JPH11221604A

JPH11221604A - 管の絞り圧延方法

Info

Publication number: JPH11221604A
Application number: JP2361398A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Toyooka; 高明豊岡; Takuya Nagahama; 拓也長濱; Akira Yorifuji; 章依藤; Hiroshi Oka; 弘岡; Taro Kanayama; 太郎金山
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】管外面疵やクロップを助長させず複雑な機
構も要さずに管内面の角張りを軽減しうる管の絞り圧延
方法を提供する。【解決手段】Ｎ本（Ｎ：２以上の自然数）の孔型ロー
ル２を円周方向に配置してなるスタンドを複数、タンデ
ムに配列した絞り圧延設備を用いて管１を絞り圧延する
にあたり、少なくとも１スタンドでは、複数個のローラ
３を円周方向に数珠状に連結してなるローラリング４を
有する内面工具５を孔型内の縮径域６に装入して管の内
面圧延を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管の絞り圧延方法
に関し、特に角張りを抑制できて内面形状に優れる円管
を製造できる管の絞り圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】管圧延によって素管から所望の外径の製
品管を得るために、従来、２ロール式あるいは３ロール
式のスタンド（管圧延スタンド）を複数基タンデムに配
列した絞り圧延設備（例えばストレッチレデューサ）を
用いる絞り圧延方法が採用されている。

【０００３】図３は従来の３ロール式絞り圧延方法の説
明図であり（ａ）は外観、（ｂ）はロール配置と六角張
り、（ｃ）はカリバ形状をそれぞれ示す。図３において
１は管、２はロール（孔型ロール）で、（ａ）では５ス
タンド分を示している。３ロール式絞り圧延方法では一
般に、（ｂ）に示すように隣り合うスタンドのロール配
置に60°の位相差をもたせ、管１内面には工具を配置せ
ず、各ロール２には（ｃ）に示すようにプロフィルを中
心Ｏ、半径Ｒの円弧で与えたカリバを設ける。このプロ
フィルは、カリバ中心Ｃとパス中心Ｐ間の距離ａがカリ
バ端Ｅとパス中心Ｐ間の距離ｂより小さくかつａ、ｂと
もＲより小さい（ａ＜ｂ＜Ｒ）、いわゆる楕円化された
形状に設計される。なお、（ｂ−ａ）／ａで定義される
楕円率が設計パラメータとして使用される。

【０００４】ａ＜ｂより、管はカリバ中心Ｃでは強くカ
リバ端（フランジ側端）Ｅでは弱く圧下され、管内面に
工具が配置されていないため、数パス後には（ｂ）に示
すように、管１内面形状が、スタンド通過毎に60°ピッ
チで回転する六角形を呈するようになる。なお、２ロー
ル式の場合は四角形を呈する。この現象は角張りと呼ば
れ、絞り圧延で製造される製品管内面の形状寸法精度を
悪化させる主要因として、その発生防止対策が古くから
切望されているものである。

【０００５】これまでに提案されている角張り防止対策
の主なものとしては、カリバ真円化、スタンド間張力強
化、およびロール位相角変更（特開昭61−216806号公
報）の３つが挙げられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】カリバ真円化は、図３
（ｃ）においてａ、ｂをＲに限りなく近づける（楕円率
を限りなく０に近づける）ものであるが、ロールフラン
ジ部での圧下量が相対的に大きくなることから、この部
位での材料の噛み出し傾向が大きくなり、管外面に疵が
発生し易くなる問題がある。

【０００７】スタンド間張力強化は、各スタンドのロー
ル回転数を調整しスタンド間の張力を増して偏肉を緩和
しようとするものであるが、先後端クロップ（張力がか
からないことによる肉厚非定常部）が長大化し歩留りが
低下する問題がある。ロール位相変更は、例えば図４に
示すように、 180°／Ｎおよび90°／Ｎ（Ｎ＝２、３）
の位相差をもたせた圧下パターン（図４では基準位置
（時計の文字盤に見立てて12時の位置）に対して０°⇒
60°⇒30°⇒90°、なお、＃ｉ〜＃ｉ＋３はスタンド番
号）で圧延することにより、多角形の角数を増やしてよ
り円形に近い内面形状を得ようとするものであるが、ロ
ールハウジングを傾斜配置させる等の複雑な機構が必要
となる問題がある。

【０００８】この発明は、上記従来技術の問題に鑑み、
管外面疵やクロップを助長させず複雑な機構も要さずに
管内面の角張りを軽減しうる管の絞り圧延方法を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、外面から
の縮径方法の改良を押し進めることのみから角張りを軽
減できるとする従来の考え方に限界を覚え、絞り圧延に
バーやプラグと称される管内装入工具（以下単に内面工
具という）を用いた内面圧延を援用して角張りを軽減す
るという新たな考えに立って具体的方法を鋭意検討した
結果、従来の内面工具を適用した絞り圧延では、縮径率
／パス（以下、ｒ_iと記す、なお添字ｉはパス番号（空
パススタンドを無視すればスタンド番号に等しい）であ
る。）を５％程度以上に大きくすると内面での焼付きが
生じて圧延不能に陥り、生産性が悪くなることがわかっ
た。

【００１０】そしてさらに鋭意検討を重ねて、内面工具
にローラを具備させることでこのような内面での焼付き
を効果的に防止できるという重要な知見を得るに至り、
かかる知見に基づいて、本発明を完成した。すなわち、
本発明は以下のように構成される。（１）Ｎ本（Ｎ：２以上の自然数）の孔型ロールを円周
方向に配置してなるスタンドを複数、タンデムに配列し
た絞り圧延設備を用いて管を絞り圧延するにあたり、少
なくとも１スタンドでは、複数個のローラを円周方向に
数珠状に連結してなるローラリングを有する内面工具を
孔型内の縮径域に装入して管の内面圧延を行うことを特
徴とする管の絞り圧延方法。（２）ローラリングのローラ数がその外側の孔型ロール
数のｎ倍（ｎ：自然数）である（１）記載の方法。（３）ｎ＝１またはｎ＝２である（２）記載の方法。（４）ローラリングが縮径域またはその入側に位置する
（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。（５）内面工具の平行部端が孔型ロール直下またはそれ
より出側に位置する（１）〜（４）のいずれかに記載の
方法。（６）ローラリングが複数、タンデムに配置され、隣接
するローラリングの円周方向の位相差がπ／（ｎＮ）
（rad.）である（２）〜（５）のいずれかに記載の方
法。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態の１例を
示す（ａ）は一部切欠側面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ矢
視図である。図１には３ロールスタンド（Ｎ＝３）の場
合を示し、１は管、２は孔型ロール、３はローラ、４は
ローラリング、５は内面工具（工具）、６は管１の孔型
ロール２に対する噛込点Ｘinと噛出点Ｘout との間の区
域として定義される縮径域である。

【００１２】図１に示すように、本発明では、複数個の
ローラ３を円周方向に数珠状に連結してなるローラリン
グ４を有する工具５を孔型内の縮径域６に装入して管１
の内面圧延を行う。このようなローラリング４は、例え
ば工具５胴部に周回溝を設け該溝内にこれを転動自在に
収納することによって、工具５に取り付けることが可能
である。工具およびローラリングの材質としては耐熱高
合金鋼が好適である。工具が装入されるスタンドの種類
や数は特に限定されないが、好ましい装入対象スタンド
は、通常の絞り圧延において高いｒ_iがほぼ一定値で割
付けられる中間段の連続スタンド（ワーキングスタン
ド）のうち１つ以上、あるいは、ｒ_iの大きい順に選ば
れる１つ以上のスタンドである。

【００１３】従来の工具は、縮径域のほぼ全域で管内面
に摺動可能に当接して管内面にすべり摩擦力を及ぼすも
のであり、そのためｒ_iを高めると摩擦抵抗が過大とな
り、摩擦発熱による焼付きを生じて通管不能に陥るケー
スが多かった。これに対し本発明では、図１に示すよう
に、縮径域６の一部区域で管１内面にローラ３が転動自
在に当接するから、かかる一部区域における管１内面に
は、すべり摩擦力ではなくこれに比して格段に小さいこ
ろがり摩擦力が作用する。さらに、ローラ３の出側には
管１内面が工具５と離間する区域（非接触域）が生じ
る。すなわち本発明では、縮径域６における従来のすべ
り摩擦域の一部をころがり摩擦域および非接触域で置換
できることになり、このことから、ｒ_iを高くしても焼
付きが生じないようにすることができる。

【００１４】それゆえ本発明によれば、生産性を落とす
ことなく内面工具を有効活用できることになり、管外面
疵やクロップを助長させず複雑な機構も要さずに管内面
の角張りを軽減するという前記目的を首尾よく達成する
ことができる。本発明ではさらに、圧延力を円周方向に
均等に付与する観点から、ローラリング４を構成するロ
ーラ３の個数をその外側の孔型ロール２の本数Ｎのｎ倍
（ｎ：自然数）とするのが望ましい。ｎの値は特に限定
されないが、通常の絞り圧延が施される管内径に対応さ
せて装入スペースを考慮すると、ｎ＝１またはｎ＝２と
するのが好適である。図１にはｎ＝２の例、すなわちｎ
Ｎ＝６個のローラ３によりローラリング４を構成した例
を示している。

【００１５】また、本発明では、工具５を、縮径域６ま
たはその入側にローラリング４が位置するように装入し
て、縮径開始時点から孔型ロール２の絞り力による管１
の増肉を抑制することにより、より効果的に肉厚精度を
向上させることができる。なお、出側端（噛出点Ｘout
）では、従来のように工具５の胴部（平行部）全周を
管１内面に摺動可能に当接させて内面圧延を行うように
する。

【００１６】ところで、ローラリング４の構造上、ロー
ラ３の相互連結部分についてはこれを管１内面に当接さ
せることがむずかしく、管１には円周方向に等間隔にロ
ーラ３との非当接部分が生じることになる（図１（ｂ）
参照）。このため、この非当接部分が当接部分よりもわ
ずかではあるが増肉傾向になり、高寸法精度をとくに厳
しく要求される製品に関しては偏肉公差を維持できなく
なるケースが皆無とはいえない。

【００１７】そこで、本発明では、図２に示すように、
ローラリング４を複数、タンデムに配置し、かつ隣接す
るローラリング４，４の円周方向の位相差をπ／（ｎ
Ｎ）（rad.；ラジアン）に設定して、これらローラリン
グ４，４の一方に係る非当接部分に、他方のローラ３を
あまねく当接させるようにするのがよりいっそう好適で
ある。なお、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、ローラ
リング４，４の一方と他方における位相の基準線をそれ
ぞれｌ，ｍとすると、両者の位相差は基準線ｌ，ｍのな
す角度で表され、この例ではその値はπ／６（rad.）す
なわち30°である。

【００１８】なお、ここでは、Ｎ＝３，ｎ＝２の場合を
例に挙げて本発明を説明したが、本発明がこの場合に限
定されるものでないことはいうまでもない。

【００１９】

【実施例】（実施例１）固相圧接法（オープン管を600
℃程度に加熱または均熱し更にその両エッジ部を融点近
くまで加熱して衝合・圧接する方法）により成管したＪ
ＩＳ−ＳＴＫＭ１１Ａ相当の鋼素管（外径88.2mm×肉厚
3.2mm ）を、表１に示すｒ_iを配分した９スタンドの３
ロール式絞り圧延設備（Ｎ＝３）を用い、内面工具を装
入せずに絞り圧延した比較例１での製品の角張り率（図
５に定義を示す）は、3.0 ％であった。なお、圧延温度
は650 ℃（第１スタンド入側）、圧延速度は400m/min
（最終スタンド出側）、ロール楕円率は６％（各スタン
ドで同じ）である。

【００２０】

【表１】

【００２１】一方、ｒ_iが最大の第６スタンドに図６
（ａ）に示す従来型プラグ（耐熱高合金鋼製）を装入し
たことを除き比較例１と同一条件で絞り圧延した比較例
２では、このスタンドで管内面に焼付きを生じて製品が
得られなかった。これに対し、第６スタンドに図１の形
態のローラリング（ｎ＝２；耐熱高合金鋼製）を取り付
けたプラグ（耐熱高合金鋼製）を装入したことを除き比
較例１と同一条件で絞り圧延した実施例では管内面に焼
付きを生じることなく、製品の角張り率は0.4 ％と、比
較例１よりも格段に良い値であった。

【００２２】なお、管外面疵は実施例、比較例１とも発
生しなかったが、クロップ長については、プラグにより
先後端増肉が抑制された実施例では約100mm にとどまっ
たのに対し、プラグのない比較例１では約3000mmと長く
なった。（実施例２）マンネスマン・マンドレルミル造管法によ
り成管したＪＩＳ−ＳＴＫＭ１３Ａ相当の鋼素管（外径
158mm ×肉厚8.3mm ）を再加熱後、表２に示すｒ_iを配
分した18スタンドの３ロール式絞り圧延機を用い、内面
工具は装入せずに絞り圧延した比較例１での製品の角張
り率は、4.7 ％であった。なお、圧延温度は875 ℃（第
１スタンド入側）、圧延速度は350m/min（最終スタンド
出側）、ロール楕円率は２％（各スタンドで同じ）であ
る。

【００２３】

【表２】

【００２４】一方、ワーキングスタンド最終段の第14ス
タンドに図６（ｂ）に示す従来型バー（耐熱高合金鋼
製）を装入したことを除き比較例１と同一条件で絞り圧
延した比較例２では、このスタンドで管内面に焼付きを
生じて製品が得られなかった。これに対し、第14スタン
ドに図２の形態のローラリング（ｎ＝２；耐熱高合金鋼
製）を２段タンデムに位相差30°で取り付けたバー（耐
熱高合金鋼製）を装入したことを除き比較例１と同一条
件で絞り圧延した実施例では管内面に焼付きを生じるこ
となく、製品の角張り率は0.5 ％と、比較例１よりも格
段に良い値であった。

【００２５】なお、管外面疵は実施例、比較例１とも発
生しなかったが、クロップ長については、バーにより先
後端増肉が抑制された実施例では約150 mmにとどまった
のに対し、バーのない比較例１では約5,000 mmと長くな
った。

【００２６】

【発明の効果】かくして本発明によれば、管の絞り圧延
方法において、管外面疵やクロップを助長させず複雑な
機構も要さずに管内面の角張りを軽減できるようになる
という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の１例を示す（ａ）は一部切
欠側面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ矢視図である。

【図２】本発明のさらなる好適例を示す（ａ）は要部側
断面図、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ（ａ）のＡＡ矢視
図，ＢＢ矢視図である。

【図３】従来の３ロール式絞り圧延方法の説明図であり
（ａ）は要部外観、（ｂ）はロール配置と六角張り、
（ｃ）はカリバ形状をそれぞれ示す。

【図４】従来のロール位相変更パターン例の説明図であ
る。

【図５】角張り率の定義説明図である。

【図６】従来型内面工具の模式図であり、（ａ）はプラ
グ、（ｂ）はバーを示す。

【符号の説明】

１管２孔型ロール３ローラ４ローラリング５内面工具（工具）６縮径域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者依藤章愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者岡弘愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者金山太郎愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎ本（Ｎ：２以上の自然数）の孔型ロー
ルを円周方向に配置してなるスタンドを複数、タンデム
に配列した絞り圧延設備を用いて管を絞り圧延するにあ
たり、少なくとも１スタンドでは、複数個のローラを円
周方向に数珠状に連結してなるローラリングを有する内
面工具を孔型内の縮径域に装入して管の内面圧延を行う
ことを特徴とする管の絞り圧延方法。
【請求項２】ローラリングのローラ数がその外側の孔
型ロール数のｎ倍（ｎ：自然数）である請求項１記載の
方法。
【請求項３】ｎ＝１またはｎ＝２である請求項２記載
の方法。
【請求項４】ローラリングが縮径域またはその入側に
位置する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】内面工具の平行部端が孔型ロール直下ま
たはそれより出側に位置する請求項１〜４のいずれかに
記載の方法。
【請求項６】ローラリングが複数、タンデムに配置さ
れ、隣接するローラリングの円周方向の位相差がπ／
（ｎＮ）（rad.）である請求項２〜５のいずれかに記載
の方法。