JPS59197305A - 中空棒材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は中空棒材の製造方法に関するものである。

なおここに中空棒材とは一般の体調圧延工場で製造され
ている超厚肉の中空棒状体を総称するものとし、その寸
法例を示せば現今のマンドレルミル工場における継目無
管としてのＶ造が不可能とされる肉Ｉ！＃／外在比（以
下単にＴ／Ｄという）が２５〜３０％以上（外径自体に
制限はない）の中空棒状体であって、例えば油井用ドリ
ルカラーの加工素材として用いられるもの等を含むもの
とする。

この柿の中空棒材は従来第６図に示す如く次のような工
程で製造さり、ていた。第６図は従来における中空棒材
の製造工程を示す模式図であり、先ず＠６図（イ）に示
す如く鋼片Ｂ１を圧延機８１に通して所要寸法仕様の角
ビレットＢ２を得、この角ビレットＢ２の中心部に第゛
６図（ロ）に示す如くドリル８２を用いて！孔し、角形
の中空素材Ｂ３を製作し、次いでこれに第６図（ハ）に
示す如く妥ンガン鋼製の芯金３３を押通し、この状態で
第６１×１に）に示す如く加熱炉３４にて所要温度に加
熱した後、第６図（ホ）に示す如く孔型ロール８５ａ’
ｆ有するＩＯ数段のスタンド列からなる連続式棒鋼圧延
機８５に通して中空素材Ｂ３をその外径、肉厚が目標値
に一致するよう仕上げ、第６図（へ）Ｋ示すｌｌｎ＜芯
金８８を抜き取ってこれを定尺切断し、次いで第６図（
ト）に示す如く矯正機３６にて曲り矯正を施し、成品と
しての中空棒材Ｂ、を得てｂる。

ところでこのような従来の製造方法釦あっては次のよう
な問題点がちった。即ち、（１）中空素材Ｂ３内に内面
規制工具たる芯金３３を押入介在せしめた状態で圧延す
るが、芯金３３自体も塑性変形するため成品の真円度が
悪く偏肉の発生を避は難いこと、（２）内径のはらつき
が大きく、従って捷た当然肉厚もばらつき全体としての
寸法精度が低いこと、（３）芯金３３は’＃Ｊ　ＩＩ／
ＪＥｆ形するため使い捨てられることとなり、工具原単
位が１怖く不経済であること、等である。このような従
来方法における問題点のうち、芯金の使用のため工具原
単位が制いという欠点の解消を図ったものとして従来法
のような中空棒材の製造方法が提案されている。即ち、
先ずプレスピアシングミルを用いてブルームに穿孔を行
い、次いでこの中空素材を内面規制工具たる芯金を用い
ることなく、オーバルラウンド型の孔型ロールを水平、
垂直交互に酬した連続式圧延機に通して絞り圧延する方
法である（特開昭５５−１１４４０７号）。

しかしこの方法も本発明者等の実験によると、孔型ロー
ルを用いた２段ロール式の圧延機列では十分な真円度を
倣保することは極めて離しいことが確認されている。な
お同じ孔型ロールを用いる３万ロ一ル式の圧延機列では
２方ロ一ル式の場合に比較して真円度は良好となるが、
これにも一定の限界があることも確認された。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは交叉角、傾斜角ともに所定の条件を
満足するよう調節された３個又は４個のコーン型ロール
を有する傾斜圧延機を用いて、中空素材をその外径、肉
厚を共に減じる延伸圧延を行うことによって内面規制工
具を用いる必要がなく、しかも外径、肉厚ともに大幅な
寸法精度の向上を図り得るようにした中空棒材の製造方
法を提供するにある。

本発明に係る中空棒材の製造方法は丸棒材に機械加工叉
は塑性ｊＪｎ王により穿孔して得た中空素材を、プラグ
、マンドレル等の内面規制工具を用いることなく目標と
する仕上外径、肉厚に応じて交叉角γがγ≧０．傾斜角
βが３°≦β≦２０°の条件を満たすよう調節された３
個又は４個のコーン型ロールを有する交叉型の傾斜圧延
機に通し、その外径、肉厚を共に減じて夫々目標値に仕
上げる延伸圧延工程を含むことを特徴とする。

なお、上述した如き本発明とはその技術内容を全く異に
するが、加工対象域が相近接している方法として零発ゆ
］の発明者の１人の発明に係り、既に本出願人により、
出願を行なっている継目無管の製造方法がある（特願昭
５６−２２５４０号）ので、この方法と本発明方法との
基本的な技術的相違点につき触れておくこととする。こ
の既出願の発明の要旨は、パスライン周りに臨んで３又
は４個のロールが配設され、その軸心線は、同側の軸端
が周方向の同じ徊に向くよう傾斜せしめられ、且つ同側
の軸端が前記パスライン側に向けて接近又は離反するよ
う傾斜（交叉）せしめ得るようにした交叉型の傾斜圧延
機により、内面規制工具を用いることなく素管の外径に
絞り加工を施す工程を含むことを特徴とする継目無金属
管のり遣方法にある。

即ち、素管の外径をその肉厚が増すよう絞ったとき、増
肉の程度は素管に偏肉が存する場合、厚肉部分よりも薄
肉部分の方が増肉割合が大きいことを利用して偏肉の矯
正を行う方法である。ただこの方法は本発明者等の実験
によれば上述した如き矯正効果が得られる範囲はＴ／Ｄ
が２５〜８０％以下の範囲内であって、これを越える範
囲では仮令従来技術をそのまま適用したとしても外径の
絞り加工によって肉厚を増大せしめることは物理的に不
可能であることが確認された。このことは既出願の技術
の適用対象は自ずからＴ／Ｄ＝２５〜３０％以下である
ことを意味する。これに対し本発明の適用対象はこれと
は逆に外径、肉厚をともに減じ得るＴ／Ｄ＝２５〜３０
％以上を適用対象とすること、また既出願の技術は肉厚
についてはこれを増肉する絞り圧延加工を施すものであ
るのに対し、本発明方法は外径は勿論、肉厚もこれを減
する所謂延伸圧延加工を施すもので弗ることから両者は
その技術内容を全く異にするもので厄ることが解る。

以下本発１力をその実施状庸を示す図面に基いて具体的
に説１町する。第１図は本発明に係る中空棒材の製造方
法（以下本発明方法という）をその工程順に示す模式図
であり、先ず第１図（イ）に示す如き所要直径の丸棒材
Ａ（丸鋼片でもよい）を用意し、これを第１図（Ｔ：Ｉ
）に示す如くドリル１を用いて機械加工により穿孔して
中空素材Ａ２を形成し、この中空素材Ａ２を第１図（ハ
）に示す如く所要温度に加熱し、第１図に）Ｋ示す如く
傾斜圧延機４による延伸圧延を行うか、又は用意した丸
棒材Ａ□を先ず第１図（口りに示す如く加熱炉２にて塑
性加工に適した所要温度に加熱し、第１図（ハ′）に示
す如く加熱した丸棒材Ａ１を押出機３を用いてその中心
部に穿孔して中空素材Ａ２を形成し、これに上記第１図
に）に示す如く傾斜圧延機４による延伸圧延を施した後
定尺切断して中空棒材Ａ３を得る。傾斜圧延機４は第２
図（イ）、仲）、０→に示す如く構成されている。

第゛２図（イ）は傾斜圧延機４にて中空素材Ａ２を延伸
圧延中の状態を示す中空素材の入側から見た模式的正面
図、第２図（ロ）は同じく第２図（イ）のローロ線によ
る断面図、第２図（／→は同じく第２図（イ）のハーバ
線による側面図であり、ロール４１はいずれも軸線方向
の一端部近くにゴージ部４１ａを備え、このゴージ部４
１ａを境いに軸線方向の一端側には軸端に向けて漸次直
線的に直径を縮小され、また他端側は軸端に向けて漸次
直線的又は曲線的に直径を拡大されて円錐台状をなす入
口面４１ｂ、出口面４１ｃを備えたコーン型として構成
されている。

各ロール４１はいずれもその入口面４１ｂ側を中空素材
Ａ２の移動方向上流側に位置させた状態であって、且つ
軸心線Ｙ−Ｙとゴージ部４１ａを夫々含む平面との交点
０（以下ロール設定中心という）を中空素材Ａ２のパス
ラインＸ−Ｘと直交する同一平面上に位置させてパスラ
インＸ−Ｘの周りに略等間隔に配設され夫々両端の軸部
４１ｄ、４１ｅを図示しない軸受に支持された状態でそ
の軸心線Ｙ−Ｙが設定中心Ｏを中心にして中空素材Ａ２
のパスラインＸ−Ｘとの関係において、第２図（ロ）に
示す如く平面視的に前端部、即ち前方の軸端がパスライ
ンＸ−Ｘに向けて接近するよう所要角度γ（以下交叉角
という）だけ交叉せしめられ、且つ側面視的には第２図
ｅ→に示す如く、前方の軸端が中空素材Ａ２の周方向の
同じ側に向けて所要角度β（以下傾斜角という）だけ傾
斜せしめられて配設されている。

各ロール４１はいずれも図示しない駆動源に連結されて
おり、第２図（イ）に示す如く矢符方向に回転駆動され
、これら各ロール４１間に噛み込まれた中空索材Ａ２け
軸心線口りに回転駆動されっつパスライン方向に移動さ
れる、所謂螺進移動せしめられつつ外径と同時に肉厚も
減じられる高圧下での延伸圧延を施される。交叉角、傾
斜角の設定手段については特に限定するものではなく、
従来より用いられている構成をそのまま、又は設定範囲
゛を大きくとれるよう適宜の改良を加えて採用すればよ
い。

上述した交叉角γはγ≧０に、また傾斜角βけ３°≦β
≦２０°の条件を満たすよう設定される。なお第２図（
イ）、（ロ）、（ハ）に示す如く、中空素材Ａ２の移動
方向に対し、コーン型ロール４１の小径側端部が上流側
に向くよう配設されているときの交叉角γを正とし、一
方これとは逆にコーン型ロール４１の小径側端部が下流
側に向くよう配設されているときの交叉角γを負として
表わすものとする。

第８図（イ）、（ロ）、ｅ→は交叉角γ、傾斜角βと圧
延前、後における中空素材の孔径との関係を、壕だ第４
図（イ）、（ロ）、０→は同じく交叉角γ、傾斜角βと
機械的性質との関係を大々示している。第８図（イ）。

（ロ）、（／うけいずれも横軸に圧延前の中空素材の孔
径（ｍｍ）を、また縦軸に圧延後の孔径（ｍｍ）をとっ
て示しである。なお交叉角γけ第３図（イ）Ｋついては
９°、第３図（ロ）についてはθ°、第８図（−→につ
いては−９°に設定し、一方傾斜角βは夫々、８°、５
°、バ９°、１１°、１３°の６段階に変化させた。傾
斜圧延機はいずれもコーン型の３０一ル式のものであっ
て、ロールの材質はＳＣＭ、ゴージ部直径は２０５ｍｍ
のものを用いた。また供試材たる丸鋼材としては８４５
Ｃ炭素鋼を供試材とし、直径７０ｍｍ、長さ８００ｍｍ
のものを、用い、これらに夫々、中心に直径８ｍｍ、　
１０ｍｍ、　１２ｍｍ、　１４ｍｍ、　１６ｍｍ、１８
ｍｍ０ の孔を機械加工により穿孔して中空素材とし、これを芯
金等の内面規制工具を用いることなく予め定めた目標と
する外径、肉厚に応じて交叉角、傾斜角を調節された３
０−ルの交叉型の傾斜圧延機にて加熱温度１２００°Ｃ
で外径８３ｍｍに延伸圧延し、圧延前後の孔径を検出し
た。

このグラフから１−ｊらかな如く、中空素材の圧延前、
後の孔径を比較してみると、交叉角γ、傾斜角βの適切
な組み合せによって、外径、肉厚ともに縮小せしめ得る
ことが解るが、孔径の縮小効果は交叉角γ、傾斜角βと
も大きい程大きくなっていることが解る。ｖ；４図（イ
）、（ロ）、（／→に示すグラフは、孔径が８ｍｍ１１
０ｍｍの二種類の中空素材を用い、交叉角γ、傾斜角β
を種々変化させて外径を７０ｍｍから８３ｍｍに圧延（
前述と同様に実施）し、その圧延材を８７０８Ｃに一時
間均熱保持する熱処理を行なった後空冷し、熱処理済圧
延材からＪＩＳ４号に基づく試験片を製作し、圧延後の
機械的性質（引張強さ、０．２％耐力、絞り率、伸び率
）について測定した結果を示しており、いずれも、横軸
１ に傾斜角βを、また縦軸に各機械的性質をとって示して
いる。なお交叉角γけ第４図（イ）においては９°、第
４図（ロ）においてけ０°、第４図（／→においては一
９°に設定し、一方傾斜角βけ夫々３°、５°、７°。

９°、１１°、１３°、の６段階に変化させた。グラフ
中破線は圧延前の機械的性質を、また実線は圧延後の機
械的性質を示している。

このグラフから明らかな如く、いずれも交叉角γが大き
い程、また傾斜角βも大きい程機械的性質が向上してい
ることが解るが、交叉角γが−９゜においては傾斜角β
を大きくしても、機械的性質が圧延曲以上には向上せず
、また傾斜角βが８°未満では特に絞り率、伸び率が急
激に低下することが解る。

上述した如き事実から、交叉角γはγ≧０１まだ傾斜角
βは３°≦β≦２００とするのが中空素管の孔径の縮小
効果の而並びに機械的性質の向上の面からも望ましいこ
とが解る。なお傾斜角βを２００以下としたのはこれを
越えるとロールハクジングに振Ｍｈ′４ｆ−を生じ、ハ
ウジング強度を格段に増大す２ る必要が生じることによる。

次に本発明方法と従来方法との比較試験結果について説
明する。

ここに本発明方法としては８４５Ｃ丸捧鋼を供試材とし
、これを機械加工によって穿孔し、中空素材を得、これ
を加熱炉にて１２００°Ｃに加熱しこれを第２図（イ）
、　（Ｏ）　ｊ（ハ）に示す如き、３０−ルの交叉型の
傾斜圧延機を用いて交叉角γを９°に、傾斜角βを５°
に夫々設定して延伸圧延を行って中空棒材を製造する方
法を用い、また従来方法としては５４５Ｃ角ビレツトの
中心にドリルを用いて穿孔し、中空素材内にマンガン鋼
製の芯金を装入し、これをオーバルラウンド孔型ロール
を水平−垂直交互に配した連続式の体調圧延機により圧
延して中空棒材を得る方法を用いた。

中空素材としては外径１１０ｍｍ１内径８０ｍｍのもの
を用い　、これを外径８８ｍｍを目標値として圧延し、
圧延後の中空棒材の外径、内径及びその真円度、偏肉を
検出した。結果は表１に示すとおりである。なお本発明
方、法によって得た中空棒材の断３ 面は第５図（イ）に、また従来方法によって得た中空棒
材の断面は第５図（ロ）に示すとおりである。

表　　１ この表１及び第５図（イ）、（ロ）から明らかな如く本
発明方法に依った場合は外径、肉厚、ともに従来方法に
比較して飛躍的に向上していることが解る。

以上の如く本発明方法にあっては中空素材を内面規制具
を用いることなく目標値に応じ交叉角γをγ≧０、傾斜
角βを８°≦β≦２０’の条件を満たすよう調節した８
個又は４個のコーン型ロールを有する傾斜圧延機にて外
径、肉厚をともに減じるべく延伸圧延を行うこととして
いるから、外径、４ 肉厚のばらつきが少なく、成品の寸法精度が著しく向上
し、中空素材の機械的性質の劣化が少なく、むしろ交叉
角、傾斜角の適切な選択によってその向上が図れ、壕だ
内面規制工具を用いないために工具原単位が低く、更に
交叉角、傾斜角の操作によって内径を広範囲にわたって
制御することが可能となり、全体の設備費も安価である
など、本発明は優れた効果を奏するものである。

なお、上述の実施例はハウジングが固定で、材料が回転
する構成の場合であるが、これに限らず例えばハウジン
グが回転し、材料が回転しない構成の場合にも適用して
同様の効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法をその工程順に示した模式図、第２
図（イ）は本発明方法の実施に用いる傾斜圧延機の模式
的正面図、第２図（ロ）は第２図（イ）のローロ線によ
る模式的断面図、第２図（ハ）は第２図（ロ）のハーバ
線による模式的側面図、第８図（イ）、（ロ）、（ハ）
は交叉角、傾斜角と中空棒材の孔径との関係を示５ すグラフ、第４図（イ）、（ロ）、（／→は交叉角、傾
斜角と中空棒材の機械的性質との関係を示すグラフ、第
５図（イ）は本発明方法によって得た中空棒材の断面図
、第５図（ロ）は従来方法によって得た中空棒材の断面
図、第６図は従来方法をその工程順に示す模式図である
。 １・・・ドリル　２・・・加熱炉　３・・・押出機４・
・・傾斜圧延機　４１　、、、ロール　４１ａ・・・ゴ
ージ部４１ｂ・・・入口面　４１Ｃ・・・出口面持　許
　出　願　人　　　住友金嬬工業株式会社代理人　弁理
士　　河　野　登　夫 ６ （口′） り （ニ） 第 （バ） Ａコ （ホ］ １１￥１ （イ） （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ロ）
（ロ） ｖｌ　５　（２） （ハ）　　　　　　　　　　　　　（ニ）（ホ） （へ）　　　　　　　　　　　　　（ト）■６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　丸棒材に機械１１１１　Ｉ叉は塑性加工により穿
   孔して得た中空素材を、内面規制（具を用いることなく
   、目標とする什Ｅ外径、肉厚に応じて交叉角γがγ≧０
   、傾斜角βが８°≦β≦２０゜の条件を満たすよう調節
   された３個又は４個のコーン梨ロールを有する交叉型の
   傾斜圧延機に通し、その外径、肉厚をともに減じて目標
   値に仕−Ｅげる延伸圧延工程を含むことを特徴とする中
   空棒材の製造方法。