WO2020217725A1 - 圧延矯正機、及び該圧延矯正機を用いた管又は棒の製造方法 - Google Patents

圧延矯正機、及び該圧延矯正機を用いた管又は棒の製造方法 Download PDF

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WO2020217725A1
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diameter
reduced
roll
straightening
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俊輔 佐々木
勝村　龍郎
太田　裕樹
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Ｊｆｅスチール株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rolling straightening machine and a method for manufacturing a pipe or a rod using the rolling straightening machine.
  • the processed pipe material or rod material may be bent in a bow shape, or the front and rear ends may be bent.
  • a straightening rolling mill which is a separate device from the outer diameter reduction rolling mill, is used to bend and bend the pipe material or bar in the axial direction. It is common to remove the bend by performing a return process.
  • the present invention provides a rolling straightening machine capable of performing outer diameter reduction rolling and straightening rolling of a pipe material or bar material at high speed and with high accuracy, and a pipe or rod using the rolling straightening machine. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method.
  • the gist structure of the present invention for solving the above problems is as follows.
  • a rolling straightening machine having two or more rolls arranged across a pass line of a pipe material or a bar material.
  • the gaps sandwiched between the two or more rolls are the outer diameter reduced rolling portion whose diameter is reduced from the upstream side to the downstream side of the rolling straightening machine, and the rolling straightening portion from the outlet side of the outer diameter reduced rolling portion.
  • a straightening and rolling section which is continuous towards the downstream side of the machine,
  • the shape of each roll is
  • the outer diameter reduced rolling portion is symmetrically configured with the pass line as an axis.
  • a rolling straightening machine configured in the straightening and rolling section asymmetrically with respect to the pass line in the outer diameter reduced rolling section.
  • one roll has a diameter-expanded portion that expands in diameter from the upstream side to the downstream side in the region forming the straightened rolled portion, and the other roll.
  • Has a reduced diameter portion that reduces the diameter from the upstream side to the downstream side in the region forming the straightened rolled portion.
  • one roll has a diameter-expanded portion that expands in diameter from the upstream side to the downstream side in the region forming the straightened rolled portion, and the other roll.
  • one roll has a reduced diameter portion that reduces in diameter from the upstream side to the downstream side in the region forming the straightened rolled portion, and the other roll.
  • the pipe material or bar material is drawn into the roll while being rotated by the rotation of two or more rolls provided in the rolling straightening machine.
  • the outer diameter of the pipe material or the bar is reduced by the outer diameter reduced rolling portion that reduces the diameter from the upstream side to the downstream side of the rolling straightening machine, and subsequently, the outer side of the outer diameter reduced rolling portion is reduced.
  • a method for manufacturing a pipe or a rod in which the pipe material or the rod material is bent and unbent back by a straightening and rolling portion continuous from the rolling and straightening machine toward the downstream side.
  • the present invention it is possible to perform outer diameter reduction rolling and straightening rolling of a pipe material or a bar material at high speed and with high accuracy. Further, according to the present invention, it is possible to perform outer diameter reduction rolling and straightening rolling of a pipe material or a bar material with a single facility, so that initial investment and operating cost can be reduced, and rolling time and transportation time can be reduced. The manufacturing cost is reduced by shortening the cost.
  • the rolling straightening machine 1 is, for example, an inclined rolling machine, and includes two or more rolls 2a and 2b arranged across a pass line 5 of a pipe material or a bar material. ..
  • the gap between the two or more rolls 2a and 2b is formed from the outer diameter reduced rolling portion 3 whose diameter is reduced from the upstream side to the downstream side of the rolling straightening machine 1 and the outlet side of the outer diameter reduced rolling portion 3. It is defined by a straightening and rolling section 4 that is continuous toward the downstream side of the rolling straightening machine 1. Therefore, in the outer diameter reduced diameter rolling portion 3, the roll interval on the pass line 5 becomes narrower toward the downstream side.
  • the size of the roll interval on the pass line 5 is kept equal to or larger than the outer diameter of the reduced diameter pipe material or bar material.
  • the shapes of the rolls 2a and 2b in the outer diameter reduced diameter rolling portion 3 are symmetrically configured with the pass line 5 as the axis.
  • the distance from the pass line 5 on the straight line connecting the rotation axis of the roll 2a and the pass line 5 to the surface of the roll and the surface of the roll 2b The distance from the pass line 5 on the straight line connecting the rotation axis and the pass line 5 to the surface of the roll becomes equal.
  • the shapes of the rolls 2a and 2b in the straightening and rolling section 4 are formed asymmetrically with respect to the pass line 5.
  • the straightening and rolling section 4 in the roll cross section shown in the lower left of FIG. 1, the distance from the pass line 5 on the straight line connecting the rotation axis of the roll 2a and the pass line 5 to the surface of the roll and the rotation axis of the roll 2b The distance from the pass line 5 on the straight line connecting the pass line 5 to the surface of the roll is not equal.
  • the pass line 5 does not bend at the outer diameter reduced rolling portion 3 but bends at the straightening rolling portion 4 at least once.
  • the "roll shape” does not mean the outer diameter or body length of the rolls 2a and 2b, but comes into contact with a pipe material or a bar material that passes while rotating on the pass line 5 on the surface of the roll. It means the shape of the part to be processed (that is, the roll profile).
  • the "pass line” is a locus of the geometric center of the steel material when the steel material advances during processing, and indicates an axis which is the traveling direction of the steel material.
  • the pass line does not bend means that the tensile or compressive strain due to the bending of the pass line 5 is not applied in the axial direction of the traveling pipe material or bar material.
  • bending of the pass line 5 caused by contact between the rolls 2a and 2b and the pipe material or bar material or unavoidable rattling of the rolling straightening machine 1 is allowed.
  • the bending of the pass line 5 differs depending on the material or shape of the pipe material or the bar material, but it is permissible if it is less than or equal to the bending amount of the pass line 5 in the straightening and rolling section 4 described later and is 3 ° or less.
  • the pass line 5 does not bend in the outer diameter reduced diameter rolling portion 3, the outer diameter of the pipe material or bar material that has passed through the outer diameter reduced diameter rolling portion 3 is uniformly reduced. As a result, it is possible to suppress variations in the wall thickness of the pipe material or the bar material and maintain good roundness. Further, when the pass line 5 is bent at the straightening and rolling portion 4 one or more times, a bending moment is generated in the axial direction of the pipe material or the bar material. As a result, the bending of the pipe material or the bar material that has passed through the straightening and rolling section 4 is corrected.
  • the outer diameter reduced rolling by the outer diameter reduced rolling section 3 and the straightening rolling by the straightening rolling section 4 are performed separately in a single facility.
  • outer diameter reduction rolling is completed. Therefore, the bending generated by the outer diameter reduction rolling can be corrected by the straightening rolling. If the roll interval is narrowed in a conventional straightening rolling mill, outer diameter reduction rolling and straightening rolling are performed at the same time, and due to this, bending due to outer diameter reduction rolling also occurs at the same time during straightening rolling. Therefore, the correction effect cannot be obtained.
  • the pass line 5 of the pipe material or the bar material which is a non-rolled material is made a straight line, and the outer diameter reduction rolling is continued.
  • the pass line 5 in straightening rolling is made a straight line, and the outer diameter reduction rolling is continued.
  • the number of bends of the pass line 5 in the straightening and rolling section 4 is not particularly limited as long as it is one or more times, and thus the strain required for straightening can be applied.
  • the pass line 5 may be bent once in the middle of the straightening rolling portion 4 with the exit side of the outer diameter reduced rolling portion 3 as a fixed end.
  • the pass line 5 may be bent twice by changing the angle of the pass line 5 from negative to positive according to the so-called three-point bending principle.
  • the "angle of the pass line” is a tangent line between the pass line 5 in the outer diameter reduced rolling portion 3 and the pass line 5 in the straightening rolling portion 4 where the pass line 5 bends (more specifically). It means an angle (defined as an acute angle) formed by a tangent line tangent to the circle when the pass line 5 in the straightening rolling portion 4 is fitted by a minimum square method or the like using a circle having a predetermined curvature. Further, the sign of the corner of the pass line 5 defines counterclockwise as positive with respect to the pass line 5 in the outer diameter reduced diameter rolled portion 3, and vice versa. Further, L, L1 and L2 in FIGS.
  • L, L1 and L2 are lengths corresponding to the fulcrums for giving a straightening bending deformation to the pipe material or the bar material in the straightening rolling portion 4. Since L, L1 and L2 can give a sufficiently large correction moment if they are equal to or larger than the 1/2 average outer diameter of the pipe or bar, they should be equal to or larger than the 1/2 average outer diameter of the pipe or bar. Is preferable. On the other hand, if L, L1 and L2 are too long, the end length of the pipe or bar whose bending cannot be corrected increases, so that L, L1 and L2 are the average outer diameters of the pipe or bar. It is preferably 5 times or less of.
  • the amount of bending of the pass line 5 depends on the size and material (for example, bending strength) of the pipe material or bar material, but it is sufficient if the surface of the pipe material or bar material can be slightly distorted. Therefore, the bending amount of the pass line 5 may be 0 ° or more with respect to the pass line 5 in the outer diameter reduced diameter rolling portion 3. On the other hand, if the bending amount of the pass line 5 is too large, the progress of the pipe material or the bar material may be hindered, rolling may be stopped, or the wear of the roll may be increased, which is not preferable from the viewpoint of productivity. Therefore, the bending amount of the pass line 5 is preferably ⁇ 10 ° or more and 10 ° or less with respect to the pass line 5 in the outer diameter reduced diameter rolling portion 3.
  • the number of bends and the amount of bends of the pass line 5 described above can be appropriately adjusted by, for example, adjusting the shape and / or arrangement of the rolls.
  • an example of the shape and / or arrangement of the roll capable of realizing the pass line 5 as shown in FIG. 2A, for example, will be described with reference to FIGS. 3A to 3D.
  • the first roll 2a as one roll has a diameter-expanded portion 6 that expands in diameter from the upstream side to the downstream side in the region forming the straightening and rolling portion 4.
  • the second roll 2b as the other roll has a reduced diameter portion 7 whose diameter is reduced from the upstream side to the downstream side in the region forming the straightening rolled portion 4.
  • the enlarged diameter portion 6 of the first roll 2a and the reduced diameter portion 7 of the second roll 2b face each other with the pass line 5 interposed therebetween.
  • the first roll 2a and the second roll 2b are arranged so that the size of the crossing angle of the rotation axis with respect to the pass line 5 in the outer diameter reduced diameter rolling portion 3 is 0 °.
  • the pass line 5 does not bend at the outer diameter reduced rolling portion 3 but bends at the straightening rolling portion 4 at least once.
  • the first roll 2a and the second roll 2b increase in diameter from the upstream side to the downstream side in the region forming the outer diameter reduced diameter rolling portion 3.
  • the diameter D1 of the upstream end of the first roll 2a as one roll and the diameter D2 of the upstream end of the second roll 2b as the other roll are different.
  • the diameter D1 of the upstream end of the first roll 2a may be larger than the diameter D2 of the upstream end of the second roll 2b.
  • the first roll 2a as one roll has a diameter-expanded portion 6 that expands in diameter from the upstream side to the downstream side in the region forming the straightening and rolling portion 4.
  • the second roll 2b as the other roll also has a diameter-expanded portion 6 that expands from the upstream side to the downstream side in the region forming the straightening and rolling portion 4.
  • the enlarged diameter portion 6 of the first roll 2a and the enlarged diameter portion 6 of the second roll 2b face each other with the pass line 5 interposed therebetween. Further, in FIG.
  • the first roll 2a and the second roll 2b are arranged so that the crossing angle ⁇ of the rotation axis with respect to the pass line 5 in the outer diameter reduced diameter rolling portion 3 has a predetermined size.
  • the pass line 5 does not bend at the outer diameter reduced rolling portion 3 but bends at the straightening rolling portion 4 at least once.
  • the crossing angle ⁇ is too large, it is necessary to reduce the roll diameter on the entry side of the outer diameter reduced diameter rolling portion 3 and the roll shaft diameter connected to the roll diameter, and the rigidity of the rolling straightening machine 1 with respect to the rolling reaction force is sufficient. Therefore, it is preferable that the crossing angle ⁇ is 45 ° or less. Further, it is preferable that the first roll 2a and the second roll 2b increase in diameter from the upstream side to the downstream side in the region forming the outer diameter reduced diameter rolling portion 3.
  • the first roll 2a as one roll has a reduced diameter portion 7 that reduces the diameter from the upstream side to the downstream side in the region forming the straightening and rolling portion 4.
  • the second roll 2b as the other roll also has a reduced diameter portion 7 whose diameter is reduced from the upstream side to the downstream side in the region forming the straightening rolled portion 4.
  • the reduced diameter portion 7 of the first roll 2a and the reduced diameter portion 7 of the second roll 2b face each other with the pass line 5 in between.
  • the first roll 2a and the second roll 2b are arranged so that the crossing angle ⁇ of the rotation axis with respect to the pass line 5 in the outer diameter reduced diameter rolling portion 3 has a predetermined size.
  • the pass line 5 does not bend at the outer diameter reduced rolling portion 3 but bends at the straightening rolling portion 4 at least once. If the crossing angle ⁇ is too large, it is necessary to reduce the roll diameter on the exit side of the straightening and rolling section 4 and the roll shaft diameter connected to the roll diameter, and the rigidity of the rolling straightening machine with respect to the rolling reaction force becomes insufficient.
  • the angle ⁇ is preferably 45 ° or less.
  • the first roll 2a and the second roll 2b have a constant diameter or an enlarged diameter from the upstream side to the downstream side in the region forming the outer diameter reduced diameter rolled portion 3. ..
  • the roll interval in the outer diameter reduced diameter rolling portion 3 (particularly, the minimum gap G at the boundary between the outer diameter reduced diameter rolling portion 3 and the straightening rolling portion 4) is outside the pipe material or the bar material. It can be appropriately adjusted by adjusting the angle of attack ⁇ of the roll according to the amount of diameter reduction.
  • the "roll interval” means the distance between two points at each intersection of the normal of the pass line 5 and the outer surface of each of the rolls 2a and 2b.
  • the “angle of attack ⁇ ” means the inclination angle of the roll side surface with respect to the pass line 5 in the outer diameter reduced diameter rolling portion 3 in the roll cross section passing through the rotation axes of the rolls 2a and 2b.
  • the angle of attack ⁇ is set to 0 ° or more.
  • the angle of attack ⁇ is set to 0 ° or more.
  • the angle of attack ⁇ is large, a pipe material or a rod material having a larger outer diameter can be bitten into the rolls 2a and 2b.
  • the angle of attack ⁇ becomes too large, the diameter of the pipe material or bar material is rapidly reduced.
  • the angle of attack ⁇ is preferably 45 ° or less.
  • the angle of attack ⁇ is preferably small as long as it is a necessary and sufficient size according to the amount of contraction of the outer diameter, and more preferably 1 ° or more and 10 ° or less.
  • each of the rolls 2a and 2b can have a plurality of angles of attack in the outer diameter reduced diameter rolled portion 3. For example, FIG.
  • each roll 2a and 2b has a first angle of attack ⁇ 1 and a second angle of attack ⁇ 2, respectively.
  • Both ⁇ 1 and ⁇ 2 are 45 ° or less, preferably 1 ° or more and 10 ° or less.
  • the inclination angles ⁇ of the rolls 2a and 2b can be appropriately adjusted in consideration of the bending amount of the pass line 5 in the straightening and rolling portion 4.
  • the inclination angle ⁇ is preferably 20 ° or less.
  • the number of rolls is not particularly limited as long as it is two or more.
  • the number of rolls is 3 or more, the movement of the pipe material or the rod material in the circumferential direction can be more restrained, so that the swing of the pipe material or the rod material can be suppressed.
  • the processing speed is increased, the productivity is improved, and the dimensional accuracy and the correction effect are improved.
  • the three-roll system having three rolls as shown in FIG.
  • the pair of rolls 2a and 2b can be arranged so as to face each other.
  • each roll is symmetrical with respect to the pass line 5 in the outer diameter reduced rolling portion 3 in the circumferential direction in the region forming the outer diameter reduced rolling portion 3.
  • It is asymmetric in the circumferential direction in the region forming the straightening and rolling portion 4.
  • the rolls 2a and 2b are rotated while the pipe material or the rod material is rotated by the rotation of two or more rolls 2a and 2b provided in the rolling straightening machine 1. Pull in. Then, the outer diameter of the pipe material or the bar material is reduced by the outer diameter reduced rolling portion 3 that reduces the diameter from the upstream side to the downstream side of the rolling straightening machine 1. Subsequently, the pipe material or the bar material is bent and unbent back by the straightening rolling portion 4 which is continuous from the outlet side to the downstream side of the outer diameter reduced rolling portion 3.
  • the outer diameter reduced diameter rolling portion 3 when the pipe material or the bar material passes through the outer diameter reduced diameter rolling portion 3, the outer diameter is uniformly reduced by traveling while rotating the non-bending pass line 5. To. Further, when the pipe material or the bar material passes through the straightening and rolling portion 4, it advances while rotating the pass line 5 that bends once or more without undergoing outer diameter reduction rolling. That is, when the pipe material or the rod material passes through the pass line 5 that bends once or more, it undergoes bending / bending back deformation in the axial direction according to the progress and rotation. Thereby, the bending generated in the pipe material or the bar material due to the outer diameter reduction rolling can be corrected. As described above, according to the present embodiment, since the outer diameter reduction rolling and the straightening rolling of the pipe material or the bar material can be performed by a single facility, high-speed and low-cost processing can be performed and the processing can be saved. Space can be created.
  • the amount of diameter reduction in outer diameter reduction rolling is not particularly limited as long as it is 0% or more, and can be arbitrarily selected. That is, in the present embodiment, the outer peripheral length of the pipe material or bar material after the outer diameter reduction rolling can be made equal to or less than the outer circumference length of the pipe material or bar material before the outer diameter reduction rolling. However, if the diameter reduction amount becomes too large, the pipe material or the bar material may be flawed, or the rolling straightening machine may become huge. Therefore, the diameter reduction amount is preferably 30% or less with respect to the initial average outer diameter of the pipe material or the bar material. When it is necessary to reduce the diameter more than this, it is preferable to repeat the reduction of 30% or less of the initial average outer diameter.
  • the "roll interval of the narrowest portion of the outer diameter reduced diameter rolled portion 3" is a roll passing through the narrowest portion of the outer diameter reduced diameter rolled portion 3 shown in the lower left of FIG. 1, for example, in the case of a two-roll type. In the cross section, it corresponds to the diameter of the circle in contact with the surfaces of the two rolls 2a and 2b, and in the case of the 3-roll type, for example, in the roll cross section passing through the narrowest portion of the outer diameter reduced diameter rolled portion 3 shown in the lower left of FIG.
  • the diameter of the circle in contact with the surfaces of the three rolls 2a, 2b and 2c corresponds to the diameter of the circle in contact with the surfaces of the three rolls 2a, 2b and 2c. That is, by reducing the roll interval with respect to the initial average outer diameter of the pipe material or the rod material and accumulating the strain in the pipe material or the rod material, the strain due to the reduced diameter is added in the case of the rod material, and the strain due to the diameter reduction is applied in the case of the pipe material. Since strain due to bending and bending back deformation is applied, the strength characteristics are improved by strengthening the dislocations due to the strain. Then, it is preferable that the roll interval of the narrowest portion of the outer diameter reduced diameter rolled portion 3 is 97% or less with respect to the initial average outer diameter of the pipe material or the bar material, because this effect becomes remarkable.
  • the roll interval of the narrowest portion of the outer diameter reduced diameter rolled portion 3 is 95% or less with respect to the initial average outer diameter of the pipe material or the bar material, the yield strength can be significantly improved. preferable.
  • the roll interval of the outer diameter reduced rolling portion 3 is too small with respect to the initial average outer diameter of the pipe material or bar material, the biting property into the rolling straightening machine 1 becomes poor, or the pipe material or bar material becomes poor. There is a risk of cracking or scratching. Therefore, it is preferable that the roll interval of the narrowest portion of the outer diameter reduced diameter rolled portion 3 is 80% or more with respect to the initial average outer diameter of the pipe material or the bar material.
  • the strength characteristics improved by the outer diameter reduced rolling section 3 can be sufficiently obtained even after bending and unbending.
  • “strength characteristic” refers to yield strength, tensile strength, hardness and the like.
  • the strength ratio of the tensile yield strength in the pipe axial direction and the compressive yield strength is close to 1.0.
  • a tensile stress is applied to the bending on the outer surface side
  • a compressive stress is applied to the bending on the inner surface side. Therefore, by bringing the strength ratio between the tensile yield strength and the compressive yield strength in the pipe axis direction close to 1.0, the same high deformation strength can be obtained for any stress, so that various structures can be designed. It is useful for.
  • drawing processing, Pilger processing, etc. as a method of increasing the strength by strengthening the dislocation of the pipe material, which is generally performed.
  • the Bauschinger effect is obtained.
  • the compressive yield stress in the pipe axial direction is reduced to 0.80 to 0.85 with respect to the tensile yield stress in the pipe axial direction.
  • the Bauschinger effect is suppressed, and the strength ratio between the tensile yield strength and the compressive yield strength in the pipe axial direction is determined. It can approach 1.0, which is 0.85 or more and 1.15 or less. It is preferable to set this strength ratio in the range of 0.90 or more and 1.10 or less because the degree of freedom in design is further increased.
  • the material of the pipe material or the bar material that can be used in the present embodiment is not particularly limited as long as it causes plastic deformation by rolling, but it is preferably a metal material having sufficient ductility. Further, the material of the pipe material or the bar material from which the improvement of the strength characteristics can be obtained is not particularly limited as long as it causes dislocation strengthening due to plastic deformation.
  • copper, aluminum material, titanium material, Ni-based alloy It can be a general metal material such as carbon steel or stainless steel.
  • the shape of the pipe material or bar material before rolling to reduce the outer diameter is not particularly limited as long as the pipe material or bar material comes into contact with the roll, and is, for example, a circular cross-sectional shape or a cross-sectional shape other than a perfect circle such as an elliptical cross section. You may. That is, even if the shape of the pipe material or bar material before the outer diameter reduction rolling is not a circular cross section, the pipe material or rod is from the time the pipe material or bar material comes into contact with the roll until the outer diameter reduction rolling is completed. The material is deformed into a circular cross section having a predetermined size while rotating, and subsequently, the bending caused by the outer diameter reduction rolling is corrected.
  • the pipe material or bar material before rolling with an outer diameter reduced diameter may have a bend in the axial direction, and this bend is corrected by the above-mentioned rolling straightening machine 1. Further, the bending of the pipe material or the bar material before the outer diameter reduction rolling is corrected by the above-mentioned rolling straightening machine 1 regardless of whether it is a bow-shaped global bending or a local bending at the front and rear ends. Will be done.
  • Example 1 A steel bar (carbon steel) having an average outer diameter length of 543 mm before rolling with an outer diameter reduction, and a steel pipe material (carbon steel) having an average outer diameter length of 543 mm and a wall thickness of 15 mm before rolling with an outer diameter reduction. , are prepared.
  • Steel bars or steel pipes were obtained by performing outer diameter reduction rolling and straightening rolling at room temperature using a rolling straightening machine shown in Table 1 for each steel bar and steel pipe.
  • Table 1 the rolling straightening machine shown in FIG. 2A was used for the pass line bending number of "1 time”
  • the rolling straightening machine shown in FIG. 2B was used for the pass line bending number of "2 times”.
  • the “ellipse” means an ellipse in which the lengths of the major axis and the minor axis differ by 15%.
  • unbalanced thickness: yes means that the steel pipe material has an unbalanced thickness of 10%.
  • bow-shaped bend: yes means that the steel pipe material or bar steel material has a bow-shaped global bend of 10 mm / m in the axial direction.
  • end bending: yes means having a local bending of 10 mm (20 mm / m) at the pipe end or the rod end of 500 mm.
  • the dimensional accuracy of the outer diameter was investigated for each of the obtained steel bars and pipes.
  • the case where the average finished outer diameter was within ⁇ 1.5% of the target finished outer diameter was marked with ⁇ , and the case where it exceeded ⁇ 1.5% was marked with x.
  • the results are shown in Table 1.
  • the local bending of the front and rear ends was investigated for each of the obtained steel bars and pipes. If a bend of 5 mm / m or more is locally generated at the front and rear ends, it cannot be used as a product. Therefore, the length of the steel pipe or steel bar (that is, scrap) when the bent portion is cut. The length that becomes) was investigated. The results are shown in Table 1.
  • the “ellipse” means an ellipse in which the lengths of the major axis and the minor axis differ by 15%.
  • unbalanced thickness: yes means that the pipe material has an unbalanced thickness of 10%.
  • bow-shaped bend: yes means that the pipe material or bar has a bow-shaped global bend of 10 mm / m in the axial direction.
  • end bending: yes means having a local bending of 10 mm (20 mm / m) at the pipe end or the rod end of 500 mm.
  • Tensile yield strength was measured for each of the obtained rods and pipes, and the strength characteristics were investigated.
  • the results are shown in Table 3.
  • the initial yield strength means the tensile yield strength of the pipe material or bar material before rolling with a rolling straightening machine.
  • a round bar-shaped test piece was collected so that the tensile direction or the compression direction was parallel to the axial direction of the pipe or the rod, and both the tensile speed and the compression speed were set to 1 mm / min.
  • the present invention it is possible to perform outer diameter reduction rolling and straightening rolling of a pipe material or a bar material at high speed and with high accuracy. Further, according to the present invention, it is possible to perform outer diameter reduction rolling and straightening rolling of a pipe material or a bar material with a single facility, so that initial investment and operating cost can be reduced, and rolling time and transportation time can be reduced. The manufacturing cost is reduced by shortening the cost.

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Abstract

管材又は棒材の外径縮径圧延と矯正圧延とを高速かつ高精度で行うことが可能な圧延矯正機を提供する。　本発明の圧延矯正機１は、管材又は棒材のパスライン５を挟んで配置された２つ以上のロール２ａ、２ｂを備え、２つ以上のロール２ａ、２ｂに挟まれる間隙は、圧延矯正機１の上流側から下流側に向けて縮径する外径縮径圧延部３と、外径縮径圧延部３の出側から圧延矯正機１の下流側に向けて連続する矯正圧延部４と、によって画定され、各ロール２ａ、２ｂの形状は、外径縮径圧延部３において、パスライン５を軸として対称に構成され、矯正圧延部４において、外径縮径圧延部３におけるパスライン５に対して非対称に構成される。

Description

圧延矯正機、及び該圧延矯正機を用いた管又は棒の製造方法
　本発明は、圧延矯正機、及び該圧延矯正機を用いた管又は棒の製造方法に関する。
　管材又は棒材の外径を所定の寸法に調整するために、管材又は棒材の外径を減ずる手法として、レデューサー又はサイジングミル等の圧延機を用いた定径圧延がある。また、管材又は棒材の外径よりも小さな径の穴が開いた工具内に管材又は棒材を通過させる引き抜き加工がある。また、傾斜圧延機を用いて、素管に縮径圧延を施す方法がある（例えば特許文献１）。
　一方で、管材又は棒材に、外径縮径圧延等を施すことによって塑性ひずみを与える場合、加工前の管材又は棒材の寸法精度に起因した軸対称方向の非対称性、加工中の管材又は棒材と工具等との潤滑状態の不均一性、あるいは管材又は棒材の温度分布の不均一性に起因して、管材又は棒材にひずみが不均一に分布し、曲りが発生しやすい。そのため、加工後の管材又は棒材には、弓なり状の曲りが発生したり、先後端部が曲がったりする場合がある。この場合、外径縮径圧延機による外径縮径圧延を行った後に、外径縮径圧延機とは別装置である矯正圧延機を用いて、管材又は棒材の軸方向に曲げ・曲げ戻し加工を施すことにより、曲りを除去することが一般的である。
特開２０１７－１４０６５２号公報
　しかしながら、従来のように、外径縮径圧延と矯正圧延とを別装置で行うと、外径縮径圧延機、矯正圧延機、及び搬送ラインが必要となり、設備費及び運用費が高額になることに加え、すべてのプロセスが完了するのに時間もかかる。また、特許文献１に開示の傾斜圧延機では、圧延機と被圧延材との摩擦係数差、加工前の被圧延材の曲り、又は被圧延材の偏肉によって、ひずみを均一に付与することが難しい。そのため、加工後に曲りが生じたり、外径縮径圧延後の外径寸法精度が悪くなったりするという問題がある。
　本発明は、上記課題に鑑み、管材又は棒材の外径縮径圧延と矯正圧延とを高速かつ高精度で行うことが可能な圧延矯正機、及び当該圧延矯正機を用いた管又は棒の製造方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決する本発明の要旨構成は以下のとおりである。
　（１）管材又は棒材のパスラインを挟んで配置された２つ以上のロールを備える圧延矯正機であって、
　２つ以上の前記ロールに挟まれる間隙は、前記圧延矯正機の上流側から下流側に向けて縮径する外径縮径圧延部と、前記外径縮径圧延部の出側から前記圧延矯正機の下流側に向けて連続する矯正圧延部と、によって画定され、
　各ロールの形状は、
　　前記外径縮径圧延部において、前記パスラインを軸として対称に構成され、
　　前記矯正圧延部において、前記外径縮径圧延部における前記パスラインに対して非対称に構成される、圧延矯正機。
　（２）前記パスラインは、前記外径縮径圧延部において曲がらず、前記矯正圧延部において１回以上曲がる、上記（１）に記載の圧延矯正機。
　（３）２つ以上の前記ロールのうち、一方のロールは、前記矯正圧延部を形成する領域において、前記上流側から前記下流側に向けて拡径する拡径部を有し、他方のロールは、前記矯正圧延部を形成する領域において、前記上流側から前記下流側に向けて縮径する縮径部を有し、
　前記拡径部と前記縮径部とが、前記パスラインを挟んで対向する、上記（１）又は（２）に記載の圧延矯正機。
　（４）２つ以上の前記ロールのうち、一方のロールは、前記矯正圧延部を形成する領域において、前記上流側から前記下流側に向けて拡径する拡径部を有し、他方のロールは、前記矯正圧延部を形成する領域において、前記上流側から前記下流側に向けて拡径する拡径部を有し、
　前記一方のロールが有する前記拡径部と、前記他方のロールが有する前記拡径部とが、前記パスラインを挟んで対向する、上記（１）又は（２）に記載の圧延矯正機。
　（５）２つ以上の前記ロールのうち、一方のロールは、前記矯正圧延部を形成する領域において、前記上流側から前記下流側に向けて縮径する縮径部を有し、他方のロールは、前記矯正圧延部を形成する領域において、前記上流側から前記下流側に向けて縮径する縮径部を有し、
　前記一方のロールが有する前記縮径部と、前記他方のロールが有する前記縮径部とが、前記パスラインを挟んで対向する、上記（１）又は（２）に記載の圧延矯正機。
　（６）上記（１）乃至（５）のいずれか一つに記載の圧延矯正機を用いた管又は棒の製造方法であって、
　管材又は棒材を、前記圧延矯正機が備える２以上のロールの回転により回転させながら、前記ロールに引き込み、
　前記圧延矯正機の上流側から下流側に向けて縮径する外径縮径圧延部によって、前記管材又は前記棒材の外径を縮径し、引き続き、前記外径縮径圧延部の出側から前記圧延矯正機の下流側に向けて連続する矯正圧延部によって、前記管材又は前記棒材に曲げ・曲げ戻し加工を施す、管又は棒の製造方法。
　（７）前記管材又は前記棒材の初期平均外径に対して、前記外径縮径圧延部の最も狭い部分のロール間隔を９７％以下とする、上記（６）に記載の管又は棒の製造方法。
　本発明によれば、管材又は棒材の外径縮径圧延と矯正圧延とを高速かつ高精度で行うことが可能となる。また、本発明によれば、管材又は棒材の外径縮径圧延と矯正圧延とを単一の設備で行うことが可能となるので、初期投資及び運用費の低減、並びに圧延時間や搬送時間の短縮により、製造コストが低減する。
本発明の一実施形態による圧延矯正機を示す模式図である。 本発明の一実施形態による圧延矯正機のパスラインを示す模式図である。 本発明の別の実施形態による圧延矯正機のパスラインを示す模式図である。 本発明の別の実施形態による圧延矯正機のパスラインを示す模式図である。 本発明の一実施形態による圧延矯正機が備えるロールの断面図である。 本発明の別の実施形態による圧延矯正機が備えるロールの断面図である。 本発明の別の実施形態による圧延矯正機が備えるロールの断面図である。 本発明の別の実施形態による圧延矯正機が備えるロールの断面図である。 本発明の別の実施形態による圧延矯正機を示す模式図である。
　以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
　（圧延矯正機）
　図１を参照して、本実施形態に係る圧延矯正機１は、例えば傾斜圧延機であって、管材又は棒材のパスライン５を挟んで配置された２つ以上のロール２ａ、２ｂを備える。２つ以上のロール２ａ、２ｂに挟まれる間隙は、圧延矯正機１の上流側から下流側に向けて縮径する外径縮径圧延部３と、外径縮径圧延部３の出側から圧延矯正機１の下流側に向けて連続する矯正圧延部４と、によって画定される。したがって、外径縮径圧延部３では、パスライン５上のロール間隔が下流側に向けて狭くなっている。なお、矯正圧延部４では、パスライン５上のロール間隔の大きさは、縮径された管材又は棒材の外径以上を保つ。また、外径縮径圧延部３における各ロール２ａ、２ｂの形状は、パスライン５を軸として対称に構成される。例えば、外径縮径圧延部３では、図１左下に示すロール断面において、ロール２ａの回転軸とパスライン５とを結ぶ直線上のパスライン５からロールの表面までの距離と、ロール２ｂの回転軸とパスライン５とを結ぶ直線上のパスライン５からロールの表面までの距離とが等しくなる。また、矯正圧延部４における各ロール２ａ、２ｂの形状は、パスライン５に対して非対称に構成される。例えば、矯正圧延部４では、図１左下に示すロール断面において、ロール２ａの回転軸とパスライン５とを結ぶ直線上のパスライン５からロールの表面までの距離と、ロール２ｂの回転軸とパスライン５とを結ぶ直線上のパスライン５からロールの表面までの距離とが等しくならない。これにより、パスライン５は、外径縮径圧延部３において曲がらず、矯正圧延部４において１回以上曲がる。
　本明細書において「ロールの形状」とは、ロール２ａ、２ｂの外径又は胴長を意味するのではなく、ロールの表面のうちパスライン５上を回転しながら通過する管材又は棒材と接触する部分の形状（つまり、ロールプロファイル）を意味する。また、「パスライン」とは、加工時に鋼材が進行する際の鋼材の幾何学的中心の軌跡であり、鋼材の進行方向となる軸を示す。また、「パスラインが曲がらない」とは、進行する管材又は棒材の軸方向に対して、パスライン５の曲りによる引張や圧縮のひずみを与えないことを意味する。なお、ロール２ａ、２ｂと管材又は棒材との接触又は圧延矯正機１の不可避的なガタつき等により引き起こされるパスライン５の曲りは許容される。具体的には、パスライン５の曲りは、管材又は棒材の材質又は形状によって異なるが、後述する矯正圧延部４におけるパスライン５の曲り量以下であって、３°以下であれば許容される。
　パスライン５が外径縮径圧延部３において曲がらないことにより、外径縮径圧延部３を通過した管材又は棒材の外径が均一に縮径される。この結果、管材又は棒材の肉厚のばらつきを抑制し、真円度を良好に保つことができる。また、パスライン５が矯正圧延部４において１回以上曲がることにより、管材又は棒材の軸方向に曲げモーメントが発生する。この結果、矯正圧延部４を通過した管材又は棒材の曲りが矯正される。このように、圧延矯正機１によれば、単一の設備において、外径縮径圧延部３による外径縮径圧延と、矯正圧延部４による矯正圧延と、がそれぞれ分離して行われるので、矯正圧延開始時には外径縮径圧延が完了している。このため、外径縮径圧延により発生した曲りを矯正圧延により矯正することが可能となる。なお、従来の矯正圧延機においてロール間隔を狭めると、外径縮径圧延と矯正圧延とが同時に行われてしまい、これに起因して矯正圧延中に外径縮径圧延による曲りも同時に発生してしまうので、矯正効果が得られない。これに対して、本実施形態によれば、非圧延材である管材又は棒材のパスライン５に着目し、外径縮径圧延でのパスライン５を直線とし、外径縮径圧延に引き続く矯正圧延でのパスライン５を１回以上曲げることによって、複数の設備（圧延スタンド）を用いなくても、単一の設備を用いて外径縮径加工と矯正加工との両立が可能となる。
　矯正圧延部４におけるパスライン５の曲り回数は１回以上であれば特に限定されず、これにより矯正に必要なひずみを与えることができる。例えば、図２Ａに示すとおり、外径縮径圧延部３の出側を固定端として、矯正圧延部４の途中でパスライン５を１回曲げてもよい。また、図２Ｂに示すとおり、いわゆる３点曲げの原理によりパスライン５の角を負から正にすることにより、パスライン５を２回曲げてもよい。本明細書において「パスラインの角」とは、外径縮径圧延部３におけるパスライン５と、矯正圧延部４においてパスライン５が曲る箇所におけるパスライン５の接線（より具体的には、矯正圧延部４におけるパスライン５を所定の曲率を有する円を用いて最小二乗法等でフィッティングした際における当該円に接する接線）とのなす角（鋭角として定義される）を意味する。また、パスライン５の角の符号は、外径縮径圧延部３におけるパスライン５に対して反時計回りを正と定義し、この逆を負と定義する。また、図２Ａ、ＢにおけるＬ、Ｌ１、及びＬ２は、矯正圧延部４において管材又は棒材に矯正曲げ変形を与えるための支点間に相当する長さである。Ｌ、Ｌ１、及びＬ２は、管材又は棒材の１/２平均外径以上であれば十分に大きな矯正モーメントを与えることができるため、管材又は棒材の１/２平均外径以上とすることが好ましい。一方で、Ｌ、Ｌ１、及びＬ２があまりに長いと、曲りを矯正することができない管材又は棒材の端部長さが増加するため、Ｌ、Ｌ１、及びＬ２は、管材又は棒材の平均外径の５倍以下とすることが好ましい。
　パスライン５の曲り量は、管材又は棒材のサイズや材質（例えば、曲げ強度）に依存するが、管材又は棒材の表面にわずかな歪みを与えることができればよい。そのため、パスライン５の曲り量は、外径縮径圧延部３におけるパスライン５に対して０°以上であればよい。一方で、パスライン５の曲り量があまりに大きいと、管材又は棒材の進行を妨げて圧延が停止したり、ロールの摩耗が大きくなったりするおそれがあり、生産性の観点から好ましくない。そのため、パスライン５の曲り量は、外径縮径圧延部３におけるパスライン５に対して－１０°以上１０°以下であることが好ましい。
　上述したパスライン５の曲り回数及び曲り量は、例えばロールの形状及び／又は配置を調整することにより適宜調整することができる。以下、図３Ａ～Ｄを参照して、例えば図２Ａに示すようなパスライン５を実現することが可能なロールの形状及び／又は配置の例を説明する。
　図３Ａでは、一方のロールとしての第１のロール２ａは、矯正圧延部４を形成する領域において、上流側から下流側に向けて拡径する拡径部６を有する。他方のロールとしての第２のロール２ｂは、矯正圧延部４を形成する領域において、上流側から下流側に向けて縮径する縮径部７を有する。また、第１のロール２ａが有する拡径部６と第２のロール２ｂが有する縮径部７とがパスライン５を挟んで対向する。また、図３Ａでは、第１のロール２ａ及び第２のロール２ｂは、外径縮径圧延部３におけるパスライン５に対する回転軸の交叉角の大きさが０°となるように配置される。これにより、パスライン５は、外径縮径圧延部３において曲がらず、矯正圧延部４において１回以上曲がる。また、第１のロール２ａ及び第２のロール２ｂは、外径縮径圧延部３を形成する領域において、上流側から下流側に向けて拡径することが好ましい。なお、図３Ｂを参照して、一方のロールとしての第１のロール２ａの上流側端部の径Ｄ１と、他方のロールとしての第２のロール２ｂの上流側端部の径Ｄ２とが異なってもよく、例えば第１のロール２ａの上流側端部の径Ｄ１を第２のロール２ｂの上流側端部の径Ｄ２よりも大きくしてもよい。
　図３Ｃでは、一方のロールとしての第１のロール２ａは、矯正圧延部４を形成する領域において、上流側から下流側に向けて拡径する拡径部６を有する。他方のロールとしての第２のロール２ｂも、矯正圧延部４を形成する領域において、上流側から下流側に向けて拡大する拡径部６を有する。また、第１のロール２ａが有する拡径部６と第２のロール２ｂが有する拡径部６とがパスライン５を挟んで対向する。また、図３Ｃでは、第１のロール２ａ及び第２のロール２ｂは、外径縮径圧延部３におけるパスライン５に対する回転軸の交叉角γが所定の大きさとなるように配置される。これにより、パスライン５は、外径縮径圧延部３において曲がらず、矯正圧延部４において１回以上曲がる。なお、交叉角γがあまりに大きいと、外径縮径圧延部３の入側のロール径とそれに接続するロール軸径とを小さくする必要があり、圧延反力に対する圧延矯正機１の剛性が足りなくなるため、交叉角γを４５°以下とすることが好ましい。また、第１のロール２ａ及び第２のロール２ｂは、外径縮径圧延部３を形成する領域において、上流側から下流側に向けて拡径することが好ましい。
　図３Ｄでは、一方のロールとしての第１のロール２ａは、矯正圧延部４を形成する領域において、上流側から下流側に向けて縮径する縮径部７を有する。他方のロールとしての第２のロール２ｂも、矯正圧延部４を形成する領域において、上流側から下流側に向けて縮径する縮径部７を有する。また、第１のロール２ａが有する縮径部７と、第２のロール２ｂが有する縮径部７とがパスライン５を挟んで対向する。また、図３Ｄに示すように、第１のロール２ａ及び第２のロール２ｂは、外径縮径圧延部３におけるパスライン５に対する回転軸の交叉角γが所定の大きさとなるように配置される。これにより、パスライン５は、外径縮径圧延部３において曲がらず、矯正圧延部４において１回以上曲がる。なお、交叉角γがあまりに大きいと、矯正圧延部４の出側のロール径とそれに接続するロール軸径とを小さくする必要があり、圧延反力に対する圧延矯正機の剛性が足りなくなるため、交叉角γを４５°以下とすることが好ましい。また、第１のロール２ａ及び第２のロール２ｂは、外径縮径圧延部３を形成する領域において、上流側から下流側に向けて径が一定であるか、又は拡径することが好ましい。
　図２Ａ、Ｂを参照して、外径縮径圧延部３におけるロール間隔（特に、外径縮径圧延部３と矯正圧延部４との境界における最小ギャップＧ）は、管材又は棒材の外径の縮径量に応じて、ロールの迎え角αを調整することによって適宜調整することができる。本明細書において「ロール間隔」とは、パスライン５の法線と各ロール２ａ、２ｂの外面との各交点の２点間の距離を意味する。また、「迎え角α」とは、各ロール２ａ、２ｂの回転軸を通るロール断面において、外径縮径圧延部３におけるパスライン５に対するロール側面の傾斜角を意味する。ここで、管材又は棒材を各ロール２ａ、２ｂに引き込むには、管材又は棒材の外面を各ロール２ａ、２ｂの表面に接触させて、管材又は棒材を各ロール２ａ、２ｂに噛み込ませる必要がある。そのため、迎え角αは０°以上とする。迎え角αが大きい場合、より大きな外径の管材又は棒材を各ロール２ａ、２ｂに噛み込ませることができる。しかし、迎え角αが大きくなりすぎると、管材又は棒材が急激に縮径される。これに起因して、噛み込み性が良好ではなくなり、管材又は棒材の進行量が減少するおそれがあり、また管材又は棒材に疵等が発生するおそれがある。そのため、迎え角αは４５°以下であることが好ましい。迎え角αは、外径の縮径量に応じて必要十分な大きさであれば小さいほうが好ましく、１°以上１０°以下であることがより好ましい。また、噛み込み性と疵の抑制を考慮して、各ロール２ａ、２ｂは、外径縮径圧延部３において、複数の迎え角を有することができる。例えば図２Ｃは、各ロール２ａ、２ｂが第１の迎え角α１と第２の迎え角α２とをそれぞれ有する場合を示す。α１とα２は、いずれも４５°以下、好ましくは１°以上１０°以下である。
　図１を参照して、各ロール２ａ、２ｂの傾斜角βは、矯正圧延部４におけるパスライン５の曲り量を考慮して、適宜調整することができる。ただし、傾斜角βが大きすぎると、管材又は棒材の１回転あたりの進行量が増加し、これに起因して軸方向に沿って矯正ムラが発生するおそれがある。このため、傾斜角βは２０°以下とすることが好ましい。
　ロール数は、２つ以上であれば特に限定されない。ロール数が３つ以上であれば、管材又は棒材の周方向の動きをより拘束することができるため、管材又は棒材の振れ回りを抑制することができる。その結果、加工速度が大きくなり生産性が向上するとともに、寸法精度と矯正効果とが向上する。また、縮径量が大きな外径縮径圧延を行う場合、ロール数が２つの２ロール式では、管材の内表面又は棒材の軸芯に割れが発生するおそれがある。このため、例えば図４に示すようなロール数が３つの３ロール式を用いることが好ましい。なお、２ロール式では、一対のロール２ａ、２ｂを対向させて配置することができる。また、３ロール式（あるいはそれ以上）では、各ロールは、外径縮径圧延部３におけるパスライン５に対して、外径縮径圧延部３を形成する領域において円周方向に対称であり、矯正圧延部４を形成する領域において円周方向に非対称である。また、パスライン５に対して、等角度で各ロール２ａ、２ｂ、２ｃを配置することが好ましいが、設置スペース等を考慮して、周方向でのロール２ａ、２ｂ、２ｃの配置角度を適宜調整してもよい。
　（管又は棒の製造方法）
　次に、上述した圧延矯正機１を用いて行うことが可能な管又は棒の製造方法の一実施形態を説明する。
　図１を参照して、本実施形態に係る管又は棒の製造方法では、圧延矯正機１が備える２以上のロール２ａ、２ｂの回転によって、管材又は棒材を回転させながら、ロール２ａ、２ｂに引き込む。そして、圧延矯正機１の上流側から下流側に向けて縮径する外径縮径圧延部３により、管材又は棒材の外径を縮径する。引き続き、外径縮径圧延部３の出側から下流側に向けて連続する矯正圧延部４により、管材又は棒材に曲げ・曲げ戻し加工を施す。
　本実施形態によれば、管材又は棒材は、外径縮径圧延部３を通過する際に、曲らないパスライン５を回転しながら進行することにより、その外径が均一に縮径される。また、管材又は棒材は、矯正圧延部４を通過する際に、外径縮径圧延を受けることなく、１回以上曲がるパスライン５を回転しながら進行する。すなわち、管材又は棒材は、１回以上曲がるパスライン５を通過することによって、その軸方向に、進行と回転に応じた曲げ・曲げ戻し変形を受ける。これにより、外径縮径圧延によって管材又は棒材に発生した曲りを矯正することができる。このように、本実施形態によれば、管材又は棒材の外径縮径圧延と矯正圧延とを単一の設備によって行うことができるので、高速かつ低コストの加工が可能となるとともに、省スペース化が可能になる。
　なお、外径縮径圧延における縮径量は、０％以上であれば特に限定されず、任意に選択することができる。つまり、本実施形態において、外径縮径圧延後の管材又は棒材の外周長は、外径縮径圧延前の管材又は棒材の外周長以下とすることができる。ただし、縮径量が大きくなりすぎると、管材又は棒材に疵が発生したり、圧延矯正機が巨大化したりする。このため、縮径量は、管材又は棒材の初期平均外径に対して３０％以下とすることが好ましい。なお、これ以上の縮径が必要となる場合については、初期平均外径に対して３０％以下となる縮径を繰り返して行うことが好ましい。
　また、管材又は棒材の初期平均外径に対して、外径縮径圧延部３の最も狭い部分のロール間隔を小さくすることによって、管又は棒の強度特性を向上させることが好ましい。ここで、「外径縮径圧延部３の最も狭い部分のロール間隔」とは、２ロール式の場合、例えば図１の左下に示す、外径縮径圧延部３の最も狭い部分を通るロール断面において、２つのロール２ａ、２ｂの表面と接する円の直径に相当し、３ロール式の場合、例えば図４の左下に示す、外径縮径圧延部３の最も狭い部分を通るロール断面において、３つのロール２ａ、２ｂ、２ｃの表面と接する円の直径に相当する。すなわち、管材又は棒材の初期平均外径に対するロール間隔を小さくして、管材又は棒材にひずみを蓄積することによって、棒材であれば縮径によるひずみが加わり、管材であれば管周方向での曲げ・曲げ戻し変形によるひずみが加わるので、ひずみによる転位強化により強度特性が向上する。そして、管材又は棒材の初期平均外径に対して、外径縮径圧延部３の最も狭い部分のロール間隔を９７％以下とすれば、この効果が顕著になるので好ましい。また、管材又は棒材の初期平均外径に対して、外径縮径圧延部３の最も狭い部分のロール間隔を９５％以下とすれば、降伏強度を優位に向上させることができるので、より好ましい。一方で、管材又は棒材の初期平均外径に対して、外径縮径圧延部３のロール間隔をあまりに小さくすると、圧延矯正機１への噛み込み性が良好でなくなったり、管材又は棒材に割れや疵が発生したりするおそれがある。そのため、管材又は棒材の初期平均外径に対して、外径縮径圧延部３の最も狭い部分のロール間隔を８０％以上とすることが好ましい。矯正圧延部４については上述した条件を満たせば、外径縮径圧延部３で向上した強度特性を、曲げ・曲げ戻し加工後も十分に得ることができる。なお、本明細書において「強度特性」とは、降伏強度、引張強度、又は硬度等を指す。
　さらに、管材においては、管軸方向の引張降伏強度と圧縮降伏強度との強度比を１．０に近づけることが好ましい。ここで、製品としての管が曲がりを受けた場合、外表面側には曲りに対して引張応力が働き、内表面側には曲りに対して圧縮応力が働く。そこで、管軸方向の引張降伏強度と圧縮降伏強度との強度比を１．０に近づけることによって、いずれの応力に対しても同程度の高い変形耐力が得られるので、様々な構造物の設計に有用である。なお、一般的に行われる管材の転位強化による高強度化の方法として、引き抜き加工又はピルガー加工等があるが、これらの加工は管材を管軸方向に延ばすことが主体となるため、バウシンガー効果によって管軸方向の圧縮降伏応力が管軸方向の引張降伏応力に対して０．８０～０．８５に低下する。これに対して、本実施形態によれば、管周方向の曲げ・曲げ戻し変形が主体となるので、バウシンガー効果が抑制され、管軸方向の引張降伏強度と圧縮降伏強度との強度比を０．８５以上１．１５以下の１．０に近づけることができる。なお、この強度比を０．９０以上１．１０以下の範囲にすることで設計自由度が更に高まるため好ましい。
　（管材又は棒材）
　本実施形態において用いることができる管材又は棒材の材料は、圧延により塑性変形が生じるものであれば特に限定されないが、十分な延性を有する金属材料であることが好ましい。また、強度特性の向上が優位に得られる管材又は棒材の材料は、塑性変形により転位強化が発生するものであれば特に限定されず、例えば、銅、アルミ材、チタン材、Ni基合金、炭素鋼、又はステンレス鋼等の一般的な金属材料とすることができる。外径縮径圧延前の管材又は棒材の形状は、管材又は棒材がロールに接触すれば特に限定されず、例えば円形の断面形状の他、楕円断面等の真円以外の断面形状であってもよい。つまり、外径縮径圧延前の管材又は棒材の形状が円形断面でない場合であっても、管材又は棒材がロールに接触してから外径縮径圧延が完了するまでに、管材又は棒材は、回転しながら所定の寸法を有する円形断面に変形され、引き続いて、外径縮径圧延により生じた曲りが矯正される。なお、外径縮径圧延前の管材又は棒材は、その軸方向に曲りが発生していてもよく、この曲りは、上述した圧延矯正機１によって矯正される。また、外径縮径圧延前の管材又は棒材の曲りは、弓なり状の大域的な曲りであっても、先後端部における局所的な曲りであっても、上述した圧延矯正機１によって矯正される。
　上述した実施形態を例に、本発明の圧延矯正機、当該圧延矯正機を用いた管又は棒の製造方法を説明したが、本発明は、これに限定されず、特許請求の範囲において適宜変更を加えることができる。
　（実施例１）
　外径縮径圧延前の平均外周長が５４３ｍｍである棒鋼材（炭素鋼）と、外径縮径圧延前の平均外周長が５４３ｍｍであり、肉厚が１５ｍｍである鋼管材（炭素鋼）と、を複数用意した。各棒鋼材及び鋼管材に対して、表１に示す圧延矯正機を用いて、外径縮径圧延と矯正圧延とを常温下で行うことによって、棒鋼又は鋼管を得た。ここで、表１において、パスラインの曲げ回数が「１回」のものは図２Ａに示す圧延矯正機を用い、「２回」のものは図２Ｂに示す圧延矯正機を用いた。また、表１において、「楕円」とは、長軸と短軸の長さが１５％異なる楕円を意味する。また、表１において、「偏肉：有」とは、鋼管材が１０％の偏肉を有することを意味する。また、表１において、「弓状曲り：有」とは、鋼管材又は棒鋼材が軸方向に１０ｍｍ／ｍの弓なり状の大域的な曲りを有することを意味する。また、表１において、「端部曲り：有」とは、管端又は棒端５００ｍｍに１０ｍｍ（２０ｍｍ／ｍ）の局所的な曲りを有することを意味する。
　得られた各棒鋼及び鋼管に対して、外径の寸法精度を調査した。仕上げ平均外径が狙い仕上げ外径の±１．５％内である場合を○とし、±１．５％を超える場合を×とした。表１に結果を示す。
　得られた各棒鋼及び鋼管に対して、弓なり状の大域的な曲りを調査した。鋼管又は棒鋼の軸方向に沿って曲りが５ｍｍ／ｍ以下の場合を○とし、５ｍｍ／ｍを超える場合を×とした。表１に結果を示す。
　得られた各棒鋼及び鋼管に対して、先後端の局所的な曲りを調査した。先後端において５ｍｍ／ｍ以上の曲りが局所的にでも発生していると製品として使用することができないので、この曲りが生じている部分を切断したときの鋼管又は棒鋼の長さ（つまり、スクラップになる長さ）を調査した。表１に結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すとおり、発明例では、外径の寸法精度が良好であるとともに、大域的な曲りと端部における局所的な曲りを矯正することができた。
　（実施例２）
　外径縮径圧延前の平均外径Ｄと肉厚ｔとの関係をｔ/Ｄで表したとき、ｔ/Ｄが０．０３５から０．２４３の範囲の値となる管材、及び平均外周長が５４３ｍｍである棒材を複数用意した。棒材及び管材の材料の規格を表２に示す。各棒材及び管材に対して、表３に示す圧延矯正機を用いて、外径縮径圧延と矯正圧延とを常温下で行うことによって、棒又は管を得た。ここで、表３において、パスラインの曲げ回数が「１回」のものは図２Ａに示す圧延矯正機を用い、「２回」のものは図２Ｂに示す圧延矯正機を用いた。また、表３において、「楕円」とは、長軸と短軸の長さが１５％異なる楕円を意味する。また、表３において、「偏肉：有」とは、管材が１０％の偏肉を有することを意味する。また、表３において、「弓状曲り：有」とは、管材又は棒材が軸方向に１０ｍｍ／ｍの弓なり状の大域的な曲りを有することを意味する。また、表３において、「端部曲り：有」とは、管端又は棒端５００ｍｍに１０ｍｍ（２０ｍｍ／ｍ）の局所的な曲りを有することを意味する。
　得られた各棒及び管に対して、外径の寸法精度を調査した。仕上げ平均外径が狙い仕上げ外径の±１．５０％内である場合を○とし、±１．５０％を超える場合を×とした。表３に結果を示す。
　得られた各棒及び管に対して、弓なり状の大域的な曲りを調査した。管又は棒の軸方向に沿って曲りが５ｍｍ／ｍ以下の場合を○とし、５ｍｍ／ｍを超える場合を×とした。表３に結果を示す。
　得られた各棒及び管に対して、先後端の局所的な曲りを調査した。先後端において５ｍｍ／ｍ以上の曲りが局所的にでも発生していると製品として使用することができないので、この曲りが生じている部分を切断したときの管又は棒の長さ（つまり、スクラップになる長さ）を調査した。表３に結果を示す。
　得られた各棒及び管に対して、引張降伏強度を測定し、強度特性を調査した。また、管については、圧縮降伏強度も測定し、管軸方向の引張降伏強度と圧縮降伏強度との強度比（＝圧縮降伏強度/引張降伏強度）を算出した。表３に結果を示す。なお、表３において、初期降伏強度とは、圧延矯正機にて圧延を行なう前の管材又は棒材の引張降伏強度を意味する。引張試験と圧縮試験では、管又は棒の軸方向に引張方向又は圧縮方向が平行になるように丸棒形状の試験片を採取し、引張速度及び圧縮速度をともに１ｍｍ/ｍｉｎとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　表３に示すとおり、発明例では、外径の寸法精度が良好であるとともに、大域的な曲りと端部における局所的な曲りを矯正することができた。
　本発明によれば、管材又は棒材の外径縮径圧延と矯正圧延とを高速かつ高精度で行うことが可能となる。また、本発明によれば、管材又は棒材の外径縮径圧延と矯正圧延とを単一の設備で行うことが可能となるので、初期投資及び運用費の低減、並びに圧延時間や搬送時間の短縮により、製造コストが低減する。
　１　圧延矯正機
　２ａ、２ｂ、２ｃ　ロール
　３　外径縮径圧延部
　４　矯正圧延部
　５　パスライン
　６　拡径部
　７　縮径部
　α　迎え角
　α１　第１の迎え角
　α２　第２の迎え角
　β　傾斜角
　γ　交叉角

Claims (7)

  1. 　管材又は棒材のパスラインを挟んで配置された２つ以上のロールを備える圧延矯正機であって、
    　２つ以上の前記ロールに挟まれる間隙は、前記圧延矯正機の上流側から下流側に向けて縮径する外径縮径圧延部と、前記外径縮径圧延部の出側から前記圧延矯正機の下流側に向けて連続する矯正圧延部と、によって画定され、
    　各ロールの形状は、
    　　前記外径縮径圧延部において、前記パスラインを軸として対称に構成され、
    　　前記矯正圧延部において、前記外径縮径圧延部における前記パスラインに対して非対称に構成される、圧延矯正機。
  2. 　前記パスラインは、前記外径縮径圧延部において曲がらず、前記矯正圧延部において１回以上曲がる、請求項１に記載の圧延矯正機。
  3. 　２つ以上の前記ロールのうち、一方のロールは、前記矯正圧延部を形成する領域において、前記上流側から前記下流側に向けて拡径する拡径部を有し、他方のロールは、前記矯正圧延部を形成する領域において、前記上流側から前記下流側に向けて縮径する縮径部を有し、
    　前記拡径部と前記縮径部とが、前記パスラインを挟んで対向する、請求項１又は２に記載の圧延矯正機。
  4. 　２つ以上の前記ロールのうち、一方のロールは、前記矯正圧延部を形成する領域において、前記上流側から前記下流側に向けて拡径する拡径部を有し、他方のロールは、前記矯正圧延部を形成する領域において、前記上流側から前記下流側に向けて拡径する拡径部を有し、
    　前記一方のロールが有する前記拡径部と、前記他方のロールが有する前記拡径部とが、前記パスラインを挟んで対向する、請求項１又は２に記載の圧延矯正機。
  5. 　２つ以上の前記ロールのうち、一方のロールは、前記矯正圧延部を形成する領域において、前記上流側から前記下流側に向けて縮径する縮径部を有し、他方のロールは、前記矯正圧延部を形成する領域において、前記上流側から前記下流側に向けて縮径する縮径部を有し、
    　前記一方のロールが有する前記縮径部と、前記他方のロールが有する前記縮径部とが、前記パスラインを挟んで対向する、請求項１又は２に記載の圧延矯正機。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の圧延矯正機を用いた管又は棒の製造方法であって、
    　管材又は棒材を、前記圧延矯正機が備える２以上のロールの回転により回転させながら、前記ロールに引き込み、
    　前記圧延矯正機の上流側から下流側に向けて縮径する外径縮径圧延部によって、前記管材又は前記棒材の外径を縮径し、引き続き、前記外径縮径圧延部の出側から前記圧延矯正機の下流側に向けて連続する矯正圧延部によって、前記管材又は前記棒材に曲げ・曲げ戻し加工を施す、管又は棒の製造方法。
  7. 　前記管材又は前記棒材の初期平均外径に対して、前記外径縮径圧延部の最も狭い部分のロール間隔を９７％以下とする、請求項６に記載の管又は棒の製造方法。
     
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