JPS63248503A - 継目無鋼管の穿孔方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、穿孔圧延と、拡管比が１．１以上の拡管圧延
とを同時に行うことのできる交叉型の傾斜圧延機にあっ
て、主ロールの出側ロール面角を特定すると共にプラグ
の先端形状を改良することで、内面底の発生を抑止する
ようにした技術に関するものである。

〔従来の技術〕

熱間で継目無鋼管を製造する方法として、従来から最も
広〈実施されているのはマンネスマン製管法である。こ
の製管方法は、加熱炉から取り出した所定温度の圧延素
材（ビレット）を、先ず穿孔圧延機によって外径を殆ど
変化させることなく穿孔圧延し、中空素管としている。

そして、この中空素管をエロンゲータ、プラグミル又は
マンドレルミル等の延伸圧延機によって肉厚を減じ、必
要に応じて再加熱炉にて再加熱した後、絞り圧延機或い
は定形機によって主として外径を減じて所定の製品寸法
を得るものである。

而して、大径継目無鋼管を製管する場合は、前述の圧延
設備群に管径の拡大を行うためにロータリー・エキスパ
ンダーあるいはレソクナー圧延機という特殊な圧延機を
追加して設置する必要がある。このため、設備スペース
及び設備費用といった設備上の問題と、製造工程の煩雑
化による生産性の低下という問題とがあった。このこと
に鑑み、従来にあっては、特開昭６１−９２７１０号に
記載された技術（以下は、先行技術という）のように、
穿孔工程において穿孔と管径を拡大する拡管圧延とを同
時に行う拡管穿孔圧延方法が提案されている。この先行
技術は、設備の小規模化及び工程の簡略化による製造コ
ストの合理化を主目的とするものであるから、拡管穿孔
圧延機が従来の穿孔圧延機に比較して大規模となるよう
ではその意味が半減する。従って、先行技術では、第６
図に示す如く、主ロール１の限られた胴長を有効に活用
して所定の拡管比を得るために、主ロール１の拡管圧延
を行う部分のロール面角、すなわち、主ロール１のゴー
ジ部２から出側端部３に向かう出側ロール面角α２を、
従来の穿孔圧延機の出側ロール面角（３〜４°）よりも
大きく設定する必要がある。例えば、拡管比（中空素管
外直径／圧延素材直径）が１．１〜１．３であれば、出
側ロール面角α２を５°以上に、拡管比が１．３以上で
あれば、出側ロール面角α２を８°以上に設定する必要
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、前記先行技術にあって、前述のように出側ロ
ール面角α２を設定した場合、主ロール１の拡径部に対
応する部分のプラグ４のテーパー面角２α３は従来の拡
管比がほぼ１．０となる穿孔圧延機に使用されるプラグ
に比してかなり大きく取らなければならない。この種の
拡管穿孔圧延機におけるプラグ４の形状は、第６図で明
らかな通り、基本的には１１開な弾丸状凸面とされてい
る。

そのため、プラグリードｌを十分にとることは幾何学的
に困難であった。ここにおいて、プラグリードβとは主
ロール１．１のゴージ部２．２から噛込始端Ｓ側へ突出
しているプラグ４の先進量のことである。仮に前記大き
なテーパー面角２α３のもとてプラグリードβの値を十
分大きな値に設定したとしても、ゴージ部２付近で被圧
延材が被る肉厚圧下率が過大となり、圧延素材５の先端
部においてフレアリングを生じていわゆる頭詰まりとな
り、圧延不可能となる。

それ故、プラグリードｌを十分にとれない結果として、
圧延素材５が主ロール１．１に噛込まれた位置Ｓからプ
ラグ４の先端に当接するまでの移動距離りが長くなって
いた。この距離りにおいて主ロール１．１によって空も
みを受ける圧延素材５にあっては、２本の主ロール１，
１を有する圧延機の場合その中心部に、また３本の主ロ
ールを有する圧延機の場合は中心部の外側に引張応力と
圧縮応力とが同時に発生している。そのため、圧延素材
５の中心部あるいは中心部の外側において、いわゆる回
転鍛造効果（マンネスマン破壊）によってもみ割れが発
生する。このことは周知の現象である。前述の如（、プ
ラグリードｌを十分な値に取れない結果として距離りが
太き（なると、これに連れて圧延素材５の中心部あるい
は中心部の外側に発生する前記回転鍛造効果の作用する
領域が長くなり、もみ割れが成長して大きくなるという
現象が生じる。而して、このもみ割れが過度に大きく成
長すると、穿孔後の主ロール１，１とプラグ４とによる
拡管圧延によっても容易には平坦化又は圧着されず、内
面疵又は内部欠陥となって中空素管６に残るという欠点
があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、従来の前記問題点に鑑みてこれを改良除去し
たものであって、交叉型の傾斜穿孔圧延機において、形
状を限定した主ロール及びプラグを使用することにより
、内面疵又は内部欠陥を抑制しつつ、拡管波の大きな穿
孔圧延を行うことのできる継目無鋼管の穿孔方法を提供
せんとするものである。

而して、前記問題点を解決するために本発明が採用した
手段は、少なくとも主ロールと、プラグとを備える交叉
型の傾斜圧延機によって、拡管比１．１以上の拡管穿孔
圧延を行うに当り、主ロールのゴージ部から圧延方向山
側に向かう出側ロール面角を５°以上に設定すると共に
、プラグとして先端部に小突部を形成されて成り、該小
突部は先端が球面状で且つ側周面がプラグ本体部のテー
パー面角よりも小さいテーパー面角とされたものを用い
るようにしている。

〔作　用〕

第１図乃至第３図の実施例で明らかな如く、主ロール１
１．１１の出側ロール面角α２は、５°以上に設定され
ており、穿孔圧延と同時に十分な拡管圧延（拡管比１．
１以上）が行えるようにになされている。そして、プラ
グ１４の先端部に小突部１９を形成することにより十分
なプラグリードＬを取ることができ、これにより圧延素
材５が噛込始端Ｓからプラグ１４の先端に当接するまで
の距離ｄを前記穿孔技術に比較して短くしている。尚、
この場合にあって、小突部１９の基端部２０はゴージ部
１２゜１２とプラグ１４との間に適当な間隙を形成する
ことができ、該部分において被圧延材が被る肉厚圧下率
が極端に大きくならないので圧延素材５の先端部にフレ
アリングを生じることはない。さらに、圧延素材５が回
転鍛造効果を受ける領域が短くなり、もみ割れの発生が
少なくなると共に発生したもみ割れの成長も小さくなる
。故に、中空素管６の内面あるいは内部に仮に欠陥を生
じたとしても主ロール１１．１１とプラグ１４とによる
圧延によって平坦化又は圧着され易くなる。すなわち、
内面性状が良く、内部欠陥の発生し難い拡管穿孔圧延が
可能であり、難加工材の穿孔圧延にも適している。

〔実施例〕

以下に、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて説
明すると次の通りである。なお、従来の場合と同一符号
は同一部材である。

第１図乃至第３図は本発明の一実施例に係る２本の主ロ
ール及び２枚のプレートガイドシューを有する交叉型の
拡管穿孔圧延機１０を示すものであり、第１図は同圧延
機１０の投影図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第
３′ｆ！！Ｊは圧延機１０の側面図である。同図に示す
如く、主ロール１１．１１の成形面はゴージ部１２．１
２を境界として、入側端部１６゜１６までの縮径部１７
と出側端部１３．１３までの拡径部１８との２つの領域
を有している。前記縮径部１７のロール面角αｌは従来
の傾斜穿孔圧延機と同様に３〜５°の範囲に設定されて
いる。また拡径部１８のロール面角α２を５°以上に設
定している。このロール面角α２は、ロール胴長と目標
とする拡管比とを考慮して決定すればよい。前記主ロー
ル１１、１１はパスラインを挟んで対向配置され、その
軸心線は同側の軸端が周方向の同じ側へ向くように傾斜
各βだけ傾斜せしめられ、且つ入側の軸端が前記パスラ
インに向けて接近、出側の軸端が離反するように交叉角
γだけ傾斜（交叉）せしめうるようになっている。

而して、この実施例にあっては、プラグ１４の先端部に
小突部１９を形成している。該小突部１９は、先端が球
面状であり、且つ側周面がテーパー面とされている。そ
して、このテーパー面角２θｌは、プラグ１４の本体部
のテーパー面角２θ２よりも小さく設定されている。従
って、小突部１９を含めたプラグ１４の全体は、ゴージ
部１２．１２よりも噛込始端Ｓ側へ寸法りだけ突出して
いる。すなわち、プラグリードをＬとしている。これに
より、圧延材５が主ロール１１．１１に噛込まれてから
プラグ１４の先端に当接するまでの距離ｄが、従来の場
合に比較して（Ｌ−１）の分だけ短くなっている。また
、この場合にあって、小突部１９の基端部２０はゴージ
部１２．１２とプラグ１４との間に適当な間隙を形成す
るようにしている。すなわち、該部分において被圧延材
が被る肉厚圧下率が極端に大きくならないようにしてい
る。なお、プラグ１４は、その後端面をマンドレル２１
によって支持されることによりパスライン上に位置決め
されている。

また前記主ロール１１．１１との間には、第２図に示す
如く、プレートガイドシュー２２．２２が対向配置され
ている。このプレートガイドシュー２２．２２は、主ロ
ール１１．１１間に張り出してくる中空素管６を押え、
形状を整えると共にパスラインから離脱するのを防止す
るためのものである。なお、プレートガイドシュー２２
．２２は、ローラーガイドシュー、ディスクロール等の
他のものであってもよく、またそれらの組み合わせによ
るものであってもよい。なおまた、これらガイドは主ロ
ールが３本以上である場合には省略することができる。

上述の如く構成された交叉型圧延機１０における実際の
拡管穿孔圧延では、先ず所定温度に加熱された圧延素材
５がパスラインに沿って入口側（第１図及び第３図の左
側）から装入され、主ロール１１、１１に噛込まれる。

そして、主ロールＩＬ　１１の回転方向２５．２５とは
逆方向に回転しなから縮径部１７によって縮径されなが
ら同図の右方向へ前進し、プラグ１４の小突部１９の先
端に当接する。而して、この実施例にあっては、小突部
１９を形成したことにより、前述した如く、噛込始端Ｓ
からプラグ１４の先端に当接するまでの距離ｄが、従来
の場合に比較して（Ｌ−１）の分だけ減少している。こ
のため、圧延素材５の中心部に回転鍛造効果の作用する
領域が短くなり、圧延素材５の中心部にもみ割れが発生
し難く且つ発生したもみ割れの成長も小さくなる。それ
故、後述する主ロール１１．１１とプラグ１４とによる
拡径圧延部分で前記もみ割れが平坦化又は圧着され易く
、内面疵や内部欠陥として残ることはない。前記小突部
１９を設けた効果は、出側ロール面角α２が大きくなる
程に重要度が増す。その理由は、小突部１９を設けない
場合、出側ロール面角α２が大きくなる程、幾何学的に
プラグリードが小さくならざるを得す、圧延素材５の中
心部に回転鍛造効果の作用する領域が長くなって、もみ
割れの発生率及びもみ割れの成長度が大きくなり、その
結果内面底の発生率が高くなるが、小突部１９を設ける
ことによって内面疵の発生を抑止することができるから
である。

圧延素材５は前記プラグ１４と当接することにより、そ
の中心部に穿孔がなされ、続いて主ロール１１、１１の
拡径部１８とプラグ１４のテーパー面との間で肉厚が減
少されなから拡径圧延される。そして、圧延素材５はプ
ラグ１４から離れ、主ロール１１．１１の拡径部１８．
１８において空もみされ、形状を整えられた後、中空素
管６となって圧延機１０から排出され、次工程へ供給さ
れる。

ところで、前記プラグ１４の先端部に形成した小突部１
９によって得られるプラグリードしは、適当な範囲内に
納める必要がある。これは、プラグリードＬが小さ過ぎ
ると前述した回転鍛造効果によるもみ割れの発生が問題
となるからである。また逆にプラグリードＬが大き過ぎ
るとプラグ１４先端部よりも圧延方向入側において圧延
素材５が主ロール１１．１１から付与される前進力が減
少し、プラグ１４から受ける抵抗力よりも小さくなるた
めに、所謂頭語まりを起こして圧延が不可能となるから
である。然しなから、本発明の目的を達するために、プ
ラグリードしそのものを絶対値として管理することは、
その内面傷発生防止への効果が、例えば、入側ロール面
角αｌあるいはロールゴー゛ジ部１２．１２におけるロ
ール開度等に影響を受けることから不可能である。これ
は回転鍛造効果がプラグ１４先端よりも圧延方向入側に
おける圧延素材５の主ロール１１．１１による圧下率に
大きく影響を受けるからである。

これらのことを勘案し、本実施例にあっては、プラグリ
ードＬを絶対値として管理する代わりに、プラグ１４の
最先端部（小突部１９の先端部）におけるドラフト率ｒ
ｐを導入し、結果的にプラグリードＬを決定している。

すなわち、 ｒｐ＝　１−　（ｄｐ／ｄｏ）　　＋＋・＋Ｌｌｌ但し
、ｄｐニブラグ最先端部におけるロール開度 ｄｏ：圧延素材の直径 前記＋１１式により、プラグ最先端部におけるドラフト
率ｒｐを求めている。そして、このドラフト率ｒｐを次
の（２）式の範囲内に納めるようにしている。すなわち
、 ０．０３≦１−　（ｄｐ／ｄｏ）≦０．０８　　　・・
・・・・（２）式である。これは、ｒｐの値が０．０８
を越えると、圧延素材５の直径ｄｏが与えられている場
合において、プラグ最先端部でのロール開度ｄｐが小さ
くなり、噛込始端Ｓからプラグ先端部に当接するまでの
圧延素材５の移動距離ｄが長くなるからである。要する
に、圧延素材５の中心部に回転鍛造効果の作用する領域
が長くなり、もみ割れが発生し易く且つ発生したもみ割
れが成長して大きくなり、内面疵及び内部欠陥の原因と
なるからである。またｒｐの値が０．０３に満たないと
、極端にプラグ１４の最先端部が噛込始端Ｓに近づき、
前述し如く、圧延素材５に主ロール１１．１１から付与
される前進力よりもプラグ１４との当接による抵抗力の
方が大きくなり、結果として圧延素材５の頭詰まりとな
るからである。

更に、プラグ１４を使用する穿孔圧延機にあっては、プ
ラグ最先端部が被る多大な熱量と苛酷な負荷を考慮する
必要がある。すなわち、単にプラグリードＬを大きくす
ることだけに基づいてプラグ１４の諸元を決定してはな
らず、その形状も重要な要素となる。これは、第４図及
び第５図に示す形状のプラグ２３及び２４を用いて実際
に拡管穿孔圧延した結果からも明らかである。その結果
によれば、第４図のプラグ２３のように、小突部１９の
形状を先端の尖ったニードル状とした場合及び第５図の
プラグ２４のように、小突部１９を細い棒状とした場合
のいずれの場合もわずかな圧延回数（１〜２回）でプラ
グ先端が溶損した。しかも、溶損した部分がプラグ２３
及び２４に再付着し、中空素管６の内面性状を悪化させ
るという問題もあった。

本実施例では、これらのことを勘案し、小突部１９の先
端部にあっては実用上適当な大きさの丸みをつけて球面
状とし、また小突部１９の側周面にあっては漸次その円
形断面の有する径が圧延方向に増大するテーパー面とし
ている。そして、このテーパー面角２θｌをプラグ１４
の本体部のテーパー面角２θ２よりも小さくなるように
している。これは、ロールゴージ部１２．１２付近で圧
延素材５が被る肉厚圧下率を過大なものとせず、しかも
適当なプラグリードＬを確保するための小突部１９に対
する幾何学的な要求によるものである。

このように形状及びその諸元が限定されたプラグ１４と
主ロール１１．１１とを使用すれば、内面底及び内部欠
陥を発生させることなく、拡管穿孔圧延が行えるもので
ある。このことは、前述した通りである。

本発明者らは、プラグ１４の形状及び諸元の限定とが正
しいことと、これによる独自の効果が得られるごとを確
認するために、以下に説明するモデル圧延機による圧延
試験を行った。

（確認試験−１） この場合の交叉型傾斜圧延機１０はプレートガイドシュ
ーを具備し、その主ロール１１．１１の諸元は、交叉角
ｒ＝５°、傾斜角β＝１０°、ゴージ部１２゜１２の直
径＝３５０ｍｍ、入側ロール面角αｔ　＝３．５°。

出側ロール面角α２＝１６°としている。またプラグ１
４の条件は最大外径を８０鶴とし、小突部１９の最先端
部のドラフト率ｒｐが０．０２．０．０４．０．０６．
０．０８゜０．１０となる５種類のプラグを準備した。

更に供試材としては、熱間加工時に割れの発生し易いｐ
ｂ−ｓ複合快削ｍ　（Ｓ１１Ｍ３１Ｌ）を選び、その寸
法・形状を直径５５Ｎ、長さ３００の丸ビレットとし、
これを加熱炉において１１８０℃に加熱して使用した。

そして、圧延途中において、圧延を中止し、拡管比１．
６で拡管穿孔圧延された部分と非圧延部分とを残してこ
れを取り出し、長手方向に切断してプラグ１４よりも噛
込始端Ｓ側の供試材の割れ発生状況を観察した。その結
果は、表−１の通りである。

表−１ 前記表−１から明らかなことは、ドラフト率ｒｐが０．
０４と０．０６のプラグ１４のみが、割れを全く発生し
ておらず、良好な拡管穿孔圧延が行われているというこ
とである。

（確認試験−２） 更に、本発明者らは前記確認試験−１の場合と同じ諸元
の圧延機１０を用いて、熱間変形能が劣悪なＮｂ添加の
オーステナイト系ステンレス鋼（１８Ｃｒ−８Ｎｉ−Ｉ
Ｎｂ）を供試材とするモデル圧延機による圧延試験を行
った。なお、供試材は直径１８７Ｎの水平連続鋳造鋳片
の中心部から直径５５ｍのビレットを削り出した長さ３
００態のものであり、圧延前の段階で既に中心部に連続
鋳造材特有の空隙を有していることを確認済みである。

プラグ１４は最大外径が８０鶴で、プラグ最先端部のド
ラフト率ｒｐが０゜０４、０，０６．０．０８．０．１
０となる４種類のものを使用した。そして、拡管比１．
６で拡管穿孔圧延された後の中空素管６の内面疵の発生
状況を調べた。−その結果は、表−２の通りである。

表−２ この表−２から明らかなことは、プラグ１４の最先端部
のドラフト率ｒｐの値が０．０８を越えると極端に内面
疵の発生率が高くなっているということである。

（確認試験−３） この場合の試験は、３本の主ロール１１を有し、主ロー
ル以外の外面規制工具、例えばプレートガイドシューや
ディスクロール等は一切使用しない交叉型圧延機を使用
した。なお、主ロール１１はゴージ部での直径２００　
ｆｉであり、パスラインを中心として１２０°間隔で等
配置され、同じく傾斜角β。

交叉角γを有している。ロール径以外の主ロール１１の
諸元及びその他の条件は前記確認試験−２の場合と同じ
である。その結果は、表−３に示す通りである。

表−３ この表−３に示す試験結果によれば、プラグ１４の最先
端部のドラフト率ｒｐの値が０．１０以上では極端に内
面疵の発生率が高くなっている。

従って、前記確認試験−１乃至３を含めた結果とを総合
的に勘案すれば、ｒｐＯ値は前述した（２）式を満足す
るように設定されなければならないものであることが明
らかである。これにより、拡管比が１．１以上の拡管穿
孔圧延において、出側ロール面角を５°以上とした場合
でも内面疵の発生の少ない圧延が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明にあっては、穿孔圧延と同時
に拡管圧延（拡管比１．１以上）が行える圧延機にあっ
て、プラグ先端部に小突部を形成することで、従来幾何
学的に不可能であった十分なプラグリードを確保するこ
とが可能である。すなわち、噛込始端からプラグ先端に
当接するまでの圧延素材の移動距離を従来の場合に比較
して短くすることが可能である。すなわち、圧延素材の
中心部あるいは中心部の外側に発生する回転鍛造効果の
作用する領域を短くでき、もみ割れの発生を少なくする
と共に発生したもみ割れの成長を抑制することが可能で
ある。故に、中空素管の内面あるいは内部に生じた欠陥
は主ロールとプラグとによる圧延によって平坦化又は圧
着され易くなり、内面傷が発生せず、内面性状の良好な
拡管穿孔圧延が可能である。また難加工材の穿孔圧延に
も通している。なお、前記小突部の基端部はゴージ部と
プラグとの間に適当な間隙を形成することができ、該部
分において被圧延材が被る肉厚圧下率が極端に大きくな
らないので圧延素材の先端部においてフレアリングを生
じ、頭詰まりとなることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例に係る交叉型の拡
管穿孔圧延機を示すものであり、第１図は投影図、第２
図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図は側面図、第４図
及び第５図は夫々プラグ先端部に形成した小突部の形状
不良品を示す投影図、第６図は従来の交叉型拡管穿孔圧
延機の投影図である。 １１・・・主ロール　　　　１４・・・プラグ２２・・
・プレートガイドシュー １０・・・拡管穿孔圧延機 １２・・・ゴージ部　　　　１３・・・出側端部α２・
・・出側ロール面角 １９・・・小突部　　　　　５・・・圧延素材２θ１・
・・小突部側周面のテーパー面角２θ２・・・プラグ本
体部のテーパー面角特許出願人　　　住友金属工業株式
会社代　理　人　　　弁理士　内田敏彦 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも主ロールと、プラグとを備える交叉型の
   傾斜圧延機によって、拡管比１．１以上の拡管穿孔圧延
   を行うに当り、主ロールのゴージ部から圧延方向出側に
   向かう出側ロール面角を５°以上に設定すると共に、プ
   ラグとして先端部に小突部を形成されて成り、該小突部
   は先端が球面状で且つ側周面がプラグ本体部のテーパー
   面角よりも小さいテーパー面角とされたものを用いるこ
   とを特徴とする継目無鋼管の穿孔方法。 ２、前記小突部は、プラグ最先端位置におけるロール開
   度をｄｐとし、圧延素材の直径をｄｏとしたとき、０．
   ０３≦１−ｄｐ／ｄｏ≦０．０８の関係を満足するもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   継目無鋼管の穿孔方法。