WO2005035154A1 - ３ロール式マンドレルミルによる継目無管の製造方法 - Google Patents

３ロール式マンドレルミルによる継目無管の製造方法 Download PDF

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WO2005035154A1
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mandrel
roll
pipe
rolling
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Inventor
Takamitsu Inage
Shigeru Kidani
Hirotsugu Nakaike
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Sumitomo Metal Industries, Ltd.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B17/00—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/02—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel, i.e. the mandrel rod contacts the rolled tube over the rod length
    • B21B17/04—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel, i.e. the mandrel rod contacts the rolled tube over the rod length in a continuous process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B25/00—Mandrels for metal tube rolling mills, e.g. mandrels of the types used in the methods covered by group B21B17/00; Accessories or auxiliary means therefor ; Construction of, or alloys for, mandrels or plugs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B21B27/024—Rolls for bars, rods, rounds, tubes, wire or the like

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a seamless tube using a three-roll mandrel mill.
  • a round billet or square billet of a material is heated to 1200-1260 ° C in a rotary hearth heating furnace, and then rolled with a drilling machine using a plug.
  • the hollow shell is manufactured by piercing and rolling with a roll.
  • a mandrel bar is inserted into the inner surface of the hollow shell in a skewered shape, and the outer surface is constrained by a mandrel mill, usually composed of 5-8 stands, and stretched and rolled while being constrained by a grooved roll to obtain a predetermined thickness. Until the thickness is reduced.
  • the reduced thickness pipe material is formed and rolled to a predetermined outer diameter by a reduction mill to obtain a product.
  • a mandrel mill conventionally, a pair of grooved rolling rolls facing each stand is arranged, and the rolling direction of the rolling rolls is alternately shifted by 90 ° between adjacent stands.
  • a roll type mandrel mill is used!
  • a seizure flaw generated at a portion corresponding to the flange portion and an excessive amount of tube material are generated.
  • the rolls are usually designed so that the curvature at both ends of the die is large.
  • the area corresponding to the flange of the roll of the tube roll is not constrained by the roll nor the mandrel bar and only the tension in the longitudinal direction acts. Therefore, the deformation (extension) in the circumferential direction should be controlled.
  • a hole defect or the like is easily generated in a material having low hot deformability such as stainless steel.
  • the deformation phenomenon of the pipe material in the rolling rolls in the three-roll type mandrel mill is greatly different from that of the two-roll type mandrel mill, and is disclosed in JP-A-5-185112.
  • the hole-shaped perimeter of the first stand and the third stand is set. It is not sufficient to solve such problems that the pulling of the mandrel bar after the rolling is insufficient and that the mandrel bar on the inner surface of the tube material easily causes a bow I crack.
  • the present invention has been made to solve such a problem of the prior art, and it is intended that a bow I of a mandrel bar after rolling is poorly removed and a bow I flaw caused by a mandrel bar on the inner surface of a tube material. It is an object of the present invention to provide a seamless pipe manufacturing method using a three-roll type mandrel mill that can effectively suppress the generation and operate in practice.
  • the present invention to solve the above-mentioned problem is directed to a method of manufacturing a seamless pipe using a three-roll type mandrel mill, wherein, among the stands constituting the mandrel mill, a pipe material has a thick wall. In the last two stands, the ratio of the inner circumference of the pipe to the outer circumference of the mandrel bar is set in the range of 1.07-1.17. Is provided.
  • the ratio of the inner peripheral length of the pipe to the outer peripheral length of the mandrel bar is set in a range of 1.10-1.17.
  • the ratio of the outer diameter of the tube material on the exit side of the mandrel mill to the groove bottom diameter of the rolling roll in the last two stands is set to 0.25 or less.
  • the ratio of the outer diameter of the tube material on the mandrel mill exit side to the groove bottom diameter of the rolling roll in the last two stands is set to 0.20 or less.
  • the ratio of the bar clearance on the entry side of the mandrel mill to the inner diameter of the pipe material on the entry side of the mandrel mill is set to 0.04 to 0.12.
  • the ratio of the bar clearance on the mandrel mill entry side to the tube inner diameter on the mandrel mill entry side is set to 0.06-0.12.
  • a sizing stand is installed at a stage subsequent to the last two stands, and the working ratio at the groove bottom of the rolling roll in the sizing stand is 5% or more.
  • the ratio of the inner peripheral length of the pipe to the outer peripheral length of the mandrel bar is set to 1.0 in the last two stands that apply thick calorie to the pipe among the stands constituting the mandrel mill.
  • the value in the range of 7- 1.17 the difference in wall thickness (uneven thickness) in the circumferential direction of the tube after rolling is not excessively large, and the mandrel bar is not pulled out properly after rolling, and the mandrel bar on the inner surface of the tube is not damaged. This makes it possible to effectively suppress the occurrence of bow I scratches due to the first method, and provides a method of manufacturing a seamless pipe using a three-roll mandrel mill that can be actually operated.
  • Fig. 1 is a diagram showing the effect of the ratio of the inner peripheral length of the pipe to the outer peripheral length of the mandrel bar in the last two stands of the mandrel mill, and (a) shows the effect on the pull-out property of the mandrel bar. (B) shows the effect on the inner surface quality of the tube, and (c) shows the effect on the uneven wall thickness of the tube (difference in circumferential thickness of the tube after rolling).
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the inner circumferential length of a pipe material set in the seamless pipe manufacturing method according to the present invention.
  • FIG. 2A is a layout diagram of each rolling roll
  • FIG. 2B is a broken line in FIG. An enlarged view of the part surrounded by is shown.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of the groove bottom diameter of the rolling roll set on the pipe material in the seamless pipe manufacturing method according to the present invention.
  • Fig. 4 shows the effect of the ratio between the outer diameter of the tube at the exit side of the mandrel mill and the groove bottom diameter of the rolling rolls in the last two stands.
  • A shows the effect on the pullability of the mandrel bar.
  • B shows the effect on the inner surface quality of the tube, and
  • C shows the effect on the wall thickness deviation of the tube.
  • Fig. 5 shows the effect of the ratio of the bar clearance on the mandrel mill entry side to the inner diameter of the tube material on the mandrel mill entry side, where (a) shows the effect on the pull-out property of the mandrel bar and (b) shows the effect on the tube material. (C) shows the effect on the inner surface quality of the pipe, and (c) the effect on the uneven wall thickness of the pipe.
  • Fig. 6 shows the effect of the degree of work at the bottom of the groove of the rolling roll in the sizing stand, (a) the effect on the pull-out property of the mandrel bar, and (b) the effect on the inner surface quality of the pipe. (C) shows the effect on uneven wall thickness of the pipe.
  • FIG. 7 is a view for explaining the degree of processing at the bottom of the groove of the rolling roll in the sizing stand set in the method for manufacturing a seamless pipe according to the present invention.
  • Fig. 1 shows the effect of the ratio of the inner circumference of the pipe to the outer circumference of the mandrel bar at the last two stands of the mandrel mill.
  • Fig. 1 (a) shows the effect on the pull-out property of the mandrel bar. ) Shows the effect on the inner surface quality of the tube, and (c) shows the effect on the uneven wall thickness of the tube (the difference in wall thickness in the circumferential direction of the tube after rolling).
  • Fig. 1 (a) The vertical axis in Fig. 1 (a) indicates that "2" is good for both carbon steel and 9% Cr steel ("good” means that all 10 can be extracted), and "1" is good for “1". It shows that only carbon steel is good, and "0" indicates that both carbon steel and 9% Cr steel are bad.
  • Fig. 1 (b) indicates that "3" indicates that there is no internal disease (scratch due to mandrel bar) on the tubing, and "2" indicates that the incidence rate is 10% or less. “1” indicates that the incidence is less than or equal to 20%, and “0” indicates that the incidence is greater than 20%.
  • the vertical axis of FIG. 1 (c) indicates that “2” indicates that the uneven thickness ratio of the pipe is less than 15%, and “1” indicates that the unevenness is 15% or more.
  • FIG. 2 is a view for explaining the inner circumferential length of a pipe material set in the method for manufacturing a seamless pipe according to the present invention.
  • FIG. 2 (a) shows an arrangement diagram of each rolling roll
  • FIG. () Shows an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in (a).
  • the inner circumferential length of the tube material is 6 in the circumferential direction with respect to the center of the hole shape C, based on the hole shape profile from the groove bottom B to one end E of each roll roll.
  • the arc forming the profile of the pipe near the end E should be angled by 60 ° with the straight line BC.
  • the intersection of the extended arc and the straight line CC' can be set as a point E,.
  • Correcting the outer surface shape (curve BE ') with the groove bottom thickness t means moving each point constituting the curve BE' inward in the normal direction of each point by the thickness t. I do.
  • the groove bottom thickness t is a value determined by the rolling schedule
  • the mandrel bar outer circumference is a value that also calculates the outer diameter force of the mandrel bar determined by the rolling schedule.
  • the inventors of the present invention have made various studies to prevent the pull-out property from being lowered by extending the tube material as much as possible along the groove shape of the rolling roll, and as a result, the groove bottom diameter of the rolling roll, that is, By setting the length of the line segment BB 'connecting the groove bottom B and the opposite groove bottom B' shown in FIG. We paid attention to the fact that the contact length between the bottom and the pipe was long.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of the groove bottom diameter of the rolling roll on the pipe material at this time.
  • the contact length between the groove bottom of the roll and the tube becomes longer.
  • the deformation resistance in the rolling direction is increased, and as a result, the deformation of the rolling roll toward the flange portion side is promoted, and the overhang along the hole shape of the rolling roll is promoted.
  • the present inventors have determined the ratio of the outer diameter of the tube material on the exit side of the mandrel mill to the groove bottom diameter of the rolling roll in the last two stands (hereinafter referred to as "finish diameter Z roll groove bottom diameter" as appropriate).
  • Rolling test was performed on 10 tubes each made of carbon steel and 9% Cr steel while changing
  • Figure 4 shows the effect of the ratio between the outer diameter of the tube at the exit side of the mandrel mill and the groove bottom diameter of the rolling rolls at the last two stands.
  • (A) shows the effect on the pull-out property of the mandrel bar
  • (b) shows the effect on the inner surface quality of the tube
  • (c) shows the effect on the uneven wall thickness of the tube.
  • the finishing diameter Z roll groove bottom diameter As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), by setting the finishing diameter Z roll groove bottom diameter to 0.25 or less (more preferably 0.20 or less), the pull-out property of the bar and the pipe material It was found that relatively good results were obtained for the inner surface quality. However, if the finished diameter Z roll groove bottom diameter is less than 0.1, good results can be obtained for the bar pull-out property and the inner surface quality of the tube material, but they are too large to be practical. Therefore, the finished diameter Z-roll groove bottom diameter is preferably 0.1-0.25, more preferably 0.1-0.2.
  • the outside diameter of the pipe at the outlet side of the mandrel mill is a value determined by a rolling schedule.
  • the present inventors also adjusted the ratio of the bar clearance at the entry side of the mandrel mill to the inner diameter of the tube material at the entry side of the mandrel mill, so that the tube material could follow the hole shape of the rolling roll. It was thought that it was possible to prevent the pull-out property from being lowered by overhanging.
  • Fig. 5 shows the effect of the ratio of the bar clearance on the mandrel mill entry side to the inner diameter of the tube material on the mandrel mill entry side.
  • (C) shows the effect on the wall thickness deviation of the pipe material. ing.
  • the entry side bar clearance Z finish diameter As shown in Figs. 5 (a) and 5 (b), by setting the entry side bar clearance Z finish diameter to be 0.04 or more (more preferably, 0.06 or more), the bar can be pulled out easily. It was a component that relatively good results were obtained for both the inner surface quality of the tubing. However, if the entry side bar clearance Z finish diameter is larger than 0.12, the outer peripheral length of the tube material will be excessively large and rolling may not be possible due to excessive protrusion, so it is not practical. Absent.
  • the entry side bar clearance Z finish diameter is preferably set to 0.04 to 0.12, more preferably to 0.06 to 0.12.
  • the bar clearance is defined by (the inner diameter of the tube material on the entry side of the mandrel mill and the outer diameter of the mandrel bar) and is a value determined by a rolling schedule.
  • the present inventors set up a sizing stand after the last two stands for performing wall thickness processing on the pipe material, and perform processing beyond a specified amount on the groove bottom of the rolling roll in the sizing stand.
  • the tube material was deformed in the flange direction, and an effective clearance was generated, so that it was considered that the pull-out property could be further improved.
  • Fig. 6 shows the effect of the degree of work at the bottom of the groove of the rolling roll in the sizing stand, (a) the effect on the pull-out property of the mandrel bar, and (b) the effect on the inner surface quality of the pipe. (C) shows the effect on uneven wall thickness of the pipe.
  • FIG. 7 is a schematic view of a method for manufacturing a seamless pipe according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the degree of processing at the groove bottom of the rolling roll in FIG.
  • the above-mentioned strength is determined by the long diameter (line CE of Fig. 2 (b)) at the final stand (the N-1st stand) where the wall thickness is applied to the pipe. Is equivalent to A, and the minor axis at the sizing stand (Nth stand)
  • Table 1 shows the conditions and the evaluation results of the examples of the seamless pipe manufacturing method according to the present invention.
  • Example 1 a rolling test was performed on each of 10 tubes each made of carbon steel and 9% Cr steel.
  • the rolling test is Examples 11 and 11 and Comparative Examples 1 and 2 were carried out using a mandrel mill with a total of 5 stand strengths (the 4th and 5th stands correspond to the last 2 stands for thickening the pipe).
  • Examples 12-16 each was performed using a mandrel mill in which a sizing stand (sixth stand) was installed after the last two stands.
  • ⁇ outside tZD '' shown in Table 1 indicates the wall thickness Z outer diameter of the tube at the mandrel mill outlet side
  • ⁇ final wall thickness 2Std circumference ratio '' indicates the wall thickness of the tube.
  • the ratio of the inner circumference of the tube to the outer circumference of the mandrel bar at the last two stands (the fourth and fifth stands) is defined as the “sizing Std groove bottom reduction” at the bottom of the rolling roll groove at the sizing stand (the sixth stand). Means the degree of processing.
  • the wall thickness deviation of the pipe material was all "1", and it was confirmed that the problem of wall thickness deviation did not occur.
  • the ratio of the inner peripheral length of the pipe to the outer peripheral length of the mandrel bar is set to 1.10-1.17 (Examples 2, 3, 6, 7, 10, 11, 15, 16)
  • the pull-out property is low. All were "2", indicating a remarkable effect.
  • Example 4 and Example 5 are compared or Example 6 and Example 7 are compared, even if the circumference ratio is the same, the outer diameter of the pipe material on the mandrel mill exit side and the final By making the ratio of the rolling roll to the groove bottom diameter of the two stands 0.2, the pulling power and the Z or inner surface quality of the tube material were improved.
  • Example 8 and Example 9 are compared, or Example 10 and Example 11 are compared, the rolling ratio in the circumference ratio, the outer diameter of the tube material on the mandrel mill exit side, and the final two stands is obtained. Even if the ratio to the groove bottom diameter is the same, the bar clearance on the mandrel mill entry side and the mandrel mill By setting the ratio to the inner diameter of the pipe on the inlet side to be 0.06, the pulling power and the quality of the inner surface of the pipe or Z were improved.
  • the inner circumference of the pipe and the outer circumference of the mandrel bar are used in each of the last two stands of the mandrel mill.
  • the ratio is set to 1.07-1.17, the difference in wall thickness in the circumferential direction (uneven thickness) of the post-rolled tube material does not become too large. It is possible to effectively suppress the occurrence of bow I scratches due to the mandrel bar on the inner surface of the pipe, and it is possible to actually operate with a three-roll mandrel mill. This allows

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)

Abstract

　本発明の継目無管の製造方法によれば、マンドレルミルを構成する各スタンドのうち、管材に対して肉厚加工を施す最終２スタンドにおいて、管材内周長とマンドレルバー外周長との比を１．０７～１．１７の範囲に設定することにより、圧延後の管材の周方向肉厚差（偏肉）が大きくなりすぎることもなく、圧延後のマンドレルバーの引き抜き不良や、管材内面のマンドレルバーによる引掻き疵の発生を効果的に抑制することが可能になり、現実に３ロール式マンドレルミルによる操業が可能になる。これにより、マンネスマン−マンドレルミル方式による継目無管の製造方法として、広く適用される。

Description

明 細 書
3ロール式マンドレルミルによる継目無管の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、 3ロール式マンドレルミルによる継目無管の製造方法に関する。
背景技術
[0002] -マンドレルミル方式による継目無管の製造においては、まず、素材の 丸ビレット又は角ビレットを回転炉床式加熱炉で 1200— 1260°Cに加熱した後、穿 孔機でプラグと圧延ロールにより穿孔圧延して中空素管を製造する。次に、前記中 空素管の内面にマンドレルバ一を串状に挿入し、通常 5— 8スタンドからなるマンドレ ルミルで外面を孔型圧延ロールで拘束して延伸圧延することにより、所定の肉厚まで 減肉する。その後、マンドレルバ一を抽出した後、前記減肉された管材を絞り圧延機 で所定外径に成形圧延して製品を得る。
[0003] ここで、マンドレルミルとして、従来から、各スタンドに対向する一対の孔型圧延ロー ルが配設され、隣接するスタンド間で圧延ロールの圧下方向を 90° ずらして交互に 配置した 2ロール式マンドレルミルを用いる場合が多!、。斯かる 2ロール式マンドレル ミルにおいては、圧延ロールの溝底部とフランジ部との間における過度の周速差に 起因して、フランジ部に対応する箇所で発生する焼き付き疵ゃ、管材の過度の嚙み 出しに起因する嚙み出し疵を防止するため、通常、孔型の両端の曲率が大きくなるよ うに圧延ロールを設計する。
この場合、管材の圧延ロールのフランジ部に対応する箇所は、圧延ロールにもマン ドレルバ一にも拘束されず長手方向の張力のみが作用するため、周方向への変形（ 張出し)を管理することが困難であり、ステンレス鋼等の熱間変形能の低い材料では 、穴あき欠陥等が発生し易いという問題もある。
このような 2ロール式マンドレルミルの問題を解決するべぐ各スタンドに圧下方向の なす角が 120° である 3つの孔型圧延ロールが配設され、隣接するスタンド間で圧延 ロールの圧下方向を 60° ずらして交互に配置した 3ロール式マンドレルミルの導入 が検討されている。 [0004] しかしながら、一般的に、 3ロール式マンドレルミルにおいては、圧延ロールの孔型 の幾何学的性質上、圧延後の管材内面とマンドレルバ一との接触範囲 (箇所)が 2口 ール式の場合に比べて増加することになる。このため、マンドレルバ一の引き抜きに 要する負荷が増加する結果、圧延後のマンドレルバ一の引き抜き不良や、管材内面 のマンドレルバ一による弓 I搔き疵が発生し易 、という、操業上及び品質上の深刻な 問題を生じる。したがって、 3ロール式マンドレルミルを実用化すること力 極めて困 難になっている。
[0005] 斯かる 3ロール式マンドレルミルにおける問題を解決するべぐ従来から次の（1)一
(3)のような方法が提案されて 、る。
(1)隣接するスタンドの圧延ロールの回転数を調整することによって、スタンド間の管 材に働く応力を調整し、管材の断面形状を制御する方法 (例えば、「基本的負荷特 性と変形特性」、昭和 59年度塑性加工春季講演会講演論文集 p545-548参照)。
(2) 2ロール式マンドレルミルの例であるが、マンドレルミルを構成する第 1スタンド一 第 3スタンドの孔型周長をミル出側管材の仕上げ周長の所定倍以上に設定すること により、ミル出側の管材内面とマンドレルバ一との間に適当なクリアランスを生じさせる 方法 (例えば、特開平 5— 185112号公報参照)。
(3)マンドレルミルを構成する最終スタンドにサイジングスタンドを設置し、管材の肉 厚の減少を伴うことなぐマンドレルバ一と管材との間にクリアランスを生じさせる方法 (例えば、特開平 7— 214110号公報参照)。
[0006] し力しながら、前記（1)に開示される従来方法では、複数スタンドに同時に嚙み込 んでいる管材中央部の形状制御はできるものの、スタンド間の圧縮力が十分に作用 しない両管端部の形状を制御することはできない。このため、両管端部はその全周が マンドレルバ一に密着する、所謂アンダーフィル傾向になることが知られており、圧延 後のマンドレルバ一の引き抜き不良や、管材内面のマンドレルバ一による引搔き疵が 発生し易 、と 、う問題を解決することはできな 、。
[0007] また、 3ロール式マンドレルミルにおける圧延ロール内での管材の変形現象は、 2口 ール式マンドレルミルのそれとは大きく相違して、特開平 5— 185112号公報に開示さ れて 、る前記（2)の従来方法のように、第 1スタンド一第 3スタンドの孔型周長を設定 するだけでは、圧延後のマンドレルバ一の引き抜き不良や、管材内面のマンドレルバ 一による弓 I搔き疵が発生し易 、と 、う問題を解決するには不十分である。
すなわち、 3ロール式マンドレルミルにおいては、孔型の特性上、管材の長手方向 への変形が大きいために張出しを確保し 1 、後段スタンドの圧延の仕方によっては 圧延後のクリアランスを十分に確保できない。このため、マンドレルバ一を引き抜けな いという問題、または引き抜けるとしても、 2ロール式マンドレルミルと比して著しく負 荷が増大すると 、う問題が起きる。
[0008] さらに、特開平 7— 214110号公報に開示されているような前記（3)の従来方法では 、サイジングスタンドでカ卩ェする前に既にマンドレルバ一と管材との間のクリアランス が消失して 、るような場合には、十分な効果が得られな 、と 、う問題がある。
発明の開示
[0009] 前述の通り、 3ロール式マンドレルミルにおける圧延ロール内での管材の変形現象 は、 2ロール式マンドレルミルのそれとは大きく相違するために、 2ロール式マンドレル ミルでの知見をそのまま利用することはできない。このため、従来から提案の方法で は、圧延後のマンドレルバ一の引き抜き不良や、管材内面のマンドレルバ一による引 搔き疵の発生という 3ロール式マンドレルミルの問題を効果的に解決し得るものでなく 、 3ロール式マンドレルミルの実用化が困難な状況が続!、て!/、る。
[0010] 本発明は、斯カる従来技術の問題を解決するべくなされたものであり、圧延後のマ ンドレルバ一の弓 Iき抜き不良や、管材内面のマンドレルバ一による弓 I搔き疵の発生を 効果的に抑制し、現実に操業可能な 3ロール式マンドレルミルによる継目無管の製 造方法を提供することを課題とする。
[0011] 前記課題を解決するべぐ本発明は、 3ロール式マンドレルミルによる継目無管の 製造方法であって、前記マンドレルミルを構成する各スタンドのうち、管材に対して肉 厚力卩ェを施す最終 2スタンドにお 、て、管材内周長とマンドレルバ一外周長との比を 1. 07-1. 17の範囲に設定することを特徴とする 3ロール式マンドレルミルによる継 目無管の製造方法を提供するものである。
[0012] 好ましくは、前記管材内周長とマンドレルバ一外周長との比は 1. 10-1. 17の範 囲に設定される。 [0013] また、好ましくは、前記マンドレルミル出側の管材外径と前記最終 2スタンドにおける 圧延ロールの溝底径との比は 0. 25以下に設定される。
[0014] さらに好ましくは、前記マンドレルミル出側の管材外径と前記最終 2スタンドにおけ る圧延ロールの溝底径との比は 0. 20以下に設定される。
[0015] また、好ましくは、前記マンドレルミル入側のバークリアランスと前記マンドレルミル 入側の管材内径との比は 0. 04-0. 12に設定される。
[0016] さらに好ましくは、前記マンドレルミル入側のバークリアランスと前記マンドレルミル 入側の管材内径との比は 0. 06-0. 12に設定される。
[0017] また、好ましくは、前記最終 2スタンドの後段にサイジングスタンドを設置し、当該サ イジングスタンドにおける圧延ロールの溝底部での加工度は 5%以上とされる。
[0018] 本発明によれば、マンドレルミルを構成する各スタンドのうち、管材に対して肉厚カロ ェを施す最終 2スタンドにおいて、管材内周長とマンドレルバ一外周長との比を 1. 0 7- 1. 17の範囲に設定することにより、圧延後の管材の周方向肉厚差 (偏肉）が大 きくなりすぎることもなぐ圧延後のマンドレルバ一の引き抜き不良や、管材内面のマ ンドレルバ一による弓 I搔き疵の発生を効果的に抑制することが可能になり、現実に操 業可能な 3ロール式マンドレルミルによる継目無管の製造方法が提供される。
図面の簡単な説明
[0019] 図 1は、マンドレルミルの最終 2スタンドにおける、管材内周長とマンドレルバ一外周 長との比が及ばす影響を示す図であり、 (a)はマンドレルバ一の引き抜き性に及ぼす 影響を、（b)は管材の内面品質に及ぼす影響を、（c)は管材の偏肉 (圧延後の管材 の周方向肉厚差）に及ぼす影響を示している。
図 2は、本発明に係る継目無管の製造方法において設定される管材内周長を説明 する図であり、（a)は各圧延ロールの配置図を、（b)は (a)の破線で囲まれた部分の 拡大図を示している。
図 3は、本発明に係る継目無管の製造方法において設定される圧延ロールの溝底 径の管材に及ぼす影響を説明する図である。
図 4は、マンドレルミル出側の管材外径と最終 2スタンドにおける圧延ロールの溝底 径との比が及ぼす影響を示す図であり、 (a)はマンドレルバ一の引き抜き性に及ぼす 影響を、（b)は管材の内面品質に及ぼす影響を、（C)は管材の偏肉に及ぼす影響を 示している。
図 5は、マンドレルミル入側のバークリアランスとマンドレルミル入側の管材内径との 比の及ぼす影響を示す図であり、 (a)はマンドレルバ一の引き抜き性に及ぼす影響 を、（b)は管材の内面品質に及ぼす影響を、（c)は管材の偏肉に及ぼす影響を示し ている。
図 6は、サイジングスタンドにおける圧延ロールの溝底部での加工度の及ぼす影響 を示す図であり、（a)はマンドレルバ一の引き抜き性に及ぼす影響を、（b)は管材の 内面品質に及ぼす影響を、 (c)は管材の偏肉に及ぼす影響を示している。
図 7は、本発明に係る継目無管の製造方法にお!、て設定されるサイジングスタンド における圧延ロールの溝底部での加工度を説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
[0020] 以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
マンドレルミルによる継目無管の製造方法において、圧延後のマンドレルバ一の引 き抜き不良や、管材内面のマンドレルバ一による引搔き疵の発生を抑制するには、 圧延後の管材とマンドレルバ一との間に有効なクリアランスを発生させることが必要で あるが、本発明者らは、特に 3ロール式マンドレルミルにおいては、これが、最終肉厚 加工を行うときに、マンドレルバ一の外周長に対して管材の内周長がどの程度に設 定されて!/、るかに大きく依存することを見出した。
換言すれば、前記有効なクリアランスが発生する力否かは、管材に対して肉厚加工 を施す最終 2スタンド、すなわち、最終スタンド及びその直前のスタンドにおける圧延 ロールの孔型形状等によって決まる管材内周長とマンドレルバ一外周長との比が大 きく影響することを明らかにした。
[0021] そこで、本発明者らは、マンドレルミルを構成する各スタンドのうち、管材に対して肉 厚加工を施す最終 2スタンドにおいて、管材内周長とマンドレルバ一外周長との比（ 以下、適宜、周長比という）を種々変えながら炭素鋼及び 9%Cr鋼力 なる管材各 10 本ずつについて圧延試験を行い、周長比が圧延後のマンドレルバ一の引き抜き性 等に及ぼす影響を調査した。 図 1は、マンドレルミルの最終 2スタンドにおける、管材内周長とマンドレルバ一外周 長との比が及ばす影響を示す図であり、 (a)はマンドレルバ一の引き抜き性に及ぼす 影響を、（b)は管材の内面品質に及ぼす影響を、（c)は管材の偏肉 (圧延後の管材 の周方向肉厚差）に及ぼす影響を示している。
図 1 (a)の縦軸は、「2」が炭素鋼及び 9%Cr鋼の双方とも良好（10本全数引き抜き 可能である場合を「良好」とした)であることを、「1」が炭素鋼のみ良好であることを、「 0」が炭素鋼及び 9%Cr鋼の双方とも不良であることを、それぞれ示している。
また、図 1 (b)の縦軸は、「3」が管材に内面症 (マンドレルバ一による引搔き疵）が無 いことを、「2」が 10%以下の発生率であることを、「1」が 20%以下の発生率であるこ とを、「0」が 20%より大きい発生率であることを、それぞれ示している。
さらに、図 1 (c)の縦軸は、「2」が管材の偏肉率が 15%未満であることを、「1」が 15 %以上であることを、それぞれ示している。
[0022] 図 1 (a)及び (b)に示すように、周長比を 1. 07以上とすることにより、管材とマンドレ ルバ一とのクリアランスを確保でき、バーの引き抜き性及び管材の内面品質について 、共に比較的良好な結果が得られることが分力つた。ただし、図 1 (c)に示すように、 周長比を 1. 17よりも大きくすると、バーの引き抜き性及び管材の内面品質について 良好な結果が得られる（図 1 (a)及び (b) )ものの、管材の偏肉が大きくなりすぎるとい う品質上の問題が生じることが分力つた。
したがって、周長比を 1. 07- 1. 17の範囲に設定することにより、圧延後の管材の 周方向肉厚差 (偏肉）が大きくなり過ぎることなぐ圧延後のマンドレルバ一の引き抜 き不良や、管材内面のマンドレルバ一による引搔き疵の発生を効果的に抑制できる ことを見出した。なお、図 1 (a)に示すように、マンドレルバ一の引き抜き不良をより一 層抑制するには、前記周長比を、 1. 10- 1. 17の範囲に設定するのが好ましい。
[0023] 図 2は、本発明に係る継目無管の製造方法にお!、て設定される管材内周長を説明 する図であり、（a)は各圧延ロールの配置図を、（b)は (a)の破線で囲まれた部分の 拡大図を示している。図 2 (b)に示すように、前記管材内周長は、各圧延ロール尺の 溝底部 Bから一方の端部 Eまでの孔型プロフィールによって、孔型中心 Cを基準とし て周方向に 6分割された管材の外面形状（曲線 BE' )を決定し、当該外面形状を溝 底肉厚 tで補正して算出される 6分割された管材の内面形状（曲線 BIE1)の長さを 6 個分積算して得られる値である。
ここで、孔型プロフィール（曲線 BE)によって管材の外面形状（曲線 BE' )を決定す るには、たとえば、端部 E近傍の孔型プロフィールを構成する円弧を直線 BCと 60° の角度を成す直線 CC'まで延長し、当該延長された円弧と直線 CC'の交点を点 E， とすることができる。
また、外面形状（曲線 BE' )を溝底肉厚 tで補正するとは、曲線 BE'を構成する各点 を当該各点の法線方向に肉厚 t分だけ内方に移動させることを意味する。なお、前記 溝底肉厚 tは圧延スケジュールによって決定される値であり、前記マンドレルバ一外 周長は、圧延スケジュールによって決定されるマンドレルバ一の外径力も計算される 値である。
[0024] 以上に説明したように、周長比を所定の範囲に設定することによって、通常、マンド レルバーの引き抜き不良等を効果的に抑制することができるものの、管材の材質や 圧延条件等によっては管材が孔型に充満せず、マンドレルバ一に密着することにより 、引き抜き性が低下したり、マンドレルバ一による引搔き疵が発生する場合もある。 本発明者らは、管材を極力圧延ロールの孔型形状に沿うように張出させることによ つて、引き抜き性の低下等を防止するべく種々検討した結果、圧延ロールの溝底径 、すなわち、前記図 2 (a)に示す溝底 Bと対向する溝底 B'とを結ぶ線分 BB'の長さを マンドレルミル出側の管材外径に対して大きく設定することにより、圧延ロールの溝底 部と管材との接触長が長くなることに着目した。
図 3は、このときの圧延ロールの溝底径が管材に及ぼす影響を説明する図である。 図 3に示すように、圧延ロールの溝底径をマンドレルミル出側の管材外径に対して大 きく設定することにより、圧延ロールの溝底部と管材との接触長が長くなる。これにより 圧延方向の変形抵抗が大きくなる結果、圧延ロールのフランジ部側への変形が促さ れ、圧延ロールの孔型形状に沿うような張出しが助長されることになる。
[0025] そこで、本発明者らは、マンドレルミル出側の管材外径と最終 2スタンドにおける圧 延ロールの溝底径との比（以下、適宜「仕上径 Zロール溝底径」と 、う）を種々変えな がら、炭素鋼及び 9%Cr鋼力もなる管材各 10本について圧延試験を行い、仕上径 zロール溝底径が圧延後のマンドレルバ一の引き抜き性等に及ぼす影響を調査した 図 4は、マンドレルミル出側の管材外径と最終 2スタンドにおける圧延ロールの溝底 径との比が及ぼす影響を示す図であり、 (a)はマンドレルバ一の引き抜き性に及ぼす 影響を、（b)は管材の内面品質に及ぼす影響を、（c)は管材の偏肉に及ぼす影響を 示している。
図 4 (a)—（c)の縦軸に示す数値の意味は、前記図 1の場合と同様であるので説明 を省略する。本圧延試験においては、前述した周長比を前述した範囲内に含まれる 1. 07とし、後述するマンドレルミル入側のバークリアランスとマンドレルミル入側の管 材内径との itを 0. 04とした。
[0026] 図 4 (a)及び (b)に示すように、仕上径 Zロール溝底径を 0. 25以下 (より好ましくは 0. 20以下）とすることにより、バーの引き抜き性及び管材の内面品質について、共に 比較的良好な結果が得られることが分かった。ただし、仕上径 Zロール溝底径を 0. 1未満とした場合、バーの引き抜き性及び管材の内面品質については良好な結果が 得られるものの、大きくなり過ぎるため実用的ではない。したがって、仕上径 Zロール 溝底径は、 0. 1-0. 25とするのが好ましぐさらに好ましくは 0. 1-0. 2である。な お、前記マンドレルミル出側の管材外径は、圧延スケジュールによって決定される値 である。
[0027] また、本発明者らは、マンドレルミル入側のバークリアランスとマンドレルミル入側の 管材内径との比を調整することによつても、管材を圧延ロールの孔型形状に沿うよう に張出させることによって引き抜き性の低下を防止可能であると考えた。そこで、前記 マンドレルミル入側のバークリアランスとマンドレルミル入側の管材内径との比（以下、 適宜「入側バークリアランス Z仕上径」という）を種々変えながら炭素鋼及び 9%Cr鋼 力もなる管材各 10本について圧延試験を行い、入側バークリアランス Z仕上径が圧 延後のマンドレルバ一の引き抜き性等に及ぼす影響を調査した。
図 5は、マンドレルミル入側のバークリアランスとマンドレルミル入側の管材内径との 比の及ぼす影響を示す図であり、 (a)はマンドレルバ一の引き抜き性に及ぼす影響 を、（b)は管材の内面品質に及ぼす影響を、（c)は管材の偏肉に及ぼす影響を示し ている。
図 5 (a)一 (c)の縦軸に示す数値の意味は、前記図 1の場合と同様であるので説明 を省略する。本圧延試験において、前述した周長比を適切な範囲内に含まれる 1. 0 7とし、前述した仕上径/ロール溝底径を適切な範囲内に含まれる 0. 25とした。
[0028] 図 5(a)及び (b)に示すように、入側バークリアランス Z仕上径を 0. 04以上 (より好 ましくは 0. 06以上）とすることにより、バーの引き抜き性及び管材の内面品質につい て、共に比較的良好な結果が得られることが分力 た。ただし、入側バークリアランス Z仕上径を 0. 12より大きくした場合には、管材の外周長が過大になり、過度の嚙み 出しに起因して圧延が不能となるおそれがあるため実用的ではない。
したがって、入側バークリアランス Z仕上径としては、 0. 04-0. 12とするのが好ま しぐさらに好ましくは 0. 06-0. 12とされる。なお、前記バークリアランスは、（マンド レルミル入側の管材内径 マンドレルバ一外径)で定義され、圧延スケジュールによ つて決定される値である。
[0029] さらに、本発明者らは、管材に対して肉厚加工を施す最終 2スタンドの後段にサイ ジングスタンドを設置し、当該サイジングスタンドにおける圧延ロールの溝底部に所 定以上の加工を施すことにより、単にサイジングスタンドを設置した場合と異なり、管 材がフランジ方向に変形し、有効なクリアランスが生じて、引き抜き性等を更に向上さ せることができると考えた。
そこで、サイジングスタンドにおける圧延ロールの溝底部での加工度を種々変えな 力 炭素鋼及び 9%Cr鋼力もなる管材各 10本について圧延試験を行い、加工度が 圧延後のマンドレルバ一の引き抜き性等に及ぼす影響を調査した。
図 6は、サイジングスタンドにおける圧延ロールの溝底部での加工度の及ぼす影響 を示す図であり、（a)はマンドレルバ一の引き抜き性に及ぼす影響を、（b)は管材の 内面品質に及ぼす影響を、 (c)は管材の偏肉に及ぼす影響を示している。
図 6 (a)一（c)の縦軸示す数値の意味は、前記図 1の場合と同様であるので説明を 省略する。本圧延試験において、前述した周長比を適切な範囲内に含まれる 1. 07 とし、前述した仕上径 Zロール溝底径を適切な範囲内に含まれる 0. 25とし、さら〖こ 前述した入側バークリアランス/仕上径を適切な範囲内に含まれる 0. 04とした。 [0030] 図 6 (a)及び (b)に示すように、加工度を 5%以上とすることにより、バーの引き抜き 性及び管材の内面品質について、共に比較的良好な結果が得られることが分力つた 図 7は、本発明に係る継目無管の製造方法にお!、て設定されるサ ^
における圧延ロールの溝底部での加工度を説明する図である。図 7に示すように、前 記力卩ェ度は、管材に対して肉厚力卩ェを施す最終スタンド (第 N— 1スタンド)での長径 (図 2 (b)の線分 CE，に相当）を A とし、サイジングスタンド (第 Nスタンド)での短径
N-1
(図 2 (b)の線分 BCに相当）を Bとした場合に、以下の（1)式によって計算される。
N
加工度 = (A /B ) X 100 (%) · · · (1)
N-1 N-1
実施例
[0031] 以下、実施例を示すことにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。本発明に 係る継目無管の製造方法の実施例の条件及び評価結果を表 1に示す。
[表 1]
Figure imgf000013_0001
表 1に示す各条件（実施例 1一 16及び比較例 1一 2)に従い、炭素鋼及び 9%Cr鋼 力もなる管材各 10本について、それぞれ圧延試験を実施した。ここで、圧延試験は、 実施例 1一 11及び比較例 1一 2については、計 5スタンド力もなるマンドレルミル (第 4 スタンド及び第 5スタンドが管材に対して肉厚加工を施す最終 2スタンドに相当）を用 い、実施例 12— 16については、前記最終 2スタンドの後段にサイジングスタンド (第 6 スタンド)を設置したマンドレルミルを用いて、それぞれ実施した。
なお、表 1中に示す略語「出側 tZD」は、マンドレルミル出側での管材の肉厚 Z外 径を、「最終肉厚加工 2Std周長比」は、管材に対して肉厚加工を施す最終 2スタンド (第 4スタンド及び第 5スタンド）における管材内周長とマンドレルバ一外周長との比を 「サイジング Std溝底圧下」は、サイジングスタンド (第 6スタンド）における圧延ロール の溝底部での加工度を意味する。
[0033] 上記圧延試験の結果は、（1)マンドレルバ一の引き抜き性、（2)管材内面品質、及 び、（3)管材の肉厚偏肉の観点より評価した。なお、これら各項目の評価結果につい て表 1に示すバー引抜き性、管材内面品質および偏肉評価の各数値は、前記図 1の 縦軸に示す数値と同じ意味であるため、ここでは説明を省略する。
[0034] 表 1に示すように、実施例 1一 16についての引き抜き性及び管材内面品質は、全 て「3」、「2」又は「1」であり、本発明によれば、圧延後のマンドレルバ一の引き抜き不 良や、管材内面のマンドレルバ一による引搔き疵の発生を効果的に抑制し得ることが 分かった。
さらに、管材の偏肉については全て「1」であり、偏肉の問題が生じないことも確認さ れた。特に、管材内周長とマンドレルバ一外周長との比を 1. 10-1. 17にした場合（ 実施例 2、 3、 6、 7、 10、 11、 15、 16)には、引き抜き性が全て「2」であり、顕著な効 果が得られた。
[0035] また、実施例 4と実施例 5とを対比、または実施例 6と実施例 7とを対比すれば、周 長比が同一であっても、マンドレルミル出側の管材外径と最終 2スタンドにおける圧延 ロールの溝底径との比を 0. 2にすることにより、引き抜き性及び Z又は管材内面品質 が向上することが分力つた。
[0036] また、実施例 8と実施例 9とを対比、或いは、実施例 10と実施例 11とを対比すれば 、周長比やマンドレルミル出側の管材外径と最終 2スタンドにおける圧延ロールの溝 底径との比が同一であっても、マンドレルミル入側のバークリアランスとマンドレルミル 入側の管材内径との比を 0. 06とすることにより、引き抜き性及び Z又は管材内面品 質が向上することが分力つた。
[0037] さらに、実施例 12、 14及び 15と、実施例 13及び 16とを対比すれば、周長比、マン ドレルミル出側の管材外径と最終 2スタンドにおける圧延ロールの溝底径との比、マ ンドレルミル入側のバークリアランスとマンドレルミル入側の管材内径との比がそれぞ れ同一であっても、サイジングスタンドにおける圧延ロールの溝底部での加工度を 5 %以上とすることにより、引き抜き性及び Z又は管材内面品質が向上することが分か つ 7こ。
[0038] これに対し、比較例 1は、周長比が 1. 07未満（1. 05)であり、マンドレルバ一の引 き抜き性及び管材内面品質の双方が不良であることが分力つた。一方、比較例 2は、 周長比が 1. 17より大きい（1. 19)ものである力 マンドレルバ一の引き抜き性及び管 材内面品質の双方について良好な結果が得られた。し力しながら、偏肉率が 15%以 上（「0」）となっており、製品となり得る継目無管の製造方法としては採用できな 、。 産業上の利用の可能性
[0039] 本発明の継目無管の製造方法によれば、マンドレルミルを構成する各スタンドのう ち、管材に対して肉厚加工を施す最終 2スタンドにおいて、管材内周長とマンドレル バー外周長との比を 1. 07-1. 17の範囲に設定することにより、圧延後の管材の周 方向肉厚差 (偏肉）が大きくなりすぎることもなぐ圧延後のマンドレルバ一の引き抜き 不良や、管材内面のマンドレルバ一による弓 I搔き疵の発生を効果的に抑制すること が可能になり、現実に 3ロール式マンドレルミルによる操業が可能になる。これにより、
-マンドレルミル方式による継目無管の製造方法として、広く適用される

Claims

請求の範囲
[1] 3ロール式マンドレルミルによる継目無管の製造方法であって、
前記マンドレルミルを構成する各スタンドのうち、管材に対して肉厚加ェを施す最 終 2スタンドにおいて、管材内周長とマンドレルバ一外周長との比を 1. 07—1. 17の 範囲に設定することを特徴とする 3ロール式マンドレルミルによる継目無管の製造方 法。
[2] 前記管材内周長とマンドレルバ一外周長との比を 1. 10-1. 17の範囲に設定する ことを特徴とする請求項 1に記載の 3ロール式マンドレルミルによる継目無管の製造 方法。
[3] 前記マンドレルミル出側の管材外径と前記最終 2スタンドにおける圧延ロールの溝 底径との比を 0. 25以下に設定することを特徴とする請求項 1又は 2に記載の 3ロー ル式マンドレルミルによる継目無管の製造方法。
[4] 前記マンドレルミル出側の管材外径と前記最終 2スタンドにおける圧延ロールの溝 底径との比を 0. 20以下に設定することを特徴とする請求項 3に記載の 3ロール式マ ンドレルミルによる継目無管の製造方法。
[5] 前記マンドレルミル入側のバークリアランスと前記マンドレルミル入側の管材内径と の比を 0. 04-0. 12に設定することを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載 の 3ロール式マンドレルミルによる継目無管の製造方法。
[6] 前記マンドレルミル入側のバークリアランスと前記マンドレルミル入側の管材内径と の比を 0. 06-0. 12に設定することを特徴とする請求項 5に記載の 3ロール式マンド レルミルによる継目無管の製造方法。
[7] 前記最終 2スタンドの後段にサイジングスタンドを設置し、当該サイジングスタンドに おける圧延ロールの溝底部での加工度を 5%以上とすることを特徴とする請求項 1乃 至 6の 、ずれかに記載の 3ロール式マンドレルミルによる継目無管の製造方法。
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