JPWO2011039943A1 - リトラクトマンドレルミル、および管材の圧延方法 - Google Patents

Abstract

リトラクトマンドレルミルであって、前記リトラクトマンドレルミルは、マンドレルミルとエキストラクタとを備え、前記マンドレルミルは、マンドレルバーを有し、前記マンドレルバーが挿入された管材を圧延するものであり、前記エキストラクタは、前記マンドレルミルで圧延された管材から前記マンドレルバーを引き抜くものであり、前記マンドレルミルと前記エキストラクタとの間の距離が調整可能であるリトラクトマンドレルミル、およびこれを用いた管材の圧延方法である。前記の距離を調整可能にすることにより、通常よりも短尺の管材を圧延する場合であっても、延伸圧延される管材の長さを余分に長くする必要がなく、またマンドレルバーの損耗を抑制することが可能であり、管材を効率よくかつ歩留よく圧延することができる。

Description

本発明は、通常よりも短尺の製品を製造する際に、延伸圧延される管材の長さを余分に長くする必要がなく、またマンドレルバーの損耗を抑制することが可能なリトラクトマンドレルミルに関する。また、本発明は、このリトラクトマンドレルミルを用いた管材の圧延方法に関する。

本明細書において、リトラクトマンドレルミルは、マンドレルミルとエキストラクタを備える延伸圧延装置である。このエキストラクタとしてサイジングミルを使用することもできる。通常のエキストラクタを用いる場合、エキストラクタで引き抜いた管材の外径を、絞り圧延機を用いて所定の寸法に仕上げる。サイジングミルを用いる場合、サイジングミルで管材を引き抜くとともに外径を所定の寸法に仕上げる。

従来より、継目無管を圧延により製造する場合には、リトラクトマンドレルミルが使用されている。従来技術のうち、リトラクトマンドレルミルを使用した例として、特許文献１〜４が挙げられる。

［リトラクトマンドレルミルの構成］
図１は、従来のリトラクトマンドレルミルの構成図である。図１に示すように、リトラクトマンドレルミルは、主圧延機であるマンドレルミル１０と、マンドレルバーの引き抜き機能を有するエキストラクタ２０を備える。図１において、管材３０の圧延方向は矢印Ａ方向（以下、単に「圧延方向」ともいう）である。

マンドレルミル１０は、マンドレルバー１１と複数のロール１２を備える。マンドレルミル１０の入側（圧延方向の上流側）の端部には、拘束機１３が設けられている。圧延中のマンドレルバー１１は、拘束機１３によって保持されながら圧延方向に進行し、圧延終了後に拘束機１３の作動により後退する。

エキストラクタ２０は、マンドレルミル１０の出側（圧延方向の下流側）に、マンドレルミル１０と直列に配置される。エキストラクタ２０は、ハウジング２１内に複数のロール２２を備える。

［管材の圧延方法］
継目無管の素材として管材３０を圧延する場合には、マンドレルミル１０のマンドレルバー１１を管材３０に装入し、マンドレルバー１１とロール１２によって圧延する。マンドレルバー１１は、管材３０の圧延時には管材とともに前進し、圧延終了後には拘束機１３の動作によって初期位置に後退する。

マンドレルミル１０で圧延した管材３０には、エキストラクタ２０のロール２２によって圧延方向に進行するように力が加わり、マンドレルバー１１には拘束機１３によって管材の進行方向と反対方向に力が加わるため、管材３０をマンドレルバー１１から分離できる。この操作をストリッピングという。

マンドレルバー１１がエキストラクタ２０に侵入しないようにするため、マンドレルミル１０とエキストラクタ２０との間の距離は、（マンドレルバー速度）×（マンドレルミルの最終ロールでの圧延時間）以上とする必要がある。マンドレルミルの最終ロールでの圧延時間は、そのマンドレルミルで圧延する管材の長さに比例するため、マンドレルミル１０とエキストラクタ２０との間の距離は、マンドレルバーの速度およびマンドレルミルで圧延する管材の長さに比例する。

従来のリトラクトマンドレルミルでは、マンドレルミル１０とエキストラクタ２０との間の距離は、そのマンドレルミルで圧延する管材３０の最大長さに応じて設定される。マンドレルミル１０とエキストラクタ２０は、いずれも固定されており、マンドレルミル１０とエキストラクタ２０との間の距離は調整することができない。

図２は、従来のリトラクトマンドレルにおいて、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離よりも短い管材を圧延する状況を説明する図である。図２（ａ）はマンドレルミルでの圧延過程の状況を示し、図２（ｂ）はエキストラクトフォークを用いてストリッピングする状況を示し、図２（ｃ）はマンドレルバーでマンドレルミル圧延後の管材を移動させる状況を示し、図２（ｄ）はマンドレルバーと管材のオーバーラップを低減した状況を示している。

従来のリトラクトマンドレル、すなわち、マンドレルミル１０とエキストラクタ２０との間の距離を調整できないリトラクトマンドレルミルにおいて、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離よりも短い管材３０を圧延する場合には、図２（ａ）に示すように、マンドレルミル１０での圧延終了後に、管材３０の先端がエキストラクタ２０に到達しない。

この場合、管材３０をエキストラクタ２０に到達させるため、また、管材３０からマンドレルバー１１を引き抜く（ストリッピングする）ために、以下の３つの方法が適用される。
（１）製品として必要な長さに拘わらず、マンドレルミル１０での圧延後の管材３０の長さが、マンドレルミル１０とエキストラクタ２０との間の距離よりも長くなるように余分に製造する。そして、エキストラクタで管材３０からマンドレルバー１１を引き抜いた後の工程において管材３０の余分な部分を切り取る。

しかし、上記（１）の方法では、製品として必要以上の長さの管材を製造する必要があるため、素材歩留の低下および過剰なエネルギー消費がある。

（２）図２（ｂ）に示すように、エキストラクトフォーク１４を用いて管材３０が圧延方向と反対方向に移動するのを阻止しながらマンドレルバー１１を後退させ、ストリッピングする。その後、搬送ロール１５でエキストラクタ２０に搬送する。

（３）図２（ｃ）に示すように、マンドレルバー１１によって、圧延後の管材３０を、その先端がエキストラクタ２０の入側のロール２２に接するまで搬送する。その後、エキストラクタ２０で管材３０を圧延しながらマンドレルバー１１を後退させ、ストリッピングする。

上記（２）および（３）の方法では、エキストラクトフォーク１４を退避位置から所定の位置に移動させる際や、マンドレルバー１１で管材３０を移動させるのに時間を要する。また、移動する間に管材３０の温度が低下する。この温度低下によって、管材３０が熱収縮を生じ、オーバーラップ（管材３０とマンドレルバー１１との重複部分）が長い場合にはストリッピングがしにくくなる。特に、管材３０を構成する素材が、温度低下にともなって熱収縮率の大きい素材（例：Ｃｒ含有量が１０質量％以上の合金鋼）である場合には、ストリッピングが不可能となる場合もある。

そのため、図２（ｄ）に示すように、圧延中または圧延後のオーバーラップを短くする必要がある。オーバーラップを短くする方法としては、圧延中のマンドレルバー１１の移動速度を管材３０の移動速度よりも低下させる方法がある。しかし、マンドレルバー１１の移動速度を低下させると、マンドレルバー１１と管材３０の速度の差が大きくなり、マンドレルミル１０での圧延中に管材３０との摩擦でマンドレルバー１１が損傷しやすくなるという問題を生じる。

特開平７−２１４１１０号公報 特開平８−１１７８１６号公報 特開平８−３０００１３号公報 特開２００１−２０５３２３号公報

本発明の目的は、通常よりも短尺の製品を製造する際に、延伸圧延される管材を製品として必要な長さよりも余分に製造する必要がなく、またマンドレルバーの損耗を抑制することが可能なリトラクトマンドレルミルを提供することである。本発明の他の目的は、本発明のリトラクトマンドレルミルを用いた管材の圧延方法を提供することである。

本発明の要旨は次の通りである。

（１）リトラクトマンドレルミルであって、前記リトラクトマンドレルミルは、マンドレルミルとエキストラクタとを備え、前記マンドレルミルは、マンドレルバーを有し、前記マンドレルバーが挿入された管材を圧延するものであり、前記エキストラクタは、前記マンドレルミルで圧延された管材から前記マンドレルバーを引き抜くものであり、前記マンドレルミルと前記エキストラクタとの間の距離が調整可能であることを特徴とするリトラクトマンドレルミル。

（２）前記（１）に記載のリトラクトマンドレルミルを用いることを特徴とする管材の圧延方法。

（３）前記管材が１０質量％以上のＣｒを含有する鋼からなることを特徴とする、前記（１）に記載のリトラクトマンドレルミルまたは前記（２）に記載の管材の圧延方法。

本発明のリトラクトマンドレルミルを用いることにより、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離を調整できるため、通常よりも短尺の管材を圧延する場合であっても、マンドレルミル１０での圧延終了後に、管材３０の先端をエキストラクタ２０に到達させることができ、延伸圧延される管材の長さを余分に長くする必要がなく、またマンドレルバーの損耗を抑制することが可能である。したがって、本発明のリトラクトマンドレルミルおよび本発明の管材の圧延方法によれば、管材を効率よくかつ歩留よく圧延することができる。

図１は、従来のリトラクトマンドレルミルの構成図である。 図２は、従来のリトラクトマンドレルにおいて、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離よりも短い管材を圧延する状況を説明する図であり、図２（ａ）はマンドレルミルでの圧延過程の状況を示し、図２（ｂ）はエキストラクトフォークを用いてストリッピングする状況を示し、図２（ｃ）はマンドレルバーでマンドレルミル圧延後の管材を移動させる状況を示し、図２（ｄ）はマンドレルバーと管材のオーバーラップを低減した状況を示している。

図３は、本発明のリトラクトマンドレルミルの構成図であり、図３（ａ）は通常の長さの管材を圧延する場合を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるマンドレルミルとエキストラクタとの間の距離よりも短い管材を圧延する場合を示している。 図４は、エキストラクタの移動方法の一例を説明する図である。

図３は、本発明のリトラクトマンドレルミルの構成図である。図３（ａ）は通常の長さの管材を圧延する場合を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるマンドレルミルとエキストラクタとの間の距離よりも短い管材を圧延する場合を示している。図３に示すリトラクトマンドレルミルは、エキストラクタが圧延方向（矢印Ａ方向）と平行に移動可能である点以外は、前記図１に示す構成と同等であり、実質的に同一の部分には同一の符号を付している。

本実施形態において、図３に示すように、エキストラクタ２０は、ハウジング２１の下部に車輪２３が設けられており、床面のレール２４上を、移動管材３０の圧延方向（矢印Ａ方向）に平行に移動可能である。そのため、マンドレルミル１０とエキストラクタ２０との間の距離は、変更可能である。

図４は、エキストラクタの移動方法の一例を説明する図である。
エキストラクタ２０の移動方法としては、例えば以下の４つの方法が挙げられる。

（１）図４に示すように、ロール２２および車輪２３を駆動するモータ２７をハウジング２１の架台に据え付け、エキストラクタ２０とともに移動する。
（２）ロール２２を駆動するモータ（図示せず）をエキストラクタ２０から分離して設け、このモータ（図示せず）の駆動軸を、ロール２２および車輪２３の駆動軸とユニバーサルジョイントで接続する。
（３）ロール２２を駆動するモータ（図示せず）をエキストラクタ２０から分離して設け、このモータ（図示せず）の駆動軸から、エキストラクタ２０が移動する位置の各々に設けられたロール２２および車輪２３の駆動軸への動力伝達をクラッチでギアを切り替えることにより行う。

（４）マンドレルバー１１の拘束機１３と同様の駆動装置をエキストラクタ２０の出側（下流側）に設置し、マンドレルバー１１を移動させるのと同じ駆動方法でエキストラクタ２０を移動させる。この場合、ロール２２の駆動は、上記（１）〜（３）のいずれかの方法を用いる。

上述したエキストラクタ２０の移動方法において、上記（１）〜（３）の方法は、モータの回転力をロール２２および車輪２３に伝達する方法であり、（４）の方法はエキストラクタ２０本体を、圧延方向と平行に進行する方向または後退する方向に移動する方法である。

図４に示す移動方法によれば、ハウジング２１には、圧延方向に対して両側のそれぞれにアンカー２５が設けられている。エキストラクタ２０の操業時にはアンカー２５を床面に設けられた差し込み口２６に差し込む。エキストラクタ２０の移動時にはアンカー２５を差し込み口２６から抜く。アンカー２５を差し込み口２６に差し込むことにより、管材３０の圧延時のスラスト力によるエキストラクタ２０の移動を防ぐことができる。

本実施形態のリトラクトマンドレルミルを用いて、通常長さの管材を圧延する場合、図３（ａ）に示すように、マンドレルミル１０とエキストラクタ２０との間の距離を所定間隔に設定する（例えば、前記図１に示す場合と同様）。管材３０の圧延時には、マンドレルバー１１を通常速度、すなわち、管材とマンドレルバーとの速度差を小さくして移動させながらエキストラクタ２０の近傍まで近づけることができるため、管材３０との摩擦によるマンドレルバー１１の損傷が少ない。

所定間隔に設定したマンドレルミル１０とエキストラクタ２０との間の距離よりも短い管材３０を圧延する場合、図３（ｂ）に示すように、エキストラクタ２０をマンドレルミル１０の出側に近づく方向に移動させ、マンドレルミル１０とエキストラクタ２０との間の距離を短縮する。

これにより、通常長さの管材の圧延時と同様に、短尺の管材３０の圧延時には、マンドレルバー１１を通常速度で移動させることができ、管材とマンドレルバーとの速度差を小さくし、管材３０との摩擦によるマンドレルバー１１の損傷を少なくすることができる。また、管材３０がマンドレルミル１０の圧延を終えたときには、エキストラクタ２０での管材３０の圧延が始まっているため、管材３０からマンドレルバー１１を問題なく引き抜きことができ、延伸圧延される管材３０を製品として必要な長さよりも余分に製造する必要がない。

本発明の効果を確認するため、管材の圧延試験を下記の通り行った。

１．試験方法
従来のマンドレルミルとエキストラクタとの間の距離調整を行わないリトラクトマンドレルミルを比較例とする。比較例のリトラクトマンドレルミルは、圧延後の長さで２５ｍの管材を圧延できるように設計した。管材のマンドレルミル入口および出口での速度、ならびにマンドレルバーの速度は表１に示す値に設定した。この場合、１本の管材の圧延時間は８．３３ｓであった（圧延長さ２５ｍ／管材出口速度３．０ｍ／ｓ）。

そのため、マンドレルミルの最終ロールでの圧延開始時に、そのロールの直下にマンドレルバーの先端が位置するようにマンドレルバーの位置を制御すると、マンドレルミルでの管材の圧延完了時（圧延開始後８．３３ｓ後）には、マンドレルバーの先端はエキストラクタの入側に向かって８．３３ｍ進む（マンドレルバー速度１．０ｍ／ｓ×最終ロールでの圧延時間８．３３ｓ）。

したがって、比較例のリトラクトマンドレルミルでは、マンドレルバーの先端がエキストラクタに侵入しないように、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離を８．４ｍに設定した。

比較例のリトラクトマンドレルミルに対し、本発明例のリトラクトマンドレルミルは、エキストラクタが圧延方向に平行に移動可能とした。本発明例のリトラクトマンドレルミルでは、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離を最大で３．０ｍ移動できることとした。具体的には、その距離の標準値を８．４ｍとし、標準値よりも３．０ｍ短い５．４ｍまで移動できるものとした。それ以外の、圧延可能な管材の長さや管材の速度等は比較例と同様である。

エキストラクタのハウジングには、圧延方向に対して両側に３本ずつ２ｍ間隔でアンカーを設けた。エキストラクタの管材を引っ張る力は約１０ｔであるため、各アンカーは２ｔのスラスト力を支えられるものとした。

本実施例では、管材の材質を、普通鋼（Ｃ：０．２質量％）および合金鋼（Ｃ：０．２質量％、Ｃｒ：１３質量％）とした。また、管材の圧延寸法は、外径２４５ｍｍ、肉厚１４ｍｍとした。

管材の長さに関し、製品鋼管の長さは６ｍ、１２ｍ、１８ｍおよび２４ｍであると想定し、本実施例では、圧延後の管材の長さを６．５ｍ、１２．５ｍ、１８．５ｍおよび２５ｍとした。

２．試験結果
２−１．普通鋼
［比較例］
管材を普通鋼にした場合には、比較例のリトラクトマンドレルミルでは、長さ６．５ｍ、１２．５ｍ、１８．５ｍおよび２５ｍのいずれの管材とも圧延することができた。マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離（８．４ｍ）よりも長い１２．５ｍ、１８．５ｍおよび２５ｍの管材を圧延する場合には、マンドレルバーの速度を表１に記載の１．０ｍ／ｓとした。

マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離よりも短い、長さ６．５ｍの管材を圧延する場合には、マンドレルバーの速度を１．０ｍ／ｓよりも遅くした。この場合、管材のストリッピングは、マンドレルミルでの圧延後にマンドレルバーを進めて管材をエキストラクタに侵入させること、またはエキストラクトフォークを用いることによって行った。マンドレルバーの速度を１．０ｍ／ｓとしたのではマンドレルバーと管材のオーバーラップが長すぎて、ストリッピングが困難となるからである。

［本発明例］
本発明例のリトラクトマンドレルミルでも、比較例と同様にマンドレルバーの速度を調整することにより、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離を８．４ｍとしたままで、長さ６．５ｍ、１２．５ｍ、１８．５ｍおよび２５ｍのいずれの管材とも圧延することができた。

本発明例のリトラクトマンドレルミルを用いて長さ６．５ｍの管材を圧延する際に、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離を５．４ｍに短縮することにより、マンドレルバーの速度を１．０ｍ／ｓとして圧延することができた。この場合、管材とマンドレルバーとの速度差が小さいため、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離を８．４ｍとしたままの場合よりも、管材との摩擦によるマンドレルバーの損傷が少なかった。

２−２．合金鋼
［比較例］
管材を合金鋼にした場合には、比較例のリトラクトマンドレルミルでは、長さ１２．５ｍ、１８．５ｍおよび２５ｍの管材は普通鋼と同じ条件で圧延することができた。

しかし、長さ６．５ｍの管材は圧延できなかった。これは、管材の熱収縮率が大きく、マンドレルミルでの圧延後にマンドレルバーを進める際、またはエキストラクトフォークを所定位置に移動させる間に、管材が収縮し、ストリッピングできなくなったためである。

［本発明例］
一方、本発明例のリトラクトマンドレルミルでは、長さ６．５ｍ、１２．５ｍ、１８．５ｍおよび２５ｍのいずれの管材とも圧延することができた。

長さ１２．５ｍ、１８．５ｍおよび２５ｍの管材は、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離を８．４ｍとしたままで、比較例と同じ条件で圧延することができた。長さ６．５ｍの管材は、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離を５．４ｍに短縮することにより、マンドレルバーの速度を１．０ｍ／ｓとして圧延することができた。

３．総括および補足
上記実施例の結果から、本発明によれば、熱収縮率の大きな素材からなる管材であっても、長さ範囲が６．５ｍ〜２５ｍの管材を、一つのリトラクトマンドレルミルで製造するできることが分かる。

さらに、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離設定について補足すれば、上記実施例では、リトラクトマンドレルミルは、圧延後の長さで２５ｍの管材を圧延できるように、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離の標準値を８．４ｍと設定した。

同様に、圧延後の長さで１８ｍの管材を圧延できるようにする場合には、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離の標準値は、６．０ｍとする（マンドレルバー速度１．０ｍ／ｓ×（圧延長さ１８ｍ／管材出口速度３．０ｍ／ｓ））。

また、圧延後の長さで３２ｍの管材を圧延できるようにする場合には、マンドレルミルとエキストラクタとの間の距離の標準値は、１０．７ｍとする（マンドレルバー速度１．０ｍ／ｓ×（圧延長さ３２ｍ／管材出口速度３．０ｍ／ｓ）≒１０．６７ｍ）。

本発明は、マンネスマン法を適用した継目無管の製造等、管材の圧延に利用できる。

１０：マンドレルミル、１１：マンドレルバー、１２：ロール、
１３：拘束機、１４：エキストラクトフォーク、１５：搬送ロール、
２０：エキストラクタ、２１：ハウジング、２２：ロール、２３：車輪、
２４：レール、２５：アンカー、２６：差し込み口、２７：モータ、
３０：管材

Claims (3)

1. リトラクトマンドレルミルであって、
   前記リトラクトマンドレルミルは、マンドレルミルとエキストラクタとを備え、
   前記マンドレルミルは、マンドレルバーを有し、前記マンドレルバーが挿入された管材を圧延するものであり、
   前記エキストラクタは、前記マンドレルミルで圧延された管材から前記マンドレルバーを引き抜くものであり、
   前記マンドレルミルと前記エキストラクタとの間の距離が調整可能であることを特徴とするリトラクトマンドレルミル。
2. 請求項１に記載のリトラクトマンドレルミルを用いることを特徴とする管材の圧延方法。
3. 前記管材が１０質量％以上のＣｒを含有する鋼からなることを特徴とする、請求項１に記載のリトラクトマンドレルミルまたは請求項２に記載の管材の圧延方法。

Images