿孔圧延を行う。このように、得るべき中空素管Ｈの内
径ｄｓとのクリアランス△ｄが４〜１２％の範囲内にな
る最大径部外径ｄｐを有するプラグ２を用いて穿孔圧延
を行うと、プラグ２の最大径部近傍でのプラグ２と被圧
延材内面との接触長Ｌ（図１０参照）が短くなる。この
結果、プラグ２と被圧延材との接触面積が小さくなって
両者の摩擦力が小さくなり、擦り疵Ｋ（図８参照）が発
生するのを抑制もしくは防止することができる。また、
尻抜け不良などのミスロールと偏肉悪化が発生するのを
防止でき、穿孔圧延を安定して行うことができる。

【００４１】以上は、主ロール１がコーン型の傾斜圧延
機を用いる場合について説明したが、主ロールがバレル
型の傾斜圧延機を用いる場合にも同様の結果が得らるこ
とはいうまでもない。ただし、主ロールがバレル型の傾
斜圧延機で拡管比１．１５以上の高拡管比穿孔圧延を行
うと、主ロール１がコーン型の傾斜圧延機で穿孔圧延す
るのに比べ、被圧延材の円周方向せん断変形、表面捩れ
せん断変形などの付加的せん断変形が大きくなり、被圧
延材の材質によっては内外面にせん断変形起因の疵が多
発する場合がある。従って、このような恐れのない、主
ロールがコーン型である傾斜圧延機を用いるのが好まし
い。

【００４２】

【実施例】次に、本発明の方法を実際の穿孔圧延に適用
した場合の実施結果を示す。

【００４３】実施条件を表２に示し、結果を表３に示
す。

【００４４】

【表２】

【００４５】

【表３】

【００４６】なお、表３の内面きず発生有無の×印はか
ぶれ疵の発生原因となるプラグ起因の擦り疵が管内面に
発生した場合、ミスロール発生有無の×印は尻抜け不良
が発生した場合、○印は何らの問題もなく穿孔圧延でき
た場合、をそれぞれ示している。

【００４７】表３に明らかなように、本発明例では摺り
疵およびミスロールは全く発生しなかった。これに対
し、比較例では摺り疵またはミスロールのいずれかが発
生した。

【００４８】

【発明の効果】本発明の方法によれば、１．１５以上の
高拡管比の穿孔圧延においてもプラグと中空素管内面と
の摩擦力に起因した摺り疵およびミスロールなどの圧延
トラブルが皆無になり、穿孔圧延を安定して行うことが
できる。この結果、製品の手入れ工数節減が図れる外、
内面品質の優れた製品を高能率に生産でき、製管コスト
の低減が図れるなど、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラグの最大径部の外径と中空素管の内径との
クリアランス△ｄおよび拡管比が穿孔圧延結果に及ぼす
影響を示す図である。

【図２】本発明の穿孔圧延方法に用いる傾斜圧延機の一
例を示す模式的平面図である。

【図３】本発明の穿孔圧延方法に用いる傾斜圧延機の一
例を示す模式的側面図である。

【図４】図２のＩ−Ｉ線矢視断面図である。

【図５】従来の傾斜圧延機の一例を示す模式的平面図で
ある。

【図６】従来の傾斜圧延機の一例を示す模式的側面図で
ある。

【図７】図５のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。

【図８】中空素管の内面に生じる摺り疵を示す模式図で
ある。

【図９】高拡管比穿孔圧延時における主ロール、プラグ
および中空素管の相対関係を示す図であり、同図（ａ）
は主ロールがバレル型の場合、同図（ｂ）は主ロールが
コーン型の場合を示す図である。

【図１０】内面摺り疵の発生機構を説明するための図で
ある。

【符号の説明】 １：主ロール、 １０：主ロール、１
１：ゴージ部、 １２：入口面、１
３：出口面、 ２：プラグ、３：
ディスクロール、 ３ｄ：摺動面、Ｂ：ビレ
ット、 Ｈ：中空素管、Ｍ：マンド
レルバー、 Ｋ：摺り疵、β：傾斜角、
γ：交叉角、Ｒｇ：主ロールのロ
ール開度、 Ｄｇ：ディスクロールのガイド開度、
Ｌｐ：プラグの先進量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パスライン周りに互いに逆向きに傾斜させ
   て対向配置された一対の主ロールと一対のディスクロー
   ルとの間にパスラインに沿ってプラグを配し、被圧延材
   を螺進移動させつつ１．１５以上の高拡管比で中空素管
   を得る継目無金属管の穿孔圧延方法において、前記中空
   素管の内周長を前記プラグの最大外周長よりも４〜１２
   ％大きくして穿孔圧延することを特徴とする継目無金属
   管の穿孔圧延方法。