JPS6242682B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は小径継目無鋼管の製造方法に関するも
のである。 継目無金属管、例えば継目無鋼管の素材とし
て、最近連続鋳造ブルームが分塊圧延なしに、そ
のまま使用される様になつた。この様な連続鋳造
ブルームはその横断面の大きい方が鋳造能率が良
く、また一般に小径継目無鋼管の製造に使用され
る様な小断面のブルームよりは大き目の断面、例
えば200mmφ以上のブルームの方が品質も優れて
いる。 又一方従来の小径継目無鋼管の製造工程はいく
つかの種類が知られているが、傾斜圧延方式では
概ね穿孔機−マンドレルミル−ストレツチレデユ
ーサになるものがその主流を占めている。これら
の工程での縮径機能には一定の限界があり、例え
ば、外径170mmφから25mmφまでの小径継目無鋼
管を熱間圧延により製造せんとする場合には、２
〜３種類の素材ブレーム断面が必要となる。即ち
これまでの圧延工程では、品質上有利なより大き
い断面ブルーム使用が制約され、後者の問題は、
連続鋳造機の鋳型から鋼管成品まで全工程にわた
つて素材ブルームサイズ数に応じた工具類を必要
とし、圧延機類のサイズ替えの無駄のみならず、
素材ブルームの在庫の無駄も大きいことを意味す
る。 従つて、大きな断面のブレームから小径継目無
金属管を製造する方法、および素材ブルームのサ
イズ数を減少する圧延方法が具現化することの工
業的意義は極めて大きい。 本発明はこれらについて鋭意研究の結果、従来
の角断面ブルームを素材とするプレスロール穿孔
機とマンドレルミルとの間に２台の傾斜ロール圧
延機を列設して配置すること、及びこの傾斜ロー
ル圧延機を特定の条件下で圧延することによつて
前述の圧延方法の実現に成功したものである。 即ち従来傾斜ロール圧延機は専ら肉厚減少のた
めに採用されており、縮径機能と併わせ用いるこ
とは不可とされており着目もされていない。 本発明者等が試験の結果、この傾斜ロール圧延
機は特定の条件では縮径機能を有し、むしろ、他
の方法よりも極めてその機能が大きいことを確認
したものである。以下本発明を図面に示す実施例
に基づいて具体的に説明する。 第１図は本発明を実施する場合の設備レイアウ
ト例であつて、多角断面金属ブルームを素材とす
る場合である。多角断面金属ブルームを熱間加工
に適した温度に加熱する金属加熱炉１と、該ブル
ームを円筒素管又は底付円筒素管に穿孔するプレ
スロール穿孔機２と、続いて該素管内にプラグ又
はマンドレルミルを挿入して圧延する傾斜ロール
圧延機３と、続いて該素管内に工具を挿入しない
で圧延する傾斜ロール圧延機４と、続いて該素管
内にマンドレルを挿入して連続圧延するマンドレ
ルミル５と、続いて該素管から該マンドレルミル
を抜取る装置６と、該マンドレルをマンドレルミ
ルの入側へ回送する装置７と、続いて該素管を次
の熱間圧延加工に適した温度に加熱する金属管加
熱炉８と、続いて該素管を連続的に引張圧延する
ストレツチレデユーサ９と、これらの装置を連接
する被圧延材搬送装置１０と、傾斜ロール圧延機
３又は４を省略すべく短絡した被圧延材搬送装置
１０′とから成る。 以上の装置を用いて、本発明の大きな断面のブ
ルームを縮径圧延する方法について述べると、多
角断面金属ブルームを熱間加工に最適な温度に加
熱して、金属片加熱炉１から抽出し、プレスロー
ル穿孔機２へ送る。プレスロール穿孔機２では、
複数のロールにより略円形のカリバーを構成し、
その中央にマンドレルにより支持したプラグに向
つて該ブルームを押込み、円筒素管又は底付円筒
素管に穿孔する。この時の被圧延材の断面変化
は、ブルームの横断面積をＡとすれば、穿孔後の
外径は1.1√以上、1.2√以下とし、肉厚は0.2
√以上、0.3√以下となる様にカリバー寸法
およびプラグ寸法を決定しておく。このときの外
径の下限値は噛出疵により、上限値は偏肉の増大
により制限され、肉厚の下限値は偏肉の増大、上
限値は管の真円度が損なわれ、いわゆるアンダー
フイルとなることにより制限される。続いて該素
管を第２図、第３図および第４図に示す様な傾斜
ロール圧延機３に送り、該素管Ｐの内部にプラグ
２３又はマンドレルを挿入して、パスライン３０
に対して傾斜した圧延ロール２１，２１′の間で
圧延する。このとき、圧延ロール対２１，２１′
の間隙方向には、円盤ロール２０，２０′を配設
し、そのロール回転軸は略パスラインに垂直な面
内に位置せしめ、被圧延材料Ｐを挟圧して出側へ
引出す如く矢印Ｎの方向に該ロールを回転させ
る。該円盤ロール２０，２０′の回転速度は該位
置における被圧延材料の前進速度より大きくす
る。この様にするための条件は次式で与えられ
る。 α×２πR₁n₁sinθ_３＜２πR₂n₂ (1) ここでαは前進効率であり、一般に0.7程度で
あり、個々の圧延機で実験的に決められる。n₁、
n₂はそれぞれ傾斜圧延ロールおよび円盤ロールの
回転数、R₁、R₂は同じくロール半径である。 さらにこの傾斜ロール圧延機３では入側から伸
長するマンドレルにより出側に向つて細くなるプ
ラグ２３を牽引することが望ましく、さらには円
盤ロール２０，２０′を傾斜圧延ロール対２１，
２１′の最狭点Ｃ−Ｃより出側にずらし、かつ入
側にはガイドシユー対２６，２６′を配設し、該
ガイドシユーの溝底最小間隔Ｇを素管径D₁より
小さくすることが望ましい。こうすることによつ
て、ガイドシユー２６，２６′により該素管外径
の膨出を防ぐのみならず、縮径圧延を行なうとと
もに、該ガイドシユー２６，２６′と円盤ロール
２０，２０′間に引張力を働かせて、ガイドシユ
ーに過大な圧延力を加えることなく大きな縮径を
可能とする。この様にしてプレスロール穿孔装置
２で加工した素管の外径を0.6倍以上、0.9倍以
下、肉厚を該傾斜ロール圧延機３後の管の外径の
0.10倍以上、0.25倍以下となし、該素管を次工程
の傾斜ロール圧延機４へ送る。この場合の外径の
下限は圧延後の管の捩れが大きくなるために設け
たものであり、これを許容すれば、0.5倍程度ま
で拡張できる。外径の上限はこの工程が縮管を目
的とする場合には重要な意味はなく、傾斜圧延ロ
ール、ガイドシユー、円盤ロール、プラグ又はマ
ンドレルなどの工具を縮管目的に合わせてデザイ
ンしたものを用いる場合に得られる最大外径であ
る。従つて、この上限値は拡管を目的としたデザ
インに変更すれば、1.3倍程度の拡管も可能とな
る。肉厚の下限は次工程の傾斜ロール圧延機４で
効率良く縮径するために必要で、肉厚の上限も次
工程の傾斜ロール圧延機で内径が過小とならない
ために必要な値であつて、この工程の限界を規定
するものではない。 次の傾斜ロール圧延機４では、素管の内部には
プラグ又はマンドレル等の工具を挿入せずに圧延
する。傾斜ロール圧延機４は傾斜ロール圧延機３
とほとんど同じ装置で良い。 傾斜ロール圧延機４では従来の傾斜ロール圧延
機では不可能であつた著しい縮管、すなわち素管
の外径を0.7倍以上、0.9倍以下に圧延する。外径
の下限は該工程圧延後の管の内径精度が許容でき
る範囲であり、上限は縮管を目的としてデザイン
された傾斜圧延ロール、円盤ロール、ガイドシユ
ー等を用いる場合に不可避的に発生するものであ
る。 以上の様に圧延して得られた素管は、従来のマ
ンドレルミル、又は圧延中に一時的又は継続的に
マンドレルにスラスト力を加えるマンドレルミル
によつて圧延したのち、管からマンドレルを抜取
り、管を再加熱してストレツチレデユーサで仕上
圧延を行なう。 本発明のレイアウト上の特徴は前述したように
２基の縮径圧延機、すなわち傾斜ロール圧延機３
と４を、プレスロール穿孔機２とマンドレルミル
５の間に配設したことにある。この２基の圧延機
で素管外径をはじめて0.4倍まで縮小圧延するこ
とが出来、同じ工具を使つて素管外径の0.8倍ま
での管を得ることが出来る。この様にして素材ブ
ルームのサイズ数を集約でき、素材ブルームの在
庫数を減少し、連続構造の鋳型からマンドレルミ
ルの前の圧延機までの、素材ブルーム断面に対応
する工具のサイズ数を減少出来る。 この傾斜ロール圧延機３は次の様に構成するこ
とによつて著しい緒管を可能とする。第２図にお
いて圧延ロール２１，２１′の入側テーパー部２
９で丸素管Ｐを握み、これにスパイラル運動を与
えて次第に狭くなつているパスへ引込み、管の外
面を圧延し、この入側テーパー部２９とプラグの
テーパー部３１の間で肉厚を圧減する。この様に
肉厚を圧減するために、圧延ロールの入側面角を
θ_１、プラグのテーパー部面角をθ_２とすれば、 θ_１≧θ_２ (2) が成立する様にθ_１、θ_２を選定する。このと
き、θ_１、θ_２はそれぞれ次の範囲に限定されて
いる。 ２゜≦θ_１≦15゜ (3) ０゜≦θ_２≦12゜ (4) (3)、(4)式の下限はいづれも縮管を行なうために
必要な限界であり、これ以下では圧延ロール間隔
位置Ｃ−Ｃまでの縮管が極めて小さく、円盤ロー
ル２１，２１′のみの縮管となり、本発明の目的
に適さないからである。(3)、(4)式の上限はいづれ
も噛込不良を発生することにより制限されてい
る。θ_２＝０゜はプラグの代りにマンドレルを使
用する場合である。 圧延ロール２１，２１′のロール軸２２，２
２′とパスライン３０とのなす角θ_３は次の範囲
に制限される。 ２゜≦θ_３≦20゜ (5) この式の上下限はともに噛込不良により制限さ
れている。 本発明ではガイドシユー２６，２６′の溝底最
小間隔Ｇを丸素管の直径D₁以下とする。すなわ
ち 0.7D₁≦Ｇ≦D₁ (6) の範囲に制限するが、下限はガイドシユーの寿命
から、上限は本発明の緒径の目的に適さなくなる
からである。本発明法ではさらに円盤ロールの溝
底最短距離Ｓに制限を設ける。 0.8E≦Ｓ≦0.98G (7) ここでＥは圧延ロール最小間隔である。下限は
管の回転に支障をきたすことによる限界で、上限
は圧延中の管に出側に向つて有効な引張力を働か
せるための制限である。この様な引張力を加える
ことによつてガイドシユーの寿命を長くでき、さ
らにはガイドシユーの間隔Ｇを小さくできるもの
である。この様な引張力を発生させるための条件
は前述(1)式の通りである。 本発明において円盤ロールは、圧延ロールの最
狭点の入側寄り位置Ｃ−Ｃより出側に置かれ、そ
の距離は次式により制限される。 0.2√₂(₁-)≦ｃ≦1.5√₂(₁-)＜ｅ 式中の√₂（₁−）は円盤ロールの投影接
触弧長であり、下限はガイドシユーとの干渉およ
びプラグ平行部３１′で内径が小さくなり過ぎ、
円盤ロールの圧延荷重が大きくなりすぎるための
制限で、拡大の可能性が残されている。第３項は
ｃの上限であつて圧延ロールによる真円化効果が
悪くなる点である。圧延ロールの出側長さｅより
もｃを大きくすれば、圧延ロールで回転圧延しな
がら真円化することは不可能となるので好ましく
ない。 次の傾斜ロール圧延機４では、素管の内部には
プラグ又はマンドレル等の工具を挿入せずに圧延
する。傾斜ロール圧延機４はプラグやマンドレル
を用いることも可能であるが、これらの工具費お
よび工具の素管内への着脱時間が無駄となり、得
る所はない。傾斜ロール圧延機４では素管の外径
を0.7倍以上、0.9倍以下に圧延する。外径の下限
は該工程圧延後の管の内径精度が許容できる範囲
であり、上限は縮径を目的としてデザインされた
傾斜ロール、円盤ロール、ガイドシユー等を用い
る場合に不可避的に発生するものである。 傾斜ロール圧延機４における以上の様な縮径圧
延は次の様にして実施される。第５図、第６図お
よび第７図はそれぞれ傾斜ロール圧延機４の側面
図、平面図および横断面図であつて、傾斜ロール
２１，２１′はその回転軸２２，２２′をパスライ
ン３０に対しθ_３傾斜しており、第７図Ｂの様に
該ロールとともに素管Ｐを包囲する如く、その入
側にガイドシユー２６，２６′を配設する。該ガ
イドシユーの溝底最小間隔Ｇは、素管Ｐの入側直
径より小さくすることによつて縮管効果を大きく
することが望ましい。該傾斜圧延ロール２１，２
１′の出側寄りには、第６図および第７図Ｄに示
す様に円盤ロール２０，２０′を配設する。この
様な傾斜ロール圧延機４に丸素管Ｐが進入してく
ると、圧延ロール２１，２１′の入側テーパー部
２９でこれを握み、スパイラル運動を与えて次第
に狭くなつているパスへ引込み、管の外面を圧延
して外径を縮小する。このとき圧延ロールの入側
面角θ_１は次の様に定める。 ２゜≦θ_１≦15゜ （3′） この式の下限は縮径を行なうために必要な限界
であり、上限は噛込不良の発生により制限されて
いる。 圧延ロール２１，２１′のロール軸２２，２
２′とパスライン３０とのなす角θ_３は次の範囲
に制限される。 ２゜≦θ_３≦20゜ （5′） この式の上下限はともに噛込不良により制限さ
れている。 本発明ではガイドシユー２６，２６′の溝底最
小間隔Ｇを素管の直径D₂以下とするのが望まし
い。すなわちＧは 0.7D₂≦Ｇ≦D₂ （6′） の範囲がよいが、この下限はガイドシユーの寿命
から、上限は本発明の目的に適さなくなるからで
ある。 本発明法ではさらに円盤ロールの溝底最短距離
Ｓに次の制限を設ける。 0.8E≦Ｓ≦0.98G （7′） 下限は管の回転に支障をきたすことによる限界
で、上限は圧延中の管に出側に向つて有効な引張
力を働かせるための制限である。この様な引張力
を発生させることによつて、ガイドシユーの寿命
を長くでき、さらにはガイドシユーの間隔Ｇを小
さくして、大きな縮径を可能にするものである。
この様な引張力を発生させるための条件は次の式
によつて与えられる。 α×２πR₁n₁sinθ_３＜２πR₂n₂ （1′） ここでαは前進効率であり、一般に0.7程度で
あるが、実作業においては個々の圧延機で実験的
に求める。n₁、n₂はそれぞれ圧延ロールおよび円
盤ロールの回転数、R₁、R₂は同じくロール半径
であり、（1′）式の左辺は管の出側前進速度、右
辺は円盤ロールの周速度である。 以上の様にガイドシユー２６，２６′と円盤ロ
ール２０，２０′間に引張力を発生させることに
よつてプラグなしで縮径圧延する場合に発生する
増肉を最小限に押え、場合によつては減肉させる
ことも可能となる。 本発明において円盤ロールは圧延ロールの最狭
点位置（長さをもつ場合には入側寄り）Ｃ−Ｃよ
り出側に置き、その距離は次式によつて制限す
る。 0.2√₂（₂−）≦ｃ≦1.5√₂（₂−）＜ｅ （8′） 式中の√₂（₂−）は円盤ロールの投影接
触弧長の近似であり、（8′）式の下限はガイドシ
ユーの干渉によつて決まり、上限（第３項）は圧
延ロールによる管の真円化効果が悪くなる点であ
る。圧延ロールの出側長さｅよりもｃを大きくす
れば、管を圧延ロールで回転しながら真円化する
ことは不可能となり好ましくない。 以上の様な条件に従つた本発明の実施例を示す
と第１表および第２表の通りである。

【表】

【表】

【表】 本実施例は低炭素キルド鋼の円筒素管を熱間圧
延した結果である。圧延前後の管径比は傾斜ロー
ル圧延機３では0.67、傾斜ロール圧延機４では
0.73であり、いづれも従来法として知られている
値1.05〜1.15よりはるかに小さい。 以上の様にして傾斜ロール圧延機４で縮径され
た管は、続いてマンドレルミル５によつて圧延し
たのち、管からマンドレルを抜取り、適当な温度
に再加熱してストレツチレデユーサ９で仕上圧延
を行なう。マンドレルミル５には圧延中のマンド
レルの拘束状態により種々の圧延法があるが、本
発明にはそのいずれも採用できる。以上述べた様
な本発明の圧延法により、大きな断面の素材ブル
ームを使用出来る。 従来の傾斜ロール圧延機では拡径圧延する技術
は公知であり、ガイドジユーと円盤ロールを同時
に用いる場合にも1.3倍程度の拡径は可能であ
る。 外径170mmφから34mmφの継目無鋼管を製造す
る場合について、本発明法と従来法の外径の変化
を試算して示すと第３表の通りである。

【表】 従来法においては、ストレツチレデユーサ後に
34mmφ、60mmφ、168mmφの仕上管を得る場合に
は素材ブルーム辺長√はそれぞれ90mm、134
mm、160mmの３サイズが必要であるが、本発明法
では同じ仕上管を得るのに215mmの１種類の素材
ブルームで済む。また本発明法において、小径管
を製造する場合の素材ブルーム断面が大きく出来
ることは明らかである。第３表において本発明の
サイズNo.はD₂／D₁は0.70、D₃／D₂は0.69であ
り、傾斜ロール圧延機３，４ともに大きな縮径を
行なつている。サイズNo.およびでは傾斜ロー
ル圧延機４を通していない。サイズNo.では傾斜
ロール圧延機３での縮径は0.84と軽くなつてい
る。この様に傾斜ロール圧延機における大きな縮
径と、場合によつては工程を省略することによ
り、本発明の目的を実現できる。 本発明に使用する傾斜ロール圧延機３および４
において第３図および第４図に示す様なガイドシ
ユー２６，２６′を使用しない場合には、該工程
での縮径効果は低減されるが、本発明の目的の一
部を実現することが可能であり、この様な場合も
本発明に含むものである。 なお本発明のガイドシユーは、円筒状ガイドの
一部がロール間に伸張した構造とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する場合の設備レイアウ
ト例である。第２図、第３図および第４図は、本
発明に用いる第１の傾斜ロール圧延機の説明図
で、第２図は側面図、第３図は平面図、第４図は
第２図、第３図の横断面図で、それぞれ第４図Ａ
はＡ−Ａ、第４図ＢはＢ−Ｂ、第４図ＣはＣ−
Ｃ、第４図ＤはＤ−Ｄ、第４図ＥはＥ−Ｅ断面図
である。第５図、第６図および第７図は本発明に
用いる第２の傾斜ロール圧延機の説明図で、第５
図は側面図、第６図は平面図、第７図は第５図お
よび第６図の横断面図で、それぞれ第７図ＡはＡ
−Ａ断面、第７図ＢはＢ−Ｂ断面、第７図ＣはＣ
−Ｃ断面、第７図ＤはＤ−Ｄ断面、第７図ＥはＥ
−Ｅ断面である。 １……金属加熱炉、２……プレスロール穿孔
機、３，４……傾斜ロール圧延機、５……マンド
レルミル、９……ストレツチレデユーサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多角断面金属ブルームを熱間加工に適した温
   度に加熱したのち、プレスロール穿孔機２によつ
   て円筒素管又は底付円筒素管となし、次いで圧延
   パスライン方向に回転し且つ傾斜ロールに近接し
   た円盤ロールをもつた２台の第１および第２の傾
   斜ロール圧延機３，４により α×２πR₁n₁sinθ_３＜２πR₂n₂ ２゜≦θ_１≦15゜ ２゜≦θ_３≦20゜ 0.8E≦Ｓ≦0.98G 0.2√₂(₁-)≦ｃ≦1.5√₂(₁-)＜ｅ 0.2√₂(₂-)≦ｃ≦1.5√₂(₂-)＜ｅ なる条件を満足するように順次圧延して該素管を
   次工程のマンドレルミル５で圧延し、次の熱間加
   工に適した温度に加熱したのちストレツチレデユ
   ーサ９で仕上圧延を行なうことを特徴とする小径
   継目無金属管の製造方法。 ただし α：前進効率、実測値を用いるが、実測値がない
   場合は0.7とする。 R₁：圧延ロールの最大半径 R₂：円盤ロールの溝底半径 n₁：圧延ロールの回転数 n₂：円盤ロールの回転数 θ_１：圧延ロール入側面角 θ_３：圧延ロール軸とパスラインとのなす角 Ｓ：円盤ロール溝底最短距離 Ｅ：圧延ロール最小間隔 Ｇ：ガイドシユーまたはガイドの溝底最短間隔 D₁：第１傾斜ロール圧延機３の入側丸素管外径 D₂：第２傾斜ロール圧延機４の入側丸素管外径 ｅ：圧延ロールの最狭点位置からの出側長さ ｃ：圧延ロールの最狭点位置から円盤ロール中心
   までの距離