JPS5848241B2 - 管の連続圧延法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は継目無管の製造法に関するものである。

継目無金属管例えば継目無鋼管の製造においては、断面
が角型或は丸型のビレットから比較的厚内のシェル等と
称される管状材に穿孔し、プラグミル、マンドレルミル
又はセミフローテイングマンドレルル等によって中間圧
延を受け、肉厚と外径を圧減し長さ方向に伸ばされる。

これらの中間圧延工程はいずれも真円断面のプラグ又は
マンドレル（以下一括してマンドレルと呼ぶ）を用いる
ため、連続圧延するに際し前後スタンドのカリバー形状
およびマンドレルの断面の形状の幾何学的関係から１ス
タンド当りの伸び率を大きくとることが出来ず、従って
管を所望の肉厚まで圧延するには多くの圧延機が必要と
なった。

第１図はこれら公知の管圧延経過を示したもので第１図
ａは圧延されるべき管状素材１に断面円形のマンドレル
２を挿し通した際の断面を示すものであるがこれが第１
圧延機を通過後は第１図ｂに示すように断面が楕円形の
カリバーをもった圧延ロール３，３′と断面円形のマン
ドレル２とによりハツチングで示した部分４，４が圧延
される。

又第１図Ｃは同様の第２圧延機を通過後の状態を示した
ものでハツチングで示した部分５，５′が圧延される。

この様な公知の圧延においては楕円形のカリバーと真円
形のマンドレルとで圧延が繰り返されるために肉厚圧下
量（一圧延前向厚一圧延後肉厚）はカアバー底で最大と
なり力リバーエッジ部に向って次第に小さくなり、カリ
バーエッジ近傍のかなりの部分は肉厚圧下が行なわれて
いない。

この様に肉厚圧下量が円周方向に大きく異なる場合は材
料内部に不都合な内部応力を発生し管の変形が不均一と
なり、圧延特性も不均一となる。

即ち、管材においてカリバー底付近のみが長さ方向に局
部伸びを生じようとするが、肉厚圧下を受けていない、
カリバーエッジ部分のものがこれを阻止するように作用
し、全体として長さに伸び難く結果として巾広がりを生
じカリバー開口部へ大きく流れ出すことになる。

このためカリバーの形状は肉厚圧下量を大きくとる時は
カリバーエッジ部を大きく逃して楕円度を大きくしなげ
ればならない。

しかし楕円度を大きくすることによってこの傾向はます
ます助長され、伸び率が大きくとれないばかりか第１図
Ｃの符号６に示す様な管内面が突起した肉厚不均一部を
生じ結局、これが製品において肉厚精度を悪くしている
。

また、これら従来の中間圧延機において管の品質とマン
ドレルの寿命を良好に維持するためには、マンドレルの
潤滑が圧延中良好に維持されなげればならない。

従来法におけるマンドレルの潤滑は、マンドレルを管内
に挿入する前にスプレー等により、マンドレルに潤滑剤
を吹きつげるか、あるいは特公昭４６−３０５８１に示
される如く、圧延中に管とマンドレル間の空間をマンド
レル内部から潤滑剤を供給する方法であった。

これら従来の潤滑法では、いづれも真円形断面のマンド
レルを使用するため、前後スタンドのカリバー形状およ
びマンドレルの断面形状の幾何学的関係から、ロール軸
と平行なカリバー幅は、前スタンドのロール軸と垂直な
前スタンドのカリバー高さよりかなり大きくする必要が
あり、このため圧延位置においてマンドレルと管の内面
はロール間隙近傍で大きく開口することになり、ここか
ら潤滑剤が水蒸気とともに逸散し、十分な潤滑が出来な
かった。

本発明は管を連続圧延するに際し、伸び率を大きくとる
場合にマンドレルの潤滑を良好に維持することにより品
質の優れた継目無管を安価にかつ高能率に製造する方法
および装置を提案する。

本発明は管の連続圧延機において圧延ロールには断面が
楕円形状のカリバーを穿設し、且つこのカリバーの位相
を相隣れる圧延スタンドにおいて周方向に９０度回転せ
しめて配設し、更に圧延ロールのカリバー内において圧
延ロールと協働して管圧延を行なうマンドレルの断面形
状をも前記カリ゛バーと相似形の楕円形状に形成し、カ
リバ，一とマンドレルにより構成される間隔は周方向に
略々等しくし、カリバーエッジ部近傍においても管の肉
厚を実質的に減少せしめて周方向の管の肉厚を絶えず略
々等しく保ちながら複数台連設された管圧延機列で管圧
延を行なうことを特徴とする。

本法に用いるマンドレルは相隣るスタンドのロール軸芯
間隔に略々等しい長さの楕円柱をその長軸が次の短軸と
略々等しくなる様に段付状に先細りとなし、該段付部近
傍に逆止弁付潤滑剤噴出口とこれと配管を異にする圧力
調節可能な潤渭剤排出口を設け、管の前端が該潤滑剤噴
出口を通過すると、液状潤滑剤を噴出して管とマンドレ
ル間を充満し、マンドレルを前進させることにより該潤
滑剤を圧縮して圧力を上昇させ、潤滑剤排出系で該圧力
を予め定めた値にコントロールしながら圧延することを
第２の特徴とする。

以下本発明について詳細に述べる。

，本発明において使用する管状素材はその管状素材の製
造手段に特定されるものではなく、断面が角型或は丸型
のビレットにプレスロール穿孔機、或は傾斜ロール穿孔
機等の手段で穿孔した一般に例えばシェル等と称されて
いる比較的厚肉の管状材が用いられる。

上記の如く穿孔された管状素材を本発明によって継目無
管に圧延するためには先づ次の如き圧延設備が準備され
ねばならない。

本発明の圧延機としては断面形状が楕円形のカリバーを
有する圧延ロールが用いられしかもかかる圧延ロールを
具備せる圧延機は２台以上を圧延ロールに穿設された楕
円カリバーの位相を９０度ずらして連設されねばならな
い。

第２図は本発明における圧延ロールの配置の一列を示し
たもので７は第１圧延ロール、８は第２圧延ロールでカ
リバーの位相が周方向に９０度ずらされている。

９は第３の圧延ロールでカリバーの位相が第２圧延ロー
ルに対して９０度ずらされている。

即ち、第■圧延ロールと同位相に配置されている。

更に圧延機が後続して追加連設されるときには同様に配
置される。

本発明において圧延ロールの配置は管状素材の寸法と圧
延品の寸法との関係によって２台以上適宜選択配置する
ことができる。

１０はマンドレルであって、圧延ロール７，８，９と協
働して管圧延を行なう部分（以下当接マンドレルと云う
）１１，１２．１３を有する。

この当接マンドレル１１，１２．１３は特に当該部が対
向するカリバー断面形状との間隔が周方向に略々等しく
なる様な形状とする。

従ってカリバーの楕円の長径／短径より当接マンドレル
の楕円の長径／短径は大きくなる。

カリバーの楕円度（長径／短径）は１．０１〜１．３の
間に選ぶのが最も好ましい。

当接マンドレルの楕円度はマンドレルとカリバーの間隔
すなわち該パスを通過後の管の肉厚をｔ、カリバーの長
径をＧａ、カリバーの短径をＧｂとすると（Ｇａ−２ｔ
）／（Ｇｂ−２ｔ）とするのが最も好ましい。

最終スタンドのロール力リバーは真円カリバーとするこ
とが出来る。

この場合には当該マンドレルの断面形状は真円とする。

圧延ロールのカリバーは楕円の長軸を当該スタンドのロ
ール軸と平行とし、短軸をこれと直交せしめる。

カリバーの短径は続くスタンドのカリバーの長径と略々
同寸法とし方向は等しい。

当接マンドレルの楕円の長径および短径の関係も同様で
あり、各々の当接マンドレルの長さは相隣るスタンドの
ロール軸芯間隔に略々等しい。

１ ５ ． １ ５’はフイードロール、１ ６ ．
１ ６’はストリッパーロールである。

本発明にしたがって効果的に、且つ精度よく圧延するた
めの圧延設備は上記の如く構成されるものであるが以下
更にこの圧延方法について述べる。

本発明の圧延処理を行うべき素材は任意の手段により管
圧延の為に穿孔された管状素材が使用される。

第２図例の如く、スラストブロック１４を圧延ロール方
向に進行させ、圧延機入口に準備されている管状素材Ｐ
の穿孔部にマンドレル１０を挿入し、更にマンドレルの
みを前進させ各圧延ロール７，８．９に対向する様に設
けられている当接マンドレル１１，１２．１３を夫々の
対向位置に設定する。

ついでフイードロール１ ５ ， １ ５’により管状
素材Ｐを前進させ先づ第１の圧延ロール組７，７内に送
り込み圧延を行う。

第３図ａは管状素材Ｐに当接マンドレル１１が挿入され
た圧延直前の状態を示す第２図Ｄ−Ｄ断面図であるがこ
れが圧延ロール組７，７で圧延される時は図において上
下方向に符号３７部に圧下が加えられ第２図Ａ−Ａ断面
図として第３図ｂに示される如く塑性変形される。

管状素材は更に進行して第２の圧延ロール組８，８間に
至り前記圧下部３７より９００ずれた部３８に圧下が加
えられ圧延が行なわれる。

この状態は第３図Ｃに示される。この様な楕円力リバー
を設けた圧延ロールと楕円断面のマンドレルによる圧延
がその圧下位置を互に９０’変位させながら圧延が任意
回数繰り返される。

上記例において当接マンドレルの同一断面長さは相隣る
スタンドのロール軸芯間隔に略々等しくし圧延中におい
てスラストブロック１４の速度と位置を制御し、管状素
材Ｐが当該カリバー内にある間、それに対応する当接マ
ンドレルが当該カリバーを外れない様に保ちながらその
当接マンドレルを前進させながら圧延するのであるが、
各スタンドにおいて各ロール力リバーに対応する当接マ
ンドレルが、圧延開始時においてその前端付近で、圧延
終了時においてその後端付近で圧延し、当接マンドレル
の略々全長にわたって負荷を均一に分散せしめる様に当
接マンドレルの長さ、圧延速度およびマンドレル移動速
度を定めるのが最も良い。

かくて管状素材Ｐの後端が最終ロールを通過し圧延を終
了するとストリッパーロール１６，１６’によって管を
更に前進させマンドレルはスラストブロックと共に後退
しスタート位置に戻す。

本発明においては上記の如く穿孔された管状素材を楕円
力リバーを設んたロールと断面が楕円の当接マンドレル
とにより圧下点位置を９００変化させながら圧延するこ
とを特徴とするものであるが、かかる圧延を行うことに
より伸び率を大きくでき圧延特性が安定するが以下更に
これについて述べる。

第４図ａは本発明において圧延前の管状素材にマンドレ
ルを挿入した状態の断面図である。

第４図ｂは第１の圧延ロール通過時の断面で圧延ロール
７，７と当接マンドレル１１の間で圧延された部分３８
． ３８’を斜線を以って示した。

又第４図Ｃは更に圧下点が９００周方向に変位されてい
る第２の圧延ロール通過時の断面で圧延ロール８，８と
当接マンドレル１２０間で圧延された部分３９，３ｇを
斜線で示した。

これらの図からわかるように本発明の圧延法においては
楕円形のカリバーとそれと略相似の楕円形マンドレルの
間で圧延が行なわれ肉厚圧下量をカリバー逃げ部を除き
略一定に保っている。

本発明において楕円形と称するものは厳密な幾何学的意
味に限定されるものではなく楕円形に近似の曲線から構
或されるものをも含むもので、例えば半径の異なる円弧
を継いだもの、或はその一部を直線または曲線で置き替
えたものをも含むものである。

或は又圧延ロールを３個組としこれらの夫々のロールの
カリバーが形成する断面形体が辺をふくらませた三角形
状のものも本発明のものに含まれるものである。

本発明は上記の如《構成されるものであるが、以下第１
表に本発明による試験例を従来法と比較して掲げその作
用について述べる。

基づく試験結果を第５図に示している。

先づ第５図ａは全外径減少率を従来法と比較して示した
が、従来法では第１スタンド後で１４係、第２スタンド
後で１６係に過ぎないが本発明の方法では夫々２３係、
３６係と大きく、従来法の２倍以上にも達している。

このことは伸び率を大きくなし得るのみならず、ロール
と管の接触面積が大きくなり、十分なグリップカを生じ
させ当接マンドレルの摩擦抵抗を十分上回る前進力を生
じさせることを可能となすものである。

この様な十分な外径減少率は従来法においては幾何学的
関係からとり得なかったものである。

又第５図ｂは管の断面積変化を示したものであるが本発
明の方法においては圧延前の断面積が従来法のものより
も大きいにもかかわらず第１スタンド通過後において従
来法よりも遥かに断面積が小さくなっている。

この様な大きい断面減少は本発明が始めて可能となし得
るものである。

又第５図Ｃに全伸び率（＝素材断面積／当該スタンド後
の断面積）を示したが、従来法では第２スタンド後で伸
び率が１．６倍であるのに対し本発明では２．７倍が可
能である。

次にマンドレルの潤滑法について説明する。

第６図はマンドレルの潤滑法を示す模式図である。

管状素材Ｐが当接マンドレル１２とロール８の間で圧延
され、その前端がホットメタルデイテクタ４０で検出さ
れると潤滑剤配管４１の圧力が上昇し、逆止弁４２を押
し上げ、当接マンドレル１３と管状素管Ｐとの空隙４３
を液状潤渭剤で充満する。

管状素管Ｐの前端が次のスタンドのロール９に噛込まれ
ると空隙４３内の潤渭剤は前進しつつあるマンドレルに
よって圧縮され、急速に圧力が上昇し、逆止弁４２は該
圧力によって閉鎖し、タイマーによって配管４１内の圧
力を該逆止弁のクラツキング圧力以下に低下させ、圧延
完了後の潤滑剤の流失を防ぐ。

マンドレルはさらに前進をつづけ、空隙４３内の圧力が
予め定めておいた逆止弁４４のクラツキング圧力に達す
ると、逆止弁４４は押上げられ、潤渭剤は潤渭剤排出管
４５を通ってマンドレル外に排出される。

このとき管状素管の内面に筋疵をつけ、またマンドレル
を摩耗させる原因となるスケールは微細に粉砕され、液
状潤渭剤と同時に潤滑剤排出管４５から排出される。

潤渭剤排出管４５はマンドレル冷却水通路４６に合流し
ても良いが、マンドレルの冷却性能を低下させる心配が
あり、第６図の様に別配管とするのが好ましい。

こうすることによって潤滑剤に十分な圧力をかげて管の
内面とマンドレル間を完全に潤渭し、かつ潤渭剤の圧力
を予め定めた適正な値にコントロールすることによって
管の変形を均一に保つことが出来る。

マンドレルに潤ｆｆｉ 剤排出孔がない場合は、本発明
のように管の全円周にわたって均一な肉厚減少を行なお
うとする場合はマンドレルと管の内面とはカリバーエッ
ジ近傍でもほとんど間隙がなく、本発明に使用するマン
ドレルを前進させれば潤滑剤は逃げ場を失ない極めて高
圧となり、管は内圧によって変形し、あるいはついには
バーストしてしまうことになる。

管のバーストを防ぐためには従来法の様にロールエッジ
部を大きく逃がし、管の内面とマンドレル間に大きな空
隙を残す様にすれば本発明の目的とする大きな伸び率を
とり、しかも圧延寸法精度を向上させることも、十分な
潤滑を行なうことも、もはや出来なくなる。

潤滑剤排出口を設けない場合は管内のスケールは最初お
よび最後のスタンドのロールエッジ部近傍の前記空隙を
通って放出されるだけで、中間スタンドでのスケールの
逃げ場はなく、マンドレルの摩耗と管の内面品質を悪化
させることになる。

本発明は上記の如くであるので次の様な効果を得ること
ができる。

（１）断面の大きな素材が使える。

従って圧延能力が大きくなり温度低下が小さく、品質の
向上が得られる。

又ビレットとして断面角形のものを使用する場合におい
ても長尺管の製造ができるようになる。

（２）圧延機台数を減少できる。

従来のマンドレル圧延では通常８〜９台の圧延機で構或
されているが本発明では１台当りの伸び率が大きくとれ
るので圧延機数を減少できる。

（３）均一な圧延変形ができる。

管の肉厚は略全周に亘って均一な圧延を受けるため均一
な延びが得られ、巾広がりは殆んど生じない。

そのため、カリバー間隙付近を噛出疵を防ぐために大き
く逃がす必要はな《カリバー全域を有効に使うことがで
きる。

カリバー間隙部に位置する部分には肉厚圧下を行うので
はないが、略全周の管が長さ方向に大きく伸びるのでこ
の部分も周囲の管と共に伸び実質的な肉厚の減少が可能
となり、当該部に進入して《る管の肉厚よりも該部のマ
ンドレルとカリバーの間隔を実質的に狭くして噛出疵を
発生させずに管を圧延することも可能となった。

従って次の圧延機に至ってそのカリパー底となるので管
の肉厚はその周囲と殆んど変らなくなる。

この様に大きな外径圧下を行うこと及び、当該圧延機の
ロール力リバー内の周速を入側の管速度よりも速く、且
つ当該圧延機のカリバー底のロール周速がその圧延機出
側の管速度より遅く設定することによって入側スタンド
との間で管に引張力を生じさせ外径圧下中の増肉を防止
し、マンドレルと接触する前までに肉厚を減少させるこ
とも可能であり、より均一な肉厚圧下を行うことができ
る。

（４）当接マンドレルの寿命が向上する。

本発明によれば第１図，第４図の比較からもわかるよう
に当接マンドレルへの局部的な最大負荷が小さく従って
摩耗，溶損，焼付，ヒートクラツク等の欠陥の発生が少
い。

（５）肉厚精度が良い。

従来法においては第１図Ｃに示した様に内面に突起６を
生じ、これが最後まで残る。

しかし本発明においては当接マンドレルとカリバーの断
面形状をその間隙が周方向に一定となるようにすること
によって均一な肉厚を精度よく得ることができたもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法におけるカリバーとマンドレルによる圧
延断面図、第２図は本発明の圧延態様を示す略線図、第
３図は第２図の各部分の各圧延機のロール力リバーとマ
ンドレルの関係図、第４図は本発明におけるカリバーと
マンドレルによる圧延断面図、および第５図は本発明法
と従来法とを比較したもので、第５図ａは各圧延段階に
おける全外径減少率を示すグラフ、第５図ｂは管の断面
積を示すグラフ、第５図Ｃは全伸び率を示すグラフであ
る。 第６図は本発明のマンドレルの構造例である。 ７，８．９・・・圧延ロール、１０・・・マンドレル、
１１，１２．１３・・・当接マンドレル １４・・・ス
ラストフロック，１５．１５’・・・フイードロール、
１ ６ ． １ ６’・・・ストリッパーロール、４０
・・・ホットメタルデイテクタ、４１・・・潤渭剤配管
、４２，４４・・・逆止弁、４３・・・空隙、４５・・
・潤渭剤排出管、４６・・・マンドレル冷却水通路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管状素材と断面楕円のカリバーと、このカリバーに
   相似形の当接マンドレルにより、相隣るカリバー及び当
   接マンドレルの位相を９０度転回させて二回以上順次圧
   延する管の連続圧延法において、当接マンドレルの楕円
   の長軸は当該スタンドのロール軸と平行であり、その長
   さは前スタンドの当接マンドレルの楕円の短軸の長さに
   略々等しくし、両者は同方向であり、カリバーとマンド
   レルにより構成される間隔は周方向に略々等しくし、各
   当接マンドレルの段付部近傍から液状潤滑剤を噴出して
   管と該当接マンドレル間を充満し、マンドレルを前進さ
   せなから該部潤滑剤の圧力を予め定めた値にコントロー
   ルして圧延する管の連続圧延法。 ２ 管状素材と断面楕円のカリバーと、このカリバーに
   相似形の当接マンドレルにより、相隣るカリバー及び当
   接マンドレルの位相を９０度転回させて二回以上順次圧
   延する管の連続圧延法において、カリバーの楕円の長軸
   は当該スタンドのロール軸と平行であり、マンドレルの
   楕円の長軸をこれと一致させ、カリバーとマンドレルに
   より構或される間隔は周方向に略々等し《し、カリバー
   エ？ジ部近傍においても管の肉厚を実質的に減少せしめ
   て圧延する管の連続圧延法。 ３ 管状素材と断面楕円のカリバーと、このカリバーに
   相似形の当接マンドレルにより、相隣るカリバー及び当
   接マンドレルの位相を９０度転回させて二回以上順次圧
   延する管の連続圧延に用いるマンドレルが、相隣るスタ
   ンドのロール軸芯間隔に略々等しい長さの楕円柱をその
   長軸が次の短軸と略々等しくなる様に段付状に先細りと
   なし、該段付部近傍に逆止弁付潤渭剤噴出口とこれと配
   管を異にする圧力調節可能な潤滑剤排出口を設けている
   ことを特徴とする管の連続圧延装置。